(57)【要約】    【課題】負荷回路の動作状態に応じてブリーダ抵抗の接続又は切り離しを制御することにより、簡単な回路構成で出力電圧の電力損失を低減させる。    【解決手段】交流電源２からの交流電圧Ｖinを整流・平滑する電源入力制御部３と負荷回路１への出力電圧Ｖoutを生成する電源出力制御部４との間を、スイッチングトランス５を経由して絶縁させるにあたり、電源出力制御部４のブリーダ抵抗接続／切離制御回路４０２を構成するブリーダ抵抗Ｒ13を、負荷回路からの動作状態信号Ｓ1、Ｓ2により接続又は切り離す。  【選択図】図１
2008245444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源（２）からの交流電圧（Ｖin）が印加される電源入力制御部（３）と、出力電圧（Ｖout）を生成するための電源出力制御部（４）と、前記電源入力制御部及び前記電源出力制御部の間を絶縁するためのスイッチングトランス（５）とを設け、
前記スイッチングトランスは、前記電源入力制御部の電源を前記電源出力制御部に供給するための一次巻線（５００）と、前記電源入力制御部の電源が受電される二次巻線（５０１）及び一次補助巻線（５０２）とを備え、
前記電源入力制御部は、前記交流電圧を整流・平滑するための入力側整流・平滑回路（３００）と、前記一次補助巻線の出力電圧に基づいて前記スイッチングトランスを駆動させるためのトランジスタ（３０１）と、前記トランジスタのスイッチング動作を制御するためのスイッチング制御回路（３０２）とを備え、
前記電源出力制御部は、前記二次巻線の電圧を整流・平滑するための出力側整流・平滑回路（４００）と、前記出力側整流・平滑回路からの電圧を検出して前記スイッチング制御回路を制御し、前記出力電圧を一定に保持するための定電圧制御回路（４０１）と、前記出力側整流・平滑回路の出力側に設けられ無負荷時に前記出力電圧の上昇を防止するために常時電流を流すブリーダ抵抗（Ｒ13）を、負荷回路（１）からの動作状態信号（Ｓ1、Ｓ2）により接続／切離制御するためのブリーダ抵抗接続／切離制御回路（４０２）とを備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチング電源装置に係り、特に、ブリーダ抵抗に流れる電流を制限して出力電圧の電力損失を低減させたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、無負荷時でも所定の電圧が出力段にかかるように、ブリーダ抵抗をスイッチ回路の出力端子間に挿入し、常に電流を流す構成の直流電圧源回路が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
この直流電圧源回路によれば、無負荷時或いは負荷が極端に軽い場合や急に重負荷がかかった場合であっても、スイッチング回路の動作を安定させることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３３７００７号公報（段落番号「０００２」乃至「０００４」、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
背景技術に記載した特許文献１における従来の技術の直流電圧源回路によれば、負荷容量が十分大きくなってスイッチング動作が安定した状態となっても、ブリーダ抵抗には無負荷時と同様に電流が流れ、その分、電力損失が生じるという難点があった。特に、この種の直流電圧源回路は、高電圧かつ大電力を出力させることを目的としているため、リプル平滑用コンデンサに容量の大きいコンデンサを使用しており、そのため、ブリーダ抵抗に流れる電流も比較的大きく、この電力損失を無視できなかった。
【０００６】
また、前述の難点を解消するにあたっては、特許文献１における実施例の直流電圧源回路が開示されており、この直流電圧源回路によれば、負荷電流量に応じてブリーダ抵抗回路に流れる電流を制限し、負荷電流量がスイッチング回路の動作を安定化させるのに十分な場合にはブリーダ抵抗回路をＯＦＦする構成であるため、簡単な構成で電力効率の良い回路を提供できるという効果があった。
【０００７】
しかしながら、特許文献１における実施例の直流電圧源回路によれば、負荷電流量に応じてブリーダ抵抗回路に流れる電流を制限するための回路構成が複雑であった。
【０００８】
本発明は、この難点を解消するためになされたもので、負荷回路の動作状態に応じてブリーダ抵抗の接続又は切り離しを制御することにより、簡単な回路構成で出力電圧の電力損失を低減させることができるスイッチング電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の目的を達成するため、本発明のスイッチング電源装置は、交流電源からの交流電圧が印加される電源入力制御部と、出力電圧を生成するための電源出力制御部と、電源入力制御部及び電源出力制御部の間を絶縁するためのスイッチングトランスとを設けたものである。スイッチングトランスは、電源入力制御部の電源を電源出力制御部に供給するための一次巻線と、電源入力制御部の電源が受電される二次巻線及び一次補助巻線とを備えたものである。電源入力制御部は、交流電圧を整流・平滑するための入力側整流・平滑回路と、一次補助巻線の出力電圧に基づいてスイッチングトランスを駆動させるためのトランジスタと、トランジスタのスイッチング動作を制御するためのスイッチング制御回路とを備えたものである。電源出力制御部は、二次巻線の電圧を整流・平滑するための出力側整流・平滑回路と、出力側整流・平滑回路からの電圧を検出してスイッチング制御回路を制御し、出力電圧を一定に保持するための定電圧制御回路と、出力側整流・平滑回路の出力側に設けられ無負荷時に出力電圧の上昇を防止するために常時電流を流すブリーダ抵抗を負荷回路からの動作状態信号により接続／切離制御するためのブリーダ抵抗接続／切離制御回路とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のスイッチング電源装置によれば、交流電源からの交流電圧を整流・平滑する電源入力制御部と負荷回路への出力電圧を生成する電源出力制御部との間を、スイッチングトランスを経由して絶縁させるにあたり、電源出力制御部のブリーダ抵抗接続／切離制御回路を構成するブリーダ抵抗を、負荷回路からの動作状態信号により接続又は切り離すことができ、簡単な回路構成で出力電圧の電力損失の低減化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のスイッチング電源装置を適用した最良の実施の形態例について、図面を参照して説明する。なお、図１は、本発明の実施例によるスイッチング電源装置の具体的な構成を示す回路図である。
【００１２】
図１に示すスイッチング電源装置には、家電機器等の負荷回路１と、交流電源（商用電源）２と、交流電源２からの交流電圧Ｖinが印加される電源入力制御部３と、負荷回路１を動作させる出力電圧Ｖoutを生成するための電源出力制御部４と、電源入力制御部３及び電源出力制御部４の間を絶縁するためのスイッチングトランス５と、負荷回路１が接続される３つの端子（以下、それぞれ電源供給端子、ＧＮＤ端子、信号入力端子という。）Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3とが設けられている。
【００１３】
スイッチングトランス５には、電源入力制御部３からの電源（直流電圧）を電源出力制御部４に供給するための一次巻線５００と、電源入力制御部３から一次巻線５００を経由して誘起された電源（直流電圧）が受電される二次巻線５０１及び一次補助巻線５０２とが備えられている。
【００１４】
また、電源入力制御部３には、交流電源２からの交流電圧Ｖinを整流・平滑して直流電圧を生成するための入力側整流・平滑回路３００と、スイッチングトランス５を構成する一次補助巻線５０２の出力電圧に基づいて当該スイッチングトランスを駆動させるための（ＮＰＮ型の）トランジスタ３０１と、トランジスタ３０１のスイッチング動作、すなわち、オン状態又はオフ状態の切り替えを制御するためのスイッチング制御回路３０２とが備えられている。
【００１５】
この電源入力制御部３において、入力側整流・平滑回路３００は、ダイオードブリッジＤＢ、コンデンサＣ1を有している。また、スイッチング制御回路３０２は、抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、コンデンサＣ2、Ｃ3、Ｃ4、ダイオードＤ1、Ｄ2、ツェナーダイオードＺＤ1、（ＮＰＮ型の）トランジスタＱ1、フォトカプラＰＣを構成する（ＮＰＮ型の）トランジスタ（以下、受光トランジスタという。）Ｑ2を有している。
【００１６】
電源入力制御部３の構成各部／回路の具体的な接続の態様として、入力側整流・平滑回路３００を構成するダイオードブリッジ回路ＤＢの整流側の一方及び他方の間には、交流電源２が接続されている。また、ダイオードブリッジ回路ＤＢの（＋）端子及び（−）端子の両端子の間には、コンデンサＣ1が並列接続されているとともに、スイッチング制御回路３０２を構成する直列接続された抵抗Ｒ3及びトランジスタＱ1が並列接続されている。また、ダイオードブリッジ回路ＤＢの（＋）端子には、スイッチングトランス５を構成する一次巻線５００（の一端及び他端）を経由してトランジスタ３０１のコレクタが接続されており、このトランジスタ３０１のエミッタには、スイッチング制御回路３０２を構成する抵抗Ｒ1を経由して基準電位点が接続されている。また、トランジスタ３０１のベースには、スイッチング制御回路３０２を構成する抵抗Ｒ4、ダイオードＤ1を順次経由してスイッチングトランス５を構成する一次補助巻線５０２が接続されている。さらに、ダイオードブリッジ回路ＤＢの（−）端子には、基準電位点が接続されている。
【００１７】
スイッチング制御回路３０２を構成するトランジスタＱ1のベースは、抵抗Ｒ2を経由してトランジスタ３０１のエミッタ及び抵抗Ｒ1の一端の間に接続されている。
【００１８】
スイッチング制御回路３０２において、フォトカプラＰＣを構成する受光トランジスタＱ2のコレクタは、抵抗Ｒ6を経由してダイオードＤ2のカソード及びコンデンサＣ4の間に接続されている。また、受光トランジスタＱ2のエミッタは、コンデンサＣ2を経由してトランジスタ３０１のエミッタ及び抵抗Ｒ1の間に接続されている。さらに、受光トランジスタＱ2のエミッタ及びコンデンサＣ2の間には、抵抗Ｒ5、ツェナーダイオードＺＤ1を順次経由してスイッチングトランス５を構成する一次補助巻線５０２の一端及びダイオードＤ1のアノードの間が接続されている。
【００１９】
スイッチング制御回路３０２を構成するダイオードＤ1のアノード及びカソードの両端の間には、コンデンサＣ3が並列接続されている。また、ダイオードＤ1のアノード及びスイッチングトランス５を構成する一次補助巻線５０２の間には、ダイオードＤ2、コンデンサＣ4を順次経由して基準電位点が接続されている。
【００２０】
さらに、電源出力制御部４には、スイッチングトランス５を構成する一次巻線５００から誘起された後、二次巻線５０１にて受電される電源である直流電圧を整流・平滑して負荷回路１への出力電圧Ｖoutを生成するための出力側整流・平滑回路４００と、出力側整流・平滑回路４００からの電圧を検出してスイッチング制御回路３０２を制御し、出力電圧Ｖoutを一定の電圧レベルで保持するための定電圧制御回路４０１と、出力側整流・平滑回路４００の出力側及び電源供給端子Ｐ1、ＧＮＤ端子Ｐ2の間に設けられ、負荷回路１の無負荷時に出力電圧の上昇を防止するために常時電流を流すブリーダ抵抗Ｒ13を有し、当該負荷回路から信号入力端子Ｐ3を経由して伝送されてくる動作状態信号により当該ブリーダ抵抗を接続／切離制御するためのブリーダ抵抗接続／切離制御回路４０２とが備えられている。
【００２１】
この電源出力制御部４において、出力側整流・平滑回路４００は、ダイオードＤ4、コンデンサＣ7を有している。また、定電圧制御回路４０１は、抵抗Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11、Ｒ12、フォトカプラＰＣを構成するダイオード（以下、発光ダイオードという。）Ｄ5、シャントレギュレータＩＣを有している。さらに、ブリーダ抵抗接続／切離制御回路４０２は、ブリーダ抵抗Ｒ13、抵抗Ｒ14、Ｒ15、（ＮＰＮ型の）トランジスタＱ3を有している。
【００２２】
電源出力制御部４の構成各部／回路の具体的な接続の態様として、出力側整流・平滑回路４００を構成するダイオードＤ4のアノードには、スイッチングトランス５を構成する二次巻線５０１（の一端及び他端）を経由して基準電位点が接続されている。また、ダイオードＤ4のカソードには、電源供給端子Ｐ1が接続されている。また、ダイオードＤ4のカソード及びＧＮＤ端子Ｐ2の間には、コンデンサＣ7が接続されている。また、ダイオードＤ4のカソード及び電源供給端子Ｐ1の間には、定電圧制御回路４０１を構成する抵抗Ｒ11、Ｒ12を順次経由して基準電位点が接続されている。さらに、二次巻線５０１の他端及びＧＮＤ端子Ｐ2の間には、基準電位点が接続されている。
【００２３】
定電圧制御回路４０１において、フォトカプラＰＣを構成する発光ダイオードＤ5のアノードは、抵抗Ｒ9を経由して出力側整流・平滑回路４００を構成するダイオードＤ4のカソード及び電源供給端子Ｐ1の間に接続されている。また、発光ダイオードＤ5のカソード及びシャントレギュレータＩＣのカソードの間は、抵抗Ｒ10を経由して出力側整流・平滑回路４００を構成するダイオードＤ4のカソード及び電源供給端子Ｐ1の間に接続されている。また、シャントレギュレータＩＣのリファレンスは、直列接続された抵抗Ｒ11、Ｒ12の間に接続されており、電源供給端子Ｐ1の電位を分圧して当該シャントレギュレータのリファレンスに供給している。さらに、シャントレギュレータＩＣのアノードには、基準電位点が接続されている。
【００２４】
ブリーダ抵抗接続／切離制御回路４０２において、ブリーダ抵抗Ｒ13の一端は、出力側整流・平滑回路４００のダイオードＤ4及び電源供給端子Ｐ1の間に接続されており、他端は、トランジスタＱ3（のコレクタ及びエミッタ）を順次経由して基準電位点が接続されている。また、トランジスタＱ3のベースには、抵抗Ｒ14を経由して信号入力端子Ｐ3が接続されている。さらに、トランジスタＱ3のベース−エミッタ間には、抵抗Ｒ15が接続されている。
【００２５】
このように構成された本発明の実施例によるスイッチング電源装置において、以下、具体的な動作について、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１において、電源入力制御部３の入力側整流・平滑回路３００を構成するダイオードブリッジ回路ＤＢの整流側の一方及び他方の両端間に、交流電源２からの交流電圧Ｖinが印加されると、この交流電圧Ｖinは、ダイオードブリッジ回路ＤＢを経由して整流された後、コンデンサＣ1を経由して平滑される。
【００２７】
また、電源入力制御部３の入力側整流・平滑回路３００を構成するダイオードブリッジ回路ＤＢ及びコンデンサＣ1をそれぞれ経由して直流電圧が生成されると、スイッチング制御回路３０２を構成する抵抗Ｒ3を経由してトランジスタ３０１にベース電流が流れ込むことにより、このトランジスタ３０１は起動してコレクタ電流が流れる。この動作によって、スイッチングトランス５を構成する一次巻線５００に直流電圧が印加されるため、一次巻線５００から誘起された（−）電圧が一次補助巻線５０２にて受電され、スイッチング制御回路３０２を構成するダイオードＤ1、抵抗Ｒ4を経由してベース電流がトランジスタ３０１に流れ込み、このトランジスタ３０１はオン状態が継続する。
【００２８】
さらに、電源入力制御部３を構成するトランジスタ３０１がオン状態になり、スイッチングトランス５を構成する一次巻線５００に直流電圧が印加されると、一次巻線５００から誘起された（＋）電圧が二次巻線５０１にて受電される。
【００２９】
次に、スイッチングトランス５を構成する二次巻線５０１にて受電された（＋）電圧は、電源出力制御部４の出力側整流・平滑回路４００を構成するダイオードＤ4を経由して整流された後、コンデンサＣ7を経由して平滑される。また、ダイオードＤ4及びコンデンサＣ7をそれぞれ経由して整流・平滑された直流電圧は、定電圧の出力電圧Ｖoutとして電源供給端子Ｐ1（及びＧＮＤ端子Ｐ2）から負荷回路１に出力されるとともに、定電圧制御回路４０１を構成する抵抗Ｒ11、Ｒ12を経由してその電圧レベルが分圧される。
【００３０】
また、電源出力制御部４の定電圧制御回路４０１を構成する抵抗Ｒ11、Ｒ12を経由して分圧された出力電圧ＶoutによりシャントレギュレータＩＣに流れ込むシャント電流が所定の閾値以上であると、このシャントレギュレータＩＣはオン状態になり、抵抗Ｒ9を経由してアノード電流が流れ込むフォトカプラＰＣを構成する発光ダイオードＤ5を点灯させることができる。この点灯によって、（電源入力制御部３の）スイッチング制御回路３０２のフォトカプラＰＣを構成する受光トランジスタＱ2がオン状態になり、ダイオードＤ2を経由してコンデンサＣ4に蓄電される直流電圧に基づき、ベース電流がトランジスタＱ1に流れ込む。
【００３１】
また、電源入力制御部３のスイッチング制御回路３０２を構成するトランジスタＱ1にベース電流が流れ込み、このトランジスタＱ1がオン状態になると、トランジスタ３０１へのベース電流が基準電位点に吸入されるため、このトランジスタ３０１はオン状態からオフ状態に切り替わる。
【００３２】
また、電源入力制御部３を構成するトランジスタ３０１がオフ状態になると、スイッチングトランス５のエネルギーが減少していき、一次巻線５００から二次巻線５０１へと（＋）電圧が誘起されなくなる状況が発生する。そこで、スイッチングトランス５のエネルギーが「０」になると、残留磁化により電源出力制御部４の出力側整流・平滑回路４００を構成するコンデンサＣ7から放電されたダイオードＤ4への電流がバックスイングして、二次巻線５０１に逆方向の電流を流すため、一次補助巻線５０２にて（＋）電圧が受電される。
【００３３】
さらに、スイッチングトランス５を構成する一次補助巻線４０２に（＋）電圧が受電されると、電源入力制御部３のスイッチング制御回路３０２を構成するダイオードＤ1、抵抗Ｒ4、入力側整流・平滑回路３００を構成するダイオードブリッジ回路ＤＢ、抵抗Ｒ3を（順次）経由してベース電流がトランジスタ３０１に流れ込み、このトランジスタ３０１は再びオン状態となるように、トランジスタ３０１のスイッチング動作、すなわち、オン状態又はオフ状態の切り替えが繰り返される。このように、トランジスタ３０１がオフ状態になる時間を制御することにより、出力電圧Ｖoutの定電圧制御が可能となり、このとき、電源出力制御部４のブリーダ抵抗接続／切離制御回路４０２を構成するブリーダ抵抗Ｒ13には、負荷回路１が無負荷時における出力電圧Ｖoutの上昇を防止するために常時電流が流れている。
【００３４】
しかしながら、前述のようにブリーダ抵抗Ｒ13に常時電流が流れることは、背景技術と同様、出力電圧Ｖoutの電力損失の要因となるため、定電圧の出力電圧Ｖoutを受電した負荷回路１は、その動作状態に応じて電位がＨ（Ｈｉｇｈ）レベル又はＬ（Ｌｏｗ）レベルで異なる動作状態信号Ｓ1、Ｓ2を生成することができる。この動作状態信号Ｓ1、Ｓ2は、負荷回路１から信号入力端子Ｐ3、電源出力制御部４のブリーダ抵抗接続／切離制御回路４０２を構成する抵抗Ｒ14を経由してトランジスタＱ3のベースに印加される。
【００３５】
ここで、電源出力制御部４のブリーダ抵抗接続／切離制御回路４０２において、負荷回路１が動作しておらず、Ｈ（Ｈｉｇｈ）レベルの動作状態信号Ｓ1がトランジスタＱ3のベースに印加されたとすると、このトランジスタＱ3はオン状態となり、ブリーダ抵抗Ｒ13にブリーダ電流を流すことから、負荷回路１が無負荷時における出力電圧Ｖoutの上昇を防止することができる。
【００３６】
一方、電源出力制御部４のブリーダ抵抗接続／切離制御回路４０２において、負荷回路１が動作しており、Ｌ（Ｌｏｗ）レベルの動作状態信号Ｓ2がトランジスタＱ3のベースに印加されたとすると、このトランジスタＱ3はオフ状態となり、ブリーダ抵抗Ｒ13に流れるブリーダ電流を遮断することから、ブリーダ抵抗Ｒ13にて消費される電力が抑えられるため、出力電圧Ｖoutの電力損失の低減化が可能となる。
【００３７】
前述までの説明から明らかなように、本発明のスイッチング電源装置によれば、交流電源２からの交流電圧Ｖinを整流・平滑する電源入力制御部３と負荷回路１への出力電圧Ｖoutを生成する電源出力制御部４との間を、スイッチングトランス５を経由して絶縁させるにあたり、電源出力制御部４のブリーダ抵抗接続／切離制御回路４０２を構成するブリーダ抵抗Ｒ13を、負荷回路１からの動作状態信号Ｓ1、Ｓ2により接続又は切り離すことができ、簡単な回路構成で出力電圧Ｖoutの電力損失の低減化が可能となる。
【００３８】
本発明のスイッチング電源装置においては、特定の実施の形態をもって説明してきたが、この形態に限定されるものでなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られた如何なる構成のスイッチング電源装置であっても採用できるということはいうまでもないことである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例によるスイッチング電源装置の具体的な構成を示す回路図。
【符号の説明】
【００４０】
１……負荷回路
２……交流電源
３……電源入力制御部
３００……入力側整流・平滑回路
３０１……トランジスタ
３０２……スイッチング制御回路
４……電源出力制御部
４００……出力側整流・平滑回路
４０１……定電圧制御回路
４０２……ブリーダ抵抗接続／切離制御回路
Ｒ13……ブリーダ抵抗
５……スイッチングトランス
５００……一次巻線
５０１……二次巻線
５０２……一次補助巻線
Ｓ1、Ｓ2……動作状態信号
Ｖin……交流電圧
Ｖout……出力電圧
【図１】
2008245444.tif 000003