(57)【要約】【課題】スイッチ素子をオン・オフする待機信号を不要とした新規のスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】主スイッチング素子Ｑ１と入力ラインに直列コンデンサＣ４とを備えてあるスイッチング電源回路であって、このスイッチング電源回路にパルス信号を出力するパルス発振回路ＩＣ１を接続し、このパルス発振回路ＩＣ１及び主スイッチング素子Ｑ１の出力端子に内部検出回路１２の入力部を接続してあり、この内部検出回路１２は前記パルス発振回路ＩＣ１から供給されるパルス信号を検出して前記主スイッチング素子Ｑ１のスイッチングのタイミングを制御するように構成してあることを特徴とするスイッチング電源装置。【選択図】図１
2004187479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主スイッチング素子を備えたスイッチング電源回路であって、このスイッチング電源回路にパルス信号を出力するパルス発振回路を接続し、このパルス発振回路及び主スイッチング素子の出力端子に内部検出回路の入力部を接続してあり、この内部検出回路は前記パルス発振回路から供給されるパルス信号を検出して前記主スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御するように構成してあることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記内部検出回路は、前記パルス発振回路から供給されたパルス信号を検出するパルス検出回路と、このパルス検出回路で検出されたパルス信号を直流信号レベルに変換する直流信号レベル変換回路と、この直流信号レベル変換回路で生成された信号によってスイッチングし、この信号を入力レベルに送信するスイッチング素子とを備えてあることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子はフォトカプラであり、このフォトカプラで受けた信号を入力レベルに送信し、この信号を前記主スイッチング素子で受信して、この主スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御するようにしてあることを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記パルス検出回路と前記直流信号レベル変換回路との間にスイッチング素子を備えてある請求項２又は３記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記直流信号レベル変換回路は規定オン時間を設定し、オン時間がこの規定オン時間より長い場合は、直流レベル信号をオンし、オン時間が前記規定オン時間より短い場合は、直流レベル信号をオフするように設定してあることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記規定オン時間を抵抗及びコンデンサの抵抗値、容量などの大きさで設定してあることを特徴とする請求項５記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
前記内部検出回路のスイッチング素子の信号を前記主スイッチング素子で受信して、前記直列コンデンサの端子間を短絡／開放するように構成してあることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項８】
予め設定したパルス検出レベルを境に、前記パルス検出回路のパルス出力量の増減に同期し、自動的に前記直列コンデンサの端子間を短絡／開放するように構成してあることを特徴にした請求項１乃至７のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項９】
前記内部検出回路に、この内部検出回路から供給されるパルス信号の周波数を切り替える周波数切替回路を設けて、出力電力に合わせて基準レベルを補正するように構成し、前記周波数切替回路の出力にスイッチング素子を設け、このスイッチング素子のオン・オフによって、出力電力に合わせて周波数を決定するように構成してあることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項１０】
前記周波数切替回路は、前記スイッチング素子の制御端子を前記直流信号レベル変換回路の出力に接続し、このスイッチング素子の入力端子に第一のコンデンサを接続し、このスイッチング素子と第一のコンデンサとの直列回路と並列に第二のコンデンサを接続して構成してあることを特徴とする請求項９記載のスイッチング電源装置。
【請求項１１】
前記一次側の入力ラインに直列コンデンサを備えてあることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力ラインに主スイッチング素子と直列コンデンサを備えてあるスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスイッチング電源装置の回路図を図２に示す。このスイッチング電源装置は、主スイッチング素子Ｑ１を備え、一次−二次間がトランスＴ１で絶縁してあるスイッチング電源回路１と、主スイッチング素子Ｑ１のスイッチングのタイミングを制御するためにパルス信号を出力するパルス発振回路ＩＣ１とを備えてある。
【０００３】
このスイッチング電源回路１に備えた一次側のトランスＴ１の巻線の一端に直列に、ＦＥＴからなる主スイッチング素子Ｑ１のドレインを接続してある。また、一次側のトランスＴ１の巻線の他端を第一の整流ブリッジＤ１の直流端子の一極に接続し、この整流ブリッジＤ１の交流端子の一極に直列コンデンサＣ４を接続してある。この直列コンデンサＣ４に並列にフォトカプラＰＣ１を接続してある。この第一の整流ブリッジＤ１の直流端子の一極にトランスＴ１の一次巻線の一端を接続し、この第一の整流ブリッジＤ１の直流端子の他極に主スイッチング素子Ｑ１のソースを接続してある。この主スイッチング素子Ｑ１のドレインをトランスＴ１の一次巻線の他端に接続してある。また、第一の整流ブリッジＤ１の整流作用により直流電源の役割をするよう、この整流ブリッジＤ１の二つの直流端子間に平滑コンデンサＣ８を接続してある。
【０００４】
直列コンデンサＣ４の負荷側から第二の直列コンデンサＣ３を接続し、この直列コンデンサＣ３を第二の整流ブリッジＤ２の交流端子の一極に接続してある。この整流ブリッジＤ２の交流端子の他極を、コンデンサＣ６を介して交流電源の他極側に接続してある。また、第二の整流ブリッジＤ２の整流作用により直流電源の役割をするよう、この整流ブリッジＤ２の二つの直流端子間に平滑コンデンサＣ１１を接続してある。
【０００５】
この第二の整流ブリッジＤ２の直流端子に、パルス発振回路ＩＣ１を接続してある。具体的には、整流ブリッジＤ２の一極をパルス発振回路ＩＣ１の電源入力端子ＶＣＣに、この整流ブリッジＤ２の他極をパルス発振回路ＩＣ１のＲＴ／ＣＴ端子に、夫々接続してある。また、このパルス発振回路ＩＣ１の出力端子ＯＵＴを主スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続してあり、このパルス発振回路ＩＣ１の電流検出端子ＩＳＮＦを主スイッチング素子Ｑ１のソースに接続してある（例として特許文献１参照。）。
【０００６】
パルス発振回路ＩＣ１はスイッチング素子Ｑ４と接続し、このスイッチング素子Ｑ４の入力端子に、スイッチング電源装置に外部装置からの待機信号を送信する待機信号送信回路５を接続してある。また、スイッチング素子Ｑ４の出力端子にはフォトカプラＰＣ３を接続してあり、このフォトカプラＰＣ３で受信した信号を入力ラインに設けたフォトカプラＰＣ１で受信し、主スイッチング素子Ｑ１のオン・オフのタイミングを制御するようにしてある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１４２２７公報（第３−５頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成であるため、主スイッチング素子Ｑ１をオン・オフさせるために待機信号を必要とし、この待機信号を外部装置から受信し、主スイッチング素子Ｑ１に送信する待機信号送信回路５を別に設ける必要があった。また、この信号送受の為に外部装置とインターフェースを合わせる必要があり、標準的仕様とならず、汎用性に劣っていた。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、スイッチ素子をオン・オフする待機信号を不要とした新規のスイッチング電源装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決しようとする手段】
上記目的を達成するためになされた本発明は、スイッチングパルスを利用して電力を検出していることにより、微小電力でも負荷電力の増減が検出することができる。
【００１１】
また、本発明は内部検出回路によりスイッチング電源内部で電力を検出することができる為、外部からの待機信号受信が不要である。
【００１２】
また、本発明は内部検出回路に、この内部検出回路から供給されるパルス信号の周波数を切り替える周波数切替回路を設けて、出力電力に合わせて基準レベルを補正するように構成し、前記周波数切替回路の出力にスイッチング素子を設け、このスイッチング素子のオン・オフによって、切替電力を決定するように構成してあることにより、スイッチングロスを軽減し、スイッチング電源の変換効率を上げ、軽負荷時の消費電力を軽減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明スイッチング電源装置に係る実施例を説明する。図１は本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例の回路図である。Ｑ１は主スイッチング素子、Ｔ１はトランス、ＩＣ１はパルス発振回路、ＰＣはフォトカプラ、Ｃはコンデンサ、Ｄはダイオード、Ｄ１，Ｄ２は整流ブリッジ、Ｒは抵抗、１は内部検出回路、２はパルス検出回路、３は直流信号レベル変換回路、１１は内部検出回路、１２はパルス検出回路、１３は直流信号レベル変換回路、１４は周波数切替回路である。
【００１４】
本実施例に係るスイッチング電源装置は、主スイッチング素子Ｑ１を備え、一次−二次間がトランスＴ１で絶縁してあるスイッチング電源回路１と、主スイッチング素子Ｑ１のスイッチングのタイミングを制御するためにパルス信号を出力するパルス発振回路ＩＣ１とを備えてある。
【００１５】
このスイッチング電源回路１に備えた一次側のトランスＴ１の巻線の一端に直列に、ＦＥＴからなる主スイッチング素子Ｑ１のドレインを接続してある。また、一次側のトランスＴ１の巻線の他端を第一の整流ブリッジＤ１の直流端子の一極に接続し、この整流ブリッジＤ１の交流端子の一極に直列コンデンサＣ４を接続してある。この直列コンデンサＣ４に並列にフォトカプラＰＣ１Ａを接続してある。この第一の整流ブリッジＤ１の直流端子の一極にトランスＴ１の一次巻線の一端を接続し、この第一の整流ブリッジＤ１の直流端子の他極に主スイッチング素子Ｑ１のソースを接続してある。この主スイッチング素子Ｑ１のドレインをトランスＴ１の一次巻線の他端に接続してある。また、第一の整流ブリッジＤ１の整流作用により直流電源の役割をするよう、この整流ブリッジＤ１の二つの直流端子間に平滑コンデンサＣ８を接続してある。
【００１６】
直列コンデンサＣ４の負荷側から第二の直列コンデンサＣ３を接続し、この直列コンデンサＣ３を第二の整流ブリッジＤ２の交流端子の一極に接続してある。この整流ブリッジＤ２の交流端子の他極を、コンデンサＣ６を介して交流電源の他極側に接続してある。また、第二の整流ブリッジＤ２の整流作用により直流電源の役割をするよう、この整流ブリッジＤ２の二つの直流端子間に平滑コンデンサＣ１１を接続してある。
【００１７】
この第二の整流ブリッジＤ２の直流端子に、パルス発振回路ＩＣ１を接続してある。具体的には、整流ブリッジＤ２の一極をパルス発振回路ＩＣ１の電源入力端子ＶＣＣに、この整流ブリッジＤ２の他極をパルス発振回路ＩＣ１のＲＴ／ＣＴ端子に、夫々接続してある。また、このパルス発振回路ＩＣ１の出力端子ＯＵＴを主スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続してあり、このパルス発振回路ＩＣ１の電流検出端子ＩＳＮＦを主スイッチング素子Ｑ１のソースに接続してある。
【００１８】
パルス発振回路ＩＣ１から供給されるパルス信号を検出してスイッチング電源回路１の主スイッチング素子Ｑ１のスイッチングのタイミングを制御する内部検出回路１１を設けてある。この内部検出回路１１は、パルス発振回路ＩＣ１から供給されたパルス信号を検出するパルス検出回路１２を備えてある。本実施例に係るパルス検出回路１２は抵抗Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８とコンデンサＣ７とを備え、この回路の入力部を主スイッチング素子Ｑ１のゲート及びパルス発振回路ＩＣ１の出力端子ＯＵＴに接続し、この回路の出力部をバイポーラトランジスタから構成するスイッチング素子Ｑ４のベースに接続してある。なお、これら抵抗Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８並びにコンデンサＣ７の回路配置並びに各素子の抵抗値、容量を任意に設定することにより、パルス信号の検出値を任意に設定することができる。
【００１９】
本実施例に係る内部検出回路１１は直流信号レベル変換回路１３を備えてあり、パルス検出回路１２に備えたスイッチング素子Ｑ４のコレクタ・エミッタ間を直流信号レベル変換回路１３に接続してある。この直流信号レベル変換回路１３は否定回路を複数個設けた集積回路ＩＣ２、ダイオードＤ７、コンデンサＣ１６、並びに抵抗Ｒ２３，Ｒ２７を備えてある。この具体的構成については、以下で述べる。
【００２０】
パルス検出回路１２に備えたスイッチング素子Ｑ４のコレクタを第一の否定回路ＩＣ２Ａの入力に接続し、この否定回路ＩＣ２Ａの出力をダイオードＤ７のアノードに接続してある。また、このダイオードＤ７のカソードを抵抗Ｒ２７とコンデンサＣ１６の並列回路に接続してあるとともに、第二の否定回路ＩＣ２Ｂの入力に接続してある。また、第四の否定回路ＩＣ２Ｄの入力にも接続してある。この否定回路ＩＣ２Ｂの出力を第三の否定回路ＩＣ２Ｃの入力に接続してある。このような構成により、パルス検出回路１２で検出されたパルス信号を直流信号レベルに変換するようにしてある。
【００２１】
本実施例に係る内部検出回路１１は直流信号レベル変換回路１３で生成された信号によってオン・オフするスイッチング素子を備えてある。このスイッチング素子はフォトカプラＰＣ１Ｂで構成してある。このフォトカプラＰＣ１Ｂを、直流信号レベル変換回路１３に備えた第三の否定回路ＩＣ２Ｃの出力に、抵抗Ｒ２１を介して接続してある。このフォトカプラＰＣ１Ｂは、ここで受けた信号を入力レベルに設けたフォトカプラＰＣ１Ａで受信し、この信号が主スイッチング素子Ｑ１に送信されて、この主スイッチング素子Ｑ１のオン・オフのタイミングを制御するようにしてある。
【００２２】
本実施例に係る内部検出回路１１には周波数切替回路１４を設けてある。この周波数切替回路１４は直流信号レベル変換回路１３で生成された信号の周波数を切り替える回路である。この周波数切替回路１４はの出力にスイッチング素子Ｑ３を設けてあり、このスイッチング素子Ｑ３の制御端子を直流信号レベル変換回路１３に設けた第四の否定回路ＩＣ２Ｄの出力に接続してある。このスイッチング素子Ｑ３の入力端子に第一のコンデンサＣ２を接続し、このスイッチング素子Ｑ３と第一のコンデンサＣ２との直列回路と並列に第二のコンデンサＣ１７を接続して、出力電力に合わせて周波数を決定するように構成してある。
【００２３】
以上のように構成してある省電力回路は以下のような作用をする。交流電源ＣＮ１の各極と直列コンデンサＣ４の対応する極板との間を電荷が移動して交流電流が生じる。この交流電流は交流電源ＣＮ１と直列コンデンサＣ４との間を流れる際に第一の整流ブリッジＤ１によって整流される。この整流作用により、平滑コンデンサＣ８は充電され、直流電源として機能する。また、交流電源ＣＮ１と２つの直列コンデンサＣ４，Ｃ３との間に流れる際に第二の整流ブリッジＤ２によって整流される。この整流作用により、平滑コンデンサＣ１１に充電され、直流電源として機能する。
【００２４】
平滑コンデンサＣ８に充電された直流電力はパルス発振回路ＩＣ１の出力端子ＯＵＴから出力される駆動パルスでオン・オフする主スイッチング素子Ｑ１によって断続する一次電流になる。この一次電流はトランスＴ１の一次巻線と主スイッチング素子Ｑ１と一次電流検出抵抗Ｒ１２とからなる直列回路に流れ、トランスＴ１の二次巻線に誘起する。
【００２５】
パルス発振回路ＩＣ１の出力端子ＯＵＴから出力される駆動パルスは内部検出回路１１のパルス検出回路１２で検出され、この回路１２で備えてある抵抗Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８並びにコンデンサＣ７により駆動パルスのレベルを調整し、スイッチング素子Ｑ２で信号が反転して出力される。このスイッチング素子Ｑ２を介して出力される信号は直流信号レベル変換回路１３に入力される。
【００２６】
直流信号レベル変換回路１３ではスイッチング素子Ｑ２を介して送信された信号を直流信号レベルに変換する。先ず、スイッチング素子Ｑ２から送信された信号は第一の否定回路ＩＣ２Ａに入力され、この信号はダイオードＤ７を介して、第二の否定回路ＩＣ２Ｂに入力される。また、この信号に係る電荷はコンデンサＣ１６に充電される。さらに信号は第三の否定回路ＩＣ２Ｃに入力し、三つの否定回路ＩＣ２Ａ，ＩＣ２Ｂ，ＩＣ２Ｃで矩形波信号は直流信号レベルに変換される。具体的には、この際、パルス発振回路ＩＣ１のオン時間が比較的長い場合、コンデンサＣ１６に電荷が充分充電されるため、この間は直流信号レベルがオンの状態で変換される。一方、パルス発振回路ＩＣ１のオン時間が比較的短い場合は、コンデンサＣ１６に電荷が充分充電されず、この間は直流信号レベルがオフの状態で変換される。このように直流信号レベルに変換された信号はフォトカプラＰＣ１Ｂに送信される。
【００２７】
フォトカプラＰＣ１Ｂで受けた信号は入力ラインに設けたフォトカプラＰＣ１Ａに受信される。この信号は第一の整流ブリッジＤ１並びに第二の整流ブリッジＤ２を介して、主スイッチング素子Ｑ１に送信される。また、フォトカプラＰＣ２Ａを通る信号は、二つの整流ブリッジＤ１，Ｄ２の直流端子並びにパルス発振回路ＩＣ１に送信され、主スイッチング素子Ｑ１のスイッチングのタイミングを制御する。
【００２８】
また、本実施例に係る内部検出回路１１には周波数切替回路１４を設けてあり、以下のように直流信号レベル変換回路１３で生成された信号の周波数を切り替えて、切替電力を決定する。内部検出回路１１に設けてあるスイッチング素子Ｑ２がオフすると、第一の否定回路ＩＣ２Ａにハイ信号が送信され、この否定回路ＩＣ２Ａでロー信号に変更される。さらに、ダイオードＤ７を介して、第二の否定回路ＩＣ２Ｂにロー信号が送信され、この否定回路ＩＣ２Ｂでハイ信号に変更される。さらに、このハイ信号が第三の否定回路ＩＣ２Ｃに送信されて、この否定回路ＩＣ２Ｃでロー信号に変更される。このロー信号がフォトカプラＰＣ１Ｂに送信され、この信号はオフ信号としてフォトカプラＰＣ１Ａに送信される。
【００２９】
一方、ダイオードＤ７には、第二の否定回路ＩＣ２Ｂを接続してあるとともに、第四の否定回路ＩＣ２Ｄを接続してある。第四の否定回路ＩＣ２Ｄにロー信号が送信されると、この否定回路ＩＣ２Ｄでハイ信号に変更される。この信号は周波数切替回路１４に設けたスイッチング素子Ｑ３に送信され、スイッチング素子Ｑ３はオンする。スイッチング素子Ｑ３がオンすることにより、コンデンサＣ２は充電されて、パルス発振回路ＩＣ１の周波数が低くなり、これに伴って電力も下がる。
【００３０】
逆に、内部検出回路１１に設けてあるスイッチング素子Ｑ２がオンすると、第一の否定回路ＩＣ２Ａにロー信号が送信され、この否定回路ＩＣ２Ａでハイ信号に変更される。さらに、ダイオードＤ７を介して、第二の否定回路ＩＣ２Ｂにハイ信号が送信され、この否定回路ＩＣ２Ｂでロー信号に変更される。さらに、このロー信号が第三の否定回路ＩＣ２Ｃに送信されて、この否定回路ＩＣ２Ｃでハイ信号に変更される。このハイ信号がフォトカプラＰＣ１Ｂに送信され、この信号はオン信号としてフォトカプラＰＣ１Ａに送信される。
【００３１】
一方、第四の否定回路ＩＣ２Ｄにハイ信号が送信されると、この否定回路ＩＣ２Ｄでロー信号に変更される。この信号は周波数切替回路１４に設けたスイッチング素子Ｑ３に送信され、スイッチング素子Ｑ３はオフする。スイッチング素子Ｑ３がオフすることにより、コンデンサＣ２は放電されて、パルス発振回路ＩＣ１の周波数が高くなり、これに伴って電力も上がる。
【００３２】
なお、本実施例では一次−二次間が絶縁されたトランスＴ１の巻線に直列に接続されるスイッチング素子２を備えるスイッチング電源回路を備えてあるが、必ずしも絶縁型のスイッチング電源回路である必要はなく、チョッパ方式非絶縁型のスイッチング電源回路でも応用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、スイッチングパルスを利用して電力を検出していることにより、微小電力でも負荷電力の増減が検出することができる効果がある。
【００３４】
また、本発明は内部検出回路によりスイッチング電源内部で電力を検出することができる為、外部からの待機信号受信が不要であるという効果もあるとともに、この信号を利用して電源内部の異常信号、例えば過電流検出も可能である。
【００３５】
また、本発明は内部検出回路に、この内部検出回路から供給されるパルス信号の周波数を切り替える周波数切替回路を設けて、出力電力に合わせて基準レベルを補正するように構成し、前記周波数切替回路の出力にスイッチング素子を設け、このスイッチング素子のオン・オフによって、切替電力を決定するように構成してあることにより、スイッチングロスを軽減し、スイッチング電源の変換効率を上げ、軽負荷時の消費電力を軽減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】従来のスイッチング電源装置の回路図である。
【符号の説明】
Ｑ１  主スイッチング素子
Ｔ１  トランス
ＩＣ１  パルス発振回路
ＰＣ  フォトカプラ
Ｃ  コンデンサ
Ｄ  ダイオード
Ｄ１，Ｄ２  整流ブリッジ
Ｒ  抵抗
１  スイッチング電源回路
１１  内部検出回路
１２  パルス検出回路
１３  直流信号レベル変換回路
１４  周波数切替回路
【図１】
2004187479.tif 000003
【図２】
2004187479.tif 000004