(57)【要約】【課題】制御回路に供給される電源電圧Ｖｃｃのより一層の安定化を図る。【解決手段】トランス２の三次コイルＮ３に発生する電圧を利用した補助電源部６から制御回路９への電源電圧Ｖｃｃの供給経路上に補助側の定電圧回路１４とフィルター回路１５を設ける。フィルター回路１５は、補助電源部６の出力電圧の信号から、補助側の定電圧回路１４の不要発振の原因となる周波数成分を除去する。補助側の定電圧回路１４は、補助電源部６側からフィルター回路１５を介して供給された電圧に基づいて設定の定電圧を作り出して制御回路９に出力する。補助電源部６の出力電圧を直接的に制御回路９に加える場合に比べて、制御回路９の電源電圧Ｖｃｃを格段に安定化できるので、電源電圧Ｖｃｃを定格の最大値に設定できる。制御回路９からメインスイッチ素子Ｑに大きな駆動電圧を供給することができるので、メインスイッチ素子Ｑの損失を抑制できる。【選択図】　　　　図１
2004064862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの一次側に設けられたメインスイッチ素子のスイッチング動作によって、トランスから出力された電圧が整流平滑されて出力される構成を備えたスイッチング電源回路において、当該スイッチング電源回路から出力される出力電圧を安定化するためにメインスイッチ素子のスイッチング動作制御を行う制御回路と、この制御回路に電源電圧を供給するための補助電源部とを有し、さらに、補助電源部から制御回路に至る電源電圧の供給経路上に介設されて補助電源部の出力電圧に基づき予め定められた定電圧を制御回路に出力する補助側の定電圧回路と、補助電源部から補助側の定電圧回路に供給される電圧信号から、補助側の定電圧回路の不要発振の原因となる周波数成分を除去するフィルター回路とが設けられていることを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項２】
トランスの一次側に加えられる入力電圧を利用して、補助電源部の出力電圧よりも低い予め定められた定電圧を出力する一次側の定電圧回路が設けられ、この一次側の定電圧回路は補助側の定電圧回路の入力側に接続されており、スイッチング電源回路が起動してから補助電源部の出力電圧が一次側の定電圧回路の出力電圧を超えるまでの立ち上がり期間中には、トランスの一次側の入力電圧に基づいた電圧が一次側の定電圧回路と補助側の定電圧回路を順に通って定電圧化されて制御回路に加えられ、補助電源部の出力電圧が一次側の定電圧回路の出力電圧よりも高い通常運転中には、一次側の定電圧回路から補助側の定電圧回路への電圧供給は阻止され補助電源部の出力電圧が補助側の定電圧回路により定電圧化されて制御回路に供給されることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源回路。
【請求項３】
補助電源部は、トランスに設けられた三次コイルの出力電圧を整流平滑しフィルター回路を介して補助側の定電圧回路に電圧を加える構成を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスイッチング電源回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直流−直流変換タイプのスイッチング電源回路に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
スイッチング電源回路の一従来例が図６に示されている。このスイッチング電源回路１は、トランス２と、トランス２の一次コイルＮ１側に設けられているコンデンサ３およびメインスイッチ素子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ）Ｑと、トランス２の二次コイルＮ２に接続された出力整流平滑回路４と、トランス３の三次コイルＮ３および補助電源整流平滑回路５を有する補助電源部６と、スイッチング電源回路１の入力部７に接続された定電圧回路８と、メインスイッチ素子Ｑのスイッチング動作を制御する制御回路９とを有して構成されている。
【０００３】
スイッチング電源回路１では、制御回路９によるメインスイッチ素子Ｑのスイッチング動作によって、入力部７に接続された入力電圧源１１から一次コイルＮ１に電圧が供給され、この一次コイルＮ１の電圧に基づいた電圧が二次コイルＮ２から出力される。そして、二次コイルＮ２の出力電圧は出力整流平滑回路４によって整流平滑されて負荷１０に出力される。
【０００４】
また、出力電圧Ｖｏｕｔを間接的に又は直接的に検出するための出力電圧検出回路（図示せず）が設けられており、この出力電圧検出回路による検出電圧が制御回路９に加えられる。さらに、補助電源部６は、三次コイルＮ３に発生する電圧を補助電源整流平滑回路５により整流平滑し、当該電圧を電源電圧Ｖｃｃとして制御回路９に加える。制御回路９は、補助電源部６から加えられた電源電圧Ｖｃｃを利用して、出力電圧検出回路の検出電圧に基づき出力電圧Ｖｏｕｔを安定化すべくメインスイッチ素子Ｑのスイッチング動作を制御する。
【０００５】
ところで、スイッチング電源回路１が起動し始めたときには、三次コイルＮ３に電圧が発生していないために補助電源部６から制御回路９に電源電圧Ｖｃｃを供給することができない。このため、スイッチング電源回路１の起動時には、入力電圧源１１の入力電圧Ｖｉｎを利用して制御回路９に電源電圧を加えるが、入力電圧Ｖｉｎが制御回路９の電源電圧の定格最大値よりも大きい場合には、入力電圧Ｖｉｎを直接的に制御回路９に加えることができない。そこで、定電圧回路８が、入力電圧Ｖｉｎを利用し当該入力電圧Ｖｉｎよりも低い電源電圧を作り出して制御回路９に加える。この電源電圧の供給により、制御回路９がメインスイッチ素子Ｑのスイッチング動作を開始し、メインスイッチ素子Ｑのスイッチング動作によって、トランス２や出力整流平滑回路４や補助電源部６が立ち上がる。
【０００６】
補助電源部６が立ち上がった後の通常運転時に補助電源部６から出力される電圧が、定電圧回路８から出力される電圧よりも高くなるように設定されている。これにより、通常運転時には、定電圧回路８から制御回路９への電圧供給は阻止され、制御回路９には補助電源部６から電源電圧Ｖｃｃが供給される。
【０００７】
このように、定電圧回路８から制御回路９への電圧供給を起動時のみとし、通常運転時には補助電源部６から制御回路９に電源電圧Ｖｃｃを供給する構成として、損失が大きい定電圧回路８の駆動時間を短く抑えることにより、スイッチング電源回路１の損失低減が図られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、メインスイッチ素子Ｑをスイッチオンさせるために制御回路９からメインスイッチ素子Ｑに出力される駆動電圧が電源電圧Ｖｃｃと同じになるように構成された制御回路９が用いられる場合には、メインスイッチ素子Ｑでの損失を抑制するために、制御回路９からメインスイッチ素子Ｑに供給される駆動電圧は電源電圧Ｖｃｃの定格の範囲内でできるだけ大きい方が望ましい。
【０００９】
しかしながら、入力電圧Ｖｉｎの変動や負荷１０の通電電流の変動などの様々な原因に因る三次コイルＮ３の出力電圧の変動によって、補助電源部６から制御回路９に供給される電源電圧Ｖｃｃは変動する。このため、補助電源部６から制御回路９に定格の最大値の電圧が電源電圧Ｖｃｃとして加えられるように設計してしまうと、補助電源部６の出力電圧の変動により、定格以上の大きな電圧が制御回路９に加えられてしまうことがあり、過大電圧印加に因り制御回路９の破損を招く虞がある。
【００１０】
このことを考慮すると、補助電源部６から制御回路９に加えられる電源電圧Ｖｃｃは定格最大値よりも低い値が設定されることとなる。これにより、制御回路９からメインスイッチ素子Ｑに加えられる駆動電圧が低めになることから、メインスイッチ素子Ｑでの損失が増加してしまう。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、制御回路に加える電源電圧の安定化を図って、電源電圧を定格の範囲内でできるだけ大きな電圧値に設定することを可能にするスイッチング電源回路を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明は、トランスの一次側に設けられたメインスイッチ素子のスイッチング動作によって、トランスから出力された電圧が整流平滑されて出力される構成を備えたスイッチング電源回路において、当該スイッチング電源回路から出力される出力電圧を安定化するためにメインスイッチ素子のスイッチング動作制御を行う制御回路と、この制御回路に電源電圧を供給するための補助電源部とを有し、さらに、補助電源部から制御回路に至る電源電圧の供給経路上に介設されて補助電源部の出力電圧に基づき予め定められた定電圧を制御回路に出力する補助側の定電圧回路と、補助電源部から補助側の定電圧回路に供給される電圧信号から、補助側の定電圧回路の不要発振の原因となる周波数成分を除去するフィルター回路とが設けられていることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。なお、実施形態例の説明において、図６のスイッチング電源回路と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００１４】
この実施形態例では、図１に示されるように、図６の回路構成に加えて、補助側の定電圧回１４と、フィルター回路１５とが設けられている。
【００１５】
補助側の定電圧回路１４は、補助電源部６から制御回路９への電源電圧の供給経路上に介設されており、補助電源部６から出力された電圧（例えば８〜１０Ｖの電圧）を利用して予め定められた定電圧（例えば７Ｖの電圧）を作り出し、当該定電圧を電源電圧Ｖｃｃとして制御回路９に供給する回路構成を有する。補助側の定電圧回路１４として、例えば、トランジスタ素子を基本としたレギュレータ回路が設けられる。レギュレータ回路には様々な回路構成があり、ここでは、特に限定されるものではないが、補助側の定電圧回路１４の回路構成例として、例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような回路構成が挙げられる。なお、図２（ａ）〜（ｃ）に示す補助側の定電圧回路１４は、Ｘ部分が補助電源部６側に、また、Ｙ部分が制御回路９側となるように、補助電源部６から制御回路９への電源電圧の供給経路上に組み込まれる。
【００１６】
図２（ａ）の回路構成では、補助電源部６側（Ｘ部分側）から加えられた電圧を利用して、抵抗体Ｒ１とツェナーダイオードＤによりトランジスタ素子（例えばバイポーラトランジスタ）Ｔｒのベースに電圧Ｖｂが加えられる。このベース電圧ＶｂはツェナーダイオードＤによってほぼ一定であり、当該ベース電圧Ｖｂに基づいてトランジスタ素子Ｔｒから制御回路９側（Ｙ部分側）に定電圧を出力させることができる。なお、この回路構成の場合には、周囲の温度が変動してもツェナー電圧が変動しないタイプのツェナーダイオードＤを採用することが好ましい。それというのは、そのようなツェナーダイオードＤを用いることにより、環境温度変動に起因したベース電圧Ｖｂの変動を抑制することができて、環境温度変動の悪影響をあまり受けずにトランジスタ素子Ｔｒから設定の定電圧を制御回路９側に定電圧を出力することができるからである。
【００１７】
図２（ｂ）の回路構成では、図２（ａ）の構成に加えて、ツェナーダイオードＤとトランジスタ素子Ｔｒのベースとの間にトランジスタ素子Ｔ１が介設されている。また、トランジスタ素子Ｔ１のベースに電圧を供給するための抵抗体Ｒ２，Ｒ３が設けられている。この回路構成では、環境温度変動の悪影響を互いに打ち消し合うツェナーダイオードＤとトランジスタ素子（バイポーラトランジスタ）Ｔ１を採用することにより、環境温度変動に関係なく一定のベース電圧Ｖｂをトランジスタ素子Ｔｒに加えることができる。このため、環境温度が変動してもトランジスタ素子Ｔｒから設定の定電圧を制御回路９側に出力させることが可能となり、温度特性が良好なレギュレータ回路（補助側の定電圧回路１４）を得ることができる。
【００１８】
図２（ｃ）の回路構成では、トランジスタ素子Ｔｒのベースに一定の電圧Ｖｂを加えるために、トランジスタ素子Ｔ１，Ｔ２と、抵抗体Ｒ１〜Ｒ４と、基準電圧源１７とが設けられている。この回路構成では、同じ温度特性を持つトランジスタ素子Ｔ１，Ｔ２を用いることにより、環境温度変動による悪影響がキャンセルされて、トランジスタ素子Ｔｒのベースに環境温度変動に関係無く一定の電圧を加えることができて、上記同様に、温度特性に優れたレギュレータ回路を得ることができる。
【００１９】
ところで、補助電源部６から出力される電圧は、前述したように入力電圧Ｖｉｎの変動や負荷１０の通電電流の変動などの様々な原因によって変動する。補助電源部６の出力電圧が、そのまま直接的に補助側の定電圧回路１４に加えられると、補助電源部６の出力電圧の変動に起因して、補助側の定電圧回路１４が不要発振して、補助側の定電圧回路１４から制御回路９に加えられる電圧信号に低周波の信号成分が乗ってしまう。
【００２０】
フィルター回路１５は、補助電源部６の出力電圧の信号から、補助側の定電圧回路１４の不要発振の原因となる周波数成分（低周波成分）を除去する回路構成を有している。フィルター回路１５には様々な回路構成が考えられ、何れの回路構成を採用してもよく、特に限定されるものではないが、例えば、図３〜図５に示されるようなフィルター回路１５の回路構成がある。
【００２１】
図３に示すスイッチング電源回路１はフォワードコンバータタイプのものであり、フィルター回路１５は、抵抗体１８とコンデンサ１９により構成されている。なお、図３の出力整流平滑回路４は、同期整流器３０，３１と、チョークコイル３２と、平滑コンデンサ３３とを有して構成されている。また、補助電源整流平滑回路５は、整流ダイオード４０，４１と、チョークコイル４２と、平滑コンデンサ４３とを有して構成されている。
【００２２】
図４に示すスイッチング電源回路１もフォワードコンバータタイプのものであり、フィルター回路１５は、ダイオード２０とコンデンサ２１により構成されている。なお、この図４の出力整流平滑回路４は、整流ダイオード３４，３５と、チョークコイル３２と、平滑コンデンサ３３とを有して構成されている。
【００２３】
図５に示すスイッチング電源回路１はフライバックコンバータタイプのものであり、フィルター回路１５はインダクタ２２とコンデンサ２３により構成されている。なお、図５の出力整流平滑回路４は、整流ダイオード３６と平滑コンデンサ３３により構成され、補助電源整流平滑回路５は整流ダイオード４４と平滑コンデンサ４３により構成されている。
【００２４】
フィルター回路１５を設けたことにより、補助電源部６の出力電圧の信号から、補助側の定電圧回路１４の不要発振の原因となる低周波成分が除去されるので、補助側の定電圧回路１４の不要発振が抑制されて、補助側の定電圧回路１４から、不要発振の殆ど無い定電圧の電源電圧Ｖｃｃを制御回路９に供給することができる。これにより、電源電圧Ｖｃｃの変動を気にしなくて済むこととなり、制御回路９の電源電圧Ｖｃｃのレベルを定格の最大値や、該最大値よりも僅かだけ小さい値に設定することができる。
【００２５】
この実施形態例においても、図６の回路と同様に、入力電圧Ｖｉｎを利用して定電圧を出力する一次側の定電圧回路８が設けられており、この一次側の定電圧回路８の出力電圧は、通常運転時の補助電源部６の出力電圧よりも低くなるように設定されている。このため、スイッチング電源回路１が起動し始めたばかりで補助電源部６の出力電圧が一次側の定電圧回路８の出力電圧よりも低い立ち上がり期間中には、入力電圧Ｖｉｎに基づいた電圧が一次側の定電圧回路８と、補助側の定電圧回路１４を順に通って定電圧化され、電源電圧Ｖｃｃとして制御回路９に供給される。
【００２６】
制御回路９によるメインスイッチ素子Ｑのスイッチング動作により補助電源部６が立ち上がって、補助電源部６の出力電圧が一次側の定電圧回路８の出力電圧を超えて通常運転に移行すると、一次側の定電圧回路８の出力電圧よりも大きな補助電源部６の出力電圧によって、一次側の定電圧回路８から補助側の定電圧回路１４への電圧供給が阻止され、補助電源部６の出力電圧がフィルター回路１５を介して補助側の定電圧回路１４に供給し始める。一次側の定電圧回路８での損失は大きいが、一次側の定電圧回路８はスイッチング電源回路１の起動時の非常に短い期間だけ駆動し、通常運転期間中には休止状態となるので、一次側の定電圧回路８に起因した損失を抑制することができる。
【００２７】
なお、この発明はこの実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、図３〜図５では、それぞれ、フィルター回路１５の具体的な回路構成例と共に、出力整流平滑回路４および補助電源整流平滑回路５の具体的な回路構成例が示されているが、フィルター回路１５と、出力整流平滑回路４および補助電源整流平滑回路５との回路構成の組み合わせは、図３〜図５に示した回路構成の組み合わせに限定されるものではなく、適宜に組み合わせてよいものである。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、補助電源部から制御回路に電源電圧を供給するための経路上に、定電圧を出力する補助側の定電圧回路を設けた。また、その補助側の定電圧回路を設けただけでは、補助電源部の出力電圧の変動に起因して補助側の定電圧回路が不要発振して、当該補助側の定電圧回路から出力される電圧が変動し、制御回路に加えられる電源電圧が変動してしまうため、この発明では、補助電源部と補助側の定電圧回路との間に、フィルター回路を設けた。このフィルター回路によって、補助側の定電圧回路の不要発振の原因となる周波数成分を補助電源部の出力電圧の信号から除去することにより、補助側の定電圧回路から制御回路に設定の定電圧の電源電圧を安定的に加えることができる。
【００２９】
このため、電源電圧の変動を気にしなくて済むので、例えば、制御回路からメインスイッチ素子に加えるスイッチオン用の駆動電圧が電源電圧とほぼ等しくなる回路構成を持つ制御回路が設けられる場合に、メインスイッチ素子の損失を抑制すべく制御回路の電源電圧を定格最大の電圧値に設定することができる。これにより、メインスイッチ素子での損失を抑制することができる。
【００３０】
また、そのように制御回路の電源電圧を定格最大の電圧値に設定しても、フィルター回路および補助側の定電圧回路によって、定格よりも大きな電源電圧が制御回路に加えられる事態をほぼ抑制できるので、過大な電源電圧印加に因る制御回路の破損を防止することができる。これにより、スイッチング電源回路における制御回路の信頼性を高めることができる。
【００３１】
さらに、スイッチング電源回路の立ち上がり期間中に、入力電圧を利用して定電圧を出力する一次側の定電圧回路が設けられており、この一次側の定電圧回路が補助側の定電圧回路の入力側に接続されているものにあっては、入力電圧が制御回路の設定の電源電圧よりも格段に高い場合であっても、その入力電圧を一次側の定電圧回路と補助側の定電圧回路との２段階でもって低下させて電源電圧が作り出されるので、従来のように、一次側の定電圧回路だけで入力電圧を電源電圧まで低下させて電源電圧を作り出す場合に比べて、一次側の定電圧回路での損失を抑制することができる。
【００３２】
また、例えばスイッチング電源回路の検査工程において、故意的に、補助電源部の出力側に過大な電圧を印加する場合がある。従来では、その過大な電圧が直接的に制御回路に加えられてしまうので、制御回路の破壊を招いていた。これに対して、この発明では、補助電源部と制御回路との間に補助側の定電圧回路が設けられているので、検査工程で補助電源部の出力側に過大な電圧が印加されても、その過大な電圧は補助側の定電圧回路で降下されて、破損を招くような大きな電圧が制御回路に加えられる事態を回避することができる。
【００３３】
さらに、一次側の定電圧回路と、補助側の定電圧回路とがほぼ同時に破損してしまうことは殆ど無いので、仮に、一次側の定電圧回路と、補助側の定電圧回路との何れか一方が破損しても、他方側は破損していないので、大きな入力電圧が直接的に制御回路に加えられてしまう事態を防止することができる。これにより、制御回路の破損率を低減することができる。
【００３４】
補助電源部が三次コイルの出力電圧を利用している場合には、入力電圧の変動や、負荷変動等の影響を受け易くて補助電源部から出力される電圧は変動し易いが、この発明において特有な構成を備えることにより、制御回路に安定的に定電圧の電源電圧を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスイッチング電源回路の一実施形態例を簡略化して示す回路図である。
【図２】図１のスイッチング電源回路において特有な補助側の定電圧回路の回路構成例を示す回路図である。
【図３】実施形態例において特徴的なフィルター回路の回路構成例がフォワードコンバータタイプのスイッチング電源回路に組み込まれた状態で示されている回路図である。
【図４】実施形態例において特徴的なフィルター回路のその他の回路構成例がフォワードコンバータタイプのスイッチング電源回路に組み込まれた状態で示されている回路図である。
【図５】実施形態例において特徴的なフィルター回路のさらに別の回路構成例がフライバックコンバータタイプのスイッチング電源回路に組み込まれた状態で示されている回路図である。
【図６】スイッチング電源回路の一従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
１　スイッチング電源回路
２　トランス
４　出力整流平滑回路
６　補助電源部
８　一次側の定電圧回路
９　制御回路
１４　補助側の定電圧回路
１５　フィルター回路
Ｑ　メインスイッチ素子
【図１】
2004064862.tif 000003
【図２】
2004064862.tif 000004
【図３】
2004064862.tif 000005
【図４】
2004064862.tif 000006
【図５】
2004064862.tif 000007
【図６】
2004064862.tif 000008