(57)【要約】【課題】出力電圧Ｖｏｕｔの安定の信頼性向上を図る。【解決手段】メインスイッチ素子Ｑのスイッチング動作により出力電圧Ｖｏｕｔの制御を行うタイプのスイッチング電源装置１において、出力電圧検出回路１０により間接的に検出された出力電圧Ｖｏｕｔの検出電圧Ｖｄに基づいて出力電圧Ｖｏｕｔを安定化すべく制御回路１６がメインスイッチ素子Ｑのスイッチング制御を行う。チョークコイル７に磁気的に結合する補助コイル２５を設けると共に、リップル検出回路２８を設ける。リップル検出回路２８は、補助コイル２５の誘起電圧の交流成分を平滑コンデンサ６，８とチョークコイル７のＬＣ共振に起因した出力電圧Ｖｏｕｔのリップルの検出電圧として出力し当該リップル検出電圧を出力電圧検出回路１０の検出電圧Ｖｄに重畳する。制御回路１６によるメインスイッチ素子Ｑのスイッチング制御により、出力電圧Ｖｏｕｔのリップルを抑制できる。【選択図】　　　　図１
2004088887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの一次コイル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、トランスの二次コイルから出力される電圧を整流平滑して外部に出力する構成を備えると共に、トランスの三次コイルから出力される電圧を整流平滑し当該整流平滑電圧に基づいた電圧を前記外部への出力電圧の検出電圧として間接的に検出出力する出力電圧検出回路と、この出力電圧検出回路による検出電圧を利用して前記外部への出力電圧を安定化すべくメインスイッチ素子のスイッチング制御を行う制御回路とが設けられているスイッチング電源装置において、トランスの二次コイルから出力される電圧を平滑する回路は、チョークコイルと平滑コンデンサを有して構成されており、そのチョークコイルに磁気的に結合する補助コイルと、この補助コイルに誘起される電圧の交流成分を前記チョークコイルと平滑コンデンサの共振動作に起因した外部への出力電圧のリップルの検出電圧として出力し当該リップル検出電圧を前記出力電圧検出回路から出力される検出電圧に重畳するリップル検出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、出力電圧を間接制御するタイプのスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
スイッチング電源装置の一回路構成例が図３に示されている。スイッチング電源装置１はトランス２を有し、このトランス２の一次コイルＮ１にはメインスイッチ素子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ）Ｑが接続されている。また、トランス２の二次コイルＮ２には二次側出力回路３が接続されている。二次側出力回路３は、メインスイッチ素子Ｑのスイッチング動作に基づいて二次コイルＮ２から出力された電圧を整流平滑し当該整流平滑した直流電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして外部の負荷４に出力する回路である。この二次側出力回路３は、整流素子であるダイオード５と、π型平滑回路を構成する平滑コンデンサ６とチョークコイル７と平滑コンデンサ８とを有して構成されている。
【０００３】
さらに、トランス２には三次コイルＮ３が設けられており、三次コイルＮ３には出力電圧検出回路１０が接続されている。出力電圧検出回路１０は、整流素子であるダイオード１１と、平滑コンデンサ１２と、分圧抵抗体１３，１４とを有して構成されている。この出力電圧検出回路１０は、三次コイルＮ３から出力された電圧をダイオード１１と平滑コンデンサ１２により整流平滑し、該整流平滑電圧を分圧抵抗体１３，１４により分圧し当該分圧電圧を出力電圧Ｖｏｕｔの検出電圧Ｖｄとして出力する。
【０００４】
メインスイッチ素子Ｑには制御回路１６が駆動回路１７を介して接続されている。制御回路１６は、出力電圧検出回路１０から出力された検出電圧Ｖｄを利用して、出力電圧Ｖｏｕｔを設定電圧に安定化すべくメインスイッチ素子Ｑのスイッチング制御を行う。つまり、制御回路１６は、出力電圧検出回路１０から出力された検出電圧Ｖｄを利用して、メインスイッチ素子Ｑのスイッチング制御を行うための信号を出力する。駆動回路１７は、例えば、そのスイッチング制御用の信号を増幅してメインスイッチ素子Ｑに加える。メインスイッチ素子Ｑは、そのスイッチング制御用の信号に従ってスイッチング動作を行う。
【０００５】
ところで、スイッチング電源装置１に電源が投入された直後の電圧の立ち上がり期間や、負荷４の急激な変動による出力電圧Ｖｏｕｔの大きな変動を補正している途中の電圧安定化までの過渡期間などにおいて、二次側出力回路３の平滑コンデンサ６，８とチョークコイル７のＬＣ共振に起因して、スイッチング電源装置１から負荷４に出力される出力電圧Ｖｏｕｔにリップルと呼ばれる不要な交流成分が乗ってしまうことがある。この出力電圧Ｖｏｕｔのリップルに応じて、三次コイルＮ３の誘起電圧にもリップルが生じるが、一般的に三次コイルＮ３の誘起電圧は二次コイルＮ２に誘起される電圧よりも低く、この三次コイルＮ３の誘起電圧の低さによって当該三次コイルＮ３の誘起電圧に生じるリップルは非常に小さいものとなる。
【０００６】
このため、出力電圧検出回路１０から制御回路１６に加えられる出力電圧Ｖｏｕｔの検出電圧Ｖｄはリップルが含まれていない状態とほぼ同じであり、これにより、制御回路１６は、出力電圧Ｖｏｕｔのリップルを検知できずにメインスイッチ素子Ｑのスイッチング制御を行うこととなる。つまり、制御回路１６によるメインスイッチ素子Ｑのスイッチング制御によって、出力電圧Ｖｏｕｔのリップルを抑制することができない。このため、起動直後の電圧立ち上がり期間や、出力電圧Ｖｏｕｔの変動の補正期間において、出力電圧Ｖｏｕｔは、リップルのために、設定電圧に安定するまでに時間がかかるという問題が生じる。
【０００７】
そこで、そのような出力電圧Ｖｏｕｔのリップルを抑制するために、例えば、図３の点線に示されるような抵抗体２０とコンデンサ２１の直列接続体を平滑コンデンサ６，８に並列に設ける構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
この提案例の構成では、コンデンサ２１を設けることにより、リップルの原因であるＬＣ共振に関与する容量が増加し、これにより、リップルの電圧振幅を小さく抑制することができる。また、リップルの周期を長くすることもできる。よって、コンデンサ２１の容量を例えば平滑コンデンサ６よりも大きな適宜な値に設定することで、出力電圧Ｖｏｕｔのリップルをほぼ抑制することができる。
【０００９】
【特許文献１】
登録実用新案第３０５４９９６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、提案例の構成では、コンデンサ２１の充放電に起因した電流の通電経路上に抵抗体２０が介設されている。このため、コンデンサ２１の充電期間および放電期間において、抵抗体２０による電力損失が発生してしまうという問題が生じる。
【００１１】
ところで、間接的に検出された出力電圧Ｖｏｕｔの検出電圧Ｖｄに基づいてメインスイッチ素子Ｑのスイッチング制御を行うと、上記のような問題が生じるので、出力電圧Ｖｏｕｔを間接的に検出するのではなく、出力電圧Ｖｏｕｔを直接的に検出し当該直接検出の出力電圧Ｖｏｕｔの検出電圧に基づいてメインスイッチ素子Ｑのスイッチング制御を行うことが考えられる。しかし、二次コイルＮ２側で直接的に検出した出力電圧Ｖｏｕｔの検出電圧を制御回路１６に供給するためには、その検出電圧の導通経路上にフォトカプラを介設する必要がある。そのフォトカプラによって、制御回路１６に加えられる検出電圧は、出力電圧Ｖｏｕｔよりも位相が遅れたものとなってしまう。この検出電圧の位相遅れによって、出力電圧Ｖｏｕｔの変動に対する制御回路１６のメインスイッチ素子Ｑのスイッチング制御の応答性が悪くなるという問題が生じる。
【００１２】
この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、間接的に検出した出力電圧Ｖｏｕｔの検出電圧に基づいてメインスイッチ素子のスイッチング制御を行うことで、出力電圧Ｖｏｕｔの変動に対するメインスイッチ素子のスイッチング制御の応答の高速化を図り、しかも、出力電圧Ｖｏｕｔのリップルを抑制することができる低損失なスイッチング電源装置を提供することにある。
【００１３】
【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、トランスの一次コイル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、トランスの二次コイルから出力される電圧を整流平滑して外部に出力する構成を備えると共に、トランスの三次コイルから出力される電圧を整流平滑し当該整流平滑電圧に基づいた電圧を前記外部への出力電圧の検出電圧として間接的に検出出力する出力電圧検出回路と、この出力電圧検出回路による検出電圧を利用して前記外部への出力電圧を安定化すべくメインスイッチ素子のスイッチング制御を行う制御回路とが設けられているスイッチング電源装置において、トランスの二次コイルから出力される電圧を平滑する回路は、チョークコイルと平滑コンデンサを有して構成されており、そのチョークコイルに磁気的に結合する補助コイルと、この補助コイルに誘起される電圧の交流成分を前記チョークコイルと平滑コンデンサの共振動作に起因した外部への出力電圧のリップルの検出電圧として出力し当該リップル検出電圧を前記出力電圧検出回路から出力される検出電圧に重畳するリップル検出回路とが設けられていることを特徴としている。
【００１４】
【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、この実施形態例の説明において、図３に示すスイッチング電源装置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。
【００１５】
この実施形態例のスイッチング電源装置１は、図３に示す回路構成に加えて、図１に示されるように、二次側出力回路３のチョークコイル７に磁気的に結合する補助コイル２５と、補助コイル２５に接続するリップル検出回路２８と、ＡＣ成分結合コンデンサ２９とを有して構成されている。
【００１６】
リップル検出回路２８は、補助コイル２５に誘起される電圧の交流成分を検出する回路である。補助コイル２５の誘起電圧の交流成分は、二次側出力回路３の平滑コンデンサ６，８とチョークコイル７のＬＣ共振に起因した出力電圧Ｖｏｕｔのリップルに応じたものであることから、リップル検出回路２８は、補助コイル２５の誘起電圧の交流成分をリップル検出電圧Ｖｒとして出力する。このリップル検出回路２８の回路構成は特に限定されるものではないが、その一例が図１に示されている。図示の例では、リップル検出回路２８は、補助コイル２５に直列的に接続されるダイオード２６と、補助コイル２５に並列的に接続される抵抗体２７とを有して構成されている。
【００１７】
リップル検出回路２８の出力部は、ＡＣ成分結合コンデンサ２９を介して出力電圧検出回路１０の出力部に接続されている。これにより、出力電圧検出回路１０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔの検出電圧Ｖｄには、リップル検出回路２８から出力されるリップル検出電圧Ｖｒが重畳され、当該重畳電圧が制御回路１６に加えられる。
【００１８】
制御回路１６は、そのリップル検出電圧Ｖｒが重畳された出力電圧Ｖｏｕｔの検出電圧Ｖｄに基づいて、メインスイッチ素子Ｑのスイッチング制御を行うので、当該制御回路１６によるメインスイッチ素子Ｑのスイッチング制御により、出力電圧Ｖｏｕｔのリップルを抑制することができる。
【００１９】
なお、この発明はこの実施形態例の形態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、この実施形態例では、フライバックコンバータタイプのスイッチング電源装置の例を示したが、この発明は、フライバックコンバータタイプ以外の例えばフォワードコンバータタイプ等のスイッチング電源装置にも適用することができる。フォワードコンバータタイプのスイッチング電源装置に、本発明の特有な構成を組み込んだ場合の一例が図２に示されている。図２の例では、二次側出力回路３は、チョークコイル７と平滑コンデンサ８と整流用のダイオード３０，３１を有して構成されている。また、出力電圧検出回路１０は、二次側出力回路３と同様な構成を有し、整流用のダイオード３２，３３と、チョークコイル３４と、平滑コンデンサ１２と、分圧抵抗体１３，１４とを有して構成されている。
【００２０】
このようなフォワードコンバータタイプにおいても、この実施形態例と同様に、二次側出力回路３のチョークコイル７に磁気的に結合する補助コイル２５と、この補助コイル２５に誘起される電圧の交流成分を検出し当該検出のリップル検出電圧Ｖｒを出力電圧検出回路１０の検出電圧Ｖｄに重畳するリップル検出回路２８と、ＡＣ成分結合コンデンサ２９とを設ける。これにより、制御回路１６によるメインスイッチ素子Ｑのスイッチング制御によって、二次側出力回路３のチョークコイル７と平滑コンデンサ８のＬＣ共振に起因した出力電圧Ｖｏｕｔのリップルを抑制することができる。
【００２１】
また、図１〜図３ではＤＣ−ＤＣ変換の例を示したが、本発明は、例えば、ＡＣ−ＤＣ変換タイプのスイッチング電源装置にも適用することができる。
【００２２】
さらに、この実施形態例では、二次コイルＮ２の出力電圧や、三次コイルＮ３の出力電圧を整流する整流素子としてダイオード５，１１，３０〜３３が設けられている例を示したが、例えば、それらダイオード５，１１，３０〜３３のうちの１つ以上に代えて、ＭＯＳ−ＦＥＴ等から成る同期整流器を整流素子として設けてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
この発明によれば、トランスの二次側のチョークコイルに磁気的に結合する補助コイルを設けると共に、この補助コイルに誘起される電圧の交流成分をリップル検出電圧として検出するリップル検出回路を設け、このリップル検出回路から出力されるリップル検出電圧を出力電圧検出回路から出力される出力電圧の検出電圧に重畳する構成とした。そのリップル検出電圧が重畳された出力電圧の検出電圧が制御回路に供給されて、制御回路は、その検出電圧を利用してメインスイッチ素子のスイッチング制御を行うので、制御回路によるメインスイッチ素子のスイッチング制御によって、出力電圧のリップルを抑制することができる。
【００２４】
このため、スイッチング電源装置の起動直後の電圧の立ち上がり期間や、負荷の急激な変動による出力電圧の補正期間において、出力電圧の不要振動であるリップルが抑制されて、出力電圧を迅速に設定の電圧に安定させることが可能となる。これにより、スイッチング電源装置の出力電圧の安定の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
また、この発明のスイッチング電源装置は、出力電圧を間接的に検出し当該間接検出の検出電圧に基づいてメインスイッチ素子のスイッチング制御を行う構成である。このため、出力電圧の検出電圧を制御回路に供給するための導通経路上にフォトカプラを設けなくて済むので、フォトカプラに起因した検出電圧の位相遅れは無く、出力電圧の変動に対して瞬時に反応して出力電圧の安定化を図ることができる。これにより、スイッチング電源装置の出力電圧の安定化制御の応答性の高速化を図ることが容易となる。
【００２６】
さらに、トランスの二次側の回路に抵抗体を設けなくとも出力電圧のリップルを抑制することができるので、本発明では、抵抗体に因る電力損失の増加を回避しながら、出力電圧のリップルを抑制することができる。さらに、簡単な構成で出力電圧のリップルを抑制することができるので、低コストでスイッチング電源装置の出力電圧の安定性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の一実施形態例を示す回路図である。
【図２】本発明に係るスイッチング電源装置のその他の実施形態例を示す回路図である。
【図３】スイッチング電源装置の一従来例を説明するための回路図である。
【符号の説明】
１　スイッチング電源装置
２　トランス
６，８　平滑コンデンサ
７　チョークコイル
１０　出力電圧検出回路
１６　制御回路
２５　補助コイル
２８　リップル検出回路
Ｑ　メインスイッチ素子
Ｎ１　一次コイル
Ｎ２　二次コイル
Ｎ３　三次コイル
【図１】
2004088887.tif 000003
【図２】
2004088887.tif 000004
【図３】
2004088887.tif 000005