(57)【要約】【課題】１つのメインの検出信号に複数の検出信号を重畳し、１個のフォトカプラで絶縁し一次側へ伝送すること。【解決手段】二次側に第１乃至第Ｎの検出手段（２１，２２，２３）を備え、一次側に主スイッチング素子（１３）のオンオフを制御する一次側制御部（４０）を備えるスイッチング電源装置（１０Ａ）において、二次側に設けられた変調器（５０）は、第１の検出信号に搬送波を第２および第３の検出信号で変調して得られる信号を重畳して、重畳された検出信号を出力する。１個のフォトカプラ（３１）は、重畳された検出信号を重畳された帰還信号として一次側へ送出する。一次側に設けられた復調器（６０）は、重畳された帰還信号を復調して第１乃至第３の帰還信号を得る。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ電源からの入力ＡＣ電圧が印加される一次側と、二次側出力電圧を出力する二次側とを備えたスイッチング電源装置であって、前記二次側は当該二次側の状態を検出して第１乃至第Ｎ（Ｎは３以上の整数）の検出信号を出力する第１乃至第Ｎの検出手段を備え、前記一次側は、前記第１乃至第Ｎの検出信号を第１乃至第Ｎの帰還信号として受けて、前記一次側に配置される主スイッチング素子のオンオフを制御する一次側制御部を備える前記スイッチング電源装置において、
前記二次側に設けられ、前記第１の検出信号に搬送波を前記第２乃至第Ｎの検出信号で変調して得られる信号を重畳して、重畳された検出信号を出力する変調手段と、
前記重畳された検出信号を、前記一次側と前記二次側とを電気的に絶縁分離した状態で、重畳された帰還信号として前記一次側へ送出する１個のフォトカプラと、
前記一次側に設けられ、前記重畳された帰還信号を復調して前記第１乃至前記第Ｎの帰還信号を得る復調手段と、
を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記一次側は、前記入力ＡＣ電圧を一次側直流電圧に整流平滑する一次側整流平滑手段と、前記一次側直流電圧が印加される主トランスの一次巻線と、前記一次側直流電圧をオンオフする前記主スイッチング素子とを有し、
前記二次側は、変換されたＡＣ電圧を出力する主トランスの二次巻線と、前記変換されたＡＣ電圧を前記二次側出力電圧に整流平滑する二次側整流平滑手段とを有する、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記第１乃至前記第Ｎの検出手段と前記変調手段とが１つの集積回路で実現され、前記一次側制御部と前記復調手段とが１つの集積回路で実現されている、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記Ｎが３であって、
前記変調手段は、第１の発振周波数を持つ第１の搬送波を発振する第１の発振器と、前記第１の搬送波と前記２の検出信号とを乗算して第１の変調信号を出力する第１の乗算器と、前記第１の発振周波数より低い第２の発振周波数を持つ第２の搬送波を発振する第２の発振器と、前記第２の搬送波と前記第３の検出信号とを乗算して第２の変調信号を出力する第２の乗算器と、前記第１の検出信号と前記第１の変調信号と前記第２の変調信号とを加算して前記重畳された検出信号を出力する加算器とを有し、
前記復調手段は、前記重畳された帰還信号から前記第１の検出信号を抽出して、前記第１の帰還信号を出力するローパスフィルタと、前記重畳された帰還信号の中から前記第１の変調信号を抽出するハイパスフィルタと、該抽出された第１の変調信号を復調して、前記第２の帰還信号を出力する第１の復調部と、前記重畳された帰還信号の中から前記第２の変調信号を抽出するバンドパスフィルタと、該抽出された第２の変調信号を復調して、前記第３の帰還信号を出力する第２の復調部とを有する、
請求項１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、ＡＣ電源からの入力ＡＣ電圧が印加される一次側と、二次側出力電圧を出力する二次側とを備えたスイッチング電源装置に関し、特に、二次側の状態を一次側へ帰還する手段を備えたスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチング電源装置では、ＡＣ電源から供給される入力ＡＣ電圧を一次側直流電圧に整流平滑する一次側整流平滑手段と、一次側直流電圧をスイッチングしてＡＣ電圧に変換するスイッチング手段と、この変換されたＡＣ電圧を二次側直流電圧に整流平滑する二次側整流平滑手段とを備えている。二次側直流電圧は二次側出力電圧とも呼ばれる。スイッチング手段は、一次側直流電圧が印加される一次巻線および変換されたＡＣ電圧を出力する二次巻線を持つ主トランスと、一次側直流電圧をオンオフする主スイッチング素子とを備えている。このような構成のスイッチング電源装置において、一次側整流平滑手段、主スイッチング素子、および主トランスの一次巻線は一次側と呼ばれ、主トランスの二次巻線および二次側整流平滑手段は二次側と呼ばれる。
【０００３】
このようなスイッチング電源装置においては、一次側と二次側とは、感電などの事故を防ぐために、電気的に絶縁分離されている必要がある。電気的に絶縁分離する手段としては、一般に、フォトカプラが使用される。また、スイッチング電源装置においては、定電圧制御を行うため、二次側出力電圧の変化を定電圧制御信号として一次側に戻す必要がある。この場合、定電圧制御信号は、フォトカプラを介して一次側に戻される。
【０００４】
これ以外にも、待機モードへ入るための信号、過電流、過電圧の検出信号その他を一次側へ伝送する必要がある場合もある。
【０００５】
定電圧制御信号以外の信号を一次側へ伝送する必要がある場合、従来においては、それに見合った必要な信号・情報と同数のフォトカプラを用いて情報を一次側へ伝えている。
【０００６】
以下、図１を参照して、従来のスイッチング電源装置について説明する。図示のスイッチング電源装置１０は、一次側整流平滑回路１１と、一次巻線１２１と二次巻線１２２とを持つ主トランス１２と、主スイッチング素子１３と、ダイオード１４と、出力コンデンサ１５とを備えている。
【０００７】
一次側整流平滑回路１１は、ＡＣ電源から供給される入力ＡＣ電圧を一次側直流電圧に整流平滑する。一次側整流平滑回路１１は、例えば、ダイオードブリッジと入力コンデンサとから構成される。
【０００８】
この一次側直流電圧は主トランス１２の一次巻線１２１に印加される。主スイッチング素子１３は、一次側直流電圧をオンオフする。この主スイッチング素子１３のオンオフにより、主トランス１２の二次巻線１２２にＡＣ電圧が誘起される。この誘起されたＡＣ電圧は変換されたＡＣ電圧と呼ばれる。すなわち、主トランス１２の二次巻線１２２は、変換されたＡＣ電圧を出力する。したがって、主トランス１２と主スイッチング素子１３との組み合わせは、一次側直流電圧をスイッチングしてＡＣ電圧に変換するスイッチング手段として動作する。
【０００９】
上記変換されたＡＣ電圧は、ダイオード１４で整流された後、出力コンデンサ１５で平滑される。出力コンデンサ１５からは、二次側直流電圧（二次側出力電圧）が出力される。したがって、ダイオード１４と出力コンデンサ１５との組み合わせは、変換されたＡＣ電圧を二次側直流電圧に整流平滑する二次側整流平滑手段として働く。
【００１０】
図示の従来のスイッチング電源装置は、二次側の状態を検出する手段として、電圧検出回路２１と、過電流検出回路２２と、待機モード検出回路２３とを備えている。電圧検出回路２１は、二次側出力電圧の変化を検出して、定電圧検出制御信号を出力する。過電流検出回路２２は、二次側での過電流を検出して、過電流検出信号を出力する。待機モード検出回路２３は、待機モードの指令を検出して、待機モード検出信号を出力する。
【００１１】
尚、図示の例では、二次側の状態を検出する手段として３つの検出回路２１〜２３のみを備えているが、これに限定されず、これら以外に、過電圧を検出するための過電圧検出回路等を備えても良い。
【００１２】
図示の例では、３つの検出回路２１〜２３を備えているので、図示の従来のスイッチング電源装置１０は、一次側と二次側とを電気的に絶縁分離する手段として、第１乃至第３のフォトカプラ３１、３２、３３を備えている。第１のフォトカプラ３１は、電圧検出回路２１からの定電圧検出制御信号を第１の検出信号として受けて第１の光信号を発光する第１の発光ダイオード３１ｅと、その第１の光信号を受光して第１の帰還信号を一次側へ送出する第１の受光トランジスタ３１ｒとを有する。第２のフォトカプラ３２は、過電流検出回路２２からの過電流検出信号を第２の検出信号として受けて第２の光信号を発光する第２の発光ダイオード３２ｅと、その第２の光信号を受光して第２の帰還信号を一次側へ送出する第２の受光トランジスタ３２ｒとを有する。第３のフォトカプラ３３は、待機モード検出回路２３からの待機モード検出信号を第３の検出信号として受けて第３の光信号を発光する第３の発光ダイオード３３ｅと、その第３の光信号を受光して第３の帰還信号を一次側へ送出する第３の受光トランジスタ３３ｒとを有する。
【００１３】
第１乃至第３の帰還信号は一次側制御部４０に供給される。一次側制御部４０は、これら第１乃至第３の帰還信号に応答して、主スイッチング素子１３のオンオフを制御する。
【００１４】
このように従来のスイッチング電源装置１０は、複数個のフォトカプラを必要とするという問題ある。この問題を解決するために、二次側に誘起する主出力電圧の帰還信号（定電圧検出制御信号）に、１個のスイッチを用いて過電圧保護信号（またはリモートコントロール信号）を重畳し、１個のフォトカプラで絶縁し一次側に伝送するようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−１５６９７２号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、重畳手段として１個のスイッチを用いているので、定電圧検出制御信号には１つの信号のみしか重畳することができない。すなわち、特許文献１では、過電圧保護信号とリモートコントロール信号とをオア回路で論理和をとった信号を、スイッチを制御することで、定電圧検出制御信号に重畳している。
【００１７】
したがって、本発明の課題は、１つのメインの検出信号に複数の検出信号を重畳し、１個のフォトカプラで絶縁し一次側へ伝送することができる、スイッチング電源装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ＡＣ電源からの入力ＡＣ電圧が印加される一次側と、二次側出力電圧を出力する二次側とを備えたスイッチング電源装置（１０Ａ）であって、前記二次側は当該二次側の状態を検出して第１乃至第Ｎ（Ｎは３以上の整数）の検出信号を出力する第１乃至第Ｎの検出手段（２１，２２，２３）を備え、前記一次側は、前記第１乃至第Ｎの検出信号を第１乃至第Ｎの帰還信号として受けて、前記一次側に配置される主スイッチング素子（１３）のオンオフを制御する一次側制御部（４０）を備える前記スイッチング電源装置において、前記二次側に設けられ、前記第１の検出信号に搬送波を前記第２乃至第Ｎの検出信号で変調して得られる信号を重畳して、重畳された検出信号を出力する変調手段（５０）と、前記重畳された検出信号を、前記一次側と前記二次側とを電気的に絶縁分離した状態で、重畳された帰還信号として前記一次側へ送出する１個のフォトカプラ（３１）と、前記一次側に設けられ、前記重畳された帰還信号を復調して前記第１乃至前記第Ｎの帰還信号を得る復調手段（６０）と、を備えることを特徴とするスイッチング電源装置が得られる。
【００１９】
上記スイッチング電源装置において、前記一次側は、例えば、前記入力ＡＣ電圧を一次側直流電圧に整流平滑する一次側整流平滑手段（１１）と、前記一次側直流電圧が印加される主トランス（１２）の一次巻線（１２１）と、前記一次側直流電圧をオンオフする前記主スイッチング素子（１３）とから構成され、前記二次側は、例えば、変換されたＡＣ電圧を出力する主トランス（１２）の二次巻線（１２２）と、前記変換されたＡＣ電圧を前記二次側出力電圧に整流平滑する二次側整流平滑手段（１４，１５）とから構成される。また、前記第１乃至前記第Ｎの検出手段（２１〜２３）と前記変調手段（５０）とが１つの集積回路で実現されることが好ましく、前記一次側制御部（４０）と前記復調手段（６０）とが１つの集積回路で実現されることが好ましい。
【００２０】
また、前記Ｎが３の場合、前記変調手段（５０）は、例えば、第１の発振周波数を持つ第１の搬送波を発振する第１の発振器（５１）と、前記第１の搬送波と前記２の検出信号とを乗算して第１の変調信号を出力する第１の乗算器（５３）と、前記第１の発振周波数より低い第２の発振周波数を持つ第２の搬送波を発振する第２の発振器（５２）と、前記第２の搬送波と前記第３の検出信号とを乗算して第２の変調信号を出力する第２の乗算器（５４）と、前記第１の検出信号と前記第１の変調信号と前記第２の変調信号とを加算して前記重畳された検出信号を出力する加算器（５５）とで構成され得る。そして、前記復調手段（６０）は、例えば、前記重畳された帰還信号から前記第１の検出信号を抽出して、前記第１の帰還信号を出力するローパスフィルタ（６１）と、前記重畳された帰還信号の中から前記第１の変調信号を抽出するハイパスフィルタ（６２）と、該抽出された第１の変調信号を復調して、前記第２の帰還信号を出力する第１の復調部と、前記重畳された帰還信号の中から前記第２の変調信号を抽出するバンドパスフィルタ（６３）と、該抽出された第２の変調信号を復調して、前記第３の帰還信号を出力する第２の復調部とから構成され得る。
【００２１】
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図２を参照して、本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置１０Ａについて説明する。
【００２４】
図示のスイッチング電源装置１０Ａは、第２および第３のフォトカプラ３２および３３が削除され、その代わりに二次側に重畳手段として変調器５０を、一次側に分離手段として復調器６０を備えている点を除いて、図１に示した従来のスイッチング電源装置１０と同様の構成を有する。したがって、図１に示した構成要素と同様の機能を有するものには同一の参照符号を付し、説明の簡略化のためにそれらの説明は省略する。
【００２５】
すなわち、従来のスイッチング電源装置１０では、３個のフォトカプラ３１〜３３を備えていたのに対し、本実施の形態によるスイッチング電源装置１０Ａでは１個のフォトカプラ３１のみを有する。
【００２６】
変調器５０は、第１の検出信号に搬送波を第２および第３の検出信号で変調して得られる信号を重畳して、重畳された検出信号を出力する。１個のフォトカプラ３１は、この重畳された検出信号を、一次側と二次側とを電気的に絶縁分離した状態で、重畳された帰還信号として一次側へ送出する。復調器６０は、この重畳された帰還信号を復調して第１乃至第３の帰還信号を得る。
【００２７】
図示の変調器５０は、第１および第２の発振器５１および５２と、第１および第２の乗算器５３および５４と、加算器５５とを有する。第１の発振器５１は第１の発振周波数を持つ第１の搬送波を発振する。第２の発振器５２は、第１の発振周波数より低い第２の発振周波数を持つ第２の搬送波を発振する。第１の乗算器５３は、第１の搬送波と第２の検出信号とを乗算することにより、第１の搬送波を第２の検出信号でＲＦ（高周波）変調して、第１の変調波を出力する。第２の乗算器５４は、第２の搬送波と第３の検出信号とを乗算することにより、第２の搬送波を第３の検出信号でＲＦ変調して、第２の変調波を出力する。加算器５５は、第１の検出信号と第１の変調波と第２の変調波とを加算することにより、第１の検出信号に第１および第２の変調波を重畳して、重畳された検出信号を出力する。
【００２８】
図示の復調器６０は、ローパスフィルタ６１と、ハイパスフィルタ６２と、バンドパスフィルタ６３とを含む。ローパスフィルタ６１は、重畳された帰還信号から第１の検出信号を抽出して、第１の帰還信号を出力する。ハイパスフィルタ６２は、重畳された帰還信号から第１の変調波を抽出する。この抽出された第１の変調波は、図示しない第１の復調部に供給される。第１の復調部は第１の変調波を第１の搬送波を用いて復調して第２の検出信号を再生し、第２の帰還信号を出力する。バンドパスフィルタ６３は、重畳された帰還信号から第２の変調波を抽出する。この抽出された第２の変調波は、図示しない第２の復調部に供給される。第２の復調部は第２の変調波を第２の搬送波を用いて復調して第３の検出信号を再生し、第３の帰還信号を出力する。これら第１乃至第３の帰還信号は、一次側制御部４０へ送出される。
【００２９】
このように、本実施の形態では、二次側に変調器５０を設け、一次側に復調器６０を設けることにより、第１の検出信号（定電圧検出制御信号）、第２の検出信号（過電流検出信号）、および第３の検出信号（待機モード検出信号）から成る３種類の検出信号を、１個のフォトカプラ３１を用いて、二次側から一次側へ伝達することができる。
【００３０】
尚、電圧検出回路２１、過電流検出回路２２、待機モード検出回路２３、および変調器５１は、１つの集積回路（ＩＣ）によって実現され得る。また、一次側制御回路４０と復調器も１つの集積回路（ＩＣ）によって実現され得る。
【００３１】
また、上述した実施の形態では、変調器５０が２つの発振器５１および５２を備えているが、その代わりに、１つの発振器と分周器とを備えても良い。
【００３２】
図３にスイッチング電源装置１０Ａのタイミング図を示す。図３において、（ａ）は主スイッチング素子１３のスイッチ制御の状態を示し、（ｂ）は一次側電流を示し、（ｃ）は二次側電流を示す。
【００３３】
図２に示すスイッチング電源装置１０Ａは、ＲＣＣ方式のスイッチング電源装置である。ＲＣＣ方式のスイッチング電源装置では、主スイッチング素子１３がオンのときに一次側よりの電流エネルギを主トランス１２に磁束エネルギとして蓄え、主スイッチング素子１３がオフの時に二次側へエネルギを電流として放出する。
【００３４】
図３の矢印のあたりでは、電流、電圧の変化が大きく、ノイズを多く発生している。したがって、このようなノイズの発生している期間を避けて、二次側から一次側へ情報伝達を行えば、ノイズの影響を受け難くなる。
【００３５】
以上、本発明について好ましい実施の形態によって例を挙げて説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上述した実施の形態では、３種類の検出信号を二次側から一次側へ伝達（帰還）する例について述べているが、４種類以上の検出信号を二次側から一次側へ伝達（帰還）する場合にも適用できるのは勿論である。また、上述した実施の形態では、二次側に設ける変調器５０は、その変調方式としてＲＦ変調を用いる例について述べているが、直交変調や各種のパルス変調に置き換えても良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、二次側に重畳手段として変調器を設け、一次側に分離手段として復調器を設けることにより、３種類以上の検出信号を、１個のフォトカプラを用いて、二次側から一次側へ伝達することができという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のスイッチング電源装置を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置を示す回路ブロック図である。
【図３】図２に図示したスイッチング電源装置のタイミング図である。
【符号の説明】
１０Ａ    スイッチング電源装置
１１    一次側整流平滑回路
１２    主トランス
１２１    一次巻線
１２２    二次巻線
１３    主スイッチング素子
１４    ダイオード
１５    出力コンデンサ
２１    電圧検出回路
２２    過電流検出回路
２３    待機モード検出回路
３１    フォトカプラ
４０    一次側制御部
５０    変調器
５１    第１の発振器（ＯＳＣ１）
５２    第２の発振器（ＯＳＣ２）
５３    第１の乗算器
５４    第２の乗算器
５５    加算器
６０    復調器
６１    ローパスフィルタ
６２    ハイパスフィルタ
６３    バンドパスフィルタ
【図１】
2004282944.tif 000003
【図２】
2004282944.tif 000004
【図３】
2004282944.tif 000005