(57)【要約】【課題】軽負荷状態における３端子転流用素子ＳＷ２ＳＷ２の破損を回避し得るスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】同期整流回路３１は、３端子整流用素子ＳＷ１と、３端子転流用素子ＳＷ２とを含み、３端子整流用素子ＳＷ１及び３端子転流用素子ＳＷ２は、変圧器Ｔから制御電極に供給される同期制御信号により、第２のコイルＮ２に誘起する電圧を同期整流する。判定手段３３は、出力回路３側において、スイッチング出力の断続に対応する時間幅を持つ電圧信号を監視し、３端子整流用素子のＯＮ期間に対応する時間幅が一定置以下となった時に軽負荷と判定し、３端子転流用素子ＳＷ２をＯＦＦ状態とする。【選択図】      図１
2004282847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ回路と、変圧器と、出力回路とを含むスイッチング電源装置であって、
前記スイッチ回路は、直流電圧をスイッチングして、周期的に断続するスイッチング出力を生成し、
前記変圧器は、第１のコイルと、第２のコイルとを含み、前記スイッチ回路から前記第１のコイルに供給されるスイッチング出力を、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの電磁結合により、前記第２のコイルに伝送し、
前記出力回路は、同期整流回路と、判定手段とを含み、
前記同期整流回路は、３端子整流用素子と、３端子転流用素子とを含み、前記３端子整流用素子及び前記３端子転流用素子は、前記変圧器から制御電極に供給される同期制御信号により、前記第２のコイルに誘起する電圧を同期整流し、
前記判定手段は、前記出力回路側において、前記スイッチング出力の断続に対応する時間幅を持つ電圧信号を監視し、前記３端子整流用素子のＯＮ期間に対応する時間幅が一定値以下となった時に軽負荷と判定し、前記３端子転流用素子をＯＦＦ状態とする
スイッチング電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたスイッチング電源装置であって、
前記判定手段は、前記第２のコイルに生じる電圧を積分することにより、軽負荷であるか否かを判断する
スイッチング電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載されたスイッチング電源装置であって、
更に、チョークコイルを含み、
前記３端子転流用素子の主電極間は、前記３端子整流用素子の主電極間と第２のコイルとの直列回路に並列に接続され、主電極の一方が前記チョークコイルを介して出力端子に接続されており、
前記判定手段は、前記チョークコイルに生じる電圧を積分することにより、負荷が軽負荷であるか、軽負荷でないかを判断する
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、同期整流型のスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、同期整流回路を用いることにより、効率の向上を図った同期整流型のスイッチング電源装置が知られている。この種のスイッチング電源装置は、整流ダイオードよりも電圧降下の低い電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いて同期整流回路を構成することにより、出力回路で生じる損失を低減している。
【０００３】
具体的には、同期整流型スイッチング電源装置の出力回路は、整流用ＦＥＴと、転流用ＦＥＴとを含み、転流用ＦＥＴは、変圧器の２次コイルと整流用ＦＥＴとの直列回路に並列に接続されている。
【０００４】
自励式の同期整流型スイッチング電源装置においては、整流用ＦＥＴ及び転流用ＦＥＴは、整流用ＦＥＴがＯＮすると転流用ＦＥＴがＯＦＦし、整流用ＦＥＴがＯＦＦすると転流用ＦＥＴがＯＮするように、変圧器からの同期制御信号に基づいて制御される。
【０００５】
ところが、自励式の同期整流型スイッチング電源装置においては、軽負荷になると、整流用ＦＥＴ及び転流用ＦＥＴの同期が不安定になり、整流用ＦＥＴ及び転流用ＦＥＴが同時にＯＮ状態となるおそれが生じる。
【０００６】
上述したように、転流用ＦＥＴは、整流用ＦＥＴと第２のコイルとの直列回路に並列に接続された構成を採っているので、整流用ＦＥＴ及び転流用ＦＥＴが同時にＯＮ状態になると、転流用ＦＥＴ、整流用ＦＥＴ及び第２のコイルに貫通電流が流れ、貫通電流により第２のコイルに大きなサージ電圧が発生する。同期整流回路の回路構成上、サージ電圧は転流用ＦＥＴの両端に印加されるので、サージ電圧が転流用ＦＥＴのドレイン−ソース間耐圧を超えると、転流用ＦＥＴが破損するおそれが生じる。
【０００７】
このような軽負荷時における転流用ＦＥＴの破損を防止するための構成を明確に開示する技術文献は、見出せない。例えば、特許文献１は、出力端子に電流検出用の抵抗を設けることにより、軽負荷状態を検出し得る同期整流型ＤＣ−ＤＣコンバータを開示している。
【０００８】
しかしながら、特許文献１は、軽負荷時における転流用ＦＥＴの破損を防止するための構成を明確に開示するものではない。しかも、特許文献１に記載された技術では、出力端子に設けた抵抗を用いて軽負荷状態を検出しているので、軽負荷時だけでなく、通常の負荷時においても、抵抗で大きな損失が生じ、効率の低下を招くこととなる。
【０００９】
更に、特許文献１においては、負荷電流を検出しているので、軽負荷時には、検出される電流レベルが小さくなる。このため、電流信号をノイズから分離することが困難となり、軽負荷状態の検出の信頼性が低くなるという問題が生じることとなる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−０２３４５６号公報  （第２−３頁、第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、同期整流回路を用いた高効率のスイッチング電源装置を提供することである。
【００１２】
本発明のもう一つの課題は、軽負荷状態における３端子転流用素子の破損を回避し得るスイッチング電源装置を提供することである。
【００１３】
本発明の更にもう一つの課題は、大きな損失を生じさせることなく軽負荷状態を確実に検出し得るスイッチング電源装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る同期整流型のスイッチング電源装置は、スイッチ回路と、変圧器と、出力回路とを含む。スイッチ回路は、直流電圧をスイッチングして、周期的に断続するスイッチング出力を生成する。変圧器は、第１のコイルと、第２のコイルとを含み、スイッチ回路から第１のコイルに供給されるスイッチング出力を、第１のコイルと第２のコイルとの電磁結合により、第２のコイルに伝送する。出力回路は、同期整流回路と、判定手段とを含む。同期整流回路は、３端子整流用素子と、３端子転流用素子とを含み、３端子整流用素子及び３端子転流用素子は、変圧器から制御電極に供給される同期制御信号により、第２のコイルに誘起する電圧を同期整流する。
【００１５】
判定手段は、出力回路側において、スイッチング出力の断続に対応する時間幅を持つ電圧信号を監視し、３端子整流用素子のＯＮ期間に対応する時間幅が一定値以下となった時に軽負荷と判定し、３端子転流用素子をＯＦＦ状態とする。
【００１６】
ここで、軽負荷とは、出力端子に接続される軽負が小さい場合を示すものであり、無負荷状態をも含むものである。軽負荷の具体例としては、２次側チョークコイルを流れる負荷電流が断続的（不連続）になるポイント（臨界値）を下回る様な負荷を挙げることができる。
【００１７】
上述した本発明に係るスイッチング電源装置は、同期整流型のスイッチング電源装置であって、スイッチ回路と、変圧器とを含む。スイッチ回路は、直流電圧をスイッチングして、周期的に断続するスイッチング出力を生成する。変圧器は、第１のコイルと、第２のコイルとを含み、スイッチ回路から第１のコイルに供給されるスイッチング出力を、第１のコイルと第２のコイルとの電磁結合により、第２のコイルに伝送する。
【００１８】
本発明に係るスイッチング電源装置は、更に、出力回路を含む。出力回路は、同期整流回路を含み、同期整流回路は、３端子整流用素子と、３端子転流用素子とを含む。同期整流回路において、３端子整流用素子及び３端子転流用素子として電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いることにより、ＯＮ状態では、整流ダイオードと比較して電圧降下を低くし、ＯＦＦ状態では、十分に抵抗値を高くすることができ、整流ダイオードを用いたスイッチング電源装置と比較して、整流時の損失を低減し、高効率化を図ることができる。
【００１９】
３端子転流用素子は、一般に、３端子整流用素子と第２のコイルとの直列回路に並列に接続され、一端がチョークコイルを介して出力端子に接続される。通常の負荷状態においては、３端子整流用素子及び３端子転流用素子は、変圧器から制御電極に供給される同期制御信号により、第２のコイルに誘起する電圧を同期整流することができる。
【００２０】
また、本発明に係るスイッチング電源装置は、判定手段を含む。判定手段は出力回路側において、スイッチング出力の断続に対応する時間幅を持つ電圧信号を監視し、３端子整流用素子のＯＮ期間に対応する時間幅が一定値以下となった時に軽負荷と判定し、３端子転流用素子をＯＦＦ状態とする。したがって、軽負荷時において、貫通電流が発生しないので、上述した３端子転流用素子の破損という問題をを回避することができる。
【００２１】
軽負荷は、変圧器に備えられた第２のコイルに生じる電圧、または、通常、３端子転流用素子の一端に接続されるチョークコイルに生じる電圧から検出することができる。
【００２２】
本発明に係るスイッチング電源装置は、従来と異なって、出力端子に設けた抵抗を流れる電流を検出する方法ではなく、第２のコイルに生じる電圧を検出するので、軽負荷時においても、検出信号のレベルが低下しない。このため、軽負荷であるか否かを、確実に判断することができる。また、本発明に係るスイッチング電源装置は、出力端子に抵抗を設けていないから、その分だけ損失の低減を図ることができる。
【００２３】
本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施例によって更に詳しく説明する。但し、添付図面は、単なる例示に過ぎない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を示す電気回路図である。図１においてスイッチング電源装置は、同期整流フォワード型のスイッチング電源装置であって、スイッチ回路７と、変圧器Ｔと、出力回路３とを含む。
【００２５】
スイッチ回路７は、入力された交流電圧Ｖｉｎ（ＡＣ）を直流電圧に変換し、この直流電圧をスイッチングして、周期的に断続するスイッチング出力を生成する。
【００２６】
変圧器Ｔは、第１のコイルＮ１と、第２のコイルＮ２と、第３のコイルＮ３とを含む。スイッチ回路７から第１のコイルＮ１に供給されるスイッチング出力は、第１のコイルＮ１、第２のコイルＮ２及び第３のコイルＮ３の電磁結合により、第２のコイルＮ２及び第３のコイルＮ３に伝送される。
【００２７】
出力回路３は、同期整流回路３１と、判定手段３３とを含む。同期整流回路３１は、３端子整流用素子ＳＷ１と、３端子転流用素子ＳＷ２とを含む。３端子整流用素子ＳＷ１及び３端子転流用素子ＳＷ２としては、整流ダイオードと比較して電圧降下が低い半導体素子を用いることができる。本実施例において、３端子整流用素子ＳＷ１及び３端子転流用素子ＳＷ２は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。
【００２８】
３端子整流用素子ＳＷ１は、第２のコイルＮ２と直列に接続されている。３端子転流用素子ＳＷ２は、３端子整流用素子ＳＷ１と第２のコイルＮ２との直列回路に並列に接続され、一端がチョークコイルＬ１を介して出力端子５１に接続されている。３端子転流用素子ＳＷ２の他端は、出力端子５２に接続されている。
【００２９】
３端子転流用素子ＳＷ２は、その内部ダイオードの方向が、変圧器Ｔに電力が供給されているとき、第２のコイルＮ２に流れる電流を阻止する方向に接続される。３端子整流用素子ＳＷ１は、変圧器Ｔに電力が供給されているとき、その内部ダイオードの方向が、第２のコイルＮ２に流れる電流を阻止しない方向に接続される。変圧器Ｔに電力が供給されているときは、スイッチ回路７の断続動作における「続」に相当する。
【００３０】
通常の負荷状態においては、３端子整流用素子ＳＷ１及び３端子転流用素子ＳＷ２は、変圧器Ｔから制御電極に供給される同期制御信号により、第２のコイルＮ２に誘起する電圧を同期整流する。
【００３１】
具体的には、変圧器Ｔに電力が供給されているとき、３端子転流用素子ＳＷ２をＯＦＦ状態とし、３端子整流用素子ＳＷ１及びチョークコイルＬ１を介して電力を出力する。一方、変圧器Ｔに電力が供給されていないときは、３端子転流用素子ＳＷ２をＯＮ状態とし、３端子転流用素子ＳＷ２及びチョークコイルＬ１を介して電力を出力する。
【００３２】
一方、軽負荷状態においては、判定手段３３は、出力回路３側においてスイッチング出力の断続に対応する時間幅を持つ電圧信号を監視し、３端子整流用素子ＳＷ１のＯＮ期間に対応する時間幅が一定値以下となった時に軽負荷と判定し、３端子転流用素子ＳＷ２をＯＦＦ状態とする。
【００３３】
上述した本実施例に係るスイッチング電源装置は、スイッチ回路７と、変圧器Ｔと、出力回路３とを含む。スイッチ回路７は、直流電圧をスイッチングして、周期的に断続するスイッチング出力を生成する。変圧器Ｔは、第１のコイルＮ１と、第２のコイルＮ２とを含み、スイッチ回路７から第１のコイルＮ１に供給されるスイッチング出力を、第１のコイルＮ１と第２のコイルＮ２との電磁結合により、第２のコイルＮ２に伝送することができる。
【００３４】
また、出力回路３は、同期整流回路３１を含み、同期整流回路３１は、３端子整流用素子ＳＷ１と、３端子転流用素子ＳＷ２とを含む。
【００３５】
同期整流回路３１においては、３端子整流用素子ＳＷ１及び３端子転流用素子ＳＷ２として電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いることにより、ＯＮ状態では、整流ダイオードと比較して電圧降下を低くし、ＯＦＦ状態では、十分に抵抗値を高くすることができ、整流ダイオードを用いたスイッチング電源装置と比較して、整流時の損失を低減し、高効率化を図ることができる。
【００３６】
本発明に係るスイッチング電源装置は、図示実施例に示すように、出力回路３が判定手段３３を含んでおり、判定手段３３は軽負荷を検出したとき、３端子整流用素子ＳＷ１の状態にかかわらず、３端子転流用素子ＳＷ２をＯＦＦ状態とするから、軽負荷時において、貫通電流が発生するのを阻止し、上述した３端子転流用素子の破損という問題を回避することができる。
【００３７】
本実施例に係るスイッチング電源装置では、出力回路３側において、スイッチング出力の断続に対応する時間幅を持つ電圧信号から軽負荷を検出する。具体的には、スイッチング出力の断続に対応する時間幅を持つ電圧信号からスイッチング出力の断続期間を検出し、この期間に基づいて、変圧器Ｔに供給される電力を監視する。そして、変圧器Ｔに供給される電力を監視することにより、負荷が軽負荷であるか、軽負荷でないかを判断する。スイッチング出力の断続に対応する時間幅を持つ電圧信号としては、例えば、第２のコイルＮ２に生じる電圧を挙げることができる。
【００３８】
また、本実施例に係るスイッチング電源装置は、従来と異なって、出力端子に設けた抵抗を流れる電流を検出する方法ではなく、第２のコイルＮ２に生じる電圧を検出するので、軽負荷時においても、検出信号のレベルが低下しない。このため、軽負荷であるか否かを、確実に判断することができる。また、本実施例に係るスイッチング電源装置は、出力端子に抵抗を設けていないから、その分だけ損失の低減を図ることができる。
【００３９】
図２は図１に示したスイッチング電源装置を更に詳細に示す電気回路図、図３は、図１に示したスイッチング電源装置を更に詳細に示す別の電気回路図である。
【００４０】
図２において、スイッチ回路７は、整流回路１と、力率改善型電力変換回路２を含む。整流回路１は、交流電源ＡＣを整流して整流出力を生成する回路であり、ダイオードブリッジ等で構成される。交流電源ＡＣは、例えば、商用交流電源である。
【００４１】
力率改善型電力変換回路２は、ディザ回路を応用した回路であって、第１、第２のスイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４と、インダクタＬ２と、コンデンサＣ１と、ダイオードＤ１とを含む。
【００４２】
変圧器Ｔは、第１のコイルＮ１と、第２のコイルＮ２と、第３のコイルＮ３とを含む。第１のコイルＮ１は、力率改善型電力変換回路２が生成した電力を第２のコイルＮ２及び第３のコイルＮ３に供給するためのコイルである。
【００４３】
力率改善型電力変換回路２において、インダクタＬ２は、一端が整流回路１の正側出力端に接続され、他端がダイオードＤ１の一端及び第１のスイッチング素子ＳＷ３の一端に接続される。このダイオードＤ１はインダクタＬ２に生じる逆電圧を阻止するよう方向付けられている。
【００４４】
ダイオードＤ１の他端は、コンデンサＣ１の一端及び第１のコイルＮ１の一端に接続される。第１のコイルＮ１の他端は、第２のスイッチング素子ＳＷ４の一端に接続される。整流回路１の負側出力端は、第１のスイッチング素子ＳＷ３の他端、コンデンサＣ１の他端、及び、第２のスイッチング素子ＳＷ４の他端に接続される。第１、第２のスイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４としては、例えば、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の半導体素子を用いることができる。
【００４５】
制御回路４は、出力端子５１、５２の電圧を検出し、その検出電圧に応じてパルス幅制御信号Ｓ３１、Ｓ４１を生成し、パルス幅制御信号Ｓ３１、Ｓ４１を第１、第２のスイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４に供給する。
【００４６】
図３において、出力回路３は、同期整流回路３１と、出力平滑回路３２と、判定手段３３とを含む。同期整流回路３１は３端子整流用素子ＳＷ１と、３端子転流用素子ＳＷ２と、ダイオードＤ２とを含む。
【００４７】
同期整流回路３１において、３端子転流用素子ＳＷ２は、３端子整流用素子ＳＷ１と第２のコイルＮ２との直列回路に並列に接続され、一端がチョークコイルＬ１を介して出力端子５１に接続されている。３端子転流用素子ＳＷ２の他端は、出力端子５２に接続されている。
【００４８】
ダイオードＤ２は、変圧器Ｔに電力が供給されているとき、第２のコイルＮ２に流れる電流を阻止する方向となるように、３端子転流用素子ＳＷ２と並列に接続されている。コンデンサＣ２は、出力端子５１、５２と並列に接続されている。出力平滑回路３２は、チョークコイルＬ１と出力平滑コンデンサＣ２とを含み、チョークインプット型に構成されている。
【００４９】
第３のコイルＮ３は、第２のコイルＮ２と直列に接続されており、第２のコイルＮ２に接続されていない側の端子が、３端子転流用素子ＳＷ２のゲートに接続されている。この第３のコイルＮ３は、変圧器Ｔに電力が供給されていないとき第３のコイルＮ３に生じる電圧（フライバック電圧と称する）を３端子転流用素子ＳＷ２のゲートに供給するためのものである。
【００５０】
判定手段３３は、積分回路３４と、スイッチ手段３５とを含む。積分回路３４は、オペアンプＩＣ４１と、コンデンサＣ４１と、ダイオードＤ４１と、抵抗Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ４３、Ｒ４４とを含む。ダイオードＤ４１は、変圧器Ｔに電力が供給されているとき第２のコイルＮ２に流れる電流を阻止しない方向に、第２のコイルＮ２と、オペアンプＩＣ４１の反転入力端子との間に接続されている。コンデンサＣ４１は、オペアンプＩＣ４１の反転入力端子と、出力端子５２との間に接続されている。
【００５１】
スイッチ手段３５は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＳＷ５と、ダイオードＤ４２と、抵抗Ｒ４５とを含む。ダイオードＤ４２は、３端子転流用素子ＳＷ２のゲート電荷を引抜く方向に、３端子転流用素子ＳＷ２のゲートと、電界効果トランジスタＳＷ５のドレインとの間に接続されている。電界効果トランジスタＳＷ５のゲートは、オペアンプＩＣ４１の出力端子に接続されている。
【００５２】
再び図２において、このような構成を有するスイッチング電源装置は、第１、第２のスイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４が、パルス幅制御信号Ｓ３１、Ｓ４１に基づいて、交流電源ＡＣの周波数より高い周波数で同期してＯＮ／ＯＦＦ状態に制御される。具体的には、第２のスイッチング素子ＳＷ４は、第１のスイッチング素子ＳＷ３のＯＮ期間にＯＮ状態となり、第１のスイッチング素子ＳＷ３のＯＦＦ期間にＯＦＦ状態となる。
【００５３】
これにより、力率改善型電力変換回路２は、第１のスイッチング素子ＳＷ３のＯＮ期間に、インダクタＬ２にエネルギーを蓄え、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１を充電するとともに、第１のコイルＮ１に電力を供給する。第１のコイルＮ１に供給された電力は、第２のコイルＮ２に供給される。一方、第１のスイッチング素子ＳＷ３のＯＦＦ期間には、インダクタＬ２に蓄えられたエネルギーを放出してコンデンサＣ１を充電し、第１のコイルＮ１に電力を供給しない。
【００５４】
また、図３において、積分回路３４は、変圧器Ｔに電力が供給されているとき第２のコイルＮ２に生じる電圧をコンデンサＣ４１を用いて積分する。積分の時定数は、抵抗Ｒ４１、Ｒ４４で調節される。積分値は、通常負荷のとき基準電圧Ｖｔｈ以上であり、軽負荷になると基準電圧Ｖｔｈ未満となる。基準電圧Ｖｔｈは、オペアンプＩＣ４１の非反転入力端子に供給される基準となる電圧であり、例えば、出力端子５１から出力される安定電圧を用いることができる。
【００５５】
オペアンプＩＣ４１は、コンパレータの機能を果たすものであり、積分値が基準電圧Ｖｔｈより高ければオペアンプＩＣ４１の出力端子から低レベル信号Ｌｏｗを出力する。一方、積分値が基準電圧Ｖｔｈより低くなったら、オペアンプＩＣ４１の出力端子から高レベル信号Ｈｉｇｈを出力する。
【００５６】
つまり、積分回路３４は、第２のコイルＮ２に生じる電圧を検出することにより、負荷が軽負荷であるか、軽負荷でないかを判断し、負荷が軽負荷であれば高レベル信号Ｈｉｇｈを出力し、軽負荷でなければ低レベル信号Ｌｏｗを出力するものである。
【００５７】
スイッチ手段３５は、オペアンプＩＣ４１の出力端子から、高レベル信号Ｈｉｇｈの電圧信号が出力されたとき、電界効果トランジスタＳＷ５をＯＮ状態にして、３端子転流用素子ＳＷ２のゲート電荷を引抜き、３端子転流用素子ＳＷ２をＯＦＦ状態とする。一方、オペアンプＩＣ４１の出力端子から、低レベル信号Ｌｏｗの電圧信号が出力されたときは、電界効果トランジスタＳＷ５をＯＦＦ状態にして、３端子転流用素子ＳＷ２の動作に影響を与えない。
【００５８】
通常負荷状態においては、上述したスイッチ手段３５の電界効果トランジスタＳＷ５がＯＦＦ状態となっているから、３端子転流用素子ＳＷ２は、スイッチ手段３５の動作の影響を受けない。
【００５９】
したがって、通常負荷状態において、出力回路３は、３端子整流用素子ＳＷ１が３端子転流用素子ＳＷ２と同期して制御される。すなわち、３端子整流用素子ＳＷ１は、第２のコイルＮ２から供給されるフォワード電圧Ｓ１により、第１、第２のスイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４のＯＮ／ＯＦＦタイミングと同相なるよう制御される。３端子転流用素子ＳＷ２は、第３のコイルＮ３から供給されるフライバック電圧Ｓ２により、第１、第２のスイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４のＯＮ／ＯＦＦタイミングと逆相なるよう制御される。
【００６０】
３端子整流用素子ＳＷ１のＯＮ状態において、出力回路３は、チョークコイルＬ１にエネルギーを蓄えるとともに、コンデンサＣ２を充電する。このとき、３端子転流用素子ＳＷ２は、第３のコイルＮ３から供給される電圧によりＯＦＦ状態となり、第２のコイルＮ２に流れる電流が３端子転流用素子ＳＷ２のドレイン−ソース間に流れなくなる。
【００６１】
３端子整流用素子ＳＷ１のＯＦＦ状態において、出力回路３は、第２のコイルＮ２に電流が流れなくなる。そして、３端子転流用素子ＳＷ２がＯＮ状態となり、チョークコイルＬ１に蓄えられたエネルギーを放出し、コンデンサＣ２を充電する。
【００６２】
一方、軽負荷状態においては、上述したスイッチ手段３５の電界効果トランジスタＳＷ５がＯＮ状態となるから、３端子転流用素子ＳＷ２はＯＦＦ状態となる。このとき、３端子整流用素子ＳＷ１は、第１、第２のスイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４のＯＮ／ＯＦＦタイミングと同相になるよう制御される。
【００６３】
図４、図５は、図２、図３に図示されたスイッチング電源装置の動作波形図である。図４は通常の負荷状態での動作を示すものであり、図５は軽負荷状態での動作を示すものである。以下、図４、図５を参照して、図２、図３に図示されたスイッチング電源装置の動作を詳細に説明する。
【００６４】
図４（ａ）に示すように、通常の負荷状態においては、出力端子５１、５２から出力される負荷電流Ｉｏは、連続している。このため、電流Ｉｏに含まれる僅かなリップル成分を用いて、３端子整流用素子ＳＷ１及び３端子転流用素子ＳＷ２が安定的に同期制御される。
【００６５】
図４（ｂ）は、３端子転流用素子ＳＷ２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓを示す波形図である。電圧Ｖｄｓが出力されている期間ｔ１は、３端子整流用素子ＳＷ１がＯＮ状態となる期間を示している。電圧Ｖｄｓがゼロとなる期間ｔ２は、３端子整流用素子ＳＷ１がＯＦＦ状態となる期間を示している。
【００６６】
本実施例においては、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いて定電圧制御がなされているので、重負荷になると期間（ｔ１＋ｔ２）が増大し、軽負荷になると期間（ｔ１＋ｔ２）が減少する。また、第２のコイルＮ２の電圧波形は、期間ｔ１において、電圧Ｖｄｓと同様の波形であり、期間ｔ２において、逆電圧の波形を有する。
【００６７】
図４（ｃ）は、第３のコイルＮ３から３端子転流用素子ＳＷ２のゲートに供給されるライバック電圧を示す波形図であり、期間ｔ３は、３端子転流用素子ＳＷ２のゲートに供給される電圧が正となる期間である。期間ｔ３は、期間ｔ２にのみ現れている。
【００６８】
図４（ｄ）は、３端子転流用素子ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦ状態示す波形図である。通常の負荷状態において、３端子転流用素子ＳＷ２は、安定的に同期制御され、期間ｔ３においてＯＮ状態となる。
【００６９】
図４（ｅ）は、３端子転流用素子ＳＷ２のドレイン電流Ｉｄを示す波形図である。電流Ｉｄは、３端子転流用素子ＳＷ２がＯＮ状態となる期間ｔ３にのみ存在する。
【００７０】
図４（ｆ）は、チョークコイルＬ１の電圧を示す波形図である。チョークコイルＬ１の電圧ＶＬ１は、第２のコイルＮ２の電圧波形と同様の波形となる。
【００７１】
図４（ｇ）は、コンデンサＣ４１の電圧を示す波形図である。通常の負荷時においては、３端子整流用素子ＳＷ１がＯＮ状態となる期間ｔ１が一定値以上となるから、図４（ｇ）に示すように、判定手段３３で得られる積分値が基準電圧Ｖｔｈより高くなり、判定手段３３の出力は、低レベル信号Ｌｏｗとなる。
【００７２】
次に、図５を用いて、軽負荷状態における本実施例に係るスイッチング電源装置の動作について説明する。
【００７３】
軽負荷状態において、本実施例に係るスイッチング電源装置は、図５（ａ）に示すように、出力端子５１、５２から出力される負荷電流Ｉｏが断続的となり、電流がゼロとなる期間において制御不能となる。この状態をチョーク不連続状態と称する。
【００７４】
チョーク不連続状態になると、図５（ｃ）に示すように、第３のコイルＮ３に生じるフライバック波形が乱れて、自由振動波形になる。この自由振動波形では、第３のコイルＮ３から３端子転流用素子ＳＷ２のゲートに供給される電圧が正になる期間ｔ３の一部と、３端子整流用素子ＳＷ１がＯＮ状態となる期間ｔ１とが、オーバーラップしている。
【００７５】
このように、期間ｔ３と期間ｔ１とがオーバーラップしている場合、第３のコイルＮ３から供給される電圧に基づいて３端子転流用素子ＳＷ２を制御すれば、３端子整流用素子ＳＷ１及び３端子転流用素子ＳＷ２が同時にＯＮ状態となる期間において、貫通電流が発生することとなる。
【００７６】
このとき、本実施例に係るスイッチング電源装置では、図５（ｇ）に示すように、判定手段３３で得られる積分値が基準電圧Ｖｔｈより低くなり、判定手段３３の出力が高レベル信号Ｈｉｇｈとなるから、図５（ｄ）に示すように、高レベル信号Ｈｉｇｈの電圧信号に基づき、３端子転流用素子ＳＷ２がＯＦＦ状態となる。このため、貫通電流の発生を抑え、３端子転流用素子ＳＷ２の破損を回避することができる。
【００７７】
また、本実施例においては、３端子転流用素子ＳＷ２がＦＥＴで構成されているので、３端子転流用素子ＳＷ２がＯＦＦしている場合でも、３端子転流用素子ＳＷ２の内部ダイオードを用いて、３端子転流用素子ＳＷ２のソースからドレインに向かって電流を流すことが可能である。この場合、３端子転流用素子ＳＷ２をＯＮさせた場合よりも損失が大きくなるが、軽負荷状態では、微弱な電流しか流れていないので、このときの損失はほとんど問題とはならない。
【００７８】
また、図１〜図３に示すように、本実施例においては、３端子転流用素子ＳＷ２と並列にダイオードＤ２が備えられているので、３端子転流用素子ＳＷ２がＯＦＦしている場合には、ダイオードＤ２を用いて電流を流すことも可能である。
【００７９】
また、本実施例においては、スイッチング出力の断続に対応する時間幅を持つ電圧信号として、期間ｔ１における第２のコイルＮ２の電圧波形を用いたが、他の電圧信号を用いてもよい。
【００８０】
また、本実施例においては、ＰＷＭ制御を用いて説明したが、ＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いた場合であっても、本発明の技術的思想に基づいて、適宜設計し得ることは自明である。
【００８１】
また、本実施例においては、３端子整流用素子ＳＷ１及び３端子転流用素子ＳＷ２として、ＮチャンネルＦＥＴを用いて説明したが、３端子整流用素子ＳＷ１及び３端子転流用素子ＳＷ２の一方又は両方が、ＰチャンネルＦＥＴである場合においても、本発明の技術的思想に基づいて、適宜設計し得ることは自明である。
【００８２】
図６は、比較例のスイッチング電源装置の動作波形図であり、軽負荷状態での動作を示すものである。以下、図６を参照して、比較例のスイッチング電源装置の動作を詳細に説明する。比較例のスイッチング電源装置は、図１〜図３に示した判定手段３３が設けられていない点で、本発明に係るスイッチング電源装置と相違する。
【００８３】
図６（ａ）に示すように、軽負荷状態において、比較例のスイッチング電源装置は、チョーク不連続状態となる。また、図６（ｃ）に示すように、第３のコイルＮ３から３端子転流用素子ＳＷ２のゲートに供給される電圧が正となる期間ｔ３と、３端子整流用素子ＳＷ１がＯＮ状態となる期間ｔ１とが、オーバーラップしている。
【００８４】
比較例のスイッチング電源装置は、判定手段３３を備えていないので、第３のコイルＮ３から供給される電圧に基づいて３端子転流用素子ＳＷ２を制御する。このため、図６（ｄ）に示すように、期間ｔ３と期間ｔ１とがオーバーラップしている期間において、３端子整流用素子ＳＷ１及び３端子転流用素子ＳＷ２が、同時にＯＮ状態となってしまう。
【００８５】
この場合、図６（ｅ）に示すように、期間ｔ３と期間ｔ１とがオーバーラップする期間において、３端子転流用素子ＳＷ２、３端子整流用素子ＳＷ１及び第２のコイルＮ２に貫通電流が流れる。
【００８６】
貫通電流は、大電流であるから、貫通電流により第２のコイルＮ２に大きなサージ電圧が発生し、図６（ｂ）に示すように、サージ電圧が３端子転流用素子ＳＷ２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓに現れる。したがって、サージ電圧が、３端子転流用素子ＳＷ２のドレイン−ソース間耐圧を超えた場合、３端子転流用素子ＳＷ２が破損するおそれが生じる。
【００８７】
これに対し、本実施例に係るスイッチング電源装置は、上述したように、３端子転流用素子ＳＷ２が破損するおそれが生じない。
【００８８】
図７は、本発明に係るスイッチング電源装置の別の実施例を示す電気回路図である。図示されたスイッチング電源装置は、判定手段３３の構成が、図２、図３に示したスイッチング電源装置と相違する。以下この点を主体にして説明する。
【００８９】
図７において、判定手段３３は、図３に示した構成に加えて、電圧検出コイルＬ３を含む。この電圧検出コイルＬ３は、チョークコイルＬ１に生じる電圧ＶＬ１を検出し、検出した電圧信号をダイオードＤ４１に供給するためのコイルである。
【００９０】
上述したように、チョークコイルＬ１の電圧ＶＬ１の波形は、図４（ｆ）、図５（ｆ）となり、第２のコイルＮ２の電圧波形と同様の波形となる。このため、判定手段３３は、スイッチング出力の断続に対応する時間幅を持つ電圧信号として、チョークコイルＬ１の電圧ＶＬ１を用い、負荷が軽負荷であるか、軽負荷でないかを判断することができる。
【００９１】
また、図７に示したスイッチング電源装置は、図１〜図５を参照して説明したスイッチング電源装置と同様の構成要件を含むので、同様の好ましい作用効果を奏することができる。
【００９２】
以上、好ましい実施例を参照して本実施例の内容を具体的に説明したが、本実施例の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（Ａ）同期整流回路を用いた高効率のスイッチング電源装置を提供することができる。
（Ｂ）軽負荷状態における３端子転流用素子の破損を回避し得るスイッチング電源装置を提供することができる。
（Ｃ）大きな損失を生じさせることなく軽負荷状態を確実に検出し得るスイッチング電源装置を提供することができる。
【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例を示す電気回路図である。
【図２】図１に示したスイッチング電源装置を更に詳細に示す電気回路図である。
【図３】図１に示したスイッチング電源装置を更に詳細に示す別の電気回路図である。
【図４】図２、図３に図示されたスイッチング電源装置の通常負荷時の動作波形図である。
【図５】図２、図３に図示されたスイッチング電源装置の軽負荷時の動作波形図である。
【図６】比較例のスイッチング電源装置の軽負荷時の動作波形図である。
【図７】本発明に係るスイッチング電源装置の別の実施例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
７                  スイッチ回路
Ｔ                  変圧器
Ｎ１                第１のコイル
Ｎ２                第２のコイル
３                  出力回路
３３                判定手段
ＳＷ１              ３端子整流用素子
ＳＷ２              ３端子転流用素子
Ｌ１                チョークコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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