(57)【要約】【課題】使用するセットにより、ある一定の入力電圧以下におけるスイッチング電源装置の動作を許容できない場合、外部で起動・停止の入力電圧を任意に設定可能であることが望まれる。【解決手段】  スイッチング電源装置において、電源の起動／停止電圧を任意に設定する起動／停止電圧調整用抵抗１０１、１０２を設けることにより、スイッチング素子１のスイッチング動作が開始および停止する際の入力電圧を、半導体装置４６の外部から最適に調整する。抵抗１０１および抵抗１０２の接続点を半導体装置４６の制御端子４５に接続している。【選択図】  図１
2007068248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流の入力電圧をスイッチング素子を介してトランスに印加し、前記スイッチング素子のスイッチング動作により、前記トランスに発生した交流電流を整流平滑して得られた直流電圧を制御して、負荷に電力供給するスイッチング電源装置であって、
前記スイッチング素子によるスイッチング動作を制御する制御信号を前記スイッチング素子の制御端子に供給する制御回路を有するスイッチング電源制御用半導体装置と、
前記スイッチング電源装置の起動および停止に必要な入力電圧を設定する起動／停止電圧調整手段を有し前記入力電圧に応じて起動および停止するように前記制御信号を制御する起動／停止手段とを備え、
前記制御回路は、前記トランスのリセット状態を、その状態を示すトランスリセット検出信号により検出するトランスリセット検出回路と、前記トランスの二次巻線に発生した交流電流に基づく直流電圧の変化を示す信号の電流値を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、前記Ｉ−Ｖ変換器からの出力電圧の変化に基づいて、前記負荷への電力供給の待機時を検出し、前記スイッチング素子によるスイッチングの間欠動作を制御するための信号を出力する待機時検出回路とを有し、前記トランスリセット検出回路の前記トリランスリセット信号および前記待機時検出回路の前記出力に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御信号を出力するように構成し、
前記待機時検出回路は、前記Ｉ−Ｖ変換器からの前記出力電圧が前記負荷への電力供給の待機時を検出するための待機時検出下限電圧よりも小さくなったときに、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、前記Ｉ−Ｖ変換器からの前記出力電圧が前記負荷への電力供給の待機時を検出するための待機時検出上限電圧よりも大きくなったときに、前記スイッチング素子のスイッチング動作を再開させるように構成したスイッチング電源装置。
【請求項２】
スイッチング電源制御用半導体装置はＩ−Ｖ変換器の入力側に接続された制御端子を有し、
Ｉ−Ｖ変換器および待機時検出回路は起動／停止手段を兼ね、
起動／停止電圧調整手段が、前記スイッチング電源制御用半導体装置の前記制御端子に接続されている請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
起動／停止電圧調整手段の少なくとも一部を、スイッチング電源制御用半導体装置に組み込んだ請求項１または請求項２記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、家電製品等の一般家庭用機器には、その電源装置として、半導体（トランジスタなどのスイッチング素子）によるスイッチング動作を利用して出力電圧を制御（安定化など）するスイッチング電源制御用半導体装置を用いたスイッチング電源装置が広く用いられている。
【０００３】
このスイッチング電源装置は、通常、商用電源で動作するが、起動／停止はそれ以下の電圧で行われることが多い。ここで、使用するセットにより、ある一定の入力電圧以下におけるスイッチング電源装置の動作を許容できないような場合に、外部で起動／停止の入力電圧を任意に設定可能であることが望まれている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されるようなスイッチング電源制御用半導体装置を用いたスイッチング電源装置では、制御端子と電源端子が同一であるため、動作を停止させるためにはトランジスタなど数点の部品を用いた回路を作成し、所要とする入力電圧以下では、電源端子を停止電圧以下に保持し続ける必要があった。特許文献１を用いたスイッチング電源装置の構成例を図６に示す。
【０００５】
図６において、２００は低入力検出回路であり、トランジスタ２０１、２０２、コンデンサ２０３および抵抗２０４〜２０７で構成されている。１４１、〜１４３はスイッチング電源制御用半導体装置の端子である。１０３〜１０９、１１１、１１２は後述の本実施の形態における説明と同様である。
【特許文献１】特許第３４３４７８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような低入力検出回路２００を作成すると、部品点数も多くなることから、スイッチング電源装置の小型化や低コスト化の妨げとなっていた。また、各部品において電力ロスも発生することから、省エネ化、高効率化の妨げとなっていた。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、スイッチング電源制御用半導体装置の制御を開始または停止できる入力電圧を、その外部から最適に調整することができ、低コストかつ最小の部品点数によって構成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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスイッチング電源装置は、直流の入力電圧をスイッチング素子を介してトランスに印加し、スイッチング素子のスイッチング動作により、トランスに発生した交流電流を整流平滑して得られた直流電圧を制御して、負荷に電力供給するスイッチング電源装置であって、
スイッチング素子によるスイッチング動作を制御する制御信号をスイッチング素子の制御端子に供給する制御回路を有するスイッチング電源制御用半導体装置と、
スイッチング電源装置の起動および停止に必要な入力電圧を設定する起動／停止電圧調整手段を有し入力電圧に応じて起動および停止するように制御信号を制御する起動／停止手段とを備え、
制御回路は、トランスのリセット状態を、その状態を示すトランスリセット検出信号により検出するトランスリセット検出回路と、トランスの二次巻線に発生した交流電流に基づく直流電圧の変化を示す信号の電流値を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、Ｉ−Ｖ変換器からの出力電圧の変化に基づいて、負荷への電力供給の待機時を検出し、スイッチング素子によるスイッチングの間欠動作を制御するための信号を出力する待機時検出回路とを有し、トランスリセット検出回路のトリランスリセット信号および待機時検出回路の出力に基づいてスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御信号を出力するように構成し、
待機時検出回路は、Ｉ−Ｖ変換器からの出力電圧が負荷への電力供給の待機時を検出するための待機時検出下限電圧よりも小さくなったときに、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、Ｉ−Ｖ変換器からの出力電圧が負荷への電力供給の待機時を検出するための待機時検出上限電圧よりも大きくなったときに、スイッチング素子のスイッチング動作を再開させるように構成したものである。
【０００９】
上記構成において、スイッチング電源制御用半導体装置はＩ−Ｖ変換器の入力側に接続された制御端子を有し、
Ｉ−Ｖ変換器および待機時検出回路は起動／停止手段を兼ね、
起動／停止電圧調整手段が、スイッチング電源制御用半導体装置の制御端子に接続されている。
【００１０】
上記構成において、起動／停止電圧調整手段の少なくとも一部を、スイッチング電源制御用半導体装置に組み込んでいる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスイッチング電源装置によれば、起動／停止電圧を任意に設定する起動／停止電圧調整手段を備えているため、スイッチング電源の起動／停止を任意の入力電圧に設定できる機能を有し、例えばスイッチング電源装置の起動および停止する際の入力電圧を半導体装置の外部から最適に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態を示すスイッチング電源装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１３】
図１は、本発明のスイッチング電源装置の一実施の形態を示す回路図である。
【００１４】
このスイッチング電源装置では、電源の起動／停止電圧を任意に設定する低入力電圧検出回路１００を構成する外付けの起動／停止電圧調整手段である起動／停止電圧調整用抵抗１０１、１０２が、スイッチング電源装置の一方の入力端子１１５と制御端子４５との間、および制御端子４５とスイッチング素子１の出力端子４２との間に接続されている。
【００１５】
この図１において、４６はスイッチング電源制御用半導体装置であり、制御端子４５から流出する電流をＩ−Ｖ変換器２１により電圧変換した出力電圧ＶＥＡＯが与えられる待機時検出回路２４が設けられている。この待機時検出回路２４には、待機時検出用比較器２２が設けられている。待機時検出用比較器２２のマイナス入力としては、Ｉ−Ｖ変換器２１から出力される出力電圧ＶＥＡＯが与えられており、プラス入力としては、基準電圧源２３から出力される基準電圧ＶＲが与えられている。待機時検出用比較器２２は、入力される出力電圧ＶＥＡＯと基準電圧ＶＲとを比較して、出力電圧ＶＥＡＯが基準電圧ＶＲを下回った場合に、所定の出力信号ＶＯ１を、インバータ２５を介してＡＮＤ回路２６に出力するようになっている。また、待機時検出用比較器２２の出力信号ＶＯ１は、基準電圧源２３にも与えられており、基準電圧源２３は、待機時検出用比較器２２の出力信号ＶＯ１を受けて出力電圧ＶＲが変化するようになっている。
【００１６】
ＡＮＤ回路２６には、トランスリセット検出端子４４の電圧を検出してトランスリセット検出回路１３から出力されるトランスリセット信号であるクロック信号が、他の入力信号として与えられており、ＡＮＤ回路２６の出力が、ワンショットパルス形態のトランスリセットパルスを発生するトランスリセットパルス発生回路２７に与えられている。待機時検出時、つまり、スイッチング素子１の停止時には、その停止時間によって共振動作の振幅が小さくなり、トランスリセット信号を検出できなくなる恐れがあるため、トランスリセットパルス発生回路２７が働かないようにしている。
【００１７】
また、待機時検出比較器２２の出力ＶＯ１はインバータ２５を介して間欠終了パルス発生回路２８に入力されているが、停止期間終了後、間欠終了パルス発生回路２８の出力がＯＲ回路２９に入力され、その出力信号は、ＲＳフリップフロップ３０のセット信号として入力される。ＲＳフリップフロップ３０の出力信号はＮＡＮＤ回路３９に入力され、その出力は、ゲートドライバ４０を通してスイッチング素子１のゲートに出力される。このように、待機時検出比較器２２により、待機状態を検出すると、トランスリセット検出回路１３を動作しないようにし、間欠終了パルス発生回路２８の出力信号によりスイッチング素子１のスイッチングを再開させるようスイッチング制御される。
【００１８】
このように構成されたスイッチング電源制御用半導体装置４６およびスイッチング電源装置の軽負荷時における動作を、図２のタイムチャートに基づいて説明する。
【００１９】
なお、このスイッチング電源装置は、部分共振動作を利用したリンギングチョークコンバータであり、本実施の形態を説明するための一構成例である。
【００２０】
このスイッチング電源制御用半導体装置４６では、パワーＭＯＳＦＥＴなどによるスイッチング素子１とスイッチング素子１のスイッチング制御を行うための制御回路が同一の半導体基板上に集積化されており、スイッチング素子１の入力端子４１と出力端子４２、スイッチング電源制御用半導体装置４６の起動電圧検出用端子および制御回路の電源端子４３、制御信号を入力するための制御端子４５、トランス１０３のバイアス巻線（三次巻線）電圧検出用端子（トランスリセット検出端子）４４の５端子で構成されている。
【００２１】
レギュレータ６はスイッチング素子１の入力端子４１、起動電圧検出用端子４３、制御回路およびゲートドライバ用基準電源８の間に接続されており、スイッチング素子１の入力端子４１の電圧が一定値以上になったときに、スイッチング電源制御用半導体装置４６の内部回路電流を供給して、比較器９により、スイッチング電源制御用半導体装置４６の制御回路およびゲートドライバ基準電源８の電圧が一定値になるように制御している。
【００２２】
起動／停止回路用比較器７の出力は、ＮＡＮＤ回路３９へ入力され、その出力信号はゲートドライバ４０を通してスイッチ素子１のゲートに出力されており、起動電圧検出用端子４３の電圧の大きさによって、スイッチング素子１の発振および停止を制御している。２、４は定電流源、３は起動／停止回路用比較器７に制御されるスイッチ、５はレギュレータ９に制御されるスイッチである。
【００２３】
１４はクランプ回路であり、制御端子４５に接続されており、スイッチング電源制御用半導体装置４６の外部にフォトトランジスタ１１０などが接続されるため、一定電位に設定されている。
【００２４】
２１はＩ−Ｖ変換器であり、制御端子４５から流出する電流を電圧に内部変換する。１５〜１８はミラー回路を構成するトランジスタ、１９は抵抗器である。トランス１０３のバイアス巻線１０３ｃの電圧を検出する端子４４には、ハイサイドクランプ回路１２およびローサイドクランプ回路１１が接続され、スイッチング電源制御用半導体装置４６の内部に入力される電圧を制限している。また、端子４４にはトランスリセット検出回路１３が接続されており、ワンショットパルス（トランスリセット）発生回路２７により、スイッチング素子１のターンオン信号のタイミングを決定している。
【００２５】
１０はスタートパルス（起動パルス）発生回路であり、比較器７の出力信号、つまり、起動信号により出力を発生し、ＯＲ回路２９を通して、ＲＳフリップフロップ３０のセット端子に入力され、その出力ＱはＮＡＮＤ回路３９へ入力される。
【００２６】
起動後は、スタートパルス信号、そして通常動作中は、ワンショット（トランスリセット）パルス信号により、ＯＲ回路２９を介して、ＲＳフリップフロップ３０の出力信号ＱがＨとなり、スイッチング素子１をターンオン状態にする。
【００２７】
スイッチング素子１がオン後、スイッチング素子１に流れる電流とスイッチング素子１のオン抵抗による電圧、つまり、オン電圧がドレイン電流検出用比較器３６のプラス側に入力される。具体的にはオン電圧に基づいて定電流源３４およびＰ型ＭＯＳＦＥＴ３５からなる回路により生成された電圧が印加されている。この電圧がマイナス側の電位よりも高くなった時にオン時ブランキングパルス発生回路３７とのＡＮＤ回路３８を介し、ＲＳフリップフロップ３０のリセット信号として入力され、スイッチング素子１はターンオフする。つまり、スイッチング素子１のオン抵抗を検出することにより、ドレイン電流の制限を行っている。
【００２８】
また、ドレイン電流検出用比較器３６のマイナス側には、クランプ回路３１と制御端子４５から流出する電流（ＩＦＢ）に対応してＩ−Ｖ変換器２１により内部変換した出力電圧ＶＥＡＯとに基づいて、定電流源３２およびＰ型ＭＯＳＦＥＴ３３により生成された電圧が印加されており、クランプ回路３１でドレイン電流の上限（最大ドレイン電流）を制限して、Ｉ−Ｖ変換器２１からの出力電圧ＶＥＡＯのレベルにより、スイッチング素子１のドレイン電流を変化させることができる。つまり、制御端子４５からの流出電流（ＩＦＢ）が増加するほどＩ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯが低下するため、ドレイン電流検出用比較器３６のマイナス側の電位が低下し、その結果として、スイッチング素子１のドレイン電流は低下することになる。
【００２９】
このように、制御端子４５の電流により内部電圧変換されたＩ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯと端子４４によりトランス１０３のバイアス巻線１０３ｃの電圧を検出し、スイッチング素子１のターンオンするタイミングを決定するトランスリセット検出回路１３の出力によりワンショットパルスを発生するトランスリセットパルス発生回路２７の出力信号によって、スイッチング素子１のオン／オフ期間は決定される。
【００３０】
また、起動／停止電圧調整用抵抗１０１、１０２は、起動／停止時における制御端子４５からの電流の流出量を調整するために、スイッチング電源装置の入力端子１１５と制御端子４５の間、および制御端子４５とスイッチング素子１の出力端子４２との間に設けられており、この起動／停止電圧調整用抵抗１０１、１０２の値を変化させることによって、制御端子４５から流出する電流量が変化し、スイッチング電源が起動、または停止する入力電圧が調整される。
【００３１】
このスイッチング電源装置では、入力端子１１５には、例えば商用の交流電源が整流平滑されてつくられる、直流電圧ＶＩＮが入力され、電力変換用トランス１０３に与えられている。電力変換用のトランス１０３は、一次巻線１０３ａと二次巻線１０３ｂと三次巻線（バイアス巻線として使用）１０３ｃを有しており、直流電圧ＶＩＮが一次巻線１０３ａに与えられる。
【００３２】
トランス１０３の一次巻線１０３ａに与えられた直流電圧ＶＩＮは、スイッチング電源制御用半導体装置４６内のスイッチング素子１によりスイッチングされる。そして、そのスイッチング素子１のスイッチング動作によって、トランス１０３の二次巻線１０３ｂに電流が取り出される。二次巻線１０３ｂに取り出された電流は、二次巻線１０３ｂに接続されたダイオード１０４およびコンデンサ１０５により、整流および平滑化され、出力電圧Ｖｏｕｔによる直流電力として負荷１０９へ供給される。
【００３３】
コンデンサ１０５の両端には、例えばＬＥＤ１０７およびツェナーダイオード１０８で構成された出力電圧検出回路１０６が接続されており、出力電圧Ｖｏｕｔを安定化させるための帰還信号を、スイッチング電源制御用半導体装置４６の制御端子４５に接続されている一次側のフォトトランジスタ１１０へ出力している。
【００３４】
また、トランスの三次巻線１０３ｃには、バイアス巻線電圧検出用端子４４、およびダイオード１１２を介して、起動電圧検出用端子４３に接続されている。また、コンデンサ１１１は、端子４３が急激に低下しないようにするもの、つまり、安定化させるものであり、端子４４に接続された抵抗器１１６およびコンデンサ１１７は、遅延時間を生成するためであり、これらにより端子４４で検出されるトランスリセット検出のタイミングを調整している。スイッチング素子１の入出力間に接続されたコンデンサ１１８は、トランス１０３との共振によるリンギングの大きさおよび周期を決定するためのものである。
【００３５】
このように構成されたスイッチング電源制御用半導体装置４６およびスイッチング電源装置について、その動作を以下に説明する。
【００３６】
スイッチング電源装置の入力端子１１５には、例えば商用の交流電源が整流平滑されてつくられる、直流電圧ＶＩＮが入力される。この直流電圧ＶＩＮがトランス１０３の一次巻線１０３ａに印加される。直流電圧ＶＩＮが一定値以上になると、スイッチング電源制御用半導体装置４６内のレギュレータ６を介して、コンデンサ１１１に充電電流が流れ、スイッチング電源制御用半導体装置４６の端子４３の電圧が起動／停止用比較器７で設定された起動電圧に達すると、スイッチング素子１によるスイッチング動作の制御が開始される。
【００３７】
起動／停止用比較器７の出力信号を基に起動パルス発生回路１０によりスタートパルス（起動パルス）が発生し、スイッチング素子１がターンオンする。また、二次側の出力は、起動時低いため、出力電圧検出回路１０６のツェナーダイオード１０８には電流が流れないためフォトトランジスタ１１０には電流が流れない。したがって、Ｉ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯはクランプ回路３１よりも高いレベルとなり、ドレイン電流検出用比較器３６のマイナス側は、クランプ回路３１で決まる電圧に設定されている。起動パルス発生回路１０によりスタートパルスが発生し、スイッチング素子１がターンオンすると、スイッチング素子１に電流が流れ、オン抵抗との積で決まるオン電圧がドレイン電流検出用比較器３６のプラス側に入力されるが、マイナス側で決まる電圧以上上昇すると、ＲＳフリップフロップ３０のリセット端子信号にＨが入力され、スイッチング素子１はターンオフする。
【００３８】
この後、トランス１０３のリーケージインダクタンスとコンデンサ１１８およびスイッチング素子１の入出力間容量で決定される共振動作により、トランス１０３の三次巻線（バイアス巻線）１０３ｃの電圧が正から負、つまり、スイッチング素子１の入力端子４１の電圧が低下したときに、トランスリセット検出回路１３により、トランスリセットパルス発生回路２７からのワンショットパルス信号がＯＲ回路２９を介して、ＲＳフリップフロップ３０のセット端子にＨが入力され、スイッチング素子１はターンオンする。
【００３９】
なお、トランス１０３の三次巻線（バイアス巻線）１０３ｃと端子４４との間に接続された抵抗器１１６およびコンデンサ１１７により、トランスリセット検出回路１３の検出時間を調整し、スイッチング素子１の入力端子４１の電圧が零ボルトになったポイントでスイッチング素子１をターンオンするようにしている。
【００４０】
以上のようなスイッチング動作が繰り返されて、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇していくが、出力電圧検出回路１０６で設定された電圧以上になると、ＬＥＤ１０７が導通し、フォトトランジスタ１１０に電流が流れ、スイッチング電源制御用半導体装置４６の制御端子４５からの電流が流出する。この流出電流（ＩＦＢ）の大きさで、Ｉ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯが低下するため、ドレイン電流検出用比較器３６のマイナス側が低下するため、スイッチング素子１のドレイン電流は減少する。このように、スイッチング素子１のオンデューティは適切な状態に変化していく。つまり、スイッチングは、トランスリセット検出回路１３からの出力信号により、トランスリセットパルス発生回路２７から出力されたワンショットパルスによりターンオンし、スイッチング素子１のオンデューティは制御端子４５から流出する電流により決定される。
【００４１】
すなわち、図３(ｂ)に示すように、負荷１０９への電流供給が小さい軽負荷時には、スイッチング素子１に電流ＩＤＳが流れる期間が短くなり、図３(ａ)に示す重負荷時には、スイッチング素子１に電流ＩＤＳが流れる期間が長くなる。ＶＤＳはスイッチング素子１のドレインソース電圧、ＶＰはトランス１０３の１次巻線１０３ａと二次巻線１０３ｂの比によって大きさが定義されるフライバック電圧（反射電圧）である。
【００４２】
このように、スイッチング電源制御用半導体装置４６は、スイッチング電源の負荷１０９に供給される電力に応じて、スイッチング素子１のドレイン電流ＩＤＳを制御し、オンデューティを変化させるといった制御を行う。また、スイッチング素子１のターンオンするタイミングは、共振動作中にスイッチング素子１の入力電圧が最も低下したときに出力するように設定されているため、オン時のスイッチングロスがほとんどない。つまり、オン時のスイッチングロスを無視できるような部分共振動作を行う。このような動作を行うことで、通常動作時の高効率化および低ノイズ化を実現することができる。
【００４３】
待機時検出用比較器２２は、制御端子４５から流出する電流をＩ−Ｖ変換器２１により電圧変換した出力電圧ＶＥＡＯと基準電圧源２３の出力電圧ＶＲとを比較する。基準電圧源２３の出力電圧ＶＲは、当初、待機時検出下限電圧ＶＲ１となっている（図２（ｃ））。スイッチング電源の出力に接続された負荷１０９への電流供給が小さくなる待機時の場合等においては、負荷への供給電流が低下すると、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇し（図２（ａ））、ＬＥＤ１０７によるフォトトランジスタ１１０の電流が増加する。この電流により制御端子４５から流出する電流が増加するため、式（１）に従って、Ｉ−Ｖ変換器２１の変換電圧ＶＥＡＯが下降する。
【００４４】
ＶＥＡＯ＝Ｖ０−Ｒ×Ｉ      ・・・・（１）
ここで、Ｖ０は予め設定された基準電圧源２３による基準電圧、Ｒは抵抗器１９の抵抗値、Ｉは制御端子４５から流出する電流を内部のミラー回路により変換された抵抗器１９を流れる電流値である。
【００４５】
したがって、上記式（１）から、制御端子４５からの流出電流が増加するほどＩ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯは低下する。これに伴い、ドレイン電流検出用比較器３６の基準電源（マイナス側）が低下し、スイッチング素子１のドレイン電流ＩＤＳは徐々に低下して負荷１０９への電力供給は低下していく。そして、このＩ−Ｖ変換器２１の変換電圧ＶＥＡＯが待機時検出下限電圧ＶＲ１よりも小さくなると、待機時検出状態となり、待機時検出用比較器２２の出力信号ＶＯ１はローレベルからハイレベルに変化する（図４）。
これにより、インバータ２５を通ったＡＮＤ回路２６の出力はローレベルになり、トランスリセットパルス発生回路２７のワンショットパルス信号が出力されないため、スイッチング素子１のスイッチング動作が停止する。このとき同時に、待機時検出用比較器２２の出力信号ＶＯ１を受けて、基準電圧源２３の出力電圧ＶＲは、待機時検出下限電圧ＶＲ１から待機時検出上限電圧ＶＲ２へ変更される（図２（ｃ））。
【００４６】
スイッチング素子１によるスイッチング動作が停止して、スイッチング素子１がオフ状態になると、スイッチング素子１には電流が流れない状態になる。これにより、負荷１０９への電力供給がなくなるため、負荷１０９への出力電圧Ｖｏｕｔは徐々に低下する。これにより、Ｉ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯが徐々に上昇するが、基準電圧源２３の出力電圧は、待機時検出下限電圧ＶＲ１よりも高い待機時検出上限電圧ＶＲ２になっているため、図４に示すように、スイッチング素子１によるスイッチング動作が直ちに再開されることはない（ヒステリシス特性が生じる）。
【００４７】
そして、さらに負荷１０９への出力電圧Ｖｏｕｔが低下して、Ｉ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯが待機時検出上限電圧ＶＲ２より上昇した時には、待機時検出用比較器２２の出力信号ＶＯ１はローレベルとなり、その信号を受け、インバータ２５を通った間欠終了パルス発生回路２８の信号が出力される。そしてこの出力信号により、スイッチング素子１のスイッチング動作が再開する。同時に、ＡＮＤ回路２６により動作を停止させていたトランスリセット検出回路１３が有効となりトランスリセットパルス発生回路２７のワンショットパルス出力信号により、スイッチング素子１は通常の部分共振型のオンオフ動作が再開される。
【００４８】
またこのとき、同時に、基準電圧源２３の出力電圧ＶＲは、待機時（軽負荷時）検出上限電圧ＶＲ２から待機時（軽負荷時）検出下限電圧ＶＲ１へ変更される。スイッチング素子１によるスイッチング動作が再開されると、スイッチング素子１のオンデューティは、待機時検出時のオンデューティよりも広くなっているため、負荷１０９への電力供給は過剰となり、再び負荷１０９への出力電圧Ｖｏｕｔが上昇し、Ｉ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯが低下する。そして再び待機時検出されると、スイッチング素子１のオンオフの繰り返しによるスイッチング動作が停止する。
【００４９】
このように、基準電圧源２３からの出力電圧ＶＲが、待機時検出することによって、待機時検出下限値ＶＲ１から待機時検出上限値ＶＲ２へと変化するため、Ｉ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯが上昇しても、直ちにスイッチング動作が開始されることがないように基準電圧源２３からの出力電圧ＶＲにヒステリシス特性を与えている。これにより、待機時を検出している間は、スイッチング素子１のオンオフ動作を繰り返すスイッチング制御は、停止と再開とが繰り返されるといった間欠発振状態となる。
【００５０】
負荷１０９への出力電圧Ｖｏｕｔは、この間欠発振の停止期間中に低下するが、この低下の度合いは負荷１０９への供給電流に依存する。つまり、負荷１０９で消費される電流が小さくなるほど負荷１０９の出力電圧Ｖｏｕｔの低下が緩やかになり、間欠発振の停止期間は負荷１０９で消費される電流が小さいほど長くなるため、負荷１０９が軽くなればなるほど、スイッチング素子１のスイッチング動作が減少することになる。
【００５１】
起動／停止電圧調整用抵抗１０１、１０２は、起動／停止時における制御端子４５からの電流の流出量を調整するために、スイッチング電源装置の入力端子１１５と制御端子４５の間、および制御端子４５とスイッチング素子１の出力端子４２との間に設けられており、この起動／停止電圧調整用抵抗１０１、１０２の値を変化させることによって、制御端子４５から流出する電流量が変化する。制御端子４５から流出する電流はＩ−Ｖ変換器２１で電圧に内部変換され、このＩ−Ｖ変換器２１の変換電圧ＶＥＡＯの値により、スイッチング素子１のスイッチング動作が停止・再開することを利用し、起動／停止電圧調整用抵抗１０１、１０２により設定される入力直流電圧値以下での動作を停止させる。
【００５２】
各抵抗値は次のようにして求められる。
【００５３】
スイッチング電源の入力端子１１５と制御端子４５の間の抵抗１０１をＲ１、そこに流れる電流をＩＲ１、また制御端子４５とスイッチング素子１の出力端子との間の抵抗１０２をＲ２、そこに流れる電流をＩＲ２、制御端子４５から流出する電流をＩＦＢ、制御端子４５の電圧をＶＦＢとすると、以下の関係がある。
【００５４】
ＩＲ２＝ＩＲ１＋ＩＦＢ                ・・・（２）
ＶＦＢ：一定
上記電流値と入力直流電圧の関係を、図５を参照して説明する。
【００５５】
起動時、入力直流電圧ＶＩＮが上昇すると、抵抗１０１に流れる電流ＩＲ１が増加する。またこの時ＩＲ２はＶＦＢ一定のため一定である。つまり（２）式より、ＩＲ１が増加するとＩＦＢは減少していく。つまり、起動時、入力直流電圧が低い状態における制御端子４５からの流出電流ＩＦＢをＩ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯがＶＲ１よりも小さくなるような値に設定すると、入力直流電圧が上昇してＩＦＢが減少してＩ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯがＶＲ２よりも大きくなるまではスイッチング素子は発振を停止した状態になる。
【００５６】
逆に入力直流電圧ＶＩＮが低下すると、抵抗１０１に流れる電流ＩＲ１が減少する、またこの時ＩＲ２はＶＦＢ一定のため一定である。つまり（２）式より、ＩＲ１が減少するとＩＦＢは増加していき、Ｉ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯがＶＲ１よりも小さくなると、スイッチング素子１は発振を停止する。
【００５７】
以上の式により求められる２本の抵抗を追加することで、起動電圧および停止電圧が任意に設定される。
【００５８】
この時の起動／停止電圧は、以下の式で表される。ここでＶＩＮ（ｓｔａｒｔ）は起動電圧、ＶＩＮ（ｓｔｏｐ）は停止電圧、ＩＦＢ１はＩ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯがＶＲ１となるときの定電流値、ＩＦＢ２はＩ−Ｖ変換器２１の出力電圧ＶＥＡＯがＶＲ２となるときの定電流値を示す。
【００５９】
ＶＩＮ（ｓｔａｒｔ）＝（Ｒ１／Ｒ２＋１）×ＶＦＢ−Ｒ１×ＩＦＢ２
ＶＩＮ（ｓｔｏｐ）  ＝（Ｒ１／Ｒ２＋１）×ＶＦＢ−Ｒ１×ＩＦＢ１
また、上式より、ＩＦＢ１とＩＦＢ２の電流値にはヒステリシスがあるため、起動電圧と停止電圧にもヒステリシスを持たせることが可能である。
【００６０】
このように、起動／停止電圧調整用抵抗１０１、１０２を設けて、起動電圧を任意に調整することにより、スイッチング素子１のスイッチング動作を開始および停止する際の入力電圧を、最適に調整することができる。
【００６１】
また、起動／停止電圧調整用抵抗１０１、１０２の少なくともいずれか一方をスイッチング電源装置に備えたスイッチング電源制御用半導体装置４６に組み込むことで、さらに電源回路の構成部品点数を削減することが可能となり、電源製作時にコストダウンをはかることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明のスイッチング電源装置は、スイッチング素子のスイッチング動作が開始および停止する際の入力電圧を、スイッチング電源制御用半導体装置の外部から最適に調整することができる等の効果があり、スイッチング電源装置、例えばある一定の入力電圧以下における、スイッチング電源装置の動作を許容できないようなＡＣ−ＤＣスイッチング電源のアプリケーションなどに対して有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施の形態のスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】一実施の形態のスイッチング電源制御用半導体装置およびそのスイッチング電源制御用半導体装置を備えたスイッチング電源装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図３】一実施の形態のスイッチング電源制御用半導体装置におけるドレイン電流の変化を示す波形図である。
【図４】一実施の形態のスイッチング電源制御用半導体装置における基準電圧源の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図５】一実施の形態のスイッチング電源制御用半導体装置およびそのスイッチング電源制御用半導体装置を備えたスイッチング電源装置の起動時および停止時の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図６】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】
【００６４】
１    スイッチング素子
６    レギュレータ
７    起動／停止用比較器
８    ゲートドライバ用基準電源（内部回路基準電源）
９    ゲートドライバレギュレータ用（内部回路基準電源用）比較器
１０    起動パルス発生回路
１１    ローサイドクランプ
１２    ハイサイドクランプ
１３    トランスリセット検出回路
１４    クランプ回路
１９    抵抗器
２１    Ｉ−Ｖ変換器
２２    待機時検出用比較器
２３    基準電圧源
２４    待機時検出回路
２５    インバータ
２６、３８    ＡＮＤ回路
２７    トランスリセットパルス発生回路
２８    間欠終了パルス発生回路
２９    ＯＲ回路
３０    ＲＳフリップフロップ
３１    クランプ回路
３２、３４    定電流源
３３、３５、２０１    Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ
３６    ドレイン電流検出用比較器
３７    オン時ブランキングパルス発生回路
４０    ゲートドライバ
４１    スイッチング素子入力端子
４２    スイッチング素子出力端子（グランド端子）
４３    起動電圧検出用端子
４４    トランスリセット検出端子
４５    制御端子
４６    スイッチング電源制御用半導体装置
１０１、１０２、１１６、２０４、２０５、２０６、２０７    抵抗
１０４、１１２    整流器
１０５、１１１、１１７、１１８、２０３    コンデンサ
１０３    トランス
１０３ａ    一次巻線
１０３ｂ    二次巻線
１０３ｃ    三次巻線（バイアス巻線）
１０６    出力電圧検出回路
１０７    ＬＥＤ
１０８    ツェナーダイオード
１０９    負荷
１１０    フォトトランジスタ
１００、２００    低入力検出回路
【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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