(57)【要約】【課題】二次側に誤差増幅器を備えた絶縁型電源装置において、電源電圧を立ち上げてからフィードバック電圧が目標値に達するまでの時間を短縮できるようにする。【解決手段】フィードバック信号に応じて電力変換手段(トランス)の一次側に流す電流を制御するスイッチング素子の制御信号を生成し出力する制御回路と、出力電流もしくは出力電圧を検出する検出手段と、検出手段による検出信号に応じたフィードバック電圧を生成する帰還電圧生成回路と、帰還電圧生成回路により生成されたフィードバック信号を制御回路へ伝達する信号伝達手段とを有し、帰還電圧生成回路は、検出信号と所定の基準電圧との電位差に応じた電圧を出力する誤差増幅回路と、該誤差増幅回路の出力をインピーダンス変換して出力するバッファアンプとを備え、バッファアンプの出力端子と反転入力端子との間にバッファアンプの出力電圧に対してオフセットを付与するオフセット付与手段を設けた。【選択図】図３
2012115074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側に入力された交流電力を変換して二次側へ出力する電力変換手段と、前記電力変換手段の二次側に設けられた整流手段と、前記整流手段により整流された電流・電圧のうち所定の周波数帯の電流・電圧を通過させるフィルタと、前記フィルタを介して負荷へ供給される出力電流もしくは出力電圧を検出する検出手段と、前記検出手段による検出信号に応じたフィードバック電圧を生成する帰還電圧生成回路と、フィードバック信号に応じて前記電力変換手段の一次側に流す電流を制御するスイッチング素子の制御信号を生成し出力する制御回路と、前記帰還電圧生成回路により生成された電圧に応じて前記フィードバック信号を前記制御回路へ伝達する信号伝達手段と、を有する絶縁型電源装置であって、
前記帰還電圧生成回路は、
前記検出信号と所定の基準電圧との電位差に応じた電圧を出力する誤差増幅回路と、該誤差増幅回路の出力をインピーダンス変換して出力するバッファアンプとを備え、前記バッファアンプの出力端子と反転入力端子との間に、該バッファアンプの出力電圧に対して入力電圧よりも所定の電位だけ高いオフセットを付与するオフセット付与手段が接続されていることを特徴とする絶縁型電源装置。
【請求項２】
前記オフセット付与手段は、所定の電位差以上で導通状態となる２端子スイッチング素子であり、前記バッファアンプの出力端子から反転入力端子に向かって導通電流が流れるように接続されていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁型電源装置。
【請求項３】
前記誤差増幅回路は、差動アンプを有し該差動アンプの出力端子と反転入力端子との間に容量素子が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁型電源装置。
【請求項４】
前記フィルタのカットオフ周波数は、前記制御回路により生成される制御信号のスイッチング周波数よりも低く、外部から供給されるデューティ比に制御情報を有する出力制御パルス信号の周波数よりも高くなるように設定され、
前記電力変換手段の二次側には、デューティ比に制御情報を有する前記出力制御パルス信号に基づいて前記検出信号の補正を行う補正回路が設けられ、
前記制御回路は、フィードバック信号に応じたパルス幅を有するＰＷＭ制御パルスを生成するパルス生成回路と、該パルス生成回路により生成されたＰＷＭ制御パルスを前記出力制御パルス信号に応じて制限するパルス制限回路と、を備え、
前記補正回路は、一次側回路に出力制御パルス信号を入れて出力をフィードフォワードで制御した場合に変化する上記検出信号の変化を相殺する機能を有するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の絶縁型電源装置。
【請求項５】
前記補正回路は、所定の定電位が供給される定電位端子と、前記誤差増幅回路の前記検出信号が入力される側の入力端子との間に直列に接続された抵抗およびトランジスタとを有し、前記トランジスタの制御端子に前記出力制御パルス信号が印加されるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の絶縁型電源装置。
【請求項６】
前記信号伝達手段は発光素子と受光素子とからなるフォトカプラであり、
前記発光素子は前記バッファアンプの出力端子と接地電位点との間に接続され、前記バッファアンプの出力電圧に応じた電流が前記発光素子に流されるように構成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の絶縁型電源装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の絶縁型電源装置と、該絶縁型電源装置の出力端子に接続され前記出力電流が流されることで点灯するＬＥＤランプと、前記出力制御パルス信号を生成する制御信号生成手段とを備えた照明装置であって、前記出力制御パルス信号は前記ＬＥＤランプの明るさを制御するための調光制御パルスであることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換用トランスを備えた絶縁型電源装置およびこれを用いた照明装置に利用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源装置には、電圧変換用トランスを備え交流電力の電圧を変換し二次側に誘起された交流を整流し所望の電位の直流電圧に変換する絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータがある。絶縁型のＡＣ−ＤＣコンバータとしては、例えば電圧変換用トランスの一次側巻線に流れる電流をスイッチング制御することで二次側巻線に誘起される電力を制御するようにしたスイッチング電源装置が知られている。
【０００３】
ところで、スイッチング電源装置においては、電力効率を高めるためＰＷＭ（パルス幅変調）制御が採用されることが多く、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータにおいても、二次側の出力の検出信号をフォトカプラによって一次側制御回路へフィードバックして、一次側制御回路がＰＷＭパルスでスイッチング素子をオン、オフ駆動して一次側コイルに流す電流を制御するようした発明も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３１１４２号公報
【特許文献２】特表２００４−５２７１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータにおける二次側の出力の検出信号は、特許文献１にも開示されているように、出力電圧もしくは出力電流を電流−電圧変換した電圧を抵抗分割し、その電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとを誤差増幅器で比較し電位差に応じた電圧（フィードバック電圧ＶFB）を出力してフォトカプラの発光素子（フォトダイオード）を駆動し、フォトカプラを介して一次側制御回路へ伝達するように構成することが多い。
【０００６】
ところで、絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータの出力制御ループにおいては、ループの安定性を高めるには誤差増幅器の時定数を大きめに設定することが望ましい。しかしながら、誤差増幅器の時定数を大きくすると、図７に示すように、起動時に二次側の回路の電源電圧Ｖｃｃを立ち上げた際に、フィードバック電圧ＶFBの変化が緩やかになり、負荷に応じた収束値に達するまでの遅延時間Ｔｄが長くなってしまい、その間負荷の動作が不安定になるという不具合がある。
【０００７】
特に、外部からのＰＷＭ制御信号で出力電圧を変化させたい場合、二次コイル側に接続されて出力電圧を安定化させるためのローパスフィルタ（平滑用チョークコイルと平滑コンデンサ）のカットオフ周波数ｆｃを、ＰＷＭ制御信号の周波数よりも高く設定する必要がある。しかし、フィルタの時定数τとカットオフ周波数ｆｃとの間にはτ＝１／２πｆｃで表わされる関係があるため、フィルタのｆｃを高くすると時定数が小さくなるので、制御ループの安定化のためにはその分誤差増幅器の時定数を大きく設定する必要性が生じる。その結果、電源電圧Ｖｃｃを立ち上げた際に誤差増幅器から出力されるフィードバック電圧ＶFBが収束値に達するまでの時間が長くなってしまうという課題がある。
【０００８】
この発明の目的は、出力に比例した電圧と基準電圧との電位差に応じたフィードバック電圧を生成し出力する誤差増幅器を二次側に備えたＡＣ−ＤＣコンバータのような絶縁型電源装置において、電源電圧を立ち上げてからフィードバック電圧が目標値に達するまでの時間を短縮して、電源起動時に制御ループが短時間で安定できるようにすることにある。
この発明の他の目的は、外部からのＰＷＭ制御信号で出力電圧を変化させることができるように構成された絶縁型電源装置において、定常状態でのフィードバック制御ループの安定性を確保しつつ電源起動時に制御ループが安定するまでの時間を短くできるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明は、
一次側に入力された交流電力を変換して二次側へ出力する電力変換手段と、前記電力変換手段の二次側に設けられた整流手段と、前記整流手段により整流された電流・電圧のうち所定の周波数帯の電流・電圧を通過させるフィルタと、前記フィルタを介して負荷へ供給される出力電流もしくは出力電圧を検出する検出手段と、前記検出手段による検出信号に応じたフィードバック電圧を生成する帰還電圧生成回路と、フィードバック信号に応じて前記電力変換手段の一次側に流す電流を制御するスイッチング素子の制御信号を生成し出力する制御回路と、前記帰還電圧生成回路により生成された電圧に応じて前記フィードバック信号を前記制御回路へ伝達する信号伝達手段と、を有する絶縁型電源装置であって、
前記帰還電圧生成回路は、
前記検出信号と所定の基準電圧との電位差に応じた電圧を出力する誤差増幅回路と、該誤差増幅回路の出力をインピーダンス変換して出力するバッファアンプとを備え、前記バッファアンプの出力端子と反転入力端子との間に、該バッファアンプの出力電圧に対して入力電圧よりも所定の電位だけ高いオフセットを付与するオフセット付与手段が接続されているようにした。
【００１０】
上記のような手段によれば、バッファアンプの出力電圧は前段の誤差増幅回路の出力電圧に、所定のオフセットを付加した電圧になるため、電源電圧を立ち上げてからフィードバック電圧が目標値に達するまでの時間を短縮して、電源起動時に制御ループを短時間で安定させることができるようになる。
【００１１】
ここで、望ましくは、前記オフセット付与手段は、所定の電位差以上で導通状態となる２端子スイッチング素子であり、前記バッファアンプの出力端子から反転入力端子に向かって導通電流が流れるように接続された構成とする。
オフセット付与手段としてダイオードに代表されるような２端子スイッチング素子を使用することにより、素子を１つ追加するだけでバッファアンプの出力にオフセットを付加し、フィードバック電圧が目標値に達するまでの時間を短縮させることができるようになる。
【００１２】
さらに、望ましくは、前記誤差増幅回路は、差動アンプを有し該差動アンプの出力端子と反転入力端子との間に容量素子が接続されているようにする。
二次側に設けられた誤差増幅回路を構成する差動アンプの出力端子と反転入力端子との間に容量素子が接続されていることにより、見掛け上の容量値が増大してカットオフ周波数の低いローパスフィルタとして機能して制御ループを安定化させる一方、カットオフ周波数が低くなることで時定数が大きくなり電源起動時のフィードバック電圧の立ち上がりが遅くなるのを、バッファアンプの出力端子と反転入力端子との間に設けた整流素子の作用によって目標電圧の到達に必要な誤差増幅回路の出力電圧の変化量を減少させて回避することができる。すなわち、定常状態でのフィードバック制御ループの安定性を確保しつつ電源起動時に制御ループが安定するまでの時間を短くすることができる。
【００１３】
また、前記フィルタのカットオフ周波数は、前記制御回路により生成される制御信号のスイッチング周波数よりも低く、外部から供給されるデューティ比に制御情報を有する出力制御パルス信号の周波数よりも高くなるように設定され、
前記電力変換手段の二次側には、デューティ比に制御情報を有する前記出力制御パルス信号に基づいて前記検出信号の補正を行う補正回路が設けられ、
前記制御回路は、フィードバック信号に応じたパルス幅を有するＰＷＭ制御パルスを生成するパルス生成回路と、該パルス生成回路により生成されたＰＷＭ制御パルスを前記出力制御パルス信号に応じて制限するパルス制限回路と、を備え、
前記補正回路は、一次側回路に出力制御パルス信号を入れて出力をフィードフォワードで制御した場合に変化する上記検出信号の変化を相殺する機能を有するように構成する。
補正回路を設けたことにより、出力電流もしくは出力電圧を外部から供給される出力制御パルス信号に基づいて制御することができるようになるとともに、供給された出力制御パルス信号によって出力電圧が所望の値からずれるのを回避することができる。
【００１４】
さらに、望ましくは、前記補正回路は、所定の定電位が供給される定電位端子と、前記誤差増幅回路の前記検出信号が入力される側の入力端子との間に直列に接続された抵抗およびトランジスタとを有し、前記トランジスタの制御端子に前記出力制御パルス信号が印加されるように構成する。
これにより、比較的簡単な回路で補正回路を実現することができる。
【００１５】
また、望ましくは、前記信号伝達手段は発光素子と受光素子とからなるフォトカプラであり、前記発光素子は前記バッファアンプの出力端子と接地電位点との間に接続され、前記バッファアンプの出力電圧に応じた電流が前記発光素子に流されるように構成する。
これにより、比較的簡単な回路で誤差増幅回路の出力に比例した電流を前記発光素子に流して、正確なフィードバック信号を二次側の制御回路へ伝達することができる。
【００１６】
また、上記のような構成を有する絶縁型電源装置と、該絶縁型電源装置の出力端子に接続され前記出力電流が流されることで点灯するＬＥＤランプと、前記出力制御パルス信号を生成する制御信号生成手段とにより照明装置を構成する。
これにより、ＰＷＭパルスでＬＥＤランプの明るさを制御できるとともに、電源起動時に速やかに所望の明るさに達することができるＬＥＤ照明装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、出力に比例した電圧と基準電圧との電位差に応じたフィードバック電圧を生成し出力する誤差増幅器を二次側に備えたＡＣ−ＤＣコンバータのような絶縁型電源装置において、電源電圧を立ち上げてからフィードバック電圧が目標値に達するまでの時間を短縮して、電源起動時に制御ループが短時間で安定できるようにすることができる。また、外部からのＰＷＭ制御信号で出力電圧を変化させることができるように構成された絶縁型電源装置において、定常状態でのフィードバック制御ループの安定性を確保しつつ電源起動時に制御ループが安定するまでの時間を短くすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用して有効な絶縁型電源装置としてのＡＣ−ＤＣコンバータの第１の実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】図１のＡＣ−ＤＣコンバータの電源起動時におけるイネーブル信号や基準電圧、フィードバック電圧等の変化を示すタイミングチャートである。
【図３】図１のＡＣ−ＤＣコンバータの具体的な構成例を示す回路構成図である。
【図４】本発明を適用して有効な絶縁型電源装置としてのＡＣ−ＤＣコンバータの第２の実施形態を示すブロック構成図である。
【図５】図４のＡＣ−ＤＣコンバータの具体的な構成例を示す回路構成図である。
【図６】フォトカプラの受光用トランジスタへのバイアス電圧の印加の仕方の他の例を示す回路図である。
【図７】従来の絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータの電源起動時におけるイネーブル信号や基準電圧、フィードバック電圧等の変化を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、絶縁型のＡＣ−ＤＣコンバータなどにより構成される第１の実施形態に係る電源装置のブロック構成図である。
【００２０】
本実施形態に係る電源装置は、交流入力電圧Ｖｉｎを電力変換するトランスなどからなる電力変換手段１０と、変換された交流を整流する整流手段１１と、整流された電圧・電流のうち所定の周波数帯の電圧・電流を通過させて負荷３０へ供給するフィルタ回路１２と、負荷３０に流れる電流を検出する検出手段１３と、検出された電流値に応じた帰還信号を生成する帰還電圧生成回路１４と、入力側と出力側とが電気的に絶縁されたフォトカプラなどからなり帰還信号ＦＢを一次側へ伝達する絶縁型の信号伝達手段１５と、上記電力変換手段１０の一次側に電流を流すＭＯＳトランジスタなどの自己消弧素子からなるスイッチ手段１６と、前記信号伝達手段１５によって伝達された信号に応じてスイッチ手段１６をオン・オフ制御するパルス信号を生成する制御回路１７とを備える。
なお、上記整流手段１１はダイオードにより構成され、フィルタ回路１２は整流手段１１と負荷が接続される出力端子との間に直列に設けられたコイルと、接地点との間に設けられた平滑コンデンサなどから構成される（図３参照）。
【００２１】
図３には、図１の絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータの具体的な回路構成が示されている。
図３に示すように、この実施形態のＡＣ−ＤＣコンバータは、コモンモードコイルなどからなるノイズ遮断用のフィルタ２１と、交流電圧（ＡＣ）を整流し直流電圧に変換するダイオード・ブリッジ回路２２と、平滑用コンデンサＣ０と、一次側巻線Ｎｐおよび補助巻線Ｎｂと二次側巻線Ｎｓとを有するトランスＴ１と、このトランスＴ１の一次側巻線Ｎｐと直列に接続されたスイッチ手段１６としてのＮチャネルＭＯＳトランジスタからなるスイッチング素子ＳＷと、該スイッチング素子ＳＷを駆動する一次側制御回路１７としての電源制御用ＩＣ（半導体集積回路）を備える。上記ダイオード・ブリッジ回路２２とトランスＴ１とから前記電力変換手段１０が構成される。
【００２２】
上記トランスＴ１の二次側には、二次側巻線Ｎｓと出力端子ＯＵＴ１との間に直列に接続された整流用ダイオードＤ１と、このダイオードＤ１のカソード端子と二次側巻線Ｎｓの他方の端子との間に接続されたコンデンサＣ１および整流用ダイオードＤ１と直列に接続されたコイルＬ１を有するフィルタ回路１２とが設けられ、一次側巻線Ｎｐに間歇的に電流を流すことで二次側巻線Ｎｓに誘起される交流を整流し、フィルタ回路１２が出力電圧・電流を安定化させて、出力端子ＯＵＴ１より出力する。
【００２３】
また、出力端子ＯＵＴ２と接地点との間には、出力端子ＯＵＴ１−ＯＵＴ２間に接続される負荷に流れる電流を検出する検出手段１３としてのセンス抵抗Ｒｓが接続されている。なお、上記フィルタ回路１２のカットオフ周波数を、制御回路１７によるスイッチング周波数よりも低く設定することによって、一次側のスイッチングノイズを遮断して出力に伝達させないようにしている。
【００２４】
さらに、トランスＴ１の二次側には、センス抵抗Ｒｓにより電流−電圧変換された電圧Ｖｄが抵抗Ｒ１を介して反転入力端子に入力され、非反転入力端子に参照電圧Ｖref1が入力され、検出した電流値に応じた電圧を出力する誤差アンプＡＭＰ１や、該誤差アンプの出力を受けて帰還信号ＶFBを生成するバッファアンプ（ボルテージフォロワ）ＡＭＰ２、バンドギャップリファランス回路などからなり参照電圧Ｖref1を生成する基準電圧生成回路ＶＲＧなどを備えた二次側回路としての帰還電圧生成回路１４が設けられている。本実施形態においては、帰還電圧生成回路１４は、半導体集積回路（二次側ＩＣ）として構成されている。
【００２５】
そして、該帰還電圧生成回路１４によって生成された信号が、信号伝達手段１５としてのフォトカプラＰＣによって一次側へ伝達される。具体的には、バッファアンプＡＭＰ２の出力端子と接地点との間に、フォトカプラＰＣを構成する発光側のフォトダイオードＰＤ１が接続され、バッファアンプＡＭＰ２の出力電圧に応じた電流をフォトダイオードＰＤ１に流して発光させ、その光を受信したフォトトランジスタに発光量に比例したコレクタ電流を流し、それを抵抗で電圧に変換して、一次側制御回路１７の誤差アンプＡＭＰ３に供給するように構成されている。
【００２６】
また、二次側の誤差アンプＡＭＰ１の出力端子と反転入力端子との間には位相補償用の容量Ｃｆが設けられ、該容量Ｃｆと前記抵抗Ｒ１とによりローパスフィルタが構成される。そして、容量Ｃｆが当該アンプのミラー効果によって入力側から見たときに本来の容量値のほぼゲイン倍の値（１＋Ａ）Ｃｆを持つようにされ、カットオフ周波数の低いローパスフィルタとして機能し、出力電流に応じて変化する電圧Ｖｄを平滑することができるようにされている。これによって、誤差アンプＡＭＰ１の反転入力端子には、電圧Ｖｄの平均電圧に相当する直流電圧が入力される。
【００２７】
そして、バッファアンプ（ボルテージフォロワ）ＡＭＰ２には、出力端子と反転入力端子との間に、出力端子から反転入力端子に向かって順方向となるように接続され所定の電位差以上で導通状態となる２端子スイッチング素子としてのダイオードＤ２が設けられている。このダイオードＤ２を設けたことにより、誤差アンプＡＭＰ１の出力Ｖａにオフセットが付加され、バッファアンプＡＭＰ２の出力はＶａよりもダイオードＤ２の順方向しきい値電圧Ｖｆ分だけ高い電圧となる。ダイオードＤ２を設けた点が本発明のポイントのひとつである。なお、ダイオードＤ２としては、順方向しきい値電圧の小さなショッキーバリアなどよりも比較的順方向しきい値電圧の大きなＰＮ接合ダイオードの方が適している。所望のオフセットを得るのに必要なダイオードの数を少なくすることができるためである。ただし、誤差アンプＡＭＰ１の出力にオフセットが付加する手段は、ダイオードに限定されず、例えばゲートとドレインが結合されたダイオード接続のＭＯＳトランジスタなどであっても良い。また、バッファアンプＡＭＰ２を電流出力アンプで構成する場合は、ダイオードを追加しなくても、Ｖ-Ｉ特性の設定を変更するだけで、所望のオフセットを付加することができる。
【００２８】
さらに、本実施形態の帰還電圧生成回路１４には、二次側ＩＣの電源電圧Ｖｃｃが所定の電位よりも低くなっていないか検出する低電圧検出回路ＵＶＬＯが設けられ、低電圧検出回路ＵＶＬＯから出力されるイネーブル信号ＥＮによって二次側ＩＣ内の上記アンプＡＭＰ１やＡＭＰ２の定電流源などを制御して、低電圧時にこれらの回路の動作を非活性化（動作をオフ）させたりするように構成されている。
また、本実施形態においては、誤差アンプＡＭＰ１と後段のバッファアンプＡＭＰ２との間に抵抗Ｒ２と容量Ｃ２とが接続されて、誤差アンプＡＭＰ１とともに伝達関数が２つのポールを有する２次のローパスフィルタとして機能することで、高い周波数帯のノイズをより効果的に遮断できるように構成されている。ただし、カットオフ周波数が低くなることで、誤差アンプＡＭＰ１を含むフィルタとしての時定数は大きくなる。
【００２９】
次に、フォトカプラＰＣを介して二次側からフィードバック信号を受けてスイッチング素子ＳＷをオン、オフする電源制御用ＩＣ１７について説明する。
電源制御用ＩＣ１７には、フォトカプラＰＣを構成する受光用トランジスタＴｒ１のコレクタが接続される外部端子Ｐ１が設けられている。受光用トランジスタＴｒ１は、そのエミッタ端子が接地電位ＧＮＤに接続されているとともに、外部端子Ｐ１は、プルアップ抵抗Ｒｐ１を介して、電源制御用ＩＣ１７内部で生成される内部電圧Ｖregが印加される端子に接続され、受光用トランジスタＴｒ１のコレクタにバイアスを与えるように構成されている。これにより、内部電圧ＶregによりＴｒ１がバイアスされた状態で、フォトカプラＰＣのフォトダイオードＰＤ１が点灯されると、Ｔｒ１にコレクタ電流が流れ、抵抗Ｒｐ１の電圧降下によって外部端子Ｐ１の電位が下がり、これを内部回路が増幅して制御動作を行う。
【００３０】
さらに、上記電源制御用ＩＣ１７には、外部端子Ｐ１の電圧が抵抗Ｒ６を介して反転入力端子に入力され、非反転入力端子に参照電圧Ｖref2が入力され、外部端子Ｐ１の電圧と参照電圧Ｖref2との電位差に応じた電圧を出力する誤差アンプＡＭＰ３が設けられている。なお、誤差アンプＡＭＰ３とフォトカプラＰＣを合わせたものを、信号伝達回路１５とみなすこともできる。
【００３１】
また、上記電源制御用ＩＣ１７には、定電流源ＣＣ１とコンデンサＣ４およびディスチャージ用ＭＯＳトランジスタＳＷ２からなる波形生成回路ＲＡＭＰと、上記誤差アンプＡＭＰ３の出力と波形生成回路ＲＡＭＰで生成された波形信号とを比較するコンパレータ（電圧比較回路）ＣＭＰ１とが設けられている。波形生成回路ＲＡＭＰは定電流源ＣＣ１の電流によってコンデンサＣ４が充電することで出力が徐々に上昇し、スイッチング素子ＳＷ２がオンされることでコンデンサＣ４の電荷が一気に放出されて出力が急に立ち下がる動作を繰り返すことで、鋸波状の波形信号を生成する。コンパレータＣＭＰ１は、誤差アンプＡＭＰ３の出力に応じたパルス幅を有するＰＷＭパルスを生成するＰＷＭコンパレータとして機能する。
【００３２】
さらに、上記電源制御用ＩＣ１７には、トランスＴ１（１０）に設けられた補助巻線Ｎｂの一方の端子が接続される外部端子Ｐ３と、該外部端子Ｐ３に反転入力端子が接続され非反転入力端子に参照電圧Ｖref3が印加されたコンパレータＣＭＰ２と、該コンパレータＣＭＰ２の出力の立上がりを検出してパルス信号を生成するワンショットパルス生成回路ＯＰＧ１と、リスタートタイマ回路ＲＳＴと、該回路の出力とワンショットパルス生成回路ＯＰＧ１の出力を入力とするＯＲゲートＧ１と、ＯＲゲートＧ１の出力がセット端子Ｓに入力され、前記コンパレータＣＭＰ１の出力がリセット端子Ｒに入力されたＲＳフリップフロップＦＦ１とから構成されている。
ＲＳフリップフロップＦＦ１の出力Ｑはスイッチング素子ＳＷのオン、オフ制御信号ｏｎ／ｏｆｆとしてＩＣ外部へ出力され、ＦＦ１の反転出力／Ｑは波形生成回路ＲＡＭＰのディスチャージ用ＭＯＳトランジスタＳＷ２をオン、オフ制御する信号としてＳＷ２のゲート端子に供給される。
【００３３】
本実施形態のＡＣ−ＤＣコンバータにおいては、補助巻線Ｎｂに誘起される電圧が参照電圧Ｖref3以下になるタイミングすなわち補助巻線の電流がある程度減少したタイミングで、コンパレータＣＭＰ２の出力がハイレベルに変化して、ＯＰＧ１によりワンショットパルスが生成され、フリップフロップＦＦ１がセット状態にされる。すると、制御信号ｏｎ／ｏｆｆがハイレベルに変化してスイッチング素子ＳＷがオンされて一次側巻線Ｎｐに電流が流されるとともに、波形生成回路ＲＡＭＰ内のＳＷ２がオフされてコンパレータＣＭＰ１の入力が次第に高くなりフィードバック信号ＦＢよりも高くなった時点でフリップフロップＦＦ１にリセットがかかる。そして、制御信号ｏｎ／ｏｆｆがロウレベルに変化してスイッチング素子ＳＷがオフされるとともに、波形生成回路ＲＡＭＰ内のＳＷ２がオンされてコンデンサが放電され波形信号が立ち下がる。
【００３４】
上記動作を繰り返すことでフィードバック信号ＦＢが一定になるように、一次側巻線Ｎｐに電流が流れる期間が制御されて、出力電流パルスのパルス幅が制御される。なお、スイッチング素子ＳＷによる一次側巻線Ｎｐの電流のオン、オフ制御は、入力交流電圧ＡＣの周波数よりも充分に高い周波数にて行われる。
【００３５】
図３の実施例の二次側ＩＣ（１４）においては、図２に示すように、電源電圧Ｖｃｃがある電位まで立ち上がると基準電圧Ｖref1が立ち上がるとともに低電圧検出回路ＵＶＬＯから出力されるイネーブル信号ＥＮがロウレベルからハイレベルに立ち上がる。これにより、誤差アンプＡＭＰ１およびバッファアンプＡＭＰ２が活性化されて、誤差アンプＡＭＰ１の出力電圧ＶａおよびバッファアンプＡＭＰ２の出力電圧ＶFBが次第に高くなる。この際、ダイオードＤ２を設けないものにおいては、図２の（Ｅ）のように、バッファアンプＡＭＰ２の出力電圧ＶFBが目標電圧（収束値）に到達するまでの時間Ｔｄが長くなってしまう。
【００３６】
これに対し、ダイオードＤ２を設けた図３の実施例の二次側ＩＣ（１４）においては、バッファアンプＡＭＰ２の出力電圧ＶFBは誤差アンプＡＭＰ１の出力電圧ＶａにＶｆ分のオフセットを付加したＶａ＋Ｖｆの電圧になるため、図２（Ｄ）のように、誤差アンプＡＭＰ１の出力電圧ＶａがＶｔ−Ｖｆに到達した時点で、バッファアンプＡＭＰ２の出力電圧ＶFBが目標電圧（収束値）に到達するようになるので、所要時間がＴｄが短縮されるようになる。つまり、電源起動後、制御ループが安定するまでの時間が短くて済むようになる。なお、バッファアンプＡＭＰ２の出力に下駄を履かせた分の電圧Ｖｆは、出力に対して誤差アンプの利得分の１の誤差として現れるので、精度上で大きな支障にはならない。
【００３７】
上記のように、図３の実施例では、バッファアンプＡＭＰ２の出力端子と反転入力端子との間に、１個のダイオードＤ２を設けたものを示したが、２個以上のダイオードを直列に設けるようにしても良い。具体的には、ダイオードの順方向しきい電圧Ｖｆが０．７Ｖで、定常状態におけるフィードバック電圧ＶFBの変動範囲を例えば１Ｖ〜５Ｖのような範囲に設定したい場合には、図３のように１個のダイオードＤ２を設ける。また、ＶFBの変動範囲を例えば２Ｖ〜５Ｖのような範囲に設定したい場合には、２個のダイオードを設けるようにすればよい。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、第２の実施形態の絶縁型ＡＣ−ＤＣコンバータのブロック構成図である。なお、以下の実施形態では、負荷としてＬＥＤを駆動する電源装置を示して説明するが、本実施形態を適用可能な電源装置は、負荷がＬＥＤである場合に限定されるものではない。本実施形態のＡＣ−ＤＣコンバータは、外部から供給されるＰＷＭ制御信号によって出力電圧・電流を制御できるようにするものである。
【００３９】
本実施形態に係るＡＣ−ＤＣコンバータは、図１に示す第１の実施形態のＡＣ−ＤＣコンバータと同様に、トランスなどからなる電力変換手段１０と、変換された交流を整流する整流手段１１と、整流された電圧・電流のうち所定の周波数帯の電圧・電流を通過させて負荷３０へ供給するフィルタ回路１２と、負荷３０に流れる電流を検出する検出手段１３と、検出された電流値に応じた帰還信号ＦＢを生成する帰還電圧生成回路１４と、入力側と出力側とが電気的に絶縁されたフォトカプラなどからなり帰還信号ＦＢを一次側へ伝達する絶縁型の信号伝達手段１５と、上記電力変換手段１０の一次側に電流を流すＭＯＳトランジスタなどからなるスイッチ手段１６と、前記信号伝達手段１５によって伝達された信号に応じてスイッチ手段１６をオン・オフ制御するパルス信号を生成する制御回路１７とを備える。
【００４０】
なお、フィルタ回路１２は、カットオフ周波数が、一次側の制御回路１７によるスイッチ手段１６のスイッチング周波数よりも低く外部から供給される外部ＰＷＭ制御信号PWMの周波数よりも高くなるように設定されることによって、外部ＰＷＭ制御信号PWMの周波数と同一の周波数のパルス電流を出力させるようになっている。負荷がＬＥＤランプであるシステムにおいては、外部ＰＷＭ制御信号PWMは調光を制御するための信号とされる。
上記のようにフィルタ回路１２のカットオフ周波数を、外部ＰＷＭ制御信号PWMの周波数よりも低く設定した場合には、外部ＰＷＭ制御信号PWMのデューティ比に応じた絶対値の電流を出力し、ＤＣ調光制御が可能となる。ＤＣ調光制御の場合には平均出力電流に対するＬＥＤの明るさのリニアリティが悪くなるが、本実施形態の電源装置のように、ＰＷＭ制御されたパルス電流を出力させてＰＷＭ調光制御を行うことによって、平均出力電流に対するＬＥＤの明るさのリニアリティを向上させることができる。また、ＤＣ調光制御では出力電流値が変わるとＬＥＤランプの発光色も変わるが、ＰＷＭ調光制御を行う上記実施形態を適用することで発光色の変化も少なくすることができる。なお、出力のＰＷＭ制御のためフィルタ回路１２のカットオフ周波数を高くすることで、フィルタ回路１２の時定数は小さくなるので、制御ループの安定性を高めるには後段の誤差アンプＡＭＰ１の時定数を大きく設定することとなる。
【００４１】
さらに、本発明に係る電源装置は、外部から供給される外部ＰＷＭ制御信号PWMに応じて帰還電圧生成回路１４により一次側へ送る帰還信号を補正するフィードバック量補正回路１８と、制御回路１７から出力されるオン・オフパルス信号をマスクしてパルスの間引きを行うマスク回路１９とを備える。マスク回路１９は一次側より伝達されたＰＷＭ制御信号に応じて間引き量を変化させるように構成されている。
なお、二次側回路に外部から供給された外部ＰＷＭ制御信号PWMは、帰還信号を伝達するフォトカプラ（信号伝達手段）とは別個のフォトカプラにより二次側へ伝達するように構成しても良いが、外部ＰＷＭ制御信号PWMと帰還電圧生成回路１４により生成された帰還信号を二次側で合成してから１つのフォトカプラにより一次側へ伝達し、一次側にＰＷＭ制御信号を抽出する信号分離機能を設けるようにしても良い。
【００４２】
図５には、図４の第２実施形態のＡＣ−ＤＣコンバータの具体的な回路構成が示されている。以下、主として図２の第１実施形態のＡＣ−ＤＣコンバータとの相違点について説明する。
この第２実施形態の電源装置においては、スイッチング素子ＳＷを駆動する制御回路１７は、ＯＲゲートＧ１，Ｇ２およびフリップフロップＦＦ１からなるマスク回路１９とともに一次側電源制御用ＩＣ（半導体集積回路）２３として構成されている。
【００４３】
また、二次側ＩＣ１４は、誤差アンプＡＭＰ１とバッファアンプＡＭＰ２を備え、バッファアンプＡＭＰ２の出力端子と反転入力端子との間には、第１の実施例と同様に、出力端子から反転入力端子に向かって順方向となるように接続されたダイオードＤ２が設けられている。このダイオードＤ２を設けたことにより、バッファアンプＡＭＰ２の出力は誤差アンプＡＭＰ１の出力ＶａよりもダイオードＤ２の順方向しきい値電圧Ｖｆ分だけ高い電圧となるように構成されている。
このように、二次側ＩＣ（１４）のバッファアンプＡＭＰ２の出力端子と反転入力端子との間にダイオードＤ２を設けたことにより、本実施例においても図３の実施例と同様、図２（Ｄ）のように、誤差アンプＡＭＰ１の出力電圧ＶａがＶｔ−Ｖｆに到達した時点で、バッファアンプＡＭＰ２の出力電圧ＶFBが目標電圧Ｖｔに到達するため、電源起動後、制御ループが安定するまでの所要時間Ｔｄが短くて済むようになる。
【００４４】
また、本実施例においては、フィードバック量補正回路１８を設け、外部のＰＷＭパルス生成手段ＰＰＧにより生成されたＰＷＭ制御信号PWMのデューティ比もしくはパルス幅に応じて、検出電圧ＶｄをＶref1に対して相対的に変化させ、一次側回路にＰＷＭ制御信号PWMを入れて出力をフィードフォワードで制御した場合に変化する上記電圧Ｖｄの変化を相殺するような働きをすることができるように構成されている。
【００４５】
本実施例においては、外部ＰＷＭ制御信号PWMを一次側の電源制御用ＩＣ１７へ供給して出力電流を変化させ、負荷として接続されるＬＥＤランプの明るさを調整するとともに、それに伴って生じる不所望な検出電圧Ｖｄの変化を相殺するように、外部ＰＷＭ制御信号PWMに応じてフィードバック量補正回路１８により検出電圧Ｖｄをシフトさせて、フィードバック信号ＦＢを補正することで回避できるように構成されている。つまり、外部ＰＷＭ制御信号PWMのデューティ比が変化しても、参照電圧Ｖref1に対する相対的な検出電圧Ｖｄの大きさを変化させないようにしている。
【００４６】
具体的には、フィードバック量補正回路１８は、基準電圧Ｖref2が供給される定電位端子と誤差アンプＡＭＰ１の反転入力端子との間に、直列形態に接続された抵抗Ｒ５とＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ５を設け、Ｑ５のゲート端子に外部ＰＷＭ制御信号PWMを入力してオン／オフ動作させるように構成されている。なお、抵抗Ｒ５とトランジスタＱ５の接続順序は逆であっても良い。
【００４７】
この実施例のフィードバック量補正回路１８は、外部ＰＷＭ制御信号PWMのデューティ比に応じて誤差アンプＡＭＰ１の反転入力端子へ入力される電圧の平均電位を引き上げるあるいは引き下げるように作用する。すなわち、外部ＰＷＭ制御信号PWMによってオン／オフされるトランジスタＱ５と直列の抵抗Ｒ５と、誤差アンプＡＭＰ１の反転入力端子と出力端子との間に接続されている容量Ｃｆとでフィルタ回路が構成され、このフィルタ回路によって外部ＰＷＭ制御信号PWMのパルスを平均化してデューティに比例した電位を発生し、それをセンス抵抗Ｒｓにより電流−電圧変換された検出電圧Ｖｄを平滑した電圧に加算して誤差アンプＡＭＰ１へ入力するように構成されている。これにより、図５のフィードバック量補正回路１８は、外部ＰＷＭ制御信号PWMのデューティ比が変化しても誤差アンプＡＭＰ１の（−）入力端子の電圧が変化しないように動作することとなる。
【００４８】
なお、フィードバック量補正回路１８を誤差アンプＡＭＰ１の（−）入力端子に接続されたトランジスタＱ５と直列の抵抗Ｒ５により構成する代わりに、基準電圧Ｖref1を生成する基準電圧生成回路を、可変電圧源として構成し、誤差アンプＡＭＰ１の非反転入力端子へ入力される参照電圧Ｖref1を外部ＰＷＭ制御信号PWMのデューティに比例して変化させるように構成することも可能である。ただし、その場合、基準電圧Ｖref1のシフト方向は上記実施例における検出電圧Ｖｄの方向とは逆の方向となる。
【００４９】
次に、一次側の電源制御用ＩＣ２３について、図３の実施例との差異について説明する。
この実施例の電源制御用ＩＣ２３には、フィードバック信号ＶFBを二次側のＩＣ１４から一次側の電源制御用ＩＣ２３へ伝達するフォトカプラＰＣ１の他に、外部ＰＷＭ制御信号PWMを一次側の電源制御用ＩＣ２３へ伝達するフォトカプラＰＣ２が設けられ、該フォトカプラＰＣ２を構成する受光用トランジスタＴｒ２のコレクタが接続される外部端子Ｐ２が設けられている。
【００５０】
受光用トランジスタＴｒ２は、そのエミッタ端子が接地電位ＧＮＤに接続されているとともに、外部端子Ｐ２は、プルアップ抵抗Ｒｐ２を介して、電源制御用ＩＣ１７内部に設けられている内部電源回路２０により生成される例えば５Ｖのような内部電圧Ｖregが印加される端子に接続され、受光用トランジスタＴｒ１のコレクタにバイアスを与えるように構成されている。これにより、内部電圧ＶregによりＴｒ２がバイアスされた状態で、フォトカプラＰＣ２のフォトダイオードＰＤ２が点灯されると、Ｔｒ２にコレクタ電流が流れ、抵抗Ｒｐ２の電圧降下によって外部端子Ｐ２の電位が下がり、ＰＷＭ制御信号PWMが復元され、マスク回路１９へ供給される。プルアップ抵抗Ｒｐ１，Ｒｐ２の代わりに定電流源でプルアップするように構成しても良い。
【００５１】
また、この実施形態の電源装置の一次側には、上記補助巻線Ｎｂと直列に接続された整流用ダイオードＤ０と、このダイオードＤ０のカソード端子と接地電位点との間に接続された平滑用コンデンサＣ２とを有し、平滑された電圧が上記電源制御用ＩＣ１７の電源電圧端子ＶＣＣに印加されている。これとともに、ダイオード・ブリッジ回路２２で整流され一次側巻線Ｎｐの一方の端子に印加される電圧が、抵抗Ｒ０を介して電源制御用ＩＣ２３の電源電圧端子ＶＣＣに供給され、電源起動時の補助巻線Ｎｂに電圧が誘起される前に電源制御用ＩＣ２３を動作させることができるように構成されている。そして、電源電圧端子ＶＣＣに供給された電圧に基づいて上記内部電源電圧Ｖregを生成する内部電源回路２０が、電源制御用ＩＣ２３内に設けられている。内部電源回路２０は、例えばシリーズレギュレータなどで構成される。
【００５２】
なお、特許文献２に記載されているように、補助巻線に接続された整流用ダイオードと平滑コンデンサとからなるレギュレータをＩＣ外部に設けてフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２に供給してバイアスするように構成することも考えられるが、上記のように、内部電圧ＶregをフォトカプラＰＣ２のトランジスタＴｒ２に供給してバイアスするように構成することにより、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２および制御用ＩＣの外部端子を介して、ＩＣ内部の素子に耐圧を越えるような比較的高い電圧が印加されてＩＣ内部の素子が破壊されるのを回避することができる。
【００５３】
また、受光用トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のバイアスの仕方としては、本実施形態のように、プルアップ抵抗Ｒｐ１，Ｒｐ２を介してＶregをコレクタに印加する形式の他、図６のように、Ｖregを受光用トランジスタのコレクタに直接印加してエミッタと接地点との間に抵抗を接続してコレクタ接地とする方式であっても良い。
しかし、受光用トランジスタをコレクタ接地としかつＩＣ内部で生成した電圧Ｖregをコレクタに印加するように構成した場合には、Ｖregを出力する端子と二次側からの信号の入力端子の２つの外部端子を、フォトカプラごとにＩＣに設ける必要がある。これに対し、本実施例のようにプルアップ抵抗Ｒｐ１，Ｒｐ２を介してＶregをＴｒ１，Ｔｒ２のコレクタに印加する構成とすることによって、ＩＣの外部端子を増やす必要がなく、コストアップを回避できるという利点がある。
また、図示しないが、プルアップ抵抗Ｒｐ１として抵抗値を調整可能な可変抵抗もしくは可変抵抗回路を使用することで、フォトカプラの特性ばらつきに起因する受信信号のレベルばらつきを補償し、使用するフォトカプラにかかわらず精度の高い信号ＦＢを伝達できるように構成することも可能である。
【００５４】
さらに、本実施例の電源制御用ＩＣ２３には、フォトカプラＰＣ２により復元された外部ＰＷＭ制御信号PWMの立上がりを検出してパルス信号を生成するワンショットパルス生成回路ＯＰＧ２と、外部端子Ｐ３に反転入力端子が接続された前記コンパレータＣＭＰ２の出力の立上がりを検出してパルス信号を生成するワンショットパルス生成回路ＯＰＧ１からの信号に応じてスイッチング素子ＳＷのオン、オフ制御信号ｏｎ／ｏｆｆを生成するロジック回路ＬＧＣと、が設けられている。
【００５５】
ロジック回路ＬＧＣは、ワンショットパルス生成回路ＯＰＧ１とＯＰＧ２の出力を入力とするＯＲゲートＧ１と、外部端子Ｐ２の電圧をインバータＩＮＶで反転した電位とコンパレータＣＭＰ１の出力とを入力とするＯＲゲートＧ２と、ＯＲゲートＧ１の出力がセット端子Ｓに入力され、ＯＲゲートＧ２の出力がリセット端子Ｒに入力されたＲＳフリップフロップＦＦ１とから構成されている。
ＲＳフリップフロップＦＦ１はリセット優先のフリップフロップであり、ＦＦ１の出力Ｑはスイッチング素子ＳＷのオン、オフ制御信号ｏｎ／ｏｆｆとしてＩＣ外部へ出力され、ＦＦ１の反転出力／Ｑは波形生成回路ＲＡＭＰのディスチャージ用ＭＯＳトランジスタＳＷ２をオン、オフ制御する信号としてＳＷ２のゲート端子に供給される。
【００５６】
ＯＲゲートＧ２とＦＦ１は、外部端子Ｐ２から入力される外部ＰＷＭ制御信号PWMのロウレベルの期間はＲＳフリップフロップＦＦ１の出力Ｑを強制的にロウレベルにしてオン、オフ制御信号ｏｎ／ｏｆｆの出力を禁止するマスク回路として機能する。また、外部ＰＷＭ制御信号PWMがハイレベルに変化するタイミングで、ＯＰＧ２によりワンショットパルスが生成されてＲＳフリップフロップＦＦ１がセットされ、マスクが解除される。
【００５７】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、図３や図５の実施例では、フォトカプラを構成するフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２のアノード端子をバッファアンプＡＭＰ２の出力端子に接続してバッファアンプＡＭＰ２の出力電流を流して点灯駆動するように構成されているが、これに限定されず、バッファアンプＡＭＰ２の後段に反転増幅回路を設け、該反転増幅回路の出力端子にフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２のカソード端子を接続し、反転増幅回路でフォトダイオードから電流を引き込むことで点灯駆動するように構成してもよい。
【００５８】
また、図３や図５の実施例の電源装置は、負荷が電流性負荷であるため電流出力型として構成されているので、出力端子ＯＵＴ２と接地点との間にセンス抵抗Ｒｓを設けて出力電流を検出するようにしているが、ＰＷＭ信号で出力電圧の制御を行う電圧出力型の電源装置においては、出力端子ＯＵＴ１と接地点との間に直列形態の抵抗等からなる分圧回路を設けて出力電圧を検出するようにしてもよい。
【００５９】
さらに、前記実施形態では、トランスの一次側巻線に間歇的に電流を流すスイッチング素子ＳＷを、電源制御用ＩＣ１７，２３とは別個の素子（ＭＯＳトランジスタ）としているが、このスイッチング素子ＳＷを電源制御用ＩＣ１７，２３に取り込んで、１つの半導体集積回路として構成してもよい。また、スイッチング素子ＳＷはＭＯＳトランジスタに限定されずバイポーラトランジスタであってもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０  電力変換手段
１１  整流手段
１２  フィルタ回路
１３  検出手段
１４  帰還電圧生成回路
１５  信号伝達回路
１５ａ  信号合成回路
１５ｂ  信号分離回路
１６  スイッチ手段（スイッチング素子）
１７  制御回路（制御用ＩＣ）
１８  フィードバック量補正回路
１９  マスク回路
２０  内部電源回路
２１  フィルタ
２２  ダイオード・ブリッジ回路（整流回路）
２３  電源制御用ＩＣ
ＡＭＰ１  誤差アンプ
ＡＭＰ２  バッファアンプ
ＡＭＰ３  誤差アンプ
Ｄ２  ダイオード（オフセット付与手段、２端子スイッチング素子）
ＰＣ，ＰＣ１，ＰＣ２  フォトカプラ（信号伝達手段）
ＣＭＰ１，ＣＭＰ２  コンパレータ
ＯＰＧ１，ＯＰＧ２  ワンショットパルス生成回路
ＲＡＭＰ  波形信号生成回路
ＬＧＣ  ロジック回路
【図１】
2012115074.tif 000003
【図２】
2012115074.tif 000004
【図３】
2012115074.tif 000005
【図４】
2012115074.tif 000006
【図５】
2012115074.tif 000007
【図６】
2012115074.tif 000008
【図７】
2012115074.tif 000009