(57)【要約】【課題】簡易な構成により、スイッチング損失とスイッチングノイズを低減させる擬似共振制御方式のスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】第１のゲート端子と第１のドレイン端子と第１のソース端子とを有する第１のスイッチング素子と、前記第１のドレイン端子に接続され、前記第１のゲート端子と前記第１のドレイン端子との間に発生するフライバック期間後の電圧自由振動のタイミングを検出する検出部と、前記検出部に接続され、前記タイミングに基づき駆動信号を前記第１のスイッチング素子に出力する駆動部と、を備えることを特徴とする疑似共振制御方式のスイッチング電源装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のゲート端子と第１のドレイン端子と第１のソース端子とを有する第１のスイッチング素子と、
前記第１のドレイン端子に接続され、前記第１のゲート端子と前記第１のドレイン端子との間に発生するフライバック期間後の電圧自由振動のタイミングを検出する検出部と、
前記検出部に接続され、前記タイミングに基づき駆動信号を前記第１のスイッチング素子に出力する駆動部と、を備えることを特徴とする疑似共振制御方式のスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記検出部は、第２のゲート端子と第２のドレイン端子と第２のソース端子とを有し、前記第２のゲート端子と前記第２のドレイン端子との間に容量成分を有する第２のスイッチング素子を備え、
前記第２のドレイン端子は、前記第１のドレイン端子に接続されることを特徴とする請求項１に記載される疑似共振制御方式のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記検出部及び前記駆動部に電源を供給するコンデンサを備え、
前記第２のソース端子は前記コンデンサに接続され、
前記第２のスイッチング素子は、前記コンデンサの充電電圧が所定値より低いときオンに制御され、前記コンデンサの充電電圧が所定値以上のときオフに制御されることを特徴とする請求項２に記載される擬似共振制御方式のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記第２のゲート端子は、前記第２のスイッチング素子がオフに制御されるときフローティング電位を印加されることを特徴とする請求項３に記載される疑似共振制御方式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、スイッチング損失及びスイッチングノイズを低減できる疑似共振方式のスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置の制御方式の一つとして、擬似共振制御方式が知られている。これは、スイッチング素子のオフ期間にドレインに発生する自由振動の電圧が降下してボトム電圧になったことを検出し、このタイミングでスイッチング素子をオンさせることにより、ターンオン時のスイッチング損失とノイズを低減させるという方式であり、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
このスイッチング電源装置は、トランスの１次巻線に接続された一次側回路と、トランスの二次巻線に接続された二次側回路と、トランスの補助巻線に接続されフライバック期間後の自由振動のボトム電圧を検出してスイッチング素子を制御する制御回路から構成されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２８９５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このようなスイッチング電源装置を生産する場合、一般に、回路の一部を半導体集積回路に置き換え、小型パッケージに搭載することで量産化効率を向上するようにしている。
【０００６】
しかしながら、従来のスイッチング電源装置にあっては、ボトム電圧を検出するためにトランスの補助巻線を設け、補助巻線に直接接続するための専用端子が半導体集積回路上に必要になる。
【０００７】
このため、端子数の少ない小型パッケージへの搭載が困難であった。また、トランスの補助巻線に発生する電圧を検出するための周辺部品を接続する必要があるため、低コスト化の妨げになるといった問題があった。
【０００８】
本発明は、簡易な構成により、スイッチング損失とスイッチングノイズを低減させる擬似共振制御方式のスイッチング電源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、本発明に係る擬似共振制御方式のスイッチング電源装置は、第１のゲート端子と第１のドレイン端子と第１のソース端子とを有する第１のスイッチング素子と、前記第１のドレイン端子に接続され、前記第１のゲート端子と前記第１のドレイン端子との間に発生するフライバック期間後の電圧自由振動のタイミングを検出する検出部と、前記検出部に接続され、前記タイミングに基づき駆動信号を前記第１のスイッチング素子に出力する駆動部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な構成により、スイッチング損失とスイッチングノイズを低減させる擬似共振制御方式の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】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。本実施形態に係るスイッチング電源装置は、トランスＴｒと第１のダイオードＤ１と出力コンデンサＣ２と第１のスイッチング素子ＳＷ１と共振コンデンサＣｒと第１の制御部ＣＮＴ１とを備える擬似共振制御方式のスイッチング電源装置である。第１の制御部ＣＮＴ１は、単一の半導体基板に複数の半導体素子が形成されてなる半導体集積回路である。第１のスイッチング素子ＳＷ１と第１の制御部ＣＮＴ１とは、第１のモジュールＭ１を構成する。また、スイッチング電源装置は、ダイオードブリッジＤＢと入力コンデンサＣ１と第２のダイオードＤ２と補助コンデンサＣ３とを備える。
【００１４】
トランスＴｒは、互いに電磁的に結合する一次巻線Ｐと二次巻線Ｓと補助巻線Ａとを有する。一次巻線Ｐの一端は、ダイオードブリッジＤＢと入力コンデンサＣ１とからなる直流電源部の一端に接続される。一次巻線Ｐの他端は、第１のスイッチング素子ＳＷ１と共振コンデンサＣｒとを介して接地される。二次巻線Ｓの一端は、第１のダイオードＤ１を介して出力コンデンサＣ２の一端に接続される。二次巻線Ｓの他端は、出力コンデンサＣ２の他端に接続される。第１のダイオードＤ１と出力コンデンサＣ２とは、整流平滑部を構成する。補助巻線Ａの一端は、第２のダイオードＤ２を介して補助コンデンサＣ３の一端に接続される。補助巻線Ａの他端は、補助コンデンサＣ３の他端に接続されるとともに接地される。補助巻線Ａと第２のダイオードＤ２と補助コンデンサＣ３とは、スイッチング電源装置の駆動電源部を構成する。駆動電源部は、図示されない経路を介して第１の制御部ＣＮＴ１の各部に駆動電力を供給する。
【００１５】
第１のスイッチング素子ＳＷ１は、スイッチング電源装置の主スイッチング素子であり、第１のゲートＧ１と第１のドレインＤ１との端子間に容量性耐圧構造を有するＭＯＳＦＥＴである。第１のゲートＧ１は、第１の制御部ＣＮＴ１の駆動部ＤＲＶに接続される。第１のドレインＤ１は、一次巻線Ｐの他端に接続される。第１のソースＳ１は、接地される。共振コンデンサＣｒの一端は一次巻線の他端に接続され、他端は接地される。すなわち、共振コンデンサＣｒは、第１のスイッチング素子ＳＷ１に並列接続される。
【００１６】
第１の制御部ＣＮＴ１は、検出部ＤＥＴと駆動部ＤＲＶと第２の比較器ＣＭＰ２と第２の基準電圧源Ｖｒｅｆ２と第３のスイッチング素子ＳＷ３とを備える。検出部ＤＥＴは、第２のスイッチング素子ＳＷ２と定電流源ＣＣと第１の比較器ＣＭＰ１と第１の基準電圧源Ｖｒｅｆ１とを備え、第１のスイッチング素子ＳＷ１のゲートＧに発生するフライバック期間後の電圧自由振動に同期したタイミングを検出する。また、検出部ＤＥＴは、一次巻線Ｐの他端と補助コンデンサＣ３の一端とに接続され、交流電源Ｖａｃから上記直流電源部を介して第１の制御部ＣＮＴ１に供給される直流電力を受け、補助コンデンサＣ３の充電を制御する。
【００１７】
第２のスイッチング素子ＳＷ２は、第２のゲートＧ２と第２のドレインＤ２との端子間に第１の容量素子Ｃｐ１を有する。第２のドレインＤ２は、第１のドレインＤ１に接続される。第２のソースＳ２は、定電流源ＣＣを介して補助コンデンサＣ３の一端に接続される。なお、第２のスイッチング素子ＳＷ２と定電流源ＣＣとを単一の構成としても良い。
【００１８】
第１の比較器ＣＭＰ１の反転端子は、第１の基準電圧源Ｖｒｅｆ１に接続される。第１の比較器ＣＭＰ１の非反転端子は、第２のゲートＧ２に接続される。第１の基準電圧源Ｖｒｅｆ１の電圧値は、非常に低くゼロボルトに近い電圧に設定される。第１の比較器ＣＭＰ１は、ゲート電圧と第１の基準電圧源Ｖｒｅｆ１とを比較して、自由振動電圧がボトム（最低値）付近となるタイミングを検出する。
【００１９】
また、第２のゲートＧ２は、第３のスイッチング素子ＳＷ３を介して接地される。第２の比較器ＣＭＰ２の反転端子は、第２の基準電圧源Ｖｒｅｆ２に接続される。第２の比較器ＣＭＰ２の非反転端子は、補助コンデンサＣ３に接続される。第２の比較器ＣＭＰ２は、補助コンデンサＣ３の両端電圧と第２の基準電圧源Ｖｒｅｆ２とを比較して、第３のスイッチング素子ＳＷ３を制御する。
【００２０】
駆動部ＤＲＶは、検出部ＤＥＴと第１のスイッチング素子ＳＷ１とに接続される。駆動部ＤＲＶは、検出部ＤＥＴが検出したタイミングに基づき、次回以降に電圧自由振動がボトム電圧付近になるボトムタイミングを予測して第１のスイッチング素子ＳＷ１に駆動信号を出力する。また、駆動部ＤＲＶは、図示されない出力電圧検出部及び電流検出部を備え、出力コンデンサＣ２の両端電圧が一定になるように第１のスイッチング素子ＳＷ１をオンオフ駆動する。
【００２１】
本実施例におけるスイッチング電源装置の動作について説明する。交流電源Ｖａｃがスイッチング電源装置に供給されると、直流電源部は、交流電源Ｖａｃを整流平滑し、一次巻線Ｐを介して第１のモジュールＭ１に直流電力を供給する。補助コンデンサＣ３の両端電圧が所定値未満のとき、第３のスイッチング素子ＳＷ３はオン制御され、定電流源ＣＣは定電流を生成し、補助コンデンサＣ３を充電する。補助コンデンサＣ３の両端電圧が所定値以上になると、第３のスイッチング素子ＳＷ３はオフ制御され、第２のゲートＧ２はフローティング電位が印加され無制御（オフ）状態になる。同時に、駆動部ＤＲＶは、第１のスイッチング素子ＳＷ１のオンオフ駆動を開始する。第１のスイッチング素子ＳＷ１の駆動が始まると、補助コンデンサＣ３は、補助巻線Ａに発生する電圧により充電される。
【００２２】
第１のスイッチング素子ＳＷ１がオン状態のとき、トランスＴｒにエネルギーが蓄積される。第１のスイッチング素子ＳＷ１がオン状態からオフ状態になると、オン時にトランスＴｒに蓄えられたエネルギーが二次巻線Ｓを介して放出される。このエネルギーが放出される期間（フライバック期間）にわたって、一次巻線Ｐに発生する電圧（フライバック電圧）が第１のスイッチング素子ＳＷ１のドレインに印加される。
【００２３】
フライバック期間が終了すると、トランスＴｒの一次巻線Ｐのインダクタンス成分と共振コンデンサＣｒとにより、自由振動波形を有する電圧（自由振動電圧）が第１のドレインＤ１に印加される。このとき、第１のゲートＧ１に発生する電圧は、自由振動の電圧と振幅が異なる波形を有する電圧（分圧振動電圧）となる。第２のスイッチング素子ＳＷ２が無制御状態のとき、第２のゲートＧ２の電圧は、第１のゲート電圧Ｇ１に比例する。検出部ＤＥＴは、第２のゲートＧ２の電圧に基づき自由振動電圧の振動に同期したタイミング、詳細には自由振動電圧がボトム（最低値）付近となるタイミングを検出し、タイミング信号を駆動部ＤＲＶに出力する。
【００２４】
駆動部ＤＲＶは、検出部ＤＥＴから出力されるタイミング信号に基づき、第１のゲートＧ１に駆動信号を出力し、第１のスイッチング素子ＳＷ１をオンさせる。第１のスイッチング素子ＳＷ１がオン状態になると、トランスＴｒが励磁され、スイッチング素子ＳＷ１のドレイン電流が増加し始める。駆動部ＤＲＶは、出力電圧検出部を介して検出される出力コンデンサＣ２の両端電圧と、電流検出部を介して検出される電流第１のスイッチング素子ＳＷ１のドレイン電流とに基づき、第１のスイッチング素子ＳＷ１をオフさせる。
【００２５】
本実施形態に係る擬似共振制御方式のスイッチング電源装置によれば、第２のゲートＧ２に発生する電圧に基づき、自由振動電圧がボトム（最低値）付近となるタイミングが検出される。そのため、スイッチング電源装置にボトム電圧を検出するための周辺部品を追加する必要がなくなり、簡易な構成によりスイッチング損失とスイッチングノイズを低減させる擬似共振制御方式のスイッチング電源装置が提供される。
【００２６】
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。例えば、交流電源Ｖａｃ、ダイオードブリッジＤＢ及び入力コンデンサＣ１からなる直流電源部は、スイッチング電源やバッテリに置き換えられる。また、第１のスイッチング素子ＳＷ１と第１の制御部ＣＮＴ１とは、それぞれ個別モジュールであっても良く、単一の半導体集積回路を構成しても良い。
【符号の説明】
【００２７】
Ｔｒ      トランス
Ｃｒ      共振コンデンサ
Ｍ１      第１のモジュール
ＣＮＴ１  第１の制御部
ＤＥＴ    検出部
ＤＲＶ    駆動部
ＳＷ１    第１のスイッチング素子
ＳＷ２    第２のスイッチング素子
ＳＷ３    第３のスイッチング素子
Ｃｐ１    第１の容量素子
ＣＭＰ１  第１の比較器
ＣＭＰ２  第２の比較器
【図１】
2016086516.tif 000003
【図２】
2016086516.tif 000004