(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバータトランスの一次側の一次巻線にスイッチング素子を接続し、補助巻線にダイオードと平滑コンデンサとを接続した補助電源を備え、整流して得られる直流電圧を上記スイッチング素子でオン／オフし、整流ダイオードと平滑コンデンサとを有する二次側の整流・平滑回路を介して電圧を安定供給し、負荷が待機状態の時、スイッチング電源を間欠動作させて待機電力を低減するスイッチング電源において、
スイッチング電源の一次側（＋）ラインに第１のＮＰＮトランジスタのコレクタを接続し、ベースとスイッチング電源の一次側（＋）ラインとの間に第１の抵抗を接続し、エミッタと一次側（−）ラインとの間に第２の抵抗と第１のダイオードと平滑コンデンサとを直列に接続し、第１のＮＰＮトランジスタのベースと第２の抵抗との間に第１のツェナーダイオードを逆接続し、第１のダイオードのカソードと上記平滑コンデンサとの接続点をスイッチング電源制御用ＩＣの動作電圧供給用ＶＣＣ端子と第２のダイオードのカソードに接続し、第２のダイオードのアノードと一次側の（−）ラインとの間に第２のツェナーダイオードと第３の抵抗と第４の抵抗とを直列接続し、第３の抵抗と第４の抵抗との接続点を第２のＮＰＮトランジスタのベースに接続し、第２のＮＰＮトランジスタのコレクタを第１のＮＰＮトランジスタのベースに、第２のＮＰＮトランジスタのエミッタを一次側の（−）ラインに接続して、スイッチング電源の起動電流の定電流化回路を構成し、負荷側が待機状態の時、スイッチング電源の間欠動作に合わせて起動用定電流も間欠動作させたことを特徴とするスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング電源に関し、待機状態における省エネ対策として、スイッチング電源の待機電力を低減させる手段を備えたスイッチング電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は、待機電力を低減させる手段を備えたスイッチング電源として、図２のようなスイッチング電源の特許出願を行っている。図２において、電源に所定の入力電圧が印加されると、抵抗Ｒ１１を通じて起動電流が流れ、コンデンサＣ２をスイッチング電源制御用ＩＣ１が必要とする起動開始電圧まで充電する。起動開始電圧まで充電されると、コンデンサＣ２に貯えられた充電エネルギーを利用してスイッチング電源制御用ＩＣ１が動作を開始し、コンデンサＣ２の両端電圧がスイッチング電源制御用ＩＣ１の動作停止電圧まで放電される前に、トランスＴの補助巻線Ｐ３の電圧をダイオードＤ３で整流し、コンデンサＣ２で平滑して、スイッチング電源制御用ＩＣ１の動作電圧供給用ＶＣＣ端子に電圧を供給しスイッチング電源は正常に動作を始める。
【０００３】
ＩＣ２は、出力電圧検出用ＩＣである。出力電圧が定格電圧より上昇すると、出力電圧検出用ＩＣ２に接続されたフォトカプラＰＣ２のダイオードに流れる電流が増加して、フォトカプラＰＣ２のトランジスタが接続されている電源制御用ＩＣ１のフィードバック（ＦＢ）端子の電圧が下がり、下がる量に応じて一定周波数で動作しているスイッチング素子Ｑ３のオフ時間デューティが大きくなり、出力電圧を下げて定格電圧を安定供給することができる。
【０００４】
負荷側が待機状態となり、電源の出力電流が微小になると、スイッチング素子Ｑ３のオフ時間デューティが大きくなるため、ダイオードＤ４で整流後、抵抗Ｒ９とコンデンサＣ４で積分して得られるＣ４の両端電圧が下がり、その電圧と基準電圧となるツェナーダイオードＺＤ３の電圧を比較し、Ｃ４の両端電圧が低くなるとオペアンプＩＣ４の出力はＬレベルとなる。
【０００５】
二次側出力平滑用コンデンサＣ３の両端電圧は安定化出力電圧になっており、抵抗Ｒ５、Ｒ６、およびＲ８で分圧し得られたＲ６の両端電圧と、基準電圧となるツェナーダイオードＺＤ３の電圧を比較し、Ｒ６の両端電圧が高くなっている間、オペアンプＩＣ３の出力はＨレベルとなり、オペアンプＩＣ３の出力端子から電流がフォトカプラＰＣ１のダイオード、抵抗Ｒ７、ＬレベルとなっているＩＣ４の出力端子に流れ込み、フォトカプラＰＣ１のトランジスタ側がオンとなり、電源制御用ＩＣ１のＯＮ／ＯＦＦ端子がＬレベルとなるが、電源制御用ＩＣ１はＯＮ／ＯＦＦ端子がＬレベルになると発振停止となる機能を有しているため、スイッチング素子Ｑ３は動作停止する。
【０００６】
二次側出力平滑コンデンサＣ３の両端電圧は、微小待機負荷電流とＣ３に接続されている電源内部回路で消費される微小電流によって徐々に放電され、負荷側が許容できる最低出力に達すると、抵抗Ｒ６の両端電圧が基準電圧であるＺＤ３の電圧より低くなるため、ＩＣ３の出力端子はＬレベルとなり、フォトカプラＰＣ１のダイオードに電流が流れなくなるため、フォトカプラＰＣ１のトランジスタ側がオフし、電源制御用ＩＣ１のＯＮ／ＯＦＦ端子がＨレベルになるので、スイッチング素子Ｑ３は動作を開始する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図２の回路においては、図４に示した電源の動作状態と時間の関係のとおり、電源の負荷側が待機状態にあるときでも起動電流が流れ続け、電源の待機電力を悪化させており、また電源の入力電圧が上昇すると起動電流が増加し、さらに待機電力を悪化させるため、さらなる改善が求められていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、スイッチング電源の起動電流を入力電圧に関わらず定電流化し、また、負荷側が待機状態にある時、補助電源の電圧が最低動作電圧以上の時は、起動電流をオフにし、かつ、最低動作電圧になる直前に起動電流をオンして、起動電流で消費していた電力を大幅に低減し、待機電力を低減しようとするものである。
すなわち、図１に示すように、コンバータトランスＴの一次側の一次巻線Ｐ１にスイッチング素子Ｑ３を接続し、補助巻線Ｐ３にダイオードＤ３と平滑コンデンサＣ２とを接続した補助電源を備え、整流して得られる直流電圧を上記スイッチング素子Ｑ３でオン／オフし、整流ダイオードＤ５と平滑コンデンサＣ３とを有する二次側の整流・平滑回路を介して電圧を安定供給し、負荷が待機状態の時、スイッチング電源を間欠動作させて待機電力を低減するスイッチング電源において、
スイッチング電源の一次側（＋）ラインに第１のＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタを接続し、ベースとスイッチング電源の一次側（＋）ラインとの間に第１の抵抗Ｒ１を接続し、エミッタと一次側（−）ラインとの間に第２の抵抗Ｒ２と第１のダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ１とを直列に接続し、第１のＮＰＮトランジスタＱ１のベースと第２の抵抗Ｒとの間に第１のツェナーダイオードＺＤ１を逆接続し、第１のダイオードＤ１のカソードと上記平滑コンデンサＣ１との接続点をスイッチング電源制御用ＩＣ１の動作電圧供給用ＶＣＣ端子と第２のダイオードＤ２のカソードに接続し、第２のダイオードＤ２のアノードと一次側の（−）ラインとの間に第２のツェナーダイオードＺＤ２と第３の抵抗Ｒ３と第４の抵抗Ｒ４とを直列接続し、第３の抵抗Ｒ３と第４の抵抗Ｒ４との接続点を第２のＮＰＮトランジスタＱ２のベースに接続し、第２のＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタを第１のＮＰＮトランジスタＱ１のベースに、第２のＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタを一次側の（−）ラインに接続して、スイッチング電源の起動電流の定電流化回路を構成し、負荷側が待機状態の時、スイッチング電源の間欠動作に合わせて起動用定電流も間欠動作させたことを特徴とするスイッチング電源である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態が適用されるスイッチング電源の一例である。
この回路は、フライバックコンバータと呼ばれるものであり、図１はその回路構成を示したものである。Ｔは一次側に蓄積されたエネルギーを二次側へ伝達するためのコンバータトランス、Ｑ３はスイッチング素子であるＦＥＴ、Ｃ５は、電源入力平滑用コンデンサ、Ｑ１は起動用定電流を制御する第１のＮＰＮトランジスタ、Ｑ２はＱ１をオン／オフ制御するための第２のＮＰＮトランジスタ、Ｒ１はＱ１のベースを制限する第１の抵抗、ＺＤ１とＲ２は各々、起動用定電流値を設定する第１のツェナーダイオードと第２の抵抗、Ｄ１は逆電圧防止用の第１のダイオード、ＺＤ２は補助電源電圧を検出する第２のツェナーダイオード、Ｒ３はＺＤ２およびＱ２の電流制限用の第３の抵抗、Ｒ４はＺＤ２がオフしている時にリークする電流でＱ２が誤動作するのを防止する第４の抵抗、Ｄ３は補助電源整流用ダイオード、Ｃ２は補助電源平滑用コンデンサ、Ｃ１は起動電流により充電され、その充電エネルギーで電源制御用ＩＣ１を動作させるためのコンデンサ、Ｄ２は起動電流がＺＤ２およびＣ２に流れるのを防止する第２のダイオードであり、Ｃ３は二次側の出力平滑用コンデンサ、ＩＣ１はスイッチング電源制御用ＩＣ、ＩＣ２は出力電圧検出用ＩＣ、ＰＣ２は二次側回路に電圧を安定供給するための信号を一次側にフィードバックするフォトカプラ、Ｄ４、Ｄ５はダイオード、Ｒ９とＣ４は各々、ダイオードＤ４からの電圧を積分するための抵抗とコンデンサ、Ｒ１０はＣ４に充電された電荷を放電する抵抗、ＩＣ４は出力電流が増加しＣ４の両端電圧が上昇したことを検出するオペアンプ、ＩＣ３およびＲ５・Ｒ６・Ｒ８は各々、負荷側が許容できる最低出力電圧を検出するオペアンプと抵抗、ＺＤ３はＩＣ３とＩＣ４の基準電圧を設定するツェナーダイオード、ＰＣ１は負荷側が許容できる最低出力電圧になるまでスイッチング素子Ｑ３を停止させる信号を一次側にフィードバックするフォトカプラ、Ｒ７はフォトカプラＰＣ１の電流を制限する抵抗である。
【００１０】
電源に所定の入力電圧が印加されると、第１の抵抗Ｒ１から第１のＮＰＮトランジスタＱ１のベースに電流が流れ、Ｑ１は動作を開始する。
第１のＮＰＮトランジスタＱ１のベースに第１のツェナーダイオードＺＤ１が接続してあるため、第２の抵抗Ｒ２の両端電圧は電源の入力電圧に関わらず一定の電圧となり、第２の抵抗Ｒ２に流れる電流は定電流化される。
上記定電流でスイッチング電源制御用ＩＣ１の動作電圧供給用ＶＣＣ端子に接続されたコンデンサＣ１を、スイッチング電源制御用ＩＣ１が必要とする起動開始電圧まで充電し、起動開始電圧まで充電されるとＣ１に貯えられた充電エネルギーを利用してスイッチング電源制御用ＩＣ１が動作を開始し、コンデンサＣ１の両端電圧がスイッチング電源制御用ＩＣ１の動作停止電圧まで放電される前に、コンバータトランスＴの補助巻線Ｐ３の電圧をダイオードＤ３で整流しコンデンサＣ２で平滑して、第２のダイオードＤ２を通じてスイッチング電源制御用ＩＣ１のＶＣＣ端子に電圧を供給しスイッチング電源は正常に動作を始める。
出力電圧が定格電圧より上昇すると、出力電圧検出用ＩＣ２に接続されたフォトカプラＰＣ２のダイオードに流れる電流が増加して、フォトカプラＰＣ２のトランジスタが接続されている電源制御用ＩＣ１のフィードバック（ＦＢ）端子電圧が下がり、下がる量に応じて一定周波数動作しているスイッチング素子Ｑ３のオフ時間デューティが大きくなり、出力電圧を下げて定格電圧を安定供給することができる。
【００１１】
負荷側が待機負荷より大きい場合、スイッチング素子Ｑ３は一定周波数で発振しており、補助電源平滑用コンデンサＣ２の両端電圧はツェナーダイオードＺＤ２より高い電圧を維持しているため、ＺＤ２に電流が流れ、第２のＮＰＮトランジスタＱ２がオンし、第１の抵抗Ｒ１から第１のＮＰＮトランジスタＱ１のベースに流れていた電流が、第２のＮＰＮトランジスタＱ２側に流れるため第１のＮＰＮトランジスタＱ１はオフし、第２の抵抗Ｒ２に流れていた定電流はオフする。
【００１２】
負荷側が待機状態となり、電源の出力電流が微小になると、スイッチング素子Ｑ３のオフ時間デューティが大きくなるため、ダイオードＤ４で整流後、抵抗Ｒ９とコンデンサＣ４で積分して得られるＣ４の両端電圧が下がり、その電圧と基準電圧となるツェナーダイオードＺＤ３の電圧を比較し、Ｃ４の両端電圧が低くなると出力電流検出用オペアンプＩＣ４の出力はＬレベルとなる。
【００１３】
二次側出力平滑用コンデンサＣ３の両端電圧は安定化出力電圧になっており、抵抗Ｒ５、Ｒ６およびＲ８で分圧し得られたＲ６の両端電圧と、基準電圧となるツェナーダイオードＺＤ３の電圧を比較し、Ｒ６の両端電圧が高くなっている間、オペアンプＩＣ３の出力はＨレベルとなり、最低出力電圧検出用オペアンプＩＣ３の出力端子から電流がフォトカプラＰＣ１のダイオード、抵抗Ｒ７、Ｌレベルとなっている出力電圧検出用オペアンプＩＣ４の出力端子に流れ込み、フォトカプラＰＣ１のトランジスタ側がオンとなり、電源制御用ＩＣ１のＯＮ／ＯＦＦ端子がＬレベルとなるが、電源制御用ＩＣ１はＯＮ／ＯＦＦ端子がＬレベルになると発振停止となる機能を有しているため、スイッチング素子Ｑ３は停止する。
【００１４】
二次側出力平滑用コンデンサＣ３の両端電圧は、微小待機負荷電流とＣ３に接続されている電源内部回路で消費される微小電流によって徐々に放電され、負荷側が許容できる最低出力電圧に達すると、抵抗Ｒ６の両端電圧が基準電圧であるツェナーダイオードＺＤ３の電圧より低くなるため、オペアンプＩＣ３の出力端子はＬレベルとなり、フォトカプラＰＣ１のトランジスタ側がオフし、電源制御用ＩＣ１のＯＮ／ＯＦＦ端子がＨレベルになるので、スイッチング素子Ｑ３は動作を開始する。
【００１５】
また、上記スイッチング素子Ｑ３が停止している間、コンバータトランスＴの補助巻線Ｐ３に電圧が発生しないため、コンデンサＣ２の両端電圧は下がり続け、スイッチング電源制御用ＩＣ１のＶＣＣ電圧も下がり続ける。スイッチング電源制御用ＩＣ１のＶＣＣ電圧が動作停止電圧に達する前に、ツェナーダイオードＺＤ２に電流が流れなくなり、第２のＮＰＮトランジスタＱ２がオフするため第１のＮＰＮトランジスタＱ１がオンし、定電流がコンデンサＣ１に供給され、スイッチング電源制御用ＩＣ１が必要とする最低動作電圧以上の電圧が維持できる。
【００１６】
図３は電源の動作状態と時間との関係を示した図である。
負荷側が待機状態の間は、図３のＡ部分に示すように、定格電圧と負荷側が許容できる最低出力電圧の間になるように、スイッチング素子Ｑ３がオン／オフを繰り返す。図３のＡ部分のタイムチャートから分かるように、スイッチング素子Ｑ３がオフしている間、スイッチング電源制御用ＩＣ１の最低動作電圧になる直前まで起動用定電流をオフすると、起動用定電流が流れている時間が流れていない時間に対して小さいため、起動用定電流で消費される電力を低減することができる。
待機状態から電源の出力電流を若干増加させると、図３のＢ部分に示すように、増加させた電流に応じて出力平滑用コンデンサＣ３の放電される時間が短くなり、上記スイッチング素子Ｑ３の停止時間が短くなるため、起動用定電流をオフしている期間も短くなる。
さらに電源の出力電流を増加させ、スイッチング素子Ｑ３のオフ時間デューティが出力電流の増加量に応じて小さくなり、ダイオードＤ４で整流後、抵抗Ｒ９とコンデンサＣ４で積分して得られるＣ４の両端電圧が上昇し、ツェナーダイオードＺＤ３の基準電圧より高くなると、出力電流検出用オペアンプＩＣ４の出力はＨレベルとなり、今まで最低出力電圧検出用オペアンプＩＣ３の出力端子からフォトカプラＰＣ１のダイオード、抵抗Ｒ７、オペアンプＩＣ４の出力端子に流れていた電流が流れなくなり、スイッチング素子Ｑ３のオフ信号が一次側にフィードバックできなくなるため、電源の動作状態は本来の一定周波数動作に移行し、コンデンサＣ２の両端電圧は高いレベルを維持し、第２のＮＰＮトランジスタＱ２がオンし、第１のＮＰＮトランジスタＱ１がオフするため、起動用定電流はオフする。（図３のＣ部分）
【００１７】
上記したように、負荷側が待機状態の時、定格出力電圧と負荷側が許容できる最低出力電圧の間になるように、スイッチング素子Ｑ３はオン／オフ動作を繰り返し、図３下部の起動用定電流およびＣ１両端電圧（ＩＣ１の動作電圧ＶＣＣ）の波形が示すとおり、スイッチング素子Ｑ３が動作停止している間、スイッチング制御用ＩＣ１のＶＣＣ端子電圧が、スイッチング制御用ＩＣ１の、最低動作電圧まで下がる直前まで起動用定電流がオフし、オフしている時間がオンしている時間よりも長いことと、起動用電流が定電流であるため、電源の入力電圧上昇による起動用電流増加もないことから、起動用電流による消費電力が大きく低減できる。
ところが、従来例では図４に示すように、スイッチング電源の動作状態にかかわらず、起動用電流が流れ続け、また電源の入力電圧が上昇すると起動用電流が増加するため、起動用電流による消費電力が大きく、電源の待機電力を悪化させる。
【００１８】
今、実施例（図１）と従来例（図２）の回路について、下記条件にて待機電力を測定した。
0003766627.tif 000002
上記条件にて、実施例と従来例とで待機電力を比較した結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
0003766627.tif 000003
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、負荷側が待機状態の時、スイッチング電源が間欠動作することに合わせて起動用定電流も間欠動作させ、起動用定電流がオンしている時間に対して、オフしている時間を長くすることができ、また起動用電流が定電流であることによって、電源の入力電圧を上昇させても起動用電流が増加することもなく、起動用電流による電力消費が低減でき、待機時の省エネに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるスイッチング電源の回路図である。
【図２】従来例によるスイッチング電源の回路図である。
【図３】図１の実施例による電源の動作状態を示すタイムチャートである。
【図４】図２の従来例による電源の動作状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
Ｑ１  第１のＮＰＮトランジスタ（起動用定電流制御用）
Ｑ２  第２のＮＰＮトランジスタ（Ｑ１オン／オフ制御用）
Ｑ３  スイッチング素子（ＦＥＴ）
ＩＣ１  スイッチング電源制御用ＩＣ
ＩＣ２  出力電圧検出用ＩＣ
ＩＣ３  最低出力電圧検出用オペアンプ
ＩＣ４  出力電流検出用オペアンプ
ＰＣ１  フォトカプラ（電源停止信号フィードバック用）
ＰＣ２  フォトカプラ（出力電圧検出信号フィードバック用）
Ｃ１  コンデンサ（スイッチング電源制御用ＩＣ起動用）
Ｃ２  コンデンサ（補助電源平滑用）
Ｃ３  コンデンサ（出力平滑用）
Ｃ４  コンデンサ（積分用）
Ｃ５  平滑用コンデンサ（電源入力平滑用）
Ｒ１  第１の抵抗（電流制限用）
Ｒ２  第２の抵抗（定電流設定用）
Ｒ３  第３の抵抗（電流制限用）
Ｒ４  第４の抵抗（誤動作防止用）
Ｒ５  抵抗（最低出力電圧検出用）
Ｒ６  抵抗（最低出力電圧検出用）
Ｒ７  抵抗（電流制限用）
Ｒ８  抵抗（最低出力電圧検出用）
Ｒ９  抵抗（積分用）
Ｒ１０  抵抗（Ｃ４放電用）
Ｒ１１  抵抗（電源起動用）
Ｔ    コンバータトランス
ＺＤ１  第１のツェナーダイオード（定電流設定用）
ＺＤ２  第２のツェナーダイオード（制御用ＩＣ最低動作電圧検出用）
ＺＤ３  ツェナーダイオード（基準電圧設定用）
Ｄ１  第１のダイオード（逆電圧防止用）
Ｄ２  第２のダイオード（起動電流印加防止用）
Ｄ３  ダイオード（補助電源整流用）
Ｄ４  ダイオード
Ｄ５  ダイオード
Ａ    補助電源
【図１】
0003766627.tif 000004
【図２】
0003766627.tif 000005
【図３】
0003766627.tif 000006
【図４】
0003766627.tif 000007