JP2012143134A - Switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流電源電圧を直流電源電圧に変換するスイッチング電源装置に関し、特に、二次側の出力電圧が供給される負荷の状態に応じて一次側のPFC回路(Power Factor Collectionの略称:力率改善回路)の動作を制御する機能を備えたスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device that converts an AC power supply voltage into a DC power supply voltage, and in particular, a primary-side PFC circuit (abbreviation of power factor collection: power factor collection) depending on the state of a load to which a secondary-side output voltage is supplied. The present invention relates to a switching power supply device having a function of controlling the operation of a rate improvement circuit.
従来から、直流を別の直流に変換するDC−DCコンバータと、このDC−DCコンバータの前段に設けられて、交流入力の力率改善を行うPFC回路とを備えたスイッチング電源装置が使用されている。このスイッチング電源装置においては、交流電源を全波整流する全波整流回路の後段に、チョークコイル、スイッチング素子、ダイオード及び平滑コンデンサを備えたPFC回路を設け、このPFC回路により全波整流出力を昇圧・平滑して力率改善した直流電圧をDC−DCコンバータに入力する。そして、DC−DCコンバータは、PFC回路からの直流電圧をトランスの一次側巻線を介してスイッチング素子によりオン/オフさせることにより高周波電圧に変換し、二次側巻線に発生する高周波電圧を整流・平滑して、負荷となる機器の要求する直流電圧に変換する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a switching power supply device including a DC-DC converter that converts direct current into another direct current and a PFC circuit that is provided in the front stage of the DC-DC converter and that improves the power factor of alternating current input has been used. Yes. In this switching power supply device, a PFC circuit having a choke coil, a switching element, a diode and a smoothing capacitor is provided after the full-wave rectifier circuit for full-wave rectification of the AC power supply, and the full-wave rectified output is boosted by this PFC circuit -Input a DC voltage that has been smoothed and improved in power factor into the DC-DC converter. The DC-DC converter converts the DC voltage from the PFC circuit into a high-frequency voltage by turning on / off the switching element via the primary winding of the transformer, and converts the high-frequency voltage generated in the secondary winding. Rectified and smoothed, and converted to a DC voltage required by the load device.
近年、環境保護などの観点から、スイッチング電源装置の電力変換効率の改善が求められており、特に待機時の消費電力の低減が重要になってきている。例えば、スイッチング素子のオン/オフ制御に関しては、待機時にスイッチング周波数を低下させたり、間欠動作(バースト動作)させたりする等、各種方法が提案されている(例えば、特許文献1)。 In recent years, from the viewpoint of environmental protection and the like, improvement in power conversion efficiency of a switching power supply device has been demanded, and in particular, reduction of power consumption during standby has become important. For example, various methods have been proposed for on / off control of switching elements, such as reducing the switching frequency during standby or intermittent operation (burst operation) (for example, Patent Document 1).
また、PFC回路についても、待機時の電力消費を抑えるために、無負荷状態の時にPFC回路への電力供給を停止する方法が提案されている(例えば、特許文献2)。 Also for the PFC circuit, a method of stopping power supply to the PFC circuit when there is no load has been proposed in order to suppress power consumption during standby (for example, Patent Document 2).
しかし、特許文献2の構成の場合、待機時の電力消費は抑えられるものの、待機時にPFC回路の電源が遮断されてしまうため、起動時(待機時から通常の動作に復帰する時)にPFC回路の動作が遅れてしまうという問題がある。そして、PFC回路の動作が遅れてしまうと、PFC回路が正常に動作するまでの間、出力電圧に一時的な落ち込みが発生してしまうという問題がある。また、特許文献2の構成の場合、PFC回路への電力供給の有無に拘わらず、常にPFC回路の出力電圧がPFC回路にフィードバックされる(出力される)構成となっているため、このフィードバック経路(ループ)での電力消費が発生するという問題がある。 However, in the configuration of Patent Document 2, although power consumption during standby is suppressed, the power supply of the PFC circuit is shut off during standby, so that the PFC circuit during startup (when returning to normal operation from standby) There is a problem that the operation of is delayed. If the operation of the PFC circuit is delayed, there is a problem that the output voltage temporarily drops until the PFC circuit operates normally. Further, in the case of the configuration of Patent Document 2, the configuration is such that the output voltage of the PFC circuit is always fed back (output) to the PFC circuit regardless of whether power is supplied to the PFC circuit. There is a problem that power consumption occurs in (loop).
本発明は、二次側の負荷の状態に応じてPFC回路の電力供給及びフィードバックループを制御することにより、無駄な電力消費を防ぎつつ、PFC回路の起動に遅れが生じない、高効率かつ安定性の高いスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 The present invention controls the power supply and feedback loop of the PFC circuit according to the state of the load on the secondary side, thereby preventing wasteful power consumption and preventing a delay in starting the PFC circuit. An object of the present invention is to provide a high-performance switching power supply device.
上記の目的を達成するため、本願発明のスイッチング電源装置は、一次側回路と二次側回路を有するスイッチング電源装置であって、一次側回路は、交流電源電圧を整流する整流回路と、整流回路から出力される電流の波形を整形し昇圧して第1の直流電圧を出力する第1の直流化回路と、第1の直流電圧が一端に印加される一次巻線と、一次巻線の他端に接続され一次巻線に流れる電流をオン/オフする第1のスイッチング素子と、第1のスイッチング素子のオン/オフを制御する制御回路と、第1の直流化回路を駆動するための電源を供給する電源供給回路とを有し、二次側回路は、一次巻線との間で電磁誘導を生じる二次巻線と、二次巻線に生じる電圧を整流し平滑化して第2の直流電圧を負荷回路に供給する第2の直流化回路とを有し、一次側回路は、負荷回路の負荷に対応した電圧を出力する出力回路をさらに有し、第1の直流化回路は、整流回路から出力される電流をオン/オフする第2のスイッチング素子と、第1の直流電圧に基づいて検出電圧を生成する検出電圧生成回路と、該検出電圧が所定の一定電圧となるように第2のスイッチング素子を制御するPFC制御回路とを有し、電源供給回路は、第1の直流化回路を駆動するための電源を出力回路から出力される電圧に応じた所定の周期で間欠的にオン/オフし、検出電圧は、第1の直流化回路の電源がオンする時にのみ生成されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a switching power supply device of the present invention is a switching power supply device having a primary side circuit and a secondary side circuit, and the primary side circuit includes a rectifier circuit for rectifying an AC power supply voltage, and a rectifier circuit. A first DC circuit for shaping and boosting the waveform of the current output from the first output to output a first DC voltage, a primary winding to which the first DC voltage is applied at one end, and other than the primary winding A first switching element connected to the end for turning on / off a current flowing through the primary winding, a control circuit for controlling on / off of the first switching element, and a power source for driving the first DC circuit A secondary side circuit that rectifies and smoothes a secondary winding that generates electromagnetic induction with the primary winding, and a voltage generated in the secondary winding. A second DC circuit for supplying a DC voltage to the load circuit The primary side circuit further includes an output circuit that outputs a voltage corresponding to the load of the load circuit, and the first DC circuit includes a second switching element that turns on and off the current output from the rectifier circuit, A detection voltage generation circuit that generates a detection voltage based on the first DC voltage, and a PFC control circuit that controls the second switching element so that the detection voltage becomes a predetermined constant voltage, and supplies power The circuit intermittently turns on / off a power source for driving the first DC circuit at a predetermined cycle according to a voltage output from the output circuit, and the detected voltage is a power source for the first DC circuit. It is generated only when is turned on.
このように、本願発明のスイッチング電源装置は、負荷回路の負荷に対応した電圧を出力する出力回路を有し、第1の直流化回路を駆動するための電源を出力回路から出力される電圧に応じた所定の周期で間欠的にオン/オフするため、第1の直流化回路での無駄な電力消費が抑えられる。また、更に、第1の直流化回路の電源がオンする時にのみPFC制御回路の検出電圧が生成される構成となっているため、検出電圧生成回路での無駄な電力消費も抑えられる。そして、第1の直流化回路は、第1の直流化回路を駆動するための電源がオンする時に第1の直流電圧を出力するように構成されているため、負荷回路の負荷が重くなった場合(無負荷の状態から脱した場合)であっても、第1の直流化回路の動作が遅れることはなく、第2の直流電圧に一時的な落ち込みを発生させることがない。すなわち、高効率かつ安定性の高いスイッチング電源装置が実現される。 Thus, the switching power supply device of the present invention has an output circuit that outputs a voltage corresponding to the load of the load circuit, and a power source for driving the first DC circuit is converted to a voltage output from the output circuit. Since the power is intermittently turned on / off at a predetermined cycle, useless power consumption in the first DC circuit can be suppressed. Furthermore, since the detection voltage of the PFC control circuit is generated only when the power of the first DC circuit is turned on, wasteful power consumption in the detection voltage generation circuit can be suppressed. Since the first DC circuit is configured to output the first DC voltage when the power source for driving the first DC circuit is turned on, the load of the load circuit becomes heavy. Even if it is a case (when it is removed from the no-load state), the operation of the first DC circuit is not delayed, and no temporary drop occurs in the second DC voltage. That is, a highly efficient and highly stable switching power supply device is realized.
また、検出電圧生成回路は、第1の直流化回路の出力と一次側回路のグラウンドとの間に挿入され、第1の直流電圧に応じた電流が流れる抵抗と、抵抗に流れる電流を制御する第1のスイッチ回路とを有し、第1のスイッチ回路は、第1の直流化回路の電源がオンする時に同期して抵抗に電流を流し、抵抗の一端に検出電圧を生成する構成とすることができる。この場合、第1のスイッチ回路が、トランジスタで構成されてもよい。また、第1のスイッチ回路は、第1の直流化回路の電源に接続され、該電源がオンする時に所定の光量で発光する発光ダイオードと、発光ダイオードからの光を受光して抵抗に電流を流すフォトトランジスタとを有する構成としてもよい。また、この場合には、発光ダイオードとフォトトランジスタが、フォトカプラを構成することが望ましい。 The detection voltage generation circuit is inserted between the output of the first DC circuit and the ground of the primary circuit, and controls the resistance through which the current corresponding to the first DC voltage flows and the current through the resistance. The first switch circuit is configured to cause a current to flow through the resistor synchronously when the power source of the first DC circuit is turned on and to generate a detection voltage at one end of the resistor. be able to. In this case, the first switch circuit may be formed of a transistor. The first switch circuit is connected to the power source of the first DC circuit, and when the power source is turned on, the light emitting diode emits light with a predetermined light amount, receives light from the light emitting diode, and supplies a current to the resistor. A structure including a phototransistor that flows is also possible. In this case, it is desirable that the light emitting diode and the phototransistor constitute a photocoupler.
また、電源供給回路は、出力回路の電圧に基づいて所定の周期のパルスを生成するパルス生成回路を有し、第1の直流化回路を駆動するための電源を該パルスに基づいてオン/オフする構成とすることができる。 The power supply circuit has a pulse generation circuit that generates a pulse having a predetermined cycle based on the voltage of the output circuit, and the power source for driving the first DC circuit is turned on / off based on the pulse It can be set as the structure to do.
また、電源供給回路は、一次巻線との間で電磁誘導を生じる一次補助巻線を有し、出力回路は、一次補助巻線に生じる電圧を平均化した平均電圧を生成し出力する構成とすることができる。この場合、電源供給回路は、平均電圧が第1の基準電圧よりも大きい時に第1の直流化回路を駆動するための電源をオンし、平均電圧が前記第1の基準電圧よりも小さい時に第1の直流化回路を駆動するための電源を所定の周期で間欠的にオン/オフする構成としてもよい。また、制御回路は、第2の直流電圧が一定となるように第1のスイッチング素子のオン/オフを制御し、平均電圧が第1の基準電圧よりも小さい時、第1のスイッチング素子を所定の周期毎に複数回バースト状にオン/オフし、平均電圧は、第1のスイッチング素子がバースト状にオン/オフする時、第1のスイッチング素子のオン/オフと同期して所定の電圧範囲で変動し、電源供給回路は、平均電圧の変動に応じて第1の直流化回路を駆動するための電源をオン/オフする構成とすることができる。また、この場合、電源供給回路は、平均電圧が第2の基準電圧よりも大きい時に第1の直流化回路を駆動するための電源をオンし、平均電圧が第2の基準電圧よりも小さい時に第1の直流化回路を駆動するための電源をオフする構成としてもよい。このように、第1のスイッチング素子のオン/オフによって平均電圧が変動する構成としたことにより、特別な回路を別途設けることなく第1の直流化回路を駆動するための電源を第1のスイッチング素子のオン/オフと同期してオン/オフすることが可能となる。 The power supply circuit has a primary auxiliary winding that generates electromagnetic induction with the primary winding, and the output circuit generates and outputs an average voltage obtained by averaging voltages generated in the primary auxiliary winding. can do. In this case, the power supply circuit turns on the power supply for driving the first DC circuit when the average voltage is larger than the first reference voltage, and the first power supply circuit turns on the power when the average voltage is smaller than the first reference voltage. A power supply for driving one DC circuit may be intermittently turned on / off at a predetermined cycle. Further, the control circuit controls on / off of the first switching element so that the second DC voltage is constant, and when the average voltage is smaller than the first reference voltage, the first switching element is determined in advance. ON / OFF in a burst state a plurality of times per period, and the average voltage is a predetermined voltage range in synchronization with ON / OFF of the first switching element when the first switching element is turned ON / OFF in a burst form. The power supply circuit can be configured to turn on / off the power supply for driving the first DC circuit in accordance with the fluctuation of the average voltage. In this case, the power supply circuit turns on the power supply for driving the first DC circuit when the average voltage is larger than the second reference voltage, and when the average voltage is smaller than the second reference voltage. A power supply for driving the first DC circuit may be turned off. As described above, since the average voltage fluctuates depending on the on / off state of the first switching element, the power source for driving the first DC circuit can be switched to the first switching circuit without providing a special circuit. It becomes possible to turn on / off in synchronization with the on / off of the element.
また、電源供給回路は、一次補助巻線に生じる電圧を整流し平滑化して第3の直流電圧を生成する第3の直流化回路を有し、該第3の直流電圧を第1の直流化回路を駆動するための電源として供給する構成とすることができる。また、電源供給回路は、第1の直流化回路が備える昇圧用のインダクタとの間で電磁誘導を生じる補助巻線と、補助巻線に生じる電圧を整流し平滑化して第3の直流電圧を生成する第3の直流化回路とを有し、該第3の直流電圧を第1の直流化回路を駆動するための電源として供給する構成としてもよい。この場合、電源供給回路は、第3の直流電圧と第2の基準電圧との電圧差を検出する電圧差検出回路と、該電圧差に基づいて第3の直流電圧をオン/オフする第2のスイッチ回路とを有する構成としてもよい。また、この場合、電圧差検出回路は、第3の直流電圧と第2の基準電圧との電圧差に略等しい電圧を生成するツェナーダイオードを有する構成としてもよい。 The power supply circuit includes a third DC circuit that rectifies and smoothes the voltage generated in the primary auxiliary winding to generate a third DC voltage, and converts the third DC voltage to the first DC voltage. A configuration may be adopted in which power is supplied to drive the circuit. Further, the power supply circuit rectifies and smoothes the auxiliary winding that generates electromagnetic induction with the boosting inductor included in the first DC circuit and the voltage generated in the auxiliary winding to generate the third DC voltage. A third DC circuit to be generated, and the third DC voltage may be supplied as a power source for driving the first DC circuit. In this case, the power supply circuit includes a voltage difference detection circuit that detects a voltage difference between the third DC voltage and the second reference voltage, and a second that turns on / off the third DC voltage based on the voltage difference. It is good also as a structure which has these switch circuits. In this case, the voltage difference detection circuit may have a Zener diode that generates a voltage substantially equal to the voltage difference between the third DC voltage and the second reference voltage.
以上のように本発明によれば、二次側の負荷の状態に応じてPFC回路の電力供給及びフィードバックループを制御することにより、無駄な電力消費を防ぎつつ、PFC回路の起動に遅れが生じない、高効率かつ安定性の高いスイッチング電源装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, by controlling the power supply and the feedback loop of the PFC circuit according to the state of the load on the secondary side, the start of the PFC circuit is delayed while preventing unnecessary power consumption. It is possible to provide a highly efficient and highly stable switching power supply device.
本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置について以下に説明する。 A switching power supply device according to an embodiment of the present invention will be described below.
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るスイッチング電源装置1の回路図である。スイッチング電源装置1は、一次側回路に入力される交流電力をトランス400によって変換し、二次側回路から一定の直流電力を出力する電源装置である。トランス400は、一次側巻線150、一次側補助巻線170及び二次側巻線210を有する。スイッチング電源装置1の一次側回路は、ダイオードブリッジ回路110、PFC回路120、PFC待機制御回路130、一次側巻線150、FET152、抵抗153、154、電源制御用IC155、一次側補助巻線170、ダイオード158、コンデンサ157、フォトトランジスタ156で構成される。また、スイッチング電源装置1の二次側回路は、二次側巻線210、ダイオード215、コンデンサ220、抵抗225、発光ダイオード230、シャントレギュレータ235、抵抗240、245によって構成される。発光ダイオード230とフォトトランジスタ156は、フォトカプラ200を構成し、発光ダイオード230から出射された光はフォトトランジスタ156で受光され光電変換される。なお、実際の回路においては、ノイズフィルタ等の回路部品をさらに備えているが、図1においては、説明の便宜上、回路を簡易化して示している。
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching
ダイオードブリッジ回路110に入力(印加)される商用電源(AC100〜220V)は、ダイオードブリッジ回路110によって全波整流され、PFC回路120に出力される。
The commercial power supply (AC 100 to 220 V) input (applied) to the
PFC回路120は、後述するように、PFC待機制御回路130によって動作状態及び電源の供給が制御され、ダイオードブリッジ回路110によって全波整流された整流電圧の力率を改善し昇圧する回路である。PFC回路120は、コンデンサ125の端子間電圧が所定の電圧となるように制御する。ここで、コンデンサ125の+端子側の電圧を一次直流電圧V1(又は、PFC出力電圧)、−端子側の電圧を一次側回路のグラウンド(GND1)と定義する。
As will be described later, the
一次直流電圧V1は、トランス400の一次側巻線150の一端、制御用IC155のVH端子及びPFC待機制御回路130の抵抗126の一端に接続される。
The primary DC voltage V <b> 1 is connected to one end of the primary winding 150 of the
一次側巻線150の他端は、FET152のドレイン端子に接続される。また、FET152のソース端子は、抵抗153及び154を介して一次側回路のグラウンドGND1及び制御用IC130のIS端子にそれぞれ接続され、ゲート端子は、制御用IC155のOUT端子に接続される。
The other end of the primary winding 150 is connected to the drain terminal of the
FET152は、例えば、パワーMOSFET(Metal−OxideSemiconductorField−EffectTransistor)であり、ゲート端子に入力される電圧によって、ドレイン端子−ソース端子間に流れる電流が制御される。本実施形態のFET152は、N型のMOSFETであり、ゲート端子に入力される電圧が上昇するとドレイン端子−ソース端子間に電流が流れる(すなわち、オンする)ように構成されている。
The
制御用IC155は、FET152のオン/オフを制御するためのICである。制御用IC155は、所定の周波数のスイッチングパルスを生成して制御用IC155のOUT端子より出力する。スイッチングパルスが、FET152のゲート端子に入力されると、FET152がオンし、一次直流電圧V1に起因する電流(一次電流)が一次側巻線150、FET152及び抵抗153を通って一次側回路のグラウンドGND1に流れる。制御用IC155の制御によりFET152が断続的にオン/オフすることにより、一次側補助巻線170及び二次側巻線210に断続的な電圧が誘起される。
The
一次側補助巻線170に誘起された電圧は、ダイオード158によって整流され、コンデンサ157によって平滑化されて、制御用IC155のVcc端子(電源端子)及びトランジスタ139のエミッタに印加される。すなわち、制御用IC155は、コンデンサ157によって平滑化された電圧が印加されることによって駆動される。なお、制御用IC155の起動時には、一次側補助巻線170に電圧が誘起されないため、制御用IC155は、制御用IC155のVH端子に供給される一次直流電圧V1に起因する電流によって起動される。
The voltage induced in the primary side auxiliary winding 170 is rectified by the
制御用IC155のIS端子には、抵抗154を介してFET152のソース端子が接続される。FET152と抵抗153は、いわゆるソースフォロアを構成し、FET152のソース端子の電圧は、FET152を流れる電流に比例する。制御用IC155は、IS端子に印加される電圧を監視することにより、過電流を検出している。
The IS terminal of the
制御用IC155のFB端子には、フォトトランジスタ156のコレクタが接続され、フォトトランジスタ156のエミッタはグラウンドGND1に接続される。フォトトランジスタ156は、後述するように、二次直流電圧V2(DC出力)の電圧値によって光量が変化する発光ダイオード230からの光を受光し、光電変換することによってその受光量に応じた電流を流す。制御用IC155は、フォトトランジスタ156を流れる電流から、二次側回路に接続される負荷回路の負荷によって変動する二次直流電圧V2の電圧値を検出し、二次直流電圧V2の電圧値が一定となるように(すなわち、発光ダイオード230を流れる電流が一定となるように)、FET152に供給するスイッチングパルスのデューティ―比及び周波数を変化させる。以上のように、発光ダイオード230とフォトトランジスタ156によって、二次直流電圧V2の電圧値が、電気的に絶縁された一次側回路にフィードバックされることとなる。
The collector of the
二次側巻線210の両端に断続的に誘起された電圧は、ダイオード215によって整流され、コンデンサ220によって平滑化されて二次直流電圧V2を生成する。そして、二次直流電圧V2が、DC出力(+V端子とGND端子間の電位差)として不図示の負荷回路に供給される。
The voltage intermittently induced across the secondary winding 210 is rectified by the
発光ダイオード230、シャントレギュレータ235、抵抗225、240、245は、二次直流電圧モニタ回路を構成している。
The
シャントレギュレータ235は、リファレンス端子の電圧によって、シャントレギュレータ235を流れる電流を制御する素子である。抵抗240と245は、二次直流電圧V2と二次側回路のグラウンドGND2間に直列に挿入され、シャントレギュレータ235のリファレンス端子には、抵抗240と245の接続点の電圧が印加される。シャントレギュレータ235のリファレンス端子の電圧が所定値よりも小さい場合にはシャントレギュレータ235に流れる電流は少なくなり、逆にリファレンス端子の電圧が所定値よりも大きい場合にはシャントレギュレータ235に流れる電流は大きくなる。本実施形態の場合、シャントレギュレータ235のリファレンス端子には、二次直流電圧V2を抵抗240と245によって抵抗分圧した電圧が印加されるため、二次直流電圧V2の電圧値に応じて発光ダイオード230の発光量が変化する。
The
以上のような構成により、本実施形態のスイッチング電源装置1は、安定した二次直流電圧V2をDC出力として不図示の負荷回路に供給する。なお、本実施形態の制御用IC155は、所定の電力供給を必要とする負荷回路に対し安定した二次直流電圧V2を生成・供給する通常モードに加え、特許文献1に記載の制御用ICと同様、負荷回路の負荷に応じて、スイッチングパルスの周波数を低下させる周波数低減モード、及び、スイッチングパルスを間欠的に出力するバーストモードを有している。具体的には、制御用IC155は、発光ダイオード230によって検出される二次直流電圧V2の変動(すなわち、フォトトランジスタ156が受光する光量の変動)と、FET152に供給するスイッチングパルスのデューティ―比及び周波数との関係から二次側回路に接続される負荷回路の負荷を検出し、この負荷に応じて、通常モード、周波数低減モード及びバーストモードを切り替えて動作するように構成されている。例えば、通常モードの時(すなわち、負荷回路の負荷が定格負荷の時)、制御用IC155は、二次直流電圧V2の変動をモニタしながら、所定の周波数(例えば、130kHz)のスイッチングパルスのデューティ―比を制御する。そして、スイッチングパルスのデューティ―比が所定のデューティ―比(例えば、10%)よりも小さくなると、負荷回路の負荷が軽くなった(軽負荷となった)と判断し、徐々にスイッチングパルスの周波数を低くし、周波数低減モードに移行する。そして、スイッチングパルスの周波数が所定の周波数(例えば、10kHz)よりも低くなると、負荷回路の負荷が無負荷に近くなったと判断し、さらに周波数を下げると共に(例えば、500Hz)、間欠的なパルス(例えば、5パルス)を一定周期で出力するバーストモードに移行する。このように、本実施形態の制御用IC155は、負荷回路の負荷に合わせてスイッチングパルスの供給モードを変えることで、二次直流電圧V2からは、所定の電圧を出力しつつ、一次側回路での電力の消費を抑えている。
With the configuration as described above, the switching
次に、本実施形態のPFC回路120及びPFC待機制御回路130について説明する。
Next, the
PFC回路120は、コンデンサ121、チョークコイル122、FET123、ダイオード124、コンデンサ125、抵抗126、FET127、PFC制御用IC128及び抵抗129で構成される。ダイオードブリッジ回路110の出力は、コンデンサ121の両端にそれぞれ接続され、コンデンサ121の一端は、チョークコイル122の一端に接続される。チョークコイル122の他端は、ダイオード124のアノード及びFET123のドレイン端子に接続される。また、FET123のソース端子は、グラウンドGND1に接続される。FET123のゲート端子は、PFC制御用IC128のOUT端子に接続され、PFC制御用IC128からのPFC制御パルスが入力される。ダイオード124のカソードとグラウンドGND1との間には、コンデンサ125が接続される。また、ダイオード124のカソードは抵抗126の一端に接続され、抵抗126の他端はFET127のドレイン端子に接続される。FET127のソース端子は抵抗129の一端及びPFC制御用IC128のFB端子に接続され、抵抗129の他端はグラウンドGND1に接続される。また、PFC制御用IC128のGND端子は、グラウンドGND1に接続され、Vcc端子(電源端子)は、PFC待機制御回路130のトランジスタ139のコレクタ及びFET127のゲート端子に接続される。後述するように、PFC待機制御回路130のトランジスタ139がオンすると、PFC制御用IC128に電源が供給されると共に、FET127がオンする。そして、FET127がオンすると、抵抗126と抵抗129が直列に接続され、その接続点の電圧(すなわち、一次直流電圧V1を抵抗126と抵抗129とで分圧した電圧(以下、「センシング電圧」という)がPFC制御用IC128のFB端子に入力される。
The
PFC回路120は、ダイオードブリッジ回路110の両端子間にチョークコイル122とFET123との直列回路を接続し、FET123の両端子間(ソース―ドレイン間)にダイオード124とコンデンサ125との直列回路を接続することで昇圧チョッパ回路を構成している。PFC制御用IC128は、FB端子に入力されるセンシング電圧をモニタしながらFET123をオン/オフ制御する(すなわち、FET123のゲート端子にPFC制御パルスを出力する)ことにより、ダイオードブリッジ回路110によって全波整流された電流の波形を正弦波に近づけて力率を改善し、昇圧している。本実施形態のPFC回路120においては、PFC制御用IC128は、PFC出力電圧(一次直流電圧V1)が約400VとなるようにFET123をオン/オフ制御する。
In the
PFC待機制御回路130は、ツェナーダイオード137、抵抗138、トランジスタ139、コンデンサ140、抵抗141、142、ダイオード143で構成される。PFC待機制御回路130は、一次側補助巻線170の両端に生じる電圧に基づいて、トランジスタ139をオン/オフし、PFC制御用IC128の電力供給を制御する。コンデンサ140及び抵抗141は並列に接続され、その一端はグラウンドGND1に、また、他端は抵抗142の一端、ツェナーダイオード137のアノードにそれぞれ接続される。また、抵抗142の他端は、ダイオード143のアノードに接続され、ダイオード143のカソードは、一次側補助巻線170の一端に接続される。後述するように、コンデンサ140、抵抗141、142、ダイオード143は、制御用IC155のスイッチングパルスの供給モードを検出することにより、負荷回路の負荷を検出する負荷検出回路を構成している。また、トランジスタ139、抵抗138、ツェナーダイオード137は、負荷検出回路の出力に基づいてPFC制御用IC128の電源をオン/オフする電源制御回路を構成している。
The PFC
図2は、本発明の第1の実施の形態に係るスイッチング電源装置1の一次側補助巻線170の両端に生じる電圧を示す波形図である。図2(a)は、制御用IC155が通常モードで動作している時の一次側補助巻線170の両端に生じる電圧を示す波形図であり、図2(b)は、制御用IC155が周波数低減モードで動作している時の一次側補助巻線170の両端に生じる電圧を示す波形図であり、図2(c)は、制御用IC155がバーストモードで動作している時の一次側補助巻線170の両端に生じる電圧を示す波形図である。
FIG. 2 is a waveform diagram showing voltages generated at both ends of the primary side auxiliary winding 170 of the switching
上述のように、負荷回路にある程度の電力供給が要求される場合(すなわち、負荷回路の負荷が定格負荷の場合)、制御用IC155は通常モードで動作し、フォトトランジスタ156の受光量に応じた、所定の周波数(例えば、130kHz)且つ所定のデューティ(例えば、10%〜90%)のスイッチングパルスをFET152のゲート端子に供給する。そして、FET152が断続的にオン/オフすることにより、一次側巻線150に蓄積されたエネルギーが一次側補助巻線170に伝達され、図2(a)に示される電圧が一次側補助巻線170の両端に生じる。なお、一次側補助巻線170の両端に生じる電圧Vaは、一次側巻線150の巻数をNP1、一次側補助巻線170の巻数をNP2とした場合、以下の式(1)で表わされる。
Va=V1×NP2/NP1・・・(1)
As described above, when a certain amount of power supply is required for the load circuit (that is, when the load of the load circuit is a rated load), the
Va = V1 × NP2 / NP1 (1)
上述したように、本実施形態のPFC回路120においては、PFC出力電圧(すなわち、一次直流電圧V1)が約400Vとなる。従って、図2(a)に示される電圧波形の振幅は、式(1)のV1に400Vを代入して得られる。
As described above, in the
負荷回路の負荷が定格負荷よりも軽くなると(すなわち、軽負荷となると)、制御用IC155は周波数軽減モードで動作し、所定の周波数(例えば、10〜130kHz)且つ所定のデューティ(例えば、10%)のスイッチングパルスをFET152のゲート端子に供給する。その結果、一次側補助巻線170の両端には、図2(b)に示される電圧が生じる。
When the load of the load circuit becomes lighter than the rated load (that is, light load), the
負荷回路の負荷が軽負荷よりもさらに軽くなり、無負荷の状態に近くなると、制御用IC155はバーストモードで動作し、軽負荷の時よりもさらに低い所定の周波数(例えば、500Hz)で、所定数のパルス(例えば、5パルス)をスイッチングパルスとしてFET152のゲート端子に供給する。その結果、一次側補助巻線170の両端には、図2(c)に示される電圧が生じる。
When the load of the load circuit becomes lighter than the light load and approaches a no-load state, the
コンデンサ140、抵抗141、142、ダイオード143によって構成される負荷検出回路は、一次側補助巻線170の両端に生じる電圧を平均化する回路である。一次側補助巻線170の両端に生じる電圧をコンデンサ140と抵抗141によってフィルタ(積分)して、一次側補助巻線170の両端に生じる電圧の平均値をコンデンサ140の一端に負の電圧として出力する。上述のように、一次側補助巻線170の両端に生じる電圧は、一次側巻線150に蓄積されたエネルギー、すなわち、スイッチングパルスのオン/オフの状態(周波数、デューティー比)によって変化し、スイッチングパルスのオン/オフの状態は、負荷回路の負荷によって変化するため、一次側補助巻線170の両端に生じる電圧の平均値は、負荷回路の負荷を表すこととなる。以下、本明細書においては、コンデンサ140の一端側の電圧を「負荷検出電圧V3」と称する。
The load detection circuit configured by the
図3は、本実施形態の負荷検出電圧V3を示す波形図である。図3(a)は、制御用IC155が通常モードで動作している時の負荷検出電圧V3を示す波形図であり、図3(b)は、制御用IC155が周波数低減モードで動作している時の負荷検出電圧V3を示す波形図であり、図3(c)は、制御用IC155がバーストモードで動作している時の負荷検出電圧V3を示す波形図である。なお、図3(a)〜(c)中の点線で示す波形は、負荷検出回路によって平均化する前の波形、すなわち、図2(a)〜(c)に示した一次側補助巻線170の両端に生じる電圧をそれぞれ示している。
FIG. 3 is a waveform diagram showing the load detection voltage V3 of the present embodiment. FIG. 3A is a waveform diagram showing the load detection voltage V3 when the
上述のように、制御用IC155が通常モードで動作している時の一次側補助巻線170の両端に生じる電圧波形は、制御用IC155が周波数低減モードで動作している時の一次側補助巻線170の両端に生じる電圧波形と比較し、周波数が高い。従って、制御用IC155が通常モードで動作している時の負荷検出電圧V3aは、制御用IC155が周波数低減モードで動作している時の負荷検出電圧V3bよりも大きくなり、負の方向に比較的大きな電圧として出力される(図3(a))。なお、本実施形態においては、コンデンサ140と抵抗141によるフィルタの時定数は、制御用IC155が通常モードで動作している時のスイッチングパルスの周波数と比較して十分に長くなるように設定されており、負荷検出電圧V3aは負の一定電圧となる。
As described above, the voltage waveform generated at both ends of the primary side auxiliary winding 170 when the
逆に、制御用IC155が周波数低減モードで動作している時の負荷検出電圧V3bは、制御用IC155が通常モードで動作している時の負荷検出電圧V3aよりも小さくなるため、負の方向に負荷検出電圧V3aよりも小さな電圧として出力される(図3(b))。この場合も、通常モードと同様、コンデンサ140と抵抗141によるフィルタの時定数は、制御用IC155が周波数低減モードで動作している時のスイッチングパルスの周波数と比較して長くなるように設定されており、負荷検出電圧V3bは負の一定電圧となる。
On the other hand, the load detection voltage V3b when the
制御用IC155がバーストモードで動作している時の一次側補助巻線170の両端に生じる電圧波形は、制御用IC155が周波数低減モードで動作している時の一次側補助巻線170の両端に生じる電圧波形と比較し、周波数が低く、また間欠的に出力されるパルス幅も短い。従って、制御用IC155がバーストモードで動作している時の負荷検出電圧V3cは、制御用IC155が周波数低減モードで動作している時の負荷検出電圧V3bよりも小さくなり、負の方向に負荷検出電圧V3bよりも小さな電圧として出力される(図3(c))。なお、本実施形態においては、制御用IC155がバーストモードで動作している場合に、制御用IC155がFET152へ出力するスイッチングパルスの周波数が、コンデンサ140と抵抗141によるフィルタの時定数よりも短くなるように設定されている。従って、負荷検出電圧V3cは、スイッチングパルス(所定数のパルス)と同期して変動し、リップルを持った電圧波形となる。
The voltage waveform generated at both ends of the primary side auxiliary winding 170 when the
以上のように、本実施形態の負荷検出回路は、一次側補助巻線170の両端に生じる電圧を平均化し、負の出力電圧(負荷検出電圧V3)として出力する。そして、この負荷検出電圧V3は、制御用IC155のスイッチングパルスの供給モード(すなわち、負荷回路の負荷)を示す電圧となっている。本実施形態のPFC待機制御回路130は、この負荷検出電圧V3を利用して、PFC制御用IC128の電力供給を制御している。
As described above, the load detection circuit according to the present embodiment averages the voltage generated at both ends of the primary side auxiliary winding 170 and outputs it as a negative output voltage (load detection voltage V3). The load detection voltage V3 is a voltage indicating the switching pulse supply mode of the control IC 155 (that is, the load of the load circuit). The PFC
制御用IC155が通常モードで動作している場合、負荷検出回路の出力(負荷検出電圧V3)は負の方向に大きな電圧として出力される(V3a)。本実施形態においては、トランジスタ139のエミッタ電圧と負荷検出電圧V3aの電位差が、ツェナーダイオード137のツェナー電圧よりも大きくなるように設定されている。従って、ツェナーダイオード137にトランジスタ139を介してツェナー電流が流れ、トランジスタ139がオンする。トランジスタ139がオンすると、PFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)には、トランジスタ139を介してコンデンサ157からの電流が供給され、PFC制御用IC128が動作することとなる。また、トランジスタ139がオンすると、FET127のゲート端子にもコンデンサ157の+端子の電圧が印加され、FET127がオンする。FET127がオンすると、一次直流電圧V1とグラウンドGND1間に抵抗126と抵抗129が直列に接続され、一次直流電圧V1からの電流が抵抗126と抵抗129に流れる。その結果、一次直流電圧V1を抵抗126と抵抗129とで分圧した電圧(センシング電圧)がPFC制御用IC128のFB端子に入力されることとなる。そして、この時のセンシング電圧に基づいて、一次直流電圧V1が約400VとなるようにPFC回路120が動作する。
When the
制御用IC155が周波数低減モードで動作すると、負荷検出回路の出力は負の方向において減少する(V3b)。本実施形態においては、この場合も制御用IC155が通常モードで動作している場合と同様、トランジスタ139のエミッタ電圧と負荷検出電圧V3bの電位差が、ツェナーダイオード137のツェナー電圧よりも大きくなるように設定されている。すなわち、トランジスタ139がオンし、PFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)には、トランジスタ139を介してコンデンサ157からの電流が供給され、PFC制御用IC128が動作することとなる。そして、トランジスタ139がオンすることにより、FET127がオンし、一次直流電圧V1を抵抗126と抵抗129とで分圧した電圧(センシング電圧)がPFC制御用IC128のFB端子に入力されることとなる。従って、PFC回路120は、制御用IC155が通常モードで動作している場合と同様、一次直流電圧V1が約400Vとなるように動作する。
When the
制御用IC155がバーストモードで動作すると、負荷検出回路の出力は負の方向においてさらに減少し、リップルが生じる(V3c)。本実施形態では、リップルの谷の部分(負の方向に大きくなる部分)で、トランジスタ139のエミッタ電圧と負荷検出電圧V3cの電位差が、ツェナーダイオード137のツェナー電圧よりも大きくなり、また、リップルの山の部分(負の方向に小さくなる部分)で、トランジスタ139のエミッタ電圧と負荷検出電圧V3cの電位差が、ツェナーダイオード137のツェナー電圧よりも小さくなるように設定されている。
When the
図4は、本実施形態の制御用IC155がバーストモードで動作する時の負荷検出電圧V3cとトランジスタ139のオン/オフの関係を示す波形図である。図4に示すように、制御用IC155からFET152にスイッチングパルス(所定数のパルス)が出力され負荷検出電圧V3cが低下した場合(負の方向に大きくなった場合)、リップル電圧ΔVの範囲内の所定の閾値電圧で、トランジスタ139がオンし、また、スイッチングパルスが停止し負荷検出電圧V3cが上昇した場合(負の方向に小さくなった場合)、リップル電圧ΔVの範囲内の所定の閾値電圧で、トランジスタ139がオフするようにツェナーダイオード137のツェナー電圧が設定されている。すなわち、トランジスタ139は、負荷検出電圧V3cのリップルに同期して間欠的にオン/オフする。従って、PFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)には、コンデンサ157からの電流がトランジスタ139を介して間欠的に供給されることとなり、PFC制御用IC128が間欠的に動作することとなる。また、FET127のゲート端子には、コンデンサ157の電圧がトランジスタ139を介して間欠的に印加されることとなり、PFC制御用IC128への電力の供給と同期して、一次直流電圧V1を抵抗126と抵抗129とで分圧した電圧(センシング電圧)がPFC制御用IC128のFB端子に入力される。そして、トランジスタ139がオンしている間、PFC制御用IC128に電力が供給されると共に、センシング電圧がPFC制御用IC128のFB端子に入力されるため、PFC制御用IC128は、一次直流電圧V1が約400Vとなるように動作する。また、トランジスタ139がオフしている間、PFC制御用IC128への電力供給が遮断されると共に、一次直流電圧V1から抵抗129に流れる電流が遮断されるため、PFC回路120における電力消費は最少に抑えられる。このように、本実施形態のPFC待機制御回路130は、制御用IC155がバーストモードで動作する時に、スイッチングパルスと同期して、PFC制御用IC128への電源の供給及びセンシング電圧の生成を間欠的に行うことで、電力の消費を抑え、電力効率をさらに高めている。換言すると、制御用IC155がバーストモードで動作する場合、PFC制御用IC128は、一次側巻線150に電力供給が必要なタイミングでのみ動作し、センシング電圧は、PFC制御用IC128が動作する時にのみ生成される。従って、一次側巻線150に電力供給が不要なタイミングでの電力消費が抑えられる。なお、本実施形態においては、トランジスタ139がオフしている間、PFC制御用IC128が停止することとなるが、この間での一次側巻線150による電力消費がないため、一次直流電圧V1は、コンデンサ125の自然放電による電圧の低下があるものの、約400Vを維持する。
FIG. 4 is a waveform diagram showing the relationship between the load detection voltage V3c and the on / off state of the
以上のように、本実施形態のPFC回路120においては、制御用IC155がバーストモードで動作する場合(すなわち、負荷回路の負荷が無負荷に近い場合)、スイッチングパルスと同期して、PFC制御用IC128への電源の供給及びセンシング電圧の生成を間欠的に行うことで、PFC回路120を能動的な状態(すなわち、PFC出力電圧が一定の電圧となる状態)に保ちつつ、電力消費を抑えている。すなわち、本実施形態のPFC回路120は、バーストモードにおいてもPFC出力電圧(一次直流電圧V1)をほぼ一定に保っているため、負荷回路の負荷が重くなり、バーストモードから通常モードに復帰する場合であっても、PFC回路120の動作が遅れることはなく、出力電圧(二次直流電圧V2)に一時的な落ち込みを発生させることがない。
As described above, in the
以上が、本発明の第1の実施の形態の説明であるが、本発明は、上述した第1の実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。本実施形態では、制御用IC155がバーストモードで動作する場合の負荷検出電圧V3cのリップルを利用して、PFC制御用IC128の電源の供給及びセンシング電圧の生成を間欠的に行うように構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、制御用IC155が周波数低減モードで動作する場合の負荷検出電圧V3bを利用して、PFC制御用IC128の電源の供給及びセンシング電圧の生成を間欠的に行うように構成してもよい。この場合、例えば、負荷検出電圧V3bにリップルが生じるようにコンデンサ140と抵抗141によるフィルタの時定数を調整してもよい。また、例えば、負荷検出電圧V3bに応じてパルス周期が変化するパルス生成回路を設け、負荷検出電圧V3bが所定の閾値電圧よりも低下した時(すなわち、負荷回路の負荷が所定の負荷よりも軽くなった時)に、このパルス生成回路のパルスによってPFC制御用IC128への電源の供給及びセンシング電圧の生成を制御してもよい。
The above is the description of the first embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the configuration of the first embodiment described above, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the invention. Deformation is possible. In the present embodiment, the power supply of the
また、第1の実施形態においては、スイッチングパルスと同期して、PFC制御用IC128への電源の供給及びセンシング電圧の生成を間欠的に行うように構成したが、この構成に限定されるものではない。PFC回路120は、一次側巻線150が消費する電力を供給できればよく、一次側巻線150が消費する電力が減った場合(すなわち、負荷回路の負荷が軽い場合)、PFC制御用IC128は、必ずしも一次側巻線と同期して動作する必要はない。すなわち、一次側巻線150が消費する電力が、コンデンサ125によってチャージされた電荷で賄えるのであれば、PFC制御用IC128への電源の供給及びセンシング電圧の生成は、スイッチングパルスと非同期に間欠的に行われてもよい。この場合、例えば、負荷検出電圧V3の電圧に応じた周期のパルスを生成するパルス生成回路を設け、このパルス生成回路のパルスによってPFC制御用IC128への電源の供給及びセンシング電圧の生成を制御すればよい。
In the first embodiment, the power supply to the
また、第1の実施形態においては、一次側補助巻線170の両端に生じる電圧を平均化する負荷検出回路を用いて、制御用IC155のスイッチングパルスの供給モード(すなわち、負荷回路の負荷)を検出する構成としたが、負荷回路の負荷を検出できればよく、この構成に限定されるものではない。例えば、制御用IC155のFB端子をモニタして、負荷を検出する構成としてもよいし、二次側回路に負荷回路の負荷を検出する回路を設けてもよい。また、FET152を流れる電流を検出して負荷を検出してもよい。
In the first embodiment, the switching pulse supply mode (that is, the load of the load circuit) of the
図5は、第1の実施形態に係るスイッチング電源装置1の変形例1(スイッチング電源装置1a)を示す回路図である。本実施形態のスイッチング電源装置1は、一次側補助巻線170にて誘起された電圧を、ダイオード158を通してトランジスタ139のエミッタに接続し、トランジスタ139を制御してPFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)に供給するが、変形例1のスイッチング電源装置1aは、PFC回路120aを備えており、PFC回路120aが備えるチョークコイル122の補助巻線Lにて誘起された電圧を、ダイオードDを通じてトランジスタ139のエミッタに接続し、トランジスタ139を制御してPFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)に供給する。以下、変形例1において、第1の実施形態のスイッチング電源装置1と異なる点について説明する。なお、図5において、図1と共通する構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
FIG. 5 is a circuit diagram showing Modification Example 1 (switching power supply device 1a) of the switching
図5に示されるように、変形例1のPFC回路120aは、チョークコイル122の二次側として補助巻線Lを備えている。また、ダイオードD、コンデンサC、抵抗R、ツェナーダイオードZDを備えている。ダイオードDとコンデンサCは、補助巻線Lの両端間に直列に接続される。抵抗Rの一端は、コンデンサ121及びチョークコイル122に接続され、抵抗Rの他端は、ダイオードDのカソード及びコンデンサCに接続される。
As shown in FIG. 5, the
ダイオードブリッジ回路110による整流電圧は、チョークコイル122を介してダイオード124に供給される一方、補助巻線Lに断続的な電圧を誘起する。補助巻線Lに誘起された電圧は、ダイオードDによって整流され、コンデンサCによって平滑化されて、トランジスタ139のエミッタに印加される。すなわち、変形例1のスイッチング電源装置1aでは、一次側補助巻線170を介さずにPFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)に電圧が供給される。なお、ツェナーダイオードZDは、コンデンサCと並列に接続されており、PFC制御用IC128への供給電圧を一定レベル以下に抑えている。また、コンデンサCによって平滑された電圧により、トランジスタ139がオンされている期間、PFC制御用IC128が動作することとなるため、変形例1のスイッチング電源装置1aにおいても、第1の実施形態のスイッチング電源装置1と同様の効果を得ることができる。
The rectified voltage generated by the
図6は、第1の実施形態に係るスイッチング電源装置1の変形例2(スイッチング電源装置1b)を示す回路図である。変形例2のスイッチング電源装置1bも変形例1のPFC回路120aと同様のPFC回路120bを備えており、PFC回路120bが備えるチョークコイル122の補助巻線Lにて誘起された電圧を、抵抗R’、コンデンサC’ダイオードDを通じてトランジスタ139のエミッタに接続し、トランジスタ139を制御してPFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)に供給する。以下、変形例2において、第1の実施形態のスイッチング電源装置1と異なる点について説明する。なお、図6において、図1と共通する構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
FIG. 6 is a circuit diagram showing Modification Example 2 (switching
図6に示されるように、変形例2のPFC回路120bもチョークコイル122の二次側として補助巻線Lを備えている。また、ダイオードD、D’、コンデンサC、C’、抵抗R、R’を備えている。補助巻線Lの両端間には、抵抗R’、コンデンサC’、ダイオードD’、D、コンデンサC、ツェナーダイオードZDが接続されている。抵抗Rの一端は、コンデンサ121及びチョークコイル122に接続され、抵抗Rの他端は、ダイオードDのカソード及びコンデンサCに接続される。
As shown in FIG. 6, the
ダイオードブリッジ回路110による整流電圧は、チョークコイル122を介してダイオード124に供給される一方、補助巻線Lに断続的な電圧を誘起する。補助巻線Lに誘起された電圧は、抵抗R’、コンデンサC’、ダイオードDによって整流され、コンデンサCによって平滑化されて、トランジスタ139のエミッタに印加される。すなわち、変形例2のスイッチング電源装置1bにおいても、一次側補助巻線170を介さずにPFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)に電圧が供給される。また、コンデンサCによって平滑された電圧により、トランジスタ139がオンされている期間、PFC制御用IC128が動作することとなるため、変形例2のスイッチング電源装置1bにおいても、第1の実施形態のスイッチング電源装置1と同様の効果を得ることができる。
The rectified voltage generated by the
図7は、本発明の第2の実施の形態に係るスイッチング電源装置1Mの構成を示す回路図である。図7おいて、図1と共通する構成については、同一の符号を付している。第2の実施形態においては、PFC回路120のFET127に代えて、フォトトランジスタ1270aと発光ダイオード1270bとで構成されるフォトカプラ1270を備え、抵抗1272が追加されている点で第1の実施形態と異なる。すなわち、第2の実施形態のスイッチング電源装置1Mは、第1の実施形態と同様、制御用IC155がバーストモードで動作する場合(すなわち、負荷回路の負荷が無負荷に近い場合)、スイッチングパルスと同期して、PFC制御用IC128への電源の供給及びセンシング電圧の生成を間欠的に行うが、PFC制御用IC128への電源の供給状態をフォトカプラ1270で検出し、その検出結果に応じてセンシング電圧の生成を制御するように構成される。以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a switching
第2の実施形態のPFC回路120においては、ダイオード124のカソードは抵抗126の一端に接続され、抵抗126の他端はフォトトランジスタ1270aのコレクタに接続される。フォトトランジスタ1270aのエミッタは、抵抗129の一端及びPFC制御用IC128のFB端子に接続され、抵抗129の他端はグラウンドGND1に接続される。また、抵抗1272の一端はPFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)に接続され、他端は発光ダイオード1270bのアノードに接続され、発光ダイオード1270bのカソードは、グラウンドGND1に接続される。
In the
第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様、制御用IC155がバーストモードで動作する場合、負荷検出電圧V3cのリップルに同期して、トランジスタ139が間欠的にオン/オフする。そして、トランジスタ139のオン/オフに応じて、コンデンサ157からの電流がPFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)及び抵抗1272を介して発光ダイオード1270bに供給され、PFC制御用IC128が間欠的に動作すると共に、発光ダイオード1270bが所定の光量で間欠的に発光する。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, when the
トランジスタ139がオンした時に発光ダイオード1270bから出射される光は、フォトトランジスタ1270aで受光され、光電変換されて、フォトトランジスタ1270aをオンする。そして、フォトトランジスタ1270aがオンすることにより、第1の実施形態と同様、一次直流電圧V1を抵抗126と抵抗129とで分圧した電圧(センシング電圧)がPFC制御用IC128のFB端子に入力されることとなる。このように、第2の実施形態のPFC回路120においては、PFC制御用IC128への電源の供給状態をフォトカプラ1270で検出し、その検出結果に応じてセンシング電圧の生成を制御するように構成される。そして、第1の実施形態と同様、制御用IC155がバーストモードで動作する場合(すなわち、負荷回路の負荷が無負荷に近い場合)、スイッチングパルスと同期して、PFC制御用IC128への電源の供給及びセンシング電圧の生成が間欠的に行われる。
Light emitted from the
図8は、第2の実施形態に係るスイッチング電源装置1Mの変形例1(スイッチング電源装置1Ma)を示す回路図である。変形例1のスイッチング電源装置1Maは、PFC回路120a(第2の実施形態のPFC回路120に、補助巻線L、ダイオードD、コンデンサC、抵抗R、ツェナーダイオードZDを追加した回路)を備えており、PFC回路120aが備えるチョークコイル122の補助巻線Lにて誘起された電圧を、ダイオードDを通じてトランジスタ139のエミッタに接続し、トランジスタ139を制御してPFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)に供給する。すなわち、本変形例1は、第1の実施形態に係るスイッチング電源装置1の変形例1と同じく、一次側補助巻線170を介さずにPFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)に電圧が供給される。また、コンデンサCによって平滑された電圧により、トランジスタ139がオンされている期間、PFC制御用IC128が動作することとなるため、変形例1のスイッチング電源装置1Maにおいても、第2の実施形態のスイッチング電源装置1Mと同様の効果を得ることができる。
FIG. 8 is a circuit diagram showing Modification Example 1 (switching power supply device 1Ma) of the switching
図9は、第2の実施形態に係るスイッチング電源装置1Mの変形例2(スイッチング電源装置1Mb)を示す回路図である。変形例2のスイッチング電源装置1Mbは、PFC回路120b(第2の実施形態のPFC回路120に、補助巻線L、ダイオードD、D’、コンデンサC、C’、抵抗R、R’、ツェナーダイオードZDを追加した回路)を備えており、PFC回路120bが備えるチョークコイル122の補助巻線Lにて誘起された電圧を、抵抗R’、コンデンサC’ダイオードDを通じてトランジスタ139のエミッタに接続し、トランジスタ139を制御してPFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)に供給する。すなわち、本変形例2は、第1の実施形態に係るスイッチング電源装置1の変形例2と同じく、一次側補助巻線170を介さずにPFC制御用IC128のVcc端子(電源端子)に電圧が供給される。また、コンデンサCによって平滑された電圧により、トランジスタ139がオンされている期間、PFC制御用IC128が動作することとなるため、変形例2のスイッチング電源装置1Mbにおいても、第2の実施形態のスイッチング電源装置1Mと同様の効果を得ることができる。
FIG. 9 is a circuit diagram showing Modification Example 2 (switching power supply device 1Mb) of the switching
1、1a、1b、1M、1Ma、1Mb スイッチング電源装置
110 ダイオードブリッジ回路
120 PFC回路
122 チョークコイル
123、152 FET
124、143、158、215 ダイオード
121、125、140、157、220 コンデンサ
126、129、138、141、142、153、154、225、240、245、1272 抵抗
130 PFC待機制御回路
127、139 トランジスタ
137 ツェナーダイオード
150 一次側巻線
156、1270a フォトトランジスタ
170 一次側補助巻線
200、1270 フォトカプラ
210 二次側巻線
230、1270b 発光ダイオード
235 シャントレギュレータ
400 トランス
1, 1a, 1b, 1M, 1Ma, 1Mb Switching
124, 143, 158, 215
Claims (14)
前記一次側回路は、
交流電源電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路から出力される電流の波形を整形し昇圧して第1の直流電圧を出力する第1の直流化回路と、
前記第1の直流電圧が一端に印加される一次巻線と、
前記一次巻線の他端に接続され前記一次巻線に流れる電流をオン/オフする第1のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子のオン/オフを制御する制御回路と、
前記第1の直流化回路を駆動するための電源を供給する電源供給回路と、
を有し、
前記二次側回路は、
前記一次巻線との間で電磁誘導を生じる二次巻線と、
前記二次巻線に生じる電圧を整流し平滑化して第2の直流電圧を負荷回路に供給する第2の直流化回路と、
を有し、
前記一次側回路は、前記負荷回路の負荷に対応した電圧を出力する出力回路をさらに有し、
前記第1の直流化回路は、前記整流回路から出力される電流をオン/オフする第2のスイッチング素子と、前記第1の直流電圧に基づいて検出電圧を生成する検出電圧生成回路と、該検出電圧が所定の一定電圧となるように前記第2のスイッチング素子を制御するPFC制御回路と、を有し、
前記電源供給回路は、前記第1の直流化回路を駆動するための電源を前記出力回路から出力される電圧に応じた所定の周期で間欠的にオン/オフし、
前記検出電圧は、前記第1の直流化回路の電源がオンする時にのみ生成されることを特徴とするスイッチング電源装置。 A switching power supply device having a primary circuit and a secondary circuit,
The primary circuit is
A rectifier circuit for rectifying the AC power supply voltage;
A first DC circuit that shapes and boosts the waveform of the current output from the rectifier circuit and outputs a first DC voltage;
A primary winding to which the first DC voltage is applied at one end;
A first switching element connected to the other end of the primary winding for turning on / off a current flowing through the primary winding;
A control circuit for controlling on / off of the first switching element;
A power supply circuit for supplying power for driving the first DC circuit;
Have
The secondary circuit is
A secondary winding that generates electromagnetic induction with the primary winding;
A second DC circuit for rectifying and smoothing the voltage generated in the secondary winding and supplying a second DC voltage to the load circuit;
Have
The primary side circuit further includes an output circuit that outputs a voltage corresponding to a load of the load circuit,
The first DC circuit includes a second switching element that turns on and off a current output from the rectifier circuit, a detection voltage generation circuit that generates a detection voltage based on the first DC voltage, A PFC control circuit for controlling the second switching element so that a detection voltage becomes a predetermined constant voltage,
The power supply circuit intermittently turns on / off a power source for driving the first DC circuit at a predetermined cycle according to a voltage output from the output circuit,
The switching power supply device according to claim 1, wherein the detection voltage is generated only when the power supply of the first DC circuit is turned on.
前記第1のスイッチ回路は、前記第1の直流化回路の電源がオンする時に同期して前記抵抗に電流を流し、前記抵抗の一端に前記検出電圧を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。 The detection voltage generating circuit is inserted between the output of the first DC circuit and the ground of the primary circuit, and a current flowing in accordance with the first DC voltage and a current flowing in the resistor A first switch circuit for controlling
2. The first switch circuit is configured to cause a current to flow through the resistor in synchronization with the power supply of the first DC circuit being turned on, and to generate the detection voltage at one end of the resistor. The switching power supply device described in 1.
前記出力回路は、前記一次補助巻線に生じる電圧を平均化した平均電圧を生成し出力することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。 The power supply circuit has a primary auxiliary winding that generates electromagnetic induction with the primary winding,
The switching power supply device according to any one of claims 1 to 6, wherein the output circuit generates and outputs an average voltage obtained by averaging voltages generated in the primary auxiliary winding.
前記平均電圧は、前記第1のスイッチング素子がバースト状にオン/オフする時、前記第1のスイッチング素子のオン/オフと同期して所定の電圧範囲で変動し、
前記電源供給回路は、前記平均電圧の変動に応じて前記第1の直流化回路を駆動するための電源をオン/オフすることを特徴とする請求項8に記載のスイッチング電源装置。 The control circuit controls on / off of the first switching element so that a second DC voltage is constant, and when the average voltage is smaller than the first reference voltage, the first switching element is controlled. Turn on / off the element a plurality of times in the predetermined period,
The average voltage fluctuates in a predetermined voltage range in synchronization with on / off of the first switching element when the first switching element is turned on / off in a burst state,
9. The switching power supply device according to claim 8, wherein the power supply circuit turns on / off a power supply for driving the first DC circuit in accordance with a change in the average voltage.
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