JP4617931B2

JP4617931B2 - スイッチング電源回路の制御方式

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Publication number: JP4617931B2
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Inventors: 憲司藤田; 幸廣西川
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
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Description

この発明は、軽負荷時の消費電力を低減するためにスイッチングを休止する期間を持つスイッチング電源回路、特にトランス励磁音の低減とスイッチング動作の安定化を図るための制御方式に関する。

スイッチング電源回路では軽負荷時の消費電力を低減するために、スイッチング休止期間を設定し、スイッチングデバイスのスイッチング動作を休止させるものがある。しかし、この方法はスイッチング期間とスイッチング休止期間との相互の切り換わり時に、トランスに流れる励磁電流が大きく変化し、トランス励磁音を発生させるという問題がある。
そこで、この問題解決のために、トランスの励磁電流ピーク値を一定値に制限し、トランス励磁音を低減するものが、例えば特許文献１に開示されている。

図１０は特許文献１に示すスイッチング電源回路の全体構成図である。
図１０において、１は直流電源、２は第１のスイッチングデバイス、３はスイッチングデバイス２をオンオフ動作させる制御回路、５は抵抗１３，１４，１６，１９，２０、シャントレギュレータ１５、キャパシタ１７、フォトカプラ１８ａ，１８ｂからなる出力電圧フィードバック回路、６は一次巻線６ａ，二次巻線６ｂおよび制御巻線６ｃからなるトランスで、７は整流ダイオード、８はダイオード７とともに出力を平滑化する整流用キャパシタ、９は負荷、１０は電流検出用抵抗、１１は電流制限用抵抗を示す。

図１０の主回路動作は次の通りである。電源１の直流電圧をスイッチングデバイス２でオンオフすることにより、トランス６の一次巻線６ａを介しトランス６の二次巻線６ｂに電圧を発生させる。トランス６の二次巻線６ｂに発生する電圧は、ダイオード７とキャパシタ８で整流され直流電圧に変換される。出力電圧フィードバック回路５は前記直流電圧が上昇すると、フィードバック信号を引き下げることで、出力電圧を所望の電圧値に安定化させる。

図１１は図１０に示す制御回路の詳細回路図である。同図において、１０１はスイッチングデバイス２を駆動する駆動回路、１０４は起動パルス生成回路、１０５はオンオフ用ＲＳフリップフロップ、１０６はオンタイミング信号出力回路、１０７は通常／待機切換信号出力回路、１１１は待機モード用ＲＳフリップフロップ、１１３はスイッチング停止用コンパレータ、１１５はスイッチング開始用コンパレータ、１２１は待機モード用コンパレータ、１２３は通常モード用コンパレータ、１１７は定電流源、１１２，１１４，１１６および１２２は定電圧源、１０３，１２４および１２６はＡＮＤゲート、１２５はＮＯＴゲート、１２７はＯＲゲートを示す。

図１１に示す制御回路の動作について説明する。まず、軽負荷でない場合の通常モード動作について説明する。
制御回路３の電源が確立すると、起動パルス生成回路１０４が起動パルスを出力し、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５をセットする。オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がセットされると、駆動回路１０１は出力端子ａを介しスイッチングデバイス２をオンする。スイッチングデバイス２に電流が流れると、電流検出用抵抗１０に電圧が発生し、電流値に比例した電圧が入力端子ｄに入力される。

通常モード用コンパレータ１２３は、入力端子ｂに入力されるフィードバック信号と、入力端子ｄから入力される電流値信号とを比較する。電流値信号がフィードバック信号を越えると、通常モード用コンパレータ１２３はオフ信号（Ｈレベル）を出力する。ここで、通常／待機切換信号出力回路１０７は通常モード信号（Ｌレベル）を出力しているので、ＡＮＤゲート１２４の出力とＯＲゲート１２７の出力はＨレベルとなる。ＯＲゲートの出力がＨレベルとなると、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５はリセットされる。オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がリセットされると、駆動回路１０１は出力端子ａを介しスイッチングデバイス２をオフする。スイッチングデバイスがオフすると、トランス６の二次巻線６ｂに電圧が発生し、ダイオード７を通じてキャパシタ８と負荷９にエネルギーが供給される。

エネルギーの放出が終わると、トランス６の二次巻線６ｂに発生していた電圧が減少する。同時に、入力端子ｃに接続されたトランス６の制御巻線６ｃに発生していた電圧も減少する。オンタイミング信号出力回路１０６は、入力端子ｃに入力されるトランス６の制御巻線６ｃに発生する電圧の立下りを検出して、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５をセットする。オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がセットされると、駆動回路１０１は出力端子ａを介しスイッチングデバイス２をオンする。スイッチングデバイス２に電流が流れ、電流値信号がフィードバック信号を越えると、通常モード用コンパレータ１２３はオフ信号を出力する。

オフ信号が出力されると、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がリセットされ、駆動回路１０１はスイッチングデバイス２をオフする。制御回路３は起動パルス生成回路１０４からのオン信号、またはオンタイミング信号出力回路１０６からのオン信号でスイッチングデバイス２をオンし、通常モード用コンパレータ１２３からのオフ信号でスイッチングデバイス２をオフする。制御回路３はスイッチングデバイス２のオン期間を制御することで、出力電圧を所望の電圧値に安定化させる。

次に、軽負荷時の待機モード動作について説明する。
スイッチング開始用コンパレータ１１５は、フィードバック信号を定電圧源１１４からの電圧と比較する。フィードバック信号が定電圧源１１４で設定されるスイッチング開始電圧Ｖｔｈ（Ｈ）を越えると、スイッチング開始用コンパレータ１１５は待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１をリセットする。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がリセットされると、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５のリセットが解除される。これにより、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５のセットが可能となりスイッチングが許可される。

起動パルス生成回路１０４またはオンタイミング信号出力回路１０６からオン信号が出力されると、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がセットされる。オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がセットされると、駆動回路１０１は出力端子ａを介しスイッチングデバイス２をオンする。スイッチングデバイス２に電流が流れると電流検出用抵抗１０に電圧が発生し、電流値に比例した電圧が入力端子ｄに入力される。待機モード用コンパレータ１２１は、入力端子ｄから入力される電流値信号を定電圧源１２２の設定値と比較する。電流値信号が設定値を越えると、待機モード用コンパレータ１２１はターンオフ信号（Ｈレベル）を出力する。

ここで、通常／待機切換信号出力回路１０７は、待機モード信号（Ｈレベル）を出力しているので、ＡＮＤゲート１２６の出力とＯＲゲート１２７の出力はＨレベルとなる。ＯＲゲート１２７の出力がＨレベルとなると、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５はリセットされる。オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がリセットされると、駆動回路１０１は出力端子ａを介しスイッチングデバイス２をオフする。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がリセット状態である期間中、制御回路３は電流ピーク値一定で、スイッチングデバイス２をスイッチング動作させる。

スイッチング停止用コンパレータ１１３は、フィードバック信号を定電圧源１１２の設定値と比較する。フィードバック信号が定電圧源１１２で設定されるスイッチング停止電圧Ｖｔｈ（Ｌ）以下になると、スイッチング停止用コンパレータ１１３は、待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１をセットする。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がセットされると、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がリセットされる。これにより、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５のセットが不可能となり、スイッチングが禁止される。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がセット状態では、制御回路３はスイッチングデバイス２をスイッチングさせず、フィードバック信号がスイッチング開始電圧Ｖｔｈ（Ｈ）を越えるまで、スイッチング動作を休止する。

図１２に軽負荷時の出力電圧波形、フィードバック信号波形、待機モード用ＲＳフリップフロップの出力波形、トランス６の励磁電流波形例を示す。
すなわち、フィードバック信号の変動により、待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１の状態が変化する。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１のセット状態において、制御回路３は電流ピーク値一定で、スイッチング動作する。制御回路３はスイッチング動作期間と休止期間との比で決まるバーストデューティを制御することで、出力電圧を所望の電圧値に安定化する。

特開２００２−１３６１２５号公報

以上詳記したように、上記特許文献１に示すものでは、待機モード時にトランスの励磁音を低減するため、トランスの励磁電流ピーク値を一定値以下に制限しているが、想定以上の負荷が加わるとトランス二次側に供給されるエネルギーが不足し、出力電圧が低下するという問題が発生する。また、特許文献２に示すものでは、スイッチング期間やスイッチング休止期間を特に設けていないため、待機モード（軽負荷）時に上記問題が発生することについての認識はなく、従って何らの対策も施されていない。
したがって、この発明の課題は、待機モード時に想定以上の負荷が加わっても出力電圧を低下させないようにすることにある。

このような課題を解決するため、この発明では、消費電力を低減するために軽負荷時のスイッチングを休止するスイッチング電源において、スイッチング休止期間とスイッチング期間の相互の切り換わり時にトランスの励磁電流を制限するための第１，第２設定値を設け、これらの設定値を緩やかに変化させることにより、トランスの励磁電流の急激な変化を抑えて励磁音を低減する。設定値を徐々に変化させることで、軽負荷状態で想定以上の負荷が掛かる場合でも、出力電圧の低下を抑えることができるようにする。

スイッチング期間の始めと終わりに、それぞれ充電または放電されるコンデンサを設け、このコンデンサの充電時の両端電圧を前記第１の設定値、放電時の両端電圧を前記第２の設定値としてそれぞれ用い、スイッチング開始時，終了時のトランス励磁音を低減する。
また、コンデンサの両端電圧と前記フィードバック信号とを比較するコンパレータを設け、前記スイッチング期間において、コンデンサの両端電圧がフィードバック信号よりも小さい場合にはコンデンサを充電し、コンデンサの両端電圧がフィードバック信号よりも大きい場合にはコンデンサを放電することにより、コンデンサの両端電圧をフィードバック信号に緩やかに追従させ、コンデンサの両端電圧を前記励磁電流ピーク値の指令値として用いることで、スイッチングデバイスオン時の急激な変化を防止し、間欠スイッチング動作時のトランス励磁音を低減する。

前記第１の設定値を起動時には徐々に上昇させ、前記励磁電流ピーク値の指令値を徐々に増加させることで、起動時にスイッチングデバイスに発生する過電流を防止でき、制御回路を簡素化できる。
また、前記通常モード動作と前記待機モード動作の相互の切り換わり時には、前記第１の設定値を徐々に上昇または下降させ、前記励磁電流ピーク値の指令値を徐々に増加または減少させることで、モード切り換わり時に発生するトランス励磁音を低減する。

前記フィードバック信号の低下を検出する第３の設定値と、前記フィードバック信号の上昇を検出する第４の設定値とを設けるとともに、前記第４の設定値は前記第３の設定値よりも大きくし、フィードバック信号が第３の設定値を下回ってから第４の設定値を越えるまでの期間をスイッチング休止期間とし、フィードバック信号が第４の設定値を越えてから第３の設定値を下回るまでの期間をスイッチング期間とすることで、スイッチング期間とスイッチング休止期間とを自動的に切り換えることができる。
その通常モード動作時に、前記第４の設定値を前記第３の設定値を下回らない程度近い値まで引き下げることで、スイッチング期間とスイッチング休止期間とを自動的に切り換える回路の一部を用いて、通常モード動作時における軽負荷時の出力電圧の異常な上昇を防止する機能と兼用でき、制御回路を簡素化できる。

この発明によれば、待機モード時にトランスの励磁音を低減する機能、起動時にスイッチングデバイスに流れる過電流を防止する機能の他に、待機モード時に想定以上の負荷が加わっても出力電圧の低下を防止する機能を持たせることが可能となる。

図１はこの発明の第１の実施の形態を示す回路図である。これは、図１０に示す電流検出用抵抗１０を、電流検出回路４に置き換えたものである。従って、その動作は図１０と同様なので説明は省略する。
図２に図１の制御回路の具体例を示す。これは、図１１の改良例を示し、図１１に示すものに対しＮＯＴゲート１２８、ＯＲゲート１２９、充電条件判別用コンパレータ１３１、放電条件判別用コンパレータ１３２、定電圧源１３３、定電流源１３４，１３５、キャパシタ１３６およびＡＮＤゲート１３７等を付加した点が特徴である。

図２に示す制御回路の動作について、まず通常モード動作から説明する。
通常モードでは、通常／待機切換信号出力回路１０７は通常モード信号（Ｌレベル）を出力しているので、ＯＲゲート１２９はスイッチング許可信号（Ｈレベル）を出力している。制御回路３の電源が確立すると、起動パルス生成回路１０４が起動パルスを出力し、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５をセットする。オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がセットされると、ＡＮＤゲート１０２の出力はＨレベルとなり、駆動回路１０１は出力端子aを介しスイッチングデバイス２をオンする。

スイッチングデバイス２に電流が流れると、電流検出回路４から電流値に比例した電圧が入力端子ｄに入力される。通常モード用コンパレータ１２３は、入力端子ｂに入力されるフィードバック信号と、入力端子ｄから入力される電流値信号とを比較する。電流値信号がフィードバック信号を越えると、通常モード用コンパレータ１２３はオフ信号（Ｈレベル）を出力する。通常／待機切換信号出力回路１０７は通常モード信号（Ｌレベル）を出力しているので、ＡＮＤゲート１２４とＯＲゲート１２７はＨレベルとなる。

ＯＲゲート１２７がＨレベルとなると、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５はリセットされる。オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がリセットされると、駆動回路１０１は出力端子aを介しスイッチングデバイス２をオフする。スイッチングデバイス２がオフするとトランスの二次巻線６ｂに電圧が発生し、ダイオード７を通じてキャパシタ８と負荷９にエネルギーが放出される。エネルギーの放出が終了すると、トランスの二次巻線６ｂに発生していた電圧が減少する。同時に入力端子ｃに接続されたトランスの制御巻線６ｃに発生していた電圧も減少する。

オンタイミング信号出力回路１０６は、入力端子ｃに入力されるトランスの制御巻線６ｃに発生する電圧の立下りを検出して、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５をセットする。オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がセットされると、駆動回路１０１は出力端子aを介しスイッチングデバイス２をオンする。スイッチングデバイス２に電流が流れ、電流値信号がフィードバック信号を越えると、通常モード用コンパレータ１２３はオフ信号を出力する。オフ信号が出力されると、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がリセットされ、駆動回路１０１はスイッチングデバイス２をオフする。

制御回路３は、起動パルス生成回路１０４からのオン信号、またはオンタイミング信号出力回路１０６からのオン信号でスイッチングデバイス２をオンし、通常モード用コンパレータ１２３からのオフ信号でスイッチングデバイス２をオフする。制御回路３はスイッチングデバイス２のオン期間を制御することで、出力電圧を一定の電圧値に安定化するようにしている。すなわち、通常モード動作は図１１の場合と同様である。

次に、待機モード動作について説明する。
待機モードでは、通常／待機切換信号出力回路１０７は待機モード信号（Ｈレベル）を出力しているので、ＯＲゲート１２９は待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１の出力がＨレベルのときだけ、スイッチング許可信号（Ｈレベル）を出力する。スイッチング開始用コンパレータ１１５は、フィードバック信号と定電圧源１１４の設定値とを比較する。
フィードバック信号が定電圧源１１４のスイッチング開始電圧設定値Ｖｔｈ（Ｈ）を越えると、スイッチング開始用コンパレータ１１５は待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１をセットする。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がセットされると、ＯＲゲート１２９はスイッチング許可信号（Ｈレベル）を出力し、スイッチングが許可される。

充電条件判別用コンパレータ１３１は、キャパシタ１３６の電圧とフィードバック信号とを比較する。フィードバック信号がキャパシタ１３６の電圧を越えると、充電条件判別用コンパレータ１３１はＨレベル信号を出力する。スイッチング許可信号出力直前においてキャパシタ１３６の電圧は０なので、充電条件判別用コンパレータ１３１はＨレベル信号を出力している。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がセットされると、ＡＮＤゲート１３７の出力がＨレベルとなる。ＡＮＤゲート１３７の出力がＨレベルとなると、定電流源１３４がキャパシタ１３６を定電流充電し、キャパシタ１３６の電圧は徐々に上昇する。

起動パルス生成回路１０４またはオンタイミング信号出力回路１０６からオン信号が出力されると、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がセットされる。スイッチング許可信号出力中にオンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がセットされると、駆動回路１０１は出力端子ａを介しスイッチングデバイス２をオンする。スイッチングデバイス２に電流が流れると、電流検出回路４から電流値に比例した電圧が入力端子ｄに入力される。待機モード用コンパレータ１２１は、キャパシタ１３６の電圧と入力端子ｄから入力される電流値信号とを比較する。電流値信号がキャパシタ１３６の電圧を越えると、待機モード用コンパレータ１２１はターンオフ信号（Ｈレベル）を出力する。

通常／待機切換信号出力回路１０７は、待機モード信号（Ｈレベル）を出力しているので、ＡＮＤゲート１２６の出力とＯＲゲート１２７の出力はＨレベルとなる。ＯＲゲート１２７の出力はＨレベルとなると、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５はリセットされる。オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がリセットされると、駆動回路１０１は出力端子ａを介しスイッチングデバイス２をオフする。
このように、徐々に上昇するキャパシタ１３６の電圧を設定値として利用して、励磁電流を徐々に増加させることにより、励磁電流の急激な増加を防止してトランスの励磁音を低減する。

放電条件判別用コンパレータ１３２は、キャパシタ１３６の電圧とフィードバック信号とを比較する。フィードバック信号がキャパシタ１３６の電圧より小さくなると、放電条件判別用コンパレータ１３２はＨレベル信号を出力する。放電条件判別用コンパレータ１３２がＨレベルとなると、定電流源１３５がキャパシタ１３６を定電流放電し、キャパシタ１３６の電圧は徐々に低下する。徐々に低下するキャパシタ１３６の電圧を設定値として利用して、励磁電流を徐々に減少させることにより、励磁電流の急激な減少を防止してトランスの励磁音を低減する。

スイッチング停止用コンパレータ１１３は、キャパシタ１３６の電圧を定電圧源１１２の設定値と比較する。キャパシタ１３６の電圧が定電圧源１１２で設定されるスイッチング停止電圧値Ｖｔｈ（Ｌ）以下になると、スイッチング停止用コンパレータ１１３は待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１をリセットする。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がリセットされると、ＯＲゲート１２９はスイッチング禁止信号（Ｌレベル）を出力し、スイッチングを禁止する。フィードバック信号がスイッチング開始信号Ｖｔｈ（Ｈ）を越え、待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がセットされるまで、スイッチングを休止する。

図３に待機モード動作中の出力電圧波形、フィードバック信号波形、キャパシタ１３６の電圧波形およびトランス６の励磁電流波形を示す。フィードバック信号の変動により、キャパシタ１３６の電圧が緩やかに変動するのが分かる。制御回路３は、キャパシタ１３６の電圧を用い電流ピーク値を制御するため、トランス６の励磁電流ピーク値も緩やかに変化する。制御回路３はバーストデューティと励磁電流ピーク値の両方を制御することで、出力電圧を所望の電圧値に安定化させている。制御回路３は待機モード動作時も、フィードバック信号に応じて励磁電流ピーク値を増加させ、通常時と同等のエネルギーを供給するようにする。
こうして、待機モード時に発生するトランス励磁音の低減機能と、待機モード時に想定以上の負荷が加わる場合も、出力電圧の低下を防止する機能を持たせることができる。

図４にこの発明の別の実施の形態を示す。図２との相違点は、放電条件判別用コンパレータ１３２の出力を通常／待機切換信号出力回路１０７に接続した点にあり、その他は図２と全く同じなので、以下では相違点について説明する。
起動時には、通常／待機切換信号出力回路１０７は待機モード信号（Ｈレベル）を出力する。スイッチング開始用コンパレータ１１５は、フィードバック信号と定電圧源１１４の設定値とを比較する。フィードバック信号が定電圧源１１４のスイッチング開始電圧設定値Ｖｔｈ（Ｈ）を越えると、スイッチング開始用コンパレータ１１５は待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１をセットする。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がセットされると、ＯＲゲート１２９はスイッチング許可信号（Ｈレベル）を出力し、スイッチングが許可される。

充電条件判別用コンパレータ１３１は、キャパシタ１３６の電圧とフィードバック信号とを比較する。フィードバック信号がキャパシタ１３６の電圧を越えると、充電条件判別用コンパレータ１３１はＨレベル信号を出力する。起動時においてキャパシタ１３６の電圧は０なので、充電条件判別用コンパレータ１３１はＨレベル信号を出力している。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がセットされると、ＡＮＤゲート１３７の出力がＨレベルとなる。ＡＮＤゲート１３７の出力がＨレベルとなると、定電流源１３４がキャパシタ１３６を定電流充電し、キャパシタ１３６の電圧は徐々に上昇する。

起動パルス生成回路１０４が起動パルスを出力し、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がセットされる。スイッチング許可信号出力中にオンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がセットされると、駆動回路１０１は出力端子ａを介しスイッチングデバイス２をオンする。スイッチングデバイス２に電流が流れると、電流検出回路４から電流値に比例した電圧が入力端子ｄに入力される。待機モード用コンパレータ１２１は、キャパシタ１３６の電圧と入力端子ｄから入力される電流値信号とを比較する。電流値信号がキャパシタ１３６の電圧を越えると、待機モード用コンパレータ１２１はターンオフ信号（Ｈレベル）を出力する。

通常／待機切換信号出力回路１０７は、待機モード信号（Ｈレベル）を出力しているので、ＡＮＤゲート１２６の出力とＯＲゲート１２７の出力はＨレベルとなる。ＯＲゲート１２７の出力はＨレベルとなると、オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５はリセットされる。オンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がリセットされると、駆動回路１０１は出力端子ａを介しスイッチングデバイス２をオフする。起動時において、徐々に上昇するキャパシタ１３６の電圧を電流設定値として利用して、励磁電流を徐々に増加させることにより、スイッチングデバイス２の過電流を防止する。

放電条件判別用コンパレータ１３２は、キャパシタ１３６の電圧とフィードバック信号とを比較する。フィードバック信号がキャパシタ１３６の電圧より小さくなると、放電条件判別用コンパレータ１３２はＨレベル信号を出力する。放電条件判別用コンパレータ１３２がＨレベルとなるタイミングで、通常／待機切換信号出力回路１０７は通常モード信号（Ｌレベル）を出力する。以降の通常モード動作と待機モード動作は、図２と同様になる。

図５に起動時の出力電圧波形、フィードバック信号波形、キャパシタ１３６の電圧波形およびトランス６の励磁電流波形を示す。制御回路３は、緩やかに上昇するキャパシタ１３６の電圧を用い電流ピーク値を制御するため、トランス６の励磁電流ピーク値も緩やかに増加する。
図４の回路によれば、起動時に発生するスイッチングデバイス２の過電流を防止する機能を持たせることができる。

図６にこの発明のさらに別の実施の形態を示す。図２との相違点は、待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１の出力と放電条件判別用コンパレータ１３２の出力を通常／待機切換信号出力回路１０７に接続した点、通常／待機切換信号出力回路１０７からスタート信号Ｃ（ｓｔａｒｔ）およびエンド信号Ｃ（ｅｎｄ）が出力される点、さらにＡＮＤゲート１４３，１４６、ＯＲゲート１４２，１４５、ＮＯＴゲート１４４，１４７などを追加した点である。

図６の動作について説明する。
待機モード時には、通常／待機切換信号出力回路１０７はスタート信号Ｃ（ｓｔａｒｔ）およびエンド信号Ｃ（ｅｎｄ）の出力をＬレベルに保つ。なお、この場合は図２と同じなので詳細は省略する。
次に、待機モード動作から通常モード動作への切り換わり動作について説明する。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がセットされるタイミングに、通常／待機切換信号出力回路１０７はスタート信号Ｃ（ｓｔａｒｔ）（Ｈレベル）を出力する。スタート信号Ｃ（ｓｔａｒｔ）が出力されると、ＯＲゲート１４２の出力とＡＮＤゲート１４３の出力はＨレベル、ＮＯＴゲート１４７の出力とＡＮＤゲート１４６の出力はＬレベルとなる。

ＡＮＤゲート１４３の出力がＨレベルとなると、キャパシタ１３６は定電流源１３４により定電流充電される。ＡＮＤゲート１４６の出力がＬレベルとなると、定電流源１３５からの放電動作を禁止する。定電流源１３４により定電流充電されるキャパシタ１３６の電圧は、徐々に上昇する。放電条件判別用コンパレータ１３２は、キャパシタ１３６の電圧とフィードバック信号とを比較する。キャパシタ１３６の電圧がフィードバック信号より大きくなると、放電条件判別用コンパレータ１３２の出力はＨレベルとなる。

放電条件判別用コンパレータ１３２の出力がＨレベルとなるタイミングで、通常／待機切換信号出力回路１０７は通常モード信号（Ｈレベル）を出力する。キャパシタ１３６の電圧とフィードバック信号が等しい状態でモードを切り換えるので、励磁電流の急激な変化が防止され、トランス励磁音が低減される。通常モード動作では、通常／待機切換信号出力回路１０７はスタート信号Ｃ（ｓｔａｒｔ）（Ｈレベル）を出力し続ける。キャパシタ１３６の電圧は定電圧源１３３で決まる充電電圧の上限値まで上昇し、一定値となる。通常モード時は、キャパシタ１３６の電圧に無関係なので、図２の動作と同じになる。

次に、通常モード動作から待機モード動作への切り換わり動作を説明する。
通常／待機切換信号出力回路１０７は、スタート信号Ｃ（ｓｔａｒｔ）をＬレベルとし、エンド信号Ｃ（ｅｎｄ）（Ｈレベル）を出力する。エンド信号Ｃ（ｅｎｄ）が出力されると、ＯＲゲート１４５の出力とＡＮＤゲート１４６の出力はＨレベル、ＮＯＴゲート１４４の出力とＡＮＤゲート１４３の出力はＬレベルとなる。ＡＮＤゲート１４６の出力がＨレベルとなると、定電流源１３５はキャパシタ１３６を定電流放電する。ＡＮＤゲート１４３の出力がＬレベルとなると、定電流源１３４からの充電動作を禁止する。定電流源１３５が定電流放電するため、キャパシタ１３６の電圧は徐々に低下する。

放電条件判別用コンパレータ１３２は、キャパシタ１３６の電圧をフィードバック信号と比較する。キャパシタ１３６の電圧がフィードバック信号より小さくなると、放電条件判別用コンパレータ１３２の出力がＬレベルとなる。放電条件判別用コンパレータ１３２の出力がＬレベルとなるタイミングで、通常／待機切換信号出力回路１０７はエンド信号Ｃ（ｅｎｄ）をＬレベルとし、待機モード信号（Ｈレベル）を出力する。キャパシタ１３６の電圧とフィードバック信号が等しい状態でモードを切り換えるので、励磁電流の急激な変化が防止され、トランス励磁音が低減される。

図７にモード切り換わり時の出力電圧波形、フィードバック信号波形、キャパシタ１３６の電圧波形、トランス６の励磁電流波形、スタート信号波形、エンド信号波形、および待機モード信号波形を示す。キャパシタ１３６の電圧は通常モードに切り換わるタイミングで上昇し、待機モードに切り換わるタイミングで減少する。キャパシタ１３６の電圧とフィードバック信号が等しい状態でモード切り換えるので、トランスの励磁電流ピーク値も緩やかに変化する。
図６の回路によれば、モード切り換わり時に発生するトランス励磁音を低減することが可能となる。

図８はこの発明の他の実施の形態を示す。図６とはＮＯＴゲート１２８とＯＲゲート１２９を削除し、定電圧源１５１と信号切換回路１５２，１５３を追加した点が異なるので、以下、この点を主として説明する。
待機モード時には、ＮＯＴゲート１２５はＬレベルの信号を出力するので、信号切換回路１５２は定電圧源１１４の電圧を出力し、信号切換回路１５３はキャパシタ１３６の電圧を出力する。よって、待機モード時の動作は図６と同じになるので、説明は省略する。

次に、通常モード時の動作を説明する。
このモードでは、ＮＯＴゲート１２５はＨレベル信号を出力しているので、信号切換回路１５２は定電圧源１５１の電圧を出力し、信号切換回路１５３はフィードバック信号を出力する。スイッチング開始用コンパレータ１１５は、フィードバック信号と定電圧源１５１の設定電圧とを比較する。定電圧源１５１で設定される第２のスイッチング開始電圧Ｖｔｈ（Ｈ２）は、スイッチング停止電圧Ｖｔｈ（Ｌ）を下回らない程度低い値に設定しておくものとする。

フィードバック信号が第２のスイッチング開始電圧Ｖｔｈ（Ｈ２）を越えると、スイッチング開始用コンパレータ１１５の出力はＨレベルとなる。スイッチング開始用コンパレータ１１５の出力がＨレベルとなると、待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１をセットする。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がセットされると、スイッチングが許可される。スイッチングが許可されオンオフ用ＲＳフリップフロップ１０５がセットされると、ＡＮＤゲート１０２の出力がＨレベルとなり、制御回路３はスイッチングデバイス２のスイッチングを開始する。スイッチングが許可されている期間の回路動作は、図６の場合と同じなので詳細は省略する。

軽負荷などで出力電圧が上昇すると、出力電圧フィードバック回路５はフィードバック信号を引き下げる。フィードバック信号がスイッチング停止電圧Ｖｔｈ（Ｌ）より小さくなると、スイッチング停止用コンパレータ１１３の出力はＨレベルとなる。スイッチング停止用コンパレータ１１３の出力がＨレベルとなると、待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１はリセットされる。待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１がリセットされると、スイッチングが禁止される。スイッチングが禁止されると、制御回路３はスイッチングデバイス２のスイッチングを休止させるので、出力電圧は低下する。これにより、通常モード動作時の出力過電圧を防止できる。出力電圧が低下し、フィードバック信号が第２のスイッチング開始電圧Ｖｔｈ（Ｈ２）を越えると、スイッチングが許可され制御回路３はスイッチングデバイス２のスイッチングを再開する。

通常モード動作から待機モード動作への切り換わりは、図６の場合と同じなので説明を省略する。同様に、待機モード動作から通常モード動作への切り換わりは、図６の場合と同じなので説明を省略する。
図９に通常モード軽負荷時の出力電圧波形、フィードバック信号波形、待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１の出力信号波形、およびトランス６の励磁電流波形を示す。フィードバック信号の低下で待機モード用ＲＳフリップフロップ１１１の出力をＬレベルとし、スイッチングを休止している様子が分かる。
図８の回路によれば、待機モード動作時にスイッチング期間とスイッチング休止期間を決める回路を用いることで、通常モード動作における軽負荷時の出力電圧の異常な上昇を防止することができる。

この発明の実施の形態を示す回路図図１の制御回路を示す詳細図図１の動作説明図この発明の他の実施の形態を示す回路図図４の動作説明図この発明のさらに他の実施の形態を示す回路図図６動作説明図この発明の別の実施の形態を示す回路図図８の動作説明図従来例を示す回路図図１０の制御回路を示す詳細図図１０の動作説明図

符号の説明

１…直流電源、２，２３…スイッチングデバイス、３…制御回路（駆動回路）、４…電流検出回路、５…出力電圧フィードバック回路、６…トランス、６ａ…トランス１次巻線、６ｂ…トランス２次巻線、６ｃ…トランス制御巻線、７…整流用ダイオード、８…整流用キャパシタ、９…負荷、１０…電流検出用抵抗、１１…電流制限用抵抗、１２…出力電圧検出回路、１３，１４，１６，１９，２０…抵抗、１５…シャントレギュレータ、１７，１３６…キャパシタ、１８ａ，１８ｂ…フォトカプラ、２１，２２…ダイオード、２４…休止期間回路、１０１…駆動回路、１０４…起動パルス生成回路、１０５…オンオフ用ＲＳフリップフロップ、１０６…オンタイミング信号出力回路、１０７…通常／待機切換信号出力回路、１１１…待機モード用ＲＳフリップフロップ、１１３…スイッチング停止用コンパレータ、１１５…スイッチング開始用コンパレータ、１２１…待機モード用コンパレータ、１２３…通常モード用コンパレータ、１３１…充電条件判別用コンパレータ、１３２…放電条件判別用コンパレータ、１５２，１５３…信号切換回路、１１７，１３４，１３５…定電流源、１１２，１１４，１１６，１２２，１３３，１５１…定電圧源、１０２，１０３，１２４，１３７，１４３，１４６…ＡＮＤゲート、１２５，１２８，１４４，１４７…ＮＯＴゲート、１２７，１２９，１４２…ＯＲゲート。

Claims

直流電源にトランスの１次巻線とスイッチングデバイスとの直列回路を並列接続し、前記スイッチングデバイスのオンオフにより前記トランスの２次巻線に発生する電圧を整流し平滑化することで、安定な直流出力電圧を得るスイッチング電源装置において、
前記直流出力電圧と基準電圧との誤差を増幅したフィードバック信号を用いて前記スイッチングデバイスのオン期間を調節することにより出力電圧を制御し、通常負荷の状態では連続的にスイッチング動作を行なう通常モードで動作し、軽負荷の状態ではスイッチング期間とスイッチング休止期間とを有する間欠スイッチング動作を行なう待機モードで動作し、前記トランスの励磁電流ピーク値を制限する第１の設定値を設け、前記待機モードのスイッチング期間の始めに、前記第１の設定値が前記フィードバック信号よりも小さい場合には、第１の設定値を優先して前記励磁電流ピーク値の指令値とし、第１の設定値を徐々に上昇させることを特徴とするスイッチング電源回路の制御方式。
前記トランスの励磁電流ピーク値を制限する第２の設定値を設け、前記待機モードのスイッチング期間の終わりに、前記第２の設定値が前記フィードバック信号よりも大きい場合には、第２の設定値を優先して前記励磁電流ピーク値の指令値とし、第２の設定値を徐々に低下させ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回路の制御方式。
前記スイッチング期間の始めと終わりに、それぞれ充電または放電されるコンデンサを設け、このコンデンサの充電時の両端電圧を前記第１の設定値、放電時の両端電圧を前記第２の設定値としてそれぞれ用いることを特徴とする請求項１また２に記載のスイッチング電源回路の制御方式。
前記コンデンサの両端電圧と前記フィードバック信号とを比較するコンパレータを設け、前記スイッチング期間において、コンデンサの両端電圧がフィードバック信号よりも小さい場合にはコンデンサを充電し、コンデンサの両端電圧がフィードバック信号よりも大きい場合にはコンデンサを放電することにより、コンデンサの両端電圧をフィードバック信号に緩やかに追従させ、コンデンサの両端電圧を前記励磁電流ピーク値の指令値として用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチング電源回路の制御方式。
前記第１の設定値を起動時には徐々に上昇させ、前記励磁電流ピーク値の指令値を徐々に増加させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスイッチング電源回路の制御方式。
前記通常モード動作と前記待機モード動作の相互の切り換わり時には、前記第１の設定値を徐々に上昇または下降させ、前記励磁電流ピーク値の指令値を徐々に増加または減少させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスイッチング電源回路の制御方式。
前記フィードバック信号の低下を検出する第３の設定値と、前記フィードバック信号の上昇を検出する第４の設定値とを設けるとともに、前記第４の設定値は前記第３の設定値よりも大きくし、フィードバック信号が第３の設定値を下回ってから第４の設定値を越えるまでの期間をスイッチング休止期間とし、フィードバック信号が第４の設定値を越えてから第３の設定値を下回るまでの期間をスイッチング期間とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のスイッチング電源回路の制御方式。
前記通常モード動作時に、前記第４の設定値を前記第３の設定値を下回らない程度近い値まで引き下げることを特徴とする請求項７に記載のスイッチング電源回路の制御方式。