JP6561484B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング電源装置に関する。

図６は、フライバック方式のスイッチング電源装置の一例の回路構成図である。スイッチング電源装置１００は、コンデンサＣｉと、電子回路１０１と、一次巻線Ｐ１、二次巻線Ｓ１及び補助巻線Ｐ２を有するトランスＴと、スイッチング素子Ｑを備える。また、スイッチング電源装置１００は、整流ダイオードＤ１及び出力コンデンサＣｏを含む第１整流平滑回路と、整流ダイオードＤ２及びコンデンサＣＶＣＣを含む第２整流平滑回路を備える。電子回路１０１は、スイッチング素子Ｑのオンオフ、すなわちスイッチング素子Ｑのスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路１０２と、起動回路１０３を備える。なお、スイッチング素子Ｑは、例えばＭＯＳＦＥＴでよい。

コンデンサＣｉは一次側電源に接続され、入力電圧Ｖｉを平滑してスイッチング電源装置１００に入力する。トランスＴの一次巻線Ｐ１の一端は、一次側電源に接続され入力電圧Ｖｉが印加される。起動回路１０３は、コンデンサＣｉの正極端子に接続されて入力電圧Ｖｉが印加されるとともに、トランスＴの一次巻線Ｐ１の一端とスイッチング制御回路１０２にも接続されている。一次巻線Ｐ１の他端と接地ラインとの間にはスイッチング素子Ｑが直列接続される。
また、トランスＴの補助巻線Ｐ２には、整流ダイオードＤ２を介してコンデンサＣＶＣＣが接続される。コンデンサＣＶＣＣは、補助巻線Ｐ２に生じる電圧によって充電され、コンデンサＣＶＣＣの端子電圧が電源電圧ＶＣＣとしてスイッチング制御回路１０２に供給される。

スイッチング制御回路１０２は、駆動信号Ｓｄをスイッチング素子Ｑへ出力し、スイッチング素子Ｑをオンオフさせる。スイッチング素子Ｑがオンすると入力電圧Ｖｉからの電力エネルギーがトランスＴに蓄積される。その後に、スイッチング素子ＱがオフするとトランスＴに蓄積した電力エネルギーが二次巻線Ｓ１から放出される。放出された電力エネルギーは、整流ダイオードＤ１および出力コンデンサＣｏによって整流及び平滑され、出力電圧Ｖｏが得られる。
起動回路１０３は、一次側電源である入力電圧Ｖｉによって動作し、スイッチング電源装置１００が起動されてから出力電圧Ｖｏが得られるまでの間、一次側電源により得られる電流をコンデンサＣＶＣＣに供給してコンデンサＣＶＣＣを充電する。起動回路１０３からコンデンサＣＶＣＣへ供給される電流を、以下「起動電流」と表記することがある。

図７の（ａ）〜図７の（ｃ）を参照して、スイッチング電源装置１００の動作を説明する。図７の（ａ）は電源電圧ＶＣＣのタイミングチャートであり、図７の（ｂ）は出力電圧Ｖｏのタイミングチャートであり、図７の（ｃ）は駆動信号Ｓｄのタイミングチャートである。
時刻ｔ１においてスイッチング電源装置１００が起動されると、起動回路１０３が起動電流をコンデンサＣＶＣＣに供給する。これにより、電源電圧ＶＣＣが上昇する。時刻ｔ２において電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮに至ると、スイッチング制御回路１０２は、起動電流の供給を停止させるとともに、駆動信号Ｓｄの出力を開始する。すなわち、スイッチング制御回路１０２は、スイッチング素子Ｑのスイッチング動作を開始する。これにより、出力電圧Ｖｏが上昇する。
なお、時刻ｔ２でスイッチング動作が開始した直後に電源電圧ＶＣＣが少し下がるのは、補助巻線Ｐ２から充分な電力が供給される前に駆動信号Ｓｄの出力を開始したスイッチング制御回路１０２がコンデンサＣＶＣＣのエネルギーを消費してしまうためである。

時刻ｔ３において過負荷又は負荷短絡による出力電圧Ｖｏの低下が生じた場合を想定する。補助巻線Ｐ２の電圧は出力電圧Ｖｏと比例するため、出力電圧Ｖｏが低下すると電源電圧ＶＣＣも低下する。時刻ｔ４において、電源電圧ＶＣＣが低電圧ロックアウト（UVLO:UnderVoltage LockOut）レベルＶＣＣＯＦＦまで低下すると、電子回路１０１はリセットされて初期化され初期動作（起動動作）が開始される。初期動作中は、スイッチング制御回路１０２は駆動信号Ｓｄの出力を停止する。これによりスイッチング素子Ｑのスイッチング動作が停止する。また、起動回路１０３は、電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮに至るまで起動電流を供給する。時刻ｔ５において電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮに至ると、スイッチング制御回路１０２は、起動電流の供給を停止させるとともにスイッチング素子Ｑのスイッチング動作を開始する。過負荷又は負荷短絡が継続していて出力電圧Ｖｏが低下したままなので、スイッチング動作を開始すると電源電圧ＶＣＣは低下し、時刻ｔ６において電源電圧ＶＣＣが低電圧ロックアウトレベルＶＣＣＯＦＦまで低下すると、電子回路１０１は再び初期化される。

スイッチング動作が停止している期間のスイッチング制御回路１０２の消費電流は無視できるほど小さいため、スイッチング動作が停止している停止時間Ｔｓｔｏｐは、次式（１）に示すようにコンデンサＣＶＣＣの容量に依存する。
Ｔｓｔｏｐ＝ＣＶＣＣ＊（ＶＣＣＯＮ−ＶＣＣＯＦＦ）／Ｉｓｔ … （１）
ここで、Ｉｓｔは起動電流を示す。図７の（ａ）に示すＶＨＯＮ及びＶＨＯＦＦは、初期動作以外の期間に起動回路１０３がコンデンサＣＶＣＣへの電流供給を開始及び停止する電源電圧ＶＣＣの値である。
なお、特許文献１には、起動電流をより小さい値に切り替えてスイッチング動作の停止時間を長くすることが記載されている。

特開２００８−５４４７８号公報

スイッチング動作の停止時間Ｔｓｔｏｐを確保することにより、過負荷又は負荷短絡が生じた際の負荷やスイッチング電源装置１００の部品の発熱を抑制することができる。しかしながら、停止時間Ｔｓｔｏｐは、コンデンサＣＶＣＣの容量によって制限される。
そこで本発明は、過負荷又は負荷短絡が生じた際のスイッチング動作の停止時間の設定の自由度を高めることを目的とする。

本発明の一態様によれば、トランスの一次巻線を介して電源に接続されるスイッチング素子と、トランスの補助巻線に生じる電圧により充電され、端子電圧が電源電圧として用いられる蓄電素子と、スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路と、電源から蓄電素子へトランスを介さずに電流を供給する電流供給回路と、電源電圧が第１電圧より低いことを検出すると、電流供給回路により電源電圧を第２電圧まで上昇させてスイッチング動作を開始させる初期動作制御回路と、第１電圧より高く第２電圧より低い第３電圧よりも電源電圧が低いことを検出すると、所定期間スイッチング動作を停止させるスイッチング抑制回路と、を備え、電流供給回路は、第１電圧より高い第４電圧よりも電源電圧が低くなると蓄電素子へ電流の供給を開始し、第３電圧は、第４電圧より低いことを特徴とするスイッチング電源装置が与えられる。

本発明の一態様によれば、過負荷又は負荷短絡が生じた際のスイッチング動作の停止時間の設定の自由度を高めることができる。

第１実施形態に係るスイッチング電源装置の一例の回路構成図である。 （ａ）〜（ｇ）は、図１に示すスイッチング電源装置の動作の一例の説明図である。 （ａ）〜（ｇ）は、図１に示すスイッチング電源装置の動作の他の一例の説明図である。 第２実施形態に係るスイッチング電源装置の一例の回路構成図である。 （ａ）〜（ｇ）は、図４に示すスイッチング電源装置の動作の一例の説明図である。 スイッチング電源装置の一例の回路構成図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図６に示すスイッチング電源装置の動作の説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
（構成）
図１を参照する。図６に示す構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付する。第１実施形態に係るスイッチング電源装置１は、電子回路１０を備える。スイッチング電源装置１は、例えばフライバック方式のＤＣ・ＤＣコンバータであってよく、電子回路１０は、例えば集積回路（IC: Integrated Circuit）でよい。なお、コンデンサＣＶＣＣは、特許請求の範囲に記載の蓄電素子の一例である。

電子回路１０は、スイッチング制御回路１１と、起動回路１２と、初期動作制御回路１３と、スイッチング抑制回路１４と、比較器１５と、論理和回路１６を備える。起動回路１２は、特許請求の範囲に記載の電源供給回路の一例である。
スイッチング制御回路１１の電源端子には、コンデンサＣＶＣＣの端子電圧が電源電圧ＶＣＣとして供給される。電圧ＶＣＣはまた、比較器１５,２０および３０にも入力されている。スイッチング制御回路１１は、スイッチング抑制回路１４からイネーブル信号Ｓｅを受信する。イネーブル信号Ｓｅは、スイッチング制御回路１１に駆動信号Ｓｄを出力させる論理信号である。

例えば図１に示す回路では、イネーブル信号ＳｅがＨレベルの場合に、スイッチング制御回路１１は駆動信号Ｓｄをスイッチング素子Ｑへ出力し、スイッチング素子Ｑをオンオフさせるスイッチング動作を行う。イネーブル信号ＳｅがＬレベルの場合に、スイッチング制御回路１１は駆動信号Ｓｄをスイッチング素子Ｑへ出力しない。すなわち、スイッチング制御回路１１はスイッチング素子Ｑのスイッチング動作を停止する。なお、スイッチング動作を停止しているときのスイッチング素子Ｑはオフ状態となっている。
なお、以下の説明において、スイッチング制御回路１１によるスイッチング素子Ｑのスイッチング動作を、単に「スイッチング動作」と表記することがある。

次に、起動回路１２は、コンデンサＣｉの正極端子に接続されて入力電圧Ｖｉが印加されるとともに、スイッチング制御回路１１の電源端子とトランスＴの一次巻線Ｐ１の一端に接続されている。起動回路１２は、一次側電源である入力電圧Ｖｉによって動作し、コンデンサＣＶＣＣを充電する電流を供給する。すなわち、起動回路１２は、一次側電源により得られる電流をコンデンサＣＶＣＣに供給する。起動回路１２からコンデンサＣＶＣＣへ供給される電流を、以下「起動電流」と表記することがある。これにより、コンデンサＣＶＣＣは、補助巻線Ｐ２に生じる電圧による充電の他に、起動回路１２によっても充電される。すなわち、起動回路１２は、一次側電源からコンデンサＣＶＣＣへ、トランスＴを介さずに電流を供給する。

スイッチング電源装置１００が起動されると、電子回路１０の初期動作期間において、起動回路１２は、電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮに達するまでコンデンサＣＶＣＣを充電する。コンデンサＣＶＣＣの充電によって電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮに達すると、起動回路１２による起動電流の供給が停止されるとともに、スイッチング制御回路１１がスイッチング動作を開始する。なお、第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１及び起動電圧ＶＣＣＯＮは、それぞれ特許請求の範囲に記載の第１電圧及び第２電圧の一例である。

起動回路１２は、比較器１５から出力される電流制御信号Ｓｃｃを受信する。電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮに達して初期動作が完了すると、以降の起動回路１２による起動電流の供給及び停止は、電流制御信号Ｓｃｃによって制御される。例えば図１に示す回路では、電流制御信号ＳｃｃがＬレベルの場合に起動回路１２は起動電流を供給し、電流制御信号ＳｃｃがＨレベルの場合に起動回路１２は起動電流を停止する。

初期動作制御回路１３は、電源電圧ＶＣＣが第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１よりも低いことを検出すると電子回路１０を初期化して初期動作を開始させる。上述の通り、電子回路１０の初期動作期間において起動回路１２により電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮまで上昇するまで、スイッチング動作が停止する。すなわち、初期動作制御回路１３は、電源電圧ＶＣＣが第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１よりも低いことを検出すると、起動回路１２により電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮまで上昇するまでスイッチング動作を停止させる。

初期動作制御回路１３は、比較器２０と、論理否定回路２１と、リセット回路２２を備える。比較器２０は、基準電圧としての第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１及び起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦと、電源電圧ＶＣＣとを比較するヒステリシスコンパレータである。比較器２０は、比較結果を示す論理信号Ｓ１を出力する。なお、実際は電源電圧ＶＣＣを分圧した電圧および、第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１及び起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦを電源電圧ＶＣＣと同じ比率で分圧した電圧が比較器２０に入力されるが、図を簡単にして理解しやすくするためにこれらを直接入力するものとしている。入力信号の分圧については、後述の比較器２０，３０およびリセット回路２２における電源電圧ＶＣＣの判定も同様である。

論理否定回路２１は、出力信号Ｓ１の論理反転信号をリセット信号Ｓｒとして出力する。リセット信号Ｓｒは、電子回路１０をリセットする論理信号である。
例えば図１に示す回路では、第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１及び起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦは、比較器２０の反転入力端子に入力され、電源電圧ＶＣＣは非反転入力端子に入力される。比較器２０は、ヒステリシス特性を有し、電源電圧ＶＣＣが低下して第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１より低くなると、比較器２０の出力信号Ｓ１はＬレベルになりリセット信号ＳｒはＨレベルになる。また、電源電圧ＶＣＣが上昇し起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦに至ると、比較器２０の出力信号Ｓ１はＨレベルになりリセット信号ＳｒはＬレベルになる。

リセット信号Ｓｒは、リセット回路２２及び論理和回路１６に入力される。リセット信号ＳｒがＨレベルになると、リセット回路２２は、電子回路１０をリセットし、電子回路１０の初期動作を開始させる。電子回路１０の初期動作期間において、起動回路１２は起動電流の供給を開始し、電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮに達するまでコンデンサＣＶＣＣを充電する。電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮに達すると、起動回路１２は起動電流を停止する。また、電子回路１０の初期動作期間においてスイッチング制御回路１１は、起動回路１２が電源電圧ＶＣＣを起動電圧ＶＣＣＯＮまで上昇させるまでスイッチング動作を停止する。スイッチング制御回路１１は、電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮまで上昇した後にスイッチング動作を開始する。

次に、比較器１５は、基準電圧としての起動電流オン電圧ＶＨＯＮ及び起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦと電源電圧ＶＣＣとを比較し、その比較結果を電流制御信号Ｓｃｃとして出力する。例えば図１に示す回路では、起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦ及び起動電流オン電圧ＶＨＯＮは、比較器１５の反転入力端子に入力され、電源電圧ＶＣＣは非反転入力端子に入力される。比較器１５は、ヒステリシス特性を有し、電源電圧ＶＣＣが低下して起動電流オン電圧ＶＨＯＮより低くなると、電流制御信号ＳｃｃはＬレベルになる。また、電源電圧ＶＣＣが上昇し起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦ以上に至ると、電流制御信号ＳｃｃはＨレベルになる。

起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦは、起動電圧ＶＣＣＯＮ以下であり、第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１より大きい。起動電流オン電圧ＶＨＯＮは、起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦより小さく、第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１より大きい。電流制御信号ＳｃｃがＬレベルである場合に起動回路１２は起動電流を供給する。また、電流制御信号ＳｃｃがＨレベルである場合に起動回路１２は起動電流を供給しない。

この結果、電源電圧ＶＣＣが低下して起動電流オン電圧ＶＨＯＮより低くなると起動回路１２は起動電流の供給を開始し、電源電圧ＶＣＣが上昇し起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦに至ると起動回路１２は起動電流を停止する。なお、起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦ及び起動電流オン電圧ＶＨＯＮは、特許請求の範囲に記載の第５電圧及び第４電圧の一例である。

次に、スイッチング抑制回路１４は、電源電圧ＶＣＣが第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２よりも低いことを検出すると、所定の指定停止時間Ｔｓの間スイッチング動作を停止させる。なお、第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２は、特許請求の範囲に記載の第３電圧の一例であり、第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１より高く起動電流オン電圧ＶＨＯＮより低い。指定停止時間Ｔｓは、特許請求の範囲に記載の所定期間の一例である。

なお、第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２は第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１より高ければ足りる。このため、第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２と第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１と間の差は比較的小さくてよい。例えば、第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２と第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１と間の差は、第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２と起動電流オン電圧ＶＨＯＮとの間の差や、起動電流オン電圧ＶＨＯＮとの起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦと間の差よりも小さくてよい。

スイッチング抑制回路１４は、比較器３０と、反転論理積回路３１と、ＲＳフリップフロップ３２と、論理否定回路３３と、検出回路３４を備える。
比較器３０は、基準電圧としての第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２及び起動電流オン電圧ＶＨＯＮと、電源電圧ＶＣＣとを比較して、比較結果を示す論理信号Ｓ２を出力するヒステリシスコンパレータである。例えば図１に示す回路では、第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２及び起動電流オン電圧ＶＨＯＮは、比較器３０の反転入力端子に入力され、電源電圧ＶＣＣは非反転入力端子に入力される。
比較器３０は、ヒステリシス特性を有し、電源電圧ＶＣＣが低下して第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２より低くなると、比較器３０の出力信号Ｓ２はＬレベルになる。また、電源電圧ＶＣＣが上昇し起動電流オン電圧ＶＨＯＮに至ると、出力信号Ｓ２はＨレベルになる。

反転論理積回路３１は、比較器３０の出力信号Ｓ２と保護信号Ｓｐとの論理積の論理反転信号を生成し、ＲＳフリップフロップ３２のセット端子Ｓに入力する。保護信号Ｓｐは、図示しない回路が過電流等の何らかの異常を検出したことを示す論理信号である。図１に示す例では、異常を検出しない場合には保護信号ＳｐをＨレベルにしておく。異常を検出しスイッチング動作を停止させる場合には、保護信号ＳｐをＬレベルにすることにより反転論理積回路３１の出力をＨレベルにする。同様に、比較器３０の出力信号Ｓ２がＬレベルの場合も反転論理積回路３１の出力がＨレベルになる。
反転論理積回路３１の出力がＨレベルになると、ＲＳフリップフロップ３２の出力ＱがＨレベルにセットされ、論理否定回路３３が生成する出力Ｑの論理反転信号であるイネーブル信号Ｓｅの値がＨレベルからＬレベルに変化する。この結果、スイッチング制御回路１１は駆動信号Ｓｄの出力を停止する。すなわちスイッチング制御回路１１が停止する。

出力Ｑは、検出回路３４の入力端子Ｉｎにも入力される。検出回路３４は、出力ＱがＨレベルに変化すると計時を開始し、出力ＱがＨレベルとなっている時間が指定停止時間Ｔｓに達したか否かを検出する。すなわち、検出回路３４は、スイッチング動作が停止してから指定停止時間Ｔｓが経過したか否かを検出する。検出回路３４は、例えば、指定停止時間Ｔｓの経過を検出するカウンタ回路やタイマ回路でよい。指定停止時間Ｔｓは、例えば８１０ｍｓであってよい。検出回路３４は、出力端子Ｏｕｔから復帰信号を出力する。この復帰信号は、検出回路３４が指定停止時間Ｔｓの経過を検出するとＬレベルからＨレベルに変化する。なお、検出回路３４は、入力端子Ｉｎに入力される信号がＬレベルになるとリセットされる。
論理和回路１６は、リセット信号Ｓｒと復帰信号との論理和信号を生成する。論理和信号は、ＲＳフリップフロップ３２のリセット端子Ｒ及び検出回路３４のリセット端子Ｒに入力される。

このため、検出回路３４が指定停止時間Ｔｓの経過を検出すると、ＲＳフリップフロップ３２のリセット端子Ｒに入力される信号がＨレベルになり、ＲＳフリップフロップ３２がリセットされる。この結果、イネーブル信号Ｓｅの値がＬレベルからＨレベルに変化してスイッチング動作が再開される。ＲＳフリップフロップ３２及び論理否定回路３３は、特許請求の範囲に記載の復帰回路の一例である。また、検出回路３４のリセット端子Ｒに入力される信号がＨレベルになると、検出回路３４がリセットされ復帰信号がＨレベルからＬレベルに戻る。
リセット信号ＳｒがＨレベルになり電子回路１０がリセットされる場合も、ＲＳフリップフロップ３２と検出回路３４がリセットされる。

このようにして、スイッチング抑制回路１４は、電源電圧ＶＣＣが第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２よりも低いことを検出して、指定停止時間Ｔｓの間スイッチング動作を停止させることができる。指定停止時間Ｔｓは、コンデンサＣＶＣＣの容量に関わらず検出回路３４に設定された測定時間によって決定される。このため、第１実施形態に係るスイッチング電源装置１によれば、過負荷又は負荷短絡が生じた際のスイッチング動作の停止時間の設定の自由度を高めることができる。また、コンデンサＣＶＣＣの設計の自由度を高めることができる。

（動作）
次に、図２の（ａ）〜図２の（ｇ）を参照して、第１実施形態に係るスイッチング電源装置１の動作の一例を説明する。図２の（ａ）は電源電圧ＶＣＣのタイミングチャートであり、図２の（ｂ）は比較器３０の出力信号Ｓ２のタイミングチャートであり、図２の（ｃ）は電流制御信号Ｓｃｃのタイミングチャートである。図２の（ｄ）は比較器２０の出力信号Ｓ１のタイミングチャートであり、図２の（ｅ）はリセット信号Ｓｒのタイミングチャートである。図２の（ｆ）は出力電圧Ｖｏのタイミングチャートであり、図２の（ｇ）は駆動信号Ｓｄのタイミングチャートである。

時刻ｔ１においてスイッチング電源装置１が起動されると、初期動作制御回路１３により電子回路１０の初期動作が開始され、起動回路１２がコンデンサＣＶＣＣへの起動電流の供給を開始する。これにより、電源電圧ＶＣＣが上昇する。初期動作中はリセット回路２２により電子回路１０の他の回路の動作は無効にされるので、図２の（ｂ）〜図２の（ｇ）に示す信号は時刻ｔ２まで変化しない。時刻ｔ２において電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮに至ると、初期動作制御回路１３は電子回路１０の初期動作を終了させ、スイッチング制御回路１１がスイッチング動作を開始する。これにより出力電圧Ｖｏが上昇する。また、起動回路１２は起動電流の供給を停止する。

なお、時刻ｔ２でスイッチング動作が開始した直後に電源電圧ＶＣＣが少し下がるのは、補助巻線Ｐ２から充分な電力が供給される前に駆動信号Ｓｄの出力を開始したスイッチング制御回路１１がコンデンサＣＶＣＣのエネルギーを消費してしまうためである。
時刻ｔ３において過負荷又は負荷短絡により出力電圧Ｖｏが低下すると、電源電圧ＶＣＣが低下する。電源電圧ＶＣＣが起動電流オン電圧ＶＨＯＮより低くなると、比較器１５の出力である電流制御信号ＳｃｃがＬレベルになり、起動回路１２は起動電流の供給を開始する。

時刻ｔ４において、電源電圧ＶＣＣが第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２よりも低くなると、比較器３０の出力信号Ｓ２がＬレベルになり、ＲＳフリップフロップ３２の出力ＱがＨレベルに変化する。この結果、スイッチング抑制回路１４から出力されるイネーブル信号Ｓｅの値がＨレベルからＬレベルに変化してスイッチング動作が停止する。起動電流が供給されスイッチング動作が停止しているので電源電圧ＶＣＣが上昇しはじめる。

電源電圧ＶＣＣが起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦに至ると、比較器１５の出力である電流制御信号ＳｃｃがＨレベルになり起動電流が停止する。すると、スイッチング動作が停止されているので、補助巻線Ｐ２からの電力供給がない状態で電子回路１０がコンデンサＣＶＣＣのエネルギーを消費してしまう（スイッチング動作はしていなくともいくらかのエネルギーは消費する）ことになり、電源電圧ＶＣＣは低下する。

その後、電源電圧ＶＣＣが起動電流オン電圧ＶＨＯＮより低くなるまで起動電流が供給されないため、電源電圧ＶＣＣは、起動電流オン電圧ＶＨＯＮから起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦまでの範囲内で変化する。すなわち比較器１５は、電源電圧ＶＣＣが起動電流オン電圧ＶＨＯＮより低くなると起動電流の供給を起動回路１２に開始させ、電源電圧ＶＣＣが起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦに至ると起動電流の供給を停止させる動作を反復する。このように比較器１５は、スイッチング抑制回路１４がスイッチング動作を停止する間、起動電流の供給を制御して、第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１より高い上記範囲内に電源電圧ＶＣＣを維持する電流制御回路として動作する。従い、リセット信号ＳｒはＬレベルを保っている。
時刻ｔ５においてスイッチング動作の停止から指定停止時間Ｔｓが経過すると、検出回路３４が指定停止時間Ｔｓの経過を検出する。すると、ＲＳフリップフロップ３２がリセットされて出力ＱがＬレベルに変化する。この結果、イネーブル信号Ｓｅの値がＬレベルからＨレベルに変化し、スイッチング動作が再開する。

このように、スイッチング動作を再開するか否かは、予め設定された指定停止時間Ｔｓの経過の検出に基づいて判断される。例えば、図２の（ａ）及び図２の（ｇ）から分かるように、電源電圧ＶＣＣが、起動電流オン電圧ＶＨＯＮから起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦまでの範囲の何れの値であっても、指定停止時間Ｔｓが経過した時点でスイッチング動作が再開する。すなわち、電源電圧ＶＣＣの状態と関係なくスイッチング動作が再開する。このため、コンデンサＣＶＣＣに関係なく指定停止時間Ｔｓを設定することができる。

指定停止時間Ｔｓが経過した時点で過負荷状態又は負荷短絡状態が継続している場合を想定する。スイッチング動作が再開されるとスイッチング抑制回路１４の消費電流が大きくなるので電源電圧ＶＣＣは再び起動電流オン電圧ＶＨＯＮ以下に低下する。時刻ｔ６において電源電圧ＶＣＣが第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２よりも低くなると、イネーブル信号Ｓｅの値がＨレベルからＬレベルに変化しスイッチング動作が停止する。

次に、図３の（ａ）〜図３の（ｇ）を参照して、第１実施形態に係るスイッチング電源装置１の動作の他の一例を説明する。図３の（ａ）は電源電圧ＶＣＣのタイミングチャートであり、図３の（ｂ）は比較器３０の出力信号Ｓ２のタイミングチャートであり、図３の（ｃ）は電流制御信号Ｓｃｃのタイミングチャートである。図３の（ｄ）は比較器２０の出力信号Ｓ１のタイミングチャートであり、図３の（ｅ）はリセット信号Ｓｒのタイミングチャートである。図３の（ｆ）は出力電圧Ｖｏのタイミングチャートであり、図３の（ｇ）は駆動信号Ｓｄのタイミングチャートである。

時刻ｔ１〜ｔ４における動作は、図２の（ａ）〜図２の（ｇ）を参照して説明した動作と同様である。図３の（ａ）〜図３の（ｇ）における動作例では、時刻ｔ５において過負荷状態又は負荷短絡状態が解消した場合を想定する。時刻ｔ６においてスイッチング動作の停止から指定停止時間Ｔｓが経過すると、スイッチング動作が再開する。すると、出力電圧Ｖｏが上昇して電源電圧ＶＣＣが上昇する。出力電圧Ｖｏが定格出力に至ると、電源電圧ＶＣＣは過負荷又は負荷短絡が発生する前の値まで回復する。

なお、図２の（ａ）及び図３の（ａ）に示すとおり、第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２は起動電流オン電圧ＶＨＯＮよりも低い値に設定してよい。第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２が起動電流オン電圧ＶＨＯＮより高いと、指定停止時間Ｔｓが経過した時点で電源電圧ＶＣＣが第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２より低いおそれがある。この場合には、スイッチング動作が再度停止するため、指定停止時間Ｔｓが経過してもスイッチングが再開しなくなる。第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２を起動電流オン電圧ＶＨＯＮよりも低い値に設定することによって、指定停止時間Ｔｓを適正に設定することが可能となる。

第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２が起動電流オン電圧ＶＨＯＮよりも低い値に設定されている場合には、起動回路１２が供給する起動電流をスイッチング動作中の電子回路１０の消費電流より小さくして、補助巻線Ｐ２からコンデンサＣＶＣＣに電流が供給されない状態でスイッチング動作を行うと電源電圧ＶＣＣが低下するように設定してよい。スイッチング動作中に電源電圧ＶＣＣが低下しないと、電源電圧ＶＣＣが起動電流オン電圧ＶＨＯＮより小さくならないためスイッチング抑制回路１４はスイッチング動作を停止しないからである。

なお、電源電圧ＶＣＣが低下して第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１より低くなった場合における、電子回路１０の初期化およびその後の初期動作について説明する。図３の（ａ）〜図３の（ｇ）を参照する。時刻ｔ７において、例えば入力電圧Ｖｉの低下により、電源電圧ＶＣＣが低下した場合を想定する。
時刻ｔ８において、電源電圧ＶＣＣが第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２よりも低くなると、イネーブル信号Ｓｅの値がＨレベルからＬレベルに変化しスイッチング動作が停止する。時刻ｔ９において、電源電圧ＶＣＣが第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１よりも低くなると、比較器２０の出力信号Ｓ１がＬレベルになる。このため、リセット信号ＳｒがＨレベルになり、電子回路１０が初期化される。このためスイッチング動作の停止が維持される。

その後に入力電圧Ｖｉが回復した場合を想定する。電子回路１０の初期動作として起動回路１２は起動電流の供給を開始する。スイッチング動作が停止しているため電源電圧ＶＣＣは上昇する。時刻ｔ１０において電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮに至ると、初期動作制御回路１３が起動回路１２の起動電流を停止させて電子回路１０の初期動作が終了し、スイッチング動作が再開する。また、その後、スイッチング動作によって出力電圧Ｖｏは定格出力まで回復し、電源電圧ＶＣＣは入力電圧Ｖｉの低下前の値まで回復する。

（第１実施形態の効果）
（１）第１実施形態に係るスイッチング電源装置１は、電源電圧ＶＣＣが第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２よりも低いことを検出すると、指定停止時間Ｔｓの間スイッチング動作を停止させるスイッチング抑制回路１４を備える。この結果、コンデンサＣＶＣＣの容量とは関係なく、指定停止時間Ｔｓを設定することができる。このため、過負荷又は負荷短絡が生じた際のスイッチング動作の停止時間の設定の自由度を高めることができ、停止時間の設定が容易になる。また、停止時間と関係なくコンデンサＣＶＣＣの容量を設定することができるので、コンデンサＣＶＣＣの容量の設計の自由度を高めることができる。

スイッチング動作の停止時間がコンデンサＣＶＣＣの容量に依存する場合、停止時間を確保するにはコンデンサＣＶＣＣの容量を大きくする必要がある。この場合には、スイッチング電源装置の起動時間が長くなる、コンデンサＣＶＣＣのコストが増える、スイッチング電源装置が大型化する等の問題点がある。第１実施形態に係るスイッチング電源装置１によればこれらの問題を解消することができる。
また、特許文献１に記載のスイッチング電源装置は、高電圧デバイスで起動電流を切り替える必要がある。このためチップ面積及びコストが増加する問題がある。また、停止時間が、起動電流で充電されるコンデンサの容量に依存するので、コンデンサの設計の自由度が低下する。第１実施形態に係るスイッチング電源装置１によればこれらの問題を回避することができる。

（２）スイッチング抑制回路１４は、指定停止時間Ｔｓが経過したか否かを検出する検出回路３４と、指定停止時間Ｔｓの経過が検出された後にスイッチング動作を再開させるＲＳフリップフロップ３２及び論理否定回路３３を備える。このため、指定停止時間Ｔｓが経過した時点でスイッチング動作を再開させることができる。
（３）起動回路１２は、スイッチング動作が停止している指定停止時間Ｔｓにおいて、起動電圧ＶＣＣＯＮ以下の起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦまで電源電圧ＶＣＣが上昇すると起動電流の供給を停止する。ＲＳフリップフロップ３２及び論理否定回路３３は、電源電圧ＶＣＣが起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦより低くても、指定停止時間Ｔｓの経過後にスイッチング動作を再開させる。このため、予め設定された指定停止時間Ｔｓが経過した時点で、電源電圧ＶＣＣの状態とは無関係にスイッチング動作を再開することができる。

（４）起動回路１２は、電源電圧ＶＣＣが起動電流オン電圧ＶＨＯＮよりも低くなると起動電流を供給する。また、起動電流オン電圧ＶＨＯＮは第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１より高い。このため、過負荷又は負荷短絡が生じた際に電源電圧ＶＣＣが第１閾値ＶＣＣＯＦＦ１まで低下するのを防止できる。この結果、電子回路１０の初期化後に開始するスイッチング動作を防止できるので、スイッチング動作の停止時間を指定停止時間Ｔｓより短くならないようにすることができる。

（第２実施形態）
（構成）
次に、第２実施形態に係るスイッチング電源装置１を説明する。第２実施形態では、指定停止時間Ｔｓの経過が検出された時点で電源電圧ＶＣＣが所定電圧未満である場合、スイッチング抑制回路１４は、電源電圧ＶＣＣがこの所定電圧まで上昇した後にスイッチング動作を再開させる。所定電圧は、例えば起動電圧ＶＣＣＯＮであってもよく、起動電流オン電圧ＶＨＯＮより大きく起動電圧ＶＣＣＯＮ以下の範囲内の任意の値であってもよい。例えば、所定電圧は起動電流オフ電圧ＶＨＯＦＦであってもよい。

以下、図４を参照して、所定電圧が起動電圧ＶＣＣＯＮである例を説明する。図１に示す構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付する。指定停止時間Ｔｓの経過後に電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮまで上昇してからスイッチング動作を再開させるために、スイッチング抑制回路１４は、指定停止時間Ｔｓの経過後に電子回路１０の初期動作を開始させる。

スイッチング抑制回路１４は論理和回路１６を含み、論理和回路１６が生成する論理和信号をリセット信号Ｓｒとしてリセット回路２２に入力する。この論理和信号は、検出回路３４が出力する復帰信号と論理否定回路２１の出力との論理和信号である。このため、検出回路３４が指定停止時間Ｔｓの経過を検出するとリセット信号ＳｒがＨレベルになり、電子回路１０が初期化される。
この結果、スイッチング制御回路１１は、電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮまで上昇してからスイッチング動作を再開する。指定停止時間Ｔｓの経過後に電子回路１０を初期化する論理和回路１６は、特許請求の範囲に記載の復帰回路の一例である。

（動作）
次に、図５の（ａ）〜図５の（ｇ）を参照して、第２実施形態に係るスイッチング電源装置１の動作の一例を説明する。図５の（ａ）は電源電圧ＶＣＣのタイミングチャートであり、図５の（ｂ）は比較器３０の出力信号Ｓ２のタイミングチャートであり、図５の（ｃ）は電流制御信号Ｓｃｃのタイミングチャートである。図５の（ｄ）は比較器２０の出力信号Ｓ１のタイミングチャートであり、図５の（ｅ）はリセット信号Ｓｒのタイミングチャートである。図５の（ｆ）は出力電圧Ｖｏのタイミングチャートであり、図５の（ｇ）は駆動信号Ｓｄのタイミングチャートである。

時刻ｔ１〜ｔ４における動作は、図２の（ａ）〜図２の（ｇ）を参照して説明した動作と同様である。時刻ｔ５においてスイッチング動作の停止から指定停止時間Ｔｓが経過すると、検出回路３４が指定停止時間Ｔｓの経過を検出し、復帰信号がＨレベルに変化する。するとリセット信号ＳｒがＨレベルになって電子回路１０が初期化される。このため、スイッチング動作の停止が維持される。電子回路１０が初期化されて初期動作が開始することにより起動電流がコンデンサＣＶＣＣに供給される。この結果、電源電圧ＶＣＣが上昇する。時刻ｔ６において電源電圧ＶＣＣは起動電圧ＶＣＣＯＮに至る。

電子回路１０の初期化後の起動時間である時刻ｔ５〜ｔ６の間、スイッチング動作の停止が維持される。時刻ｔ６において初期化が完了した後、すなわち、電源電圧ＶＣＣが起動電圧ＶＣＣＯＮまで上昇した後にスイッチング動作が再開される。
過負荷状態又は負荷短絡状態が継続していれば、スイッチング動作の再開によって電源電圧ＶＣＣは再び低下する。時刻ｔ７において、電源電圧ＶＣＣが第２閾値ＶＣＣＯＦＦ２に達すると、イネーブル信号Ｓｅの値がＨレベルからＬレベルに変化しスイッチング動作が停止する。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態に係るスイッチング電源装置１は、指定停止時間Ｔｓの経過が検出された後に電源電圧ＶＣＣが所定電圧まで上昇してから、スイッチング抑制回路１４がスイッチング動作を再開させる。このため、指定停止時間Ｔｓの経過時の電源電圧ＶＣＣが低くても、低い電源電圧ＶＣＣでスイッチング動作が再開するのを防止できる。
なお、上記の各実施形態は例示の回路構成を説明するものであり、本発明に係るスイッチング電源装置は、上記回路構成を持つ回路に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態に示された各論理信号の値として正論理又は負論理の何れを使用するかは適宜変更可能であり、本発明は、実施形態に示された例示に制限されるものではない。

１，１００…スイッチング電源装置、１０，１０１…電子回路、１１，１０２…スイッチング制御回路、１２，１０３…起動回路、１３…初期動作制御回路、１４…スイッチング抑制回路、１５，２０，３０…比較器、３１…反転論理積回路、１６…論理和回路、２１，３３…論理否定回路、２２…リセット回路、３２…ＲＳフリップフロップ、３４…検出回路、Ｃｉ，ＣＶＣＣ…コンデンサ、Ｃｏ…出力コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２…整流ダイオード、Ｐ１…一次巻線、Ｐ２…補助巻線、Ｑ…スイッチング素子、Ｓ１…二次巻線、Ｔ…トランス

Claims (5)

1. トランスの一次巻線を介して電源に接続されるスイッチング素子と、
   前記トランスの補助巻線に生じる電圧により充電され、端子電圧が電源電圧として用いられる蓄電素子と、
   前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路と、
   前記電源から前記蓄電素子へ前記トランスを介さずに電流を供給する電流供給回路と、
   前記電源電圧が第１電圧より低いことを検出すると、前記電流供給回路により前記電源電圧を第２電圧まで上昇させて前記スイッチング動作を開始させる初期動作制御回路と、
   前記第１電圧より高く前記第２電圧より低い第３電圧よりも前記電源電圧が低いことを検出すると、所定期間前記スイッチング動作を停止させるスイッチング抑制回路と、
   を備え、
   前記電流供給回路は、前記第１電圧より高い第４電圧よりも前記電源電圧が低くなると前記蓄電素子へ電流の供給を開始し、
   前記第３電圧は、前記第４電圧より低いことを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記スイッチング抑制回路は、
   前記所定期間が経過したか否かを検出する検出回路と、
   前記所定期間の経過が検出された後に前記スイッチング動作を再開させる復帰回路と、
   を備え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。
3. 前記電流供給回路は、前記電流供給回路により前記電源電圧が前記第２電圧まで上昇すると前記蓄電素子への電流の供給を停止し、その後に前記第１電圧より高い前記第４電圧よりも前記電源電圧が低くなると前記蓄電素子へ電流の供給を開始し、前記第２電圧以下の第５電圧まで前記電源電圧が上昇すると前記蓄電素子への電流の供給を停止することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
4. 前記復帰回路は、前記電源電圧が前記第５電圧より低くても、前記所定期間の経過後に前記スイッチング動作を再開させることを特徴とする請求項３に記載のスイッチング電源装置。
5. 前記所定期間の経過が検出された時点で前記電源電圧が所定電圧未満である場合、前記復帰回路は、前記電源電圧が前記所定電圧まで上昇した後に前記スイッチング動作を再開させ、
   前記所定電圧は、前記第４電圧より大きく前記第２電圧以下である、
   ことを特徴とする請求項３に記載のスイッチング電源装置。

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