JP2012152070A - 制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源のクロスレギュレーション特性等を改善する制御回路を提供する。
【解決手段】電力補給部１１０が制御出力回路２０からの電力供給を受け、電力補給部により非制御出力回路３０に電力が補給的に供給され、電圧比較制御部１２０により、電力補給部と非制御出力回路との接続点の接続点電圧と非制御電圧とが比較され、接続点電圧が非制御電圧以上である場合に電力補給部と非制御出力回路とが導通させられ、接続点電圧が非制御電圧より小さい場合に電力補給部と非制御出力回路とが開放させられる。したがって、接続点電圧が非制御電圧以上になると、電力補給部と非制御出力回路とが導通させられて制御出力回路から非制御出力回路に電力を補給的に供給され、非制御出力回路の出力電圧低下が防止される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スイッチング電源のクロスレギュレーション特性を改善する制御回路に関する。

デジタル機器用電源等の分野では、電流共振型スイッチング電源やフライバック型スイッチング電源等が多く用いられる。このようなスイッチング電源では、複数の負荷に電力供給するために、多出力型構成とすることが多い。

このような多出力型構成のスイッチング電源では、複数の負荷がそれぞれ変動した場合の各出力電圧安定性（以下、クロスレギュレーション特性とする。）が重要視される。このクロスレギュレーション特性を向上させるために、出力端子にダミー抵抗やレギュレータを付加する等の対策が施されることが多い。しかし、これらの対策は、スイッチング電源の高効率化、小型化および低コスト化を図る上で障害になってしまう。

このような障害を改善する方法として、特許文献１の図１に開示されているようなスイッチング電源装置が挙げられる。このスイッチング電源装置は、負荷を多出力型構成とした、いわゆる絶縁型フォワードコンバータである。このスイッチング電源装置は、２次側に設けられた複数の整流平滑回路内の１つの整流平滑回路を除く１以上の整流平滑回路内の整流素子に並列に接続された１以上のスイッチング素子を有するものであり、主スイッチのオンオフに同期して各々のスイッチング素子をオンオフさせるものである。

特許文献１では、当該スイッチング電源装置によれば、トランスの２次巻線間のリーケージインダクタンス、２次側配線のインダクタンス等により発生する多出力電源のクロスレギュレーション特性を改善でき、軽負荷時に、リアクトルの電流を不連続とし且つスイッチング周波数を低下させるため、軽負荷時の効率が改善されるといったことが示されている。
特開２００７−２６７４５０号公報

しかしながら、特許文献１の図１に開示されているスイッチング電源装置では、トランスのコアの形状と巻線を特殊な構成にする必要があるため、トランス自体が高価となり低コスト化の妨げとなるといった短所がある。また、このスイッチング電源装置では、一般的なトランスを使用することができないため、応用可能なスイッチング電源方式が限定されるといった短所もある。

本発明は、特殊な構成のトランスを使用等することなく、スイッチング電源のクロスレギュレーション特性を改善し、高効率化、小型化および低コスト化を満足する制御回路を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は次のように構成する。請求項１に記載の発明は、予め定められた第１設定電圧に定電圧フィードバック制御される制御出力回路と、第１設定電圧よりも低い非制御電圧を出力する非制御出力回路と、を備えたスイッチング電源に設けられる制御回路に於いて、制御出力回路と非制御出力回路との間に挿入接続され、制御出力回路からの電力供給を受け、非制御出力回路に電力を補給的に供給する電力補給部と、電力補給部と非制御出力回路との間に挿入接続され、電力補給部と非制御出力回路との接続点の接続点電圧と非制御電圧とを比較して、接続点電圧が非制御電圧より大きい場合に電力補給部と非制御出力回路とを導通させ、接続点電圧が非制御電圧以下の場合に電力補給部と非制御出力回路とを開放する電圧比較制御部と、を備えたことを特徴とする制御回路を対象とする。

請求項１に記載の発明にあっては、電力補給部が制御出力回路からの電力供給を受け、電圧比較制御部により、電力補給部と非制御出力回路との接続点の接続点電圧と非制御電圧とが比較され、接続点電圧が非制御電圧より大きい場合に電力補給部と非制御出力回路とが導通させられ、電力補給部により非制御出力回路に電力が補給的に供給される。また、接続点電圧が非制御電圧以下の場合には、電力補給部と非制御出力回路とが開放させられ、電力補給部による非制御出力回路に電力が補給的に供給されなくなる。そのため、制御出力回路の負荷が無負荷で非制御出力回路の負荷が増加する等して非制御電圧が下がり、接続点電圧が非制御電圧より大きくなると、電力補給部と非制御出力回路とが導通させられる。その結果、制御回路から非制御出力回路に電力が補給的に供給され、非制御出力回路の出力電圧低下が防止される。また、接続点電圧が非制御電圧以下の場合に電力補給部と非制御出力回路とが開放させられることにより、制御回路での損失発生が防止される。

請求項２に記載の発明にあっては、電圧比較制御部が、非制御電圧を第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御することを特徴とする制御回路を対象とする。

請求項２に記載の発明にあっては、電圧比較制御部により、非制御電圧が第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御される。

請求項３に記載の発明にあっては、制御電圧は、スイッチング電源の負荷電流の大きさが予め定められた第１設定電流以下になった場合に、第１設定電圧よりも低く、且つ、第２設定電圧よりも高い値に定電圧フィードバック制御されることを特徴とする制御回路を対象とする。

請求項３に記載の発明にあっては、スイッチング電源の負荷電流の大きさが予め定められた第１設定電流以下になった場合に、制御電圧が、第１設定電圧よりも低く、且つ、第２設定電圧よりも高い値に定電圧フィードバック制御される。

請求項４に記載の発明は、電圧比較制御部は、接続点電圧と非制御電圧とを比較する比較器と、比較器による接続点電圧と非制御電圧との比較に基づいて、電力補給部と非制御出力回路とを導通または開放する回路間スイッチと、を備えたことを特徴とする制御回路を対象とする。

請求項４に記載の発明にあっては、電圧比較制御部の比較器により接続点電圧と非制御電圧とが比較され、この比較に基づいて、電圧比較制御部の回路間スイッチにより、電力補給部と非制御出力回路とが導通または開放され、非制御電圧が第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御される。このような構成にする場合にあっては、接続点電圧が略非制御電圧に近似し且つ非制御電圧を超えない値になるように電力補給部を設計しておくことにより、回路間スイッチが常時導通せず、接続点電圧が非制御電圧より大きくなったタイミングでのみ回路間スイッチが導通するようになり、回路間スイッチの損失は可能な限り抑制される。仮に、接続点電圧を非制御電圧以上に設計してしまうと、回路間スイッチが常時導通してしまうため、回路間スイッチの損失が常時発生してしまう。そのため、請求項４に記載の発明にあっては、接続点電圧が略非制御電圧に近似し且つ非制御電圧を超えない値になるように電力補給部を設計しておくことが望ましい。

請求項５に記載の発明にあっては、電圧比較制御部は、比較器に接続され、接続点電圧又は非制御電圧を所定電圧にオフセットする定電圧源を有することを特徴とする制御回路を対象とする。

請求項５に記載の発明にあっては、定電圧源が接続点電圧又は非制御電圧を所定電圧にオフセットさせた状態で比較器が接続点電圧又は非制御電圧を比較する。このような構成にする場合にあっては、接続点電圧が略非制御電圧に近似し且つ非制御電圧を超えない値になるように電力補給部を設計しておかなくても、回路間スイッチが常時導通しなくなり、例えば、接続点電圧が非制御電圧に所定電位だけオフセットされた電圧より大きくなったタイミングでのみ回路間スイッチが導通するようになり、回路間スイッチの損失は可能な限り抑制される。

請求項６に記載の発明にあっては、電圧比較制御部は、所定の順方向電圧に設定されたダイオード、または、所定の逆方向電圧に設定された定電圧ダイオードを含むことを特徴とする制御回路を対象とする。

請求項６に記載の本発明にあっては、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、ダイオードの所定の順方向電圧より大きい場合、または、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、定電圧ダイオードの所定の逆方向電圧より大きい場合に、電力補給部と非制御出力回路とが導通され、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、ダイオードの所定の順方向電圧以下の場合、または、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、定電圧ダイオードの所定の逆方向電圧以下の場合に、電力補給部と非制御出力回路とが開放され、非制御電圧が第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御される。

請求項１に記載の発明によれば、電力補給部が制御出力回路からの電力供給を受け、電圧比較制御部により、電力補給部と非制御出力回路との接続点の接続点電圧と非制御電圧とが比較され、接続点電圧が非制御電圧より大きい場合に電力補給部と非制御出力回路とが導通させられ、電力補給部により非制御出力回路に電力が補給的に供給される。また、接続点電圧が非制御電圧以下の場合には、電力補給部と非制御出力回路とが開放させられ、電力補給部による非制御出力回路に電力が補給的に供給されなくなる。そのため、制御出力回路の負荷が無負荷で非制御出力回路の負荷が増加する等して、非制御電圧が下がることで、接続点電圧が非制御電圧より大きくなると、電力補給部と非制御出力回路とが導通させられて電力補給部から非制御出力回路に電力が補給的に供給され、非制御出力回路の出力電圧低下が防止される。また、接続点電圧が非制御電圧以下の場合には、電力補給部と非制御出力回路とが開放させられ、制御回路での損失発生が防止されつつ、非制御出力回路には非制御出力巻線から電力が伝達される。そのため、トランスのコアの形状と巻線を特殊な構成にする必要がなく、一般的なトランスを使用した様々な方式のスイッチング電源で、クロスレギュレーション特性を改善し、高効率化、小型化および低コスト化を満足する制御回路を提供することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、電圧比較制御部により、非制御電圧が第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御されるため、スイッチング電源の出力負荷が変動し非制御出力回路の出力電圧が低下し易くなる条件になっても、非制御出力回路の出力電圧が第２設定電圧よりも更に低下することが防止され、非制御出力回路の負荷に対して安定して電力を供給できる。

請求項３に記載の発明によれば、スイッチング電源の負荷電流の大きさが予め定められた第１設定電流以下になった場合に、制御電圧が、第１設定電圧よりも低く、且つ、第２設定電圧よりも高い値に定電圧フィードバック制御されるため、スイッチング電源の無負荷と軽負荷時の消費電力を低下させることができ、また、軽負荷時において、スイッチング電源の出力負荷が変動し非制御出力回路の出力電圧が低下し易くなる条件になっても、非制御出力回路の出力電圧が第２設定電圧よりも更に低下することが防止され、非制御出力回路の負荷に対して安定して電力を供給できる。

請求項４に記載の発明によれば、電圧比較制御部の比較器により接続点電圧と非制御電圧とが比較され、この比較に基づいて、電圧比較制御部の回路間スイッチにより、電力補給部と非制御出力回路とが導通または開放され、非制御電圧が第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御されるため、スイッチング電源の負荷電流が小さい無負荷ないし軽負荷の条件での効率改善を可能となしつつ、非制御出力回路の負荷に対して安定して電力を供給できるスイッチング電源を低コストで提供することができる。このような構成にする場合にあっては、接続点電圧が略非制御電圧に近似し且つ非制御電圧を超えない値になるように電力補給部を設計しておくことにより、回路間スイッチが常時導通しなくなり、接続点電圧が非制御電圧より大きくなったタイミングでのみ導通するので、回路間スイッチの損失を可能な限り小さくすることができる。

請求項５に記載の発明によれば、定電圧源が接続点電圧又は非制御電圧を所定電圧にオフセットさせた状態で比較器が接続点電圧又は非制御電圧を比較する。従って、このような構成にする場合にあっては、接続点電圧が略非制御電圧に近似し且つ非制御電圧を超えない値になるように電力補給部を設計しておかなくても、回路間スイッチが常時導通しなくなり、例えば、接続点電圧が非制御電圧に所定電位だけオフセットされた電圧より大きくになったタイミングでのみ回路間スイッチが導通するようになり、回路間スイッチの損失を可能な限り小さくすることができる。

請求項６に記載の発明にあっては、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、ダイオードの所定の順方向電圧以上となった場合、または、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、定電圧ダイオードの所定の逆方向電圧以上となった場合に、電力補給部と非制御出力回路とが導通され、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、ダイオードの所定の順方向電圧よりも低下した場合、または、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、定電圧ダイオードの所定の逆方向電圧よりも低下した場合に、電力補給部と非制御出力回路とが開放され、非制御電圧が第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御されるので、より安価な構成でクロスレギュレーション特性を改善することができる。

本発明の一実施の形態としての制御回路を使用したスイッチング電源を示した回路構成図 本発明の一実施の形態としての制御回路の構成図 図２の制御回路における電圧比較制御部１２０の内部回路の構成図 図２の制御回路における電力補給部１１０の内部回路の構成図 本発明の一実施の形態としての制御回路を使用したスイッチング電源を動作させた場合の出力電流・電圧特性図 電圧比較制御部２２０の内部回路図

図１は、本発明の一実施の形態としての制御回路を使用したスイッチング電源を示した回路図である。図１に示すスイッチング電源１は、制御電圧が、予め定められた第１設定電圧に定電圧フィードバック制御される制御出力回路２０と、第１設定電圧よりも低い非制御電圧を出力する非制御出力回路３０と、制御出力回路２０に接続される制御出力巻線Ｗ２１と非制御出力回路３０に接続される非制御出力巻線Ｗ３１とを有し、入力電源ＶＩＮから供給される電力を入力側のスイッチング動作で出力側に変換出力し、制御出力巻線Ｗ２１から制御出力回路２０に電力を伝達し、非制御出力巻線Ｗ３１から非制御出力回路３０に電力を伝達するトランスＴ１０と、を備えている。

また、スイッチング電源１は、入力電源ＶＩＮから供給される電力を入力側でスイッチングするスイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ５と、ＭＯＳＦＥＴ５のスイッチングを制御するスイッチング制御部６０と、出力側の直流電圧出力をフィードバック制御する出力電圧制御部５０と、図示しないマイコンからの信号により、出力電圧を低下させる出力電圧低下部４０と、を備えている。

トランスＴ１０は、制御出力巻線Ｗ２１、および非制御出力巻線Ｗ３１に対して電気的に絶縁された一次巻線Ｗ１１と、図示しない磁性コア部材と、を有している。トランスＴ１０の一次巻線Ｗ１１の一端は、入力電源ＶＩＮの正極に接続されている。また、トランスＴ１０の一次巻線Ｗ１１の他端は、ＭＯＳＦＥＴ５のドレイン端子Ｄに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ５のソース端子Ｓは、スイッチング制御部６０のＧＮＤ端子と入力電源ＶＩＮの負極と共に、一次側ＧＮＤ１に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ５のゲート端子Ｇは、スイッチング制御部６０に接続されている。

スイッチング制御部６０は、出力電圧制御部５０に接続されている。また、出力電圧制御部５０は、出力端子ＯＵＴ１の電圧が、第１設定電圧よりも高いか低いかに応じてスイッチング制御部６０のＦＢ端子電圧を増減するものである。スイッチング制御部６０は、ＦＢ端子電圧の増減に応じて、ＭＯＳＦＥＴ５のゲート端子Ｇのオン時間幅を増減制御し、出力端子ＯＵＴ１の電圧を第１設定電圧に定電圧制御するようになっている。

次に、本発明の一実施の形態としての制御回路の構成について説明する。図２は、本発明の一実施の形態としての制御回路の構成図である。図２に示す制御回路１０は、制御出力回路２０と非制御出力回路３０との間に挿入接続され、制御出力回路２０からの電力供給を受け、非制御出力回路３０に電力を補給的に供給する電力補給部１１０と、電力補給部１１０と非制御出力回路３０との間に挿入接続され、電力補給部１１０と非制御出力回路３０との接続点Ｐ１２１の接続点電圧Ｖ２と非制御電圧Ｖ３とを比較して、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３以上である場合に電力補給部１１０と非制御出力回路３０とを導通させ、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３より小さい場合には、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とを開放する電圧比較制御部１２０と、を備えている。

電圧比較制御部１２０は、上記非制御電圧を第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御するようになっている。また、制御電圧は、スイッチング電源１の負荷電流の大きさが予め定められた第１設定電流以下になった場合に、第１設定電圧よりも低く、且つ、第２設定電圧よりも高い値に定電圧フィードバック制御されるようになっている。

例えば、上記制御電圧は、図示しない電流検出部によりスイッチング電源１の負荷電流の大きさを検出し、負荷電流が小さい場合には軽負荷検出信号を図示しないマイコンに対して出力するようになっている。上記マイコンは軽負荷検出信号を受け、出力電圧低下部４０に対して出力電圧を低下させる信号を出力し、この信号を受けて出力電圧低下部４０が制御電圧を第１設定電圧よりも低く、且つ、第２設定電圧よりも高い値に定電圧フィードバック制御するようになっている。

ここで、電圧比較制御部１２０の一例を図３に示す。図３に示すように、電圧比較制御部１２０は、
接続点電圧Ｖ２と非制御電圧Ｖ３とを比較する比較器ＣＭＰ１２１を備えている。更に、電圧比較制御部１２０は、ＣＭＰ１２１による接続点電圧Ｖ２と非制御電圧Ｖ３との比較に基づいて、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とを導通または開放する回路間スイッチＱ１２１を備えている。

比較器ＣＭＰ１２１は、図３の例では、非制御出力回路３０に接続された反転入力端子と、接続点Ｐ１２１に接続された非反転入力端子と、回路間スイッチＱ１２１の制御端子に接続された出力端子と、で構成されている。なお、本発明に係る比較器は、図３の例に示した構成に限定されず、例えば、接続点Ｐ１２１に接続された反転入力端子と、非制御回路３０に接続された非反転入力端子と、回路間スイッチＱ１２１の制御端子にインバータを介して接続された出力端子と、で構成した比較器を用いても良い。また、回路間スイッチＱ１２１は、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とを導通させ、電力補給部１１０と非制御出力回路３０との間のインピーダンスを低下するものであれば、ＭＯＳＦＥＴであっても、バイポーラトランジスタであっても良い。

このような構成にする場合にあっては、回路間スイッチＱ１２１が常時導通しないようにして回路間スイッチＱ１２１の損失を可能な限り小さくするために、接続点電圧Ｖ２が略非制御電圧Ｖ３に近似し且つ非制御電圧Ｖ３を超えない値になるように電力補給部１１０を設計しておくことが望ましい。このように電力補給部１１０を設計しておくことにより、回路間スイッチＱ１２１が常時導通せず接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３より大きくなったタイミングでのみ回路間スイッチＱ１２１が導通するようになり、回路間スイッチＱ１２１の損失が可能な限り抑制されるようになっている。

次に、電力補給部１１０の一例を図４に示す。図４に示した例では、電力補給部１１０は、コレクタが制御出力回路２０のコンデンサＣ２３の正極に接続されエミッタが電圧比較制御部１２０の回路間スイッチＱ１２１を介して非制御出力回路３０に接続されるトランジスタＱ１１１を有している。また、電力補給部１１０は、トランジスタＱ１１１のベースにカソードが接続され、制御出力回路２０および非制御出力回路３０の基準電位であるＧＮＤ２にアノードが接続された定電圧ダイオードＤＺ１１１を有している。

すなわち、電力補給部１１０は、トランジスタＱ１１１と定電圧ダイオードＤＺ１１１とでドロッパ回路が構成され、安価な部品で電力補給部１１０から上記接続点Ｐ１２１に電力が安定的に供給し接続点電圧Ｖ２を安定化しうるようになっている。上記のように、電力補給部１１０と電圧比較制御部１２０とで構成する場合は、回路間スイッチＱ１２１の損失を可能な限り抑制するために、接続点電圧Ｖ２が略非制御電圧Ｖ３に近似し且つ非制御電圧Ｖ３を超えない値になるように電力補給部１１０を設計しておくことが望ましいので、定電圧ダイオードＤＺ１１１は、接続点電圧Ｖ２が略非制御電圧Ｖ３に近似し且つ非制御電圧Ｖ３を超えない値になるものを選定することが望ましい。

電圧比較制御部１２０は、図６の電圧比較制御部２２０に置き換えても良い。図６は、電圧比較制御部２２０の内部回路図を示したものである。電圧比較制御部２２０は、電圧比較制御部１２０と同様に、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とを導通または開放する制御端子を有し、制御端子への制御信号に応じて電力補給部１１０と非制御出力回路３０とを導通または開放する回路間スイッチＱ２２１を備えている。

また、電圧比較制御部２２０は、電圧比較制御部１２０と同様に、非制御出力回路３０に接続された反転入力端子、接続点Ｐ２２１に接続された非反転入力端子、回路間スイッチＱ２２１の制御端子に接続された出力端子を有し、接続点Ｐ２２１の接続点電圧Ｖ２と非制御出力回路３０の非制御電圧Ｖ３とを比較する比較器ＣＭＰ２２１を備えている。

更に、電圧比較制御部２２０は、比較器ＣＭＰ２２１の反転入力端子の電位を所定電位にオフセットする定電圧源２２２を備えている。定電圧源２２２は、比較器ＣＭＰ２２１の反転入力端子と、回路間スイッチＱ２２１と非制御出力回路３０との接続点と、の間に挿入接続されている。

定電圧源２２２は、図６に示す例では、抵抗Ｒ２２１と、定電圧ダイオードＤＺ２２１と、コンデンサＣ２２１とで構成されている。抵抗Ｒ２２１の一端は、電力補給部１１０内のＱ１１１のエミッタ端子および比較器ＣＭＰ２２１の非反転入力端子に接続され、抵抗Ｒ２２１の他端は、コンデンサＣ２２１の正極端子および定電圧ダイオードＤＺ２２１のカソードに接続されている。コンデンサＣ２２１の負極端子および定電圧ダイオードＤＺ２２１のアノードは、回路間スイッチＱ２２１と非制御出力回路３０との接続点に接続されている。

このような構成の本発明にあっては、比較器ＣＭＰ２２１の反転入力端子の電位が定電圧源２２２によって所定電位オフセットされる。従って、このような構成にする場合にあっては、接続点電圧Ｖ２が略非制御電圧Ｖ３に近似し且つ非制御電圧Ｖ３を超えない値になるように電力補給部１１０を設計しておかなくても、接続点電圧Ｖ２をオフセットした電圧が略非制御電圧Ｖ３に近似し且つ非制御電圧Ｖ３を超えない値となるように設定することにより、回路間スイッチが常時導通しなくなり、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３に所定電位だけオフセットされた電圧より大きくなったタイミングでのみ回路間スイッチＱ１２１が導通するようになり、回路間スイッチＱ１２１の損失を可能な限り小さくすることができるようになっている。

なお、回路間スイッチＱ２２１は、回路間スイッチＱ１２１と同様、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とを導通させ、電力補給部１１０と非制御出力回路３０との間のインピーダンスを低下するものであれば、ＭＯＳＦＥＴであっても、バイポーラトランジスタであっても良い。

また、電圧比較制御部１２０または電圧比較制御部２２０は、所定の順方向電圧に設定されたダイオードで構成してもよく、または、所定の逆方向電圧に設定された定電圧ダイオードで構成してもよい。上記ダイオードで構成する場合は、上記ダイオードのアノード側を電力補給部１１０内のＱ１１１のエミッタ端子に接続し、上記ダイオードのカソード側を非制御出力回路３０のコンデンサＣ１１のプラス端子へ接続すればよい。上記定電圧ダイオードで構成する場合は、上記定電圧ダイオードのカソード側を電力補給部１１０内のトランジスタＱ１１１のエミッタ端子に接続し、上記定電圧ダイオードのアノード側を非制御出力回路３０のコンデンサＣ１１のプラス端子へ接続すればよい。

上記のように、所定の順方向電圧に設定されたダイオード、または、所定の逆方向電圧に設定された定電圧ダイオードを使用した構成の場合にあっては、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、ダイオードの所定の順方向電圧以上となった場合、または、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、定電圧ダイオードの所定の逆方向電圧以上となった場合に、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが導通される。

また、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、ダイオードの所定の順方向電圧よりも低くなった場合、または、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、定電圧ダイオードの所定の逆方向電圧よりも低くなった場合に、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが開放される。このように電力補給部１１０と非制御出力回路３０とを導通および開放させることにより、非制御電圧Ｖ３は第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御される。

なお、上記制御回路１０、スイッチング電源１、制御出力回路２０、非制御出力回路３０、制御出力巻線Ｗ２１、非制御出力巻線Ｗ３１、トランスＴ１０、電力補給部１１０および電圧比較制御部１２０は、それぞれ、本発明に係る制御回路、スイッチング電源、制御出力回路、非制御出力回路、制御出力巻線、非制御出力巻線、トランス、電力補給部および電圧比較制御部に相当する。回路間スイッチＱ１２１および回路間スイッチＱ２２１は、本発明に係る回路間スイッチに相当し、比較器ＣＭＰ１２１および比較器ＣＭＰ２２１は、本発明に係る比較器に相当する。

続いて、スイッチング電源１および制御回路１０の各構成部の作用について説明する。図１に示す多出力型構成のスイッチング電源１では、制御出力回路２０の出力電圧（制御電圧Ｖ１）は出力電圧制御部５０によって予め定められた第１設定電圧に定電圧フィードバック制御される。一方、非制御出力回路３０の出力電圧は出力電圧制御部５０によって定電圧フィードバック制御されていないが、以下のようにして非制御出力回路３０の出力電圧（非制御電圧Ｖ３）が第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるように定電圧制御される。

すなわち、図１に示すスイッチング電源１の制御回路１０では、電力補給部１１０が制御出力回路２０からの電力供給を受け、電力補給部１１０により電力補給部１１０と電圧比較制御部１２０との接続点Ｐ１２１に電力が補給的に供給される。そして、電圧比較制御部１２０により、電力補給部１１０と非制御出力回路３０との接続点Ｐ１２１の接続点電圧Ｖ２と非制御電圧Ｖ３とが比較され、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３より大きい場合に電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが導通させられ、また、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３以下の場合に電力補給部１１０と非制御出力回路１２０とが開放させられる。

したがって、制御出力回路２０の負荷が無負荷で非制御出力回路３０の負荷が増加する等して、非制御電圧が下がることで、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３より大きくなると、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが導通させられて制御出力回路２０から非制御出力回路３０に電力が補給的に供給され、非制御出力回路３０の出力電圧低下が防止される。また、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３以下の場合には、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが開放させられる。そのため、この場合は、制御回路での損失発生が防止されつつ、非制御出力回路３０には非制御出力巻線Ｗ３１のみから電力が伝達される。

図５は、スイッチング電源１の非制御出力回路３０の出力電流・電圧特性図である。制御回路１０では、電圧比較制御部１２０により、非制御電圧３０が第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御される。そのため、図５に示したように、図１のような多出力型構成のスイッチング電源１において、制御出力回路２０が無負荷（出力電流０Ａ）の条件で、非制御出力回路３０の負荷が増加しても、非制御出力回路３０の出力電圧（非制御電圧Ｖ３）は、第２設定電圧（図５の例では、約７．７Ｖ）に定電圧制御される。そのため、制御回路１０を使用したスイッチング電源１では、非制御出力回路３０の出力端子にダミー抵抗やレギュレータを付加する等の対策なしにクロスレギュレーション特性を向上させることができる。

更に、制御回路１０では、スイッチング電源の負荷電流の大きさが予め定められた第１設定電流以下になった場合に、制御電圧が、第１設定電圧よりも低く、且つ、第２設定電圧よりも高い値に定電圧にフィードバック制御される。例えば、上記第１設定電圧は、図示しない電流検出部によりスイッチング電源１の負荷電流の大きさを検出し、負荷電流が小さい場合には軽負荷検出信号を図示しないマイコンに対して出力する。上記マイコンは軽負荷検出信号を受け、出力電圧低下部４０に対して出力電圧を低下させる信号を出力し、この信号を受けて出力電圧低下部４０が第１設定電圧を第１設定電圧よりも低く、且つ、第２設定電圧よりも高い値に定電圧フィードバック制御する。

また、制御回路１０では、電圧比較制御部１２０の比較器ＣＭＰ１２１により接続点電圧Ｖ２と非制御電圧Ｖ３とが比較され、電圧比較制御部１２０の回路間スイッチＱ１２１により電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが導通または開放される。更に、制御回路１０では、電力補給部１１０のトランジスタＱ１１１と定電圧ダイオードＤＺ１１１とにより、ドロッパ回路が構成され、非制御出力回路３０の出力電圧Ｖ３が第２設定電圧となるよう定電圧制御される。

上記制御回路１０によれば、電力補給部１１０が制御出力回路２０からの電力供給を受け、電力補給部１１０により非制御出力回路３０に電力が補給的に供給され、電圧比較制御部１２０により、電力補給部１１０と電圧比較制御部１２０との接続点Ｐ１２１の接続点電圧Ｖ２と非制御電圧Ｖ３とが比較され、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３より大きい場合に電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが導通させられ、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３以下の場合に電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが開放させられる。

これにより、制御出力回路２０の負荷が無負荷で非制御出力回路３０の負荷が増加する等して、非制御電圧Ｖ３が下がることで、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３より大きくなると、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが導通させられて電力補給部１１０から非制御出力回路３０に電力が補給的に供給され、非制御出力回路３０の出力電圧低下が防止される。

また、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３より小さい場合に電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが開放させられることにより、制御回路１０での損失発生が防止されつつ、非制御出力回路３０は非制御出力巻線Ｗ３１から電力が伝達される。そのため、トランスのコアの形状と巻線を特殊な構成にする必要がなく、一般的なトランスを使用した様々な方式のスイッチング電源で、クロスレギュレーション特性を改善し、高効率化、小型化および低コスト化を満足する制御回路を提供することが可能となる。また、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３より小さい場合に電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが開放させられることにより、制御回路１０での損失発生が防止される。

更に、本発明を実施するための形態に係る制御回路１０によれば、電圧比較制御部１２０により、非制御電圧Ｖ３が第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御されるため、スイッチング電源１の出力負荷が変動し非制御出力回路３０の出力電圧が低下し易くなる条件になっても、非制御出力回路３０の出力電圧が第２設定電圧よりも更に低下することが防止され、非制御出力回路３０の負荷に対し安定して電力を供給できる。

また、本発明を実施するための形態に係る制御回路１０によれば、スイッチング電源１の負荷電流の大きさが予め定められた第１設定電流以下になった場合に、制御電圧Ｖ１が、第１設定電圧よりも低く、且つ、第２設定電圧よりも高い値に定電圧フィードバック制御される。そのため、スイッチング電源１の無負荷と軽負荷時の消費電力を低下させることができ、また、軽負荷時において、スイッチング電源１の出力負荷が変動し非制御出力回路３０の出力電圧Ｖ３が低下し易くなる条件になっても、非制御出力回路３０の出力電圧が第２設定電圧よりも更に低下することが防止され、非制御出力回路３０の負荷に対して安定して電力を供給できる。

更に、本発明を実施するための形態に係る制御回路１０によれば、電圧比較制御部１２０の比較器ＣＭＰ１２１により接続点電圧Ｖ２と非制御電圧Ｖ３とが比較され、電圧比較制御部１２０の回路間スイッチＱ１２１により電力補給部１１０と非制御出力回路１２０とが導通または開放されるため、スイッチング電源１の負荷電流が無負荷または軽負荷の条件での効率改善を可能とし、且つ、非制御出力回路３０の負荷に対して安定して電力を供給できる。

また、制御回路１０によれば、電圧比較制御部１２０の比較器ＣＭＰ１２１により接続点電圧Ｖ２と非制御電圧Ｖ３とが比較され、この比較に基づいて、電圧比較制御部１２０の回路間スイッチＱ１２１により、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが導通または開放され、非制御電圧Ｖ３が第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御されるため、スイッチング電源の負荷電流が小さい無負荷ないし軽負荷の条件での効率改善を可能となしつつ、非制御出力回路３０の負荷に対して安定して電力を供給できるスイッチング電源１を低コストで提供することができる。

このような構成にする場合にあっては、接続点電圧Ｖ２が略非制御電圧Ｖ３に近似し且つ非制御電圧Ｖ３を超えない値になるように電力補給部１１０を設計しておくと、回路間スイッチＱ１２１が常時導通しなくなり、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３より大きくなったタイミングでのみ導通するので、回路間スイッチＱ１２１の損失を可能な限り小さくすることができる。

更に、制御回路１０において、電圧比較制御部１２０を電圧比較制御部２２０に置き換えた場合には、比較器ＣＭＰ２２１の反転入力端子の電位が定電圧源２２２によって所定電位オフセットされる。従って、このような構成にする場合にあっては、接接続点電圧Ｖ２が略非制御電圧Ｖ３に近似し且つ非制御電圧Ｖ３を超えない値になるように電力補給部１１０を設計しておかなくても、回路間スイッチＱ１２２１が常時導通しなくなり、例えば、接続点電圧Ｖ２が非制御電圧Ｖ３に所定電位だけオフセットされた電圧より大きくなったタイミングでのみ回路間スイッチＱ１２１が導通するようになり、回路間スイッチＱ１２１の損失を可能な限り小さくすることができる。

また、制御回路１０においては、電圧比較制御部１２０または電圧比較制御部２２０を、所定の順方向電圧に設定されたダイオード、または、所定の逆方向電圧に設定された定電圧ダイオードに置き換えてもよい。このような場合には、接続点電圧Ｖ２から非制御電圧Ｖ３を減算した値が、ダイオードの所定の順方向電圧ＶＦより大きくなった場合、または、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、定電圧ダイオードの所定の逆方向電圧ＶＺより大きくなった場合に、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが導通される。

一方、接続点電圧Ｖ２から非制御電圧Ｖ３を減算した値が、ダイオードの所定の順方向電圧ＶＦ以下の場合、または、接続点電圧から非制御電圧を減算した値が、定電圧ダイオードの所定の逆方向電圧ＶＺ以下の場合に、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが開放される。このようにして、電圧比較制御部１２０または電圧比較制御部２２０を、所定の順方向電圧に設定されたダイオード、または、所定の逆方向電圧に設定された定電圧ダイオードに置き換えた場合においても、電圧比較制御部１２０および電圧比較制御部２２０の動作と同様に、電力補給部１１０と非制御出力回路３０とが導通または開放されて、非制御電圧Ｖ３が第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御されるので、より安価な構成でクロスレギュレーション特性を改善することができる。

上述のスイッチング電源１はフライバック方式の構成を一例としたものであるが、本発明に係る制御回路は、電流共振方式等の他の方式のスイッチング電源に適用しても良い。また、本実施形態の制御回路１０は、１チップに制御回路を搭載した集積回路として、そのまま適用しても良い。このような構成にすることで、更なる低コスト化、省スペース化および設計容易化を図ることができる。また、本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、上記の実施形態に示した構成部品等による限定は受けない。

１： スイッチング電源
１０：制御回路
２０：制御出力回路
３０：非制御出力回路
４０：出力電圧低下部
５０：出力電圧制御部
６０：スイッチング制御部
１１０：電力補給部
１２０：電圧比較制御部
Ｑ１２１：回路間スイッチ
ＣＭＰ１２１：比較器
２２０：電圧比較制御部
Ｑ２２１：回路間スイッチ
ＣＭＰ２２１：比較器
２２２：定電圧源

Claims (6)

1. 制御電圧が、予め定められた第１設定電圧に定電圧フィードバック制御される制御出力回路と、
   前記第１設定電圧よりも低い非制御電圧を出力する非制御出力回路と、
   を備えたスイッチング電源に設けられる制御回路に於いて、
   前記制御出力回路と前記非制御出力回路との間に挿入接続され、前記制御出力回路からの電力供給を受け、前記非制御出力回路に電力を補給的に供給する電力補給部と、
   前記電力補給部と前記非制御出力回路との間に挿入接続され、前記電力補給部と前記非制御出力回路との接続点の接続点電圧と前記非制御電圧とを比較して、前記接続点電圧が前記非制御電圧より大きい場合に前記電力補給部と前記非制御出力回路とを導通させ、前記接続点電圧が前記非制御電圧以下の場合に前記電力補給部と前記非制御出力回路とを開放する電圧比較制御部と、
   を備えたことを特徴とする制御回路。
2. 請求項１記載の制御回路に於いて、
   前記電圧比較制御部は、前記非制御電圧を前記第１設定電圧よりも低い第２設定電圧となるよう定電圧制御することを特徴とする制御回路。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の制御回路に於いて、
   前記制御電圧は、前記スイッチング電源の負荷電流の大きさが予め定められた第１設定電流以下になった場合に、前記第１設定電圧よりも低く、且つ、前記第２設定電圧よりも高い値に定電圧フィードバック制御されることを特徴とする制御回路。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の制御回路に於いて、
   前記電圧比較制御部は、
   前記接続点電圧と前記非制御電圧とを比較する比較器と、
   前記比較器による前記接続点電圧と前記非制御電圧との比較に基づいて、前記電力補給部と前記非制御出力回路とを導通または開放する回路間スイッチと、
   を備えたことを特徴とする制御回路。
5. 請求項４に記載の制御回路に於いて、
   前記電圧比較制御部は、
   前記比較器に接続され、前記接続点電圧又は前記非制御電圧を所定電圧にオフセットする定電圧源を有することを特徴とする制御回路。
6. 請求項１乃至３のいずれかに記載の制御回路に於いて、
   前記電圧比較制御部は、所定の順方向電圧に設定されたダイオード、または、所定の逆方向電圧に設定された定電圧ダイオードを含むことを特徴とする制御回路。

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