JP5928005B2 - スイッチング電源 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング電源に関する。

図２は、従来のスイッチング電源５００を示す回路図である。スイッチング電源５００は、スタンバイ電源部５００ａと、メイン電源部５００ｂとを備える。スタンバイ電源部５００ａは、スタンバイ状態および電源オン状態の両状態において、電源電圧を生成する回路である。スタンバイ状態においては、スタンバイ電源部５００ａが生成する電源電圧がマイコン等の制御部に供給される。メイン電源部５００ｂは、スタンバイ状態においては電源電圧を生成せず、電源オン状態において電源電圧を生成する回路である。

メイン電源部５００ｂは、スイッチング回路であるＭＯＳＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３を有する。ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３は、スイッチング制御部５０９からの制御信号が供給されることにより、オンオフ動作する。ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３は、一方がオン状態に制御されるとき、他方がオフ状態に制御される。スタンバイ状態から電源オン状態に移行する際に、マイコン２００は、フォトカプラのＬＥＤ Ｄ５０５に電流を流す。ＬＥＤ Ｄ５０５は電気信号を光信号に変換し、フォトトランジスタＱ５０５に送信する。フォトトランジスタＱ５０５は、受信した光信号に基づいてオン状態に制御され、スタンバイ電源部５００ａからの電源電圧をスイッチング制御部５０９に供給する。スイッチング制御部５０９は、スタンバイ電源部５００ａから電源電圧が供給され、当該電源電圧に基づいて動作を実行し、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３をオンオフ動作させる。

このスイッチング電源５００には次のような問題がある。スタンバイ電源部５００ａのスイッチング制御部５０２、および、メイン電源部５００ｂのスイッチング制御部５０９が共にスイッチング電源（すなわちトランス）の一次側に設けられている。スイッチング電源の一次側は、二次側に比べ生成される電源電圧が高い。例えば二次側が１５Ｖ程度であるのに対して、一次側は１４０Ｖ（１００Ｖを整流した場合）や、３２０Ｖ（２００Ｖを整流した場合）等である。ここで、オーディオ機器にスイッチング電源を使用する場合、製品の安全規格において、スイッチング制御部５０２、５０９や、ＭＯＳＦＥＴ等の素子についてショート（短絡）試験を行うが、一次側の電源電圧が高いので、これらの素子の破損等によって火災が発生しないように保護素子を多数設ける必要があり、コストや部品点数が増大する。

また、マイコン２００はスイッチング電源の二次側に設けられているので、マイコン２００からスイッチング制御部５０９を動作開始させるための制御信号を伝送するために、フォトカプラ等の絶縁機能を有する素子を使用する必要がある。しかし、フォトカプラは高価であるので、製品のコストが増大するという問題がある。

特開２０１０−４５９６号公報

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、フォトカプラを使用せずに制御部からスイッチング制御部を制御できるスイッチング電源を提供することである。

本発明の好ましい実施形態によるスイッチング電源は、スタンバイ電源部と、メイン電源部とを備えるスイッチング電源であって、前記メイン電源部が、前記スイッチング電源の一次側に設けられたメインスイッチング回路を有し、前記スタンバイ電源部からの電源電圧が供給されるとき動作を実行し、前記メインスイッチング回路に制御信号を供給して、前記メインスイッチング回路をオンオフ動作させるメインスイッチング制御部と、制御部からの制御信号に基づいてオン状態またはオフ状態に制御され、オン状態のときに前記スタンバイ電源部からの電源電圧を前記メインスイッチング制御部に供給し、オフ状態のときに前記スタンバイ電源部からの電源電圧を前記メインスイッチング制御部に供給しないスイッチ素子とをさらに備え、前記制御部と、前記メインスイッチング制御部と、前記スイッチ素子とが前記スイッチング電源の二次側に設けられており、前記メインスイッチング制御部からの制御信号がトランスを介して、前記メインスイッチング回路に供給される。

メイン電源部のメインスイッチング回路をオンオフ制御するメインスイッチング制御部がスイッチング電源の一次側ではなく、二次側に設けられている。従って、安全規格におけるショート試験においてメインスイッチング制御部に対してショート試験を行う際に、スイッチング電源の二次側の電圧は、一次側の電圧と比較して十分に小さな電圧が生成されるので、保護素子等を多数設ける必要が無く、コストを安価にすることができる。また、制御部、メインスイッチング制御部およびスイッチ素子が共にスイッチング電源の二次側に設けられているので、制御部からスイッチ素子をオンオフ制御する際に、絶縁対策をする必要がない。従って、従来のスイッチング電源のように、フォトカプラを使用して絶縁する必要が無く、コストを削減することができる。

本発明は上記構成を有することによって、フォトカプラを使用せずに制御部からスイッチング制御部を制御できるスイッチング電源を提供することができる。

本発明の好ましい実施形態によるスイッチング電源を示す回路図である。 従来のスイッチング電源を示す回路図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。図１は、本発明の好ましい実施形態によるスイッチング電源１００を示す概略回路図である。スイッチング電源１００は、スタンバイ電源部１００ａと、メイン電源部１００ｂとを備える。

スタンバイ電源部１００ａは、スタンバイ状態および電源オン状態の両状態において、電源電圧を生成する回路である。スタンバイ状態においては、スタンバイ電源部１００ａが生成する電源電圧がマイコン等のシステム制御部に供給される。メイン電源部１００ｂは、スタンバイ状態においては電源電圧を生成せず、電源オン状態において電源電圧を生成する回路である。言い換えると、スタンバイ状態のとき、スタンバイ電源部１００ａはオン状態、メイン電源部１００ｂはオフ状態である。電源オン状態のとき、スタンバイ電源部１００ａ、メイン電源部１００ｂ共にオン状態である。

スタンバイ電源部１００ａは、整流回路１と、スイッチング制御部２と、スイッチング回路３と、トランスＴ１と、整流回路４と、整流回路５とを概略有する。

整流回路１は、入力される交流電圧を整流および平滑して、トランスＴ１に供給する。整流回路１は、全波整流回路Ｄ１と、平滑用ダイオードＣ１とを含む。

スイッチング制御部２は、トランスＴ１の三次巻線Ｔ１ｃから供給される電圧に基づいて動作し、スイッチング回路３のＭＯＳＦＥＴ Ｑ１をオンオフ制御する。つまり、スイッチング制御部２は、ＭＳＯＦＥＴ Ｑ１のゲートにハイレベル又はローレベルの制御信号を供給する。

スイッチング回路３は、スイッチング制御回路２から供給される制御信号に応じてオンオフ動作するスイッチ素子（本例では、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１）を含む。ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、ゲートに抵抗Ｒ１を介してスイッチング制御部２から制御信号が供給され、ソースが接地電位に接続され、ドレインがトランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１がオン状態とされるとき整流回路２からの電源電圧がトランスＴ１に供給され、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１がオフ状態とされるとき整流回路２からの電源電圧がトランスＴ１に供給されない。

トランスＴ１は、整流回路１から供給される電源電圧を一次巻線Ｔ１ａと二次巻線Ｔ１ｂとの巻数比に応じて変圧し、出力する。トランスＴ１は、一次巻線Ｔ１ａと、二次巻線Ｔ１ｂと、三次巻線Ｔ１ｃとを含む。一次巻線Ｔ１ａは、一端が整流回路１の出力に接続され、他端がＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のドレインに接続されている。二次巻線Ｔ１ｂは、整流回路４に接続されている。三次巻線Ｔ１ｃは、整流回路５に接続されている。

整流回路４は、トランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂに接続されており、トランスＴ１から供給される電源電圧を整流および平滑して、マイコン２００およびその周辺回路にスタンバイ状態において使用される電源電圧を供給する。整流回路４は、ダイオードＤ２、Ｄ３と、コイルＬ１と、コンデンサＣ２とを含む。ダイオードＤ２は、アノードがトランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂの一端に接続され、カソードがコイルＬ１の一端とダイオードＤ３のカソードとに接続されている。ダイオードＤ３のアノードは接地電位に接続されている。コイルＬ１の他端は、コンデンサＣ２の一端と、マイコン２００の電源入力端子に接続されている。コンデンサＣ２の他端は接地電位に接続されている。

整流回路５は、トランスＴ１の三次巻線Ｔ１ｃに接続されており、トランスＴ１から供給される電源電圧を整流および平滑して、スイッチング制御部２に供給する。整流回路５は、ダイオードＤ４と、コンデンサＣ３とを含む。ダイオードＤ４は、アノードがトランスＴ１の三次巻線Ｔｃ１の一端に接続され、カソードがコンデンサＣ３の一端とスイッチング制御部２の電源入力端子とに接続されている。コンデンサＣ３の他端は接地電位に接続されている。

メイン電源部１００ｂは、整流回路６と、スイッチング回路７と、トランスＴ２と、トランスＴ３と、メイン電源制御スイッチ素子８（トランジスタＱ４）と、スイッチング制御部９と、整流回路１０とを有する。トランジスタＱ４と、スイッチング制御部９とが、マイコン２００と共に、スイッチング電源１００の二次側に設けられていることが本発明の特徴である。

整流回路６は、入力される交流電源電圧を整流および平滑して、スイッチング回路７に供給する。整流回路６は、全波整流回路Ｄ５と、コンデンサＣ４とを含む。

スイッチング回路７は、スイッチング制御部９からトランスＴ２を介して供給される制御信号に応じてオンオフ動作するスイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３）を含む。ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２は、ゲートが抵抗Ｒ２を介してトランスＴ２の巻線Ｔ２ｂに接続され、スイッチング制御部９からの制御信号が供給され、ドレインが整流回路６の出力に接続され、ソースがコンデンサＣ６の一端とＭＯＳＦＥＴ Ｑ３のドレインとに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３は、ゲートが抵抗Ｒ３を介してトランスＴ２の巻線Ｔ２ｃに接続され、スイッチング制御部９からの制御信号を反転した信号が供給され、ドレインがＭＯＳＦＥＴ Ｑ２のソースに接続され、ソースが接地電位に接続されている。

ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２と、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３とは、一方がオン状態に制御されるときに他方がオフ状態に制御される。ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２がオン状態に制御され、ＭＯＳＦＥＴＱ３がオフ状態に制御されるとき、整流回路６からの電源電圧がトランスＴ３に供給され、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２がオフ状態に制御され、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３がオン状態に制御されるとき、接地電位（ローレベルの電位）がトランスＴ３に供給される。

メイン電源制御スイッチ素子８は、トランジスタＱ４を有する。トランジスタＱ４は、マイコン２００によってオン状態又はオフ状態に制御される。トランジスタＱ４は、ベースがマイコン２００の制御端子に接続され、エミッタがスタンバイ電源部１００ａの出力に接続され、スタンバイ電源部１００ａから電源電圧が供給され、コレクタがスイッチング制御部９の電源入力端子に接続されている。

スタンバイ状態においては、マイコン２００からトランジスタＱ４のベースにハイレベルの制御信号が供給される。これにより、トランジスタＱ４はオフ状態になっており、スタンバイ電源部１００ａからの電源電圧がスイッチング制御部９の電源入力端子に入力されない。従って、スイッチング制御部９は、電源電圧が入力されないので動作を実行することができず、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３に対して制御信号を供給しない。スタンバイ状態から電源オン状態に移行する場合、マイコン２００からトランジスタＱ４のベースにローレベルの制御信号が供給される。これにより、トランジスタＱ４はオン状態になり、スタンバイ電源部１００ａからの電源電圧がスイッチング制御部９の電源入力端子に入力される。従って、スイッチング制御部９は、入力された電源電圧に応じて動作を実行することができ、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３に対して制御信号を供給する。

トランスＴ２は、スイッチング制御部９から巻線Ｔ２ａに供給される制御信号を巻線Ｔ２ｂから抵抗Ｒ２を介してＭＯＳＦＥＴ Ｑ２のゲートに供給する。トランスＴ２は、スイッチング制御部９から巻線Ｔ２ａに供給される制御信号を反転して巻線Ｔ２ｃから抵抗Ｒ３を介してＭＯＳＦＥＴ Ｑ３のゲートに供給する。巻線Ｔ２ａは、スイッチング電源１００の二次側に形成された巻線であり、一端が抵抗Ｒ４を介してスイッチング制御部９の制御端子に接続され、他端が接地電位に接続されている。巻線Ｔ２ｂは、スイッチング電源１００の一次側に形成された巻線であり、一端が抵抗Ｒ２を介してＭＯＳＦＥＴ Ｑ２のゲートに接続され、他端がＭＯＳＦＥＴ Ｑ２のソースに接続されている。巻線Ｔ２ｃは、スイッチング電源１００の一次側に形成され、かつ、巻線Ｔ２ｂとは極性が逆向きに形成された巻線であり、一端が抵抗Ｒ３を介してＭＯＳＦＥＴ Ｑ３のゲートに接続され、他端が接地電位に接続されている。

トランスＴ３は、スイッチング回路７から供給される電源電圧を、一次巻線と二次巻線との巻数比に応じて変圧して出力する。トランスＴ３は、一次巻線Ｔ３ａと、二次巻線Ｔ３ｂと、二次巻線Ｔ３ｃとを含む。一次巻線Ｔ３ａは、一端がコンデンサＣ６に接続され、他端が接地電位に接続されている。二次巻線Ｔ３ｂは、一端がコンデンサＣ７の一端と整流回路１０とに接続され、他端が接地電位に接続されている。二次巻線Ｔ３は、一端が接地電位に接続され、他端がコンデンサＣ７の他端と整流回路１０とに接続されている。

整流回路１０は、トランスＴ３からの電源電圧を整流および平滑して、マイコン２００や、図示しないメイン回路（例えばアンプ回路等）に供給する。整流回路１０は、全波整流回路Ｄ６と、コイルＬ２、Ｌ３と、コンデンサＣ８、Ｃ９とを有する。

以上の構成を有するスイッチング電源についてその動作を説明する。
［スタンバイ電源部１００ａの動作］
整流回路１は、入力される交流電源電圧を整流および平滑する。スイッチング制御部２は、トランスＴの三次巻線Ｔ１ｃから供給される電源電圧によって動作し、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のゲートにハイレベルとローレベルとを交互に繰り返す制御信号を供給する。ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、スイッチング制御部２からハイレベルの制御信号が供給されると、オン状態になり、整流回路１からの電源電圧をトランスＴ１に供給する。一方、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、スイッチング制御部２からローレベルの制御信号が供給されると、オフ状態になり、整流回路１からの電源電圧をトランスＴ１に供給しない。トランスＴ１は、整流回路１からの電源電圧を変圧して、整流回路４に供給する。整流回路４は、トランスＴ１からの電源電圧を整流および平滑して、マイコン２００およびトランジスタＱ４のエミッタに供給する。この動作は、スタンバイ状態および電源オン状態の双方に共通である。

［スタンバイ状態のとき］
スタンバイ状態のとき、マイコン２００は、スタンバイ電源部１００ａからの電源電圧を受けて動作しており、トランジスタＱ４のベースにハイレベルの制御信号を供給している。従って、トランジスタＱ４はオフ状態になっており、スイッチング制御部９にはスタンバイ電源部１００ａからの電源電圧が供給されない。スイッチング制御部９は、スタンバイ電源部１００ｂからの電源電圧が入力されないので、動作を実行せず、制御信号を出力しない。従って、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３にはスイッチング制御部９からの制御信号が供給されず、両方ともオフ状態になっている。従って、メイン電源部１００ｂは、電源電圧を生成しない。

［電源オン状態のとき］
電源オン状態のとき、マイコン２００は、トランジスタＱ４のベースにローレベルの制御信号を供給する。従って、トランジスタＱ４はオン状態になり、スタンバイ電源部１００ａからの電源電圧がトランジスタＱ４を介してスイッチング制御部９に供給される。スイッチング制御部９は、ハイレベルおよびローレベルを交互に繰り返す制御信号をトランスＴ２の巻線Ｔ２ａに供給する。トランスＴ２の巻線Ｔ２ｂから抵抗Ｒ２を介してＭＯＳＦＥＴ Ｑ２のゲートに、スイッチング制御部９からの制御信号が供給され、巻線Ｔ２ｃから抵抗Ｒ３を介してＭＯＳＦＥＴ Ｑ３のゲートにスイッチング制御部９からの制御信号を反転した信号が供給される。

従って、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３は、ハイレベルの制御信号がゲートに供給されるとき、オン状態になり、ローレベルの制御信号がゲートに供給されるとき、オフ状態になる。ここで、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３のゲートに供給される制御信号はＭＯＳＦＥＴ Ｑ２のゲートに供給される制御信号に対して反転されているので、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３は一方がオン状態になるときに他方がオフ状態になるように交互にオンオフ動作する。

ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２がオン状態、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３がオフ状態のとき、整流回路６からの電源電圧がトランスＴ３の一次巻線Ｔ３ａに供給される。一方、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２がオフ状態、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３がオン状態のとき、接地電位（ローレベルの信号）がトランスＴ３の一次巻線Ｔ３ａに供給される。トランスＴ３は、供給された電源電圧を変圧して、整流回路１０に供給する。整流回路１０は、トランスＴ３から供給された電源電圧を整流および平滑して、メイン回路やマイコン２００に供給する。

次に、本実施形態のスイッチング電源回路１００の効果について説明する。
スイッチング電源１００では、メイン電源部１００ｂのＭＯＳＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３をオンオフ制御するスイッチング制御部９、及び、スイッチング制御部９に電源電圧を供給するか否かを切換えるスイッチ素子８が、マイコン２００と共に、スイッチング電源１００の一次側ではなく、二次側に設けられている。従って、安全規格におけるショート試験においてスイッチング制御部９に対してショート試験を行う際に、スイッチング電源１００の二次側の電圧は、一次側の電圧と比較して十分に小さな電圧が生成されるので、保護素子等を多数設ける必要が無く、安価にすることができる。

また、マイコン２００、トランジスタＱ４およびスイッチング制御部９が共にスイッチング電源１００の二次側に設けられているので、マイコン２００からトランジスタＱ４をオンオフ制御する際に、絶縁対策をする必要がない。従って、図２の従来のスイッチング電源のように、フォトカプラ等を使用して絶縁する必要が無く、コストを削減することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。上記各トランジスタの極性は、上記の実施形態に限定されない。

本発明は、例えばオーディオアンプに好適に採用され得る。

１００ スイッチング電源
１００ａ スタンバイ電源部
１００ｂ メイン電源部
１ 整流回路
２ スイッチング制御部
３ スイッチング回路
４ 整流回路
５ 整流回路
６ 整流回路
７ スイッチング回路
８ スイッチ素子
９ スイッチング制御部
１０ 整流回路
Ｔ１ トランス
Ｔ２ トランス
Ｔ３ トランス

Claims (1)

1. スタンバイ電源部と、メイン電源部とを備えるスイッチング電源であって、
   前記メイン電源部が、前記スイッチング電源の一次側に設けられたメインスイッチング回路を有し、
   前記スタンバイ電源部からの電源電圧が供給されるとき動作を実行し、前記メインスイッチング回路に制御信号を供給して、前記メインスイッチング回路をオンオフ動作させるメインスイッチング制御部と、
   制御部からの制御信号に基づいてオン状態またはオフ状態に制御され、オン状態のときに前記スタンバイ電源部からの電源電圧を前記メインスイッチング制御部に供給し、オフ状態のときに前記スタンバイ電源部からの電源電圧を前記メインスイッチング制御部に供給しないスイッチ素子とをさらに備え、
   前記制御部と、前記メインスイッチング制御部と、前記スイッチ素子とが前記スイッチング電源の二次側に設けられており、前記メインスイッチング制御部からの制御信号がトランスを介して、前記メインスイッチング回路に供給される、スイッチング電源。

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