JPH09322535A

JPH09322535A - スイッチング電源回路

Info

Publication number: JPH09322535A
Application number: JP8160766A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Matsumoto; 匡彦松本; Yoshihiro Matsumoto; 義寛松本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】メーンスイッチ素子Ｑ₁のドライブ駆動に起
因した電力損失を低減したスイッチング電源回路を提供
する。【解決手段】メーンスイッチ素子Ｑ₁をオンする場合
にはスイッチ素子Ｑ₂をオンし、入力電源Ｖ_inの電力を
用いてインダクタンス素子Ｌ_r1と入力容量Ｃ_issの充電
のＬＣ共振を行わせてメーンスイッチ素子Ｑ₁をオンす
る。メーンスイッチ素子Ｑ₁をオフする場合にはスイッ
チ素子Ｑ₃をオンし、インダクタンス素子Ｌ_r2と入力容
量Ｃ_issのＬＣ共振を利用して入力容量Ｃ_issの電荷を
放電させメーンスイッチ素子Ｑ₁をオフする。ＬＣ共振
を利用してメーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチオン・オ
フ駆動を行うと、ドライブ損失が殆ど発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパーソナルコンピュ
ータ（パソコン）やファクシミリ等の様々な装置に組み
込まれるスイッチング電源回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８には公知であるフォワードコンバー
タタイプのスイッチング電源回路の主要構成例が示され
ている。このスイッチング電源回路は、周知のように、
メーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチオン期間の可変制御
を行って回路出力電圧Ｖ_out（あるいは回路出力電流Ｉ
_out）を安定的に出力するものであり、上記メーンスイ
ッチ素子Ｑ₁には回路出力Ｖ_out（あるいはＩ_out）の
安定化を行うためにメーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチ
オン期間を可変制御する制御・ドライブ回路20が接続さ
れている。この制御・ドライブ回路20には駆動電力供給
回路21が接続されており、この駆動電力供給回路21はト
ランスＴ₁の三次コイル22の出力をシリーズレギュレー
タ23を介し駆動電力として前記制御・ドライブ回路20へ
供給している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、トラン
スＴ₁の三次コイル22の出力を駆動電力として制御・ド
ライブ回路20へ供給するためには、トランスＴ₁に三次
コイル22をわざわざ設けなければならず、このように三
次コイル22を設けると、その分、トランスＴ₁が大型化
してしまったり、トランスＴ₁の構造が複雑になるとい
う問題が生じる。

【０００４】また、前記シリーズレギュレータ23は電力
損失を多く発生させるものであるので、三次コイル22の
出力をシリーズレギュレータ23を介し制御・ドライブ回
路20へ供給する電力供給経路上で電力損失が多く発生
し、スイッチング電源回路のエネルギー効率を悪化させ
ているという問題がある。

【０００５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、シリーズレギュレータを設
けないスイッチング電源回路を構成し、電力損失を低減
することができるスイッチング電源回路を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は次のような構成をもって前記課題を解決する
手段としている。

【０００７】すなわち、第１の発明は、回路の入力電源
と；スイッチオン期間の可変によって回路出力の安定化
を行うメーンスイッチ素子と；メーンスイッチ素子のオ
ン直前にスイッチオン制御されてスイッチオンする第２
のスイッチ素子と；メーンスイッチ素子のオフ直前にス
イッチオンする第３のスイッチ素子と；上記メーンスイ
ッチ素子のスイッチオン期間を制御する第１の制御回路
と；メーンスイッチ素子のスイッチオン時にメーンスイ
ッチ素子の入力容量と充電のＬＣ共振を行う第１のイン
ダクタンス素子およびメーンスイッチ素子のスイッチオ
フ時にメーンスイッチ素子の入力容量と放電のＬＣ共振
を行う第２のインダクタンス素子を有し前記第１の制御
回路側の電源を用いて前記第２のスイッチ素子のオン時
から第３のスイッチ素子のオン時までの期間に対応させ
て上記メーンスイッチ素子のスイッチオン期間をドライ
ブ駆動するＬＣ共振のメーンドライブ回路と；第２のス
イッチ素子のスイッチオン動作によって前記入力電源の
電力を前記メーンドライブ回路の第１のインダクタンス
素子を介してメーンスイッチ素子の入力容量へ供給し入
力容量の充電を行う入力容量充電回路と；この入力容量
充電回路の回路動作により入力容量の電圧が前記メーン
スイッチ素子のオン駆動電圧になってから第２のスイッ
チ素子がスイッチオフするまでの間、第２のスイッチ素
子および前記第１のインダクタンス素子を通して前記入
力電源の電力を前記第１の制御回路の電源側へ供給する
電力供給回路と；上記入力容量充電回路と電力供給回路
の回路動作による前記第１のインダクタンス素子の通電
によって第１のインダクタンス素子に蓄積されたエネル
ギーを、第２のスイッチ素子のスイッチオフ動作によ
り、前記第１の制御回路の電源側へ回生する第１の電力
回生供給回路と；第３のスイッチ素子のスイッチオン動
作によりメーンスイッチ素子の入力容量の電荷を放電し
て前記メーンドライブ回路の第２のインダクタンス素子
に蓄積しこの第２のインダクタンス素子の蓄積エネルギ
ーを第３のスイッチ素子のスイッチオフ動作により前記
第１の制御回路の電源側へ回生する第２の電力回生供給
回路と；を有する構成をもって前記課題を解決する手段
としている。

【０００８】第２の発明は、上記第１の発明を構成する
メーンドライブ回路は第２のインダクタンス素子が省略
され、メーンスイッチ素子のスイッチオン時におけるメ
ーンスイッチ素子の入力容量の充電時にのみＬＣ共振を
利用し、メーンスイッチ素子のスイッチオフ時における
メーンスイッチ素子の入力容量の放電時にはＬＣ共振を
行わない非共振によりメーンスイッチ素子をドライブ駆
動する構成をもって前記課題を解決する手段としてい
る。

【０００９】第３の発明は、上記第１又は第２の発明の
構成に加えて、第１の制御回路の出力電圧を検出し、こ
の検出電圧に基づき、第１の制御回路の出力電圧の安定
化を行うために第２のスイッチ素子のスイッチオン期間
を可変制御する第２の制御回路を設ける構成をもって前
記課題を解決する手段としている。

【００１０】上記構成の発明において、例えば、第２の
スイッチ素子がスイッチオンすると、入力容量充電回路
が入力電源の電力を第２のスイッチ素子および第１のイ
ンダクタンス素子を介しメーンスイッチ素子の入力容量
へ供給して入力容量の充電を行う。入力容量の電圧がメ
ーンスイッチ素子のオン駆動電圧に達したときにメーン
スイッチ素子がスイッチオンする。電力供給回路は、入
力容量の電圧がメーンスイッチ素子のオン駆動電圧に達
してから第２のスイッチ素子がスイッチオフするまでの
間に、入力電源の電力を第２のスイッチ素子および第１
のインダクタンス素子を介し第１の制御回路の電源側へ
供給する。

【００１１】上記入力容量充電回路と電力供給回路の回
路動作による第１のインダクタンス素子の通電によっ
て、該第１のインダクタンス素子にはエネルギーが蓄積
される。第１の電力回生供給回路は、第２のスイッチ素
子がスイッチオフすると、上記第１のインダクタンス素
子の蓄積エネルギーを第１の制御回路の電源側へ回生す
る。

【００１２】第２のスイッチ素子がスイッチオンしてか
らメーンスイッチ素子のスイッチオン期間を経たとき
に、第１の制御回路の制御動作により第３のスイッチ素
子がスイッチオンし、メーンスイッチ素子の入力容量の
電荷が第２のインダクタンス素子および第３のスイッチ
素子を通って放電し、メーンスイッチ素子がスイッチオ
フする。第２の電力回生供給回路は上記メーンスイッチ
素子の入力容量の放電電荷エネルギーを、一旦、第２の
インダクタンス素子に蓄積し、第３のスイッチ素子がス
イッチオフしたときに、その第２のインダクタンス素子
の蓄積エネルギーを第１の制御回路の電源側へ回生す
る。

【００１３】上記のように、入力電源の電力を利用して
メーンスイッチ素子の入力容量の充電を行いメーンスイ
ッチ素子をスイッチオンさせたり、入力電源の電力を駆
動電力として第１の制御回路の電源側へ供給するので、
入力電源とは別の電力発生源を設ける必要がない。ま
た、入力電源の電力はスイッチ素子やインダクタンス素
子等の電力損失が殆ど発生しない回路構成素子を介して
メーンスイッチ素子の入力容量や第１の制御回路の電源
側へ供給されることから、電力供給経路上での電力損失
を非常に小さく抑えることが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る実施の形態例
を図面に基づき説明する。

【００１５】図１には第１の実施の形態例におけるスイ
ッチング電源回路の主要構成が示されており、図２には
図１の回路を構成する各構成要素の動作を時間の経過と
共に表すタイムチャートが示されている。

【００１６】図１に示すスイッチング電源回路は共振リ
セットフォワードコンバータタイプのもので、同図に示
すように、トランスＴ₁の一次コイル10にはメーンスイ
ッチ素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）Ｑ₁のドレイン（Ｄ）側が
直列に接続され、この一次コイル10とメーンスイッチ素
子Ｑ₁の直列接続体には、コンデンサＣ_f1と、直流の入
力電源Ｖ_inとが並列に接続されている。

【００１７】また、上記一次コイル10の入力側には第２
のスイッチ素子であるスイッチ素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）
Ｑ₂のドレイン（Ｄ）側が接続され、そのスイッチ素子
Ｑ₂のソース（Ｓ）側にはダイオードＤ₂のカソード側
が直列に接続されている。このスイッチ素子Ｑ₂とダイ
オードＤ₂の直列接続部には第１のインダクタンス素子
であるインダクタンス素子Ｌ_r1の一端側が接続され、イ
ンダクタンス素子Ｌ_r1の他端側は前記メーンスイッチ素
子Ｑ₁のゲート（Ｇ）側に接続されている。

【００１８】上記メーンスイッチ素子Ｑ₁のゲート側と
インダクタンス素子Ｌ_r1の接続部にはダイオードＤ₃の
アノード側と、ダイオードＤ₄のカソード側と、第２の
インダクタンス素子であるインダクタンス素子Ｌ_r2の一
端側とがそれぞれ接続され、そのインダクタンス素子Ｌ
_r2の他端側にはダイオードＤ₁のアノード側が接続さ
れ、ダイオードＤ₁のカソード側には前記ダイオードＤ
₃のカソード側が接続されている。

【００１９】また、前記ダイオードＤ₁のアノード側に
は第３のスイッチ素子であるスイッチ素子（ＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ）Ｑ₃のドレイン（Ｄ）側が直列に接続され、この
スイッチ素子Ｑ₃のソース（Ｓ）側には、前記メーンス
イッチ素子Ｑ₁のソース（Ｓ）側と、ダイオードＤ₄の
アノード側と、ダイオードＤ₂のアノード側と、コンデ
ンサＣ₁の一端側とがそれぞれ接続されており、コンデ
ンサＣ₁の他端側は前記ダイオードＤ₁のカソード側に
接続されている。

【００２０】上記スイッチ素子Ｑ₂のゲート（Ｇ）側に
はスイッチ素子Ｑ₂のスイッチオン・オフ駆動を制御す
る第２の制御回路である制御回路２がドライブトランス
Ｔ₂を介して接続され、また、前記スイッチ素子Ｑ₃の
ゲート（Ｇ）側にはスイッチ素子Ｑ₂のスイッチオン時
からスイッチ素子Ｑ₃のスイッチオン時までの期間、す
なわち、メーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチオン期間を
制御する第１の制御回路である制御回路１が接続されて
いる。これら制御回路１および制御回路２は前記コンデ
ンサＣ₁と接続されており、このコンデンサＣ₁の蓄積
電荷のエネルギーを駆動電力として回路動作が行われる
ように形成されている。

【００２１】なお、トランスＴ₁の二次コイル11側の出
力回路13の回路構成は従来例で述べた前記図８の出力回
路13の回路構成と同一であり、周知であるのでその説明
は省略する。また、図中、点線で示すＣ_issはメーンス
イッチ素子Ｑ₁のゲート−ソース間に生じる入力容量を
等価的に表すものである。

【００２２】上記スイッチ素子Ｑ₂とスイッチ素子Ｑ₃
とダイオードＤ₁〜Ｄ₄とインダクタンス素子Ｌ_r1，Ｌ
_r2とコンデンサＣ₁と制御回路１，２とドライブトラン
スＴ₂によりメーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチオン・
オフ駆動を行うメーンドライブ回路４が形成されてお
り、このメーンドライブ回路４を構成する回路構成要素
のうちのスイッチ素子Ｑ₂とインダクタンス素子Ｌ_r1に
よりメーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチオン時に入力電
源Ｖ_inの電力をメーンスイッチ素子Ｑ₁の入力容量Ｃ
_issへ供給して入力容量Ｃ_issの充電を行う入力容量充
電回路が構成されている。

【００２３】また、前記スイッチ素子Ｑ₂とインダクタ
ンス素子Ｌ_r1とダイオードＤ₃により、メーンスイッチ
素子Ｑ₁の入力容量Ｃ_issの電圧が予め定められたスイ
ッチのオン駆動電圧Ｖ_ccに達してからスイッチ素子Ｑ₂
がスイッチオフするまでの間に入力電源Ｖ_inの電力を前
記制御回路１，２の駆動電力としてコンデンサＣ₁へ供
給する電力供給回路を構成してる。さらに、ダイオード
Ｄ₂とダイオードＤ₃とインダクタンス素子Ｌ_r1により
スイッチ素子Ｑ₂がスイッチオフしたときにインダクタ
ンス素子Ｌ_r1の蓄積エネルギーを前記制御回路１，２の
駆動電力としてコンデンサＣ₁（第１の制御回路の電源
側）へ回生する第１の電力回生供給回路を構成してい
る。

【００２４】さらに、前記スイッチ素子Ｑ₃とインダク
タンス素子Ｌ_r2とダイオードＤ₁とダイオードＤ₄によ
り、メーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチオフ時に該メー
ンスイッチ素子Ｑ₁の入力容量Ｃ_issの電荷を放電さ
せ、この放電電荷エネルギーを前記制御回路１，２の駆
動電力としてコンデンサＣ₁へ回生する第２の電力回生
供給回路を構成している。

【００２５】前記制御回路１はスイッチ素子Ｑ₃のスイ
ッチオン・オフ駆動を行うと共に、図７に示すように、
回路出力電圧Ｖ_out（あるいは回路出力電流Ｉ_out）を
分圧抵抗体15，16とフォトカプラ17を用いて検出し、こ
の検出値に基づき、回路出力電圧Ｖ_out（回路出力電流
Ｉ_out）の安定化が成されるようにスイッチ素子Ｑ₃の
スイッチオンタイミングを可変制御する回路構成を有し
ている。

【００２６】前記制御回路２は、スイッチ素子Ｑ₂をス
イッチオン・オフ駆動する構成に加えて、図２の（ｄ）
に示すスイッチ素子Ｑ₂のスイッチオン期間ＰＷ２の長
さを可変制御する構成を有している。

【００２７】第１の実施の形態例は上記のように構成さ
れており、次に本実施の形態例のメーンドライブ回路４
の動作を図２および図３に基づき説明する。なお、図２
は前記したようにメーンドライブ回路４の各回路構成要
素の動作を示すタイムチャートであり、図３はメーンド
ライブ回路４の回路動作部分を抜き出して示す等価回路
である。

【００２８】制御回路２のドライブ動作によりスイッチ
素子Ｑ₂がスイッチオンすると（図２の時間ｔ₁）、入
力容量充電回路は、入力電源Ｖ_inの電力を、図３の
（ａ）に示すように、入力電源Ｖ_in→スイッチ素子Ｑ₂
→インダクタンス素子Ｌ_r1→入力容量Ｃ_issの経路で、
入力容量Ｃ_issへ供給し、インダクタンス素子Ｌ_r1と入
力容量Ｃ_issのＬＣ共振を利用し入力容量Ｃ_issの充電
を行う。

【００２９】上記入力容量充電回路の入力容量充電動作
により、メーンスイッチ素子Ｑ₁の入力容量Ｃ_issの電
圧が、図２の（ｃ）に示すように、メーンスイッチ素子
Ｑ₁の予め定められたドライブ電圧（メーンスイッチ素
子Ｑ₁のオン駆動電圧）Ｖ_ccに達したときに（図２の時
間ｔ₂）、ダイオードＤ₃がスイッチオンする。そし
て、入力容量Ｃ_issの電圧がドライブ電圧Ｖ_ccに達して
からメーンスイッチ素子Ｑ₁がスイッチオンするまでの
ターンオン遅延時間（例えば、20nsec）を経たときにメ
ーンスイッチ素子Ｑ₁がスイッチオンする。また、前記
入力容量Ｃ_issの電圧がドライブ電圧Ｖ_ccに達してから
スイッチ素子Ｑ₂がスイッチオフするまでの間（図２の
時間ｔ₂から時間ｔ₃までの間）、電力供給回路は、図
３の（ｂ）に示すように、入力電源Ｖ_inの電力を、入力
電源Ｖ_in→スイッチ素子Ｑ₂→インダクタンス素子Ｌ_r1
→ダイオードＤ₃→コンデンサＣ₁の経路で、制御回路
１および制御回路２の駆動電力としてコンデンサＣ₁へ
供給する。

【００３０】そして、スイッチ素子Ｑ₂がスイッチオフ
すると（図２の時間ｔ₃）、ダイオードＤ₂がスイッチ
オンし、第１の電力回生供給回路は、前述した図３の
（ａ）および（ｂ）に示すようなインダクタンス素子Ｌ
_r1の通電によりインダクタンス素子Ｌ_r1に蓄積されたエ
ネルギーを、図３の（ｃ）に示すように、インダクタン
ス素子Ｌ_r1→ダイオードＤ₃→コンデンサＣ₁の経路で
コンデンサＣ₁へ供給し、上記インダクタンス素子Ｌ_r1
の蓄積エネルギーを制御回路１および制御回路２の駆動
電力としてコンデンサＣ₁へ回生する。

【００３１】その後、メーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッ
チオン期間ＰＷ１が終了したときに、制御回路１のドラ
イブ動作によりスイッチ素子Ｑ₃がスイッチオンし（図
２の時間ｔ₅）、第２の電力回生供給回路は、メーンス
イッチ素子Ｑ₁の入力容量Ｃ_issの電荷を、図３の
（ｄ）に示すように、インダクタンス素子Ｌ_r2と入力容
量Ｃ_issのＬＣ共振を利用して放電しメーンスイッチ素
子Ｑ₁をスイッチオフさせると共に、インダクタンス素
子Ｌ_r2に入力容量Ｃ_issの放電電荷エネルギーを蓄積す
る。

【００３２】そして、この入力容量Ｃ_issの電荷の放電
により、図２の（ｃ）に示すように、入力容量Ｃ_issの
電圧が０Ｖに下がったときに（図２の時間ｔ₆）、ダイ
オードＤ₄がスイッチオンし、その後のスイッチ素子Ｑ
₃のスイッチオン期間（図２の時間ｔ₆から時間ｔ₇ま
での期間）、図３の（ｅ）に示すように、上記インダク
タンス素子Ｌ_r2の蓄積エネルギーの電流を、インダクタ
ンス素子Ｌ_r2→スイッチ素子Ｑ₃→ダイオードＤ₄→イ
ンダクタンス素子Ｌ_r2の経路で還流させる。

【００３３】この状態でスイッチ素子Ｑ₃がスイッチオ
フしたときに（図２の時間ｔ₇）、ダイオードＤ₁がス
イッチオンし、図３の（ｆ）に示すように、インダクタ
ンス素子Ｌ_r2の蓄積エネルギーを、つまり、メーンスイ
ッチ素子Ｑ₁のスイッチオン期間中に入力容量Ｃ_issに
充電されていた電荷エネルギーを、インダクタンス素子
Ｌ_r2→ダイオードＤ₁→コンデンサＣ₁の経路で制御回
路１および制御回路２の駆動電力としてコンデンサＣ₁
へ回生する。

【００３４】上記の如く、メーンドライブ回路４は、制
御回路２の制御動作によりスイッチ素子Ｑ₂をスイッチ
オンさせ、前記入力容量充電回路に入力電源Ｖ_inから入
力容量Ｃ_issへの電力供給動作を行わせてインダクタン
ス素子Ｌ_r1と入力容量Ｃ_issの充電のＬＣ共振によって
メーンスイッチ素子Ｑ₁をスイッチオンさせ、また、制
御回路１の動作によりスイッチ素子Ｑ₃をスイッチオン
させ、入力容量Ｃ_issとインダクタンス素子Ｌ_r2の放電
のＬＣ共振を利用して入力容量Ｃ_issの電荷を放電させ
てメーンスイッチ素子Ｑ₁をスイッチオフさせる。

【００３５】また、このメーンドライブ回路４は、上記
のように、ＬＣ共振を利用してメーンスイッチ素子Ｑ₁
をスイッチオン・オフ駆動すると共に、メーンスイッチ
素子Ｑ₁のスイッチオン時にインダクタンス素子Ｌ_r1に
蓄積されたエネルギーを駆動電力としてコンデンサＣ₁
へ回生し、さらに、メーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチ
オフ時の入力容量Ｃ_issの放電電荷エネルギーを駆動電
力としてコンデンサＣ₁へ回生できるものである。

【００３６】さらに、メーンドライブ回路４の制御回路
１は、前記の如く、回路出力電圧Ｖ_out（回路出力電圧
Ｉ_out）を検出し、この検出値に基づき回路出力Ｖ_out
（Ｉ_out）の安定化が成されるようにスイッチ素子Ｑ₃
のスイッチオンタイミングを可変制御する構成を有して
いるので、スイッチング電源回路は安定した電圧
_out（電流Ｉ_out）を出力することができる。

【００３７】それというのは、図２の（ｄ）に示すスイ
ッチ素子Ｑ₂のスイッチオン時（時間ｔ₁）から図２の
（ｅ）に示すスイッチ素子Ｑ₃のスイッチオン時（時間
ｔ₅）までの期間（スイッチ素子Ｑ₂のスイッチオンタ
イミングの周期は一定）がメーンスイッチ素子Ｑ₁のス
イッチオン期間ＰＷ１に対応しており、スイッチ素子Ｑ
₃のスイッチオンタイミングを可変制御することによっ
て、スイッチ素子Ｑ₂のスイッチオン時からスイッチ素
子Ｑ₃のスイッチオン時までの期間の長さを可変制御し
てメーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチオン期間ＰＷ１を
可変制御できるからである。

【００３８】このことから、回路出力Ｖ_out（Ｉ_out）
の安定化が成されるようにスイッチ素子Ｑ₃のスイッチ
オンタイミングを可変制御し、つまり、メーンスイッチ
素子Ｑ₁のスイッチオン期間ＰＷ１を可変制御し、スイ
ッチング電源回路の出力の安定化が達成できる。

【００３９】ところで、前記制御回路１の出力電圧は予
め定めた一定の電圧に定電圧化することが望ましく、ス
イッチ素子Ｑ₂のスイッチオン期間ＰＷ２を可変制御す
ることによって、制御回路１の出力電圧を定電圧化でき
る。前記スイッチ素子Ｑ₂のスイッチオン期間ＰＷ２を
長くするに従って、前記電力供給回路の回路動作により
入力電源Ｖ_inからコンデンサＣ₁へ供給されコンデンサ
Ｃ₁に蓄積される電力量が増加して、コンデンサＣ₁の
駆動電力の電圧が増加し、また、逆に、スイッチ素子Ｑ
₂のスイッチオン期間ＰＷ２を短くするに従ってコンデ
ンサＣ₁の蓄積電力量が減少し、コンデンサＣ₁の駆動
電力の電圧が減少するという如く、スイッチ素子Ｑ₂の
スイッチオン期間ＰＷ２の長さを可変制御することによ
ってコンデンサＣ₁の駆動電力の電圧を可変制御でき
る。

【００４０】このことに着目し、この実施の形態例で
は、前記制御回路２は、制御回路１の出力電圧（第１の
制御回路の出力電圧）を検出し、この検出値に基づき、
制御回路１の出力電圧を予め定めた一定の電圧（Ｖ_cc）
となるように、制御回路２は、スイッチ素子Ｑ₂のスイ
ッチオン期間ＰＷ２を可変制御する回路構成を有してい
る。

【００４１】この実施の形態例によれば、入力電源Ｖ_in
の電力を利用しメーンスイッチ素子Ｑ₁の入力容量Ｃ
_issの充電を行ってメーンスイッチ素子Ｑ₁をスイッチ
オン駆動させたり、入力電源Ｖ_inの電力を制御回路１，
２の駆動電力としてコンデンサＣ₁へ供給する構成とし
たので、メーンスイッチ素子Ｑ₁をスイッチオン駆動さ
せる電力や制御回路１，２を駆動させる電力をメーンド
ライブ回路４へ供給するために、従来例で述べたような
図８に示す駆動電力供給回路21を設ける必要がなく、つ
まり、トランスＴ₁に三次コイル22設けなくてよいし、
シリーズレギュレータ23を省略することができ、次のよ
うな効果を奏することができる。

【００４２】トランスＴ₁に三次コイル22を設けると、
前述したように、三次コイル22を設けた分、トランスＴ
₁が大型化してしまうし、トランスＴ₁の構造が複雑に
なるが、この実施の形態例ではトランスＴ₁の三次コイ
ルを省略できるので、トランスＴ₁の小型化および簡略
化を図ることができ、スイッチング電源回路の価格を安
価にすることが可能である。

【００４３】また、シリーズレギュレータ23は前述した
ように電力損失が多く発生するものであるので、図８の
回路では三次コイル22の出力を制御・ドライブ回路20へ
供給するのに電力損失が多く発生してしまうが、この実
施の形態例では、シリーズレギュレータ23を設けず、入
力電源Ｖ_inの電力を、スイッチ素子Ｑ₂とインダクタン
ス素子Ｌ_r1を介し、つまり、電力損失が殆ど発生しない
回路素子を介し、入力容量Ｃ_issへ供給し入力容量Ｃ
_issの充電を行ってメーンスイッチ素子Ｑ₁をスイッチ
オン駆動させたり、入力電源Ｖ_inの電力を、インダクタ
ンス素子Ｌ_r1やスイッチ素子Ｑ₂等の損失が殆ど発生し
ない回路素子を介して制御回路１，２の駆動電力として
コンデンサＣ₁へ供給できるので、メーンスイッチ素子
Ｑ₁のスイッチオン駆動電力の供給や制御回路１，２へ
の駆動電力供給に伴う損失を殆ど無くすことができる。

【００４４】さらに、この実施の形態例では、メーンス
イッチ素子Ｑ₁のスイッチオン時に、入力容量充電回路
や電力供給回路の回路動作によるインダクタンス素子Ｌ
_r1の通電によってインダクタンス素子Ｌ_r1に蓄積された
エネルギーを、第１の電力回路供給回路が、制御回路
１，２の駆動電力としてコンデンサＣ₁へ回生し、ま
た、メーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチオフ時に入力容
量Ｃ_issから放電されたエネルギーを、第２の電力回生
供給回路が、制御回路１，２の駆動電力としてコンデン
サＣ₁へ回生するので、上記インダクタンス素子Ｌ_r1の
蓄積エネルギーや入力容量Ｃ_issの放電エネルギーが無
駄なく有効に利用され、エネルギー効率を格段に向上さ
せることができ、高エネルギー効率のスイッチング電源
回路を提供することが可能となる。

【００４５】ところで、ＬＣ共振を行わない非共振によ
り、入力容量Ｃ_issの充電を行ってメーンスイッチ素子
Ｑ₁をスイッチオンさせる場合には、メーンスイッチ素
子Ｑ ₁がスイッチオンする度に非共振によってスイッチ
オン時のドライブ損失Ｐ_on（Ｐ_on＝（１／２）・Ｃ_iss
・（Ｖ_cc）²；（Ｃ_issは入力容量、Ｖ_ccはメーンスイ
ッチ素子Ｑ₁のドライブ電圧））が発生し、また、非共
振により、入力容量Ｃ_issの放電を行ってメーンスイッ
チ素子Ｑ₁をスイッチオフさせる場合には、メーンスイ
ッチ素子Ｑ₁がスイッチオフする度に非共振によってス
イッチオフ時のドライブ損失Ｐ_off（Ｐ_off＝（１／
２）・Ｃ_iss・（Ｖ_cc）²）が発生してしまい、メーン
スイッチ素子Ｑ₁のスイッチオン・オフ駆動によるトー
タル的なドライブ損失Ｐ_dr（Ｐ_dr＝Ｃ_iss・（Ｖ_cc）²
・ｆ_SW；ただしｆ_SWはメーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッ
チング周波数）が発生してしまう。

【００４６】これに対して、この実施の形態例では、Ｌ
Ｃ共振を利用して入力容量Ｃ_issの充放電を行ってお
り、このＬＣ共振を利用した入力容量Ｃ_issの充放電に
は電力損失が殆ど生じないことから、上記メーンスイッ
チ素子Ｑ₁のスイッチオン・オフ時のドライブ損失Ｐ_on
およびＰ_off、つまり、トータル的なドライブ損失Ｐ_dr
を極めて小さく抑えることができる。

【００４７】さらに、制御回路２を設け、制御回路１の
出力電圧の安定化を行うためにスイッチ素子Ｑ₂のスイ
ッチオン期間ＰＷ２を可変制御する構成としたので、制
御回路１の出力電圧の定電圧化を図ることができ、制御
回路１の出力電圧のばらつきによりスイッチ素子Ｑ₃が
正確に動作しないというような問題を回避し、制御回路
１の制御動作を精度良く行わせることができる。

【００４８】さらに、上記メーンドライブ回路４を構成
する回路構成要素は集積回路化（ＩＣ化）が可能である
ので、それらをＩＣ化して１チップにまとめることによ
り、スイッチング電源回路の小型化を図ることが可能で
ある。

【００４９】以下に第２の実施の形態例を説明する。な
お、この第２の実施の形態例の説明において、前記第１
の実施の形態例と同一名称部分には同一符号を付し、そ
の重複説明は省略する。

【００５０】この実施の形態例が前記第１の実施の形態
例と異なる特徴的なことは、図１に示すような、メーン
ドライブ回路４のダイオードＤ₁とダイオードＤ₄を省
略し、インダクタンス素子Ｌ_r2の代わりに抵抗体Ｒ₁を
設けて、メーンドライブ回路４がメーンスイッチ素子Ｑ
₁の入力容量Ｃ_issの電荷を抵抗体Ｒ₁を介して放電
し、放電時のＬＣ共振を行わない非共振によりメーンス
イッチ素子Ｑ₁をスイッチオフさせる構成としたことで
あり、それ以外の構成は前記第１の実施の形態例同様で
あり、その重複説明は省略する。

【００５１】上記の如く、メーンドライブ回路４はダイ
オードＤ₁とダイオードＤ₄が省略され、インダクタン
ス素子Ｌ_r2の代わりに抵抗体Ｒ₁が設けられており、メ
ーンスイッチ素子Ｑ₁をスイッチオン駆動させるときに
は、前記第１の実施の形態例同様にインダクタンス素子
Ｌ_r1と入力容量Ｃ_issの充電のＬＣ共振を利用してスイ
ッチオンさせ、メーンスイッチ素子Ｑ₁をスイッチオフ
させるときには、ＬＣ共振を用いずに入力容量Ｃ_issの
電荷を抵抗体Ｒ₁を介して放電させメーンスイッチ素子
Ｑ₁をスイッチオフさせるように構成されている。

【００５２】なお、上記の如く、非共振によりメーンス
イッチ素子Ｑ₁をスイッチオフさせるときには、スイッ
チ素子Ｑ₃のスイッチオン期間ＰＷ３は、前記第１の実
施の形態例で示したように短くなく、図２の（ｅ）の鎖
線に示すように、スイッチ素子Ｑ₂がスイッチオンする
直前まで延長されてスイッチオンしているというように
長くなる。

【００５３】この実施の形態例によれば、ダイオードＤ
₁とダイオードＤ₄を省略できるので、その分、回路の
部品点数が削減され、回路の簡略化を図ることができ
る。ただ、メーンスイッチ素子Ｑ₁をスイッチオフさせ
るときに、ＬＣ共振を用いておらず、入力容量Ｃ_issの
電荷を抵抗体Ｒ₁を介して放電するので、メーンスイッ
チ素子Ｑ₁のスイッチオフ時に抵抗体Ｒ₁の抵抗成分に
よりメーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチングの１周期当
りドライブ損失Ｐ_off（Ｐ_off＝（１／２）・Ｃ _iss・
（Ｖ_cc）²）が発生してしまう。

【００５４】けれども、前記第１の実施の形態例で述べ
た、メーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチオン時のドライ
ブ損失Ｐ_onを大きく低減させることができるという効果
や、メーンスイッチ素子Ｑ₁のスイッチオン時にインダ
クタンス素子Ｌ_r1に蓄積されたエネルギーを制御回路
１，２の駆動電力として回生でき、エネルギー効率が格
段に良いという効果や、入力電源Ｖ_inの電力をメーンス
イッチ素子Ｑ₁のスイッチオン駆動に用いたり、入力電
源Ｖ_inの電力と上記回生電力を制御回路１，２の駆動電
力としてコンデンサＣ₁へ供給することからトランスＴ
₁の三次コイル22やシリーズレギュレータ23を省略する
ことができ、スイッチング電源回路の小型化、簡略化を
図ることが可能で、しかも、電力損失が低減できるとい
う効果等の画期的な効果を奏することができる。

【００５５】なお、本発明は上記各実施の形態例に限定
されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例
えば、上記各実施の形態例は、トランスＴ₁を有した絶
縁型フォワードコンバータタイプのスイッチング電源回
路を例にして説明したが、本発明は、例えば、トランス
Ｔ₁がない非絶縁型コンバータタイプ（例えばバックコ
ンバータタイプ）のスイッチング電源回路や、図５や図
６に示すようなフライバックコンバータタイプのスイッ
チング電源回路（図５のスイッチング電源回路は電流連
続モードフライバックコンバータタイプのスイッチング
電源回路、図６のスイッチング電源回路はマルチ共振フ
ライバックコンバータタイプのスイッチング電源回路）
等、スイッチオン期間の可変によってスイッチング電源
回路の出力の安定化を行うメーンスイッチ素子を有した
各種のスイッチング電源回路に適用することが可能であ
り、上記メーンスイッチ素子に上記各実施の形態例同様
のメーンドライブ回路４を接続させてメーンスイッチ素
子をドライブ駆動することによって、上記各実施の形態
例同様の優れた効果を奏することできる。

【００５６】また、上記各実施の形態例では、スイッチ
素子Ｑ₂，Ｑ₃がＭＯＳ−ＦＥＴで形成されていたが、
これらスイッチ素子Ｑ₂，Ｑ₃のうちの１個以上をバイ
ポーラトランジスタ等のＭＯＳ−ＦＥＴ以外のトランジ
スタ素子で形成してもよく、このような場合にも上記各
実施の形態例同様の優れた効果を奏することできる。

【００５７】なお、上記の如く、ＭＯＳ−ＦＥＴの代わ
りにバイポーラトランジスタでスイッチ素子を構成する
場合には、バイポーラトランジスタのコレクタ（Ｃ）、
ベース（Ｂ）、エミッタ（Ｅ）がそれぞれＭＯＳ−ＦＥ
Ｔのドレイン（Ｄ）、ゲート（Ｇ）、ソース（Ｓ）に対
応するように回路に組み込まれることになる。

【００５８】さらに、上記各実施の形態例では、メーン
スイッチ素子Ｑ₁がＭＯＳ−ＦＥＴで形成されていた
が、ＩＧＢＴ等のゲート構造を持つトランジスタ素子で
形成してもよく、この場合にも上記各実施の形態例同様
の優れた効果を奏することができる。

【００５９】さらに、上記各実施の形態例では、ダイオ
ードＤ₁〜Ｄ₄を用いていたが、これらダイオードＤ₁
〜Ｄ₄のうちの１個以上を該ダイオードの代わりに、同
期整流素子を用いても良く、この場合にも上記各実施の
形態例同様の効果を奏することができる。

【００６０】さらに、上記各実施の形態例では、制御回
路２はスイッチ素子Ｑ₂のスイッチオン期間ＰＷ２を可
変制御する回路構成を有していたが、スイッチ素子Ｑ₂
のスイッチオン期間ＰＷ２が予め定めた一定の値となる
ようにスイッチ素子Ｑ₂をスイッチオン・オフ駆動する
回路構成としてもよい。

【００６１】さらに、上記各実施の形態例では、スイッ
チ素子Ｑ₂のゲート側はドライブトランスＴ₂を介して
制御回路２と接続されていたが、スイッチ素子Ｑ₂がＰ
チャンネルタイプのＭＯＳ−ＦＥＴやＰ型のバイポーラ
トランジスタ等のＰ型半導体タイプのトランジスタ素子
で形成される場合にはスイッチ素子Ｑ₂のゲート（ベー
ス）側はドライブトランスＴ₂を介さず直接的に制御回
路２と接続してもよい。この場合にはドライブトランス
Ｔ₂を省略できるので、メーンドライブ回路４のより一
層の簡略化・小型化を図ることが可能となる。

【００６２】

【発明の効果】この発明によれば、入力電源の電力を用
いてメーンスイッチ素子の入力容量の充電を行い、メー
ンスイッチ素子をスイッチオンさせたり、入力電源の電
力を第１の制御回路の電源側へ供給する構成としたの
で、メーンスイッチ素子をスイッチオン駆動させるため
の電力や、第１の制御回路の電源側へ駆動電力を供給す
るための電力をメーンドライブ回路に供給するために、
入力電源とは別の電力発生源をわざわざ設ける必要がな
い。

【００６３】また、電力がシリーズレギュレータを介し
てメーンスイッチ素子の入力容量や第１の制御回路の電
源側に供給される場合にはシリーズレギュレータで大き
な電力損失が発生するが、本発明は、シリーズレギュレ
ータを設けず、入力電源の電力をスイッチ素子やインダ
クタンス素子等の電力損失が殆ど発生しない回路構成素
子を介してメーンスイッチ素子の入力容量や第１の制御
回路の電源側へ供給することが可能であるので、その電
力供給経路上での電力損失を非常に小さく抑えることが
可能となる。

【００６４】さらに、メーンスイッチ素子のスイッチオ
ン時に第１のインダクタンス素子に蓄積されたエネルギ
ーやメーンスイッチ素子のスイッチオフ時にメーンスイ
ッチ素子の入力容量から放電されたエネルギーをインダ
クタンス素子やスイッチ素子を介し第１の制御回路の電
源側へ回生する構成としたので、エネルギーの無駄を無
くすことができる。その上、そのエネルギーの回生はＬ
Ｃ共振の回路を利用しており、その回生経路上における
インダクタンス素子やスイッチ素子ではエネルギー損失
は殆ど発生しないので、エネルギー効率を格段に向上さ
せることができる。

【００６５】さらに、メーンドライブ回路はＬＣ共振を
利用してメーンスイッチ素子の入力容量の充放電を行っ
てメーンスイッチ素子のスイッチオン・オフ駆動を行う
構成とし、そのＬＣ共振を利用したメーンスイッチ素子
の入力容量の充放電にはドライブ損失が殆ど発生しない
ので、非共振により入力容量の充放電を行ってメーンス
イッチ素子のスイッチオン・オフ駆動させる場合に比べ
てドライブ損失が発生しない分、電力の無駄を無くすこ
とができる。

【００６６】ＬＣ共振を行わない非共振により入力容量
の電荷を放電させメーンスイッチ素子をスイッチオフさ
せる構成にあっても、上記のように、入力電源とは別の
電力発生源を設ける必要がないという効果や、電力供給
経路上における電力損失を非常に小さく抑えることが可
能となるし、メーンスイッチ素子のスイッチオン時に第
１のインダクタンス素子に蓄積されたエネルギーを駆動
電力として回生することにより電力の無駄がなくなって
エネルギー効率が格段によくなるという効果や、ＬＣ共
振を用いて入力容量の充電を行ってメーンスイッチ素子
をスイッチオン駆動させるのでメーンスイッチ素子のス
イッチオン時のドライブ損失がなくなるという効果等の
画期的な効果を奏することができる。

【００６７】また、第１の制御回路の出力電圧を安定化
するように第２のスイッチ素子のオン期間を制御するよ
うに第２の制御回路を構成した発明にあっては、第２の
制御回路の制御動作により、第１の制御回路の出力電圧
の安定化が成されるので第１の制御回路の出力電圧が不
安定であるために第１の制御回路の制御動作が正確に行
われないという問題が回避され、第１の制御回路は精度
良く制御動作を確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態例におけるスイッチング電源
回路の主要構成を示す回路図である。

【図２】図１の回路を構成する各構成要素の動作を示す
タイムチャートである。

【図３】図１の回路動作部分を抜き出して表す等価回路
図である。

【図４】第２の実施の形態例におけるスイッチング電源
回路の主要構成を示す回路図である。

【図５】その他の実施の形態例を示す回路図である。

【図６】さらにその他の実施の形態例を示す回路図であ
る。

【図７】図１、図４〜図６の制御回路１が回路出力を検
出するための検出回路例を示す回路図である。

【図８】従来例を示す回路図である。

【符号の説明】

１，２制御回路４メーンドライブ回路Ｌ_r1，Ｌ_r2 インダクタンス素子Ｃ₁ コンデンサＱ₁ メーンスイッチ素子Ｑ₂，Ｑ₃ スイッチ素子Ｃ_iss 入力容量Ｖ_in 入力電源Ｖ_out 出力電圧

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路の入力電源と；スイッチオン期間の
可変によって回路出力の安定化を行うメーンスイッチ素
子と；メーンスイッチ素子のオン直前にスイッチオン制
御されてスイッチオンする第２のスイッチ素子と；メー
ンスイッチ素子のオフ直前にスイッチオンする第３のス
イッチ素子と；上記メーンスイッチ素子のスイッチオン
期間を制御する第１の制御回路と；メーンスイッチ素子
のスイッチオン時にメーンスイッチ素子の入力容量と充
電のＬＣ共振を行う第１のインダクタンス素子およびメ
ーンスイッチ素子のスイッチオフ時にメーンスイッチ素
子の入力容量と放電のＬＣ共振を行う第２のインダクタ
ンス素子を有し前記第１の制御回路側の電源を用いて前
記第２のスイッチ素子のオン時から第３のスイッチ素子
のオン時までの期間に対応させて上記メーンスイッチ素
子のスイッチオン期間をドライブ駆動するＬＣ共振のメ
ーンドライブ回路と；第２のスイッチ素子のスイッチオ
ン動作によって前記入力電源の電力を前記メーンドライ
ブ回路の第１のインダクタンス素子を介してメーンスイ
ッチ素子の入力容量へ供給し入力容量の充電を行う入力
容量充電回路と；この入力容量充電回路の回路動作によ
り入力容量の電圧が前記メーンスイッチ素子のオン駆動
電圧になってから第２のスイッチ素子がスイッチオフす
るまでの間、第２のスイッチ素子および前記第１のイン
ダクタンス素子を通して前記入力電源の電力を前記第１
の制御回路の電源側へ供給する電力供給回路と；上記入
力容量充電回路と電力供給回路の回路動作による前記第
１のインダクタンス素子の通電によって第１のインダク
タンス素子に蓄積されたエネルギーを、第２のスイッチ
素子のスイッチオフ動作により、前記第１の制御回路の
電源側へ回生する第１の電力回生供給回路と；第３のス
イッチ素子のスイッチオン動作によりメーンスイッチ素
子の入力容量の電荷を放電して前記メーンドライブ回路
の第２のインダクタンス素子に蓄積しこの第２のインダ
クタンス素子の蓄積エネルギーを第３のスイッチ素子の
スイッチオフ動作により前記第１の制御回路の電源側へ
回生する第２の電力回生供給回路と；を有するスイッチ
ング電源回路。
【請求項２】メーンドライブ回路は第２のインダクタ
ンス素子が省略され、メーンスイッチ素子のスイッチオ
ン時におけるメーンスイッチ素子の入力容量の充電時に
のみＬＣ共振を利用し、メーンスイッチ素子のスイッチ
オフ時におけるメーンスイッチ素子の入力容量の放電時
にはＬＣ共振を行わない非共振によりメーンスイッチ素
子をドライブ駆動する構成としたことを特徴とする請求
項１記載のスイッチング電源回路。
【請求項３】第１の制御回路の出力電圧を検出し、こ
の検出電圧に基づき、第１の制御回路の出力電圧の安定
化を行うために第２のスイッチ素子のスイッチオン期間
を可変制御する第２の制御回路を設ける構成としたこと
を特徴とする請求項１又は請求項２記載のスイッチング
電源回路。