JP3636191B2 - スイッチング電源 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源に関し、詳細には確実に起動でき、かつ、定常動作時における電力消費を低減することができるスイッチング電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来のスイッチング電源８０１を示すブロック図である。スイッチング電源８０１は、外部から入力された交流電圧を、整流回路８０８および平滑コンデンサＣ８０１において直流電圧に変換し、スイッチング回路８０２において、入力交流電圧よりも高周波の交流電圧に変換する。そして、スイッチング回路８０２の出力は、１次コイル８０９および２次コイル８１０を有するトランス８０３を介して外部に出力される。さらに、トランス８０３において、３次コイル８１１から電圧が得られ、この電圧が制御回路８１３を駆動するために用いられる。すなわち、定電圧回路８１２は、３次コイル８１１からの電圧を受けて、制御回路８１３に定電圧を与える。制御回路８１３は、与えられる定電圧によって駆動され、スイッチング回路８０２をオンオフ制御する。起動回路８０５は、電源電圧Ｖ１を、抵抗Ｒ８０１を介して定電圧回路８１２に与えることにより、スイッチング電源の起動時に、制御回路８１３を駆動することができる。すなわち、スイッチング電源の起動時には、スイッチング回路８０２が動作しておらず、３次コイル８１１から制御回路８１３を駆動するための電圧が得られないので、スイッチング電源を起動できないからである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−９３９１８号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスイッチング電源８０１は、起動時だけではなく、定常動作時においても、電源電圧Ｖ１と３次コイル８１１からの電圧Ｖ２との差の電圧によって、抵抗Ｒ８０１に電圧が生じ、コンデンサＣ８０２に電流を流しつづけている。そのため、定常動作時において、抵抗Ｒ８０１に無駄な電力消費が生じるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、図９に示す（簡単のため、起動回路９０５のみを示す）スイッチング電源９０１が提案されている。スイッチング電源９０１は、起動時において、外部電源が入力されると、過渡状態では、抵抗Ｒ９０１とコンデンサＣ９０３とを介してコンデンサＣ８０２に電流が流れ、所定の時定数でこの電流は減少する。そして、定常動作時には、抵抗Ｒ９０１とＲ９０２とで決定される電流がコンデンサＣ８０２に流れる。従って、抵抗Ｒ９０１を小さく設定することにより起動時の過渡電流を増加でき、抵抗Ｒ９０２を大きく設定することにより定常動作時に流れる電流を減少させることができ、無駄な電力消費を低減できる。さらに、コンデンサＣ９０３の値を設定することによって、過渡電流の流れる時間を制御することができる。
【０００６】
しかし、スイッチング電源９０１では、電源投入時の電圧Ｖ１の残留電圧およびコンデンサＣ９０３に蓄積された残留電荷によって、コンデンサＣ８０２に流れる過渡電流が大きく変化するので、スイッチング電源９０１の起動が確実ではないという問題がある。
【０００７】
さらに、特開平９−９３９１８号には、電源制御回路１１の断続動作の開始でトランス６の３次巻線６３の出力に発生する振動電圧を検出すると、開閉部３をオフにするスイッチング電源が記載されている。しかし、このスイッチング電源は、抵抗４２の電圧降下を利用して、ＭＯＳＦＥＴ３１をオフするので、抵抗４２が必ず必要となる。そのため、起動後は、常に抵抗４２を介して電源制御回路を駆動するので、無駄な電力消費が生じるという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、その目的とするところは、確実に起動でき、かつ、定常動作時における無駄な電力消費を低減できるスイッチング電源を提供することにある。
【０００９】
本発明の実施形態によるスイッチング電源は、外部電源が与えられ、オンオフ動作することによりパルスを出力するスイッチング手段と、該スイッチング手段の出力が与えられることにより、外部に電圧を出力し、かつ、駆動用電圧を生成する出力手段と、トランジスタを有し、該外部電源が与えられて、駆動用電圧を生成する起動手段と、該出力手段が生成する駆動用電圧、または、該起動手段が生成する駆動用電圧により駆動され、該スイッチング手段をオンオフ制御する制御手段とを備え、該起動手段が生成する駆動用電圧が、該出力手段が生成する駆動用電圧より大きい場合に、該起動手段から該制御手段に駆動用電圧を与え、該起動手段が生成する駆動用電圧が、該出力手段が生成する駆動用電圧より小さい場合に、該トランジスタの制御電極に与えられる電圧と該出力手段が生成する駆動用電圧との電位差に基づいて、該トランジスタをオフ状態にすることにより、該起動手段から該制御手段に駆動用電圧を与えないようにする。
【００１０】
起動手段が生成する駆動用電圧が、出力手段が生成する駆動用電圧より大きい場合に、起動手段から制御手段に駆動用電圧を与えるので、確実に起動することができる。さらに、起動手段が生成する駆動用電圧が、出力手段が生成する駆動用電圧より小さい場合に、起動手段において電流が流れる経路を断つことにより、起動手段から制御手段に駆動用電圧を与えないようにするので、定常動作時に、無駄な電力消費を低減することができる。さらに、定常動作時の電力消費を低減するために、図９のように時定数回路を使用していないので、きわめて確実に起動することができる。さらに、トランジスタの制御電極に与えられる電圧と出力手段が生成する駆動用電圧との電位差に基づいて、トランジスタをオフ状態にするので、出力手段と制御手段との間に抵抗素子を設ける必要がない。従って、無駄な電力消費をさらに低減することができる。
【００１１】
好ましい実施形態においては、スイッチング電源は、上記起動手段が、上記外部電源が与えられることにより、上記トランジスタの制御電極に定電圧を与える定電圧発生部をさらに有する。
【００１２】
起動手段が定電圧発生部を有するので、起動手段からの駆動用電圧を常に一定の電圧に保持することができる。従って、起動時には、起動手段からの駆動用電圧が、一定であり、制御手段を駆動可能な電圧を下回ることがないので、確実に起動することができる。さらに、定常動作時に、起動手段からの駆動用電圧が、出力手段からの駆動用電圧より大きくなることを防止することができ、無駄な電力消費を確実に防止することができる。
【００１３】
好ましい実施形態においては、上記トランジスタはＭＯＳＦＥＴであり、上記定電圧発生部は、カソードが該ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続されているツェナーダイオードを有し、上記起動手段は、該ＭＯＳＦＥＴのドレインと外部電源ラインとの間に設けられている第１の抵抗Ｒ１と、該ＭＯＳＦＥＴのゲートと該外部電源ラインとの間に設けられている第２の抵抗Ｒ２とをさらに有する。
【００１４】
トランジスタがＭＯＳＦＥＴであるので、ゲートに電流を流す必要がなく、ゲート抵抗である第２の抵抗の抵抗値を大きく設定することができる。従って、定常動作時に、第２の抵抗に電流が流れるが、この電流をきわめて小さくすることができ、無駄な電力消費をきわめて良好に低減することができる。さらに、第１の抵抗を有するので、ＭＯＳＦＥＴに過電流が流れることを防止することができ、ＭＯＳＦＥＴの破損を防止することができる。
【００１５】
本発明の別の実施形態によるスイッチング電源は、外部電源が与えられ、オンオフ動作することによりパルスを出力するスイッチング手段と、該スイッチング手段の出力が与えられることにより、外部に電圧を出力し、かつ、駆動用電圧を生成する出力手段と、トランジスタを有し、該外部電源が与えられて、駆動用電圧を生成する起動手段と、該出力手段が生成する駆動用電圧、または、該起動手段が生成する駆動用電圧により駆動され、該スイッチング手段をオンオフ制御する制御手段と、該出力手段が生成する駆動用電圧が、該制御手段を駆動可能な最低入力電圧より大きい電圧である場合に、該トランジスタの制御電極に与える電圧を、該制御手段を駆動可能な最低入力電圧より小さい電圧に切替える切替手段とを備え、該起動手段が生成する駆動用電圧が、該出力手段が生成する駆動用電圧より大きい場合に、該起動手段から該制御手段に駆動用電圧を与え、該起動手段が生成する駆動用電圧が、該出力手段が生成する駆動用電圧より小さい場合に、該トランジスタをオフ状態にすることにより、該起動手段から該制御手段に駆動用電圧を与えないようにする。
【００１６】
従って、出力手段からの駆動用電圧がＶ２ｍｉｎより小さくならない限りは、起動手段の駆動用電圧が出力手段からの駆動用電圧より大きくなることはない。従って、定常動作時に、起動手段から駆動用電圧が与えられることを確実に防止することができ、無駄な電力消費を確実に低減することができる。
【００１７】
好ましい実施形態においては、上記切替手段は、上記出力手段が生成する駆動用電圧に基づいてオンオフ動作することにより、上記トランジスタの制御電極に与える電圧を切替えるスイッチ素子を有する。
【００１８】
切替手段がスイッチ素子を有するので、スイッチ素子をオン状態にすることによって、簡単な回路構成において、確実に、トランジスタの制御電極に与える電圧を切替えることができる。
【００１９】
好ましい実施形態においては、上記起動手段は、所定の温度以上において抵抗値が増大する熱保護用素子をさらに有する。
【００２０】
起動手段は熱保護用素子を有するので、ＭＯＳＦＥＴが所定温度以上になった場合に、熱保護用素子の抵抗値が急激に増大する。従って、ＭＯＳＦＥＴに流れる電流を制限し、ＭＯＳＦＥＴの温度を下げることにより、ＭＯＳＦＥＴが破損することを防止することができる。
【００２１】
好ましい実施形態においては、上記起動手段は、所定の値以上の電流が流れる場合に、開放状態となるヒューズ素子をさらに有する。
【００２２】
起動手段はヒューズ素子を有するので、ＭＯＳＦＥＴに所定値以上の電流が流れる場合に、ヒューズ素子が開放状態となる。従って、ＭＯＳＦＥＴに過大な電流が流れることを防止することができ、ＭＯＳＦＥＴの破損を防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して具体的に説明するが、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１を示すブロック図である。スイッチング電源１は、スイッチング手段２、出力手段３、制御手段４および起動手段５を備えている。スイッチング電源１は、整流平滑手段６をさらに備えている。なお、本実施形態において、起動時とは起動手段５からの駆動用電圧が出力手段３からの駆動用電圧より大きいときをいい、定常動作時とは起動手段５からの駆動用電圧が出力手段３からの駆動用電圧より小さいときをいう。
【００２４】
整流平滑手段６は、外部から入力される交流の電源電圧を整流および平滑し、直流電圧Ｖ１を出力する。整流平滑手段６は、例えば、整流回路７および平滑コンデンサＣ１を有している。
【００２５】
スイッチング手段２は、例えば、複数のスイッチ素子がハーフブリッジ型またはフルブリッジ型に接続されているスイッチング回路を有する。スイッチ素子は、代表的にはＭＯＳＦＥＴが採用され得る。スイッチング手段２は、外部電源（整流平滑手段６において整流平滑された直流電圧Ｖ１）が与えられており（外部電源ラインが接続され）、制御手段４から与えられる制御信号によって、スイッチ素子がオンオフ動作し、パルスを出力する。スイッチング手段２の出力電圧は、第１のコイル部９に与えられる。
【００２６】
出力手段３は、スイッチング電源１の外部に電圧を出力し、かつ、駆動用電圧を生成する。出力手段３は、例えば、コア部８、第１のコイル部９、第２のコイル部１０および第３のコイル部１１を有している。スイッチング手段２から電圧が与えられて、第１のコイル部９と第２のコイル部１０との巻数比に基づいて、第２のコイル部１０から外部に電圧を出力する。一方、第２のコイル部１０と第３のコイル部１１との巻数比に基づいて、第３のコイル部１１から、制御手段４を駆動するための駆動用電圧を生成する。すなわち、第３のコイル部１１からの電流が、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２に充電されて、この充電電圧が制御手段４に与える駆動用電圧となる。
【００２７】
制御手段４は、スイッチング手段２のスイッチ素子をオンオフ制御する。制御手段４は、定電圧回路１２および制御回路１３を有している。定電圧回路１２は、出力手段３（第３のコイル部１１）または起動手段５からの駆動用電圧を受けて、制御回路１３に定電圧を与える。制御回路１３は、定電圧回路１２から定電圧が与えられて、スイッチング手段２のスイッチ素子をオンオフ制御する。すなわち、スイッチング手段２が有するＭＯＳＦＥＴのゲートに制御電圧を与える。
【００２８】
起動手段５は、外部電源（電圧Ｖ１）が与えられており（外部電源ラインに接続され）、スイッチング電源の起動時において、制御手段４に駆動用電圧を与える。すなわち、起動手段５からの駆動用電圧が、第３のコイル部１１からの駆動用電圧より大きい場合に、制御手段４に駆動用電圧を与える。一方、起動手段５からの駆動用電圧が、第３のコイル部１１からの駆動用電圧より小さい場合に、電流が流れる経路を断つことにより、制御手段４に駆動用電圧を与えないようにする。例えば、起動手段５は、トランジスタ１４を有している。トランジスタ１４をオフ状態とすることにより、電流を流れる経路を断つことができる。
【００２９】
トランジスタ１４は、任意の適切なものが採用され得るが、好ましくはＭＯＳＦＥＴが採用され得る。ＭＯＳＦＥＴはゲートに電流を流す必要がないので、ゲート抵抗Ｒ２の抵抗値を大きく設定することができ、従って、定常動作時における無駄な電力消費を低減できるからである。ＭＯＳＦＥＴ１４は、ドレインが抵抗Ｒ１を介して、外部電源ラインＶ１に、ゲートが抵抗Ｒ２を介して外部電源ラインＶ１に、ソースがコンデンサＣ２（すなわち、定電圧回路１２の入力）に各々接続されている。すなわち、外部電源ラインから、ＭＯＳＦＥＴ１４を介してコンデンサＣ２に電流が流れることにより、コンデンサＣ２が充電されて駆動用電圧となる。抵抗Ｒ１を有することにより、ＭＯＳＦＥＴ１４に過大電流が流れることを防止でき、ＭＯＳＦＥＴ１４を保護することができる。
【００３０】
起動手段５は、ＭＯＳＦＥＴ１４の制御電極（ゲート）に定電圧Ｖｚを与える定電圧発生部１５をさらに有する。定電圧発生部１５は、代表的にはツェナーダイオードを含む。ツェナーダイオード１５を有することにより、起動手段５からの駆動用電圧を一定にすることができる。従って、起動時には、起動手段５からの駆動用電圧が一定であり、制御手段４を駆動可能な電圧を下回ることがないので、確実にスイッチング電源１を起動することができる。ツェナーダイオード１５は、カソードがＭＯＳＦＥＴ１４のゲートに、アノードが０Ｖの外部電源に接続されている。従って、起動手段５からの駆動用電圧（コンデンサＣ２の充電電圧）は、Ｖｚ−Ｖｔｈとなる。但し、ＶｔｈはＭＯＳＦＥＴ１４の導通開始電圧である。また、ツェナーダイオード１５と並列に、コンデンサＣ３が設けられている。コンデンサＣ３を有することにより、コンデンサＣ２に対して過大な電流がＭＯＳＦＥＴ１４に流れないように、徐々にＭＯＳＦＥＴ１４のゲートを立ち上がらせることができる。
【００３１】
ここで、定電圧回路１２に与えられる電圧（コンデンサＣ２の電圧）をＶ２、制御手段４を駆動することができる最低入力電圧をＶ２ｍｉｎ、定常動作時に第３のコイル部１１から得られる駆動用電圧をＶ３とすると、下記式１を満足するよう各値が設定されている。従って、起動時には、起動手段５からの駆動用電圧によって制御手段４を駆動することができ、かつ、定常動作時には、起動手段５から駆動用電圧を与えないようにすることができる。
【００３２】
【数１】
【００３３】
以上の構成を有するスイッチング電源１の動作について、図２および図３を参照して説明する。図２は、電圧Ｖ１、Ｖ２およびＶｚを示す波形図であり、図３は、ＭＯＳＦＥＴ１４を流れる電流Ａ１および第３のコイル部１１からの電流Ａ３を示す波形図である。
【００３４】
スイッチング開始前（期間Ｔ１）において、外部から電源電圧が入力されると、ツェナーダイオード１５に電圧Ｖ１が与えられ、ツェナーダイオード１５のカソードには定電圧Ｖｚが生じる（図２）。それに伴い、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲートに定電圧Ｖｚが与えられることにより、外部電源ラインＶ１から抵抗Ｒ１およびＭＯＳＦＥＴ１４を介してコンデンサＣ２に電流Ａ１が流れ（図３）、コンデンサＣ２を充電する。そのため、コンデンサＣ２の電圧（ＭＯＳＦＥＴ１４のソース電圧）は、Ｖｚ−Ｖｔｈとなる。従って、定電圧回路１２に与えられる電圧Ｖ２はＶ２＝Ｖｚ−Ｖｔｈとなる（図２）。一方、第３のコイル部１１からは、期間Ｔ１には、スイッチング手段２がスイッチング動作を行っていないので、電流Ａ３が流れない（図３）。ここで、式１に基づいて、Ｖｚ−Ｖｔｈ＞Ｖ２ｍｉｎであるので、制御手段４が確実に起動され、スイッチング手段２がスイッチング動作を開始することができる。
【００３５】
期間Ｔ２において、制御回路１３からの制御信号によってスイッチング手段２がスイッチング動作を開始する。スイッチング手段２がスイッチング動作を行うことにより、第３のコイル部１１からの駆動用電圧が、起動手段５からの駆動用電圧（Ｖｚ−Ｖｔｈ）より大きくなると、第３のコイル部１１から電流Ａ３（図３参照）がダイオードＤ１を介して流れ、コンデンサＣ２を充電する。
【００３６】
期間Ｔ３において、第３のコイル部１１からの電流により、コンデンサＣ２の充電電圧が、Ｖｚ−Ｖｔｈより大きくなり、最終的に電圧Ｖ３となる。従って、定電圧回路１２に与えられる電圧Ｖ２は、Ｖ２＝Ｖ３となり（図２）、定常動作に移る。この期間には、第３のコイル部１１から電流Ａ３が流れ、コンデンサＣ２への充電を続ける。すなわち、第３のコイル部１１からの駆動用電圧Ｖ３が定電圧回路１２に与えられることになる。一方、ＭＯＳＦＥＴ１４のソース電圧がＶ３となり、式１に基づいて、Ｖ３＞Ｖｚ−Ｖｔｈであるので、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート−ソース間電圧は導通開始電圧未満となり、ＭＯＳＦＥＴ１４はオフ状態となる。従って、外部電源ラインＶ１から抵抗Ｒ１およびＭＯＳＦＥＴ１４を介してコンデンサＣ２に電流Ａ１が流れなくなる（図３）。すなわち、起動手段５から定電圧回路１２に駆動用電圧を与えないことになる。電流Ａ１が流れないので、抵抗Ｒ１およびＭＯＳＦＥＴ１４における無駄な電力消費を防止することができる。
【００３７】
また、期間Ｔ３には、外部電源ラインＶ１から抵抗Ｒ２およびツェナーダイオード１５に電流が流れるが、前述の通り抵抗Ｒ２を大きく設定することができるので、抵抗Ｒ２における無駄な電力消費をきわめて良好に低減することができる。
【００３８】
以上のように、起動手段５から制御手段４に駆動用電圧を与えることにより、確実に起動することができる。定常動作時には、出力手段３からの駆動用電圧が制御手段４に与えられ、かつ、ＭＯＳＦＥＴ１４をオフ状態にすることにより、起動手段５での無駄な電力消費をきわめて良好に低減することができる。
【００３９】
次に、本発明の別の好ましい実施形態について図４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。なお、図４（ａ）〜（ｃ）は、簡単のため起動手段についてのみ記載することとし、全体構成は図１と同一であるので省略する。図４（ａ）および（ｂ）に示す起動手段４５および４７は、所定の温度以上において抵抗値が急激に増大する熱保護用素子４６をさらに有している。熱保護用素子４６は、例えば、正温度係数抵抗器（ＰＴＣ）が採用され得る。正温度係数抵抗器４６は、任意の適切な素子が採用され得るが、代表的にはポジスタ、ポリスイッチ等が採用され得る。図４（ａ）に示す起動手段４５においては、ポジスタ４６が、ＭＯＳＦＥＴ１４と熱結合している。従って、例えば、スイッチング電源の起動に時間がかかり、ＭＯＳＦＥＴ１４に長時間電流が流れ、温度が上昇した場合に、ポジスタの抵抗値が急激に増大し、ＭＯＳＦＥＴ１４に流れる電流を減少させることができる。従って、ＭＯＳＦＥＴ１４の温度を下げることができ、ＭＯＳＦＥＴ１４の熱による破損を防止することができる。同様にして、図４（ｂ）の起動手段４７においては、ポジスタ４６が、抵抗Ｒ１およびＭＯＳＦＥＴ１４と熱結合しており、抵抗Ｒ１およびＭＯＳＦＥＴ１４を過熱による破損から防止することができる。
【００４０】
図４（ｃ）に示す起動手段４８は、所定電流値以上の電流が流れる場合に、開放状態となるヒューズ素子４９をさらに有している。ヒューズ素子４９は、代表的には、ヒューズ抵抗が採用され得る。従って、ＭＯＳＦＥＴ１４に過大な電流が流れる場合、ヒューズ抵抗４９が開放状態となることによって、ＭＯＳＦＥＴ１４が過大な電流により破損することを防止することができる。
【００４１】
次に、本発明のさらに別の好ましい実施形態について図５を参照して説明する。図５は、本実施形態のスイッチング電源５１を示すブロック図であり、図１と同一部分については説明を省略する。スイッチング電源５１は、切替手段５２をさらに備えている。
【００４２】
切替手段５２は、第３のコイル部１１からの駆動用電圧（すなわち、第３のコイル部１１からの電流によるコンデンサＣ２の充電電圧）が、制御手段４を駆動することができる最低入力電圧Ｖ２ｍｉｎより大きい場合に、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧を、Ｖ２ｍｉｎより小さい電圧に切替えるものである。すなわち、切替手段５２はスイッチ素子５３を有しており、第３のコイル部１１からの電流によるコンデンサＣ２の充電電圧がＶ２ｍｉｎより大きい場合に、スイッチ素子５３をオン状態とすることにより、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧をＶ２ｍｉｎより小さい電圧に切替える。
【００４３】
切替手段５２は、スイッチ素子５３（例えば、バイポーラトランジスタ）、抵抗Ｒ３〜Ｒ５、ダイオードＤ２を有している。ダイオードＤ２を有することにより、ＭＯＳＦＥＴ１４を流れる電流によって、トランジスタ５３がオン状態となることを防止できる。さらに、下記式２を満足するように各値が設定されているので、第３のコイル部１１からの駆動用電圧（第３のコイル部１１からの電流によるコンデンサＣ２の充電電圧）がＶ２ｍｉｎより大きい（すなわち、コンデンサＣ4の充電電圧がＶ２ｍｉｎ＋ＶＤより大きい）場合に、トランジスタ５３をオンすることができる。さらに、下記式３を満足するように各値が設定されているので、トランジスタ５３をオンすることにより、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧をＶ２ｍｉｎより小さくすることができる。但し、ＶＤは、ダイオードＤ２の順方向電圧降下、ＶＢＥは、トランジスタ５３の導通開始電圧である。
【００４４】
【数２】
【００４５】
【数３】
【００４６】
以上の構成を有するスイッチング電源５１の動作を、図６および図７を参照して説明する。図６は、電圧Ｖ１、Ｖ２、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧を示す波形図である。図７は、ＭＯＳＦＥＴ１４を流れる電流Ａ１および第３のコイル部１１からの電流Ａ３を示す波形図である。スイッチング電源が定常動作に移るまで（期間Ｔ１〜Ｔ２）は、図２と同一であるので説明を省略する。スイッチング電源５１が定常動作に移った後（期間Ｔ３においては）、第３のコイル部１１からの駆動用電圧（コンデンサＣ２の充電電圧）がＶ２ｍｉｎより大きく、すなわち、コンデンサＣ4の充電電圧がＶ２ｍｉｎ＋ＶＤより大きい。そのため、式２に基づいて、トランジスタ５３のベースエミッタ間に導通開始電圧ＶＢＥが生じ、トランジスタ５３がオン状態となる。そのため、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧が、ツェナーダイオード１５から与えられる電圧Ｖｚから、Ｖ１×Ｒ５／（Ｒ２＋Ｒ５）になる（図６）。ここで、式３に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧は、Ｖ２ｍｉｎより小さくなる。従って、第３のコイル部１１からの駆動用電圧（コンデンサＣ２の充電電圧）がＶ２ｍｉｎより小さくならない限り、ＭＯＳＦＥＴ１４は必ず逆バイアスとなり、ＭＯＳＦＥＴ１４を確実にオフ状態とすることができる。
【００４７】
従って、外部電源Ｖ１の変動等によって、第３のコイル部１１からの駆動用電圧が小さくなった場合にも、Ｖ２ｍｉｎより小さくならない限りは、確実にＭＯＳＦＥＴ１４をオフ状態とすることができ、無駄な電力消費を確実に防止できる。なお、第３のコイル部１１からの駆動用電圧が、Ｖ２ｍｉｎより小さくなった場合には、、トランジスタ５３がオフ状態となり、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧が定電圧Ｖｚとなる。従って、外部電源ラインＶ１からＭＯＳＦＥＴ１４を介してコンデンサＣ２に電流が流れることにより、起動手段５から駆動用電圧を与えることができる。このように、第３のコイル部１１からの駆動用電圧では制御手段４を駆動できない場合には、起動手段５からの駆動用電圧によって制御手段４を駆動できる。
【００４８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したがこれらの実施形態には限定されない。例えば、図５において、抵抗Ｒ４と並列にコンデンサを接続することにより、第３のコイル部１１からの駆動用電圧が十分に安定した後で、トランジスタ５３をオンすることができる。さらに、図５において、熱保護用素子および／またはヒューズ素子を設けてもよい。
【００４９】
本発明のスイッチング電源は、例えば、オーディオアンプ用の電源回路として好適に採用され得る。
【００５０】
【発明の効果】
本発明のスイッチング電源は、起動手段から出力される電圧が、出力手段が生成する駆動用電圧より大きい場合に、起動手段から制御手段に電圧を与えるので、確実に起動することができる。さらに、起動手段から出力される電圧が、出力手段が生成する駆動用電圧より小さい場合に、起動手段において電流が流れる経路を断つことにより、起動手段から制御手段に電圧を与えないようにするので、定常動作時に電力消費を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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ブロック図である。
【図２】本発明のスイッチング電源の動作を示す波形図である。
【図３】本発明のスイッチング電源の動作を示す波形図である。
【図４】本発明の別の実施形態によるスイッチング電源を示すブロック図である。
【図５】本発明の別の実施形態によるスイッチング電源を示すブロック図である。
【図６】本発明の別の実施形態によるスイッチング電源の動作を示す波形図である。
【図７】本発明の別の実施形態によるスイッチング電源の動作を示す波形図である。
【図８】従来のスイッチング電源を示すブロック図である。
【図９】従来の別のスイッチング電源を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ スイッチング電源
２ スイッチング手段
３ 出力手段
４ 制御手段
５ 起動手段
１４ トランジスタ
１５ 定電圧手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源に関し、詳細には確実に起動でき、かつ、定常動作時における電力消費を低減することができるスイッチング電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来のスイッチング電源８０１を示すブロック図である。スイッチング電源８０１は、外部から入力された交流電圧を、整流回路８０８および平滑コンデンサＣ８０１において直流電圧に変換し、スイッチング回路８０２において、入力交流電圧よりも高周波の交流電圧に変換する。そして、スイッチング回路８０２の出力は、１次コイル８０９および２次コイル８１０を有するトランス８０３を介して外部に出力される。さらに、トランス８０３において、３次コイル８１１から電圧が得られ、この電圧が制御回路８１３を駆動するために用いられる。すなわち、定電圧回路８１２は、３次コイル８１１からの電圧を受けて、制御回路８１３に定電圧を与える。制御回路８１３は、与えられる定電圧によって駆動され、スイッチング回路８０２をオンオフ制御する。起動回路８０５は、電源電圧Ｖ１を、抵抗Ｒ８０１を介して定電圧回路８１２に与えることにより、スイッチング電源の起動時に、制御回路８１３を駆動することができる。すなわち、スイッチング電源の起動時には、スイッチング回路８０２が動作しておらず、３次コイル８１１から制御回路８１３を駆動するための電圧が得られないので、スイッチング電源を起動できないからである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−９３９１８号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスイッチング電源８０１は、起動時だけではなく、定常動作時においても、電源電圧Ｖ１と３次コイル８１１からの電圧Ｖ２との差の電圧によって、抵抗Ｒ８０１に電圧が生じ、コンデンサＣ８０２に電流を流しつづけている。そのため、定常動作時において、抵抗Ｒ８０１に無駄な電力消費が生じるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、図９に示す（簡単のため、起動回路９０５のみを示す）スイッチング電源９０１が提案されている。スイッチング電源９０１は、起動時において、外部電源が入力されると、過渡状態では、抵抗Ｒ９０１とコンデンサＣ９０３とを介してコンデンサＣ８０２に電流が流れ、所定の時定数でこの電流は減少する。そして、定常動作時には、抵抗Ｒ９０１とＲ９０２とで決定される電流がコンデンサＣ８０２に流れる。従って、抵抗Ｒ９０１を小さく設定することにより起動時の過渡電流を増加でき、抵抗Ｒ９０２を大きく設定することにより定常動作時に流れる電流を減少させることができ、無駄な電力消費を低減できる。さらに、コンデンサＣ９０３の値を設定することによって、過渡電流の流れる時間を制御することができる。
【０００６】
しかし、スイッチング電源９０１では、電源投入時の電圧Ｖ１の残留電圧およびコンデンサＣ９０３に蓄積された残留電荷によって、コンデンサＣ８０２に流れる過渡電流が大きく変化するので、スイッチング電源９０１の起動が確実ではないという問題がある。
【０００７】
さらに、特開平９−９３９１８号には、電源制御回路１１の断続動作の開始でトランス６の３次巻線６３の出力に発生する振動電圧を検出すると、開閉部３をオフにするスイッチング電源が記載されている。しかし、このスイッチング電源は、抵抗４２の電圧降下を利用して、ＭＯＳＦＥＴ３１をオフするので、抵抗４２が必ず必要となる。そのため、起動後は、常に抵抗４２を介して電源制御回路を駆動するので、無駄な電力消費が生じるという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、その目的とするところは、確実に起動でき、かつ、定常動作時における無駄な電力消費を低減できるスイッチング電源を提供することにある。
【０００９】
本発明の実施形態によるスイッチング電源は、外部電源が与えられ、オンオフ動作することによりパルスを出力するスイッチング手段と、該スイッチング手段の出力が与えられることにより、外部に電圧を出力し、かつ、駆動用電圧を生成する出力手段と、トランジスタを有し、該外部電源が与えられて、駆動用電圧を生成する起動手段と、該出力手段が生成する駆動用電圧、または、該起動手段が生成する駆動用電圧により駆動され、該スイッチング手段をオンオフ制御する制御手段とを備え、該起動手段が生成する駆動用電圧が、該出力手段が生成する駆動用電圧より大きい場合に、該起動手段から該制御手段に駆動用電圧を与え、該起動手段が生成する駆動用電圧が、該出力手段が生成する駆動用電圧より小さい場合に、該トランジスタの制御電極に与えられる電圧と該出力手段が生成する駆動用電圧との電位差に基づいて、該トランジスタをオフ状態にすることにより、該起動手段から該制御手段に駆動用電圧を与えないようにする。
【００１０】
起動手段が生成する駆動用電圧が、出力手段が生成する駆動用電圧より大きい場合に、起動手段から制御手段に駆動用電圧を与えるので、確実に起動することができる。さらに、起動手段が生成する駆動用電圧が、出力手段が生成する駆動用電圧より小さい場合に、起動手段において電流が流れる経路を断つことにより、起動手段から制御手段に駆動用電圧を与えないようにするので、定常動作時に、無駄な電力消費を低減することができる。さらに、定常動作時の電力消費を低減するために、図９のように時定数回路を使用していないので、きわめて確実に起動することができる。さらに、トランジスタの制御電極に与えられる電圧と出力手段が生成する駆動用電圧との電位差に基づいて、トランジスタをオフ状態にするので、出力手段と制御手段との間に抵抗素子を設ける必要がない。従って、無駄な電力消費をさらに低減することができる。
【００１１】
好ましい実施形態においては、スイッチング電源は、上記起動手段が、上記外部電源が与えられることにより、上記トランジスタの制御電極に定電圧を与える定電圧発生部をさらに有する。
【００１２】
起動手段が定電圧発生部を有するので、起動手段からの駆動用電圧を常に一定の電圧に保持することができる。従って、起動時には、起動手段からの駆動用電圧が、一定であり、制御手段を駆動可能な電圧を下回ることがないので、確実に起動することができる。さらに、定常動作時に、起動手段からの駆動用電圧が、出力手段からの駆動用電圧より大きくなることを防止することができ、無駄な電力消費を確実に防止することができる。
【００１３】
好ましい実施形態においては、上記トランジスタはＭＯＳＦＥＴであり、上記定電圧発生部は、カソードが該ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続されているツェナーダイオードを有し、上記起動手段は、該ＭＯＳＦＥＴのドレインと外部電源ラインとの間に設けられている第１の抵抗Ｒ１と、該ＭＯＳＦＥＴのゲートと該外部電源ラインとの間に設けられている第２の抵抗Ｒ２とをさらに有する。
【００１４】
トランジスタがＭＯＳＦＥＴであるので、ゲートに電流を流す必要がなく、ゲート抵抗である第２の抵抗の抵抗値を大きく設定することができる。従って、定常動作時に、第２の抵抗に電流が流れるが、この電流をきわめて小さくすることができ、無駄な電力消費をきわめて良好に低減することができる。さらに、第１の抵抗を有するので、ＭＯＳＦＥＴに過電流が流れることを防止することができ、ＭＯＳＦＥＴの破損を防止することができる。
【００１５】
本発明の別の実施形態によるスイッチング電源は、外部電源が与えられ、オンオフ動作することによりパルスを出力するスイッチング手段と、該スイッチング手段の出力が与えられることにより、外部に電圧を出力し、かつ、駆動用電圧を生成する出力手段と、トランジスタを有し、該外部電源が与えられて、駆動用電圧を生成する起動手段と、該出力手段が生成する駆動用電圧、または、該起動手段が生成する駆動用電圧により駆動され、該スイッチング手段をオンオフ制御する制御手段と、該出力手段が生成する駆動用電圧が、該制御手段を駆動可能な最低入力電圧より大きい電圧である場合に、該トランジスタの制御電極に与える電圧を、該制御手段を駆動可能な最低入力電圧より小さい電圧に切替える切替手段とを備え、該起動手段が生成する駆動用電圧が、該出力手段が生成する駆動用電圧より大きい場合に、該起動手段から該制御手段に駆動用電圧を与え、該起動手段が生成する駆動用電圧が、該出力手段が生成する駆動用電圧より小さい場合に、該トランジスタをオフ状態にすることにより、該起動手段から該制御手段に駆動用電圧を与えないようにする。
【００１６】
従って、出力手段からの駆動用電圧がＶ２ｍｉｎより小さくならない限りは、起動手段の駆動用電圧が出力手段からの駆動用電圧より大きくなることはない。従って、定常動作時に、起動手段から駆動用電圧が与えられることを確実に防止することができ、無駄な電力消費を確実に低減することができる。
【００１７】
好ましい実施形態においては、上記切替手段は、上記出力手段が生成する駆動用電圧に基づいてオンオフ動作することにより、上記トランジスタの制御電極に与える電圧を切替えるスイッチ素子を有する。
【００１８】
切替手段がスイッチ素子を有するので、スイッチ素子をオン状態にすることによって、簡単な回路構成において、確実に、トランジスタの制御電極に与える電圧を切替えることができる。
【００１９】
好ましい実施形態においては、上記起動手段は、所定の温度以上において抵抗値が増大する熱保護用素子をさらに有する。
【００２０】
起動手段は熱保護用素子を有するので、ＭＯＳＦＥＴが所定温度以上になった場合に、熱保護用素子の抵抗値が急激に増大する。従って、ＭＯＳＦＥＴに流れる電流を制限し、ＭＯＳＦＥＴの温度を下げることにより、ＭＯＳＦＥＴが破損することを防止することができる。
【００２１】
好ましい実施形態においては、上記起動手段は、所定の値以上の電流が流れる場合に、開放状態となるヒューズ素子をさらに有する。
【００２２】
起動手段はヒューズ素子を有するので、ＭＯＳＦＥＴに所定値以上の電流が流れる場合に、ヒューズ素子が開放状態となる。従って、ＭＯＳＦＥＴに過大な電流が流れることを防止することができ、ＭＯＳＦＥＴの破損を防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して具体的に説明するが、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１を示すブロック図である。スイッチング電源１は、スイッチング手段２、出力手段３、制御手段４および起動手段５を備えている。スイッチング電源１は、整流平滑手段６をさらに備えている。なお、本実施形態において、起動時とは起動手段５からの駆動用電圧が出力手段３からの駆動用電圧より大きいときをいい、定常動作時とは起動手段５からの駆動用電圧が出力手段３からの駆動用電圧より小さいときをいう。
【００２４】
整流平滑手段６は、外部から入力される交流の電源電圧を整流および平滑し、直流電圧Ｖ１を出力する。整流平滑手段６は、例えば、整流回路７および平滑コンデンサＣ１を有している。
【００２５】
スイッチング手段２は、例えば、複数のスイッチ素子がハーフブリッジ型またはフルブリッジ型に接続されているスイッチング回路を有する。スイッチ素子は、代表的にはＭＯＳＦＥＴが採用され得る。スイッチング手段２は、外部電源（整流平滑手段６において整流平滑された直流電圧Ｖ１）が与えられており（外部電源ラインが接続され）、制御手段４から与えられる制御信号によって、スイッチ素子がオンオフ動作し、パルスを出力する。スイッチング手段２の出力電圧は、第１のコイル部９に与えられる。
【００２６】
出力手段３は、スイッチング電源１の外部に電圧を出力し、かつ、駆動用電圧を生成する。出力手段３は、例えば、コア部８、第１のコイル部９、第２のコイル部１０および第３のコイル部１１を有している。スイッチング手段２から電圧が与えられて、第１のコイル部９と第２のコイル部１０との巻数比に基づいて、第２のコイル部１０から外部に電圧を出力する。一方、第２のコイル部１０と第３のコイル部１１との巻数比に基づいて、第３のコイル部１１から、制御手段４を駆動するための駆動用電圧を生成する。すなわち、第３のコイル部１１からの電流が、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２に充電されて、この充電電圧が制御手段４に与える駆動用電圧となる。
【００２７】
制御手段４は、スイッチング手段２のスイッチ素子をオンオフ制御する。制御手段４は、定電圧回路１２および制御回路１３を有している。定電圧回路１２は、出力手段３（第３のコイル部１１）または起動手段５からの駆動用電圧を受けて、制御回路１３に定電圧を与える。制御回路１３は、定電圧回路１２から定電圧が与えられて、スイッチング手段２のスイッチ素子をオンオフ制御する。すなわち、スイッチング手段２が有するＭＯＳＦＥＴのゲートに制御電圧を与える。
【００２８】
起動手段５は、外部電源（電圧Ｖ１）が与えられており（外部電源ラインに接続され）、スイッチング電源の起動時において、制御手段４に駆動用電圧を与える。すなわち、起動手段５からの駆動用電圧が、第３のコイル部１１からの駆動用電圧より大きい場合に、制御手段４に駆動用電圧を与える。一方、起動手段５からの駆動用電圧が、第３のコイル部１１からの駆動用電圧より小さい場合に、電流が流れる経路を断つことにより、制御手段４に駆動用電圧を与えないようにする。例えば、起動手段５は、トランジスタ１４を有している。トランジスタ１４をオフ状態とすることにより、電流を流れる経路を断つことができる。
【００２９】
トランジスタ１４は、任意の適切なものが採用され得るが、好ましくはＭＯＳＦＥＴが採用され得る。ＭＯＳＦＥＴはゲートに電流を流す必要がないので、ゲート抵抗Ｒ２の抵抗値を大きく設定することができ、従って、定常動作時における無駄な電力消費を低減できるからである。ＭＯＳＦＥＴ１４は、ドレインが抵抗Ｒ１を介して、外部電源ラインＶ１に、ゲートが抵抗Ｒ２を介して外部電源ラインＶ１に、ソースがコンデンサＣ２（すなわち、定電圧回路１２の入力）に各々接続されている。すなわち、外部電源ラインから、ＭＯＳＦＥＴ１４を介してコンデンサＣ２に電流が流れることにより、コンデンサＣ２が充電されて駆動用電圧となる。抵抗Ｒ１を有することにより、ＭＯＳＦＥＴ１４に過大電流が流れることを防止でき、ＭＯＳＦＥＴ１４を保護することができる。
【００３０】
起動手段５は、ＭＯＳＦＥＴ１４の制御電極（ゲート）に定電圧Ｖｚを与える定電圧発生部１５をさらに有する。定電圧発生部１５は、代表的にはツェナーダイオードを含む。ツェナーダイオード１５を有することにより、起動手段５からの駆動用電圧を一定にすることができる。従って、起動時には、起動手段５からの駆動用電圧が一定であり、制御手段４を駆動可能な電圧を下回ることがないので、確実にスイッチング電源１を起動することができる。ツェナーダイオード１５は、カソードがＭＯＳＦＥＴ１４のゲートに、アノードが０Ｖの外部電源に接続されている。従って、起動手段５からの駆動用電圧（コンデンサＣ２の充電電圧）は、Ｖｚ−Ｖｔｈとなる。但し、ＶｔｈはＭＯＳＦＥＴ１４の導通開始電圧である。また、ツェナーダイオード１５と並列に、コンデンサＣ３が設けられている。コンデンサＣ３を有することにより、コンデンサＣ２に対して過大な電流がＭＯＳＦＥＴ１４に流れないように、徐々にＭＯＳＦＥＴ１４のゲートを立ち上がらせることができる。
【００３１】
ここで、定電圧回路１２に与えられる電圧（コンデンサＣ２の電圧）をＶ２、制御手段４を駆動することができる最低入力電圧をＶ２ｍｉｎ、定常動作時に第３のコイル部１１から得られる駆動用電圧をＶ３とすると、下記式１を満足するよう各値が設定されている。従って、起動時には、起動手段５からの駆動用電圧によって制御手段４を駆動することができ、かつ、定常動作時には、起動手段５から駆動用電圧を与えないようにすることができる。
【００３２】
【数１】
以上の構成を有するスイッチング電源１の動作について、図２および図３を参照して説明する。図２は、電圧Ｖ１、Ｖ２およびＶｚを示す波形図であり、図３は、ＭＯＳＦＥＴ１４を流れる電流Ａ１および第３のコイル部１１からの電流Ａ３を示す波形図である。
【００３４】
スイッチング開始前（期間Ｔ１）において、外部から電源電圧が入力されると、ツェナーダイオード１５に電圧Ｖ１が与えられ、ツェナーダイオード１５のカソードには定電圧Ｖｚが生じる（図２）。それに伴い、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲートに定電圧Ｖｚが与えられることにより、外部電源ラインＶ１から抵抗Ｒ１およびＭＯＳＦＥＴ１４を介してコンデンサＣ２に電流Ａ１が流れ（図３）、コンデンサＣ２を充電する。そのため、コンデンサＣ２の電圧（ＭＯＳＦＥＴ１４のソース電圧）は、Ｖｚ−Ｖｔｈとなる。従って、定電圧回路１２に与えられる電圧Ｖ２はＶ２＝Ｖｚ−Ｖｔｈとなる（図２）。一方、第３のコイル部１１からは、期間Ｔ１には、スイッチング手段２がスイッチング動作を行っていないので、電流Ａ３が流れない（図３）。ここで、式１に基づいて、Ｖｚ−Ｖｔｈ＞Ｖ２ｍｉｎであるので、制御手段４が確実に起動され、スイッチング手段２がスイッチング動作を開始することができる。
【００３５】
期間Ｔ２において、制御回路１３からの制御信号によってスイッチング手段２がスイッチング動作を開始する。スイッチング手段２がスイッチング動作を行うことにより、第３のコイル部１１からの駆動用電圧が、起動手段５からの駆動用電圧（Ｖｚ−Ｖｔｈ）より大きくなると、第３のコイル部１１から電流Ａ３（図３参照）がダイオードＤ１を介して流れ、コンデンサＣ２を充電する。
【００３６】
期間Ｔ３において、第３のコイル部１１からの電流により、コンデンサＣ２の充電電圧が、Ｖｚ−Ｖｔｈより大きくなり、最終的に電圧Ｖ３となる。従って、定電圧回路１２に与えられる電圧Ｖ２は、Ｖ２＝Ｖ３となり（図２）、定常動作に移る。この期間には、第３のコイル部１１から電流Ａ３が流れ、コンデンサＣ２への充電を続ける。すなわち、第３のコイル部１１からの駆動用電圧Ｖ３が定電圧回路１２に与えられることになる。一方、ＭＯＳＦＥＴ１４のソース電圧がＶ３となり、式１に基づいて、Ｖ３＞Ｖｚ−Ｖｔｈであるので、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート−ソース間電圧は導通開始電圧未満となり、ＭＯＳＦＥＴ１４はオフ状態となる。従って、外部電源ラインＶ１から抵抗Ｒ１およびＭＯＳＦＥＴ１４を介してコンデンサＣ２に電流Ａ１が流れなくなる（図３）。すなわち、起動手段５から定電圧回路１２に駆動用電圧を与えないことになる。電流Ａ１が流れないので、抵抗Ｒ１およびＭＯＳＦＥＴ１４における無駄な電力消費を防止することができる。
【００３７】
また、期間Ｔ３には、外部電源ラインＶ１から抵抗Ｒ２およびツェナーダイオード１５に電流が流れるが、前述の通り抵抗Ｒ２を大きく設定することができるので、抵抗Ｒ２における無駄な電力消費をきわめて良好に低減することができる。
【００３８】
以上のように、起動手段５から制御手段４に駆動用電圧を与えることにより、確実に起動することができる。定常動作時には、出力手段３からの駆動用電圧が制御手段４に与えられ、かつ、ＭＯＳＦＥＴ１４をオフ状態にすることにより、起動手段５での無駄な電力消費をきわめて良好に低減することができる。
【００３９】
次に、本発明の別の好ましい実施形態について図４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。なお、図４（ａ）〜（ｃ）は、簡単のため起動手段についてのみ記載することとし、全体構成は図１と同一であるので省略する。図４（ａ）および（ｂ）に示す起動手段４５および４７は、所定の温度以上において抵抗値が急激に増大する熱保護用素子４６をさらに有している。熱保護用素子４６は、例えば、正温度係数抵抗器（ＰＴＣ）が採用され得る。正温度係数抵抗器４６は、任意の適切な素子が採用され得るが、代表的にはポジスタ、ポリスイッチ等が採用され得る。図４（ａ）に示す起動手段４５においては、ポジスタ４６が、ＭＯＳＦＥＴ１４と熱結合している。従って、例えば、スイッチング電源の起動に時間がかかり、ＭＯＳＦＥＴ１４に長時間電流が流れ、温度が上昇した場合に、ポジスタの抵抗値が急激に増大し、ＭＯＳＦＥＴ１４に流れる電流を減少させることができる。従って、ＭＯＳＦＥＴ１４の温度を下げることができ、ＭＯＳＦＥＴ１４の熱による破損を防止することができる。同様にして、図４（ｂ）の起動手段４７においては、ポジスタ４６が、抵抗Ｒ１およびＭＯＳＦＥＴ１４と熱結合しており、抵抗Ｒ１およびＭＯＳＦＥＴ１４を過熱による破損から防止することができる。
【００４０】
図４（ｃ）に示す起動手段４８は、所定電流値以上の電流が流れる場合に、開放状態となるヒューズ素子４９をさらに有している。ヒューズ素子４９は、代表的には、ヒューズ抵抗が採用され得る。従って、ＭＯＳＦＥＴ１４に過大な電流が流れる場合、ヒューズ抵抗４９が開放状態となることによって、ＭＯＳＦＥＴ１４が過大な電流により破損することを防止することができる。
【００４１】
次に、本発明のさらに別の好ましい実施形態について図５を参照して説明する。図５は、本実施形態のスイッチング電源５１を示すブロック図であり、図１と同一部分については説明を省略する。スイッチング電源５１は、切替手段５２をさらに備えている。
【００４２】
切替手段５２は、第３のコイル部１１からの駆動用電圧（すなわち、第３のコイル部１１からの電流によるコンデンサＣ２の充電電圧）が、制御手段４を駆動することができる最低入力電圧Ｖ２ｍｉｎより大きい場合に、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧を、Ｖ２ｍｉｎより小さい電圧に切替えるものである。すなわち、切替手段５２はスイッチ素子５３を有しており、第３のコイル部１１からの電流によるコンデンサＣ２の充電電圧がＶ２ｍｉｎより大きい場合に、スイッチ素子５３をオン状態とすることにより、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧をＶ２ｍｉｎより小さい電圧に切替える。
【００４３】
切替手段５２は、スイッチ素子５３（例えば、バイポーラトランジスタ）、抵抗Ｒ３〜Ｒ５、ダイオードＤ２を有している。ダイオードＤ２を有することにより、ＭＯＳＦＥＴ１４を流れる電流によって、トランジスタ５３がオン状態となることを防止できる。さらに、下記式２を満足するように各値が設定されているので、第３のコイル部１１からの駆動用電圧（第３のコイル部１１からの電流によるコンデンサＣ２の充電電圧）がＶ２ｍｉｎより大きい（すなわち、コンデンサＣ4の充電電圧がＶ２ｍｉｎ＋ＶＤより大きい）場合に、トランジスタ５３をオンすることができる。さらに、下記式３を満足するように各値が設定されているので、トランジスタ５３をオンすることにより、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧をＶ２ｍｉｎより小さくすることができる。但し、ＶＤは、ダイオードＤ２の順方向電圧降下、ＶＢＥは、トランジスタ５３の導通開始電圧である。
【００４４】
【数２】
【数３】
以上の構成を有するスイッチング電源５１の動作を、図６および図７を参照して説明する。図６は、電圧Ｖ１、Ｖ２、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧を示す波形図である。図７は、ＭＯＳＦＥＴ１４を流れる電流Ａ１および第３のコイル部１１からの電流Ａ３を示す波形図である。スイッチング電源が定常動作に移るまで（期間Ｔ１〜Ｔ２）は、図２と同一であるので説明を省略する。スイッチング電源５１が定常動作に移った後（期間Ｔ３においては）、第３のコイル部１１からの駆動用電圧（コンデンサＣ２の充電電圧）がＶ２ｍｉｎより大きく、すなわち、コンデンサＣ4の充電電圧がＶ２ｍｉｎ＋ＶＤより大きい。そのため、式２に基づいて、トランジスタ５３のベースエミッタ間に導通開始電圧ＶＢＥが生じ、トランジスタ５３がオン状態となる。そのため、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧が、ツェナーダイオード１５から与えられる電圧Ｖｚから、Ｖ１×Ｒ５／（Ｒ２＋Ｒ５）になる（図６）。ここで、式３に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧は、Ｖ２ｍｉｎより小さくなる。従って、第３のコイル部１１からの駆動用電圧（コンデンサＣ２の充電電圧）がＶ２ｍｉｎより小さくならない限り、ＭＯＳＦＥＴ１４は必ず逆バイアスとなり、ＭＯＳＦＥＴ１４を確実にオフ状態とすることができる。
【００４７】
従って、外部電源Ｖ１の変動等によって、第３のコイル部１１からの駆動用電圧が小さくなった場合にも、Ｖ２ｍｉｎより小さくならない限りは、確実にＭＯＳＦＥＴ１４をオフ状態とすることができ、無駄な電力消費を確実に防止できる。なお、第３のコイル部１１からの駆動用電圧が、Ｖ２ｍｉｎより小さくなった場合には、、トランジスタ５３がオフ状態となり、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電圧が定電圧Ｖｚとなる。従って、外部電源ラインＶ１からＭＯＳＦＥＴ１４を介してコンデンサＣ２に電流が流れることにより、起動手段５から駆動用電圧を与えることができる。このように、第３のコイル部１１からの駆動用電圧では制御手段４を駆動できない場合には、起動手段５からの駆動用電圧によって制御手段４を駆動できる。
【００４８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したがこれらの実施形態には限定されない。例えば、図５において、抵抗Ｒ４と並列にコンデンサを接続することにより、第３のコイル部１１からの駆動用電圧が十分に安定した後で、トランジスタ５３をオンすることができる。さらに、図５において、熱保護用素子および／またはヒューズ素子を設けてもよい。
【００４９】
本発明のスイッチング電源は、例えば、オーディオアンプ用の電源回路として好適に採用され得る。
【００５０】
【発明の効果】
本発明のスイッチング電源は、起動手段から出力される電圧が、出力手段が生成する駆動用電圧より大きい場合に、起動手段から制御手段に電圧を与えるので、確実に起動することができる。さらに、起動手段から出力される電圧が、出力手段が生成する駆動用電圧より小さい場合に、起動手段において電流が流れる経路を断つことにより、起動手段から制御手段に電圧を与えないようにするので、定常動作時に電力消費を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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ブロック図である。
【図２】本発明のスイッチング電源の動作を示す波形図である。
【図３】本発明のスイッチング電源の動作を示す波形図である。
【図４】本発明の別の実施形態によるスイッチング電源を示すブロック図である。
【図５】本発明の別の実施形態によるスイッチング電源を示すブロック図である。
【図６】本発明の別の実施形態によるスイッチング電源の動作を示す波形図である。
【図７】本発明の別の実施形態によるスイッチング電源の動作を示す波形図である。
【図８】従来のスイッチング電源を示すブロック図である。
【図９】従来の別のスイッチング電源を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ スイッチング電源
２ スイッチング手段
３ 出力手段
４ 制御手段
５ 起動手段
１４ トランジスタ
１５ 定電圧手段
Claims (5)
- 外部電源が与えられ、オンオフ動作することによりパルスを出力するスイッチング手段と、
該スイッチング手段の出力が与えられることにより、外部に電圧を出力し、かつ、駆動用電圧を生成する出力手段と、
トランジスタを有し、該外部電源が与えられて、駆動用電圧を生成する起動手段と、
該出力手段が生成する駆動用電圧、または、該起動手段が生成する駆動用電圧により駆動され、該スイッチング手段をオンオフ制御する制御手段と、
該出力手段が生成する駆動用電圧が、該制御手段を駆動可能な最低入力電圧以上の電圧であるか否かを検出して、最低入力電圧以上の電圧であるときに、該トランジスタの制御電極に与える電圧を、該制御手段を駆動可能な最低入力電圧より小さい電圧に切替える切替手段とを備え、
該出力手段が生成する駆動用電圧が、該制御手段を駆動可能な最低入力電圧より小さい電圧である場合に、該起動手段から該制御手段に駆動用電圧を与え、
該出力手段が生成する駆動用電圧が、該制御手段を駆動可能な最低入力電圧以上の電圧である場合に、該トランジスタの制御電極に与えられる電圧と該出力手段が生成する駆動用電圧との電位差に基づいて、該トランジスタをオフ状態にすることにより、該起動手段から該制御手段に駆動用電圧を与えないようにする、スイッチング電源。 - 前記切替手段が、前記出力手段が生成する駆動用電圧に基づいてオンオフ動作することにより、前記トランジスタの制御電極に与える電圧を切替えるスイッチ素子を有する請求項１に記載のスイッチング電源。
- 前記トランジスタがＭＯＳＦＥＴであり、
前記起動手段が、カソードが該ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続されているツェナーダイオードと、該ＭＯＳＦＥＴのドレインと外部電源ラインとの間に設けられている第１の抵抗と、該ＭＯＳＦＥＴのゲートと該外部電源ラインとの間に設けられている第２の抵抗とを有し、
前記切替手段が、第２のトランジスタ、第３の抵抗、第４の抵抗および第５の抵抗を有し、
該第３の抵抗の一端が、該第２の抵抗と該ツェナーダイオードとの間に接続され、該第３の抵抗の他端が、該第２のトランジスタのコレクタに接続されており、該第４の抵抗の一端が前記出力手段に接続され、該第２のトランジスタのベースが該第４の抵抗の他端と該第５の抵抗とに接続されている、請求項１に記載のスイッチング電源。 - 前記起動手段が、所定の温度以上において抵抗値が増大する熱保護用素子をさらに有する、請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチング電源。
- 前記起動手段が、所定の値以上の電流が流れる場合に、開放状態となるヒューズ素子をさらに有する、請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチング電源。
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