スイッチング電源回路
【課題】 エネルギー効率を向上させることができるスイッチング電源回路を提供すること。
【解決手段】 入力電圧Ｖinによりスイッチング動作を行い、入力電圧Ｖinより低い所定電圧を電源供給のために出力するスイッチング電源回路において、入力電圧Ｖinの印加により電流が流れ始めるとともに、スイッチ駆動信号により駆動して、スイッチ動作を行うスイッチＳＷ１と、入力電圧Ｖinの印加により流れ始めるスイッチＳＷ１の電流Ｉswにより動作し、スイッチ駆動信号を出力する駆動パルス発生回路２１を備えた。
【解決手段】 入力電圧Ｖinによりスイッチング動作を行い、入力電圧Ｖinより低い所定電圧を電源供給のために出力するスイッチング電源回路において、入力電圧Ｖinの印加により電流が流れ始めるとともに、スイッチ駆動信号により駆動して、スイッチ動作を行うスイッチＳＷ１と、入力電圧Ｖinの印加により流れ始めるスイッチＳＷ１の電流Ｉswにより動作し、スイッチ駆動信号を出力する駆動パルス発生回路２１を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧から機器制御回路用の低い電圧に変換するスイッチング電源回路の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、レギュレータＩＣの電源ピンに抵抗とトランジスタで電圧降下させた電圧を入力している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１６８８８３号公報（第２−１２頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来にあっては、抵抗で電圧降下させる分の電流分が損失となってしまっていた。またトランジスタにおいても同様に電流損失が生じてしまっていた。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、エネルギー効率を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、入力電圧によりスイッチング動作を行い、前記入力電圧より低い所定電圧を電源供給のために出力するスイッチング電源回路において、前記入力電圧の印加により電流が流れ始めるとともに、スイッチ駆動信号により駆動して、スイッチ動作を行うスイッチ手段と、前記入力電圧の印加により流れ始めるスイッチ手段の電流により動作し、前記スイッチ駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、エネルギー効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のスイッチング電源回路を実現する実施の形態を、請求項１，２，４に係る発明に対応する実施例１と、請求項１，３，４に係る発明に対応する実施例２と、請求項１，２，５に係る発明に対応する実施例３と、請求項１，４，５，６に係る発明に対応する実施例４と、請求項１，４，５，７に係る実施例５と、請求項１，３に係る実施例６に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１のスイッチング電源回路を補助電源回路として組み込んだ電源回路の例を示す図である。
実施例１の電源回路１は、補助電源回路２と主電力変換回路３を備えている。
補助電源回路２は、駆動パルス発生回路２１、コンデンサＣ１，Ｃ２、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１、スイッチ素子ＳＷ１、コイルＬ１を備えている。
抵抗Ｒ１の上流端は、電源回路１へ供給入力される入力電圧Ｖinに接続し、下流端はスイッチ素子ＳＷ１の上端に接続する。そして、また、抵抗Ｒ１と並列させてコンデンサＣ１、駆動パルス発生回路２１を設ける。
【０００９】
抵抗Ｒ１の上流端からコンデンサＣ１の上流端の間には、コンデンサＣ１の上流端へ向かう電流のみを許可するダイオードＤ１を設けている。
次に、スイッチ素子ＳＷ１の上流端は抵抗Ｒ１の下流端に接続し、スイッチ素子ＳＷ１の下流端は、コイルＬ１の上流端に接続する。
コイルＬ１の上流端はスイッチ素子ＳＷ１の下流端に接続し、コイルＬ１の下流端は、コンデンサＣ２の上流端に接続する。
コンデンサＣ２の上流端は、コイルＬ１の下端に接続し、下流端は接地する。
そして、コイルＬ１の下端とコンデンサＣ２の間を電圧Ｖｃｃとして、主電力変換回路３へ入力する構成である。
【００１０】
主電力変換回路３は、電源制御回路３１、スイッチ素子ＳＷ１０，ＳＷ１１、コイルＬ１０、コンデンサＣ１０を備えている。
電源制御回路３１は、補助電源回路２からのＶｃｃにより作動し、スイッチ素子ＳＷ１０，ＳＷ１１を制御して、所定電圧の出力を生成する。
スイッチ素子ＳＷ１０とスイッチ素子ＳＷ１１は、電源回路１へ供給入力される入力電圧Ｖinからグランドまでの間に直列に設ける。つまり、スイッチＳＷ１０の上流端は、電源Ｖinに接続し、スイッチＳＷ１１の下流端は接地する。
【００１１】
さらに、スイッチ素子ＳＷ１０とスイッチ素子ＳＷ１１の間をコイルＬ１０の一端に接続し、他端を主電力変換回路３及び電源回路１の出力端子に接続する。
また、この出力端子とコイルＬ１との間とグランドの間には、コンデンサＣ１０を設ける。
そして、出力端子からは、電源回路１の出力、電圧Ｖoutが出力される。
また、補助電源回路２の出力と主電力変換回路３の間には、補助電源回路２から主電力変換回路３へ向かう方向のみ電流を流れを許可するダイオードＤ２を設ける。さらに、主電力変換回路３から電圧Ｖoutの出力端子の間から、ダイオードＤ２のカソード側へのみ電流の流れを許可するダイオードＤ３を設ける。
【００１２】
作用を説明する。
[補助電源回路がエネルギー効率を向上する作用]
まず電源回路１における補助電源回路２について説明する。
図２は補助電源回路２（スイッチング回路）の回路構成を示す図である。図３は図２の補助電源回路の電圧Ｖin、電流Ｉsw、電圧Ｖc1、駆動パルス、スイッチ信号、電圧Ｖccのタイムチャートである。
補助電源回路２では、入力電圧Ｖinに対して、抵抗Ｒ１とスイッチＳＷ１、及びコイルＬ１の直列回路部分を接続し、この直列回路部分の入力電圧Ｖinと反対側から補助電源回路２の出力となる電圧Ｖccを取り出すようにする。
【００１３】
まず、スイッチＳＷ１の初期状態はオンであり、電圧Ｖinが印加される（図３(a)参照）とスイッチＳＷ１に電流Ｉswが流れ始める（図３(b)参照）。
スイッチＳＷ１と直列にコイルＬ１が入っているために、電流Ｉswは、次の数式１の値に制限される。
【００１４】
（数１）
【００１５】
Ｉsw＝（Ｖin−Ｖcc−Ｒ１・Ｉsw）・ｔ／Ｌ１
【００１６】
ここで、Ｒ１・Ｉswは、駆動パルス発生回路２１の電源を供給できる程度の低い値、数Ｖ程度とする。従って、入力電圧Ｖinが高電圧の場合には、数式１におけるＲ１・Ｉswの寄与度はごく小さい、
なお、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１によって抵抗Ｒ１の両端の電圧は清流平滑化される（図３(c)参照）。
【００１７】
次に、Ｒ１・Ｉswが発生することにより、駆動パルス発生回路２１に電力が供給され、スイッチＳＷ１の駆動パルスを発生し、出力する（図３(d)参照）。これによりスイッチＳＷ１はスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）を開始する（図３(e)参照）。
そして、スイッチングによる断続電流Ｉswは、コンデンサＣ２にチャージされ、コンデンサＣ２により平滑化され電圧Ｖccとして出力される（図３(f)参照）。
【００１８】
このように実施例１の補助電源回路２は、電流Ｉswが流れるとただちに駆動パルス発生回路２１の電源が供給されるので（図３(c)参照）、出力である電圧Ｖccの値が上昇する前に駆動パルス発生回路２１が動作を開始してスイッチＳＷ１がオン・オフをはじめる。そのため、電圧Ｖinの印加からスイッチＳＷ１のオン・オフ開始までの時間遅れを小さくする。よって、電圧Ｖccの立上り時のオーバーシュートを抑えることになる。このように、実施例１の補助電源回路２では、従来のような損失の発生が抑制され、回路としてのエネルギー効率は良くなる。
【００１９】
[電源回路がエネルギー効率を向上する作用]
図１に示す電源回路１は全体で一つの電源回路として作用する。
電源回路１は主電力変換回路３により入力電圧Ｖinを出力電圧Ｖoutに変換して出力する。電源制御回路３１の動作電圧は入力電圧Ｖinと合致しないため、電源制御回路３１には、補助電源回路２により電力を供給する。
【００２０】
なお、電源制御回路３１には、電源回路１からの出力Ｖoutから電力を供給する場合がある。この場合においても、電源回路１の起動時には電圧Ｖoutが発生していないため、電源制御回路３１への給電ができない。その場合にも、実施例１のように補助電源回路２により電源制御回路３１への給電を行う。
補助電源回路２の起動動作については、上記説明のため省略する。
【００２１】
電源起動時には、電源制御回路３１は補助電源回路２からの電圧Ｖccが供給されて、主電力変換回路３の動作が開始する。この時、電圧Ｖccの値は正確に一定でなくても良い（定電圧精度が悪くてもよい）。
主電力変換回路３が動作することで、出力電圧Ｖoutが立上る。主電力変換回路３の出力電圧Ｖoutは、補助電源回路２の出力電圧Ｖccとのダイオードオアにて、電源制御回路３１へ接続している（ダイオードＤ２，Ｄ３）。
そして、このダイオードオアにおいて、電圧Ｖcc<Ｖoutに設定されているので、出力電圧Ｖoutが立上ると、電源制御回路３１へは電圧Ｖoutから電力が供給される。
この電源回路１において、補助電源回路２は、上記説明したエネルギー効率の向上作用を有するため、電源回路全体においても起動時の抵抗、トランジスタによる電力損失が抑制される。
【００２２】
さらに説明を追加する。
図４は、抵抗やトランジスタにより電力損失が生じる従来の場合を説明するための図である。
図４(a)には、起動時の電源供給回路部分が、抵抗Ｒ０とコンデンサＣ０からなるスイッチング回路を示す。図４(b)には、トランジスタＴＲ０、抵抗Ｒ０、ツェナーダイオードＺD0により起動時の電源供給回路の構成したものを示す。
【００２３】
この図４の構成は、スイッチ駆動パルス発生回路２１ａを動作させるための電源を入力電圧Ｖinを降下した電圧Ｖccから供給するものである。回路の起動時には、電圧Ｖccが発生していないため、起動時のみスイッチ駆動パルス発生回路２１ａへ電源を供給する、抵抗Ｒ０またはトランジスタＴＲ０による電圧降下を用いた回路を設けたものである。
【００２４】
例として図４(a)について動作を説明する。
回路の起動時には、電圧Ｖccが発生していない。抵抗Ｒ０を介してコンデンサＣ０をチャージすることで、電圧Ｖcc０を得て、スイッチ駆動パルス発生回路２１ａへ供給する。そして、スイッチＳＷ０が動作し、電圧Ｖccが発生すると、スイッチ駆動パルス発生回路２１ａの動作電源をＶccから供給する。図４(a)では、ダイオードオア構成になっている。
【００２５】
この図４(a)の回路では、入力電圧Ｖinが印加されると、コンデンサＣ０のチャージが始まり、電圧Ｖcc０が上昇を始める。
そして、コンデンサＣ０のチャージ電圧がスイッチ駆動パルス発生回路２１ａの動作電圧範囲まで上昇すると、スイッチＳＷ０がオン・オフを開始する。電源回路として、ほぼ一定の電圧Ｖccを得るためには、一定のエネルギーをスイッチＳＷ０のオン・オフによりコイルＬ０に蓄積して、コンデンサＣ２へ移すことを繰り返す動作が必要である。図４(a)の起動時の電源供給回路部分では、発生させる電圧Ｖccにてスイッチ駆動パルス発生回路２１ａを動作させるため、オンオフ開始の遅れが大きく、発生する電圧Ｖccは大きなオーバーシュートを発生する。電圧オーバーシュートは、電源の負荷回路に電圧ストレスを与えてしまう。
【００２６】
また、抵抗Ｒ０に電力損失Ｉcc・（Ｖin−Ｖcc０）が発生する。この電力損失は、電圧Ｖinが高くＶcc０との差が大きいときには、大きくなる。同じく電流Ｉccが大きいときも損失は大きくなる。
【００２７】
さらにまた、図４(b)に示すトランジスタＴＲ０を用いた起動時の電源供給回路においても、同様に損失Ｉcc・（Ｖin−Ｖcc０）が発生する。ここで、トランジスタＴＲ０のベース電位を与えるツェナーダイオードＺD0の損失と、ツェナーダイオードＺD0へ電流を供給する抵抗の損失についての説明は省略する。
このような回路では、結果として、機器のエネルギー効率が悪化し、発熱で信頼性が低下し、発熱対策のため、部品Ｒ０が大型化して機器が大型化、コストが増加する。
【００２８】
実施例１では、電圧Ｖccが発生する前から駆動パルス発生回路２１を動作させ、オーバーシュートを抑制し、さらに、電力損失も抑制するため、図４に示す回路で発生するような問題が生じることがない。
【００２９】
次に、効果を説明する。
実施例１のスイッチング電源回路にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３０】
(1)入力電圧Ｖinによりスイッチング動作を行い、入力電圧Ｖinより低い所定電圧を電源供給のために出力するスイッチング電源回路において、入力電圧Ｖinの印加により電流が流れ始めるとともに、スイッチ駆動信号により駆動して、スイッチ動作を行うスイッチＳＷ１と、入力電圧Ｖinの印加により流れ始めるスイッチＳＷ１の電流Ｉswにより動作し、スイッチ駆動信号を出力する駆動パルス発生回路２１を備えるため、エネルギー効率を向上させることができる。また、小型化、信頼性の向上、コストの抑制に寄与できる。
【００３１】
(2)上記(1)において、入力電圧Ｖinが印加される上流と、スイッチＳＷ１の間に、駆動パルス発生回路２１と抵抗Ｒ１を並列に配置し、入力電圧Ｖinの印加により流れ始めるスイッチＳＷ１の電流Ｉswと、抵抗Ｒ１の抵抗値の積Ｒ１・Ｉswで得られる電圧値が、駆動パルス発生回路２１の動作可能電圧となるよう抵抗Ｒ１の抵抗値が設定されているため、抵抗Ｒ１で生じる電力損失を非常に小さい値に抑制することができ、オーバーシュートを生じないようにでき、エネルギー効率を向上させることができる。また、これにより、小型化、信頼性の向上、コストの抑制に寄与できる。
【００３２】
(4)上記(1)又は(2)において、スイッチＳＷ１の下流側を電源供給のための出力部分とし、スイッチＳＷ１の下流側に、一端を接地させて、電源供給のための出力を平滑化するコンデンサＣ２を接続したため、出力される電圧Ｖccを一定の電圧に安定させ、供給された装置や素子、回路が良好に安定して駆動することができる。
【実施例２】
【００３３】
実施例２は、スイッチング電源回路（補助電源回路）がツェナーダイオードを用いた例である。
構成を説明する。
図５は実施例２のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
実施例２では、ツェナーダイオードＤz1とスイッチＳＷ１、コイルＬ１を直列回路部分として、入力電圧Ｖinに接続する構成であり、ツェナーダイオードＤz1のアノードをスイッチＳＷ１側とする。そして、駆動パルス発生回路２１は、ツェナーダイオードＤz1と並列して設けるようにする。
その他構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
作用を説明する。
[動作安定性の向上作用]
実施例２のスイッチング回路（補助電源回路２）では、スイッチＳＷ１の初期状態はオンであり、入力電圧Ｖinが印加されると、電流Ｉswが流れ始める。ここで、スイッチＳＷ１と直列にコイルＬが入っているために、電流Ｉswは以下の式の値に制限される。
【００３５】
（数２）
【００３６】
Ｉsw＝（Ｖin−Ｖcc−Ｖdz1）・ｔ／Ｌ
数式２において、電圧Ｖdz1はツェナーダイオードＤz1のクランプ電圧であり、駆動パルス発生回路２１の電源を供給できる程度の低い値（数Ｖ以下）とする。従って、電圧Ｖinが高電圧の場合には、数式２におけるＶdz1の寄与度はごく小さい。
【００３７】
次にツェナー電圧Ｖdz1が発生することで駆動パルス発生回路２１が動作を始めてスイッチＳＷ１の駆動パルスを発生し、スイッチＳＷ１がスイッチング（ON/OFF）を開始する。このスイッチング動作により断続電流ＩswをコンデンサＣ２にチャージし、電圧Ｖccを供給する。
【００３８】
このように、実施例２においても、電流Ｉswが流れるとただちに駆動パルス発生回路２１の電源が供給され、出力である電圧Ｖccの値が上昇する前に駆動パルス発生回路２１が動作を開始してスイッチＳＷ１がオン・オフをはじめる。そのため、電圧Ｖinの印加からスイッチＳＷ１のオン・オフ開始までの時間遅れを小さくする。よって、電圧Ｖccの立上り時のオーバーシュートを抑えることになる。また、Ｖdz1は駆動パルス発生回路２１への電源供給ができる程度に抑制しているため、損失は従来より非常に抑制される。
【００３９】
効果を説明する。実施例２のスイッチング電源回路にあっては、上記(1),(4)に加えて、以下の効果を有する。
(3)上記(1)において、入力電圧Ｖinが印加される上流と、スイッチＳＷ１の間に、駆動パルス発生回路２１とツェナーダイオードＤz1を並列に配置し、入力電圧Ｖinの印加により流れ始めるスイッチＳＷ１の電流Ｉswと、ツェナーダイオードＤz1のツェナー電圧Ｖdz1の電圧値が、駆動パルス発生回路２１の動作可能電圧となるようツェナーダイオードＤz1のツェナー電圧Ｖdz1の電圧値が設定されているため、電力損失を非常に小さい値に抑制することができ、オーバーシュートを生じないようにでき、エネルギー効率を向上させることができる。また、これにより、小型化、信頼性の向上、コストの抑制に寄与できる。
【００４０】
さらに、ツェナーダイオードＤz1を用いることにより、電流Ｉswのピークの大小に関わらず図５に示す電圧Ｖ１の最大電圧が一定となり、駆動パルス発生回路２１の電源電圧が安定するので、回路の動作安定性向上ができる。また、電圧Ｖ１の最大電圧がツェナーダイオードＤz1でクランプされるので、駆動パルス発生回路２１の過電圧保護を行うことができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【実施例３】
【００４１】
実施例３は、スイッチング電源回路の出力部分にツェナーダイオードＤz2を設けた例である。
構成を説明する。
図６は実施例３のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
実施例３では、コイルＬの下流側に配置されたコンデンサＣ２と並列にツェナーダイオードＤz2を設ける。
その他構成は実施例２と同様であるので説明を省略する。
【００４２】
作用を説明する。
[過電圧保護作用]
実施例３では、実施例２の動作安定性の向上作用と同様の作用に加えて、過電圧保護作用を有する。
図６に示す実施例３のスイッチング電源回路の出力電圧Ｖccは、ツェナーダイオードＤz2によりクランプされることになる。そのため、電圧Ｖccを一定電圧に調整することになる。または、一定電圧を越えて電圧Ｖccが上昇するのを防ぐ、過電圧保護の機能を付加することになる。
【００４３】
効果を説明する。実施例３のスイッチング電源回路にあっては、上記(1),(4)に加えて、以下の効果を有する。
(5)上記(4)において、コンデンサＣ２と並列に接続されたツェナーダイオードＤz2を備えたため、電圧Ｖccのさらなる安定化ができ、または電圧Ｖccの過電圧保護を行うことができる。
その他作用効果は実施例２と同様であるので、説明を省略する。
【実施例４】
【００４４】
実施例４は、コイルＬと並列にダイオードを設けた例である。
構成を説明する。
図７は実施例４のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
実施例４では、スイッチＳＷ１とコンデンサＣ２の間のコイルＬ１と並列にダイオードＤ２を設ける。上流側への接続をカソードとする。
その他構成は実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００４５】
作用を説明する。
[サージ電圧の抑制作用]
実施例４では、コイルＬ１と並列にダイオードＤ２を設けている。そのため、スイッチＳＷ１がオン時にコイルＬ１に蓄えられるエネルギが、スイッチＳＷ１のオフ時に回生される。これによりコイルＬ１の逆起電力によるサージ電圧を抑制する。
【００４６】
効果を説明する。実施例４のスイッチング回路においては、上記(1),(4),(5)に加えて、以下の効果を有する。
(6)上記(4)又は(5)において、スイッチＳＷ１とコンデンサＣ２の間に接続され、スイッチングによる変動分を滑らかにするコイルＬ１と、コイルＬ１と並列に接続されたダイオードＤ２を備えるため、サージ電圧を抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【実施例５】
【００４７】
実施例５は、コイルＬ１及びコンデンサＣ２と並列にダイオードを設けた例である。
構成を説明する。
図８は実施例５のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
実施例５では、スイッチＳＷ１の下流に接続したコイルＬ１及びコンデンサＣ２と並列にダイオードＤ２を設ける。上流側への接続をカソードとする。なお、アノード側は、コンデンサＣ２とグランドの間に接続する。
その他構成は実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００４８】
作用を説明する。
[サージ電圧の抑制作用]
実施例５では、コイルＬ１及びコンデンサＣ２と並列にダイオードＤ２を設けている。そのため、スイッチＳＷ１がオン時にコイルＬ１に蓄えられるエネルギが、スイッチＳＷ１のオフ時に回生される。これによりコイルＬ１の逆起電力によるサージ電圧を抑制する。
【００４９】
効果を説明する。実施例５のスイッチング回路においては、上記(1),(4),(5)に加えて、以下の効果を有する。
(7)上記(4)又は(5)において、スイッチＳＷ１とコンデンサＣ２の間に接続され、スイッチングによる変動分を滑らかにするコイルＬ１と、コイルＬ１及びコンデンサＣ２と並列に接続されたダイオードＤ２を備えるため、サージ電圧を抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【実施例６】
【００５０】
実施例６はスイッチとしてMOSFET４を用い、駆動パルス発生回路を反転電源回路とパルス発生回路で構成した例である。
構成を説明する。
図９は実施例６のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
実施例６のスイッチング電源回路では、スイッチとしてＰチェネルのMOSFET４を用い、入力電圧Ｖinの下流に、ツェナーダイオードＤz1、MOSFET４、コイルＬの順に直列に配置する。そして、コイルＬとグランドの間には、コンデンサＣ２を配置し、コイルＬとコンデンサＣ２の間からスイッチング電源回路の出力である電圧Ｖccを出力する構成にする。
さらに、コンデンサＣ２と並列にツェナーダイオードＤz2を接続し、さらにコンデンサＣ２とコイルＬと並列にダイオードＤ２を接続する。
【００５１】
次に実施例６では、駆動パルス発生回路２１を、パルス発生回路２１１と反転電源回路２１２で構成する。そして、パルス発生回路２１１の出力をMOSFET４のゲート信号とする。なお、パルス発生回路２１１とMOSFET４の間には、ゲート信号調整のために抵抗Ｒ３を設ける。
さらに、MOSFET４と接地間に抵抗Ｒ２を設け、MOSFET４のゲート−ソース間にツェナーダイオードＤz3を設ける。
その他構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００５２】
作用を説明する。
[動作安定性の向上作用]
実施例６では、抵抗Ｒ２によって初期状態では、MOSFET４のソース−ドレイン間をオン状態にする。このとき、抵抗Ｒ２は相当に大きい値とし、抵抗Ｒ２に流れる電流を非常に小さくし、電力損失を非常に小さくする。
そして、ＰチャネルのMOSFET４を駆動させるために、反転電源回路２１２にて負電圧を発生させ、パルス発生回路２１１にてMOSFET４を駆動するための負電圧パルスを発生させる。
【００５３】
これにより、スイッチ素子であるMOSFET４が駆動され、スイッチ動作が行われる。
ツェナーダイオードＤz3によりMOSFET４のゲート−ソース間の電圧Ｖgsが定格値を越えないように、保護を行う。
【００５４】
このように、実施例６においても、電流Ｉswが流れるとただちに反転電源回路２１２、パルス発生回路２１１の電源が供給され、出力である電圧Ｖccの値が上昇する前に反転電源回路２１２、パルス発生回路２１１が動作を開始してMOSFET４がオン・オフをはじめる。そのため、電圧Ｖinの印加からMOSFET４のオン・オフ開始までの時間遅れを小さくする。よって、電圧Ｖccの立上り時のオーバーシュートを抑えることになる。また、Ｖdz1は反転電源回路２１２、パルス発生回路２１１への電源供給ができる程度に抑制しているため、損失は従来より非常に抑制される。
【００５５】
図１０に示すのは、実施例６のスイッチング電源回路の試験用の回路を示す図である。図１１は図１０のスイッチング電源回路におけるスイッチのドライブ電圧、コイル電流、駆動パルス発生回路の動作電源電圧、電圧Ｖcc、スイッチのドレイン電圧のタイムチャートである。
【００５６】
図１０の回路構成では、図９の回路構成とほぼ同様の構成とし、特徴的には、スナバ回路部５を設けている。スナバ回路部５は、MOSFET４と並列して設けられ、抵抗とコンデンサを直列した構成であり、MOSFET４のオンオフ時のスパイク電圧を防止する。
この図１０の回路構成における各波形の試験結果において、出力である電圧Ｖccの値が上昇する前に、駆動パルス発生回路が動作していることがわかる。
【００５７】
効果を説明する。実施例６のスイッチング回路においては、上記(1),(3)に加えて、以下の効果を有する。
(8)スイッチ手段は、ＰチャネルのMOSFET４であり、抵抗Ｒ２により初期状態のMOSFET４をオンにし、駆動信号出力手段は、パルス発生回路２１１と反転電源回路２１２であり、反転電源回路２１２による負電圧によりパルス発生回路２１１が負電圧パルス（オン時はゲート電位がソースより低い）でMOSFET４を駆動するため、出力である電圧Ｖccの値が上昇する前に、パルス発生回路２１１と反転電源回路２１２が動作するようにし、エネルギー効率を向上させることができる。
【００５８】
以上、本発明のスイッチング電源回路を実施例１〜実施例６に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００５９】
実施例では、スイッチング電源回路を電源回路の補助電源回路として用いる具体例を示したが、他の装置に組み込まれ、補助電源となるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施例１のスイッチング電源回路を補助電源回路として組み込んだ電源回路の例を示す図である。
【図２】補助電源回路２（スイッチング回路）の回路構成を示す図である。
【図３】図２の補助電源回路の電圧Ｖin、電流Ｉsw、電圧Ｖc1、駆動パルス、スイッチ信号、電圧Ｖccのタイムチャートである。
【図４】抵抗やトランジスタにより電力損失が生じる従来の場合を説明するための図である。
【図５】実施例２のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
【図６】実施例３のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
【図７】実施例４のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
【図８】実施例５のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
【図９】実施例６のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
【図１０】実施例６のスイッチング電源回路の試験用の回路を示す図である。
【図１１】図１０のスイッチング電源回路におけるスイッチのドライブ電圧、コイル電流、駆動パルス発生回路の動作電源電圧、電圧Ｖcc、スイッチのドレイン電圧のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１ 電源回路
２ 補助電源回路
３ 主電力変換回路
４ MOSFET
５ スナバ回路部
２１ａ スイッチ駆動パルス発生回路
２１ 駆動パルス発生回路
３１ 電源制御回路
２１１ パルス発生回路
２１２ 反転電源回路
Ｃ０〜Ｃ２ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ３ ダイオード
Ｄz0〜Ｄz3 ツェナーダイオード
Ｌ０，Ｌ１，Ｌ１０ コイル
Ｒ０〜Ｒ３ 抵抗
ＳＷ１，ＳＷ１，ＳＷ１０，ＳＷ１１ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧から機器制御回路用の低い電圧に変換するスイッチング電源回路の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、レギュレータＩＣの電源ピンに抵抗とトランジスタで電圧降下させた電圧を入力している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１６８８８３号公報（第２−１２頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来にあっては、抵抗で電圧降下させる分の電流分が損失となってしまっていた。またトランジスタにおいても同様に電流損失が生じてしまっていた。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、エネルギー効率を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、入力電圧によりスイッチング動作を行い、前記入力電圧より低い所定電圧を電源供給のために出力するスイッチング電源回路において、前記入力電圧の印加により電流が流れ始めるとともに、スイッチ駆動信号により駆動して、スイッチ動作を行うスイッチ手段と、前記入力電圧の印加により流れ始めるスイッチ手段の電流により動作し、前記スイッチ駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、エネルギー効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のスイッチング電源回路を実現する実施の形態を、請求項１，２，４に係る発明に対応する実施例１と、請求項１，３，４に係る発明に対応する実施例２と、請求項１，２，５に係る発明に対応する実施例３と、請求項１，４，５，６に係る発明に対応する実施例４と、請求項１，４，５，７に係る実施例５と、請求項１，３に係る実施例６に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１のスイッチング電源回路を補助電源回路として組み込んだ電源回路の例を示す図である。
実施例１の電源回路１は、補助電源回路２と主電力変換回路３を備えている。
補助電源回路２は、駆動パルス発生回路２１、コンデンサＣ１，Ｃ２、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１、スイッチ素子ＳＷ１、コイルＬ１を備えている。
抵抗Ｒ１の上流端は、電源回路１へ供給入力される入力電圧Ｖinに接続し、下流端はスイッチ素子ＳＷ１の上端に接続する。そして、また、抵抗Ｒ１と並列させてコンデンサＣ１、駆動パルス発生回路２１を設ける。
【０００９】
抵抗Ｒ１の上流端からコンデンサＣ１の上流端の間には、コンデンサＣ１の上流端へ向かう電流のみを許可するダイオードＤ１を設けている。
次に、スイッチ素子ＳＷ１の上流端は抵抗Ｒ１の下流端に接続し、スイッチ素子ＳＷ１の下流端は、コイルＬ１の上流端に接続する。
コイルＬ１の上流端はスイッチ素子ＳＷ１の下流端に接続し、コイルＬ１の下流端は、コンデンサＣ２の上流端に接続する。
コンデンサＣ２の上流端は、コイルＬ１の下端に接続し、下流端は接地する。
そして、コイルＬ１の下端とコンデンサＣ２の間を電圧Ｖｃｃとして、主電力変換回路３へ入力する構成である。
【００１０】
主電力変換回路３は、電源制御回路３１、スイッチ素子ＳＷ１０，ＳＷ１１、コイルＬ１０、コンデンサＣ１０を備えている。
電源制御回路３１は、補助電源回路２からのＶｃｃにより作動し、スイッチ素子ＳＷ１０，ＳＷ１１を制御して、所定電圧の出力を生成する。
スイッチ素子ＳＷ１０とスイッチ素子ＳＷ１１は、電源回路１へ供給入力される入力電圧Ｖinからグランドまでの間に直列に設ける。つまり、スイッチＳＷ１０の上流端は、電源Ｖinに接続し、スイッチＳＷ１１の下流端は接地する。
【００１１】
さらに、スイッチ素子ＳＷ１０とスイッチ素子ＳＷ１１の間をコイルＬ１０の一端に接続し、他端を主電力変換回路３及び電源回路１の出力端子に接続する。
また、この出力端子とコイルＬ１との間とグランドの間には、コンデンサＣ１０を設ける。
そして、出力端子からは、電源回路１の出力、電圧Ｖoutが出力される。
また、補助電源回路２の出力と主電力変換回路３の間には、補助電源回路２から主電力変換回路３へ向かう方向のみ電流を流れを許可するダイオードＤ２を設ける。さらに、主電力変換回路３から電圧Ｖoutの出力端子の間から、ダイオードＤ２のカソード側へのみ電流の流れを許可するダイオードＤ３を設ける。
【００１２】
作用を説明する。
[補助電源回路がエネルギー効率を向上する作用]
まず電源回路１における補助電源回路２について説明する。
図２は補助電源回路２（スイッチング回路）の回路構成を示す図である。図３は図２の補助電源回路の電圧Ｖin、電流Ｉsw、電圧Ｖc1、駆動パルス、スイッチ信号、電圧Ｖccのタイムチャートである。
補助電源回路２では、入力電圧Ｖinに対して、抵抗Ｒ１とスイッチＳＷ１、及びコイルＬ１の直列回路部分を接続し、この直列回路部分の入力電圧Ｖinと反対側から補助電源回路２の出力となる電圧Ｖccを取り出すようにする。
【００１３】
まず、スイッチＳＷ１の初期状態はオンであり、電圧Ｖinが印加される（図３(a)参照）とスイッチＳＷ１に電流Ｉswが流れ始める（図３(b)参照）。
スイッチＳＷ１と直列にコイルＬ１が入っているために、電流Ｉswは、次の数式１の値に制限される。
【００１４】
（数１）
【００１５】
Ｉsw＝（Ｖin−Ｖcc−Ｒ１・Ｉsw）・ｔ／Ｌ１
【００１６】
ここで、Ｒ１・Ｉswは、駆動パルス発生回路２１の電源を供給できる程度の低い値、数Ｖ程度とする。従って、入力電圧Ｖinが高電圧の場合には、数式１におけるＲ１・Ｉswの寄与度はごく小さい、
なお、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１によって抵抗Ｒ１の両端の電圧は清流平滑化される（図３(c)参照）。
【００１７】
次に、Ｒ１・Ｉswが発生することにより、駆動パルス発生回路２１に電力が供給され、スイッチＳＷ１の駆動パルスを発生し、出力する（図３(d)参照）。これによりスイッチＳＷ１はスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）を開始する（図３(e)参照）。
そして、スイッチングによる断続電流Ｉswは、コンデンサＣ２にチャージされ、コンデンサＣ２により平滑化され電圧Ｖccとして出力される（図３(f)参照）。
【００１８】
このように実施例１の補助電源回路２は、電流Ｉswが流れるとただちに駆動パルス発生回路２１の電源が供給されるので（図３(c)参照）、出力である電圧Ｖccの値が上昇する前に駆動パルス発生回路２１が動作を開始してスイッチＳＷ１がオン・オフをはじめる。そのため、電圧Ｖinの印加からスイッチＳＷ１のオン・オフ開始までの時間遅れを小さくする。よって、電圧Ｖccの立上り時のオーバーシュートを抑えることになる。このように、実施例１の補助電源回路２では、従来のような損失の発生が抑制され、回路としてのエネルギー効率は良くなる。
【００１９】
[電源回路がエネルギー効率を向上する作用]
図１に示す電源回路１は全体で一つの電源回路として作用する。
電源回路１は主電力変換回路３により入力電圧Ｖinを出力電圧Ｖoutに変換して出力する。電源制御回路３１の動作電圧は入力電圧Ｖinと合致しないため、電源制御回路３１には、補助電源回路２により電力を供給する。
【００２０】
なお、電源制御回路３１には、電源回路１からの出力Ｖoutから電力を供給する場合がある。この場合においても、電源回路１の起動時には電圧Ｖoutが発生していないため、電源制御回路３１への給電ができない。その場合にも、実施例１のように補助電源回路２により電源制御回路３１への給電を行う。
補助電源回路２の起動動作については、上記説明のため省略する。
【００２１】
電源起動時には、電源制御回路３１は補助電源回路２からの電圧Ｖccが供給されて、主電力変換回路３の動作が開始する。この時、電圧Ｖccの値は正確に一定でなくても良い（定電圧精度が悪くてもよい）。
主電力変換回路３が動作することで、出力電圧Ｖoutが立上る。主電力変換回路３の出力電圧Ｖoutは、補助電源回路２の出力電圧Ｖccとのダイオードオアにて、電源制御回路３１へ接続している（ダイオードＤ２，Ｄ３）。
そして、このダイオードオアにおいて、電圧Ｖcc<Ｖoutに設定されているので、出力電圧Ｖoutが立上ると、電源制御回路３１へは電圧Ｖoutから電力が供給される。
この電源回路１において、補助電源回路２は、上記説明したエネルギー効率の向上作用を有するため、電源回路全体においても起動時の抵抗、トランジスタによる電力損失が抑制される。
【００２２】
さらに説明を追加する。
図４は、抵抗やトランジスタにより電力損失が生じる従来の場合を説明するための図である。
図４(a)には、起動時の電源供給回路部分が、抵抗Ｒ０とコンデンサＣ０からなるスイッチング回路を示す。図４(b)には、トランジスタＴＲ０、抵抗Ｒ０、ツェナーダイオードＺD0により起動時の電源供給回路の構成したものを示す。
【００２３】
この図４の構成は、スイッチ駆動パルス発生回路２１ａを動作させるための電源を入力電圧Ｖinを降下した電圧Ｖccから供給するものである。回路の起動時には、電圧Ｖccが発生していないため、起動時のみスイッチ駆動パルス発生回路２１ａへ電源を供給する、抵抗Ｒ０またはトランジスタＴＲ０による電圧降下を用いた回路を設けたものである。
【００２４】
例として図４(a)について動作を説明する。
回路の起動時には、電圧Ｖccが発生していない。抵抗Ｒ０を介してコンデンサＣ０をチャージすることで、電圧Ｖcc０を得て、スイッチ駆動パルス発生回路２１ａへ供給する。そして、スイッチＳＷ０が動作し、電圧Ｖccが発生すると、スイッチ駆動パルス発生回路２１ａの動作電源をＶccから供給する。図４(a)では、ダイオードオア構成になっている。
【００２５】
この図４(a)の回路では、入力電圧Ｖinが印加されると、コンデンサＣ０のチャージが始まり、電圧Ｖcc０が上昇を始める。
そして、コンデンサＣ０のチャージ電圧がスイッチ駆動パルス発生回路２１ａの動作電圧範囲まで上昇すると、スイッチＳＷ０がオン・オフを開始する。電源回路として、ほぼ一定の電圧Ｖccを得るためには、一定のエネルギーをスイッチＳＷ０のオン・オフによりコイルＬ０に蓄積して、コンデンサＣ２へ移すことを繰り返す動作が必要である。図４(a)の起動時の電源供給回路部分では、発生させる電圧Ｖccにてスイッチ駆動パルス発生回路２１ａを動作させるため、オンオフ開始の遅れが大きく、発生する電圧Ｖccは大きなオーバーシュートを発生する。電圧オーバーシュートは、電源の負荷回路に電圧ストレスを与えてしまう。
【００２６】
また、抵抗Ｒ０に電力損失Ｉcc・（Ｖin−Ｖcc０）が発生する。この電力損失は、電圧Ｖinが高くＶcc０との差が大きいときには、大きくなる。同じく電流Ｉccが大きいときも損失は大きくなる。
【００２７】
さらにまた、図４(b)に示すトランジスタＴＲ０を用いた起動時の電源供給回路においても、同様に損失Ｉcc・（Ｖin−Ｖcc０）が発生する。ここで、トランジスタＴＲ０のベース電位を与えるツェナーダイオードＺD0の損失と、ツェナーダイオードＺD0へ電流を供給する抵抗の損失についての説明は省略する。
このような回路では、結果として、機器のエネルギー効率が悪化し、発熱で信頼性が低下し、発熱対策のため、部品Ｒ０が大型化して機器が大型化、コストが増加する。
【００２８】
実施例１では、電圧Ｖccが発生する前から駆動パルス発生回路２１を動作させ、オーバーシュートを抑制し、さらに、電力損失も抑制するため、図４に示す回路で発生するような問題が生じることがない。
【００２９】
次に、効果を説明する。
実施例１のスイッチング電源回路にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３０】
(1)入力電圧Ｖinによりスイッチング動作を行い、入力電圧Ｖinより低い所定電圧を電源供給のために出力するスイッチング電源回路において、入力電圧Ｖinの印加により電流が流れ始めるとともに、スイッチ駆動信号により駆動して、スイッチ動作を行うスイッチＳＷ１と、入力電圧Ｖinの印加により流れ始めるスイッチＳＷ１の電流Ｉswにより動作し、スイッチ駆動信号を出力する駆動パルス発生回路２１を備えるため、エネルギー効率を向上させることができる。また、小型化、信頼性の向上、コストの抑制に寄与できる。
【００３１】
(2)上記(1)において、入力電圧Ｖinが印加される上流と、スイッチＳＷ１の間に、駆動パルス発生回路２１と抵抗Ｒ１を並列に配置し、入力電圧Ｖinの印加により流れ始めるスイッチＳＷ１の電流Ｉswと、抵抗Ｒ１の抵抗値の積Ｒ１・Ｉswで得られる電圧値が、駆動パルス発生回路２１の動作可能電圧となるよう抵抗Ｒ１の抵抗値が設定されているため、抵抗Ｒ１で生じる電力損失を非常に小さい値に抑制することができ、オーバーシュートを生じないようにでき、エネルギー効率を向上させることができる。また、これにより、小型化、信頼性の向上、コストの抑制に寄与できる。
【００３２】
(4)上記(1)又は(2)において、スイッチＳＷ１の下流側を電源供給のための出力部分とし、スイッチＳＷ１の下流側に、一端を接地させて、電源供給のための出力を平滑化するコンデンサＣ２を接続したため、出力される電圧Ｖccを一定の電圧に安定させ、供給された装置や素子、回路が良好に安定して駆動することができる。
【実施例２】
【００３３】
実施例２は、スイッチング電源回路（補助電源回路）がツェナーダイオードを用いた例である。
構成を説明する。
図５は実施例２のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
実施例２では、ツェナーダイオードＤz1とスイッチＳＷ１、コイルＬ１を直列回路部分として、入力電圧Ｖinに接続する構成であり、ツェナーダイオードＤz1のアノードをスイッチＳＷ１側とする。そして、駆動パルス発生回路２１は、ツェナーダイオードＤz1と並列して設けるようにする。
その他構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
作用を説明する。
[動作安定性の向上作用]
実施例２のスイッチング回路（補助電源回路２）では、スイッチＳＷ１の初期状態はオンであり、入力電圧Ｖinが印加されると、電流Ｉswが流れ始める。ここで、スイッチＳＷ１と直列にコイルＬが入っているために、電流Ｉswは以下の式の値に制限される。
【００３５】
（数２）
【００３６】
Ｉsw＝（Ｖin−Ｖcc−Ｖdz1）・ｔ／Ｌ
数式２において、電圧Ｖdz1はツェナーダイオードＤz1のクランプ電圧であり、駆動パルス発生回路２１の電源を供給できる程度の低い値（数Ｖ以下）とする。従って、電圧Ｖinが高電圧の場合には、数式２におけるＶdz1の寄与度はごく小さい。
【００３７】
次にツェナー電圧Ｖdz1が発生することで駆動パルス発生回路２１が動作を始めてスイッチＳＷ１の駆動パルスを発生し、スイッチＳＷ１がスイッチング（ON/OFF）を開始する。このスイッチング動作により断続電流ＩswをコンデンサＣ２にチャージし、電圧Ｖccを供給する。
【００３８】
このように、実施例２においても、電流Ｉswが流れるとただちに駆動パルス発生回路２１の電源が供給され、出力である電圧Ｖccの値が上昇する前に駆動パルス発生回路２１が動作を開始してスイッチＳＷ１がオン・オフをはじめる。そのため、電圧Ｖinの印加からスイッチＳＷ１のオン・オフ開始までの時間遅れを小さくする。よって、電圧Ｖccの立上り時のオーバーシュートを抑えることになる。また、Ｖdz1は駆動パルス発生回路２１への電源供給ができる程度に抑制しているため、損失は従来より非常に抑制される。
【００３９】
効果を説明する。実施例２のスイッチング電源回路にあっては、上記(1),(4)に加えて、以下の効果を有する。
(3)上記(1)において、入力電圧Ｖinが印加される上流と、スイッチＳＷ１の間に、駆動パルス発生回路２１とツェナーダイオードＤz1を並列に配置し、入力電圧Ｖinの印加により流れ始めるスイッチＳＷ１の電流Ｉswと、ツェナーダイオードＤz1のツェナー電圧Ｖdz1の電圧値が、駆動パルス発生回路２１の動作可能電圧となるようツェナーダイオードＤz1のツェナー電圧Ｖdz1の電圧値が設定されているため、電力損失を非常に小さい値に抑制することができ、オーバーシュートを生じないようにでき、エネルギー効率を向上させることができる。また、これにより、小型化、信頼性の向上、コストの抑制に寄与できる。
【００４０】
さらに、ツェナーダイオードＤz1を用いることにより、電流Ｉswのピークの大小に関わらず図５に示す電圧Ｖ１の最大電圧が一定となり、駆動パルス発生回路２１の電源電圧が安定するので、回路の動作安定性向上ができる。また、電圧Ｖ１の最大電圧がツェナーダイオードＤz1でクランプされるので、駆動パルス発生回路２１の過電圧保護を行うことができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【実施例３】
【００４１】
実施例３は、スイッチング電源回路の出力部分にツェナーダイオードＤz2を設けた例である。
構成を説明する。
図６は実施例３のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
実施例３では、コイルＬの下流側に配置されたコンデンサＣ２と並列にツェナーダイオードＤz2を設ける。
その他構成は実施例２と同様であるので説明を省略する。
【００４２】
作用を説明する。
[過電圧保護作用]
実施例３では、実施例２の動作安定性の向上作用と同様の作用に加えて、過電圧保護作用を有する。
図６に示す実施例３のスイッチング電源回路の出力電圧Ｖccは、ツェナーダイオードＤz2によりクランプされることになる。そのため、電圧Ｖccを一定電圧に調整することになる。または、一定電圧を越えて電圧Ｖccが上昇するのを防ぐ、過電圧保護の機能を付加することになる。
【００４３】
効果を説明する。実施例３のスイッチング電源回路にあっては、上記(1),(4)に加えて、以下の効果を有する。
(5)上記(4)において、コンデンサＣ２と並列に接続されたツェナーダイオードＤz2を備えたため、電圧Ｖccのさらなる安定化ができ、または電圧Ｖccの過電圧保護を行うことができる。
その他作用効果は実施例２と同様であるので、説明を省略する。
【実施例４】
【００４４】
実施例４は、コイルＬと並列にダイオードを設けた例である。
構成を説明する。
図７は実施例４のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
実施例４では、スイッチＳＷ１とコンデンサＣ２の間のコイルＬ１と並列にダイオードＤ２を設ける。上流側への接続をカソードとする。
その他構成は実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００４５】
作用を説明する。
[サージ電圧の抑制作用]
実施例４では、コイルＬ１と並列にダイオードＤ２を設けている。そのため、スイッチＳＷ１がオン時にコイルＬ１に蓄えられるエネルギが、スイッチＳＷ１のオフ時に回生される。これによりコイルＬ１の逆起電力によるサージ電圧を抑制する。
【００４６】
効果を説明する。実施例４のスイッチング回路においては、上記(1),(4),(5)に加えて、以下の効果を有する。
(6)上記(4)又は(5)において、スイッチＳＷ１とコンデンサＣ２の間に接続され、スイッチングによる変動分を滑らかにするコイルＬ１と、コイルＬ１と並列に接続されたダイオードＤ２を備えるため、サージ電圧を抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【実施例５】
【００４７】
実施例５は、コイルＬ１及びコンデンサＣ２と並列にダイオードを設けた例である。
構成を説明する。
図８は実施例５のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
実施例５では、スイッチＳＷ１の下流に接続したコイルＬ１及びコンデンサＣ２と並列にダイオードＤ２を設ける。上流側への接続をカソードとする。なお、アノード側は、コンデンサＣ２とグランドの間に接続する。
その他構成は実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００４８】
作用を説明する。
[サージ電圧の抑制作用]
実施例５では、コイルＬ１及びコンデンサＣ２と並列にダイオードＤ２を設けている。そのため、スイッチＳＷ１がオン時にコイルＬ１に蓄えられるエネルギが、スイッチＳＷ１のオフ時に回生される。これによりコイルＬ１の逆起電力によるサージ電圧を抑制する。
【００４９】
効果を説明する。実施例５のスイッチング回路においては、上記(1),(4),(5)に加えて、以下の効果を有する。
(7)上記(4)又は(5)において、スイッチＳＷ１とコンデンサＣ２の間に接続され、スイッチングによる変動分を滑らかにするコイルＬ１と、コイルＬ１及びコンデンサＣ２と並列に接続されたダイオードＤ２を備えるため、サージ電圧を抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【実施例６】
【００５０】
実施例６はスイッチとしてMOSFET４を用い、駆動パルス発生回路を反転電源回路とパルス発生回路で構成した例である。
構成を説明する。
図９は実施例６のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
実施例６のスイッチング電源回路では、スイッチとしてＰチェネルのMOSFET４を用い、入力電圧Ｖinの下流に、ツェナーダイオードＤz1、MOSFET４、コイルＬの順に直列に配置する。そして、コイルＬとグランドの間には、コンデンサＣ２を配置し、コイルＬとコンデンサＣ２の間からスイッチング電源回路の出力である電圧Ｖccを出力する構成にする。
さらに、コンデンサＣ２と並列にツェナーダイオードＤz2を接続し、さらにコンデンサＣ２とコイルＬと並列にダイオードＤ２を接続する。
【００５１】
次に実施例６では、駆動パルス発生回路２１を、パルス発生回路２１１と反転電源回路２１２で構成する。そして、パルス発生回路２１１の出力をMOSFET４のゲート信号とする。なお、パルス発生回路２１１とMOSFET４の間には、ゲート信号調整のために抵抗Ｒ３を設ける。
さらに、MOSFET４と接地間に抵抗Ｒ２を設け、MOSFET４のゲート−ソース間にツェナーダイオードＤz3を設ける。
その他構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００５２】
作用を説明する。
[動作安定性の向上作用]
実施例６では、抵抗Ｒ２によって初期状態では、MOSFET４のソース−ドレイン間をオン状態にする。このとき、抵抗Ｒ２は相当に大きい値とし、抵抗Ｒ２に流れる電流を非常に小さくし、電力損失を非常に小さくする。
そして、ＰチャネルのMOSFET４を駆動させるために、反転電源回路２１２にて負電圧を発生させ、パルス発生回路２１１にてMOSFET４を駆動するための負電圧パルスを発生させる。
【００５３】
これにより、スイッチ素子であるMOSFET４が駆動され、スイッチ動作が行われる。
ツェナーダイオードＤz3によりMOSFET４のゲート−ソース間の電圧Ｖgsが定格値を越えないように、保護を行う。
【００５４】
このように、実施例６においても、電流Ｉswが流れるとただちに反転電源回路２１２、パルス発生回路２１１の電源が供給され、出力である電圧Ｖccの値が上昇する前に反転電源回路２１２、パルス発生回路２１１が動作を開始してMOSFET４がオン・オフをはじめる。そのため、電圧Ｖinの印加からMOSFET４のオン・オフ開始までの時間遅れを小さくする。よって、電圧Ｖccの立上り時のオーバーシュートを抑えることになる。また、Ｖdz1は反転電源回路２１２、パルス発生回路２１１への電源供給ができる程度に抑制しているため、損失は従来より非常に抑制される。
【００５５】
図１０に示すのは、実施例６のスイッチング電源回路の試験用の回路を示す図である。図１１は図１０のスイッチング電源回路におけるスイッチのドライブ電圧、コイル電流、駆動パルス発生回路の動作電源電圧、電圧Ｖcc、スイッチのドレイン電圧のタイムチャートである。
【００５６】
図１０の回路構成では、図９の回路構成とほぼ同様の構成とし、特徴的には、スナバ回路部５を設けている。スナバ回路部５は、MOSFET４と並列して設けられ、抵抗とコンデンサを直列した構成であり、MOSFET４のオンオフ時のスパイク電圧を防止する。
この図１０の回路構成における各波形の試験結果において、出力である電圧Ｖccの値が上昇する前に、駆動パルス発生回路が動作していることがわかる。
【００５７】
効果を説明する。実施例６のスイッチング回路においては、上記(1),(3)に加えて、以下の効果を有する。
(8)スイッチ手段は、ＰチャネルのMOSFET４であり、抵抗Ｒ２により初期状態のMOSFET４をオンにし、駆動信号出力手段は、パルス発生回路２１１と反転電源回路２１２であり、反転電源回路２１２による負電圧によりパルス発生回路２１１が負電圧パルス（オン時はゲート電位がソースより低い）でMOSFET４を駆動するため、出力である電圧Ｖccの値が上昇する前に、パルス発生回路２１１と反転電源回路２１２が動作するようにし、エネルギー効率を向上させることができる。
【００５８】
以上、本発明のスイッチング電源回路を実施例１〜実施例６に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００５９】
実施例では、スイッチング電源回路を電源回路の補助電源回路として用いる具体例を示したが、他の装置に組み込まれ、補助電源となるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施例１のスイッチング電源回路を補助電源回路として組み込んだ電源回路の例を示す図である。
【図２】補助電源回路２（スイッチング回路）の回路構成を示す図である。
【図３】図２の補助電源回路の電圧Ｖin、電流Ｉsw、電圧Ｖc1、駆動パルス、スイッチ信号、電圧Ｖccのタイムチャートである。
【図４】抵抗やトランジスタにより電力損失が生じる従来の場合を説明するための図である。
【図５】実施例２のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
【図６】実施例３のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
【図７】実施例４のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
【図８】実施例５のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
【図９】実施例６のスイッチング電源回路（補助電源回路）の回路構成を示す図である。
【図１０】実施例６のスイッチング電源回路の試験用の回路を示す図である。
【図１１】図１０のスイッチング電源回路におけるスイッチのドライブ電圧、コイル電流、駆動パルス発生回路の動作電源電圧、電圧Ｖcc、スイッチのドレイン電圧のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１ 電源回路
２ 補助電源回路
３ 主電力変換回路
４ MOSFET
５ スナバ回路部
２１ａ スイッチ駆動パルス発生回路
２１ 駆動パルス発生回路
３１ 電源制御回路
２１１ パルス発生回路
２１２ 反転電源回路
Ｃ０〜Ｃ２ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ３ ダイオード
Ｄz0〜Ｄz3 ツェナーダイオード
Ｌ０，Ｌ１，Ｌ１０ コイル
Ｒ０〜Ｒ３ 抵抗
ＳＷ１，ＳＷ１，ＳＷ１０，ＳＷ１１ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧によりスイッチング動作を行い、前記入力電圧より低い所定電圧を電源供給のために出力するスイッチング電源回路において、
前記入力電圧の印加により電流が流れ始めるとともに、スイッチ駆動信号により駆動して、スイッチ動作を行うスイッチ手段と、
前記入力電圧の印加により流れ始めるスイッチ手段の電流により動作し、前記スイッチ駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、
を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチング電源回路において、
前記入力電圧が印加される上流と、前記スイッチ手段の間に、前記駆動信号出力手段と抵抗を並列に配置し、
前記入力電圧の印加により流れ始めるスイッチ手段の電流と、前記抵抗の抵抗値の積で得られる電圧値が、前記駆動信号出力手段の動作可能電圧となるよう前記抵抗の抵抗値が設定されている、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項３】
請求項１に記載のスイッチング電源回路において、
前記入力電圧が印加される上流と、前記スイッチ手段の間に、前記駆動信号出力手段とツェナーダイオードを並列に配置し、
前記入力電圧の印加により流れ始めるスイッチ手段の電流と、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の電圧値が、前記駆動信号出力手段の動作可能電圧となるよう前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の電圧値が設定されている、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のスイッチング電源回路において、
前記スイッチ手段の下流側を電源供給のための出力部分とし、
前記スイッチ手段の下流側に、一端を接地させて、電源供給のための出力を平滑化する平滑化手段を接続した、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項５】
請求項４に記載のスイッチング電源回路において、
前記平滑化手段と並列に接続されたツェナーダイオードを備えた、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載のスイッチング電源回路において、
前記スイッチ手段と前記平滑化手段の間に接続され、スイッチングによる変動分を滑らかにするコイルと、
前記コイルと並列に接続されたダイオードと、
を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項７】
請求項４又は請求項５に記載のスイッチング電源回路において、
前記スイッチ手段と前記平滑化手段の間に接続され、スイッチングによる変動分を滑らかにするコイルと、
前記コイル及び前記平滑化手段と並列に接続されたダイオードと、
を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項１】
入力電圧によりスイッチング動作を行い、前記入力電圧より低い所定電圧を電源供給のために出力するスイッチング電源回路において、
前記入力電圧の印加により電流が流れ始めるとともに、スイッチ駆動信号により駆動して、スイッチ動作を行うスイッチ手段と、
前記入力電圧の印加により流れ始めるスイッチ手段の電流により動作し、前記スイッチ駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、
を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチング電源回路において、
前記入力電圧が印加される上流と、前記スイッチ手段の間に、前記駆動信号出力手段と抵抗を並列に配置し、
前記入力電圧の印加により流れ始めるスイッチ手段の電流と、前記抵抗の抵抗値の積で得られる電圧値が、前記駆動信号出力手段の動作可能電圧となるよう前記抵抗の抵抗値が設定されている、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項３】
請求項１に記載のスイッチング電源回路において、
前記入力電圧が印加される上流と、前記スイッチ手段の間に、前記駆動信号出力手段とツェナーダイオードを並列に配置し、
前記入力電圧の印加により流れ始めるスイッチ手段の電流と、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の電圧値が、前記駆動信号出力手段の動作可能電圧となるよう前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の電圧値が設定されている、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のスイッチング電源回路において、
前記スイッチ手段の下流側を電源供給のための出力部分とし、
前記スイッチ手段の下流側に、一端を接地させて、電源供給のための出力を平滑化する平滑化手段を接続した、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項５】
請求項４に記載のスイッチング電源回路において、
前記平滑化手段と並列に接続されたツェナーダイオードを備えた、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載のスイッチング電源回路において、
前記スイッチ手段と前記平滑化手段の間に接続され、スイッチングによる変動分を滑らかにするコイルと、
前記コイルと並列に接続されたダイオードと、
を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。
【請求項７】
請求項４又は請求項５に記載のスイッチング電源回路において、
前記スイッチ手段と前記平滑化手段の間に接続され、スイッチングによる変動分を滑らかにするコイルと、
前記コイル及び前記平滑化手段と並列に接続されたダイオードと、
を備えることを特徴とするスイッチング電源回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２６１１０８（Ｐ２００９−２６１１０８Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０６０９３（Ｐ２００８−１０６０９３）
【出願日】平成２０年４月１５日（２００８．４．１５）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１５日（２００８．４．１５）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
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