スイッチング電源装置
【課題】本発明は、簡単な構成でサージ耐圧を高めつつ、出力電圧精度の高いスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】一次側回路と二次側回路とを備えたスイッチング電源装置が、二次側回路の出力電圧を検出する検出回路と、一次側回路及び二次側回路と電気的に絶縁された状態で検出回路の検出結果を一次側回路にフィードバックする中継回路とを備え、検出回路は検出した出力電圧に応じた光量の光を発光する第１の発光素子を有し、中継回路は、第１の発光素子からの光を受光して光量に応じた電流を生成する第1の受光素子と、該第１の受光素子により生成された電流の大きさに応じた光量の光を発光する第２の発光素子とを有し、一次側回路は、第２の発光素子からの光を受光し光量に応じた電流を生成する第２の受光素子を有し、一次側回路は、第２の受光素子により生成された電流の大きさに基づいて一次巻線の電流をオン／オフを制御する。
【解決手段】一次側回路と二次側回路とを備えたスイッチング電源装置が、二次側回路の出力電圧を検出する検出回路と、一次側回路及び二次側回路と電気的に絶縁された状態で検出回路の検出結果を一次側回路にフィードバックする中継回路とを備え、検出回路は検出した出力電圧に応じた光量の光を発光する第１の発光素子を有し、中継回路は、第１の発光素子からの光を受光して光量に応じた電流を生成する第1の受光素子と、該第１の受光素子により生成された電流の大きさに応じた光量の光を発光する第２の発光素子とを有し、一次側回路は、第２の発光素子からの光を受光し光量に応じた電流を生成する第２の受光素子を有し、一次側回路は、第２の受光素子により生成された電流の大きさに基づいて一次巻線の電流をオン／オフを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源電圧を直流電源電圧に変換するスイッチング電源装置に関し、特に、一次側回路−二次側回路間のサージ耐圧を高めることを可能にしたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な電子機器において、スイッチング電源装置が使用されている。スイッチング電源装置は、交流電源（商用電源）に接続された整流回路と、この整流回路からの整流出力を平滑する平滑コンデンサと、この平滑コンデンサからの直流電圧が供給されるトランスと、平滑コンデンサからの直流電圧がトランスの一次巻線を介して供給されるスイッチング素子とを有している。スイッチング素子は、スイッチング制御回路によってオン／オフ制御され、このスイッチング素子のオフ期間に一次巻線に蓄えたエネルギーを、スイッチング素子のオン期間に二次巻線に励起し、二次巻線に発生する電圧を整流することで直流電圧出力を得ている。また、安定した直流電圧出力を得るために、直流電圧出力の変動をモニタし、スイッチング制御回路にフィードバックすることにより、スイッチング素子のオン／オフ時間を制御している。そして、直流電圧出力の変動のモニタ及びフィードバックには、一次側回路と二次側回路間の絶縁性を維持する目的からフォトカプラが用いられている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５３２３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、スイッチング電源装置は機器が必要とする所定の電圧を出力するもので、通常、商用電源に接続される。そのため、各種安全規格に適合するように設計されており、例えば、特許文献１のような構成では、一次側回路−二次側回路間のサージ耐圧が安全規格に適合するように高耐圧（例えば、５ｋＶ）のフォトカプラを用いることにより、一次側回路−二次側回路間の絶縁耐圧を保証している。スイッチング電源装置が、電話交換機、サーバー等、常時安定した電源の供給が必要とされる機器に用いられる場合には、とりわけ高度な信頼性が要求され、安全規格上求められるサージ耐圧以上のサージ耐圧が求められるが、特許文献１の構成ではサージ耐圧がフォトカプラの耐圧に依存するため、フォトカプラの耐圧までしか保証できない。
【０００５】
サージ耐圧を高める方法としては、フォトカプラを使用せず、一次側補助巻線に発生する電圧をモニタしフィードバックすることも考えられるが、負荷によって変動する二次側回路の電圧を直接モニタする構成ではないため、フォトカプラを用いる構成と比較して出力電圧の精度が悪くなる。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、高耐圧で出力電圧精度の高いスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本願発明のスイッチング電源装置は、一次巻線と、一次巻線の他端に接続され一次巻線に流れる電流をオン／オフするスイッチング素子と、スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路とを有する一次側回路と、二次巻線と、二次巻線に生じる電圧を整流し平滑化する直流化回路とを有する二次側回路と、を備えたスイッチング電源装置であって、直流化回路の出力電圧を検出する検出回路と、一次側回路及び二次側回路と電気的に絶縁された状態で、検出回路の検出結果を制御回路にフィードバックする中継回路とを備え、検出回路は、検出した出力電圧に応じた光量の光を発光する第１の発光素子を有し、中継回路は、入射される光を受光して光量に応じた電流を生成する第１の受光素子と、該第１の受光素子と直列に接続され、該第１の受光素子により生成された電流の大きさに応じた光量の光を発光する第２の発光素子とを有し、制御回路は、第２の発光素子からの光を受光し、光量に応じた電流を生成する第２の受光素子を有し、制御回路は、第２の受光素子により生成された電流の大きさに基づいてスイッチング素子のオン／オフを制御し、中継回路は、第１の発光素子からの光を受光することを特徴とする。
【０００８】
このような構成により、第１の発光素子の光が、中継回路の第１の受光素子と第２の発光素子とで中継され、第２の受光素子に送られてフィードバック制御される。すなわち、一次側回路と二次側回路とは、２組の発光素子と受光素子を介して電気的に絶縁されることとなるため、従来技術と比較して、サージ耐圧は２倍となる。また、発光素子と受光素子によって出力電圧が一次側回路にフィードバックされるため精度の良い出力電圧制御が可能となる。
【０００９】
また、中継回路が、一次巻線及び二次巻線とから絶縁された第３の巻線を有することが好ましい。このような構成により、中継回路を簡単に構成することができる。
【００１０】
また、第１の発光素子と第１の受光素子とが第１のフォトカプラを構成し、第２の発光素子と前記第２の受光素子とが第２のフォトカプラを構成することが好ましい。
【００１１】
また、中継回路をＮ個有し、１番目の中継回路は、第１の発光素子からの光を受光して２番目の中継回路に向けて光を発光し、ｎ番目（ｎは、２以上、Ｎ−１以下の整数）の中継回路は、（ｎ−１）番目の中継回路からの光を受光して（ｎ＋１）番目の中継回路に向けて光を発光し、Ｎ番目の中継回路は、（ｎ−１）番目の中継回路からの光を受光して第２の受光素子に向けて光を発光する構成としてもよい。このような構成とすることにより、サージ耐圧をさらに高めることが可能となる。
【００１２】
また、一次側回路と中継回路との間のインピーダンスと、二次側回路と中継回路との間のインピーダンスとが略等しいことが好ましい。この場合、一次側回路のグラウンドと中継回路のグラウンドとの間に挿入される第１の抵抗と、二次側回路のグラウンドと中継回路のグラウンドとの間に挿入される第２の抵抗とをさらに備え、第１の抵抗のインピーダンスは、一次側回路と中継回路との間のインピーダンスよりも低く、第２の抵抗のインピーダンスは、二次側回路と中継回路との間のインピーダンスよりも低い構成としても良い。このような構成とすることにより、一次側回路から中継回路を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から中継回路を見た場合のインピーダンスとを整合させることが可能となり、安定したサージ耐圧を得ることができる。
【００１３】
また、一次側回路が一次補助巻線を有し、制御回路が、一次補助巻線に生じる電圧を整流し平滑化して得られる直流電圧によって駆動される構成としても良い。このような構成により、回路を簡素化できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、高耐圧で出力電圧精度の高いスイッチング電源装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置について以下に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置１の回路図である。本実施形態に係るスイッチング電源装置１は、一次側回路に入力される交流電力をトランス４００によって変換し、二次側回路に一定の直流電力を出力する電源装置である。トランス４００は、一次側巻線１２０、一次側補助巻線１５０、二次側巻線２２０及び中間巻線３２０を有する。スイッチング電源装置１の一次側回路は、ダイオードブリッジ回路１１０、コンデンサ１１５、一次側巻線１２０、ＦＥＴ１２５、抵抗１２６、１２７、制御用ＩＣ１３０、一次側補助巻線１５０、ダイオード１５５、コンデンサ１４５、後述する第２フォトカプラ２０５を構成する第２フォトトランジスタ１４０を有する。また、スイッチング電源装置１の二次側回路は、二次側巻線２２０、ダイオード２１０、コンデンサ２１５、抵抗２２５、２４０、２４５、シャントレギュレータ２３５、第１発光ダイオード２３０を有する。また、スイッチング電源装置１は、中間巻線３２０、ダイオード３１０、第１フォトトランジスタ３３０、第２発光ダイオード３４０、抵抗３４５を備えた光中継回路３００有している。第１発光ダイオード２３０と第１フォトトランジスタ３３０は、第１フォトカプラ２００（点線部）を構成し、第１発光ダイオード２３０から出射された光は第１フォトトランジスタ３３０で受光され光電変換される。また、第２発光ダイオード３４０と第２フォトトランジスタ１４０は、第２フォトカプラ２０５（点線部）を構成し、第２発光ダイオード３４０から出射された光は第２フォトトランジスタ１４０で受光されて光電変換される。なお、図１の回路は、説明の便宜上、回路を簡易化して示している。
【００１８】
ダイオードブリッジ回路１１０に入力（印加）される商用電源（ＡＣ１００〜２２０Ｖ）は、ダイオードブリッジ回路１１０によって整流され、コンデンサ１１５によって平滑化されてコンデンサ１１５の端子間に一次直流電圧Ｖ１を生成する。なお、コンデンサ１１５の負端子側は、ダイオードブリッジ回路１１０の負端子側と接続され一次側回路のグラウンドレベル（ＧＮＤ１）となっている。そして、一次直流電圧Ｖ１は、トランス４００の一次側巻線１２０の一端及び制御用ＩＣ１３０のＶＨ端子に供給される。
【００１９】
一次側巻線１２０の他端は、ＦＥＴ１２５のドレイン端子に接続される。また、ＦＥＴ１２５のソース端子は、抵抗１２６及び１２７を介して一次側回路のＧＮＤ１（グラウンド）及び制御用ＩＣ１３０のＩＳ端子にそれぞれ接続され、ゲート端子は、制御用ＩＣ１３０のＯＵＴ端子に接続される。
【００２０】
ＦＥＴ１２５は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）であり、ゲート端子に入力される電圧によって、ドレイン端子−ソース端子間に流れる電流が制御される。本実施形態のＦＥＴ１２５は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴであり、ゲート端子に入力される電圧が上昇するとドレイン端子−ソース端子間に電流が流れる（すなわち、オンする）ように構成されている。
【００２１】
制御用ＩＣ１３０は、ＦＥＴ１２５のオン／オフを制御するためのＩＣである。制御用ＩＣ１３０は、内部にクロック（不図示）を有しており、所定の周波数のスイッチングパルスを生成して制御用ＩＣ１３０のＯＵＴ端子より出力する。スイッチングパルスが、ＦＥＴ１２５のゲート端子に入力されると、ＦＥＴ１２５がオンし、一次直流電圧Ｖ１に起因する電流（一次電流）が一次側巻線１２０、ＦＥＴ１２５及び抵抗１２６を通って一次側回路のＧＮＤ１（グラウンド）に流れる。ＦＥＴ１２５がオンしている期間、一次側巻線１２０を流れる電流によって、一次側巻線１２０に磁気エネルギーが蓄えられる。そして、ＦＥＴ１２５がオフすることによって、一次側巻線１２０に蓄えられた磁気エネルギーが、一次側巻線１２０とは逆極性となるように構成された二次側巻線２２０、一次側補助巻線１５０及び中間巻線３２０に伝達される。すなわち、制御用ＩＣ１３０の制御によりＦＥＴ１２５が断続的にオン／オフすることにより、二次側巻線２２０、一次側補助巻線１５０及び中間巻線３２０に断続的な電圧が誘起される。
【００２２】
一次側補助巻線１５０に誘起された電圧は、ダイオード１５５によって整流され、コンデンサ１４５によって平滑化されて、制御用ＩＣ１３０のＶｃｃ端子（電源端子）に印加される。なお、起動時においては、一次側補助巻線１５０に電圧が誘起されないため、制御用ＩＣ１３０に内蔵される起動回路（不図示）が、一次直流電圧Ｖ１に起因する電流を制御用ＩＣ１３０のＶＨ端子に供給することによって制御用ＩＣ１３０が起動される。
【００２３】
制御用ＩＣ１３０のＩＳ端子には、抵抗１２７を介してＦＥＴ１２５のソース端子が接続される。ＦＥＴ１２５と抵抗１２６は、いわゆるソースフォロアを構成し、ＦＥＴ１２５のソース端子の電圧は、ＦＥＴ１２５を流れる電流に比例する。制御用ＩＣ１３０は、ＩＳ端子に印加される電圧を監視することにより、過電流を検出している。
【００２４】
制御用ＩＣ１３０のＦＢ端子には、第２フォトトランジスタ１４０のコレクタが接続され、第２フォトトランジスタ１４０のエミッタはＧＮＤ１に接続される。第２フォトトランジスタ１４０は、後述するように、二次直流電圧Ｖ２（ＤＣ出力）の電圧値によって光量が変化する第２発光ダイオード３４０からの光を受光し、光電変換することによってその受光量に応じた電流を流す。制御用ＩＣ１３０は、第２発光ダイオード３４０を流れる電流から二次直流電圧Ｖ２の電圧値を検出し、二次直流電圧Ｖ２の電圧値が一定となるように（すなわち、第２発光ダイオード３４０を流れる電流が一定となるように）、ＦＥＴ１２５に供給するスイッチングパルスのデューティー比を変化させる。上述のように、ＦＥＴ１２５のデューティー比（すなわち、オンしている時間）を制御することは、一次側巻線１２０に蓄えられる磁気エネルギーを制御することに他ならないため、これによって二次側巻線２２０に誘起される電圧を制御することが可能となる。以上のように、第２発光ダイオード３４０と第２フォトトランジスタ１４０によって、二次直流電圧Ｖ２の電圧値が、電気的に絶縁された一次側回路にフィードバックされることとなる。
【００２５】
二次側巻線２２０の両端に断続的に誘起された電圧は、ダイオード２１０によって整流され、コンデンサ２１５によって平滑化されて二次直流電圧Ｖ２を生成する。そして、二次直流電圧Ｖ２が、ＤＣ出力として不図示の負荷に供給される。
【００２６】
第１発光ダイオード２３０、シャントレギュレータ２３５、抵抗２２５、２４０、２４５は、二次直流電圧モニタ回路を構成している。
【００２７】
シャントレギュレータ２３５は、リファレンス端子の電圧によって、シャントレギュレータ２３５を流れる電流を制御する素子である。抵抗２４０と２４５は、二次直流電圧Ｖ２と二次側回路のＧＮＤ２（グラウンド）間に直列に挿入され、シャントレギュレータ２３５のリファレンス端子には、抵抗２４０と２４５の接続点の電圧が印加される。シャントレギュレータ２３５のリファレンス端子の電圧が所定値よりも小さい場合にはシャントレギュレータ２３５に流れる電流は少なくなり、逆にリファレンス端子の電圧が所定値よりも大きい場合にはシャントレギュレータ２３５に流れる電流は大きくなる。このため、抵抗２２５を介して第１発光ダイオード２３０に流れる電流、すなわち第１発光ダイオード２３０の発光量がリファレンス端子の電圧によって制御される。本実施形態の場合、シャントレギュレータ２３５のリファレンス端子には、二次直流電圧Ｖ２を抵抗２４０と２４５によって抵抗分圧した電圧が印加されるため、二次直流電圧Ｖ２の電圧値に応じて第１発光ダイオード２３０の発光量が変化する。
【００２８】
中間巻線３２０、ダイオード３１０、コンデンサ３１５、第１フォトトランジスタ３３０、第２発光ダイオード３４０及び抵抗３４５は、光中継回路３００を構成している。中間巻線３２０は、一次側巻線１２０、二次側巻線２２０、一次側補助巻線１５０のそれぞれと絶縁されたトランス４００の巻線である。上述のように、一次側巻線１２０に断続的に電流が流れることにより、中間巻線３２０の両端に断続的な電圧が誘起される。そして、この電圧は、ダイオード３１０によって整流され、コンデンサ３１５によって平滑化されて中間直流電圧Ｖ３を生成する。そして、中間直流電圧Ｖ３とそのグラウンド（ＧＮＤ３）間には、第１フォトトランジスタ３３０、第２発光ダイオード３４０及び抵抗３４５が直列に挿入されている。
【００２９】
第１フォトトランジスタ３３０は、第１発光ダイオード２３０からの光にほぼ比例した電流を流す。そして、この電流は、第２発光ダイオード３４０及び抵抗３４５を経由して、ＧＮＤ３に流れ込む。このとき、第２発光ダイオード３４０は、第１フォトトランジスタ３３０で発生する電流に応じた光量で発光する。第１フォトトランジスタ３３０で発生する電流は、第１発光ダイオード２３０の光量、すなわち二次直流電圧Ｖ２の電圧値に基づくものであるため、第２発光ダイオード３４０の光量は、二次直流電圧Ｖ２の電圧値を表していることとなる。そして、第２発光ダイオード３４０から発光された光は、第２フォトトランジスタ１４０で受光され、上述のフィードバック制御がなされる。
【００３０】
以上のように、本実施形態のスイッチング電源装置１では、二次直流電圧Ｖ２の電圧値に応じた光量の光が、第１発光ダイオード２３０から出力される。そして、第１発光ダイオード２３０から発光された光が、一次側回路及び二次側回路から絶縁された第１フォトトランジスタ３３０と第２発光ダイオード３４０（すなわち、光中継回路３００）で中継され、第２フォトトランジスタ１４０に送られるように構成されている。すなわち、一次側回路と二次側回路とは、一次側回路と二次側回路間に直列に挿入された２つのフォトカプラ（第１フォトカプラ２００、第２フォトカプラ２０５）を介して電気的に絶縁されている。従って、一次側回路と二次側回路間にサージ電圧が印加された場合のサージ耐圧は、第１フォトカプラ２００のサージ耐圧と第２フォトカプラ２０５のサージ耐圧との和となるため、従来技術のような一次側回路と二次側回路とを１つのフォトカプラで絶縁する構成と比較して、サージ耐圧は２倍となる。また、フォトカプラによって二次直流電圧Ｖ２の電圧値が一次側回路にフィードバックされるため精度の良い出力電圧制御が可能となる。
【００３１】
なお、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０間のインピーダンスと考えられ、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０間のインピーダンスと考えられる。従って、第１フォトカプラ２００と第２フォトカプラ２０５の回路配置、配線等の条件がほぼ等しい場合、両インピーダンスはほぼ等しく、一次側回路―２次側回路間にサージ電圧が印加された場合、このサージ電圧は、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０間、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０間にほぼ等しく加わることとなる。よって、一方のフォトカプラに偏ってサージ電圧が加わることはなく、フォトカプラが破壊されることもない。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態として、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスとの整合を図ったスイッチング電源装置について説明する。第１フォトカプラ２００と第２フォトカプラ２０５の回路配置等の条件が異なり、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスとが異なる場合には、両インピーダンスの整合を図ることが望ましい。
【００３３】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置１Ｍの構成を示す回路図である。本実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｍは、図１に示される第１の実施形態に係るスイッチング電源装置１に、インピーダンスを整合させるための抵抗３５０、３５５を追加したものである。なお、図２において、第１の実施形態と共通する構成については、図１と同一の符号を付している。
【００３４】
図２に示されるように、本実施形態のスイッチング電源装置１Ｍにおいては、一次側回路の接地端子Ｇ１（ＧＮＤ１）と光中継回路３００の接地端子Ｇ３（ＧＮＤ３）とが抵抗３５５を介して接続され、二次側回路の接地端子Ｇ２（ＧＮＤ２）と光中継回路３００の接地端子Ｇ３とが抵抗３５０を介して接続されている。
【００３５】
抵抗３５０は、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０間のインピーダンスよりも低い（例えば、約１／１０）インピーダンスを有する抵抗であり、抵抗３５５は、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０間のインピーダンスよりも低い（例えば、約１／１０）インピーダンスを有する抵抗である。この場合、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０との間のインピーダンスと、抵抗３５５のインピーダンスとの合成インピーダンスと考えられ、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０との間のインピーダンスと、抵抗３５０のインピーダンスとの合成インピーダンスと考えられる。よって、抵抗３５０と抵抗３５５の抵抗値を調整することによって、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスとを正確にマッチングさせることが可能となる。
【００３６】
以上のように、本実施形態のスイッチング電源装置１Ｍによれば、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスとをマッチングさせることが可能となるため、一次側回路―２次側回路間にサージ電圧が印加された場合、このサージ電圧は、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０間、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０間に等しく加わることとなる。例えば、第１フォトカプラ２００及び第２フォトカプラ２０５の耐圧が５ｋＶである場合、５ｋＶを上回るサージ電圧が加わっても、これら２つのフォトカプラが直列に接続されているため、各フォトカプラに印加される電圧が５ｋＶを下回れば、フォトカプラが破損することはない。すなわち、フォトカプラが２個の場合、サージ電圧の最大許容値は１０ｋＶとなる。
【００３７】
上記のように、本発明の第１及び第２の実施形態においては、第１発光ダイオード２３０の光を一つの光中継回路３００（すなわち、第１フォトトランジスタ３３０と第２発光ダイオード３４０）で第２フォトトランジスタ１４０に中継する構成として説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、複数の光中継回路３００を設けて、光が複数のフォトカプラ間で順次伝搬される構成としても良い。このような構成を採ることにより、一次―二次間のサージ耐圧は、さらに高いものとなる。なお、この場合であっても、一次側回路から各光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から各光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、ほぼ等しくなる。
【００３８】
また、本発明の第１及び第２の実施形態においては、制御用ＩＣ１３０は、一次側補助巻線１５０に誘起された電圧によって動作する構成として説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、一次側補助巻線をなくし、一次直流電圧Ｖ１によって動作する制御用ＩＣを使用する構成としても良い。
【００３９】
また、本発明の第１及び第２の実施形態においては、中間巻線３２０は、二次側巻線２２０と同極となるように構成したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。中間巻線３２０は、光中継回路３００を駆動するための電圧を生成するものであればよく、一次側巻線１２０と同極となるように構成しても良い。
【符号の説明】
【００４０】
１、１Ｍ スイッチング電源装置
１１０ ダイオードブリッジ回路
１１５、１４５、２１５、３１５ コンデンサ
１２０ 一次側巻線
１２５ ＦＥＴ
１３０ 制御用ＩＣ
１４０ 第２フォトトランジスタ
１５０ 一次側補助巻線
１５５、２１０、３１０ ダイオード
２００ 第１フォトカプラ
２０５ 第２フォトカプラ
２２０ 二次側巻線
１２６、１２７、２２５、２４０、２４５、３４５、３５０、３５５ 抵抗
２３０ 第１発光ダイオード
２３５ シャントレギュレータ
３００ 光中継回路
３２０ 中間巻線
３３０ 第１フォトトランジスタ
３４０ 第２発光ダイオード
４００ トランス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源電圧を直流電源電圧に変換するスイッチング電源装置に関し、特に、一次側回路−二次側回路間のサージ耐圧を高めることを可能にしたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な電子機器において、スイッチング電源装置が使用されている。スイッチング電源装置は、交流電源（商用電源）に接続された整流回路と、この整流回路からの整流出力を平滑する平滑コンデンサと、この平滑コンデンサからの直流電圧が供給されるトランスと、平滑コンデンサからの直流電圧がトランスの一次巻線を介して供給されるスイッチング素子とを有している。スイッチング素子は、スイッチング制御回路によってオン／オフ制御され、このスイッチング素子のオフ期間に一次巻線に蓄えたエネルギーを、スイッチング素子のオン期間に二次巻線に励起し、二次巻線に発生する電圧を整流することで直流電圧出力を得ている。また、安定した直流電圧出力を得るために、直流電圧出力の変動をモニタし、スイッチング制御回路にフィードバックすることにより、スイッチング素子のオン／オフ時間を制御している。そして、直流電圧出力の変動のモニタ及びフィードバックには、一次側回路と二次側回路間の絶縁性を維持する目的からフォトカプラが用いられている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５３２３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、スイッチング電源装置は機器が必要とする所定の電圧を出力するもので、通常、商用電源に接続される。そのため、各種安全規格に適合するように設計されており、例えば、特許文献１のような構成では、一次側回路−二次側回路間のサージ耐圧が安全規格に適合するように高耐圧（例えば、５ｋＶ）のフォトカプラを用いることにより、一次側回路−二次側回路間の絶縁耐圧を保証している。スイッチング電源装置が、電話交換機、サーバー等、常時安定した電源の供給が必要とされる機器に用いられる場合には、とりわけ高度な信頼性が要求され、安全規格上求められるサージ耐圧以上のサージ耐圧が求められるが、特許文献１の構成ではサージ耐圧がフォトカプラの耐圧に依存するため、フォトカプラの耐圧までしか保証できない。
【０００５】
サージ耐圧を高める方法としては、フォトカプラを使用せず、一次側補助巻線に発生する電圧をモニタしフィードバックすることも考えられるが、負荷によって変動する二次側回路の電圧を直接モニタする構成ではないため、フォトカプラを用いる構成と比較して出力電圧の精度が悪くなる。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、高耐圧で出力電圧精度の高いスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本願発明のスイッチング電源装置は、一次巻線と、一次巻線の他端に接続され一次巻線に流れる電流をオン／オフするスイッチング素子と、スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路とを有する一次側回路と、二次巻線と、二次巻線に生じる電圧を整流し平滑化する直流化回路とを有する二次側回路と、を備えたスイッチング電源装置であって、直流化回路の出力電圧を検出する検出回路と、一次側回路及び二次側回路と電気的に絶縁された状態で、検出回路の検出結果を制御回路にフィードバックする中継回路とを備え、検出回路は、検出した出力電圧に応じた光量の光を発光する第１の発光素子を有し、中継回路は、入射される光を受光して光量に応じた電流を生成する第１の受光素子と、該第１の受光素子と直列に接続され、該第１の受光素子により生成された電流の大きさに応じた光量の光を発光する第２の発光素子とを有し、制御回路は、第２の発光素子からの光を受光し、光量に応じた電流を生成する第２の受光素子を有し、制御回路は、第２の受光素子により生成された電流の大きさに基づいてスイッチング素子のオン／オフを制御し、中継回路は、第１の発光素子からの光を受光することを特徴とする。
【０００８】
このような構成により、第１の発光素子の光が、中継回路の第１の受光素子と第２の発光素子とで中継され、第２の受光素子に送られてフィードバック制御される。すなわち、一次側回路と二次側回路とは、２組の発光素子と受光素子を介して電気的に絶縁されることとなるため、従来技術と比較して、サージ耐圧は２倍となる。また、発光素子と受光素子によって出力電圧が一次側回路にフィードバックされるため精度の良い出力電圧制御が可能となる。
【０００９】
また、中継回路が、一次巻線及び二次巻線とから絶縁された第３の巻線を有することが好ましい。このような構成により、中継回路を簡単に構成することができる。
【００１０】
また、第１の発光素子と第１の受光素子とが第１のフォトカプラを構成し、第２の発光素子と前記第２の受光素子とが第２のフォトカプラを構成することが好ましい。
【００１１】
また、中継回路をＮ個有し、１番目の中継回路は、第１の発光素子からの光を受光して２番目の中継回路に向けて光を発光し、ｎ番目（ｎは、２以上、Ｎ−１以下の整数）の中継回路は、（ｎ−１）番目の中継回路からの光を受光して（ｎ＋１）番目の中継回路に向けて光を発光し、Ｎ番目の中継回路は、（ｎ−１）番目の中継回路からの光を受光して第２の受光素子に向けて光を発光する構成としてもよい。このような構成とすることにより、サージ耐圧をさらに高めることが可能となる。
【００１２】
また、一次側回路と中継回路との間のインピーダンスと、二次側回路と中継回路との間のインピーダンスとが略等しいことが好ましい。この場合、一次側回路のグラウンドと中継回路のグラウンドとの間に挿入される第１の抵抗と、二次側回路のグラウンドと中継回路のグラウンドとの間に挿入される第２の抵抗とをさらに備え、第１の抵抗のインピーダンスは、一次側回路と中継回路との間のインピーダンスよりも低く、第２の抵抗のインピーダンスは、二次側回路と中継回路との間のインピーダンスよりも低い構成としても良い。このような構成とすることにより、一次側回路から中継回路を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から中継回路を見た場合のインピーダンスとを整合させることが可能となり、安定したサージ耐圧を得ることができる。
【００１３】
また、一次側回路が一次補助巻線を有し、制御回路が、一次補助巻線に生じる電圧を整流し平滑化して得られる直流電圧によって駆動される構成としても良い。このような構成により、回路を簡素化できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、高耐圧で出力電圧精度の高いスイッチング電源装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置について以下に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置１の回路図である。本実施形態に係るスイッチング電源装置１は、一次側回路に入力される交流電力をトランス４００によって変換し、二次側回路に一定の直流電力を出力する電源装置である。トランス４００は、一次側巻線１２０、一次側補助巻線１５０、二次側巻線２２０及び中間巻線３２０を有する。スイッチング電源装置１の一次側回路は、ダイオードブリッジ回路１１０、コンデンサ１１５、一次側巻線１２０、ＦＥＴ１２５、抵抗１２６、１２７、制御用ＩＣ１３０、一次側補助巻線１５０、ダイオード１５５、コンデンサ１４５、後述する第２フォトカプラ２０５を構成する第２フォトトランジスタ１４０を有する。また、スイッチング電源装置１の二次側回路は、二次側巻線２２０、ダイオード２１０、コンデンサ２１５、抵抗２２５、２４０、２４５、シャントレギュレータ２３５、第１発光ダイオード２３０を有する。また、スイッチング電源装置１は、中間巻線３２０、ダイオード３１０、第１フォトトランジスタ３３０、第２発光ダイオード３４０、抵抗３４５を備えた光中継回路３００有している。第１発光ダイオード２３０と第１フォトトランジスタ３３０は、第１フォトカプラ２００（点線部）を構成し、第１発光ダイオード２３０から出射された光は第１フォトトランジスタ３３０で受光され光電変換される。また、第２発光ダイオード３４０と第２フォトトランジスタ１４０は、第２フォトカプラ２０５（点線部）を構成し、第２発光ダイオード３４０から出射された光は第２フォトトランジスタ１４０で受光されて光電変換される。なお、図１の回路は、説明の便宜上、回路を簡易化して示している。
【００１８】
ダイオードブリッジ回路１１０に入力（印加）される商用電源（ＡＣ１００〜２２０Ｖ）は、ダイオードブリッジ回路１１０によって整流され、コンデンサ１１５によって平滑化されてコンデンサ１１５の端子間に一次直流電圧Ｖ１を生成する。なお、コンデンサ１１５の負端子側は、ダイオードブリッジ回路１１０の負端子側と接続され一次側回路のグラウンドレベル（ＧＮＤ１）となっている。そして、一次直流電圧Ｖ１は、トランス４００の一次側巻線１２０の一端及び制御用ＩＣ１３０のＶＨ端子に供給される。
【００１９】
一次側巻線１２０の他端は、ＦＥＴ１２５のドレイン端子に接続される。また、ＦＥＴ１２５のソース端子は、抵抗１２６及び１２７を介して一次側回路のＧＮＤ１（グラウンド）及び制御用ＩＣ１３０のＩＳ端子にそれぞれ接続され、ゲート端子は、制御用ＩＣ１３０のＯＵＴ端子に接続される。
【００２０】
ＦＥＴ１２５は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）であり、ゲート端子に入力される電圧によって、ドレイン端子−ソース端子間に流れる電流が制御される。本実施形態のＦＥＴ１２５は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴであり、ゲート端子に入力される電圧が上昇するとドレイン端子−ソース端子間に電流が流れる（すなわち、オンする）ように構成されている。
【００２１】
制御用ＩＣ１３０は、ＦＥＴ１２５のオン／オフを制御するためのＩＣである。制御用ＩＣ１３０は、内部にクロック（不図示）を有しており、所定の周波数のスイッチングパルスを生成して制御用ＩＣ１３０のＯＵＴ端子より出力する。スイッチングパルスが、ＦＥＴ１２５のゲート端子に入力されると、ＦＥＴ１２５がオンし、一次直流電圧Ｖ１に起因する電流（一次電流）が一次側巻線１２０、ＦＥＴ１２５及び抵抗１２６を通って一次側回路のＧＮＤ１（グラウンド）に流れる。ＦＥＴ１２５がオンしている期間、一次側巻線１２０を流れる電流によって、一次側巻線１２０に磁気エネルギーが蓄えられる。そして、ＦＥＴ１２５がオフすることによって、一次側巻線１２０に蓄えられた磁気エネルギーが、一次側巻線１２０とは逆極性となるように構成された二次側巻線２２０、一次側補助巻線１５０及び中間巻線３２０に伝達される。すなわち、制御用ＩＣ１３０の制御によりＦＥＴ１２５が断続的にオン／オフすることにより、二次側巻線２２０、一次側補助巻線１５０及び中間巻線３２０に断続的な電圧が誘起される。
【００２２】
一次側補助巻線１５０に誘起された電圧は、ダイオード１５５によって整流され、コンデンサ１４５によって平滑化されて、制御用ＩＣ１３０のＶｃｃ端子（電源端子）に印加される。なお、起動時においては、一次側補助巻線１５０に電圧が誘起されないため、制御用ＩＣ１３０に内蔵される起動回路（不図示）が、一次直流電圧Ｖ１に起因する電流を制御用ＩＣ１３０のＶＨ端子に供給することによって制御用ＩＣ１３０が起動される。
【００２３】
制御用ＩＣ１３０のＩＳ端子には、抵抗１２７を介してＦＥＴ１２５のソース端子が接続される。ＦＥＴ１２５と抵抗１２６は、いわゆるソースフォロアを構成し、ＦＥＴ１２５のソース端子の電圧は、ＦＥＴ１２５を流れる電流に比例する。制御用ＩＣ１３０は、ＩＳ端子に印加される電圧を監視することにより、過電流を検出している。
【００２４】
制御用ＩＣ１３０のＦＢ端子には、第２フォトトランジスタ１４０のコレクタが接続され、第２フォトトランジスタ１４０のエミッタはＧＮＤ１に接続される。第２フォトトランジスタ１４０は、後述するように、二次直流電圧Ｖ２（ＤＣ出力）の電圧値によって光量が変化する第２発光ダイオード３４０からの光を受光し、光電変換することによってその受光量に応じた電流を流す。制御用ＩＣ１３０は、第２発光ダイオード３４０を流れる電流から二次直流電圧Ｖ２の電圧値を検出し、二次直流電圧Ｖ２の電圧値が一定となるように（すなわち、第２発光ダイオード３４０を流れる電流が一定となるように）、ＦＥＴ１２５に供給するスイッチングパルスのデューティー比を変化させる。上述のように、ＦＥＴ１２５のデューティー比（すなわち、オンしている時間）を制御することは、一次側巻線１２０に蓄えられる磁気エネルギーを制御することに他ならないため、これによって二次側巻線２２０に誘起される電圧を制御することが可能となる。以上のように、第２発光ダイオード３４０と第２フォトトランジスタ１４０によって、二次直流電圧Ｖ２の電圧値が、電気的に絶縁された一次側回路にフィードバックされることとなる。
【００２５】
二次側巻線２２０の両端に断続的に誘起された電圧は、ダイオード２１０によって整流され、コンデンサ２１５によって平滑化されて二次直流電圧Ｖ２を生成する。そして、二次直流電圧Ｖ２が、ＤＣ出力として不図示の負荷に供給される。
【００２６】
第１発光ダイオード２３０、シャントレギュレータ２３５、抵抗２２５、２４０、２４５は、二次直流電圧モニタ回路を構成している。
【００２７】
シャントレギュレータ２３５は、リファレンス端子の電圧によって、シャントレギュレータ２３５を流れる電流を制御する素子である。抵抗２４０と２４５は、二次直流電圧Ｖ２と二次側回路のＧＮＤ２（グラウンド）間に直列に挿入され、シャントレギュレータ２３５のリファレンス端子には、抵抗２４０と２４５の接続点の電圧が印加される。シャントレギュレータ２３５のリファレンス端子の電圧が所定値よりも小さい場合にはシャントレギュレータ２３５に流れる電流は少なくなり、逆にリファレンス端子の電圧が所定値よりも大きい場合にはシャントレギュレータ２３５に流れる電流は大きくなる。このため、抵抗２２５を介して第１発光ダイオード２３０に流れる電流、すなわち第１発光ダイオード２３０の発光量がリファレンス端子の電圧によって制御される。本実施形態の場合、シャントレギュレータ２３５のリファレンス端子には、二次直流電圧Ｖ２を抵抗２４０と２４５によって抵抗分圧した電圧が印加されるため、二次直流電圧Ｖ２の電圧値に応じて第１発光ダイオード２３０の発光量が変化する。
【００２８】
中間巻線３２０、ダイオード３１０、コンデンサ３１５、第１フォトトランジスタ３３０、第２発光ダイオード３４０及び抵抗３４５は、光中継回路３００を構成している。中間巻線３２０は、一次側巻線１２０、二次側巻線２２０、一次側補助巻線１５０のそれぞれと絶縁されたトランス４００の巻線である。上述のように、一次側巻線１２０に断続的に電流が流れることにより、中間巻線３２０の両端に断続的な電圧が誘起される。そして、この電圧は、ダイオード３１０によって整流され、コンデンサ３１５によって平滑化されて中間直流電圧Ｖ３を生成する。そして、中間直流電圧Ｖ３とそのグラウンド（ＧＮＤ３）間には、第１フォトトランジスタ３３０、第２発光ダイオード３４０及び抵抗３４５が直列に挿入されている。
【００２９】
第１フォトトランジスタ３３０は、第１発光ダイオード２３０からの光にほぼ比例した電流を流す。そして、この電流は、第２発光ダイオード３４０及び抵抗３４５を経由して、ＧＮＤ３に流れ込む。このとき、第２発光ダイオード３４０は、第１フォトトランジスタ３３０で発生する電流に応じた光量で発光する。第１フォトトランジスタ３３０で発生する電流は、第１発光ダイオード２３０の光量、すなわち二次直流電圧Ｖ２の電圧値に基づくものであるため、第２発光ダイオード３４０の光量は、二次直流電圧Ｖ２の電圧値を表していることとなる。そして、第２発光ダイオード３４０から発光された光は、第２フォトトランジスタ１４０で受光され、上述のフィードバック制御がなされる。
【００３０】
以上のように、本実施形態のスイッチング電源装置１では、二次直流電圧Ｖ２の電圧値に応じた光量の光が、第１発光ダイオード２３０から出力される。そして、第１発光ダイオード２３０から発光された光が、一次側回路及び二次側回路から絶縁された第１フォトトランジスタ３３０と第２発光ダイオード３４０（すなわち、光中継回路３００）で中継され、第２フォトトランジスタ１４０に送られるように構成されている。すなわち、一次側回路と二次側回路とは、一次側回路と二次側回路間に直列に挿入された２つのフォトカプラ（第１フォトカプラ２００、第２フォトカプラ２０５）を介して電気的に絶縁されている。従って、一次側回路と二次側回路間にサージ電圧が印加された場合のサージ耐圧は、第１フォトカプラ２００のサージ耐圧と第２フォトカプラ２０５のサージ耐圧との和となるため、従来技術のような一次側回路と二次側回路とを１つのフォトカプラで絶縁する構成と比較して、サージ耐圧は２倍となる。また、フォトカプラによって二次直流電圧Ｖ２の電圧値が一次側回路にフィードバックされるため精度の良い出力電圧制御が可能となる。
【００３１】
なお、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０間のインピーダンスと考えられ、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０間のインピーダンスと考えられる。従って、第１フォトカプラ２００と第２フォトカプラ２０５の回路配置、配線等の条件がほぼ等しい場合、両インピーダンスはほぼ等しく、一次側回路―２次側回路間にサージ電圧が印加された場合、このサージ電圧は、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０間、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０間にほぼ等しく加わることとなる。よって、一方のフォトカプラに偏ってサージ電圧が加わることはなく、フォトカプラが破壊されることもない。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態として、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスとの整合を図ったスイッチング電源装置について説明する。第１フォトカプラ２００と第２フォトカプラ２０５の回路配置等の条件が異なり、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスとが異なる場合には、両インピーダンスの整合を図ることが望ましい。
【００３３】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置１Ｍの構成を示す回路図である。本実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｍは、図１に示される第１の実施形態に係るスイッチング電源装置１に、インピーダンスを整合させるための抵抗３５０、３５５を追加したものである。なお、図２において、第１の実施形態と共通する構成については、図１と同一の符号を付している。
【００３４】
図２に示されるように、本実施形態のスイッチング電源装置１Ｍにおいては、一次側回路の接地端子Ｇ１（ＧＮＤ１）と光中継回路３００の接地端子Ｇ３（ＧＮＤ３）とが抵抗３５５を介して接続され、二次側回路の接地端子Ｇ２（ＧＮＤ２）と光中継回路３００の接地端子Ｇ３とが抵抗３５０を介して接続されている。
【００３５】
抵抗３５０は、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０間のインピーダンスよりも低い（例えば、約１／１０）インピーダンスを有する抵抗であり、抵抗３５５は、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０間のインピーダンスよりも低い（例えば、約１／１０）インピーダンスを有する抵抗である。この場合、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０との間のインピーダンスと、抵抗３５５のインピーダンスとの合成インピーダンスと考えられ、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０との間のインピーダンスと、抵抗３５０のインピーダンスとの合成インピーダンスと考えられる。よって、抵抗３５０と抵抗３５５の抵抗値を調整することによって、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスとを正確にマッチングさせることが可能となる。
【００３６】
以上のように、本実施形態のスイッチング電源装置１Ｍによれば、一次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から光中継回路３００を見た場合のインピーダンスとをマッチングさせることが可能となるため、一次側回路―２次側回路間にサージ電圧が印加された場合、このサージ電圧は、第１フォトトランジスタ３３０と第１発光ダイオード２３０間、第２フォトトランジスタ１４０と第２発光ダイオード３４０間に等しく加わることとなる。例えば、第１フォトカプラ２００及び第２フォトカプラ２０５の耐圧が５ｋＶである場合、５ｋＶを上回るサージ電圧が加わっても、これら２つのフォトカプラが直列に接続されているため、各フォトカプラに印加される電圧が５ｋＶを下回れば、フォトカプラが破損することはない。すなわち、フォトカプラが２個の場合、サージ電圧の最大許容値は１０ｋＶとなる。
【００３７】
上記のように、本発明の第１及び第２の実施形態においては、第１発光ダイオード２３０の光を一つの光中継回路３００（すなわち、第１フォトトランジスタ３３０と第２発光ダイオード３４０）で第２フォトトランジスタ１４０に中継する構成として説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、複数の光中継回路３００を設けて、光が複数のフォトカプラ間で順次伝搬される構成としても良い。このような構成を採ることにより、一次―二次間のサージ耐圧は、さらに高いものとなる。なお、この場合であっても、一次側回路から各光中継回路３００を見た場合のインピーダンスと、二次側回路から各光中継回路３００を見た場合のインピーダンスは、ほぼ等しくなる。
【００３８】
また、本発明の第１及び第２の実施形態においては、制御用ＩＣ１３０は、一次側補助巻線１５０に誘起された電圧によって動作する構成として説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、一次側補助巻線をなくし、一次直流電圧Ｖ１によって動作する制御用ＩＣを使用する構成としても良い。
【００３９】
また、本発明の第１及び第２の実施形態においては、中間巻線３２０は、二次側巻線２２０と同極となるように構成したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。中間巻線３２０は、光中継回路３００を駆動するための電圧を生成するものであればよく、一次側巻線１２０と同極となるように構成しても良い。
【符号の説明】
【００４０】
１、１Ｍ スイッチング電源装置
１１０ ダイオードブリッジ回路
１１５、１４５、２１５、３１５ コンデンサ
１２０ 一次側巻線
１２５ ＦＥＴ
１３０ 制御用ＩＣ
１４０ 第２フォトトランジスタ
１５０ 一次側補助巻線
１５５、２１０、３１０ ダイオード
２００ 第１フォトカプラ
２０５ 第２フォトカプラ
２２０ 二次側巻線
１２６、１２７、２２５、２４０、２４５、３４５、３５０、３５５ 抵抗
２３０ 第１発光ダイオード
２３５ シャントレギュレータ
３００ 光中継回路
３２０ 中間巻線
３３０ 第１フォトトランジスタ
３４０ 第２発光ダイオード
４００ トランス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線と、前記一次巻線の他端に接続され前記一次巻線に流れる電流をオン／オフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路と、を有する一次側回路と、
二次巻線と、前記二次巻線に生じる電圧を整流し平滑化する直流化回路と、を有する二次側回路と、
を備えた、スイッチング電源装置において、
前記直流化回路の出力電圧を検出する検出回路と、
前記一次側回路及び前記二次側回路と電気的に絶縁された状態で、前記検出回路の検出結果を前記制御回路にフィードバックする中継回路とを備え、
前記検出回路は、検出した出力電圧に応じた光量の光を発光する第１の発光素子を有し、
前記中継回路は、入射される光を受光して光量に応じた電流を生成する第1の受光素子と、該第１の受光素子と直列に接続され、該第１の受光素子により生成された電流の大きさに応じた光量の光を発光する、第２の発光素子とを有し、
前記制御回路は、前記第２の発光素子からの光を受光し、光量に応じた電流を生成する、第２の受光素子を有し、
前記制御回路は、前記第２の受光素子により生成された電流の大きさに基づいて前記スイッチング素子のオン／オフを制御し、
前記中継回路は、前記第１の発光素子からの光を受光する
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記中継回路が、前記一次巻線及び二次巻線とから絶縁された第３の巻線を有することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記第１の発光素子と前記第１の受光素子とが第１のフォトカプラを構成し、前記第２の発光素子と前記第２の受光素子とが第２のフォトカプラを構成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記中継回路をＮ個有し、
１番目の中継回路は、前記第１の発光素子からの光を受光して２番目の中継回路に向けて光を発光し、
ｎ番目（ｎは、２以上、Ｎ−１以下の整数）の中継回路は、（ｎ−１）番目の中継回路からの光を受光して（ｎ＋１）番目の中継回路に向けて光を発光し、
Ｎ番目の中継回路は、（ｎ−１）番目の中継回路からの光を受光して前記第２の受光素子に向けて光を発光する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記一次側回路と前記中継回路との間のインピーダンスと、前記二次側回路と前記中継回路との間のインピーダンスとが略等しいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記一次側回路のグラウンドと前記中継回路のグラウンドとの間に挿入される第１の抵抗と、
前記二次側回路のグラウンドと前記中継回路のグラウンドとの間に挿入される第２の抵抗と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
前記一次側回路が、一次補助巻線を有し、
前記制御回路が、前記一次補助巻線に生じる電圧を整流し平滑化して得られる直流電圧によって駆動されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１】
一次巻線と、前記一次巻線の他端に接続され前記一次巻線に流れる電流をオン／オフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路と、を有する一次側回路と、
二次巻線と、前記二次巻線に生じる電圧を整流し平滑化する直流化回路と、を有する二次側回路と、
を備えた、スイッチング電源装置において、
前記直流化回路の出力電圧を検出する検出回路と、
前記一次側回路及び前記二次側回路と電気的に絶縁された状態で、前記検出回路の検出結果を前記制御回路にフィードバックする中継回路とを備え、
前記検出回路は、検出した出力電圧に応じた光量の光を発光する第１の発光素子を有し、
前記中継回路は、入射される光を受光して光量に応じた電流を生成する第1の受光素子と、該第１の受光素子と直列に接続され、該第１の受光素子により生成された電流の大きさに応じた光量の光を発光する、第２の発光素子とを有し、
前記制御回路は、前記第２の発光素子からの光を受光し、光量に応じた電流を生成する、第２の受光素子を有し、
前記制御回路は、前記第２の受光素子により生成された電流の大きさに基づいて前記スイッチング素子のオン／オフを制御し、
前記中継回路は、前記第１の発光素子からの光を受光する
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記中継回路が、前記一次巻線及び二次巻線とから絶縁された第３の巻線を有することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記第１の発光素子と前記第１の受光素子とが第１のフォトカプラを構成し、前記第２の発光素子と前記第２の受光素子とが第２のフォトカプラを構成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記中継回路をＮ個有し、
１番目の中継回路は、前記第１の発光素子からの光を受光して２番目の中継回路に向けて光を発光し、
ｎ番目（ｎは、２以上、Ｎ−１以下の整数）の中継回路は、（ｎ−１）番目の中継回路からの光を受光して（ｎ＋１）番目の中継回路に向けて光を発光し、
Ｎ番目の中継回路は、（ｎ−１）番目の中継回路からの光を受光して前記第２の受光素子に向けて光を発光する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記一次側回路と前記中継回路との間のインピーダンスと、前記二次側回路と前記中継回路との間のインピーダンスとが略等しいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記一次側回路のグラウンドと前記中継回路のグラウンドとの間に挿入される第１の抵抗と、
前記二次側回路のグラウンドと前記中継回路のグラウンドとの間に挿入される第２の抵抗と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
前記一次側回路が、一次補助巻線を有し、
前記制御回路が、前記一次補助巻線に生じる電圧を整流し平滑化して得られる直流電圧によって駆動されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−９０４６６（Ｐ２０１２−９０４６６Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３６３０６（Ｐ２０１０−２３６３０６）
【出願日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（３９０００５２２３）株式会社タムラ製作所 (526)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（３９０００５２２３）株式会社タムラ製作所 (526)
【Ｆターム（参考）】
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