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公開番号2025014738
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2023117537
出願日2023-07-19
発明の名称スイッチング電源装置および電源制御用半導体装置
出願人ミツミ電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250123BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】外部端子を追加することなくスイッチング周波数制御特性を変更することができる電源制御用ICを提供する。
【解決手段】トランスの二次側からの出力検出信号に応じてスイッチング素子をオン、オフ制御する信号を出力する電源制御用ICにおいて、出力検出信号に応じた電圧が入力される第1外部端子と、一次側巻線に流れる電流に比例した電圧が入力される第2外部端子と、スイッチング素子を周期的にオンさせるための周期信号を生成する周期信号生成回路と、第1と第2の外部端子の電圧に基づいてオフタイミング信号を生成する電流検出回路と、外付けの補正抵抗が接続される第2外部端子へ出力する補正電流を生成する補正電流回路を備え、補正電流回路は軽負荷状態である場合に補正電流を出力し、周期信号生成回路は第1外部端子の電圧に対して設定された所定の基準値を境にして周期信号の生成又は周期信号の出力の停止を行うように構成した。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
直流電圧が一次側巻線に印加される電圧変換用のトランスと、
前記一次側巻線と直列に接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子をオン、オフ制御するための制御信号を生成し出力する電源制御用半導体装置と、
前記スイッチング素子と直列に接続され前記一次側巻線に流れる電流を電圧に変換する電流－電圧変換素子と、
を備え、前記スイッチング素子をオン、オフ制御して前記一次側巻線に間欠的に電流を流し、前記トランスの二次側巻線に誘起された電流を整流、平滑して直流電圧を出力するスイッチング電源装置であって、
前記電源制御用半導体装置は、
前記トランスの二次側からの出力検出信号に応じた電圧または電流が入力される第１外部端子と、
前記電流－電圧変換素子により変換された電圧が入力される第２外部端子と、
前記スイッチング素子を周期的にオンさせるタイミングを与える周期信号を生成する周期信号生成回路と、
前記第１外部端子の電圧または電流と前記第２外部端子の電圧とに基づいて前記スイッチング素子をオフさせるタイミングを与える信号を生成する電流検出回路と、
前記第２外部端子へ出力する補正電流を生成する補正電流回路と、
を備え、
前記第２外部端子と前記電流－電圧変換素子との間に補正抵抗が設けられていることを特徴とするスイッチング電源装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記補正電流回路は、少なくとも軽負荷状態である場合に前記補正電流を出力し、
前記周期信号生成回路は、軽負荷領域に設定されている所定の基準値を境にして、前記第１外部端子の電圧または電流が前記基準値よりも高いか低いかに応じて前記周期信号の生成または前記周期信号の出力の停止を行うように構成されてい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】
前記補正電流回路は、前記第１外部端子の電圧に基づいて、軽負荷領域においては第１電流値の補正電流を出力し、重負荷領域においては前記第１電流値よりも小さな第２電流値の補正電流を出力するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記周期信号生成回路は、周波数可変な発振回路を備え、前記第１外部端子の電圧に応じて、軽負荷領域では長い周期を有する周期信号を生成し、重負荷領域では短い周期を有する周期信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記第１外部端子の電圧に基づいて軽負荷状態か否か判定する軽負荷判定回路を備え、
前記軽負荷判定回路は、
前記第１外部端子の電圧が前記基準値に対応して設定された第１電圧値よりも低い場合には軽負荷状態であると判定し、前記第１外部端子の電圧が前記第１電圧値より高い第２電圧値よりも高い場合には軽負荷状態でないと判定し、
前記周期信号生成回路は、前記軽負荷判定回路が軽負荷状態でないと判定すると前記周期信号を生成して出力し、前記軽負荷判定回路が軽負荷状態であると判定すると前記周期信号の出力を停止するように構成されていることを特徴とする請求項２～４のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
電圧変換用のトランスの一次側巻線と直列に接続されたスイッチング素子をオン、オフ制御して前記一次側巻線に間欠的に電流を流し、前記トランスの二次側巻線に誘起された電流を整流、平滑して直流電圧を出力するスイッチング電源装置を構成する電源制御用半導体装置であって、
前記トランスの二次側からの出力検出信号に応じた電圧または電流が入力される第１外部端子と、
前記スイッチング素子に流れる電流に応じた電圧が入力される第２外部端子と、
前記スイッチング素子を周期的にオンさせるタイミングを与える周期信号を生成する周期信号生成回路と、
前記第１外部端子の電圧または電流と前記第２外部端子の電圧とに基づいて前記スイッチング素子をオフさせるタイミングを与える信号を生成する電流検出回路と、
前記スイッチング素子をオン、オフさせる制御信号を生成する制御信号生成回路と、
前記第１外部端子の電圧または電流に基づいて軽負荷状態か否かを判定する軽負荷判定回路と、
前記第２外部端子へ出力する補正電流を生成する補正電流回路と、
を備え、
前記周期信号生成回路は、前記軽負荷判定回路が軽負荷状態でないと判定すると前記周期信号を生成して出力し、前記軽負荷判定回路が軽負荷状態であると判定すると前記周期信号の出力を停止し、
前記補正電流回路は、前記第１外部端子の電圧または電流に基づいて、軽負荷領域においては第１電流値の補正電流を出力し、重負荷領域においては前記第１電流値よりも小さな第２電流値の補正電流を出力するように構成されていることを特徴とする電源制御用半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換用トランスを備えた絶縁型のスイッチング電源装置およびこれに用いられる電源制御用半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
直流電源装置には、電圧変換用トランスの一次側巻線と直列に接続されたスイッチング素子をオン、オフ駆動して一次側巻線に流れる電流を制御し、二次側巻線に誘起される電圧を制御するようにしたスイッチング制御方式のＡＣ－ＤＣコンバータ（スイッチング電源装置）がある。また、スイッチング制御方式のＡＣ－ＤＣコンバータにおいては、一次側の制御動作のために、一次側のスイッチング素子と直列に電流検出用の抵抗を設けるとともに、電源制御回路（ＩＣ）に該抵抗により電流－電圧変換された電圧が入力される端子（電流検出端子）を設ける。そして、検出された電流値と二次側からのフィードバック電圧とに基づいて一次側巻線のピーク電流を制御して二次側の出力電圧または出力電流を一定に維持するように動作するものがある。
【０００３】
さらに、電流検出用の抵抗で電流－電圧変換した電圧と二次側からのフィードバック電圧によって出力を制御するように構成したＡＣ－ＤＣコンバータにおいては、軽負荷時におけるスイッチングロスを低減し電力効率を上げるため、中～重負荷領域ではＰＷＭ方式で制御する一方、軽負荷領域では一時的にスイッチングを一時的に停止させることで軽負荷に対応して電力を出力するバースト動作を行うように構成されているものがある。
【０００４】
また、本出願人は、スイッチング電源装置を構成する電源制御用半導体装置（電源制御用ＩＣ）に、外付け抵抗を接続する外部端子を新たに設け、該外部端子に接続する外付け抵抗の抵抗値を変えることによって、ユーザがノイズ対策のためにスイッチング周波数制御特性を外部からの設定で変更したり、スイッチングを停止、再開するフィードバック端子の基準値を変更したりすることが容易に行えるようした発明をなし、先に出願した（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第６４２４６４４号公報
特許第７０３２６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の発明は、周波数制御特性や設定を変更する外付け抵抗を接続する外部端子（ＡＤＪ）を追加する必要があるため、端子数に余裕のない電源制御用半導体装置に適用する場合にはパッケージの変更が必要となり、コストアップを招くという課題がある。また、特許文献１のスイッチング電源装置は、電力効率と出力のリップルがトレードオフの関係にあり、電力効率を向上させると出力のリップルが増大し、出力リップルを低減させると電力効率が低下してしまうという課題がある。
【０００７】
なお、本出願に係る発明と同様に、電源制御用半導体装置に設けられた検出端子に接続された補正抵抗に補正電流を流すように構成されたスイッチング電源装置に関する発明が特許文献２に開示されている。ただし、特許文献２の発明は、過電流検出回路を備えるとともに出力電圧を切り替え可能に構成された電源制御用半導体装置において、外付けの補正抵抗によって、出力電圧に応じて過電流制限値を適切に設定できるようにすることを課題として発明であり、本出願に係る発明とは課題が異なる。課題が相異するため、補正抵抗に流す補正電流の特性も、特許文献２の発明と本出願の発明とでは課題が異なっている。
【０００８】
本発明は上記のような課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、外付け抵抗を接続する外部端子を新たに設けることなく、特に軽負荷領域におけるスイッチング周波数制御特性を外部からの設定で変更することができるスイッチング電源装置およびこれを構成する一次側の電源制御用半導体装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、外付け抵抗の抵抗値を変更することで、トレードオフの関係にある電力効率と出力リップルの関係を容易に調整することができるスイッチング電源装置および電源制御用半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明は、
直流電圧が一次側巻線に印加される電圧変換用のトランスと、
前記一次側巻線と直列に接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子をオン、オフ制御するための制御信号を生成し出力する電源制御用半導体装置と、
前記スイッチング素子と直列に接続され前記一次側巻線に流れる電流を電圧に変換する電流－電圧変換素子と、
を備え、前記スイッチング素子をオン、オフ制御して前記一次側巻線に間欠的に電流を流し、前記トランスの二次側巻線に誘起された電流を整流、平滑して直流電圧を出力するスイッチング電源装置において、
前記電源制御用半導体装置は、
前記トランスの二次側からの出力検出信号に応じた電圧または電流が入力される第１外部端子と、
前記電流－電圧変換素子により変換された電圧が入力される第２外部端子と、
前記スイッチング素子を周期的にオンさせるタイミングを与える周期信号を生成する周期信号生成回路と、
前記第１外部端子の電圧または電流と前記第２外部端子の電圧とに基づいて前記スイッチング素子をオフさせるタイミングを与える信号を生成する電流検出回路と、
前記第２外部端子へ出力する補正電流を生成する補正電流回路と、
を備え、
前記第２外部端子と前記電流－電圧変換素子との間に補正抵抗が設けられているように構成した。
【００１０】
上記構成によれば、スイッチング素子に流れる電流に比例した電圧が入力される外部端子（電流検出端子ＣＳ）へ補正電流を出力する補正電流回路を備えるため、出力される補正電流の電流値と電流検出端子に接続された外付け抵抗（補正抵抗）の抵抗値の積に応じた電圧分だけ上記外部端子（ＣＳ）の電圧が高い方へシフトされ、それによって電流検出回路から出力されるオフタイミング信号の変化が早くなってスイッチング周期が変化されることとなる。そのため、特許文献１の発明のように、外付け抵抗を接続する外部端子（ＡＤＪ）を設ける必要がない。従って、外部端子数を増やすことなく、スイッチング周波数制御特性を外部からの設定（外付けの補正抵抗の抵抗値）で変更することができる。
また、上記外部端子に接続する外付け抵抗の抵抗値を変更することで、トレードオフの関係にある電力効率と出力リップルを容易に調整することが可能となり、これによって、いずれの特性を優先したスイッチング電源装置とするかを電源装置の設計者が自由に決定することができる。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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