特許ウォッチ

公開番号2025056565
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-08
出願番号2023166114
出願日2023-09-27
発明の名称フライバック電源装置及びスイッチング制御回路
出願人日清紡マイクロデバイス株式会社
代理人弁理士法人栄光事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250401BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】小型化を図ったフライバック電源装置及びスイッチング制御回路を提供する。
【解決手段】オフ時間制御回路5が、出力電圧V_OUTに応じたフィードバック電圧Vfbが一定となるようにトランジスタMN1のオフ時間を制御するターンオン信号S_ON1を出力する。タイミング制御回路10が、n周期のうちm回は、ターンオン信号S_ON1が出力された後、一次巻線L1に流れる電流が0になるタイミングで遅延ターンオン信号S_ON2をトランジスタMN1に出力し、n周期のうち(n-m)回は、ターンオン信号S_ON1をトランジスタMN1に出力する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
一次巻線及び二次巻線が磁気結合されたトランスと、
前記一次巻線に供給される入力電圧をオンオフする第１のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子のオンオフを制御して、前記二次巻線側から出力される、前記入力電圧を昇圧または降圧した出力電圧を制御するスイッチング制御回路とを備えた
フライバック電源装置であって、
前記トランスには、前記二次巻線の誘起電圧に比例した同極性の電圧を誘起する補助巻線が磁気結合され、
前記出力電圧に応じたフィードバック電圧に基づいて前記第１のスイッチ素子のオフ時間を設定し、前記第１のスイッチ素子がターンオフしてから前記設定された前記オフ時間が経過したタイミングで前記第１のスイッチ素子をターンオンする第１のターンオン信号を出力するオフ時間制御回路と、
前記第１のターンオン信号が出力された後、前記一次巻線に流れる電流が０になるタイミングで前記第１のスイッチ素子をターンオンする第２のターンオン信号を出力するタイミング制御回路と、
前記補助巻線の誘起電圧に基づいて前記第１のスイッチ素子がオフ期間中における前記補助巻線の通電時間を計測し、計測した前記通電時間が予め定めた時間幅内か、前記時間幅の下限値以下か、前記時間幅の上限値以上かを判定する通電時間判定回路と、
前記第１のスイッチ素子の前記オフ期間中に前記通電時間判定回路から出力された判定結果を次に前記通電時間判定回路からの判定結果が出力されるまで保持する判定結果保持回路と、
前記判定結果保持回路により保持された前記判定結果に基づいて前記第１のスイッチ素子のオン時間を段階的に切り替えるオン時間切替回路とを備え、
前記オン時間切替回路は、前記通電時間が前記時間幅の前記下限値以下である場合、前記第１のスイッチ素子の前記オン時間を１段階増加させ、前記通電時間が前記時間幅の前記上限値以上である場合、前記第１のスイッチ素子の前記オン時間を１段階減少させ、前記通電時間が前記時間幅内である場合、前記第１のスイッチ素子の前記オン時間を変化させない、
フライバック電源装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
請求項１に記載のフライバック電源装置において、
前記タイミング制御回路は、前記補助巻線の誘起電圧が閾値以下の場合に前記一次巻線に流れる電流が０になったと判断する、
フライバック電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載のフライバック電源装置において、
前記タイミング制御回路は、スイッチング周期のｎ周期（ｎは２以上の整数）のうちｍ回（ｍは１以上の整数）は前記第２のターンオン信号の出力に応じて前記第１のスイッチ素子をターンオンさせ、（ｎ－ｍ）回は前記第１のターンオン信号の出力に応じて前記第１のスイッチ素子をターンオンさせ、前記第２のターンオン信号の出力に応じて前記第１のスイッチ素子をターンオンさせた後の前記オフ期間中に前記通電時間判定回路が判定した前記判定結果のみを前記判定結果保持回路に出力する第１制御を行う、
フライバック電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載のフライバック電源装置において、
前記スイッチング制御回路は、前記スイッチング周期が一定期間未満の場合、前記第１制御を行い、前記スイッチング周期が前記一定期間以上の場合、前記スイッチング周期毎に前記第１のターンオン信号の出力に応じて前記第１のスイッチ素子をターンオンさせ、前記スイッチング周期毎に前記通電時間判定回路が判定した前記判定結果を前記判定結果保持回路に出力する第２制御を行う、
フライバック電源装置。
【請求項５】
請求項３に記載のフライバック電源装置において、
前記スイッチング制御回路は、前記補助巻線の前記誘起電圧が０を中心とした所定範囲外の場合、前記第１制御を行い、前記補助巻線の前記誘起電圧が一定時間以上前記所定範囲内の場合、前記スイッチング周期毎に前記第１のターンオン信号の出力に応じて前記第１のスイッチ素子をターンオンさせ、前記スイッチング周期毎に前記通電時間判定回路が判定した前記判定結果を前記判定結果保持回路に出力する第２制御を行う、
フライバック電源装置。
【請求項６】
フライバック電源装置が備えたトランスの一次巻線に供給される入力電圧をオンオフする第１のスイッチ素子を制御して、前記トランスの二次巻線側から出力される出力電圧を制御するスイッチング制御回路であって、
前記トランスには、前記二次巻線の誘起電圧に比例した同極性の電圧を誘起する補助巻線が磁気結合され、
前記出力電圧に応じたフィードバック電圧に基づいて前記第１のスイッチ素子のオフ時間を設定し、前記第１のスイッチ素子がターンオフしてから前記設定された前記オフ時間が経過したタイミングで前記第１のスイッチ素子をターンオンする第１のターンオン信号を出力するオフ時間制御回路と、
前記第１のターンオン信号が出力された後、前記一次巻線に流れる電流が０になるタイミングで前記第１のスイッチ素子をターンオンする第２のターンオン信号を出力するタイミング制御回路と、
前記補助巻線の誘起電圧に基づいて前記第１のスイッチ素子がオフ期間中における前記補助巻線の通電時間を計測し、計測した前記通電時間が予め定めた時間幅内か、前記時間幅の下限値以下か、前記時間幅の上限値以上かを判定する通電時間判定回路と、
前記第１のスイッチ素子の前記オフ期間中に前記通電時間判定回路から出力された判定結果を次に前記通電時間判定回路からの判定結果が出力されるまで保持する判定結果保持回路と、
前記判定結果保持回路により保持された前記判定結果に基づいて前記第１のスイッチ素子のオン時間を段階的に切り替えるオン時間切替回路とを備え、
前記オン時間切替回路は、前記通電時間が前記時間幅の前記下限値以下である場合、前記第１のスイッチ素子の前記オン時間を１段階増加させ、前記通電時間が前記時間幅の前記上限値以上である場合、前記第１のスイッチ素子の前記オン時間を１段階減少させ、前記通電時間が前記時間幅内である場合、前記第１のスイッチ素子の前記オン時間を変化させない、
スイッチング制御回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライバック電源装置及びスイッチング制御回路、に関する。
続きを表示（約 4,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、フライバック電源装置として、出力電圧が一定になるようにトランスに磁気結合された一次巻線に直列接続されたトランジスタのオフ時間を制御するとともに、一次巻線のピーク電流が閾値以下となるようにトランジスタのオン時間を設定するものが提案されている（例えば特許文献１）。以上のように一次巻線に流れるピーク電流を閾値以下とすることにより、一次巻線に流れる電流を抑えることができ、トランスの小型化を図ることができる。
【０００３】
しかしながら、上述した従来のフライバック電源装置では、入力電圧が高電圧の場合、トランジスタのオン時間が短くなり、一次巻線のピーク電流を正確に制御することが困難である、という課題があった。
【０００４】
そこで、オン時間を予め設定された時間に固定するコンスタントオンタイム方式が提案されているが、コンスタントオンタイム方式では、入力電圧が低下すると十分な電力を出力できなくなる可能性がある。そこで、入力電圧を検出し、検出した入力電圧に応じてトランジスタのオン時間を制御することも考えられる。しかしながら、入力電圧が高電圧であった場合、これを分圧抵抗でセンスするには、高耐圧の抵抗を複数使用する必要があり電源モジュールのサイズが増大する、という虞があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平９－１３１０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を図ったフライバック電源装置及びスイッチング制御回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するために、本発明に係るフライバック電源装置及びスイッチング制御回路は、下記の［１］～［６］を特徴としている。
［１］
一次巻線及び二次巻線が磁気結合されたトランスと、
前記一次巻線に供給される入力電圧をオンオフする第１のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子のオンオフを制御して、前記二次巻線側から出力される、前記入力電圧を昇圧または降圧した出力電圧を制御するスイッチング制御回路とを備えた
フライバック電源装置であって、
前記トランスには、前記二次巻線の誘起電圧に比例した同極性の電圧を誘起する補助巻線が磁気結合され、
前記出力電圧に応じたフィードバック電圧に基づいて前記第１のスイッチ素子のオフ時間を設定し、前記第１のスイッチ素子がターンオフしてから前記設定された前記オフ時間が経過したタイミングで前記第１のスイッチ素子をターンオンする第１のターンオン信号を出力するオフ時間制御回路と、
前記第１のターンオン信号が出力された後、前記一次巻線に流れる電流が０になるタイミングで前記第１のスイッチ素子をターンオンする第２のターンオン信号を出力するタイミング制御回路と、
前記補助巻線の誘起電圧に基づいて前記第１のスイッチ素子がオフ期間中における前記補助巻線の通電時間を計測し、計測した前記通電時間が予め定めた時間幅内か、前記時間幅の下限値以下か、前記時間幅の上限値以上かを判定する通電時間判定回路と、
前記第１のスイッチ素子の前記オフ期間中に前記通電時間判定回路から出力された判定結果を次に前記通電時間判定回路からの判定結果が出力されるまで保持する判定結果保持回路と、
前記判定結果保持回路により保持された前記判定結果に基づいて前記第１のスイッチ素子のオン時間を段階的に切り替えるオン時間切替回路とを備え、
前記オン時間切替回路は、前記通電時間が前記時間幅の前記下限値以下である場合、前記第１のスイッチ素子の前記オン時間を１段階増加させ、前記通電時間が前記時間幅の前記上限値以上である場合、前記第１のスイッチ素子の前記オン時間を１段階減少させ、前記通電時間が前記時間幅内である場合、前記第１のスイッチ素子の前記オン時間を変化させない、
フライバック電源装置であること。
［２］
［１］に記載のフライバック電源装置において、
前記タイミング制御回路は、前記補助巻線の誘起電圧が閾値以下の場合に前記一次巻線に流れる電流が０になったと判断する、
フライバック電源装置であること。
［３］
［１］に記載のフライバック電源装置において、
前記タイミング制御回路は、スイッチング周期のｎ周期（ｎは２以上の整数）のうちｍ回（ｍは１以上の整数）は前記第２のターンオン信号の出力に応じて前記第１のスイッチ素子をターンオンさせ、（ｎ－ｍ）回は前記第１のターンオン信号の出力に応じて前記第１のスイッチ素子をターンオンさせ、前記第２のターンオン信号の出力に応じて前記第１のスイッチ素子をターンオンさせた後の前記オフ期間中に前記通電時間判定回路が判定した前記判定結果のみを前記判定結果保持回路に出力する第１制御を行う、
フライバック電源装置であること。
［４］
［３］に記載のフライバック電源装置において、
前記スイッチング制御回路は、前記スイッチング周期が一定期間未満の場合、前記第１制御を行い、前記スイッチング周期が前記一定期間以上の場合、前記スイッチング周期毎に前記第１のターンオン信号の出力に応じて前記第１のスイッチ素子をターンオンさせ、前記スイッチング周期毎に前記通電時間判定回路が判定した前記判定結果を前記判定結果保持回路に出力する第２制御を行う、
フライバック電源装置であること。
［５］
［３］に記載のフライバック電源装置において、
前記スイッチング制御回路は、前記補助巻線の前記誘起電圧が０を中心とした所定範囲外の場合、前記第１制御を行い、前記補助巻線の前記誘起電圧が一定時間以上前記所定範囲内の場合、前記スイッチング周期毎に前記第１のターンオン信号の出力に応じて前記第１のスイッチ素子をターンオンさせ、前記スイッチング周期毎に前記通電時間判定回路が判定した前記判定結果を前記判定結果保持回路に出力する第２制御を行う、
フライバック電源装置であること。
［６］
フライバック電源装置が備えたトランスの一次巻線に供給される入力電圧をオンオフする第１のスイッチ素子を制御して、前記トランスの二次巻線側から出力される出力電圧を制御するスイッチング制御回路であって、
前記トランスには、前記二次巻線の誘起電圧に比例した同極性の電圧を誘起する補助巻線が磁気結合され、
前記出力電圧に応じたフィードバック電圧に基づいて前記第１のスイッチ素子のオフ時間を設定し、前記第１のスイッチ素子がターンオフしてから前記設定された前記オフ時間が経過したタイミングで前記第１のスイッチ素子をターンオンする第１のターンオン信号を出力するオフ時間制御回路と、
前記第１のターンオン信号が出力された後、前記一次巻線に流れる電流が０になるタイミングで前記第１のスイッチ素子をターンオンする第２のターンオン信号を出力するタイミング制御回路と、
前記補助巻線の誘起電圧に基づいて前記第１のスイッチ素子がオフ期間中における前記補助巻線の通電時間を計測し、計測した前記通電時間が予め定めた時間幅内か、前記時間幅の下限値以下か、前記時間幅の上限値以上かを判定する通電時間判定回路と、
前記第１のスイッチ素子の前記オフ期間中に前記通電時間判定回路から出力された判定結果を次に前記通電時間判定回路からの判定結果が出力されるまで保持する判定結果保持回路と、
前記判定結果保持回路により保持された前記判定結果に基づいて前記第１のスイッチ素子のオン時間を段階的に切り替えるオン時間切替回路とを備え、
前記オン時間切替回路は、前記通電時間が前記時間幅の前記下限値以下である場合、前記第１のスイッチ素子の前記オン時間を１段階増加させ、前記通電時間が前記時間幅の前記上限値以上である場合、前記第１のスイッチ素子の前記オン時間を１段階減少させ、前記通電時間が前記時間幅内である場合、前記第１のスイッチ素子の前記オン時間を変化させない、
スイッチング制御回路であること。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小型化を図ったフライバック電源装置及びスイッチング制御回路を提供することができる。
【０００９】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、第１実施形態における本発明のフライバック電源装置としてのフライバックコンバータを示す回路図である。
図２は、スイッチング周期が長い場合における図１に示すフライバックコンバータの各部のタイムチャートである。
図３は、スイッチング周期が短く、タイミング制御回路がないフライバックコンバータの各部のタイムチャートである。
図４は、スイッチング周期が短い場合における図１に示すフライバックコンバータの各部のタイムチャートである。
図５は、図１に示す通電時間判定回路の詳細を示す回路図である。
図６は、コンデンサＣ
ＤＣＴ
の両端電圧Ｖ
ＣＤＣＴ
、コンパレータＣｐ２の出力、コンパレータＣｐ３の出力、ＮＡＮＤ回路の出力のタイムチャートである。
図７は、図１に示す判定結果保持回路、オン時間切替回路、ドライバ回路の詳細を示す回路図である。
図８は、図１に示すタイミング制御回路の詳細を示す回路図である。
図９は、入力電圧とオン時間、ピーク電流との関係を示すグラフである。
図１０は、第２実施形態で用いられる図５に示す電流源の詳細を示す回路図である。
図１１は、第３実施形態における本発明のフライバック電源装置としてのフライバックコンバータを示す回路図である。
図１２は、図１１に示す電圧判定回路の詳細を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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