特許 6054236 電力供給回路、半導体集積回路、絶縁型スイッチング電源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6054236

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】電力供給回路、半導体集積回路、絶縁型スイッチング電源

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20161219BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 X

   H02M3/28 B

   H02M3/28 K

   H02M3/28 Q

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-90705(P2013-90705)

(22)【出願日】2013年4月23日

(65)【公開番号】特開2014-217119(P2014-217119A)

(43)【公開日】2014年11月17日

【審査請求日】2015年10月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137523

【弁理士】

【氏名又は名称】出口 智也

(74)【代理人】

【識別番号】100117787

【弁理士】

【氏名又は名称】勝沼 宏仁

(74)【代理人】

【識別番号】100152205

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 昌司

(72)【発明者】

【氏名】木村 俊介

(72)【発明者】

【氏名】久田 茂

【審査官】 東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２７４６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平６−２４３９０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−２３０１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１７０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９１７４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ １／００−７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力端子に接続された交流電源を整流し、整流された入力整流電圧を出力する整流部と、前記整流部の出力と接地との間で直列接続されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを有するスイッチング部と、一端が前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチの接続点に接続された一次側巻線および前記一次側巻線に磁気的に結合された二次側巻線を有するトランス部と、前記二次側巻線の両端に発生した交流電圧を整流平滑し、整流平滑された直流電圧を出力端子に出力する整流平滑部と、前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチを相補的に導通状態または遮断状態に制御するスイッチ制御回路とを備える絶縁型スイッチング電源に用いられ、前記スイッチ制御回路に動作電力を供給する電力供給回路であって、
前記一次側巻線の電圧に基づく補助電圧が入力される補助電圧入力端子と、
前記入力整流電圧が入力される電圧入力端子と、
前記交流電源に基づくモニタ電圧が入力されるラインセンス端子と、
前記スイッチ制御回路に動作電力を供給する電力供給端子と、
前記補助電圧が切替閾値未満の場合には、前記電圧入力端子に入力された前記入力整流電圧に基づく電圧を前記電力供給端子から出力し、前記補助電圧が前記切替閾値以上の場合には、前記補助電圧入力端子に入力された前記補助電圧に基づく電圧を前記電力供給端子から出力する電力供給切替部と、
前記ラインセンス端子に入力される前記モニタ電圧が入力閾値を下回った場合に、電圧低下信号を出力する入力電圧監視部と、
前記入力電圧監視部から前記電圧低下信号を受信すると、前記補助電圧入力端子を接地して前記補助電圧を放電させる放電部と、を備え、
前記電力供給切替部は、
一端が前記電圧入力端子に接続され、他端が前記電力供給端子に接続された第１のスイッチと、
入力端が前記補助電圧入力端子に接続され、出力端が前記第１のスイッチの他端に接続され、前記補助電圧を所定の電圧に降下させるレベルシフト回路と、
前記補助電圧入力端子に接続された第１の入力端子と、前記切替閾値が入力される第２の入力端子と、前記第１の入力端子の電圧が前記第２の入力端子の電圧よりも小さい場合にオン信号を出力し、そうでない場合にオフ信号を出力する出力端子とを有する起動用比較器と、を有し、
前記第１のスイッチは、前記オン信号により導通状態になり、前記オフ信号により遮断状態になり、
前記電力供給切替部は、
前記第１のスイッチの他端と前記電力供給端子との間に設けられた第２のスイッチと、
前記電圧低下信号を受信すると、前記第２のスイッチが遮断状態になるように前記第２のスイッチのゲート電圧を制御するゲート電圧制御部と、をさらに有することを特徴とする電力供給回路。

【請求項2】

前記絶縁型スイッチング電源の前記トランス部は、前記一次側巻線に磁気的に結合された補助巻線をさらに有し、前記補助電圧入力端子には、前記補助電圧として、前記補助巻線の両端に発生する交流電圧を整流平滑した直流電圧が入力されることを特徴とする請求項１に記載の電力供給回路。

【請求項3】

前記放電部は、一端が前記補助電圧入力端子に接続され、他端が接地された放電用スイッチを有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給回路。

【請求項4】

前記入力電圧監視部は、前記ラインセンス端子に接続された第１の入力端子と、前記入力閾値が入力される第２の入力端子と、前記第１の入力端子の電圧が前記第２の入力端子の電圧よりも小さい場合に前記電圧低下信号を出力する出力端子とを有する入力電圧監視用比較器を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力供給回路。

【請求項5】

前記電力供給切替部は、前記補助電圧入力端子と、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの接続点との間で前記レベルシフト回路に直列接続され、前記補助電圧入力端子から前記第１のスイッチの他端に向かう方向に電流を流す整流素子をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力供給回路。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれかに記載の電力供給回路を所定の半導体基板上に形成したことを特徴とする半導体集積回路。

【請求項7】

請求項１〜５のいずれかに記載の電力供給回路と、前記スイッチ制御回路とを所定の半導体基板上に形成したことを特徴とする半導体集積回路。

【請求項8】

入力端子に接続された交流電源を整流し、整流された入力整流電圧を出力する整流部と、
前記整流部の出力と接地との間で直列接続されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを有するスイッチング部と、
一端が前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチの接続点に接続され、他端が接地された一次側巻線と、前記一次側巻線に磁気的に結合された二次側巻線とを有するトランス部と、
前記二次側巻線の両端に発生した交流電圧を整流平滑し、整流平滑された直流電圧を出力端子に出力する整流平滑部と、
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチを相補的に導通状態または遮断状態に制御するスイッチ制御回路と、
前記スイッチ制御回路に動作電力を供給する電力供給回路と、
を備え、
前記電力供給回路は、
前記一次側巻線の電圧に基づく補助電圧が入力される補助電圧入力端子と、
前記入力整流電圧が入力される電圧入力端子と、
前記交流電源に基づくモニタ電圧が入力されるラインセンス端子と、
前記スイッチ制御回路に動作電力を供給する電力供給端子と、
前記補助電圧が切替閾値未満の場合には、前記電圧入力端子に入力された前記入力整流電圧に基づく電圧を前記電力供給端子から出力し、前記補助電圧が前記切替閾値以上の場合には、前記補助電圧入力端子に入力された前記補助電圧に基づく電圧を前記電力供給端子から出力する電力供給切替部と、
前記ラインセンス端子に入力される前記モニタ電圧が入力閾値を下回った場合に、電圧低下信号を出力する入力電圧監視部と、
前記入力電圧監視部から前記電圧低下信号を受信すると、前記補助電圧入力端子を接地して前記補助電圧を放電させる放電部と、
を有し、
前記電力供給切替部は、
一端が前記電圧入力端子に接続され、他端が前記電力供給端子に接続された第１のスイッチと、
入力端が前記補助電圧入力端子に接続され、出力端が前記第１のスイッチの他端に接続され、前記補助電圧を所定の電圧に降下させるレベルシフト回路と、
前記補助電圧入力端子に接続された第１の入力端子と、前記切替閾値が入力される第２の入力端子と、前記第１の入力端子の電圧が前記第２の入力端子の電圧よりも小さい場合にオン信号を出力し、そうでない場合にオフ信号を出力する出力端子とを有する起動用比較器と、を有し、
前記第１のスイッチは、前記オン信号により導通状態になり、前記オフ信号により遮断状態になり、
前記電力供給切替部は、
前記第１のスイッチの他端と前記電力供給端子との間に設けられた第２のスイッチと、
前記電圧低下信号を受信すると、前記第２のスイッチが遮断状態になるように前記第２のスイッチのゲート電圧を制御するゲート電圧制御部と、をさらに有することを特徴とする絶縁型スイッチング電源。

【請求項9】

前記絶縁型スイッチング電源の前記トランス部は、前記一次側巻線に磁気的に結合された補助巻線をさらに有し、前記補助電圧入力端子には、前記補助電圧として、前記補助巻線の両端に発生する交流電圧を整流平滑した直流電圧が入力されることを特徴とする請求項８に記載の絶縁型スイッチング電源。

【請求項10】

前記一次側巻線に直列又は並列に接続された共振用のコンデンサをさらに備えることを特徴とする請求項８または９に記載の絶縁型スイッチング電源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力供給回路、半導体集積回路および絶縁型スイッチング電源に関する。より詳しくは、本発明は、絶縁型スイッチング電源のスイッチ制御回路に動作電力を供給する電力供給回路、該電力供給回路を半導体基板上に形成した半導体集積回路、および該電力供給回路を備える絶縁型スイッチング電源に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、入力した交流電源を整流して得られた電圧（以下、単に「入力整流電圧」ともいう。）を、スイッチ制御回路によりスイッチをスイッチング動作させることで交流電圧にしてトランスの一次側巻線に供給し、二次側巻線に発生した交流電圧を整流平滑化することで所望の直流電圧を出力する絶縁型スイッチング電源が知られている。

【0003】

なお、特許文献１には、電流共振型の絶縁型スイッチング電源が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−１８９１０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

絶縁型スイッチング電源の中には、スイッチ制御回路に動作電力を供給する電力供給回路を備えているものがある。この電力供給回路は、補助電圧が所定の切替閾値未満の場合、入力整流電圧をスイッチ制御回路に供給し、補助電圧が切替閾値以上の場合、補助電圧をスイッチ制御回路に供給する。この補助電圧は、一次側巻線の電圧に基づく電圧である。補助電圧は、例えば、一次側巻線に磁気的に結合された補助巻線の両端に発生した交流電圧を整流平滑して得られる直流電圧である。

【0006】

即ち、上記の電力供給回路は、起動後スイッチング電源の出力電圧が低い段階では入力整流電圧をスイッチ制御回路に供給し、出力電圧が所定の電圧以上まで上昇すると補助電圧を供給する。

【0007】

しかしながら、従来の絶縁型スイッチング電源では、交流電源が停止して再投入された際に、電力供給回路からスイッチ制御回路に動作電力が供給されない場合があるという課題があった。これについて、図６を参照して説明する。図６は、従来の電力供給回路の動作を説明するためのタイミングチャートを示している。

【0008】

図６に示すように、時刻ｔ_１において、交流電源が停止し、入力整流電圧がゼロになる。この後、補助電圧は、補助電圧を生成するための平滑コンデンサの静電容量に基づく時定数に従って、徐々に低下する。このため、補助電圧が前述の切替閾値未満に低下するまでには長い時間を要する。

【0009】

一方、前述のように、電力供給回路は、補助電圧が切替閾値未満に低下しないと、電力供給元を補助電圧から入力整流電圧に切替えない。そのため、交流電源が停止してから短時間のうちに、より正確には、補助電圧が切替閾値未満に低下しないうちに、交流電源が再投入された場合には、電力供給回路からスイッチ制御回路に動作電力が供給されない。

【0010】

即ち、図６に示すように、時刻ｔ_２において交流電源が再投入されても、スイッチ制御回路に供給される電圧（供給電圧）は下がり続け、時刻ｔ_１以前の水準に回復しない。

【0011】

本発明は、上記の技術的認識に基づいてなされたものであり、交流電源の再投入時に、スイッチ制御回路に動作電力を確実に供給することが可能な電力供給回路、半導体集積回路、および絶縁型スイッチング電源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】

【0012】

本発明に係る電力供給回路は、
入力端子に接続された交流電源を整流し、整流された入力整流電圧を出力する整流部と、前記整流部の出力と接地との間で直列接続されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを有するスイッチング部と、一端が前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチの接続点に接続された一次側巻線および前記一次側巻線に磁気的に結合された二次側巻線を有するトランス部と、前記二次側巻線の両端に発生した交流電圧を整流平滑し、整流平滑された直流電圧を出力端子に出力する整流平滑部と、前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチを相補的に導通状態または遮断状態に制御するスイッチ制御回路とを備える絶縁型スイッチング電源に用いられ、前記スイッチ制御回路に動作電力を供給する電力供給回路であって、
前記一次側巻線の電圧に基づく補助電圧が入力される補助電圧入力端子と、
前記入力整流電圧が入力される電圧入力端子と、
前記交流電源に基づくモニタ電圧が入力されるラインセンス端子と、
前記スイッチ制御回路に動作電力を供給する電力供給端子と、
前記補助電圧が切替閾値未満の場合には、前記電圧入力端子に入力された前記入力整流電圧に基づく電圧を前記電力供給端子から出力し、前記補助電圧が前記切替閾値以上の場合には、前記補助電圧入力端子に入力された前記補助電圧に基づく電圧を前記電力供給端子から出力する電力供給切替部と、
前記ラインセンス端子に入力される前記モニタ電圧が入力閾値を下回った場合に、電圧低下信号を出力する入力電圧監視部と、
前記入力電圧監視部から前記電圧低下信号を受信すると、前記補助電圧入力端子を接地して前記補助電圧を放電させる放電部と、を備えることを特徴とする。

【0013】

また、前記電力供給回路において、
前記絶縁型スイッチング電源の前記トランス部は、前記一次側巻線に磁気的に結合された補助巻線をさらに有し、前記補助電圧入力端子には、前記補助電圧として、前記補助巻線の両端に発生する交流電圧を整流平滑した直流電圧が入力されるようにしてもよい。

【0014】

また、前記電力供給回路において、
前記放電部は、一端が前記補助電圧入力端子に接続され、他端が接地された放電用スイッチを有するようにしてもよい。

【0015】

また、前記電力供給回路において、
前記入力電圧監視部は、前記ラインセンス端子に接続された第１の入力端子と、前記入力閾値が入力される第２の入力端子と、前記第１の入力端子の電圧が前記第２の入力端子の電圧よりも小さい場合に前記電圧低下信号を出力する出力端子とを有する入力電圧監視用比較器を含むようにしてもよい。

【0016】

また、前記電力供給回路において、
前記電力供給切替部は、
一端が前記電圧入力端子に接続され、他端が前記電力供給端子に接続された第１のスイッチと、
入力端が前記補助電圧入力端子に接続され、出力端が前記第１のスイッチの他端に接続され、前記補助電圧を所定の電圧に降下させるレベルシフト回路と、
前記補助電圧入力端子に接続された第１の入力端子と、前記切替閾値が入力される第２の入力端子と、前記第１の入力端子の電圧が前記第２の入力端子の電圧よりも小さい場合にオン信号を出力し、そうでない場合にオフ信号を出力する出力端子とを有する起動用比較器と、
を有し、
前記第１のスイッチは、前記オン信号により導通状態になり、前記オフ信号により遮断状態になるようにしてもよい。

【0017】

また、前記電力供給回路において、
前記電力供給切替部は、前記第１のスイッチの他端と前記電力供給端子との間に設けられた第２のスイッチと、前記電圧低下信号を受信すると、前記第２のスイッチが遮断状態になるように前記第２のスイッチのゲート電圧を制御するゲート電圧制御部と、をさらに備えてもよい。

【0018】

また、前記電力供給回路において、
前記電力供給切替部は、前記補助電圧入力端子と、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの接続点との間で前記レベルシフト回路に直列接続され、前記補助電圧入力端子から前記第１のスイッチの他端に向かう方向に電流を流す整流素子をさらに有してもよい。

【0019】

本発明に係る半導体集積回路は、本発明の電力供給回路を所定の半導体基板上に形成したことを特徴とする。

【0020】

本発明に係る半導体集積回路は、本発明の電力供給回路と、前記スイッチ制御回路とを所定の半導体基板上に形成したことを特徴とする。

【0021】

本発明に係る絶縁型スイッチング電源は、
入力端子に接続された交流電源を整流し、整流された入力整流電圧を出力する整流部と、
前記整流部の出力と接地との間で直列接続されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを有するスイッチング部と、
一端が前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチの接続点に接続され、他端が接地された一次側巻線と、前記一次側巻線に磁気的に結合された二次側巻線とを有するトランス部と、
前記二次側巻線の両端に発生した交流電圧を整流平滑し、整流平滑された直流電圧を出力端子に出力する整流平滑部と、
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチを相補的に導通状態または遮断状態に制御するスイッチ制御回路と、
前記スイッチ制御回路に動作電力を供給する電力供給回路と、
を備え、
前記電力供給回路は、
前記一次側巻線の電圧に基づく補助電圧が入力される補助電圧入力端子と、
前記入力整流電圧が入力される電圧入力端子と、
前記交流電源に基づくモニタ電圧が入力されるラインセンス端子と、
前記スイッチ制御回路に動作電力を供給する電力供給端子と、
前記補助電圧が切替閾値未満の場合には、前記電圧入力端子に入力された前記入力整流電圧に基づく電圧を前記電力供給端子から出力し、前記補助電圧が前記切替閾値以上の場合には、前記補助電圧入力端子に入力された前記補助電圧に基づく電圧を前記電力供給端子から出力する電力供給切替部と、
前記ラインセンス端子に入力される前記モニタ電圧が入力閾値を下回った場合に、電圧低下信号を出力する入力電圧監視部と、
前記入力電圧監視部から前記電圧低下信号を受信すると、前記補助電圧入力端子を接地して前記補助電圧を放電させる放電部と、
を有する、
ことを特徴とする。

【0022】

また、前記絶縁型スイッチング電源において、
前記絶縁型スイッチング電源の前記トランス部は、前記一次側巻線に磁気的に結合された補助巻線をさらに有し、前記補助電圧入力端子には、前記補助電圧として、前記補助巻線の両端に発生する交流電圧を整流平滑した直流電圧が入力されるようにしてもよい。

【0023】

また、前記絶縁型スイッチング電源において、
前記一次側巻線に直列又は並列に接続された共振用のコンデンサをさらに備えてもよい。

【発明の効果】

【0024】

本発明において、電力供給回路の電力供給切替部は、補助電圧入力端子に入力される補助電圧が切替閾値未満の場合には、交流電源を整流した入力整流電圧に基づく電圧を電力供給端子から出力し、一方、補助電圧が切替閾値以上の場合には、補助電圧に基づく電圧を電力供給端子から出力する。

【0025】

また、本発明において、入力電圧監視部は、交流電源に基づくモニタ電圧が入力閾値を下回った場合に、電圧低下信号を出力する。

【0026】

また、本発明において、放電部は、入力電圧監視部から電圧低下信号を受信すると、補助電圧が入力される補助電圧入力端子を接地して補助電圧を放電させる。

【0027】

これにより、補助電圧は急速に低下するため、交流電源が再投入された際、補助電圧は切替閾値未満となっている。したがって、電力供給回路は、交流電源を整流した入力整流電圧に基づく電圧を確実にスイッチ制御回路に供給することができる。

【0028】

よって、本発明によれば、交流電源の再投入時に、スイッチ制御回路に動作電力を確実に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源の概略的な構成図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る電力供給回路の概略的なブロック図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る電力供給回路の具体的な回路図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る電力供給回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源の概略的な構成図である。

【図6】従来の電力供給回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。

【0031】

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源について説明する。図１は、第１の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源１の概略的な構成図を示している。

【0032】

絶縁型スイッチング電源１は、入力端子２ａ，２ｂに交流電源（図示せず）が接続され、該交流電源から入力された交流電力を所望の直流電力に変換して、出力端子７ａ，７ｂから出力するスイッチング電源である。

【0033】

図１に示すように、絶縁型スイッチング電源１は、入力端子２ａ，２ｂと、整流部３と、スイッチング部４と、トランス部５と、整流平滑部６と、出力端子７ａ，７ｂと、スイッチ制御回路８と、電力供給回路９と、整流平滑部１０と、モニタ電圧生成部１１と、を備えている。

【0034】

なお、絶縁型スイッチング電源１は、整流部３の出力とハイサイドスイッチＱ１との間に、ＰＦＣ回路用のインダクタ（図示せず）を備えてもよい。

【0035】

また、図１に示すように、絶縁型スイッチング電源１は、共振用のコンデンサＣ１および抵抗Ｒ１をさらに備え、電流共振型のスイッチング電源として構成されてもよい。コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１は、一次側巻線Ｗ１と接地との間で直列接続されている。なお、絶縁型スイッチング電源１は、電流共振型に限らない。この場合、一次側巻線Ｗ１の他端は、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ１を介さずに直接接地される。

【0036】

整流部３は、入力端子２ａ，２ｂに接続された交流電源を整流（半波整流または全波整流）し、整流された入力整流電圧を出力する。整流部３は、例えば、ブリッジダイオードにより構成される。なお、整流部３は、平滑用コンデンサを備えて交流電源を整流平滑して出力するようにしてもよい。

【0037】

スイッチング部４は、図１に示すように、整流部３の出力と接地との間で直列接続されたハイサイドスイッチＱ１およびローサイドスイッチＱ２を有する。ハイサイドスイッチＱ１およびローサイドスイッチＱ２は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子である。

【0038】

トランス部５は、図１に示すように、一次側巻線Ｗ１と、二次側巻線Ｗ２と、補助巻線Ｗ３とを有する。一次側巻線Ｗ１は、一端がハイサイドスイッチＱ１とローサイドスイッチＱ２の接続点Ｍに接続されている。二次側巻線Ｗ２および補助巻線Ｗ３は、一次側巻線Ｗ１に磁気的に結合されている。

【0039】

一次側巻線Ｗ１の他端は、図１に示すように、直列接続されたコンデンサＣ１および抵抗Ｒ１を介して接地されている。なお、共振用のコンデンサＣ１は、一次側巻線Ｗ１の一端と接続点Ｍとの間に一次側巻線Ｗ１に直列に接続されていてもよい。あるいは、コンデンサＣ１は、一次側巻線Ｗ１に並列接続されていてもよい。即ち、コンデンサＣ１の一端が接続点Ｍに接続され、他端が接地されていてもよい。

【0040】

整流平滑部６は、二次側巻線Ｗ２の両端に発生した交流電圧を整流平滑し、整流平滑された直流電圧を出力端子７ａ，７ｂに出力する。整流平滑部６は、例えば、図１に示すように、整流素子Ｄ１，Ｄ２および平滑用のコンデンサＣ２を有するものとして構成される。より詳しくは、整流素子Ｄ１は、二次側巻線Ｗ２の一端にアノードが接続され、出力端子７ａにカソードが接続されている。整流素子Ｄ２は、二次側巻線Ｗ２の他端にアノードが接続され、出力端子７ａにカソードが接続されている。コンデンサＣ２は、一端が出力端子７ａに接続され、他端が出力端子７ｂに接続されている。また、出力端子７ｂは、二次側巻線Ｗ２のセンタータップに接続されている。

【0041】

なお、整流平滑部６は、二次側巻線Ｗ２の両端に発生した交流電圧を整流平滑することが可能であれば、上記の構成に限られない。また、図１では、整流平滑部６は１つのみ記載しているが、これに限らず、二次側巻線Ｗ２を２つ以上並列的に設けて、各々の二次側巻線Ｗ２に整流平滑部６を設けてもよい。

【0042】

スイッチ制御回路８は、ハイサイドスイッチＱ１およびローサイドスイッチＱ２を相補的に導通状態または遮断状態に制御する。ここで、「相補的に」という文言は、いわゆるデッドタイムを挟んでスイッチングする場合も含んでいる。即ち、ハイサイドスイッチＱ１およびローサイドスイッチＱ２の両方が遮断状態になる時間を挟んで、一方のスイッチを導通状態にして他方のスイッチを遮断状態にすることも含む。

【0043】

なお、スイッチ制御回路８は、例えば、所定の半導体基板上に形成された半導体集積回路である。

【0044】

電力供給回路９は、スイッチ制御回路８に動作電力を供給する。即ち、スイッチ制御回路８は電力供給回路９から受信する電力により動作する。この電力供給回路９の詳しい構成および動作については後述する。

【0045】

整流平滑部１０は、補助巻線Ｗ３の両端に発生した交流電圧を整流平滑して、電力供給回路９に出力する。この整流平滑部１０は、例えば、図１に示すように、アノードが補助巻線Ｗ３の一端に接続され、カソードが電力供給回路９に接続された整流素子Ｄ３と、一端が整流素子Ｄ３のカソードに接続され、他端が補助巻線Ｗ３の他端に接続された平滑用のコンデンサＣ３とにより構成される。

【0046】

モニタ電圧生成部１１は、絶縁型スイッチング電源１の入力端子２ａ，２ｂに接続された交流電源を監視するための電圧（モニタ電圧）を生成し、電力供給回路９に出力する。このモニタ電圧生成部１１は、例えば、図１に示すように、整流素子Ｄ４，Ｄ５と、抵抗Ｒ２，Ｒ３と、平滑用のコンデンサＣ４とにより構成される。ここで、整流素子Ｄ４および整流素子Ｄ５は、アノードが入力端子２ａおよび入力端子２ｂにそれぞれ接続され、カソードが互いに接続されている。また、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３は直列接続されている。抵抗Ｒ２は整流素子Ｄ４，Ｄ５のカソードに接続され、抵抗Ｒ３は接地されている。コンデンサＣ４は、一端が抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続点に接続され、他端が接地されている。このような構成により、モニタ電圧生成部１１は、交流電源の電圧を整流し、その整流された電圧を抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３で分圧し、分圧された電圧をコンデンサＣ４で平滑化して得られた直流電圧をモニタ電圧として電力供給回路９に出力する。

【0047】

なお、モニタ電圧生成部１１は、整流部３の入力側電圧のモニタではなく、整流部３の出力側電圧をモニタするものとして構成されてもよい。この場合、モニタ電圧生成部１１は、整流部３が出力した入力整流電圧を必要に応じて分圧して電力供給回路９に出力する。

【0048】

次に、電力供給回路９の構成について図１〜図３を参照して詳しく説明する。図２は、電力供給回路９の概略的なブロック図を示し、図３は、電力供給回路９の具体的な回路図を示している。

【0049】

図２に示すように、電力供給回路９は、４つの端子、即ち、補助電圧入力端子ＶＷと、電圧入力端子Ｖｉｎと、ラインセンス端子ＬＳｉｎと、電力供給端子ＫＶｃ１とを有する。

【0050】

補助電圧入力端子ＶＷは、図１に示すように、整流平滑部１０の出力に接続されており、一次側巻線Ｗ１の電圧に基づく補助電圧が入力される。本実施形態では、補助巻線Ｗ３の両端に発生する交流電圧を整流平滑部１０により整流平滑した直流電圧が補助電圧として補助電圧入力端子ＶＷに入力される。

【0051】

電圧入力端子Ｖｉｎは、図１に示すように、整流部３の出力に接続されており、入力整流電圧が入力される。ラインセンス端子ＬＳｉｎは、モニタ電圧生成部１１の出力に接続され、モニタ電圧が入力される。電力供給端子ＫＶｃ１は、スイッチ制御回路８に接続され、スイッチ制御回路８に動作電力を出力する。

【0052】

また、図２に示すように、電力供給回路９は、電力供給切替部２１と、入力電圧監視部２２と、放電部２３とを有する。

【0053】

電力供給切替部２１は、補助電圧が所定の切替閾値未満の場合には、電圧入力端子Ｖｉｎに入力された入力整流電圧に基づく電圧を電力供給端子ＫＶｃ１から出力する。また、電力供給切替部２１は、補助電圧が切替閾値以上の場合には、補助電圧入力端子ＶＷに入力された補助電圧に基づく電圧を電力供給端子ＫＶｃ１から出力する。

【0054】

なお、電力供給切替部２１が電力供給端子ＫＶｃ１から出力する電圧は、入力整流電圧（または補助電圧）そのものでもよいし、必要に応じて入力整流電圧（または補助電圧）をレベルシフトした電圧であってもよい。例えば、入力整流電圧（または補助電圧）をスイッチ制御回路８の動作電圧になるようにレベルシフトした電圧を出力するようにしてもよい。

【0055】

入力電圧監視部２２は、ラインセンス端子ＬＳｉｎに入力されるモニタ電圧が入力閾値を下回った場合に、電圧低下信号を出力する。

【0056】

放電部２３は、入力電圧監視部２２から電圧低下信号を受信すると、補助電圧入力端子ＶＷを接地して補助電圧を放電させる。

【0057】

次に、図３を参照して、電力供給切替部２１、入力電圧監視部２２および放電部２３の具体的な構成例について説明する。

【0058】

電力供給切替部２１は、スイッチ２１ａと、レベルシフト回路２１ｂと、起動用比較器２１ｃと、スイッチ２１ｄと、ゲート電圧制御部２１ｅと、整流素子２１ｆとを有する。

【0059】

スイッチ２１ａは、一端が電圧入力端子Ｖｉｎに接続され、他端がスイッチ２１ｄの一端に接続されている。スイッチ２１ａは、例えば、ｎ型ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子である。この場合、ｎ型ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子が電圧入力端子Ｖｉｎに接続され、ソース端子がスイッチ２１ｄの一端に接続される。

【0060】

レベルシフト回路２１ｂは、入力端が補助電圧入力端子ＶＷに接続され、出力端が整流素子２１ｆを介してスイッチ２１ａの他端に接続され、補助電圧を所定の電圧に降下させる。

【0061】

起動用比較器２１ｃは、補助電圧入力端子ＶＷに接続された第１の入力端子（−端子）と、切替閾値Ｖｔｈ＿ＳＷが入力される第２の入力端子（＋端子）と、第１の入力端子の電圧が第２の入力端子の電圧よりも小さい場合にオン信号を出力し、そうでない場合にオフ信号を出力する出力端子とを有する。起動用比較器２１ｃの出力端子は、スイッチ２１ａのゲート端子に接続されている。なお、ノイズ耐性を高めるため、起動用比較器２１ｃは、ヒステリシスコンパレータであることが好ましい。

【0062】

スイッチ２１ａは、起動用比較器２１ｃが出力したオン信号により導通状態になり、オフ信号により遮断状態になる。

【0063】

スイッチ２１ｄは、スイッチ２１ａの他端と電力供給端子ＫＶｃ１との間に設けられている。スイッチ２１ｄは、例えば、ｐ型ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子である。この場合、ｐ型ＭＯＳＦＥＴのソース端子がスイッチ２１ａの他端に接続され、ドレイン端子が電力供給端子ＫＶｃ１に接続される。

【0064】

ゲート電圧制御部２１ｅは、入力電圧監視部２２から電圧低下信号ＬＳｏｕｔを受信していない場合は、スイッチ２１ｄが導通状態になるようにスイッチ２１ｄのゲート電圧を制御する。なお、ゲート電圧制御部２１ｅは、スイッチ２１ｄが間欠的に導通状態になるようにゲート電圧を制御することで、絶縁型スイッチング電源１をいわゆるバーストモードで動作させることも可能である。

【0065】

また、ゲート電圧制御部２１ｅは、入力電圧監視部２２から電圧低下信号ＬＳｏｕｔを受信すると、スイッチ２１ｄが遮断状態になるようにスイッチ２１ｄのゲート電圧を制御する。例えばスイッチ２１ｄがｐ型ＭＯＳＦＥＴの場合、ゲート電圧制御部２１ｅはｐ型ＭＯＳＦＥＴのゲート端子にＨレベル信号を出力する。これにより、交流電源が停止してラインセンス端子ＬＳｉｎの電圧が入力閾値Ｖｔｈ＿ＬＳを下回った場合に、スイッチ制御回路８への動作電力の供給を停止することができる。よって、動作電力が不十分になることによりスイッチ制御回路８が誤動作することを防止できる。

【0066】

整流素子２１ｆは、アノードがレベルシフト回路２１ｂの出力に接続され、カソードがスイッチ２１ａおよびスイッチ２１ｄの接続点Ｎに接続されている。これにより、電圧入力端子Ｖｉｎに入力され電力供給端子ＫＶｃ１から出力される入力整流電圧が補助電圧入力端子ＶＷに流入することを防止できる。

【0067】

なお、整流素子２１ｆは、補助電圧入力端子ＶＷとレベルシフト回路２１ｂとの間に設けられてもよい。この場合、整流素子２１ｆのアノードが補助電圧入力端子ＶＷに接続され、カソードがレベルシフト回路２１ｂの入力に接続される。よって、一般的に言えば、整流素子２１ｆは、補助電圧入力端子ＶＷと、スイッチ２１ａおよびスイッチ２１ｄの接続点Ｎとの間でレベルシフト回路２１ｂに直列接続され、補助電圧入力端子ＶＷからスイッチ２１ａの他端に向かう方向に電流を流すものとして設けられる。

【0068】

なお、スイッチ２１ｄおよびゲート電圧制御部２１ｅを削除してもよい。この場合、スイッチ２１ａの一端が電圧入力端子Ｖｉｎに接続され、他端が電力供給端子ＫＶｃ１に接続される。

【0069】

また、整流素子２１ｆを削除してもよい。この場合、レベルシフト回路２１ｂの出力端はスイッチ２１ａに接続される。

【0070】

入力電圧監視部２２は、図３に示すように、入力電圧監視用比較器２２ａを含む。この入力電圧監視用比較器２２ａは、ラインセンス端子ＬＳｉｎに接続された第１の入力端子（−端子）と、入力閾値Ｖｔｈ＿ＬＳが入力される第２の入力端子（＋端子）と、第１の入力端子の電圧が第２の入力端子の電圧よりも小さい場合に電圧低下信号ＬＳｏｕｔを出力する出力端子とを有する。

【0071】

放電部２３は、図３に示すように、一端が補助電圧入力端子ＶＷに接続され、他端が接地された放電用スイッチ２３ａを有する。放電用スイッチ２３ａは、例えば、ｎ型ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子である。この場合、ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲート端子が入力電圧監視用比較器２２ａの出力端子に接続され、ドレイン端子が補助電圧入力端子ＶＷに接続され、ソース端子が接地される。

【0072】

上記の構成を備える電力供給回路９においては、絶縁型スイッチング電源１が起動後、補助電圧が切替閾値Ｖｔｈ＿ＳＷに達するまでの間、スイッチ２１ａが導通状態になり、電圧入力端子Ｖｉｎに入力された入力整流電圧が電力供給端子ＫＶｃ１からスイッチ制御回路８に出力される。その後、補助電圧が切替閾値Ｖｔｈ＿ＳＷまで上昇すると、スイッチ２１ａが遮断状態になり、補助電圧入力端子ＶＷされた補助電圧が電力供給端子ＫＶｃ１からスイッチ制御回路８に出力される。

【0073】

次に、図４を参照して、電力供給回路９の動作についてさらに詳しく説明する。図４は、電力供給回路９の動作を説明するためのタイミングチャートを示している。なお、時刻ｔ_１以前において、絶縁型スイッチング電源１は通常動作している。

【0074】

時刻ｔ_１において、交流電源が停止することにより、図４に示すように、整流部３が出力する入力整流電圧がゼロになる。また、ラインセンス端子ＬＳｉｎの入力電圧（モニタ電圧）がモニタ電圧生成部１１の時定数に従って漸減する。補助電圧入力端子ＶＷの入力電圧（補助電圧）も整流平滑部１０の時定数に従って漸減する。電力供給端子ＫＶｃ１の出力電圧（供給電圧）は、補助電圧の減少に対応して漸減する。

【0075】

その後、時刻ｔ_２において、モニタ電圧が入力閾値Ｖｔｈ＿ＬＳ未満となる。これにより、入力電圧監視部２２は、図４に示すように、電圧低下信号ＬＳｏｕｔを出力する。この電圧低下信号ＬＳｏｕｔを受信すると、放電部２３は、補助電圧入力端子ＶＷを接地して補助電圧を放電させる。具体的には、放電用スイッチ２３ａを導通状態にすることにより、補助電圧入力端子ＶＷを接地する。これにより、整流平滑部１０のコンデンサＣ３に蓄電された電荷が放電され、補助電圧は、図４に示すように、急速にゼロまで低下する。

【0076】

補助電圧入力端子ＶＷの電圧が急速に低下することで、起動用比較器２１ｃの第１の入力端子の電圧は第２の入力端子の電圧（Ｖｔｈ＿ＳＷ）を下回るため、起動用比較器２１ｃはオン信号を出力する。よって、スイッチ２１ａは導通状態となり、電圧入力端子Ｖｉｎと電力供給端子ＫＶｃ１は電気的に接続された状態となる。

【0077】

その後、時刻ｔ_３において、交流電源からの入力が回復する。このときスイッチ２１ａは導通状態になっているため、図４に示すように、電圧入力端子Ｖｉｎから入力された入力整流電圧は電力供給端子ＫＶｃ１からスイッチ制御回路８に出力される。

【0078】

このように、第１の実施形態によれば、交流電源の再投入時に、スイッチ制御回路８に動作電力を確実に供給することができる。

【0079】

なお、上記の電力供給回路９は、単独で、またはスイッチ制御回路８とともに、所定の半導体基板上に形成した半導体集積回路として構成してもよい。

【0080】

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の第１の実施形態との相違点の一つは、補助電圧の生成方法である。第１の実施形態では補助巻線Ｗ３を用いて補助電圧を生成していたのに対して、第２の実施形態では補助電源を用いて補助電圧を生成する。以下、相違点を中心に第２の実施形態について説明する。

【0081】

図５は、第２の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源１Ａの概略的な構成図である。なお、図５において、図１と同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付している。

【0082】

図５に示すように、絶縁型スイッチング電源１Ａは、入力端子２ａ，２ｂと、整流部３と、スイッチング部４と、トランス部５Ａと、整流平滑部６と、出力端子７ａ，７ｂと、スイッチ制御回路８と、電力供給回路９と、モニタ電圧生成部１１と、補助電源１２とを備えている。

【0083】

トランス部５Ａは、図５に示すように、一次側巻線Ｗ１と、二次側巻線Ｗ２とを有する。

【0084】

補助電源１２は、図５に示すように、直流電源１２ａと、スイッチ１２ｂと、コンデンサ１２ｃとを有する。直流電源１２ａは、正極がスイッチ１２ｂの一端に接続され、負極が接地されている。スイッチ１２ｂの他端は補助電圧入力端子ＶＷに接続されている。コンデンサ１２ｃは一端がスイッチ１２ｂの他端に接続され、他端が接地されている。

【0085】

スイッチ１２ｂは、一次側巻線Ｗ１の両端に発生する電圧が所定の値以上になると、導通状態になるように制御される。これにより、コンデンサ１２ｃが充電されるに従って直流電源１２ａの電圧が補助電圧入力端子ＶＷに入力される。

【0086】

なお、スイッチ１２ｂの制御は、スイッチ制御回路８が行ってもよいし、別途設けられた制御回路が行ってもよい。スイッチ制御回路８等の制御回路は、一次側巻線Ｗ１の電圧を検出する検出部（図示せず）から当該電圧の値を取得して、上記のスイッチ１２ｂの制御を行う。

【0087】

第２の実施形態においても、モニタ電圧が入力閾値Ｖｔｈ＿ＬＳ未満となると、電力供給回路９の放電部２３は補助電圧入力端子ＶＷを接地して補助電圧を放電させる。これにより、コンデンサ１２ｃに蓄積されていた電荷が放電され、補助電圧は急速にゼロまで低下する。

【0088】

よって、第１の実施形態と同様、第２の実施形態によれば、交流電源の再投入時に、スイッチ制御回路８に動作電力を確実に供給することができる。

【0089】

（スイッチ制御回路への電力供給方法）
次に、絶縁型スイッチング電源１，１Ａにおいて、スイッチ制御回路８に動作電力を供給する方法について説明する。

【0090】

本電力供給方法では、一次側巻線Ｗ１の電圧に基づく補助電圧が切替閾値未満の場合には、入力整流電圧に基づく電圧をスイッチ制御回路８に供給する。なお、補助電圧は、補助巻線Ｗ３の両端に発生する交流電圧を整流平滑した直流電圧、あるいは、補助電源１２の出力する直流電圧である。

【0091】

一方、本電力供給方法では、補助電圧が切替閾値以上の場合には、補助電圧に基づく電圧をスイッチ制御回路８に供給する。

【0092】

そして、交流電源に基づく電圧（例えば、交流電源を整流平滑した電圧を分圧した分圧電圧）が入力閾値未満に低下した場合には、補助電圧を放電させる。補助電圧の放電は、例えば、補助電圧を生成する平滑コンデンサ（コンデンサＣ３またはコンデンサ１２ｃ）の一端を接地することにより行う。

【0093】

このようにして補助電圧を放電させることにより、交流電源の再投入時に、スイッチ制御回路８に動作電力を供給することができる。

【0094】

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

【符号の説明】

【0095】

１，１Ａ 絶縁型スイッチング電源
２ａ，２ｂ 入力端子
３ 整流部
４ スイッチング部
５，５Ａ トランス部
６ 整流平滑部
７ａ，７ｂ 出力端子
８ スイッチ制御回路
９ 電力供給回路
１０ 整流平滑部
１１ モニタ電圧生成部
１２ 補助電源
１２ａ 直流電源
１２ｂ スイッチ
１２ｃ コンデンサ
２１ 電力供給切替部
２１ａ，２１ｄ スイッチ
２１ｂ レベルシフト回路
２１ｃ 起動用比較器
２１ｅ ゲート電圧制御部
２１ｆ 整流素子
２２ 入力電圧監視部
２２ａ 入力電圧監視用比較器
２３ 放電部
２３ａ 放電用スイッチ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５ 整流素子
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 抵抗
Ｑ１ ハイサイドスイッチ
Ｑ２ ローサイドスイッチ
Ｗ１ 一次側巻線
Ｗ２ 二次側巻線
Ｗ３ 補助巻線
Ｍ，Ｎ 接続点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】