特許6623585IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

スイッチング素子でのスイッチング損失を低減し、待機モード時の低消費電力化を図ることのできる簡易な構成のスイッチング電源装置

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

さて従来においては待機モード時におけるスイッチング電源装置での損失を低減する為に、前述したように前記スイッチング周波数fswを通常動作モード時よりも更に低減したり(周波数低減制御)、或いは前記スイッチング素子Qを所定の周期毎に所定時間に亘って間欠的にスイッチング駆動している(バーストスイッチング制御)。しかしながら前記スイッチング素子Qとしてスイッチング電源装置の定格電力容量を満たす大容量のFETを用いた場合、待機モード時における前記FETでのスイッチング損失が無視できなくなる。このスイッチング損失は、専ら、FETの素子構造に由来する出力容量Cossとゲート電荷量Qgに起因するものである。 図7は600Vクラスの汎用MOS-FETの素子特性の例を示すもので、定格電流Idに対する出力容量Cossおよびゲート電荷量Qgの関係を示している。また図8は素子特性のMOS-FET(スイッチング素子Q)を、待機モード時に1kHzのスイッチング周波数fswで連続スイッチング動作させた場合のスイッチング損失Bと、待機モード時に25kHzのスイッチング周波数fswで前記スイッチング素子Qをバーストスイッチング動作させた場合のスイッチング損失Aとを対比して示している。尚、このスイッチング素子Qのバーストスイッチング駆動は、バースト周期tburstを200msとし、バーストスイッチング駆動時間tsw-onを0.28msとし、25kHzのスイッチング周波数fswで行った。 ちなみに前記スイッチング素子Qのバーストスイッチング動作時におけるスイッチング損失Aは、
A=(1/2)×Coss×Vds2×fsw×(tsw-on/tburst)
+Vdd×Qg×fsw×(tsw-on/tburst)
として求められる。また前記スイッチング素子Qの連続スイッチング動作時におけるスイッチング損失Bは、前記スイッチング素子Qのスイッチング停止期間tsw-offがゼロ(0)であるから、上式において(tsw-on=tburst)として計算することができる。 これらのスイッチング損失A,Bの計算例(図8)に示されるように、例えば出力電圧Voutが19V、定格電力容量が65Wのスイッチング電源装置で用いられる、ドレイン電流Idが10A相当のスイッチング素子Q(MOS-FET)の場合には、前述した出力容量Cossが略150pF、ゲート電荷量Qgが略50nCと大きいので、連続スイッチング動作での待機モード時におけるスイッチング損失が15mWにも達する。従って、例えば待機モード時における消費電力を30mW以下に抑えたスイッチング電源装置を実現しようとする場合、スイッチング損失が大きな課題となる。 本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、待機モード時におけるスイッチング素子での損失を低減し、待機モード時における消費電力を極力抑えることのできる簡易な構成のスイッチング電源装置を提供することにある。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

上述した目的を達成するべく本発明に係るスイッチング電源装置は、 トランスの一次巻線を介して主電流をオン・オフする主スイッチング素子と、 前記トランスの二次巻線を介して得られる出力電圧に応じて前記主スイッチング素子のオン・オフを制御する制御回路と、 前記主スイッチング素子よりも電力容量が小さく、前記主スイッチング素子に並列に設けられて前記制御回路によりオン・オフされる副スイッチング・・・ 続きを知財ポータルサイト IP Force にログインして見る
【発明の効果】
待機モード時におけるスイッチング電源装置での消費電力を簡易にして効果的に低減することが可能となる等の効果が奏せられる。

この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】本発明の一スイッチング電源装置の要部概略構成図。

【図2】本発明の別のスイッチング電源装置の要部概略構成図。

【図3】図1に示すスイッチング電源装置における制御回路の構成例を示す図。

【図4】従来のスイッチング電源装置の構成例を示す図。

【図5】連続スイッチング動作時におけるスイッチング素子の駆動信号波形と、負荷消費電力に相当するフィードバック信号の電圧に応じた周波数低減制御の例を示す図。

【図6】バーストスイッチング動作時におけるスイッチング素子の駆動信号波形と、負荷消費電力に相当するフィードバック信号の電圧に応じた周波数低減制御およびバーストスイッチング制御の例を示す図。

【図7】600Vクラスの汎用MOS-FETの定格特性の例を示す図。

【図8】連続スイッチング動作時とバーストスイッチング動作時でのスイッチング損失を対比して示す図。

選択図 図1出願人が指定した本件の代表的な図

T トランス   Q スイッチング素子   Q-m 主スイッチング素子(大電力容量のMOS-FET)   Q-s 副スイッチング素子(小電力容量のMOS-FET)   Drv-m 主ドライブ回路   Drv-s 副ドライブ回路   1 装置本体(電力スイッチング回路)   2 制御回路   3 出力電圧検出回路   10 イネーブル制御回路   21 発振器   22 PWM制御用の比較器   32 周波数低減回路

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