JP2000041377A - スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で、安価な自励式のスイッチング電源を
提供する。 【解決手段】 スイッチ素子Ｑ１は直流入力電圧Ｖinを
スイッチングして出力する。インダクタＬはスイッチ素
子Ｑ１のオン期間にエネルギーが蓄積される。このエネ
ルギーはスイッチ素子Ｑ１のオフのときに放出される。
制御回路１は、直流入力電圧Ｖinに基づいてスイッチ素
子Ｑ１をオンさせる。制御回路１は起動時にはスイッチ
素子Ｑ１を通って流れる電流を検出して、また、定常時
には出力電圧検出回路１４で検出された出力電圧信号に
基づいて、スイッチ素子Ｑ１をオフさせる。制御回路１
はスイッチ素子Ｑ１がオフになったときにインダクタＬ
から放出されるエネルギを利用して、スイッチ素子Ｑ１
のオフ状態を保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自励式のスイッチ
ング電源に関する。

【０００２】

【従来の技術】自励式のスイッチング電源は、例えば、
特公平７ー３２６０１号公報に開示されているように、
変換トランスに備えられた帰還巻線を利用して、メイン
のスイッチ素子のスイッチング動作を継続する。

【０００３】このタイプの自励式スイッチング電源の問
題点は、帰還巻線を有する変換トランスが必要であるた
め、小型化に限度があることである。

【０００４】他励式スイッチング電源としては、チョッ
パ回路を用いたものも知られている。このタイプの他励
式スイッチング電源は、ＩＣ等で構成された制御回路を
用いて、チョッパ回路を構成するスイッチ素子にスイッ
チング動作をさせるため、コスト高になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、小型
で、安価な自励式のスイッチング電源を提供することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を達成する
ため、本発明に係るスイッチング電源は、スイッチ素子
と、インダクタと、出力回路と、制御回路とを含み、自
励動作をする。

【０００７】前記スイッチ素子は、直流入力電圧をスイ
ッチングして出力する。前記インダクタは、前記スイッ
チ素子のオン期間にエネルギーが蓄積され、前記エネル
ギーは前記スイッチ素子のオフのときに放出される。前
記出力回路は、前記インダクタから放出される前記エネ
ルギーを整流し、平滑して直流出力電圧を生成する。

【０００８】前記制御回路は、定常時には前記直流出力
電圧を検出して前記スイッチ素子をオフさせ、前記スイ
ッチ素子がオフになったときに前記インダクタから放出
される前記エネルギを利用して、前記スイッチ素子のオ
フ状態を保持する。

【０００９】上述した本発明に係るスイッチング電源に
おいて、直流入力電圧が投入された直後の起動時の動作
は次の通りである。まず、直流入力電圧が供給される
と、制御回路は、直流入力電圧に基づいてスイッチ素子
をオンさせる。スイッチ素子がオンになると、オン期間
に流れる電流によって、インダクタにエネルギーが蓄積
される。

【００１０】制御回路は、起動時には、直流入力電圧に
基づいてスイッチ素子をオンさせた後、スイッチ素子を
通って流れる電流を検出してスイッチ素子をオフさせ
る。これにより、スイッチ素子がオンしてからオフする
までのオン時間が設定される。

【００１１】スイッチ素子がオフになると、スイッチ素
子のオン期間にインダクタに蓄積されたエネルギーが放
出される。出力回路はインダクタから放出されるエネル
ギーを整流し、平滑して直流出力電圧を生成する。この
直流出力電圧が負荷に供給される。

【００１２】制御回路は、スイッチ素子がオフになった
とき、インダクタから放出されるエネルギを利用して、
スイッチ素子のオフ状態を保持する。これにより、スイ
ッチ素子は、インダクタのエネルギー放出時間に対応し
たオフ期間を持つことになる。

【００１３】インダクタの蓄積エネルギーの放出が進む
と、スイッチ素子に対する強制的なオフ制御が解除され
る。そして、オフ状態が解除されたことを条件にして、
前記スイッチ素子をオンさせる。上述したオン、オフの
動作が繰り返され、直流出力電圧が上昇して行き、起動
状態から定常状態に移行して行く。

【００１４】次に、定常時の動作について説明する。定
常動作状態でも、制御回路が、直流入力電圧に基づきス
イッチ素子をオンさせる点、及び、スイッチ素子がオフ
になったときにインダクタから放出されるエネルギを利
用して、スイッチ素子のオフ状態を保持する点は、起動
時と異なるところはない。定常動作状態において、起動
時と異なる点は、スイッチ素子をオフさせる回路動作で
ある。即ち、定常時には、制御回路は、直流出力電圧を
検出してスイッチ素子をオフさせる。これにより、自励
的なスイッチング動作に必要なオフ駆動とともに、直流
出力電圧を安定化する回路作用が得られる。

【００１５】本発明に係るスイッチング電源は、トラン
スを用いたタイプのスイッチング電源であっても、チョ
ッパ回路を用いたスイッチング電源であっても、適用が
可能である。変換トランスを用いたタイプのスイッチン
グ電源の場合は一次巻線を、インダクタとして利用でき
る。従って、従来と異なって、帰還巻線を有する変換ト
ランスを用いる必要がない。このため、従来よりも一段
と小型化することが可能になる。しかも、帰還巻線を有
する場合と同様の回路作用を得ることができる。

【００１６】また、スイッチング方式をチョッパ回路と
した場合は、チョッパ回路に通常備えられるインダクタ
を利用することができる。このインダクタに蓄積された
エネルギーを利用して、スイッチ素子のオフ時間を設定
することができる。従って、ＩＣ等で構成された制御回
路を用いる必要がなくなるので、コストが安価になる。

【００１７】しかも、インダクタまたはトランス巻線に
蓄積されるエネルギーは、負荷に供給される電流情報を
含んでいる。本発明において、このような特性を持つイ
ンダクタまたはトランス巻線の蓄積エネルギーを利用し
て、スイッチ素子のオフ時間を設定する。従って、負荷
の状態に応じたスイッチング制御を行うことができる。

【００１８】本発明の他の目的、構成及び利点について
は、添付図を参照し、更に具体的に説明する。添付図面
は単に例を示すに過ぎない。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係るスイッチング
電源の電気回路図である。本発明に係るスイッチング電
源は、スイッチ素子Ｑ１と、インダクタＬと、出力回路
と、制御回路１とを含む。実施例は、反転チョッパ回路
を利用し、負の直流出力電圧（−Ｖout）を出力するス
イッチング電源を示している。このスイッチング電源
は、入力端子２１に、接地側出力端子２２を基準にし
て、正電位にある直流入力電圧Ｖinが与えられたとき、
チョッパ回路の作用により、出力端子３１に、接地側出
力端子３２を基準にして負電位にある負の直流出力電圧
（−Ｖout）を出力する。

【００２０】スイッチ素子Ｑ１は、直流入力電圧Ｖinを
スイッチングして出力する。インダクタＬには、スイッ
チ素子Ｑ１のオン期間に、電流ＩＬが流れ、エネルギー
が蓄積される。スイッチ素子Ｑ１のオン期間に、インダ
クタＬに蓄積されたエネルギーはスイッチ素子Ｑ１のオ
フのときに放出される。

【００２１】出力回路は、インダクタＬから放出される
エネルギーを、ダイオードＤ２で整流し、コンデンサＣ
３で平滑して、直流出力電圧（−Ｖout）を生成する。
実施例の場合、ダイオードＤ２は、スイッチ素子Ｑ１が
オンとなったときに、その両端に印加される電圧に対し
て逆極性となり、インダクタＬから放出されるフライバ
ックエネルギーＶＦに対して順方向の極性となるように
方向付けられている。

【００２２】制御回路１は、直流入力電圧Ｖinに基づい
て、スイッチ素子Ｑ１をオンさせる。制御回路１は、ま
た、起動時に、スイッチ素子Ｑ１を通って流れる入力電
流Ｉinを検出してスイッチ素子Ｑ１をオフさせる。定常
時には、直流出力電圧（−Ｖout）を検出してスイッチ
素子Ｑ１をオフさせる。制御回路１は、更に、スイッチ
素子Ｑ１がオフになったときにインダクタＬから放出さ
れるエネルギーを利用して、スイッチ素子Ｑ１のオフ状
態を保持する。

【００２３】より具体的には、制御回路１は、駆動回路
１１と、起動回路１０と、電流検出回路１２と、出力電
圧検出回路１４と、オフ保持回路１３とを含んでいる。
駆動回路１１は、スイッチング動作により、スイッチ素
子Ｑ１をオン、オフさせる回路であり、一般には、例え
ばトランジスタ等の３端子スイッチ素子を含む。この３
端子スイッチ素子の制御電極に制御信号を加えることに
より、上述した動作を行わせる。

【００２４】起動回路１０は、直流入力電圧Ｖinに基づ
き、駆動回路１１に、スイッチ素子Ｑ１をオンさせる信
号を供給する。

【００２５】電流検出回路１２は、直流入力電圧Ｖinが
投入される起動時に、スイッチ素子Ｑ１を通って流れる
入力電流Ｉinを検出し、駆動回路１１に、スイッチ素子
Ｑ１をオフさせるための信号を供給する。実施例におい
て、電流検出回路１２は電流検出抵抗Ｒ２を含み、電流
検出抵抗Ｒ２に生じる電圧降下を利用して入力電流Ｉin
を検出する。電流検出回路１２は、電流検出抵抗Ｒ２に
生じる端子電圧が予め定められた値になったとき、駆動
回路１１に、スイッチ素子Ｑ１をオフさせるための信号
を供給する。

【００２６】出力電圧検出回路１４は、定常時に、直流
出力電圧（−Ｖout）を検出してスイッチ素子Ｑ１をオ
フさせる信号を、駆動回路１１に供給する。駆動回路１
１は、電流検出回路１２または出力電圧検出回路１４の
何れか一方から、スイッチ素子Ｑ１をオフにさせる信号
が供給された場合、スイッチ素子Ｑ１にオフ動作をさせ
る論理和動作をする。

【００２７】オフ保持回路１３は、スイッチ素子Ｑ１が
オフになったときに、インダクタＬから放出されるエネ
ルギーを利用して、スイッチ素子Ｑ１のオフ状態を保持
する信号を駆動回路１１に供給する。このようなオフ保
持回路１３は、インダクタＬにフライバックエネルギー
を放出する回路を付加し、その回路の電圧信号を駆動回
路１１に供給することによって実現できる。

【００２８】次に、図１に示したスイッチング電源の回
路動作について説明する。

【００２９】＜起動時の動作＞起動に当たり、入力端子
２１、２２に直流入力電圧Ｖinが供給されると、制御回
路１を構成する駆動回路１１は、起動回路１０を通して
与えられる直流入力電圧Ｖinに基づいて、スイッチ素子
Ｑ１をオンさせる。スイッチ素子Ｑ１がオンになると、
そのオン期間に、インダクタＬに電流ＩＬが流れ込み、
エネルギーが蓄積される。実施例の場合、スイッチ素子
Ｑ１がオンとなったとき、ダイオードＤ２は、その両端
に印加される電圧に対して逆極性となる。

【００３０】次に、制御回路１に含まれる電流検出回路
１２は、スイッチ素子Ｑ１を通って流れる入力電流Ｉin
を検出してスイッチ素子Ｑ１をオフさせる信号を、駆動
回路１１に供給する。スイッチ素子Ｑ１のオン時に、イ
ンダクタＬに流れる電流ＩＬは時間とともに増加する波
形になる。電流検出回路１２は、電流値が予め定められ
た値になった時に、スイッチ素子Ｑ１をオフにするため
のオフ信号を生成し、オフ信号を駆動回路１１に供給す
る。

【００３１】スイッチ素子Ｑ１がオフになると、スイッ
チ素子Ｑ１のオン期間にインダクタＬに蓄積されたエネ
ルギーが放出される。出力回路はインダクタＬから放出
されるエネルギーを整流し、平滑して、直流出力電圧
（−Ｖout）を生成する。この直流出力電圧（−Ｖout）
が、出力端子３１、３２を介して、負荷（図示しない）
に供給される。

【００３２】制御回路１は、スイッチ素子Ｑ１がオフに
なったとき、インダクタＬから放出されるエネルギを利
用して、スイッチ素子Ｑ１のオフ状態を保持する。これ
により、スイッチ素子Ｑ１は、インダクタＬのエネルギ
ー放出時間に対応したオフ期間を持つことになる。この
間、起動回路１０から入力される信号は無効になるの
で、安定したオフ期間を設定できる。

【００３３】インダクタＬの蓄積エネルギーがなくなる
と、スイッチ素子Ｑ１に対する強制的なオフ制御が解除
される。インダクタの蓄積エネルギーが放出されると、
スイッチ素子に対する強制的なオフ制御が解除される。
そして、上述した回路作用により、スイッチ素子Ｑ１が
ターン．オンする。上述したオン、オフの動作が繰り返
され、直流出力電圧（−Ｖout）が上昇して行き、起動
状態から定常状態に移行して行く。

【００３４】＜定常時の動作＞定常動作状態でも、制御
回路１が、直流入力電圧Ｖinに基づきスイッチ素子Ｑ１
をオンさせる点、及び、スイッチ素子Ｑ１がオフになっ
たときにインダクタＬから放出されるエネルギを利用し
て、スイッチ素子Ｑ１のオフ状態を保持する点は、起動
時と異なるところはない。定常動作状態において、起動
時と異なる点は、スイッチ素子Ｑ１をオフさせる回路動
作である。即ち、定常時には、出力電圧検出回路１４に
より、直流出力電圧（−Ｖout）を検出してスイッチ素
子Ｑ１をオフさせる。出力電圧検出回路１４は、直流出
力電圧（−Ｖout）が、予め設定されたレベルを越えた
とき、駆動回路１１を通して、スイッチ素子Ｑ１をオフ
させる。従って、スイッチング動作とともに、直流出力
電圧（−Ｖout）を安定化する回路作用が得られる。

【００３５】上述したように、スイッチング方式をチョ
ッパ回路とした場合は、インダクタＬに対するエネルギ
ーの蓄積及び放出を利用して、スイッチ素子Ｑ１にオン
／オフ動作をさせることができる。従って、制御回路１
をＩＣ等で構成する必要がなくなるので、コストが安価
になる。しかも、インダクタＬに蓄積されるエネルギー
は、負荷に供給される電流情報を含んでいる。実施例に
おいては、このような特性を持つインダクタＬの蓄積エ
ネルギーを利用して、スイッチ素子Ｑのオフ時間を設定
する。従って、負荷の状態に応じたスイッチング制御を
行うことができる。

【００３６】更に、駆動回路１１は、電流検出回路１２
または出力電圧検出回路１４の何れか一方から、スイッ
チ素子Ｑ１をオフにさせる信号が供給された場合、スイ
ッチ素子Ｑ１にオフ動作をさせる論理和動作をする。従
って、起動時にスイッチ素子Ｑ１にオフ動作をさせるた
めの信号を得るために設けられている電流検出回路１２
を、定常時において、過電流が生じた場合に、スイッチ
素子Ｑ１をオフさせる過電流保護回路としても、動作さ
せることができる。

【００３７】図２は本発明に係るスイッチング電源の更
に具体的な電気回路図を示している。図３〜図６は図２
に示されたスイッチング電源の構成及び作用の理解のた
めに添付されたものである。図３は駆動回路１１と起動
回路１０との関係を抜き出した回路図、図４は駆動回路
１１と電流検出回路１２との関係を抜き出して示した回
路図、図５は駆動回路１１とオフ保持回路１３との関係
を抜き出して示した回路図、図６は駆動回路１１と出力
電圧検出回路１４との関係を抜き出して示した回路図で
ある。

【００３８】まず、図２及び図３を参照すると、制御回
路１を構成する駆動回路１１は、トランジスタＱ６、抵
抗Ｒ１２等を含んでいる。トランジスタＱ６は、コレク
タがメインのスイッチ素子Ｑ１のベースに導かれてい
る。

【００３９】起動回路１０は、入力端子２１に供給され
る直流入力電圧Ｖinを、抵抗Ｒ１３を介して、トランジ
スタＱ６のベースに供給する回路を構成する。

【００４０】次に、図２及び図４を参照すると、電流検
出回路１２は、電流検出抵抗Ｒ２、トランジスタＱ４及
び抵抗Ｒ９等を含んでいる。トランジスタＱ４は、ＰＮ
Ｐトランジスタであり、エミッタ及びベースを、電流検
出抵抗Ｒ２の両端に接続してある。トランジスタＱ４の
コレクタは、抵抗Ｒ９を介して、駆動回路１１を構成す
るトランジスタＱ５のベースに接続されている。トラン
ジスタＱ５は、コレクタがトランジスタＱ６のベースに
接続され、エミッタが、トランジスタＱ６のエミッタに
接続されている。抵抗Ｒ１０はトランジスタＱ５のベー
ス・エミッタ間に接続されている。

【００４１】次に、図２及び図５を参照すると、オフ保
持回路１３は、インダクタＬの両端にダイオードＤ１と
抵抗Ｒ１の直列回路を接続し、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ
１との接続点を、トランジスタＱ６のベースに接続して
ある。ダイオードＤ１はインダクタＬに生じるフライバ
ックエネルギーＶＦに対して順方向となるように、方向
付けられている。また、ダイオードＤ１は、順方向電圧
が、トランジスタＱ６のベース・エミッタ間を逆バイア
スする関係で、トランジスタＱ６のベース・エミッタ間
に接続されている。

【００４２】更に、図２及び図６を参照すると、出力電
圧検出回路１４は、分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４、基準電圧源と
なるツエナーダイオードＺＤ１、トランジスタＱ２、ト
ランジスタＱ３及び抵抗Ｒ５〜Ｒ８等を含んでいる。抵
抗Ｒ３、Ｒ４は直列に接続され、出力端子３１ー３２間
に接続されている。抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点はトランジ
スタＱ２のベースに接続されている。ツェナーダイオー
ドＺＤ１はトランジスタＱ２のエミッタと出力端子３１
との間に接続されている。抵抗Ｒ５はツェナーダイオー
トＺＤ１及びトランジスタＱ２のエミッタの接続点と、
出力端子３２との間に接続されている。トランジスタＱ
２のコレクタは抵抗Ｒ６を介してＰＮＰトランジスタＱ
３のベースに接続されている。

【００４３】トランジスタＱ３は、エミッタが入力端子
２１に接続され、コレクタが抵抗Ｒ８を介して、駆動回
路１１を構成するトランジスタＱ５のベースに接続され
ている。トランジスタＱ３のエミッタ・ベース間には抵
抗Ｒ７が接続されている。

【００４４】次に、上記実施例に示されたスイッチング
電源の動作を、起動時と定常時とに分けて説明する。

【００４５】＜起動時の動作＞まず、図２及び図３を参
照して、起動時のスイッチ素子Ｑ１のターン．オン動作
について説明する。入力端子２１、２２に直流入力電圧
Ｖinが供給されると、直流入力電圧Ｖinが、起動回路１
０を構成する抵抗Ｒ１３を介して、トランジスタＱ６の
ベースに供給され、トランジスタＱ６がターン．オンす
る。トランジスタＱ６のターン．オンにより、スイッチ
素子Ｑ１を通して、電流Ｉinが流れる。また、インダク
タＬにインダクタ電流ＩＬが流れ、インダクタＬにエネ
ルギーが蓄積される。インダクタ電流ＩＬは、時間とと
もに、ほぼ直線的に増加する領域を有する。実施例の場
合、電流Ｉinはインダクタ電流ＩＬとほぼ等しくなるの
で、電流Ｉinも、時間とともに、ほぼ直線的に増加する
領域を有する。

【００４６】次に、図２及び図４を参照して、起動時の
スイッチ素子Ｑ１のターン．オフ動作について説明す
る。スイッチ素子Ｑ１を通って流れる電流Ｉinが、予め
定められた値になり、電流検出抵抗Ｒ２の端子電圧が所
定値になると、トランジスタＱ４がオンする。トランジ
スタＱ４がオンすると、駆動回路１１を構成するトラン
ジスタＱ５がオンになるので、トランジスタＱ６がオフ
になる。トランジスタＱ６がオフになると、スイッチ素
子Ｑ１もオフとなる。

【００４７】トランジスタＱ６がオフになると、そのオ
フ期間の間、抵抗Ｒ１３（図２、３参照）によって構成
される起動回路１０に起動電流が流れなくなる。このた
め、スイッチ素子Ｑ１のオフ時に、起動回路１０による
電力消費を回避し、効率を向上させることができる。

【００４８】次に、図２及び図５を参照して、エネルギ
ー伝送及びオフ保持の回路動作について説明する。メイ
ンのスイッチ素子Ｑ１がオフになると、インダクタＬに
フライバックエネルギーＶＦが発生する。インダクタＬ
のフライバックエネルギーＶＦは、出力回路を構成する
ダイオードＤ２に対して順方向となる。従って、フライ
バックエネルギーは、ダイオードＤ２によって整流さ
れ、コンデンサＣ３によって平滑され、出力端子２１、
２２から負の直流出力電圧（−Ｖout）として取り出さ
れる。

【００４９】一方、インダクタＬのフライバックエネル
ギーＶＦは、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１を通しても放
出される。フライバックエネルギーＶＦが、ダイオード
Ｄ１及び抵抗Ｒ１を通して放出されている間、ダイオー
ドＤ１に順方向電圧降下を生じる。この順方向電圧降下
によって、トランジスタＱ６のベース・エミッタ間が逆
バイアスされ、トランジスタＱ６がオフに保たれる。従
って、インダクタＬのフライバックエネルギーＶＦが、
ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１を通して放出されている
間、スイッチ素子Ｑ１もオフ状態を保持する。オフの保
持時間は、フライバックエネルギーが消滅するまでの時
間となる。

【００５０】上述したオン、オフの動作が繰り返され、
直流出力電圧（−Ｖout）が上昇（負側に深くなる）し
て行き、起動状態から定常状態に移行して行く。

【００５１】＜定常時の動作＞次に、図２及び図６を参
照して、定常時の動作について説明する。上述した起動
時の回路動作により、出力端子３１に現れる直流出力電
圧（−Ｖout）が負側に深くなり、トランジスタＱ２が
導通する。トランジスタＱ２が導通すると、トランジス
タＱ３が導通する。トランジスタＱ３が導通すると、駆
動回路１１を構成するトランジスタＱ５が導通するの
で、トランジスタＱ６がオフし、続いて、スイッチ素子
Ｑ１がオフする。トランジスタＱ６がオフ状態を保持し
ている間、抵抗Ｒ１３（図２、３参照）によって構成さ
れる起動回路１０に、起動電流が流れず、スイッチ素子
Ｑ１のオフ時の起動回路１０（図３参照）による電力消
費を回避し、効率を向上させることができることは前述
した通りである。

【００５２】スイッチ素子Ｑ１がオフした後、オフ保持
回路１３（図５参照）に含まれるインダクタＬの蓄積エ
ネルギーが放出されるまでスイッチ素子Ｑ１に強制的な
オフ制御が加わる点、及び、インダクタＬの蓄積エネル
ギーが放出された後、起動回路１０（図３参照）により
スイッチ素子Ｑ１がターン．オンする点は、起動時の動
作と同じである。上述した動作を繰り返すことにより、
自励動作をするスイッチング電源が得られる。

【００５３】出力電圧検出回路１４は、直流出力電圧
（−Ｖout）が、予め設定されたレベルを越えたとき、
駆動回路１１を通して、スイッチ素子Ｑ１をオフさせる
から、出力端子３１ー３２間に現れる直流出力電圧（−
Ｖout）が一定の値に制御される。

【００５４】再び、図１及び図２を参照して説明する。
駆動回路１１は、電流検出回路１２または出力電圧検出
回路１４の何れか一方から、スイッチ素子Ｑ１をオフに
させる信号が供給された場合、スイッチ素子Ｑ１にオフ
動作をさせる論理和動作をする。スイッチ素子Ｑ１を通
って流れる電流Ｉinが過電流になり、電流検出抵抗Ｒ２
の端子電圧が、過電流に対応した値になると、トランジ
スタＱ４がオンする。トランジスタＱ４がオンすると、
駆動回路１１を構成するトランジスタＱ５がオンになる
ので、トランジスタＱ６がオフになる。トランジスタＱ
６がオフになると、スイッチ素子Ｑ１もオフとなる。従
って、起動時にスイッチ素子Ｑ１にオフ動作をさせるた
めの信号を得るために設けられている電流検出回路１２
を、定常時において、過電流が生じた場合に、スイッチ
素子Ｑ１をオフさせる過電流保護回路としても、動作さ
せることができる。

【００５５】図２に示された実施例では、メインのスイ
ッチ素子Ｑ１のエミッタ・ベース間に、スピードアップ
回路１５が備えられている。このスピードアップ回路１
５は、スイッチ素子Ｑ１のターン．オフ時のスピードを
上げるために備えられたもので、トランジスタＱ７、ダ
イオードＤ３、抵抗Ｒ１１及びコンデンサＣ１を含んで
いる。

【００５６】トランジスタＱ６がオン状態であるとき、
スイッチ素子Ｑ１のベース電流は、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２
及びトランジスタＱ６を通って流れる。同時に、ダイオ
ードＤ３、コンデンサＣ１及びトランジスタＱ６を通し
て流れる電流により、コンデンサＣ１が充電される。ト
ランジスタＱ６がオフになると、コンデンサＤ１に蓄積
された電荷により、トランジスタＱ７のベース．エミッ
タ間がバイアスされ、トランジスタＱ７がオンするの
で、スイッチ素子Ｑ１のベース．エミッタ間容量の蓄積
電荷が放電される。これにより、スイッチ素子Ｑ１のタ
ーン．オフ．スピードが上がる。

【００５７】図７は本発明に係るスイッチング電源の更
に別の実施例を示す電気回路図、図８は図７に示したス
イッチング電源の動作を説明する図である。この実施例
は、直流出力電圧（−Ｖout）の値に応じた異なる値の
電流Ｉinで、スイッチ素子Ｑ１のオフタイミングを設定
する回路構成を示す。電流検出回路１２は比較回路とし
て構成されている。比較回路１２に電流検出抵抗Ｒ２で
得られた電圧信号と、電圧検出回路１４で得られた電圧
信号とを入力し、両電圧信号を比較して得られた比較信
号を駆動回路１１に供給し、駆動回路１１によってスイ
ッチ素子Ｑ１をオフさせる。

【００５８】図８に示すように、負荷が軽く、直流出力
電圧（−Ｖout）の値Ｖ０１が低い場合は、それに見合
った低い電流Ｉinで、比較回路１２から比較信号が出力
され、スイッチ素子Ｑ１にオフ制御が加わる。

【００５９】また、負荷が重くなった場合には、負荷が
軽い時の直流出力電圧値Ｖ０１よりも高い電圧Ｖ０２に
見合った電流ＩＱ２で、比較回路１２から比較信号が出
力され、スイッチ素子Ｑ１にオフ制御が加わる。

【００６０】更に、過電流の場合には、負荷が重いとき
の直流出力電圧値Ｖ０２も更に高い電圧Ｖ０３に見合っ
た電流ＩＱ２で、比較回路１２から比較信号が出力さ
れ、スイッチ素子Ｑ１にオフ制御が加わる。過電流に対
応する直流出力電圧Ｖ０３は、このスイッチング電源で
許容される最大電圧に設定しておく。

【００６１】図９は本発明に係るスイッチング電源の更
に別の実施例を示す電気回路図である。図において、図
１に図示された構成部分と同一の構成部分については、
同一の参照符号を付してある。この実施例では、電流検
出回路１２に含まれる電流検出抵抗Ｒ２が、スイッチ素
子Ｑ１の出力側（後段）において、エネルギー伝送ライ
ンに直列に接続されている。この電流検出抵抗Ｒ２はス
イッチ素子Ｑ１を通って流れる電流Ｉinを、電圧信号と
して検出し、かつ、出力する。

【００６２】図１０は本発明に係るスイッチング電源の
更に別の実施例を示す電気回路図である。図において、
図１に図示された構成部分と同一の構成部分について
は、同一の参照符号を付してある。この実施例では、電
流検出回路１２は、時定数回路を含む。時定数回路は抵
抗Ｒ０１及びコンデンサＣ０１の直列回路を含む。抵抗
Ｒ０１及びコンデンサＣ０１の直列回路は、スイッチ素
子Ｑ１の後段に接続される。

【００６３】上記回路構成によれば、スイッチ素子Ｑ１
を通って流れた電流により、抵抗Ｒ０１を通してコンデ
ンサＣ０１が充電される。このコンデンサＣ０１の端子
電圧を、電流に対応する電圧信号として出力する。コン
デンサＣ０１の端子電圧はスイッチ素子Ｑ１を通って流
れた電流Ｉinの値に対応する時間で、所定の値まで上昇
するから、スイッチ素子Ｑ１のオフタイミングを、電流
Ｉinの値、即ち、負荷の状態に応じて設定することがで
きる。

【００６４】図示は省略するが、図７、図９及び図１０
に示した実施例の具体的な回路構成は、図２に示した回
路を基本として、若干の変更を加えることによって容易
に実現できる。

【００６５】図１１は本発明に係るスイッチング電源の
更に別の実施例を示す電気回路図である。図において、
図１〜図６に示された構成部分と同一の構成部分につい
ては、同一の参照符号を付してある。この実施例は、昇
圧チョッパ回路を利用し、直流出力電圧Ｖoutを出力す
るスイッチング電源を示している。インダクタＬは、メ
インのスイッチ素子Ｑ１から出力端子３１に至るエネル
ギー伝送ラインに直列に接続されている。この種のスイ
ッチング電源は、よく知られているように、インダクタ
Ｌのフライバックエネルギー（電圧）ＶＦと、直流入力
電圧Ｖinを加算した電圧値とほぼ等しい直流出力電圧Ｖ
outを生じる。他の回路構成及び作用は、図１〜図６を
参照して説明した点とほぼ重なるので、説明は省略す
る。

【００６６】図１２は本発明に係るスイッチング電源の
更に別の実施例を示す電気回路図である。図において、
図１〜図１１に示された構成部分と同一の構成部分につ
いては、同一の参照符号を付してある。この実施例は、
昇圧チョッパ回路を利用し、直流出力電圧Ｖoutを出力
するスイッチング電源の別の例を示している。インダク
タＬは、エネルギー伝送ラインに直列に接続されてい
る。メインのスイッチ素子Ｑ１はインダクタＬの後段に
おいて、エネルギー伝送ライン間に接続されている。こ
の種のスイッチング電源も、よく知られているように、
インダクタＬのフライバックエネルギー（電圧）ＶＦ
と、直流入力電圧Ｖinを加算した電圧値とほぼ等しい直
流出力電圧Ｖoutを生じる。他の回路構成及び作用は、
図１１を参照して説明した点とほぼ重なるので、説明は
省略する。

【００６７】図１３は本発明に係るスイッチング電源の
更に別の実施例を示す電気回路図である。この実施例
は、変換トランスＴを用いたスイッチング電源を示して
いる。変換トランスＴの一次巻線Ｎ１の両端間にオフ保
持回路１３が接続されており、一次巻線Ｎ１の両端に生
じるフライバックエネルギーＶＦを、オフ保持回路１３
を通して放出させる。インダクタンス成分は、一次巻線
Ｎ１から見たインダクタンス（一次側換算値）で与えら
れる。一次巻線Ｎ１からフライバックエネルギーＶＦが
放出されている間、トランジスタＱ６がオフに保たれる
ので、スイッチ素子Ｑ１も、オフ状態を保持する。

【００６８】出力回路を構成するダイオードＤ２は、ス
イッチ素子Ｑ１のオン時に２次巻線Ｎ２に生じる電圧に
対して逆極性となり、スイッチ素子Ｑ１のオフ時に２次
巻線Ｎ２に生じるフライバック電圧に対して順方向とな
るように、方向付けられている。他の回路構成及び作用
は、図１〜図１１を参照して説明した点とほぼ重なるの
で、説明は省略する。

【００６９】図１４は本発明に係るスイッチング電源の
更に別の実施例を示す電気回路図である。この実施例
も、変換トランスＴを用いたスイッチング電源を示して
いる。図１３との違いは、スイッチ素子Ｑ１が、変換ト
ランスＴの一次巻線Ｎ１よりも前段に挿入されているこ
とである。他の回路構成及び作用は、図１〜図１３を参
照して説明した点とほぼ重なるので、説明は省略する。

【００７０】図１３及び図１４に図示したように、変換
トランスを用いたタイプのスイッチング電源の場合は、
一次巻線Ｎ１を、インダクタとして利用できる。従っ
て、従来と異なって、帰還巻線を有する変換トランスを
用いる必要がない。このため、従来よりも一段と小型化
することが可能になる。

【００７１】図１５は本発明に係るスイッチング電源の
更に別の実施例を示す電気回路図である。図において、
図２に図示された構成部分と同一の構成部分について
は、同一の参照符号を付してある。図２に示された実施
例と異なる点は、オフ保持回路１３において、ダイオー
ドＤ１と抵抗Ｒ１との接続点に、抵抗Ｒ１４の一端を接
続し、抵抗Ｒ１４の他端を、トランジスタＱ６のベース
に接続してある点である。

【００７２】上記構成によれば、フライバックエネルギ
ーＶＦが、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１を通して放出さ
れている間、ダイオードＤ１に生じる順方向電圧降下
が、抵抗Ｒ１４によるレベルシフトを受ける。このレベ
ルシフトを受けた電圧によって、トランジスタＱ６のベ
ース・エミッタ間が逆バイアスされ、トランジスタＱ６
がオフに保たれる。従って、抵抗Ｒ１４によるレベルシ
フト電圧に応じて、スイッチ素子Ｑ１のオフ状態を保持
することができる。即ち、オフ保持時間を、抵抗Ｒ１４
によるレベルシフトによってコントロールすることがで
きる。

【００７３】図１６は本発明に係るスイッチング電源の
更に別の実施例を示す電気回路図である。図において、
図１３に図示された構成部分と同一の構成部分について
は、同一の参照符号を付してある。図１３に示された実
施例と異なる点は、オフ保持回路１３において、ダイオ
ードＤ１と抵抗Ｒ１との接続点に、抵抗Ｒ１４の一端を
接続し、抵抗Ｒ１４の他端を、トランジスタＱ６のベー
スに接続してある点である。

【００７４】上記構成によれば、巻線ＮＩに生じるフラ
イバックエネルギーＶＦが、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ
１を通して放出されている間、ダイオードＤ１に生じる
順方向電圧降下が、抵抗Ｒ１４によるレベルシフトを受
け、このレベルシフトさせた電圧によって、トランジス
タＱ６のベース・エミッタ間が逆バイアスされ、トラン
ジスタＱ６がオフに保たれる。従って、抵抗Ｒ１４によ
るレベルシフト電圧に応じて、スイッチ素子Ｑ１のオフ
状態を保持することができる。

【００７５】図１７は本発明に係るスイッチング電源の
更に別の実施例を示す電気回路図である。図において、
図１４に図示された構成部分と同一の構成部分について
は、同一の参照符号を付してある。図１４に示された実
施例と異なる点は、オフ保持回路１３において、ダイオ
ードＤ１と抵抗Ｒ１との接続点に、抵抗Ｒ１４の一端を
接続し、抵抗Ｒ１４の他端を、トランジスタＱ６のベー
スに接続してある点である。

【００７６】図１７に示した実施例の場合も、図１６に
示した実施例と同様に、巻線ＮＩに生じるフライバック
エネルギーＶＦが、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１を通し
て放出されている間、ダイオードＤ１に生じる順方向電
圧降下が、抵抗Ｒ１４によるレベルシフトを受け、この
レベルシフトさせた電圧によって、トランジスタＱ６の
ベース・エミッタ間が逆バイアスされ、トランジスタＱ
６がオフに保たれる。従って、抵抗Ｒ１４によるレベル
シフト電圧に応じて、スイッチ素子Ｑ１のオフ状態を保
持することができる。

【００７７】図示は省略するが、図１１〜図１７に示し
た実施例の具体的な回路構成は、当業者であれば、図２
に示した回路を基本として、若干の変更を加えることに
よって容易に実現できる。また、各実施例を組み合わせ
た変形例が多数存在し得ることは自明である。

【００７８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、小
型で、安価な自励式のスイッチング電源を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスイッチング電源の電気回路図で
ある。

【図２】本発明に係るスイッチング電源の更に具体的な
電気回路図を示している。

【図３】駆動回路と起動回路との関係を抜き出した回路
図である。

【図４】駆動回路と出力電圧検出回路との関係を抜き出
して示した回路図である。

【図５】駆動回路とオフ保持回路との関係を抜き出して
示した回路図である。

【図６】駆動回路と出力電圧検出回路との関係を抜き出
して示した回路図である。

【図７】本発明に係るスイッチング電源の更に別の実施
例を示す電気回路図である。

【図８】図７に示したスイッチング電源の動作を説明す
る図である。

【図９】本発明に係るスイッチング電源の更に別の実施
例を示す電気回路図である。

【図１０】本発明に係るスイッチング電源の更に別の実
施例を示す電気回路図である。

【図１１】本発明に係るスイッチング電源の更に別の実
施例を示す電気回路図である。

【図１２】本発明に係るスイッチング電源の更に別の実
施例を示す電気回路図である。

【図１３】本発明に係るスイッチング電源の更に別の実
施例を示す電気回路図である。

【図１４】本発明に係るスイッチング電源の更に別の実
施例を示す電気回路図である。

【図１５】本発明に係るスイッチング電源の更に別の実
施例を示す電気回路図である。

【図１６】本発明に係るスイッチング電源の更に別の実
施例を示す電気回路図である。

【図１７】本発明に係るスイッチング電源の更に別の実
施例を示す電気回路図である。

【符号の説明】

１ 制御回路 １０ 起動回路 １１ 駆動回路 １２ 電流検出回路 １３ オフ保持回路 １４ 出力電圧検出回路 Ｑ１ スイッチ素子 Ｌ インダクタ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチ素子と、インダクタまたはトラ
   ンス巻線と、出力回路と、制御回路とを含み、自励動作
   をするスイッチング電源であって、 前記スイッチ素子は、直流入力電圧をスイッチングして
   出力し、 前記インダクタまたはトランス巻線は、前記スイッチ素
   子のオン期間にエネルギーが蓄積され、前記エネルギー
   は前記スイッチ素子のオフのときに放出され、 前記出力回路は、前記インダクタまたはトランス巻線か
   ら放出される前記エネルギーを整流し、平滑して直流出
   力電圧を生成し、 前記制御回路は、 前記直流入力電圧に基づき前記スイッチ素子をオンさ
   せ、 定常時には、前記直流出力電圧を検出して前記スイッチ
   素子をオフさせ、 前記スイッチ素子がオフになったときに前記インダクタ
   またはトランス巻線から放出される前記エネルギを利用
   して、前記スイッチ素子のオフ状態を保持し、 オフ状態が解除されたことを条件にして、前記スイッチ
   素子をオンさせるスイッチング電源。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたスイッチング電源
   であって、 前記制御回路は、起動時には、前記スイッチ素子を通っ
   て流れる電流を検出して前記スイッチ素子をオフさせる
   スイッチング電源。
3. 【請求項３】 請求項２に記載されたスイッチング電源
   であって、 前記制御回路は、起動回路と、電流検出回路と、出力電
   圧検出回路と、オフ保持回路と、駆動回路とを含んでお
   り、 前記起動回路は、前記直流入力電圧に基づき、前記スイ
   ッチ素子をオンさせる信号を生成し、 前記電流検出回路は、前記スイッチ素子を通って流れる
   電流を検出して前記スイッチ素子をオフさせる信号を生
   成し、 前記出力電圧検出回路は、定常動作時に前記直流出力電
   圧を検出して前記スイッチ素子をオフさせるための信号
   を生成し、 前記オフ保持回路は、前記スイッチ素子がオフになった
   ときに、前記インダクタまたはトランス巻線から放出さ
   れる前記エネルギを利用して、前記スイッチ素子のオフ
   状態を保持する信号を生成し、 前記駆動回路は、前記起動回路、前記電流検出回路、前
   記出力電圧検出回路及び前記オフ保持回路から供給され
   る信号に基づいて、前記スイッチ素子をオン、オフさせ
   るスイッチング電源。
4. 【請求項４】 請求項３に記載されたスイッチング電源
   であって、 前記電流検出回路は、電流検出抵抗を含み、前記電流検
   出抵抗は前記スイッチ素子と直列に接続され、前記スイ
   ッチ素子を通って流れる電流を、電圧信号として検出
   し、かつ、出力するスイッチング電源。
5. 【請求項５】 請求項３に記載されたスイッチング電源
   であって、 前記電流検出回路は、時定数回路を含み、前記時定数回
   路の時定数によって、前記スイッチ素子の最大オン時間
   幅を設定するスイッチング電源。
6. 【請求項６】 請求項４または５の何れかに記載された
   スイッチング電源であって、 前記電流検出回路は、比較回路を含み、前記比較回路
   は、前記電流検出抵抗から供給される前記電圧信号と、
   前記電圧検出回路から供給された前記電圧信号とを比較
   し、その比較信号を前記駆動回路に供給するスイッチン
   グ電源。