JP2000512839A - 改良形始動回路を有するスイッチトモード電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 接地端子(ＧＮＤ)に対し電圧(Ｕ)を受信するように結合された第１の一次側端子及(１)び第２の一次側端子(2)を有する一次巻線(Ｐ)が設けられた変成器(ＴＲ)と、第２の一次側端子(2)と接地端子(ＧＮＤ)との間に結合されたスイッチング手段(ＳＭ)と、始動回路(ＳＴ)とを具えるスイッチトモード電源である。始動回路(ＳＴ)は第２の一次側端子(2)に結合されたドレイン電極、ソース電極及びゲート電極を有するノーマリオン形の電界効果トランジスタ(Ｔ)を具える。この始動回路(ＳＴ)を、特に、前記電界効果トランジスタ(Ｔ)のソース電極に結合された電圧安定器(ＶＳ)を具え、該電圧安定器(ＶＳ)が内部電源電圧を内部電源端子(ＶＩＮＳ)に供給するよう改良した。

Description

【発明の詳細な説明】 改良形始動回路を有するスイッチトモード電源 本発明は、接地端子に対し電圧を受信するように結合された第１の一次側端子 及び第２の一次側端子を有する一次巻線が設けられた変成器と、第２の一次側端 子と接地端子との間に結合されたスイッチング手段とを具えるスイッチトモード 電源であって、当該電源を始動させる始動回路を具え、該始動回路が第２の一次 側端子に結合されたドレイン電極、ソース電極及びゲート電極を有するノーマリ オン形の電界効果トランジスタを具えたスイッチトモード電源に関するものであ る。 このようなスイッチトモード電源は欧州特許明細書ＥＰ０５８５７８８Ａ１か ら既知である。この明細書には集積回路用のスイッチトモード電源が開示され、 この電源は始動回路に電力を供給するための別個のＩＣ端子を必要としない。こ の始動回路はスイッチング手段と第２の一次側端子との間に直列に結合された接 合形電界効果トランジスタのソースから給電される。 本発明の目的は、改良形の始動回路を有するスイッチトモード電源を提供する ことにある。 この目的のために、本発明は、頭書に記載したタイプのスイッチトモード電源 において、始動回路は、更に、前記電界効果トランジスタのソース電極に結合さ れた電圧安定器を具え、該電圧安定器が内部電源端子に内部電源電圧を供給する ことを特徴とする。従って、内部電源電圧が不必要に高くなることはない。この 利点は、内部電源端子に結合された必須の電子回路の電力消費を制限することに ある。 本発明スイッチトモード電源の一実施例では、前記電界効果トランジスタのゲ ート電極が抵抗を経てソース電極に結合され、且つ始動回路が更に前記電界効果 トランジスタのゲート電極と接地端子との間に結合された主電流通路を有するス イッチングトランジスタを具えることを特徴とする。スイッチトモード電源の始 動フェーズ中、電界効果トランジスタは導通しなければならない。始動フェーズ 中、スイッチングトランジスタの主電流通路は非導通であり、その結果として抵 抗が電流を流さないため、電界効果トランジスタのゲートとソースとの間に電位 差が生じない。電界効果トランジスタはノーマリオン形のトランジスタ、例えば 接合形の電界効果トランジスタであるため、この電界効果トランジスタは導通す る。始動フェーズ後、スイッチングトランジスタの主電流通路が導通する。従っ て、抵抗が電流を流し、その結果として電界効果トランジスタのゲートとソース との間に電位差が生ずる。これは、電界効果トランジスタを完全にカットオフし 、スイッチトモード電源の電力消費を更に低減する利点をもたらす。 本発明スイッチトモード電源の他の実施例では、変成器が更に帰還巻線を具え 、該帰還巻線が整流素子とバッファキャパシタの直列回路に結合され、その整流 素子及びバッファキャパシタが外部電源電圧を出力する外部電源端子に接続され 、且つ始動回路は更に前記電界効果トランジスタのソース電極と外部電源端子と の間に結合された電流源を具えることを特徴とする。始動フェーズ中、電流源が バッファキャパシタを充電し、その結果として外部電源電圧が連続的に増大する 。スイッチング手段を制御するための所要の電子制御回路は外部電源端子に結合 され、外部電源電圧が十分に高くなると動作する。この電子制御回路はスイッチ ング手段を交互にターンオン及びターンオフする。その結果として変成器の一次 巻線に交流電流が発生し、帰還巻線に電圧が誘起される。誘起された電圧が整流 素子により整流され、外部電源端子の外部電源電圧が形成される。これで始動フ ェーズが完了する。始動フェーズ後、電力消費の更なる低減を達成するために始 動回路が不作動にされる。 本発明を図面を参照して以下に更に詳細に説明する。図１は本発明によるスイ ッチトモード電源の一実施例の電気回路図を示す。 図１に示すスイッチトモード電源の実施例は、一次巻線Ｐ、負荷Ｚ_Lに結合さ れた二次巻線Ｓ、及び整流素子Ｄ１とバッファキャパシタＣの直列回路に結合さ れた帰還巻線Ｆを有する変成器ＴＲを具え、前記整流素子Ｄ１とバッファキャパ シタＣを外部電源電圧を接地端子ＧＮＤに対し出力する外部電源端子ＶＡＵＸに 接続する。第１の一次側端子１は接地端子ＧＮＤに対し電圧Ｕを受信するように 結合する。第２の一次側端子２はスイッチング手段を構成するＭＯＳＦＥＴ Ｓ Ｍ のドレインに結合する。ＭＯＳＦＥＴ ＳＭは接地端子ＧＮＤに結合されたソー スを有する。スイッチトモード電源は、更に、始動回路ＳＴを具え、この始動回 路は内部電源電圧を内部電源端子ＶＩＮＴに供給する。この目的のために、始動 回路ＳＴは、そのドレインが第２の一次側端子２に結合されたノーマリオン形の 電界効果トランジスタＴ、例えばＪＦＥＴを具える。抵抗Ｒをこの電界効果トラ ンジスタＴのゲートとソースとの間に結合する。 内部電源電圧を接地端子ＧＮＤに対し安定化させるために、電圧安定器ＶＳを 電界効果トランジスタＴのソースに結合する。電圧安定器ＶＳは、例えば抵抗Ｒ ＶＳ及びツェーナーダイオードＺＤの直列回路を具え、この直列回路の共通ノー ドをドレインが電界効果Ｔのソースに接続され、ソースが内部電源端子ＶＩＮＴ に接続された電界効果トランジスタＴＶＳのゲートに接続することができる。抵 抗ＲＶＳはその一端を電界効果トランジスタＴのソースに接続する。電界効果ト ランジスタＴＶＳはソースホロワとして配置され、その結果として内部電源電圧 はツェーナーダイオードＺＤの両端間電圧から電界効果トランジスタＴＶＳのゲ ート−ソース電圧を引いた値に等しくなる。 パルス幅変調器ＰＷＭは内部電源端子ＶＩＮＴと接地端子ＧＮＤとの間に結合 され、電源電圧が供給される。パルス幅変調器ＰＷＭはＭＯＳＦＥＴ ＳＭのゲ ートに結合された出力端子を有する。更に、始動フェーズ中バッファキャパシタ Ｃを充電するために、可制御電流源ＣＳを電界効果トランジスタＴのソースと外 部電源端子ＶＡＵＸとの間に結合する。可制御電流源ＣＳにより供給される電流 の値は外部電源端子ＶＡＵＸの外部電源電圧に依存する。この目的のために、電 流源ＣＳは外部電源端子ＶＡＵＸに結合された始動制御回路ＳＴＣＮＴＬに結合 された制御電極ＣＥを有する。外部電源電圧に依存して、始動制御回路ＳＴＣＮ ＴＬは電流源ＣＳの制御電極ＣＥの電圧を決定する。始動回路ＳＴは更に電界効 果トランジスタＴのゲートと接地端子ＧＮＤとの間に結合された主電流通路を有 するスイッチングトランジスタＳＴＲＳＴを具える。このスイッチングトランジ スタＳＴＲＳＴは、その制御電極が始動制御回路ＳＴＣＮＴＬに結合され、ＳＥ Ｔ／ＲＥＳＥＴ信号を受信する。 始動回路ＳＴは更に内部電源端子ＶＩＮＴと外部電源端子ＶＡＵＸとの間に結 合 されたダイオードＤ２からなる単方向素子を具える。 回路の動作は次の通りである。初めに内部電源端子ＶＩＮＴ及び外部電源端子 ＶＡＵＸのそれぞれの電圧は接地端子ＧＮＤの電圧に等しく、且つスイッチング トランジスタＳＴＲＳＴ及びＭＯＳＦＥＴ ＳＭは非導通であるものとする。電 界効果トランジスタＴは導通するので、その結果として内部電源端子ＣＩＮＴの 内部電源電圧が所定の値まで急速に上昇する。小さな一定電流が変成器ＴＲの一 次巻線Ｐを流れるのみであるから、第２の一次側端子２の電圧はほぼ電圧Ｕにほ ぼ等しい。内部電源電圧はパルス幅変調器ＰＷＭを給電するのに適度な値になる が、パルス幅変調器ＰＷＭはまだ動作しない。実際上、パルス幅変調器ＰＷＭは 外部電源端子ＶＡＵＸの外部電源電圧の値が十分大きくなるまで動作せず、これ は始動制御回路ＳＴＣＮＴＬとパルス幅変調器ＰＷＭとの間に結合された通信ラ インＳＴＲＳＴＬＮ上の制御信号の制御の下で達成される。その理由は次の通り である。ＭＯＳＦＥＴ ＳＭが導通すると、第２の一次側端子２の電圧がほぼ接 地端子ＧＮＤに等しくなる。その結果として、スイッチングトランジスタＴが直 ちにターンオフするため、内部電源電圧が再び接地端子ＧＮＤの電圧に等しくな る。その結果として、パルス幅変調器ＰＷＭ及び従ってＭＯＳＦＥＴ ＳＭが直 ちにターンオフする。これを防止するために、バッファキャパシタＣが電流源Ｃ Ｓにより十分な程度まで充電されなければならないようにする。バッファキャパ シタＣを充電するのに必要な時間は電圧Ｕに依存しない。スイッチトモード電源 の始動時間はバッファキャパシタＣを充電するのに必要な時間により主として決 まるため、スイッチトモード電源の始動時間も実際上電圧Ｕに依存しない。バッ ファキャパシタＣが十分な程度に充電されて始めてパルス幅変調器ＰＷＭが動作 状態になる。このとき、内部電源端子が充電されたバッファキャパシタＣからダ イオードＤ２を経て電力を受けるため、内部電圧は十分大きい値に維持される。 このときパルス幅変調器ＰＷＭが動作状態に維持されるため、ＭＯＳＦＥＴ ＳＭが交互にターンオン及びターンオフされ、変成器ＴＲの一次巻線Ｐに交流電 流を発生する。その結果として、二次巻線Ｓ及び帰還巻線Ｆの双方に電圧が誘起 される。バッファキャパシタＣは以後帰還キャパシタＦにより充電される。 始動フェーズはここで終了する。始動制御回路ＳＴＣＮＴＬがＳＲＥＳＥＴ信 号を スイッチングトランジスタＳＴＲＳＴの制御電極に供給し、このトランジスタを ターンオンさせる。その結果として、電界効果トランジスタＴが永久にカットオ フのままとなるため、電流源ＣＳも永久にターンオフされる。これはスイッチト モード電源の不必要な電力消費を除去する。スイッチトモード電源の最小電力消 費が重要でない場合には、抵抗Ｒ及びスイッチングトランジスタＳＴＲＳＴを省 略することができる。この場合には電界効果トランジスタＴのゲートを電界効果 トランジスタＴのソース又は接地端子ＧＮＤに接続する必要がある。この場合に は電界効果トランジスタＴは始動フェーズ後に永久にターンオフされず、ＭＯＳ ＦＥＴ ＳＭが導通するときに自動的にターンオフされるだけとなり、これはこ のとき第２の一次側端子２の電圧が接地端子ＧＮＤの電圧に対しほぼ零になるた めである。内部電源電圧は外部電源電圧からダイオードＤ２を経て取り出される 。 電流源ＣＳが可制御電流源である場合には、外部電圧が閾値、例えば０．５Ｖ を超えない限り、電流源ＣＳにより供給される電流を、始動制御回路ＳＴＣＮＴ Ｌの制御の下で、小さい値にすることができる。外部電圧が閾値を超える場合に は、スイッチトモード電源の急速始動を保証するために電流源ＣＳにより供給さ れる電流を十分に大きくすることができる。この利点は、スイッチトモード電源 の過負荷の場合、例えば外部電源端子ＶＡＵＸの接地端子ＧＮＤへの短絡のため に外部電源端子ＶＡＵＸが閾値を超えることができない場合に、電流源ＣＳによ り供給される電流が小さい値に維持されるので、不必要な電力消費が避けられる 点にある。他の利点は、比較的安価なスイッチ、例えばトランジスを用いて外部 電源端子ＶＡＵＸを接地端子ＧＮＤに故意に短絡させ、その結果として電流源Ｃ Ｓにより供給される電流を小さくすることによりスイッチトモード電源を待機モ ードに簡単にセットすることができる点にある。このようにすると、待機モード におけるスイッチトモード電源の電力消費を小さくすることが達成される。 電界効果トランジスタＴを除くトランジスタは図示のタイプ以外の他のタイプ のものも使用することができる。更に、スイッチング手段ＳＭとしてはトランジ スタ以外の他の電気素子、例えばサイリスタを使用することもできる。電流源Ｃ Ｓはかならずしも可制御にする必要はなく、抵抗により実現することもできる。 このスイッチトモード電源は集積回路に実現することができるが個別素子により 実現することもできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 接地端子(ＧＮＤ)に対し電圧(Ｕ)を受信するように結合された第１の一次 側端子(1)及び第２の一次側端子(2)を有する一次巻線(Ｐ)が設けられた変成器( ＴＲ)と、第２の一次側端子(2)と接地端子(ＧＮＤ)との間に結合されたスイッチ ング手段(ＳＭ)とを具えるスイッチトモード電源であって、当該電源を始動させ る始動回路(ＳＴ)を具え、該始動回路(ＳＴ)が第２の一次側端子(2)に結合され たドレイン電極、ソース電極及びゲート電極を有するノーマリオン形の電界効果 トランジスタ(Ｔ)を具えたスイッチトモード電源において、前記始動回路(ＳＴ) が、更に、前記電界効果トランジスタ(Ｔ)のソース電極に結合された電圧安定器 (ＶＳ)を具え、該電圧安定器(ＶＳ)が内部電源端子(ＶＩＮＴ)に内部電源電圧を 供給することを特徴とするスイッチトモード電源。 ２． 前記電気効果トランジスタ(Ｔ)のゲート電極がソース電極に結合されてい ることを特徴とする請求項１記載のスイッチトモード電源。 ３． 前記電界効果トランジスタ(Ｔ)のゲート電極が接地端子(ＧＮＤ)に結合さ れていることを特徴とする請求項１記載のスイッチトモード電源。 ４． 前記電界効果トランジスタ(Ｔ)のゲート電極が抵抗(Ｒ)を経てソース電極 に結合され、且つ始動回路(ＳＴ)が更に前記電界効果トランジスタ(Ｔ)のゲート 電極と接地端子(ＧＮＤ)との間に結合された主電流通路を有するスイッチングト ランジスタ(ＳＴＲＳＴ)を具えることを特徴とする請求項１記載のスイッチトモ ード電源。 ５． 前記変成器(ＴＲ)が更に帰還巻線(Ｆ)を具え、該帰還巻線(Ｆ)が整流素子 (Ｄ1)とバッファキャパシタ(Ｃ)の直列回路に結合され、その整流素子(Ｄ1)とバ ッファキャパシタ(Ｃ)が外部電源電圧を出力する外部電源端子(ＶＡＵＸ)に接続 されていることを特徴とする請求項１−４の何れかに記載のスイッチトモード電 源。 ６． 前記始動回路(ＳＴ)が更に前記電界効果トランジスタ(Ｔ)のソース電極と 外部電源端子(ＶＡＵＸ)との間に結合された電流源(ＣＳ)を具えることを特徴と する請求項５記載のスイッチトモード電源。 ７． 前記電流源(ＣＳ)が制御電極(ＣＥ)を具え、外部電源電圧に依存する制御 信号を受信して該電流源(ＣＳ)を制御することを特徴とする請求項６記載のスイ ッ チトモード電源。 ８． 前記始動回路(ＳＴ)が内部電源端子(ＶＩＮＴ)と外部電源端子(ＶＡＵＸ) との間に結合された単方向素子(Ｄ2)を具えることを特徴とする請求項５−７の 何れかに記載のスイッチトモード電源。