JP2002136107A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力電圧を一定にするために充電スイッチ素
子のオンオフの比率を変化させるように構成したスイッ
チング電源装置において、放電スイッチ素子の駆動エネ
ルギーが不足することによる影響を受けないスイッチン
グ電源装置を提供する。 【解決手段】 出力側からバイアス抵抗６を介してトリ
ガーコンデンサ５に対する充電が不足するのを、トリガ
ーコンデンサ５とバイアス抵抗６との接続点と基準電位
点との間にクリップ回路５０を接続することで、クリッ
プ回路５０からの充電経路を設け、入力電源側から充電
できるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチ素子を制
御してエネルギー変換効率を改善するスイッチング電源
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種小型のポータブル機器が増加
している。それに伴い、これらポータブル機器に搭載す
る電池の小型化やセル数の減少が行われるようになって
きた。このため、電池の低い出力電圧からポータブル機
器の動作電圧まで昇圧する小型で効率の良いスイッチン
グ電源装置がなくてはならないものとなってきた。

【０００３】以下、ポータブル機器に用いられる従来の
スイッチング電源について図６を参照しながら説明す
る。図６は、従来のスイッチング電源装置の回路図であ
る。図６において、充電スイッチ素子であるトランジス
タ１のコレクタは、ＤＣ電源の入力端子１０２にトラン
スフォーマ３の主巻線３ａを介して接続され、エミッタ
は接地側（基準電位側）の入力端子１０１に接続され、
ベースは制御回路９の出力端子に接続されている。トラ
ンスフォーマ３の主巻線３ａと副巻線３ｂとは電磁的に
結合されるとともに、主巻線３ａの一端と副巻線３ｂの
一端とは共通接続されたうえでトランジスタ１のコレク
タに接続されている。

【０００４】放電スイッチ素子であるトランジスタ２の
コレクタはトランジスタ１のコレクタと接続され、また
エミッタは出力端子１０５に接続され、さらにベースは
保護抵抗７とトリガーコンデンサ５を介してトランスフ
ォーマ３の副巻線３ｂの他端に接続されている。トリガ
ーコンデンサ５と保護抵抗７との接続点とトランジスタ
２のエミッタとの間にはバイアス抵抗６が接続され、ト
ランジスタ２のコレクタとベースとの間には寄生発振を
防止するコンデンサ８が接続されている。出力端子１０
５とその接地側（基準電位側）の出力端子１０４との間
には平滑コンデンサ４と電圧検出回路１０とが接続さ
れ、その電圧検出回路の出力端子はスイッチング制御回
路９の入力端子に接続されている。また、出力端子１０
５、１０４の間には負荷１０９が接続される。

【０００５】以上のように構成された従来のスイッチン
グ電源装置の動作について、図６を参照しつつ説明す
る。スイッチング制御回路９からの制御信号１０８に基
づいてトランスフォーマ３にエネルギーが充電される時
間だけトランジスタ１はオンし、トランスフォーマ３に
エネルギーを充電する。次に、制御信号１０８に基づき
トランジスタ１をオフすると、トランスフォーマ３の主
巻線３ａに蓄えられたエネルギーにより主巻線３ａの両
端に逆起電圧が発生する。同時に、電磁的に結合してい
るトランスフォーマ３の副巻線３ｂの両端にも逆起電圧
が励起され、この逆起電圧がトリガーコンデンサ５を通
ってトランジスタ２をオンにする。

【０００６】これにより、トランスフォーマ３の主巻線
３ａの両端に逆起電圧として発生したエネルギーに基づ
く電圧は入力端子１０２から入力される入力電圧１０３
に重畳され、トランジスタ２を経て平滑コンデンサー４
への充電電流となってエネルギーの移動をさせる。この
エネルギーの移動は、トランジスタ２がオンとなってい
るエネルギーの放電時間の間に行われる。トランジスタ
２がオンとなってエネルギーが放電された後に、制御信
号１０８に基づきトランジスタ１が再びオンになる。ト
ランジスタ１がオンとなるとトランスフォーマ３の主巻
線３ａに再びエネルギーが充電される。同時に、前記の
エネルギーの放電時間とは逆極性の逆起電圧が副巻線３
ｂに励起される。

【０００７】ところが、エネルギーの放電時間にトリガ
ーコンデンサ５からトランジスタ２のベースに入力を与
えてトランジスタ２をオンとしたエネルギーは、トリガ
ーコンデンサ５の左側端、すなわちトランスフォーマ３
の副巻線３ｂと接続されている側を正とする方向に充電
する。このため、次のエネルギーの充電時間にトランジ
スタ１がオンとなってトランスフォーマ３の副巻線３ｂ
が接地されたときには、正の極性に充電されていたトリ
ガーコンデンサ５の左側端が、トランスフォーマ３の副
巻線３ｂに励起した逆起電圧によって逆の極性の負の電
位になる。したがって、トリガーコンデンサー５に充電
されていた電圧が、トランスフォーマ３の副巻線３ｂに
励起した逆極性の逆起電圧の上に重畳されて大きな負の
電圧をトランジスタ２のベースに与え、トランジスタ２
を急激にオフする。

【０００８】エネルギーの充電時間が再び終了し、トラ
ンジスタ１が再びオフになると、エネルギーの充電時間
の間に起こったことと反対のことがトランスフォーマ３
の副巻線３ｂとトリガーコンデンサー５とに起こり、ト
ランジスタ２を急激にオンする。このように、トランジ
スタ２のオンからオフ、またはオフからオンへの変化は
極めて速く行われ、トランジスタ２でのエネルギー損失
は極めて少なくなる。また、エネルギーの充電時間の間
の負荷１０９へのエネルギー供給は、平滑コンデンサー
４からの放電という形で行われる。

【０００９】出力電圧１６の定電圧化は、電圧検出回路
１０からの誤差検出信号１０７が一定になるように、ス
イッチング制御回路９でトランジスタ１のオン時間とオ
フ時間との比を制御することによって行われる。また、
トランジスタ１をオフすると、トランスフォーマ３の副
巻線３ｂにもエネルギーが充電されないために、トラン
ジスタ２もオフとなり入出力端子間が遮断される。した
がって、スイッチング制御回路９の動作を停止しただけ
で電流が遮断できることとなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のスイッ
チング電源装置では、放電スイッチ素子であるトランジ
スタ２がオンした状態において、コレクタとエミッタ間
の飽和電圧を低く保つことで熱損失の少ないスイッチン
グ電源装置が実現され、この電源装置は高い効率を保っ
ている。このようにトランジスタ２の飽和電圧を低く保
つためには、トリガーコンデンサ５から充分なエネルギ
ーが供給される必要があり、そのためには、出力端子１
０５に接続されたバイアス抵抗６を通じてトリガーコン
デンサ５へ充電することが、常時安定して行われること
が条件となる。

【００１１】負荷のエネルギー消費の変化による出力電
圧の変動に伴い、充電スイッチ素子であるトランジスタ
１に対する制御信号のオンオフ比であるデューティ比の
変化が予想される回路において上記の条件を満たすため
には、出力端子１０５からトリガーコンデンサ５へのエ
ネルギーの供給が充分行われトランジスタ２のスイッチ
ング動作を安定させるためには、バイアス抵抗の値を小
さくする必要がある。ところが、バイアス抵抗の値を小
さくすると、出力側からトリガーコンデンサに供給され
るエネルギーが増加して出力に占める損失を増やすこと
になり、スイッチング電源装置の効率を低下させるとい
う問題があった。

【００１２】本発明は、負荷変動に伴う出力電圧の変動
が、スイッチング電源装置の効率に与える影響を極めて
小さくしたスイッチング電源装置を提供することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに、本発明のスイッチング電源装置は、主巻線と電磁
的に結合した少なくとも１つの副巻線を有するトランス
フォーマ、前記トランスフォーマにエネルギーを充電さ
せる充電スイッチ素子、前記トランスフォーマに充電さ
れたエネルギーを放電させる放電スイッチ素子、放電さ
れたエネルギーに基づく電圧を平滑する平滑コンデンサ
ー、出力端子での出力電圧が実質的に一定になるように
前記充電スイッチ素子を制御するスイッチング制御回
路、前記充電スイッチ素子の出力端に接続された前記ト
ランスフォーマの副巻線と前記放電スイッチ素子の制御
電極との間に直列に接続されたトリガーコンデンサ、前
記放電スイッチ素子の制御電極及び前記トリガーコンデ
ンサーに出力端子からバイアス電圧を印加するためのバ
イアス抵抗、及び前記トリガーコンデンサー及び前記バ
イアス抵抗の接続点と回路の基準電位点との間に接続さ
れたクリップ回路を備え、前記トランスフォーマの副巻
線及び前記トリガーコンデンサーに充電されたエネルギ
ーを前記放電スイッチ素子への駆動信号として前記クリ
ップ回路により同期的に制御し、供給して前記放電スイ
ッチ素子を駆動させることを特徴とする。

【００１４】このように構成したので本発明の装置で
は、前記放電スイッチ素子がオンするときの制御信号と
して出力側からトリガーコンデンサに充電されるエネル
ギーが出力電圧の変動により不足したとき、そのエネル
ギーの不足分が前記トリガーコンデンサに接続された前
記クリップ回路から前記トリガーコンデンサへの充電経
路により補われる。これにより、前記放電スイッチ素子
がオンのときの飽和電圧を低く保つとともに、出力端子
から前記トリガーコンデンサに充電されるエネルギーを
少なくできる。その結果、前記バイアス抵抗の抵抗値を
大きな値にできるので、熱損失が少なく高効率のスイッ
チング電源装置が得られる。さらに、充電スイッチ素子
のオンとなる時間とオフとなる時間の比が大きくできる
ため、出力電圧の安定度も向上する。

【００１５】本発明の他の観点によるスイッチング電源
装置は、上記構成のスイッチング電源装置において、前
記クリップ回路がＰＮ接合素子であり、そのＰＮ接合素
子は一端が前記トリガーコンデンサ及び前記バイアス抵
抗に接続され、他端が回路の基準電位点に接続されたこ
とを特徴とする。この構成によれば、前記放電スイッチ
素子の制御電極の電圧が前記回路の基準電位から前記Ｐ
Ｎ接合素子の順方向電圧の値を越えると、前記ＰＮ接合
素子が順バイアスとなり、前記基準電位点から前記トリ
ガーコンデンサへの電流経路を開くことになる。その結
果、トリガーコンデンサーへの充電を、このクリップ回
路を経由して行うことができる。

【００１６】また、上記クリップ回路がスイッチング素
子であり、そのスイッチング素子の主端子は一端がトリ
ガーコンデンサ及び前記バイアス抵抗に接続され、他端
が回路の基準電位点に接続され、前記充電スイッチ素子
がオンであるときに前記スイッチング素子がオンとなる
ように同期して駆動させても同様な作用を有する。

【００１７】本発明のさらに他の観点によるッスイッチ
ング電源装置は、上記構成のスイッチング電源装置にお
いて、前記クリップ回路がＰＮ接合素子であり、そのＰ
Ｎ接合素子は一端が前記トリガーコンデンサ及び前記バ
イアス抵抗に接続され、他端が基準電位を発生させる電
源の出力端子に接続されたことを特徴とする。この構成
によれば、前記放電スイッチ素子の制御電極の電圧が前
記回路の基準電位から前記ＰＮ接合の順方向電圧の値を
越えるときは前記ＰＮ接合が順バイアスとなり、前記基
準電位を発生させる電源とＰＮ接合素子を介してトリガ
ーコンデンサへの電流経路を開くことになる。その結
果、トリガーコンデンサへの充電をこの基準電位を発生
させる電源を通して安定に供給することができる。

【００１８】また、上記クリップ回路がスイッチング素
子であり、そのスイッチング素子は主端子の一端がトリ
ガーコンデンサー及び前記バイアス抵抗に接続され、他
端が基準電位を発生する電源の出力端子に接続され、前
記充電スイッチ素子がオンであるとき前記スイッチング
素子がオンとなるように同期して駆動させても同様な作
用を有する

【００１９】本発明のさらに他の観点によるスイッチン
グ電源装置は、上記いずれかの構成のスイッチング電源
装置において、前記トランスフォーマの副巻線の巻数
が、前記クリップ回路によるクリップ電圧と前記放電ス
イッチ素子の必要制御電圧との和以上の交流電圧を発生
するような巻数であることを特徴とする。この構成によ
れば、前記トランスフォーマの副巻線に励起される交流
電圧が前記クリップ回路によるクリップ電圧と前記放電
スイッチ素子の制御電圧の和以上となる。その結果、前
記放電スイッチ素子が安定に動作する駆動エネルギーを
供給できる。

【００２０】本発明のさらに他の観点によるスイッチン
グ電源装置は、前記トランスフォーマが複数の出力用の
副巻線を備え、前記複数の出力用の副巻線にそれぞれ整
流回路を備えたことを特徴とする。この構成によれば、
前記クリップ回路により前記放電スイッチ素子の制御電
極の飽和電圧が安定に保たれた状態で動作しているた
め、副巻線にも安定な交流電圧が励起され、それを整流
回路で整流して、安定な出力電圧が得られる。その結
果、多出力のスイッチング電源装置が簡単に構成でき
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のスイッチング電源
装置の好適な実施例について添付の図面を参照しつつ説
明する。本発明のスイッチング電源装置の特徴点はトリ
ガーコンデンサの充電部分の構成にあり、その他の部分
の構成は図６に示した従来例のものに類似する。したが
って、従来例と同一部分には同一参照符号を付して説明
する。

【００２２】《実施例１》図１は本発明の実施例１のス
イッチング電源装置の回路図である。図１において、充
電スイッチ素子であるトランジスタ１のコレクタは、入
力端子１０２にトランスフォーマ３の主巻線３ａを介し
て接続され、エミッタは接地側の入力端子１０１に接続
され、ベースは制御回路９の出力端子に接続されてい
る。トランスフォーマ３の主巻線３ａと副巻線３ｂとは
電磁的に結合されるとともに、主巻線３ａの一端と副巻
線３ｂの一端とは共通接続されたうえでトランジスタ１
のコレクタに接続されている。

【００２３】放電スイッチ素子であるトランジスタ２の
コレクタはトランジスタ１のコレクタと接続されまたエ
ミッタは出力端子１０５に接続されさらにベースは保護
抵抗７とトリガーコンデンサ５を介してトランスフォー
マ３の前記副巻線３ｂの他端に接続されている。トリガ
ーコンデンサ５と保護抵抗７との接続点とトランジスタ
２のエミッタとの間にはバイアス抵抗６が接続され、ト
ランジスタ２のコレクタとベースとの間には寄生発振を
防止するコンデンサ８が接続されている。トリガーコン
デンサ５と保護抵抗７の接続点と接地側（基準電位側）
の入力端子１０１との間にクリップ回路５０が接続され
ている。出力端子１０５と接地側（基準電位側）の出力
端子１０４間には平滑コンデンサ４と電圧検出回路１０
とが接続され、その電圧検出回路の出力端子はスイッチ
ング制御回路９の入力端子に接続されている。

【００２４】なお、トランジスタ２の保護抵抗７と寄生
発振を防止するコンデンサ８は必ずしも必要ではない。
また、変形例として、保護抵抗７は、その一端がトリガ
ーコンデンサ５の一端に接続され他端がクリップ回路５
０とバイアス抵抗６との接続点Ｃに接続された構成にし
ても同様な効果が得られる。但しその場合放電スイッチ
素子２のベースは前記接続点Ｃに接続される。

【００２５】以上のように構成されたスイッチング電源
装置の動作について、図１及び図３を参照しつつ説明す
る。充電スイッチ素子であるトランジスタ１が電磁的エ
ネルギーの充電をすべき時間だけオンになると、トラン
スフォーマ３に電磁的エネルギーが充電される。次に、
トランジスタ１がオフになると、トランスフォーマ３の
主巻線３ａに蓄えられた電磁的エネルギーの放出により
主巻線３ａの両端には逆起電圧が発生する。それと同時
に、電磁的に結合しているトランスフォーマ３の副巻線
３ｂの両端にも逆起電圧が励起され、この逆起電圧がト
リガーコンデンサ５を通って放電スイッチ素子であるト
ランジスタ２のベースに印加され、トランジスタ２をオ
ンにする。

【００２６】トランスフォーマ３の主巻線３ａの両端に
逆起電圧は、入力端子１０２から与えられる入力電圧１
０３に重畳され、上述のとおりオンにされているトラン
ジスタ２を通って平滑コンデンサ４への充電電流となっ
てエネルギーの移動を生ずる。この主巻線３ａに蓄えら
れているエネルギーの移動は、スイッチング制御回路９
の出力信号１０８によって充電スイッチ素子であるトラ
ンジスタ１がオフとなり、トランジスタ２がオンとなっ
ている時間（放電によるエネルギーの放出の時間）に行
われる。

【００２７】エネルギーの放出の時間が終了し、スイッ
チング制御回路９から出力される制御信号１０８に基づ
きトランジスタ１が再びオンになると、トランスフォー
マ３の主巻線３ａに再び電磁的エネルギーが充電され
る。同時に、前記のエネルギーの放電時間とは逆極性の
逆起電圧が主コイル３の副巻線３ｂに励起される。とこ
ろが、エネルギー放出の時間にトリガーコンデンサ５を
通過してトランジスタ２のベースに入力を与えてトラン
ジスタ２をオンにしたエネルギーは、トリガーコンデン
サ５の左側端、すなわちトランスフォーマ３の副巻線３
ｂと接続されている側の点Ｂを正とするように充電す
る。このため、次のエネルギーの充電時間にトランジス
タ１がオンとなって、トランスフォーマ３の副巻線３ｂ
の右側端のＡ点が接地されたときには、正に充電されて
いたトリガーコンデンサ５の左側端Ｂの電位が副巻線３
ｂに励起される逆極性の電圧によって負の電位になる。
したがって、トリガーコンデンサ５の右端をその左端に
対して負にするように充電されていた電圧が、さらに副
巻線３ｂに励起された逆極性の逆起電圧に重畳され、ト
ランジスタのベースには大きな負電圧が印加され、トラ
ンジスタ２は急激にオフとなる。

【００２８】エネルギーの充電時間が再び終了し、トラ
ンジスタ１が再びオフとなると、前述の、エネルギーの
充電時間に起こったことと反対のことがトランスフォー
マ３の副巻線３ｂとトリガーコンデンサ５に起こり、ト
ランジスタ２は急激にオンする。その結果、トランジス
タ２のオンからオフ、またはオフからオンへの変化は極
めて速く行われ且つ制御電圧は充分大きく正負に振動す
るから、トランジスタ２でのエネルギー損失は極めて少
ない。また、充電時間の間の負荷１０９へのエネルギー
供給は、平滑コンデンサ４からの放電という形で行われ
るから、比較的リップル分の少ない直流である。

【００２９】出力電圧１０６の定電圧化のため、電圧検
出回路１０からの誤差検出信号１０７がスイッチング制
御回路９に入力される。この誤差検出信号１０７の電圧
値が一定になるように、スイッチング制御回路９では、
トランジスタ１のオンオフ比を制御するように制御信号
１０８をトランジスタ１のベースに出力する。ここで、
トランジスタ２は、トランスフォーマ３の副巻線３ｂと
トリガーコンデンサ５からのエネルギーによってベース
に与えられる電圧に基づきオンオフ動作をしている。

【００３０】しかし、負荷１０９が軽くなり、出力電圧
１０６が高くなると、スイッチング制御回路９の出力す
る制御信号１０８のオン時間が短くなり、トランジスタ
１の充電時間が短くなる。するとトリガーコンデンサ５
に充電されるエネルギーが不足してくる。このときの図
１に示すトランジスタ１のコレクタのＡ点、及び副巻線
３ｂとトリガーコンデンサ５との接続点Ｂ点の波形は、
それぞれ図３の（ａ）、及び（ｃ）に示すようになる。
また、クリップ回路５０のとトリガーコンデンサ５との
接続点である図１のＣ点の波形は、概略Ｂ点の波形をＤ
Ｃレベルにおいて、トリガーコンデンサ５の持つＤＣレ
ベルの平均値にシフトした波形になると考えられる。こ
こで、トリガーコンデンサ５の持つつＤＣレベルとは、
出力電圧からバイアス抵抗７を介して、または入力側か
らクリップ回路５０を介して、それぞれトリガーコンデ
ンサ５に貯えられたエネルギーにより決まる。

【００３１】出力電圧が高くなると、トランジスタ１
は、充電時間が短い状態でオンオフを繰り返して出力電
圧を安定にしているため、図３の（ａ）に示すように、
Ａ点の波形は方形波で動作している。トランスフォーマ
３の副巻線３ｂの両端には、図１のＡ点波形（図３
（ａ））を副巻線３ｂと主巻線３ａとの巻数比に応じて
変圧した波形の電圧が励起される。図３の（ｃ）に示す
ように、図１のＢ点にはＡ点の波形に副巻線３ｂに励起
された電圧が加えられた電圧があらわれる。但し、トリ
ガーコンデンサ５の持つＤＣレベルを中心として極性が
正負に反転している。

【００３２】この状態においてバイアス抵抗６を経由し
て出力側からトリガーコンデンサ５へ供給されるエネル
ギーの充電が不足すると、Ｃ点にあらわれる波形のＤＣ
レベルが変化して、負側の割合が増加する。この状態が
続くと、従来例で説明した回路ではトランジスタ２をオ
ンするための充分な飽和電圧がトランジスタ２のベース
に与えられれなくなる。ところが、本発明では、クリッ
プ回路５０をもうけているため、負側の電圧がクリップ
回路５０の動作電圧を超えると、クリップ回路５０が動
作する。この動作により、接地側の入力端子１０１から
クリップ回路５０、トリガーコンデンサ５への経路で充
電がなされ、Ｃ点を一定電圧に保つようにする。その結
果、トランジスタ２のオン状態での飽和電圧がおさえら
れる。

【００３３】また、Ｂ点に現れる電圧波形の振幅は、出
力端子１０５における出力電圧１０６とトランジスタ２
の（トランジスタ２のオン状態での飽和電圧を低く保て
る）制御電圧と、クリップ回路５０での電圧ロスとの和
以上でなければならない。したがって、主コイル３の副
巻線３ｂの巻数は、トランジスタ２の制御電圧とクリッ
プ回路５０によるクリップ電圧との和以上の交流電圧が
励起される巻数値に設定する必要がある。

【００３４】次に、クリップ回路５０の具体的構成につ
いて図４を参照しつつ説明する。図４は、クリップ回路
５０の実施例を示すものであり、（ａ）はＰＮ接合ダイ
オードを用いたＰＮ接合素子によるクリップ回路を示
し、（ｂ）はバイポーラトラン側ジスタを用いたスイッ
チング素子によるクリップ回路を示す。図４の（ａ）の
場合、ＰＮ接合素子であるＰＮ接合ダイオード５０ａの
カソードは、図１のＣ点に接続され、アノードは、図１
の基準電位であるＤ点に接続されている。このクリップ
回路５０は、トランジスタ２のベースに印加される負方
向のパルス（図３の（ｃ）参照）の電圧がＰＮ接合ダイ
オード５０ａのＰＮ接合の順方向電圧を負の方向に超え
ると、ＰＮ接合ダイオード５０ａが導通状態になる。そ
れ故、入力電源側の負の接地側の端子１０１から、トリ
ガーコンデンサ５の右側端への負方向電流による充電回
路が開かれる。すなわち、ＰＮ接合ダイオード５０ａの
順方向電圧がクリップ電圧となる。

【００３５】図４の（ｂ）の場合、スイッチング素子で
あるバイポーラトランジスタ５０ｂのエミッタは図１の
Ｃ点に接続され、コレクタは、図１のＤ点に接続され、
ベースにはスイッチング制御回路９から制御信号１０８
が入力される。このクリップ回路では、バイポーラトラ
ンジスタ５０ｂが充電スイッチ素子であるトランジスタ
１と同期してオンオフするため、トランジスタ２がオフ
となっている期間に入力電源の負の接地側の端子１０１
からトリガーコンデンサ５への充電回路が開かれる。こ
れにより、出力端子１０５からバイアス抵抗７を通じて
与えられる出力側からのエネルギー補給が不足しても、
クリップ回路５０を経てトリガーコンデンサ５に対して
エネルギーが補給できる。

【００３６】《実施例２》図２は、本発明の実施例２の
スイッチング電源装置の回路図である。この実施例２の
スイッチング電源装置は、実施例１のものとクリップ回
路の基準電位点側の接続点のみが異なるものである。し
たがって、実施例１と同一部分には同一参照符号を付し
て重複する説明は省略する。

【００３７】図２に示す実施例２のスイッチング電源装
置では、クリップ回路５０の基準電位点側（接地）が基
準電圧を発生する付加基準電圧源１１０と直列に接続さ
れた直列接続体を形成している。この直列接続体がトリ
ガーコンデンサー５とバイアス抵抗６との接続点と入力
端子１０１との間に接続されている。実施例１と同様
に、本実施例２においても、保護抵抗７と寄生発振防止
コンデンサ８は必ずしも必要ではない。また、変形例と
して、保護抵抗７は、その一端がトリガーコンデンサ５
の一端に接続され他端がクリップ回路５０とバイアス抵
抗６との接続点Ｃに接続された構成にしても同様な効果
が得られる。但しその場合放電スイッチ素子２のベース
は前記接続点Ｃに接続される。

【００３８】以上のように構成されたスイッチング電源
装置の動作について、図２及び図３を参照しつつ説明す
る。充電スイッチ素子であるトランジスタ１が電磁的エ
ネルギーの充電をすべき時間だけオンになると、トラン
スフォーマ３に電磁的エネルギーが充電される。次に、
トランジスタ１がオフになると、トランスフォーマ３の
主巻線３ａに蓄えられた電磁的エネルギーの放出により
主巻線３ａの両端には逆起電圧が発生する。それと同時
に、電磁的に結合しているトランスフォーマ３の副巻線
３ｂの両端にも逆起電圧が励起され、この逆起電圧がト
リガーコンデンサ５を通って放電スイッチ素子であるト
ランジスタ２のベースに印加され、トランジスタ２をオ
ンにする。

【００３９】トランスフォーマ３の主巻線３ａの両端に
逆起電圧は、入力端子１０２から与えられる入力電圧１
０３に重畳され、上述のとおりオンにされているトラン
ジスタ２を通って平滑コンデンサ４への充電電流となっ
てエネルギーの移動を生ずる。この主巻線３ａに蓄えら
れているエネルギーの移動は、スイッチング制御回路９
の出力信号１０８によって充電スイッチ素子であるトラ
ンジスタ１がオフとなり、トランジスタ２がオンとなっ
ている時間（放電によるエネルギーの放出の時間）に行
われる。

【００４０】エネルギーの放出の時間が終了し、スイッ
チング制御回路９から出力される制御信号１０８に基づ
きトランジスタ１が再びオンになると、トランスフォー
マ３の主巻線３ａに再び電磁的エネルギーが充電され
る。同時に、前記のエネルギーの放電時間とは逆極性の
逆起電圧が主コイル３の副巻線３ｂに励起される。とこ
ろが、エネルギー放出の放電の時間にトリガーコンデン
サ５を通過してトランジスタ２のベースに入力を与えて
トランジスタ２をオンにしたエネルギーは、トリガーコ
ンデンサ５の左側端、すなわちトランスフォーマ３の副
巻線３ｂと接続されている側の点Ｂを正とするよう充電
している。このため、次のエネルギーの充電時間にトラ
ンジスタ１がオンになって、トランスフォーマ３の副巻
線３ｂの右側端のＡ点が接地されたときには、正に充電
されていたトリガーコンデンサ５の左側端Ｂの電位が副
巻線３ｂの逆極性の電圧によって負の電位になる。した
がって、トリガーコンデンサー５の右端をその左端に対
して負にするよう充電されていた電圧が、さらに副巻線
３ｂに励起された逆極性の逆起電圧に重畳され、トラン
ジスタ２を急激にオフとなる。

【００４１】トランスフォーマ３の主巻線３ａへのエネ
ルギーの充電時間が再び終了し、トランジスタ１が再び
オフになると、前述のエネルギーの充電時間に起こった
ことと反対のことが副巻線３ｂとトリガーコンデンサ５
とに起こり、トランジスタ２を急激にオンにする。この
ようにして、トランジスタ２のオンからオフ、またはオ
フからオンへの変化は極めて速く行われ、且つ制御電圧
は充分大きく正負に振動するから、トランジスタ２での
エネルギー損失は極めて少ない。充電時間の間の負荷１
０９へのエネルギー供給は、平滑コンデンサー４からの
放電という形で行われるから、比較的リップル分の少な
い直流である。

【００４２】一方、出力電圧１０６の定電圧化のため、
電圧検出回路１０からの誤差検出信号１０７がスイッチ
ング制御回路９に加えられる。この誤差検出信号の電圧
値が一定になるように、スイッチング制御回路９ではト
ランジスタ１のオンオフを制御するようにそのベースへ
の制御信号１０８を制御する。トランジスタ２は、トラ
ンスフォーマ３の副巻線３ｂとトリガーコンデンサ５か
らそのベースに与えられる電圧によってオンオフ動作を
している。しかし、負荷１０９が軽くなり、出力電圧が
高くなると、スイッチング制御回路９の出力する制御信
号１０８のオン時間が短くなる。すると、トリガーコン
デンサ５に充電されるエネルギーが不足してくる。

【００４３】このときの図２に示すトランジスタ１のコ
レクタのＡ点、及び副巻線３ｂとトリガーコンデンサ５
との接続点Ｂ点の波形は、それぞれ図３の（ａ）及び
（ｃ）に示すようになる。また、クリップ回路５０のと
トリガーコンデンサ５との接続点である図２のＣ点の波
形は、概略Ｂ点の波形をＤＣレベルにおいて、トリガー
コンデンサの持つＤＣレベルの平均値にシフトした波形
になると考えられる。ここで、トリガーコンデンサ５の
持つつＤＣレベルとは、出力電圧からバイアス抵抗７を
介して、または入力側からクリップ回路５０を介して、
それぞれトリガーコンデンサ５に貯えられたエネルギー
により決まる。出力電圧が高くなると、トランジスタ１
は、充電時間が短い状態でオンオフを繰り返して出力電
圧を安定にしているため、図３の（ａ）に示すように、
Ａ点の波形は方形波で動作している。

【００４４】トランスフォーマ３の副巻線３ｂの両端に
は、図２のＡ点波形（図３（ａ））を副巻線３ｂと主巻
線３ａとの巻数比に応じて変圧した波形の電圧が励起さ
れる。図３の（ｃ）に示すように、図２のＢ点にはＡ点
の波形に副巻線３ｂに励起された電圧が加えられた電圧
が現れる。但し、トリガーコンデンサ５の持つＤＣレベ
ルを中心として極性が正負に反転している。この状態に
おいてバイアス抵抗６を経由して出力側からトリガーコ
ンデンサ５へ供給されるエネルギーの充電が不足する
と、図２のＣ点にあらわれる波形のＤＣレベルが変化し
て、負側の割合が増加する。この状態が続くと、従来例
で説明した回路ではトランジスタ２をオンするための充
分な飽和電圧がトランジスタ２のベースに与えられれな
くなる。

【００４５】ところが、本発明では、クリップ回路５０
とその接地側に直列に接続した直流電源１１０をもうけ
ている。そのため、負側の電圧がクリップ回路５０の動
作電圧を超えると、クリップ回路５０が動作し、さらに
クリップ回路５０が動作して付加基準電圧源１１０から
クリップ回路５０、トリガーコンデンサ５への経路で充
電され、Ｃ点のＤＣレベルを一定電圧に保ち、トランジ
スタ２をオンとする飽和電圧が実施例１のものさらによ
くおさえられる。

【００４６】また、図２のＢ点に現れる波形の振幅は、
図１の場合と同様に出力電圧１０６とトランジスタ２の
（トランジスタ２のオン状態での飽和電圧を低く保て
る）制御電圧と、クリップ回路５０での電圧ロスとの和
以上でなければならない。したがって、トランスフォー
マ３の副巻線３ｂの巻数は、トランジスタ２の制御電圧
とクリップ回路５０によるクリップ電圧との和以上の交
流電圧が励起されるような巻数値に設定しなければなら
ない。なお、実施例２におけるクリップ回路の構成は、
実施例１のものと同様で良い。

【００４７】《実施例３》図５は、本発明の実施例３の
スイッチング電源装置の回路図である。この実施例３の
スイッチング電源装置は、実施例１に比較するとトラン
スフォーマ３の構成のみが異なるものである。したがっ
て、実施例１と同一部分には同一参照符号を付して重複
する説明は省略する。図５において、実施例３のスイッ
チング電源装置に用いられるトランスフォーマ３０は、
主巻線３ａ、副巻線３ｂ、及び第２の出力電圧用の副巻
線３ｃを有している。主巻線３ａと副巻線３ｂ及び３ｃ
とは電磁的に結合されている。第２の出力電圧用の副巻
線３ｃには、コンデンサ１１及びコンデンサ１４と、整
流素子１２及び整流素子１３とを具備した倍電圧整流回
路が接続されて、第２の負荷１１１に第２の出力電圧を
供給している。

【００４８】以上のように構成された実施例３のスイッ
チング電源装置について、図３及び図５を参照しつつ説
明する。実施例３のスイッチング電源装置における第１
の出力電圧１０６を生成する動作は実施例１と同様なの
で重複する説明は省略する。トランスフォーマ３０の副
巻線３ｃには、図３の（ａ）に示すのＡ点の波形に対し
てトランスフォーマ３０の主巻線３ａと副巻線３ｃとの
巻数比に見合った電圧が励起される。この実施例３のス
イッチング電源装置では、実施例１と同様にクリップ回
路５０によりトランジスタ２をオン状態での飽和電圧が
安定に保たれる。それ故、図５のＡ点の波形の振幅は安
定であり、副巻線３ｃには一定振幅の電圧波形が得られ
る。この副巻線３ｃに励起された一定振幅の交流電圧
は、コンデンサ１１、１４と整流素子１２、１３からな
る倍電圧整流回路によって倍電圧整流され、第２の出力
電圧として一定電圧の出力が第２の負荷１１１に供給さ
れる。

【００４９】本実施例では第２の出力電圧用として１つ
の副巻線３ｃを有する主コイル３０について説明した
が、さらに多くの出力を有するように出力電圧用の副巻
線の数を増やしても良い。また、クリップ回路５０によ
るトリガーコンデンサ５へのエネルギーの補給を実施例
２のように構成しても同様な効果が得られるのは言うま
でもない。

【００５０】

【発明の効果】以上実施例で詳細に説明したように、本
発明のスイッチング電源装置は以下の効果を有してい
る。すなわち、トリガーコンデンサより供給されるエネ
ルギーに基づく制御電圧により放電スイッチ素子をオン
オフする回路と、そのトリガーコンデンサに充電される
エネルギーが不足してくるとクリップ回路を経由して充
電する経路を備えている。これにより、充電スイッチ素
子のエネルギー充電時間が短くなったときにもその影響
を受けることなく、エネルギーを充分蓄えたトリガーコ
ンデンサから供給されるエネルギーにより、放電スイッ
チ素子が充分安定した飽和状態を保ち、スイッチング電
源装置として安定な出力と高効率が得られる。また、放
電スイッチ素子の飽和電圧が安定であるためにトランス
フォーマにもうけられた出力電圧用副巻線から別の安定
した出力が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のスイッチング電源装置の回
路図。

【図２】本発明の実施例２のスイッチング電源装置の回
路図。

【図３】実施例１における各点の電圧波形図で、（ａ）
は、Ａ点における電圧波形図、（ｂ）は、副巻線の両端
に励起される電圧波形図、（ｃ）は、Ｂ点における電圧
波形図。

【図４】実施例１におけるクリップ回路の回路図で、
（ａ）は、ＰＮ接合素子を用いたクリップ回路、（ｂ）
は、バイポーラトランジスタ用いたクリップ回路。

【図５】本発明の実施例３のスイッチング電源装置の回
路図。

【図６】従来のスイッチング電源装置の回路図。

【符号の説明】

１ トランジスタ（充電スイッチ素子） ２ トランジスタ（放電スイッチ素子） ３、３０ 主コイル ３ａ 主巻線 ３ｂ 副巻線 ３ｃ 出力電圧用副巻線 ４ 平滑コンデンサー ５ トリガーコンデンサ ６ バイアス抵抗 ７ 保護抵抗 ８ 寄生発振防止コンデンサ ９ スイッチング制御回路 １０ 電圧検出回路 ５０ クリップ回路 ５０ａ ＰＮ接合ダイオード ５０ｂ バイポーラトランジスタ １０１ 接地側入力端子 １０２ 入力端子 １０３ 入力電圧 １０４ 出力側接地端子 １０５ 出力端子 １０６ 出力電圧 １０７ 誤差検出信号 １０８ 充電スイッチ素子制御信号 １０９、１１１ 負荷 １１０ 付加基準電圧源

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主巻線と電磁的に結合した少なくとも１
   つの副巻線を有するトランスフォーマ、 前記トランスフォーマにエネルギーを充電させる充電ス
   イッチ素子、 前記トランスフォーマに充電されたエネルギーを放電さ
   せる放電スイッチ素子、 放電されたエネルギーに基づく電圧を平滑する平滑コン
   デンサー、 出力端子での出力電圧が実質的に一定になるように検出
   回路の出力に基づいて前記充電スイッチ素子のオンオフ
   を制御するスイッチング制御回路、 充電スイッチ素子の出力端に接続された前記トランスフ
   ォーマの副巻線と前記放電スイッチ素子の制御電極との
   間に直列に接続されたトリガーコンデンサ、 前記放電スイッチ素子の制御電極及び前記トリガーコン
   デンサに出力端子側からバイアス電圧を印加するための
   バイアス抵抗、及び前記トリガーコンデンサ及び前記バ
   イアス抵抗の接続点と回路の基準電位点との間に接続さ
   れたクリップ回路を備え、 前記トランスフォーマの副巻線及び前記トリガーコンデ
   ンサに充電されたエネルギーを前記放電スイッチ素子へ
   の駆動信号として供給し、前記放電スイッチ素子を駆動
   させることを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 【請求項２】 前記クリップ回路がＰＮ接合素子であ
   り、そのＰＮ接合素子は一端が前記トリガーコンデンサ
   及び前記バイアス抵抗に接続され、他端が回路の基準電
   位点に接続されたことを特徴とする請求項１記載のスイ
   ッチング電源装置。
3. 【請求項３】 前記クリップ回路がスイッチング素子で
   あり、前記スイッチング素子の主端子は一端が前記トリ
   ガーコンデンサー及び前記バイアス抵抗に接続され、他
   端が回路の基準電位点に接続され、前記充電スイッチ素
   子がオンであるとき前記スイッチング素子がオンとなる
   ように前記充電スイッチ素子に同期して駆動されること
   を特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
4. 【請求項４】 前記クリップ回路がＰＮ接合素子であ
   り、前記ＰＮ接合素子は一端が前記トリガーコンデンサ
   及び前記バイアス抵抗に接続され、他端が基準電位を発
   生させる電源の出力端子に接続されたことを特徴とする
   請求項１記載のスイッチング電源装置。
5. 【請求項５】 前記クリップ回路がスイッチング素子で
   あり、前記スイッチング素子の主端子は一端が前記トリ
   ガーコンデンサ及び前記バイアス抵抗に接続され、他端
   が基準電位を発生させる電源の出力端子に接続され、前
   記充電スイッチ素子がオンであるときに前記スイッチン
   グ素子がオンとなるように前記充電スイッチに同期して
   駆動させることを特徴とする請求項１記載のスイッチン
   グ電源装置。
6. 【請求項６】 前記トランスフォーマの副巻線の巻数
   が、前記クリップ回路のクリップ電圧と前記放電スイッ
   チ素子の制御電圧との和以上の交流電圧を発生するよう
   な巻数であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
   に記載のスイッチング電源装置。
7. 【請求項７】 前記トランスフォーマが複数の出力用の
   副巻線を備え、前記複数の出力用の副巻線のそれぞれの
   出力端に整流回路を備えたことを特徴とする請求項１〜
   ６のいずれかに記載のスイッチング電源装置。