JP2002136121A

JP2002136121A - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JP2002136121A
Application number: JP2000326140A
Authority: JP
Inventors: Masami Takahashi; 正己高橋
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な回路で構成できる自励ハーフブリッジ方
式スイッチング電源装置を提供する。【解決手段】入力巻線３１は第一のスイッチング素子２
１と第二のスイッチング素子２２のオン・オフによって
両方向に駆動され、出力巻線３２と第一の駆動巻線３３
１と第二の駆動巻線３３２とに電圧を誘起する。第一の
駆動回路４１は、スイッチング素子２のオン期間に、第
一の時定数回路４１１のコンデンサＣ１が所定値まで充
電されたときに、前記スイッチング素子２を遮断する。
第二の駆動回路４２は、スイッチング素子２のオン期間
に、駆動巻線３３１に誘起される電圧で、第一の時定数
回路４１１のコンデンサＣ１が所定値まで充電されたと
きに、前記スイッチング素子２を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
装置に関し、電力変換用変圧器の出力巻線とは別に設け
られた駆動巻線に生じる電圧を利用して、スイッチング
素子にオン、オフ信号を与え、ＩＣ等の発振器を備えな
い簡単な回路構成で自励式のスイッチング動作をさせ得
る、ハーフブリッジ方式スイッチング電源装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング電源装置は、メインのスイ
ッチング素子にスイッチング動作をさせる発振回路の構
成方法によって、自励式と他励式とに分けることができ
る。他励式をとるスイッチング電源では、メインのスイ
ッチング素子を、ＩＣ等で構成される別に設けられた発
振器によって駆動するため、多くの回路部品を必要と
し、小形で低コストのものを実現することが困難であ
る。また、自励式としてよく知られているリンギング．
チョーク．コンバータ方式のスイッチング電源は、スイ
ッチング素子の利用効率が低く、小電力用にしか使用で
きないという問題点を有している。

【０００３】このような問題点の解決を目的とした従来
技術としては、本発明者により提案された実公平６−１
９３２８号公報に記載されたものが知られている。この
従来技術では、電力変換用変圧器に、メインのスイッチ
ング素子のオン期間にその制御電極を正方向にバイアス
する第３の巻線を備えさせると共に、前記スイッチング
素子の入力側を短絡して該スイッチング素子をオフさせ
る第１の駆動回路及び前記スイッチング素子をオンさせ
る第２の駆動回路を備えることにより、発振回路を備え
ることなく、自励式でスイッチング動作を継続するよう
にし、フォワード方式や直流重畳型フライバック方式ス
イッチング電源装置に適用できるよう構成してある。

【０００４】しかしながら、一石フォワード方式や直流
重畳型フライバック方式スイッチング電源装置は、電力
変換用変圧器の励磁を片側でしか行わないため、変圧器
の利用効率が低いという欠点を有している。

【０００５】これに対し、ハーフブリッジ方式のスイッ
チング電源装置は、変圧器の励磁を両側で行うため、変
圧器の利用効率が高く、変圧器の小型化が容易である。
また、スイッチング素子に印加される電圧も入力電圧で
クランプされるので、スイッチング素子の小型化も容易
である等の利点を有しているが、以下の問題も有してい
る。

【０００６】ハーフブリッジ方式スイッチング電源装置
は、従来からよく知られた方式であり、一般的には他励
式が多用されている。他励ハーフブリッジ方式スイッチ
ング電源装置は、２個のスイッチング素子が同時にオン
しないように、休止期間を設けて２個のスイッチング素
子を駆動する。休止期間は、電力変換用変圧器やスイッ
チング素子の利用効率を低下させる。休止期間は、スイ
ッチング電源装置の動作周波数が高くなるほど、その値
を大きくする必要があり、昨今のスイッチング電源装置
の高周波化に伴い、電力変換用変圧器やスイッチング素
子の利用効率を更に低下させている。

【０００７】また、ハーフブリッジ方式スイッチング電
源装置の出力整流平滑回路に電界効果トランジスタで構
成された同期整流素子を用い、そのゲート駆動電圧に出
力巻線電圧を利用する場合、前記休止期間において、前
記ゲート駆動電圧がなくなるため、同期整流素子の内臓
ダイオードがオンし、同期整流素子の損失を増大させ
る。

【０００８】前記休止期間においても、同期整流素子に
駆動電圧を印加し、同期整流素子をオン状態に維持する
技術も提案されているが（例えば特公昭６３−３６２３
０号公報）、部品点数が多くなり、回路構成も複雑とな
る問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、簡単
な回路で構成できる自励ハーフブリッジ方式スイッチン
グ電源装置を提供することである。

【００１０】本発明のもう一つの課題は、電力変換用変
圧器に休止期間がなく、効率の高い自励ハーフブリッジ
方式スイッチング電源装置を提供することである。

【００１１】本発明の更にもう一つの課題は、簡単な回
路構成で、損失の少ない同期整流回路を備えた自励ハー
フブリッジ方式スイッチング電源装置を提供することで
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係るスイッチング電源装置は、入力電圧
分圧回路と、スイッチング回路と、変圧器と、第１の駆
動回路と、第２の駆動回路と、出力整流平滑回路とを含
む。

【００１３】前記入力電圧分圧回路は、少なくとも２個
のコンデンサを直列に接続したコンデンサ直列回路を含
み、コンデンサ接続点に、直流入力電圧の分圧電圧を出
力する。

【００１４】前記スイッチング回路は、第１のスイッチ
ング素子と第２のスイッチング素子との直列回路を含
み、前記２個のコンデンサの直列回路と並列に接続され
る。第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素
子は交互にオン、オフする。

【００１５】前記変圧器は、入力巻線と、出力巻線と、
第１の駆動巻線と、第２の駆動巻線とを含む。前記入力
巻線は、前記コンデンサ接続点と、前記第１のスイッチ
ング素子及び前記第２のスイッチング素子の接続点との
間に接続され、前記第１のスイッチング素子及び前記第
２のスイッチング素子のオン、オフによって両方向に駆
動される。前記出力巻線、前記第１の駆動巻線及び前記
第２の駆動巻線は電圧を誘起する。

【００１６】前記出力巻線はセンタータップを含む。前
記第１の駆動巻線は、前記第１のスイッチング素子がオ
ンとなったとき、前記第１の駆動巻線に誘起する電圧
で、前記第１のスイッチング素子の制御電極を導通方向
にバイアスする。

【００１７】前記第２の駆動巻線は、前記第２のスイッ
チング素子がオンとなったとき、前記第２の駆動巻線に
誘起する電圧で、前記第２のスイッチング素子の制御電
極を導通方向にバイアスする。

【００１８】前記第１の駆動回路は、抵抗とコンデンサ
との直列回路を含む第１の時定数回路と、前記第１の時
定数回路に並列接続された第１のオフ駆動スイッチとを
含み、前記第１の駆動巻線の両端間に接続され、前記第
１のスイッチング素子のオン期間に、前記第１の時定数
回路のコンデンサを充電し、前記第１の時定数回路のコ
ンデンサが所定値まで充電されたときに前記第１のオフ
駆動スイッチをオンし、前記第１のスイッチング素子の
入力側を短絡して、前記第１のスイッチング素子を遮断
する。

【００１９】前記第２の駆動回路は、抵抗とコンデンサ
との直列回路を含む第２の時定数回路と、前記第２の時
定数回路に並列接続された第２のオフ駆動スイッチとを
含み、前記第２の駆動巻線の両端間に接続され、前記第
２のスイッチング素子のオン期間に、前記第２の時定数
回路のコンデンサを充電し、前記第２の時定数回路のコ
ンデンサが所定値まで充電されたときに前記第２のオフ
駆動スイッチをオンし、前記第２のスイッチング素子の
入力側を短絡して、前記第２のスイッチング素子を遮断
する。

【００２０】前記出力整流平滑回路は、前記出力巻線の
両端と、センタータップとの間に接続され、前記出力巻
線に誘起した電圧を整流、平滑して出力する。

【００２１】上述したスイッチング電源装置において、
入力電圧分圧回路は、少なくとも２個のコンデンサを直
列に接続したコンデンサ直列回路を含み、コンデンサ接
続点に、直流入力電圧の分圧電圧を出力する。前記スイ
ッチング回路は、交互にオン、オフする第１のスイッチ
ング素子と第２のスイッチング素子との直列回路を含
み、前記コンデンサ直列回路と並列に接続される。前記
変圧器は、入力巻線と、出力巻線と、第１の駆動巻線
と、第２の駆動巻線とを含む。前記入力巻線は、前記コ
ンデンサ接続点と、前記第１のスイッチング素子及び前
記第２のスイッチング素子との接続点との間に接続され
ている。このため、前記第１のスイッチング素子及び前
記第２のスイッチング素子のいずれか一方、例えば、前
記第１のスイッチング素子がオンとなると、前記第１の
スイッチング素子を介して、前記入力巻線に直流入力電
圧の分圧電圧が印加され、入力電流が流れる。この入力
電流によって、前記出力巻線と前記第１の駆動巻線と前
記第２の駆動巻線とに電圧が誘起する。

【００２２】前記第１の駆動巻線は、前記第１のスイッ
チング素子がオンとなったとき、前記第１の駆動巻線に
誘起する電圧で、前記第１のスイッチング素子の制御電
極を導通方向にバイアスする。このため、前記第１のス
イッチング素子は完全にオンとなる。

【００２３】前記第１の駆動回路は、抵抗とコンデンサ
との直列回路を含む第１の時定数回路と、前記第１の時
定数回路に並列接続された第１のオフ駆動スイッチとを
含み、前記第１の駆動巻線の両端間に接続され、前記第
１のスイッチング素子のオン期間に、前記第１の時定数
回路のコンデンサを充電し、前記第１の時定数回路のコ
ンデンサが所定値まで充電されたときに前記第１のオフ
駆動スイッチをオンし、前記第１のスイッチング素子の
入力側を短絡して、前記第１のスイッチング素子を遮断
する。

【００２４】このため、前記第１のスイッチング素子が
オンとなった後、前記第１の時定数回路のコンデンサの
電位はしだいに上昇する。前記第１の時定数回路のコン
デンサが所定値まで充電されると、前記第１のオフ駆動
スイッチがオンし、前記第１のスイッチング素子の入力
側を短絡して、前記第１のスイッチング素子を遮断す
る。

【００２５】前記第１のスイッチング素子が遮断する
と、前記変圧器に逆方向電圧が発生する。この逆方向電
圧は前記第２のスイッチング素子をオンにする。前記第
２のスイッチング素子がオンとなると、前記第２のスイ
ッチング素子を介して、直流入力電圧の分圧電圧が前と
は逆方向に前記入力巻線に印加される。

【００２６】前記第２の駆動巻線は、前記第２のスイッ
チング素子がオンとなったとき、前記第２の駆動巻線に
誘起する電圧で、前記第２のスイッチング素子の制御電
極を導通方向にバイアスする。このため、前記第２のス
イッチング素子は完全にオンとなる。

【００２７】前記第２の駆動回路は、抵抗とコンデンサ
との直列回路を含む第２の時定数回路と、前記第２の時
定数回路に並列接続された第２のオフ駆動スイッチとを
含み、前記第２の駆動巻線の両端間に接続され、前記第
２のスイッチング素子のオン期間に、前記第２の時定数
回路のコンデンサを充電し、前記第２の時定数回路のコ
ンデンサが所定値まで充電されたときに前記第２のオフ
駆動スイッチをオンし、前記第２のスイッチング素子の
入力側を短絡して、前記第２のスイッチング素子を遮断
する。

【００２８】このため、前記第２のスイッチング素子が
オンとなった後、前記第２の時定数回路のコンデンサの
電位はしだいに上昇する。前記第２の時定数回路のコン
デンサが所定値まで充電されると、前記第２のオフ駆動
スイッチがオンし、前記第２のスイッチング素子の入力
側を短絡して、前記第２のスイッチング素子を遮断す
る。

【００２９】前記第１、第２のスイッチング素子は、こ
の繰り返しにより、自励的にオン、オフ駆動され、前記
入力巻線を両方向に駆動し、前記出力巻線と、前記駆動
巻線とに継続的に高周波電圧を誘起する。

【００３０】前記出力整流平滑回路は、前記出力巻線に
誘起された電圧を整流、平滑して出力するから、前記出
力整流平滑回路の出力端子に任意の直流出力電圧を発生
する。

【００３１】このように、上述の構成によれば、簡単な
回路で自励ハーフブリッジ方式スイッチング電源装置を
提供することができる。

【００３２】また、上述のスイッチング電源装置は、電
力変換用変圧器に休止期間がなく、効率の高いスイッチ
ング電源装置とすることができる。

【００３３】前記スイッチング電源装置は、出力安定化
回路を含む構成とすることができる。前記出力安定化回
路は、出力電圧検出回路と、時定数制御回路とを含み、
前記出力電圧検出回路は、前記出力整流平滑回路の出力
を検出し、前記時定数制御回路は、前記出力整流平滑回
路の出力に応じて、前記第１の時定数回路の時定数を制
御する構成とすれば、入力電圧の変動や、負荷の変動に
対しても安定した電圧を出力するスイッチング電源装置
とすることができる。

【００３４】前記出力電圧検出回路と、前記時定数制御
回路を、発光素子と受光素子とを含む光結合素子で構成
することができる。このようにすれば、入力側と出力側
との電気的な絶縁も確実に行え、簡単な回路で出力安定
化回路が構成できる。

【００３５】本発明は、更に、同期整流回路を備えたス
イッチング電源装置についても開示する。自励式スイッ
チング電源装置では、変圧器の休止期間を無くすことが
できるため、変圧器の出力巻線に発生する電圧を同期整
流素子の駆動電圧に用いても、損失の発生を抑制できる
利点がある。

【００３６】このため、簡単な回路構成で、損失の少な
い同期整流回路を備えたスイッチング電源装置を提供す
ることができる。

【００３７】本発明の他の目的、構成および利点につい
ては、添付図面を参照して、更に詳しく説明する。図面
は単なる例示に過ぎない。

【００３８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るスイッチン
グ電源装置の一実施例を示す電気回路図である。図示さ
れたスイッチング電源装置は、入力電圧分圧回路１と、
スイッチング回路２と、変圧器３と、第１の駆動回路４
１と、第２の駆動回路４２と、出力整流平滑回路５とを
含んでいる。

【００３９】Ｅは直流入力電圧源、Ｌは負荷である。直
流入力電圧源Ｅは、本発明の内部要素であっても、外部
要素であってもよく、バッテリや、その他の直流電圧
源、あるいは交流電圧を整流回路を介して直流に変換し
た電圧の何れでも利用できる。直流入力電圧源Ｅは、直
流入力端子Ｔｉに接続される。

【００４０】入力電圧分圧回路１は、少なくとも２個の
コンデンサ１１、１２の直列回路を含む。コンデンサ１
１、１２によるコンデンサ直列回路は、直流入力端子Ｔ
ｉを介して直流入力電圧源Ｅに接続され、コンデンサ１
１、１２の接続点に、直流入力電圧Ｖｉｎの分圧電圧を
出力する。

【００４１】スイッチング回路２は、交互にオン、オフ
する第１のスイッチング素子２１と第２のスイッチング
素子２２との直列回路を含み、コンデンサ１１、１２に
よるコンデンサ直列回路と並列に接続される。第１、第
２のスイッチング素子２１、２２は、供給された直流入
力電圧Ｖｉｎの分圧電圧を高周波でスイッチングできれ
ばよく、典型的にはバイポーラトランジスタや電界効果
トランジスタ等の半導体素子が用いられる。本実施例で
は電界効果トランジスタで構成される。

【００４２】電力変換用の変圧器３は、入力巻線３１
と、出力巻線３２と、第１の駆動巻線３３１と、第２の
駆動巻線３３２とを含んでいる。

【００４３】入力巻線３１は、コンデンサ１１、１２の
接続点と、第１のスイッチング素子２１及び第２のスイ
ッチング素子２２の接続点との間に接続され、第１のス
イッチング素子２１及び第２のスイッチング素子２２の
オン、オフによって両方向に駆動され、出力巻線３２と
第１の駆動巻線３３１と第２の駆動巻線３３２とに電圧
を誘起する。出力巻線３２はセンタータップを含んでい
る。

【００４４】第１の駆動巻線３３１は、第１のスイッチ
ング素子２１がオンとなったとき、第１の駆動巻線３３
１に誘起する電圧で、第１のスイッチング素子２１のゲ
ートＧ（制御電極）を正方向にバイアスするよう極性付
けられて、第１のスイッチング素子２１のゲートＧ、ソ
ースＳ間に接続される。

【００４５】第２の駆動巻線３３２は、第２のスイッチ
ング素子２２がオンとなったとき、第２の駆動巻線３３
２に誘起する電圧で、第２のスイッチング素子２２のゲ
ートＧ（制御電極）を正方向にバイアスするよう極性付
けられて、第２のスイッチング素子２２のゲートＧ、ソ
ースＳ間に接続される。

【００４６】第１の駆動回路４１は、抵抗Ｒ１とコンデ
ンサＣ１との直列回路を含む第１の時定数回路４１１
と、第１の時定数回路４１１に並列接続された第１のオ
フ駆動スイッチＱ１とを含んでいる。第１のオフ駆動ス
イッチＱ１はＮＰＮトランジスタで構成され、そのベー
スが抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との接続点に接続され
る。第１の駆動回路４１は、第１の駆動巻線３３１の両
端間に接続され、第１のスイッチング素子２１のオン期
間に、第１の時定数回路４１１のコンデンサＣ１を充電
する。第１の時定数回路４１１のコンデンサＣ１が、第
１のオフ駆動スイッチＱ１のＶＢＥまで充電されると、
第１のオフ駆動スイッチＱ１がオンし、第１のスイッチ
ング素子２１の入力側を短絡して、第１のスイッチング
素子２１をオフにする。

【００４７】第２の駆動回路４２は、抵抗Ｒ２とコンデ
ンサＣ２との直列回路を含む第２の時定数回路４２２
と、第１の時定数回路４２２に並列接続された第２のオ
フ駆動スイッチＱ２とを含んでいる。第２のオフ駆動ス
イッチＱ２はＮＰＮトランジスタで構成され、そのベー
スが抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との接続点に接続され
る。第２の駆動回路４２は、第２の駆動巻線３３２の両
端間に接続され、第２のスイッチング素子２２のオン期
間に、第２の時定数回路４２２のコンデンサＣ２を充電
する。第２の時定数回路４２２のコンデンサＣ２が、第
２のオフ駆動スイッチＱ２のＶＢＥまで充電されると、
第２のオフ駆動スイッチＱ２がオンし、第２のスイッチ
ング素子２２の入力側を短絡して、第２のスイッチング
素子２２をオフにする。

【００４８】直流入力端子Ｔｉと第１、第２のスイッチ
ング素子２１、２２のゲートＧ（制御電極）との間にそ
れぞれ接続された抵抗Ｒ０は起動用の抵抗である。

【００４９】出力整流平滑回路５は、出力巻線３２の両
端とセンタータップとの間に接続され、前記出力巻線に
誘起した電圧を整流、平滑して出力する。本実施例で
は、出力巻線３２の両端は、それぞれ整流ダイオード５
１、５２を介して接続され、その接続点がチョークコイ
ル５３と平滑コンデンサ５４とを介してセンタータップ
に接続される。平滑コンデンサ５４の両端は出力端子Ｔ
ｏに接続される。

【００５０】次に、図２を参照して図１に図示した実施
例のスイッチング電源装置の動作を説明する。図２は図
１に図示した実施例のスイッチング電源装置の各部の波
形図である。

【００５１】入力直流電圧Ｖｉｎが印加されると、入力
電圧分圧回路１は、２個のコンデンサ１１、１２の接続
点に、入力直流電圧Ｖｉｎの分圧電圧を出力する。同時
に、起動抵抗Ｒ０を介して第１、第２のスイッチング素
子２１、２２のゲートＧが付勢され、いずれか一方、例
えば、第１のスイッチング素子２１が時刻ｔ１でオンと
なる。入力巻線３１には、黒丸で示す極性マークの付さ
れた側を正極性とした入力直流電圧Ｖｉｎの分圧電圧が
印加され、図２（Ａ）に示す電圧Ｖｎｐが発生する。出
力巻線３２には図示しない誘起電圧が発生し、第１、第
２の駆動巻線３３１、３３２にはそれぞれ図２（Ｂ）、
（Ｃ）に示す誘起電圧Ｖｎｆｂ１、Ｖｎｆｂ２が発生す
る。

【００５２】第１の駆動巻線３３１の誘起電圧Ｖｎｆｂ
１は、コンデンサおよびバイアス抵抗を介して第１のス
イッチング素子２１のゲートＧを正方向にバイアスし、
第１のスイッチング素子２１を完全にオンにするととも
に、第１の時定数回路４１１のコンデンサＣ１を充電す
る。第１の時定数回路４１１のコンデンサＣ１は、図２
（Ｄ）に示すごとく、その時定数にしたがい上昇を開始
する。他方、第２の時定数回路４２２のコンデンサＣ２
は図２（Ｅ）に示すごとく放電を開始する。時刻ｔ２に
至り、第１の時定数回路４１１のコンデンサＣ１の電圧
ＶＣ１がオフ駆動スイッチＱ１のＶＢＥ（０．６Ｖ）ま
で充電されると、オフ駆動スイッチＱ１がオンとなっ
て、第１のスイッチング素子２１のゲート、ソース間を
短絡し、第１のスイッチング素子２１がオフとなる。

【００５３】第１のスイッチング素子２１がオフとなる
と変圧器３に逆方向電圧が発生する。この逆方向電圧
は、図２（Ｃ）に示すごとく第２の駆動巻線３３２にも
発生し、第２のスイッチング素子２２をオンにする。第
２のスイッチング素子２２がオンとなると、第２のスイ
ッチング素子２２を介して、直流入力電圧Ｖｉｎの分圧
電圧が時刻ｔ２以前とは逆方向に入力巻線３１に印加さ
れる。出力巻線３２にも、時刻ｔ２以前とは逆方向の誘
起電圧が発生し、第１、第２の駆動巻線３３１、３３２
にも、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すごとく、それぞれ時刻
ｔ２以前とは逆方向の誘起電圧Ｖｎｆｂ１、Ｖｎｆｂ２
が発生する。

【００５４】第２の駆動巻線３３２の誘起電圧Ｖｎｆｂ
２は、コンデンサおよびバイアス抵抗を介して第２のス
イッチング素子２２のゲートＧを正方向にバイアスし、
第２のスイッチング素子２２を完全にオンにするととも
に、第２の時定数回路４２２のコンデンサＣ２を充電す
る。第２の時定数回路４２２のコンデンサＣ２は、図２
（Ｅ）に示すごとく、その時定数にしたがい上昇を開始
する。他方、第１の時定数回路４１１のコンデンサＣ１
は図２（Ｄ）に示すごとく放電を開始する。時刻ｔ３に
至り、第２の時定数回路４２２のコンデンサＣ２の電圧
ＶＣ２がオフ駆動スイッチＱ２のＶＢＥ（０．６Ｖ）ま
で充電されると、オフ駆動スイッチＱ２がオンとなっ
て、第２のスイッチング素子２２のゲート、ソース間を
短絡し、第２のスイッチング素子２２がオフとなる。

【００５５】第１、第２のスイッチング素子２１、２２
は、この繰り返しにより自励的にオン、オフ駆動され、
入力巻線３１を両方向に駆動し、出力巻線３２に継続的
に高周波電圧を誘起する。

【００５６】第１のスイッチング素子２１のオン期間に
出力巻線３２に誘起された電圧は、整流ダイオード５１
を介して整流される。第２のスイッチング素子２２のオ
ン期間に出力巻線３２に誘起された電圧は、整流ダイオ
ード５２を介して整流される。整流された電圧は、チョ
ークコイル５３と平滑コンデンサ５４とで平滑され、出
力端子Ｔｏを介して負荷Ｌに供給される。

【００５７】出力整流平滑回路５は、出力巻線３１に誘
起された電圧を整流、平滑して出力するから、出力整流
平滑回路５の出力端子Ｔｏに任意の直流出力電圧を発生
する。

【００５８】このように、上述の構成によれば、簡単な
回路で自励ハーフブリッジ方式スイッチング電源装置を
構成することができる。また、上述のスイッチング電源
装置は、電力変換用の変圧器３に休止期間がないため、
効率の高いスイッチング電源装置とすることができる。

【００５９】本発明に係るスイッチング電源装置は出力
安定化回路を備えることができる。次に、出力安定化回
路を備えた本発明に係るスイッチング電源装置について
説明する。

【００６０】図３は、出力安定化回路を備えた本発明に
係るスイッチング電源装置の一実施例を示す電気回路図
である。図において、図１に現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。

【００６１】図示されたスイッチング電源装置は、入力
電圧分圧回路１と、スイッチング回路２と、変圧器３
と、第１の駆動回路４１と、第２の駆動回路４２と、出
力整流平滑回路５と、出力安定化回路６とを含んでい
る。図示されたスイッチング電源装置において、入力電
圧分圧回路１と、スイッチング回路２と、変圧器３と、
第１の駆動回路４１と、第２の駆動回路４２と、出力整
流平滑回路５とは図１に図示した実施例と同様に構成さ
れているため説明を省略する。以下、出力安定化回路６
について説明する。

【００６２】出力安定化回路６は、出力電圧検出回路６
１と、時定数制御回路６２とを含んでいる。出力電圧検
出回路６１は、出力端子Ｔｏ間に接続された抵抗分圧回
路６１１と、同じく出力端子Ｔｏ間に接続された抵抗６
１２とフォトダイオード６１３とシャントレギュレータ
６１４との直列回路を含んでいる。抵抗分圧回路６１１
の分圧点はシャントレギュレータ６１４の制御電極に接
続される。時定数制御回路６２は抵抗６２１とフォトト
ランジスタ６２２とを含んでいる。フォトトランジスタ
６２２はフォトダイオード６１３と光結合し、一方の電
極が抵抗６２１を介して直流入力ラインａに接続され、
他方の電極が、第１の時定数回路４１１の抵抗Ｒ１とコ
ンデンサＣ１との接続点に接続される。

【００６３】このように構成された出力安定化回路６に
おいて、出力端子Ｔｏの出力電圧が設定値より高いと、
シャントレギュレータ６１４のインピーダンスが低下
し、フォトダイオード６１３の発光量が増大する。この
ため、フォトトランジスタ６２２のインピーダンスが低
下し、第１の時定数回路４１１の時定数が小さくなり、
オフ駆動スイッチＱ１のオンタイミングが早くなる。こ
の結果、第１のスイッチング素子２１のオン期間が短く
なる方向に制御され、出力電圧が低くなる方向に制御さ
れる。

【００６４】他方、出力電圧が設定値より低い場合は、
シャントレギュレータ６１４のインピーダンスが高くな
り、フォトダイオード６１３の発光量が少なくなる。こ
のため、フォトトランジスタ６２２のインピーダンスが
高くなり、第１の時定数回路６１１の時定数が大きくな
って、オフ駆動スイッチＱ１のオンタイミングが遅くな
る。この結果、第１のスイッチング素子２２のオン期間
が長くなる方向に制御され、出力電圧が高くなる方向に
制御され出力電圧が安定化する。本実施例のスイッチン
グ電源装置は、スイッチング素子２のオン期間を制御し
て出力電圧を安定化する方式のため、特別な回路を付加
することなく、軽負荷時あるいは無負荷時の出力電圧の
はね上がりを防ぐことも可能となる。このため、本実施
例のスイッチング電源装置は負荷Ｌの変動および入力直
流電圧Ｖｉｎの変動に対しても出力電圧を安定に制御で
きる。

【００６５】次に、同期整流回路を備えた本発明に係る
スイッチング電源装置について説明する。

【００６６】図４は、同期整流回路を備えた本発明に係
るスイッチング電源装置の一実施例を示す電気回路図で
ある。図において、図１ないし図３に現れた構成部分と
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。

【００６７】図示されたスイッチング電源装置は、入力
電圧分圧回路１と、スイッチング回路２と、変圧器３
と、第１の駆動回路４１と、第２の駆動回路４２と、出
力整流平滑回路５と、出力安定化回路６とを含んでい
る。図示されたスイッチング電源装置において、入力電
圧分圧回路１と、スイッチング回路２と、変圧器３と、
第１の駆動回路４１と、第２の駆動回路４２と、出力安
定化回路６とは図３に図示した実施例と同様に構成され
ているため説明を省略する。以下、出力整流平滑回路５
について説明する。

【００６８】出力整流平滑回路５は、電界効果トランジ
スタで構成された同期整流素子５５、５６と、チョーク
コイル５３と、平滑コンデンサ５４とを含んで構成され
る。出力巻線３２の一端および他端が、それぞれ同期整
流素子５５、５６を介して接続され、その接続点と出力
巻線３２のセンタータップとの間に、チョークコイル５
３と、平滑コンデンサ５４とが接続される。出力巻線３
２の一端に接続された同期整流素子５５はその制御電極
が、出力巻線の他端に接続される。出力巻線３２の他端
に接続された同期整流素子５６はその制御電極が、出力
巻線３２の一端に接続される。

【００６９】次に、図５を参照して図４に図示した本実
施例のスイッチング電源装置の動作を説明する。図５は
図４に図示した本実施例のスイッチング電源装置の各部
の波形図である。

【００７０】本実施例のスイッチング電源装置におい
て、入力電圧分圧回路１と、スイッチング回路２と、変
圧器３と、第１の駆動回路４１と、第２の駆動回路４２
と、出力安定化回路６とは、図３に図示した実施例と略
同様に動作する。

【００７１】入力直流電圧Ｖｉｎが印加されると、入力
電圧分圧回路１は、２個のコンデンサ１１、１２の接続
点に、入力直流電圧Ｖｉｎの分圧電圧を出力する。同時
に、起動抵抗Ｒ０を介して第１、第２のスイッチング素
子２１、２２のゲートＧが付勢され、いずれか一方、例
えば、第１のスイッチング素子２１が時刻ｔ１でオンと
なる。入力巻線３１には、黒丸で示す極性マークの付さ
れた側を正極性とした入力直流電圧Ｖｉｎの分圧電圧が
印加され、図５（Ａ）に示す電圧Ｖｎｐが発生する。出
力巻線３２には図示しない誘起電圧が発生し、第１、第
２の駆動巻線３３１、３３２にはそれぞれ図５（Ｂ）、
（Ｃ）に示す誘起電圧Ｖｎｆｂ１、Ｖｎｆｂ２が発生す
る。

【００７２】第１の駆動巻線３３１の誘起電圧Ｖｎｆｂ
１は、コンデンサおよびバイアス抵抗を介して第１のス
イッチング素子２１のゲートＧを正方向にバイアスし、
第１のスイッチング素子２１を完全にオンにするととも
に、第１の時定数回路４１１のコンデンサＣ１を充電す
る。第１の時定数回路４１１のコンデンサＣ１は、図５
（Ｄ）に示すごとく、その時定数にしたがい上昇を開始
する。他方、第２の時定数回路４２２のコンデンサＣ２
は図５（Ｅ）に示すごとく放電を開始する。時刻ｔ２に
至り、第１の時定数回路４１１のコンデンサＣ１の電圧
ＶＣ１がオフ駆動スイッチＱ１のＶＢＥ（０．６Ｖ）ま
で充電されると、オフ駆動スイッチＱ１がオンとなっ
て、第１のスイッチング素子２１のゲート、ソース間を
短絡し、第１のスイッチング素子２１がオフとなる。

【００７３】第１のスイッチング素子２１がオフとなる
と変圧器３に逆方向電圧が発生する。この逆方向電圧
は、図５（Ｃ）に示すごとく第２の駆動巻線３３２にも
発生し、第２のスイッチング素子２２をオンにする。第
２のスイッチング素子２２がオンとなると、第２のスイ
ッチング素子２２を介して、直流入力電圧Ｖｉｎの分圧
電圧が時刻ｔ２以前とは逆方向に入力巻線３１に印加さ
れ、出力巻線３２および図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すごと
く第１、第２の駆動巻線３３１、３３２に、それぞれ時
刻ｔ２以前とは逆方向の誘起電圧Ｖｎｆｂ１、Ｖｎｆｂ
２を発生させる。

【００７４】第２の駆動巻線３３２の誘起電圧Ｖｎｆｂ
２は、コンデンサおよびバイアス抵抗を介して第２のス
イッチング素子２２のゲートＧを正方向にバイアスし、
第２のスイッチング素子２２を完全にオンにするととも
に、第２の時定数回路４２２のコンデンサＣ２を充電す
る。第２の時定数回路４２２のコンデンサＣ２は、図５
（Ｅ）に示すごとく、その時定数にしたがい上昇を開始
する。他方、第１の時定数回路４１１のコンデンサＣ１
は、図５（Ｄ）に示すごとく放電を開始する。時刻ｔ３
に至り、第２の時定数回路４２２のコンデンサＣ２の電
圧ＶＣ２がオフ駆動スイッチＱ２のＶＢＥ（０．６Ｖ）
まで充電されると、オフ駆動スイッチＱ２がオンとなっ
て、第２のスイッチング素子２２のゲート、ソース間を
短絡し、第２のスイッチング素子２２がオフとなる。

【００７５】第１、第２のスイッチング素子２１、２２
は、この繰り返しにより自励的にオン、オフ駆動され、
入力巻線３１を両方向に駆動し、出力巻線３２に継続的
に高周波電圧を誘起する。

【００７６】第１のスイッチング素子２１のオン期間の
時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に出力巻線３２に誘起された
電圧は、図５（Ｆ）に示すごとく、同期整流素子５５の
ゲートを正方向にバイアスし、同期整流素子５５をオン
にする。このため、出力電流は、チョークコイル５３、
平滑コンデンサ５４および負荷Ｌ、同期整流素子５５を
介して流れる。第２のスイッチング素子２２のオン期間
の時刻ｔ２から時刻ｔ３の間に出力巻線３２に誘起され
た電圧は、図５（Ｇ）に示すごとく、同期整流素子５６
のゲートを正方向にバイアスし、同期整流素子５６をオ
ンにする。このため、出力電流は、チョークコイル５
３、平滑コンデンサ５４および負荷Ｌ、同期整流素子５
６を介して流れ、整流、平滑された直流電圧が負荷Ｌに
供給される。

【００７７】このように、本実施例のスイッチング電源
装置は、第１のスイッチング素子２１がオフすると同時
に第２のスイッチング素子２２がオンし、第２のスイッ
チング素子２２がオフすると同時に第１のスイッチング
素子２１がオンするため、変圧器３に休止期間が発生し
ない。また、その間、同期整流素子５５、５６のオン、
オフが交互に継続して行われるため、同期整流素子５
５、５６の内臓ダイオードを介して流れる電流を低減で
きるので、同期整流回路の損失を低く抑えることができ
る。

【００７８】本実施例のスイッチング電源装置の出力安
定化回路６は、図３に図示した実施例と同様、第１のス
イッチング素子２１のオン期間を制御して出力電圧を安
定化する方式である。このため、特別な回路を付加する
ことなく、軽負荷時あるいは無負荷時の出力電圧のはね
上がりを防ぐことも可能となる。このため、本実施例の
スイッチング電源装置は負荷Ｌの変動および入力直流電
圧Ｖｉｎの変動に対しても出力電圧を安定に制御でき
る。

【００７９】以上、好ましい実施例を参照して本発明の
内容を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定される
ものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想お
よび教示にもとづき、種々の変形例を想到できることは
自明である。

【００８０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば次の
ような効果を得ることができる。（Ａ）簡単な回路で構成できる自励ハーフブリッジ方式
スイッチング電源装置を提供することができる。（Ｂ）電力変換用変圧器に休止期間がなく、効率の高い
自励ハーフブリッジ方式スイッチング電源装置を提供す
ることができる。（Ｃ）簡単な回路構成で、損失の少ない同期整流回路を
備えた自励ハーフブリッジ方式スイッチング電源装置を
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装置の一実施例
を示す電気回路図である。

【図２】図１に図示した本実施例のスイッチング電源装
置の各部の波形図である。

【図３】出力安定化回路を備えた本発明に係るスイッチ
ング電源装置の一実施例を示す電気回路図である。

【図４】同期整流回路を備えた本発明に係るスイッチン
グ電源装置の一実施例を示す電気回路図である。

【図５】図４に図示した本実施例のスイッチング電源装
置の各部の波形図である。

【符号の説明】

１入力電圧分圧回路２スイッチング回路２１、２２スイッチング素子３変圧器３１入力巻線３２出力巻線３３１第１の駆動巻線３３２第２の駆動巻線４１第１の駆動回路４１１第１の時定数回路４２第２の駆動回路４２２第２の時定数回路５出力整流平滑回路６出力安定化回路６１出力電圧検出回路６２時定数制御回路Ｃ１、Ｃ２コンデンサＲ１、Ｒ２抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力電圧分圧回路と、スイッチング回路
と、変圧器と、第１の駆動回路と、第２の駆動回路と、
出力整流平滑回路とを含むスイッチング電源装置であっ
て、前記入力電圧分圧回路は、少なくとも２個のコンデンサ
を直列に接続したコンデンサ直列回路を含み、前記コン
デンサ直列回路のコンデンサ接続点に、直流入力電圧の
分圧電圧を出力し、前記スイッチング回路は、第１及び第２のスイッチング
素子を直列に接続した回路を含み、前記コンデンサ直列
回路と並列に接続され、前記第１及び第２のスイッチン
グ素子は交互にオン、オフし、前記変圧器は、入力巻線と、出力巻線と、第１の駆動巻
線と、第２の駆動巻線とを含み、前記入力巻線は、前記コンデンサ接続点と、前記第１の
スイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子の接
続点との間に接続され、前記第１及び前記第２のスイッ
チング素子のオン、オフによって両方向に駆動され、前
記出力巻線、前記第１の駆動巻線及び前記第２の駆動巻
線に電圧を誘起し、前記出力巻線はセンタータップを含み、前記第１の駆動巻線は、前記第１のスイッチング素子が
オンとなったとき、前記第１の駆動巻線に誘起する電圧
で、前記第１のスイッチング素子の制御電極を導通方向
にバイアスし、前記第２の駆動巻線は、前記第２のスイッチング素子が
オンとなったとき、前記第２の駆動巻線に誘起する電圧
で、前記第２のスイッチング素子の制御電極を導通方向
にバイアスし、前記第１の駆動回路は、抵抗とコンデンサとの直列回路
を含む第１の時定数回路と、前記第１の時定数回路に並
列接続された第１のオフ駆動スイッチとを含み、前記第
１の駆動巻線の両端間に接続され、前記第１のスイッチ
ング素子のオン期間に、前記第１の時定数回路のコンデ
ンサを充電し、前記第１の時定数回路のコンデンサが所
定値まで充電されたときに前記第１のオフ駆動スイッチ
をオンし、前記第１のスイッチング素子の入力側を短絡
して、前記第１のスイッチング素子を遮断し、前記第２の駆動回路は、抵抗とコンデンサとの直列回路
を含む第２の時定数回路と、前記第２の時定数回路に並
列接続された第２のオフ駆動スイッチとを含み、前記第
２の駆動巻線の両端間に接続され、前記第２のスイッチ
ング素子のオン期間に、前記第２の時定数回路のコンデ
ンサを充電し、前記第２の時定数回路のコンデンサが所
定値まで充電されたときに前記第２のオフ駆動スイッチ
をオンし、前記第２のスイッチング素子の入力側を短絡
して、前記第２のスイッチング素子を遮断し、前記出力整流平滑回路は、前記出力巻線の両端と、セン
タータップとの間に接続され、前記出力巻線に誘起した
電圧を整流し、平滑して出力するスイッチング電源装
置。
【請求項２】請求項１に記載されたスイッチング電源
装置であって、出力安定化回路を含み、前記出力安定化回路は、出力電圧検出回路と、時定数制
御回路とを含み、前記出力電圧検出回路は、前記出力整流平滑回路の出力
を検出し、前記時定数制御回路は、前記出力整流平滑回路の出力に
応じて、前記第１の時定数回路の時定数を制御するスイ
ッチング電源装置。
【請求項３】請求項２に記載されたスイッチング電源
装置であって、前記出力電圧検出回路は、出力電圧によって制御される
発光素子を含み、前記時定数制御回路は、前記発光素子に光結合され、イ
ンピーダンスを制御される受光素子を含むスイッチング
電源装置
【請求項４】請求項１ないし３の何れかに記載された
スイッチング電源装置であって、前記出力整流平滑回路は、電界効果トランジスタで構成
された同期整流素子と、チョークコイルと、平滑コンデ
ンサとを含み、前記出力巻線の一端および他端が、それぞれ前記同期整
流素子を介して接続され、その接続点と、前記出力巻線
のセンタータップとの間に、前記チョークコイルと、前
記平滑コンデンサとが接続され、前記出力巻線の一端に接続された前記同期整流素子の制
御電極が、前記出力巻線の他端に接続され、前記出力巻線の他端に接続された前記同期整流素子の制
御電極が、前記出力巻線の一端に接続されているスイッ
チング電源装置。