JP2002136122A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な回路構成で直流出力電圧の安定化制御が
可能な自励式スイッチング電源装置を提供する。 【解決手段】第１の駆動回路３１はスイッチング素子２
のオン期間に駆動巻線１３に誘起される電圧で、スイッ
チング素子２を導通方向にバイアスし、第１の時定数回
路３１１のコンデンサＣ１が所定値まで充電されたとき
にオフ駆動スイッチ３１２をオンし、スイッチング素子
２を遮断する。第２の駆動回路３２はスイッチング素子
２のオフ期間に第２の時定数回路３２２のコンデンサＣ
２が所定値まで放電されたときにオン駆動スイッチ３２
３をオンし、スイッチング素子２を導通する。出力電圧
検出回路５１は出力整流平滑回路４の出力を検出する。
時定数制御回路５２は出力整流平滑回路の出力に応じて
第１の時定数回路３１１の時定数を制御する。

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、フォワード方式スイッチング電源装置または直流重
畳型フライバック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。他励方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
にしてある。

【０００４】しかしながら、上述した従来技術では、ス
イッチング素子のオフ期間を制御して直流出力電圧を安
定化する方式のため、無負荷時また無負荷に近い軽負荷
時に、直流出力電圧がはね上がるという本質的な問題を
含んでいる。このため、これを防止する回路を付加する
必要があり、回路構成が複雑になるという問題があっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、簡単
な回路構成で直流出力電圧の安定化制御が可能な自励フ
ォワード方式スイッチング電源装置を提供することであ
る。

【０００６】本発明のもう一つの課題は、簡単な回路構
成で直流出力電圧の安定化制御が可能な自励直流重畳型
フライバック方式スイッチング電源装置を提供すること
である。

【０００７】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スイッチ
ング電源装置を提供することである。

【０００８】

【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、変圧器
と、スイッチング素子と、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、出力安定化回路とを含
む。

【０００９】前記変圧器は、入力巻線と、出力巻線と、
駆動巻線とを含む。

【００１０】前記スイッチング素子は、前記入力巻線の
一端に接続され、前記入力巻線を通して供給される直流
電圧をスイッチングして、前記出力巻線と、前記駆動巻
線とに電圧を誘起する。

【００１１】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オフ駆動スイッチとを含み、
前記駆動巻線の両端間に接続され、前記スイッチング素
子のオン期間に、前記駆動巻線に誘起される電圧で、前
記スイッチング素子の制御電極を導通方向にバイアスす
るとともに、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オフ駆動スイッチをオンし、前記ス
イッチング素子の入力側を短絡して、前記スイッチング
素子を遮断する。

【００１２】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、前記スイッチ
ング素子の制御電極に接続されたオン駆動スイッチとを
含み、前記第２の時定数回路が、前記駆動巻線の両端間
に接続され、前記スイッチング素子のオン期間に、前記
駆動巻線に誘起される電圧で、前記第２の時定数回路の
コンデンサを充電し、前記スイッチング素子のオフ期間
に、前記第２の時定数回路のコンデンサが所定値まで放
電されたときに前記オン駆動スイッチをオンし、前記ス
イッチング素子の制御電極を付勢して、前記スイッチン
グ素子を導通する。

【００１３】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。

【００１４】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む。

【００１５】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する。

【００１６】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。

【００１７】上述したスイッチング電源装置において、
前記駆動巻線の両端間には、前記第１の駆動回路が接続
されているから、前記スイッチング素子のオン期間に、
前記駆動巻線に誘起された電圧は、前記スイッチング素
子の制御電極を導通方向にバイアスするとともに、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
記オフ駆動スイッチをオンし、前記スイッチング素子の
入力側を短絡して、前記スイッチング素子を遮断する。

【００１８】前記駆動巻線の両端間には、また、前記第
２の時定数回路が接続されているから、前記スイッチン
グ素子のオン期間に、前記駆動巻線に誘起される電圧
で、前記第２の時定数回路のコンデンサを充電し、前記
スイッチング素子のオフ期間に、前記第２の時定数回路
のコンデンサが所定値まで放電されたときに前記オン駆
動スイッチをオンし、前記スイッチング素子の制御電極
を付勢して、前記スイッチング素子を導通する。

【００１９】前記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、前記入力巻線を通
して供給される直流電圧をスイッチングして、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。

【００２０】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。

【００２１】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む。

【００２２】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する。

【００２３】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。

【００２４】このため、前記直流出力電圧が設定値より
高いときは、前記第１の時定数回路の時定数を小さく制
御して、前記スイッチング素子のオン期間を短くし、前
記直流出力電圧が設定値より低いときは、前記第１の時
定数回路の時定数を大きく制御して、前記スイッチング
素子のオン期間を長くすることにより、前記直流出力電
圧を設定値に安定化することができる。

【００２５】上述のスイッチング電源装置は、フォワー
ド方式スイッチング電源装置でも、直流重畳型フライバ
ック方式スイッチング電源装置でも適用が可能である。

【００２６】したがって、上述の構成によれば、簡単な
回路構成で直流出力電圧の安定化制御が可能な自励フォ
ワード方式スイッチング電源装置または、自励直流重畳
型フライバック方式スイッチング電源装置を提供するこ
とができる。

【００２７】前記駆動巻線は、第１の駆動巻線と、第２
の駆動巻線とを含む構成とすることができる。前記第１
の駆動回路を、前記第１の駆動巻線間に接続し、前記第
２の時定数回路を、前記第２の駆動巻線間に接続すれ
ば、スイッチング素子のオン／オフがより適切に制御可
能となり、また、設計の自由度が高まり、安定度の高い
スイッチング電源装置とすることができる。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】

【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って、フォ
ワード方式スイッチング電源装置の例を示している。

【００３３】図示されたスイッチング電源装置は、電力
変換用の変圧器１と、スイッチング素子２と、第１の駆
動回路３１と、第２の駆動回路３２と、出力整流平滑回
路４と、出力安定化回路５とを含んでいる。Ｅは直流電
圧源、Ｌは負荷である。直流電圧源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
流電圧源Ｅは、直流入力端子Ｔｉに接続される。

【００３４】電力変換用の変圧器１は、入力巻線１１
と、出力巻線１２と、駆動巻線１３とを含んでいる。

【００３５】スイッチング素子２は、変圧器１の入力巻
線１１の一端に接続され、入力巻線１１を介して、直流
入力端子Ｔｉに接続され、入力巻線１１を通して供給さ
れる直流電圧Ｖｉｎをスイッチングして、出力巻線１２
と、駆動巻線１３とに電圧を誘起させる。スイッチング
素子２は、供給された直流電圧Ｖｉｎ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。

【００３６】第１の駆動回路３１は、第１の時定数回路
３１１と、オフ駆動スイッチ３１２とを含んでいる。第
１の時定数回路３１１は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１と
の直列回路を含む。オフ駆動スイッチ３１２は第１の時
定数回路３１１に並列接続されている。オフ駆動スイッ
チ３１２はＮＰＮトランジスタで構成され、その主電極
がスイッチング素子２のゲート・ソース間に接続され、
制御電極が抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との接続点に接続
される。

【００３７】第１の駆動回路３１は、変圧器１の駆動巻
線１３の両端間に接続され、スイッチング素子２のオン
期間に、駆動巻線１３に誘起される電圧で、スイッチン
グ素子２の制御電極（ゲート）を正方向にバイアスす
る。また、第１の駆動回路３１は、第１の時定数回路３
１１のコンデンサＣ１を充電し、第１の時定数回路３１
１のコンデンサＣ１の電圧がオフ駆動スイッチ３１２の
ＶＢＥ（０．６Ｖ）まで充電されたときにオフ駆動スイ
ッチ３１２をオンし、スイッチング素子２の入力側を短
絡して、スイッチング素子２をオフ駆動する。

【００３８】第２の駆動回路３２は、第２の時定数回路
３２２と、オン駆動スイッチ３２３とを含んでいる。第
２の時定数回路３２２は抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との
直列回路を含む。オン駆動スイッチ３２３はＰＮＰトラ
ンジスタで構成され、その主電極が直流入力ラインａと
スイッチング素子２の制御電極（ゲート）間に接続さ
れ、制御電極が抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との接続点に
接続される。

【００３９】第２の時定数回路３２２は、駆動巻線１３
の両端間に接続され、スイッチング素子２のオン期間
に、駆動巻線１３に誘起される電圧で、第２の時定数回
路３２２のコンデンサＣ２を充電する。第２の時定数回
路３２２は、また、スイッチング素子２のオフ期間に、
第２の時定数回路３２２のコンデンサＣ２の電圧がオン
駆動スイッチ３２３のＶＢＥ以下まで放電されたときに
オン駆動スイッチ３２３をオンし、スイッチング素子２
の制御電極（ゲート）を付勢して、スイッチング素子２
をオン駆動する。

【００４０】出力整流平滑回路４は、フォワード方向整
流ダイオード４１及びフライホイール方向整流ダイオー
ド４２を含む整流回路と、チョークコイル４３及び平滑
コンデンサ４４を含む平滑回路とを有する。フォワード
方向整流ダイオード４１とフライホイール方向整流ダイ
オード４２とは直列に接続される。直列に接続された整
流ダイオード４１、４２は、スイッチング素子２のオン
期間に、出力巻線１２に誘起される電圧で、フォワード
方向整流ダイオード４１が導通するよう方向付けられ、
出力巻線１２の端子間に接続される。チョークコイル４
３及び平滑コンデンサ４４は、互いに直列に接続され、
その直列回路が、フライホイール方向整流ダイオード４
２と並列に接続され、平滑コンデンサ４４の両端が出力
端子Ｔ０１、Ｔ０２に接続される。

【００４１】出力安定化回路５は、出力電圧検出回路５
１と、時定数制御回路５２とを含んでいる。出力電圧検
出回路５１は、出力端子Ｔ０１、Ｔ０２の間に接続され
た抵抗分圧回路５１１、及び、同じく出力端子Ｔ０１、
Ｔ０２の間に接続された抵抗５１２と、フォトダイオー
ド５１３と、シャントレギュレータ５１４との直列回路
を含んでいる。抵抗分圧回路５１１の分圧点はシャント
レギュレータ５１４の制御電極に接続される。時定数制
御回路５２は抵抗５２１とフォトトランジスタ５２２と
を含んでいる。フォトトランジスタ５２２はフォトダイ
オード５１３と光結合し、一方の電極が抵抗５２１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３１１の抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との接
続点に接続される。

【００４２】次に、図２を参照して本実施例のスイッチ
ング電源装置の動作を説明する。図２は図１に図示した
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。

【００４３】入力直流電圧Ｖｉｎが印加されると、起動
抵抗Ｒ０を介してスイッチング素子２のゲート電極が付
勢され、時刻ｔ１でスイッチング素子２がオンとなり、
変圧器１の入力巻線１１を介して、図２（Ａ）に示すド
レイン電流Ｉｄｓが流れ、図２（Ｂ）に示すドレイン電
圧Ｖｄｓが発生する。ドレイン電流Ｉｄｓは、変圧器１
の出力巻線１２に電圧を誘起させるとともに、駆動巻線
１３に図２（Ｃ）に示す電圧Ｖｎｆｂを誘起させる。駆
動巻線１３に誘起した電圧Ｖｎｆｂは、コンデンサおよ
びバイアス抵抗を介してスイッチング素子２のゲート電
極に印加され、スイッチング素子２を完全にオンにする
とともに、第１、第２の時定数回路３１１、３２２のコ
ンデンサＣ１、Ｃ２を充電する。

【００４４】第１、第２の時定数回路３１１、３２２の
コンデンサＣ１、Ｃ２は、図２（Ｄ）、（Ｅ）に示すご
とく、それぞれの時定数に従って、上昇を開始する。時
刻ｔ２に至り、第１の時定数回路３１１のコンデンサＣ
１の電圧がオフ駆動スイッチ３１２のＶＢＥ（０．６
Ｖ）まで充電されると、オフ駆動スイッチ３１２がオン
となって、スイッチング素子２のゲート・ソース間を短
絡し、スイッチング素子２がオフとなる。スイッチング
素子２がオフとなると、駆動巻線１３の電圧Ｖｎｆｂが
反転し、第１、第２の時定数回路３１１、３２２のコン
デンサＣ１、Ｃ２は、図２（Ｄ）、（Ｅ）に示すごと
く、それぞれの時定数に従って、放電を開始する。時刻
ｔ３に至り、第２の時定数回路３２２のコンデンサＣ２
の電圧がオン駆動スイッチ３２３のＶＢＥ以下まで放電
されると、オン駆動スイッチ３２３がオンとなって、ス
イッチング素子２のゲートを付勢し、スイッチング素子
２がオンとなる。以降これらの繰り返しで発振が継続す
る。

【００４５】スイッチング素子２のオン期間に出力巻線
１２に誘起する電圧は、フォワード方向整流ダイオード
４１とチョークコイル４３と平滑コンデンサ４４とを介
してフォワード電流を流し、チョークコイル４３にエネ
ルギーを蓄えるとともに負荷Ｌに電力を供給する。チョ
ークコイル４３に蓄えられたエネルギーは、スイッチン
グ素子２のオフ期間にフライホイール方向整流ダイオー
ド４２を介してフライホイール電流として放出され負荷
Ｌに供給される。

【００４６】次に、出力電圧の安定化作用について説明
する。出力安定化回路５は、出力電圧検出回路５１と、
時定数制御回路５２とを含んでいる。出力電圧検出回路
５１は、出力端子Ｔ０１、Ｔ０２間に接続された抵抗分
圧回路５１１、及び、同じく出力端子Ｔ０１、Ｔ０２の
間に接続された抵抗５１２と、フォトダイオード５１３
と、シャントレギュレータ５１４との直列回路を含んで
いる。抵抗分圧回路５１１の分圧点はシャントレギュレ
ータ５１４の制御電極に接続される。時定数制御回路５
２は抵抗５２１とフォトトランジスタ５２２とを含んで
いる。フォトトランジスタ５２２はフォトダイオード５
１３と光結合し、一方の電極が抵抗５２１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３１１の抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の接続点に接続
される。

【００４７】このように構成された出力安定化回路５に
おいて、出力電圧が設定値より高いと、シャントレギュ
レータ５１４のインピーダンスが低下し、フォトダイオ
ード５１３の発光量が増大する。このため、フォトトラ
ンジスタ５２２のインピーダンスが低下し、第１の時定
数回路３１１の時定数が小さくなり、オフ駆動スイッチ
３１２のオンタイミングが早くなる。この結果、スイッ
チング素子２のオン期間が短くなる方向に制御され、出
力電圧が低くなるように制御される。

【００４８】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５１４のインピーダンスが高くな
り、フォトダイオード５１３の発光量が小さくなる。こ
のため、フォトトランジスタ５２２のインピーダンスが
高くなり、第１の時定数回路３１１の時定数が大きくな
って、オフ駆動スイッチ３１２のオンタイミングが遅く
なる。この結果、スイッチング素子２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ように制御さ
れ出力電圧が安定化する。本発明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跳ね上が
りを防ぐことも可能となる。

【００４９】図３は、本発明に係るスイッチング電源装
置の別の実施例を示す電気回路図であって、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した例を
示している。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。
図示されたスイッチング電源装置は、電力変換用の変圧
器１と、スイッチング素子２と、第１の駆動回路３１
と、第２の駆動回路３２と、出力整流平滑回路４と、出
力安定化回路５とを含んでいる。

【００５０】電力変換用の変圧器１は、図１に図示した
実施例と同様に入力巻線１１と、出力巻線１２と、駆動
巻線１３とを含んでいるが、スイッチング素子２のオン
期間に励磁エネルギーを蓄え、オフ期間にエネルギーを
放出するに適した構成となっている。

【００５１】スイッチング素子２と、第１の駆動回路３
１と、第２の駆動回路３２と、出力安定化回路５は、図
１に図示した実施例と略同様の構成であり、説明を省略
する。

【００５２】出力整流平滑回路４は、整流ダイオード４
５と平滑コンデンサ４３とを含み、出力巻線１２と出力
端子Ｔ０１、Ｔ０２との間に接続される。整流ダイオー
ド４５は、スイッチング素子２のオン期間に出力巻線１
２に誘起する電圧を遮断してオフ期間に発生するフライ
バック電圧を整流するよう方向付けられて出力巻線１２
に接続される。平滑コンデンサ４３はフライバック電圧
を平滑して負荷に電力を供給する。

【００５３】次に、図４を参照して本実施例のスイッチ
ング電源装置の動作を説明する。図４は図３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。

【００５４】入力直流電圧Ｖｉｎが印加されると、起動
抵抗Ｒ０を介してスイッチング素子２のゲート電極が付
勢され、時刻ｔ１でスイッチング素子２がオンとなり、
変圧器１の入力巻線１１を介して図４（Ａ）に示すドレ
イン電流Ｉｄｓが流れ、図４（Ｂ）に示すドレイン電圧
Ｖｄｓが発生する。ドレイン電流Ｉｄｓは、変圧器１の
出力巻線１２に電圧を誘起するとともに、駆動巻線１３
に図４（Ｃ）に示す電圧Ｖｎｆｂを誘起する。駆動巻線
１３に誘起した電圧Ｖｎｆｂは、コンデンサおよびバイ
アス抵抗を介してスイッチング素子２のゲート電極に印
加され、スイッチング素子２を完全にオンにするととも
に、第１、第２の時定数回路３１１、３２２のコンデン
サＣ１、Ｃ２を充電する。第１、第２の時定数回路３１
１、３２２のコンデンサＣ１、Ｃ２は、図２（Ｄ）、
（Ｅ）に示すごとく、それぞれの時定数にしたがい上昇
を開始する。この間、出力巻線１２に誘起した電圧は、
図示した極性マークの通りであり、整流ダイオード４５
により遮断され、負荷側に供給されず、励磁エネルギー
として変圧器１に蓄積される。

【００５５】時刻ｔ２に至り、第１の時定数回路３１１
のコンデンサＣ１の電圧がオフ駆動スイッチ３１２のＶ
ＢＥ（０．６Ｖ）まで充電されると、オフ駆動スイッチ
３１２がオンとなって、スイッチング素子２のゲート・
ソース間を短絡し、スイッチング素子２がオフとなる。
スイッチング素子２がオフとなると、出力巻線１２にフ
ライバック電圧が発生し、整流ダイオード４５を介して
フライバックエネルギーの放出が開始され、同時に、駆
動巻線１３の電圧Ｖｎｆｂが反転し、第１、第２の時定
数回路３１１、３２２のコンデンサＣ１、Ｃ２は、図４
（Ｄ）、（Ｅ）に示すごとく、それぞれの時定数にした
がい放電を開始する。時刻ｔ３に至り、第２の時定数回
路３２２のコンデンサＣ２の電圧がオン駆動スイッチ３
２３のＶＢＥ以下まで放電されると、オン駆動スイッチ
３２３がオンとなって、スイッチング素子２のゲートを
付勢し、スイッチング素子２がオンとなる。以降これら
の繰り返しで発振が継続する。

【００５６】スイッチング素子２がオンとなるタイミン
グは、第２の時定数回路３２２の時定数を設定すること
により、フライバックエネルギーの放出完了以前とする
ことができる。このように構成したスイッチング電源装
置は、電力変換用変圧器１に常時電流が流せる直流重畳
型となり、自励フライバックコンバータとして従来から
多用されているリンギングチョークコンバータと比較
し、変圧器１やスイッチング素子２の利用効率が高く、
大電流化できる利点がある。

【００５７】本実施例のスイッチング電源装置の出力安
定化回路５は、図１に図示した実施例と同様スイッチン
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。

【００５８】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。図５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って、フォワード方式ス
イッチング電源装置に適用した例を示している。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。

【００５９】図示されたスイッチング電源装置は、電力
変換用の変圧器１と、スイッチング素子２と、第１の駆
動回路３１と、第２の駆動回路３２と、同期整流型の出
力整流平滑回路４と、出力安定化回路５とを含んでい
る。

【００６０】電力変換用の変圧器１と、スイッチング素
子２と、第１の駆動回路３１と、第２の駆動回路３２
と、出力安定化回路５とは、図１に図示した実施例と略
同様の構成であり、説明を省略する。

【００６１】出力整流平滑回路４は、電界効果トランジ
スタで構成されたフォワード方向同期整流素子４６とフ
ライホイール方向同期整流素子４７とを含む同期整流回
路と、チョークコイル４３と平滑コンデンサ４４とを含
む平滑回路とを含んで構成される。フォワード方向同期
整流素子４６とフライホイール方向同期整流素子４７
は、それぞれドレイン・ソース電極を介して直列に接続
され、出力巻線１２間に接続される。

【００６２】フォワード方向同期整流素子４６はスイッ
チング素子２のオン期間に出力巻線１２に誘起する電圧
で導通するよう、そのゲート電極が抵抗を介して出力巻
線１２の一端に接続される。

【００６３】フライホイール方向同期整流素子４７は、
スイッチング素子２のオフ期間に出力巻線１２に誘起す
る電圧で導通するよう、そのゲート電極が抵抗を介して
出力巻線１２の他端に接続される。

【００６４】チョークコイル４３と平滑コンデンサ４４
とは直列に接続され、その直列回路が、フライホイール
方向同期整流素子４７と並列に接続され、平滑コンデン
サ４４の両端が出力端子Ｔ０１、Ｔ０２に接続される。

【００６５】次に、図６を参照して本実施例のスイッチ
ング電源装置の動作を説明する。図６は図５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。本実施例のスイッチング電源装置において、電力変
換用の変圧器１と、スイッチング素子２と、第１の駆動
回路３１と、第２の駆動回路３２と、出力安定化回路５
とは、図１に図示した実施例と略同様に動作する。

【００６６】入力直流電圧Ｖｉｎが印可されると、起動
抵抗Ｒ０を介してスイッチング素子２のゲート電極が付
勢され、時刻ｔ１でスイッチング素子２がオンとなり、
変圧器１の入力巻線１１を介して図６（Ａ）に示すドレ
イン電流Ｉｄｓが流れ、図６（Ｂ）に示すドレイン電圧
Ｖｄｓが発生する。ドレイン電流Ｉｄｓは、変圧器１の
出力巻線１２に電圧を誘起し、フォワード方向同期整流
素子４６とフライホイール方向同期整流素子４７に、そ
れぞれ図６（Ｃ）、（Ｄ）に示す正・負のゲート電圧を
印加する。このため、時刻ｔ１から時刻ｔ２のスイッチ
ング素子２のオン期間では、フライホイール方向同期整
流素子４７がオフとなり、フォワード方向同期整流素子
４６がオンとなって、チョークコイル４３及び平滑コン
デンサ４４を介してフォワード電流が流れ、チョークコ
イル４３にエネルギーを蓄えるとともに負荷Ｌに電力を
供給する。

【００６７】時刻ｔ２に至って、第１の駆動回路３１に
よりスイッチング素子２がオフとなると、出力巻線１２
の電圧が反転する。このため、フォワード方向同期整流
素子４６とフライホイール方向同期整流素子４７のゲー
ト電圧が、それぞれ図６（Ｃ）、（Ｄ）に示す如く反転
し、フォワード方向同期整流素子４６とフライホイール
方向同期整流素子４７のオン／オフが入れ替わる。

【００６８】したがって、チョークコイル４３に蓄えら
れていたエネルギーは、時刻ｔ２以降のスイッチング素
子２のオフ期間に、フライホイール方向同期整流素子４
７を介して流れ、負荷に放出される。この間、変圧器１
のリセットも同時に行われ、リセットが完了する時刻ｔ
３でスイッチング素子２のオン期間が開始される。

【００６９】このように、本実施例のスイッチング電源
装置は、変圧器１のリセットの完了と同時にスイッチン
グ素子２の次のオン期間が開始されるため、フライホイ
ール電流が流れている間はフライホイール方向同期整流
素子４７がオン状態に維持される。このため、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。

【００７０】本実施例のスイッチング電源装置の出力安
定化回路５は、図１に図示した実施例と同様スイッチン
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。

【００７１】図７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別の実施例を示す電気回路図
であって、直流重畳型フライバック方式スイッチング電
源装置に適用した例を示している。図において、図１〜
図６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。図示されたスイッチング電
源装置は、電力変換用の変圧器１と、スイッチング素子
２と、第１の駆動回路３１と、第２の駆動回路３２と、
同期整流型の出力整流平滑回路４と、出力安定化回路５
とを含んでいる。

【００７２】電力変換用の変圧器１と、スイッチング素
子２と、第１の駆動回路３１と、第２の駆動回路３２
と、出力安定化回路５とは、図３に図示した実施例と略
同様の構成であり、説明を省略する。

【００７３】出力整流平滑回路４は、同期整流素子４８
と平滑コンデンサ４３とを含み、出力巻線１２と出力端
子Ｔ０１、Ｔ０２との間に接続される。同期整流素子４
８は、スイッチング素子２のオン期間に出力巻線１２に
誘起する電圧を遮断し、オフ期間に発生するフライバッ
ク電圧で導通するよう、そのゲート電極が出力巻線１２
の一端に接続される。平滑コンデンサ４３は同期整流素
子４８が導通したときフライバック電圧を平滑して負荷
に電力を供給する。

【００７４】次に、図８を参照して本実施例のスイッチ
ング電源装置の動作を説明する。図８は図７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。本実施例のスイッチング電源装置において、電力変
換用の変圧器１と、スイッチング素子２と、第１の駆動
回路３１と、第２の駆動回路３２と、出力安定化回路５
とは、図３に図示した実施例と略同様に動作する。

【００７５】入力直流電圧Ｖｉｎが印加されると、起動
抵抗Ｒ０を介してスイッチング素子２のゲート電極が付
勢され、時刻ｔ１でスイッチング素子２がオンとなり、
変圧器１の入力巻線１１を介して図８（Ａ）に示すドレ
イン電流Ｉｄｓが流れる。ドレイン電流Ｉｄｓは、変圧
器１の出力巻線１２に図８（Ｂ）に示す電圧を誘起し、
同期整流素子４８に、図８（Ｃ）に示す負のゲート電圧
を印加する。このため、時刻ｔ１から時刻ｔ２のスイッ
チング素子２のオン期間では、同期整流素子４８がオフ
となり、負荷側にエネルギーが供給されず、励磁エネル
ギーが変圧器１に蓄積される。

【００７６】時刻ｔ２に至って、第１の駆動回路３１に
よりスイッチング素子２がオフとなると、図８（Ｂ）に
示す出力巻線１２の電圧が反転する。このため、同期整
流素子４８のゲート電圧が、図８（Ｃ）に示す如く反転
して正電圧となり、同期整流素子４８がオンとなる。

【００７７】したがって、変圧器１に蓄えられていたエ
ネルギーは、時刻ｔ２以降のスイッチング素子２のオフ
期間に、平滑コンデンサ４４を充電するとともに負荷Ｌ
に放出される。

【００７８】時刻ｔ３に至り、第２の時定数回路３２２
のコンデンサＣ２の電圧がオン駆動スイッチ３２３のＶ
ＢＥ以下まで放電されると、オン駆動スイッチ３２３が
オンとなって、スイッチング素子２のゲートを付勢し、
スイッチング素子２がオンとなる。以降これらの繰り返
しで発振が継続する。

【００７９】スイッチング素子２がオンとなるタイミン
グは、第２の時定数回路３２２の時定数を設定すること
により、フライバックエネルギーの放出完了以前とする
ことができる。このように構成したスイッチング電源装
置は、電力変換用変圧器１に常時電流が流せる直流重畳
型となり、自励フライバックコンバータとして従来から
多用されているリンギングチョークコンバータと比較
し、変圧器１やスイッチング素子２の利用効率が高く、
大電流化できる利点がある。また、フライバックエネル
ギーが放出されている間は、同期整流素子４８がオン状
態に維持される。このため、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。

【００８０】本実施例のスイッチング電源装置の出力安
定化回路５は、図３に図示した実施例と同様スイッチン
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。

【００８１】図９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更に別の実施例を示す電気回
路図であって、直流重畳型フライバック方式スイッチン
グ電源装置に適用した例を示している。図において、図
１〜図７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。図示されたスイッチ
ング電源装置は、同期整流素子４８のオン／オフ駆動を
電力変換用の変圧器１に付加された、出力巻線１２とは
別の巻線１４で行う点で図７に図示された実施例と異な
っているがその他の点は同様である。

【００８２】このように、同期整流素子のオン／オフ駆
動を電力変換用の変圧器に付加された、出力巻線とは別
の巻線により行えば、同期整流素子の特性に応じた最適
な駆動が可能となる。この点は、本実施例に限らず、図
５に図示されたフォワード方式のスイッチング電源装置
にも適用可能である。また、いずれの実施例も、第１の
駆動回路と、第２の時定数回路とが、共通の駆動巻線に
接続されているが、それぞれ別々に駆動巻線を設けれ
ば、同様に、各駆動回路の特性に応じた最適な駆動が可
能となる。

【００８３】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
よび教示にもとずき、種々の変形例を想到できることは
自明である。

【００８４】

【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）簡単な回路構成で直流出力電圧の安定化制御が可
能な自励フォワード方式スイッチング電源装置を提供す
ることができる。 （Ｂ）簡単な回路構成で直流出力電圧の安定化制御が可
能な自励直流重畳型フライバック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って、フォワード方式スイッチン
グ電源装置に適用した例を示している。

【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】本発明に係るスイッチング電源装置の別の実施
例を示す電気回路図であって、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した例を示している。

【図４】図３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５】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って、フォ
ワード方式スイッチング電源装置に適用した例を示して
いる。

【図６】図５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７】同期整流回路を備えた本発明に係るスイッチン
グ電源装置の別の実施例を示す電気回路図であって、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
した例を示している。

【図８】図７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９】同期整流回路を備えた本発明に係るスイッチン
グ電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図

【符号の説明】

１ 変圧器 １１ 入力巻線 １２ 出力巻線 １３ 駆動巻線 ２ スイッチング素子 ３１ 第１の駆動回路 ３１１ 第１の時定数回路 ３１２ オフ駆動スイッチ ３２ 第２の駆動回路 ３２２ 第２の時定数回路 ３２３ オン駆動スイッチ ４ 出力整流平滑回路 ５ 出力安定化回路 ５１ 出力電圧検出回路 ５２ 時定数制御回路 Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変圧器と、スイッチング素子と、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、
   出力安定化回路とを含むスイッチング電源装置であっ
   て、 前記変圧器は、入力巻線と、出力巻線と、駆動巻線とを
   含み、 前記スイッチング素子は、前記入力巻線の一端に接続さ
   れ、前記入力巻線を通して供給される直流電圧をスイッ
   チングして、前記出力巻線と、前記駆動巻線とに電圧を
   誘起し、 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
   列接続されたオフ駆動スイッチとを含み、前記駆動巻線
   の両端間に接続され、前記スイッチング素子のオン期間
   に、前記駆動巻線に誘起される電圧で、前記スイッチン
   グ素子の制御電極を導通方向にバイアスするとともに、
   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
   に前記オフ駆動スイッチをオンし、前記スイッチング素
   子の入力側を短絡して、前記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、前記スイッチング素子の制
   御電極に接続されたオン駆動スイッチとを含み、前記第
   ２の時定数回路が、前記駆動巻線の両端間に接続され、
   前記スイッチング素子のオン期間に、前記駆動巻線に誘
   起される電圧で、前記第２の時定数回路のコンデンサを
   充電し、前記スイッチング素子のオフ期間に、前記第２
   の時定数回路のコンデンサが所定値まで放電されたとき
   に前記オン駆動スイッチをオンし、前記スイッチング素
   子の制御電極を付勢して、前記スイッチング素子を導通
   し、 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、平滑して出力し、 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。
2. 【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、 前記駆動巻線は、第１の駆動巻線と、第２の駆動巻線と
   を含み、 前記第１の駆動回路は、前記第１の駆動巻線間に接続さ
   れ、 前記第２の時定数回路は、前記第２の駆動巻線間に接続
   されているスイッチング電源装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２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。
4. 【請求項４】 請求項１乃至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、フォワード方向整流素子と、
   フライホイール方向整流素子と、チョークコイルと、コ
   ンデンサとを含み、前記フォワード方向整流素子と前記
   フライホイール方向整流素子との直列回路が、前記出力
   巻線間に接続され、前記チョークコイルとコンデンサと
   の直列回路が、前記フライホイール方向整流素子と並列
   に接続され、前記スイッチング素子のオン期間に、前記
   出力巻線に誘起されるフォワード方向の誘起電圧を、整
   流、平滑して出力するとともに前記チョークコイルにエ
   ネルギーを蓄え、前記チョークコイルに蓄えられたエネ
   ルギーを、前記スイッチング素子のオフ期間に整流、平
   滑して出力するフォワード方式スイッチング電源装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至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、 前記変圧器は、前記スイッチング素子のオン期間にエネ
   ルギーを蓄え、 前記出力整流平滑回路は前記出力巻線間に接続され、整
   流素子とコンデンサとの直列回路を含み、前記スイッチ
   ング素子のオフ期間に、前記出力巻線に誘起されるフラ
   イバック電圧を、整流、平滑して出力する直流重畳型フ
   ライバック方式スイッチング電源装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載されたスイッチング電源
   装置であって、 前記フォワード方向整流素子と、フライホイール方向整
   流素子は、電界効果トランジスタで構成された同期整流
   素子でなり、 前記フォワード方向整流素子の制御電極が、前記出力巻
   線の前記フライホイール方向整流素子の接続端側に接続
   され、 前記フライホイール方向整流素子の制御電極が、前記出
   力巻線の前記フォワード方向整流素子の接続端側に接続
   されているフォワード方式スイッチング電源装置。
7. 【請求項７】 請求項５に記載されたスイッチング電源
   装置であって、 前記整流素子は、電界効果トランジスタで構成された同
   期整流素子でなり、 前記整流素子の制御電極が、前記出力巻線の前記コンデ
   ンサの接続端側に接続されている直流重畳型フライバッ
   ク方式スイッチング電源装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載されたスイッチング電源
   装置であって、 前記整流素子は、電界効果トランジスタで構成された同
   期整流素子でなり、 前記変圧器は、更に、同期整流素子駆動巻線を含み、 前記整流素子が、前記同期整流素子駆動巻線により駆動
   される直流重畳型フライバック方式スイッチング電源装
   置。