JP2005210768A - スイッチング電源回路 - Google Patents

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Katsuyoshi Jinbo
勝義 仁保
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Abstract

【課題】 高い直流電圧を無理なく合理的に低い直流電圧に変換できるスイッチング電源回路を提供する。
【解決手段】 直流電源１の直流電圧(+V)を第一のスイッチング素子２でオンオフして安定な第一の出力電圧(+12V)を得るようにした第一の降圧型スイッチング電源回路３と、前記直流電源１の直流電圧(+V)を第二のスイッチング素子４でオンオフして前記第一の出力電圧(+12V)より高い電圧の安定な第二の出力電圧(+15V)を得るようにした第二の降圧型スイッチング電源回路５とを備えたスイッチング電源回路である。前記第一の降圧型スイッチング電源回路３は、前記第一のスイッチング素子２を駆動する駆動回路６と、該駆動回路６を介して前記第一のスイッチング素子２をオンオフ制御するパルス幅制御などによる制御回路７と、前記駆動回路６に電源供給するためのブートストラップ回路８を有し、前記ブートストラップ回路８には前記第二の降圧型スイッチング電源回路５の第二の出力電圧(+15V)が供給される。
【選択図】 図１

Description

本発明はスイッチング電源回路に関し、特に商用交流電源を整流して得た高い直流電圧を低い直流電圧に変換するスイッチング電源回路に関する。
各種の電子回路や低圧動作の負荷を作動させる降圧型のスイッチング電源回路としては、商用交流電源を整流して得た直流電源の高い直流電圧をスイッチング素子でオンオフして安定な低い出力電圧を得るようにされ、当該スイッチング電源回路は、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、該駆動回路を介して前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路を備えている。ここで、前記スイッチング素子としてＮ型ＭＯＳＦＥＴを用いる場合、そのゲート電位をソース電位よりも高くする必要があり、そのために特許文献１のように、ブートストラップ回路を介して前記直流電源の高い直流電圧を前記駆動回路に供給することが知られている。
特開２０００−３５０４４０号公報
しかし、前記スイッチング素子のゲートには前記直流電源の高い直流電圧と同等の電圧が印加されるため、前記ゲート電圧がゲート定格電圧（３０Ｖ程度）を超えるような高い場合においては実質的には無理があるという解決すべき課題があることに着目されるべきである。本発明はこのような解決すべき課題を鑑み、新規な発想により高い直流電圧を無理なく合理的に低い直流電圧に変換できるスイッチング電源回路を提供することを目的とする。
本発明を要約すると、
直流電源の直流電圧を第一のスイッチング素子でオンオフして安定な第一の出力電圧を得るようにした第一の降圧型スイッチング電源回路と、
前記直流電源の直流電圧を第二のスイッチング素子でオンオフして前記第一の出力電圧より高い電圧の安定な第二の出力電圧を得るようにした第二の降圧型スイッチング電源回路とを備え、
前記第一の降圧型スイッチング電源回路は、前記第一のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、該駆動回路を介して前記第一のスイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、前記駆動回路に電源供給するためのブートストラップ回路を有し、
前記ブートストラップ回路には前記第二の降圧型スイッチング電源回路の第二の出力電圧が供給されることを特徴としたスイッチング電源回路。
である。
本発明によれば、第一の降圧型スイッチング電源回路の第一のスイッチング素子を駆動する駆動回路に電源供給するためのブートストラップ回路に対して、第二の降圧型スイッチング電源回路の第二の出力電圧が供給されるように構成したため、第二の降圧型スイッチング電源回路の出力電圧を効果的に利用でき、出力電圧の異なる複数の電源回路を必要とする機器において、有益な利用を図ることができる上、前記第二の出力電圧は安定であることから駆動回路の安定動作にも寄与するところとなり、かくして新規な発想により高い直流電圧を無理なく合理的に低い直流電圧に変換できるスイッチング電源回路を提供できる。
次に、本発明の実施形態を説明するが、それはあくまで本発明に基づいて採択された例示的な実施形態であり、本発明をその実施形態に特有な事項に基づいて限定解釈してはならず、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の請求項に示した事項さらにはその事項と実質的に等価である事項に基づいて定めなければならない。
図示の実施形態は、図外の商用交流電源を整流して得られた直流電源１の直流電圧(+V)を第一のスイッチング素子２でオンオフして安定な第一の出力電圧(+12V)を得るようにした第一の降圧型スイッチング電源回路３と、前記直流電源１の直流電圧(+V)を第二のスイッチング素子４でオンオフして前記第一の出力電圧(+12V)より高い電圧の安定な第二の出力電圧(+15V)を得るようにした第二の降圧型スイッチング電源回路５とを備えたスイッチング電源回路である。そして、前記第一の降圧型スイッチング電源回路３は、前記第一のスイッチング素子２を駆動する駆動回路６と、該駆動回路６を介して前記第一のスイッチング素子２をオンオフ制御するパルス幅制御などによる制御回路７と、前記駆動回路６に電源供給するためのブートストラップ回路８を有し、前記ブートストラップ回路８には前記第二の降圧型スイッチング電源回路５の第二の出力電圧(+15V)が供給されることを特徴としている。
また、本実施形態のように第一のスイッチング素子２がＮ型ＭＯＳＦＥＴである場合、第二の降圧型スイッチング電源回路５の第二の出力電圧が第一の降圧型スイッチング電源回路３の第一の出力電圧より２Ｖ以上高く、かつ、前記Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２のゲート電圧がゲート定格電圧を超えない範囲に設定されていると、駆動回路６の作動に実質問題ない上、前記Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ２のゲート破壊を防止できる。また、制御回路７には第二の降圧型スイッチング電源回路５の第二の出力電圧(+15V)が供給される。なお、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴはＰ型ＭＯＳＦＥＴに比較して、耐圧、電流定格とも大きく、オン抵抗が小さいものが多いし、その種類も豊富であり、比較的安価である。
さらに詳述すれば、本スイッチング電源回路は例えば空気清浄機の電源回路として用いられ、第一の降圧型スイッチング電源回路３は、例えばマイナスイオン発生回路、集塵用のプラスイオン発生回路、さらに場合によっては光触媒活性化用あるいは表示用の冷陰極放電ランプ点灯用のインバータ回路等に供給される。なお、第一の降圧型スイッチング電源回路３の出力電圧は図示しないシリーズレギュレータ等でさらに５Ｖ程度に降圧されてマイコンおよびその周辺制御回路等へも電源供給可能である。また、第二の降圧型スイッチング電源回路５はＰＮＰトランジスタまたはＰ型ＭＯＳＦＥＴを第二のスイッチング素子４とし、図示しないファンモータの回転制御用の電源として用いられるとともに、前述のように第一の降圧型スイッチング電源回路３のブートストラップ回路８に電源供給されている。
次に回路動作を説明する。まず、直流電源１の出力電圧(+V)が供給されると第二の降圧型スイッチング電源回路５が作動することにより、その出力に安定な第二の出力電圧(+15V)が得られる。なお、第二の降圧型スイッチング電源回路５としては一般的なものを開示してあり、その具体的動作については説明を要しないものである。次に、第一の降圧型スイッチング電源回路３は、第二の降圧型スイッチング電源回路５の第二の出力電圧(+15V)がブートストラップ回路８に電源供給されることにより動作を開始する。詳述すれば、ブートストラップ回路８は、第一のスイッチング電源回路３のスイッチング素子２がオフでダイオードＤ１が導通している期間に前記第二の出力電圧(+15V)がダイオードＤ２を通じてコンデンサＣ１を充電しており、この充電により、ダイオードＤ２とコンデンサＣ１の接続点の電位を第一のスイッチング素子２のソースＳの電位より実質的に高くすることができるように成されて、第一のスイッチング素子２のオンを可能としている。また、制御回路７にも第二のスイッチング電源回路５の第二の出力電圧(+15V)が供給され、制御回路７の動作の安定化に寄与しているが、制御回路７により出力電圧(+12V)を帰還制御して当該出力電圧を安定化する回路としては一般的なものであり、その安定化動作についての説明は省略する。なお、駆動回路６は、トーテムポール回路を図示しているが、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子２のゲートＧへの電荷の供給／引抜きができるものであれば他の回路でもよい。また、第一および第二のスイッチング電源回路３、５は自励発振でも他励発振のどちらでも構わない。さらにまた、第二のスイッチング電源回路５は松下電器産業株式会社製のインテリジェント・パワー・デバイス（ＩＰＤ）などを用いると好ましい。
本実施形態によれば、第一の降圧型スイッチング電源回路３の第一のスイッチング素子２を駆動する駆動回路６に電源供給するためのブートストラップ回路８に対して、第二の降圧型スイッチング電源回路５の第二の出力電圧が供給されるように構成したため、第二の降圧型スイッチング電源回路５の出力電圧を効果的に利用でき、出力電圧の異なる複数の電源回路を必要とする機器において、有益な利用を図ることができる上、前記第二の出力電圧は安定であることから駆動回路６の安定動作にも寄与するところとなり、かくして新規な発想により高い直流電圧を無理なく合理的に低い直流電圧に変換できるスイッチング電源回路を提供できる。
本発明の実施形態を示す回路図
符号の説明
１ 直流電源
２ 第一のスイッチング素子
３ 第一の降圧型スイッチング電源回路
４ 第二のスイッチング素子
５ 第二の降圧型スイッチング電源回路
６ 駆動回路
７ 制御回路
８ ブートストラップ回路

Claims (4)

  1. 直流電源の直流電圧を第一のスイッチング素子でオンオフして安定な第一の出力電圧を得るようにした第一の降圧型スイッチング電源回路と、
    前記直流電源の直流電圧を第二のスイッチング素子でオンオフして前記第一の出力電圧より高い電圧の安定な第二の出力電圧を得るようにした第二の降圧型スイッチング電源回路とを備え、
    前記第一の降圧型スイッチング電源回路は、前記第一のスイッチング素子を駆動する駆動回路と、該駆動回路を介して前記第一のスイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、前記駆動回路に電源供給するためのブートストラップ回路を有し、
    前記ブートストラップ回路には前記第二の降圧型スイッチング電源回路の第二の出力電圧が供給されることを特徴としたスイッチング電源回路。
  2. 請求項１において、直流電源の直流電圧は商用交流電源を整流して得られたものであるスイッチング電源回路。
  3. 請求項１において、第一のスイッチング素子はＮ型ＭＯＳＦＥＴであり、第二の降圧型スイッチング電源回路の第二の出力電圧は第一の降圧型スイッチング電源回路の第一の出力電圧より２Ｖ以上高く、かつ、前記Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧がゲート定格電圧を超えない範囲に設定されているスイッチング電源回路。
  4. 請求項１において、制御回路には第二の降圧型スイッチング電源回路の第二の出力電圧が供給されるスイッチング電源回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102570798A (zh) * 2010-12-30 2012-07-11 深圳市英威腾电气股份有限公司 在正激开关电源中实现恒定伏秒积辅助电源的方法及电路
JP2020025419A (ja) * 2018-08-08 2020-02-13 三菱電機株式会社 電力変換装置

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