JP2519161Y2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は自励式スイッチング電源装置に関する。

［従来の技術］ 直流電源トランスとスイッチングトランジスタとの直
列回路を接続し、トランスに結合された駆動巻線の電圧
でスイッチングトランジスタを正帰還駆動する形式のス
イッチングレギュレータは広く使用されている。

［考案が解決しようとする課題］ ところで、自励型スイッチングレギュレータにおいて
負荷が小さくなるか又は無負荷になると、第４図（Ａ）
（Ｂ）に示すような間欠発振が生じる。この発振周波数
は200kHz程度となり、出力トランスが振動して可聴音
（異常音）を発生することがある。

そこで、本考案の目的はトランスの可聴音を抑制する
ことができるスイッチング電源装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本考案は、直流電源の一端
に接続されたトランスの主巻線と、第１及び第２の主端
子と制御端子とを有し、前記第１の主端子が前記主巻線
を介して前記直流電源の一端に接続され、前記第２の主
端子が前記直流電源の他端に接続されているスイッチン
グ素子と、前記トランスに接続された整流平滑回路と、
前記主巻線に電磁結合され、且つ前記スイッチング素子
を正帰還駆動するよう前記スイッチング素子の前記制御
端子と前記第２の主端子との間に接続された駆動巻線
と、前記スイッチング素子の前記制御端子に接続された
起動回路と、を備えたスイッチング電源装置において、
前記スイッチング素子の前記制御端子と前記第２の主端
子との間に接続され、且つ前記スイッチング素子のオン
期間における前記駆動巻線の電圧によってオンになる極
性を有している制御用トランジスタと、前記駆動巻線の
両端子間に接続され且つ分圧点が前記制御用トランジス
タの制御端子に接続されている分圧回路と、前記分圧回
路の一部に並列接続されたコンデンサと、前記コンデン
サの電圧の向きが前記制御用トランジスタの制御端子に
逆バイアスを与える向きとなるように前記コンデンサを
前記スイッチング素子のオフ期間に前記駆動巻線又は別
の巻線に得られる電圧で充電するための充電回路とが設
けられていることを特徴とするスイッチング電源装置に
係わるものである。

［作用］ 本考案に於いては、通常の負荷時にはコンデンサが十
分に充電され、これにより制御用トランジスタが逆バイ
アスされるために制御用トランジスタは実質的にオフに
保たれ、正常発振動作が保たれる。一方、無負荷又は軽
負荷で間欠発振状態になると、コンデンサが十分に充電
されないために制御用トランジスタがオンになり、スイ
ッチング素子の制御電流又は電圧が低下し、スイッチン
グ素子に流れる電流が制限され、トランスに流れる電流
も制御される。従って、トランスの振動による可聴音も
抑制される。

［実施例］ 次に、第１図〜第４図を参照して本考案の実施例に係
わるRCC方式（オン・オフ型）のスイッチング電源装置
を説明する。

交流電源に接続された整流器と平滑回路から成る直流
電源１の一方の端子２と他方の端子３との間にはトラン
ス４の１次巻線（主巻線）５を介して変換用スイッチン
グ素子としての主トランジスタ６が接続されている。即
ち、主トランジスタ６のコレクタ（第１の主端子）が１
次巻線５を介して一方の電源端子２に接続され、このエ
ミッタ（第２の主端子）が他方の電源端子３に接続され
ている。

トランス４の出力巻線である２次巻線７にはダイオー
ド８とコンデンサ９とから成る整流平滑回路10が接続さ
れている。この整流平滑回路10の出力端子11、12には負
荷13が接続されている。

トランス４の３次巻線即ち駆動巻線14の一端はダイオ
ード15と抵抗16とを介して主トランジスタ６のベース
（制御端子）に接続され、他端は主トランジスタ６のエ
ミッタに接続されている。なお、ダイオード15と抵抗16
に対して並列に抵抗17とコンデンサ18とが接続されてい
る。電圧制御素子としてのトランジスタ20は主トランジ
スタ６のベース・エミッタ間に接続され、このベースに
は周知の定電圧制御回路21が接続されている。

ターン・オフ時のスイッチング損失低減用コンデンサ
（第１のコンデンサ）21は主トランジスタ６のコレクタ
・エミッタ間に接続されている。

遅延及び電流制御のための制御用トランジスタ23は主
トランジスタ６のベース・エミッタ間に接続されてい
る。即ち、制御用トランジスタ23のコレクタは主トラン
ジスタ６のベースに接続され、このエミッタは主スイッ
チングトランジスタ６のエミッタに接続されている。

一端が制御用トランジスタ23のベースに接続されてい
る遅延用コンデンサ（第２のコンデンサ）24は制御用ト
ランジスタ23のオフ時点を遅らせ、主トランジスタ６の
ターン・オフを遅延させる機能を有する。この遅延用コ
ンデンサ24を主トランジスタ６のオフ期間に駆動巻線14
の電圧で充電するために、駆動巻線14の下端と遅延用コ
ンデンサ24の一端との間にダイオード25が接続され、こ
のコンデンサ24の他端と駆動巻線14の上端との間にダイ
オード26が接続されている。また、遅延用コンデンサ24
の放電回路を形成するためにこのコンデンサ24の他端と
制御用トランジスタ23のエミッタとの間に抵抗27が接続
されている。

コンデンサ28は間欠発振電流制限用であり、この一端
は制御用トランジスタ23のエミッタ及び駆動巻線14の下
端にそれぞれ接続され、この他端は分圧用抵抗29、30を
介して駆動巻線14の上端に接続されている。間欠発振制
限用コンデンサ28を駆動巻線14のオフ期間の電圧で充電
するために、この下端が抵抗31とダイオード26を介して
駆動巻線14の上端に接続されている。従って、ダイオー
ド26は２つのコンデンサ24、28の充電回路として機能す
る。

電流制限用コンデンサ28に並列接続された抵抗32は放
電回路として機能する。

分圧用抵抗29、30の分圧点Ｐとトランジスタ23のベー
スとの間に接続されたダイオード33は逆流阻止用素子と
して機能する。

電源端子２とスイッチングトランジスタ６のベースと
の間に接続された抵抗34は、起動電流をスイッチングト
ランジスタ６に供給するものである。

［動作］ 直流電源１から電力供給を開始すると、起動抵抗34を
通って主トランジスタ６にベース電流が流れ、これがオ
ンになる。この結果、１次巻線５に電源電圧が印加さ
れ、駆動巻線14に正帰還電圧が得られ、主トランジスタ
６は駆動巻線14の電圧で駆動される。１次巻線５はイン
ダクタンスを有するので、主トランジスタ６のコレクタ
電流Icは時間と共に増大する。しかし、コレクタ電流が
ベース電流の電流増幅率が倍になると、これが飽和し、
オフに転換する。整流平滑回路10のダイオード８はトラ
ンジスタ６のオン期間にオフ、オフ期間にオンになる極
性を有し、オン期間にトランス４に蓄積されたエネルギ
ーをオフ期間にコンデンサ９及び負荷13側に放出する。

蓄積エネルギーの放出が終了すると、駆動巻線14に主
トランジスタ６をオンにする向きの振動電圧が発生し、
主トランジスタ６はオンに転換する。

出力電圧の制御は主トランジスタ６のベース電流20に
バイパスさせることによって行う。

ところで、主トランジスタ６のターン・オフ時に発生
するフライバック電圧はコンデンサ21で吸収される。こ
の結果、ターン・オフ時のトランジスタ６のコレクタ・
エミッタ間電圧の立上りを遅らせることが可能になり、
ターン・オフ時のスイッチング損失が小さくなる。も
し、遅延用コンデンサ24が設けられていないと、第２図
に示すように主トランジスタ６のコレクタ・エミッタ間
電圧ＶCEの立り上がりと同時にコンデンサ21の放電電流
がトランジスタ６に流れ、比較的大きなスイッチング損
失が生じる。

一方、遅延用コンデンサ24が設けられていると、主ト
ランジスタ６のターン・オンに遅れが生じ、第３図に示
すようにコレクタ・エミッタ間電圧ＶCEが小さくなった
ところでコンデンサ21及び／又は浮遊容量の放電電流が
主トランジスタ６に流れ、ここでのスイッチング損失が
小さくなる。また、コンデンサ21に関係なくトランジス
タ６に流れる電流もトランジスタ６の端子間電圧が低下
した後に流れ始めるので、この電流による電力損失も小
さくなる。

ターン・オフの遅れ制御を更に詳しく説明すると、遅
延用コンデンサ24はオフ期間に、駆動巻線14とダイオー
ド25とコンデンサ24とダイオード26とから成る閉回路で
充電される。この遅延用コンデンサ24の電圧は制御用ト
ランジスタ23のベースを順バイアスする極性を有する
が、オフ期間には制御用トランジスタ23が駆動巻線14の
電圧で逆バイアスされているので、これがオンになるこ
とはない。オン期間になると、駆動巻線14に正方向電圧
が発生し、制御用トランジスタ23が順バイアスされるた
めにオンに転換する。このため、駆動巻線14から主トラ
ンジスタ６に供給するベース電流のバイパス回路が形成
され、主トランジスタ６が直ちにオンにならない。遅延
用コンデンサ24の放電は、遅延用コンデンサ24と制御用
トランジスタ23のベース・エミッタ間と抵抗27とから成
る閉回路で行われ、遅延用コンデンサ24の電圧は徐々に
低下し、ついに制御用トランジスタ23はオフになり、主
トランジスタ６がオンになる。

主トランジスタ６のターン・オンが遅延すると、第３
図に示すように主トランジスタ６のコレクタ・エミッタ
間電圧ＶCEが低下した後にコンデンサ21の放電電流及び
コレクタ電流Icが流れ、スイッチング損失が小さくな
る。

第１図において、負荷13が小さくなるか又は無負荷に
なると、第４図（Ａ）（Ｂ）に示すような間欠発振が生
じる。第４図において区間T1は発振期間を示し、区間T2
は非発振期間を示す。区間T1内においては200kHz程度の
周波数の発振が生じ、この区間T1が１〜5kHz程度の繰返
し周波数を有して間欠的に生じる。電流制限用コンデン
サ28を設けない場合には、区間T1の始まりにおいて第４
図（Ｂ）に示すように主トランジスタ６に大きなコレク
タ電流Icが流れる。これによりトランス４が振動して可
聴音（異常音）を発生する。しかし、電流制限用コンデ
ンサ28を設けると、主トランジスタ６のコレクタ電流Ic
が第４図（Ｃ）に示すように大幅に制限され、トランス
４の異常音の発生を防ぐことができる。

間欠発生電流制限動作を詳しく説明すると、オフ期間
には駆動巻線14と電流制限用コンデンサ28と抵抗31とダ
イオード26から成る閉回路が成立し、電流制限用コンデ
ンサ28はオフ期間に駆動巻線14に得られるほぼ一定の電
圧で充電される。ところで、負荷13が適当な大きさの正
常動作時には、主トランジスタ６が25〜60kHz程度の周
波数でオン・オフ動作しているので、電流制限用コンデ
ンサ28が比較的大きな値に充電されている。この時電流
制限用コンデンサ28の下側が負になるので、ダイオード
33はオフに保たれ、電流制限用コンデンサ28は制御用ト
ランジスタ23と無関係である。負荷13が軽負荷又は無負
荷になると、主トランジスタ６の200kHz程度の発振動作
が間欠的に生じるために、コンデンサ28の電圧がほとん
ど上昇しない。即ち、発振時の駆動巻線14の電圧で電流
制限用コンデンサ28の充電が開始しても発振休止期間に
抵抗32を介して放出されるために電流制限用コンデンサ
28の電圧が上昇しない。この結果、電流制限用コンデン
サ28のオン期間の駆動巻線14の電圧を打ち消す向きの電
圧成分が零又は小さくなり、オン期間に分圧点Ｐの電圧
がダイオード33を通って制御用トランジスタ23のベース
に加わり、制御用トランジスタ23がオン状態になり、主
トランジスタ６のベース電流のバイパスが生じ、主トラ
ンジスタ６のコレクタ電流Icが第４図（Ｃ）に示すよう
に大幅に制限され、トランジスタ４の異常音の発生が抑
制される。

［変形例］ 本考案は上述の実施例に限定されるものでなく、例え
ば次の変形が可能なものである。

（１）遅延用コンデンサ24によるターン・オン遅延回路
と、電流制限用コンデンサ28による間欠発振時の電流制
限回路とを全く独立に形成することができる。

（２）主トランジスタ６をFET（電界効果トランジス
タ）にすることができる。

（３）コンデンサ24及び／又はコンデンサ28を駆動巻線
14の電圧で充電せず、トランス４に４次巻線を設け、こ
の電圧で充電することができる。

（４）２次巻線７を設ける代りに単巻トランス構成とし
て出力電圧を得てもよい。

（５）負荷13の電圧を検出する代りに、トランス４に電
圧検出巻線を設け、オフ期間におけるこの電圧で制御回
路21を制御してもよい。

［考案の効果］ 上述かに明らかなように本考案によれば間欠発振時の
可聴音を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例に係わるスイッチング電源装置
を示す回路図、 第２図は従来のスイッチング電源装置の主トランジスタ
のコレクタ・エミッタ間電圧とコレクタ電流の関係を示
す波形図、 第３図は第１図の主トランジスタのコレクタ・エミッタ
間電圧とコレクタ電流との関係を示す波形図、 第４図は間欠発振動作を示すものであり、（Ａ）は主ト
ランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧を示す波形図、
（Ｂ）は従来のスイッチング電源装置の主トランジスタ
のコレクタ電流を示す波形図、（Ｃ）は第１図の主トラ
ンジスタのコレクタ電流を示す波形図である。 ４……トランス、６……主トランジスタ、14……駆動巻
線、23……制御用トランジスタ、24……遅延用コンデン
サ、28……間欠発振電流制限用コンデンサ。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源の一端に接続されたトランスの主
   巻線と、 第１及び第２の主端子と制御端子とを有し、前記第１の
   主端子が前記主巻線を介して前記直流電源の一端に接続
   され、前記第２の主端子が前記直流電源の他端に接続さ
   れているスイッチング素子と、 前記トランスに接続された整流平滑回路と、 前記主巻線に電磁結合され、且つ前記スイッチング素子
   を正帰還駆動するよう前記スイッチング素子の前記制御
   端子と前記第２の主端子との間に接続された駆動巻線
   と、 前記スイッチング素子の前記制御端子に接続された起動
   回路と、 を備えたスイッチング電源装置において、 前記スイッチング素子の前記制御端子と前記第２の主端
   子との間に接続され、且つ前記スイッチング素子のオン
   期間における前記駆動巻線の電圧によってオンになる極
   性を有している制御用トランジスタと、 前記駆動巻線の両端子間に接続され且つ分圧点が前記制
   御用トランジスタの制御端子に接続されている分圧回路
   と、 前記分圧回路の一部に並列接続されたコンデンサと、 前記コンデンサの電圧の向きが前記制御用トランジスタ
   の制御端子に逆バイアスを与える向きとなるように前記
   コンデンサを前記スイッチング素子のオフ期間に前記駆
   動巻線又は別の巻線に得られる電圧で充電するための充
   電回路と が設けられていることを特徴とするスイッチング電源装
   置。