JP2575346Y2 - スイッチング電源 - Google Patents

スイッチング電源

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JP2575346Y2 JP1993004891U JP489193U JP2575346Y2 JP 2575346 Y2 JP2575346 Y2 JP 2575346Y2 JP 1993004891 U JP1993004891 U JP 1993004891U JP 489193 U JP489193 U JP 489193U JP 2575346 Y2 JP2575346 Y2 JP 2575346Y2
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、低入力電圧起動機能を
備えたスイッチング電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチング電源のスイッチング素子と
して、MOS FETのような、しきい値電圧(VTH
が比較的高い素子を用いる場合には、スイッチング電源
が動作する最低入力電圧は、前記しきい値電圧で決定さ
れてしまうことが少なくない。実際に、しきい値電圧近
傍でスイッチング素子をターンオンしても、スイッチン
グ素子のオン抵抗が高く、そのオン抵抗によってスイッ
チング素子の電力損失が増大してしまう。そのため、実
用的にはスイッチング素子の制御入力端子に印加するド
ライブ電圧は、しきい値電圧よりもさらに高くするのが
普通で、一般にはしきい値電圧の2〜3倍に設定され
る。
【0003】スイッチング電源回路に供給される入力電
圧をスイッチング素子を駆動するための電源として利用
する場合には、スイッチング電源の実用的な動作最低入
力電圧は、スイッチング素子のドライブ電圧と同じに、
しきい値電圧の2〜3倍となる。スイッチング素子の電
力損失を小さく保ちながら、動作最低入力電圧を、しき
い値電圧に近い電圧値とするためには、図5に示す回路
のように、補助電源を設けるという手段を取ることにな
る。
【0004】図5は、従来の補助電源を設けたスイッチ
ング電源の一例である。外部の直流電源と接続される入
力端子1とアース間にコンデンサC1を接続し、さらに
入力端子1はトランスTの1次巻線N1の一端及びダイ
オードD2のアノードと接続する。トランスTの1次巻
線N1の他端は、MOS FET型のスイッチングトラ
ンジスタQ1のドレイン、ソース端子を介してアースと
接続する。ダイオードD2のカソードはスイッチングト
ランジスタQ1の駆動制御を行う制御回路3のVCC端子
(電源入力端子)と接続する。制御回路3のGND端子
をアースと接続し、出力端子をスイッチングトランジス
タQ1のゲートと接続する。
【0005】トランスTの2次巻線N2は、その一端を
ダイオードD1のアノードと接続し、他端をアースと接
続する。この時、トランスTの1次巻線N1のスイッチ
ングトランジスタQ1のドレイン側と、2次巻線N2の
ダイオードD1のアノード側を同極とする。ダイオード
D1のカソードは出力端子2と接続する。出力端子2と
アース間に平滑コンデンサC2を接続し、さらに平滑コ
ンデンサC2に対して並列に抵抗R1、R2の直列回路
を接続する。抵抗R1、抵抗R2の接続点を制御回路3
と接続し、抵抗R1、R2によって分圧した出力電圧を
制御回路3へ入力する。トランスTは1次巻線N1、2
次巻線N2の他に3次巻線N3を有する。
【0006】3次巻線N3の一端は、ダイオードD3の
アノードと接続し、他端をアースと接続する。この時、
トランスTの1次巻線N1のスイッチングトランジスタ
Q1のドレイン側と、3次巻線N3のダイオードD1の
アノード側を同極とする。ダイオードD3のカソードを
制御回路3のVCC端子と接続し、さらにカソードをコン
デンサC4を介してアースと接続する。ここで、ダイオ
ードD3、コンデンサC4によって制御回路3の駆動用
の補助電源回路4を構成する。
【0007】このような回路構成とした場合には、制御
回路3に対して以下のように駆動用の電源が供給され
る。スイッチング電源の起動時において、外部電源から
の入力電圧VINがダイオードD2を介して制御回路3の
CC端子に供給される。当然のことながら、この入力電
圧VINはスイッチングトランジスタQ1がターンオンす
るしきい値電圧以上の電圧値である。入力電圧VINが供
給されることで制御回路3が動作を開始し、スイッチン
グトランジスタQ1が駆動されスイッチング電源が起動
する。
【0008】スイッチング電源が一旦起動すると、トラ
ンスTの2次巻線N2に電圧が誘起され、負荷に直流電
力を供給し、同時に3次巻線N3にも電圧が誘起され
る。この3次巻線N3に誘起される電圧は、スイッチン
グトランジスタQ1のしきい値電圧の2〜3倍、あるい
はそれ以上の電圧である。この3次巻線N3に誘起され
た電圧は、ダイオードD3によって整流され、さらにコ
ンデンサC4によって平滑されて補助電源回路4の出力
電圧VS として制御回路3の電源入力端子に供給され
る。
【0009】従ってスイッチング電源起動後は、入力電
圧VINあるいは補助電源回路4の出力電圧VS の、どち
らか電圧値の高い一方の電圧によって制御回路3が作動
し、スイッチングトランジスタQ1が駆動されることに
なる。入力電圧VINよりも補助電源回路4の出力電圧V
S の電圧値の方が高い場合には、電圧値の高い電圧VS
によりスイッチングトランジスタQ1が駆動されるの
で、スイッチングトランジスタQ1のオン抵抗が下がり
電力損失が低下する。しかしながら、図5の回路におい
てスイッチング電源の起動後に、入力電圧VINと電圧V
S がVIN<VS の関係にある場合、逆流阻止のために制
御回路3の電源入力端子と入力端子1の間にダイオード
D2を設けなければならない。
【0010】そのため、起動時において、入力電圧VIN
が投入された直後には、制御回路3のVCC端子に入力さ
れる実質の電圧は入力電圧VINとはならず、入力電圧V
INからダイオードD2の順方向降下電圧VF2だけ低下し
た電圧値となる。従って、スイッチング電源が起動でき
る最低の入力電圧VINの電圧値は、スイッチングトラン
ジスタQ1のしきい値電圧にダイオードD2の順方向降
下電圧を加えた値まで上昇してしまうことになる。しか
も、このダイオードD2の順方向降下電圧VF2は、入力
電圧VIN投入直後にはコンデンサC3を充電する電流に
より定常時よりも高い電圧値となり、ダイオードの種類
にもよるが、低温時には2〔V〕にも達することがあ
る。
【0011】
【考案が解決しようとする課題】本考案は、特別なスイ
ッチング電源起動用の回路を構成せずに、スイッチング
電源が起動できる最低の入力電圧値を、スイッチング素
子のしきい値電圧付近にまで下げることができるスイッ
チング電源を提供する。
【0012】
【課題を解決するための手段】本考案は、スイッチング
素子をオンオフして、負荷に安定化した直流出力電圧を
供給するスイッチング電源において、スイッチング電源
の一方の入力端子とスイッチング素子を駆動する制御回
路の電源入力端子との間に接続された第1のコンデンサ
と、スイッチング電源の入力端子間に接続されたフィル
タ用の第2のコンデンサとを具備し、制御回路が、スイ
ッチング電源起動時には外部からスイッチング電源
供給される直流入力から該第1のコンデンサを介して電
源供給を受け、スイッチング電源起動後には、第1と
第2のコンデンサの直列回路を平滑手段とした補助電源
、あるいは外部からスイッチング電源に供給される直
流入力かどちらか電圧値の高い方から選択的に電源供給
を受けることを特徴とする。
【0013】
【実施例】以下、本考案の実施例であるスイッチング電
源の回路図を示し、これによって本考案を説明する。な
お、図5と同一部分については同じ符号を付与してあ
る。以下に、図1の実施例について回路構成を述べる。
外部の直流電源と接続される入力端子1とアース間にコ
ンデンサC1を接続し、さらに入力端子1は、トランス
Tの1次巻線N1の一端と接続する。トランスTの1次
巻線N1の他端はMOS FET型のスイッチングトラ
ンジスタQ1のドレイン、ソース端子を介してアースと
接続する。スイッチングトランジスタQ1のゲートを制
御回路3の出力端子と接続する。
【0014】制御回路3のVCC端子と入力端子1間にコ
ンデンサC3とダイオードD2を並列にして接続し、制
御回路3のGND端子をアースと接続する。この時、ダ
イオードD2は、入力端子1側をアノード、制御回路3
側をカソードとする。トランスTの2次巻線N2は、そ
の一端をダイオードD1のアノードと接続し、他端をア
ースと接続する。この時、トランスTの1次巻線N1の
スイッチングトランジスタQ1のドレイン側と、2次巻
線N2のダイオードD1のアノード側を同極とする。ダ
イオードD1のカソードを出力端子2と接続する。出力
端子2とアース間に平滑コンデンサC2を接続し、さら
に平滑コンデンサC2に対して並列に抵抗R1、R2の
直列回路を接続する。抵抗R1、抵抗R2の接続点を制
御回路3と接続し、抵抗R1、R2によって分圧した出
力電圧を制御回路3へ入力する。
【0015】トランスTの3次巻線N3の一端はアース
と接続し、他端はダイオードD3のアノードと接続す
る。この時、トランスTの1次巻線N1のスイッチング
トランジスタQ1のドレイン側と、2次巻線N2のダイ
オードD1のアノード側を同極とする。ダイオードD3
のカソードは制御回路3のVCC端子と接続する。ここ
で、ダイオードD3、コンデンサC3により制御回路3
の駆動用の補助電源回路4を構成し、コンデンサC3は
スイッチング電源の低電圧起動機能と補助電源の平滑機
能を兼備する。
【0016】本考案では、以下のようにして制御回路3
に駆動用の電源が供給される。スイッチング電源の起動
時において、外部の直流電源から入力電圧VINが入力端
子1に印加されると、その瞬間に入力端子1、コンデン
サC3、制御回路3、アースの経路で電流iC3が流れ、
コンデンサC3を充電する。コンデンサの性質上、入力
電圧VINが投入された直後の未充電状態においては、コ
ンデンサC3の両端の電位差は零であり、充電電流iC3
によって時間と共に電位差を生じ、それが高くなってい
く。つまり、入力電圧VINの投入直後には、制御回路3
の電源入力端子には、入力電圧VINがほぼそのまま供給
されることになる。
【0017】この入力電圧VINによって制御回路3が起
動し、ほぼ電圧VINの振幅を持ったパルス電圧がスイッ
チングトランジスタQ1のゲートに加わり、スイッチン
グトランジスタQ1が作動し、スイッチング電源が動作
を開始する。従って、スイッチング電源が起動できる最
低の入力電圧VINの電圧値は、ほぼスイッチングトラン
ジスタQ1のしきい値電圧(VTH)近傍とすることがで
き、従来の回路に比較して、最低の入力電圧VINの電圧
値を低く設定することができる。
【0018】スイッチング電源が動作を開始すると、ト
ランスTの2次巻線N2に電圧が誘起され、負荷に直流
電力を供給し、同時に3次巻線N3にも電圧v3 を発生
する。ダイオードD2の順方向降下電圧をVF2、ダイオ
ードD3の順方向降下電圧をVF3とし、電圧v3 が(v
3 −VF3)>(VIN−VF2)という関係にある場合に
は、3次巻線N3に発生した電圧v3 はダイオードD3
によって整流され、さらにコンデンサC3、コンデンサ
C1によって平滑され、補助電源回路4の出力電圧VS
として制御回路3の電源入力端子に入力される。
【0019】これにより制御回路3は補助電源回路4か
ら電源供給を受けることになり、その電圧VS の電圧値
は入力電圧VINよりも高く、起動時よりも高い電圧でス
イッチングトランジスタQ1のゲートが駆動される。そ
のため、スイッチングトランジスタQ1のオン抵抗が起
動時よりも下がり、起動後の定常動作ではスイッチング
トランジスタQ1の電力損失が低下する。なお、コンデ
ンサC1とコンデンサC3の静電容量は、3次巻線N3
で発生した電圧v3 の整流平滑時に、高調波成分の電流
経路を十分に確保するために、C1≫C3の関係にある
のが望ましい。
【0020】一方、入力電圧VINが高くなり、(VIN
F2)>(v3 −VF3)という関係にある場合には、制
御回路3は外部の直流電源からの入力電圧VINから電源
供給を受けることになり、入力電圧VINの大小により、
制御回路3の駆動用電源として電圧の高い方を自動的に
選択することになる。
【0021】図2には本考案の第2の実施例の回路図を
示す。なお、図1、図5と同一部分については同じ符号
を付与してある。図1に示す回路では、スイッチング電
源起動後に制御回路3を駆動するための補助電源とし
て、トランスTの3次巻線に誘起される電圧を利用して
いた。 これに対して、図2に示す回路ではトランスT
に3次巻線は存在せず、補助電源回路4を構成するダイ
オードD3のアノードをダイオードD1のアノード側の
2次巻線N2の一端と接続した回路構成をしている。そ
の他の構成素子と回路構成は図1と同じである。つま
り、図2の回路は、2次巻線N2に誘起される電圧を補
助電源回路4に供給し、その出力電圧で制御回路3を駆
動するものである。
【0022】図3には、本考案の第3の実施例の回路図
を示す。図2と同様に、トランスTに3次巻線N3が存
在しない回路であるが、補助電源回路4を構成するダイ
オードD3のアノードを、スイッチングトランジスタQ
1のドレイン側の1次巻線N1の一端と接続した回路構
成をしている。その他の構成素子と回路構成は図1、図
2と同じである。図3の回路は、スイッチングトランジ
スタQ1がターンオフした時に1次巻線N1のインダク
タンスによって発生する電圧値の高い電圧を補助電源回
路4に供給し、その出力電圧で制御回路3を駆動するも
のである。
【0023】図4には、本考案の第4の実施例の回路図
を示す。スイッチング電源回路の出力端子2とダイオー
ドD4のアノードを接続し、ダイオードD4のカソード
を制御回路3のVCC端子と接続し、その他の回路構成は
図2の回路とほぼ同一である。しかし、図2のダイオー
ドD2は補助電源回路4を構成し、整流機能と逆流防止
機能を果たすのに対し、図4のダイオードD4は逆流防
止機能のみを有する。図4の回路は補助電源回路を使用
して制御回路3を駆動するという技術的手段ではなく、
スイッチング電源の出力電圧を逆流防止用のダイオード
D4を介して制御回路3のVCC端子に供給し、制御回路
3を駆動するという技術的手段である。
【0024】実際に、スイッチング電源の出力電圧が入
力電圧VINの最低入力電圧値よりも高いのであれば、ス
イッチング電源の出力電圧を利用するのも1つの手段で
ある。図2、図3及び図4の回路構成では、トランスT
に3次巻線が不要であるので構造が簡単になる。
【0025】
【考案の効果】以上に述べたように、本考案は、スイッ
チング電源の低入力電圧起動機能を備え、あるいは同時
に補助電源の平滑機能を兼ね備えたコンデンサをスイッ
チング電源回路の入力端子と制御回路のVCC端子(電源
入力端子)間に接続することで、スイッチング電源起動
時には、前記コンデンサを介してスイッチング電源回路
に供給される入力電圧が制御回路の駆動用電源として用
いられるようにしたものである。このことにより、特別
なスイッチング電源起動用の回路を構成せずともスイッ
チング電源が起動できる最低の入力電圧値を、スイッチ
ング素子のしきい値電圧付近まで下げることができる。
また、入力端子と制御回路の電源入力端子間に接続した
コンデンサは、スイッチング電源の低電圧起動機能と補
助電源の平滑機能を兼用させることが出来るが、その場
合には回路構成要素が省略でき、回路構成の簡素で安価
なスイッチング電源が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本考案のスイッチング電源の一実施例の回路
図。
【図2】 本考案のスイッチング電源の第2の実施例の
回路図。
【図3】 本考案のスイッチング電源の第3の実施例の
回路図。
【図4】 本考案のスイッチング電源の第4の実施例の
回路図。
【図5】 従来の補助電源を備えたスイッチング電源の
回路図。
【符号の説明】
1 入力端子 2 出力端子 3 制御回路 4 補助電源回路

Claims (2)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチング素子をオンオフして、負荷
    に安定化した直流出力電圧を供給するスイッチング電源
    において、スイッチング電源の一方の入力端子とスイッチング素子
    を駆動する制御回路の電源入力端子との間に接続された
    第1のコンデンサと、スイッチング電源の入力端子間に
    接続されたフィルタ用の第2のコンデンサとを具備し、 制御回路が、 スイッチング電源起動時には外部からスイッチング
    に供給される直流入力から該第1のコンデンサを介し
    て電源供給を受け、 スイッチング電源起動後には、該第1と第2のコンデ
    ンサの直列回路を平滑手段とした補助電源、あるいは
    外部からスイッチング電源に供給される直流入力かどち
    らか電圧値の高い方から選択的に電源供給を受けること
    を特徴とするスイッチング電源。
  2. 【請求項2】 スイッチング素子をオンオフして、負荷
    に安定化した直流出力電圧を供給するスイッチング電源
    において、スイッチング電源の一方の入力端子とスイッチング素子
    を駆動する制御回路の電源入力端子との間に接続された
    第1のコンデンサを具備し、 制御回路が、 スイッチング電源起動時には外部からスイッチング
    に供給される直流入力から該第1のコンデンサを介し
    て電源供給を受け、 スイッチング電源起動後には、外部の負荷へ電圧供給
    をするためのスイッチング電源の直流出力か、あるいは
    外部からスイッチング電源に供給される直流入力かどち
    らか電圧値の高い方から選択的に電源供給を受けること
    を特徴とするスイッチング電源。
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