JP2580379Y2 - スイッチング安定化電源装置 - Google Patents

スイッチング安定化電源装置

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JP2580379Y2
JP2580379Y2 JP9037391U JP9037391U JP2580379Y2 JP 2580379 Y2 JP2580379 Y2 JP 2580379Y2 JP 9037391 U JP9037391 U JP 9037391U JP 9037391 U JP9037391 U JP 9037391U JP 2580379 Y2 JP2580379 Y2 JP 2580379Y2
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勝己 井崎
保 河内
勇美 乗越
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株式会社電設
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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、磁増幅器を用いたス
イッチング安定化電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチング安定化電源装置として、交
流又は直流入力電圧をスイッチング素子によってスイッ
チングして、出力電圧の安定化を図ると共に、負荷の短
絡等によって生ずる電源装置の損傷を防ぐため設けられ
た、出力電圧−出力電流特性が、いわゆる「フ」の字の
特性となる過電流保護回路が知られている。
【0003】図4は、本考案者が従来使用していた過電
流保護回路を備えた安定化電源装置の回路図である。
【0004】この回路は、チョッパ回路1と、整流平滑
回路2と、誤差検出回路3と、負荷7の短絡等による過
電流を防止するための過電流保護回路4とから構成され
ている。
【0005】前記過電流保護回路4について以下に、よ
り詳しく説明する。
【0006】前記過電流保護回路4は主トランス5の2
次巻線に直列に接続された変流器6,ダイオード8,
9,10,11,抵抗12,13,14,コンデンサ1
5,トランジスタ16とを有し構成される。
【0007】まず、抵抗13,14により出力電圧VL
に比例した電圧をトランジスタ16のベース・エミッタ
間に逆方向電圧として印加される。一方、変流器6によ
りダイオード8を通し、抵抗12に出力電流IL に比例
した電圧が取り出され、ダイオード9を介してコンデン
サ15に充電された後、放電し抵抗13を流れてトラン
ジスタ16のベース・エミッタ間に順方向の電圧降下を
生じる。
【0008】変流器6の2次巻線に流れる電流iも、負
荷電流Iの増加に比例して増加することになるため、
コンデンサ15の電圧が増加し、トランジスタ16のエ
ミッタ,ベース間電圧VEB固有のしきい値電圧を越え
ることにより、トランジスタ16がオンする。トランジ
スタ16がオンすると、ダイオード11を介して磁
幅器17にリセット電流が流れ、出力電圧を減少させる
方向となり、結果的に出力電流−出力電圧特性が図3に
示すような、いわゆる「フ」の字特性となる。
【0009】次にこの過電流保護回路4の等価回路を図
5に示して問題点を説明する。
【0010】変流器6の2次巻線に流れる電流iに対応
する定電流源を18とする。図5に示す等価回路は、こ
の定電流源18と、抵抗12,13,14,コンデンサ
15,出力電圧VL に対応する定電圧源22及びスイッ
チ23から構成される。尚、図4のダイオード9の順方
向電圧は、図5に示す等価回路においては、これを無視
することとする。
【0011】このスイッチ23は、スイッチ23をオ
ン,オフすることにより、チョッパ回路部1のスイッチ
ング動作に比例した変流器6に流れる電流を制御するも
のである。
【0012】コンデンサ15の充電電流をi1 ,放電電
流をi2 ,抵抗14をR1 ,抵抗13をR2 ,スイッチ
23のオン時間をTON,オフ時間をTOFF 及びコンデン
サ15の両端電圧をVC とすると、i1 ,i2 の関係
は、 i1 ・TON=i2 ・TOFF 式1 i2 ・TOFF ={VC /R2 +(VL +VC )/R1 }・TOFF 式2 と表せる。
【0013】図6にスイッチ23のオン時間TONがオフ
時間TOFF より長い時の、コンデンサ15の充電電流i
1 と放電電流i2 及びコンデンサ15の両端電圧VC
波形を示す。
【0014】この時は、充電電流i1 の流れる時間が長
く、放電電流i2 の流れる時間が短いため、コンデンサ
15の両端電圧VC に含まれるリップル電圧VRPL が小
さい。
【0015】逆に、図7に示すように、スイッチ23の
オン時間TONがオフ時間TOFF より短い時は、充電電流
1 の流れる時間が、放電電流i2 の流れる時間より短
いため、コンデンサ15の両端電圧VC に含まれるリッ
プル電圧VRPL が大きくなる。
【0016】従って、放電電流i2 、すなわち出力電流
2 が同値であっても、オン時間TONとオフ時間TOFF
の長短によって、コンデンサ15の両端電圧VC に含ま
れるリップル電圧VRPL が変化し、そのため抵抗13の
両端電圧の平均値も変化する。
【0017】磁増幅器17のリセット電流を制御する
トランジスタ16は、抵抗13の電圧降下を検出して動
作するため、スイッチ23のオン時間TONがオフ時間
OFFより長いときは、抵抗13の電圧降下が大きく
なり、負荷電流Iが比較的小さい時でも磁増幅器1
7が制御され図3に示す「フ」の字特性においてaのよ
うになり、逆にスイッチ23のオン時間TONがオフ時
間TOFFより短い時はbのようになる。すなわち、チ
ョッパ回路1で発生する入力パルスのデューティー比の
変化により、出力電流−出力電圧特性が変動することに
なる。ここで、式2において(V+V)/Rの項
を無くすことができれば、iの値を小さくすることで
を小さくでき、上記の問題は解消される。
【0018】
【考案が解決しようとする課題】このように、従来のス
イッチング安定化電源装置の「フ」の字特性を有する過
電流保護回路は、チョッパ回路で発生する入力パルスの
パルス幅の変化、すなわち入力パルスのデューティー比
が変化することによって、その「フ」の字特性におい
て、出力電圧により過電流保護回路が機能を開始する電
流値が変化し、「フ」の字特性も変動する。
【0019】そこで本考案は上記事情に鑑みてなされた
ものであり、従来のスイッチング安定化電源の過電流保
護回路が有していた「フ」の字特性を維持するととも
に、上記従来欠点を除去することができるスイッチング
安定化電源装置を提供することを目的とするものであ
る。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本考案は、チョッパ回路と、該チョッパ回路に主トラ
ンスによって結合される整流平滑回路と、該整流平滑回
路の出力電圧と基準値とを誤差検出回路で比較検出し、
リセット電流として前記主トランスの2次側に接続され
た磁増幅器に供給することによって出力電圧を安定化
させる出力電圧安定回路と、負荷短絡等による過電流を
防止するための過電流保護回路とから成るスイッチング
安定化電源装置において、前記主トランスの1次側又は
2次側に接続された変流器によって出力電流に比例した
電流を検出する電流検出回路と、前記整流平滑回路の正
側出力と前記変流器の2次側に接続された電流−電圧変
換回路の正側間に接続された第1の抵抗によって出力電
圧を供給する回路と、前記誤差検出回路と磁増幅器と
の接続点と前記整流平滑回路の負側出力との間にコレク
タ及びエミッタが接続され、前記変流器の入力側にベー
スが接続されたトランジスタとを具備し、前記電流検出
回路で検出される電流によって生ずる電圧と出力電圧供
給回路の電圧の極性が互いに逆となるように、第2の抵
抗を、前記第1の抵抗の接続点と前記トランジスタのエ
ミッタ間に挿入接続する。さらに前記電流−電圧変換回
路は前記変流器の2次巻線の両端間に、直列に接続され
たダイオード及び抵抗によって構成されたことを特徴と
する。
【0021】
【作用】上記構成のスイッチング安定化電源装置によれ
ば、前記電流検出回路で検出される電流によって生ずる
電圧と出力電圧を加える回路の電圧の極性が前記第2の
抵抗を接続することにより互いに逆となるように構成さ
れるため、従来と同様の出力電流−出力電圧特性、
「フ」の字特性を維持するとともに、前記トランジスタ
のベース・エミッタ間電圧が抵抗13の放電電流の影響
を受けなくなり、結果的に、前記チョッパ回路で発生さ
れる入力パルスのデューティー比の変化によって、
「フ」の字特性の変動を抑えることができる。
【0022】
【実施例】以下に本考案の実施例を図面を参照して詳述
する。
【0023】図1は本考案の一実施例におけるスイッチ
ング安定化電源装置の全体回路図である。
【0024】このスイッチング安定化電源装置は、チョ
ッパ回路1,整流平滑回路2,誤差検出回路3及び過電
流保護回路4とを有し構成される。
【0025】チョッパ回路1は不安定な直流入力30と
FET(電界効果トランジスタ)等の主スイッチ素子3
1と主トランス5の1次巻線と主スイッチ素子31を駆
動するための駆動回路32とから構成される。整流平滑
回路2は主トランス5の2次巻線の一端に磁増幅器1
7を介して、ダイオード33,34,チョークコイル3
5が接続され、その後段に主トランス5の2次巻線と並
列にコンデンサ36が接続され、その両端電圧が負荷7
に出力されるように構成される。また、抵抗37,38
と基準値としての直流電源39とオペアンプ(演算増幅
器)40及びダイオード41から誤差検出回路3が構成
され、誤差検出回路3の出力が磁増幅器17の出力側
に接続され、抵抗37が整流平滑回路2の正側出力に接
続することにより出力電圧安定回路となる。
【0026】また出力電流Iに比例した電流を検出す
る電流検出回路を構成する変流器6は、その1次巻線が
主トランスの2次巻線に挿入接続され、その2次巻線に
並列に電流−電圧変換用ダイオード42と抵抗12が接
続され、電流−電圧変換回路4aが構成される。その後
段にダイオード9とコンデンサ15が図のように接続さ
れる。コンデンサ15の正側は変流器6と直列に抵抗4
3を介して整流平滑回路2の負側出力に接続される。ま
た整流平滑回路2の負側出力は、トランジスタ16のエ
ミッタに接続され、トランジスタ16のコレクタはダイ
オード11を介して誤差検出回路3と磁増幅器17の
接続点に接続される。ここで前記エミッタは整流平滑回
路2の負側出力に接続されるとともにベース・エミッタ
間に抵抗13が挿入接続されている。トランジスタ16
のベースは前記変流器6の入力側にダイオード9を介し
て接続される。さらに、抵抗43のコンデンサ15側と
整流平滑回路2の正側出力間にダイオード10と抵抗1
4が直列に接続され出力電圧供給回路4bを構成する。
【0027】次に上記構成のチョッパ回路1,整流平滑
回路2,誤差検出回路3の作用について説明する。
【0028】チョッパ回路1において不安定な直流入力
30に対し、FET等の主スイッチ素子31と該主スイ
ッチ素子31を駆動するための駆動回路32及び主トラ
ンス5の1次巻線により、直流入力30をスイッチング
し、その動作周波数を固定したまま、パルス幅制御を行
い、その入力パルス電圧を主トランス1により主トラン
ス1の2次巻線に誘起させる。
【0029】主トランスの2次巻線に誘起された入力パ
ルス電圧は、ダイオード33,34,チョークコイル3
5,コンデンサ36によって整流平滑され、直流電圧に
変換された後に負荷7に出力される。
【0030】また、抵抗37,38によって出力電圧V
が分圧検出され、この電圧と直流電源39の基準値と
がオペアンプ40で比較される。その結果に応じて制御
電圧がダイオード41を介して磁増幅器17に供給さ
れることにより、出力電圧の安定化を図ることができ
る。
【0031】次に過電流保護回路4の作用について説明
する。
【0032】まず、抵抗14,43を介して出力電圧V
L に比例した電圧が、コンデンサ15,抵抗43,トラ
ンジスタ16からなる閉回路においてトランジスタ16
のベース・エミッタ間に逆方向電圧として印加される。
【0033】一方、変流器6により出力電流Iに比例
した電流iが変流器6の2次巻線に取り出される。この
電流iは、抵抗12,ダイオード42の電流−電圧変換
回路4aにより電圧に変換される。次に、チョッパ回路
で発生される入力パルスがオフになると、この電流は、
放電され抵抗43を介して抵抗13に流れる。この放電
電流による抵抗13の電圧降下は、前述の出力電圧V
によって印加される逆方向電圧に対し、順方向となる。
従って、負荷の短絡等により過電流が流れると、変流器
6の2次側に流れる電流も増加するため、コンデンサ1
5の電圧が上昇し出力電圧Vに比例した逆方向電圧及
びトランジスタ16のベース・エミッタ間の順方向電圧
が上回ると、トランジスタ16がオンし、ダイオード1
1を介し磁増幅器17にリセット電流を流し、出力電
圧を減少させる方向となり、結果的に出力電流−出力電
圧特性が、図3に示すような、「フ」の字特性となる。
【0034】次にこの過電流保護回路部の等価回路を図
2に示して本考案の目的達成理由を説明する。
【0035】変流器6の2次巻線に流れる電流iに対応
する定電流源を18とする。図2に示す等価回路は、こ
の定電流源18と、抵抗12,13,14,43,コン
デンサ15,出力電圧VL に対応する定電圧源22及び
スイッチ23から構成される。このスイッチ23は、ス
イッチ23をオン,オフすることにより、チョッパ回路
部1で発生するパルスのデューティーに比例した変流器
6に流れる電流を制御するものである。
【0036】コンデンサ15の放電電流をi2 ,抵抗1
3をR2 ,スイッチ23のオフ時間をTOFF 及びコンデ
ンサ15の両端電圧をVC とすると、 i2 ・TOFF =(VC /R2 )・TOFF 式3 と表せる。
【0037】式2と比較すると、式3では、式2の項
(VL +VC )/R1 がなくなり、コンデンサ15の放
電電流i2 が、出力電圧の影響を受けないことがわか
る。
【0038】従って、式3よりR2 、すなわち抵抗13
の値を十分に大きくすれば、従来の回路(図4)に示す
回路に比べ、放電電流i2 が非常に小さな値となり、図
6及び図7に示したような、コンデンサ15の放電電流
による抵抗13の電圧降下は入力パルスのデューティー
比によって、変化を受けなくなる。すなわち、入力パル
スのデューティー比によって、トランジスタ16の動作
開始点が変動することもなく、図3の「フ」の字特性に
おいて、cのように一定となる。
【0039】さらに、ダイオード42によって、ダイオ
ード9の温度変動によって生ずるコンデンサ15の両端
電圧の変動を補償でき、温度変動によって、過電流保護
回路の動作をより安定化することも可能となる。
【0040】尚、本考案は上記実施例に限定されず、そ
の要旨を変更しない範囲内で種々に変形実施できる。例
えば、負荷電流IL に比例した電流が反作用的に主トラ
ンス5の1次巻線に流れるため、変流器6は主トランス
5の1次側に挿入接続しても、負荷電流IL に比例した
電流を検出することができ、上記の効果と同様の効果が
得られる。
【0041】
【考案の効果】以上詳述した本考案によれば、従来の過
電流保護回路に前記第2の抵抗を追加し、前記第2の抵
抗の接続点を変えることにより、チョッパ回路で発生さ
れる入力パルスのデューティー比の変動による影響を受
けない、安定した精度の高い出力電流−出力電圧特性
(「フ」の字特性)が得られ、さらには前記整流回路の
前段であって、前記変流器の2次巻線間に温度補償用ダ
イオードを挿入接続することにより、より精度の高いス
イッチング安定化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】本考案の一実施例におけるスイッチング安定化
電源装置の全体回路図である。
【図2】本考案の一実施例における過電流保護回路の等
価回路図である。
【図3】本考案の一実施例及び従来例におけるスイッチ
ング安定化電源装置の出力特性を示す図である。
【図4】従来例におけるスイッチング安定化電源装置の
全体回路図である。
【図5】従来例における過電流保護回路の等価回路図で
ある。
【図6】従来例における過電流保護回路の作用を説明す
る波形図である。
【図7】従来例における過電流保護回路の作用を説明す
る波形図である。
【符号の説明】
1 チョッパ回路 2 整流平滑回路 3 誤差検出回路 4 過電流保護回路 4a 電流−電圧変換回路 4b 出力電圧供給回路 5 主トランス 6 変流器 14,43 抵抗 16 トランジスタ 17 磁増幅器

Claims (2)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チョッパ回路と、該チョッパ回路に主ト
    ランスによって結合される整流平滑回路と、該整流平滑
    回路の出力電圧と基準値とを誤差検出回路で比較検出
    し、リセット電流として前記主トランスの2次側に接続
    された磁増幅器に供給することによって出力電圧を安
    定化させる出力電圧安定回路と、負荷短絡等による過電
    流を防止するための過電流保護回路とから成るスイッチ
    ング安定化電源装置において、前記主トランスの1次側
    又は2次側に接続された変流器によって出力電流に比例
    した電流を検出する電流検出回路と、前記整流平滑回路
    の正側出力と前記変流器の2次側に接続された電流−電
    圧変換回路の正側間に接続された第1の抵抗によって出
    力電圧を供給する回路と、前記誤差検出回路と磁増幅
    器との接続点と前記整流平滑回路の負側出力との間に
    レクタ及びエミッタが接続され、前記変流器の入力側に
    ベースが接続されたトランジスタとを具備し、前記電流
    検出回路で検出される電流によって生ずる電圧と出力電
    圧供給回路の電圧の極性が互いに逆となるように、第2
    の抵抗を、前記第1の抵抗の接続点と前記トランジスタ
    のエミッタ間に挿入接続したことを特徴とするスイッチ
    ング安定化電源装置。
  2. 【請求項2】 前記電流−電圧変換回路は前記変流器の
    2次巻線の両端間に、直列に接続されたダイオード及び
    抵抗によって構成されたことを特徴とする請求項1記載
    のスイッチング安定化電源装置。
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