JP2732100B2 - チョークコンバータを有するスイッチング電源 - Google Patents

チョークコンバータを有するスイッチング電源

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JP2732100B2 JP63316653A JP31665388A JP2732100B2 JP 2732100 B2 JP2732100 B2 JP 2732100B2 JP 63316653 A JP63316653 A JP 63316653A JP 31665388 A JP31665388 A JP 31665388A JP 2732100 B2 JP2732100 B2 JP 2732100B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、電圧値が変化する直流電圧源から、出力コ
ンデンサと並列に接続された電気的負荷に電源を供給す
るスイッチング電源に関する。
(従来技術) スイッチング電源は定電圧および/または定電流を電
気的または電子的装置に供給するのに用いられ、チョー
クコンバータ、1次または2次切換形ブロッキングオシ
レータ形コンバータまたはフォワードコンバータもしく
はプッシュプルコンバータとして構成されている。一般
に、これらは整流回路およびそれに続いてトランスまた
はチョークコイルが接続されたフィルタ平滑回路を有し
ている。チョークコンバータを利用するときは、チョー
クおよび電気的負荷と直列に接続され1つまたはいくつ
かの変数に依存してONまたはOFFする電子スイッチまた
はスイッチングトランジスタが用いられる。このときチ
ョークに蓄えられたエネルギーは、電子スイッチのOFF
期間中、適当な極性を有するダイオードを介して電気的
負荷に供給される。
以上のような回路はドイツ特許明細書(DE-PS)第3,3
10,678号により知られている。この特許明細書において
は、出力電圧を安定化するために電解コンデンサ10が用
いられている。しかしながら、スペースおよび信頼性の
理由から、できることなら回路に電解コンデンサを使用
することは避けたい。さらに公知の回路ではダイオード
8は比較的高い耐圧が要求される。
(発明の目的および構成) 本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、部品
またはコストを増加させることなく上述した部品を不要
にする回路を提供することにある。
この目的は、前述したタイプの回路において、出力電
圧の安定化に要する時間(この時間中電流はチョークか
ら出力コンデンサへ流れる)を、スレッショールドスイ
ッチングを用いてチョークを短絡させることにより変化
させることで達成される。
本発明の回路は直流電圧そして直列の整流器が接続さ
れたどんな周波数の交流電圧にも好適である。この回路
はたとえば70Vから260Vの揺らぎを含む電源において発
生する全ての電圧から一定の出力電圧を生じさせる。電
気的負荷はたとえば電気カミソリなどの小さな家庭用品
に用いられる直流モータや、アキュミュレータなどであ
る。
有用な実施例において、この回路はチョークに蓄えら
れたエネルギーが第2のトランジスタのベース−エミッ
タ回路を介して流出するように構成されている。このた
め、チョークの全放電時間中、第1のトランジスタのベ
ース−エミッタ回路は短絡され、それにより第1のトラ
ンジスタは非導通のままになる。
もしチョークコイルの短絡中に流れる電流が第2のト
ランジスタのベース−エミッタ回路を介して流れるな
ら、第1のトランジスタはこの期間中確実にOFFのまま
である。請求項4にはスレッショールドスイッチの簡単
な例が記載されている。
さらに有用な実施例はその他の請求項から明らかであ
ろう。
(実施例) 以下図面に記載された実施例を参照して本発明をより
詳細に説明する。
第1図は電子的スイッチング電源の回路図であり、こ
こではチョークの放電電流および短絡電流は共に第2の
トランジスタのベース−エミッタ回路を通って流れる。
第2図は第1図の回路のスレッショールドスイッチの
一例である。
第3図および第4図は第2図の回路における電圧およ
び電流を示すグラフであり、第3図は無負荷状態、第4
図は部分的な負荷状態を示している。
第1図において、第1のトランジスタT1、エミッタ抵
抗R4、チョークn1、減結合ダイオードD2および負荷抵抗
RLと並列に接続された出力コンデンサC3から成る直列回
路が、直流電圧源Ueの2つの端子間に接続されている。
負荷抵抗RLおよび出力コンデンサC3の並列回路には出力
電圧Uaが印加される。直流電圧源Ueの2つの端子間に
は、たとえばACラインに接続された整流器の正弦波整流
電圧などの入力電圧Ueを平滑するためのコンデンサC1が
接続されている。入力電圧Ueの正端子に接続されたトラ
ンジスタT1のコレクタと、エミッタ抵抗R4とチョークn1
の接続点Eとの間には、入力抵抗R1と第2のトランジス
タT2の回路とから成る直流回路が接続されている。第2
のトランジスタT2のベースはベース抵抗R3を介してトラ
ンジスタT1のエミッタに接続されている。トランジスタ
T1のベースはトランジスタT2のコレクタと入力抵抗R1と
の接続点に接続されるとともに、フィードバックコンデ
ンサC2および電流制限抵抗R2を介してフィードバックコ
イルn2に接続されている。フィードバックコイルn2の他
端は接続点Eに接続されている。チョークn1のコイルお
よびフィードバックコイルn2は磁気的に結合され、かつ
同じ極性で巻かれている。入力電圧Ueの負端子は本実施
例では基準電位を示し、ダイオードD1を介してトランジ
スタT2のベースに接続されている。チョークn1と減結合
ダイオードD2との接続点Fはスレッショールドスイッチ
Sを介して基準電位に接続されている。スレッショール
ドスイッチSは出力電圧Uaと基準電圧Urとの差によって
制御される。
入力電圧Ueが印加されると、トランジスタT1には入力
抵抗R1を通って僅かにベース電流が流れる。トランジス
タT1の電流増幅率によって増幅されたエミッタ電流が、
エミッタ抵抗4、チョークn1、減結合ダイオードD2およ
び出力コンデンサまたは負荷抵抗RLを通って流れ、基準
電位に達する。負荷抵抗RLはたとえば直流モータであ
る。初期電流I1によってフィードバックコイルn2に電
圧が誘起され、この電圧によりトランジスタT1は電流制
限抵抗R2およびフィードバックコンデンサC2を介して急
激に導通し飽和状態に達する。
初期電流I1がリニアに増加してエミッタ抵抗R4の電
圧降下がトランジスタT2のベース−エミッタ回路のしき
い値に達するとトランジスタT2が抵抗R3を介してONにな
る。これによりトランジスタT1のベース−エミッタ回路
が短絡されるのでトランジスタT1がすぐにOFFになる。
同時にフィードバックコンデンサC2が放電されその後逆
極性に充電される。これはトランジスタT1が遮断されて
フィードバックコイルn2に誘起される電圧の極性が急に
反転するからである。
トランジスタT1がON状態の間、チョークn1に電圧が現
れ、その接続点Eの電位は接続点Fの電位に対して正で
ある。トランジスタT1が遮断された後、すなわち、チョ
ークn1に流れる電流Iが減少してくるとチョークn1の電
圧は急に逆転し、接続点Fが接続点Eに対して正にな
る。そしてチョークn1に蓄えられたエネルギーは2次電
流I2の形で減結合ダイオードD2、出力コンデンサC3、
ダイオードD1およびトランジスタT2のベース−エミッタ
回路を通って接続点Eへ流れる。トランジスタT2のベー
ス−エミッタ回路を流れるこの2次電流は、チョークが
完全に放電する間およびフィードバックコンデンサC2が
逆極性に充電される間、トランジスタT1のベース−エミ
ッタ回路を短絡させるという利点がある。その後コンデ
ンサC2の右側の電極の接続点Bは左側の電極の接続点A
に対して正の電圧を有するようになる。その結果、2次
電流が流れなくなるとすぐにトランジスタは再びONにな
る。
出力電圧Uaがその規定電圧に達すると、スレッショー
ルドスイッチSがONになりチョークn1の下端(すなわち
接続点F)は、ダイオードD1およびトランジスタT2のベ
ース−エミッタ回路を介して、チョークn1の上端(すな
わち接続点E)と接続される。そのときチョークn1のコ
イルは2つのダイオード回路すなわちダイオードD1およ
びトランジスタT2のベース−エミッタダイオードを通っ
て短絡される。チョークn1のコイルに出力電圧Uaより実
質的に低い電圧を印加すると、その放電時間はかなり延
びる。それはチョークコイルn1に蓄えられるエネルギー
は上記閉回路で生じるロスにより消費されるだけだから
である。
第2図は第1図のスレッショールドスイッチSの簡単
な例を示す。図において第1図の部品と同一のものには
同じ参照番号を付してある。この実施例において、チョ
ークn1の負荷側端である接続点Fと基準電位との間に接
続された第3のトランジスタT3がスレッショールドスイ
ッチSである。トランジスタT3のベースは、減結合抵抗
R5およびツェナーダイオードD3を介して出力コンデンサ
C3の正電極に接続され、他方、抵抗R6,R7から成る分圧
器を介して基準電位に接続されている。本実施例におい
ては、ダイオードD1のアノードは第1図のように基準電
位に接続される代わりに、2つの抵抗R6,R7の接続点に
接続されている。抵抗6と並列にコンデンサC4が接続さ
れ、この接続の抵抗値をかなり低くしている。もし出力
電圧Uaが、定格値を越えたときは、ツェナーダイオード
D3が導通し、トランジスタT3がONする。減結合ダイオー
ドD2はトランジスタT3が導通している間出力コンデンサ
C3がトランジスタT3を通って放電するのを防止する。
抵抗R7を流れる2次電流I2および短絡電流I3の両者
によって、この抵抗の両端に電流に応じた電圧降下が現
れる。このとき抵抗R6およびR7の接続点は基準電位に対
して負になっている。これにより抵抗R6およびそれと並
列に接続されたコンデンサC4を通してトランジスタT3の
ベースの正電圧が増加する。これは正帰還がかかってい
ることを意味している。
第3図および第4図はトランジスタT3のコレクタ−エ
ミッタ電圧UCE3および接続点Eを流れる電流Iを示し
ている。第3図は無負荷のときの特性を示し、第4図は
一部負荷をかけたときの特性を示している。図におい
て、t1は初期電流I1がチョークn1に流れる期間すなわ
ちトランジスタT1が導通している期間である。期間t2に
おいては2次電流I2がチョークn1からダイオードD1お
よびトランジスタT2のベース−エミッタ回路を介し負荷
すなわち出力コンデンサC3および負荷抵抗RLへ流れる。
このt2の期間ではトランジスタT1およびトランジスタT3
は共に非導通である。期間t3ではトランジスタT3が導通
し、電流はトランジスタT3、ダイオードD1およびトラン
ジスタT2のベース−エミッタ回路を通ってチョークn1だ
けに流れる。期間t3においては短絡回路の電流がやや減
少するが、これはチョークn1、トランジスタT2のベース
−エミッタダイオードおよびダイオードD1のロスに起因
するものである。
第3図と第4図の特性を比較してみると、チョークn1
から負荷まで2次電流I2が流れる期間t2は無負荷のと
きは一部負荷時より実質的に短い。したがってチョーク
n1のコイルが短絡されている期間t3は、無負荷時の方が
負荷時より長い。すなわち出力電圧Ueを制御するために
必要な時間t2は、チョークコイルn1の短絡時間に応じて
変化する。
一つの実施例として、出力電圧Uaは40V、負荷抵抗RL
は約5Wの直流モータである。チョークコンバータの発振
周波数は30KHzから50KHzであり、インターバルの周波数
すなわちトランジスタT3またはスレッショールドスイッ
チSがONする時は負荷に依存して変化する。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、電解コンデン
サや耐圧が高いダイオードを用いないスイッチング電源
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるスイッチング電源の一実施例の回
路図、第2図は第1図の回路のスレッショールドスイッ
チの一例を示した回路図、第3図および第4図は第2図
の回路における電圧および電流を示す図であり、第3図
は無負荷状態、第4図は一部負荷状態を示している。 T1……第1のトランジスタ、T2……第2のトランジス
タ、T3……第3のトランジスタ、n1……チョーク

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電圧値が変化する直流電圧源から、出力コ
    ンデンサと並列に接続された電気的負荷に電源を供給す
    るスイッチング電源の出力電圧を調整する回路であっ
    て、チョークと直列に接続された第1のトランジスタの
    回路を有し、前記チョークは第1のトランジスタの導通
    状態における初期電流によって充電され、第1のトラン
    ジスタの遮断状態のとき前記チョークに蓄えられたエネ
    ルギーがダイオードを介して前記出力コンデンサに流れ
    前記電気的負荷を通って放電され、エミッタ抵抗が第1
    のトランジスタと直列に接続され且つ第2のトランジス
    タのベース−エミッタ回路と並列に接続され、第2のト
    ランジスタのコレクタは第1のトランジスタのベースに
    接続され、フィードバックコイルは前記チョークと磁気
    的に結合され、フィードバックコイルの一端は、直列に
    接続されたフィードバックコンデンサおよび電流制限抵
    抗を介して第1のトランジスタのベースに接続され、フ
    ィードバックコイルの他端は前記チョークおよび前記エ
    ミッタ抵抗との接続点に接続されているチョークコンバ
    ータを有するスイッチング電源において、前記チョーク
    のコイルを短絡させるスレッショールドスイッチによっ
    て、前記チョークから前記出力コンデンサへ電流が流れ
    ている時間であって前記出力電圧の調整に必要な時間を
    変化させることを特徴とするチョークコンバータを有す
    るスイッチング電源。
  2. 【請求項2】前記チョークに蓄えられたエネルギーが第
    2のトランジスタのベース−エミッタ回路を通って前記
    出力コンデンサへ流れることを特徴とする請求項1に記
    載のスイッチング電源。
  3. 【請求項3】前記スレッショールドスイッチが、前記ダ
    イオードおよび第2のトランジスタのベース−エミッタ
    回路を通して前記チョークを短絡させ、前記チョークの
    負荷側端と前記スレッショールドスイッチとの接続点
    と、前記出力コンデンサとの間に減結合ダイオードを挿
    入したことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング
    電源。
  4. 【請求項4】前記スレッショールドスイッチが前記チョ
    ークの負荷側端と基準電位との間に設けられた第3のト
    ランジスタであり、そのベースは減結合抵抗およびツェ
    ナーダイオードを介して前記出力コンデンサに接続され
    るとともに、抵抗を介して基準電位に接続されているこ
    とを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源。
  5. 【請求項5】前記抵抗が分圧器から成り、その接続点に
    前記ダイオードが接続され、分圧器を構成する抵抗のう
    ち第3のトランジスタに接続された抵抗にはそれと並列
    にコンデンサが接続されたことを特徴とする請求項4に
    記載のスイッチング電源。
  6. 【請求項6】前記直流電圧源がAC商用電源に接続された
    整流器であることを特徴とする請求項1に記載のスイッ
    チング電源。
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