JP2843065B2 - 自励式スイッチング電源回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はDC/DCコンバータ等の自励式スィッチング電
源回路に関する。

〔従来の技術〕

従来、自励式スィッチング電源回路としては第３図及
び第４図に示すようなDC/DCコンバータがトランジスタ
技術「AC入力スィッチング電源の設計」（1987年３月）
等により知られている。

第３図に示すDC/DCコンバータは一次巻線11a,二次巻
線11b,補助巻線11cを有するトランス11、スィッチング
トランジスタ12、コンデンサ13〜15、ダイオード17〜1
9、抵抗20,21及びツェナーダイオード22により構成され
ている。

直流電圧Vinが端子23,24間に印加されると、この直流
電圧Vinにより起動抵抗21を通してトランジスタ12のベ
ースに起動電流が流れてトランジスタ12がオンする。し
たがって、直流電圧Vinによりトランス11の一次巻線11a
にトランジスタ12を通して電流が流れ、トランス11の二
次巻線11b,補助巻線11cに順方向電圧が誘起する。この
補助巻線11cに誘起した順方向電圧はダイオード18とコ
ンデンサ14の並列回路、抵抗20を通してトランジスタ12
のベースにベース電流を流し、このベース電流Ibは抵抗
20の抵抗値をRb、トランス11の一次巻線11a,補助巻線11
cの各巻数をNp,Nb、ダイオード18の順方向電圧をVf、ト
ランジスタ12のベース・エミッタ間電圧をVbeとすれば という一定の電流になる。このベース電流Ibによりトラ
ンジスタ12のコレクタ電流Icが増加して行くが、トラン
ジスタ12の直流電流増幅率Hfのとの間で となると、トランジスタ12はオン状態を維持できなくな
り、つまりベース電流不足で活性領域へ移行してコレク
タ電圧が上昇する。その結果、トランス11の一次巻線11
aの電圧が低下し、補助巻線11cの電圧が低下してトラン
ジスタ12がさらにベース電流不足となり、急激にトラン
ジスタ12がオフする。トランジスタ12がオフした瞬間に
トランス11の二次巻線11b,補助巻線11cには逆起電力が
発生し、二次巻線11bに誘起した電圧はダイオード19及
びコンデンサ15により直流電圧に変換されて出力され
る。また、コンデンサ13は補助巻線11cに誘起した逆起
電圧によりダイオード17を通して充電される。上述の動
作が繰り返して行われるが、トランジスタ12のオン時に
コンデンサ13の電圧VcがVc＝Vz＋Vbe（Vzはツェナーダ
イオード22のツェナー電圧）に達すると、ツェナーダイ
オード22が導通してトランス11の補助巻線11cからトラ
ンジスタ12のベースへの電流がツェナーダイオード22側
へ流れ、トランジスタ12がオフする。コンデンサ13に電
流が流れている期間はトランス11の二次巻線11bの誘起
電圧がダイオード19を通して出力される期間と同じであ
るから、出力電圧とコンデンサ13の充電電圧Vcとが比例
して出力電圧が定電圧化されることになる。

第４図に示すDC/DCコンバータは一次巻線11a,二次巻
線11b,補助巻線11cを有するトランス11、トランジスタ1
2,25、コンデンサ13〜15,26、ダイオード17〜19、抵抗2
0,21,27〜29、ツェナーダイオード22、発光ダイオード3
0及びフォトトランジスタ31からなるフォトカプラ、プ
ログラマブル・シャント・レギュレータ32により構成さ
れている。

直流電圧Vinが端子23,24間に印加されると、第３図の
DC/DCコンバータと同様にトランジスタ12がオン／オフ
して出力電圧が得られるが、この出力電圧の定電圧化動
作が第３図のDC/DCコンバータとは異なる。すなわち、
出力電圧が抵抗28,29により分圧されたプログラマブル
・シャント・レギュレータ32のゲートに与えられ、出力
電圧が規定電圧より上昇すると、プログラマブル・シャ
ント・レギュレータ32のカソード電圧が低下して発光ダ
イオード30が発光する。したがって、フォトトランジス
タ31が導通してトランジスタ25がオンし、トランス11の
補助巻線11cからトランジスタ12のベースへの電流がト
ランジスタ25に流れてトランジスタ12のオン時間が短く
なる。その結果、出力電圧が規定の電圧に戻る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記DC/DCコンバータではトランジスタ12のオン／オ
フの切り換わりの時間が電界効果トランジスタのオン／
オフの切り換わりの時間に比べて長いので、トランジス
タ12のスィッチング周波数を高くする高周波化に問題が
あり、トランジスタ12のオン／オフの切り換わり時の電
力損失が大きくて効率が低い。

本発明は上記欠点を改善し、高周波化が可能で効率を
高くすることができる自励式スィッチング電源回路を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は直流電圧が一次巻
線に印加されるトランスと、このトランスの一次巻線と
直列に接続される電界効果トランジスタと、前記直流電
圧より起動電圧を生成して前記電界効果トランジスタの
ゲートに印加する起動回路と、前記トランスの補助巻線
に誘起した順方向電圧を通過させて前記電界効果トラン
ジスタのゲートに与える順方向電圧印加回路と、前記ト
ランスの補助巻線と並列に接続されるコンデンサと、こ
のコンデンサと前記トランスの補助巻線との間に接続さ
れ前記トランスの補助巻線に誘起した逆方向電圧を通過
させて前記コンデンサを充電させる充電用回路と、前記
コンデンサの電圧が一定の電圧に達したことにより動作
する定電圧化回路と、コレクタが前記電界効果トランジ
スタのゲートに抵抗を介して接続されてエミッタが前記
電界効果トランジスタのソースに接続され前記定電圧化
回路の動作により動作して前記電界効果トランジスタの
ゲート電圧を急激に下げることにより前記電界効果トラ
ンジスタのOFFスピードを上げるトランジスタと、前記
トランスの二次巻線に誘起された電圧を直流化する直流
化回路とを備えるようにしたものである。

〔作 用〕

直流電圧が印加されると、起動回路により電界効果ト
ランジスタがオンしてトランスの一次巻線に電流が流
れ、トランスの補助巻線に誘起した順方向電圧が順方向
電圧印加回路により電界効果トランジスタのゲートに与
えられてトランスの一次巻線の電流が増加する。この電
流が飽和すると、電界効果トランジスタがカットオフ
し、トランスの補助巻線に逆方向電圧が誘起される。こ
の逆方向電圧により充電用回路がコンデンサを充電し、
コンデンサの電圧が一定の電圧に達すると、定電圧化回
路が動作してトランジスタが動作し電界効果トランジス
タのゲート電圧が急激に下降させることにより電界効果
トランジスタのOFFスピードを上げる作用をする。そし
てトランスの二次巻線に誘起された電圧は直流化回路に
より直流化される。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示し、第２図はそのタイ
ミングチャートである。

この実施例のDC/DCコンバータは一次巻線41a,二次巻
線41b,補助巻線41cを有するトランス41、IC（集積回
路）42、電界効果トランジスタ43、コンデンサ44〜46
は、ダイオード47により構成され、IC42はトランジスタ
48,49、ダイオード50,51、ツェナーダイオード53、コン
デンサ54及び抵抗55〜59により構成されている。

入力端子60,61に直流電圧が印加されると、この直流
電圧が起動抵抗55,56により分圧されて電界効果トラン
ジスタ43のゲートに印加され、電界効果トランジスタ43
がオンして上記直流電圧によりトランス41の一次巻線41
aに電界効果トランジスタ43を通して電流が流れる。こ
のトランス41の一次巻線41aへのドレイン電流が抵抗55,
56による分圧されたゲート電圧で制限されたドレイン電
流により飽和すると、電界効果トランジスタ43は急激に
ドレイン電流が減少してカットオフする。電界効果トラ
ンジスタ43がカットオフした瞬間にトランス41の二次巻
線41b,補助巻線41cに逆方向電圧が誘起され、補助巻線4
1cに誘起した逆方向電圧によりダイオード51がオンして
コンデンサ45が充電され、また二次巻線41bの誘起電圧
によりダイオード47を通してコンデンサ46が充電され
る。このような動作の繰り返しによって補助巻線41cの
誘起電圧が徐々に上昇してツェナーダイオード53のツェ
ナー電圧とトランジスタ49のベース・エミッタ間電圧と
の和の電圧に達すると、ツェナーダイオード53が導通し
てトランジスタ49がオンし、トランジスタ48がオンして
電界効果トランジスタ43のゲート電圧を急激に下げる。
その後、再び起動抵抗55,56の分圧電圧により電界効果
トランジスタ43がオンし、以下同様な動作が繰り返して
行われる。トランス41の二次巻線41bに誘起された電圧
はダイオード47及びコンデンサ46により整流及び平滑さ
れて直流電圧として出力され、補助巻線41cに誘起され
る電圧が常に一定の電圧になって出力電圧も一定にな
る。

ここに、上述のように、抵抗55,56は直流電圧Vinより
起動電圧を生成して電界効果トランジスタ43のゲートに
印加する起動回路を構成し、ダイオード50、抵抗57、コ
ンデンサ54は補助巻線41cに誘起した順方向電圧を通過
させて電界効果トランジスタ43のゲートに与える順方向
電圧印加回路を構成している。ダイオード51は、コンデ
ンサ45と補助巻線41cとの間に接続され、補助巻線41cに
誘起した順方向電圧を通過させてコンデンサ45を充電さ
せる充電用回路を構成している。トランジスタ49、ツェ
ナーダイオード53、抵抗59はコンデンサ45の電圧が一定
の電圧に達したことにより動作する定電圧化回路を構成
し、ダイオード47及びコンデンサ46は二次巻線41bに誘
起された電圧を直流化する直流化回路を構成している。

この実施例ではバイポーラトランジスタに比べてスト
レージタイムが大幅に少ない電界効果トランジスタ43の
オン／オフの切り換わりの時間を短くできるので、電界
効果トランジスタ43のスィッチング周波数を高くする高
周波化が可能となり、電界効果トランジスタ43のオン／
オフの切り換わり時の電力損失が小さくて効率が高くな
る。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、例えばAC/DCコンバータに適用することができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば直流電圧が一次巻線に印
加されるトランスと、このトランスの一次巻線と直列に
接続される電界効果トランジスタと、前記直流電圧より
起動電圧を生成して前記電界効果トランジスタのゲート
に印加する起動回路と、前記トランスの補助巻線に誘起
した順方向電圧を通過させて前記電界効果トランジスタ
のゲートに与える順方向電圧印加回路と、前記トランス
の補助巻線と並列に接続されるコンデンサと、このコン
デンサと前記トランスの補助巻線との間に接続され前記
トランスの補助巻線に誘起した逆方向電圧を通過させて
前記コンデンサを充電させる充電用回路と、前記コンデ
ンサの電圧が一定の電圧に達したことにより動作する定
電圧化回路と、コレクタが前記電界効果トランジスタの
ゲートに抵抗を介して接続されてエミッタが前記電界効
果トランジスタのソースに接続され前記定電圧化回路の
動作により動作して前記電界効果トランジスタのゲート
電圧を急激に下げることにより前記電界効果トランジス
タのOFFスピードを上げるトランジスタと、前記トラン
スの二次巻線に誘起された電圧を直流化する直流化回路
とを備えたので、高周波化が可能となり、かつ効率を高
くすることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は同実
施例のタイミングチャート、第３図及び第４図は従来の
各自励式スィッチング電源回路を示す回路図である。 41……トランス、43……電界効果トランジスタ、44〜46
……コンデンサ、47……ダイオード、48,49……トラン
ジスタ、50,52……ダイオード、53……ツェナーダイオ
ード、54……コンデンサ、55〜59……抵抗。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電圧が一次巻線に印加されるトランス
   と、このトランスの一次巻線と直列に接続される電界効
   果トランジスタと、前記直流電圧より起動電圧を生成し
   て前記電界効果トランジスタのゲートに印加する起動回
   路と、前記トランスの補助巻線に誘起した順方向電圧を
   通過させて前記電界効果トランジスタのゲートに与える
   順方向電圧印加回路と、前記トランスの補助巻線と並列
   に接続されるコンデンサと、このコンデンサと前記トラ
   ンスの補助巻線との間に接続され前記トランスの補助巻
   線に誘起した逆方向電圧を通過させて前記コンデンサを
   充電させる充電用回路と、前記コンデンサの電圧が一定
   の電圧に達したことにより動作する定電圧化回路と、コ
   レクタが前記電界効果トランジスタのゲートに抵抗を介
   して接続されてエミッタが前記電界効果トランジスタの
   ソースに接続され前記定電圧化回路の動作により動作し
   て前記電界効果トランジスタのゲート電圧を急激に下げ
   ることにより前記電界効果トランジスタのOFFスピード
   を上げるトランジスタと、前記トランスの二次巻線に誘
   起された電圧を直流化する直流化回路とを備えたことを
   特徴とする自励式スィッチング電源回路。