JP2991330B2 - 絶縁型スイッチング電源 - Google Patents

絶縁型スイッチング電源

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JP2991330B2 JP7065139A JP6513995A JP2991330B2 JP 2991330 B2 JP2991330 B2 JP 2991330B2 JP 7065139 A JP7065139 A JP 7065139A JP 6513995 A JP6513995 A JP 6513995A JP 2991330 B2 JP2991330 B2 JP 2991330B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、入力側と出力側のアー
スが分離された絶縁型スイッチング電源に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】絶縁型スイッチング電源においては、入
力電源の電圧変動や負荷変動に対して出力電圧の安定化
を図るために、フォトカプラを使って出力側から入力側
へフィードバックを行い、それにより入力側のスイッチ
ング・トランジスタを制御するようにしている。
【0003】図6は、従来の絶縁型スイッチング電源の
回路図である。図6において、1は入力電源、2,7は
コンデンサ、3はトランス、4はスイッチング・トラン
ジスタ、5はスイッチング・トランジスタ4の制御回
路、6はダイオード、8,9は分圧抵抗、10−1はフ
ォトカプラ発光素子、10−2はフォトカプラ発光素子
10−1と一体のフォトカプラ受光素子、17は誤差増
幅器、18は基準電源、19は抵抗である。
【0004】トランス3の1次巻線と2次巻線が図6に
示すように反対の極性になっているので、制御回路5に
よってスイッチング・トランジスタ4をオンからオフに
切り換えたとき、2次巻線に矢印Eの方向に誘起電圧が
発生する。そのようにトランス3の2次巻線に発生する
電圧をダイオード6で整流した後、コンデンサ7で平滑
化したものを出力電圧V0 として出力する。出力電圧V
0 は、分圧抵抗8,9で分圧されて、誤差増幅器17の
一方の入力端子に与えられる。誤差増幅器17の他方の
入力端子には、基準電圧を発生する基準電源18を接続
し、分圧抵抗8,9で分圧された電圧V1 と、基準電圧
との差の大きさに応じた電流がフォトカプラ発光素子1
0−1に流れるようにする。なお、基準電源18として
は、例えば、ツェナー・ダイオードやバンドギャップ電
源等が用いられる。
【0005】フォトカプラ発光素子10−1は、電流が
流れると、電流の大きさに応じた光量で発光し、それを
フォトカプラ受光素子10−2に与える。その結果、制
御回路5には、基準電圧と前記電圧V1 との差の大きさ
に応じたフィードバック信号が与えられる。制御回路5
は、そのフィードバック信号に基づいて、出力電圧V0
を一定に保つように、スイッチング・トランジスタ4の
オン・オフ制御を行う。従来の絶縁型スイッチング電源
では、このようにして出力電圧V0 の制御を行ってい
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の技術では、基準電圧を発生する基準電源が必要
であり、その分回路が複雑になってコスト高になる上、
出力と無関係の無駄な電力が基準電源で消費されること
になり、その分、装置の電力変換効率を低下させてしま
うという問題点があった。本発明は、そのような問題点
を解決することを課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、出力電圧と基準電圧とを比較した結果
をフォトカプラを介して入力側制御回路へフィードバッ
クすることにより電圧制御を行う絶縁型スイッチング電
源において、前記基準電圧として、前記フォトカプラの
発光素子の順方向降下電圧を用いることとした。また、
フォトカプラの発光素子の順方向降下電圧の温度変化に
基づく変動を補償するために、出力電圧と基準電圧との
比較手段に出力電圧を入力する回路中に、フォトカプラ
の発光素子の順方向降下電圧の温度特性を補償する半導
体素子、具体的にはダイオードを接続することとした。
【0008】
【作 用】入力側の制御回路へのフィードバックのた
めに用いられるフォトカプラ発光素子の順方向降下電圧
を、フィードバック信号出力用基準電圧の発生源として
も利用する。そのため、従来の絶縁型スイッチング電源
で必要であった基準電源が不要となり、その分、回路が
簡略化され、コストが低減する。また、基準電源を用い
なくなるため、従来基準電源で消費していた無駄な電力
消費がなくなり、その分、装置の電力変換効率を向上さ
せる。さらに、フォトカプラの発光素子の順方向降下電
圧を基準電圧として利用するに当たっては、温度変化に
基づく順方向降下電圧の変動は不都合な場合がある。そ
こで、出力電圧と基準電圧との比較手段に出力電圧を入
力する回路中にダイオードを接続することで温度変化に
基づく順方向降下電圧の変動を補償し、これにより周囲
の温度が変化しても出力電圧を一定に保持できるように
する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、本発明の第1実施例を示す回路図
である。符号は、図6のものに対応し、11−1は誤差
増幅用のトランジスタ、12,13は抵抗である。出力
電圧V0 を分圧抵抗8,9で分圧した電圧V1 を誤差増
幅用のトランジスタ11−1のベースに与え、トランジ
スタ11−1のエミッタと電源出力の負極側との間にフ
ォトカプラ発光素子10−1を接続する。そして、電源
出力の正極側とトランジスタ11−1のエミッタ間に抵
抗13を接続する。
【0010】フォトカプラ発光素子の順方向降下電圧
は、その使用時に該素子に流れる電流の変動範囲におい
て、ほぼ一定値(約1.1V)となる特性を持ってい
る。本発明では、そのことに着目し、出力電圧の比較対
象となる基準電圧として、その順方向降下電圧を利用す
る。すなわち、本発明では、従来、基準電圧を与えるた
めに特に設けていた基準電源を省略して、絶縁型スイッ
チング電源において、出力側から入力側にフィードバッ
クを行うために用いられるフォトカプラの発光素子に、
基準電圧発生源としての機能をも持たせるようにしてい
る。
【0011】次に、本発明の主要部の動作を説明する。
トランジスタ11−1のベースには、出力電圧V0 を分
圧抵抗8,9により分圧した電圧V1 が与えられる。一
方、エミッタの電圧は、フォトカプラ発光素子10−1
のアノードに現れる電圧となる。フォトカプラ発光素子
10−1のアノードに現れる電圧は、フォトカプラ発光
素子10−1の順方向降下電圧の大きさになるので、ト
ランジスタ11−1のコレクタ−エミッタ間には、分圧
した電圧V1 とフォトカプラ発光素子10−1の順方向
降下電圧の差に応じた大きさの電流が流れる。ところ
が、フォトカプラ発光素子10−1の順方向降下電圧
は、前述したようにほぼ一定値となるので、その値を基
準電圧として、分圧抵抗8,9等の値を適当な値に設定
すれば、トランジスタ11−1のコレクタ−エミッタ間
に流れる電流は、出力電圧V0 の誤差に応じた大きさに
なる。
【0012】その結果、フォトカプラ発光素子10−1
に流れる電流も、出力電圧V0 の誤差に応じた大きさと
なり、発光量もそれに応じた大きさになるので、制御回
路5には、フォトカプラ受光素子10−2を介して、出
力電圧V0 の誤差に応じた信号がフィードバックされる
ことになる。このように、フォトカプラ発光素子10−
1に、入力側に対してフィードバックを行う機能と、基
準電圧発生源としての機能の両方を持たせることができ
る。
【0013】図2は、本発明の第2実施例を示す回路図
である。符号は、図1のものに対応し、14はチョーク
コイル、15はダイオードである。この実施例は、トラ
ンス3の巻線の極性を、図1のものと逆の極性にしたフ
ォワード型の絶縁型スイッチング電源に、本発明を適用
した場合を示している。この型の絶縁型スイッチング電
源においては、スイッチング・トランジスタ4がオンし
たときの2次側誘起電圧を整流,平滑化して出力電圧を
得るが、トランジスタ11−1及びフォトカプラ発光素
子10−1の機能・動作は、図1のものと差異がないの
で説明は省略する。
【0014】図3は、本発明の第3実施例の主要部を示
す回路図である。符号は、図1のものに対応し、16は
温度補償用のダイオードである。この実施例は、フォト
カプラ発光素子10−1の順方向降下電圧の温度変化に
基づく変動を補償するための温度補償用ダイオード16
を付加したものである。基準電圧となるべきフォトカプ
ラ発光素子の順方向降下電圧は、−2mV/℃程度の温
度特性を持っていて、温度変化に応じて多少変動する。
そこで、必要に応じて、順方向降下電圧の温度特性がフ
ォトカプラ発光素子と同様な特性を持つダイオード(ダ
イオードの順方向降下電圧の温度特性も、通常、−2m
V/℃程度)を、分圧抵抗9と電源出力の負極側との間
に接続し、フォトカプラ発光素子10−1の順方向降下
電圧の温度変化に基づく変動を補償するようにする。
【0015】すなわち、温度補償用ダイオード16を入
れることにより、フォトカプラ発光素子10−1の順方
向降下電圧の温度変化に基づく変動による、トランジス
タ11−1のエミッタ電圧の変動と、温度補償用ダイオ
ード16の順方向降下電圧の温度変化に基づく変動によ
るベース電圧の変動とを同時に、かつ、同レベルで起こ
させるようにする。そうすることにより、ベース−エミ
ッタ間に流れる電流は、温度変化の影響をほとんど受け
なくなり、フォトカプラ発光素子10−1の順方向降下
電圧の温度変化に基づく変動は、補償されることにな
る。なお、温度補償用ダイオード16は、必要に応じ
て、複数個直列に接続するようにしてもよい。そうすれ
ば、温度補償用ダイオード16の数を増減することで、
温度補償の度合いを調整することができる。なお、温度
補償用ダイオード16は、ダイオードとして使用するよ
うに各端子間を接続したトランジスタでも良いというこ
とは言うまでもない。
【0016】図4は本発明の第4実施例の主要部を示す
回路図である。符号は図3のものに対応している。以
上、図3までの各実施例では、誤差増幅手段にNPN型
バイポーラトランジスタによるトランジスタ11−1を
使用していた。この第4実施例においては、誤差増幅手
段にPNP型バイポーラトランジスタによるトランジス
タ11−2を使用して本発明を構成している。PNP型
とNPN型とでは電流の流れ方が対称的であるので、回
路の構成も図3とは逆となっている。しかし、トランジ
スタ11−2、フォトカプラ発光素子10−1及び温度
補償用ダイオード16の機能・動作は、図1,図3に示
す実施例と差異がないため説明は省略する。
【0017】ところで、誤差増幅用のトランジスタは、
以上の実施例で用いたバイポーラトランジスタに限ら
ず、他の方式のトランジスタ、例えば、電界効果型トラ
ンジスタ(FET)を使用しても良い。その一例とし
て、MOS FETを使用した場合について簡単に説明
する。図5は、本発明の第5実施例の主要部を示す回路
図である。符号は図3のものに対応し、11−3はNチ
ャネルMOS FETによる誤差増幅用のトランジスタ
である。
【0018】図5に示すように、この実施例は、MOS
FETのゲートが分圧抵抗8,9の接続点に接続さ
れ、ドレインが抵抗12を介して電源出力の正極側端子
に接続され、ソースがフォトカプラ発光素子10−1を
介して電源出力の負極側端子に接続される。また、図3
の実施例と同様に、抵抗9と電源出力の負極側端子との
間には、温度補償用ダイオード16が接続される。この
回路は、図3に示す回路とトランジスタの方式が異なる
だけで回路の構成は実質的に同じである。したがって、
MOS FET11−3、フォトカプラ発光素子10−
1及び温度補償用ダイオード16の機能・動作は、図3
に示す実施例におけるトランジスタ11−1、フォトカ
プラ発光素子10−1及び温度補償用ダイオード16と
同様となる。
【0019】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の絶縁型スイッ
チング電源によれば、フォトカプラ発光素子の順方向降
下電圧を基準電圧として利用したため、従来必要であっ
た基準電圧を与えるための基準電源が不要となって、そ
の分、安価な絶縁型スイッチング電源が実現できた。ま
た、基準電源を用いなくなったため、従来基準電源で消
費していた無駄な電力消費がなくなり、その分、装置の
電力変換効率を上げることができた。そして、フォトカ
プラ発光素子の順方向降下電圧が温度変化によって多少
の変動を生じるという不都合な現象は、温度補償用のダ
イオードを接続することで容易に改善でき、簡単な構成
で安定した出力電圧の供給を可能とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例を示す回路図
【図2】 本発明の第2実施例を示す回路図
【図3】 本発明の第3実施例の主要部を示す回路図
【図4】 本発明の第4実施例の主要部を示す回路図
【図5】 本発明の第5実施例の主要部を示す回路図
【図6】 従来の絶縁型スイッチング電源の回路図
【符号の説明】
1…入力電源、2,7…コンデンサ、3…トランス、4
…スイッチング・トランジスタ、5…制御回路、6,1
5…ダイオード、8,9…分圧抵抗、10−1…フォト
カプラ発光素子、10−2…フォトカプラ受光素子、1
1…トランジスタ、12,13,19…抵抗、14…チ
ョークコイル、16…温度補償用ダイオード、17…誤
差増幅器、18…基準電源
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02M 3/28

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力電圧と基準電圧とを比較した結果を
    フォトカプラを介して入力側制御回路へフィードバック
    することにより電圧制御を行う絶縁型スイッチング電源
    において、前記基準電圧として、前記フォトカプラの発
    光素子の順方向降下電圧を用いたことを特徴とする絶縁
    型スイッチング電源。
  2. 【請求項2】 出力電圧と基準電圧との比較手段に出力
    電圧に相当する電圧を入力する回路中に、フォトカプラ
    の発光素子の順方向降下電圧の温度特性を補償する半導
    体素子を接続したことを特徴とする請求項1に記載の絶
    縁型スイッチング電源。
  3. 【請求項3】 前記半導体素子がダイオードである請求
    項2に記載の絶縁型スイッチング電源。
  4. 【請求項4】 出力電圧と基準電圧とを比較した結果を
    フォトカプラを介して入力側制御回路へフィードバック
    することにより電圧制御を行う絶縁型スイッチング電源
    において、電源出力の正極側端子と負極側端子との間に
    直列接続されて、出力電圧を分圧する複数の分圧抵抗
    と、ベースが前記複数の分圧抵抗の接続点に接続され、
    コレクタが定電圧源に接続され、エミッタが前記フォト
    カプラの発光素子を介して電源出力の一方の端子に接続
    されたバイポーラ型のトランジスタ素子とを有すること
    を特徴とする絶縁型スイッチング電源。
  5. 【請求項5】 前記トランジスタ素子のベースと前記フ
    ォトカプラの発光素子が接続された側の電源出力端子と
    の間に、前記分圧抵抗と直列に、前記フォトカプラの発
    光素子の順方向降下電圧の温度変化に基づく変動を補償
    するためのダイオードを接続したことを特徴とする請求
    項4に記載の絶縁型スイッチング電源。
  6. 【請求項6】 出力電圧と基準電圧とを比較した結果を
    フォトカプラを介して入力側制御回路へフィードバック
    することにより電圧制御を行う絶縁型スイッチング電源
    において、電源出力の正極側端子と負極側端子との間に
    直列接続されて、出力電圧を分圧する複数の分圧抵抗
    と、ゲートが前記複数の分圧抵抗の接続点に接続され、
    ドレインが定電圧源に接続され、ソースが前記フォトカ
    プラの発光素子を介して電源出力の一方の端子に接続さ
    れた電界効果型トランジスタ素子とを有することを特徴
    とする絶縁型スイッチング電源。
  7. 【請求項7】 前記電界効果型トランジスタ素子のゲー
    トと前記フォトカプラの発光素子が接続された側の電源
    出力端子との間に、前記分圧抵抗と直列に、前記フォト
    カプラの発光素子の順方向降下電圧の温度変化に基づく
    変動を補償するためのダイオードを接続したことを特徴
    とする請求項6に記載の絶縁型スイッチング電源。
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