JP3113710B2 - スイッチングレギュレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチングレギュレ
ータ、特に直流電源の出力をスイッチング素子を用いて
確実にスイッチング出力することができるスイッチング
レギュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、スイッチングレギュレータは
各種分野において幅広く用いられており、例えばバッテ
リー等を電源として用いるＯＡ機器等では、バッテリー
の直流電圧を任意の電圧に変換出力するために用いられ
ている。このようなスイッチングレギュレータには、高
い変換効率が求められ、これによりバッテリー電源の長
時間使用が可能となる。

【０００３】このような用途に用いられるスイッチング
レギュレータの一つとして、例えば特開昭６３−２９０
１６５号に係るＦＥＴ自励発振コンバータに係る発明が
知られている。この従来技術では、直流電源と、スイッ
チング素子と、トランス補助巻線とを直列接続してい
る。そして、前記スイッチング素子として、ＦＥＴを使
用し、しかも前記トランスの補助巻線を、コンデンサを
介して前記ＦＥＴのゲート，ソース間に正帰還する位相
で接続することで、前記ＦＥＴのゲートに加わる電圧の
スレッシュホールド電圧の通過時間を速くしている。

【０００４】すなわち、前記自励発振コンバータでは、
コンデンサの充電電圧が上昇していくと、ＦＥＴのゲー
トに加わる電圧も上昇していく。そして、そのゲート印
加電圧が、所定のスレッシュホールド電圧を上回ると、
ＦＥＴがターンオンされるようになっている。このＦＥ
Ｔのターンオン時に、トランスの主巻線に流れる負荷電
流により補助巻線に電圧が発生し、この補助巻線の電圧
がＦＥＴのゲート，ソース間に正帰還する位相で印加さ
れる。これにより、ＦＥＴのオフからオンへの移行を加
速的に行うように形成したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の自
励発振コンバータでは、コンデンサの充電電圧が上昇し
ていき、ＦＥＴのゲートに印加される電圧がスレッシュ
ホールド電圧を上回ったとき、ＦＥＴをオン制御するよ
うにしている。

【０００６】しかし、スレッシュホールド電圧付近での
ＦＥＴのターンオン状態は極めて不安定なものであり、
このような不安定状態では、ＦＥＴのドレイン・ソース
間の抵抗は比較的大きな値となる。そのため、ＦＥＴが
スレッシュホールド電圧付近でターンオンされた後、補
助巻線の出力電圧で確実にオンされるまでの間、ＦＥＴ
に発生するスイッチング損失が大きく、これがコンバー
タの変換効率を低下させる大きな要因となるという問題
があった。

【０００７】さらに、前記自励発振コンバータでは、コ
ンデンサの出力電圧がトランス補助巻線を介してＦＥＴ
のゲートに印加されるようになっている。通常、ＦＥＴ
のターンオフ期間中には、トランス内にチャージされた
エネルギーにより、補助巻線からは逆極性の電圧が出力
されている。したがって、コンデンサの充電電圧が、Ｆ
ＥＴのスレッシュホールド電圧と、この逆極性の電圧と
の合計値を上回った際に、ＦＥＴがターンオンされるこ
とになる。

【０００８】しかし、この自励発振コンバータでは、軽
負荷や無負荷となった場合には、トランスにチャージさ
れるエネルギーが小さなものとなるため、補助巻線から
出力される逆極性の電圧は短時間で消滅する。したがっ
て、この場合には、コンデンサの充電電圧が、ＦＥＴの
スレッシュホールド電圧まで充電された時点でＦＥＴが
ターンオンされてしまうため、ＦＥＴがターンオフされ
てからターンオンされるまでの時間が次第に短くなる。

【０００９】このため、軽負荷あるいは無負荷運転して
いる場合には、コンバータの発振出力が次第に高周波側
へシフトして行き、ついには制御不能となってしまうと
いう問題があった。

【００１０】本発明は、このような従来の課題に鑑みな
されたものであり、その目的は電力損失が小さく、かつ
安定して駆動することもできるスイッチングレギュレー
タを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、トランスまたはチョークコイルを構成す
る主巻線と、前記主巻線に与えられる直流入力をスイッ
チングするスイッチング素子と、前記スイッチング素子
をオンオフ制御し、前記主巻線に流れる負荷電流を制御
する制御回路と、を含み、前記制御回路は、前記主巻線
の補助巻線と、所定の充電電流により正極性に充電さ
れ、その充電電圧を出力するキャパシタと、前記充電電
圧が所定基準値を上回るとオンし、前記スイッチング素
子がオフされるとオフ制御される制御用スイッチ回路部
と、前記負荷電流が所定値を上回ると前記スイッチング
素子をオフ制御するオフ制御部と、を含み、前記補助巻
線、キャパシタ及び制御用スイッチ回路部は、前記スイ
ッチング素子と直列に接続されたスイッチング素子制御
用の閉ループ回路を構成し、前記制御用スイッチ回路部
がオンすることにより前記キャパシタの充電電圧を用い
てスイッチング素子をオン制御し、スイッチング素子の
オン制御期間中は、前記補助巻線の出力電圧により前記
キャパシタを逆極性に充電し、前記オフ制御部によりス
イッチング素子をオフ制御する際には、前記逆極性の充
電電圧をスイッチング素子に逆バイアスすることを特徴
とする。

【００１２】

【作用】本発明のスイッチングレギュレータでは、この
キャパシタから出力される正極性の充電電圧が、スイッ
チング素子をターンオンするために必要なスレッシュホ
ールド電圧と、スイッチング素子がターンオフされてい
るときに補助巻線から出力される逆極性の電圧との合計
値に対して十分高い値に設定された基準値電圧を上回っ
た際、制御用スイッチ回路部がオンし、前記キャパシタ
の充電電圧をスイッチング素子に印加するように形成し
たことを特徴とする。これにより、スイッチング素子
は、補助巻線から出力される逆極性の電圧の影響を受け
ることなく、通常負荷の場合でも、軽負荷、無負荷の場
合でも、常に最適なタイミングでターンオンされ、主巻
線へ向け負荷電流を通電することになる。

【００１３】特に、本発明では、キャパシタの充電電圧
が、補助巻線の出力する逆極性の電圧と、スイッチング
素子のスレッシュホールド電圧との合計値より十分高く
なった時点でオンするよう構成されている。このため、
スイッチング素子は、そのスレッシュホールド電圧より
十分大きな電圧で確実にターンオンされ、これによりス
イッチング素子のターンオン時における電力損失を大幅
に低減し、電力変換効率のよいスイッチングレギュレー
タを形成することができる。

【００１４】このようにして、スイッチング素子がター
ンオンすると、補助巻線からは正極性の電圧が出力され
スイッチング素子に印加されることになるため、これ
が、スイッチング素子のターンオン動作を加速するよう
に作用する。

【００１５】このようにして、スイッチング素子がオン
制御されている期間中は、前記補助巻線の出力する電圧
によりキャパシタは逆極性に充電される。

【００１６】そして、前記負荷電流が所定基準値を上回
るようになると、オフ制御部がスイッチング素子をオフ
制御する。このとき、前記キャパシタに逆極性に充電さ
れた充電電圧は、スイッチング素子の入力容量をキャン
セルするよう逆向きにバイアスされることになるため、
スイッチング素子は、オフ制御部によるターンオフ制御
開始後、短時間の間に確実にオフされることになる。

【００１７】しかも、前記制御用スイッチ回路部は、ス
イッチング素子により負荷電流がターンオフされると自
動的にオフ制御される。これにより、キャパシタは、ス
イッチング素子がターンオフされた直後に、充電電流に
よる正極性の充電が開始され、その充電電圧が所定の基
準値に達すると同時に再度前記制御用スイッチ回路部が
オンするようになる。

【００１８】このとき、従来のスイッチングレギュレー
タでは、キャパシタの充電電圧を、補助巻線を介して直
接スイッチング素子に印加していたため、補助巻線から
逆極性の電圧が出力される場合とそうでない場合とで
は、スイッチング素子がターンオフされてからターンオ
ンされるまでの時間に大きな変動が生じ、軽負荷，無負
荷時にはスイッチング素子が高周波発振してしまうとい
う問題があった。

【００１９】しかし、本発明では、制御用スイッチ回路
部がオンするための基準値が、スイッチング素子のスレ
ッシュホールド電圧と、補助巻線の出力する逆極性の電
圧との合計値より大きな値に設定されている。したがっ
て、例えば定格負荷時の場合のように、スイッチング素
子をターンオフしてから比較的長い時間、補助巻線から
逆極性の電圧が出力される場合でも、また軽負荷の場合
の用に、補助巻線の出力する逆極性の電圧がスイッチン
グ素子がターンオフされてから短時間で消滅してしまう
ような場合でも、常に最適なタイミングでスイッチング
素子を確実にターンオンすることができる。

【００２０】このように、本発明によれば、従来のよう
に負荷が変動した場合にスイッチング素子がオフされて
から次にオンされるまでの時間が大幅に変動することが
なく、安定したスイッチング動作を行うことができ、特
に軽負荷，無負荷時の場合に、従来のように発振周波数
が次第に高くなっていき、ついには制御不能になるとい
うような異常動作を発生することはない。

【００２１】

【実施例】次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳
細に説明する。

【００２２】第１実施例 図１には、本発明に係るスイッチングレギュレータの好
適な第１実施例が示されている。

【００２３】実施例のスイッチングレギュレータ２０
は、バッテリー１０の出力電圧を降圧し負荷１２に印加
するようになっている。

【００２４】本実施例において、このスイッチングレギ
ュレータ２０は、スイッチング素子として用いられるＦ
ＥＴ２２と、このＦＥＴ２２をオン／オフ制御する制御
回路３０とを含む。

【００２５】前記ＦＥＴ２２は、そのドレイン側がバッ
テリー１０のプラス側に接続され、そのソース側が、抵
抗２３を介し、チョークコイルの主巻線２４およびコン
デンサ２６を用いて構成された平滑回路に接続されてい
る。なお前記平滑回路には、転流用ダイオード２８が並
列接続されている。

【００２６】これにより、バッテリー１０の直流出力
は、スイッチング素子２２によりオン／オフ制御されて
チョークコイルの主巻線２４に向け出力され、さらにこ
のチョークコイルの主巻線２４，コンデンサ２６で構成
される平滑回路で、降圧された直流電圧に変換され負荷
１２に印加されることになる。

【００２７】次に、前記ＦＥＴ２２をオン／オフ制御す
る制御回路３０について説明する。

【００２８】実施例の制御回路３０は、バッテリー１０
の直流出力をダイオード３２を介してコンデンサ３４に
印加し、このコンデンサ３４の充電電圧を、制御回路３
０の電源として用いるように構成されている。

【００２９】また、実施例の制御回路３０は、定電流源
３６，コンデンサ３８，制御用スイッチ回路部４０，チ
ョークコイルの補助巻線４２，抵抗４４，電圧検出部４
６を含む。

【００３０】前記コンデンサ３８，制御用スイッチ回路
部４０，補助巻線４２，抵抗４４は、ＦＥＴ２２のゲー
トおよびソース間に直列に接続され、スイッチング素子
制御用の閉ループ回路を構成する。

【００３１】また、前記定電流源３６は、コンデンサ３
４の充電電圧を電源として、コンデンサ３８を正極性に
充電する。そして、このコンデンサ３８の充電電圧は、
前記電圧検出部４６にて検出され、その検出電圧が、所
定基準値を上回った時、制御用スイッチ回路部４０がオ
ン制御される。これにより、コンデンサ３８の充電電圧
が、制御用スイッチ回路部４０，補助巻線４２，抵抗４
４を介してＦＥＴ２２のゲートに印加される。

【００３２】本実施例において、前記電圧検出部４６の
基準値は、ＦＥＴ２２を駆動するためのスレッシュホー
ルド電圧と、補助巻線４２の出力する逆極性の電圧（Ｆ
ＥＴ２２のターンオフ時に発生する電圧）との合計値よ
り十分高い値に設定されるため、この充電電圧の印加に
より、ＦＥＴ２２は確実にターンオンされることにな
る。

【００３３】このようにして、ＦＥＴ２２がターンオン
され、負荷電流Ｉ_Dが通電されると、この負荷電流によ
りチョークコイルの主巻線２４および補助巻線４２には
エネルギーがチャージされる。これと同時に、補助巻線
４２からは、主巻線２４との相互インピーダンスによ
り、正帰還の電圧信号が出力され、これによりＦＥＴ２
２は加速的にオン制御されることになる。

【００３４】このようにして、ＦＥＴ２２がオン制御さ
れている期間中において、抵抗４４，ＦＥＴ２２，抵抗
２３を介して印加される補助巻線４２の出力電圧によ
り、コンデンサ３８は、定電流源３６とは逆極性に充電
される。

【００３５】また、このようにＦＥＴ２２がオン制御さ
れると、この負荷電流Ｉ_D には同時に増加していく。

【００３６】本実施例では、このような負荷電流の増加
を、抵抗２３の両端電圧として検出し、その検出電圧を
抵抗５０を介してトランジスタ５２のベースに印加して
いる。そして、この負荷電流が一定値になったとき、ト
ランジスタ５２がオンしＦＥＴ２２のゲートをソース間
を短絡する。これにより、ＦＥＴ２２は、強制的にター
ンオフされることになる。

【００３７】このとき、コンデンサ３８に逆バイアスさ
れた充電電圧は、抵抗２３を介してＦＥＴ２２のソー
ス，ゲート間に印加され、ＦＥＴ２２の入力容量に貯え
られた電荷を強制的に排出する。このため、トランジス
タ５２がオンされると、ＦＥＴ２２は短時間で確実にオ
フ制御されることになる。

【００３８】このようにして、ＦＥＴ２２がターンオフ
されると、チョークコイルの主巻線２４に流れる負荷電
流Ｉ_D が遮断される。これにより、主巻線２４には逆極
性の電圧が発生し、これと同時に補助巻線４２からも逆
極性の電圧が出力される。

【００３９】この逆極性の電圧は、オフ制御回路部６０
にて検出され、これにより制御用スイッチ回路部４０は
オフ制御される。

【００４０】このようにして、ＦＥＴ２２がオフ制御さ
れると、その後コンデンサ３８が定電流源３６により正
極性に充電され、この充電電圧が電圧検出部４６の基準
値に達すると、再度制御用スイッチ回路部４０がオンさ
れることになる。

【００４１】このとき、電圧検出部４６の基準値は、前
記したようにＦＥＴ２２のスレッシュホールド電圧と、
補助巻線４２から出力される逆極性の電圧との合計値よ
り大きな値に設定されている。このため、補助巻線４２
から逆極性の電圧が出力されていると否とにかかわら
ず、制御用スイッチ回路部４０がオンすると、同時にＦ
ＥＴ２２のゲートにはスレッシュホールド電圧より十分
大きな電圧が印加され、ＦＥＴ２２は確実にターンオン
されることになる。

【００４２】したがって、例えば負荷１２が定格負荷の
場合で、補助巻線４２から長時間逆極性の電圧が出力さ
れている場合でも、また負荷１２が軽負荷の場合で、補
助巻線４２から短時間しか逆極性の電圧が出力されない
場合でも、負荷１２の状態に影響されることなく、常に
最適なタイミングでＦＥＴ２２をターンオン制御するこ
とができる。

【００４３】このように、ＦＥＴ２２がオフ制御されて
から、オン制御されるまでの時間は、負荷の影響を受け
ることなくほぼ一定の値となり、従来のように、軽負
荷，過負荷時に、ＦＥＴ２２がオフされてからオンされ
るまでの時間が次第に短くなり、高周波発振に至るとい
うような異常動作を防止することができる。

【００４４】また、実施例の制御回路３０では、負荷１
２に印加する出力電圧を一定に制御するため、抵抗７
０，７２，シャントレギュレータ７４，フォトカプラを
形成する発光ダイオード７６および受光トランジスタ７
８が設けられている。

【００４５】前記抵抗７０，７２は、出力電圧を分圧し
シャントレギュレータ７４へ入力する。シャントレギュ
レータ７４は、この分圧された電圧が、予め定められた
基準電圧を越えるとオンし、発光ダイオード７６を通電
するよう構成されている。発光ダイオード７６は、通電
されることにより光学的に接続されたフォトトランジス
タ７８をオンするように構成されている。フォトトラン
ジスタ７８は、その一端側がコンザンサ３４のプラス側
に、他端側がトランジスタ５２のベースに接続され、オ
ンされることによりトランジスタ５２をオン制御し、こ
れにより前述したのと同様な動作によりＦＥＴ２２をオ
フ制御するよう構成されている。このようにして、実施
例のスイッチングレギュレータでは、出力電圧が予め定
められた一定電圧となるよう、ＦＥＴ２２がスイッチン
グ制御されることになる。

【００４６】図２には、本実施例の具体的な回路構成が
示されている。

【００４７】本実施例の前記定電流源３６は、ダイオー
ドＤ４，Ｄ５、抵抗Ｒ３，Ｒ４、トランジスタＱ３を含
む。そして、コンデンサ３４の両端電圧が変化しても、
抵抗Ｒ４の両端電圧が一定となるようにトランジスタＱ
３が制御され、これによりコンデンサ３８には常に一定
の電流が供給されることになる。

【００４８】また、前記制御用スイッチ回路部４０は、
自己保持型に形成された一対のトランジスタＱ４，Ｑ５
と、トランジスタＱ４，Ｑ５の通電方向と逆方向に接続
されたダイオードＤ６，Ｄ１０を含む。前記一対のトラ
ンジスタＱ４，Ｑ５は、サイリスタと同様に機能するよ
う接続されている。

【００４９】また、前記電圧検出部４６は、コンデンサ
３４の両端電圧を基準電圧として分圧出力する抵抗Ｒ
５，ツェナーダイオードＺ２の直列回路を用いて形成さ
れている。したがって、ツェナーダイオードＺ２のアノ
ード側からは、常に一定の基準電圧が出力され、これが
抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ４のベースに印加され
ている。したがって、トランジスタＱ４は、コンデンサ
３８の充電電圧が、ツェナーダイオードＺ２の基準電圧
を上回るとオンし、トランジスタＱ５と共にオン状態を
保持することになる。

【００５０】なお、本実施例において、ツェナーダイオ
ードＺ２により設定された基準電圧は、ＦＥＴ２２をオ
ン起動するためのスレッシュホールド電圧と、補助巻線
４２の出力する逆極性の電圧との合計値より十分大きな
電圧に設定されている。

【００５１】また、実施例の制御回路３０には、軽負荷
時においても、制御用スイッチ回路部４０を確実にオフ
制御するためのオフ制御回路部６０が設けられている。

【００５２】このオフ制御回路部６０は、抵抗Ｒ８，Ｒ
９、コンデンサＣ４、ダイオードＤ７，Ｄ８を含む。そ
して、ＦＥＴ２２がオン制御され補助巻線４２から正極
性の電圧が出力されると、電流Ｉ_{C ＯＮ}が流れ、コンデ
ンサＣを充電する。

【００５３】そして、ＦＥＴ２２がターンオフし、負荷
電流が遮断されると、補助巻線４２から逆極性の電圧が
出力され、制御回路部６０にはＩ_{C ＯＦＦ}の電流が流
れ、コンデンサＣ₄ が逆極性に充電される。このとき、
トランジスタＱ５にも逆電圧がバイアスされ、Ｉ
_{C ＯＦＦ}の電流の一部が流れるため、トランジスタＱ５
は強制的にオフ制御される。このようにして、トランジ
スタＱ５がオフ制御されると、トランジスタＱ４も同時
にオフ制御され、制御用スイッチ回路部４０はオフ状態
に設定される。

【００５４】このようにして、ＦＥＴ２２がターンオフ
すると、実施例の制御用スイッチ回路部４０はオン状態
からオフ状態に強制的に制御されることになる。

【００５５】ところで、過負荷時には、チョークコイル
の主巻線２４にチャージされるエネルギーが小さいた
め、補助巻線４２から出力される逆極性の電圧のエネル
ギーも小さい。このような場合でも、コンデンサＣ₄ の
充電電圧が、トランジスタＱ５に逆極性の電圧として印
加されるため、制御用スイッチ回路部４０は、過負荷時
においても確実にオフ制御されることになる。

【００５６】また、ＦＥＴ２２のゲート，ソース間に
は、ダイオードＤ２及びツェナーダイオードＺ１からな
る直列回路が並列に接続され、ＦＥＴ２２のゲート，ソ
ース間に加わる電圧をクランプするよう構成されてい
る。これにより、補助巻線４２の出力する電圧が、ダイ
オードＤ２及びツェナーダイオードＺ１の直列回路にク
ランプされる電圧より高い場合には、残りの電圧はコン
デンサー３８に逆極性で充電され、ＦＥＴ２２のターン
オフ時における動作に利用されることになる。

【００５７】なお、ＦＥＴ２２の内部に、保護用のツェ
ナーダイオードが内蔵されている場合には、図２に示す
ようなダイオードＺ２及びツェナーダイオードＺ１を使
用しなくてもよい。

【００５８】また、前記定電流源３６において、ダイオ
ードＤ４，Ｄ５は、１個のツェナーダイオードに置き換
えてもよい。また、本具体例のように、定電流源３６を
用いることなく、単に抵抗を介してコンデンサ３８に充
電電流を供給してもよい。この場合には、入力電圧によ
ってオフ時間が変動することを考慮する必要がある。

【００５９】また、前記実施例では、制御用スイッチ回
路部４０として一組のトランジスタＱ４，Ｑ５を用いた
が、必要に応じてＰＵＴ（プログラマブル・ユニジャン
クション・トランジスタ）あるいはサイリスタ等を用い
てもよい。

【００６０】次に本実施例の作用を、図１に示す回路に
基づき説明する。

【００６１】まず、本実施例のスイッチングレギュレー
タ２０を動作させると、バッテリー１０の出力電圧がダ
イオード３２を介してコンデンサ３４に充電される。

【００６２】制御回路３０は、このようにして充電され
るコンデンサ３４を電源として、ＦＥＴ２２のスイッチ
ング制御を次のようにして行う。

【００６３】まず、コンデンサ３４が充電されると、定
電流源３６が作動し、コンデンサ３８を正極性に充電し
ていく。

【００６４】そして、コンデンサ３８の充電電圧が、Ｆ
ＥＴ２２を起動するためのスレッシュホールド電圧と、
補助巻線４２に発生する逆極性の電圧との合計値を十分
に上回ると、電圧検出部４６はこれを検出し、制御用ス
イッチ回路部４０がオンする。これにより、補助巻線４
２から逆極性の電圧が出力されていると否とにかかわら
ず、ＦＥＴ２２のゲートには、スレッシュホールド電圧
より十分大きな電圧が印加され、ＦＥＴ２２が確実にタ
ーンオンされることになる。

【００６５】したがって、従来のようにコンデンサ３８
の充電電圧が、そのままＦＥＴ２２のゲートに印加され
る場合に比べ、ＦＥＴ２２の起動時における電力損失を
大幅に低減することができる。

【００６６】すなわち、従来のように、コンデンサ３８
の充電電圧をそのままＦＥＴ２２のゲートに印加する
と、充電電圧が上昇し、ＦＥＴ２２のゲートに加わる電
圧がスレッシュホールド電圧に達した時点でＦＥＴ２２
がターンオンされる。しかし、スレッシュホールド電圧
付近におけるＦＥＴ２２のターンオンは極めて不安定な
状態であり、その電力損失も大きいため、従来のスイッ
チングレギュレータでは、ＦＥＴ２２のターンオン動作
時における電力損失が増大することが避けられなかっ
た。

【００６７】これに対し、本実施例では、ＦＥＴ２２の
ゲートに加わる電圧が、スレッシュホールド電圧を十分
に上回わるようになった時点で制御用スイッチ回路部４
０がオンし、コンデンサ３８の充電電圧をＦＥＴ２２に
印加するように構成されている。したがって、ＦＥＴ２
２は、最初から電力損失の小さな状態で確実にターンオ
ンされることになる。

【００６８】このようにして、ＦＥＴ２２がオン制御さ
れると、バッテリ１０から出力される負荷電流Ｉ_D が、
抵抗２３，チョークコイル２４を介して負荷１２へ向け
供給される。このようにして、チョークコイルの主巻線
２４に負荷電流Ｉ_D が流れると、当該チョークコイルに
磁気エネルギーがチャージされ、これと同時に、補助巻
線４２からは正極性の電圧が発生し、この出力電圧がＦ
ＥＴ２２を加速的にターンオンする正帰還作用が働く。

【００６９】このようにして、ＦＥＴ２２がオン制御さ
れている状態では、補助巻線４２から出力される電圧が
コンデンサ３８を逆極性に充電するように作用する。

【００７０】そして、負荷電流Ｉ_D が次第に増大し、こ
れが一定値を上回るとトランジスタ５２がオンしＦＥＴ
２２をオフ制御する。このとき、逆極性に充電されたコ
ンデンサ３８は、ＦＥＴ２２のソース，ゲート間にその
入力容量を打ち消す電流を流す電源として機能するた
め、トランジスタ５２がオンしてから極めて短時間で、
ＦＥＴ２２は確実にターンオフされる。

【００７１】このようにして、ＦＥＴ２２がターンオフ
され、負荷電流Ｉ_Dが遮断されると、補助巻線４２から
逆極性の電圧が出力され、これにより、オフ制御回路部
６０は制御用スイッチ回路部４０をオフ状態に制御す
る。

【００７２】そして、定電流源３６によるコンデンサ３
８の充電が開始され、この充電電圧が所定の基準値を上
回ると、制御用スイッチ回路部４０がオンし、ＦＥＴ２
２をオン制御する。

【００７３】このとき、前記基準値は、ＦＥＴ２２をタ
ーンオンするためのスレッシュホールド電圧と、補助巻
線４２から出力される逆極性の電圧との合計値より十分
大きな値に設定されているため、ＦＥＴ２２がオフされ
てから、コンデンサ３８が所定の基準電圧まで充電され
るまでの時間は、負荷状態とは無関係にほぼ一定とな
る。したがって、軽負荷時，無負荷時，過負荷時などに
おいても、ＦＥＴ２２のスイッチング制御を安定して行
うことができ、従来のように軽負荷時や過負荷時におい
て、スイッチングの周波数が高周波側へシフトし制御不
能になるというような事態の発生を確実に防止すること
ができる。

【００７４】このように、本実施例のスイッチングレギ
ュレータによれば、ＦＥＴ２２のゲートに、スレッシュ
ホールド電圧より十分大きな電圧を印加しこれを確実に
ターンオンすることができるため、バッテリー１０の出
力を効率よく負荷１２用の直流電圧に変換することが可
能となり、例えばバッテリー駆動型のＯＡ機器に用いら
れる電源回路として極めて好適なものとなる。これに加
えて、本実施例のスイッチングレギュレータによれば、
負荷１２が、軽負荷，無負荷あるいは過負荷となったよ
うな場合でも、これに影響を受けることなくＦＥＴ２２
を安定した周波数でオン／オフ駆動することができるた
め、従来のスイッチングレギュレータの用に、軽負荷，
無負荷時において、ＦＥＴ２２をオン／オフする発振周
波数が上昇し、制御不能になるという異常事態の発生を
確実に防止することができる。

【００７５】図３〜図７には、本実施例のスイッチング
レギュレータの実験データが示され、この実験では、図
２に示す回路において、制御用スイッチ回路部４０を設
けた場合と設けない場合とでは、その特性がどのように
変化するかについてのデータを求めた。なお、制御用ス
イッチ回路部４０を用いない場合のデータ測定は、図２
に示す回路から、制御用スイッチ回路部４０，電圧検出
部４６及びオフ制御回路部６０を除いた回路を用いて行
った。

【００７６】ここにおいて、図３〜図６では、負荷の状
態を変え、ＦＥＴ２２のドレイン，ソース電圧Ｖ_DS（Ｆ
ＥＴ２２のオン／オフ状態を表す）と、ＦＥＴ２２のド
レイン電流Ｉ_D （負荷電流を表す）の測定を行った。

【００７７】まず、図３は、負荷１２として１００％定
格負荷を接続した場合のデータである。この場合には、
同図（Ａ）に示すよう、制御用スイッチ回路部４０を用
いない場合でも、同図（Ｂ）に示すよう制御用スイッチ
回路部４０を用いた場合でも、ＦＥＴ２２は確実にかつ
安定してスイッチング動作を行うことが確認された。

【００７８】これに対し、図４，図５は、負荷１２とし
て１０％定格負荷を用いた場合と、負荷１２を無負荷状
態とした場合の測定データである。

【００７９】同図（Ａ）に示すよう、制御用スイッチ回
路部４０を用いない場合には、負荷１２が軽負荷になる
に従いＦＥＴ２２の発振周波数が次第に高くなり、つい
には制御不能になることが確認された。

【００８０】これに対し、同図（Ｂ）に示すよう、制御
用スイッチ回路部４０を用いた場合には、負荷１２が軽
負荷，無負荷の場合でも、ＦＥＴ２２は確実にスイッチ
ング制御され、しかもその発振周波数は安定したものと
なることが確認された。

【００８１】また、図６は、負荷１２を完全短絡した場
合の測定データである。同図（Ａ）に示すよう、制御用
スイッチ回路部４０を用いない場合には、矢印１００で
示す異常動作が確認された。すなわち、ＦＥＴ２２がオ
フしている状態でも、ＦＥＴ２２に負荷電流Ｉ_D が流れ
る異常動作が発生し、これがＦＥＴ２２の熱破壊の原因
となり、しかも電力損失の原因となる。

【００８２】これに対し、同図（Ｂ）に示すよう、制御
用スイッチ回路部４０を用いた場合には、このような異
常動作はまったく発生せず、ＦＥＴ２２は安定した周波
数で確実にスイッチング制御されることが確認された。

【００８３】これら図３〜図６に示す実験データから明
らかなように、本実施例のスイッチングレギュレータ２
０によれば、いかなる負荷条件のもとにおいても安定し
た発振周波数を確保することができ、しかもＦＥＴ２２
を確実にターンオン，ターンオフできることが確認され
る。

【００８４】また、図７は、負荷率を変化させた場合
に、スイッチングレギュレータ２０の変換効率がどの様
に変化するかの測定データである。

【００８５】同図に示すよう、制御用スイッチ回路部４
０がない場合には、負荷率の上昇と共に効率が低下して
いくが、本実施例のように、制御用スイッチ回路部４０
を用いた場合には、効率がほとんど一定であり、しかも
１００％定格負荷の場合では効率が７％改良されたこと
が確認された。このことは、本実施例のスイッチングレ
ギュレータ２０を用いれば、より出力容量の大きな電源
回路も実現可能であることを意味している。

【００８６】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施
が可能である。

【００８７】例えば、本実施例のスイッチングレギュレ
ータは、ＤＣ−ＤＣコンバータとしても用いることがで
きる。

【００８８】例えば、図８に示すように、ＦＥＴ２２の
負荷回路をトランス８０の一次巻線８０ａに接続し、そ
の二次巻線８０ｂから負荷電流を出力するよう形成して
もよい。この場合には、二次巻線８０ｂの出力は、ダイ
オード８２，８４からなる整流回路を介してチョークコ
イルの主巻線２４に向け出力されるよう形成すればよ
い。

【００８９】これにより、負荷の状態に影響を受けるこ
となく、発振動作が安定した、高効率のＤＣ−ＤＣコン
バータを形成することができる。

【００９０】また、前記各実施例では、補助巻線４２と
して、チョークコイルの補助巻線を用いる場合を例にと
り説明したが、本発明はこれに限らず、トランスの補助
巻線を用いる構成としてもよい。

【００９１】図９には、このような実施例が示されてい
る。

【００９２】本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータは、トラ
ンス８０に補助巻線８０ｃを設け、この補助巻線８０ｃ
を図１に示す補助巻線４２として用いたことを特徴とす
るものである。

【００９３】以上の構成とすることによっても、安定し
た発振動作を行い、しかも高効率のＤＣ−ＤＣコンバー
タを得ることができる。

【００９４】また、前記実施例では、スイッチング素子
としてＦＥＴ２２を用いる場合を例にとり説明したが、
本発明はこれに限らず、例えばバイポーラ型のトランジ
スタをスイッチング素子として用いることもできる。

【００９５】また、前記図８，図９に示す実施例では、
フォワード方式のコンバータを例にとり説明したが、本
発明はこれに限らず、フライバック方式のコンバータに
も適用できる。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電力損失が小さく、しかも負荷の影響を受けることなく
安定して動作することのできるスイッチングレギュレー
タを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスイッチングレギュレータの好適な第
１実施例を示すブロック回路図である。

【図２】図１に示すスイッチングレギュレータの具体的
な構成を示す電気回路図である。

【図３】定格負荷時におけるスイッチング動作の測定デ
ータである。

【図４】１０％負荷時におけるスイッチング動作の測定
データである。

【図５】無負荷時におけるスイッチング動作の測定デー
タである。

【図６】完全短絡時におけるスイッチング動作の測定デ
ータである。

【図７】負荷率と効率との関係を示す特性図である。

【図８】本発明が適用されたＤＣ−ＤＣコンバータの回
路図である。

【図９】図７に示すＤＣ−ＤＣコンバータの変形例の説
明図である。

【符号の説明】

１０ バッテリー １２ 負荷 ２０ スイッチングレギュレータ ２２ ＦＥＴ ２４ 主巻線 ２６ コンデンサ ３０ 制御回路 ３４ コンデンサ ３６ 定電流源 ３８ コンデンサ ４０ 制御用スイッチ回路部 ４２ 補助巻線 ４４ 抵抗 ４６ 電圧検出部 ５０ 抵抗 ５２ トランジスタ
ＩＫ０１２４０１

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスまたはチョークコイルを構成す
   る主巻線と、 前記主巻線に与えられる直流入力をスイッチングするス
   イッチング素子と、 前記スイッチング素子をオンオフ制御し、前記主巻線に
   流れる負荷電流を制御する制御回路と、 を含み、 前記制御回路は、 前記主巻線の補助巻線と、 所定の充電電流により正極性に充電され、その充電電圧
   を出力するキャパシタと、 前記充電電圧が所定基準値を上回るとオンし、前記スイ
   ッチング素子がオフされるとオフ制御される制御用スイ
   ッチ回路部と、 前記負荷電流が所定値を上回ると前記スイッチング素子
   をオフ制御するオフ制御部と、 を含み、前記補助巻線、キャパシタ及び制御用スイッチ
   回路部は、前記スイッチング素子と直列に接続されたス
   イッチング素子制御用の閉ループ回路を構成し、前記制
   御用スイッチ回路部がオンすることにより前記キャパシ
   タの充電電圧を用いてスイッチング素子をオン制御し、
   スイッチング素子のオン制御期間中は、前記補助巻線の
   出力電圧により前記キャパシタを逆極性に充電し、前記
   オフ制御部によりスイッチング素子をオフ制御する際に
   は、前記逆極性の充電電圧をスイッチング素子に逆バイ
   アスすることを特徴とするスイッチングレギュレータ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記制御用スイッチ回路部は、 前記スイッチング素子をターンオンするためのスレッシ
   ュホールド電圧及び前記補助巻線から出力される逆極性
   の電圧の合計値より十分大きな値に基準値を設定したこ
   とを特徴とするスイッチングレギュレータ。
3. 【請求項３】 請求項１，２のいずれかにおいて、 前記スイッチング素子としてＦＥＴを用いたことを特徴
   とするスイッチングレギュレータ。