JP3138218B2 - スイッチング電源回路 - Google Patents

スイッチング電源回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
回路の起動が可能な最低入力電圧を低くするための技術
に関し、具体的には、スイッチング電源回路の制御回路
へ駆動電圧を供給するための手段において生じる電圧降
下を無くすための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】電子機器の小型化に伴い、その電子機器
の電力供給源にバッテリーや電池が使用される機会が多
くなっている。一般にバッテリーや電池によって提供さ
れる電圧は、その放電時間(使用時間)によって変化す
るため、通常は電子機器に電源回路を内蔵し、電圧を安
定化する必要がある。このような電源回路の一例として
図2に示すように構成されたスイッチング電源回路が存
在する。図2において、1、2は、それぞれ高電位側の
入力端子と出力端子を示しており、低電位側の入力端子
と出力端子は基準電位点としてアースされることからア
ースで示し、明確な図示は省略した。図2に示す回路の
構成は以下のようになっている。
【0003】入力端子1をチョークコイルL1を介して
NPN型トランジスタによるスイッチングトランジスタ
Q1のコレクタに接続し、スイッチングトランジスタQ
1のエミッタをアースに接続する。スイッチングトラン
ジスタQ1のコレクタを整流ダイオードD1のアノード
に接続し、整流ダイオードD1のカソードを出力端子2
に接続する。出力端子2とアースとの間に平滑コンデン
サC2を接続し、入力端子とアースとの間にフィルタ用
のコンデンサC1を接続する。制御回路3を設け、制御
回路3のパルス出力端子POをスイッチングトランジス
タQ1のベースに接続する。出力端子2とアースとの間
に抵抗R1とR2を直列に接続し、制御回路3の電圧検
出端子FBを抵抗R1とR2の接続点に接続する。制御
回路3の電源端子VCCをダイオードD2とD3のそれぞ
れのカソードに接続し、ダイオードD2のアノードを入
力端子1に接続し、ダイオードD3のアノードを出力端
子2に接続する。
【0004】このように構成された図2の回路におい
て、先ず入力端子1に入力電圧VINが印加されると、制
御回路3の電源端子VCCにはダイオードD2を介して入
力電圧VINが印加され、制御回路3は動作を開始する。
制御回路3からの駆動信号によってスイッチングトラン
ジスタQ1はスイッチング動作を繰り返し、その結果、
出力端子2に現れる出力電圧VO は所定の値まで上昇し
ていく。ここで、図2に示す回路は、昇圧チョッパ型の
電源回路の構成となっているため、通常の状態であれば
入力電圧VINより出力電圧VO の方が高い電圧値とな
る。そのため、出力電圧VO が入力電圧VINよりも高く
なると、制御回路3の電源端子VCCにはダイオードD3
を介して出力電圧VO が印加されるようになり、以後、
制御回路3は出力電圧VO から駆動電圧の供給を受ける
ことによって動作を継続する。
【0005】このように図2の回路では、電源回路の運
転時には安定化された出力電圧VOによって制御回路3
の動作に必要な駆動電圧が供給されている。このため、
電源回路の起動時において入力電圧VINが所定の値、即
ち、起動時最低入力電圧VINMIN より高ければ電源回路
の起動、運転が可能となっている。そして一度運転状態
となってしまえば、運転中に入力電圧VINが起動時最低
入力電圧VINMIN の値より多少低下しても、出力電圧V
O によって電源回路の運転を継続することが可能であっ
た。(この起動時最低入力電圧VINMIN とは、入力端子
1に入力電圧INを印加した時、スイッチング電源回路を
確実に起動することのできる入力電圧VINの最低値のこ
とを示す。)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図2に示す回路では、
制御回路3の電源端子VCCと入力端子1の間にダイオー
ドD2が接続され、電源端子VCCと出力端子2の間にダ
イオードD3が接続されており、それぞれのダイオード
は、入力電圧VINが出力電圧VO より高い時における入
力端子1から出力端子2への電流のスルーパス、あるい
は入力電圧VINが出力電圧VO より低い時における出力
端子2から入力端子1への電流の逆流を防止している。
いま、図2に示す構成のスイッチング電源回路を起動
し、運転するのに必要な起動時最低入力電圧VINMIN
考慮すると、この起動時最低入力電圧VINMIN は以下の
ように表される。 (VINMIN )=(VCCMIN )+(VF2) ・・・(式1) ここで、VCCMIN は制御回路3が動作を行うのに必要な
最小駆動電圧、VF2はダイオードD2の順方向降下電圧
を示す。
【0007】例えば、市販されているIC化された電源
用制御回路の最小駆動電圧は、最も低いランクのもの
で、およそ1.8〔V〕であり、一般的なダイオード素
子の順方向降下電圧が0.8〔V〕前後である事を考慮
すると、起動時最低入力電圧VINMIN に占めるダイオー
ドD2の順方向降下電圧VF2の大きさは無視できないも
のとなる。つまり、乾電池の放電終止電圧がおよそ0.
9〔V〕であるため、もし電源回路の起動時最低入力電
圧VINMIN が制御回路の最小駆動電圧VCCMIN (約1.
8〔V〕)にほぼ等しいのであれば、電子機器の電力供
給に使用する乾電池は2本で良い。しかし、電源回路の
起動時最低入力電圧VINMIN が制御回路の最小駆動電圧
CCMIN にダイオードの順方向降下電圧VF2を加えた値
(1.8+0.8〔V〕)であるならば、使用する乾電
池は3本必要になってしまう。
【0008】電池の使用本数は電子機器の形状に大きな
影響を与えるため、電源回路の起動時最低入力電圧V
INMIN はできるだけ低くすることが望ましい。また、電
力供給源としてバッテリー等を使用する場合、そこに蓄
えられたエネルギーを有効に利用するためにも電源回路
の起動時最低入力電圧VINMIN はできるだけ低い方が良
い。従って本発明は、電源回路の起動時には制御回路の
駆動電圧を入力電圧より供給し、回路の運転中には制御
回路の駆動電圧を出力電圧より供給することにより、運
転中に入力電圧が低下しても安定した運転の継続を可能
としたスイッチング電源回路において、電源回路の起動
時最低入力電圧を低くすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング電
源回路は、電源回路の起動時には、第1の逆流防止手段
によって導かれた電源回路の入力電圧が駆動電圧として
電源電圧の制御回路に供給され、電源回路の運転時に
は、該第1の逆流防止手段によって導かれた該入力電圧
と第2の逆流防止手段によって導かれた電源回路の出力
電圧のうち、いずれか電圧値の高い一方の電圧が駆動電
圧として電源回路の制御回路に供給されるように構成さ
れたスイッチング電源回路において、該第1の逆流防止
手段としてのPNPトランジスタ、該トランジスタのベ
ースと該第2の逆流防止手段の入力側との間に接続され
た抵抗、と該トランジスタのベースと基準電位点との間
に接続された抵抗を具備するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】この構成によれば、電源回路の起
動時においてトランジスタスイッチがオン状態となり、
入力電圧を駆動電圧として制御回路の電源端子に接続す
る。オン状態のトランジスタのコレクタ、エミッタ間電
圧はダイオードの順方向降下電圧に比べて非常に小さい
値となるため、制御回路の電源端子の位置における電圧
はほぼ入力電圧と等しい値となる。
【0011】
【実施例】起動時最低入力電圧の値を低くすることを可
能とした本発明によるスイッチング電源回路の回路図を
図1に示した。なお図1において、図2中に示されたの
と同じ構成要素に対しては同一の符号を付与してある。
図1におけるチョークコイルL1、スイッチングトラン
ジスタQ1、整流ダイオードD1、平滑コンデンサC1
は、図2の回路と同じ昇圧チョッパ型のスイッチング電
源回路の接続構成となっており、コンデンサC1、抵抗
R1、R2、制御回路3のパルス出力端子PO、電圧検
出端子FBの接続構成は図2の回路と同一となってい
る。
【0012】一方、図1における制御回路3の電源端子
CCに駆動電圧を供給するための回路部分は図2と異な
っており、以下のような構成としている。すなわち、制
御回路3の電源端子VCCにダイオードD3のカソード及
び、PNP型バイポーラトランジスタによるトランジス
タQ2のコレクタがそれぞれ接続され、ダイオードD3
のアノードは出力端子2に接続され、トランジスタQ2
のエミッタは入力端子1に接続される。トランジスタQ
2のベースにはダイオードD4のカソード及び抵抗R3
の一端が接続され、ダイオードD4のアノードはダイオ
ードD3のアノードに接続され、抵抗R3の他端はアー
スに接続される。
【0013】以上のような構成とした図1の回路で、先
ず入力端子1に入力電圧VINが印加されるとトランジス
タQ2のベースから抵抗R3を介してアースに電流が流
れ、トランジスタQ2はオン状態となる。オン状態とな
っているトランジスタQ2のコレクタ、エミッタ端子を
介して入力電圧VINが制御回路3の電源端子VCCに印加
され、電源端子VCCの位置における電圧が制御回路3の
最小駆動電圧VCCMINより高ければ制御回路3が動作を
開始する。制御回路3からの駆動信号によってスイッチ
ングトランジスタQ1はスイッチング動作を繰り返し、
出力端子2に現れる出力電圧VO は所定の値まで上昇し
ていく。出力電圧VO がダイオードD4を介してトラン
ジスタQ2のベースに印加されているため、出力電圧V
O が上昇するのに伴ってトランジスタQ2はオフ状態へ
と移行し、制御回路3の電源端子VCCにはダイオードD
3を介して出力電圧VO が印加されるようになる。そし
て出力電圧VO が入力電圧VINよりも高くなるとトラン
ジスタQ2は完全にオフ状態となり、制御回路3は電源
端子VCCに出力電圧VO から駆動電圧の供給を受け、動
作を継続する。
【0014】このように図1に示す回路では、その起動
時においてトランジスタQ2がオン状態となり、制御回
路3の電源端子VCCにはトランジスタQ2を介して入力
電圧VINから駆動電圧が供給されるように構成されてい
る。オン状態のトランジスタ素子のコレクタ、エミッタ
間電圧はダイオード素子の順方向降下電圧に比べて非常
に小さな値となることが知られており、例えば順方向降
下電圧が0.8〔V〕前後であるのに対し、コレクタ、
エミッタ間電圧は0.1〔V〕以下にすることができ
る。従って、制御回路3の電源端子VCCの位置の電圧は
ほぼ入力電圧VINと等しい値となり、スイッチング電源
回路の起動時最低入力電圧VINMIN の値を、制御回路3
の最小駆動電圧VCCMIN の値付近まで低下させることが
出来るようになる。
【0015】また当然のことながら、図1に示す回路
は、図2の回路と同様に、回路の起動後、出力電圧VO
が上昇して定常の運転状態となってしまえば、仮に運転
中に入力電圧VINが起動時最低入力電圧VINMIN より多
少低下しても電源回路の運転を継続することが可能とな
っている。なお図1に示した回路は、チョークコイルL
1、スイッチングトランジスタQ1、整流ダイオードD
1、平滑コンデンサC2が昇圧型のスイッチング電源回
路を構成しているが、本発明を例えば昇降圧型のスイッ
チング電源回路に適用することも可能である。
【0016】
【発明の効果】以上に述べたように本発明は、制御回路
に駆動電圧として入力電圧を供給するための第1の逆流
防止手段として、出力電圧が低い時にオン状態となるト
ランジスタスイッチを使用し、ダイオード素子の順方向
降下電圧より低いコレクタ、エミッタ間電圧を利用する
ことを特徴とするものである。本発明によれば、電源回
路の起動時において電源回路の起動時最低入力電圧V
INMIN の値を制御回路の最小駆動電圧VCCMIN に近づけ
ることができ、従来よりも起動時最低入力電圧VINMIN
の値を低くすることができる。また、電池を電力供給源
として使用する電子機器の形状を、電池の使用本数を減
らすことで小型化することが可能であるのと同時に、電
池、バッテリーに蓄積されたエネルギーを有効に取り出
すこともできるという効果も付随的に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるスイッチング電源回路の実施例
の回路図。
【図2】 従来のスイッチング電源回路の一例の回路
図。
【符号の説明】
1 入力端子 2 出力端子 3 制御回路 C2 平滑コンデンサ D1 整流ダイオード D2 第1の逆流防止手段としてのダイオード D3 第2の逆流防止手段としてのダイオード D4 ダイオード L1 チョークコイル Q1 スイッチングトランジスタ Q2 第1の逆流防止手段としてのトランジスタ R3 バイアス用の抵抗

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源回路の起動時には、第1の逆流防止
    手段によって導かれた電源回路の入力電圧が駆動電圧と
    して電源電圧の制御回路に供給され、電源回路の運転時
    には、該第1の逆流防止手段によって導かれた該入力電
    圧と第2の逆流防止手段によって導かれた電源回路の出
    力電圧のうち、いずれか電圧値の高い一方の電圧が駆動
    電圧として電源回路の制御回路に供給されるように構成
    されたスイッチング電源回路において、 該第1の逆流防止手段としてのPNPトランジスタ、 該トランジスタのベースと該第2の逆流防止手段の入力
    側との間に接続されたダイオード、と該トランジスタの
    ベースと基準電位点との間に接続された抵抗を具備する
    ことを特徴とするスイッチング電源回路。
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