JP3148145B2 - スイッチング電源 - Google Patents

スイッチング電源

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JP3148145B2
JP3148145B2 JP05481697A JP5481697A JP3148145B2 JP 3148145 B2 JP3148145 B2 JP 3148145B2 JP 05481697 A JP05481697 A JP 05481697A JP 5481697 A JP5481697 A JP 5481697A JP 3148145 B2 JP3148145 B2 JP 3148145B2
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正康 大崎
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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
に関し、特に電源トランスの2次側における外部からの
リモート信号などで負荷へ供給する直流の出力電圧を低
下、あるいはほぼ停止させるスイッチング電源に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来のスイッチング電源について典型的
な例を図5に示す。これはよく知られたRCC方式であ
って、FETで構成されるスイッチング素子Qが電源ト
ランスT1の1次巻線S1と直列に直流入力V1間に接
続されている。このスイッチング素子Qのゲート−ソー
ス間は抵抗R1で接続され、このゲートは抵抗R2を介
して制御部の出力端子と接続されており、ここから送出
される適宜な高周波信号により当該スイッチング素子Q
はオンオフ駆動される。この制御部は、PWM回路を含
むICで構成され、電源トランスT1の2次巻線S2に
接続された第1の整流平滑回路10からの直流出力V2
が所定の安定した電圧値になるようにスイッチング素子
Qへの高周波信号を生成出力する。第1の整流平滑回路
10は、2次巻線S2間に直列接続されたダイオードD
1および充放電用コンデンサC1と、このコンデンサC
1間に並列接続されたブリーダ抵抗R3およびリプル成
分除去用のコンデンサC2とから構成される。
【0003】制御部が動作するための電源Vcc1は、
電源トランスT1の1次側に設けられた補助巻線S3か
らの誘起電圧を平滑整流することで得られる。その整流
平滑回路はダイオードD2、抵抗R4およびコンデンサ
C3で構成される。また、電源トランスT1の1次巻線
S1にはスナバ回路20が設けられてサージ電圧の発生
を抑制してスイッチング素子Qを保護する。このスナバ
回路は抵抗R5およびコンデンサC4の並列回路にダイ
オードD2を直列接続することで構成される。
【0004】制御部の入力端子には、フォトトランジス
タ(受光素子)PTのコレクタが接続されて、フォトト
ランジスタ制御回路30内の発光ダイオード(発光素
子)LEDが点灯すると、この光信号を受けてフォトト
ランジスタPTによるコレクタから制御部への出力はロ
ーレベルに変化する。すると制御部はスイッチング素子
Qへ送出していた駆動信号の出力を停止し、その結果、
負荷への直流出力V2が停止する。これら発光ダイオー
ドLEDおよびフォトトランジスタPTでフォトカプラ
PIが構成され、光信号を受けてフォトトランジスタP
Tのコレクタ出力がローレベルになることをフォトカプ
ラPIがオンと表現する。反対に、発光ダイオードLE
Dが消灯(フォトカプラPIがオフ)すると、フォトト
ランジスタPTのコレクタ出力はハイレベルとなり、制
御部はスイッチング素子Qへ駆動信号を送出して負荷へ
の直流出力V2を開始する。すなわち、フォトカプラP
Iを構成する発光ダイオードLEDが点灯あるいは消灯
することで負荷への直流V2が出力されたり停止したり
する。
【0005】この発光ダイオードLEDによる点灯ある
いは消灯の動作は、負荷など外部装置からのリモート信
号に応じて切り替わる。具体的には、フォトトランジス
タ制御回路30に示すように、リモート信号としてのオ
フ信号が抵抗R6を介してトランジスタTrのベースに
与えられると、このトランジスタTrはオンとなり、そ
のコレクタに抵抗R7を介して直列接続した発光ダイオ
ードLEDが点灯する。反対に、リモート信号がオン信
号の場合、トランジスタTrはカットオフして発光ダイ
オードLEDが消灯する。
【0006】このようにリモート信号に応じてトランジ
スタTrおよび発光ダイオードLEDが連携動作をおこ
なうためには電源Vcc2を必要とする。この電源Vc
c2の確保が問題である。この確保にあたり、従来にお
いてはDC−ACインバータおよび補助トランスT2と
いった専用の補助電源回路を用意しなければならなかっ
た。すなわち直流入力V1をDC−ACインバータで交
流にし、この交流を補助トランスT2で絶縁して、その
2次巻線S5から得られた交流出力をフォトトランジス
タ制御回路30のダイオードD4およびコンデンサC5
(第2の整流平滑回路)で整流平滑して電源Vcc2を
確保するのである。この電源Vcc2が、トランジスタ
Tr、抵抗R7および発光ダイオードLEDの直列回路
に印加されることで、前述したように発光ダイオードL
EDは点灯あるいは消灯の動作を行うことが可能とな
る。
【0007】ところで、以上のようなスイッチング電源
は、もともと小型情報機器などに組み込まれたりするな
ど、何らかの電気機器を動作させるための電源装置とし
てあくまで補助的な役割を担うものである。したがっ
て、よりシンプルな構成で低消費電力、低発熱量、小型
軽量及び低コストであることが要求される。特に100
W以下の小容量出力のものにあってはその要求は極めて
大である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た図5のスイッチング電源では、トランジスタTrおよ
び発光ダイオードLEDを動作させるための電源Vcc
2を確保するために、DC−ACインバータおよび補助
トランスT2といった補助電源回路をわざわざ設けてい
るため、その分のスペースを確保しなくてはならなくな
り全体として大きくなってしまう。特に補助トランスT
2が重い分だけ軽量化が阻害される。加えてコストアッ
プも余儀なくされ、なおかつDC−ACインバータおよ
び補助トランスT2による電力損や発熱による周辺回路
への影響も決して無視できない。
【0009】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、その目的は、小型軽量化や低コ
スト化および低消費電力化などが図れるスイッチング電
源を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明にあっては、電源トランスの1次巻線と直列
に直流入力間に接続されたスイッチング素子と、このス
イッチング素子を適宜な高周波数でオンオフ駆動する制
御部と、前記電源トランスの2次巻線から平滑した負荷
用直流出力を得る第1の整流平滑回路と、前記電源トラ
ンスの2次側に配設されて前記2次巻線に直列接続され
た補助巻線と、前記補助巻線から直流出力を得る第2の
整流平滑回路と、外部からのリモート信号でオンオフす
るスイッチと、前記第2の整流平滑回路の前記直流出力
間に前記オンオフスイッチと直列接続された発光素子
と、出力端子が制御部に接続されて前記発光素子からの
光信号に応答して出力が変化する受光素子とを備え、前
記制御部は、前記受光素子の前記出力変化に応じて前記
第1の整流平滑回路からの前記負荷用直流が出力状態あ
るいはほぼ停止状態に切り替わるように前記スイッチン
グ素子をオンオフ駆動するのであって、前記第2の整流
平滑回路は、前記2次巻線の高圧側に接続された抵抗を
介して前記直流出力を得てなる。
【0011】また別構成として、電源トランスの1次巻
線と直列に直流入力間に接続されたスイッチング素子
と、このスイッチング素子を適宜な高周波数でオンオフ
駆動する制御部と、前記電源トランスの2次巻線から直
流出力をそれぞれ得る第1の整流平滑回路および第2の
整流平滑回路と、外部からのリモート信号でオンオフす
るスイッチと、前記第2の整流平滑回路の前記直流出力
間に前記オンオフスイッチと直列接続された発光素子
と、出力端子が制御部に接続されて前記発光素子からの
光信号に応答して出力が変化する受光素子とを備え、前
記制御部は、前記受光素子の前記出力変化に応じて前記
第1の整流平滑回路からの前記直流が出力状態あるいは
ほぼ停止状態に切り替わるように前記スイッチング素子
をオンオフ駆動するのであって、前記第2の整流平滑回
路は、前記2次巻線の高圧側に接続された抵抗を介して
前記直流出力を得てなる。
【0012】好ましくは、前記スイッチはトランジスタ
で構成され、そのベースに前記リモート信号が入力され
る。
【0013】また前記スイッチは、トグルスイッチなど
で構成され、前記外部からの前記リモート信号に代えて
手動にてオンオフするようにしてもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】スイッチング電源について、図5
に示した前記の従来技術に改良を加えた本発明の第1形
態を図1に示している。その改良点について説明する
と、トランジスタTrおよび発光ダイオードLEDを連
携動作させるための電源Vcc2を得るにあたり、従来
技術を示した図5において、先ずDC−ACインバータ
と、2次巻線S5を除いた補助トランスT2とをなく
す。そして残った2次巻線(以下、補助巻線)S5およ
びフォトトランジスタ制御回路30を電源トランスT1
の2次側に接続することで、図1に示す本発明の第1形
態とする。この改良点以外の構成及び動作については従
来技術の項で説明した通りであるため、当該改良点に係
る構成および動作を中心にして説明する。
【0015】図1に示すように、電源トランスT1の2
次側に配設された補助巻線S5から交流出力を得て、従
来の技術の項で説明したように、得られた交流出力をフ
ォトトランジスタ制御回路30の第2の整流回路(ダイ
オードD4およびコンデンサC5)で整流平滑して電源
Vcc2を確保する。すなわち、発光ダイオードLED
を点灯させるための電源Vcc2は電源トランスT1か
ら得るようにする。このとき補助巻線S5は、電源トラ
ンスT1の2次巻線S2に直列接続して磁芯を共通にす
るのである。またフォトトランジスタ制御回路30のコ
ンデンサC5の低圧側端子および発光ダイオードLED
のカソードは、第1の整流平滑回路10の直流出力V2
の低圧側に接続する。この直流出力V2の低圧側はグラ
ンドラインにしており、このことでフォトトランジスタ
制御回路30のグランドラインを第1の整流平滑回路1
0のグランドラインと共通にする。
【0016】動作について説明すると、リモート信号が
オンの場合はトランジスタTrがオフになってフォトカ
プラPIがオフになり、制御部がスイッチングトランジ
スタQをオンオフ駆動して第1の整流平滑回路10から
直流出力V2が得られる。一方、リモート信号がオフの
場合はトランジスタTrがオンになってフォトカプラP
Iがオンになり、制御部は第1の整流平滑回路10から
の直流出力をほぼ停止状態に切り替えてスイッチングト
ランジスタQをオンオフ駆動する。
【0017】このリモート信号がオフの場合の動作が本
発明の特有な動作であり、詳しくは図2(a)の下段の
グラフに示すように、リモート信号がオンからオフに切
り替わるのに伴い、上段の出力電圧V2が急峻に低下
し、トランジスタのスレッショルド電圧(図中水平波
線)以下の範囲で上下変動する程度に、スイッチングト
ランジスタQは完全には停止せずにオンオフ駆動され
る。すなわち出力電圧V2は、完全には停止せずに本装
置に接続される負荷が動作しない程度に出力されるので
ある(ほぼ停止状態)。これは、電源Vcc2を確保す
るために必要となる電源トランスT1に設けられた補助
巻線S5の誘起電圧を常時発生させておく必要があるた
めである。図2(b)の場合は、出力電圧V2が上下動
せずにスレッショルド電圧以下で一定の低電圧を維持す
る例である。これら図2(a)(b)におけるリモート
信号がオフの場合の出力電圧V2の低下のレベルは補助
巻線S5の巻数で適宜設定できる。
【0018】また本形態の場合、補助巻線S5は2次巻
線S2と直列接続されているため、第2の整流平滑回路
D4,C5は2次巻線S2と補助巻線S5とを合わせた
全体の電圧から電源Vcc2を得ることになる。すなわ
ち2次巻線S2単独から得られる直流出力V2より、電
源Vcc2の方が大きな電圧となる。
【0019】ここで、本発明による小型化の効果を確認
するため、100W以下の小容量の小型電源について前
述した従来の図5のものと図1の本発明のものとで各素
子を実装した基板面積の大きさを測定した。その結果、
本発明のものにあっては、DC−ACインバータおよび
2次巻線S5を除いた補助トランスT2がないことで、
従来の図5のものに比し、14.25%もの基板面積の
縮小化が図れた。
【0020】また説明した第1の形態において第1の整
流平滑回路10は、RCC方式のものに限らずによく知
られたFCC方式のものとしてもよい。
【0021】次に本発明の実施の第2形態を説明する。
本形態は、図1の第1形態における補助巻線S5を省略
して、図3に示すように第2の整流平滑回路のダイオー
ドD4のアノードを抵抗R9を介して2次巻線S2の一
端に接続して、発光ダイオードLEDを点灯させるため
の電源Vcc2を電源トランスT1の2次巻線から得る
ようにする。第1の整流平滑回路10については図1の
第1形態と同様にRCC方式のものとしてもよいが、図
3のようにFCC(ON/ON制御)方式のものとして
もよい。具体的にはよく知られているように、ダイオー
ドD1のカソードにダイオードD5のカソードを接続す
るとともに、ダイオードD5のアノードを2次巻線S2
のグランド側端子に接続する。そして互いにつきあわせ
たダイオードD1,D5のカソードとコンデンサC1の
高圧側との間にチョークコイルLを挿入接続するのであ
る。この点以外の構成については前述した第1形態の図
1と同様である。
【0022】次に本発明の変形例について説明する。こ
の変形例は、図4に示すように、リモート信号を受けて
動作するのではなくて、トグルスイッチなどを用いて手
動でもって発光ダイオードLEDの点灯あるいは消灯の
動作を制御するものである。前述した第1,2の形態双
方に適用可能であり、例えば第1形態に適用して説明す
ると、図1における抵抗R6〜R8、トランジスタTr
をなくして、図4に示すようにトグルスイッチSWを発
光ダイオードLEDとともにコンデンサC5に対して並
列に接続して、このトグルスイッチSWをオンオフする
ことで発光ダイオードLEDの点灯あるいは消灯の動作
を制御してもよい。
【0023】このトグルスイッチSWの接続位置は適宜
変更でき、コンデンサC5の端子間において発光ダイオ
ードLEDと直列に接続するようにしてもよい。
【0024】また図1の第1の形態および図4の変形例
について変更した例として、第1の整流平滑回路10と
フォトトランジスタ制御回路30とを絶縁するように構
成してもよい。すなわち、補助巻線S5を2次巻線S2
に直列接続せずに電位的に分離し、独立したグランドラ
インを持たせる。このグランドラインにコンデンサC5
の低圧側端子、および発光ダイオードLEDのカソード
を接続することで、補助巻線S5およびフォトトランジ
スタ制御回路30を、2次巻線S2および第1の整流平
滑回路10から電気的に分離する。
【0025】なおここまで説明した図1〜図4の例に限
らず、電源トランスを用いて1次側と2次側とを絶縁す
るものであれば、種々の方式のスイッチング電源につい
て本発明を適用できる。
【0026】また、フォトトランジスタのほかに発光素
子としてフォトダイオードやCdSセルなどの置換可能
なものも適用可能であり、また発光ダイオードのほかに
発光素子として半導体レーザなどの置換可能なものも適
用可能である。
【0027】
【発明の効果】請求項1に係る発明にあっては、外部か
らのリモート信号がオンからオフに切り替わって、負荷
への出力電圧が下がり、負荷用直流出力がほぼ停止状態
となっても、オンオフスイッチと、これに直流接続され
た発光素子に電力を供給すべく直流出力を確保するた
め、スイッチング素子は完全には停止しない。つまり、
負荷用直流出力のほぼ停止状態では、このスイッチング
素子が停止しない事によって生じる負荷用直流出力が負
荷は動作しない程度である。一方、オンオフスイッチ
と、これに直流接続された発光素子に電力を供給するた
めの直流出力電圧を供給する補助巻線は、負荷用直流出
力を供給する2次巻線の高圧側に直列接続して磁芯を共
通にされている。このため、オンオフスイッチと、これ
に直流接続された発光素子に電力を供給するための直流
出力電圧は、常時、負荷への出力電圧より高くなる。す
なわち、負荷への出力電圧が、オンオフスイッチと、こ
れに直流接続された発光素子に電力を供給するための直
流出力電圧より、常に低くなる。したがって、外部から
のリモート信号がオフに切り替わった場合でも、オンオ
フスイッチと、これに直流接続された発光素子に電力を
供給するための直流出力電圧を確保しながらも、なお且
つスイッチング素子が完全には停止しない事によって生
じる負荷用直流出力を確実に負荷が動作しない程度に低
くすることができる。 請求項2に係る発明にあっては、
外部からのリモート信号がオンからオフに切り替わっ
て、負荷への出力電圧が下がり、負荷用直流出力がほぼ
停止状態となっても、オンオフスイッチと、これに直流
接続された発光素子に電力を供給すべく直流出力を確保
するため、スイッチング素子は完全には停止しない。つ
まり、負荷用直流出力のほぼ停止状態では、このスイッ
チング素子が停止しない事によって生じる負荷用直流出
力は負荷が動作しない程度である。一方、オンオフスイ
ッチと、これに直流接続された発光素子に電力を供給す
るための直流出力電圧を供給する第2の整流平滑回路
は、2次巻線から直流出力を得るにあたり、該2次巻線
の高圧側に接続された抵抗を介している。このため、オ
ンオフスイッチと、これに直流接続された発光素子に電
力を供給するための直流出力電圧は、当該抵抗 を介して
いる分だけ、常時、負荷への出力電圧より高くなる。す
なわち、負荷への出力電圧が、オンオフスイッチと、こ
れに直流接続された発光素子に電力を供給するための直
流出力電圧より、常に低くなる。したがって、外部から
のリモート信号がオフに切り替わった場合でも、オンオ
フスイッチと、これに直流接続された発光素子に電力を
供給するための直流出力電圧を確保しながらも、なお且
つスイッチング素子が完全には停止しない事によって生
じる負荷用直流出力を確実に負荷が動作しない程度に低
くすることができる。主に発光ダイオードを点灯させる
ための電源を第2の整流平滑回路を介して得るにあた
り、電源トランスの2次側から当該電源を得ることがで
きる。このため、従来用いられてきたDC−ACインバ
ータおよび補助トランスT2といった重くてスペースを
取る補助電源回路を省略できる。したがって大幅な小型
軽量化および低コスト化が図れる。
【0028】加えて、従来のDC−ACインバータおよ
び補助トランスT2による電力損や発熱もなくなるため
高効率化やより安定な動作を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態によるスイッチング電
源の回路図である。
【図2】同上スイッチング電源のリモート信号による出
力電圧の変化を示すグラフであり、(a)はスレッショ
ルド電圧以下で上下動変化をする様子を示し、 (b)
はスレッショルド電圧以下で一定の電圧を維持する様子
を示す。
【図3】本発明の実施の第2形態によるスイッチング電
源の回路図である。
【図4】本発明の実施の第1形態の変形例によるスイッ
チング電源の回路図である。
【図5】従来のスイッチング電源の回路図である。
【符号の説明】
T1 電源トランス Q スイ
ッチング素子 T2 補助トランス Tr トラ
ンジスタ S1 1次巻線 L チョ
ークコイル S2 2次巻線 C1〜C5 コン
デンサ S3 補助巻線 D1〜D5 ダイ
オード S4 1次巻線 PT フォ
トトランジスタ S5 補助巻線 LED 発光
ダイオード V1 直流入力 PI フォ
トカプラ V2 直流出力 SW トグ
ルスイッチ Vcc1 制御部駆動用電源 10 第1
の整流平滑回路 Vcc2 電源 20 スナ
バ回路 R1〜R9 抵抗 30 フォ
トトランジスタ制御回路

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源トランス(T1)の1次巻線(S
    1)と直列に直流入力(V1)間に接続されたスイッチ
    ング素子(Q)と、このスイッチング素子(Q)を適宜
    な高周波数でオンオフ駆動する制御部と、該電源トラン
    ス(T1)の2次巻線(S2)から平滑した負荷用直流
    出力(V2)を得る第1の整流平滑回路(10)と、該
    電源トランス(T1)の2次側に配設されて該2次巻線
    (S2)に直列接続された補助巻線(S5)と、該補助
    巻線(S5)から直流出力(Vcc2)を得る第2の整
    流平滑回路(D4,C5)と、外部からのリモート信号
    でオンオフするスイッチ(Tr)と、該第2の整流平滑
    回路(D4,C5)の該直流出力(Vcc2)間に該オ
    ンオフスイッチ(Tr)と直列接続された発光素子(L
    ED)と、出力端子が制御部に接続されて該発光素子
    (LED)からの光信号に応答して出力が変化する受光
    素子(PT)とを備え、該制御部は、該受光素子(P
    T)の該出力変化に応じて該第1の整流平滑回路(1
    0)からの該負荷用直流(V2)が出力状態あるいはほ
    ぼ停止状態に切り替わるように該スイッチング素子
    (Q)をオンオフ駆動するのであって、該補助巻線(S
    5)は該2次巻線(S2)の高圧側に磁芯を共通にして
    直列接続されていることを特徴とするスイッチング電
    源。
  2. 【請求項2】 電源トランス(T1)の1次巻線(S
    1)と直列に直流入力(V1)間に接続されたスイッチ
    ング素子(Q)と、このスイッチング素子(Q)を適宜
    な高周波数でオンオフ駆動する制御部と、該電源トラン
    ス(T1)の2次巻線(S2)から直流出力(V2,V
    cc2)をそれぞれ得る第1の整流平滑回路(10)お
    よび第2の整流平滑回路(D4,C5,R9)と、外部
    からのリモート信号でオンオフするスイッチ(Tr)
    と、該第2の整流平滑回路(D4,C5,R9)の該直
    流出力(Vcc2)間に該オンオフスイッチ(Tr)と
    直列接続された発光素子(LED)と、出力端子が制御
    部に接続されて該発光素子(LED)からの光信号に応
    答して出力が変化する受光素子(PT)とを備え、該制
    御部は、該受光素子(PT)の該出力変化に応じて該第
    1の整流平滑回路(10)からの該直流(V2)が出力
    状態あるいはほぼ停止状態に切り替わるように該スイッ
    チング素子(Q)をオンオフ駆動するのであって、前記
    第2の整流平滑回路(D4,C5,R9)は、該2次巻
    線(S2)の高圧側に接続された抵抗を介して該直流出
    力(Vcc2)を得ることを特徴とするスイッチング電
    源。
  3. 【請求項3】 請求項1あるいは2において、前記スイ
    ッチ(Tr)はトランジスタで構成され、そのベースに
    前記リモート信号が入力されることを特徴とするスイッ
    チング電源。
  4. 【請求項4】 請求項1あるいは2において、前記スイ
    ッチ(SW)は、トグルスイッチなどで構成され、前記
    外部からの前記リモート信号に代えて手動にてオンオフ
    することを特徴とするスイッチング電源。
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