JP3297490B2 - 自由振動するスイッチモード型電力供給装置 - Google Patents

自由振動するスイッチモード型電力供給装置

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JP3297490B2 JP08721193A JP8721193A JP3297490B2 JP 3297490 B2 JP3297490 B2 JP 3297490B2 JP 08721193 A JP08721193 A JP 08721193A JP 8721193 A JP8721193 A JP 8721193A JP 3297490 B2 JP3297490 B2 JP 3297490B2
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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、自由振動するスイッチ
モード型電力供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】絶縁トランスの1次側だけを制御するス
イッチモード型電力供給装置は、絶縁トランスの2次側
から1次側への被制御変化を伝送する伝送エレメントを
必要としない利点を有する。しかし、2次側において安
定化される電圧が直接は評価されず、そのためこれらの
電圧を安定化するための制御が十分でないことが多い欠
点を有する。1次側へ2次側で制御するスイッチモード
型電力供給装置は、効果的な安定化が、安定化されるべ
き2次側電圧の直接の評価により達成される利点を有す
る。しかし欠点は、例えば絶縁トランスまたは光カプラ
のようなエレメントが、2次側から1次側へ被制御変化
を伝送するために必要とされることである。
【0003】テレビジョン受信器におけるこの種のスイ
ッチモード型電力供給装置が、作動待機動作のために近
似的に5〜8ワットの低伝送電力へ切り換えられる時
に、スイッチングトランジスタが著しく短かい時間の間
だけ切り換えられる必要がある。このことは著しく高い
スイッチング損失とスイッチングトランジスタへの危険
を生ぜさせることがある。そのため低伝送電力による作
動の場合において知られている手法では、スイッチング
トランジスタをパケット、またはバーストのような手法
だけを用いて切り換え、これを十分に長いターンオン時
間と十分に高い電流をもって行う。そして、それらの間
は著しく長い時間、スイッチングトランジスタを遮断さ
せ、この間は電力が全く伝送されない。この方式で動作
するスイッチモード型電力供給装置は設計が著しく複雑
でさらに通常は特別な集積回路を必要とする。
【0004】
【発明の解決すべき問題点】本発明の課題は、個別の部
品を有しかつ特別なICを必要とせず、全電力伝送の場
合における安定化のためのPWM制御と、低伝送電力の
場合におけるパケット制御を用いて自動的な動作を可能
にし、短絡回路が防止され、1次側だけを制御するにも
かかわらず効果的な安定化を提供し、かつ効率の良い、
自由振動するスイッチモード型電力供給装置を提供する
ことである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的は請求項1に特
定された本発明により達成される。この発明の種々の具
体的な構成が請求項2以下に示されている。
【0006】
【発明の効果】本発明によるスイッチモード型電力供給
装置は、複数の利点を有する。1次側だけで制御するた
め、1次側から2次側へ被制御変化を伝送するためのエ
レメント、例えば絶縁トランスまたは光カプラの必要が
ない。しかし、2次側で発生する動作電圧の効果的な安
定化が、分路から取り出されたカットオフ電圧の被制御
の分圧により、高い電力での通常の動作の場合にPWM
制御により達成される。異なる閾値を有する2つの回路
により、通常の動作におけるPWM制御から、低伝送電
力におけるパケット制御動作への自動的な移行が行なわ
れる。この場合、切り換えおよびこれらの異なる動作モ
ードを実現するために、既に存在している部品が有利に
用いられる。1次側は発振器を形成し、これによりスイ
ッチモード型電力供給装置が自由振動型式で形成され
る。さらにこの発振器は2つの機能を有する。通常動作
における高電力伝送の場合は、この発振器は、スイッチ
ングトランジスタを駆動する時に連続的なPWM制御を
実行する。他方、低伝送電力の場合は、この発振器は、
前述のパケット動作を実施するために、スイッチングト
ランジスタを駆動する時に一時停止を自動的に実施す
る。
【0007】本発明の別の有利な実施例では、カットオ
フ電圧のピーク値が、測定用整流器の出力側に並列に接
続されている負荷を制御するために用いられ、カットオ
フ電圧がトランジスタのベースへ加えられ、該トランジ
スタのコレクタがコンデンサを介してアースされてお
り、さらに該コレクタは抵抗を介して測定整流器の出力
側へ接続されており、エミッタが抵抗を介してアースさ
れている。本発明の別の有利な実施例は、スイッチング
トランジスタのコレクタが振幅選択回路を介して補助的
なターンオフトランジスタのベースへ接続されており、
前記振幅選択回路はターンオフ時相のスタート時に正の
パルスに応答し、さらに前記のターンオフトランジスタ
のコレクタ‐エミッタ区間が、スイッチングトランジス
タのベース線路における点と、アースとの間に接続され
ている。さらに補助的なターンオフトランジスタのコレ
クタがコンデンサの、スイッチングトランジスタのベー
スとは反対側の電極へ接続されており、前記のコンデン
サがスイッチングトランジスタのベース線路の中に接続
されていて遮断電圧を蓄積する。さらに振幅選択回路が
緩衝回路を含み、該緩衝回路が、コンデンサとダイオー
ドとの直列接続体と、抵抗とダイオードとの並列接続体
を含む。
【0008】
【実施例】次に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
【0009】図1は自由振動するスイッチモード型電力
供給装置を示す。この電力供給装置は、装置の電圧UN
を供給する入力端子1、装置のブリッジ整流器2、充電
コンデンサC1、絶縁トランスTr、スイッチングトラ
ンジスタT1および分路R1を有する。絶縁トランスT
rは、1次巻線ないしは電力巻線W1、別の1次巻線W
2、および調整巻線W3を含む。1次巻線W2は自由振
動モードの回路を構成し、スイッチングトランジスタT
1を駆動する。調整巻線W3は制御用整流器4の出力側
bにおいて制御電圧Urを供給する。このUrは安定化
および高電力と低電力との間の切り換えのために用いら
れる。Trはさらに2次巻線W4ならびに第2の2次巻
線W5を含む。2次巻線W4は第1の動作電圧U2を端
子6に整流器5を介して発生する。第2の2次巻線W5
は別の動作電圧U3を端子8に整流器7を介して発生す
る。スイッチングトランジスタT1のベース線路に電圧
遮断回路網が接続されている。この回路網は、ダイオー
ドD1,D2およびC2を有し、ブロッキング電圧Uv
を発生する。
【0010】さらにスイッチモード型電力供給装置のた
めの動作電圧U1を供給する点aと、スイッチングトラ
ンジスタT1のベース線路における点Cとの間に、コン
デンサC3と抵抗R2を有するスタート回路が接続され
ている。この種の回路は公知である。
【0011】制御電圧Urは点bから、ツエナーダイオ
ードZ1とトランジスタT2,T3を有する第1閾値回
路へ加わる。トランジスタT3は、抵抗R3,R4を含
む分圧器の部品である。この分圧器は点dとターンオフ
トランジスタT4のベースとの間に接続されている。ト
ランジスタT4のコレクタ‐エミッタ区間はダイオード
D5と直列に接続されている。ダイオードD5は、スイ
ッチングトランジスタT1のベース線路における点Cと
アースとの間に接続されている。
【0012】さらに制御電圧Urはツエナーダイオード
Z1ならびに、抵抗R5およびR6から成る分圧器を介
してトランジスタT6のベースへ加わる。トランジスタ
T6のコレクタはトランジスタT7のベースへ接続され
ている。トランジスタT7のコレクタ‐エミッタ区間
は、スイッチングトランジスタT1のベース線路におけ
る結合コンデンサと並列の抵抗R7に直列に接続されて
いる。
【0013】次にこの回路の動作のモードを、高電力に
おける通常の動作と低電力における動作とT1のパケッ
ト制御とに対して、個別に説明する。
【0014】近似的に40〜100ワットの高い伝送電
力における通常の動作において、Urはまず最初に、ト
ランスTvの高い負荷に起因して小さくなる。そのため
Urは導通したツエナーダイオードZ1を介してT2の
ベースへ通過し、T3を介して、分圧器抵抗としての抵
抗R4においてスイッチングする。のこぎり波カットオ
フ電圧Usが、流通時相T1〜R1におけるのこぎり波
電流iaに起因して低下する。こののこぎり波カットオ
フ電圧Usが、分圧されてT4へ通過し、その結果、所
定の値においてT4において導通し、点Cをアースし、
T1のためのベース駆動電圧を遮断し、これによりT1
を遮断する。2つの極限の場合を次に考察する。最大負
荷の場合は即ちUrの最小値の場合は、T2が遮断され
ており、そのためT3が導通している。UsはR3とT
4により最大モードにおいて分割されている。このこと
は、Usが、T4を導通させるためには点dにおいてよ
り大きい終値を有する必要のあることを、意味する。こ
のようにして電流iaは高い終値に達し、これは伝送さ
れる大きい電力に相応する。もう1つの極限の場合、即
ち端子6,8における負荷が低い時はUrが増加し、そ
のためT2が導通しT3が遮断される。そのためUsは
R3とR4により分圧されずに全部の値でT4のベース
へ加わる。このことは、Usとiaの値が低くても、T
4が導通しT1が遮断されることを意味する。ひいては
iaの終値がより低くなり、そのため伝送電力がより低
くなることを意味する。これらの極限の値の間での通常
の動作において、U2とU3の安定化は、T1のターン
オン期間におけるパルス幅変調により行なわれる。例え
ば端子6,8における負荷が増加すると、トランスTr
において発生される全部のパルス電圧の振幅が低下し、
そのため正の制御電圧Urの振幅も低下する。その結
果、ツエナーダィオードZ1の電圧により低下されたよ
り低い正の電圧UrがT2のベースへ通過し、そのため
T2の導通性が低下され、T3の導通性が上昇する。そ
のためUsがR3,R4,T3により分圧される。この
ことは、T4がしばらくは導通せずにT1を遮断するこ
とを意味する。即ちUsとiaの終値がより大きい値を
取り、伝送電力が増加し、最初に行なわれた電圧U2,
U3およびUrの低下が補償される。このようにT4は
T1の駆動においてパルス幅変調を実施し、その結果、
T1のターンオン期間が、負荷の増加と共にT4により
増加される。このようにして、発生された動作電圧U
2,U3が安定化される。この場合、R5,R6による
分圧にもとづいてT5はまだ遮断されており、その結
果、T6とT7が導通する。これによりC4が橋絡され
てこのモードの動作に実質的に影響を与えない。
【0015】例えば作動待期動作の場合のように端子
6,8における負荷が実質的に低減されると、トランス
Trにおけるパルス電圧の振幅が、ひいてはUrの値が
増加する。分圧器R5,R6による分圧にもかかわら
ず、トランジスタT5は導通し、点fがさらに負にな
り、その結果、トランジスタT6がそのためT7も遮断
される。コンデンサC4は、T7の遮断にもとづいて、
T1のベース線路において作用力を有する。これにより
C4はT1のベース‐エミッタダイオード接続を介して
図示の極性で充電され、最終的にC4における電圧は、
巻線W2により供給される電圧の正の成分に達し、その
ためスイッチングトランジスタT1が遮断される。これ
によりこのパケットは遮断される。次にT1の振動にお
ける休止が形成される。この休止が最初に述べたパケッ
ト動作を実施する。そのためT1は所定の時間中、遮断
状態に置かれる。その結果、端子6,8におけるコンデ
ンサはもはや再充電されず、そのためUrは再び低下す
る。パケット動作における休止の終りにおいてT5は再
び最後に遮断され、T6とT7が再び導通し、コンデン
サC4が再び橋絡される。その結果、スイッチングトラ
ンジスタT1が、巻線W2によりベース電流を再び供給
され、T1の完全な飽和により振動が再び形成される。
このようにして図示の回路が、高伝送電力における通常
の動作からの自動的な移行と、T1の駆動におけるPW
M制御と、パケット動作を実行し、それぞれの場合にお
いてT1はバーストパケット期間中だけ振動し、期間と
期間との間にはしばらく振動しない。パケット動作にお
いてはT3は常に遮断されている。その結果、Usは分
圧されずにT4のベースへ通過し、そのためT1がia
の低い電流の場合に既に遮断される。
【0016】T5のコレクタが即ち点fはまだ、T1の
ベース線路における点Cへ接続されている。これにより
次の動作が実施される。パケット動作中に休止の終りに
T5が前述のように再び遮断される。そのためT1のベ
ース線路における点Cへ加わる正のパルスが点fに生ず
る。これにより、最初の駆動パルスが再び、パケットの
間中にT1の完全な飽和を実施する。このことの利点
は、休止の後の再度のターンオンが相応の電力損失およ
びT1への危険を伴なって“ソフト”に実施されるので
はなく、ある程度は“ハード”に実施されることであ
る。
【0017】さらにT1のコレクタと点Cとの間に、コ
ンデンサC5、ダイオードD6、抵抗R9、ダイオード
D7、抵抗R10、トランジスタT8およびダイオード
D8を有する回路が設けられている。この付加的な回路
は、ターンオン時相の終りの即ちiaの遮断の際のスイ
ッチングトランジスタT1の遮断を改善するために用い
られ、次のように動作する:T1のターンオン時間がT
1のためのベース電流を遮断することにより、ターンオ
ンされたT4により実質的に終了される。その後、トラ
ンジスタT1の中に存在している電荷キャリヤの飽和に
もとづいて、T1は所定の時間の間、ベース電流なしで
導通状態が維持される。T1はベース電流がなくなる数
μs後に飽和でなくなる。その結果、コレクタはアース
よりも多少は正になる。この正の上昇が、C5,C6お
よびR9を有する減衰エレメントを介して、T8のベー
スへ伝送される。そのためT8が導通して点Cをアース
へ短絡する。その間にコンデンサC2が図示の極性で電
圧Uvへ、例えばD1とD2の順方向電圧の和へ、再充
電される。そのため導通しているT8がC2の正の電極
をアースする。その結果、全電圧UvがT1のベースに
おいて負の極性で作用し、T1の遮断が極めて短時間で
行なわれる。D7はD8を、ベースにおける過度に高い
負の電圧から保護する。T4とT8が迅速にT1を遮断
させる動作全体により、T1における電力損失が著しく
低くコレクタとアースとの間のダイオードD8は次の作
用を有する。T1のベース線路におけるダイオードD
1,D2,D3,D4と共にD8は、巻線W2によりT
1のベースへ供給される負の電圧を安定化する。巻線W
2により供給される負の電圧は、実質的に制御されない
モードにおいては高くて、T1のベース‐エミッタ区間
における許容できない高い値を有することがある。部分
D4,D3,D1,D2およびD8は、T1のベース‐
エミッタ区間における例えば5Vより高いこの負の電圧
を制限する。さらにこれによりT8の不所望の反転動作
が阻止される。T1のベースへ加わる負の電圧が両方と
も制限される、即ちC2の負の電圧はダイオードD1と
D2により、巻線W2からの負の電圧はダイオードD
4,D3,D1,D2およびD8により、制御される。
過度に高いベース‐エミッタ電圧からのT1の付加的な
保護がこの回路により実施される。
【0018】回路網C5,C6,C9は、T1の遮断時
相のスタート時のT1のコレクタにおける正の電圧ピー
クを制限するためのいわゆる緩衝器として付加的に用い
られる。このようにこの回路網は有利に2重の機能を有
する、即ち遮断時相のスタート時のT1の遮断を改善
し、さらに付加的にT1のコレクタにおける正の電圧ピ
ークを制限する。このことは並列接続体D6/R9の実
質的にアースされる右側の端子が、直接アースされるの
ではなく、補助スイッチングトランジスタT8のベース
へ接続される時に、実施される。
【0019】点dと点bの間に、トランジスタT9、コ
ンデンサC6および抵抗R11,R12,R13を有す
る付加的な回路9が設けられている。この回路は、スイ
ッチモード型電力供給装置の出力側における内部抵抗を
低減させるために用いられ、さらに制御される電流シン
クのように次の様に動作する:負荷が増加するにつれ
て、パルス幅制御にもとづいて、点dにおけるiaとU
sにおける増加が生ずる。そのためT9も提供R13を
介して導通性が増加する。C6にもとづく濾波作用によ
り、Urの値をさらに低減する、増加されたDC負荷が
点bに作用する。そのため制御電圧路はUrの付加的な
低下に追従され、そのためYrの低下された値の作用が
Usとiaの最大値を増加するために、増加される。そ
のため回路9により形成される負の内部抵抗が、スイッ
チモード型電力供給装置の、実質的にまだ残っている正
の内部抵抗を補償可能となり、そのため、伝送される高
電力における通常の操作に対して、スイッチモード型電
力供給装置の著しく低い内部抵抗を保証する。
【0020】図2は図1による回路の簡略化された構成
を示す。図2の回路は負の内部抵抗を形成するための回
路9を含まず、さらに前述の様に結合コンデンサC4を
短絡するトランジスタも含まない。トランジスタT7で
はなく、結合コンデンサC4に、ダイオードD10と抵
抗R15を有する電流路が設けられている。パケット動
作の場合、この解決手段において、T1のためのベース
電流は各々の場合、1パケットの間中に変化し、そのた
めベース電流がパケットの終りへ向って減少する。内部
抵抗を減少させるための回路9が存在しないため、トラ
ンスTrの改善された結合により、トランスを例えばチ
エンバー巻線形トランスとして設計することにより、低
い内部抵抗を実施できる。結合コンデンサC4は短絡さ
れないためパケット中はトランジスタT1のためのベー
ス電流がわずかに減少するという構成が、この回路の簡
単化の点から許容できる。さらにこれにより、一層低
い、近似的に50Hzのパケット周波数が達成できる。
作動待機動作におけるこの種の低いパケット周波数は重
要である。何故ならばこの周波数は聴取可能でなく、そ
のため、作動待機動作において、ユニットの聴取される
音響振動またはひびきが生ずることができないからであ
る。
【0021】図1および図2におけるダイオードD11
と並列のコンデンサC6はスタート動作において、即ち
受信器投入接続されるたびに、特に重要である、何故な
らばこの時にダイオードD11が最初に遮断されるから
である。コンデンサC6は、この時にさえもT1の飽和
を保証しさらに飽和の欠如にもとづくT1の危険を回避
する目的で、特に重要である。
【0022】図3は、図2に示された回路の変形実施例
を示す。図3のこの回路も、図1に示された回路9を設
けずに、さらに結合コンデンサC4を橋絡するためのト
ランジスタT7を設けずに、動作する。図3による回路
の動作のモードは図2による回路のそれと類似する。
【0023】実際に試作された回路において、本発明に
対して重要な部品は次の値を有する: R1: 4.7オーム C2: 0.68μF R2: 22 オーム C3: 4.7 μF R3 220 オーム C4: 47 μF R4 22 オーム C5: 470 pF (スタートC) (パケットC) (整流器C) C3 : C4 : C(点b)=1:10:100 4.7μF 47μF 470μF R5 100 kオーム R6 100 kオーム R7 10 オーム R9 220 オーム R10 470 オーム R11 100 オーム R12 10 オーム R13 100 オーム C6: 22 μF
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による、スイッチモード型電力供給装置
の完全な回路図である。
【図2】図1の回路の簡単化された回路図である。
【図3】図2の回路の変形回路図である。
【符号の説明】 4 測定用整流器 Z1,T2,T3 第1回路 Z1,T5−T7 第2回路 R3,R4 分圧器 T5−T7 トランジスタ増幅器 9 負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04N 5/63 H04N 5/63 Z (72)発明者 ヤロミール パラタ ドイツ連邦共和国 ファウエス−フィリ ンゲン ヴェッシュハルデ 99 (56)参考文献 特開 平3−239137(JP,A) 米国特許4623960(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/537 H02M 3/28 H02M 3/338 H02M 7/06 H04N 5/63

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自由振動するスイッチモード型電力供給
    装置において、 トランス(Tr)と、スイッチングトランジスタ(T
    1)と、制御電圧(Ur)の発生手段(4)と、第1フ
    ィードバック手段(Z1,T2,T3,R3,R4)
    と、第2フィードバック手段(Z1,R5,R6,T
    5,T6,T7,C4)とを有し、 前記トランス(Tr)は1次巻線(W1)と、出力電圧
    を供給するための2次巻線(W4,W5)と、測定用電
    圧を供給するための調整用巻線(W3)とを備え、 前記スイッチングトランジスタ(T1)はカットオフ電
    (Us)を備え、電流を制御するために前記1次巻線
    (W1)に結合されており、 前記制御電圧(Ur)の発生手段(4)は前記測定用電
    圧に結合されており、 前記第1フィードバック手段(Z1,T2,T3,R
    3,R4)は、前記制御電圧が第1閾値を越えた場合、
    該制御電圧(Ur)に応答して前記カットオフ電圧(U
    s)を変更し、 前記第2フィードバック手段(Z1,R5,R6,T
    5,T6,T7,C4)は、前記制御電圧(Ur)が第
    2閾値を越えた場合、前記スイッチングトランジスタ
    (T1)のバーストモード動作を開始するために、前記
    制御電圧(Ur)に応答し、 前記第2フィードバック手段は、前記バーストモード動
    作を開始するために、コンデンサ(C4)を前記スイッ
    チングトランジスタ(T1)のベース線路に切り換える
    ために前記コンデンサ(4)を有している 、 ことを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 前記第1フィードバック手段は分圧器
    (R3,R4,T3)を有し、該分圧器は、前記スイッ
    チングトランジスタからの電流を結合して制御を行うた
    めに制御トランジスタ(T3)を備えている、請求項1
    記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記第2フィードバック手段は分圧器回
    路網(R5,R6)を有し、該回路網はトランジスタ
    (T5,T6,T7)を備えている、請求項1記載の装
    置。
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