JP3378509B2

JP3378509B2 - 電源装置

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Publication number: JP3378509B2
Application number: JP21678098A
Authority: JP
Inventors: 徹志大竹
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2003-02-17
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: JP2000050650A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置を構成す
る電源回路に確実な動作を行わせるための技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、蛍光表示管を搭載した電子機器
などでは、制御系統に設けられたロジック回路等と出力
系統に設けられた蛍光表示管等で異なる駆動電圧を要求
することがある。ここで、各回路、部品に供給するそれ
ぞれの駆動電圧に高い安定度が要求される、あるいは駆
動電圧の供給条件が異なるなど、電源供給に独立性が要
求される場合には、制御系統と出力系統で個別に電源回
路を設けることになる。このように複数の電源回路を有
した電源装置の一例として、従来には図３に示すような
ものが存在した。図３に示す電源装置は、第１の電源回
路４ｃと第２の電源回路１２、そして、第１の電源回路
４ｃには駆動信号を、第２の電源回路にはトリガ信号を
それぞれ供給する制御回路１３とから構成されている。
ここで第１の電源回路４ｃは以下のような回路構成とし
ていた。

【０００３】入力端子１にチョークコイルＬ１を介して
スイッチングトランジスタＱ１のコレクタが接続され、
スイッチングトランジスタＱ１のエミッタはアースに接
続される。スイッチングトランジスタＱ１のコレクタは
整流用のダイオードＤ１を介して出力端子２に接続さ
れ、出力端子２とアースとの間に平滑用のコンデンサＣ
１が接続される。スイッチングトランジスタＱ１のベー
スは抵抗Ｒ１を介してトリガ入力端子３に接続され、ス
イッチングトランジスタＱ１のベースとアースの間には
制御トランジスタＱ２が接続される。制御トランジスタ
Ｑ２のベースと出力端子２との間には第１の帰還回路を
構成する定電圧ダイオードＤＺ１が接続され、さらに制
御トランジスタＱ２のベースとスイッチングトランジス
タＱ１のコレクタとの間には第２の帰還回路を構成する
抵抗Ｒ６とコンデンサＣ３の直列回路が接続され、制御
トランジスタＱ２のベースとアースとの間にはバイアス
用の抵抗Ｒ２が接続されている。

【０００４】このような構成とした第１の電源回路４ｃ
の動作は以下のようであった。トリガ入力端子３に制御
回路１３よりトリガ信号が印加され、トリガ入力端子３
の電圧が高い状態になるとスイッチングトランジスタＱ
１はオン状態となる。するとチョークコイルＬ１からス
イッチングトランジスタＱ１のコレクタに対して時間と
ともに直線的に増加する電流が流れる。やがて、スイッ
チングトランジスタＱ１のコレクタに流入する電流がそ
の時点におけるスイッチングトランジスタＱ１のコレク
タ飽和電流の大きさに等しくなると、電流の大きさは一
定となり、スイッチングトランジスタＱ１のコレクタの
位置における電圧が上昇する。

【０００５】すると制御トランジスタＱ２のベースに
は、スイッチングトランジスタＱ１のコレクタに現れた
電圧による第２の帰還信号が抵抗Ｒ６とコンデンサＣ３
を介して入力され、制御トランジスタＱ２はオン状態と
なる。制御トランジスタＱ２がオン状態となるとスイッ
チングトランジスタＱ１のベース、エミッタ間が短絡さ
れ、その結果、スイッチングトランジスタＱ１はオフ状
態に移行する。スイッチングトランジスタＱ１がオフ状
態となるとチョークコイルＬ１にはフライバック電圧が
生じ、入力電圧とフライバック電圧を合わせた高い電圧
がダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に供給され
る。これによりコンデンサＣ１の両端に生じた電圧が出
力電圧として出力端子２に接続された外部の負荷に供給
される。

【０００６】ここで、制御トランジスタＱ２のベースに
は出力端子２に現れた電圧、つまり出力電圧に応じた第
１の帰還信号が定電圧ダイオードＤＺ１を介して入力さ
れる。出力電圧が定電圧ダイオードＤＺ１のツェナー電
圧よりも高い時には制御トランジスタＱ２はオン状態を
維持することになる。負荷に対して電力を供給すること
で出力電圧は次第に低下する。出力電圧が定電圧ダイオ
ードＤＺ１のツェナー電圧よりも低くなった時点で制御
トランジスタＱ２はオフ状態に移行する。制御トランジ
スタＱ２がオフ状態となることでスイッチングトランジ
スタＱ１のベースにはトリガ信号が入力され、再びオン
状態となる。これ以降、トリガ信号によりトリガ入力端
子３の位置の電圧が高い状態にある間、以上に説明した
動作過程を繰り返し、自励発振動作を行う。

【０００７】なお、トリガ入力端子３の位置の電圧が低
い状態、例えばアース電位と同じ電圧の状態にある場合
には、スイッチングトランジスタＱ１のベース、エミッ
タ間に順方向のバイアスを供給することができない。そ
のためスイッチングトランジスタＱ１は、制御トランジ
スタＱ２の状態に関係なくオフ状態を維持することにな
る。すなわち、第１の電源回路４ｃは動作停止状態とな
る。このように電源装置を構成する第１の電源回路４ｃ
は、トリガ信号の信号レベルに応じて自励発振動作を行
うものとなっていた。

【０００８】図３に示す電源装置では、制御回路１３か
ら第１の電源回路に供給するトリガ信号として、第２の
電源回路１２に供給する駆動信号を発生させる過程で生
じるクロックパルスに準じたものを使用している。もし
仮に、第２の電源回路１２に何らかの障害が発生した場
合、制御回路１３は第２の電源回路１２に対する駆動信
号の供給を停止し、第２の電源回路１２の動作を停止さ
せる。この時、制御回路１３から第１の電源回路４ｃに
対するトリガ信号の供給も同時に停止されることにな
る。その結果、図３の電源装置では、第２の電源回路１
２の状態に応じて自動的に第１の電源回路の動作状態が
切り替えられ、信頼性の高い電源装置を簡素な回路構成
で構築することができた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし図３に示す第１
の電源回路４ｃは、その簡素な回路構成のために入力電
圧、トリガ信号の信号レベル、負荷状態の変化などに対
して敏感な回路になってしまっている。そのため、起動
時に悪要因が重なった場合、安定した自励発振動作を行
えなくなることがある。すると、トリガ信号が高電圧の
状態である間、スイッチングトランジスタＱ１がオン状
態のままになる恐れがあり、装置の安全上問題があっ
た。そこで本発明は、確実に動作を行わせることが可能
な電源装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、外部から供給
されたトリガ信号に応じてスイッチング素子がスイッチ
ング動作を行う第１の電源回路と、回路内に交番電圧を
生じる第２の電源回路とを有する電源装置において、第
２の電源回路において発生した交番電圧の全波整流電圧
をトリガ信号として第１の電源回路に供給することを特
徴とするものである。具体的には第１の電源回路を、入
力端子に接続されたインダクタンス装置とスイッチング
素子の直列回路と、インダクタンス装置と出力端子との
間に接続された整流、平滑回路と、スイッチング素子の
制御端子と主電流路の一端との間にその主電流路が接続
された制御トランジスタと、出力端子と制御トランジス
タの制御端子との間に接続され、出力電圧と基準電圧と
の差に相当する帰還信号を発生させる帰還回路と、を具
備し、トリガ信号はスイッチング素子の制御端子に供給
する構成とする。

【００１１】あるいは、第１の電源回路を、入力端子に
接続されたインダクタンス装置とスイッチング素子の直
列回路と、インダクタンス装置と出力端子との間に接続
された整流、平滑回路と、該スイッチング素子の制御端
子にその出力端子が接続された比較器と、を具備し、第
１の電源回路の比較器には、出力電圧に相当する検出信
号と、基準電圧信号と、トリガ信号とが供給される構成
とする。ここで第２の電源回路は共振型電源で構成し、
そこに生じた共振電圧を全波整流してトリガ信号を得
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】第２の電源回路に設けられた所定
の巻線の巻線端を２つの整流素子を介して第１の電源回
路のトリガ入力端子に接続し、交流全波波形状の電圧に
よるトリガ信号を供給する。ここで第２の電源回路には
共振型のものを採用しておく。本発明の第１の実施例で
は、第１の電源回路を、スイッチングトランジスタのベ
ース、エミッタ間に制御トランジスタが接続され、制御
トランジスタのベースと電源回路の出力端子との間に定
電圧素子が接続された構成とし、スイッチングトランジ
スタのベースに前記トリガ信号を入力する。本発明の第
２の実施例では、第１の電源回路を、比較器、誤差増幅
器および基準電圧源を有する他励ＰＷＭ制御方式の構成
とし、比較器に三角波電圧の代わりに前記トリガ信号を
入力する。

【００１３】

【実施例】確実に動作を行わせることのできる本発明に
よる電源装置の第１の実施例の回路を図１に示した。図
１の電源装置において、第１の電源回路４ａは、図３の
従来の回路と比べて制御トランジスタＱ２のベースに接
続される抵抗Ｒ６とコンデンサＣ３の直列回路が省略さ
れており、その他の回路構成は同一となっている。一
方、第２の電源回路は、トランスＴの１次巻線Ｎ１に共
振コンデンサＣ２が並列に接続され、１次巻線Ｎ１の中
間タップが入力端子１に接続され、さらに１次巻線Ｎ１
の両端がそれぞれトランジスタＱ３あるいはＱ４を介し
てアースに接続された回路構成とし、トランスＴの２次
巻線Ｎ２から各端子５ａ、５ｂ、５ｃを介して交流の出
力電圧が得られるようになっている。なお、第２の電源
回路６のトランジスタＱ３およびＱ４のベース側回路は
図示を省略してある。

【００１４】そして図１の本発明の電源装置は、第１の
電源回路４ａのトリガ入力端子３を、第２の電源回路６
の１次巻線Ｎ１の一端および他端に、それぞれダイオー
ドＤ２およびダイオードＤ３を介して接続した構成とし
ている。このような回路構成とした場合、先ず第２の電
源回路６は、トランジスタＱ２とＱ３が相補的にオン状
態あるいはオフ状態となってトランスＴの各巻線に交番
電圧を発生させる。ここでトランジスタＱ２とＱ３のス
イッチング周波数がトランスＴの１次巻線Ｎ１に現れる
インダクタンスと共振コンデンサＣ２の容量による共振
周波数とほぼ同じ場合、交番電圧は共振電圧となってほ
ぼ正弦波状に変化する。トランスＴの２次巻線Ｎ２に発
生した共振電圧は出力電圧として端子５ａ〜５ｃを介し
て外部に供給される一方で、１次巻線Ｎ１に発生した共
振電圧はダイオードＤ２、Ｄ３によって全波整流され、
トリガ入力端子３に供給される。

【００１５】第１の電源回路４ａ中のスイッチングトラ
ンジスタＱ１は、トリガ入力端子３を介して供給された
交流全波整流波形状のトリガ信号に応じてオン状態ある
いはオフ状態になる。すなわちスイッチングトランジス
タＱ１は、図３に示した第１の電源回路４ｃのように自
励発振動作は行わず、抵抗Ｒ１を介してベースに供給さ
れたトリガ信号の電圧値がベース、エミッタ間のスレッ
ショルド電圧より高くなるとオン状態となり、逆に低く
なるとオフ状態となるという単純なスイッチング動作を
行う。なお、このスイッチング動作は起動時に現れるも
のであり、定常運転時においては、スイッチングトラン
ジスタＱ１はトリガ信号の電圧値が高い期間中であって
も制御トランジスタＱ２の作用によってターンオフし、
出力電圧に応じたオンデューティでスイッチング動作を
行うことになる。

【００１６】このように図１に示す第１の電源回路４ａ
は、そのスイッチング動作が自励発振によらないため、
確実に動作を行わせることができる。付随的に、図１に
示す回路構成によれば、トリガ信号を得るのに特別な回
路を必要とせず、簡素な構成で電源装置を構築できる。
また、全波整流波形のトリガ信号によって動作する第１
の電源回路４ａは、第２の電源回路６の２倍のスイッチ
ング周波数で動作することになる。このため、自励発振
動作を行う図３の第１の電源回路４ｃほどの効果は得ら
れないものの、少なくとも図３に示すようなクロックパ
ルスによるトリガ信号そのものでスイッチングトランジ
スタＱ１を駆動した場合よりも、スイッチング周波数の
高周波化で回路の小型化が可能となるといった効果も得
ることができる。

【００１７】図２には本発明による電源装置の第２の実
施例の回路を示した。図２に示す電源装置の回路構成
は、図１の電源装置と比べて第１の電源回路４ｂの構成
を以下のようにしたものであり、その他の回路部分は同
一となっている。チョークコイルＬ１、スイッチングト
ランジスタＱ１、ダイオードＤ１およびコンデンサＣ１
を図１と同様に昇圧チョッパコンバータの回路構成とな
るように接続する。スイッチングトランジスタＱ１のベ
ースと入力端子１との間にバイアス供給用の抵抗Ｒ１を
接続し、スイッチングトランジスタＱ１のベースに比較
器７の出力端子を接続する。比較器７の３つの入力端子
にはそれぞれ、トリガ入力端子３、基準電圧源８および
誤差増幅器９の出力端子を接続する。誤差増幅器９の２
つの入力端子は基準電圧源１０および、出力端子２とア
ースとの間に直列に設けられた抵抗Ｒ４とＲ５の接続点
に接続する。

【００１８】図２の電源装置における第１の電源回路４
ｂは要するに、一般的な他励式ＰＷＭ制御で要求される
三角波電圧の代わりに交流全波整流波形状のトリガ信号
を使用するようにしたものである。そこで、第１の電源
回路４ｂの動作は一般的な他励式ＰＷＭ制御を採用した
昇圧チョッパコンバータと同じとなる。すなわち、誤差
増幅器９は抵抗Ｒ４とＲ５の接続点に得られた出力電圧
に相当する検出信号と基準電圧源１０より供給される基
準電圧とから、その差に相当する誤差信号を発生させ
る。比較器７においてトリガ信号と誤差信号を比較し、
出力電圧に応じたオンデューティの駆動信号をスイッチ
ングトランジスタＱ１に供給する。なお、基準電圧源８
は、スイッチングトランジスタＱ１のデッドタイムを設
定するために設けられたものである。

【００１９】このような構成とした図２の電源装置で
は、第１の電源回路４ｂに個別の発振回路が不要とな
り、電源装置の構成を簡素化できる。また、共振電圧を
全波整流したものをトリガ信号として使用することによ
り、第１の電源回路４ｂを確実に動作させることを可能
とすると同時に、第１の電源回路４ｂと第２の電源回路
６の運転、停止を、特別なロジック回路を使用せずに連
携させることが出来るようになる。なお、図１、図２に
示す本発明の実施例の電源装置において、第１の電源回
路（４ａ、４ｂ）はインダクタンス装置としてチョーク
コイルＬ１を使用した非絶縁型の電源回路となっている
が、インダクタンス装置にトランスを使用した絶縁型の
電源回路であっても構わない。

【００２０】

【発明の効果】以上に述べたように本発明は、第２の電
源回路に生じた交番電圧を全波整流し、その全波整流電
圧をトリガ信号として第１の電源回路に供給するように
したことを特徴としている。このような本発明によれ
ば、簡素な構成で、特別な回路を設けなくとも第１と第
２の電源回路の動作状態が連携し、かつ、電源回路が確
実に動作をする電源装置を得ることが出来るようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電源装置の第１の実施例の回路
図。

【図２】本発明による電源装置の第２の実施例の回路
図。

【図３】従来の電源装置の一例を示す図。

【符号の説明】

１入力端子２出力端子（第１の電源回路）３トリガ入力端子４ａ、４ｂ第１の電源回路５ａ〜５ｃ出力端子（第２の電源回路）６共振型電源による第２の電源回路７比較器８、１０基準電圧源９誤差増幅器Ｑ１スイッチングトランジスタＱ２制御トランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/5383 H02M 3/155 H02M 7/538 H05B 41/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外部から供給されたトリガ信号に応じて
スイッチング素子がスイッチング動作を行う第1の電源
回路と、回路内に交番電圧を生じる第2の電源回路とを
有し、該第2の電源回路において発生した交番電圧の全波整流
電圧をトリガ信号として該第1の電源回路に供給すると
ともに、該第1の電源回路の出力電圧に応じた信号を該
スイッチング素子の制御端子に帰還させることを特徴と
する電源装置。
【請求項２】前記第1の電源回路が、入力端子に接続
されたインダクタンス装置とスイッチング素子の直列回
路と、該インダクタンス装置と出力端子との間に接続さ
れた整流、平滑回路と、該スイッチング素子の制御端子
と主電流路の一端との間にその主電流路が接続された制
御トランジスタと、該出力端子と該制御トランジスタの
制御端子との間に接続され、出力電圧と基準電圧との差
に相当する帰還信号を発生させる帰還回路、とを具備
し、該第2の電源回路において発生した交番電圧の全波整流
電圧がトリガ信号として該第1の電源回路の該スイッチ
ング素子の制御端子に供給され、該帰還信号が害制御ト
ランジスタの制御端子に供給されることを特徴とする、
請求項１に記載した電源装置。
【請求項３】前記帰還回路が定電圧ダイオードより成
り、前記インダクタンス装置がチョークコイルより成る
ことを特徴とする、請求項２に記載した電源装置。
【請求項４】前記第1の電源回路が、入力端子に接続
されたインダクタンス装置とスイッチング素子の直列回
路と、該インダクタンス装置と出力端子との間に接続さ
れた整流、平滑回路と、該スイッチング素子の制御端子
に接続された比較器と、を具備し、該第1の電源回路の該比較器には、出力電圧に相当する
検出信号と基準電圧信号との差に相当する誤差信号と、
該第2の電源回路において発生した交番電圧を全波整流
して得られたトリガ信号とが供給されることを特徴とす
る、請求項１に記載した電源装置。
【請求項５】前記第２の電源回路が共振型の電源回路
であり、前記交番電圧が共振電圧であることを特徴とす
る、請求項１から請求項４のいずれかに記載された電源
装置。