JP3460403B2 - 自励発振式スイッチング電源装置 - Google Patents

自励発振式スイッチング電源装置

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は電子機器用電源、例えば
パーソナルコンピュータ等の比較的安価な電子機器の電
源に適した自励発振式スイッチング電源装置に関するも
のである。 【0002】 【従来の技術】近年、各種電子機器の小型・低価格化が
推進されるとともに、この電子機器に利用されるスイッ
チング式電源装置も小型・低価格化が要求されており、
制御回路を最も安価に製造しうる回路として自励発振式
スイッチング電源装置が最も有利である。 【0003】以下、従来の自励発振式スイッチング電源
装置について説明する。図2は従来の自励発振式スイッ
チング電源装置の構成を示すものである。図2におい
て、1は整流平滑回路であり、交流入力電圧を受電して
直流入力電圧に変換する。2はスイッチングトランス
で、1次巻線N1、駆動巻線ND、2次巻線N 2を有す
る。1次巻線N1はその一端を前記整流平滑回路1の正
電極に接続され、他端は第1のスイッチング素子3を介
して前記整流平滑回路1の負電極に接続されている。4
は1次巻線N1と整流平滑回路1の接続点と第1のスイ
ッチング素子3のベースに直列に接続され起動電流を供
給する抵抗、5は第1のスイッチング素子3のベースと
駆動巻線NDの一端に直列に接続されベース電流を設定
する抵抗である。6はコレクタを第1のスイッチング素
子3のベースに接続し、エミッタを駆動巻線NDの一端
に接続し、ベースはコンデンサ7を介してエミッタに、
ダイオード8のアノードとフォトカプラ9のフォトトラ
ンジスタのエミッタを介してそれぞれコレクタに接続
し、ダイオード8と並列に抵抗10を接続し、フォトカ
プラ9のフォトトランジスタと抵抗10によりコンデン
サ7を充電し、ダイオード8によりコンデンサ7の放電
を行う。フォトカプラ9は1次側と2次側を分離絶縁し
ており、フォトカプラ9の2次側の発光ダイオードは制
御回路11に接続される。12は出力整流回路で2次巻
線N2に接続されDCを供給する。DC出力は制御回路
11に接続され出力電圧を検出し制御する。 【0004】図3は従来の自励発振式スイッチング電源
装置の動作波形を示したものである。図3(a)は第1
のスイッチング素子3のコレクタ・エミッタ間電圧
CE、図3(b)は第2のスイッチング素子6のコレク
タ・エミッタ間電圧VCE、図3(c)は第2のスイッチ
ング素子6のベース・エミッタ間電圧VBE、図3(d)
は第2のスイッチング素子6のコレクタ電流ICを示し
ている。 【0005】以上のように構成された従来の回路におい
て、以下その動作について説明する。 【0006】まずAC入力電圧が印加されると整流平滑
回路1で直流電圧となり抵抗4を介して第1のスイッチ
ング素子3のベースに電流が流れて、第1のスイッチン
グ素子3はオンするため1次巻線N1に電圧が印加され
ることになり、この電圧に比例した誘起電圧が駆動巻線
Dに発生し抵抗5を介して第1のスイッチング素子3
のベース電流がさらに増加されオン期間となる。 【0007】一方、駆動巻線NDに誘起された電圧によ
り抵抗10によりコンデンサ7を充電し両端電圧が増加
することにより第2のスイッチング素子6のエミッタ・
ベース間を順バイアスする電圧となる。この電圧により
第2のスイッチング素子6はオン状態となり、第1のス
イッチング素子3のベース電流を急激に引き込み第1の
スイッチング素子3のベースをゼロバイアスしてオフさ
せる。オフ期間では、駆動巻線NDに発生する誘起電圧
が第1のスイッチング素子3のベースを逆バイアスする
方向に電圧を発生させると共に、スイッチングトランス
2に蓄積された励磁エネルギーを2次巻線N2より出力
整流回路12を介してDC出力に放出する。励磁エネル
ギーがなくなると、スイッチングトランス2の漏れイン
ダクタンスと分布容量により発生するリンギング電圧に
より駆動巻線NDには再び第1のスイッチング素子3の
ベースを順バイアスする方向に誘起電圧が発生するため
第1のスイッチング素子3はオンする。 【0008】以下、前述の動作をくり返して出力電圧を
供給する。出力電圧が制御回路11で設定された電圧に
なると、前記制御回路11が動作してフォトカプラ9を
能動状態にさせ、第1のスイッチング素子3がオフ期間
に放電されたコンデンサ7の電荷を第1のスイッチング
素子3がオン期間では抵抗10、フォトカプラ9を通じ
充電する。これによりコンデンサ7の充電時間は、前記
の抵抗10だけによる充電時間よりも早い時間で充電す
るためオン期間は短くなり時比率が変化して出力電圧は
一定に保たれる。すなわち、出力電圧は制御回路11に
より制御された状態となる。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、DC出力が無負荷の時には第1のスイッ
チング素子3のオン期間を短くし励磁エネルギーを小さ
くする必要があり、コンデンサ7の充電時間を短くしよ
うとするが、一方ではフォトカプラ9のCTR(電流伝
達率)が小の場合は、コンデンサ7の充電時間があると
ころまでしか短くできず第1のスイッチング素子3のオ
ン期間を短くすることができないため出力電圧が制御で
きなくなる。 【0010】もう一方、フォトカプラ9のCTRが大き
い場合は、コンデンサ7の充電が早くなりすぎるため、
第2のスイッチング素子6がドライブできなくなりオン
状態が続きそれにともない第1のスイッチング素子3も
オンできない状態を維持するため、間欠発振状態となり
可聴音がする。以上のように、部品のばらつきにより従
来の回路構成では無負荷時での出力制御が非常に困難に
なるという欠点を有していた。 【0011】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、簡単な回路にて信頼性に富む自励発振式スイッチン
グ電源装置を提供することを目的とする。 【0012】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の自励発振式スイッチング電源装置は、少なく
とも1次巻線と出力巻線と駆動巻線の3巻線を備えたス
イッチングトランスと、前記駆動巻線に発生する信号で
駆動され前記1次巻線に流す電流を制御する第1のスイ
ッチング素子と、前記第1のスイッチング素子の制御端
子に接続され前記第1のスイッチング素子をターンオフ
させる第2のスイッチング素子と、前記第2のスイッチ
ング素子の制御端子に接続されたコンデンサと、前記コ
ンデンサの充電電流を調節し前記第2のスイッチング素
子をターンオンさせるタイミングを制御するフォトカプ
ラのフォトトランジスタとを有する自励発振式スイッチ
ング電源装置において、前記コンデンサの充電回路の前
記フォトカプラのフォトトランジスタのエミッタに直列
に抵抗を接続するとともに、前記フォトトランジスタの
エミッタと前記第2のスイッチング素子のエミッタとの
間にツェナーダイオードを接続したことを特徴とする
のである。 【0013】 【作用】この構成によって、前記コンデンサの充電時間
すなわち第1のスイッチング素子のオン期間の制御を安
定させることができるため、無負荷時の出力電圧を制御
が可能な自励発振式スイッチング電源装置を提供するも
のである。 【0014】 【実施例】以下本発明の一実施例について図面を参照し
ながら説明する。 【0015】図1は本発明の自励発振式スイッチング電
源装置の構成を示すものである。図1において、1は整
流平滑回路であり、交流入力電圧を受電して直流入力電
圧に変換する。2はスイッチングトランスで、1次巻線
1、駆動巻線ND、2次巻線N2を有する。1次巻線N1
はその一端を前記整流平滑回路1の正電極に接続され、
他端は第1のスイッチング素子3を介して前記整流平滑
回路1の負電極に接続されている。4は1次巻線N1
整流平滑回路1の接続点と第1のスイッチング素子3の
ベースに直列に接続され起動電流を供給する抵抗、5は
第1のスイッチング素子3のベースと駆動巻線NDの一
端に直列に接続されベース電流を設定する抵抗である。 【0016】6は第2のスイッチング素子でコレクタを
第1のスイッチング素子3のベースに接続し、エミッタ
を駆動巻線NDの一端に接続し、ベースはコンデンサ7
を介してエミッタに、ダイオード8のアノードとフォト
カプラ9のフォトトランジスタのエミッタを介してそれ
ぞれコレクタに接続し、ダイオード8と並列に抵抗10
を接続し、フォトカプラ9のフォトトランジスタと抵抗
10によりコンデンサ7を充電し、ダイオード8により
コンデンサ7の放電を行う。フォトカプラ9は1次側と
2次側を分離絶縁しており、フォトカプラ9の2次側の
発光ダイオードは制御回路11に接続される。 【0017】12は出力整流回路で2次巻線N2に接続
されDCを供給する。DC出力は、制御回路11に接続
され出力電圧を検出し制御する。また前記充電回路のフ
ォトカプラ9のフォトトランジスタのエミッタに直列に
抵抗14を接続し、さらに、フォトカプラ9のフォトト
ランジスタのエミッタとツェナーダイオード13のカソ
ード、第2のスイッチング素子6のエミッタとツェナー
ダイオード13のアノードを接続することにより、コン
デンサ7の充電時間を制限することが可能となる。 【0018】以上のように構成された本発明の自励発振
式スイッチング電源装置において、以下その動作につい
て説明する。 【0019】まず、DC出力が無負荷時はDC出力電圧
が高くなるために第1のスイッチング素子3のオン期間
を短くし、励磁エネルギーを小さくする動作となり、フ
ォトカプラ9のフォトダイオードの電流が増加し、その
CTRに応じてフォトトランジスタの電流も増加する。
その結果、コンデンサ7の充電時間が短くなり、図3
(c)のように第2のスイッチング素子6のベース・エ
ミッタ間電圧VBEの傾斜が(イ)から(ロ)に移ってい
く。 【0020】しかし、フォトカプラ9のCTRのばらつ
きによりCTRが小の場合には、フォトトランジスタか
らの電流が少なくコンデンサ7の充電時間を短くするこ
とができず第1のスイッチング素子3のオン期間をある
一定時間までしか短くすることができない。そのために
無負荷時のDC出力電圧上昇を下げる制御ができなくな
る。このときにでもDC出力電圧が制御できるようなフ
ォトカプラ9のフォトトランジスタのエミッタの電位と
コンデンサ7の充電電流にするため、ツェナーダイオー
ド13、抵抗14とその他の部品の定数を決定する。 【0021】逆にフォトカプラ9のCTRの大きい場合
には、コンデンサ7に充電される電流が増加し図3
(c)のように第2のスイッチング素子6のベース・エ
ミッタ間電圧VBEの傾斜が大になり、第2のスイッチン
グ素子6がドライブができない領域までコンデンサ7の
充電時間が早くなる。そのため第2のスイッチング素子
6のオン状態が続き第1のスイッチング素子3もオンで
きない状態を維持する。 【0022】前記のようにフォトカプラ9のCTRが大
きい場合にフォトカプラ9のフォトトランジスタのエミ
ッタに流れる電流が増加するが、前記フォトカプラ9の
CTRが小の場合に決定したツェナーダイオード13と
抵抗14の定数から、フォトカプラ9のフォトトランジ
スタのエミッタから流れる電流の上限をツェナーダイオ
ード13と抵抗14により制限することで、コンデンサ
7の充電電流を制限し、第2のスイッチング素子6がド
ライブができない領域までコンデンサ7の充電時間が早
くならない。 【0023】またコンデンサ7の充電時間が早くなりす
ぎるのを押さえて、第2のスイッチング素子6のベース
・エミッタ間電圧VBEの傾斜が小となり、第1のスイッ
チング素子3のドライブも可能となり出力電圧の制御が
可能となる。以上、フォトカプラ9のCTRのばらつき
による影響をツェナーダイオード13と抵抗14によっ
てコンデンサ7の充電電流を制限することで少なくし無
負荷時の出力電圧の制御が可能となる。 【0024】 【発明の効果】以上のように本発明は、コンデンサの充
放電回路のフォトカプラのフォトトランジスタのエミッ
タに直列に抵抗を接続し、また前記抵抗とコンデンサに
並列にツェナーダイオードを接続することを特徴とした
構成を有するとき、無負荷時においても出力電圧を安定
に制御する優れた自励発振式スイッチング電源装置を実
現するものである。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の自励発振式スイッチング電源装置の一
実施例を示す回路構成図 【図2】従来の回路構成図 【図3】本発明及び従来の回路構成での動作波形図 【符号の説明】 1 整流平滑回路 2 スイッチングトランス 3 第1のスイッチング素子 4 抵抗 5 抵抗 6 第2のスイッチング素子 7 コンデンサ 8 ダイオード 9 フォトカプラ 10 抵抗 11 制御回路 12 出力整流回路 13 ツェナーダイオード 14 抵抗 (a) 第1のスイッチング素子のコレクタ・エミッタ
間電圧VCE (b) 第2のスイッチング素子のコレクタ・エミッタ
間電圧VCE (c) 第2のスイッチング素子のベース・エミッタ間
電圧VBE (d) 第2のスイッチング素子のコレクタ電流IC
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/338

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 少なくとも1次巻線と出力巻線と駆動巻
    線の3巻線を備えたスイッチングトランスと、前記駆動
    巻線に発生する信号で駆動され前記1次巻線に流す電流
    を制御する第1のスイッチング素子と、前記第1のスイ
    ッチング素子の制御端子に接続され前記第1のスイッチ
    ング素子をターンオフさせる第2のスイッチング素子
    と、前記第2のスイッチング素子の制御端子に接続され
    たコンデンサと、前記コンデンサの充電電流を調節し前
    記第2のスイッチング素子をターンオンさせるタイミン
    グを制御するフォトカプラのフォトトランジスタとを有
    する自励発振式スイッチング電源装置において、前記コ
    ンデンサの充電回路の前記フォトカプラのフォトトラン
    ジスタのエミッタに直列に抵抗を接続するとともに、前
    記フォトトランジスタのエミッタと前記第2のスイッチ
    ング素子のエミッタとの間にツェナーダイオードを接続
    したことを特徴とする自励発振式スイッチング電源装
    置。
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