JP3623046B2 - スタンバイ動作するスイッチング電源 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通常動作とバーストモードによりスタンバイ動作とをするスイッチング電源であって、１次巻線、出力電圧を供給するための２次巻線、および該スイッチング電源の１次側を制御する３次巻線を備えたトランスと、該１次巻線に直列に接続されたスイッチングトランジスタと、該スイッチングトランジスタを制御する集積スイッチング回路と、前記出力電圧を安定させるため、前記集積スイッチング回路の制御端子に印加される制御電圧を生成する制御回路に正の直流電圧を供給するために前記３次巻線に接続された第１の整流回路と、を備えたスイッチング電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばテレビジョン受信機またはビデオレコーダ用のこの種のスイッチング電源は、例えば通常動作時に８０から１２０Ｗのオーダーの電力を伝送し、約４０から１００ｋＨｚのスイッチング周波数で動作する。スタンバイ動作には、このスイッチング電源により０．５から５Ｗのオーダーの非常に低い電力が伝送される。この種の小電力の際に安定した動作を保証するために、動作周波数、すなわちスイッチングトランジスタがオン・オフする周波数は６ｋＨｚのオーダーの値に低減される。しかしこのような低い動作周波数は可聴領域内にあり、したがって耳に聞こえるノイズ信号を引き起こす。
【０００３】
スタンバイ動作にあるスイッチング電源部をいわゆるバーストモードで駆動することが公知である。このバーストモードでは例えば、５０から１００Ｈｚの周期の間にスイッチングトランジスタが４０から１００ｋＨｚでスイッチングされ、残りの大部分の期間の間はオフ状態となる。スイッチング電源から伝送される電力は、エネルギー伝送がほとんどの時間で中断されることによって格段に低減される。
【０００４】
したがってこの種のバーストモードは、スイッチングトランジスタの制御に特別の回路手段を必要とする。一方、スイッチングトランジスタを直接、集積回路を用いて制御すること公知である。この集積回路は出力側にスイッチングトランジスタに対するスイッチング電圧を送出する。この種の公知で安価な回路はそのままでは前記のバーストモードで動作することはできない。バーストモードのためには付加的な回路が必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、スイッチング電源に対するバーストモードを実現するための回路を提供することであり、この回路はいずれの形式のスイッチング回路に対しても適用することのできるようにするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、負の直流電圧を供給するために前記３次巻線に接続された第２の整流回路を備え、待機状態において前記バーストモードを励起するために、前記２つの整流回路の出力電圧の和が、前記集積スイッチング回路の同じ前記制御端子に印加されるように構成されて解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明では、２つの整流回路は有利には異なる時定数を有する。
【０００８】
本発明の回路では、トランスにおける形状の大きく異なるパルスが通常動作とスタンバイ動作とで有利には、バーストモードに対する制御電圧の形成に利用される。本発明はいくつかの利点を有する。
【０００９】
本発明の回路は高出力電力領域に対して適用することができる。なぜなら、本発明の回路は自動的にトランスにおけるそれぞれのパルス形状およびパルス振幅に適合するからである。回路の高い安定性が達成され、その際に可聴領域での信号の形成が回避される。本発明の回路は実質的に、すべての形式の集積スイッチング回路に対して、スイッチング回路を変形することなく適用することができる。回路技術的コストは小さく、実施例では抵抗、コンデンサおよびダイオードの形の５つの付加的構成部材が必要なだけである。本発明の回路はシビアな調整を必要としない。
【００１０】
有利には２つの整流回路の出力側は抵抗を介して相互に接続されており、出力側の一方はダイオードを介してスイッチング回路の制御入力側と接続されている。整流回路の１つとして有利には、すでに備わっている整流回路を、形成される動作電圧の安定化のための制御電圧形成に使用する。この解決手段により、わずかな付加的構成部材しか必要としない。
【００１１】
有利には２つの整流回路の出力電圧の和と、出力電圧の安定化のための制御電圧はスイッチング回路の同じ制御入力側に印加される。負電圧に対する整流回路の時定数は有利には、正電圧に対する整流回路の時定数よりもはるかに小さい。
【００１２】
本発明の改善実施例によれば、バーストモードでスイッチングトランジスタの最大スイッチオン時間を制限する回路が設けられている。ここで有利には、２つの整流回路の出力電圧の和がトランジスタのベースに印加され、このトランジスタのエミッタは第１のコンデンサを介してアースされ、第２のコンデンサを介してスイッチング回路の別の制御端子と接続される。スイッチング回路のこの別の制御端子は有利には別の抵抗を介して電源整流器の出力側と接続される。
【００１３】
【実施例】
本発明を以下図面に基づき説明する。
【００１４】
小文字の参照符号ａ〜ｃは図１のどの接続点に図２、図３の電圧Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃが発生するかを示す。
【００１５】
図１には、電源電圧ＵＮ、電源整流器Ｇ１，充電コンデンサ３、１次巻線Ｗ１と２次巻線Ｗ２を有する分離トランスＴｒ、動作電圧Ｕ２を形成するための整流器Ｇ２、スイッチングトランジスタＴ１およびスイッチングトランジスタＴ１に対してスイッチング電圧６を送出する集積スイッチング回路７が示されている。巻線Ｗ３はダイオードＤ１およびコンデンサＣ１を有する整流回路の入力側に接続されている。この整流回路は出力側ａに電圧を送出する。この電圧は接続点ｃにおけるパルスの正成分によって定められ、Ｒ１×Ｃ１の時定数が十分に高いのでほぼ一定である。接続点ａの電圧は制御回路８を介してスイッチング回路７の制御入力側１に供給され、形成される動作電圧Ｕ２の安定化に作用する。この整流回路の時定数は約１０ｍｓである。別のピン２は回路７の別の制御入力側であり、抵抗６を介して電源整流器Ｇ１の出力側と接続され、さらにコンデンサＣ４を介してアースに接続されている。ここまで説明した回路は公知である。
【００１６】
接続点Ｃは付加的に、ダイオードＤ２およびコンデンサＣ２を有する第２の整流回路に接続される。この整流回路は接続点ｂに負の直流電圧を形成する。この負の直流電圧の値は接続点ｃにおけるパルスの負の成分の振幅に比例する。整流回路の２つの出力側ａとｂを相互に接続する抵抗Ｒ３は、接続点ｂにおいて２つの整流回路の出力電圧の和が得られるようにする。この出力側はダイオードＤ３を介して同じようにスイッチング回路７の制御入力側１と接続されている。この第２の整流回路の時定数は約１ｍｓまたはそれ以下である。
【００１７】
図２は、通常動作に対する接続点ａ，ｂ，ｃでの電圧Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃを示す。ここで電圧は異なるゼロラインおよび縮尺で示されている。電圧のゼロラインはそれぞれ括弧で示してある。接続点ａにはほぼ一定の直流電圧Ｕａが発生する。この電圧には、Ｄ２により形成された負の電圧が重畳される。これにより接続点ｂには約−１４Ｖの電圧Ｕｂが発生する。この負の電圧によってダイオードＤ３は阻止状態に留まる。接続点ｂの電圧はスイッチング回路７の制御入力側１には何の影響も及ぼさない。入力側１は安定化のための制御電圧Ｕｒを受け取るだけである。
【００１８】
図３も図２と同じ電圧を示す。しかしここではスタンバイ動作に対する電圧を示している。スタンバイ動作では、スイッチング電源から伝送される電力が大きく低減される。すなわち、接続点ｃに負の電圧が発生する間の時間、すなわちＴ１の導通時間の間、格段に低減される。このことによってＤ２により形成される負の電圧も格段に小さくなる。接続点ａにおいてＤ１により形成される正の電圧はこのような変化はしない。２つの電圧ＵａとＵｂの加算によって接続点ｂにはもはや図２のような負電圧は発生せず、正の電圧が発生する。この正の電圧ＵｂはダイオードＤ３を導通制御し、スイッチング回路７の制御入力側１に達する。その結果、スイッチング回路７は過励振されて遮断され、トランジスタＴ１に対するスイッチング電圧６をもはや送出しなくなる。スイッチング動作は中断され、その結果接続点ｃにはパルス電圧がもはや発生しなくなる。これは図３の時点ｔ２からｔ３の状態である。接続点ｃからダイオードＤ２へは信号が導通せず、時定数Ｒ１×Ｃ１は比較的大きいから、制御入力側１が大きく過励振されるようなヒステリシスが発生する。
【００１９】
接続点ｃにはパルス電圧がもはや発生しないから、コンデンサＣ１２は放電し、電圧Ｕａが降下する。この正の電圧Ｕａが所定の値を下回るときダイオードＤ３は再び遮断する。次にスイッチング回路７は再び動作を開始し、再びスイッチング電圧６を形成する。スイッチング電圧６が存在し、スイッチング動作が行われる時間は図３にｔ１からｔ２により示されている。接続点ｃにパルス電圧Ｕｃが再び存在するから、コンデンサＣ１は、時点ｔ２で電圧Ｕｂが再び大きくなってダイオードＤ３が再び導通し、スイッチング回路７とスイッチング電圧６を遮断するまで再び充電される。
【００２０】
言い替えれば、スイッチングトランジスタの通常スイッチング動作の間、トランスのパルス電圧から２つの整流回路によって電圧が形成され、この電圧が所定の時間の後、すなわちバーストモードのオン時間の終了時にスイッチング回路ひいてはスイッチングトランジスタに対するスイッチング電圧を遮断する。スイッチング回路の遮断とスイッチング電圧６の停止を以てバーストモードのオフ時間が開始する。このオフ時間の間、２つの整流回路には電圧が供給されない。２つの整流回路の充電コンデンサの放電によって、これら整流回路の和電圧が次のように変化する。すなわち、スイッチング回路がオフ時間の終了時に再びスイッチオンされ、スイッチングトランジスタのスイッチング動作が再び開始するように変化する。
【００２１】
スイッチング電圧６の周波数は約４５ｋＨｚであり、したがって可聴領域より上にある。バースト周波数はしたがって期間ｔ１〜ｔ３に相当する。このバースト周波数は実質的にコンデンサＣ１により定められ、約５０Ｈｚである。
【００２２】
電圧Ｕｂはさらに分圧器Ｒ４／Ｒ５に接続される。この分圧器の中点ｄはトランジスタＴ２のベースに接続されている。このトランジスタのエミッタはコンデンサＣ３を介してアースされ、コンデンサＣ４を介してスイッチング回路７の制御端子２、並びに抵抗Ｒ６を介して電源整流器Ｇ１の出力側と接続されている。この付加的回路は、スイッチングトランジスタＴ１の最大スイッチオン時間をバーストモードのオン時間の間、制限するための用いられ、次のように動作する。
【００２３】
コンデンサＣ１の電圧がそれぞれバーストの開始時に、すなわちバーストモードのオン時間の開始時に小さくなり、スイッチング回路７が最大スイッチオン時間に移行するように動作する。この最大スイッチオン時間は抵抗Ｒ６とコンデンサＣ４との時定数によって定められる。ここでスイッチングトランジスタＴ１を流れる大きな電流は４Ａまで上昇することができ、再び５０Ｈｚの可聴障害の問題を引き起こす。この欠点を除去するために、図示の回路Ｒ４，Ｒ５，Ｔ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｒ６が用いられる。通常動作の間、トランジスタＴ２は導通する。すなわち飽和状態にある。なぜならベースがコンデンサＣ２からの電圧Ｕｂにより負にバイアスされているからである。したがってコンデンサＣ４がアースと接続され、その値はドレイン区間に対する電流シミュレーションの時定数を定める。スタンバイ動作ではトランジスタＴ２のベースは抵抗Ｒ５を介して正の安定化直流電圧に接続されている。したがってトランジスタＴ２は遮断される。スイッチング回路７のピン２に接続されたキャパシタンスはコンデンサＣ４とＣ３の直列回路により定められる。これらのコンデンサは約０．８９ｎＦである。この時定数は通常動作の間よりも格段に小さく、その結果スイッチングトランジスタＴ１の最大スイッチオン時間は所望のようにわずか約３μｓとなり、このトランジスタの最大コレクタ電流は約１．８Ａである。
【００２４】
スイッチング回路７に対する前記の周辺回路はスイッチング回路７に集積することができる。図１で使用されるスイッチング回路が形式ＴＤＡ４６０５の場合、集積スイッチング回路のすでに存在する入力側、例えばピン８＝ゼロクロスディテクタをこのために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路を有するスイッチング電源部の回路図である。
【図２】通常動作に対する電圧経過を示す線図である。
【図３】スタンバイ動作に対する電圧経過を示す線図である。
【符号の説明】
ＵＮ 電源電圧
Ｇ１ 電源整流器
３ 充電コンデンサ
Ｔ１ スイッチングトランジスタ
７ スイッチング回路

Claims (2)

1. 通常動作とバーストモードによりスタンバイ動作とをするスイッチング電源であって、
   １次巻線（Ｗ１）、出力電圧（Ｕ２）を供給するための２次巻線（Ｗ２）、および該スイッチング電源の１次側を制御する３次巻線（Ｗ３）を備えたトランス（Ｔｒ）と、
   該１次巻線に直列に接続されたスイッチングトランジスタ（Ｔ１）と、
   該スイッチングトランジスタを制御する集積スイッチング回路（７）と、
   前記出力電圧（Ｕ２）を安定させるため、前記集積スイッチング回路（７）の制御端子（１）に印加される制御電圧（Ｕｒ）を生成する制御回路（８）に正の直流電圧を供給するために前記３次巻線（Ｗ３）に接続された第１の整流回路（Ｄ１，Ｒ１，Ｃ１）と、を備えたスイッチング電源において、
   負の直流電圧を供給するために前記３次巻線（Ｗ３）に接続された第２の整流回路（Ｄ２，Ｒ２，Ｃ２）を備え、待機状態において前記バーストモードを励起するために、前記２つの整流回路（Ｄ１，Ｄ２）の出力電圧の和が、前記集積スイッチング回路（７）の同じ前記制御端子（１）に印加されることを特徴とするスイッチング電源。
2. 前記２つの整流回路の出力側は抵抗（Ｒ３）を介して相互に接続されており、
   一方の出力側（ｂ）はダイオード（Ｄ３）を介して集積スイッチング回路（７）の前記制御端子（１）と接続されている、請求項１記載のスイッチング電源。

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