JPH01170368A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は産業用や民生用の機器に直流安定化電圧を供給
するスイッチング電源装置に関するものである。

従来の技術 従来、この種のスイッチング電源装置は、第６図に示す
ような構成であった。第６図を参照して、従来技術とし
てのスイッチング電源装置を説明する。１は直流入力電
源であり、２は制御回路の信号によりオンオフするスイ
ッチング素子３より主に構成されるスイッチング回路、
７はコンデンサ、６は抵抗でトランス９の１次巻線９ａ
の両端にダイオード８ｆ：介して並列に＃続され、前記
１次巻線９＆に発生するフライバック電圧を維持し前記
トランス９の磁束をリセットすると同時に、トランス９
のリーケージイングクタンスにより発生する前記フライ
バック電圧に重畳されるスパイク電圧をカットするスナ
バ−回路、９はトランスで１次巻線９ａと２次巻線９ｂ
を有しており、１次巻線９！Ｌに印加されるパルス電圧
を２次巻線９ｂに誘起するとともに所定の電圧に変圧し
、ダイオード１０および１１、チョークトランス１２、
コンデンサ１３より構成される出力平滑回路によシ直流
に変換され、出力端子１４　、１４’より負荷に供給さ
れる。制御回路１６は出力端子１４　、１４’の直流電
圧が絶えず一定になるように、スイッチング回路２に印
加する制御信号を変化させることで調整する。

さらにダイオード８および抵抗６とコンデンサ７の並列
接続回路よシ構成される前記スナバ−回路の動作につい
て、第６図を参照して詳細に説明する。第６図（＆）は
スイッチング回路２に印加される電圧波形ＶＤ５を示し
ており、第６図（ｂ）はスイッチング回路２に流れる電
流波形Ｉｎを示し、第６図（Ｃ）はトランス９の磁束密
度の変化を各周期毎に示したＢ−Ｈ曲線で、第６図（（
１）は前記スナバ−回路のコンデンサ７の両端電圧Ｖ、
を示している。

スイッチング回路２が制御信号によりオンするＴＯＮ期
間にトランス９には磁束が蓄えられ、前記スイッチング
回路２が制御信号によシオフする’ｒｏｙｙ期間にトラ
ンス９に蓄えられた磁束のエネルギーは１次巻線９ａに
接続された前記スナバ−回路のダイオード８と抵抗６と
から成る閉回路で消費されると共にコンデンサ７０両端
電圧ＶＣの電圧値にフライバック電圧値ＶＲがクランプ
され、スイッチング回路２の電圧波形Ｖ’ｎｓが上昇す
るのが制限されると同時に、トランス９が磁気的にリセ
ットされる。スイッチング回路２のＴｏｙｙ期間におけ
るリセット電圧ＶＨの発生期間はＴＲ期間であり、トラ
ンス９がリセットされた後には直流入力電源１の電圧Ｙ
ｅｌｌがスイッチング回路２に印加される。トランス９
が飽和しないためには、次の関係を満足させなければな
らない。

ｖｌ　Ｘ　’ｒＲ＝＝　ＶＡＮ　Ｘ　Ｔｏｎ　　＋　　
’ｒＲ≦Ｔ　ＯＦＦ発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、直流入力電圧が印加されス
イッチング回路２が動作する起動開始時に発生するトラ
ンス９に蓄えられた磁束のエネルギーはコンデンサ７に
吸収されるが、起動開始前のコンデンサ８の両端電圧Ｔ
ｏはゼロボルトのため、徐々にしか前記コンデンサ７の
両端電圧Ｖｃは上昇しなく、そのためスイッチング回路
２がオフした時の１次巻線９ａに発生するフライバック
電圧値ＶＲは低い電圧でクランプされることになる。第
７図は、起動開始時の各部の波形を示し、各波形は第６
図と同一のため詳細な説明は省略するが、コンデンサ７
の両端電圧ＶＣが徐々にしか上昇しないため、ＶＩＸ　
ＴＲ（Ｖｘｘ　Ｘ　Ｔｏ）Ｉの期間が続くことでトラン
ス９は飽和してスイッチング回路２に過大な電流が流れ
、スイッチング素子３が破壊するのを防止するためトラ
ンス９の磁束密度を低く設計しなければならずトランス
が大型化し、スイッチング素子３も必要以上に大容量な
ものが必要となるなどコストがアップし形状も大型化す
る。尚、コンデンサ７の容量を小さくすることで前記両
端電圧Ｖｃの上昇を早めることは可能だが。

１次巻線９ａに発生するフライバック電圧に重畳される
スパイク電圧によりコンデンサ７が高い電圧に充電され
るため１．前記スパイク電圧をクランプする電圧が高く
なり、スナバ−としての効果が小さくなり、スイッチン
グ回路２に高い電圧が印加されるため、スイッチング素
子３に高耐圧なものが必要になる。さらに、制御回路１
６０制御信号を起動開始時にはオン期間を狭くして、徐
々に広げることで起動させるソフトスタート機能を付加
することでトランス９の飽和を防止することが可能であ
るが、出力電圧の立上り時間が遅くなり負荷の電子回路
の誤動作やシーケンスなどで立上り時間に規制がある場
合に問題があった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、コンデン
サに起動開始前より直流入力電源と同一な電圧まであら
かじめ充電しておくことで、起動開始時のフライバック
電圧ｖＲを確保し、トランスの飽和を防止するとともに
、スパイク電圧のクランプも十分に行うことを可能とす
ることを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、直流入力電源の
一端に接続され制御回路の１ａ号によジオンオフするス
イッチング素子と、少なくとも前記スイッチング素子と
前記直流入力電源の他端に直列に接続される巻線を有す
るトランスと、前記直流入力電源の両端に接続された第
１のダイオードと前記制御回路が動作するとオンまたは
オフするスイッチ回路の直列回路と、前記巻線と前記ス
イッチング素子の接続点よシ第２のダイオードを介して
コンデンサと抵抗の並列接続回路を前記スイッチ回路と
前記第１のダイオードの接続点に接続した構成とするも
のである。

作用 この構成により、起動開始前にコンデンサを充電するこ
とで、起動開始時よりトランスの１次巻線に発生するフ
ライバック電圧を確保することで、トランスの飽和を防
止することが可能となる。

実施例 第１図は本発明の一実施例によるスイッチング電源装置
の回路構成図であり、第１図において第６図と同じもの
は同一符号を記し詳細な説明は省略する。１は直流入力
電源であシ、２はスイッチング素子３よシ主に構成され
るスイッチング回路、６および８はダイオードでトラン
ス９の１次巻線９＆の一端にダイオード６のアノードが
接続され、他端にダイオード８０カソードが接続され、
ダイオード６０カソードはコンデンサ７と抵抗６の並列
回路を介してダイオード８のアノードに接続されており
、さらにダイオード８のアノードは制御回路１６が動作
開始するとオフするスイッチ回路４を介して直流入力電
源１の負電位に接続されている。ダイオード８のカソー
ドと１次巻線９＆の接続点は直流入力電源１の正電位が
接続され、ダイオード６のアノードと１次巻線９＆の接
続点はスイッチング回路２を介して直流入力電源１の負
電位に接続されている。制御回路１５が動作してスイッ
チング回路２が制御信号でオンするとトランス９には磁
束が蓄えられ、前記スイッチング回路２が制御信号でオ
フするとトランス９に蓄えられた磁束のエネルギーは１
次巻線９ａに接続されたダイオード６と抵抗６とダイオ
ード８とからなる閉回路で消費されると共にコンデンサ
７の両端電圧にフライバック電圧を維持し前記トランス
９の磁束をリセットすると同時に、トランス９のリーケ
ージイングクタンスにより発生する前記フライバック電
圧に重畳されるスパイク電圧をも前記コンデンサ７の両
端電圧にカットする。１ｏおよび１１はダイオードであ
り、１２はチ目−クトランス、１３はコンデンサであり
、１４　、１４’は出力端子である。

さらに制御回路１６が動作を開始する起動開始時のダイ
オード５および８、抵抗６、コンデンサ７、スイッチ回
路４の動作について、第２図を参照して詳細に説明する
。第２図は、起動開始時の各部の波形を示し、各波形は
第６図、第７図と同一のため詳細な説明は省略する。直
流入力電源１の電圧ＷＩＮが印加されると、直流入力電
源１の正電位よりトランス９の１次巻線９２Ｌ、ダイオ
ード６、コンデンサ７、すでにオンしているスイッチ回
路４を介して前記直流入力電源の負電位に電流が流れる
ため、コンデンサ７０両端電圧ＶＣは直流入力電源１と
同一電圧まで充電される。ダイオ↓ −ド８は直流入力電源がスイッチ回路４により短絡され
るのを防止する。次に制御回路１５が動作を開始して起
動開始するとスイッチ回路４はオフし、同時にスイッチ
ング回路２がオンオフを開始する。前記起動開始時に発
生するトランス９に蓄えられた磁束のエネルギーはコン
デンサ７に吸収されるが、起動開始前のコンデンサ７の
両端電圧ＶＣは直流入力電源１と同一電圧にすでになっ
ているため、１次巻線９＆に発生するフライバック電圧
値ＶＲは直流入力電源１とほぼ同一の電圧値まで上昇し
維持され、トランス９の磁束をリセットすることが可能
となり、トランス９は飽和することなく安定に起動する
ことができる。

第３図は、本発明の他の実施例を示すものである。この
実施例の回路では、トランス９の１次巻線９ａに接続さ
れる抵抗６とコンデンサ７の並列回路とダイオード８の
直列接続回路の接続点にダイオード１６とスイッチ回路
４の直列回路を接続上 し直流入力電源の負電位に接続した構成のもので、動作
的には第１図の回路とまったく同一となるため詳細は省
略する。

また、スイッチ回路４に流れる電流を制限するためおよ
びコンデンサ７の両端電圧を変化させるために、スイッ
チ回路４に直列に抵抗を入れても同様な効果が得られる
ことも容易にわかる。さらに前記ダイオード６お“よび
８のダイオードの動作遅れによるスパイク電圧のクラン
プ動作遅れを防止するためにダイオードと並列にコンデ
ンサを接続する場合もある。

第４図は、本発明の実施例に使用した制御回路１６およ
びスイッチ回路４の具体的な回路例を示している。

′ｓ４図において、制御回路１５は発振回路２７、基準
電圧２８、誤差増幅器２９．ＰＷＭコンパレータ３ｏ、
ドライブ回路３１で主に構成される出力端子電圧制御部
３２と、前記出力端子電圧制御部を動作されるための内
部電源２６と、前記出力端子電圧制御部を動作および停
止させるスイッチ手段２６で構成されている。出力端子
１４　、１４’の電圧は基準電圧２８と誤差増幅器２９
で比較増１陽されＰＷＭコンパレータ３ｏでさらに発振
回路２７と比較されオンオフパルスに変換され、ドライ
ブ回路３１を介してスイッチング回路２をオンオフする
ことで前記出力端子１４　、１４’の電圧を安定化する
。スイッチ回路４は、トランジスタ２０．２１および抵
抗２３．２４で構成され、前記制御回路１６が動作して
いる時、すなわち前記スイッチ手段２５がオンしている
時にトランジスタ２１はオンし、トランジスタ２０をオ
フすることで、スイッチ回路４はオフ状態となる。さら
に前記制御回路１６が停止している時、すなわち前記ス
イッチ手段２５がオフしている時にトランジスタ２１は
オフし、トランジスタ２０はオンすることで、スイッチ
回路４はオン状態となる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、起動開始時にもスイッチ
ング回路がオフした時に発生するフライバック電圧を高
い電圧に維持することが可能となることから、Ｖｍ　Ｘ
　Ｔ！Ｉ　）　Ｖｘｘ　Ｘ　Ｔｏｎの期間が十分に確保
でき（ただし、Ｔ０１１≧Ｔｏｙの範囲で）、トランス
の磁束を確実にリセットすることが可能となり飽和を防
止できる。尚、丁０νν≧Ｔｏｍの範囲は、通常フィー
ドフォワード方式およびフライバック方式で一般に広く
使用されているトランスの帰還巻線による磁束エネルギ
の回生を行う場合に、帰還巻線と１次巻線の結合を良く
する必要からバイア１イラー巻きを行うため同−巻線数
となることから、Ｔｏｙν≧Ｔｏｎの使用制限が加わる
ため実用上はほとんどさしつかえはない。

このことから、起動開始時のトランスの飽和に対する対
策が不要となり、必要以上の大容量スイッチング素子を
使用する必要がなく、トランスの磁束密度も高く設計可
能となり、ソフトスター（等の特別な回路も不要となり
、コスト低減、小形化が可能となるなどの効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるスイッチング電源装置
の回路構成図、第２図は本発明の動作波形図、第３図は
本発明の他の実施例の回路構成図、第４図は本発明の実
施例で使用したスイッチ回路と制御回路の具体的な回路
構成図、第５図は従来のスイッチングレギュレータ装置
の回路構成図、第６図は従来回路の動作波形図、第７図
は従来回路の起動開始時の動作波形図である。 １・・・・・・直流入力電源、２・・・・・・スイッチ
ング回路。 ３・・・・・・スイッチング素子、４・・・・・・スイ
ッチ回路、５．８，１０．１１・・・・・・ダイオード
、６・・・・・・抵抗、７．１３・・・・・・コンデン
サ、９・・・・・・トランス、１２・・・・・・チョー
ク、１４　、１４’・・・・・・出力端子、１６・・・
・・・制御回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ノ　
−−−力−【流入ズフ電及 ２−一一スオヅチング固跋 ３−−−スイ、＋巣子 ４−一−スイッｆＩｉ］区 ５δノ０．／１−−−グイオー八゛ ６−４氏仇 ７．１．？−−−コンデンリ ノ５−ｆｌｌ’７　ネｍａ　テく（ 第　１　図 高２図 ＡＴｔ、λカ１１ｉρカロ 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 １尤入７７￥Ｊｌ　１：Ｉ　’　”

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流入力電源の一端に接続され制御回路の信号に
   よりオンオフするスイッチング素子と、少なくとも前記
   スイッチング素子と前記直流入力電源の他端に直列に接
   続される巻線を有するトランスと、前記直流入力電源の
   両端に接続された第１のダイオードと前記制御回路が動
   作するとオンまたはオフするスイッチ回路の直列回路と
   、前記巻線と前記スイッチング素子の接続点より第２の
   ダイオードを介してコンデンサと抵抗の並列接続回路を
   前記スイッチ回路と前記第１のダイオードの接続点に接
   続したことを特徴とするスイッチング電源装置。
2. （２）直流入力電源の両端に接続された第１のダイオー
   ドと第２のダイオードの直列接続回路と前記制御回路が
   動作するとオンまたはオフするスイッチ回路の直列回路
   と、前記巻線と前記スイッチング素子の接続点よりコン
   デンサと抵抗の並列接続回路を介して前記第１および第
   ２のダイオードの接続点に接続したものである特許請求
   の範囲第１項記載のスイッチング電源装置。