JPH0147117B2 - - Google Patents

Description

【図面の簡単な説明】

第１図は、自走フライバツク電源の回路図であ
る。 第２図は、本発明によるフライバツク電源ブー
スタ回路の回路図である。 第３ａ，３ｂ，３ｃ図は３つの異なつた自走負
荷状態のパワートランス一次巻線における電圧−
時間曲線を示す。 第３ｄ図は、ブースタ回路が作動している状態
での第３ｃ図に示す重負荷のときの一次巻線電流
を示す。 〔発明の開示〕 本発明は、広く言えば、自走フライバツク電源
のためのブースタ回路から成り、該回路は、電源
出力電圧がほぼ安定した状態の間は、重負荷のと
きに予想される自走間隔よりも短い最大フライバ
ツク間隔を達成する手段を有する。フライバツク
間隔のこのクロツクは全エネルギがパワートラン
スから送り出される前にパワートランジスタがオ
ンするのでクロツク・モード動作をもたらす。言
い換えれば、フライバツク期間が所定の最大値を
越えるとき、本発明によるブースタ回路が電源の
通常自走動作を停止させ、フライバツク期間を終
止してパワートランスの更充電サイクルを早く開
始させる。 ブースタ回路のこの動作の効果は、パワートラ
ンスの一次巻線を流れる電流を零よりも大きな最
小電流レベル（トランスに残つたエネルギ・レベ
ルによつて決まるレベル）から上昇を開始させ
る。その結果、トランスが完全に放電してしまう
場合よりも大きな電力量が所定の単位時間当りに
出力負荷に送られる。 〔実施例の説明〕 周知の自走フライバツク・スイツチング・レギ
ユレータの実施例が第１図に１０として示され
る。正の電圧源Vinがパワートランジスタ１２の
コレクタにパワートランスＴ１の一次巻線１４を
介して接続される。パワートランジスタ１２のエ
ミツタは接地される。 パワートランジスタ１２のベースは抵抗１６を
介して電源Vinに接続される。このベースは、ま
た、抵抗２０及びコンデンサ２２を介してパワー
トランスＴ１の三次巻線によつて駆動される。抵
抗１６は、帰還を再生させるに充分なトランジス
タ１２のコレクタ電流を流させる小さなベース電
流を供給することによつて電源１０を始動させ
る。これによつてトランジスタ１２が飽和する。
即ち、フイードバツク巻線として作用する巻線１
８によつてトランジスタ１２がオンする。後述す
るように、トランジスタ１２が一度オンすると三
次巻線１８の端子Ａで示す側の電圧が正となり、
そして正の状態を維持して、一次巻線１４の電流
がある点に達する（この時点で、端子Ａの電圧が
負となりトランジスタ１２をオフする）迄トラン
ジスタ１２をオンにしておく。ダイオード２４
は、トランジスタ１２がオフのときのフライバツ
ク期間中コンデンサ２２を再充電するためのもの
である。パワートランスＴ１はまた、少なくとも
１つの二次巻線２６を有する。パワートランジス
タがオフのとき二次巻線２６に電流が流れ、従つ
て一次巻線１４には電流が流れない。二次電流
は、トランスＴ１から放電されるエネルギが残つ
ており、トランジスタ１２がオフのままである間
は、流れ続ける。この電流を整流して所望の出力
DC電圧を得る。 フライバツク電源１０の出力電流回路には、通
常パワートランス二次巻線２６と直列のダイオー
ド２８と二次巻線２６及びダイオード２８と並列
のコンデンサ３０と、が含まれる。動作におい
て、パワートランジスタ１２がオンのとき、ダイ
オード２８は二次巻線２６によつて逆バイアスさ
れ、それによつて二次巻線に電流が流れるのを阻
止する。この時間中、コンデンサ３０は出力DC
電圧レベルV_Lを維持し全出力電流を供給しなけ
ればならない。勿論、コンデンサ３０は、トラン
ジスタ１２が普通にオンである最高時間の間、電
圧低下量を最小に抑えながら前記電流を供給する
のに充分な大きさを必要とする。続いて、トラン
ジスタ１２がオフになるとき、一次及び二次巻線
に誘導性電圧ステツプが生じ、これによつて二次
巻線２６は反対極性にされダイオード２８を順方
向にバイアスする。ここで一次巻線はオープンと
なつて、トランスＴ１のコアに蓄積されたエネル
ギは二次巻線から送り出されてコンデンサ３０に
至る。これによつて、トランジスタ１２がオンで
コンデンサ３０が負荷電流を供給したときコンデ
ンサ３０が失つた電荷が補給される。コンデンサ
３０によつて出力されるDC出力電圧レベルはト
ランジスタ１２のオン及びオフ時間と電源電圧
Vinの関数であり、また、一次及び二次巻線１４
及び２６の巻線の関数である。 第３ａ乃至第３ｃ図は、フライバツク電源１０
が自走モードで動作するときのパワートランスＴ
１の一次巻線１４に流れる電流を示す図である。
これらの図は、スイツチング・トランジスタ１２
の動作に必要となる負荷の上昇の影響を示す。電
流は縦方向に、そして時間が横方向にとつてあ
る。第３ａ図は軽負荷時の電源の動作を示し、第
３ｂ図は重負荷時の、そして第３ｃ図は更に重い
負荷の時の状態を示す。各場合においてパワート
ランジスタ１２が導通しているとき、一次巻線１
４を流れる電流は巻線１４のインダクタンスの関
数として一定の割合で増加する。より低い負荷の
ときは、最大電流I_pnには比較的速く達する。負
荷がより重くなると、最大電流I_pnに達する時間
が長くなる。 フライバツク電源に対する本発明のブースタ回
路が第２図に示される。この回路は第１図に示す
電源１０に供通端子Ａ及びＢで接続される。第１
図に示すように、端子Ｂはパワートランジスタ１
２のベースに直接接続される。端子Ａは前述の如
くパワートランスＴ１の三次巻線１８の一方側に
接続される。その結果、端子Ａは、電源が入力期
間にあつて電流が一次巻線１４を電流れるか、フ
ライバツク期間にあつて電流が１又はそれ以上の
二次巻線２６を流れるかによつて、電圧をシフト
する。好適実施例では、端子Ａは前記電源１０の
各入力期間中は正の電圧で、各フライバツク期間
中は負の電圧となる。 第２図に示すように、本発明のブースタ回路
は、２つのトランジスタ即ち検出トランジスタ３
６及び第２トランジスタ３８を含むクロツク回路
である。以下に詳細に説明するように、電源１０
のフライバツク期間が所定の最大時間長を越える
ときトランジスタ３６がターンオンし、二次回路
が重負荷を駆動していることを示す。トランジス
タ３６は、電源の二次回路が安定状態即ちシヨー
ト等の過負荷がないときに限りトランジスタ３８
をターンオンする。トランジスタ３８が一度オン
すると、ダイオード３９を介して端子Ｂにパワー
トランジスタ１２をオンさせるのに充分な振幅の
信号を送る。フライバツク期間はトランジスタ１
２がオンするとき自動的に終了する。電源１０の
入力期間中三次巻線１８が端子Ａを正電位にし、
これがダイオード４２及び抵抗４４を介してコン
デンサ４０に結合され、コンデンサ４０を正電圧
に充電する。この電圧は端子Ａの電圧及び入力期
間の継続時間の関数で、典型的には６〜10ボルト
である。 端子Ａの正電圧は、また、コンデンサ４６を抵
抗４８を介して正電圧に充電させる。コンデンサ
４６の最大電圧はダイオード５０によつて決定さ
れ、ダイオード５０が一度導通すると電圧は＋
0.6ボルト程度になる。その結果、点５１は、端
子Ａが正電圧でなくなつたときの、フライバツク
期間の開始時に＋0.6ボルトを維持する。これが
点５１に接続されるトランジスタ３６のエミツタ
をこの正電位に初期的にバイアスする。 フライバツク期間中、端子Ａは三次巻線１８の
電圧の範囲で負にあり、この電圧はトランスＴ１
の他の巻線の電圧の関数である。このことは後述
の如く明らかであり、端子Ａのこの負電圧のレベ
ルがパワートランスＴ１の二次側の出力電圧を反
映するので、出力が安定していないとき過負荷に
よつて通常引起される状態は電源の出力に発生
し、出力供給電圧が低下し、これが端子Ａの負電
圧の低下として反映される。 第２図のブースタ回路によるクロツク・モード
は、フライバツク期間が所定の最大値を超えると
き生じる。クロツク・モードが生じると、フライ
バツク期間は終了する。そのクロツク・モード
は、抵抗４８及びコンデンサ４６によるRC時定
数によつて決まる時間が経過すると、トランスＴ
１が蓄積された全エネルギを消費する前に、フラ
イバツク期間を終了させうる。 フライバツク期間が始まると、端子Ａの電圧は
グランドに対して正から負に変わる。これによつ
て、点５１の電圧は−0.6ボルトになる（トラン
ジスタ１２が導通している入力期間の間コンデン
サ４６が0.6ボルトに充電されていたことによ
る）。従つて、ダイオード５０はフライバツク期
間の間逆バイアスされることになる。グランドか
らコンデンサ４６及び抵抗４８を通つて端子Ａに
流れる電流によつて、点５１の電圧はコンデンサ
４６と抵抗４８との時定数に従つて一層負とな
る。負荷が軽い場合には、その時定数によつて決
まる所定時間前にフライバツク期間が終了し、ト
ランジスタ３６は導通せず、従つてブースタ回路
は作動しない。負荷が重くなつてフライバツク期
間が所定時間よりも長くなると、点５１の電圧は
トランジスタ３６のPN接合を導通させるのに充
分負となり、グランドから抵抗６０を介してトラ
ンジスタ３６にベース電流が流れ、トランジスタ
３６が導通し、クロツク・モードとなる。 トランジスタ３６が導通すると、コンデンサ４
０から抵抗５２及び抵抗５６に電流が流れる。こ
の電流は、トランジスタ３６及び抵抗４８を通つ
て流れるので、抵抗４８の抵抗値の関数となる。
トランジスタ３６の導通は、電源の負荷が所定の
レベルよりも重いことを意味する。このように、
この回路は電源１０か重負荷を受けたことを検出
する手段を含む。 トランジスタ３６がオンすると、コンデンサ４
０に蓄積された電荷によつて抵抗５２に電流が流
れ、これが抵抗４８に流れる電流に反映する。こ
の抵抗５２の電流がこの抵抗での電圧降下を生
じ、これはトランジスタ３８をターンオンするに
通常充分であつて、ダイオード３９によつて端子
Ｂに出力パルスを供給する。このパルスは、また
コンデンサ４０に保持された電荷によつて付勢さ
れる。 トランジスタ３６が一度オンすると、フライバ
ツク期間が抵抗４８とコンデンサ４６によつて設
定された所定期間を越えたことを示し、これが通
常トランジスタ３８をオンさせる。トランジスタ
３８はパルスをダイオード３９を介して端子Ｂに
結合し、更にパワートランジスタ１２のベースに
供給する。このパルスはトランジスタ１２をオン
させるに充分な振幅でフライバツク期間をより早
く終了させる。 トランジスタ３８によつて発生される出力パル
スは三次巻線１８が端子Ａを再び正にするとき
（パワートランジスタ１２が導通を開始するとき）
終了する。端子Ａのこの正電圧がダイオード５４
を介してトランジスタ３８をターンオフさせる。
抵抗５６，５８，６０は通常のバイアス抵抗でそ
の値は当業者には明らかである。 電源が過負荷状態のときは、端子Ａの負電圧は
安定状態のときの負とは異なる。例えば、出力電
圧V_Lが通常５ボルトの場合、安定は4.5ボルトと
5.5ボルトの間に出力があるときと規定すること
ができる。出力電圧が例えば４ボルトに低下した
場合、本発明によるブースタは動作しないように
設計される。この動作は出力電圧が安定状態にな
つた場合に、端子Ａがもしそうでなければ達する
であろう負の電圧と同じにはならないという事実
の結果である。この理由は、過負荷状態が二次巻
線２６そして三次巻線１８の電圧に影響を与える
であろうためである。このように端子Ａの負の電
圧がより小さいことがトランジスタ３６がオンし
ていても抵抗５２に流れる電流をトランジスタ３
８をターンオンするのに不充分とする。 コンデンサ６２と抵抗６４との直流接続から成
る回路はトランジスタ３６、そしてブースタ回路
を点弧するために設けられ、その間電源１０は低
負荷レベルで通常の自走モードで動作する。即
ち、負荷が軽いときはブースタ回路は中断させる
時間がない。この抵抗−コンデンサ回路は、入力
期間中、トランジスタ３６又はトランジスタ３８
がオンになるような場合の結果としてパワートラ
ンジスタ１２の波形に現われるジツタを単に避け
るように作動する。 本発明によるブースタ回路を使用するフライバ
ツク電源から得られる全電力は第３ｄ図に示され
るように増大する。図示するように、重負荷が電
源にかかるときはブースタ回路はパワートランジ
スタ１２をターンオンさせ、全エネルギがパワー
トランスＴ１から放電される前に、結合電流を一
次巻線１４に流れるのを開始させるように作動す
る。この結果、トランスＴ１を介して単位時間当
り送られるエネルギ量が、ブースタ回路のクロツ
ク動作が生じなかつた場合よりも大きくなる。第
３ｄ図に示すように、ブースタ回路の動作の結果
として、高負荷でのパワートランジスタ１２の入
力期間パルスの周波数は上昇し、各入力期間に一
次巻線１４を介して送られる電流の量は大きくな
る。これは、一次巻線電流が零ではない点から最
大電流I_pnまで上昇するからで、この値は零から
上昇するよりも大きい。 本発明は各種変更が可能であり、前述した特別
の実施例や特別の構成に限定されるものではない
ことは当業者には明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流入力電圧源（Vin）に接続される一次巻
   線１４、及び負荷が接続される二次回路２８，３
   ０に電力を供給する二次巻線２６を含むパワート
   ランスＴ１と、自走モードで前記一次巻線への電
   流を制御する制御回路１２，１８，２０，２２，
   ２４と、を有し、前記自走モードは、前記一次巻
   線に電流が流れパワートランスにエネルギを蓄積
   させる入力期間とその後に交互に続くフライバツ
   ク期間とからなり、前記フライバツク期間では前
   記一次巻線には電流が流れず、前記二次巻線から
   前記二次回路に電流が流れ、前記制御回路は前記
   二次回路に接続される負荷の増加に従つてフライ
   バツク期間の長さが増加するように構成されるフ
   ライバツク電源であつて、 前記二次回路に接続される負荷が大きいとき前
   記制御回路をクロツク・モードで制御して電力出
   力を増加させるブースタ回路１８，３６〜６４を
   設け、該ブースタ回路は、前記パワートランスに
   蓄積された全エネルギが放出される前に前記フラ
   イバツク期間の長さが所定の最大期間を超えたと
   き、前記制御回路をして前記一次巻線に電流を流
   させるような信号を発生するよう構成されること
   を特徴とする、フライバツク電源。 ２ 前記制御回路１２，１８，２０，２２，２４
   が前記一次巻線１４と直列にスイツチ手段１２を
   含み、該スイツチ手段は前記一次巻線に電流を流
   す導通状態と、前記一次巻線に電流が流れるのを
   阻止する不導通状態と、の間で切換えられ、フラ
   イバツク期間の長さが所定の最大値を超えたとき
   前記信号が前記スイツチ手段を導通させる、特許
   請求の範囲第１項記載のフライバツク電源。 ３ 前記ブースタ回路１８，３６〜６４が直列に
   接続された抵抗４８及びコンデンサ４６と、電源
   の各入力期間の間に前記コンデンサを所定電圧レ
   ベルに充電する手段と、各フライバツク期間の間
   に前記コンデンサを放電させる手段と、前記コン
   デンサが前記所定電圧レベルの所定の割合に迄放
   電したとき導通状態となる検出トランジスタ３６
   と、を有し、前記スイツチ手段１２が前記検出ト
   ランジスタの導通に応答して導通状態となる、特
   許請求の範囲第２項記載のフライバツク電源。 ４ 前記二次巻線の電圧がフライバツク期間の間
   所定値以下に下がつたとき、前記信号の発生を禁
   止する禁止手段を有する、特許請求の範囲第１項
   乃至第３項のいずれかに記載のフライバツク電
   源。 ５ 前記禁止手段が、第２トランジスタ３８と、
   前記フライバツク電源の各入力期間の間に出力電
   圧レベルを表わすレベルに充電されるように配置
   された第２のコンデンサ４０と、前記検出トラン
   ジスタが導通状態のとき前記各トランジスタを通
   して前記第２コンデンサを放電させる手段と、を
   含み、前記第２コンデンサが所定の最小値を超え
   る電圧に充電されている場合にのみ、前記第２ト
   ランジスタが導通し前記スイツチ手段を導通させ
   る、特許請求の範囲第３項を引用する第４項に記
   載のフライバツク電源。 ６ 直流入力電圧源（Vin）に接続される一次巻
   線１４、及び負荷が接続される二次回路２８，３
   ０に電力を供給する少なくとも一つの二次巻線２
   ６を含むパワートランスＴ１と、自走モードで前
   記一次巻線への電流を制御する制御回路１２，１
   ８，２０，２２，２４と、を有し、前記自走モー
   ドは、前記一次巻線に電流が流れパワートランス
   にエネルギを蓄積させる入力期間とその後に交互
   に続くフライバツク期間とからなり、前記フライ
   バツク期間では前記一次巻線には電流が流れず、
   前記二次巻線から前記二次回路に電流が流れ、前
   記制御回路は前記二次回路に接続される負荷の増
   加に従つてフライバツク期間の長さが増加するよ
   うに構成されるフライバツク電源に、自走モード
   とクロツク・モードとを生じさせる方法であつ
   て、 所定のフライバツク期間を選定し、 フライバツク期間の長さがその選定された期間
   を超えたとき、前記制御回路を作動させて、前記
   一次巻線に電流を流し、前記パワートランスに蓄
   積された全エネルギが放出される前にフライバツ
   ク期間を終了させる、 ステツプを含む方法。 ７ 前記二次巻線２６の電圧がフライバツク期間
   の間に所定の値より下がつたとき、前記制御回路
   の作動を禁止するステツプを含む、特許請求の範
   囲第６項記載の方法。 〔技術分野〕 本発明は一般的にはフライバツク型直流電源に
   関し更に詳細には自走モード及びクロツク・モー
   ドのどちらも作動し得るフライバツク型電源に関
   する。 〔背景技術〕 フライバツク電源は、一般的に簡単で構成部品
   の数が少ないこと、また、単一電源から安定した
   多数の出力を得ることができること、更に変換効
   率が高いことから、他のスイツチング・レギユレ
   ータよりも低電力レベルにおいて有利である。フ
   ライバツク電源は、周期的にエネルギを磁界（一
   般的にはパワー・トランス）に蓄積し、そして次
   にその蓄積したエネルギを負荷に送り出すように
   作動するスイツチング・レギユレータである。通
   常、第１の直流電位（又は電圧）がパワー・トラ
   ンスによつて１又はそれ以上の第２の直流出力電
   圧に変換される。１サイクルの間に蓄積されそし
   て送り出されるエネルギの量を変化させることに
   よつて電力出力を制御し調整することができる。
   パワートランスの一次巻線に直流に接続される高
   電力スイツチング・トランジスタがこのスイツチ
   ング作用を行う。即ち、このトランジスタのオン
   時間とオフ時間がパワートランスを越えて結合さ
   れるエネルギ量を制御する。パワートランジスタ
   がオンのときパワートランスの一次巻線を電流が
   流れ、エネルギがトランスに蓄積される。パワー
   トランジスタがオフのとき、パワートランスの１
   又はそれ以上の二次巻線に電流を流す手段によつ
   て、蓄積されたエネルギが二次回路に転送され
   る。この後者の期間を通常電源のフライバツク期
   間（間隔）という。ここで注意すべきことは、パ
   ワートランスに流れる一次電流は二次電流と同時
   には流れないということである。 パワートランジスタのオン及びオフ時間を制御
   して電力供給を調節するため、負帰還回路が設け
   られる。この回路がパワートランジスタのタイミ
   ングを、例えば電源の出力電圧と基準電圧との差
   の関数として制御する。一般に、パワートランジ
   スタは少なくとも20KHzのスイツチング・スピー
   ドに設計され、電源切換えが聴えるのを防止す
   る。 フライバツク電源の動作には一般に２つのモー
   ドがある。１つのパワーは、パワートランスのエ
   ネルギが次のサイクルが開始する前に負荷出力に
   全体的に結合される。他のモードでは、パワート
   ランスに再充電が開始される、即ち、パワートラ
   ンスのエネルギが完全に放電してしまう前、そし
   て通常のフライバツク間隔が終了してしまう前
   に、パワートランスの一次巻線に電流が流され
   る。通常、前者のモードは自走（free−running）
   モード、そして後者はクロツク・モードと呼ばれ
   る。 自走モードにおいて、パワートランジスタのス
   イツチング周波数は負荷に供給する電力の関数と
   して変化する。無負荷の場合、トランジスタは最
   小時間の間オンし、最大定格負荷のときはパワー
   トランスのエネルギ飽和点以下に決められる最大
   安全時間の間にオンする。このタイミングは、ト
   ランスに電圧が加えられるに従つてその一次巻線
   にコンスタントに増加するランプ（ramp）電流
   が流れることに基いている。軽負荷の場合には、
   安定した出力電圧を維持するためにトランスに入
   力される必要のあるエネルギはより少なく、この
   レベルにはより速く到達してトランジスタを直ぐ
   オフさせる。従つて、トランジスタのオフ時間が
   オン時間に等しいか又は少なくともオン時間の一
   定の割合であるときはトランジスタのスイツチン
   グ周波数は重負荷のときよりも無負荷の方が高く
   なる。 一般に、クロツク・モードではパワートランジ
   スタは、電源出力が極度の重負荷例えばシヨート
   した場合でも、一定周波数で駆動される点でクロ
   ツク・モードと自走モードとでは明らかに区別さ
   れる。従つて、クロツク・モードで動作するフラ
   イバツク電源では出力の過負荷に対する何らかの
   保護が必要となる。クロツク・モードの１つの利
   点は、自走フライバツク電源に比較して発生し得
   る出力電力が大きいということである。しかし、
   過負荷保護の点でのクロツク・モードの欠点のた
   め、殆んどのフライバツク・トランスは自走モー
   ドで作動している。 従来のフライバツク電源の欠点は、回路の必要
   状態に応じて、自走モードとクロツク・モードの
   どちらでも作動することができる機能がないこと
   である。従つて、各モードに固有の作動上の利点
   を利用すること、特に、重負荷のときクロツク・
   モードでより大きい電力をトランスを介して送
   り、過負荷又はシヨートのときはその損傷から電
   源を保護することが必要となる。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、従つて、重負荷では通常の自
   走フライバツク電源として作動して電力出力能力
   を増大させ、電源の二次側に過負荷又はシヨート
   が生じたときは電力出力を増加させない手段を提
   供することである。 本発明の他の目的は、単一のフライバツク電源
   で、自走モードとクロツク・モードの両方の夫々
   固有の利点を結合する手段を提供することであ
   る。 本発明の更に他の目的は、電源からの電圧出力
   が調整されている限りにおいて、クロツク・モー
   ド・フライバツク電源の出力をより大きくするこ
   とを可能にすることである。