JPH02261049A - スイッチングレギュレータ - 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】 （ａｌ産業上の利用分野 この発明は定電圧電源回路などに用いられるスイッチン
グレギュレータに関する。

（ｂｌ従来の技術 一般に、他動発振型のスイッチングレギュレータは、ト
ランスとトランスの一次巻線電流を断続するスイッチン
グトランジスタおよびこのスイッチングトランジスタを
制御するスイッチング制御回路などから構成されている
。

従来の他動発振型スイッチングレギュレータの主要部の
構成を第５図に示す。同図においてＱ２はトランス３の
一次巻線Ｎ１の電流を断続するスイッチングトランジス
タである。スイッチング制御回路２はこのスイッチング
トランジスタＱ２をオン／オフ制御する。入力電源ライ
ンと接地間には抵抗Ｒ１およびツェナーダイオードＺＤ
が接続され、入力電源ラインとスイッチング制御回路２
の電源端子間には抵抗Ｒ３およびトランジスタＱ１が接
続されている。さらにツェナーダイオードＺＤのカソー
ドとトランジスタＱ１のベースが接続されて定電圧化回
路からなる起動回路１′が構成されている。これにより
スイッチング制御回路２は入力電源電圧に係わらず所定
電圧が供給されて起動される。スイッチング制御回路２
が起動してスイッチングトランジスタＱ２が断続される
ことによりトランス３の二次巻線Ｎ２に起電圧が発生し
、これとともに補助巻線Ｎ３に起電圧が発生し、整流平
滑回路４がこれを整流平滑してスイッチング制御回路２
へ電源供給する。この整流平滑回路４の出力電圧は前記
起動回路の出力電圧より幾分高く設定されている。した
がって起動後は補助巻線Ｎ３および整流平滑回路４から
の電源供給によって作動を維持する。

また、従来の自励発振型スイッチングレギュレータの主
要部の構成を第６図に示す。同図においてＱ３はトラン
ス３の一次巻線Ｎ１の電流を断続するスイッチングトラ
ンジスタである。トランス３には帰還巻線Ｎｂが設けら
れていて、その起電圧が抵抗Ｒ５、ダイオードＤ４およ
びコンデンサＣ３を介してトランジスタＱ３のベースに
帰還されるように構成されている。また入力電源ライン
とトランジスタＱ３のベース間に抵抗Ｒ４からなる起動
回路が設けられている。このように構成された回路では
、まず起動抵抗Ｒ４の電流が。３のベースに流れ、Ｑ３
が導通状態となる。その結果、トランスの一次巻線Ｎ１
に電圧が加わり、同時に帰還巻線Ｎｂにも電圧が発生す
る。この電圧はＱ３をさらに導通させる正帰還の電圧と
なり、Ｑ３は急速にオンする。このときトランスの二次
巻線Ｎ２の電圧はダイオードＤ３に対して逆方向に加わ
るので、二次巻線Ｎ２には電流が流れない。

−次巻線Ｎ１に流れる電流が増大し、Ｑ３のベース電流
がＱ３の飽和を保つことが不可能になると、Ｑ３は飽和
からはずれ一次巻線Ｎ１の電圧が低下する。これにより
帰還巻線Ｎｂの電圧も下がる。この変化は正帰還されＱ
３が急速にオフする。

−次巻線電流がしゃ断されることにより、二次巻線Ｎ２
に起電圧が生じ、ダイオードＤ３が導通する。トランス
３に蓄積されていたエネルギーが全て出力側に移される
とダイオードＤ３の電流が０になり、ダイオードＤ３が
オフする。その瞬間トランス３のそれぞれの巻線電圧が
０となるが、Ｑ３は起動抵抗Ｒ４から供給される起動電
流によりオンし導通を始める。この状態が正帰還され、
再びＱ３がオン状態となり、上述の動作を繰り返す（Ｃ
）発明が解決しようとする課題 ところが、第５図に示したような従来の起動回路を有す
る他動発振型スイッチングレギュレータにおいては、起
動回路における電力損失が大きいという問題があった。

すなわち、スイッチングレギュレータの起動開始後は補
助巻線Ｎ３および整流平滑回路４からなる電源回路から
スイッチング制御回路２へ電源供給が行われ、起動回路
１′からは電源供給が行われないが、入力電源電圧が変
動して定格電圧より低くなったときには補助巻線Ｎ３の
起電圧が低下し、整流平滑回路４の出力電圧が低下する
ことによって、起動回路１′からも電源供給が行われる
場合がある。このような場合起動回路１′の１氏抗Ｒ１
，Ｒ３およびトランジスタＱ１による電力損失が大きく
なる。回路全体の損失を低減して電力変換効率の高いス
イッチングレギュレータを構成するためには、このよう
な起動回路による電力損失も無視することができないま
た、従来の自励発振型スイッチングレギュレータにおい
ても同様の問題が生じる。すなわち、−旦自助発振を開
始すれば、第６図に示したスイッチングトランジスタＱ
３がオフして、トランスに蓄積されていたエネルギーが
全て出力に移ったのち、実際にはトランスの所謂スイン
グバンク（はねあがり）によって帰還巻線Ｎｂに正の電
圧が発生し、スイッチングトランジスタＱ３にベース電
流が流れる。つまり一旦自動発振が開始されたのちは、
スイッチングトランジスタは起動抵抗と帰還巻線の両方
から電流供給がなされることになる。従って一旦自動発
振を開始すれば、起動抵抗Ｒ４からのバイアス電流は起
動時のバイアス電流より少なくともよく、むしろ起動抵
抗Ｒ４による無駄な電力損失が問題となる。

この発明の目的は、起動後の起動回路における電力損失
を低減して装置全体の電力変換効率を高めたスイッチン
グレギュレータを提供することにある。

（ｄ）課題を解決するための手段 請求項（１１に係る発明は、トランスの一次巻線に接続
されているスイッチングトランジスタをオン／オフ制御
するスイッチング制御回路と、起動時に入力電源電圧を
定電圧化して前記スイッチング制御回路に電源供給する
起動回路を備えたスイッチングレギュレータにおいて、
前記起動回路内で入力電源ラインからスイッチング制御
回路に対する電流供給路に正特性サーミスタを挿入した
ことを特徴とする。

また、請求項（２）に係る発明は、トランスの一次巻線
にスイッチングトランジスタが直列接続され、前記トラ
ンスの帰還巻線の起電圧が前記トランジスタのベースに
帰還するように構成され、前記トランジスタのベースに
対して起動電流を供給する起動回路を備えた自励発振型
のスイッチングレギュレータにおいて、 起動回路の電流供給路に正特性サーミスタを挿入したこ
とを特徴とする。

（ｅ）作用 第１図に請求項（１）に係るスイッチングレギュレータ
の構成例を示す。同図において１は起動回路であり、入
力電源ラインと接地間に抵抗Ｒ１およびツェナーダイオ
ードＺＤが接続され、入力電源ラインとスイッチング制
御回路２の電源端子間には正特性サーミスタＲｐおよび
トランジスタＱ１が接続されている。さらに、ツェナー
ダイオードＺＤのカソードとトランジスタＱ１のベース
が接続されて定電圧化回路が構成されている。

いま、入力電源電圧として定格電圧が入力された場合を
考えると、Ｒ１を通してＺＤにツェナー電流が流れ、Ｑ
ｌのベースにツェナー電圧が供給される。したがってス
イッチング制御回路２に対して略ツェナー電圧の電源電
圧が供給される。これによりスイッチング制御回路２が
作動を開始し、スイッチングトランジスタＱ２をオン／
オフ制御する。これにより整流平滑回路４から発生する
電圧は起動回路１の出力電圧より幾分筒いため、Ｑｌが
オフし、起動回路ｌによる電力損失が僅かな値となる。

ここで、入力電源電圧が低下した場合を考えると、整流
平滑回路４の出力電圧がＺＤのツェナー電圧に略等しい
電圧またはそれ未満の電圧まで低下した場合、Ｑｌが再
びオンし、起動回路１からスイッチング制御回路２に対
して電源供給が行われることとなる。ところが、このと
き正特性サーミスタＲｐおよびトランジスタＱ１を通し
てスイッチング制御回路２に電流供給が行われるため、
正特性サーミスタＲｐはジュール熱によって発熱し、そ
の抵抗値が増大する。したがって起動回路１からスイッ
チング制御回路２に対する供給電流が抑えられ、主とし
て補助巻線Ｎ３および整流平滑回路４からなる電源回路
から電流供給が行われる。

このように−旦起動を開始した後は起動回路は実質的に
オフ状態となって起動回路による電力損失が抑えられる
。

また、請求項（２）に係るスイッチングレギュレータに
おいては、自励発振型のスイッチングレギュレータにお
ける起動回路の電流供給路に正特性サーミスタが挿入さ
れているため、起動時には、その正特性サーミスタの抵
抗値が低く、スイッチングトランジスタのベースに十分
な起動電流が供給される。その後自動発振が開始すれば
、起動回路に流れるバイアス電流により正特性サーミス
タがジュール熱によって発熱し、その抵抗値が増大する
。したがってスイッチングトランジスタに対するバイア
ス電流が抑えられ、スイッチングトランジスタのオン時
は主として帰還巻線から今電流供給が行われる。

（ｆｌ実施例 この発明の実施例である他励発振型スイッチングレギュ
レータの回路図を第２図に示す。同図において０２はト
ランス３の一次巻線Ｎ１に流れる電流を断続するスイッ
チングトランジスタである。スイッチング制御回路２は
スイッチングトランジスタＱ２のオン／オフ制御を行う
回路であり、スイッチングコントロール用の□Ｉ　Ｃか
ら構成されている。入力電源ラインと接地間には抵抗Ｒ
１、ツェナーダイオードＺＤが設けられ、また、入力電
源ラインとスイッチング制御回路２の電源端子間には正
特性サーミスタＲｐおよびトランジスタＱ１が接続され
ている。そしてツェナーダイオードＺＤのカソードと、
トランジスタＱ１のベースとが接続されている。さらに
、トランジスタＱ１のエミッターベース関にバイパス用
ダイオードＤ２が接続されている。トランスの補助巻線
Ｎ３には抵抗Ｒ２、整流ダイオードＤ１および平滑コン
デンサＣ１が接続されていて、その出力がスイッチング
制御回路２の電源端子に接続されている。

トランス３の二次巻線Ｎ２には整流ダイオードＤ３およ
び平滑コンデンサＣ２が接続されている。

このように構成されたスイッチングレギュレータの動作
は次の通りである。先ず、入力電源電圧Ｖｔｎとして定
格電圧が印加された場合を考える。この場合、Ｒ１を通
してＺＤにツェナー電流が流れ、ＺＤのカソードすなわ
ちＱｌのベース電位がツェナー電圧となる。これにより
スイッチング制御回路２にはツェナー電圧よりＱｌのペ
ースエミッタ間電圧だけ降下した定電圧が供給される。

このとき、正特性サーミスタＲｐとトランジスタＱ１を
介してスイッチング制御回路２へ電流供給が行われる。

これによりスイッチング制御回路２が矩形波信号を出力
し、Ｃ２を駆動する。

Ｃ２がオンすれば一次巻線Ｎ１に電流が流れ、その期間
にトランス３にエネルギーが蓄積される。また、このと
き補助巻線Ｎ３の起電圧がＤｌおよびＣ１により整流平
滑され、スイッチング制御回路２へ電源供給がなされる
。

Ｃ２がオフすれば、そのオフ期間にトランスの二次巻線
Ｎ２より放出されるエネルギーが０２により平滑されて
負荷へ供給される。

スイッチング制御回路２が作動を開始して短時間のうち
にＣ１の充電電圧がＺＤのツェナー電圧より高くなると
、Ｑｌがオフしスイッチング制御回路２はＮ３．Ｒ２，
ＤＩおよびＣ１からなる電源回路により動作を継続する
。このとき、スイッチング制御回路２の電源電圧はダイ
オードＤ２を介してツェナーダイオードＺＤにより定電
圧化される。

もし入力電源電圧Ｖｉｎが低下して、ｃｌの充電電圧が
ＺＤのツェナー電圧に近い値または下回った場合、再び
Ｑｌがオンして、起動回路からもスイッチング制御回路
２へ電源供給が行われることとなる。しかし、この状態
では正特性サーミスタＲｐがコレクタ電流により自己発
熱し、その抵抗値が急激に増大する。このことにより起
動回路からスイッチング制御回路２に対する供給電流が
低減され、Ｃ１側から主として電源供給が行われること
となる。したがって起動回路による電力損失が低減され
る。

なお、実施例では省略したが、負荷供給電圧を検出して
、負荷供給電圧が一定値を保つようにスイッチング制御
回路２ヘフイードバツクをかけることによって上述のよ
うに入力電源電圧Ｖｉｎがある程度低下した場合でも負
荷供給電圧を一定に保つことができる。入力電源電圧が
さらに低下してスイッチング制御回路２に対する電源電
圧が動作マージンを下回ったときＣ２がオフ状態のまま
となり、スイッチングレギュレータとしての動作を停止
する。

第２図に示した実施例では起動回路として、抵抗Ｒ１と
ツェナーダイオードＺＤからなるツェナーダイオード回
路にトランジスタＱ１をエミッタホロワ接続して比較的
大電流を供給できる回路を構成したが、小容量のスイッ
チングレギュレータなど起動電流をそれほど必要としな
い場合にはトランジスタによるインピーダンス変換は不
要である。その例を次に示す。

第３図は起動回路部分の回路図である。図示の通り入力
電源ラインと接地間に正特性サーミスタＲ１）とツェナ
ーダイオードＺＤからなるツェナーダイオード回路が設
けられ、その出力が逆流防止用ダイオードＤ５を通して
スイッチング制御回路２の電源端子に接続されている。

このように構成したことにより、人力電源電圧が低くて
起動後もこの起動回路からスイッチング制御回路２に対
して電流供給が行われる場合、その供給電流は正特性サ
ーミスタＲｐを流れる。したがってその状態ではＲｐが
自己発熱により高抵抗となって、起動回路からの電流供
給が制限される。

次に自励発振型スイッチングレギュレータの回路図を第
４図に示す。同図においてＱ３はトランス３の一次巻線
Ｎ１の電流を断続するスイッチングトランジスタである
。トランス３には帰還巻線Ｎｂが設けられていて、その
起電圧が抵抗Ｒ５、ダイオードＤ４およびコンデンサＣ
３を介してトランジスタＱ３のベースに帰還されるよう
に構成されている。また入力電源ラインとトランジスタ
Ｑ３のベース間に正特性サーミスタＲｐからなる起動回
路が設けられている。このように構成された回路では、
まず起動抵抗Ｒｐの電流がＱ３のベースに流れ、Ｑ３が
導通状態となる。その結果、トランスの一次巻線Ｎ１に
電圧が加わり、同時に帰還巻線Ｎｂにも電圧が発生する
。この電圧はＱ３をさらに導通させる正帰還の電圧とな
り、Ｑ３は急速にオンする。このときトランスの二次巻
線Ｎ２の電圧はダイオードＤ３に対して逆方向に加わる
ので、二次巻線Ｎ２には電流が流れない。

次巻線Ｎ１に流れる電流が増大し、Ｑ３のベース電流が
Ｑ３の飽和を保つことが不可能になると、Ｑ３は飽和か
らはずれ一次巻線Ｎ１の電圧が低下する。これにより帰
還巻線Ｎｂの電圧も下がる。

この変化は正帰還されＱ３が急速にオフする。

次巻線電流がしゃ断されることにより、二次巻線Ｎ２に
起電圧が生じ、ダイオードＤ３が導通する。トランス３
に蓄積されていたエネルギーが全て出力側に移されると
ダイオードＤ３の電流が０になり、Ｄ３がオフする。そ
の瞬間トランス３の帰還巻線電圧が負から正にはね上が
り、Ｑ３はこの帰還巻線の起電圧による電流と起動抵抗
である正特性サーミスタＲｐから供給される起動電流に
よりオンし導通を始める。この状態が正帰還され、再び
Ｑ３がオン状態となり、上述の動作を繰り返す。このこ
とにより、正特性サーミスタＲｐは自己発熱により高抵
抗化し、起動回路による供給電流が制限される。

（ａ発明の効果 請求項（１）に係る発明によれば、スイッチング制御回
路に対して起動回路から電流供給が継続されるような状
態でも、スイッチング制御回路に対する電流供給路に挿
入されている正特性サーミスタが起動回路からの電流供
給量を制限して、起動回路による電力損失を低減するこ
とができる。しかも起動時には正特性サーミスタは低抵
抗を呈しているため、十分な起動電流を与えることがで
きるを開始したのちは、起動回路からスイッチングトラ
ンジスタのベースに対する電流供給量が制限されて、起
動回路による電力損失が低減される。

その結果、何れの場合にも電力変換効率の高いスイッチ
ングレギュレータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成例を示す回路図である。第２図
はこの発明の第１の実施例であるスイッチングレギュレ
ータの回路図、第３図は第２の実施例に係るスイッチン
グレギュレータの起動回路部分の回路である。第４図は
第３の実施例に係るスイッチングレギュレータの回路図
である。第５図および第６図は従来のスイッチングレギ
ュレータの回路図である。 また請求項（２）に係る発明によれば、スイッチングト
ランジスタに対するバイアス電流は起動時において十分
な起動電流が供給され、−旦自動発振１．１′−起動回
路、 Ｒｐ−正特性サーミスタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）トランスの一次巻線に接続されているスイッチン
   グトランジスタをオン／オフ制御するスイッチング制御
   回路と、 起動時に入力電源電圧を定電圧化して前記スイッチング
   制御回路に電源供給する起動回路を備えたスイッチング
   レギュレータにおいて、 前記起動回路内で入力電源ラインからスイッチング制御
   回路に対する電流供給路に正特性サーミスタを挿入した
   ことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
2. （２）トランスの一次巻線にスイッチングトランジスタ
   が直列接続され、前記トランスの帰還巻線の起電圧が前
   記トランジスタのベースに帰還するように構成され、前
   記トランジスタのベースに対して起動電流を供給する起
   動回路を備えた自励発振型のスイッチングレギュレータ
   において、起動回路の電流供給路に正特性サーミスタを
   挿入したことを特徴とするスイッチングレギュレータ。