JPH0226265A - 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〕 この発明は入力電圧や負荷が変動しても出力電圧が一定
となるようにスイッチングトランジスタのオン時間を制
御するスイッチング電源装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の従来装置を第２図に示し、１は直流電源、Ｓｌ
は電源スィッチである。電源スィッチＳｌに直列にトラ
ンス１１の一次巻線Ｔｌとスイッチングトランジスタ５
のコレクタ・エミッタ通路が接続され、スイッチングト
ランジスタ５のエミッタには電流検出用抵抗６が接続さ
れている。トランス１１の２次巻線Ｔ２には整流用ダイ
オード１２と平滑用ゴンデ７ンサ１３備えた整流平滑回
路からなる出力回路が接続され、この出力回路の出力端
子ＴＡ。

ＴＢには負荷１４が接続される。トランス１１の補助巻
線Ｔ３はスイッチングトランジスタ５のオン会オフを制
御する制御回路１０に接続され、この制御回路１０の出
力はスイッチングトランジスタ５のベースに接続されて
いる。制御回路１０にはダイオード１２とコンデンサ１
３からなる整流平滑回路の出力電圧が帰還されるように
接続されている。トランス１１の１次巻線Ｔ１にはダイ
オード１４と抵抗２．コンデンサ３からなるスナバ回路
との直列回路が並列に接続されている。スイッチングト
ランジスタ５のエミッタと電流検出用抵抗６との接続点
には抵抗７を介してバイパス用トランジスタ８のベース
が接続され、このバイパス用トランジスタ８のコレクタ
はスイッチングトランジスタ５のベースに接続されてい
る。電源スィッチＳｌとトランス１１の１次巻線１１と
の接続点とスイッチングトランジスタ５のベースとの間
に接続された抵抗９は起動用抵抗である。

第２図においてｔ源スイッチＳｌを投入すると、まず起
動用抵抗９を通してスイッチングトランジスタ５にベー
ス電流が流れ、スイッチングトランジスタ５のコレクタ
電流が流れ始める。トランス１１の１次巻線Ｔｌと補助
巻線Ｔ２は図示極性に巻いているために一次巻線Ｔ１に
１圧が発生すると共に補助巻線Ｔ３にも゛電圧が発生す
る。補助巻線Ｔ３に発生した電圧は制御回路１０に供給
され。

制御回路１０を介してスイッチングトランジスタ５のベ
ース電流に帰還される。これによりスイッチングトラン
ジスタ５のベース電流が増加すると共にコレクタ電流が
増加するという正帰還作用にヨリスイッチングトランジ
スタ５はオンし、コレクタ電流がトランス１１のインダ
クタンスによって直線的に増加する。このとき、トラン
ス１１の２次巻線Ｔ２にも電圧が誘起されるがダイオー
ド１２の整流方向と向きが逆のために電流は流れない。

スイッチングトランジスタ５がオンした後コレクタ電流
が一定となるので補助巻線Ｔ３に誘起される電圧が小さ
くなってベース電流が減少してスイッチングトランジス
タ５は急激にオフになる。

スイッチングトランジスタ５がオフするとトランス１１
に蓄えられたエネルギーが２次側に放出されダイオード
１２を通して電流が流れてコンデンサ１３が充電される
。スイッチングトランジスタ５がオフした後、再び起動
用抵抗９を通してベース電流が供給され始めて前述した
動作を繰り返し、トランス１１の２次側の出力端子ＴＡ
、ＴＢから一定の電圧ＶＪが出力される。２次側の出力
電圧ｖＯは制御回路１０に帰還され、出力電圧■０が低
下するとスイッチングトランジスタ５のオン時間を長＜
シ、出力電圧Ｖｏが高（なるとスイッチングトランジス
タ５のオン時間を短かくするように制御する。

ｌＳｆＩｇＳ１１ｇナスイツチングトランジスタ５たと
きトランス１１の１次巻線Ｔ１には逆起電力が発生する
が、このエネルギーはダイオード４を通してコンデンサ
３に蓄えられ、コンデンサ３に蓄えられたエネルギーを
抵抗２により消費するようにされている。また、スイッ
チングトランジスタ５に安全動作領域を越えるような電
流が流れてスイッチングトランジスタ５が破損すること
およびトランス１１の１次巻線Ｔｌに過大な電流が流れ
てトランス１１が飽和するのを防止するため、電流制限
用抵抗６によりスイッチングトランジスタ５に流れる電
流を監視している。スイッチングトランジスタ５に過大
な電流が流れ電流検出用抵抗６の電圧降下が増大すると
抵抗７を通してトランジスタ８にベース電流が流れてト
ランジスタ８はオンする。トランジスタ８がオンすると
スイッチングトランジスタ５のベース電流がトランジス
タ８によりバイパスされるのでスイッチングトランジス
タ５はオフする。

〔発明が解決しようとする線層〕

ところで、トランス１１の２次側の出力がまだ立上がっ
ていない電源スィッチＳｌを投入する電源投入時や負荷
の故障による出力短絡時のように２次側出力を急激に立
上がらせる過渡状態において制御回路１０は出力電圧を
増加させるように過大のエネルギーをトランス１１に入
力する。このトランス１１のエネルギーはスイッチング
トランジスタ５のコレクタに逆起電力としてはね返って
くる。すなわち、トランス１１からのエネルギーはスナ
バ回路のコンデンサ３に蓄えられるが、このコンデンサ
３に蓄えられたエネルギーの童はスイッチングトランジ
スタ５のオフ期間中に抵抗２により消費される以上の量
となってコンデンサ３に残ることになる。これによりコ
ンデンサ３の端子電圧はスイッチングトランジスタ５が
オン・オフを繰り返すたびに上昇して遂にはスイッチン
グトランジスタ５のコレクタ電圧の定格値を越えてしま
うのでスイッチングトランジスタを破損させてしまうと
いう欠点がある。

スイッチングトランジスタのコレクタにか＼る過電圧を
抑えるために、ツェナーダイオードをスイッチングトラ
ンジスタのコレクタに接続することも考えられるが、こ
の場合にはツェナーダイオードの並列等価キャパシタン
スの電荷をスイッチングトランジスタ５がオンしたとき
に放電するので損失が増大するという欠点がある。

そこで本発明の目的は上記従来装置の欠点を除去し、ス
イッチングトランジスタのコレクタ電圧が定格値以上に
上昇してスイッチングトランジスタが破損するのを防止
することができるスイッチング電源装置を提供すること
にある。

〔諌題を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、トランスの１次巻線に直列
にスイッチングトランジスタを接続し、トランスの２次
巻線に整流平滑回路からなる出力回路を接続し、トラン
スの１次巻線に並列に、ダイオードとこのダイオードに
直列に接続された抵抗、コンデンサからなるスナバ回路
とを接続し、前記スイッチングトランジスタのエミッタ
に接続された電流検出抵抗により駆動されるバイパス用
トランジスタのコレクタをスイッチングトランジスタの
ベースとスイッチングトランジスタのオン拳オフを制御
する制御回路の出力との接続点に接続してなるスイッチ
ング電源装置において、前記ダイオードとスナバ回路と
の接続点とバイパス用トランジスタのベースとの間に過
電圧により導通ずる過電圧抑制素子を有するサージ抑制
回路を接続することにより達成される。

〔作用〕

電源電圧’Ｖｉｎおよび出力電圧ＶＯが安定している定
常時スナバ回路のコンデンサはｆｉ［ｖｃｏ充電されて
いるのに対し、Ｋｇ投人時や出力短絡時にスナバ回路の
コンデンサには定常時よりも高い電圧ｖＣ１で充電され
る。サージ抑制回路の過電圧抑制素子の動作電圧Ｖｓを
（Ｖｉｎ＋Ｖｃｏ）＜Ｖｓ≦（Ｖｉａ＋ＶＣ１）に選ぶ
ことにより（Ｖｉｎ　＋ＶＣ１）がｖ８を越えると過電
圧抑制素子が導通し、バイパス用トランジスタのベース
電位が高くなる。これにより電流検出抵抗による少ない
電圧降下でバイパス用トランジスタがオンする。言い換
えれば電流リミッタレベルが低下することになり、これ
によりスイッチングトランジスタのオン時間を短かくし
てトランスに過剰のエネルギーが注入されるのを防止し
、スイッチングトランジスタのコレクタに印加される電
圧を抑制する。

〔実施例〕

次に本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。第１図は本発明の一実施例を示し、図において第２図
に示す部品と同一のものには同一の符号を付してその説
明を省略する。

第１図において第２図と相違する点は、ダイオード４と
抵抗２．コンデンサ３からなるスナバ回路との接続点と
バイパス用トランジスタ８のベースとの間にサージ抑制
回路１５を接続した点である。サージ抑制回路１５はツ
ェナーダイオード１５ａと抵抗１５ｂとの直列回路から
なり、ツェナーダイオード１５ａをツェナー電圧Ｖｚｎ
　、抵抗１５ｂによる電圧降下をＩｓとするとサージ抑
制回路１５の動作電圧ＶｓはＶｓ＝Ｖｚｎ＋Ｉｓとなる
。このサージ抑制回路１５の動作電圧Ｖｓは電源電圧ｖ
ｉｎおよび出力電圧ｖＯが安定している定常時にスナバ
回路のコンデンサ３に充電される電圧をＶｃｏとすると
（Ｖｉａ−）−Ｖｃｏ　）よりも大きく選ばれている。

今、電源スィッチＳ１を投入した時出力゛電圧ｖＯはま
だ立上がっていない。このため制御回路１０は出力電圧
ｖＯを早く所定の電圧まで立上がらせるようにスイッチ
ングトランジスタ５のオン時間を長（シ、この結果トラ
ンス１１には過大のエネルギーが入力される。このとき
、トランス１１の２次側で消費されるエネルギーは小さ
いにもか＼わらず入力されるエネルギーが大きいために
過剰のエネルギーはスイッチングトランジスタ５がオフ
した瞬間に逆起゛成力となってスイッチングトランジス
タ５のコレクタにはね返ってくる。この工ネルギーはダ
イオード４を通してコンデンサ３に充電されて抵抗２に
より消費される。電源投入時には抵抗２により消費され
る以上にコンデンサ３にエネルギーが蓄えられているの
で、スイッチングトランジスタ５がオン−オフを繰り返
すことによりコンデンサ３の端子電圧は次第に上昇する
。

そして、コンデンサ３の端子電圧が定常時の１圧Ｖｃｏ
を上回るＶｃｔにまで上昇して電源電圧Ｖｉａとコンデ
ンサ３の端子電圧Ｖｃｌとの和がツェナーダイオード１
５ａのツェナー電圧ＶＺＤを越えるとツェナーダイオー
ド１５ａが導通、すなわち抵抗１５ｂとトランジスタ８
のベース・エミッタ通路を通して電流Ｉｓが流れてツェ
ナーダイオード１５ａが導通ずる。これによりダイオー
ド４のカソードの電圧はＶＺＤ＋ＶＢ＋ＶＢＨに抑えら
れ、スイッチングトランジスタ５のカソードに印加され
る電圧も定格値以下に抑えられる。ここで■３は抵抗１
５ｂの抵抗値を几ＳとするとＶｉ−Ｉｓ＊Ｒｓであり、
Ｖｎｇはトランジスタ８のベース・エミッタ間電圧であ
る。

サージ抑制回路１５のツェナーダイオード１５ａが導通
してからその次に制御回路１０によりスイッチングトラ
ンジスタ５にベース電流が供給されてコレクタ電流が流
れ始める。このとき、トランジスタ８のベース電位がサ
ージ抑制回路１５により高められていることにより定常
時よりもより小さいコレクタ電流によってトランジスタ
８はオンする。１う、ンジスタ８がオンするとスイッチ
ングトランジスタ５のベース電流がバイパスされてスイ
ッチングトランジスタ５がオフし、従ってスイッチング
トランジスタ５のオン時間が短かくなり、トランス１１
に過剰のエネルギーが人力されることがなくなる。この
ようにしてスイッチングトランジスタ５のコレクタに印
加される電圧はコレクタ電圧の定格値以下に抑えられ、
スイッチングトランジスタ５のコレクタ電流値も定格値
以内に抑えられるので安全動作領域で動作するようにな
り、またトランス１１も過大電流が流れることがないの
で飽和現象を起こすことがない。

出力短絡時や負荷変動において出力電圧が急激に変化す
ることにより電源投入時と同様にトランス１１に過剰な
エネルギーが入力されることになるが、この場合にも前
記した電源投入時と同一の動作によりスイッチングトラ
ンジスタ５は保護される。

なお、前記実施例においては過電圧抑制素子としてツェ
ナーダイオードを用いた例について説明したが、これは
サージアブソーバ等のサージ吸収素子でもよく、またス
イッチング素子はＭＯＳＦＥＴでもよく、さらにフライ
バック式のスイッチング電源装置により説明したがフォ
ワード式でも同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように本発明によれば、トランスの１次
巻線に発生する逆起電力を吸収するスナバ回路とダイオ
ードとの接続点とスイッチングトランジスタのベース電
流をバイパスさせるバイパス用トランジスタのベースと
の間にサージ抑制回路を接続したことにより、トランス
に過剰なエネルギーの入力があった際にもスイッチング
トランジスタのコレクタに印加される電圧を定格電圧以
下に抑制してスイッチングトランジスタが破損するのを
防止することができる。これによりスイッチングトラン
ジスタの容蓋を小さ（することが可能であり価格を低減
することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すスイッチング電源装置
の回路図、＠２図は従来例を示すスイッチング電源装置
の回路図である。 ２：抵抗、３，１３：コンデンサ、４，１２：ダイオー
ド、５ニスイツチングトランジスタ、６：電流検出抵抗
、８：バイパス用トランジスタ、１ｏ：制御回路％１１
ニドランス、１５；サージ抑制回路。 １５ａ：ツェナーダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）トランスの１次巻線に直列にスイッチングトランジ
   スタを接続し、トランスの２次巻線に整流平滑回路から
   なる出力回路を接続し、トランスの１次巻線に並列に、
   ダイオードとこのダロオードに直列に接続された抵抗、
   コンデンサからなるスナバ回路を接続し、前記スイッチ
   ングトランジスタのエミッタに接続された電流検出抵抗
   により駆動されるバイパス用トランジスタのコレクタを
   スイッチングトランジスタのオン・オフを制御する制御
   回路とスイッチングトランジスタのベースとの接続点に
   接続してなるスイッチング電源において、前記ダイオー
   ドとスナバ回路との接続点とバイパス用トランジスタと
   の間に過電圧により導通する過電圧抑制素子を有するサ
   ージ抑制回路を接続したことを特徴とするスイッチング
   電源装置。