JPH02276471A - 高圧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、高電圧の大電力を出力するための高圧スイ
ッチング電源装置に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、高圧スイッチング電源装置において、直交
トランスと昇圧トランスとの間に直列共振コンデンサと
絶縁トランスを接続し、この絶縁トランスと１次側直列
共振コンデンサとにより直列共振回路を構成し、昇圧ト
ランスの２次側に４倍圧整流回路を接続するようにした
ことによって、小形軽量化、無効電力の低減、高圧変動
率の改善を図ったものである。

〔従来の技術〕

直流入力電源をスイッチング制御し、直交トランスや昇
圧トランス等を介して定電圧出力を得るスイッチング電
源装置が従来からある。

これは、例えば特開昭６２−６４２６６号公報に記載さ
されているように、直流入力電源を発振駆動回路のスイ
ッチング素子によりスイッチング制御して、発振駆動回
路の発振周波数を制御するための直交トランスを介して
昇圧トランスの１次側に供給する。そして、二〇昇圧ト
ランスの２次側からの出力電圧に応じて制御回路が直交
トランスのインダクタンスを制御し、発振駆動回路の発
振周波数を制御して、昇圧トランスの２次側出力電圧を
安定化するものである。

第４図は上述した従来のスイッチング電源装置の一例で
ある。

図において、ＰＳは直流電源、Ｃ０は平滑コンデンサで
ある。そして、ＯＤは発振駆動回路であり、この駆動回
路ＯＤのスイッチングトランジスタＱ、のコレクタとベ
ースは抵抗Ｒ，を介して、接続されており、エミッタと
ベースはダイオードＤ＋を介して接続されている。そし
て、トランジスタＱ、のエミッタとダイオードＤ１との
接続中点は、直交トランスＰ　ＲＴの２次巻線Ｎ　ｍ　
ｌ　＋抵抗Ｒ１及び駆動回路ＯＤのコンデンサＣＩＯを
介してトランジスタＱ、のベースに接続される。また、
トランジスタＱ１のコレクタと抵抗Ｒ１との接続中点は
抵抗Ｒ２を介してスイッチングトランジスタＱ２のベー
スに接続される。そして、このトランジスタＱ２のエミ
ッタは接地され、コレクタはダイオードＤ、と２次巻線
Ｎ□との接続中点に接続される。また、トランジスタＱ
２のベースと抵抗Ｒ２との接続中点はダイオードＤ２を
介して接地されるとともに、コンデンサＣ１１，直交ト
ランスＰＲＴの抵抗Ｒｍ□及び２次巻線Ｎ、２を介して
接地される。また、トランジスタＱ、のエミッタは直交
トランスＰＲＴの１次巻線ＮＡ及びパワーチョークコイ
ルＦＣＣを介して昇圧トランスＨＶＴの１次巻線Ｎ、の
一端に接続される。そして、この１次巻線Ｎ、の他端は
共振用のコンデンサＣＩを介して接地される。

また、昇圧トランスＨＶＴの２次巻線ＮＨｖの一端は２
倍圧整流回路ＲＣ，のダイオードＤＳ＋Ｄ６＋チョーク
コイルＬ１を介して端子Ｔ１に接続される。そして、ダ
イオードＤ、とチョークコイルＬｌとの接続中点はコン
デンサｃ３．ｃ、、ｂ６子Ｔ２を介して接地される。ま
た、コンデンサＣ３と０４との接続中点は昇圧トランス
）（ＶＴの２次巻線Ｎ□の他端に接続されるとともに、
チョークコイルＬ２及び抵抗Ｒ０を介して接地される。

また、コンデンサＣ３と、直列接続された抵抗Ｒ□、及
びＲＨＶ３と、直列接続された抵抗Ｒ□２及びＲ８１１
４とからなる並列回路が、チョークコイルＬ、と端子Ｔ
１との接続中点と、コンデンサＣ４と端子Ｔ２との接続
中点との間に接続される。また、端子Ｔ２は抵抗ＲＣ＋
　ダイオードＤ３．Ｄ、を介して、昇圧トランスＨＶＴ
の２次巻線ＮＨｖの一端に接続される。

そして、抵抗ＲｃとダイオードＤ、との接続中点と、抵
抗ＲＨＶＩ　とＲＨＶ３との接続中点と、抵抗ＲＨＶ！
とＲ□４との接続中点とが制御回路ＣＣに接続される。

また、この制御回路ＣＣには別電源からの低圧の制御電
圧、例えば１５Ｖが供給される。

そして、この制御回路ＣＣからの制御信号が直交トラン
スＰＲＴの制御巻線Ｎ、に供給され、直交トランスＰＲ
Ｔのインダクタンスが制御され、発振駆動回路ＯＤの発
振周波数が制御される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、近年テレビジョン受像機の大形化。

プロ・ジェツタの高輝度化、あるいはマルチスキャンシ
ステムの対応等によって従来のフライバックトランスか
ら水平同期周波数に同期して高圧を供給するシステムで
は部品の大型化、高圧レギュレータ回路の制御範囲の問
題等があり動作周波数フリーの小形で高性能な高圧スイ
ッチング電源装置が要求されている。

そこで、中圧（４ｋＶ〜８ｋＶ）で設計された第４図例
の従来の２倍圧整流回路Ｒｃ２で例えば、高圧出力３２
　ｋ　Ｖ　Ｘ　３．３ｍ　Ａ　＝　１０５．６Ｗ　（７
）安定化した高圧出力を得るためには、昇圧トランスＨ
ＶＴの２次側に１６ｋＶｐ−ｐの正弦波電圧を発生せね
ばならず２次巻線Ｎ＋ＩＶを３０００ターンとして密結
合の１次巻線ＮＩは８８ターンとし、４７０〜５００　
Ｖ　Ｆ−Ｐ　（７）正弦波の励磁が必要である。すると
このトランスＨＶＴの巻数比は約１：３４．１となり２
次巻線ＮＨｖの分布容量が多く第５図に示す如く分布容
量とトランスＨＶＴの漏洩インダクタンスによって高周
波成分が１次側共振電流１１に重畳してしまう。この場
合には、次の欠点がある。

（１）密結合のトランスＨＶＴで安全規格を満足する１
次、２次間の絶縁距離を確保すればトランスＨＶＴが大
形化しさらに１次側の漏洩インダクタンスを増加するた
めパワーチョークコイルＦＣＣが必要である。

（２）トランスＨＶＴの巻数比が増大するため高周波損
失がパワーチョークコイルＦＣＣ，）ランスＨＶＴ、２
倍圧整流回路ＲＣ２内で生じ無効電力が増加する。

（３）高圧検出、過電圧検出用高抵抗ＲＨＶＩ　Ｉ　Ｒ
ＨＶ２＋ＲＨＶ３＋　ＲＨＶ４が大形化する。

実験によれば、第４図例の場合、２倍圧整流回路ＰＣ，
の高圧整流ダイオードＤ　＊、Ｄ　ａ、Ｄ　ｓ、　Ｄ　
ｂを２０ｋＶ耐圧品、平滑用コンデンサＣ，，Ｃ，を２
０００　ｐ　Ｆ　／２０　ｋ　Ｖ　、　　コンデンサＣ
３を３０００ｐＦ／４０ｋＶ、コイルＬ、Ｌ、を１ｍＨ
，抵抗Ｒ□１＋Ｒｏｖｚ　＊　Ｒｎｖｚ＋Ｒｎｖ＊をそ
れぞれ６００ＭΩとし、トランスＨＶＴを２次巻線Ｎ　
Ｈｖ＝　３０００ターン／７０　ｕ　。

１次巻線Ｎ、＝８８ターン／リッツ線として、巻数比を
ｌ：３４とすれば、１ターン当りの誘起電圧は５．３Ｖ
／ターンとなり、２次巻線Ｎ１４ｖの分布容量Ｃは１次
側巻線Ｎ１に対して３４”ＸＣで影響するため第５図に
示す如く１次側共振電流Ｉｔにリンギング成分が重畳し
、この高周波成分がコイルＰｃｃ、　　トランスＨＶＴ
、２倍圧整流回路ＲＣ，内で無効電力となった。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、この発明は、４倍圧整流回路を用いて高圧検出
及び過電圧検出用抵抗を複数の平滑コンデンサの接続中
点に接続しトランスＨＶＴの１次側を絶縁トランスＰＩ
Ｔの２次巻線と２次側直列共振コンデンサに接続すると
ともに２次側アースに接続し、さらにトランスＰＩＴで
絶縁距離を確保してトランスＰＩＴの１次巻線を漏洩イ
ンダクタンスによって、結合して１次側直列共振コンデ
ンサと直列共振回路を構成するようにしたものである。

〔作用〕

絶縁トランスＰＩＴで絶縁がとられるためトランスＨＶ
Ｔを小形化することができ、トランスＰＩＴから制御用
低電圧１５Ｖを取り出すことができる。

また、４倍圧整流回路を用いたのでトランスＩ］ＶＴの
巻数比が小さくでき、トランスＨＶＴの分布容量による
影響が低減し、無効電力の低下及び電力損失の低減化が
行なえる。

さらに、トランスＰＩＴとＨＶＴとの中間に共振コンデ
ンサを追加することにより制御感度を向上して高圧変動
特性の改善及び制御範囲の縮小化が行なえる。

そして、さらに、高圧検出用及び過電圧検出用抵抗器を
小形化することができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例の回路図であり、第４図
例と同等なものには同一の符号を付しである。そして、
第１図例と第４図例との異なるところは、直交トランス
ＰＲＴと昇圧トランスＨＶＴとの間に直列共振コンデン
サＣ２及び絶縁トランスＰＩＴを接続し、絶縁トランス
ＰＩＴの１次巻線Ｎ□を直列共振コンデンサＣＩと接続
し、昇圧トランスＨＶＴの２次巻線Ｎ’　ｏｖに４倍圧
整流回路ＲＣ，を接続したことである。

つまり、絶縁トランスＰＩＴの１次巻線Ｎ□の一端は、
直交トランスＰＲＴの１次巻線ＮＡに接続され、１次巻
線Ｎ、の他端は直列共振用のコンデンサＣ７を介して接
地される。そして、絶縁トランスＰＩＴの２次巻線ＮＦ
、の一端は直列共振コンデンサＣ２を介して昇圧トラン
ス）（ＶＴの１次巻線Ｎ′１の一端に接続され、２次巻
線ＮＦ！の他端は昇圧トランスＨＶＴの１次巻線Ｎ’ｔ
の他端に接続されるとともに接地される。また、２次巻
線ＮＦ！はダイオードＤ７及びコンデンサＣ１１を介し
て接地され、ダイオードＤ、とコンデンサＣ１１との接
続中点から、例えば１５Ｖの制御用電圧が制御回路ＣＣ
に供給される。

また、昇圧トランスＨＶＴの２次巻■６ｖの一端は、４
倍圧整流回路ＲＣａのコンデンサＣ６＋ダイオードＤ′
、、チョークコイルＬ’　ｌ　＋　Ｌ’　３を介して出
力端子Ｔ、に接続される。そして、２次巻劇６ｖの他端
は、ダイオードＤ’ｓを介してコンデンサＣ６とダイオ
ードＤ’ｈとの接続中点に接続され、平滑用のコンデン
サＣ’ｓを介してダイオードｏ１６とチョークコイルＬ
’＋　との接続中点に接続される。また、２次巻線Ｎ′
□の他端は、平滑用のコンデンサｃ′４．抵抗Ｒ′６．
ダイオードＤ’　ｓ　＋　コンデンサＣ？を介して２次
巻線の一端に接続される。そして、ダイオードＤ’３と
コンデンサＣ１との接続中点はダイオードＤ’ｓを介し
て２次巻線Ｎ′、Ｉｖの他端に接続される。また、平滑
用のコンデンサＣ’ｓとＣ’ｓとの接続中点は、直列接
続された高圧検出用抵抗Ｒ’ＨＶＩ及びＲ’　ｕ　ｖ　
２と、直列接続された過電圧検出用抵抗Ｒ’Ｈｖｚ及び
Ｒ’　、Ｖ　４とからなる並列回路を介して、コンデン
サＣ’ａと抵抗Ｒ／、との接続中点に接続される。さら
に、コンデンサＣ’ｓとＣ’ｓとの接続中点はチョーク
コイルＬ′２．出力端子Ｔ４１抵抗Ｒ０を介して接地さ
れる。また、コンデンサＣ’ａと抵抗Ｒ’ｃとの接続中
点はコンデンサＣ’ｓを介してチョークコイルＬ’＋　
とＬ’ｓとの接続中点に接続される。

そして、抵抗Ｒ’ｃとダイオードＤ’３との接続中点と
、高圧検出用抵抗Ｒ’　ＨＶ　Ｉ　とＲ′□、との接続
中点と、過電圧検出用抵抗Ｒ’　ＨＶ　ｚとＲ’　Ｈｖ
　ａとの接続中点とが制御回路ＣＣに接続され、この制
御回路ＣＣからの制御信号が直交トランスＰＲＴの制御
巻線Ｎｃに供給され、インダクタンスが制御されて発振
駆動回路ＯＤの発振周波数が制御される。

そして、この第１図例の場合、共振用コンデンサＣ５に
流れる１次電流１’＋は第３図に示すようなものとなる
。また、４倍圧整流回路ＲＣ，のコンデンサＣ’＋とＣ
’４　との接続中点に高圧検出用抵抗Ｒ’ｎｖｔ　＊　
Ｒ’）ＩＶ３及び過電圧検出用抵抗Ｒ’Ｈｖｚ　。

Ｒ′□、が接続されているので、抵抗Ｒ’　Ｈｖ　１〜
Ｒ’　ｎ　ｖ　ａに印加される電圧は出力電圧の２分の
１となり、これら抵抗Ｒ’ＨＶＩ−Ｒ’、ｌｖａを小形
にすることができる。

そして、この第１図例において、例えば、コンデンサＣ
８及びＣ１のそれぞれを２０００ｐ　Ｆ／１０ｋ　Ｖ。

チョークコイルＬ’３を１ｍＨ，抵抗Ｒ’ＨＶＩ　＋　
Ｒ’１ｌＶ３及び抵抗Ｒ′□よ＋Ｒ′□４のそれぞれを
１５０ＭΩとし、トランスＨＶＴの２次巻線Ｎ′□を２
６００ターン／１００μ、１次巻線Ｎ′１を１４０ター
ンとして巻数比を約１：１８．６で１ターン当りの誘起
電圧を３．ＩＶとしてトランスＨＶＴの磁束密度が低下
して動作するようにする。そして、トランスＰＩＴのコ
アをフェライトコアのＢＥ−４０とし、１次巻線ＮＰｌ
を１００ターン、２次巻線Ｎ、を１４０ターンでリンツ
線で巻装し、コンデンサＣ１及びＣｔをそれぞれ０．０
１４μＦとした。この場合、例えば１０５．６Ｗ　＋１
．７Ｗの出力を得るためには、第１図例の装置の入力電
力は１１７Ｗであり、効率は約９２％となり、電圧変動
は３２．０ｋＶ〜３２．０５ｋＶであった。これに対し
、第４図に示した従来例の場合には、１０５．６Ｗ＋１
．７Ｗの出力を得るためには入力電力は１２２Ｗ必要で
あり、効率は約８８％で、電圧変動は３２．０ｋＶ〜３
２．３０ｋＶであった。このように、第１図例の装置は
、第４図例の装置と比較して、必要な入力電力が低減さ
れるとともに、電圧変動も小さ（なっている。

第２図は、この発明の他の実施例であり、第１図例と同
等なものは同一の符号を付しである。

そして、この第２図例と第１図例との異なるところは、
昇圧トランス及び４倍圧整流回路の構成である。

つまり、昇圧トランスＨＶＴ’の２次側には第１の２次
巻線ＮＮＶ＋及び第２の２次巻線ＮＨｖ□が備えられて
いる。そして、第１の２次巻線Ｎｏｖ＋の一端は４倍圧
整流回路ＲＣ’４のダイオードが、及びチョークコイル
Ｌ′、を介して出力端子Ｔ’３に接続される。そして、
第１の２次巻線ＮＨｖ、の他端は４倍圧整流回路Ｒｃ’
ａの平滑用のコンデンサＣ’ａを介して、ダイオードゴ
、とチョーク・コイルＬ’＋との接続中点に接続される
とともに、巻線Ｎ　ＨＶ　１の他端は平滑用のコンデン
サＣ’？及びダイオードゴ、を介して巻線Ｎ　Ｈｙ　Ｈ
の一端に接続される。

また、トランスＨｖＴ″の第２の２次巻線ＮＨＶ！の一
端はダイオードＤ＃４．チョークコイルＬ′よ。

出力端子Ｔ’ａ及び抵抗Ｒａを介して接地される。

そして、第２の２次巻線Ｎ工ｖ２の他端は平滑用のコン
デンサσ３を介して、ダイオードＤ＃４　とチョークコ
イルＬ’ｚとの接続中点に接続されるとともに、巻線Ｎ
、Ｉｖｚの他端は平滑用のコンデンサσ４゜抵抗Ｒ′６
．及びダイオード１：ｆ”ｓを介して巻線Ｎ、Ｖｔの一
端に接続される。また、コンデンサＣ’、とダイオード
ゴ、との接続中点と、コンデンサσ、とダイオードＤ＃
４との接続中点とは接続される。そして、コンデンサσ
４と抵抗Ｒ’ｃとの接続中点は端子Ｔ’ｓを介して接地
される。また、コンデンサσ４と抵抗Ｒ／、との接続中
点と、ダイオードＤ’　ａとチョークコイルＬ’ｚとの
接続中点との間には、高圧検出用抵抗Ｒ′□ｒ　＋　Ｒ
’１ｌＶ３ならびに過電圧検出用抵抗Ｒ′□ｔ　＋　Ｒ
’ＭＶ４が接続される。また、コンデンサσ４と抵抗Ｒ
′との接続中点はコンデンサσ、を介して、チョークコ
イルＬ／１　と端子Ｔ’　３との接続中点に接続される
。そして、抵抗Ｒ’ｃとダイオードゴ、との接続中点と
、高圧検出用抵抗Ｒ’ＨＶＩ　とＲ’　ＩＩ　Ｖ　２と
の接続中点と、過電圧検出用抵抗Ｒ’Ｎｓ＋ｇとＲ′□
４との接続中点とが制御回路ＣＣに接続される。

そして、この第２図例の場合は、第１図例の４倍圧整流
回路ＲＣ，の出力電圧に発生するリップル分が改善され
るものである。

なお、この第２図例の構成素子の具体的な数値列を以下
に示す。

昇圧トランスＨＶＴ’の第１及び第２の２次巻線Ｎ□、
及びＮＨｖ２の巻数はそれぞれ１５００ターン、）　ラ
７スＨｖ７”の１次巻＆’！Ｎ’、　ノ巻数ハＢＢ）−
ン、絶縁トランスＰＩＴの１次巻線Ｎ□の巻数は１００
ターン、２次巻線ＮＰ２の巻数は１４０ターン、共振用
コンデンサＣ１の容量値は０．０１４μＦ、共振用コン
デンサＣ２の容量値は０．０３３μＦである。

〔発明の効果〕

こうして、この発明によれば、４倍圧整流回路を用いて
、高圧検出及び過電圧検出用抵抗を複数の平滑コンデン
サの接続中点に接続し、昇圧トランスＨＶＴの１次側を
絶縁トランスＰＩＴの２次巻線と２次側直列共振コンデ
ンサに接続するとともに２次側アースに接続し、絶縁ト
ランスＰＩＴによって絶縁距離を確保して、トランスＰ
ＩＴの１次巻線を漏洩インダクタンスによって結合して
、１次側直列共振コンデンサと直列共振回路を構成する
ようにしたので、昇圧トランス）ＩＶＴを小形化するこ
とができ、巻数比を小さくすることができるので、トラ
ンスＨＶＴの分布容量による影響が低減し、無効電力の
低下及び電力損失の低減化が行なえる。

また、この発明によれば、制御感度を向上して高圧変動
特性の改善及び制御範囲の縮小化が行なえる。

さらに、この発明によれば、高圧検出用及び過電圧検出
用の抵抗を小形化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の回路図、第２図はこの発
明の他の実施例の回路図、第３図は電流波形図、第４図
及び第５図は従来技術の説明図である。 ＰＳは直流電源、ＯＤは発振駆動回路、ＰＲＴは発振周
波数制御用の直交トランス、ＰＩＴは絶縁トランス、Ｃ
ｒ　、Ｃｚは共振用のコンデンサ、ＨＶＴ、ＨＶＴ’は
昇圧トランス、ＲＣ，、ＲＣ’４は４倍圧整流回路、Ｃ
Ｃは制御回路、Ｃ’　３　＋　Ｃ’　４　＋σ１．σ４
゜Ｃ’　６　＋　Ｃ’　１は平滑用コンデンサである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流電源と、 上記直流電源に接続される発振駆動回路と、上記発振駆
   動回路の発振周波数を制御する発振周波数制御用のトラ
   ンスと、 上記発振周波数制御用のトランスの１次巻線に、その１
   次巻線が接続される絶縁トランスと、昇圧トランスと、 上記絶縁トランスの２次巻線と上記昇圧トランスの１次
   巻線との間に接続される直列共振コンデンサと、 上記昇圧トランスの２次巻線に接続され、複数の平滑コ
   ンデンサと、この平滑コンデンサどうしの接続中点に接
   続される高圧検出用及び過電圧検出用の抵抗を有する整
   流回路と、 上記整流回路からの出力信号に従って、上記発振周波数
   制御用のトランスのインダクタンスを制御して、上記発
   振駆動回路の発振周波数を制御する制御回路とを備えた
   高圧スイッチング電源装置。