JPH0326794Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は新規なスイツチング式電源回路に関
し、入力電圧が変化しても最大出力パワーが大き
く変わることがないようにした新規なスイツチン
グ式電源回路を提供しようとするものである。

背景技術とその問題点 電源回路として第４図に示すように直流の入力
電圧Einを高周波のスイツチング信号Sswにより
オン、オフされるスイツチングトランジスタ
Qswを介して高周波トランスＴの一次巻線Ｌ１
に印加し、二次巻線Ｌ２により発生した高周波電
圧をダイオードDrにより整流し、コンデンサCa
により平滑して直流の出力電圧Eoutを得るよう
にしたスイツチング式のものがある。そして、こ
のようなスイツチング式電源回路においてはパル
スワイドモジユレータPWMによりスイツチング
トランジスタQswに加えるスイツチング信号Ssw
のパルス幅を出力電圧Eoutが一定になるよう制
御するのが普通である。従つて、出力電圧Eout
が低くなると自動的にスイツチング信号Sswのデ
ユーテイが大きくなり、出力電圧Eoutが高くな
るとスイツチング信号Sswのデユーテイが小さく
なる。

ところで、入力電圧Einが低く、従つてスイツ
チング信号Sswのデユーテイが比較的大きい（比
較100％近い）ときに負荷が短絡されたとすると、
スイツチング信号Sswは短絡によつて低くなつた
出力電圧Eoutを一定に保とうとするパルスワイ
ドモジユレータPWMの働きによつてパルス幅が
広くされる。しかしながら、デユーテイは理論上
から考えても100％以上にはなり得ず、しかも入
力電圧Einが低いときはデユーテイが比較的に大
きい値になつているので、短絡事故の発生に伴つ
て増加するパルス幅の増加率は比較的小さい。従
つて、短絡事故の発生時における出力パワー、即
ち、最大出力パワーは短絡事故が起きていないと
きの出力パワーよりも大きいけれどもその差は比
較的小さい。

それに対して、入力電圧Einが高く、従つてス
イツチング信号Sswのデユーテイが比較的小さい
ときに負荷が短絡されたとすると、それに伴つて
広くなるスイツチング信号Sswのパルス幅の増加
率は大きくなる。従つて、短絡事故の発生時にお
ける出力パワー、即ち、最大出力パワーは相当に
大きくなる。

このように、従来のスイツチング式電源回路に
おいては最大出力パワーが入力電圧Einの大きさ
によつて大きく変化する。従つて、スイツチング
式電源回路を構成するトランス、スイツチングト
ランジスタ等は入力電圧Einが最も高いときにお
ける最大出力パワーを伝送できるものを使用しな
ければならなかつた。それに必然的に電源回路の
大型化を招いた。

考案の目的 本考案は上記問題を解決すべく為されたもの
で、入力電圧が変化しても最大出力パワーが大き
く変わることがないようにした新規なスイツチン
グ式電源回路を提供しようとするものである。

考案の概要 上記目的を達成する本考案はスイツチング式電
源回路は、直流の入力電圧を高周波のスイツチン
グ信号を受けてオン、オフするスイツチング素子
を介してインダクタンス手段に印加して該インダ
クタンス手段に高周波電圧を発生させ、その高周
波電圧を整流して直流の出力電圧を得ると共に前
記スイツチング信号のデユーテイを出力電圧が一
定になるように制御するようにしたスイツチング
式電源回路であつて、スイツチング信号のデユー
テイの最大値が許容範囲を越えて大きくならない
ように規制する出力変化範囲制御回路を設け、該
出力変化範囲制御回路により規制される前記デユ
ーテイの最大値の許容範囲が入力電圧が高くなる
程狭くなるようにしてなることを特徴とするもの
である。

実施例 以下に、本考案スイツチング式電源回路を添附
図面に示した実施例に従つて詳細に説明する。

第１図は本考案スイツチング式電源回路の実施
の一例を示す回路図である。同図において、Ｔ１
は高周波トランスで、その一次巻線Ｌ１の一端は
図示しない電源の陽極に接続され、他端はNPN
型のスイツチングトランジスタQswのコレクタ
に接続されており、スイツチングトランジスタ
Qswのエミツタは接地されている。該スイツチ
ングトランジスタQswはパルスワイドモジユレ
ータPWMからトランスＴ２を介してスイツチン
グSswを受ける。

高周波トランスＴ１の二次巻線Ｌ２はその一端
が接地され、他端が整流用ダイオードDrのアノ
ード及び検出電圧整流用ダイオードDdのカソー
ドに接続されている。該ダイオードDdのアノー
ドは平滑用コンデンサCdを介して接地されてい
る。そして、出力電圧Eoutは整流用ダイオード
Drのカソードと接地との間から取り出される。

DOUは出力電圧検出部で、出力電圧Eoutを検
出するものであり、その検出結果がパルスワイド
モジユレータPWMに入力される。PWMはパル
スワイドモジユレータであり、例えば単安定マル
チバイブレータからなり、発振器OSCから一定
周波数を有する高周波トリガー信号を受けてスイ
ツチング信号Sswを出力する。そして、そのスイ
ツチング信号Sswのパルス幅は出力電圧検出部
DOUによる検出の結果に基づいて変化し、出力
電圧Eoutが低いときは第２図Ａで実線で示すよ
うにパルス幅PWが広くなり、逆に出力電圧Eout
が高いときは同図Ｂで実線で示すようにパルス幅
PWが狭くなるようにされている。同図におい
て、Ｔは発振器OSCのトリガー信号の発振周期
である。

PCOは出力変化範囲制御回路で、スイツチン
グ信号Sswの出力パワー最大時におけるパルス幅
PWを規制するものであり、パルス幅PWの規制
値Wmaxを入力電圧Einの値に応じて変化する。
具体的には、入力電圧Einが低いときは規制値
PWmaxが第２図Ａにおいて２点鎖線で示すよう
に広くされ、入力電圧Einが高いときは規制値
PWmaxが同図Ｂにおいて２点鎖線で示すように
狭くされている。

従つて、入力電圧Einが高く、パルス幅PWが
第２図Ｂにおいて実線で示す状態になつていると
きに例えば短絡事故が起きて出力電圧Eoutが急
激に低下した場合、パルス幅PWの規制値
PWmaxが狭くされているのでパルスワイドモジ
ユレータPWMが低下した出力電圧Eoutを高める
べくパルス幅PWを広くしようとしても出力変化
範囲制御回路PCOの働きによつてパルス幅PWが
広くなることが規制される。そして、入力電圧
Einが低くなる程スイツチング信号Sswのパルス
幅PWの規制値PWmaxが広くなるようにされて
いる。従つて、入力電圧Einが変化しても出力パ
ワーの最大値が大きく変化しない。依つて、スイ
ツチング式電源回路を構成するトランス、スイツ
チングトランジスタ等の定格出力等を短絡事故等
に備えて徒らに大きくする必要性をなくすことが
できる。

第３図は第２図に示したスイツチング式電源回
路を具体化した回路例であり、この第３図に示す
回路の説明をするにあたり第２図に示す回路と共
通する部分の説明を省略する。

PWMは単安定マルチバイブレータからなるパ
ルスワイドモジユレータで、発振器OSCからの
高周波トリガー信号を受けて出力電圧Eoutに対
応してそれが高いときは狭く、低いときは広いパ
ルス幅のスイツチング信号を送出する。該パルス
ワイドモジユレータPWMは抵抗Ｒ１〜Ｒ３、コ
ンデンサＣ１及びトランジスタＱ１，Ｑ２からな
る。抵抗Ｒ１は一端がダイオードDrのカソード
に接続され、他端がエミツタ接地されたNPNト
ランジスタＱ１のコレクタに接続されている。そ
して、その抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１との接続
点はコンデンサＣ１を介してNPNトランジスタ
Ｑ２のベースに接続されている。該トランジスタ
Ｑ２のエミツタは接地され、コレクタと前記整流
用ダイオードDrのカソードとの間に抵抗Ｒ２が
接続されており、トランジスタＱ２のコレクタと
トランジスタＱ１のベースとの間には抵抗Ｒ３が
接続されている。そして、トランジスタＱ２のコ
レクタがパルスワイドモジユレータPWMの出力
端子となる。

パルスワイドモジユレータPWMの出力端子は
コンデンサＣ２を介してNPN型のトランジスタ
Ｑ３のベースに接続されている。該トランジスタ
Ｑ３のエミツタは接地され、コレクタはトランス
Ｔ２の一次巻線の一端に接続されている。Ｒ４は
そのベースと接地との間に接続された抵抗であ
る。上記トランスＴ２の一次巻線の他端は抵抗Ｒ
５を介して入力電源の陽極に接続されている。ト
ランスＴ２の二次巻線は一端が接地され、他端が
スイツチングトランジスタQswのベースに接続
されている。該スイツチングトランジスタQsw
はNPN型でエミツタが接地され、コレクタが高
周波トランスＴ１の一次巻線Ｌ１の電源の陽極に
接続された端子と反対側の端子と接続されてい
る。

次に、出力電圧検出部DOUについて説明する。
Ｑ４はPNPトランジスタで、そのベースは出力
電圧を分圧する抵抗Ｒ６とＲ７とからなる分圧回
路の出力点と接続されている。又、エミツタは抵
抗Ｒ８とツエナーダイオードＤ４とからなる定電
圧回路の出力点と接続され、コレクタは抵抗Ｒ９
を介してパルスワイドモジユレータPWMのトラ
ンジスタＱ２のベースに接続されている。又、そ
の接続点と接地との間には抵抗Ｒ１０が接続され
ている。

OSCは一定の周波数を有する高周波のトリガ
ー信号を発生する発振器で、その出力端子はコン
デンサＣ３を介してダイオードＤ１のアノードに
接続されている。Ｒ１１はコンデンサＣ３とダイ
オーＤ１との接続点と、接地との間に接続された
抵抗である。ダイオードＤ１のカソードはトラン
ジスタＱ１のベースに接続されている。

PCOは出力変化範囲制御回路で、抵抗Ｒ１２
〜Ｒ１５及びトランジスタＱ５からなる。該トラ
ンジスタＱ５はそのベースが抵抗Ｒ１２を介して
ダイオードDdとコンデンサCdとの接続点に接続
されていると共に抵抗Ｒ１３を介して抵抗Ｒ８及
びツエナーダイオードZDからなる定電圧回路の
出力点にも接続されている。トランジスタＱ５の
エミツタは抵抗Ｒ１４を介して接地され、コレク
タは抵抗Ｒ１５を介してトランジスタＱ１のベー
スに接続されている。

この第３図に示すスイツチング式電源回路は、
出力電圧検出部DOUにおいて検出した出力電圧
Eoutに応じてトリガー信号によりターンオフす
るトランジスタＱ２のオフ期間を決定する時定数
を変化させ、それによつてスイツチング信号Ssw
のパルス幅（デユーテイ）を出力電圧Eoutが一
定になるように制御する。一方、出力変化範囲制
御回路PCOのトランジスタＱ５はベースに定電
圧回路（抵抗Ｒ８とツエナーダイオードZDから
なる）から抵抗Ｒ１３を介してバイアス電圧を受
けていて或る導通状態にある。しかし、入力電圧
Einが上昇するとトランジスタＱ５のベース電圧
が低下し、トランジスタＱ５のインピーダンスが
増大する。というのは、高周波トランスＴ１の２
次側に発生するパルスの負方向の波高値が入力電
圧Einに比例して変化し、その負方向のパルスが
ダイオードDdとコンデンサCdで検波されてトラ
ンジスタＱ５のベースに加えられるからである。

即ち、高周波トランスＴ１の２次側に発生する
パルスの波高値は正方向のパルスについては一定
値となるように制御されるが、負方向のトランス
については制御を受けず入力電圧Einに比例して
変化する。従つて、負方向のパルスを検出するこ
とにより入力電圧Einを検出することができると
いえることになるが、その負方向のパルスを検出
するのがダイオードDdとコンデンサCdからなる
検波回路であり、この検波回路の出力が抵抗Ｒ１
２を介してトランジスタＱ５のベースに加えられ
る。この検波回路の出力は極性が負であり、負方
向パルスの波高値が高くなる程、換言すれば入力
電圧Einが高くなる程トランジスタＱ５のベース
電圧が低くなる。つまり、抵抗Ｒ８とツエナーダ
イオードZDによつて決まるベース電圧が入力電
圧Einによつて低くされ、入力電圧Einが高くな
る程そのベース電圧が低くなるのである。

このように、入力電圧Einが上昇するとそれに
伴つてトランジスタＱ５のベース電圧が低下し、
その結果トランジスタＱ５のインピーダンスが増
大する。このトランジスタＱ５は抵抗Ｒ３，Ｒ１
５，Ｒ１４と共にパルスワイドモジユレータ
PWMのデユーテイを制御する。即ち、トリガー
信号をベースに受けるトランジスタＱ１のベース
バイアス電圧は、トランジスタＱ５のインピーダ
ンスが高い程高くなり、トリガー信号によりター
ンオフせしめられるトランジスタＱ２が出力電圧
検出回路DOUによつてオフ期間が決定されるこ
とに対して干渉し、デユーテイを制限する。スイ
ツチング信号Sswのデユーテイはその制限を越え
ることができない。そして、入力電圧Einが高く
なる程その制限が強くなり、第２図Ｂで示すよう
な狭い幅PWmaxでデユーテイが制限される。

従つて、入力電圧Einの変化によつて最大負荷
時における出力パワーが大きく変化することを防
止することができる。

尚、本考案はチヨーークコイルを用いたスイツ
チング式電源回路にも適用することができる。

考案の効果 以上に述べたように、本考案スイツチング式電
源回路は、直流の入力電圧を高周波のスイツチン
グ信号を受けてオン、オフするスイツチング素子
を介してインダクタンス手段に印加して該インダ
クタンス手段に高周波電圧を発生させ、その高周
波電圧を整流して直流の出力電圧を得ると共に前
記スイツチング信号のデユーテイを出力電圧が一
定になるように制御するようにしたスイツチング
式電源回路であつて、スイツチング信号のデユー
テイの最大値が許容範囲を越えて大きくならない
ように規制する出力変化範囲制御回路を設け、該
出力変化範囲制御回路により規制される前記デユ
ーテイの最大値の許容範囲が入力電圧が高くなる
程狭くなるようにしてなることを特徴とするもの
である。従つて、本考案によれば、入力電圧の変
化により最大負荷時における出力パワーが大きく
変化することを防止することができ、入力電圧が
最も高い時における負荷変動を想定して徒らに大
きなスイツチング素子、トランスあるいはチヨー
クコイル、ダイオード等を用いる必要性をなくす
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案スイツチング式電源回路の実施
の一例を示す回路図、第２図Ａ，Ｂはスイツチン
グ信号の波形図で、Ａは入力電圧が低い時におけ
る波形、Ｂは入力電圧が高い時における波形を示
し、第３図は第１図に示したスイツチング式電源
回路を具体化した回路例を示す回路図、第４図は
従来のスイツチング式電源回路の一例を示す回路
図である。 符号の説明、Qsw……スイツチング素子、Ｔ
１……インダクタンス手段、PCO……出力変化
範囲制御回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 直流の入力電圧を高周波のスイツチング信号を
   受けてオン、オフするスイツチング素子を介して
   インダクタンス手段に印加して該インダクタンス
   手段に高周波電圧を発生させ、その高周波電圧を
   整流して直流の出力電圧を得ると共に前記スイツ
   チング信号のデユーテイを出力電圧が一定になる
   ように制御するようにしたスイツチング式電源回
   路であつて、スイツチング信号のデユーテイの最
   大値が許容範囲を越えて大きくならないように規
   制する出力変化範囲制御回路を設け、該出力変化
   範囲制御回路により規制される前記デユーテイの
   最大値の許容範囲が入力電圧が高くなる程狭くな
   るようにしてなることを特徴とするスイツチング
   式電源回路。