JPH0382365A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、スイッチングレギュレータに関する。

（従来の技術） 第７図は従来のスイッチングレギュレータ（電源装置）
の回路図である。同図において、商用交流電源ＡＣは、
第１の整流器ＲＦＩにより整流され、直流の入力電圧ｖ
ＩＮに変換される。この入力電圧ｖＩＮは、スイッチン
グ用のＮＰＮ）ランジスタＱ１によってスイッチングさ
れ、変圧器ＴＲの一次側巻線Ｗ１に入力される。なお、
コンデンサＣ１は、入力電圧ｖ１−脈動を吸収するため
に設置されたものである。さて、トランジスタＱ１のベ
ースには、入力端子ｖＩＮの正側にプルアップされる抵
抗Ｒ１が起動用として接続され、且つベース抵抗Ｒ２を
介してスイッチング信号を定電流で供給する制御回路に
接続されている。この制御回路は、トランジスタＱ２と
ツェナーダイオードＺｄｌ、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ３
、コンデンサＣ３を有する。即ち、トランジスタＱ２の
コレクタはコンデンサＣ３を介して変圧器ＴＲの帰還巻
１１Ｗ３に接続され、トランジスタＱ２のベースはツェ
ナーダイオードＺｄｌとダイオードＤ１の直列回路を介
して入力電圧ｖＩＮの負側に接続されている。変圧器Ｔ
Ｈの二次側巻線Ｗ２は第２の整流器ＲＦ２に接続され、
安定化された直流電源出力ＶｏυＴが導出される。

以上のような構成を有する従来の電源装置は、商用交流
電源ＡＣを、第１の整流器ＲＦＩで入力端子ｖ！Ｎに変
換し、トランジスタＱ１に直列接続される変圧器ＴＲの
一次側巻線Ｗ１に供給する。

これと共に、起動抵抗である抵抗Ｒ１からトランジスタ
Ｑ１のベースにはベース電流が供給される。

これにより、トランジスタＱ１を介して一次側巻線Ｗ１
に電流が流れ、回路が動作を開始する。即ち、変圧器Ｔ
Ｈの一次側巻線Ｗ１に電流が流れると、二次側巻線Ｗ２
に電圧が発生し、且つコンデンサＣ３から抵抗Ｒ３を介
してトランジスタＱ２にベース電流が供給され、トラン
ジスタＱ１をオンする。以上のような動作に続いて、ト
ランジスタＱ１のコレクタ電流はランプ状に増加し、そ
の後、飽和領域から能動領域へと移行する。この時、コ
レクタ電流の増加は止まり、変圧器ＴＲの磁束は急激に
低下する。そして、巻線Ｗ３には逆方向の電圧が発生す
る。このため、トランジスタＱ１のベース電流がオフし
、コレクタ電流もオフとなる。トランジスタＱ１がオン
している間に供給された電力は、一部がＱｌのベース電
流となって消費されるが、大半は変圧器ＴＲに保持され
る。そして、トランジスタＱ１がオフの時、保持された
電力が、二次側巻線Ｗ２及び整流器ＲＦ２を通じ直流の
出力電圧Ｖ。ｕｔとして取り出される。変圧器ＴＲに保
持された電力が消費し終ると、再び起動抵抗Ｒ１からト
ランジスタＱ１にベース電流が供給され同じ動作を繰り
返す。なお、トランジスタＱ１にベース電流ＩＢを供給
するトランジスタＱ２のベースには、ツェナーダイオー
ドＺｄｌとダイオードＤ１が直列に接続されており、抵
抗Ｒ２を通じてトランジスタＱ１に供給されるベース電
流ＩＢを一定に制御している。その結果、第９図の特性
図に示すように、入力端子ｖＩＮの臭化に拘らず、トラ
ンジスタＱ１のベース電流ＩＢは一定に保たれる。

第８ｖ！Ｊは、従来の電源装置の他の例を示す回路図で
ある。′！Ｂ８図の回路が第７図のそれと異なる点は、
Ｑ２による損失分を低下させた点にある。

即ち、第８図において、トランジスタＱ１のベースには
、トランジスタＱ２のエミッタがコンデンサＣ３及び抵
抗Ｒ２を介して接続されている。トランジスタＱ２は抵
抗Ｒ４を通じて変圧器ＴＲの帰還巻線Ｗ３に接続されて
いる。帰Ｘｉｉ巻線Ｗ３には、コンデンサＣ４と抵抗Ｒ
５の直列回路と、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ３とダイオー
ドＤ４の直列回路とが、並列に接続されている。トラン
ジスタＱ２のコレクタはダイオードＤ３を介して、また
抵抗Ｒ２とコンデンサＣ３との接続点はダイオードＤ２
を介してそれぞれ入力電圧ｖＩＮの負側レベルに接続さ
れている。

以上のような構成において、トランジスタＱ１がオフの
時は、帰還巻線Ｗ３の電圧がダイオードＤ２及びダイオ
ードＤ４を介してコンデンサＣ３に充電される。この時
の電圧は、図示しない安定化制御回路により入力端子ｖ
ＩＮの変化に対してほぼ一定となる。一方、トランジス
タＱ２のオン時には、コンデンサＣ３に蓄えられた電圧
をトランジスタＱ１のベースに流入させて、トランジス
タＱ１をオンさせる。以上の動作を繰り返す事により、
変圧器ＴＲの一次側Ｓ線Ｗ１にはスイッチング電流が供
給され、結果として二次側巻線Ｗ２から第２の整流器Ｒ
Ｆ２を通じて必要な出力電圧ｖＯＵＴが得られる。

以上の゛ような構成によれば、入力電圧ＶＩＮの変化に
対するトランジスタＱ１のベース電流ＩＢの変化は、第
１０図の特性図に示すように、電圧上昇に伴い漸増する
事になる。

（発明が解決しようとする：１ＥＴｌ）従来の電源装置
は以上のように構成されていたので、入力電圧ｖｌＮの
電圧範囲が限られている場合は問題は少ないが、最近の
ようにワールドワイド対応の電源を構成するべく、１０
０ボルトから２４０ボルトの範囲の入力電圧ｖＩＮに適
合させようとすると、以下に述べるような問題がある。

つまり、第７図の構成によれば、トランジスタＱ１のベ
ース電流ｌＢは一定に保たれるが、入力端子ｖＩＮの範
囲が広い場合、この設定電流をベースドライブの最適ポ
イントにする必要がある。この場合、入力端子ｖＩＮが
高い電圧の場合には、オーバードライブとなってしまい
、損失が増加して効率を悪化させてしまう事になる。そ
して、定電流回路の損失増大は、つまり発熱の増大は、
部品の大型化を必要とする事になり、回路の小型化の上
で障害となってしまう。さらに入力電圧ＶＩＮに比例し
て発信周波数も高くなってしまう。ところが、実際には
ベース蓄積電荷の増大によりスイッチングスピードの低
下をきたしており、崗周波駆動は困難な状況になってい
る。その結集、スイッチングトランスの大型化や損失の
増大を招いてしまい、回路の小形化を行なう上で無視で
きない問題となってくる。

従って、本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決す
べく、スイッチングトランジスタのベースドライブの最
適点を複数設定し、入力電圧に応じてこの最適時を切り
替える事により、損失が低く高効率なスイッチングレギ
ュレータを得る事にある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明のスイッチングレギュ
レータは、入力電圧をスイッチング電圧として変圧器の
入力側に導くスイッチングトランジスタと、その入力電
圧の電圧範囲を検出する電圧検出手段と、その電圧検出
手段の出力に基づいて前記スイッチングトランジスタの
ベース電流を切り替える制御手段と、を備えるものとし
て構成される。

（作　用） 電圧検出手段により入力電圧の電圧範囲が検出される。

検出された電圧範囲は、制御手段に与えられる。制御手
段は、入力端子の電圧範囲に基づいて、スイッチングト
ランジスタのベース電流を切り替える。これにより、ス
イッチングトランジスタは、＄ＩＪ御手投手段のベース
電流に基づいてスイッチング動作し、変圧器の入力側に
スイッチング電流を供給する。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る電源装置の回路図で
ある。第１図において、基準電圧発生器ＲＥＦは入力電
圧ｖＩＮが供給され予め定められた一定の電圧を発生す
る。入力端子■ＩＮの両端間に接続される分圧用の抵抗
Ｒ７、Ｒ８は、入力端子”ＩＮを分圧する。電圧比較器
ＣＯＭＰは、基準電圧発生器ＲＥＦからの基準電圧と、
抵抗Ｒ７、Ｒ８の分圧電圧とを比較し、入力電圧ｖＩＮ
の電圧範囲を判定する。ベース駆動回路ＢＤは、電圧比
較器ＣＯＭＰの出力に基づいて、ＮＰＮトランジスタＱ
１のベースに入力電圧ｖＩＮに応じたベース電流を供給
する。

以上のような構成において、次にその動作を説明する。

商用交流電源ＡＣは、第１の整流器ＲＦＩで直流の入力
電圧ｖＩＮに変換される。この入力端子ｖＩＮは、トラ
ンジスタＱ１を通じて、これに直列接続される変圧器Ｔ
Ｒの一次側巻線Ｗ１に供給される。トランジスタＱｌの
ベースには、ベース駆動回路ＢＤよりベース電流が供給
される。このベース駆動回路ＢＤは、変圧器ＴＲの帰還
巻線ｗ３の電圧に基づいてトランジスタＱ１のベース電
流をオン／オフ制御すると共に、トランジスタＱ１のベ
ースに供給する電流を制御する。トランジスタＱ１のオ
ン／オフに伴い、変圧器ＴＲの一次側巻線Ｗ１には、ス
イッチング電流が流れるので二次側巻線Ｗ２から第２の
整流器ＲＦ２を通じて出力電圧Ｖ。、Ｔが得られる。

さて、電圧比較器ＣＯＭＰは、人力電圧”ＩＮを抵抗Ｒ
７、Ｒ８で分圧した電圧と基準電圧発生器ＲＥＦからの
基準電圧とを比較する。これにより、入力電圧ｖＩＮの
電圧範囲が、１００ボルト、１１０ボルト、１２０ボル
ト等の第１の範はにあるか、あるいは２２０ボルト、２
４０ボルト等の第２の範囲にあるかを判定し、その判定
結果をベース駆動回路ＢＤに与える。その結果、第４図
の特性図に示すように、トランジスタＱ１のベース電流
■Ｂは、入力電圧”ＩＮが低いときは大きな電流に、入
力電圧ｖＩＮが高いときは小さな電流に切り替え制御さ
れる。

ちなみに、理想的には第４図に点線で示すように、トラ
ンジスタＱ１のベース電流ｌＢは、入力電圧ｖ１Ｎの変
化に応じて常に最適ポイントとなるように連続的に変化
するのがよい。しかしながら、一般的に、商用電源は１
００ボルト圏と２００ボルト圏に大別されている。従っ
て、実際上、２つ程度の範囲で十分であると考えられる
。なお、入力端子に応じてよりきめ細かにトランジスタ
Ｑ１のベース電流ｌＢを切り替えるようにしてもよいこ
とはもちろんである。この場合は、電圧比較器ＣＯＭＰ
による電圧検出を連続的にするか、あるいはより多くの
段階的な検出が可能なようにすればよく、これに応じて
ベース駆動回路ＢＤによるベース電流■おの制御段階を
より細かく設定すればよい。

第２図は、本発明の他の実施例に係る電源装置の回路図
であり、特に自励式の構成を例示するものである。第２
図において、入力端子ＶＩＮを分圧している抵抗Ｒ７、
Ｒ８の接続点に接続されるツェナーダイオードＺｄ２は
、基準電圧設定用に設けられている。即ち、コレクタを
入力電圧ｖＩＮの正側にプルアップされた抵抗Ｒ６に接
続されるＮＰＮ）ランジスタＱ３は、そのベースがツェ
ナーダイオードＺｄ２のアノードに接続されており、入
力電圧ｖＩＮが一定の電圧以上になって、抵抗Ｒ７、Ｒ
８の分圧電圧がツェナーダイオードＺｄ２のツェナー電
圧とトランジスタＱ３のベース−エミッタ電圧の合計電
圧を上回ると、トランジスタＱ３はオンする。トランジ
スタＱ３のコレクタは、ＮＰＮ）ランジスタＱ２のベー
スに接続されている。従って、トランジスタＱ３がオン
の時に、トランジスタＱ２はオフとなる。トランジスタ
Ｑ２のコレクタには抵抗Ｒ９が接続されている。その抵
抗Ｒ９は、スイッチング用のトランジスタＱ１のベース
に接続されているベース抵抗である抵抗Ｒ２に、並列に
接続されている。これにより、トランジスタＱ２がオフ
の時は、トランジスタＱ１のベース電流Ｉｓは抵抗Ｒ２
の値で決まり、またトランジスタＱ２がオンの時は、ト
ランジスタＱ１のベース電流ＩＢは抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ９
の並列抵抗値で決定される。

以上のような構成において、次にその動作を説明する。

トランジスタＱ３は、抵抗Ｒ７、Ｒ８での分圧電圧が、
ツェナーダイオードＺｄ２のツェナー電圧とトランジス
タのベース−エミッタ電圧の合計電圧を上回っていると
きにオンし、それ以外の場合はオフする。従って、例え
ば、入力ｆｆ１ｌｆＶ、、の電圧範囲が、１００ボルト
、１１０ボルト、１２０ボルト等の第１の範囲にある場
合はオフし、２２０ボルト、２４０ボルト等の第２の範
囲にある場合にオンする事になる。トランジスタＱ３が
オフの場合、トランジスタＱ２はオンしている。

このため、トランジスタＱ１に供給されるベース電流Ｉ
Ｂは、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ９の並列抵抗によって決定され
る。一方、トランジスタＱ３がオンの場合、トランジス
タＱ２はオフとなる。このため、トランジスタＱ１に供
給されるベース電流ｌＢは抵抗Ｒ２のみの抵抗値によっ
て決定される。

その結果、第５図の特性図に示すように、トランジスタ
Ｑ１のベース電流！Ｂは、入力端子ｖＩＮが低いときは
大きな電流域で変化し、また入力端子ｖＩＮが高いとき
は小さな電流域で変化する。

第３図は、本発明の更に他の実施例に係る電源装置の回
路図であり、第２図の回路と異なる点は、トランジスタ
Ｑ３のベースに、ダイオ−ＦＤ５、ツェナーダイオード
Ｚｄ３の直列回路から威る回路を接続し、これをトラン
ジスタＱ２のコレクタに接続した点にある。

以上のような構成によれば、入力電圧ｖＩＮが低い電圧
範囲にあってトランジスタＱ３がオフの状態から、入力
電圧ｖＩＮが上昇していった場合、ツェナーダイオード
Ｚｄ２の設定電圧に基づいてトランジスタＱ３がオンし
、トランジスタＱ２がオフし、トランジスタＱ１のベー
ス電流１．の値を低下させる。一方、この状態では、ト
ランジスタＱ２のコレクタに電圧ＶＢが現われ、ツェナ
ーダイオードＺｄ３をオンする。この状態で、入力端子
ｖＩＮを下げていった場合、ツエナーダイオードＺｄ２
が先にオフするが、ツェナーダイオードＺｄ３がオン状
態を続ける限りトランジスタＱ３はオン状態にある。そ
して、入力電圧ＶＩＮが更に低下してツェナーダイオー
ドＺｄ３がオフ状態となると、トランジスタＱ３はオフ
する。

つまり、トランジスタＱ１に供給されるベース電流■８
は、入力端子ＶＩＮの変化に対して、第６図の特性図に
示す様にヒステリシスをもって変化することになる。

なお、上記各実施例では、トランジスタＱ１のベース電
流■８を入力端子■ＩＮの電圧に応じて２段階に切り替
える場合を例示したが、切り替え段数を更に増やしたり
、連続的に変化するようにしてもよい。

以上のような制御を行なうことにより、スイッチングレ
ギュレータを構成するスイッチング用のトランジスタを
、いろいろなレベルの入力電圧に対して最適にドライブ
することが可能になる。よって、入力電圧が高い場合の
効率低下を、大幅に改善することができる。また、２次
側の負荷が一定で入力電圧を変えた場合、入力電圧に対
してスイッチング素子のコレクタ電流は反比例するため
、ベース電流もこれに応じて低減させることができ、こ
のため入力電圧が高い場合の高効率化を失現することが
できる。更に、自助式を用いた場合、入力端子に対応し
て発振周波数も高くなるが、ベース電流を最適値に設定
することにより、スイッチング素子の有する能力ぎりぎ
りまで発振周波数を高くすることができるため、スイッ
チングトランスの小型化、高効率化を実現することがで
きる。

（発明の効果） 本発明によれば、入力端子範囲の広い場合においても、
それぞれに対応したスイッチング素子の最適ドライブを
行なうことができ、このため回路効率を向上させること
ができ、且つ回路の高能早化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るスイッチングレギュレ
ータ（電源装置）の回路図、第２図および第３図は本発
明の他のおよび更に他の実施例の回路図、第４図、第５
図及び第６図はそれぞれ第１図、第２図及び第３図の構
成の動作を説明するための特性図、第７図及び第８園は
従来の一例および他の例のスイッチングレギュレータ（
電源装置）の回路図、第９図及び第１０図はそれぞれ第
７図及び第８図の構成の動作を説明するための特性図で
ある。 ＡＣ・・・商用交流電源、ＢＤ・・・ベース駆動回路、
ＣＯＭＰ・・・電圧比較器、ＲＦＩ・・・第１の整流器
、ＲＦ２・・・第２の整流器、ＲＥＦ・・・基準電圧発
生器、ＴＲ・・・変圧器、Ｗｌ・・・−次側巻線、Ｗ２
・・・二次側巻線、Ｗ３・・・帰還巻線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力電圧をスイッチング電圧として変圧器の入力側に導
   くスイッチングトランジスタと、その入力電圧の電圧範
   囲を検出する電圧検出手段と、その電圧検出手段の出力
   に基づいて前記スイッチングトランジスタのベース電流
   を切り替える制御手段とを備えることを特徴とするスイ
   ッチングレギュレータ。