JPH041587B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、テレビジヨン受像機等の電源回路と
して用いられるスイツチング電源装置に関する。

従来例の構成とその問題点 第１図、第３図に従来例のスイツチング電源の
ドライブ回路を示す。第１図は順極性ドライブ方
式、第３図は逆極性ドライブ方式の回路である。

第１図において、１はAC電源、２はブリツジ
整流ダイオード、３は平滑コンデンサ、４はスイ
ツチング出力トランス、５はスイツチング出力ト
ランジスタ、６は前記スイツチング出力トランジ
スタのスイツチング特性改善用の抵抗とコンデン
サ、７はドライブトランス、８はドライブ電流制
限抵抗、９はスタート用抵抗、１０はドライブ回
路及びコントロール回路のＢ電圧を作る整流回路
（Ｄ１，Ｄ２，Ｌ１，Ｃ１で構成）、１１はドライ
ブトランジスタ、１２はコントロール回路（発振
回路、定電圧回路、保護回路等で構成）、１３は
コントロール回路出力段のトランジスタ１２ａの
負荷抵抗、１４はドライブトランスのパルス電圧
を制限するコンデンサ、１８はスイツチング出力
トランスのリセツト回路（Ｄ５，Ｃ３，Ｒ２で構
成）、１９はDC出力電圧整流回路（Ｄ３，Ｄ４，
Ｌ２，Ｃ２，Ｒ１で構成）をそれぞれ示す。

第３図に逆極性ドライブ方式の回路図を示す
が、第１図中との相違点はドライブトランス７の
接続方法及びドライブトランジスタの接続方法が
違つている。他の回路構成については第１図のも
のと同様である。スイツチング出力トランス４及
びドライブトランス７に記入している黒点はコイ
ルの巻初めを示す。

ドライブトランジスタ１１のオン・オフ及び出
力トランジスタ５のオン・オフの関係を第２図、
第４図に示す。第２図は第１図の順極性ドライブ
方式の各トランジスタのオン・オフの関係を示
す。

Vaはコントロール回路１２の出力電圧、Vcは
ドライブトランジスタ１１のコレクタ電圧、Vb
は出力トランジスタ５のベース電圧、Icはトラン
ジスタ５のコレクタ電流を示す。出力電圧の変動
はコントロール回路にてパルス巾に変換され出力
トランジスタのオン期間を制御し出力電圧の安定
化を行つている。第２図のｔ１〜ｔ２間は上記の
オン期間を示す。この期間トランジスタ１２ａ，
１１は導通し、ドライブトランスのＳ１，Ｓ２巻
線にはＳ１が正になる電圧が誘起されるのでトラ
ンジスタ５は導通する。ｔ２〜ｔ３間において逆
にトランジスタ１２ａ，１１は非導通になるた
め、ドライブトランスの２次巻線にはＳ１が負に
なる電圧が誘起されるためトランジスタ５は同じ
く非導通になる。

このように、第１図のスイツチング電源はドラ
イブトランジスタ１１が導通した時にスイツチン
グ出力トランジスタ５も同時に導通することを特
徴としている。

第４図は第３図の逆極性ドライブ方式における
各トランジスタの導通、非導通の関係を示す。
Va，Vc，Vb，Icは第２図に同じ測定点による電
圧電流であるので説明は省略する。ｔ１〜ｔ２期
間においてトランジスタ１２ａは導通しトランジ
スタ１１は非導通になる。この時ドライブトラン
ス７のＳ２端子には第１図の結線と逆になつてい
るので、正の電圧が誘起されトランジスタ５は導
通する。Ｔ２〜Ｔ３期間においてはトランジスタ
１１は導通するから逆にトランジスタ５は非導通
になる。

このように、第３図のスイツチング電源はドラ
イブトランジスタ１１が非導通になつた時出力ト
ランジスタ５が導通することを特徴としている。

第５図、第６図に第１図及び第３図のスイツチ
ング電源回路におけるスタート時、正常動作及び
保護回路動作時のAC電源整流電圧Ｖ１、コント
ロール回路の出力電圧Va、コントロール回路に
流れる動作電流Ｉ１及びドライブ回路に流れる動
作電流Ｉ２の関係を示す。第５図は順極性ドライ
ブ方式における特性を示す。ｔ１に電源スイツチ
２０をオンするとスタート抵抗９によりｔ２にス
イツチング電源が動作開始する。ｔ２迄はコント
ロール回路のトランジスタ１２ａは非導通になつ
ている。従つて、トランジスタ１１も非導通にな
つているので、ドライブ回路の動作電流Ｉ２は０
となる。同様に保護回路動作時においてもコント
ロール回路の発振回路をストツプさせるとドライ
ブトランジスタは非導通となりＩ２は０となる。

次に、第６図において逆極性ドライブ方式にお
けるVaとＩ２の関係を調べるとスタート時及び
保護回路動作時にはドライブトランジスタ１１は
順極性ドライブ方式の場合とは逆にトランジスタ
１２ａが非導通になつているため導通状態になつ
ている。従つて、スタート時においてもＩ２が流
れている。トランジスタ１１のコレクターエミツ
タ電圧及びドライブトランスＰ１，Ｐ２間の抵抗
を無視すると、 Ｖ２≒Ｉ２Ｒ８ ……(1) となる。

コントロール回路の最低動作電圧をＶ２_MINと
すると回路が動作開始するためにはＩ２は必ず次
式を満足しなければならない。

Ｉ２＞Ｖ２_MIN／Ｒ８ ……(2) Ｉ２を流すためにはスタート抵抗９を小さくす
ればよいが、小さくすればするほどスタート抵抗
９の損失が多くなり好ましくない。

この様に、第３図の逆極性ドライブ方式にする
とスタート抵抗を小さくする必要があり、これが
逆極性ドライブ方式電源の大きな欠点である。

定常動作状態ではスタート抵抗９の損失が無視
できないのでスイツチ回路を設けスタート抵抗９
をOFFしておく場合が多い。

しかし、異常が発生し保護回路が動作した時に
はこのスイツチ回路はオンになり、スタート抵抗
９は接続される事が多い。その理由は、SCR等
のスイツチ回路を用いて１度スイツチ回路が動作
したら絶対にオンしないようにしておくと、例え
ば電源の瞬断や電源スイツチのオン・オフのタイ
ミングにより、スタート抵抗９がオープンになり
動作しない事がある為、出力電圧がなくなつた場
合必ずスイツチ回路はオンし、スタート抵抗が接
続される。

このように、異常時にはスタート抵抗９が長く
導通する場合があるので、抵抗値が小さいという
事は抵抗の定格電力が大きくなり、形状も大きく
する必要がある。

これらの問題を解決する為には第１図に示すよ
うな順極性ドライブ方式を用いれば良いが、スイ
ツチング周波数の高周波化、あるいは高出力化す
る場合のドライブ方式は逆極性ドライブのほうが
簡単な回路構成でスイツチング出力トランジスタ
５のスイツチング特性を十分にひきだせる利点が
ある。このように、第３図の回路における上述し
た問題点を解決することはスイツチング回路の高
周波化、高出力化に対し大きな効果をもたらすこ
とができる。

またこれまでは保護回路動作時はコントロール
回路のトランジスタ１２ａは非導通になつている
として考えてきた。この方式は一度保護回路が動
作すると異常状態が解除されても復帰せず、シヤ
ツトダウン方式といわれている。この方式は特に
過電圧保護回路に使用される場合が多い。この方
式の他に過電流保護回路によく用いられるように
電流制限形の保護回路がある。これは異常が発生
すると電流を制限し異常が解除されるとすぐに復
帰する方式である。過電流が発生するのは負荷を
シヨートした時であるからコントロール回路及び
ドライブ回路のＢ電圧Ｖ２を供給している整流回
路ブロツク１０の出力電圧は発生せず、このＢ電
圧はスタート抵抗９によつてのみ供給されること
になる。従つてＶ２電圧が低下し出力トランジス
タ５のドライブ電流が不足し十分なスイツチング
が行われないことによりトランジスタ５の異常発
熱や破壊につながる問題があつた。

発明の目的 本発明は、かかる従来の不都合を解消して、ス
イツチング出力トランジスタのスイツチング特性
を良くして高周波化、高効率化を図るとともに、
トランジスタの異常発熱や破壊を防止することの
できるスイツチング電源装置を提供することを目
的とする。

発明の構成 本発明においては、電源起動時は商用交流電源
を整流して得た直流電源ラインに接続されたスタ
ート用抵抗により発振回路およびパルス巾制御回
路等のスイツチング電源コントロール回路及び逆
極性ドライブ回路の電源電圧を供給して起動さ
せ、起動後はスイツチング出力トランスの巻線電
圧を整流平滑して得られた電圧により上記コント
ロール回路およびドライブ回路を動作させるスイ
ツチング電源回路において、コントロール回路と
ドライブ回路をコンデンサにより結合させ、かつ
スイツチング出力トランスの巻線電圧を整流平滑
して得られた電圧をダイオードを通してコントロ
ール回路及びドライブ回路の電源電圧として供給
し、さらにこの電源電圧ラインとアース間に小容
量のコンデンサを接続したことを特徴とする。

実施例の説明 第７図に本発明の逆極性ドライブ方式における
スイツチング電源回路の一実施例を示す。１５は
結合コンデンサ、（第１のコンデンサ）、１６はト
ランジスタ１１のエミツタ、ベース間の逆耐圧保
護用ダイオード、ダイオード２１はスタート時及
び保護回路動作時、整流回路ブロツク１０のコン
デンサＣ１を回路から切り離すスイツチングダイ
オード、コンデンサ２２は同じく主にスタート時
及び保護回路動作時に働くコントロール回路及び
ドライブ回路の電源電圧（以後Ｖ２とする）ライ
ンのデイカツプリングコンデンサ（第２のコンデ
ンサ）である。

正常動作状態はＶ２ラインのコンデンサは等価
的にコンデンサ２２とＣ１の和となつている。

第８図によりこの回路のスタート時及び保護回
路動作時の動作特性を説明する。ｔ１に電源スイ
ツチ２０をオンすると、コントロール回路のトラ
ンジスタ１２ａは非導通になつているので、Va
の電圧はAC電源整流電圧Ｖ１と同じ立ち上り時
間で上昇する。Ｖ１の立ち上り時間は数10ｍsec
と遅く、Vaの立ち上りもＶ１と同じなので、負
荷抵抗１３、結合コンデンサ１５及びトランジス
タ１１のエミツタベース抵抗１７の定数を選ぶこ
とにより、Vaの立ち上り特性でトランジスタ１
１を導通させないようにできる。抵抗１３，１７
を２〜3KΩに設定したとするとコンデンサ１５
の容量値は0.1μF以下にすればトランジスタ１１
は導通しない。

ｔ２にてコントロール回路の発振回路が動作す
るのでVaの電圧は第４図に示すような数十ＫHz
以上の矩形波になり結合コンデンサ１５によりト
ランジスタ１１のベースに印加されるので回路は
正常に動作する。コンデンサ１５の容量の値は実
際はこの数十ＫHzのパルスを通過すればよいので
0.01μF程度に選ばれる。

ｔ３にて過電圧保護回路が動作したとすると、
コントロール回路の発振回路がストツプしトラン
ジスタ１２ａは非導通になる。従つてコンデンサ
１５により直流はカツトされ、トランジスタ１１
は非導通となる。このようにスタート時及び過電
圧保護回路動作時、ドライブトランジスタ１１は
非導通になるのでドライブ電流Ｉ２は０になり、
従つてスタート抵抗９の抵抗値を第３図の回路に
おけるスタート抵抗値よりも大きくできる。スタ
ート抵抗９の低損失化及び小型化に大きな効果が
ある。

またこの結合コンデンサ１５の追加と同時にダ
イオード２１及びコンデンサ２２を追加すること
により、負荷シヨート時における出力トランジス
タ５の異常発熱あるいは出力トランジスタ５の破
壊に対し対策することができる。

第９図にダイオード２１及びコンデンサ２２が
ある場合とない場合の負荷シヨート時におけるス
タート回路の等価回路を示す。第９図ａはない場
合、第９図ｂはある場合を示す。２３はコントロ
ール回路及びドライブ回路をまとめたものを示
す。Ｖ２ラインの電圧がコントロール回路の動作
停止電圧以下になると回路の動作は停止するた
め、出力トランジスタ５は非導通になる。回路動
作が停止するとドライブ電流が流れなくなる為、
Ｖ２電圧が上昇する。またＶ２電圧が動作開始電
圧以上になると回路が動作し、ドライブ電流が流
れる。この電流により再度電圧が下がり動作が停
止する。このように回路が間欠動作する。この時
の間欠動作時間はＣ１の容量値によつて変化す
る。この間欠動作時間をできるだけ短くし、逆に
回路が休止している時間を長くすることにより、
負荷シヨート時における出力トランジスタ５の発
熱を小さくすることができる。動作時間は短くす
る為にはＣ１の容量値を小さくしなければならな
いが、コンデンサＣ１の値は整流平滑用コンデン
サであり、リツプル電流が流れる事とコントロー
ル回路及びドライブ回路の電源電圧ラインを安定
させる意味から小さくすることはできない。

そこで、本回路のダイオード２１、コンデンサ
２２を追加することによる効果を以下に述べる。
第９図ｂで負荷シヨート時、整流ブロツク１０の
整流電圧Ｖ３はＶ２より低くなりダイオード２１
は非導通になる。従つてＶ２ラインのコンデンサ
は２２のみとなるので、このコンデンサ２２の容
量値は第７図ａの場合と違つて自由に選ぶことが
できる。前述したように、このコンデンサ２２の
容量値を小さくすることによつて、回路の休止時
間にスタート抵抗９によつて、コンデンサ２２に
蓄積される電荷量が少なくなる。この電荷はＶ２
ラインの電圧がコントロール回路の動作開始電圧
以上になり回路の動作が開始した時に放電され
る。この放電時間は回路の動作時間となり、上記
コンデンサ２２の電荷量が少なければ回路の動作
停止電圧迄下がる時間が短くなり動作時間が短く
なる。従つてダイオード２１の追加によりコンデ
ンサ２２の容量値を小さくすることができ、間欠
動作時間を短くすることができるので、出力トラ
ンジスタの発熱は小さくなる。

発明の効果 このように、ドライブトランスを用いた逆極性
方式ドライブ回路を備えたスイツチング電源装置
において、起動時にコントロール回路の発振回路
が動作開始する前までの期間、同じく保護回路が
動作して、上記発振回路の動作が停止している期
間、上記ドライブ回路に流れる電流は０となり、
起動用抵抗に流れる不要な電流はなくなる。従つ
て上記起動用抵抗の定格電力は小さくでき小型化
できると同時に、定常動作状態においては、逆極
性ドライブ方式の利点、すなわちスイツチング出
力トランジスタのスイツチング特性を十分に引出
すことができ、スイツチング電源の高周波化及び
高効率化が図れ、装置の小型化が図れること、及
び負荷シヨート時のような、異常動作時にスイツ
チング出力トランジスタの異常発熱や破壊を防止
することが簡単なドライブ回路にて構成できる効
果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は順極性ドライブ方式の従来例のスイツ
チング電源回路の回路図、第２図は上記回路にお
ける動作波形図、第３図は逆極性ドライブ方式の
従来例のスイツチング電源回路の回路図、第４図
は上記回路における動作波形図、第５図はその順
極性ドライブ時の動作特性図、第６図はその逆極
性ドライブ時の動作特性図、第７図は本発明の一
実施例におけるスイツチング電源装置の回路図、
第８図は上記回路における動作特性図、第９図
ａ，ｂはその負荷シヨート時スタート回路等価回
路図である。 ４……スイツチング出力トランス、５……スイ
ツチング出力トランジスタ、６……抵抗およびコ
ンデンサ、７……ドライブトランス、９……スタ
ート用抵抗、１０……整流回路、１１……ドライ
ブトランジスタ、１２……コントロール回路、１
３……負荷抵抗、１４，１５……コンデンサ、１
８……リセツト回路、１９……出力電圧整流回
路、１６……ダイオード、２１……スイツチング
ダイオード、２２……コンデンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電源起動時は商用交流電源を整流して得た直
   流電源ラインに接続されたスタート用抵抗により
   発振回路やパルス幅制御回路等のスイツチング電
   源コントロール回路およびドライブトランスを用
   いた逆極性方式ドライブ回路の電源電圧をそれぞ
   れ供給して上記各回路を起動させ、 起動後はスイツチング出力トランスの巻線電圧
   を整流平滑して得られた電圧により上記スイツチ
   ング電源コントロール回路および上記逆極性方式
   ドライブ回路を動作させるスイツチング電源回路
   を設けるとともに、 上記スイツチング電源コントロール回路の出力
   段と上記逆極性方式ドライブ回路の入力段を第１
   のコンデンサにより結合させ、かつ上記スイツチ
   ング出力トランスの巻線電圧を整流平滑して得ら
   れた電圧をダイオードを通して上記コントロール
   回路および上記逆極性方式ドライブ回路の電源電
   圧としてそれぞれ供給し、さらにこの電源電圧ラ
   インとアース間に小容量の第２のコンデンサを接
   続したことを特徴とするスイツチング電源装置。