JPH04200273A - 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］ 本発明は、スイッチによって直流電圧をオン・オフして
制御された出力電圧を得るためのスイッチング電源装置
に関する。

［従来の技術］ 直流電源にトランスの１次巻線と電圧変換用トランジス
タとの直列回路を接続し、電圧変換用トランジスをオン
・オフすることによってトランスの２次側に制御された
出力電圧を得るように構成したスイッチングレギュレー
タは種々の分野で使用されている。

この種のスイッチングレギュレータを自励発振させるた
めにトランスの１次巻線に正帰還用の駆動巻線を電磁結
合させ、この駆動巻線の電圧で電圧変換用トランジスタ
を制御するように回路を構成すると、回路構成が簡略化
される。

自励方式のスイッチングレギュレータにおいて、駆動巻
線に並列に制御用トランジスタを接続し、この制御用ト
ランジスタを断続的にオン制御することによって電圧変
換用トランジスタをオフ制御する形式のスイッチングレ
ギュレータは、例えば特開昭６２−１６６７７７号公報
、特開昭６２−２７２８６７号公報、特開昭６１−６６
６８号公報等に開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、過負荷状態となって出力電圧が大幅に低下す
ると、オン時間幅が長くなる。一方、電圧変換用スイッ
チとしてのＦＥＴのオン時点を決めるコンデンサの電圧
は電圧変換用ＦＥＴのオン開始時点から徐々に高くなる
。この結果、出力電圧が低下した時にはオフ時間幅が短
くなり、トランスの蓄積エネルギーが放出される前に電
圧変換用ＦＥＴがターンオンすることがある。このよう
な状態が生じると、フの字形垂下特性で負荷電流を十分
に制限することができなくなる。

そこで本発明の目的は、垂下特性を改善することができ
るスイッチング電源装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、直流電源の一端と
他端との間に接続されたトランスの１次巻線と電圧変換
用電界効果トランジスタとの直列回路と、前記トランス
に接続された出力回路と、前記１次巻線に電磁結合され
且つ前記電圧変換用電界効果トランジスタのゲートとソ
ースとの間に接続された駆動巻線と、前記駆動巻線に直
列に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの充電回
路と、前記電圧変換用電界効果トランジスタをオフ制御
するために前記電圧変換用電界効果トランジスタのゲー
トとソースとの間に接続された制御素子と、前記制御素
子を断続的にオンするための制御回路とを備えたスイッ
チング電源装置において、前記電圧変換用電界効果トラ
ンジスタのオン・オフ動作を開始した後に前記充電回路
による前記コンデンサの充電を制限する回路が設けられ
ていることを特徴とするスイッチング電源装置に係わる
ものである。

［作用］ 本発明において、電圧変換用電界効果トランジスタのオ
ン・オフ動作が開始した後ではコンデンサの充電電流が
制限される。この結果、コンデンサの電圧のみて電界効
果トランジスタをオン制御することができなくなり、ト
ランスのリンギング（振動）電圧によってターンオンす
る。これにより、負荷短絡時にオフ期間が短くなること
が防止され、良好な垂下特性が得られる。

［実施例］ 次に、第１図及び第２図を参照して本発明の実施例に係
わる自励式スイッチング電源装置を説明する。

第１図において、整流器と平滑用コンデンサから成る直
流電源１の一端２と他端３との間にトランス４の１次巻
線５と電圧変換用スイッチとしての第１のＦＥＴ　（電
界効果トランジスタ）６との直列回路が接続されている
。即ち、第１のＦＥＴ６のドレイン（一端）が１次巻線
５を介して直流電源１の一端２に接続され、ソース（他
端）が直流電源ｌの他端３に接続されている。

出力回路を構成するためにトランス４の２次巻線７には
ダイオード８とコンデンサ９とから成る整流平滑回路１
０を介して出力端子１１．１２が接続されている。一対
の出力端子１１．１２はここに接続された負荷１３に直
流電圧を与える。

第１のＦＥＴ６を正帰還駆動するためにトランス４に設
けられた駆動巻線１４は１次及び２次巻線５．７にそれ
ぞれ電磁結合され、その一端が抵抗１５と第１のコンデ
ンサ１６とを介して第１のＦＥＴ６のゲート（制御端子
）に接続され、その他端が第１のＦＥＴ６のソースに接
続されている。

ゲート制御素子としての第２のＦＥＴ　（電界効果トラ
ンジスタ）１７のドレインは第１のＦＥＴ６のゲートに
接続され、そのソースは第１のＦＥＴ６のソースに接続
されている。

第１のコンデンサ１６を充電して第１のＦＥＴ６をオン
駆動するための起動回路即ち充電回路としての抵抗１８
が電源の一端２と第１のコンデンサ１６との間に接続さ
れている。なお、この起動抵抗１８に直列にダイオード
１９と抵抗２０とが直列に接続されている。

第２のＦＥＴ１７を周期性を有してオン制御するための
第２のコンデンサ２１は第２のＦＥＴｌ７のゲート（制
御端子）とソースとの間に接続されている。

第２のコンデンサ２１を周期性を有して充電するために
駆動巻線１４の一端がバイアス電源用コンデンサ２２と
逆流阻止用ダイオード２つと充電時定数制御用ホトトラ
ンジスタ２３と抵抗２→とヲ介して第２のコンデンサ２
１の一端に接続されている。なお、ホトトランジスタ２
３と抵抗２４とに並列に抵抗２５が接続され、また第２
のコンデンサ２１に並列に抵抗２６が接続されている。

バイアス電源用コンデンサ２２を充電するために駆動巻
線１４の上端がバイアス電源用コンデンサ２２の一端に
接続され、駆動巻線１４の下端がダイオード２６を介し
てバイアス電源用コンデンサ２２の他端に接続されてい
る。また、第２のコンデンサ２１の放電回路を形成する
ために、この一端が抵抗２８と逆流阻止用ダイオード２
９を介してバイアス電源用コンデンサ２２の他端に接続
されている。

負荷１３の短絡等で出力電圧が低下した時に、第１のＦ
　ＥＴ６が必要以上にオン状態を維持することを阻止す
るために、第１のコンデンサ１６の左端は抵抗２０と逆
流阻止用ダイオード２９を介して第１のＦＥＴ６のドレ
インに接続されている。

起動抵抗１８を介して第１のコンデンサ１６を充電して
この電圧で第１のＦＥＴ６をオン駆動する動作を起動後
に停止させるために、バイパス回路３０が設けられてい
る。このバイパス回路３０は第１及び第２の逆流阻止用
ダイオード１９．３１と、バイパス用コンデンサ３２と
、トランジスタ３３と、抵抗３４とから成る。バイパス
用コンデンサ３２は起動抵抗１８の下端と電源の他端３
との間に逆流阻止用ダイオード３１を介して接続されて
いる。トランジスタ３３はコンデンサ３２に並列に接続
され、且つそのベースは抵抗３４を介して駆動巻線１４
の上端に接続されている。

出力電圧を一定に制御するために、一対の出力端子１１
．１２間に電圧検出用分圧抵抗３５．３６が接続され、
且つ発光ダイオード３７と抵抗３８とトランジスタ３９
とシェナーダイオード４０との直列回路が接続されてい
る。トランジスタ３９のベースは抵抗３５．３６の分圧
点に接続され、エミッタはツェナーダイオド４０に接続
され、コレクタは抵抗３８と発光ダイオード３７とを介
して出力端子１１に接続されている。従って、トランジ
スタ３つは差動増幅器として機能し、ツェナーダイオー
ド４０て与えられる基準電圧（定電圧）と検出電圧との
差に対応する電流が発光ダイオード３７に流れ、発光ダ
イオード３７に光結合されたホトトランジスタ２３かこ
れに応答する。

［動作］ 電源１による電力供給を開始すると、起動抵抗１８、ダ
イオード１９、抵抗２０、第１のコンデンサ１６、抵抗
１５、駆動巻線１４から成る回路で第１のコンデンサ１
６の充電が開始し、同時に第１のＦＥＴ６のゲート・ソ
ース間の浮遊容量の充電も開始する。第１のコンデンサ
１６の電圧か第１のＦＥＴ６のスレッシュホールド電圧
以上になると、第１のＦＥＴ６はオン状態に転換し、第
１のＦＥＴ６のゲート・ソース間電圧が低下するので、
電源１の電圧のほぼ全部が１次巻線５に加わり、駆動巻
線１４に正帰還電圧が発生し、第１のＦ　ＥＴ６のオン
が維持される。このオン期間には、駆動巻線１４とバイ
アス電源用コンデンサ２２とダイオード２９とホトトラ
ンジスタ２３と抵抗２４と第２のコンデンサ２１との閉
回路が形成され、第２のコンデンサ２１の充電が行われ
、この電圧Ｖｃ２が第２図（Ｅ）に示すように徐々に高
くなる。第２のコンデンサ２１の電圧か第２のＦＥＴ１
７のスレッシュホールド電圧に達すると、第２のＦＥＴ
１７がオンになり、第１のＦ’Ｅ　Ｔ　６のゲート・ソ
ース間が短絡されるために、第１のＦＥＴ６がオフに転
換する。

なお、第１のＦＥＴ６のオン期間には、駆動巻線１４の
上方向の正帰還電圧でトランジスタ３３がオン制御され
、バイアス用コンデンサ３２の電荷がトランジスタ３３
を介して放出される。

この実施例のスイッチング電源装置では、第１のＦ　Ｅ
Ｔ６のオン期間にトランス４に蓄積されたエネルギーが
第１のＦＥＴ６のオフ期間にダイオード８を介してコン
デンサ９及び負荷１３に放出される。

第１のＦＥＴ６のオフ期間には駆動巻線１４に第２図（
Ｄ）に示すように下向きの電圧が発生するので、ダイオ
ード２６を介してノ、＜イアスミ源用コンデンサ２２が
第１図に示す極性に充電される。

また、第２のコンデンサ２１の電荷が抵抗２６を介して
放出されると共に抵抗２８とダイオード２９とコンデン
サ２２と駆動巻線１４とから成る回路によっても放出さ
れる。

トランス４の蓄積エネルギーの放出か終了すると、リン
ギング（振動）が生じ、駆動巻線１４に上向きの高い電
圧が発生し、これにより第１のＦＥＴ６がオン制御され
る。なお、第１のコンデンサ１６に対して実質的に並列
にバイパス用コンデンサ３２が接続され、且つこのバイ
パス用コンデンサ３２の電荷は第１のＦＥＴ６のオン期
間にトランジスタ３３で放出されているので、第１のＦ
ＥＴ６のオフ期間における第１のコンデンサ１６の充電
速度は極めて遅く、トランス４の蓄積エネルギー放出終
了時点において第１のコンデンサ１６の電圧のみで第１
のＦＥＴ６をオン駆動することは不可能である。

起動後における第１のＦＥＴ６のオン駆動は、第２図（
Ｄ）に示す駆動巻線１４の正帰還電圧Ｖ３に基づいて得
られる第２図（Ａ）に示すゲート電圧によって行われる
。ドレイン電流は第２図（Ｂ）に示すようにトランス４
のインダクタンスのために傾斜を有して増大する。

起動後においては、バイアス電源用コンデンサ２２に第
１図の極性の電圧が充電されているので、駆動巻線１４
の電圧とバイアス電源用コンデンサ２２の電圧との和が
ホトトランジスタ２３と抵抗２４とを介して第２のコン
デンサ２１に加わり、第２のコンデンサ２１の電圧を十
分に高い電圧に充電する。この結果、第２のＦＥＴ１７
は確実にオンになる。

ところで、起動時又は負荷１３の短絡時において第２の
ＦＥＴ１７を所望通りにオンにすることが不可能なこと
がある。この場合は、第１のＦＥＴ６が所望通りにオフ
にならない。もし、本実施例のダイオード４１が設けら
れていないと、第１のＦ　ＥＴ６か所望時間以上オンを
継続し、これが破壊するおそれがある。しかし、第１図
では第１のコンデンサ１６の電荷が抵抗２０とダイオー
ド４１と第１のＦＥＴ６のドレイン・ソース間と駆動巻
線１４と抵抗１５とから成る回路で放電し、第１のＦＥ
Ｔ６のゲート電圧がスレッシュホールド電圧以下になり
、第１のＦＥＴ６がオフに転換する。

第１図の回路において、出力電圧の制御は出力電圧の検
出に基づいてホトトランジスタ２３の導通状態を制御す
ることによって行われている。出力電圧が所定値よりも
高くなった時にはホトトランジスタ２３の抵抗が小さく
なり、第２のコンデンサ２１の電圧が第２図（Ｅ）で点
線で示すように速く立上るので、第１のＦＥＴ６のオン
時間幅が狭くなる。出力電圧が低下した時には上記と逆
の動作になる。

［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、例え
ば次の変形が可能なものである。

（１）　オン・オフ式の自励のスイッチングレギュレー
タやインバータ等にも本発明を適用することができる。

（２）　バイアス電源用コンデンサ２２を駆動巻線１４
で充電する代りに、トランス４に充電用巻線を設け、こ
の充電用巻線の電圧をダイオードで整流してバイアス電
源用コンデンサ２２を充電することができる。

（３）　抵抗２４．２５を省くことができる。

（４）　第１のＦＥＴ６のソースと電源１の他端３との
間に電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗の電圧と
第２のコンデンサ２１の電圧との和で第２のＦＥＴ１７
を制御するように構成することができる。

（５）　ダイオード４１及び／又はバイパス回路３０を
省いた回路構成にすることができる。

（６）　第１のコンデンサ１６を省いた回路構成のスイ
ッチングレギュレータにも本発明を適用することができ
る。

（７）　第１のコンデンサ１６の充電時定数を制御して
第１のＦＥＴ６のオフ時間幅を変えるように構成するこ
とができる。この場合にはホトトランジスタ２３を省き
、第２のコンデンサ２１を一定の時定数で充電する。

［発明の効果コ 上述から明らかなように本発明によれば、負荷短絡時に
所定通の開帳を得ることができ、良好な垂下特性を有す
るスイッチング電源装置を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に関わるスイッチング電源装置
を示す回路図、 第２図は第１図の各部の波形図である。 １・・・直流電源、４・・・トランス、５・・・１次巻
線、６・・・第１のＦＥＴ、７・・・２次巻線、１０・
・・整流平滑回路、１３・・・負荷、１４・・・駆動巻
線、１６・・・第１のコンデンサ、１７・・・第２のＦ
ＥＴ、１８・・・起動抵抗、２１・・・第２のコンデン
サ、２２・・・バイアス電源用コンデンサ、４１・・・
逆流阻止用ダイオード、３０・・・バイパス回路。 代　　理　　人　　　高　　野　　則　　次ｈ　　ｔ２
　　ｔ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］直流電源の一端と他端との間に接続されたトラン
   スの１次巻線と電圧変換用電界効果トランジスタとの直
   列回路と、 前記トランスに接続された出力回路と、 前記１次巻線に電磁結合され且つ前記電圧変換用電界効
   果トランジスタのゲートとソースとの間に接続された駆
   動巻線と、 前記駆動巻線に直列に接続されたコンデンサと、前記コ
   ンデンサの充電回路と、 前記電圧変換用電界効果トランジスタをオフ制御するた
   めに前記電圧変換用電界効果トランジスタのゲートとソ
   ースとの間に接続された制御素子と、 前記制御素子を断続的にオンするための制御回路と を備えたスイッチング電源装置において、 前記電圧変換用電界効果トランジスタのオン・オフ動作
   を開始した後に前記充電回路による前記コンデンサの充
   電を制限する回路が設けられていることを特徴とするス
   イッチング電源装置。 ［２］前記充電回路は、前記直流電源の一端と前記コン
   デンサとの間に接続された抵抗であり、前記充電を制限
   する回路は、前記抵抗と前記コンデンサとの間に接続さ
   れた第１の逆流阻止ダイオードと、前記抵抗と前記第１
   の逆流阻止ダイオードとの接続点と前記直流電源の他端
   との間に第２の逆流阻止ダイオードを介して接続された
   バイパス用コンデンサと、前記バイパス用コンデンサに
   並列に接続され、且つスイッチをオン駆動する向きの前
   記駆動巻線の電圧によってオン駆動されるように前記駆
   動巻線に接続された制御素子とから成る回路であること
   を特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。