JPH0479764A - スイッチング電源 - 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、商用電源周波数より、はるかに高速に、一次
巻線電流をスイッチング動作によって変化させ、二次出
力を得るスイッチング電源に関するものである。

（従来の技術） 上述の如く、高速に一次巻線電流をＯＮ・ＯＦＦさせる
事で二次出力得るスイッチング電源は、変圧器と整流回
路から成る直流電源に比較して、小型・軽量で出力も大
きくと１しることによって多くの民生機器に使用さ＋ｔ
ている。以下第３図を参照しながら従来のスイッチング
電源に対して説明を行う。１は商用電源へのフ不りター
、１８は電源用フィルター、２は整流ブリッジ、１７は
整流コンデンサー、３はスイッチ／クトラ／スＴの一次
巻線、ｎｌは同一次巻線３の巻線数、４は自励発振用の
補助巻線、５は二次巻線、ｎ２は同二次巻線の巻線数で
ある。６と７は二次側の整流ダイオード、８はリプル除
去フィルターコイル、９は整流コンデンサー　１０は二
次フィルターのりアクタ−１１は二次フィルターのコン
デンサーである。

１９は補助巻線４とＬＣ発振を行うコンデンサーで、１
２はスイッチング動作を行うトランジスターである。

１３はスイッチングトランジスタ１２のＯＮ・ＯＦＦ動
作？速める為の抵抗である。

１４は二次出力電圧を一定；こ保つ為のフィードバック
回路である。ツェナーダイオ−１゛１５の基準電圧を超
えるに従ってフォトカプラー１６によりスイッチングト
ランジスタ１２０ベース電流が奪われる事となり、スイ
ッチングトランスＴの一次電流が減小する。この事によ
り二次側出力電圧は一定に保たれる。

以上の様に構成された従来のスイッチング電源回路につ
いて、以下の動作について説明する。商用電源は端子１
に印加される。その後フィルタ１８を通って、整流ブリ
ッジ２と整流コンデンサー１７で整流・平滑される。

補助巻線４とコンデンサー１９の存在によってスイッチ
ングトランジスタ１２０ベースにはＬＣ発振の電流が流
れ、これに応じて、スイッチングトランジスタ１２が０
Ｎ−ＯＦＦを繰り返して一次巻線３にパルス状の電流が
流れる。これによって二次巻線５にもパルス状の電圧が
発生し、そ＋１をダイオード６．７て整流して、コイル
８とコ／デ／す９から成る一次フイルターと、フィル１
０、コンデンサー１１から成る二次フィルターとでその
出力電圧よりリプルを除去する。

更に出力電圧を一定ならしめる為に、出力電圧がツェナ
ーダイオード１５の導通電圧を超えた分だけ、スイッチ
ングトランジスタ１２のペース電流が減ぜられて、一次
巻線３の電流が減り、二次出力域とつながる様にしてい
る。

この帰還によって、二次出力はツェナーダイオード１５
の導通電圧に応じた電圧に安定できるのである。

従って、商用電源からの印加電圧が変化しても効率良く
一定の出力電圧を保てるのである。

（発明が解決しようとする課題） 一次電圧が変化しても、二次出力が一定であるこのスイ
ッチング電源は、この特性を利用して万国共通として８
０Ｖ〜２５０Ｖまての広範囲の商用電源に対応するもの
が作られている。しかし、これは二次側出力電力が二ｙ
カド電池の充電、ひげそり用モータ駆動など微小なもの
が大半てあって、犬を力を扱うものはなかった。その理
由として、スイッチングトランジスタ１２に流れるスパ
イク電流が一次電圧が大ぎくなる程、大となる。

それに伴って、スイッチングトランジスタ１２のＯＮ・
ＯＦＦの過度期のスイッチング損失は、一次電圧の二乗
の形で増加する。従って比較的大きな電力を扱うスイッ
チング電圧は、過大入力電圧に対しては非常に大きなス
イッチング損失がスイッチングトランジスタ１２に生じ
るのである。

またかかる場合、スパイク電流も大きくなる為にスイッ
チングトランスＴも磁気飽和を起こし、これが更にスパ
イク電流を増大ならしめる原因となっている。

かかる理由から８０Ｖ〜２５０ｖという広範囲な一次電
圧に対して、数十ワット以上という電力を二次側に得る
スイッチング電源はほとんどなく、仮に作るとしてもス
イッチングトランスＴ及びスイッチングトランジスタ１
２に過剰な品質が求められてコスト高になる上に、電力
の変換効率も広範囲な入力電圧に応じて良好な値を保つ
ことはできないのである。

以上の理由から、微小電力以上は９０〜１１０Ｖ用、１
９０〜２２０Ｖ用と、スイッチングトランスＴ、スイッ
チングトランジスタ１２を始めとしてスイッチング電源
の回路を変えているのが現状である。

本発明は広範囲な一次電圧に対して、同一のスイッチン
グ電源で数十ワット以上の電力を効率を犠牲にせずに変
換ならしめる事を可能とするものである。

（課題を解決するための手段） この課題を達成する為に、本発明のスイツチングミ源回
路は、従来のスイノ羊／グ回路に、第１図の如く一次交
流電圧の大小を量子的に判別する一次電圧監視手段２０
と、同手段の判断に応じてスイッチ７グトランスＴの巻
線比Ｎ　＝　ｎ　２／　ｎ　＋ヲー次電圧が大のときに
小さくなるように変更する巻線比変更手段２１とを付加
する構成とした。

（作用） この構成によって、支流入力電圧が１００Ｖ近辺の時に
、一次入力電圧の大小を判別する一次電圧監視手段２０
は小電圧とみなして、スイッチングトランスＴの巻線比
Ｎ＝ｎ２／ｎ、を変更する巻線比変更手段２１が巻線比
を大きくする方向に作動し、一次巻線３の巻線数は巻線
比変更手段２１によって減少しく巻数が少ないタップが
選択され）、小電圧でも十分な一次パルス電流が流れて
、二次側に規定の出力を無理なく出せるものとした。こ
の為に効率が犠牲にはならない。

逆に入力電圧が交流２２０ｖの時は、一次電圧監視手段
２０は大電圧の入力として、スイッチ７グトランスＴの
巻線比Ｎを変更する巻線比変更手段２１は、一次の巻線
は全体を使うことになり、巻線比Ｎ＝ｎ、、／ｎ、を小
さくする。

これにより、一次値はりアクタンス成分が増えル為に、
スイッチ７グトラ／ジスタ１２に酌俊ナバルス電流が流
れることが抑止されて、スイッチ７グトランジスタ１２
のスイッチング損失か激増することはない。この為に効
率も悪化しない。

よって本作用により、入力電圧が小さい時は一次巻線３
の巻数を減少させて（巻線比Ｎを高くし）、二次の出力
電圧が十分保てるようにする。

入力電圧が大でスイッチフグトランジスタ１２の損失が
増大する様な時は、一次巻線３を全部使用する様にして
、巻線比Ｎを小さくする。これによってトランジスタ１
２に流れる電流が少なくなるとも二次側に十分な出力電
圧が得られる様にして、スイッチ／グミ流を減小させて
、Ｉう／ラスタ１２の損失を抑えることて９０〜２５０
Ｖという広範囲な一次電圧に対応可能ならしめるもので
ある。

（実施例） 第２図は実施例の回路図である。これは従来のスイッチ
／グミ源である第３図の回路に一次電圧監視手段、と巻
線比変更手段を組み込んだ回路ブロック３３を付加した
ものである。回路ブロック３３は、抵抗２３、リプル除
去コ／デンサ−２２、ツェナーダイオード２４、トラン
ジスタ２５、抵抗２９，３０，３１、トランジスタ２６
、ダイオードアレイ２７、抵抗３１，３２、そしてフォ
トトライアック２８で構成されており、これは前述の一
次電圧の大小を量子的に判断する一次電圧監視手段と、
スイッチングトランス３０巻線化Ｎを変更する巻線比変
更手段を成している。以下、その動作の説明を行う。

入力された一次交流電圧はブリッジ２で全波整流された
後に、平滑コンデンサ−１７に印す１］さｂるが、商用
電源周波数のりプル成分がある為に、抵抗２３とコンデ
ンサー２２て、トラ／；スタ２５と抵抗３１の電１ヶを
リプルの影響を受けない様にしている。ツェナーダイオ
ード２４は本実施例では１５０Ｖのものを使用しており
、コンデンサー２２の電位がこれを越えると、ツェナー
ダイオード２４は本格的に導通してトランジスタ２５を
ＯＮとする。トランジスタ２５がＯＮとなり、抵抗２９
とトランジスタ２６のベースに電流を流すことになり、
トランジスタ２６も付随してＯＮになる。これによって
ダイオードアレイ２７０両端とフォトトライアック２８
の一次側発光ダイオードと抵抗３２の両端の電圧がトラ
ンジスタ２６のエミッタコレクタ間飽和電圧まて下降ス
るので、フォトトライアック２８０発光ダイオードは発
光することができない。よってフォトトライアック２８
はＯＦＦてとなり、スイノチノグトラ／スＴの一次巻線
３は全体を使用することシこなる。

以上のことより、交流入力電圧が１５０Ｖを越える場合
はスイッチングトランスＴの一次巻線３は全て有効とな
り、スイッチングトランジスタ１２に流れるスパイク電
流は抑えられる為に、１５０Ｖ以上の一次入力電圧があ
っても、スイッチングトランジスタ１２は損失が少なく
効率も悪化しない。

次に一次交流入力電圧が１５０Ｖ以下の場合は、ツェナ
ーダイオード２４にはごくわずかの漏れ電流しか流れな
いので、トランジスタ２５のペース・エミッタ間電圧は
０．６Ｖ以上にならずＯＦＦとなる。漏れ電流は抵抗３
１を通過することになる。トランジスタ２６もトランジ
スタ２５がＯＦＦの為にＯＦＦとなり、ダイオードアレ
イ２７０両端はトランジスタ２６によって電位を下げら
れることはない。従って抵抗３１から流れてくる電流は
ダイオード７レイ２７とフすトライアック２８の一次発
光…りを流れる事になり、フォトトライアック２８は導
通する。この場合一次入力電圧が変動してコツプ／す１
７の両端の電位が変わってもダイオードアレイ２７の両
端の電位はほぼ一定となる為、フォトトライアック２８
の一次発光電流はほぼ一定となる。これによって、トラ
イアック２８は一次入力電圧が変動しても安定した発光
電流が得られる。

このように、−法文流入力電圧が１５０Ｖに達しない場
合はフォトトライアック２８が導通してスイッチングト
ランスＴの一次巻線３を一部短絡することになり、一次
巻線３０巻数ｎ、は減小することになる。これにより、
二次側には十分な電圧が発生できる様になる。

以上本実施例は、入力電圧に応じてフォトトライアック
２８によってスイッチングトランスＴの巻数比Ｎを変更
し、広範囲な入力電圧に対して良好な効率をもって、中
電力を供給しているのである。

（発明の効果） 以上の様に本発明によれば、一次入力電圧に応じて、ス
イッチングトランスの巻数比を変更させることで、スイ
ッチングトランジスタを適切な・くルス電流で動作させ
破壊から防止し、発熱を抑えると共に、スイッチングト
ランスの過電流による磁気飽和などによる発熱も抑止し
、良好な効率で広範囲の一次入力電圧でも数十ワット以
上という電力を二次側に得るスイッチング電源を提供て
きるようにした。この効果は大いなるものがある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を示すブロック図、第２図は実施例のス
イッチング電源の回路図、第３図は従来のスイッチング
電源の回路図である。 商用電源へのコネクター 整流ブリッジ スイッチングトランスの一次巻線 自励発振用補助巻線 スイッチングトランスの二次巻線 ７ｍ＝次側の整流ダイオ−ト リブリ除去フィルターコイル 整流コンデンサー 二次フィルターのりアクタ− 二次フィルターのりアクタ− スイッチングトランジスタ 抵抗 電圧安定の為のフィードバック回路 ７エナーダイオード フォトカプラ 一次側整流平滑用コンデンサー 電源用フィルター 自励発振用コンデンサー 一次電圧監視手段 巻線比変更手段 一次電圧リプル除去用コンデンサー 一次電圧リプル除去用抵抗 ツェナーダイオード トランジスター トランジスター ダイオードアレイ フォトトライアック ３０．３１．３２：抵抗 付加回路 スイッチングトランス 特　　許 出　　願　　人 松下電器産業株式会社 代　　理 人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）一次電圧の大小を量子的に判断する一次電圧監視手
   段と、前記一次電圧監視手段の一次電圧の大小の判断に
   基づいて一次電圧が大のときスイッチングトランスの巻
   線比を自動的に小さくするように変更する巻線比変更手
   段とを備えたことを特徴とするスイッチング電源。