JPH0576174A - スイツチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＡＣ入力変動および負荷変動に対してレギュ
レーション範囲が比較的に変動しない。 【構成】 直流Ｖｄｃを交流Ｖａｃに変換するスイッチ
ング回路４の出力交流Ｖａｃが１次コイル１７に供給さ
れる可飽和リアクタトランス１６と、この可飽和リアク
タトランス１６の２次コイル１８側出力を整流する整流
回路２２と、整流出力＋Ｂが供給される負荷回路２４と
を有するスイッチング電源装置において、負荷電流Ｉｌ
（ＩL ）を検出する負荷電流検出回路３５設け、これに
よって検出された負荷電流Ｉｌに応じてスイッチング回
路４のスイッチング周波数を変化するようにしている。
このため、負荷電流Ｉｌが比較的に小さくなった場合、
スイッチング周波数が高くなり、レギュレーション範囲
が変動しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、テレビジョン
受像機用の電源に適用して好適な共振周波数制御方式を
採用したスイッチング電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からテレビジョン受像機等のＡＶ
（audio-visual）機器においては、機器の小形軽量化を
達成するための手段として効率の比較的高いスイッチン
グ電源装置が採用されている。

【０００３】図３に従来のスイッチング電源装置の例と
して共振周波数制御方式のスイッチング電源装置の構成
を示す。図３において、５０〜６０Ｈｚで１００ＶのＡ
Ｃ電源１から出力される交流電圧は、整流回路２によっ
て直流電圧Ｖｄｃにされ、この直流電圧Ｖｄｃは発振用
トランス６およびスイッチング用トランジスタ７，８を
有するスイッチング回路４によって交流電圧Ｖａｃに変
換される。なお、スイッチング回路４は自励発振回路で
ある。

【０００４】スイッチング回路４の出力交流電圧Ｖａｃ
は直列共振用コンデンサ１５を通じて可飽和リアクタト
ランス１６を構成する１次コイル１７に供給される。な
お、可飽和リアクタトランス１６は、１次コイル１７の
他、２次コイル１８、制御コイル１９およびコアを有し
ている。

【０００５】２次コイル１８の出力は、ダイオードブリ
ッジ回路２０と平滑コンデンサ２１から構成される整流
回路２２に供給される。整流回路２２の出力である＋Ｂ
電圧（以下、必要に応じて整流出力Ｂまたは電圧Ｂとい
う）は、出力端子２３を通じて負荷回路２４に供給され
る。

【０００６】また、電圧Ｂはシャントレギュレータ（図
示しない）等を有する制御回路２７に供給される。制御
回路２７の出力は、可飽和リアクタトランス１６の制御
コイル１９に供給される。

【０００７】このように構成されるスイッチング電源装
置は、電圧Ｂが制御回路２７によって、基準電圧と比較
され、その比較結果に応じた電流が制御コイル１９に供
給されることで、可飽和リアクタトランス１６の１次側
から２次側を見たインダクタンス値が変化されてコンデ
ンサ１５との直列共振周波数が可変される。このような
フィードバック制御により、電圧Ｂが基準電圧に対応し
た一定値に保持される。

【０００８】このように動作するスイッチング電源装置
は、入力直流電圧Ｖｄｃの所定範囲の変動、すなわち、
ＡＣ電源１の所定範囲の変動、例えば、ＡＣ８０Ｖから
ＡＣ１２０Ｖの範囲で正常に動作することが必要であ
る。また、負荷２４の変動に対しても正常に動作するこ
とが必要である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示す
従来の共振周波数制御方式を採用したスイッチング電源
装置において、いわゆる重負荷と軽負荷とでレギュレー
ション範囲が異なってしまうという特性、例えば、重負
荷ではＡＣ８０Ｖ〜ＡＣ１４０Ｖの範囲、軽負荷ではＡ
Ｃ６０Ｖ〜ＡＣ１２０Ｖの範囲になってしまう特性を有
する。このため、図３に示すスイッチング電源装置によ
れば、入力ＡＣ電源の変動および負荷変動に対して正常
に動作させようとした場合、すなわち広いレギュレーシ
ョン範囲を確保しようとした場合には、余裕を見て、予
めスイッチング用トランジスタ７，８に流れる電流を大
きくしておく必要がある。しかしながら、スイッチング
用トランジスタ７，８に流れる電流を大きくすると、ト
ランジスタ７，８の発熱が大きくなるという問題があ
る。また、発振用トランス６の巻線に流れる電流が大き
くなり、発振用トランス６の発熱も大きくなるという問
題が発生する。その上、発振用トランス６から発生する
漏洩磁束が大きくなり、不要輻射としての雑音が大きく
なりかつ、効率が低くなるという問題も発生する。

【００１０】そこで、これらの問題を未然に防ぐため、
従来は、定格電流容量の比較的大きいトランジスタの採
用およびその放熱用フィンの大形化、発振用トランス６
の巻線を太くすること、発振用トランス６にシールド効
果の高い磁気シールドケースを付けること等の対策を行
っていた。

【００１１】しかしながら、このような対策を行った場
合には、スイッチング回路４の構成が大形になり、結果
として装置の小形軽量化が充分に達成できず、また装置
コストが高くなるという問題があった。

【００１２】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、負荷変動等に対してレギュレーション範囲
が比較的に変動しないスイッチング電源装置を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明スイッチング電源
装置は、例えば、図１に示すように、供給される直流Ｖ
ｄｃを交流Ｖａｃに変換するスイッチング回路４と、こ
のスイッチング回路４の出力Ｖａｃが１次側１７に供給
される共振用トランス１６と、この共振用トランス１６
の２次側出力を整流する整流回路２２と、整流出力＋Ｂ
が供給される負荷回路２４とを有するスイッチング電源
装置において、負荷回路２４に流れる負荷電流Ｉｌ（Ｉ
L ）を検出する負荷電流検出回路３５と、この負荷電流
検出回路３５によって検出された負荷電流Ｉｌに応じて
スイッチング回路４のスイッチング周波数を変化する周
波数可変回路３９とを備えたものである。

【００１４】また、本発明スイッチング電源装置は、例
えば、図１に示すように、スイッチング回路４が直交型
可飽和リアクタ３を有し、その制御巻線５に供給される
電流により、スイッチング周波数が変化されるようにし
たものである。

【００１５】

【作用】本発明スイッチング電源装置によれば、負荷電
流検出回路３５を設け、この負荷電流検出回路３５によ
って検出された負荷電流Ｉｌに応じてスイッチング回路
４のスイッチング周波数を変化するようにしているの
で、負荷電流Ｉｌが比較的に小さくなった場合には、ス
イッチング周波数が高くなり、低負荷になった場合に
も、レギュレーション範囲が変動しない。また、本発明
スイッチング電源装置によれば、スイッチング回路４が
直交型可飽和リアクタ３を有し、その制御巻線５に供給
される電流により、スイッチング周波数が変化されるよ
うにしたので、周波数を変化することが容易である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明スイッチング電源装置の一実施
例について図面を参照して説明する。なお、以下に参照
する図面において、上述の図３に示したものと対応する
ものには同一の符号を付けてその詳細な説明は省略す
る。

【００１７】図１は、本発明スイッチング電源装置の一
実施例の構成を示している。図１において、５０〜６０
Ｈｚで１００ＶのＡＣ電源１から出力される交流電圧
は、整流回路２によって直流電圧Ｖｄｃにされ、この直
流電圧Ｖｄｃは直交型可飽和リアクタ３とスイッチング
用トランジスタ７，８等を有するスイッチング回路４に
よって交流電圧Ｖａｃに変換される。なお、スイッチン
グ回路４は自励発振回路であり、可飽和リアクタ３を構
成する制御コイル５に供給される電流Ｉｃに応じて自励
発振周波数（スイッチング周波数）が可変される。

【００１８】スイッチング回路４の出力交流電圧Ｖａｃ
は直列共振用コンデンサ１５を通じて可飽和リアクタト
ランス１６を構成する１次コイル１７に供給される。な
お、可飽和リアクタトランス１６は、１次コイル１７の
他、２次コイル１８、制御コイル１９およびコアを有し
ている。

【００１９】２次コイル１８の出力は、ダイオードブリ
ッジ回路２０と平滑コンデンサ２１からなる整流回路２
２に供給される。整流回路２２の出力である＋Ｂ電圧
（以下、電圧Ｂという）は、出力端子２３を通じて負荷
回路２４に供給される。負荷回路２４には、負荷電流Ｉ
L が流れる。

【００２０】また、電圧Ｂは分圧抵抗を通じてシャント
レギュレータ２６を有する制御回路２７に供給される。
制御回路２７の出力トランジスタ２８のコレクタ出力
は、可飽和リアクタトランス１６の制御コイル１９の一
端に供給される。制御コイル１９の他端には、直流電源
６３が接続されている。この直流電源６３は、ＡＣ電源
１に直接接続される図示しない電源トランス、整流回路
および３端子レギュレータ等を利用して形成される電源
である。

【００２１】ここで、制御回路２７は以下のように動作
する。入力直流電圧Ｖｄｃが変化するかまたは負荷回路
２４の負荷が変動して、例えば、入力直流電圧Ｖｄｃが
増加するかあるいは、負荷が軽くなって、電圧Ｂが高く
なった場合には、シャントレギュレータ２６のゲート電
圧が高くなり、カソード電圧が低くなる。したがって、
トランジスタ２８のベース電圧が低くなり、制御コイル
１９に流れる電流が小さくなる。これによって１次コイ
ル１７のインダクタンス値が大きくなり、１次コイル１
７に流れる電流が小さくなり、２次コイル１８に流れる
電流も小さくなる。このため、整流出力電圧Ｂが低くな
る。このようなフィードバック動作により出力電圧Ｂ
は、シャントレギュレータ２６を構成する基準電圧に対
応した一定電圧値に保持される。

【００２２】ダイオードブリッジ２０の共通アノード端
子は、負荷電流ＩL に対応した負荷電流Ｉｌの検出用の
抵抗器３１を通じて接地されるとともに、定電圧ダイオ
ード３２と抵抗器３３を通じて電圧Ｂに接続される。こ
こで、抵抗器３１，定電圧ダイオード３２および抵抗器
３３は、負荷電流Ｉｌを検出する負荷電流検出回路３５
を構成する。

【００２３】負荷電流検出回路３５の出力電圧（以下、
必要に応じて検出電圧という）Ｖｄは、エミッタが抵抗
器３６を通じて接地されたトランジスタ３７を通じて制
御電流Ｉｃに変換され、この制御電流Ｉｃが可飽和リア
クタ３の制御コイル５の一方の端子に供給される。制御
コイル５の他方の端子は電圧Ｂに接続されている。ここ
で、制御電流Ｉｃの増減に応じてスイッチング回路４の
自励発振周波数が変化するので、抵抗器３６，トランジ
スタ３７および制御コイル５は、周波数可変回路３９を
構成する。

【００２４】次に、負荷変動、すなわち負荷電流ＩL の
変動に伴うスイッチング回路４の周波数制御の動作につ
いて説明する。なお、負荷回路２４に流れる負荷電流Ｉ
L は抵抗器３１に流れる負荷電流Ｉｌに略等しい。負荷
回路２４に負荷電流ＩL が流れると、その負荷電流ＩL
は、接地４０および接地４１を通じて負荷電流Ｉｌとし
て抵抗器３１に流れるからである。

【００２５】負荷電流ＩL がゼロ値、便宜上０Ａ（アン
ペア）であるとすると、抵抗器３１の端子電圧ＶｘはＶ
ｘ＝０Ｖ（ボルト）になる。このとき、定電圧ダイオー
ド３２の端子間電圧をＶ32とし、トランジスタ３７のベ
ースエミッタ間電圧をＶBEとし、抵抗器３６の抵抗値を
Ｒ36Ω（オーム）とすると、可飽和リアクタ３を構成す
る制御巻線５に流れる制御電流Ｉｃは次の数１で表され
る電流になる。なお、このときの制御電流ＩｃをＩｃ＝
Ｉｃｈとする。

【００２６】

【数１】Ｉｃ＝Ｉｃｈ＝（Ｖ32−ＶBE）／Ｒ36

【００２７】このように負荷が軽くなって、制御電流Ｉ
ｃが増加するとスイッチング用トランジスタ７，８のベ
ース側に接続される被制御巻線（駆動巻線）のインダク
タンスが減少して、スイッチング回路４のスイッチング
周波数が高くなる。

【００２８】一方、負荷が重くなって、負荷電流ＩL が
流れると、抵抗器３１の端子電圧Ｖｘは低くなる。端子
電圧Ｖｘは、抵抗器３１の抵抗値をＲ31Ωとすると、端
子電圧ＶｘはＶｘ＝−Ｒ31×Ｉｌとなる。したがって、
制御コイル５に流れる電流ＩｃをＩｃｌとすると次の数
２によって表される電流になる。

【００２９】

【数２】 Ｉｃ＝Ｉｃｌ＝（Ｖ32−Ｒ31×Ｉｌ−ＶBE）／Ｒ36

【００３０】したがって、負荷が重くなって、制御電流
Ｉｃが減少するとスイッチング用トランジスタ７，８の
ベース側に接続される被制御巻線（駆動巻線）のインダ
クタンスが増加して、スイッチング回路４のスイッチン
グ周波数が低くなる。

【００３１】このように図１例によれば、負荷電流ＩL
が大きくなって、いわゆる重負荷となった場合には、ス
イッチング回路４のスイッチング周波数が低い値に抑制
されて、スイッチングによる損失、いわゆるスイッチン
グロスが軽減される。一方、軽負荷のレギュレーション
が厳しい直流電圧Ｖｄｃの高いときには、スイッチング
周波数を高くしてレギュレーションするように動作す
る。したがって、重負荷であるときでも、軽負荷である
ときでも、ＡＣ電源１の電圧変動によるレギュレーショ
ン範囲がほとんど変化しなくなる。

【００３２】図１例のように構成することによって、可
飽和リアクタ３からの漏洩磁束の量を抑制することがで
きる。また、スイッチング用トランジスタ７，８のスイ
ッチング電流を抑制することもできる。さらに、可飽和
リアクタ３の発熱を抑制することもできる。さらにま
た、スイッチングロスの増大を抑制することができる。
これらの効果により、スイッチング回路４の構成が小形
になり、結果として装置の小形軽量化が充分に達成で
き、また装置コストを低減することができるという効果
も得られる。

【００３３】図２は、本発明スイッチング電源装置の他
の実施例の構成を示している。なお、図２において、図
１に示したものと対応するものには同一の符号を付けそ
の詳細な説明を省略する。

【００３４】図２例においては、主電源部５１に対して
スタンバイ電源部５２が並列的に接続されている。すな
わち、スイッチング回路５の出力交流電圧Ｖａｃが共振
用コンデンサ５４を通じて共振用トランス５５の一次側
に供給され、共振用トランス５５の二次側出力がダイオ
ードブリッジ５６と平滑用コンデンサ５７に供給される
ことで、ダイオードブリッジ５６と平滑用コンデンサ５
７による構成される整流回路５８の出力側にスタンバイ
電源用の電圧Ｖ１が得られるようにされている。

【００３５】なお、スタンバイ電源とは、主電源部５１
の電源スイッチ（例えば、コンデンサ１５と直列に配さ
れる）を切断した後も、一部の回路に何らかの待機動作
をさせるために電源を供給し続ける電源である。例え
ば、テレビジョン受像機本体の主電源スイッチのオン・
オフをも操作するリモコン受信部と、タイマーによる予
約受信などが行われるＢＳチューナおよびＢＳコンバー
タとに供給される電源である。

【００３６】電圧Ｖ１は、基準電圧源としての定電圧ダ
イオード６０を有するスタンンバイ用制御回路６１によ
って安定化が図られている。

【００３７】電圧Ｖ１は、抵抗器６３，６４，６５によ
って分圧され、トランジスタ６６のベース端子に供給さ
れる。抵抗器６５の一端は、フィルタ用のコンデンサ６
７を通じて接地され、他端は、抵抗器３１およびダイオ
ードブリッジ２０の共通アノード端子に接続されてい
る。

【００３８】トランジスタ６６のエミッタ端子は、電圧
Ｖ１に接続されている抵抗器６８と一端が接地されてい
る定電圧ダイオード６０の接続点に接続されている。ま
た、トランジスタ６６のコレクタ端子は、一端が電圧Ｖ
１に接続される抵抗器７１の他端に接続されるととも
に、エミッタ端子が電圧Ｖ１に接続されているトランジ
スタ６９のベース端子に接続される。トランジスタ６９
のコレクタ端子は、一端が接地されている制御コイル５
の他端に接続されている。トランジスタ６９と制御巻線
５は、周波数可変回路７０を構成する。

【００３９】図２のように構成されるスイッチング電源
装置において、主電源部５１の負荷電流が０Ａのときに
は、抵抗器３１の端子電圧Ｖｘは、０Ｖになる。したが
って、負荷電流ＩL ＝０Ａのときに電圧Ｖ１をＶ１ｌと
すると、電圧Ｖ１ｌは、次の数３で表される電圧にな
る。

【００４０】

【数３】 Ｖ１ｌ＝（Ｖ60＋ＶBE66）・（Ｒ63＋Ｒ64＋Ｒ65）／（Ｒ64＋Ｒ65）

【００４１】なお、数３において、各記号の意味は、次
の通りである。 Ｖ60：定電圧ダイオード６０の端子間電圧 ＶBE66：トランジスタ６６のエミッタ・ベース間電圧 Ｒ63：抵抗器６３の抵抗値 Ｒ64：抵抗器６４の抵抗値 Ｒ65：抵抗器６５の抵抗値

【００４２】この状態において、入力直流電圧Ｖｄｃが
変動した場合には、制御回路６１を通じて可飽和リアク
タ３の制御コイル５にフィードバックがかかり、電圧Ｖ
１が電圧Ｖ１ｌとして安定化される。具体的に説明する
と、例えば、入力直流電圧Ｖｄｃが増加した場合には、
交流電圧Ｖａｃの振幅が増加して整流回路６１の整流電
圧Ｖ１が上がろうとする。これによって、トランジスタ
６６のべース電流が増加し、抵抗器７１の電圧降下が増
加し、トランジスタ６９のコレクタ電流、すなわち、制
御コイル５に供給される制御電流Ｉｃが増加する。その
結果、スイッチングトランジスタ７，８のベース側のイ
ンダクタンスが減少して、スイッチング周波数が高くな
る。この場合、スイッチング回路４の動作スイッチング
周波数範囲は、コンデンサ５４と共振用トランス５５に
よって決定されるインピーダンス曲線の右側（共振点よ
り周波数の高い側）で動作するようにしているので、ス
イッチング周波数が高くなると共振用トランス５５の２
次側に供給される電力が減少する。このため、整流回路
５８の出力電圧Ｖ１は一定値に保持されることになる。

【００４３】一方、主電源部５１の負荷回路２４に負荷
電流ＩL が流れると、抵抗器３１の端子電圧Ｖｘは低く
なる。この場合、端子電圧Ｖｘは、抵抗器３１の抵抗値
をＲ31Ωとすると、端子電圧ＶｘはＶｘ＝−Ｒ31×Ｉｌ
となる。この場合のスタンバイ電圧Ｖ１をＶ１ｈとする
と、その電圧Ｖ１ｈは、次の数４によって表される電圧
になる。

【００４４】

【数４】 Ｖ１ｈ＝（Ｖ60＋ＶBE66＋Ｒ31・Ｉｌ）・（Ｒ63＋Ｒ64＋Ｒ65）／（Ｒ64＋Ｒ65 ）

【００４５】この電圧Ｖ１ｈは、主電源部５１が比較的
に重負荷のときの電圧であって、比較的に軽負荷のとき
の電圧Ｖ１ｌに比較して高い電圧になることから、電圧
Ｖ１ｌ時におけるスイッチング回路４のスイッチング周
波数に比較して低いスイッチング周波数になる。

【００４６】したがって、図２例によれば、主電源部５
１の負荷電流が比較的に大きい値のときには、スイッチ
ング周波数が比較的に低くなって、スイッチング回路４
におけるスイッチング損失が減少する。また、主電源部
５１の負荷電流が比較的に小さい値のときには、スイッ
チング周波数が比較的に高くなって、入力直流電圧が高
くなった時のレギュレーションが改善される。

【００４７】なお、本発明は上述の実施例に限らず本発
明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採り得ること
はもちろんである。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明スイッチン
グ電源装置によれば、負荷電流検出回路を設け、この負
荷電流検出回路によって検出された負荷電流に応じてス
イッチング回路のスイッチング周波数を変化するように
しているので、負荷電流が比較的に小さくなった場合に
は、スイッチング周波数が高くなり、軽負荷になった場
合にも、レギュレーション範囲が変動しないという効果
が得られる。また、本発明スイッチング電源装置によれ
ば、スイッチング回路が直交型可飽和リアクタを有し、
その制御巻線に供給される電流により、スイッチング周
波数が変化されるようにしたので、周波数を変化するこ
とが容易であるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスイッチング電源装置の一実施例
の構成を示す回路図である。

【図２】本発明によるスイッチング電源装置の他の実施
例の構成を示す回路図である。

【図３】従来の技術によるスイッチング電源装置の構成
を示す回路図である。

【符号の説明】

４ スイッチング回路 １６ 可飽和リアクタトランス ２２ 整流回路 ２４ 負荷回路 ３５ 負荷電流検出回路 ３９ 周波数可変回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給される直流を交流に変換するスイッ
   チング回路と、 このスイッチング回路の出力が１次側に供給される共振
   用トランスと、 この共振用トランスの２次側出力を整流する整流回路
   と、 この整流回路の整流出力が供給される負荷回路とを有す
   るスイッチング電源装置において、 上記負荷回路に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出
   回路と、 この負荷電流検出回路によって検出された負荷電流に応
   じて上記スイッチング回路のスイッチング周波数を変化
   する周波数可変回路とを備えたことを特徴とするスイッ
   チング電源装置。
2. 【請求項２】 スイッチング回路が直交型可飽和リアク
   タを有し、その制御巻線に供給される電流により、スイ
   ッチング周波数が変化されるようにしたことを特徴とす
   る請求項１記載のスイッチング電源回路。