JPH06245498A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷電流検出に伴う電力損失を最小限に抑制
して効率向上を図った電源装置を提供することを目的と
する。 【構成】 トランスＴの二次巻線から負荷電流を取り出
す電源装置であって、トランスＴに負荷電流を供給する
ための負荷巻線ＮT1とは別に無負荷巻線ＮT2が設けら
れ、この無負荷巻線ＮT2の端子電圧と負荷巻線ＮT1によ
り得られる出力電圧を比較して、その差電圧から前記負
荷電流に比例した出力を出す負荷電流値検出回路１０が
設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電流制限型の電源装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＲＣＣ回路等のスイッチング電源は一般
に、トランス二次側出力電圧を一次側にフィードバック
して安定化電源回路が構成されている。また通常、負荷
に直列に電流検出用抵抗が挿入され、これにより負荷電
流検出を行って、負荷電流（出力電流）を一定値に制限
する制御がなされるように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、負荷に直列に
電流検出用抵抗が挿入されると、この抵抗での電力損失
が電源の効率低下の原因になる。特にこれは、低電圧，
大電流出力回路では無視できない問題になる。例えば、
出力電圧，出力電流がそれぞれ５Ｖ，５Ａであって、電
流検出用抵抗が０．１Ωとすると、この電流検出用抵抗
での電力損失は出力回路全体の１０％にも達するからで
ある。この発明は上記の点に鑑みなされたもので、負荷
電流検出に伴う電力損失を最小限に抑制して効率向上を
図った電源装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、第１に、ト
ランスの二次巻線から負荷電流を取り出す電源装置にお
いて、トランスに負荷電流を供給するための負荷巻線と
は別に設けられた無負荷巻線と、この無負荷巻線の端子
電圧と前記負荷巻線により得られる出力電圧を比較して
その差電圧から前記負荷電流に比例した出力を出す負荷
電流値検出手段とを有することを特徴としている。

【０００５】この発明は、第２に、交流電圧を整流ダイ
オードを通して負荷電流を取り出す電源装置において、
前記整流ダイオードに並列に設けられた検波手段と、こ
の検波手段の出力電圧を分圧する分圧手段と、この分圧
手段の出力により前記整流ダイオードの電圧−電流特性
が直線性を示す負荷電流の範囲で活性領域にバイアスさ
れて導通度が制御される負荷電流制御用トランジスタと
を有することを特徴としている。

【０００６】

【作用】第１の発明においては、トランス二次側に負荷
巻線とは別にこれと比例する出力が得られる無負荷巻線
が設けられ、この無負荷巻線電圧と負荷巻線により得ら
れる出力電圧の差を検出することにより実質的に負荷電
流検出を行っている。これは換言すれば、負荷巻線経路
の素子固有の内部抵抗を電流検出用抵抗として用いて負
荷電流検出を行うものということができる。第２の発明
においては、負荷電流を取り出す整流ダイオードに並列
に検波手段が設けられ、その検波出力電圧を利用して、
整流ダイオードの電圧−電流特性の直線性領域で活性領
域にバイアスされるトランジスタが設けられ、このトラ
ンジスタの導通度によって電流制御が行われる。これは
換言すれば、整流ダイオードの線形抵抗分を電流検出用
抵抗として用いて負荷電流検出を行うものということが
できる。いずれの方式も、従来のように負荷に対して直
列に電流検出用の専用抵抗を挿入することなく事実上負
荷電流検出を行うことができ、これにより定電流制御等
を行う場合、負荷電流検出に伴う電力損失が最小限に低
減でき、特に低電圧，大電流出力の電源装置の効率改善
が図られる。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の実施例
を説明する。図１は、この発明の一実施例に係るスイッ
チング電源回路のトランス二次側の基本構成である。ト
ランスＴの二次巻線は負荷電流を供給するための負荷巻
線ＮＮT1と別に無負荷巻線ＮT2が設けられている。負荷
巻線ＮT1のエネルギーは、ダイオードＤ11、チョークＬ
11、平滑コンデンサＣ11，Ｃ12からなる整流平滑回路を
介して負荷ＺL に供給される。出力電圧安定化のための
帰還制御回路として、出力電圧Ｅo と基準電圧Ｖref を
比較して、その比較結果に応じて一次側に帰還をかける
演算増幅回路ＯＰ1 が構成されている。負荷巻線ＮT1側
には、図示のように、負荷巻線ＮT1の抵抗ｒc 、ダイオ
ードＤ11の抵抗ｒd 、チョークＬ11の抵抗ｒl が入る。

【０００８】無負荷巻線ＮT2側には、その端子電圧を検
波するために、ダイオードＤ12とコンデンサＣ13が設け
られている。そして無負荷巻線ＮT2の端子電圧と、負荷
巻線ＮT1側の出力端子電圧と差をとって実質的に負荷電
流検出を行うために、負荷電流値検出回路１０が構成さ
れている。この負荷電流値検出回路１０は、演算増幅回
路ＯＰ2 とその反転入力端子に負荷巻線側出力端子電圧
と無負荷巻線ＮT2側の端子電圧をそれぞれ供給する入力
抵抗ｒ、演算増幅回路ＯＰ2 の出力端子と反転入力端子
の間に接続されたα・ｒなる帰還抵抗により構成されて
いる。

【０００９】この様な構成として、出力電圧の変動が生
じると演算増幅回路ＯＰ1 がこれを検出して、トランス
Ｔの一次側に帰還し一次側スイッチング回路の制御がな
される。この出力電圧安定化の動作は従来と変わらな
い。

【００１０】一方負荷電流値検出回路１０の出力には、
負荷電流に対応した信号電圧Ｅx が得られる。この負荷
電流検出の動作を簡単に説明する。いま、負荷巻線ＮT1
と無負荷巻線ＮT2 の巻数比が１とする、無負荷状態を
考えると負荷巻線ＮT1側の端子電圧と無負荷巻線ＮT2
側の端子電圧とは等しく、この時演算増幅器ＯＰ2 の入
力電圧は零である。負荷に電流が供給されると、負荷巻
線ＮT1側の各素子の内部抵抗ｒc ，ｒd ，ｒl による電
圧降下が生じる。この電圧降下に応じて演算増幅回路Ｏ
Ｐ2 の入力信号電圧が変化し、従って出力電圧Ｅx が変
化する。

【００１１】以上の負荷電流検出の動作を式を用いて説
明すれば、次の通りである。負荷巻線ＮT1および無負荷
巻線ＮT2の端子電圧は等しく、Ｅt であるとする。負荷
巻線ＮT1側の出力電圧をＥo 、負荷電流をｉL とする
と、次式が得られる。 Ｅo ＝Ｅt −ｉL （ｒc ＋ｒd ＋ｒl ） 一方、負荷電流検出回路１０では、負荷巻線ＮT1 側の
出力端子電圧Ｅo と無負荷巻線ＮT2の端子電圧Ｅt の差
により、次式で表される出力電圧Ｅx が得られる。 Ｅx ＝（Ｅt −Ｅo ）・α これに上のＥO の式を代入して変形すると、 Ｅx ＝ｉL ・（ｒc ＋ｒd ＋ｒl ）・α となる。 α＝１／（ｒc ＋ｒd ＋ｒl ） とすれば、 Ｅx ＝ｉL となる。

【００１２】以上のように、負荷電流値検出回路１０の
出力信号電圧Ｅx は、負荷電流ｉLに比例した値にな
る。つまり、トランス，ダイオード，チョーク等の部品
が決まれば、従来のように格別負荷電流検出用抵抗を負
荷に直列に挿入することなく、正確に負荷電流の検出を
行うことができる。そしてこの負荷電流検出を利用すれ
ば、帰還利得の調整により、電流リミッタの動作を実現
することができる。

【００１３】図２は、具体化した実施例のスイッチング
電源回路である。トランスＴの一次巻線Ｎ1 の一端が直
流電圧源Ｅi の正側端子１に接続され、他端がメインス
イッチ素子であるＮＰＮ形の第１のトランジスタＱ1 と
電流検出用抵抗Ｒ1 を介して直流電圧源Ｅi の負側端子
２に接続されている。トランスＴの補助巻線Ｎ2 は、第
１のトランジスタＱ1 を所定周波数でオン，オフ制御す
るための駆動源である。補助巻線Ｎ2 には並列にダイオ
ードＤ1 とコンデンサＣ1 が設けられ、補助巻線Ｎ2 の
一端とトランジスタＱ1 のベースとの間には電流制限用
抵抗Ｒ3 が設けられている。直流電圧源Ｅi の正側端子
１とトランジスタＱ1 のベースとの間には、トランジス
タＱ1 を起動するための起動用抵抗Ｒ4 が設けられてい
る。

【００１４】第１のトランジスタＱ1 のベースにコレク
タが接続され、エミッタが直流電圧源Ｅi の負側端子２
に接続されたＮＰＮ形の第２のトランジスタＱ2 は、抵
抗Ｒ1 によりベースが駆動されて、トランジスタＱ1 を
オフ駆動するためのもので、抵抗Ｒ1 の端子とこのトラ
ンジスタＱ2 のベースとの間にはバイアス用抵抗Ｒ2が
挿入されている。

【００１５】トランスＴの二次側は、負荷電流を供給す
るための巻線（負荷巻線）Ｎ3 と、負荷に繋がらない巻
線（無負荷巻線）Ｎ4 を有する。負荷巻線Ｎ3 のエネル
ギーは、ダイオードＤ2 ，チョークＬ，コンデンサＣ2
，Ｃ3 からなる整流平滑回路３を介して負荷ＺL に供
給される。無負荷巻線Ｎ4 には、その巻線電圧を検出す
るために、ダイオードＤ3 とコンデンサＣ4 からなる検
波回路４が設けられている。ここで、負荷巻線Ｎ3 と無
負荷巻線Ｎ4 の巻数比（＝Ｎ3 ／Ｎ4 ）は、負荷巻線Ｎ
3 、チョークＬ、および整流用ダイオードＤ2 の抵抗を
考慮して、適当な値に設定される。

【００１６】二次側出力端子５，６の間には、出力電圧
安定化のための帰還回路を構成するフォトカプラーＰＣ
の発光側であるフォトダイオードＰＤ、保護用抵抗Ｒ7
、ＮＰＮ型の第３のトランジスタＱ3 、およびツェナ
ーダイオードＺＤが直列に接続されている。フォトカプ
ラーＰＣの受光側であるフォトトランジスタＰＴは、ト
ランス一次側の第２のトランジスタＱ2 のベースとコン
デンサＣ3 の端子間に挿入されている。出力端子５，６
間にはまた、トランジスタＱ5 のベースバイアスを決定
する抵抗Ｒ8 ，Ｒ9 の直列回路が設けられている。この
帰還回路は、出力電圧Ｅo をツェナーダイオードＺＤで
決まる基準電圧と比較して、一次側の第２のトランジス
タＱ2 を制御し、もって第１のトランジスタＱ1 のオン
時間を制御するためのものである。

【００１７】負荷ＺL に繋がる出力端子５と無負荷巻線
Ｎ4 側の検波回路４の出力端子の間には抵抗Ｒ4 ，Ｒ5
が直列接続されている。これらの抵抗Ｒ4 ，Ｒ5 の接続
ノードが、負荷巻線側出力端子電圧と無負荷巻線側端子
電圧の差をとる負荷電流値検出端子になっている。この
接続ノードによりベース駆動されるＮＰＮ型の第４のト
ランジスタＱ4 は、エミッタが負側出力端子に接続さ
れ、コレクタが負荷抵抗Ｒ6 を介して正側出力端子５に
接続されている。更にこのトランジスタＱ4 のコレクタ
によりベースが駆動されるＮＰＮ型の第５のトランジス
タＱ5 が電圧制御用のトランジスタＱ3 に並列に接続さ
れて、これが電流制限のためのトランジスタとして用い
られている。

【００１８】以上のように構成されたスイッチング電源
において、出力電圧安定化の動作は、従来と同様に行わ
れる。即ち出力電圧があるレベルを越えるとトランジス
タＱ3 がオンして、フォトダイオードＰＤがオン、これ
によりトランス一次側のトランジスタＱ2 がオン駆動さ
れる。負荷電流ＩL があるレベル以下にある場合、トラ
ンジスタＱ4 はオン状態に保たれるように、回路定数が
設定されている。即ち、負荷巻線Ｎ3 ，ダイオードＤ2
，チョークＬの各抵抗成分を考慮して、負荷巻線Ｎ3
と無負荷巻線Ｎ4 の巻数比および抵抗Ｒ4 ，Ｒ5 の値
が、トランジスタＱ4 をオン状態にバイアスするように
設定されている。この時、トランジスタＱ5 はオフ状態
に保たれる。

【００１９】負荷電流が増大すると、出力端子５の電圧
低下が抵抗Ｒ4 を介してトランジスタＱ4 のベースに伝
達され、トランジスタＱ4 はオン抵抗が増大する方向に
導通度が制御される。そして負荷電流値があるレベルに
達すると、トランジスタＱ5がオンし、電圧制御用のト
ランジスタＱ3 とツェナーダイオードＺＤの部分を短絡
する。これにより、フォトダイオードＰＤがオンして、
電流リミッタ動作が行われる。以上により、出力電圧Ｅ
o と負荷電流ｉL とは、総合特性として、図３に示すよ
うな定電圧領域と定電流領域を持つ特性となる。

【００２０】図４は、無負荷巻線を用いることなく実質
的に負荷電流の検出と制御を行うようにした実施例のス
イッチング電源回路である。図でトランスは二次側のみ
を示している。一次側は例えば、図２の実施例と同様と
する。二次側の整流平滑回３は整流ダイオードＤ2 とコ
ンデンサＣ2 のみにより構成されている。またこの実施
例では、電圧安定化回路はトランジスタを用いず、出力
端子５，６間にツェナーダイオードＺＤ、保護用抵抗Ｒ
7 およびフォトダイオードＰＤを直列接続して構成され
ている。フォトダイオードＰＤに結合するフォトトラン
ジスタが一次側に設けられることは、先の実施例と同じ
である。

【００２１】整流ダイオードＤ2 の両端には、ダイオー
ドＤ21とコンデンサＣ21からなる検波回路７が設けられ
ている。この検波回路７の出力端子にはその検波出力電
圧を分圧する分圧回路として、抵抗Ｒ11，Ｒ12が直列接
続されている。この分圧出力よりベースが制御されるＰ
ＮＰ型のトランジスタＱ6 は負荷電流に応じて導通度が
制御される負荷電流制御用のトランジスタであって、こ
れが検波回路７の出力端子と、ツェナーダイオードＺＤ
と保護抵抗Ｒ7 との接続ノードとの間に設けられてい
る。

【００２２】この実施例では、整流ダイオードＤ21があ
る電流レベル以上で電圧−電流特性が直線性を示す領域
（線形抵抗特性領域）を持つことに着目し、その検波出
力により負荷電流に比例した電圧が得られることを利用
している。即ち負荷電流が増大すると、先の実施例で説
明したように各素子固有の内部抵抗による電圧降下で負
荷ＺL に繋がる出力端子５が電位低下する。検波回路７
には、ダイオードＤ21の線形抵抗特性領域で負荷電流に
比例した電圧が得られる。分圧回路を構成する抵抗Ｒ1
1，Ｒ12の比をある値に設定しておけば、一定の負荷電
流値まではトランジスタＱ6 がオフの状態を保持でき
る。この状態で出力電圧がある値以上に上昇すると、ツ
ェナーダイオードＺＤがオンしてフォトダイオードＰＤ
が点灯する。これにより先の実施例と同様に一次側のス
イッチング回路が制御されて、定電圧制御がなされる。
負荷電流値が定められた値を越えると、抵抗Ｒ11の両端
電圧によりトランジスタＱ6 がオンになってフォトダイ
オードＰＤが点灯する。これにより、トランス一次側の
スイッチング制御がなされ、定電流制御動作が行われ
る。

【００２３】図５は、図２の実施例を変形した実施例で
ある。電流リミッタを構成するためにトランスＴに無負
荷巻線Ｎ4 が設けられ、無負荷巻線Ｎ4 と負荷巻線Ｎ3
を含む二次巻線全体に対して、ダイオードＤ31とコンデ
ンサＣ31からなる検波回路８が設けられている。この検
波回路８の出力端子と負荷ＺL に繋がる出力端子５の間
に、無負荷巻線Ｎ4 の端子電圧と負荷巻線Ｎ3 に繋がる
出力端子５の間の差電圧を分圧する分圧回路として、抵
抗Ｒ11，Ｒ12が直列接続されている。この分圧出力より
ベースが制御されるＰＮＰ型のトランジスタＱ6 は負荷
電流に応じて導通度が制御されるトランジスタであっ
て、これが検波回路８の出力端子と、ツェナーダイオー
ドＺＤと保護抵抗Ｒ7 との接続ノードとの間に設けられ
ている。

【００２４】この実施例の場合、検波回路８は、図４の
実施例のようにダイオードの線形抵抗特性を利用して負
荷電流検出を行っている訳ではなく、電流制御用のトラ
ンジスタＱ6 の直流電源を得るために設けられている。
負荷電流検出は、図２の実施例と同様にダイオードＤ2
，チョークＬ等の内部抵抗による電圧降下により行わ
れている。即ち負荷電流が増大して出力端子５が電位低
下すると、抵抗Ｒ11，Ｒ12による分圧されて得られるト
ランジスタＱ6 のベースバイアスが増大し、ある負荷電
流レベルを越えるとこのトランジスタＱ6 が活性領域に
順バイアスされて、導通度制御がなされる。これによ
り、先の各実施例と同様に、定電流制御動作がなされ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
負荷に対して直列に電流検出用の専用抵抗を挿入するこ
となく事実上負荷電流検出を行うことができ、これによ
り定電流制御等を行う場合、負荷電流検出に伴う電力損
失が最小限に低減でき、特に低電圧，大電流出力の電源
装置の効率改善が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例に係る電源回路を示す図
である。

【図２】 具体的な実施例の電源回路を示す図である。

【図３】 同実施例の電源回路の特性を示す図である。

【図４】 他の実施例の電源回路を示す図である。

【図５】 他の実施例の電源回路を示す図である。

【符号の説明】 Ｔ…トランス、ＮT1…負荷巻線、ＮT2…無負荷巻線、Ｄ
11…整流ダイオード、Ｌ11…チョーク、Ｃ11，Ｃ12…コ
ンデンサ、１０…負荷電流値検出回路、Ｎ3 …負荷巻
線、Ｎ4 …無負荷巻線、Ｄ2 …整流ダイオード、Ｌ…チ
ョーク、Ｃ2 ，Ｃ3 …コンデンサ、ＺL …負荷、１，２
…入力端子、３…整流平滑回路、４，７，８…検波回
路、５，６…出力端子、Ｑ3 …電圧制御用トランジス
タ、Ｑ4 ，Ｑ5 …電流制御用トランジスタ、Ｑ3 、ＺＤ
…ツェナーダイオード。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスの二次巻線から負荷電流を取り
   出す電源装置において、 前記トランスに負荷電流を供給するための負荷巻線とは
   別に設けられた無負荷巻線と、 前記無負荷巻線の端子電圧と前記負荷巻線により得られ
   る出力電圧を比較してその差電圧から前記負荷電流に比
   例した出力を出す負荷電流値検出手段と、 を有することを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 交流電圧を整流ダイオードを通して負荷
   電流を取り出す電源装置において、 前記整流ダイオードに並列に設けられた検波手段と、 この検波手段の出力電圧を分圧する分圧手段と、 この分圧手段の出力により前記整流ダイオードの電圧−
   電流特性が直線性を示す負荷電流の範囲で活性領域にバ
   イアスされて導通度が制御される負荷電流制御用トラン
   ジスタと、 を有することを特徴とする電源装置。