JPH06292360A - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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JPH06292360A
JPH06292360A JP9881693A JP9881693A JPH06292360A JP H06292360 A JPH06292360 A JP H06292360A JP 9881693 A JP9881693 A JP 9881693A JP 9881693 A JP9881693 A JP 9881693A JP H06292360 A JPH06292360 A JP H06292360A
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transistor
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capacitor
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Meishiyun Ri
明濬 李
Mitsuo Ueki
充夫 植木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スイッチング電源装置のトランジスタのター
ンオン時のスイッチング損失を低減させる。 【構成】 出力トランスの1次巻線6に直列にトランジ
スタ7を接続する。PWMパルスをトランジスタのベー
スに直接に供給しないで、これを立上りの近傍において
緩やかな傾斜を有する台形波状に変換して供給する。こ
れにより、トランジスタ7のターンオン時におけるコレ
クタ電流が抑制されて電力損失が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はパルスに基づいてトラン
ジスタをオン・オフ制御するスイッチング電源装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】出力電圧を一定化するためにPWM(パ
ルス幅変調)パルスを形成し、このPWMパルスによっ
て出力トランスに直列に接続されたトランジスタをオン
・オフすることにより直流を断続して電圧調整を行うス
イッチング電源装置は広く使用されている。図5は従来
のスイッチング電源装置における各部の状態を原理的に
示す。図5(A)に示すような方形波パルス(PWMパ
ルス)を駆動回路を通してトランジスタのベースに加え
ると、図5(B)に示すように方形波パルスに対応して
ほぼ一定のベース電流IB が流れる。一方、トランジス
タのコレクタ電流IC は出力トランスのインダクタンス
のために図5(C)に示すように傾斜して増大する。し
かし、トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧の立上
りを緩やかにしてスイッチング損失、スイッチングノイ
ズを低減するためにトランジスタに並列されたコンデン
サ又は出力トランスの1次巻線に並列に接続されるダイ
オードとコンデンサから成るスナバー回路においてノイ
ズ対策の目的でダイオードに並列に接続されたコンデン
サを有する場合には、これ等の放電によって一瞬大きな
電流が流れる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この立上り
時に流れる電流は、図5(C)に示すようにトランジス
タのコレクタ・エミッタ間電圧VCEがゼロになる前に流
れるので、電力損失となる。
【0004】そこで、本発明の目的は電力損失の低減を
達成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。
【0005】
【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次巻線とトランジスタとの直列回路と、前
記トランスの2次巻線と、前記2次巻線に接続された整
流平滑回路と、前記トランジスタをオン・オフ制御する
ための方形波パルスを発生するパルス発生回路と、前記
パルス発生回路と前記トランジスタのベースとの間に接
続され、前記方形波パルスの立上り近傍において緩やか
な傾斜を有するほぼ台形波のベース電流を前記トランジ
スタに供給する駆動回路とから成るスイッチング電源装
置に係わるものである。
【0006】
【発明の作用及び効果】本発明においては、ベース電流
が傾斜を有して立上るので、オン開始時のコレクタ電流
が抑制され、電力損失が小さくなる。また、ベース電流
が立上った後にはほぼ一定値になるので、コレクタ電流
が過大になることが制限される。
【0007】
【実施例】次に、図1〜図4を参照して本発明の実施例
に係わる他励式スイッチング電源装置を説明する。
【0008】図1において、交流電源端子1に接続され
た整流平滑回路から成る直流電源2の出力端子即ち直流
電源端子3とグランド端子4との間には、トランス5の
1次巻線6とトランジスタ7との直列回路が接続されて
いる。インダクタンスを有する1次巻線6に対して並列
にダイオード8とコンデンサ9とから成るスナバー回路
が接続され、コンデンサ9には抵抗10が並列接続さ
れ、ダイオード8にはノイズ吸収用コンデンサ11が並
列接続されている。また、トランジスタ7には並列に部
分共振用コンデンサ12が接続されている。
【0009】トランス5の2次巻線13には、ダイオー
ド14とコンデンサ15とから成る出力整流平滑回路1
6及び出力端子17を介して負荷18が接続されてい
る。ダイオード14はトランジスタ7のオフ期間にオン
になる方向性を有する。
【0010】トランジスタ7の制御及び駆動回路19
は、電源端子20と、グランド(共通)端子21と、出
力端子22とを有する。グランド端子21は直流電源2
のグランド端子4に接続され、出力端子22はトランジ
スタ7のベースに接続されている。制御及び駆動回路1
9はフォトトランジスタ23を含み、負荷18に一定電
圧を供給するようにトランジスタ7を制御する。
【0011】制御及び駆動回路19の電源回路24とし
て、トランス5の3次巻線25と、ダイオード26と、
平滑用コンデンサ27と、起動抵抗28とが設けられて
いる。このスイッチング電源装置は、トランジスタ7が
オフの期間に出力整流ダイオード14がオンになるオン
・オフ型(リバース型)であるので、トランジスタ7の
オフ期間に3次巻線25にほぼ一定の電圧が得られる。
平滑用コンデンサ27はダイオード26を介して3次巻
線25に並列接続され、この上端は電源端子20に接続
されている。従って、コンデンサ27は制御及び駆動回
路19の電源として機能する。抵抗28は電源2の端子
3とコンデンサ27との間に接続され、起動抵抗として
機能する。
【0012】負荷18の電圧を検出してフォトトランジ
スタ23を制御するために、出力端子17とグランドと
の間に分圧用抵抗29、30が接続され、この分圧点が
誤差増幅器31の一方の入力端子に接続されている。誤
差増幅器31はこの他方の入力端子に接続された基準電
圧源32の基準電圧と検出電圧との差に対応する電圧を
出力し、発光ダイオード33を駆動する。発光ダイオー
ド33はフォトトランジスタに光結合されている。
【0013】図1の制御及び駆動回路19は、図2に示
すようにPWMパルス発生回路34と駆動回路35とか
ら成る。PWMパルス発生回路34は、大別して電圧比
較器36と、オフ幅制御回路37と、オン幅制御回路3
8と、基準電圧源39とを有し、PWMパルスを駆動回
路35の入力端子40に送る。各部を更に詳しく説明す
ると、オフ幅制御回路37は、コンデンサC1 と、第
1、第2及び第3の抵抗R1 、R2 、R3 と、トランジ
スタQ11と、2つのダイオードD1 、D2 とから成る。
コンデンサC1 は電源端子20とグランドとの間にトラ
ンジスタQ11とダイオードD1 とを介して接続されてい
る。第1の抵抗R1 は放電回路を形成するためにコンデ
ンサC1 に並列に接続されている。コンデンサC1 の上
端は、比較器36の負入力端子に接続されている。トラ
ンジスタQ11のベースは抵抗R3 を介して基準電圧源3
9に接続されていると共に、抵抗R2 とダイオードD2
とから成るコンデンサC1 の充電停止制御回路を介して
比較器36の出力端子に接続されている。比較器36の
正入力端子は抵抗R3 を介して基準電圧源39に接続さ
れていると共に、抵抗R2 とダイオードD2 を介して比
較器36の出力端子にも接続されている。
【0014】オン幅制御回路38は、コンデンサC2
と、トランジスタQ12と、トランジスタQ13と、NOT
回路(インバータ)41と、充電制御素子としてのフォ
トトランジスタ23とから成る。
【0015】コンデンサC2 の上端はフォトトランジス
タ23を介して電源端子20に接続され、下端はグラン
ドに接続されている。このコンデンサC2 の電圧VC2を
比較器36に関係付けるために、比較器36の正入力端
子とグランドとの間にトランジスタQ12が接続され、こ
のトランジスタQ12のベースがコンデンサC2 の上端に
接続されている。また、コンデンサC2 の放電を比較器
36の出力に関係付けるために、コンデンサC2 に対し
て並列に放電制御素子としてトランジスタQ13が接続さ
れ、比較器36の出力端子がNOT回路41を介してト
ランジスタQ13のベースに接続されている。
【0016】PWMパルス発生回路34の出力パルスに
基づいてトランジスタ7を駆動するための駆動回路35
は、PWMパルス入力端子40の他に、出力端子22及
び電源端子42とグランド端子43を有する。図2の駆
動回路35は図3に詳しく示すように、第1、第2、第
3及び第4のトランジスタQ1 、Q2 、Q3 、Q4 と、
定電流化回路44と、ダイオード45と、第1のコンデ
ンサCa と、第2のコンデンサCb と、ダイオード46
と、抵抗47とから成る。第1のトランジスタQ1 はダ
ーリントントランジスタであって2つのトランジスタQ
1a、Q1bから成り、このコレクタは電源端子42に接続
され、このエミッタは抵抗47とダイオード46を介し
て出力端子17に接続されている。なお、ダイオード4
6には第2のコンデンサCb が並列接続されている。第
1のトランジスタQ1 のベースは定電流化回路44を介
して電源端子42に接続されている。第2のトランジス
タQ2 のベースはPWMパルス入力端子40に接続さ
れ、このコレクタは第1のトランジスタQ1 のベースに
接続され、このエミッタはグランド端子43に接続され
ている。第3のトランジスタQ3 はトランジスタ7を逆
バイアスするものであって、このコレクタが逆バイアス
用コンデンサCb に接続され、このエミッタがグランド
端子43に接続され、このベースがPWMパルス入力端
子40に接続されている。第1のトランジスタQ1 のベ
ースとグランド端子43との間には3個のダイオード4
5を介して第1のコンデンサCaが接続されている。第
4のトランジスタQ4 は第1のコンデンサCa に並列に
接続され、このベースはPWMパルス入力端子40に接
続されている。
【0017】次に、図4の波形図を参照して図1〜図3
のスイッチング電源装置の動作を説明する。図2のPW
Mパルス発生回路34は図4(A)に示す方形波を発生
する。この方形波は主スイッチングトランジスタ7のオ
ン期間に対応して低レベル、オフ期間に対応して高レベ
ルである。第2、第3及び第4のトランジスタQ2 、Q
3 、Q4 は図4(C)(D)(E)に示すように図4
(A)のPWMパルスの低レベル期間にオフ、高レベル
期間にオンになる。一方、第1のトランジスタQ1 は図
4(B)に示すようにPWMパルスの低レベル期間にオ
ンになり、主スイッチングトランジスタ7にベース電流
を供給する。このベース電流IB は第1のコンデンサC
a を設けたために全期間に一定値とならず、図4(G)
に示すようにオン期間Tonの初期T1 に傾斜を有する。
即ち、主スイッチングトランジスタ7のオフ期間Toff
において第4のトランジスタQ4 がオンになり、第1の
コンデンサCa は放電する。次のオン期間Tonでは第4
のトランジスタQ4 がオフになるので第1のコンデンサ
Ca の充電が可能になり、第1のコンデンサCa は定電
流化回路44を通して供給される電流によって充電され
る。定電流化回路44から供給される電流Iは、ダイオ
ード45を通して第1のコンデンサCa に流れる。第1
のコンデンサCaは、定電流化回路44から第1のコン
デンサCaに供給される電流と第1のコンデンサCaの
値により決まる傾斜を持って充電されるので、図3のV
aの電圧は図4の(F)に示すようになる。Vaの電圧
が立上ると、Vaの電圧から第1のトランジスタQ1 の
ベ−ス・エミッタ間の電圧とダイオ−ド46の順方向電
圧降下分(VF )と主スイッチングトランジスタ7のベ
−ス・エミッタ間の電圧を引き、その値を抵抗47で割
った値の電流が主スイッチングトランジスタのベ−ス電
流IB として図4の(G)に示すように流れる。第1の
コンデンサCaの値が大きくなるに従ってベ−ス電流I
B の初期T1 の傾斜が緩くかる。第1のコンデンサCa
の電圧が飽和すると、図4(G)に示すように期間T2
にはベ−ス電流IB がほぼ一定になる。主スイッチング
トランジスタ7のベース電流IB が図4(G)に示すよ
うに傾斜を有して立上ると、このコレクタ電流IC もベ
ース電流IB に応じて制限される。このため、図に示す
コンデンサ11及び12の放電電流も制限され、オン期
間Tonの初めに流れるヒゲ状の電流も小さくなる。従っ
て、図4(H)に示すコレクタ電流IC とコレクタ・エ
ミッタ間電圧VCEとの積による電力損失が小さくなる。
また、ベース電流IB は図4(G)に示すように台形波
状であって一定値よりも増大しないので、コレクタ電流
IC が過大になることを防ぐことができる。
【0018】第3のトランジスタQ3 はオフ期間Toff
に第2のコンデンサCb の電圧でトランジスタ7を逆バ
イアスするために機能する。
【0019】図3の回路によれば第1のコンデンサCa
と第4のトランジスタQ4 とダイオード45とから成る
簡単な回路の追加によってベース電流IB に傾斜を持た
せることができ、ターンオン時のスイッチング損失を容
易に低減することができる。
【0020】
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) PWMパルス発生回路34は、図2に限定され
るものでなく、例えば電流検出を伴なってパルス幅を変
えるように構成することもできる。 (2) オン・オン形式に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わるスイッチング電源装置
を示す回路図である。
【図2】図1の制御及び駆動回路を詳しく示す回路図で
ある。
【図3】図2の駆動回路を更に詳しく示す回路図であ
る。
【図4】図3の各部の状態を示す波形図である。
【図5】従来のスイッチング電源装置の各部の状態を示
す波形図である。
【符号の説明】
7 トランジスタ Ca コンデンサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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次巻線とトランジスタとの直列回路と、 前記トランスの2次巻線と、 前記2次巻線に接続された整流平滑回路と、 前記トランジスタをオン・オフ制御するための方形波パ
    ルスを発生するパルス発生回路と、 前記パルス発生回路と前記トランジスタのベースとの間
    に接続され、前記方形波パルスの立上り近傍において緩
    やかな傾斜を有するほぼ台形波のベース電流を前記トラ
    ンジスタに供給する駆動回路とから成るスイッチング電
    源装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6545513B2 (en) 2001-05-17 2003-04-08 Denso Corporation Electric load drive apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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