JPH06311746A

JPH06311746A - スイッチング電源回路

Info

Publication number: JPH06311746A
Application number: JP11767993A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Nakamura; 正一中村; Yasuharu Yamazaki; 康晴山崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-04-21
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】一次側のコンデンサの容量を小さくしても発熱
の問題が生じることがなく、小型、軽量化を図れるよう
にする。【構成】スイッチングトランジスタとして、スイッチン
グ特性の優れたＦＥＴ１６を用いている。そして、ＦＥ
Ｔ１６のバイアスをツェナーダイオード１４で形成する
ようにしている。このため、一次側のコンデンサ１２の
容量が小さく、一次側の電圧が大きく変動するような場
合でも、効率が悪化せず、発熱の問題が生じない。した
がって、機器の小型、軽量化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特に、二次電池の充
電回路に用いて好適なスイッチング電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】カメラ一体型のＶＴＲ等の電子機器に
は、ニッケル・カドミューム電池やニッケル・水素電池
のような二次電池が装着される。このような二次電池を
充電する充電器は、スイッチング電源回路から構成され
ている。このように充電器を構成するスイッチング電源
回路は、従来、図４に示すように、スイッチングトラン
ジスタとしてバイポーラトランジスタを用いた構成とさ
れている。

【０００３】図４は、従来のＲＣＣ型（リンギング・チ
ョーク・コイル型）のスイッチング電源回路の要部の構
成を示すものである。図４において、ＡＣプラグ１０１
は、商用電源に繋がれる。ＡＣプラグ１０１の一端は、
ブリッジ整流器を構成するダイオード１０２及び１０４
との接続点に接続される。ＡＣプラグ１０１の他端は、
ブリッジ整流器を構成するダイオード１０３及び１０５
の接続点に接続される。ダイオード１０２と１０３との
接続点が電源ライン１０６に接続される。ダイオード１
０４と１０５の接続点が電源ライン１０７に接続され
る。電源ライン１０６の端がコイル１０９の一端１０９
Ａに接続される。コイル１０９の他端１０９Ｂがトラン
ジスタ１１６のコレクタに接続される。

【０００４】電源ライン１０６と電源ライン１０７との
間に、コンデンサ１１２が接続される。コンデンサ１１
２の容量は、例えば４７μＦである。電源ライン１０６
に抵抗１１９及びコンデンサ１２０の一端が接続され
る。抵抗１１９及びコンデンサ１２０の他端がダイオー
ド１２１の一端に接続される。ダイオード１２１の他端
がコイル１０９の他端１０９Ｂに接続されると共に、ト
ランジスタ１１６のコレクタに接続される。

【０００５】トランジスタ１１６のエミッタが抵抗１２
２を介して電源ライン１０７に接続されると共に、ツェ
ナーダイオード１２３の一端に接続される。ツェナーダ
イオード１２３の他端がトランジスタ１２４のベースに
接続されると共に、抵抗１２５を介して電源ライン１０
７に接続される。トランジスタ１２４のコレクタがトラ
ンジスタ１１６のベースに接続される。トランジスタ１
２４のエミッタが電源ライン１０７に接続される。

【０００６】トランジスタ１１６のベースがフォトカッ
プラ１３１の出力端子１３２Ｃに接続される。フォトカ
ップラ１３１の出力端子１３２Ｄが電源ライン１０７に
接続される。

【０００７】電源ライン１０６とトランジスタ１１６の
ベースとの間に、抵抗１１３が接続される。トランジス
タ１１６のベースがコンデンサ１１７と抵抗１１８との
直列回路を介して、コイル１１０の他端１１０Ａに接続
される。

【０００８】トランス１０８のコイル１１１の一端１１
１Ａがダイオード１２６の一端に接続される。ダイオー
ド１２６から、電源ライン１２７が導出される。トラン
ス１１１の他端１１１Ｂから、電源ライン１２８が導出
される。電源ライン１２７と電源ライン１２８との間
に、コンデンサ１２９が接続される。

【０００９】ＡＣプラグ１０１に商用電源が与えられる
と、この商用電源は、ダイオード１０２〜１０５からな
るブリッジ整流回路で整流される。そして、抵抗１１３
からのバイアス電流により、コンデンサ１１７に充電電
流が流れ、トランジスタ１１６のベース電圧が上昇す
る。トランジスタ１１６のベース電圧が上昇すると、ト
ランジスタ１１６がオンする。

【００１０】トランジスタ１１６がオンすると、コイル
１０９、トランジスタ１１６を介して電流が流れる。こ
の電流は徐々に増大し、この電流により、コイル１０９
に電磁エネルギーが蓄積される。

【００１１】この電流は、抵抗１２２により検出され
る。電流が増大すると、抵抗１２２の両端電圧が上昇し
ていく。抵抗１２２の端子電圧がツェナーダイオード１
２３のツェナー電圧にトランジスタ１２４のベース・エ
ミッタ間電圧を加えた電圧を越える時点で、トランジス
タ１２４がオンする。

【００１２】トランジスタ１２４がオンすると、トラン
ジスタ１１６のベース電圧が下がり、トランジスタ１１
６がオフする。

【００１３】また、図示せずも、トランス１０８の二次
側出力の電流及び電圧を検出する回路が設けられてい
る。その二次側出力の電流及び電圧を検出する回路の出
力がフォトカップラ１３１の入力端子１３２Ａ及び１３
２Ｂに供給される。トランス１０８の二次側出力の電流
及び電圧が所定値を越えると、フォトカップラ１３１の
出力により、トランジスタ１１６がオフされる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のスイ
ッチング電源回路は、出力のリップル成分を少なくする
ために、電源ライン１０６と１０７との間のコンデンサ
１１２として、例えば４７μＦの大容量のものを用いて
いる。ところが、コンデンサ１１２として大容量のもの
を用いると、機器が大型化するという問題が生じる。例
えば、衣服のポケットに収まるような携帯型の充電器を
実現する場合、コンデンサ１１２として小容量のものを
使用し、小型化を図ることが要望される。

【００１５】そこで、コンデンサ１１２の容量を小さく
（例えば０．１μＦ）することが考えられる。ところ
が、コンデンサ１１２の容量を小さくすると、電源ライ
ン１０６と１０７との間の電圧が大きく変化する。バイ
ポーラトランジスタのスイッチングトランジスタ１１６
はスイッチング効率が悪い。更に、スイッチングトラン
ジスタとしてバイポーラトランジスタ１１６を用いた場
合には、トランジスタをオンさせるために十分なバイア
ス電流を流す必要がある。電源ライン１０６と１０７と
の間の電圧が大きく変化すると、トランジスタ１１６に
十分なバイアス電流を流すことができなくなり、効率が
悪化する。このため、トランジスタ１１６が発熱すると
いう問題が生じる。また、バイアス用の抵抗１１３に電
流が流れるため、抵抗１１３の発熱が大きく、抵抗１１
３が焼け切れる可能性が高くなる。このため、スイッチ
ングトランジスタとしてバイポーラトランジスタ１１６
を用いた従来のスイッチング電源回路では、電源ライン
１０６と１０７との間のコンデンサ１１２の容量を小さ
くして、小型化を図ることは困難である。

【００１６】したがって、この発明の目的は、入力側の
コンデンサの容量を小さくしても発熱の問題が生じるこ
とがなく、小型、軽量化を図れるスイッチング電源回路
を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明は、スイッチン
グトランジスタを自励発振させ、スイッチングトランジ
スタによりトランスの一次巻線に流れる電流をオン／オ
フする自励型のスイッチング電源回路において、スイッ
チングトランジスタとして電界効果型トランジスタを用
いるようにしたことを特徴とするスイッチング電源回路
である。

【００１８】この発明では、スイッチングトランジスタ
のゲートにツェナーダイオードを用いたバイアス回路を
配設するようにしている。

【００１９】この発明では、スイッチングトランジスタ
のゲートに過電流及び過電圧検出回路の出力が供給され
るようにしている。

【００２０】

【作用】スイッチングトランジスタとして、スイッチン
グ特性の優れたＦＥＴ１６を用いている。そして、ＦＥ
Ｔ１６のバイアスをツェナーダイオード１４で形成する
ようにしている。このため、一次側のコンデンサの容量
が小さく、一次側の電圧が大きく変動するような場合で
も、効率が悪化せず、発熱の問題が生じない。したがっ
て、機器の小型、軽量化が図れる。

【００２１】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１は、この発明の一実施例を示すも
のである。図１において、ＡＣプラグ１は、商用電源に
繋がれる。商用電源の電圧は、例えば１００Ｖ〜２４０
Ｖである。ＡＣプラグ１の一端は、ブリッジ整流器を構
成するダイオード２及び４の接続点に接続される。ＡＣ
プラグ１の他端は、ブリッジ整流器を構成するダイオー
ド３及び５の接続点に接続される。

【００２２】ダイオード２及び３の接続点が電源ライン
６の一端に接続される。電源ライン６の他端がトランス
８のコイル９の一端９Ａに接続される。ダイオード４及
び５の接続点が電源ライン７の一端に接続される。電源
ライン７の他端がトランス８のコイル１０の一端１０Ｂ
に接続される。

【００２３】電源ライン６と電源ライン７との間に、コ
ンデンサ１２が接続される。コンデンサ１２の容量は、
例えば０．１μＦである。電源ライン６と電源ライン７
との間に、抵抗１３及びツェナーダイオード１４の直列
回路が接続される。抵抗１３とツェナーダイオード１４
との接続点が抵抗１５の一端に接続される。抵抗１５の
他端がＦＥＴ１６のゲートに接続されると共に、コンデ
ンサ１７と抵抗１８との直列回路を介して、コイル１０
の他端１０Ａに接続される。

【００２４】電源ライン６にスナバ回路を構成する抵抗
１９及びコンデンサ２０の一端が接続される。抵抗１９
及びコンデンサ２０の他端がダイオード２１の一端に接
続される。ダイオード２１の他端がコイル９の他端９Ｂ
に接続されると共に、ＦＥＴ１６のドレインに接続され
る。

【００２５】ＦＥＴ１６のソースが抵抗２２を介して電
源ライン７に接続されると共に、ツェナーダイオード２
３の一端に接続される。ツェナーダイオード２３の他端
がトランジスタ２４のベースに接続されると共に、抵抗
２５を介して電源ライン７に接続される。トランジスタ
２４のコレクタがＦＥＴ１６のゲートに接続される。ト
ランジスタ２４のエミッタが電源ライン７に接続され
る。

【００２６】トランス８のコイル１１の一端１１Ａがダ
イオード２６のアノードに接続される。ダイオード２６
のカソードから、電源ライン２７Ａが導出される。トラ
ンス１１の他端１１Ｂから、電源ライン２８が導出され
る。電源ライン２７Ａと電源ライン２８との間に、コン
デンサ２９が接続される。コンデンサ２９は平滑コンデ
ンサで、例えば３３０μＦである。

【００２７】電源ライン２７Ａに抵抗３０の一端が接続
される。抵抗３０の他端がフォトカップラー３１の一方
の入力端子３２Ａに接続される。フォトカップラー３１
の他方の入力端子３２Ｂがトランジスタ３７のコレクタ
に接続される。トランジスタ３７のエミッタが電源ライ
ン２８に接続される。

【００２８】フォトカップラー３１の出力端子３２Ｃが
ＦＥＴ１６のゲートに接続される。フォトカップラー３
１の出力端子３２Ｄが電源ライン７に接続される。

【００２９】電源ライン２７Ａと電源ライン２８との間
に、ツェナーダイオード３４、抵抗３５、抵抗３６の直
列回路が接続される。抵抗３５と抵抗３６との接続点が
トランジスタ３７のベースに接続される。

【００３０】電源ライン２７Ａと電源ライン２７Ｂとの
間に、電流検出用の抵抗３８が設けられる。抵抗３８の
両端に、抵抗３９及び４０の直列回路が接続される。抵
抗３９の一端がコンデンサ４１の一端に接続されると共
に、トランジスタ４２のエミッタに接続される。抵抗３
９と４０との接続点がコンデンサ４１の他端に接続され
ると共に、トランジスタ４２のベースに接続される。ト
ランジスタ４２のコレクタが抵抗４３を介してトランジ
スタ３７のベースに接続される。

【００３１】電源ライン２７Ｂと電源ライン２８との間
に、平滑用のコンデンサ４４が接続されると共に、電源
ライン２７Ｂの端がトランジスタ４５のエミッタに接続
される。コンデンサ４４は例えば３３０μＦである。ト
ランジスタ４５のベースが抵抗４６を介して、コントロ
ーラ４７に接続される。トランジスタ４５のコレクタか
ら、電源ライン２７Ｃが導出される。電源ライン２７Ｃ
と電源ライン２８との間に、抵抗４８及び４９の直列接
続が接続される。抵抗４８及び４９の接続点がコントロ
ーラ４７に接続される。

【００３２】電源ライン２７Ｃから、端子５０Ａが導出
される。電源ライン２８から、端子５０Ｂが導出され
る。二次電池５１を充電する際には、端子５０Ａと端子
５０Ｂとの間に、ニッケル・カドミューム又はニッケル
・水素等の二次電池５１が装着される。

【００３３】コントローラ４７は、二次電池５１の充電
を制御するものである。このコントローラ４７に電源を
供給するために、レギュレータ５２が設けられる。レギ
ュレータ５２は、電源ライン２７Ｂの電圧をコントロー
ラ４７に対応する電圧に変換し、コントローラ４７に与
える。

【００３４】二次電池５１の電圧は、抵抗４８及び４９
の接続点から検出され、この検出電圧がコントローラ４
７に供給される。この抵抗４８及び４９の接続点の電圧
から、−ΔＶ（満充電時に二次電池の端子電圧が下降す
る電圧）が検出される。

【００３５】この発明の一実施例は、スイッチングトラ
ンジスタ（ＦＥＴ１６）が自励発振するＲＣＣ型（リン
ギング・チョーク・コイル）型のスイッチングレギュレ
ータの構成とされている。つまり、ＡＣプラグ１に商用
電源が与えられると、この商用電源は、ダイオード２〜
５からなるブリッジ整流回路で整流される。そして、抵
抗１３とツェナーダイオード１４との接続点からのバイ
アス電圧により、抵抗１５を介して、コンデンサ１７に
充電電流が流れ、ＦＥＴ１６のゲート電圧が上昇する。
ＦＥＴ１６のゲート電圧が上昇すると、ＦＥＴ１６がオ
ンする。

【００３６】ＦＥＴ１６がオンすると、コイル９、ＦＥ
Ｔ１６を介して電流ｉ_Pが流れる。図２Ａは、この電流
ｉ_Pを示すものである。また、図２Ｂは、コイル１１の
端子電圧を示す。時点ｔ₁でＦＥＴ１６がオンしたとす
ると、図２Ａに示すように、電流ｉ_Pが徐々に増大し、
この電流ｉ_Pにより、コイル９に電磁エネルギーが蓄積
される。

【００３７】この電流ｉ_Pは、抵抗２２により検出され
る。電流ｉ_Pが増大すると、抵抗２２の両端電圧が上昇
していく。抵抗２２の端子電圧がツェナーダイオード２
３のツェナー電圧にトランジスタ２４のベース・エミッ
タ間電圧を加えた電圧を越える時点ｔ₂で、トランジス
タ２４がオンする。

【００３８】トランジスタ２４がオンすると、ＦＥＴ１
６のゲート電圧が下がり、ＦＥＴ１６がオフする。

【００３９】それから、抵抗１３とツェナーダイオード
１４との接続点からのバイアス電圧により、抵抗１５を
介して、コンデンサ１７に充電電流が流れ、ＦＥＴ１６
のゲート電圧が上昇する。ＦＥＴ１６のゲート電圧が上
昇すると、ＦＥＴ１６がオンする。ＦＥＴ１６がオンす
る時点ｔ₃から、コイル９、ＦＥＴ１６を介して電流ｉ
_Pが流れる。電流ｉ_Pが徐々に増大し、この電流ｉ_Pに
より、コイル９に電磁エネルギーが蓄積される。そし
て、抵抗２２の端子電圧がツェナーダイオード２３のツ
ェナー電圧にトランジスタ２４のベース・エミッタ間電
圧を加えた電圧を越えると、トランジスタ２４がオン
し、ＦＥＴ１６がオフする。以下、同様の動作が繰り返
される。

【００４０】なお、ＦＥＴ１６のピーク電流は、ツェナ
ーダイオード２３の電圧を３．９Ｖ、抵抗２２の抵抗値
を４．７Ω、トランジスタ２４のベース・エミッタ間電
圧を０．６Ｖとすると、（３．９＋０．６）／４．７＝０．９６Ａに制限される。

【００４１】トランス８のコイル１１からは、図２Ｂに
示すような出力電圧が得られる。この出力電圧は、コン
デンサ２９、４４で平滑される。

【００４２】二次側の出力電圧は、抵抗３５と抵抗３６
との接続点から検出される。二次側の出力電圧がツェナ
ーダイオード３４で決まる所定値を越えると、トランジ
スタ３７がオンする。トランジスタ３７がオンすると、
フォトカップラー３１の出力により、ＦＥＴ１６のゲー
ト電圧が下がり、ＦＥＴ１６がオフする。これにより、
二次側の出力電圧が制限される。

【００４３】例えば、ツェナーダイオード３４の電圧を
１０Ｖ、抵抗３５の抵抗値を１ｋΩ、抵抗３６の抵抗値
を１ｋΩ、トランジスタ３７のベース・エミッタ間電圧
を０．６Ｖとすると、電源ライン２７Ａと電源ライン２
８との間の電圧は、１０＋（（１０００＋１０００）／１０００）×０．６＝１１．２Ｖに制限される。

【００４４】また、二次側出力電流は、抵抗３８により
検出される。二次側出力電流が所定値を越えると、トラ
ンジスタ４２がオンする。トランジスタ４２がオンする
と、トランジスタ３７がオンする。トランジスタ３７が
オンすると、フォトカップラー３１の出力により、ＦＥ
Ｔ１６のゲート電圧が下がり、ＦＥＴ１６がオフする。
これにより、二次側出力電流が制限される。

【００４５】例えば、抵抗３９の抵抗値を１０ｋΩ、抵
抗４０の抵抗値を４７０Ω、抵抗３８の抵抗値を１Ω、
トランジスタ４２のベース・エミッタ間電圧を０．６Ｖ
とすると、二次側出力電流は、（０．６×（（１００００＋４７０）／１００００））／１＝０．６２８Ａに制限される。

【００４６】このようにして、トランス８の二次側コイ
ルの出力から、二次電池５１を充電するための電源が形
成される。この電源が電源ライン２７Ｂ、２７Ｃを介し
て二次電池５１に与えられる。充電時の電圧は、上述の
ように、例えば１１．２Ｖであり、充電電流は、例えば
０．６２８Ａに設定される。二次電池５１は、例えば
１．２Ｖのニッケル・カドミューム電池が５本直列接続
されたものである。

【００４７】二次電池５１が満充電になると、二次電池
５１の両端電圧が下降する（−ΔＶが検出される）。こ
の二次電池電池５１の両端電圧は、抵抗４８及び４９の
接続点から検出される。二次電池５１の両端電圧が下降
し、−ΔＶが検出されると、トランジスタ４５がオフさ
れる。

【００４８】この発明の一実施例では、上述のように、
電源ライン６と電源ライン７との間のコンデンサ１２の
容量が例えば０．１μＦとされている。このように、電
源ライン６と電源ライン７との間のコンデンサ１２の容
量を小さくすると、小型、軽量化が図れる。

【００４９】ところが、コンデンサ１２の容量を小さく
すると、例えば、入力商用電源が１００Ｖから２４０Ｖ
まで対応できるようにした場合、電源ライン６と電源ラ
イン７との間の電圧は、０〜（２４０×√２）Ｖまで変
化する。

【００５０】そこで、この発明の一実施例では、スイッ
チングトランジスタとして、スイッチング効率が優れて
いるＦＥＴ１６を用いている。そして、ＦＥＴ１６のバ
イアスをツェナーダイオード１４で形成するようにして
いる。コンデンサ１２の容量を小さくすると、図３Ａに
示すように、電源ライン６と電源ライン７との間の電圧
は大きく変動する。ところが、ＦＥＴ１６のバイアス電
圧は、ツェナーダイオード１４により形成されているの
で、図３Ｂに示すように、電源ライン６と電源ライン７
との間の電圧変動に係わらず、略々一定している。ＦＥ
Ｔはバイアス電流を流す必要がない。このため、電源ラ
イン６と電源ライン７との間の電圧が変動しても、バイ
アス電圧が安定しているので、ＦＥＴ１６の効率は悪化
することはなく、発熱の問題が生じない。

【００５１】

【発明の効果】この発明によれば、スイッチングトラン
ジスタとして、スイッチング特性の優れたＦＥＴ１６を
用いている。そして、ＦＥＴ１６のバイアスをツェナー
ダイオード１４で形成するようにしている。このため、
一次側のコンデンサの容量が小さく、一次側の電圧が大
きく変動するような場合でも、効率が悪化せず、発熱の
問題が生じない。したがって、機器の小型、軽量化が図
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の接続図である。

【図２】この発明の一実施例の説明に用いる波形図であ
る。

【図３】この発明の一実施例の説明に用いる波形図であ
る。

【図４】従来のスイッチング電源回路の一例の接続図で
ある。

【符号の説明】

１ＡＣプラグ８トランス１６ＦＥＴ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチングトランジスタを自励発振さ
せ、上記スイッチングトランジスタによりトランスの一
次巻線に流れる電流をオン／オフする自励型のスイッチ
ング電源回路において、上記スイッチングトランジスタとして電界効果型トラン
ジスタを用いるようにしたことを特徴とするスイッチン
グ電源回路。
【請求項２】上記スイッチングトランジスタのゲート
にツェナーダイオードを用いたバイアス回路を配設する
ようにした請求項１記載のスイッチング電源回路。
【請求項３】上記スイッチングトランジスタのゲート
に過電流及び過電圧検出回路の出力が供給されるように
した請求項１記載のスイッチング電源回路。