JPH0650945B2

JPH0650945B2 - スイツチング電源

Info

Publication number: JPH0650945B2
Application number: JP20219485A
Authority: JP
Inventors: 繁隆前山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1985-09-11
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1994-06-29
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: JPS6264263A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、スイッチング電源に関し、起動電源が供給さ
れたときにスイッチング素子に出力パルスを供給するパ
ルス発生回路と、このパルス発生回路に対しパルス状起
動電源を供給する起動電源回路とを有することにより、
出力短絡時或いは無負荷時等の異常時の熱損失を減少さ
せ、起動電源回路を構成する回路部品の熱的設計条件を
緩和し、小型化を達成できるようにしたものである。

従来の技術１０図は従来のスイッチング電源の一般的な回路構成を
示す電気回路図で、１は商用交流電源から整流平滑する
等して得られた直流電源、２は電力変換用の変圧器、３
はスイッチング素子、４は起動回路、５は出力回路、６
は制御回路、７は制御回路６の補助電源回路、８はパル
ストランス等でなる絶縁結合器である。

前記スイッチング素子３はバイポーラ．トランジスタま
たは電界効果トランジスタ等でなり、主電極を変圧器２
の入力側の巻線２１に直列に接続してある。

起動回路４はスイッチング素子３に起動パルスを与えて
起動させるもので、直流電源１から与えられる直流電圧
Ｖinによって駆動される。

出力回路５は変圧器２の出力側の巻線２２に接続され、
巻線２２に取出されたスイッチング出力を整流平滑して
図示しない負荷に直流出力Ｖｏを供給する。

制御回路６はパルス幅変調回路等を備え、直流出力Ｖｏ
を監視し、スイッチング素子３のデューティを直流出力
Ｖｏが安定化する方向にパルス幅制御する。この従来例
では、制御回路６は二次側に設けられ、変圧器２の巻線
２３及び補助電源回路７を通して得られた補助電源によ
って駆動するようになっている。

起動回路４から与えられる起動パルスによってスイッチ
ング素子３が起動されると、変圧器２の巻線２１を通し
て与えられる直流電圧Ｖinがスイッチングされ、変圧器
２の巻線２３に電圧が発生し、補助電源回路７によって
制御回路６の動作電源Ｖccが作られ、制御回路６が動作
を開始する。起動回路４からスイッチング素子３に対し
ては、制御回路６の動作電源Ｖccが立上がるまでの間、
第１１図（ａ）に示すような連続する起動パルスＰが供
給される。

そして、動作電源Ｖccが立上がり、制御回路６が定常動
作状態に入ると、起動回路４に代って、制御回路６から
絶縁結合器８を通して、スイッチング素子３にパルス幅
制御信号が供給され、変圧器２の巻線２２及び出力回路
５を通して、安定化された直流出力Ｖｏが得られる。な
お、図示はしていないが、動作電源Ｖccが立上がり、制
御回路６が定常動作状態に入ると、起動回路４に対して
動作停止がかかり、起動回路４は動作を停止する。

発明が解決しようとする問題点上述のように、正常の動作状態では、起動回路４は起動
時の短時間の間だけ、スイッチング素子３に起動のため
のエネルギーを供給するだけでよく、本来的には、小容
量の回路部品で足りる。ところが、例えば出力短絡或い
は無負荷等の異常状態が発生し、スイッチング素子３の
オン幅が狭くなった場合、１１図（ｂ）に示すように、
補助電源回路７で得られる出力電圧が制御回路６で必要
とする正常動作電源Ｖccを大幅に下まわる、つまり制御
回路６の動作電源が切れた状態になることがある。この
ような異常状態が発生した場合、起動回路４からスイッ
チング素子３に対して起動パルスが与えられ、再度起動
がかかることとなるが、従来のスイッチング電源では、
起動回路４は起動パルスを連続して発生するため、異常
状態が長時間継続した場合には、発生回路４も、その
間、動作を継続するため、起動回路４での熱損失が大き
くなる。

このため、起動回路４の熱的設計条件が厳しくなると同
時に、熱容量の大きな大型の回路部品によって回路を構
成しなければならなくなり、大型化及びコストアップを
招いてしまうという問題があった。

問題点を解決するための手段上述する従来の問題点を解決するため、本発明は、第１
図に示すように、電力変換用の変圧器２の巻線２１を通
して与えられる直流入力Ｖinを、スイッチング素子３に
よってスイッチングし、スイッチング出力を前記変圧器
２の巻線２２を通して取出すスイッチング電源におい
て、起動電源が供給されたときにスイッチング素子３に
出力パルスを供給するパルス発生回路１０と、このパル
ス発生回路１０に対し出力パルスのパルス幅よりも充分
に広いパルス幅のパルス状の起動電源を供給する起動電
源回路９とを有することを特徴とする。

前記パルス発生回路１０は、スイッチング素子３のパル
ス幅変調制御を行なう制御回路を、一次側に設けるか、
二次側に設けるか等の差異、または制御回路の構成等に
よって、異なった回路構成となる。例えば、１０図に示
したように、制御回路６を二次側に設けた回路構成の場
合には、パルス発生回路１０は制御回路６から独立した
起動回路として構成でき、また、制御回路６を一次側に
設けた場合には、制御回路６の一部として構成すること
ができる。

作用本発明に係るスイッチング電源においては、起動電源回
路９は、直流電源１から供給される直流入力Ｖinを電源
として、第２図（ａ）に示すように、パルス発生回路１
０の出力パルスのパルス幅よりも充分に広いパルス幅の
パルス状の起動電源を出力する。パルス発生回路１０
は、起動電源回路９から供給されるパルス状の起動電源
によって駆動される。そして、第２図（ｂ）に示すよう
に、オン時間幅Ｔonに対応する群時間幅ｔｐのパルス群
Ｐ_１〜Ｐｎが、オフ時間幅Ｔofに対応する休止期間ｔｓ
をおいて間欠的に出力され、このパルス群Ｐ_１〜Ｐｎに
よってスイッチング素子３を駆動する。パルス群Ｐ_１〜
Ｐｎの群時間幅ｔｐは、スイッチング素子３を起動する
のに充分なパルス列となるように設定する。

上述のように、起動電源回路９からパルス発生回路１０
に対しては、オフ時間幅Ｔofのパルス状の起動電源が供
給されるから、出力短絡或いは無負荷等の異常状態が長
時間継続した場合、起動電源回路９からパルス発生回路
１０に供給されるエネルギーが減少し、起動電源回路９
の熱損失が小さくなり、熱的設計条件の緩和、回路部品
の小容量化及び小型化が可能になる。

パルス発生回路１０からスイッチング素子３に供給され
るパルス群Ｐ_１〜Ｐｎは、スイッチング素子３の起動に
充分な群時間幅ｔｐを持つから、確実に起動をかけるこ
とができる。

実施例第３図は制御回路６を二次側においた場合の本発明に係
るスイッチング電源の電気回路図である。図において、
第１図及び１０図と同一の参照符号は同一性ある構成部
分を示している。

パルス発生回路１０は起動電源回路９から電源が供給さ
れている間、つまり、オン時間幅Ｔonの間、例えばオン
幅が２μｓ程度の非常に短いパルスを発生する。

第４図（ａ）は起動電源回路９からパルス発生回路１０
に与えられる電圧波形（第３図のａ点の波形）、第４図
（ｂ）はパルス発生回路１０の出力波形（第３図のｂ点
の波形）をそれぞれ示している。第４図（ａ）に示すよ
うに、起動電源回路９はオン時間幅Ｔonとオフ時間幅Ｔ
ofのパルス電圧をパルス発生回路１０に供給する。オン
時間幅Ｔonは例えば２０〜３０ｍｓであり、パルス発生
回路１０のパルスよりオン時間幅が非常に大きくなって
いる。起動電源回路９からパルス発生回路１０に対して
上述のようなパルス電圧が印加されると、パルス発生回
路１０からは、第４図（ｂ）に示すように、オフ時間幅
Ｔofに対応する休止期間ｔｓをおいて、オン時間幅Ｔon
の群時間幅ｔｐを持つパルス群Ｐ_１〜Ｐｎが出力され
る。

パルス群Ｐ_１〜Ｐｎはスイッチング素子３を起動させる
のに充分な群時間幅ｔｐを持ち、正常時には、パルス発
生回路１０からスイッチング素子３に第１発目のパルス
群Ｐ_１が与えられている間に、補助電源回路７の電源電
圧Ｖccが第４図（ｃ）に示すように立上がり、定常動作
状態に入る。

また、出力短絡や無負荷等の異常状態になり、補助電源
回路７の電源電圧Ｖccが第４図（ｄ）のように低下し、
制御回路６の動作電源が切れた状態になると、パルス発
生回路１０からスイッチング素子３に対して、休止期間
ｔｓをおいて、群時間幅ｔｐのパルス群Ｐ_１〜Ｐｎが間
欠的に入力され、これによってスイッチング素子３に再
起動がかかる。ここで、休止期間ｔｓに対応するオフ時
間幅Ｔofの間は、起動電源回路９からパルス発生回路１
０へのエネルギー供給は停止しているから、起動電源回
路９における消費電力が減少する。従って、起動電源回
路９を構成する回路部品の熱的容量を減少させて、小型
化を達成することが可能になる。

第５図は本発明に係るスイッチング電源の更に具体的な
実施例を示す図で、起動電源回路９及びパルス発生回路
１０は同様のパルス発生回路となっている。以下、説明
の簡単化のため、起動電源回路９を中心にしてその構成
を説明する。

９１は抵抗、９２はツェナーダイオード１１及び抵抗９
１を通して直流電圧Ｖinによって一方向に充電されるコ
ンデンサである。

９３はオン動作によりコンデンサ９２に蓄積された電荷
を次段のパルス発生回路１０に供給するスイッチング素
子である。この実施例では、スイッチング素子９３はト
ランジスタで構成され、エミッタ及びコレクタを、コン
デンサ９２の一端とパルス発生回路１０との間に接続し
てある。

９４はスイッチング素子９３を制御するトランジスタ
で、コレクタを抵抗９５を通してスイッチング素子９３
の制御電極に接続すると共に、エミッタを電源ラインの
アース側に接続してある。

９６はツェナーダイオードで、トランジスタ９４及びそ
のベース．エミッタ間に接続された抵抗９７と共に、コ
ンデンサ９２の充電電圧が所定値に達したときに、スイ
ッチング素子９３を導通させる駆動回路を構成する。ツ
ェナーダイオード９６のカソードはスイッチング素子９
３のエミッタとコンデンサ９２の一端とに接続し、アノ
ードはトランジスタ９４のベースに接続してある。

９８は別のツェナーダイオードで、トランジスタ９４、
抵抗９５、９７及び９９と共に、スイッチング素子９３
のオン動作に伴う放電により、コンデンサ９２の端子電
圧が所定値より低下したとき、スイッチング素子９３を
オフさせる回路を構成する。ツェナーダイオード９８の
ツェナー電圧は、ツェナーダイオード９６のそれより低
い値に選定されている。

パルス発生回路１０において、参照番号の末尾数字が、
起動電源回路９と同一の構成部分に対応している。

メインのスイッチング素子３は電界効果トランジスタで
なり、そのゲートＧにダイオード１２を介してパルス発
生回路１０のパルス出力を供給するようになっている。
スイッチング素子３を構成する電界効果トランジスタの
ゲートＧには、抵抗１３を介して、制御回路６（第３図
参照）から絶縁結合器８を通して制御信号を与えるよう
になっている。

更に、この実施例では、パルス発生回路１０を停止させ
るための停止回路１４を備えている。停止回路１４は起
動電源回路９のトランジスタ９４のベース・エミッタ間
を短絡するトランジスタ141 と、ダイオード142 、ツェ
ナーダイオード143 、コンデンサ144 及び抵抗145 、14
6 よりなる駆動回路とを備え、絶縁結合器８を通して与
えられる信号によって、駆動回路142 〜146 を介して、
トランジスタ141 をオン動作させ、それによって起動電
源回路９を停止させるようになっている。

次に、第６図の波形図を参照して第５図の回路動作を説
明する。まず、直流電源が投入され、直流電圧Ｖinがツ
ェナーダイオード１１及び抵抗９１を通してコンデンサ
９２に印加されると、Ｃ点の端子電圧が第４図の曲線Ｃ
に従って上昇してゆく。Ｃ点の端子電圧はツェナーダイ
オード９６のカソードとトランジスタ９４のエミッタと
の間に印加される。そして、Ｃ点の端子電圧がツェナー
ダイオード９６のツェナー電圧と、トランジスタ９４の
ベース．エミッタ間電圧Ｖbeの和で与えられる電圧値Ｖ
Ｈまで上昇すると、ツェナーダイオード９６が導通し、
トランジスタ９４のベース．エミッタ間が順方向にバイ
アスされ、トランジスタ９４がオンする。

トランジスタ９４がオンになると、スイッチング素子９
３もオンになり、コレクタ側のＤ点の電圧が第６図の曲
線Ｄのように上昇し、ツェナーダイオード９８が導通す
ると共に、コンデンサ９２に蓄積された電荷がスイッチ
ング素子９３を通して次段のパルス発生回路１０に放電
される。

放電によってコンデンサ９２の端子電圧が低下すると、
ツェナーダイオード９６は直ちにオフとなるが、抵抗９
９及びツェナーダイオード９８を通してトランジスタ９
４にベース電流が供給されるので、スイッチング素子９
３がオン状態を保持する。

そして、ツェナーダイオード９８の両端に印加される電
圧が、そのツェナー電圧より低い電圧値ＶＬになると、
ツェナーダイオード９８がオフとなるので、トランジス
タ９４にベース電流を供給する回路がなくなり、トラン
ジスタ９４がオフになると同時にスイッチング素子９３
もオフになり、最初の充電サイクルに戻る。

一方、パルス発生回路１０は、起動電源回路９から供給
される放電エネルギーを電源として、起動電源回路９と
同様の回路作用が行なわれる。ここで、抵抗101 及びコ
ンデンサ102 の時定数を、起動電源回路９のそれより充
分に小さい値、例えば１／ｎに選定してあるとすると、
スイッチング素子９３がオンしてからオフするまでの放
電サイクルの間に、スイッチング素子103 はｎ回のオ
ン、オフ動作を繰返し、Ｅ点で見たコンデンサ102 の端
子電圧が第６図の曲線Ｅのようになる。この結果、パル
ス発生回路１０の出力点Ｆで、ｎ個のパルス列でなるパ
ルス群Ｐ_１が得られる。

パルス群Ｐ_１は起動電源回路９の放電時間に対応した群
時間幅ｔｐだけ継続し、起動電源回路９のスイッチング
素子９３がオフになって放電エネルギーの供給がなくな
ると停止する。そして、次の充電サイクルで、起動電源
回路９のスイッチング素子９３がオンするまで、時間ｔ
ｓだけパルス群Ｐ_１の発生が停止する。休止期間ｔｓを
おいた後、同様の回路作用によりパルス群Ｐ_２が発生す
る。この繰返しにより、スイッチング素子３に対し、群
時間幅ｔｐを持つパルス群Ｐ_１〜Ｐｎが、休止期間ｔｓ
をおいて間欠的に供給される。群時間幅ｔｐは、スイッ
チング素子３を起動させるのに充分な長さを持ち、通常
の動作状態では、第１発目のパルス群Ｐ_１によってスイ
ッチング素子３が起動する。起動後は、停止回路１４に
よって起動電源回路９のトランジスタ９４のベース．エ
ミッタ間が短絡され、起動電源回路９が動作を停止す
る。

出力短絡や無負荷等の異常状態が長時間継続した場合、
起動電源回路９からパルス発生回路１０に対して供給さ
れるエネルギーが、オフ時間幅Ｔofに対応した分だけ減
少し、その熱損失が小さくなり、熱的設計条件の緩和、
回路部品の小容量化及び小型化が可能になる。

第７図は本発明に係るスイッチング電源の別の実施例に
おける電気回路図である。この実施例では、制御回路６
を一次側に配置し、制御回路６に対し変圧器２の巻線２
３及び補助電源回路７により動作電源を供給するように
なっている。

制御回路６の前段には、直流電源１から供給される直流
電圧Ｖinを利用して、制御回路６に起動電源を供給する
起動電源回路９が接続されている。この起動電源回路９
は、第８図（ａ）に示すように、オン時間幅Ｔonとオフ
時間幅Ｔofを持つパルス電圧を制御回路６に入力し、オ
ン時間幅Ｔonの間だけ動作させ、オフ時間幅Ｔofで停止
させる。従って、起動時には、制御回路６からスイッチ
ング素子３に、第８図（ｂ）に示すように、起動に充分
な群時間幅ｔｐを持つパルス群Ｐ_１〜Ｐｎが、休止期間
ｔｓをおいて間欠的に供給される。

起動後は停止回路１４からの停止信号により、起動電源
回路９から制御回路６へのパルス電源供給が停止する
が、巻線２３及び補助電源回路７の補助電源が立上がっ
ているので、制御回路６はこの補助電源からエネルギー
の供給を受けて動作を継続する。

第９図は第７図に示したスイッチング電源の更に具体的
な回路構成を示す図である。起動電源回路９は、第５図
で説明したものと同様の回路構成になっている。１５は
電圧安定化回路である。起動電源回路９から出力された
パルス電圧は、電圧安定化回路１５を通して制御回路６
に入力され、制御回路６からスイッチング素子３を構成
する電界効果トランジスタのゲートＧに、起動に充分な
群時間幅を持つパルス群が休止期間をおいて間欠的に供
給される。

巻線２３及びダイオード７１、コンデンサ７２等でなる
補助電源回路７が立上がった後は、停止回路１４から与
えられる停止信号によって、起動電源回路９の動作が停
止すると同時に、補助電源回路７から制御回路６に動作
電源が供給される。なお、出力回路５はダイオード５
１、５２、チョークコイル５３及びコンデンサ５４を備
えて構成されている。

発明の効果以上述べたように、本発明に係るスイッチング電源は、
起動電源が供給されたときにスイッチング素子に出力パ
ルスを供給するパルス発生回路と、このパルス発生回路
に対し出力パルスのパルス幅よりも充分に広いパルス幅
のパルス状の起動電源を供給する起動電源回路とを有す
ることにより、出力短絡或いは無負荷時等の異常時の熱
損失を減少させ、起動電源回路を構成する回路部品の熱
的設計条件を緩和し、小型化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るスイッチング電源の電気回路図、
第２図は同じく起動電源回路及びパルス発生回路の出力
波形図、第３図は本発明に係るスイッチング電源の別の
実施例における電気回路図、第４図（ａ）〜（ｄ）は第
３図の実施例の各部の波形図、第５図は本発明に係るス
イッチング電源の更に具体的な実施例における要部の電
気回路図、第６図は同じく各部の電圧波形図、第７図は
本発明に係るスイッチング電源の更に別の実施例におけ
る電気回路図、第８図（ａ）及び（ｂ）は第７図実施例
の各部の波形図、第９図は第７図の実施例の更に具体的
な電気回路図、１０図は従来のスイッチング電源の電気
回路図、１１図（ａ）及び（ｂ）は同じくその問題点を
示す波形図である。２……電力変換用の変圧器３……スイッチング素子９……起動電源回路１０……パルス発生回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力変換用の変圧器を通して与えられる直
流入力をスイッチング素子によってスイッチングし、ス
イッチング出力を前記変圧器を通して取出すスイッチン
グ電源において、起動電源が供給されたときに前記スイ
ッチング素子に出力パルスを供給するパルス発生回路
と、このパルス発生回路に対し前記出力パルスのパルス
幅よりも充分に広いパルス幅のパルス状の前記起動電源
を供給する起動電源回路とを有することを特徴とするス
イッチング電源。