JPH07114546B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、自励型でフライバックコンバータ方式の
（即ちRCC方式の）スイッチング電源装置に関し、より
具体的には、その過電流保護手段の改良に関する。

〔背景となる技術〕

一般的なRCC方式のスイッチング電源装置は、そのスイ
ッチングトランジスタの最大コレクタ電流が増幅率h_FE
に依存することで一応、過電流保護機能を有している
が、それだけでは、入力電圧が変動すると過電流保護開
始点がずれる（例えば入力電圧が大きくなると過電流保
護開始点が大きい方へずれる）という問題がある。

そこで、このような問題を簡単な回路で解消することが
できるスイッチング電源装置が、同一出願人によって別
途提案されている。

第３図はその一例を示すものであり、トランス２の一次
巻線2aにスイッチング素子としてのMOSFET6を直列接続
し、かつトランス２のバイアス巻線2cの出力をコンデン
サ16および抵抗18を介してMOSFETのゲートに帰還するよ
うにしている。

更に、互いに直列接続された抵抗12およびコンデンサ14
から成る時定数回路10をトランス２のバイアス巻線2cの
両端に接続し、かつMOSFET6のゲートとソース間に制御
素子としてのトランジスタ20を並列接続し、上記コンデ
ンサ14の電圧がこのトランジスタ20のベースに印加され
るようにしている。

動作を説明すると、入力電圧Viが印加されると、起動抵
抗８を通してMOSFET6にゲート電圧が印加され、MOSFET6
が導通状態になる。その結果、トランス２の一次巻線2a
に電圧が加わり、同時にバイアス巻線2cに電圧Vbが発生
する。これがコンデンサ16および抵抗18を介してMOSFET
6のゲートに印加され、MOSFET6は急速にオンする。この
とき、トランス２の二次巻線2bの電圧はダイオード４に
対して逆方向に加わるので、二次巻線2bには電流が流れ
ず、トランス２にエネルギーが蓄積される。これと共
に、時定数回路10を構成するコンデンサ14には抵抗12を
通して充電電流が流れ、トランジスタ20のベース電位が
徐々に上昇する。

コンデンサ14の電圧が所定値に達してトランジスタ20が
導通し始めると、MOSFET6のゲート電圧が低下してMOSFE
T6がオン状態を保てなくなり、一次巻線2aの電圧が低下
し、バイアス巻線2cの電圧Vbも低下する。これは正帰還
であるため、MOSFET6は急速にオフする。MOSFET6がオフ
することにより、トランス２の蓄積エネルギーが二次巻
線2bからダイオード４を通して出力側へ供給される。

その後、バイアス巻線2cの電圧Vbが０となれば、起動抵
抗８からの電圧により再びMOSFET6がオン状態となり、
上記のような動作が繰り返される。

このようなRCC方式においては、良く知られているよう
に二次側の出力がMOSFET6のオン期間に比例するという
基本的な関係がある。このスイッチング電源装置では、
これを逆に利用することによって、過電流保護を行わせ
ている。即ち、MOSFET6のオン期間（これはオフ状態の
トランジスタ20をオンさせるまでの時間でもある）は、
コンデンサ14の電圧が立ち上がるスピード、即ち時定数
回路10の時定数Ｔ（＝R₁・C₁、ここでR₁は抵抗12の抵抗
値、C₁はコンデンサ14の静電容量）によって規定される
ため、この時定数ＴによってMOSFET6のオン期間の上限
を決めておけば、二次側には設定値以上の電流は出力さ
れない（即ち過電流保護をする）。例えば、時定数Ｔを
小さくすればトランジスタ20が早くオンし、MOSFET6が
早くオフする。従って、より小さい負荷電流にて保護モ
ードに入ることになる。

〔発明の目的〕

上記のようなスイッチング電源装置においては、基本的
には時定数回路10の時定数Ｔによって過電流保護開始点
が決まるので、入力電圧Viの変動による過電流保護開始
点の変動を抑えることができる。

しかし、より厳密に見ると、自励型であるため、入力電
圧Viが変動、例えば上昇すると、発振周波数が上昇して
出力を多く出せる方向に働くため、この点から見れば依
然として過電流保護開始点が変動することになり、この
ような点になお改善の余地があると言える。

そこでこの発明は、上記のようなスイッチング電源装置
を更に改良して、入力電圧の変動による過電流保護開始
点の変動をより確実に抑えることができるようにするこ
とを目的とする。

〔目的達成のための手段〕

上記目的を達成するため、この発明のスイッチング電源
装置は、前述したような時定数回路を構成するコンデン
サの代わりに、可変容量ダイオードを用いたことを特徴
とする。

〔作用〕

可変容量ダイオードは、一般的に、それに印加される逆
電圧が増大すると静電容量が低下するという特性を有し
ている。

従って、このような可変容量ダイオードと抵抗とを用い
て前述したような時定数回路を構成すると、入力電圧が
例えば上昇すると、可変容量ダイオードに印加される逆
電圧も上昇してその静電容量が小さくなるため、時定数
回路の時定数が小さくなる。その結果、制御素子がより
早くオンし、スイッチング素子がより早くオフして保護
モードに入るようになり、これによって入力電圧の変動
による過電流保護開始点の変動をより確実に抑えること
ができるようになる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係るスイッチング電源
装置を示す回路図である。第３図の例と同等部分には同
一符号を付し、以下においては当該先行例との相違点を
主に説明する。

この実施例においては、前記時定数回路10に対応する時
定数回路10aを、互いに直列接続された抵抗12および可
変容量ダイオード24を用いて構成している。即ち、先行
例のコンデンサ14の代わりに可変容量ダイオード24を用
いている。

可変容量ダイオード24は、例えば第２図に示すように、
それに逆方向に印加される電圧Vcが増大すると、その静
電容量C₂が低下する。

従って、入力電圧Viが変動した場合、例えば入力電圧Vi
が上昇した場合、トランス２のバイアス巻線2cの電圧Vb
が高くなり、可変容量ダイオード24に印加される電圧Vc
も高くなってその静電容量C₂が小さくなるため、時定数
回路10aの時定数Ｔ（＝R₁・C₂）が小さくなる。

その結果、トランジスタ20がより早くオンし、MOSFET6
がより早くオフして保護モードに入るようになる。これ
で、前述した発振周波数の上昇による過電流保護開始点
の変動を抑えることができる。入力電圧Viが下降した場
合も、上記とは逆の作用により、過電流保護開始点の変
動を抑えることができる。その結果、入力電圧Viの変動
による過電流保護開始点の変動をより確実に抑えること
ができるようになり、保護の信頼性が一層向上する。

なお、上記時定数回路10aには、例えばこの実施例のよ
うに、フォトカプラ26等を含み、トランス２の二次側の
出力電圧を安定化させるフィードバック制御用の回路が
組み合わされるが、この回路はここで問題としている過
電流保護とは切り離して考えることができるので、その
詳細な説明は省略する。

また、スイッチング素子にMOSFET6の代わりにトランジ
スタを用いても良いし、制御素子にトランジスタ20の代
わりにFETを用いても良いのは勿論である。

また、入力電圧Viは、例えば商用電源（交流）を整流ダ
イオードによって整流したものである。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、スイッチング素子のオ
ン期間の上限を規定する時定数回路を、互いに直列接続
された抵抗および可変容量ダイオードを用いて構成した
ので、先行例の場合に比べて、入力電圧の変動による過
電流保護開始点の変動をより確実に抑えることができる
ようになり、その結果保護の信頼性が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るスイチッング電源
装置を示す回路図である。第２図は、可変容量ダイオー
ドの特性の一例を示す図である。第３図は、この発明の
背景となるスイッチング電源装置の一例を示す回路図で
ある。 ２……トランス、６……MOSFET（スイッチング素子）、
10a……時定数回路、12……抵抗、20……トランジスタ
（制御素子）、24……可変容量ダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トランスの一次巻線にスイッチング素子を
   直列接続し、同トランスのバイアス巻線の出力をこのス
   イッチング素子の制御電極に帰還させるものであって、
   スイッチング素子の制御回路に、スイッチング素子のオ
   ン期間の上限を規定する時定数回路と、この時定数回路
   の出力によってスイッチング素子を強制的にオフさせる
   制御素子とを設けたスイッチング電源装置において、前
   記時定数回路を、互いに直列接続された抵抗および可変
   容量ダイオードを用いて構成したことを特徴とするスイ
   ッチング電源装置。