JPH073292U - スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特別な付加回路を設けずとも、起動不良を起
こさずに起動時間を短縮できるフライバック式のスイッ
チング電源を得る。 【構成】 制御回路の駆動用電源としてのコンデンサＣ
１に小容量ものものを使用し、コンデンサＣ１に対して
並列に、ダイオードＤ１と、コンバータトランスＴに設
けた補助巻線Ｎ３の直列回路を設け、コンバータトラン
スＴの１次巻線Ｎ１に電流が流れている時に補助巻線Ｎ
に発生する誘起電圧によりコンデンサＣ１を充電するよ
うに構成する。また、過電流保護特性の改善のために、
コンバータトランスＴの１次側に設けられた過電流検出
用抵抗Ｒ２からの過電流信号を、コンデンサＣ３を介し
てＰＷＭ ＩＣ３の過電流信号入力端子（ＯＣ）に入力
する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、フライバック方式のスイッチング電源において、制御回路に駆動電 力を供給するための回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】

スイッチング電源の制御回路に駆動電力を供給するにあたっては、できるだけ 無駄な電力損失を避けるために、起動時には印加される入力電圧から駆動電力を 得て、定常動作時にはコンバータトランスに設けた補助巻線に発生する電圧から 駆動電力を得るのが一般的である。 このようにして制御回路に駆動電力を得る従来のスイッチング電源の回路を図 ４に示す。 図４において、入力端子１ａ、１ｂ間にコンバータトランスＴの１次巻線Ｎ１ とスイッチングトランジスタＱ１と過電流検出用抵抗Ｒ２の直列回路を設け、出 力端子２ａ、２ｂ間に平滑コンデンサＣ２及びダイオードＤ２とコンバータトラ ンスＴの２次巻線Ｎ２の直列回路を設け、スイッチングトランジスタＱ１のベー スに制御回路としてのＰＷＭ ＩＣ３の出力端を接続することで、フライバック 式のスイッチング電源の回路が形成されている。

【０００３】 過電流検出用抵抗Ｒ２のスイッチングトランジスタＱ１側の一端をＰＷＭ Ｉ Ｃ３の過電流信号入力端子（ＯＣ）に接続する。 また、入力端子１ａ、１ｂ間に抵抗Ｒ１と、制御回路の駆動用電源としてのコ ンデンサＣ１の直列回路が設けられ、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の接続点をＰＷ Ｍ ＩＣ３の電源端子（Ｖ_CC）に接続する。 コンデンサＣ１の両端間にダイオードＤ１と、コンバータトランスＴに設けら れた補助巻線Ｎ３の直列回路が接続され、補助巻線Ｎ３の極性とダイオードＤ１ の順方向は、スイッチングトランジスタＱ１がターンオフした時に補助巻線Ｎ３ に発生するフライバック電圧で、コンデンサＣ１を抵抗Ｒ１側を高電位として充 電するようになっている。

【０００４】 以上のような回路に、ある時間ｔ₀ において入力端子１ａ、１ｂ間に入力電圧 Ｖ_INが印加されると、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１に充電電流が流れ、図５ に示すように、その端子間電圧Ｖ_C が上昇する。 電圧Ｖ_C が時間ｔ₁ においてＰＷＭ ＩＣ３の駆動開始電圧に達するとＰＷＭ ＩＣ３は動作を開始し、コンデンサＣ１に蓄えられた電力が消費されて電圧Ｖ _C は低下していく。 ＰＷＭ ＩＣ３の動作開始でスイッチングトランジスタＱ１はスイッチング動 作を行い、２次巻線Ｎ２及び補助巻線Ｎ３に電圧が発生することになる。 ここで補助巻線Ｎ３は、２次巻線Ｎ２と同じ極性となっているので、補助巻線 Ｎ３に発生する電圧Ｖ_N3は出力電圧Ｖ_O に比例して上昇する電圧となる。 そしてこの電圧Ｖ_N3は、ＰＷＭ ＩＣ３の駆動停止電圧より高い電圧で安定し 、定常動作状態となってＰＷＭ ＩＣ３に駆動電力を供給すると同時にコンデン サＣ１を充電することになり、これによりスイッチング電源は駆動され続ける。

【０００５】 定常動作状態に移行した後、コンバータトランスＴの２次側の過電流を１次側 の過電流検出用抵抗Ｒ２で検知すると、ＰＷＭ ＩＣ３はスイッチングトランジ スタＱ１のオン時間を絞り、出力電圧Ｖ_O を低下させるように働く。 このため図６に示すように、出力電圧Ｖ_O がＶ_O1の値で安定した動作を行って いる定常動作状態で出力電流Ｉ_O が過電流と認められる値Ｉ_O1より大きくなると ＰＷＭ ＩＣ３は過電流保護動作を行い、出力電圧Ｖ_O を低下させる。 先にも述べたが、補助巻線Ｎ３に発生する電圧Ｖ_N3は出力電圧Ｖ_O に比例した 電圧値となるので、出力電圧Ｖ_O が低下するのに伴って電圧Ｖ_N3も低下する。 電圧Ｖ_N3がＰＷＭ ＩＣ３の駆動停止電圧より低くなると、ＰＷＭ ＩＣ３の 駆動電力は入力電圧Ｖ_INにより抵抗Ｒ１を介して充電されるコンデンサＣ１より 供給されることになる。

【０００６】 このためＰＷＭ ＩＣ３は、コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖ_C が一度、駆動停 止電圧より低くなると動作を停止し、コンデンサＣ１が入力電圧Ｖ_INにより充電 され、その電圧Ｖ_C が駆動開始電圧に達するまで停止し続ける。電圧Ｖ_C が駆動 電圧に達するとＰＷＭ ＩＣ３は再び動作を開始するが、ＰＷＭ ＩＣ３の動作 により電圧Ｖ_C が低下し、駆動停止電圧より低くなると動作を停止するといった 動作を繰り返す。 このように、出力電圧Ｖ_O が所定の値まで低下するとＰＷＭ ＩＣ３は間欠動 作となり、急激に出力電圧Ｖ_O と出力電流Ｉ_O を低下させる過電流保護動作を行 う。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

図４に示すような回路においては、一般的に、スイッチング電源の定常動作時 における電力損失を抑えるために、抵抗Ｒ１に流れる電流を小さくし、ＰＷＭ ＩＣ３の駆動電力は補助巻線Ｎ３に発生した電圧Ｖ_N3より得るように抵抗Ｒ１の 抵抗値は高く設定される。 入力電圧Ｖ_INが印加されてからコンデンサＣ１の端子間電圧Ｖ_C がＰＷＭ Ｉ Ｃ３の駆動開始電圧に達するまでの時間は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の抵抗値 と容量値の時定数に依るため、抵抗Ｒ１の高抵抗値によりスイッチング電源の起 動時間は長くなってしまう。

【０００８】 そこで、コンデンサＣ１の容量を単純に小さくすることでスイッチング電源の 起動時間を短くしようとすると、コンデンサＣ１の容量が小さいために、図７に 示すごとく、補助巻線Ｎ３に発生する電圧Ｖ_N3の電圧値がコンデンサＣ１を充電 する値まで上昇する前に、コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖ_C がＰＷＭ ＩＣ３の 駆動停止電圧まで低下してしまい、ＰＷＭ ＩＣ３は前述した過電流保護動作の ような間欠動作を繰り返し、安定した定常動作状態になれない起動不良を起こし てしまうことになる。 本考案は、特別な付加回路を設けなくとも動作不良を起こさずに起動時間を短 縮できるフライバック式のスイッチング電源を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、制御回路の駆動用電源としてコンデンサを使用し、起動時には入力 電圧により抵抗素子を介して該コンデンサを充電し、定常動作時にはコンバータ トランスに設けた補助巻線に発生する電圧により該コンデンサを充電することで 制御回路に駆動電力を供給する、１次側制御、フライバック方式のスイッチング 電源において、前記コンデンサは、該コンバータトランスの１次巻線に電流が流 れている期間に補助巻線に発生する電圧により駆動停止電圧より高い電圧に充電 され、少なくともスイッチングトランジスタがオフ状態の期間に制御回路に駆動 電力を供給することで、その端子間電圧が駆動停止電圧以下にならない容量であ る事を特徴とする。

【００１０】

【実施例】

本考案は、従来の回路において、制御回路の駆動用電源となるコンデンサの端 子間電圧が低下するのに対して、コンバータトランスに設けた補助巻線に発生す る電圧の立ち上がりが遅いという見地からなされた。 本考案によるスイッチング電源の回路を図１に示す。 図１において、入力端子１ａ、１ｂ間に設けたコンバータトランスＴの１次巻 線Ｎ１とスイッチングトランジスタＱ１と過電流検出用抵抗Ｒ２との直列回路及 び抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との直列回路、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の接続点 より駆動電力の供給を受けスイッチングトランジスタＱ１のベースに駆動パルス を出力するＰＷＭ ＩＣ３、並びにコンバータトランスの２次側において、出力 端子２ａ、２ｂ間に設けたダイオードＤ２と２次巻線Ｎ２との直列回路及び平滑 コンデンサＣ２を設けたフライバック式のスイッチング電源の回路構成は従来と 同一である。

【００１１】 本考案では、コンデンサＣ１の両端間にダイオードＤ１と、コンバータトラン スＴに設けられた補助巻線Ｎ３の直列回路を設け、補助巻線Ｎ３の極性とダイオ ードＤ１の順方向は、スイッチングトランジスタＱ１がオン状態でコンバータト ランスＴの１次巻線Ｎ１に電流が流れている時、補助巻線Ｎ３に発生する誘起電 圧Ｖ_N3でコンデンサＣ１を抵抗Ｒ１側を高電位として充電するようになっている 。 コンバータトランスＴの１次巻線Ｎ１に電流が流れている時に補助巻線Ｎ３に 発生する電圧の立ち上がりは出力電圧Ｖ_O とは関係無くなり、電圧Ｖ_N3の電圧値 がＰＷＭ ＩＣ３の駆動停止電圧以上となる時間が短くなる。

【００１２】 ここでコンデンサＣ１の容量を小さくしても、図２に示すようにコンデンサＣ １の端子間電圧Ｖ_C の電圧値がＰＷＭ ＩＣ３の駆動停止電圧より低下する前に 補助巻線Ｎ３に発生する電圧Ｖ_N3の電圧値が駆動停止電圧以上になるため、起動 不良が起こらず、安定した定常動作状態に移行できる。 従って、コンデンサＣ１が小容量化できるため、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の 抵抗値と容量値による時定数が小さくなってスイッチング電源の起動時間が短縮 でき、さらに装置の小型化、コストダウンにも寄与する。 ただし、このコンデンサＣ１は小容量と言っても、スイッチング電源に安定し た動作を継続させるためには、スイッチングトランジスタＱ１がオフ状態となっ ている期間内に、コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖ_C がＰＷＭ ＩＣ３に駆動電力 を供給することで駆動停止電圧以下にならないだけの容量は、少なくとも必要で ある。

【００１３】 図１の回路において、過電流検出用抵抗Ｒ２からの過電流信号をＰＷＭ ＩＣ ３の過電流信号入力端子（ＯＣ）に直接入力すると、過電流状態における出力電 流Ｉ_O と出力電圧Ｖ_O の特性は図３の破線イのようになる。 図４に示す従来の回路では、補助巻線Ｎ３に発生する電圧Ｖ_N3は出力電圧Ｖ_O に比例するため、出力電圧Ｖ_O の低下に伴って電圧Ｖ_N3も低下し、ＰＷＭ ＩＣ ３は間欠動作を行うことになる。この間欠動作によりフの字特性を示し、良好な 過電流保護を行っている。 しかし図１に示す回路では、補助巻線Ｎ３に発生する電圧Ｖ_N3は出力電圧Ｖ_O に関係無く、ほぼ一定しているため、過電流検出用抵抗Ｒ２からの過電流信号に 応じて出力電圧Ｖ_O を低下させるだけの過電流保護動作となる。

【００１４】 そのため本考案では、過電流検出用抵抗Ｒ２からの過電流信号をＰＷＭ ＩＣ ３の過電流信号入力端子にコンデンサＣ３を介して入力することにより、過電流 状態における出力電流Ｉ_O と出力電圧Ｖ_O の特性を図３の実線ロのように改善し ている。 このコンデンサＣ３の作用としては、本考案者が実願平２−１２２９５２号の 中で開示しているように、スイッチングトランジスタＱ１のオン期間によって過 電流信号入力端子の電圧のゼロレベルを変化させることになる。 そのため、過電流状態でスイッチングトランジスタＱ１のオン期間が絞り込ま れると、相対的に過電流信号入力端子に入力される過電流信号の電圧のピーク値 が高くなり、出力電圧Ｖ_O をより低く制御し、過電流保護特性を改善できる。

【００１５】

【考案の効果】

以上に述べたように、本考案は、制御回路の駆動用電源としてのコンデンサに 小容量のものを使用し、コンバータトランスの１次巻線に電流が流れている時に 補助巻線に発生する誘起電圧により、前記コンデンサを充電するようにしたもの である。 このことにより、特別な付加回路を設けずともスイッチング電源の起動時間を 大幅に短縮することができる。またコンデンサは小容量ものを使用できるので、 装置の小型化、コストダウンにも寄与する。 補助巻線に発生した誘起電圧は出力電圧に関係の無い電圧値であるため、従来 のようなフの字特性による過電流保護は行われないが、過電流信号をコンデンサ を介して制御回路に入力してやることで過電流保護動作による出力電圧の垂下勾 配が急峻になり、保護特性が改善されるので特に支障は無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案のスイッチング電源の一実施例の回路
図。

【図２】 図１の回路各点の電圧の経時変化を示す図。

【図３】 図１の回路における出力電流─出力電圧特
性。

【図４】 従来のスイッチング電源の回路図。

【図５】 制御回路の駆動用電源としてのコンデンサに
大容量のものを使用した場合の図４の回路各点の電圧の
経時変化を示す図。

【図６】 図３の回路における出力電流─出力電圧特
性。

【図７】 制御回路の駆動用電源としてのコンデンサに
小容量のものを使用した場合の図４の回路各点の電圧の
経時変化を示す図。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ 入力端子 ２ａ、２ｂ 出力端子 ３ ＰＷＭ ＩＣ Ｃ１ 制御回路の駆動用電源としてのコンデンサ Ｎ３ 補助巻線

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御回路の駆動用電源としてコンデンサ
   を使用し、起動時には入力電圧により抵抗素子を介して
   該コンデンサを充電し、定常動作時にはコンバータトラ
   ンスに設けた補助巻線に発生する電圧により該コンデン
   サを充電することで制御回路に駆動電力を供給する、１
   次側制御、フライバック方式のスイッチング電源におい
   て、前記コンデンサは、該コンバータトランスの１次巻
   線に電流が流れている期間に補助巻線に発生する電圧に
   より駆動停止電圧より高い電圧に充電され、少なくとも
   スイッチングトランジスタがオフ状態の期間に制御回路
   に駆動電力を供給することで、その端子間電圧が駆動停
   止電圧以下にならない容量である事を特徴とするスイッ
   チング電源。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスイッチング電源におい
   て、コンバータトランスの１次側に設けられた過電流検
   出用抵抗からの過電流信号が、コンデンサを介して制御
   回路に入力されることを特徴とするスイッチング電源。