JPH08126320A - スイッチング電源 - Google Patents

スイッチング電源

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JPH08126320A
JPH08126320A JP27970394A JP27970394A JPH08126320A JP H08126320 A JPH08126320 A JP H08126320A JP 27970394 A JP27970394 A JP 27970394A JP 27970394 A JP27970394 A JP 27970394A JP H08126320 A JPH08126320 A JP H08126320A
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信義 長潟
Takuya Ishii
卓也 石井
Kiyoshi Terasawa
潔 寺沢
Yutaka Sekine
豊 関根
Haruo Watanabe
晴夫 渡辺
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高入力電圧または軽負荷条件でも、平滑コンデ
ンサの電圧を低く設定することを可能とし、小型化、高
力率、高効率のスイッチング電源の提供。 【構成】交流電源20に接続された全波整流器21の出
力端子間に平滑コンデンサ32が接続され、平滑コンデ
ンサ32の端子間にトランスの一次巻線28とスイッチ
素子33の直列回路が接続され、全波整流器21と平滑
コンデンサ32の間に、インダクタ26と制御巻線31
との直列が接続され、二次巻線29に整流平滑回路34
が接続され、その出力側に負荷37が接続されと共に、
スイッチ素子33を制御する制御回路38とを備えたス
イッチング電源において、制御回路38に平滑コンデン
サ電圧検出部53と、三次巻線30により与えられる負
トリガを遅延せしめる遅延回路54を備え、平滑コンデ
ンサ32の電圧が規定の電圧になるようにスイッチ素子
33を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、交流を入力とするスイ
ッチング式直流安定化電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図9に本願出願人の出願に係る特願平5
−177379号にて提案されたスイッチング電源の構
成例を示す。図9において。20は商用交流電源、21
は全波整流器でダイオード22,23,24,25から
構成されている。26はインダクタ、27はトランスで
一次巻線28,二次巻線29,三次巻線30,制御巻線
31から構成されている。32は平滑コンデンサ、33
はスイッチ素子、34は整流平滑回路でダイオード3
5,コンデンサ36から構成されている。37は負荷、
38は制御回路である。
【0003】このスイッチング電源の回路動作は、商用
交流電源20の入力を全波整流器21で整流し、平滑コ
ンデンサ32でリプルの少ない直流に平滑した後、スイ
ッチ素子33を入力商用交流周波数より高い周波数でオ
ン、オフさせることによって、トランス27の一次巻線
28に交流電圧が与えられ、その出力はトランス27の
二次巻線29から整流平滑回路34に与えられて整流平
滑し、直流の出力電圧として負荷に与える基本動作にお
いて、スイッチ素子33がオフになると、インダクタ2
6の電流はトランス27の制御巻線31を介して、平滑
コンデンサ32に流れ込み、同時にトランス27の制御
巻線31を流れた結果、それに対応する電流が、トラン
ス27の三次巻線30から制御回路38に流れ、スイッ
チ素子33を制御するものである。即ち、この様な電流
の流れでスイッチ素子33がオフの期間には、インダク
タ26に蓄えられたエネルギーが、平滑コンデンサ32
と制御回路38に送られることになり、従来のスイッチ
ング電源に比較し、高力率で高効率のスイッチング電源
を得ることができたものである。
【0004】この回路における制御回路38の具体的回
路構成は、図10に示すように出力電圧検出器51,フ
ォトカプラ52,制御IC50から構成され、出力電圧
が規定の電圧を越えるとフォトカプラ52が導通し、制
御IC50がスイッチ素子33をオフさせ、トランス2
7に蓄えられたエネルギーが二次巻線29側に供給され
終わると、トランス27の極性が反転し、三次巻線30
の負トリガを制御IC50が検出することにより、スイ
ッチ素子33をオンさせるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のスイッチング電源の回路構成では、軽負荷時に
おいて平滑コンデンサ32から放出される電荷量よりも
制御巻線31から流入する電荷量が増大し、平滑コンデ
ンサ32の電圧が上昇する。このため、平滑コンデンサ
32には高耐圧のコンデンサを必要とすると共に、スイ
ッチ素子33に印加される電圧も増大することから、ス
イッチ素子33も高耐圧の素子を必要とする。従って、
一般に高耐圧のスイッチ素子は低耐圧のものに比較し電
流導通時の損失が大きくなるため、全体の効率も低下す
るという問題が生じる。本発明は上記の点に鑑みなされ
たもので、高入力電圧あるいは軽負荷の条件下において
も、平滑コンデンサ32の電圧を抑制することにより大
型化を防ぎ、またスイッチ素子33の大型化及び損失の
増大を避けることにより、小型で高効率の交流入力のス
イッチング電源を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング電
源は、交流電源に接続された全波整流器と、該全波整流
器の出力端子間に接続された平滑コンデンサと、該平滑
コンデンサの端子間に接続されたトランスの一次巻線と
スイッチ素子との直列回路と、前記全波整流器と前記平
滑コンデンサとの間に接続されたインダクタと前記トラ
ンスの制御巻線との直列回路と、前記トランスの二次巻
線に接続されると共にその出力端子に負荷が接続される
整流平滑回路と、該整流平滑回路の出力端子と前記スイ
ッチ素子との間に接続され該整流平滑回路の出力電圧を
所定の電圧になるように該スイッチ素子を制御する制御
回路とを有するスイッチング電源において、前記トラン
スに三次巻線を設けると共に、前記制御回路には前記平
滑コンデンサの電圧を検知する平滑コンデンサ電圧検出
部53と、該平滑コンデンサ電圧検出部53が前記平滑
コンデンサの電圧が所定の電圧以上を検出した場合に前
記トランスの三次巻線により与えられる負トリガを遅延
せしめ、前記スイッチ素子の動作を遅延せしめるディレ
イ回路とを備えたものである。
【0007】
【実施例】図1は本発明の実施例を示すもので、図9に
示した従来例と同一部分は同一符号で示し、その説明を
省略する。図1において42は制御回路で、図5にその
原理図を示してある。この制御回路42は、図10に示
した従来の制御回路38に、平滑コンデンサ電圧検出器
53とディレイ回路54を付加したものである。その動
作は、平滑コンデンサ電圧検出器53が平滑コンデンサ
32の電圧を検出し、その電圧が規定の電圧となるよう
に、三次巻線30の負トリガが制御IC50に伝わる遅
延時間をディレイ回路54が制御するようにしものであ
る。この制御回路42の具体例としては、図6に示すよ
うに、出力電圧検出器51,フォトカプラ52、制御I
C50と、比較器61,抵抗62,63を備えた平滑コ
ンデンサ電圧検出器53、およびダイオード55,抵抗
56,FET57,ダイオード58,抵抗59,コンデ
ンサ60を備えたディレイ回路54とから構成されてい
る。
【0008】次に、図6の制御回路42と共に図1のス
イッチング電源の動作を説明する。整流平滑回路34の
出力電圧が規定の電圧を越えると、これを出力電圧検出
器51が検知しフォトカプラ52を導通させ、制御IC
50がスイッチ素子33をオフさせる。このオフ動作に
よりトランス27に蓄えられたエネルギーが二次巻線2
9側に供給され終わると、トランス27の三次巻線30
の極性が反転する。このとき平滑コンデンサ32の電圧
が規定の値より低い場合には、平滑コンデンサ電圧検出
部53がFET57をオンさせる。従って、三次巻線3
0の負トリガは、ダイオード58、低い抵抗値に設定さ
れている抵抗59を通ってコンデンサ60を放電するこ
とにより、制御IC50の負トリガとしての入力は三次
巻線30の反転に対してほとんど遅延されい。このとき
のスイッチ素子33の動作波形を図7(a)に示す。
【0009】これに対して、平滑コンデンサ32の電圧
が規定の値より高い場合には、平滑コンデンサ電圧検出
部53がFET57をオフにさせる。従って、三次巻線
の負トリガが、高い抵抗値に設定されている抵抗56を
通ってコンデンサ60を放電することにより、制御IC
50の負トリガとしての入力は三次巻線30の反転に対
して遅れて伝達される。これによりスイッチ素子33の
オンが遅れ、平滑コンデンサ32の電圧が低下する。こ
のときのスイッチ素子33の動作波形を図7(b)に示
す。平滑コンデンサ32を規定の電圧に保つには、平滑
コンデンサ電圧検出部53がFET57を活性領域で制
御する必要がある。本発明の一実施例回路として示した
図1における負荷容量(出力電流)に対する平滑コンデ
ンサ32の電圧と、従来の回路例として示した図9の場
合のそれとを対応させて図8に示す。この図8から明ら
かなように、本発明の制御回路42を用いたスイッチン
グ電源は、出力電圧の定電圧性を保ちながら、平滑コン
デンサ32の電圧を規定の値以下に制御することが可能
となる。
【0010】図2〜図4は本発明の他の実施例回路図
で、その動作は図5または図6の制御回路を用いること
によって、同様の結果を得ることができる。図2の実施
例は、図1で示した実施例のインダクタ26とトランス
27の制御巻線31との間にコンデンサ39を設けると
共に、このコンデンサ39と制御巻線31との直列回路
に並列にダイオード40を設けたものである。この回路
の動作は、スイッチ素子33がオンの場合、インダクタ
26の電流はコンデンサ39を介してトランス27の制
御巻線31と一次巻線28、およびスイッチ素子33を
通って流れるので、コンデンサ39が電圧を持ち始め、
その電圧が平滑コンデンサ32の電圧より高くなると、
インダクタ26の電流はダイオード40を通って平滑コ
ンデンサ32に流れ込むことになる。従って、スイッチ
素子33がオンしているにも拘らず、インダクタ26の
昇圧時間を短くし、これは入力電圧が高いほど昇圧時間
を短くする作用がある。
【0011】また、スイッチ素子33がオフの期間に
は、インダクタ26の電流はダイオード40を介して平
滑コンデンサ32に流れ込み、また同時にトランス27
の制御巻線31からの励磁電流が、コンデンサ39とダ
イオード40を通って流れ、コンデンサ39はスイッチ
素子33がオン期間とは逆方向に充電され電圧が下が
る。即ち、この実施例では、インダクタ26の昇圧時間
が、入力電圧が高いほど短くなるため、インダクタ26
の電流がスイッチ素子33がオフの期間に、零アンペア
に戻らない連続方のモードであっても、入力電流波形
が、概ね正弦波に対応した波形になり、力率が高くな
る。
【0012】図3の実施例は、図1で示した実施例のス
イッチ素子33の両端子間に、コンデンサ41を接続し
たものである。この回路の動作は、スイッチ素子33が
オフの期間にトランス27の励磁電流が零アンペアにリ
セットされた後に、トランス27の励磁インダクタンス
とコンデンサ50が共振して、スイッチ素子33がオン
する前に、スイッチ素子33の端子間電圧を零ボルト近
辺まで下げてくれるので、スイッチ素子33のターン・
オン時のスイッチング損失を減少させることができるも
のである。図4の実施例は、図1に対する前述した図2
と図3の実施例の変更箇所の双方を設けたものであり、
その作用は両者の作用効果を兼ね備えたものとなる。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、従来の主要回路を
そのままとし、スイッチ素子33のオンするタイミング
を変えるだけで、高入力電圧または軽負荷条件において
も、平滑コンデンサ32の電圧を低く設定することが可
能となることから、平滑コンデンサ32を低耐圧のもの
にし得ると共に、スイッチ素子33を低耐圧でオン抵抗
の小さいものが使用でき、スイッチング電源の小型化と
共に、高力率,高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例回路図である。
【図2】本発明の他の実施例回路図である。
【図3】本発明の他の実施例回路図である。
【図4】本発明の他の実施例回路図である。
【図5】本発明の制御回路原理図である。
【図6】本発明の一実施例制御回路図である。
【図7】本発明におけるスイッチ素子33の動作波形図
である。
【図8】本発明と従来例との平滑コンデンサ32の電圧
特性の比較図である。
【図9】従来の回路図である。
【図10】従来の制御回路図である。
【符号の説明】
20 商用交流電源 21 全波整流器 22,23,24,25,35,40,55,58 ダ
イオード 26 インダクタ 27 トランス 28 トランスの一次巻線 29 トランスの二次巻線 30 トランスの三次巻線 31 トランスの制御巻線 32 平滑コンデンサ 33 スイッチ素子 34 整流平滑回路 36,39,41,60 コンデンサ 37 負荷 38,42 制御回路 50 制御用IC 51 出力電圧検出器 52 フォトカプラ 53 平滑コンデンサ電圧検出部 54 ディレイ回路 56,59,62,63 抵抗 57 FET 61 比較器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺沢 潔 埼玉県飯能市南町10番13号 新電元工業株 式会社工場内 (72)発明者 関根 豊 埼玉県飯能市南町10番13号 新電元工業株 式会社工場内 (72)発明者 渡辺 晴夫 埼玉県飯能市南町10番13号 新電元工業株 式会社工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源に接続された全波整流器と、該
    全波整流器の出力端子間に接続された平滑コンデンサ
    と、該平滑コンデンサの端子間に接続されたトランスの
    一次巻線とスイッチ素子との直列回路と、前記全波整流
    器と前記平滑コンデンサとの間に接続されたインダクタ
    と前記トランスの制御巻線との直列回路と、前記トラン
    スの二次巻線に接続されると共にその出力端子に負荷が
    接続される整流平滑回路と、該整流平滑回路の出力端子
    と前記スイッチ素子との間に接続され該整流平滑回路の
    出力電圧を所定の電圧になるように該スイッチ素子を制
    御する制御回路とを有するスイッチング電源において、 前記トランスに三次巻線を設けると共に、前記制御回路
    には前記平滑コンデンサの電圧を検知する平滑コンデン
    サ電圧検出部と、該平滑コンデンサ電圧検出部が前記平
    滑コンデンサの電圧が所定の電圧以上を検出した場合に
    前記トランスの三次巻線により与えられる負トリガを遅
    延せしめ、前記スイッチ素子の動作を遅延せしめるディ
    レイ回路とを備えたことを特徴とするスイッチング電
    源。
  2. 【請求項2】 前記インダクタと前記トランスの制御巻
    線との間に設けられたコンデンサと、該コンデンサと前
    記制御巻線との直列回路に並列に設けられたダイオード
    とを備えた請求項1記載のスイッチング電源。
  3. 【請求項3】 前記スイッチ素子の両端子間に設けられ
    たコンデンサを備えた請求項1または請求項2記載のス
    イッチング電源。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006136076A (ja) * 2004-11-04 2006-05-25 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Ac−dcコンバータ
JP2007236156A (ja) * 2006-03-03 2007-09-13 Shindengen Electric Mfg Co Ltd スイッチング電源装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006136076A (ja) * 2004-11-04 2006-05-25 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Ac−dcコンバータ
JP2007236156A (ja) * 2006-03-03 2007-09-13 Shindengen Electric Mfg Co Ltd スイッチング電源装置

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