JPH0956158A - スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の電源装置の補助電源では、出力電圧低
下時に補助巻線Ｌ３の誘起電圧が低下するため制御ＩＣ
に十分な電力を供給できなくなっていた。 【解決手段】 補助巻線Ｌ３とスイッチング制御回路Ｉ
Ｃとの間に接続された電源回路３０を備え、電源回路３
０は、起動用抵抗Ｒ１に接続された第１トランジスタＱ
３０ａと、第１トランジスタＱ３０ａ、補助巻線Ｌ３お
よびスイッチング制御回路ＩＣに接続された第２トラン
ジスタＱ３０ｂと、第１トランジスタＱ３０ａのベース
にカソードが接続されたツェナーダイオードＤ１とを有
したドロッパ回路であって、電源回路３０により抵抗Ｒ
３０を介して第２トランジスタＱ３０ｂのコレクタから
エミッタへと電圧が印加されてスイッチング制御回路Ｉ
Ｃに安定した動作電力を供給可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一次側制御方式
のスイッチング電源に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスイッチング電源としては図３に
示すような一次側制御方式のＤＣ−ＤＣコンバータが有
り、その構成は、入力端子＋，−間にコンデンサＣ１が
接続され、このコンデンサＣ１に並列して起動用抵抗Ｒ
１とツェナーダイオードＤ１との直列回路が接続され、
またコンデンサＣ１に並列してインバータ用のトランス
Ｔとこれの一次巻線に接続されたスイッチング素子Ｑ１
との直列回路が接続されている。

【０００３】トランスＴの補助巻線Ｌ３側には整流用ダ
イオードＤ２と平滑用コンデンサＣ２とが接続され、こ
のコンデンサＣ２のプラス側端子にはスイッチング素子
Ｑ１の開閉制御用ＩＣ（以下、制御ＩＣとする）の電源
端子が接続され、この電源端子は起動用抵抗Ｒ１とツェ
ナーダイオードＤ１との接続点に接続されている。制御
ＩＣの開閉制御端子はスイッチング素子Ｑ１のベースに
接続されている。

【０００４】また、トランスＴの２次巻線Ｌ２側には整
流用ダイオードＤ３と平滑用コンデンサＣ３が接続さ
れ、このコンデンサＣ３の両端が出力端子となる。

【０００５】このような構成のＤＣ−ＤＣコンバータは
次のように動作する。

【０００６】入力電圧ＶinがコンデンサＣ１に印加され
て起動用抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＤ１とで分圧さ
れた電圧がコンデンサＣ２に印加され、このコンデンサ
Ｃ２の端子電圧が制御ＩＣの電源端子に印加されること
により、制御ＩＣが起動する。そして、起動した制御Ｉ
Ｃがスイッチング素子Ｑ１を開閉駆動することにより、
トランスの一次巻線Ｌ１が励磁して補助巻線Ｌ３から誘
起電圧が発生する。この誘起電圧がダイオードＤ２とコ
ンデンサＣ２とで整流及び平滑されて制御ＩＣの電源端
子に印加されることにより補助巻線Ｌ３から制御ＩＣに
十分な動作電力が供給されて制御ＩＣは通常動作に移行
する。

【０００７】そして、励磁した二次巻線Ｌ２の出力がダ
イオードＤ３とコンデンサＣ３とで整流及び平滑されて
直流の出力電圧Ｖout が得られ、ＤＣ−ＤＣコンバータ
は通常動作状態となる。

【０００８】前述したようなＤＣ−ＤＣコンバータにお
いて、起動用抵抗Ｒ１は例えば１００キロオーム等の数
十キロから数百キロ程度の抵抗値を有しており、この起
動用抵抗Ｒ１に流れる起動時の電流で制御ＩＣは起動す
る。しかしながら、この制御ＩＣが通常動作に移行した
場合には十数ｍＡ程度の消費電力を要する。このため、
前述の通り、起動後の制御ＩＣは補助巻線Ｌ３から動作
電力を得ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような電源装置の補助電源にあっては、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータの電源投入時または通常動作時においては制御
ＩＣを動作させるための電力は起動用抵抗Ｒ１または補
助巻線Ｌ３より供給されるものの、動作中に通常動作状
態から外れて出力電圧Ｖout が低下した場合にはこれに
伴って補助巻線Ｌ３の誘起電圧も低下するため制御ＩＣ
に十分な電源電圧を供給できなくなるといった問題があ
った。

【００１０】特に、リチウムイオン二次電池等の充電器
としてＤＣ−ＤＣコンバータを用いる場合には、放電し
て低くなった二次電池の電池電圧がＤＣ−ＤＣコンバー
タの出力電圧Ｖout となるため、前記の問題に十分な対
策が必要となる。

【００１１】そこで、起動用抵抗Ｒ１の抵抗値を小さく
して出力電圧Ｖout の低下時でも入力側から起動用抵抗
をＲ１を介して制御ＩＣの動作電流を確保することが考
えられるが、この場合、通常動作時においてまでも、起
動用抵抗Ｒ１から制御ＩＣの動作電力が供給されてしま
い、起動用抵抗Ｒ１による電力損失が大きくなってしま
い、効率が悪化してしまうので採用できない。

【００１２】本願発明は前述したような課題を解決する
ためになされたものであり、その目的は、効率を犠牲に
することなく、起動時および通常動作時だけでなく出力
電圧Ｖout の低下時においても制御ＩＣに十分な動作電
力を供給できるＤＣ−ＤＣコンバータを提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本願発明のスイッチング電源にあっては、入力端子
間に接続されて補助巻線を有したトランスと、このトラ
ンスの１次巻線と直列に一方の前記入力端子との間に接
続されたスイッチング素子と、このスイッチング素子と
前記トランスの前記補助巻線とに接続されて前記スイッ
チング素子を開閉制御するスイッチング制御回路と、こ
のスイッチング制御回路とプラス側の前記入力端子との
間に接続された起動用抵抗とを備えたスイッチング電源
において、前記起動用抵抗と前記スイッチング制御回路
との間に接続された第１電源回路を備え、第１電源回路
は、前記起動用抵抗と前記スイッチング制御回路とに接
続された第１トランジスタと、前記第１トランジスタの
ベースにカソードが接続されたツェナーダイオードとを
有したドロッパ回路であって、前記起動用抵抗に流れる
電流により前記第１電源回路が動作して前記スイッチン
グ制御回路に安定した動作電源電圧を供給可能としてな
る。

【００１４】好ましくは、前記補助巻線と前記スイッチ
ング制御回路との間に接続された第２電源回路を備え、
前記第２電源回路は前記補助巻線と前記スイッチング制
御回路とに接続された第２トランジスタを有して前記補
助巻線で発生する誘起電圧を前記第２トランジスタで安
定化して前記スイッチング制御回路に動作電力を供給可
能としてなる。

【００１５】また、本願発明のスイッチング電源にあっ
ては、入力端子間に接続されて補助巻線を有したトラン
スと、このトランスの１次巻線と一方の前記入力端子と
の間に接続されたスイッチング素子と、このスイッチン
グ素子と前記トランスの前記補助巻線とに接続されて前
記スイッチング素子を開閉制御するスイッチング制御回
路と、このスイッチング制御回路とプラス側の前記入力
端子との間に接続された起動用抵抗とを備えたスイッチ
ング電源において、前記補助巻線と前記スイッチング制
御回路との間に接続された電源回路を備え、前記電源回
路は、前記起動用抵抗に接続された第１トランジスタ
と、前記第１トランジスタ、前記補助巻線および前記ス
イッチング制御回路に接続された第２トランジスタとを
有し、前記第１トランジスタは起動用抵抗に流れる電流
を増幅し、前記第２トランジスタは、前記第１トランジ
スタで増幅された電流をさらに増幅して前記スイッチン
グ制御回路に動作電力を供給可能とするとともに、前記
補助巻線で発生する誘起電圧を安定化して前記スイッチ
ング制御回路に動作電力を供給可能としてなる。

【００１６】また、前記スイッチング電源は二次電池の
充電に用いられてなる。

【００１７】前記構成のスイッチング電源にあっては、
以下の作用を奏する。

【００１８】請求項１に係る本願発明にあっては、スイ
ッチング電源の起動時には、起動用抵抗を介してスイッ
チング制御回路の動作電力を供給する。スイッチング電
源が通常動作の状態に移行すると、補助巻線からスイッ
チング制御回路の動作電力を供給する。

【００１９】補助巻線の誘起電圧が低下した場合には、
前記起動用抵抗に流れる電流により前記第１電源回路が
動作して前記スイッチング制御回路に安定した動作電源
電圧を供給する。

【００２０】請求項２に係る本願発明にあっては、前述
した請求項１に係る作用で述べたことに加え、第２電源
回路の補助巻線で発生する誘起電圧を第２トランジスタ
で安定化してスイッチング制御回路に動作電力を供給す
る。

【００２１】請求項３に係る本願発明にあっては、スイ
ッチング電源の起動時には、起動用抵抗に流れる電流を
第１、２トランジスタで増幅してスイッチング制御回路
に動作電力を供給する。スイッチング電源が通常動作の
状態に移行すると、補助巻線で発生する誘起電圧を第２
トランジスタで安定化してスイッチング制御回路に動作
電力を供給する。

【００２２】トランスの出力電圧が低下して補助巻線の
誘起電圧が低下した場合には、起動用抵抗Ｒ１を通して
流れる電流を電源回路の第１、２トランジスタで増幅し
てスイッチング制御回路に動作電力を供給する。

【００２３】また、スイッチング制御回路へ動作電力を
供給する電源回路は一つで済むため部品点数が少なくて
済む。

【００２４】請求項４に係る本願発明にあっては、前記
請求項１、２あるいは３に記載の前記スイッチング電源
が二次電池の充電に用られたので、放電して電池電圧の
低くなった二次電池をトランスの出力に接続することに
より補助巻線の誘起電圧が低下した場合でも、起動用抵
抗Ｒ１を通して流れる電流が増幅されてスイッチング制
御回路に電力供給されるため、スイッチング制御回路は
安定した動作を確保でき、二次電池を効率よく充電でき
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明に係るスイッチング電源の
好適な実施の第１、２形態をそれぞれ図１、２を参照に
して説明する。本願実施の形態では、前述の従来例とし
て図３に示した回路に対して第１電源回路１０および第
２電源回路２０、あるいは電源回路３０を付加してお
り、図３中のツェナーダイオードＤ１はこれら電源回路
１０乃至３０内にそれぞれ含められている。これらの点
以外は基本的に図３の従来例と同じ構成であり、これら
同一部分については同一の符号を付して詳しい説明は省
略する。

【００２６】本願発明の実施の第１形態のスイッチング
電源は、図１に示すように、起動用抵抗Ｒ１とスイッチ
ング素子Ｑ１のスイッチング制御回路としての制御ＩＣ
との間に接続された第１電源回路１０と、制御ＩＣと補
助巻線Ｌ３との間に接続された第２電源回路２０を備え
ている。

【００２７】第１電源回路１０は、ドロッパ回路であっ
て、第１トランジスタＱ１０と、第１トランジスタＱ１
０のベ−スにカソ−ドが接続されたツェナーダイオード
Ｄ１と、第１トランジスタＱ１０のコレクタに一端が接
続された抵抗Ｒ１０とを備えている。第１トランジスタ
Ｑ１０のべ−スは起動用抵抗Ｒ１の一端に接続され、ま
たコレクタは抵抗Ｒ１０を介してプラス側の入力端子＋
に接続され、さらにエミッタは制御ＩＣの電源端子に接
続されている。

【００２８】第２電源回路２０は、第２トランジスタＱ
２０と、第２トランジスタＱ２０のベ−スにカソ−ドが
接続されたツェナーダイオードＤ２０と、第２トランジ
スタＱ２０のベース−コレクタ間に接続された抵抗Ｒ２
０とを備えている。第２トランジスタＱ２０のコレクタ
はダイオ−ドＤ２を介して補助巻線Ｌ３のプラス側に接
続されるとともに、第２トランジスタＱ２０のエミッタ
は制御ＩＣの電源端子に接続されている。

【００２９】このような構成のスイッチング電源は、電
源を投入すると起動用抵抗Ｒ１に電流が流れて第１トラ
ンジスタＱ１０が閉状態となり、この第１トランジスタ
Ｑ１０のエミッタを介して制御ＩＣの電源端子に安定し
た動作電圧が印加されて制御ＩＣは起動する。

【００３０】制御ＩＣが起動すると補助巻線Ｌ３に誘起
電圧が発生してこの誘起電圧を整流及び平滑した電圧が
第２電源回路２０に入力される。即ち、第２トランジス
タＱ２０のコレクタからエミッタを介して補助巻線Ｌ３
から制御ＩＣの電源端子へ動作電力が供給されて制御Ｉ
Ｃは通常動作状態へ移行する。このとき、第２トランジ
スタＱ２０では補助巻線Ｌ３で発生する誘起電圧を安定
化して制御ＩＣに動作電力を供給している。

【００３１】補助巻線Ｌ３から得られる電圧が低下した
場合、抵抗Ｒ１０を介して第１トランジスタＱ１０のコ
レクタからエミッタに電流が流れて制御ＩＣに動作電力
を供給する。

【００３２】補助巻線Ｌ３の巻極がフライバック方向で
ある場合は、出力電圧Ｖout が低下すると補助巻線Ｌ３
の誘起電圧も低下してしまう。このとき、前述したよう
に、第１電源回路１０の構成によって制御ＩＣに安定し
た動作電力が供給される。

【００３３】また、補助巻線Ｌ３の巻極がフォワード方
向である場合には、入力電圧Ｖinに比例して補助巻線Ｌ
３の誘起電圧が発生する。したがって、電源投入時や入
力電圧Ｖinが低い場合には、前述したように、第１電源
回路１０より制御ＩＣの動作電力が供給される。

【００３４】次に、本願発明の実施の第２形態のスイッ
チング電源を説明する。本形態のスイッチング電源は図
２に示すように、補助巻線Ｌ３と制御ＩＣとの間に接続
された電源回路３０を備えており、この電源回路３０
は、起動用抵抗Ｒ１と、起動用抵抗Ｒ１にカソードが接
続されたツェナーダイオードＤ１と、ツェナーダイオー
ドＤ１のカソードと起動用抵抗Ｒ１とにベースが接続さ
れた第１トランジスタＱ３０ａと、第１トランジスタＱ
３０ａのコレクタとプラス側入力端子＋との間に接続さ
れた抵抗Ｒ３０と、第１トランジスタＱ３０ａのエミッ
タにベースが接続された第２トランジスタＱ３０ｂとを
備えている。即ち、第１トランジスタＱ３０ａと第２ト
ランジスタＱ３０ｂとはダーリントン接続され、抵抗Ｒ
３０はプラス側入力端子＋に接続され、第２トランジス
タＱ３０ｂのコレクタは補助巻線Ｌ３のプラス側に接続
されるとともにエミッタは制御ＩＣの電源端子に接続さ
れている。

【００３５】このような構成のスイッチング電源は、電
源を投入すると起動用抵抗Ｒ１に電流が流れてツェナー
ダイオードＤ１によって基準電圧が確立する。第１トラ
ンジスタＱ３０ａと第２トランジスタＱ３０ｂとツェナ
ーダイオードＤ１によって構成されているドロッパ回路
により、抵抗Ｒ３０を介して第２トランジスタＱ３０ｂ
のコレクタからエミッタへと安定した電圧が印加されて
制御ＩＣは起動する。

【００３６】制御ＩＣが起動すると補助巻線Ｌ３に誘起
電圧が発生してこの誘起電圧を整流及び平滑した電圧が
第２トランジスタＱ３０ｂのコレクタに入力される。即
ち、第２トランジスタＱ３０ｂが閉状態にあるため補助
巻線Ｌ３より第２トランジスタＱ３０ｂのコレクタおよ
びエミッタを介して制御ＩＣの電源端子に動作電力が供
給されて制御ＩＣは通常動作状態へ移行する。このと
き、第２トランジスタＱ３０ｂでは補助巻線Ｌ３で発生
する誘起電圧を安定化して制御ＩＣに動作電力を供給し
ている。

【００３７】トランスＴの出力電圧Ｖout が低下して補
助巻線Ｌ３の誘起電圧が低下した場合には、起動用抵抗
Ｒ１を通して流れる電流を第１トランジスタＱ３０ａお
よび第２トランジスタＱ３０ｂで増幅して制御ＩＣに動
作電力を供給する。このとき第１トランジスタＱ１で
は、起動用抵抗Ｒ１に流れる電流に第１トランジスタＱ
１０の電流増幅率を乗じた値の電流が抵抗Ｒ３０を通し
て流れ、これにほぼ等しい電流値が第２トランジスタＱ
３０ｂのベース電流となり、このベース電流に第２トラ
ンジスタＱ３０ｂの電流増幅率を乗じた値にほぼ等しい
電流が制御ＩＣの動作電力となる。

【００３８】本第２形態にあっては、前記第１形態に比
し、制御ＩＣへ動作電力を供給する電源回路は一つで済
むため部品点数が少なくて済む。 また、電力部品とし
ては第１トランジスタ３０ａは第２トランジスタ３０ｂ
より小規模なものにできるため、部品点数が少なくなる
ことと相俟って、実装面積を約半分にでき、小型化が図
れるとともに製造費用の低廉化が図れる。

【００３９】前記第１、２形態のスイッチング電源にあ
っては、制御ＩＣに対して通常動作時は補助巻線Ｌ３か
ら動作電力を供給し、出力電圧Ｖout が低下した場合と
起動時には入力側から動作電力を供給する。したがっ
て、通常動作時に起動用抵抗Ｒ１や抵抗Ｒ１０、Ｒ３０
を介して動作電力を供給する構成ではないためこれら抵
抗により大きな損失が発生して効率を悪化させることが
ない。

【００４０】従来のスイッチング電源と異なり、動作中
に出力電圧Ｖout が低下しても制御ＩＣに動作電源を供
給できるため、本願のスイッチング電源はリチウムイオ
ン二次電池などの充電装置として好適である。即ち、放
電して電池電圧の低くなった二次電池をトランスＴの出
力に接続することにより補助巻線Ｌ３の誘起電圧が低下
した場合でも、起動用抵抗Ｒ１を通して流れる電流が増
幅されて制御ＩＣに電力供給されるため、制御ＩＣは安
定した動作を確保でき、二次電池を効率よく充電でき
る。

【００４１】

【発明の効果】本願発明のスイッチング電源にあって
は、以下の効果を奏する 請求項１、２に係るスイッチング電源にあっては、起動
時および通常動作時のみならず、出力電圧低下時におい
てもスイッチング制御回路に動作電力を供給できるた
め、安定したスイッチング動作が確保でき、信頼性を大
幅に向上できる。また、効率を犠牲にすることがない。

【００４２】請求項３に係る本願発明にあっては、請求
項１、２に係る前述したことに加え、部品点数を減らす
ことができるため、組立の簡略化、小型化及び製造費用
の低廉化が図れる。

【００４３】請求項４に係る本願発明にあっては、放電
して電池電圧の低くなった二次電池をトランスの出力に
接続しても、スイッチング制御回路は安定した動作を確
保できるため効率よく二次電池を充電できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施の第１形態によるスイッチング
電源の回路構成図である。

【図２】本願発明の実施の第２形態によるスイッチング
電源の回路構成図である。

【図３】従来のスイッチング電源の回路構成図である。

【符号の説明】

１０ 第１電源回路 ２０ 第
２電源回路 ３０ 電源回路 Ｔ ト
ランス Ｌ１ １次巻線 Ｌ２ ２
次巻線 Ｌ３ 補助巻線 Ｒ１ 起
動用抵抗 Ｑ１ スイッチング素子 ＩＣ ス
イッチング制御回路 Ｑ１０ 第１トランジスタ Ｑ２０ 第
２トランジスタ Ｑ３０ａ 第１トランジスタ Ｑ３０ｂ 第
２トランジスタ

フロントページの続き (72)発明者 山田 克夫 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力端子（＋，−）間に接続されて補助
   巻線（Ｌ３）を有したトランス（Ｔ）と、このトランス
   （Ｔ）の１次巻線（Ｌ１）と直列に一方の該入力端子
   （−）との間に接続されたスイッチング素子（Ｑ１）
   と、このスイッチング素子（Ｑ１）と該トランス（Ｔ）
   の該補助巻線（Ｌ３）とに接続されて該スイッチング素
   子（Ｑ１）を開閉制御するスイッチング制御回路（Ｉ
   Ｃ）と、このスイッチング制御回路（ＩＣ）とプラス側
   の該入力端子（＋）との間に接続された起動用抵抗（Ｒ
   １）とを備えたスイッチング電源において、該起動用抵
   抗（Ｒ１）と該スイッチング制御回路（ＩＣ）との間に
   接続された第１電源回路（１０）を備え、該第１電源回
   路（１０）は、該起動用抵抗（Ｒ１）と該スイッチング
   制御回路（ＩＣ）とに接続された第１トランジスタ（Ｑ
   １０）と、該第１トランジスタ（Ｑ１０）のベースにカ
   ソードが接続されたツェナーダイオード（Ｄ１）とを有
   したドロッパ回路であって、該起動用抵抗（Ｒ１）に流
   れる電流により該第１電源回路（１０）が動作して該ス
   イッチング制御回路（ＩＣ）に安定した動作電源電圧を
   供給可能としてなることを特徴とするスイッチング電
   源。
2. 【請求項２】 前記補助巻線（Ｌ３）と前記スイッチン
   グ制御回路（ＩＣ）との間に接続された第２電源回路
   （２０）を備え、該第２電源回路（２０）は該補助巻線
   （Ｌ３）と該スイッチング制御回路（ＩＣ）とに接続さ
   れた第２トランジスタ（Ｑ２０）を有して該補助巻線
   （Ｌ３）で発生する誘起電圧を該第２トランジスタ（Ｑ
   ２０）で安定化して該スイッチング制御回路（ＩＣ）に
   動作電力を供給可能としてなることを特徴とする請求項
   １記載のスイッチング電源。
3. 【請求項３】 入力端子（＋，−）間に接続されて補助
   巻線（Ｌ３）を有したトランス（Ｔ）と、このトランス
   （Ｔ）の１次巻線（Ｌ１）と一方の該入力端子（−）と
   の間に接続されたスイッチング素子（Ｑ１）と、このス
   イッチング素子（Ｑ１）と該トランス（Ｔ）の該補助巻
   線（Ｌ３）とに接続されて該スイッチング素子（Ｑ１）
   を開閉制御するスイッチング制御回路（ＩＣ）と、この
   スイッチング制御回路（ＩＣ）とプラス側の該入力端子
   （＋）との間に接続された起動用抵抗（Ｒ１）とを備え
   たスイッチング電源において、該補助巻線（Ｌ３）と該
   スイッチング制御回路（ＩＣ）との間に接続された電源
   回路（３０）を備え、該電源回路（３０）は、該起動用
   抵抗（Ｒ１）に接続された第１トランジスタ（Ｑ３０
   ａ）と、該第１トランジスタ（Ｑ３０ａ）、該補助巻線
   （Ｌ３）および該スイッチング制御回路（ＩＣ）に接続
   された第２トランジスタ（Ｑ３０ｂ）とを有し、該第１
   トランジスタ（Ｑ３０ａ）は起動用抵抗（Ｒ１）に流れ
   る電流を増幅し、該第２トランジスタ（Ｑ３０ｂ）は、
   該第１トランジスタ（Ｑ３０ａ）で増幅された電流をさ
   らに増幅して該スイッチング制御回路（ＩＣ）に動作電
   力を供給可能とするとともに、該補助巻線（Ｌ３）で発
   生する誘起電圧を安定化して該スイッチング制御回路
   （ＩＣ）に動作電力を供給可能としてなることを特徴と
   するスイッチング電源。
4. 【請求項４】 前記請求項１、２あるいは３に記載の前
   記スイッチング電源が二次電池の充電に用いられてなる
   ことを特徴とするスイッチング電源。