JPS5819164A

JPS5819164A - 電源回路

Info

Publication number: JPS5819164A
Application number: JP11872481A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hasebe; 騰長谷部
Original assignee: Tateisi Electronics Co; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1981-07-27
Filing date: 1981-07-27
Publication date: 1983-02-04
Also published as: JPS6223542B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、電源回路に関し、特にたとえば入出力絶縁
型スイッチングタイプの電源回路に関すσ る。

近年、特にＩＣ回路などの電源としてスイッチングタイ
プの電源回路（いわゆるスイッチングレギュレータ）が
数多く実用に供されている。このスイッチングタイプの
電源回路は従来の電源回路に比べて小型化が可能であり
、パワーロスが少ないなどの利点がある。ところで、こ
のスイッチングタイプの電源回路には入出力のグランド
が共通のものと、入出力間が高周波トランスによって絶
縁されているものとがある。前者のグランド共通　・タ
イプのものは、直流電源の電源回路としては適している
が、たとえば商用電源のような交流電源に用いる場合は
商用電源と入力との間に交流トランスを介挿して電源と
入力間とを絶縁しなければならない。しかし、この交流
トランスは大きいため１回路が大型になってしまうとい
う欠点がある。

これに対し、入力出絶縁タイプの電源回路は入力側と出
力側とが高周波トランスによって絶縁されているため、
電源回路の入力と交流電源との間を絶縁する必要はない
。さらに、高周波トランスは交流トランスに比べてその
大きさが約１〜１程度　　　５と小さいため、回路全体を従来の電源回路に比べて着し
ぺ小型化することができる。このように、入出力絶縁型
の電源回路は交流電源に用いる場合大きなメリットがあ
る。

第１図はこの発明の背景となる従来の入出力絶縁型スイ
ッチングタイプの電源回路を示す回路図である。構成に
おいて、たとえば１００Ｖの交流電源が整流回路１に与
えられる。この整流回路１はダイオードブリッジ１１や
平滑コンデンサ１２などを含む。この整流回路１の整流
出力は高周波り２４のコレクタに与えられる。このトラ
ンジスタ２４のエミッタは接地される。また、高周波ト
ランス２０にはトランジスタ２４のペース電流発生用の
巻線２２が設けられており、この巻線２２に発生した電
流はコンデンサ２５を介してトランジスタ２４のペース
に与えられる。また、整流回路１の整流出力は抵抗２６
を介してトランジスタ２４とコンデンサ２５との接続点
に与えられるとともに、フォトトランジスタ２７に与え
られる。

なお、このフォトトランジスタ２７は後述の発光ダイオ
ード３０と協働してフォトカプラを構成している。

一方、高周波トランス２０の２次巻線２３の両端には、
２次巻線２３に誘起した電流で充電されるコンデンサ２
９とこのコンデンサ２９を一方極性に充電させるための
ダイオード２８との直列回路が接続される。また、コン
デンサ２９の両端には、前記フォトトランジスタ２７と
フォトカプラを構成する発光ダイオード３０と抵抗３１
と定電圧ダイオード３２との直列回路が接続される。さ
らに、コンデンサ２９の両端には負荷３３が接続される
。

９ＩＰ１２図は第１図の回路の各部の波形図である。

以下、この第２図を＃照して！ｉｌ１図の回路の動作に
ついて説明する。

まず、整流回路１から抵抗２６を介して流れ込むペース
電流によってトランジスタ２４がオンし始める。このと
き、高周波トランス２ｏの１次巻線２１の電圧変化、す
なわちトランジスタ２４のコレクタ電圧Ｅ２の変化はペ
ース電流用巻線２２によってトランジスタ２４のペース
に正帰還される。そのため、第２図に示すように電流ｉ
１は急激に増加する。ここで、トランジスタ２４がオン
になっているときすなわち電圧Ｅ２がローレベルのとき
は、出力整流用ダイオード２８には逆方向に電圧が印加
されるので、２次側には電流は流れない。しかし、ある
ところまで電流ｉ１が増加すると、トランジスタ２４の
ペース電流が不足したり、ｈＦＥ　　が不足したりして
トランジスタ２４はオンの状態を保持できなくなり、ト
ランジスタ２４のコレクターエミッタ間のインピーダン
スが上昇し始める。インピーダンスが上昇し始めると、
高周波トランス２０の１次巻線２１の両端電圧が減り始
め、ペース電流巻線２２の電圧も減る。そのため、トラ
ンジスタ２４０ペース電流が減り、トランジスタ２４は
正帰還的に急速にオフする。したがって、第２図に示す
ように電流ｉ１およびベース電流巻線２２に誘起される
電圧Ｅ１は急激に減少する。

このとき、トランジスタ２４のピーク電流をＩｐとし、
トランス２０のインダクタンス分をＬとすると、トラン
ス２０に貯えられるエネルギＥは、Ｅ＝ＴＬＩｐ　とな
る。このエネルギＥは、トランジスタ２４がオフすると
ともに、高周波トランス２０の２次側に放出され、ダイ
オード２８を介してコンデンサ２９によって平滑された
後負荷３３に供給される。ここで、２次側に流れる電流
ｉ２は第２図に示すように時間とともに減っていき、つ
いには止まるが、この電流ｉ２が止まったときサージ電
圧が出る。このサージ電圧は高周波トランス２０のベー
ス電流巻線２２にも表われ、これによってトランジスタ
２４が再びオンされる。この後前述と同様の動作が繰返
される。

なお、過負荷時にコンデンサ２９の両端電圧が大きくな
りすぎ、定電圧ダイオード３２のしきい値亀比を越える
と、発光ダイオード３０に電流が供給され発光する。応
じて、この発光ダイオード３０とフォトカプラを構成す
るフォトトランジスタ２７が導通し、トランジスタ２４
のベース電流をバイパスするようになる。コンデンサ２
９の両端電圧が大きいとバイパス電流も大きくなり、そ
のためトランジスタ２４のオン期間が短くなりオフの期
間が長くなって結果としてコンデンサ２９の一両端電圧
を下げる方向に働く。

ところで、第１図の回路はベース電流巻線２２を必要と
するため、高周波トランス２０が大きくなってしまうと
いう欠点があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、上述のような欠
点を解消し、ベース電流巻線を必要としない小型化され
た絶縁型スイッチングタイプの電源回路を提供すること
である。

この発明は、要約すれば、高周波トランス等の１次コイ
ルに整流回路の出力を与え２次コイルに誘起される電圧
を整流環よび平滑して負荷に与えるような絶縁型の電源
回路において、１次コイルに流れる電流を制御する第１
のスイッチング手段と、この第１のスイッチング手段に
与えられる第１の制御電圧を制御する第２のスイッチン
グ手段と、整流回路の出力によって充電され第２のスイ
ッチング手段に与える第２の制御電圧を発生する充電回
路と、第１のスイッチング手段のオン時に充電回路の放
電電流を第１のスイッチング手段にバイパスするダイオ
ードとを設けるようにしたものである。

以下、図面に示す実施例とともにこの発明をより具体的
に説明する。

第３図はこの発明の一実施例を示す回路図である。構成
において、この実施例は以下の点を除いて第１図の回路
と同様であり、相当する部分には同様の参照番号を付し
その説明を省略する。整流（ロ）路１の出力は烏周波ト
ランス４０の１次巻線４１を介して第１のスイッチング
手段としてのトランジスタ４３のコレクタに与えられる
。このトランジスタ４３のエミッタは接地される。また
、整流回路ｌの出力は抵抗４４を介して第２のスイッチ
ング手段としてのトランジスタ４．５のエミッタに与え
られるとともに、このトランジスタ４５のベース電流を
充電するためのコンデンサ４６に与えられる。トランジ
スタ４５のコレクタ出力はトランジスタ４３のベースに
与えられるとともに、フォトトランジスタ２７に与えら
れる。また、トランジスタ４５のベースは抵抗４７を介
して自己のエミッタに接続されるとともに、定電圧ダイ
オード４８を介して接地される。さらに、トランジスタ
４５のベースは抵抗４９およびダイオード５０を介して
トランジスタ４３のコレクタに接続される。

一万、２次側では、コンデンサ２９の両端、すなわち負
荷３３の両端に抵抗５１と抵抗５２との直列回路が接続
される。また、抵抗３１と定電圧ダイオード３２との間
にはトランジスタ５３が介挿すれ、このトランジスタ５
３のベースは抵抗５１と抵抗５２との接続点に接続され
る。

第４図は第３図の回路の各部の波形図である。

以下、この第４図を参照して第３図の回路の動作につい
て説明する。

まず、初期状態において電源が投入された場合、トラン
ジスタ４３および４５はオフであり、そのためコンデン
サ４６が抵抗４４を通じて充電され始める。そのため、
コンデンサ４６の充電電圧Ｅｃは第４図に示すように上
昇していく。この充電電圧Ｅｃが定電圧ダイオード４８
のしきい値電圧に達すると、トランジスタ４５がオンに
なり、コンデンサ４６の放電電流がこのトランジスタ４
５のエミッターコレクタ通路を経てトランジスタ４３の
ベースに流れ、トランジスタ４３がオンになる。

すると、コレクタ電圧Ｅｃｔ　　がローレベルになるの
で、ダイオード５０がオンしトランジスタ４５のベース
電流が増加し、コンデンサ４６の放電電流は正帰還的に
一気に増大してトランジスタ４３のベースに流れる。そ
のため、トランジスタ４３は飽和状態になる。ここで、
トランジスタ４３がオンしている間は、ダイオード２８
には逆方向に電圧が印加されているので２次側には電流
が流れない。そのため、トランジスタ４３の負荷は高周
波トランス４０のインダクタンス部分だけになり、第４
図に示すようにコイル電流ｉＬおよびトランジスタ４３
のコレクタ電流ｉｃは直線的に増加していく。このよう
にしてトランジスタ４３が飽和状態になった後ベース電
流が減少して飽和状態から脱出すると、コレクタ電圧Ｅ
ｃｔ　が上昇するためダイオード５０が非導通となりト
ランジスタ４５のベース電流が０になり、トランジスタ
４５がオフとなる。こうして、トランジスタ４３は正帰
還的に急速にオフになる。

トランジスタ４３がオフにな、ると、２次側のダイオー
ド２８は幀バイアスとなり、高周波トランス４０に貯え
られたエネルギが２次側に放出される。この放出された
エネルギはダイオード２８および平滑用コンデンサ２９
によって整流され、負荷３３に与えられる。このとき、
トランジスタ４３．４５がオフであるからコンデンサ４
６は再び充電開始され、電圧１！、Ｃは再び上昇する。

なお、２次側へのエネルギの放出が終了するときにはこ
の電圧Ｅｃがまだ定電圧ダイオード４８のしきい値電圧
の１〜１程度であるように定電圧ダイオ−３ド４８等が選ばれるため、高周波トランス４０のエネル
ギが完全に２次側に放出されるまではトランジスタ４３
．４５はオフとなっている。

完全にエネルギが２次側に放出されると、トランジスタ
４３のコレクタに振動波形が発生するが、この振動波形
のローレベル側にふれた部分でダイオード５０がオンと
なり、トランジスタ４３のベース電流が流れることにな
ってトランジスタ４５がオンとなり、初期動作と同様に
トランジスタ４３．４５は正帰還的にオンになる。以後
、この動作が繰り返され出力電圧ＥＯが上昇していく。

そして、この出力電圧ＥＯが定電圧ダイオード３２のし
きい値電圧を越えトランジスタ５３がオンになれば発光
ダイオード３０が発光する。応じて、発光ダイオード３
０と７オトカプラを構成するフォトトランジスタ２７が
導通状態になってトランジスタ４３のベース電流をバイ
パスするようになる。出力電圧ＥＯが大きいとバイパス
電流も大きくなり、そのためトランジスタ４３のオンの
期間が短くなりオフの期間が長くなって出力電圧ＥＯを
下げる方向に働く。このように、フォトトランジスタ２
７によるトランジスタ４３のベース電流のバイパスによ
って行なわれる出力電圧ＥＯの制卸機能は直流的に行な
われるため、出力電圧平滑用コンデンサ２９の値を大き
くすることにより出力電圧ＥＯのリップル値を０に近づ
けることが可能になる。また、トランジスタ４３のオン
、オフの際にはトランジスタ４５により正帰還がかけら
れ、トランジスタ４３のコレクタ電圧Ｅｃｔ　　の波形
は！ｉ８４図に示すように極めて負債となる。そのため
、トランジスタ４３で消費されるパワーロスが小さくな
る。また、トランジスタ４３の導通時φこは２次側に電
流が流れていないため、導通時のトランジスタ４３での
パワーロス（発熱）はない。

さらに、トランジスタ４３のオフ時に抵抗４４を流れる
電流がむだにバイパスされることなくコンデンサ４６に
充電されるため、パワーロスが少ない。

％５図はこの発明の他の実施例を示す回路図である。こ
の第６図の実施例では、出力電圧ＥＯを検出するかわり
に負荷３３を流れる出力電流を検出して出力電流が一定
になるようにトランジスタ４３のベース電流を制御する
ように構成している。

なお、フォトトランジスタ２７をコンデンサ４６の両端
に接続するようにして、トランジスタ４５を経てトラン
ジスタ４３のベースに流れようとするコンデンサ４６の
放電電流の一部をフォトトランジスタ２７によりバイパ
スさせてトランジスタ４３のベース電流を制御するよう
にしてもよい。

以上のように、この発明によれば、従来のようなベース
電流巻線を必要としないので、トランスを小型化するこ
とができ、全体として小型化された箪＃ＩＮ！！回路を
得ることができる。また、絶縁型のｍ１１１回路である
ため、ノイズが少なく、かつ入出力のグランドレベルが
異なる場合でも使用できる電源回路を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の胃液となる従来の電源回路を示す回
路図である。第２図は８１図の回路の各部の波形図であ
る。第３図はこの発明の一実施例を示す回路図である。第４図は第３図の回路の各部の波形図である。第５図は
この発明の他の実施例を示す回路図である。図において、１は整流回路、２８は２次側整流用ダイオ
ード、２９は平滑コンデンサ、３０は発光ダイオード、
３３は負荷、４１は１次巻線、４２は２次巻線、４３お
よび４５はトランジスタ、４６は充電用コンデンサ、４
８は定電圧ダイオード。５０はバイパス用ダイオードを示す。売２凹ヘリく第４（￥１〈疑

Claims

【特許請求の範囲】ｉｌ＋　　交流を整流する整流回路、前記整流回路の出力が与えられる１次コイル、前記１次
コイルと磁気結合される２次コイル、前記２次コイルと
並列接続さ些、かつ前記２次コイルに誘起される電流で
充電されるコンデンサ、前記コンデンサと前記２次コイ
ルとの間に介挿され、かつ前記コンデンサを一方極性に
充電させるダイオード、前記コンデンサの両端電圧が与えられる負荷、第１の制
御電圧に応答して前記１次コイルに流れる一流を断続的
に制御する第１のスイッチング手段、第２の制御電圧に応答して前記第１の制御電圧を制御す
る第２のスイッチング手段、前記整流回路の出力によって充電され、かつ前記第２の
制御電圧を発生する充電回路、および前記第１のスイッ
チング手段のオン時に前記充電回路の放電電流を前記第
１のスイッチング手段にバイパスす葛ダイオードを備え
る。電源回路。（２）　　さらに、前記コンデンサの両端電圧に応じて
前記第１の制御電圧を変化するフォトカプラを含む、特
許請求の範囲第（１）項記載の電源回路。