JPS5819924A - スイッチング電源 - Google Patents

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】 本発明は直流電源からスイッチングトランジスタのオン
時間とオフ時間との時比率を制御し、変換トランスに備
え、る２次巻線から所望の出力直流電圧を得るスイッチ
ング電源に係り、特に上記スイッチングトランジスタの
動作を制御する制御回路のバイアス電源に関するもので
ある。

一般に良く知られているスイッチング電源の回路構成図
を第１図に示している。第１図において、１は直流電源
、２はＮＰＮスイッチングトランジスタ、３は１次側と
２次側との絶縁をかねた変換トランス、４は変換トラン
ス３の２次側に設けられた整流・平滑回路で直流電圧Ｖ
ｏｕｔを出力する。

６は出力直流電圧を安定化するために出力電圧を検出し
上記ＮＰＮスイッチングトランジスタ２のオン時間とオ
フ時間との時比率を制御する制御回路、６は制御回路６
のバイアス電圧を供給するだめのバイアス電源で直流電
源１からそのエネルギーをうける。

上記バイアス電源６の構成を簡単化するために上記変換
トランス３に出力巻線とは別にバイアス用のバイアス巻
線を設け、ダイオードとコンデンサで整流・平滑言上記
バイアス電源６とは別にバイアス電圧を発生させ、バイ
アス電源６のバイアトランジスタ２が働くと上記バイア
ス巻線からのバイアス電圧で制御回路６が動作するよう
に制御回路のバイアスを切換える方法がすでに提案され
ている。

上記のように変換トランス３にバイアス巻線を設けるこ
とによってバイアス電源６は、スイッチング電源の起動
時にのみ制御回路５にエネルギーを与えればよいから、
バイアス電源６の構成は極めて簡略化できる。

上記のように構成したスイッチング電源の回路構成図を
第２図に示す。第２図で第１図と同じものには同一の符
号を記入しており、７がバイアス巻線に設けたバイアス
電源で、８は第１図のバイアス電源６と同じ機能である
が回路構成が大きく異なるために符号を別に記入してい
る。

第２図のバイアス電源８として、従来から種々の方式が
提案されており、その１例を第３図と第４図に示す。

第３図は直流電源、９０両端子間に抵抗１０．ツェナー
ダイオード１１．抵抗１２．ＮＰＮトランジスタ１３と
コンデンサ１４とで構成され、コンデンサ１４にツェナ
ーダイオード１１によって設定された電圧が得られる定
電圧発生回路を設けたもので、変換トランス１６に設け
たバイアス巻線にダイオード１６とコンデンサ１７を接
続して整流・平滑し、ダイオード１８を介して上記コン
デンサ１４に接続すると共にコンデンサ１４の電圧を制
御回路１９のバイアス電圧としだものである。

直流電源９から電圧が印加されＮＰＮ）ランジスタ１３
が導通しコンデンサ１４の充電電圧が制御回路１９の動
作電圧に達すると制御回路１９が動作を開始しバイアス
巻線によってコンデンサ１７を充電する。ツェナーダイ
オード１１のツェナー電圧よ抄もコンデンサ１７の充電
電圧が高くなると）ＪＰＮ　）ランジスタ１３のエミッ
タ・ベースが逆バイアス状態となりオフ状態となって、
それ以後はバイアス巻線から制御回路１９にバイアス電
圧を供給することとなる。

上記のバイアス電源は構成が簡単であるが、直７９、− 流電源９として２００　ＶＡＣの商用電源から得る場合
では電圧値が２８０　ｖｐｃと大きく上記ＮＰＮ）ラン
ジスタ１３は高耐圧のトランジスタが必要となり高価格
となること、さらにＮＰＮ）ランジスタ１３から供給す
る電流は電源の起動時のみであるから通常状態での平均
損失は少ないが負荷短絡などの異常時にバイアス巻線か
らの電圧が低下した場合には大きな損失を発生すること
となり異常時の対策を考慮すると複雑に入ってしまう等
の欠点を有する。

第４図は直流電源２００両端子間にスイッチングトラン
ジスタ２１を駆動するだめの発振回路ηを設けたもので
、制御回路２３のバイアス電源としては変換トランス２
４に設けたバイアス電源２６のみとなっている。直流電
源２ｏが印加され発振回路２２が動作を開始すると、ス
イッチングトランジスタ２１は発振回路２２の出力パル
スによってオン令オフ動作を行ないバイアス電源２６の
電き、スイッチングトランジスタ２１は制御回路２６に
よって制御されることになる。第４図の方式で発振回路
２２は、発振時定数を設定する抵抗とコンデンサとスイ
ッチング素子などによって構成できるが、発振回路２２
と制御回路２６との駆動の切換えの問題、制御回路２６
が動作する以前からスイッチングトランジスタ２１を動
作させるだめに電源のシステム上問題となる場合が発生
する。

本発明のスイッチング電源のバイアス電源は簡単な回路
構成でありながら上′記従来の問題点を解決したもので
ある。本発明のバイアス電源の基本構成は第２図の構成
であり、直流電源１に設けるバイアス電源８の回路構成
を第６図に示す。第６図において、直流電源２７の両端
子間に第１の抵抗２８と第２の抵抗２９との直列回路を
接続し、第２の抵抗２９の両端に第１のコンデンサ３ｏ
を接続すると共に第１の抵抗２８と第２の抵抗２９との
中点からスイッチング素子（例えばシリコン双方向性ス
イッチング素子と呼ばれる半導体素子）や抵抗などから
構成されるスイッチ回路３１を介して制御回路３２に接
続し、変換トランス３３のバイアス巻線に設けたバイア
ス電源３４が制御回路３２のバイアスとなるように接続
する。上記構成において、直流型温２７から電圧が印加
されると第１の抵抗２８と第２の抵抗２９とによって分
圧された電圧が第１のコンデンサ３０に充電され、第１
のコンデンサ３ｏの電圧がスイッチ回路３１に設定され
たある電圧に達するとスイッチ回路３１が導通し第１の
コンデンサ３ｏに充電された電圧を制御回路３２のバイ
アス電圧として印加する。

制御回路３２は上記第１のコンデンサ３０Ω電圧によっ
て制御動作を開始しスイッチングトランジスタを駆動す
ると上記バイアス巻線に設けたバイアス電源３４の電圧
を上昇させ第１のコンデンサ３０の電圧と並行して制御
回路３２のバイアスを供給する。バイアス電源３４から
の電圧が十分に高くなった時点で第１のコンデンサ３ｏ
の役割は完了することとなる。したがって、第１のコン
デンサ３ｏはバイアス電源３４からの電圧が制御回路３
２の動作に必要な値となるまでの制御回路３２１０　　
、 に与えるエネルギーを蓄えておく必要がある。そのエネ
ルギーは第１のコンデンサ３０の容量値と充電電圧によ
って調整することが可能である。第１の抵抗２８と第２
の抵抗２９とは直流電源２７の電圧を分圧しており、上
記スイッチ回路３１が動作して制御回路３２が働く時の
直流電源電圧を設定すると共に第１のコンデンサ３０と
で第１のコンデンサ３０の充電時間を適切な値に設定す
る。

スイッチ回路３１が導通し庭時に直流電源２７から第１
の抵抗２８によって流れる電流値は数ｍ五程度と極めて
小さく第１の抵抗２８の損失は少ない。また、異常時に
バイアス電源３４の電圧が低下しても上述のごとくスイ
ッチ回路３１からの電圧では制御回路３２を動作させる
ことはできない。

以上の説明のように本発明のバイアス電源を用いたスイ
ッチング電源では、従来例のように高耐圧トランジスタ
を必要とすることなくまた、異常時を考えてもその対策
を必要としない。さらに、第６図で第６図と同じ機能を
有するものには同一符号を記入している。第６図におい
て、第１の抵抗２Ｂ、第２の抵抗２９と第１のコンデン
サ３゜は−Ｆ述の通やであり、変換トランス３３のバイ
アス巻線から整流用ダイオード３６を介して第１のコン
デンサ３０を充電するように接続し、第１のコンデンサ
３０の電圧をスイッチ回路３１を介して制御回路３２に
接続しており、一点破線で示す部分の回路が上記のスイ
ッチ回路３１となる。上記第１のコンデンサ３ｏの正極
性端子にＰＮＰ）ランジスタ３６のエミッタを接続し、
ベースを第３の抵抗３７とスイッチング素子３８との直
列回路を介して第１のコンデンサ３ｏの他端に接続し、
エミッタとベース間に第６の抵抗３９を接続し、そのコ
レクタを第４の抵抗４０と第６の抵抗４１との直列回路
を介してベースと同様に第１のコンデンサ３０の他端（
アース端子）に接続し、第４の抵抗４０と第６の抵抗４
１との中点にＨＰ）ｊ　）ランラスタ４２０ベースを接
続しコレクタを第３の抵抗３７とスイッチング素子３８
との中点にエミッタをアース端子に接続する。上記スイ
ッチング素子３８は両端子間に加えられる電圧がある設
定された電圧値になると急激にそのインピーダンスが低
下し、両端子間の電圧が上記設定電圧より低くなっても
低インピーダンスを保持するヒステリシス特性を有する
素子（回路も含む）であればよく、ゲート端子を有する
シリコン双方向性スイッチング素子ではそのゲート機能
を使用しないが、シリコン制御整流素子（サイリスタと
呼ばれるもの）のゲート端子を利用して上記動作を行な
わせる場合はゲートを使用する。　　− 第１のコンデンサ３０の充電電圧がスイッチング素子３
８のオン電圧に達するとＰＮＰ　トランジスタ３６のベ
ースに電流が急速に流れエミッタ・コレクタ間がオン状
態になって第１のコンデンサ３ｏの電圧を制御回路３２
に印加する。先に説明したように第１のコンデンサ３ｏ
の電圧によってスイッチングトランジスタがオン・オフ
動作を行なうと変換トランス３３のバイアス巻線にパル
スコンデンサ３０を充電する。バイアス巻線からの電圧
が十分大きくなると第１のコンデンサ３０は整流用ダイ
オード３６の平滑用コンデンサとしての役割に変わる。

上記ＮＰ１１）ランジスタ４２は制御回路３２のバイア
ス電圧を第４の抵抗４０と第６の抵抗４１とで検出し、
スイッチング素子３８がオンとなってバイアス電圧が発
生するとオン状態となってスイッチング素子３８を短絡
してオフにすると同時にＰ）ｉＰ）ランジスタ３６のベ
ース電流をスイッチング素子３８に変わって流すととも
に、バイアス電圧がある程度低下した時にバイアス電圧
を止めて制御回路３２の低バイアス時の誤動作を防止し
ている。上記バイアスの停止電圧はトランジスタ４２０
ペース・エミッタ間電圧と第４の抵抗４０と第６の抵抗
４１によって設定されるが、第６の抵抗４２のかわりに
抵抗とツェナーダイオードの直列回路を使用す２ること
も可能である。

一符号を記入している。第７図において、第１の抵抗２
８と第２の抵抗２９と第１のコンデンサ（イ）は第６図
で説明した通９であり、変換トランス３３のバイアス巻
線に整流用ダイオード４３と平滑用の第２のコンデンサ
４４とからなるバイアス電源３４を接続し、第２のコン
デンサ４４のアース端子を第１のコンデンサ３０のアー
ス端子に接続し第１のコンデンサ３０の正極性端子にス
イッチング素子４６の陽極の一端テ１を接続し、もう一
方の陽極の端子テ２をダイオード４６を介して上記第２
のコンデンサ４４の正極性端子に第２のコンデンサ４４
からスイッチング素子４６の方向に導通するように接続
し、スイッチング素子４６のゲート端子Ｇと陽極端子７
１間に第７の抵抗４７を接続する。一点破線で示す部分
の回路が第６図でのスイッチ回路３１に相当する。スイ
ッチング素子４６とダイオード４６との中点から制御回
路３２のバイアス電圧を供給するが、スイッチング素子
１６　、； バイアス電圧として印加する。制御回路３２の一部とは
、スイッチング素子４６の陽極端子Ｔ２からのバイアス
電圧が印加される前までは高インピーダンスであり、バ
イアス電圧が印加されると低インピーダンスとなる部分
で制御回路３２の出力部などがそれに相当する。第１の
コンデンサ３０の充電電圧がスイッチング素子４６のオ
ン電圧に達すると第１のコンデンサ３ｏの電圧を制御回
路３２に印加する。ダイオード４６はスイッチング素子
４６がオンした時に第２のコンデンサ４４の方向に電流
が流れないようにして第１のコンデンサ３０のエネルギ
ーをすべて制御回路３２に供給する。先の説明り同様に
第２のコンデンサ４４の充電電圧が高くなると第２のコ
ンデンサ４４から制御回路３２にバイアス電圧を与える
こととなる。

スイッチング素子４６がオンになると制御回路３２が動
作し第１のコンデンサ３ｏの電圧は第２のコンデンサ４
４の電圧より低くなるが、第７の抵抗４７の働きによっ
てスイッチング素子４６のゲート作用で陽極端子Ｔ、２
からＴ１の方向にスイッチング素子４６がオンとなって
制御回路３２の一部にバイアス電圧を与える。上記のよ
うにスイッチング素子４６の導通方向を切り換える理由
は直流電源２７の電源スィッチの再投入で必らずスイッ
チング素子４６が一部オフ状態になってからオン状態に
するためである。

以上の説明ではバイアス電源にスイッチ回路を有するも
のとしてその動作を述べたが、制御回路の中にスイッチ
回路と同様な働きを持たせることが可能なことは明らか
である。

以上のように本発明のスイッチング電源は構成されるた
め、バイアス電源として高耐圧のトランジスタを必要と
することもなく、異常時を考えてもその対策を必要とす
ることもなく、さらに制御回路が動作する前にスイッチ
ングトランジスタが動作することもなく、品質的に著し
く安定したものとすることができ、当然のことながらバ
イアス電源の構成の簡素化も計れるといった効果をもち
、工業的価値の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般に良く知られているスイッチング電源の回
路構成図、第２図はバイアス巻線か゛らのバイアス電源
を有する場合の回路構成図、第３図と第４図はバイアス
電源の従来例を示す回路構成図、第６図は本発明のスイ
ッチング電源に用いるバイアス電源の一実施例を示す回
路構成図、第６図と第７図は本発明の他のバイアス電源
の実施例を示す回路構成図である。 １・・・・・・直流電源、２・・・・・・スイッチング
トランジスタ、３・・・・・・変換トランス、４・・・
・・・整流・平滑回目、６・・・・、・・制御回路、６
，７．８・・・・・・バイアス電源、２７・・・・・・
直流電源、２８・・・・・・第１の抵抗、′２９・・・
・・・第２の抵抗、３０・・・・・・第１のコンデンサ
、ｑ・・・・・・スイッチ回路、３２・・・・・・制御
回路、３３・・・・・・変換トランス、３４・・・・・
・バイアス電源、３６・・・・・・整流用ダイオード、
３６・・・・・・トランジスタ、３７・・・・・・第３
の抵抗、３８・・・・・・スイッチング素子、３９・・
・・・・第６の抵抗、４０・・・・・・第４の抵抗、４
１・・・・・・第６の抵抗、４２・・・・・・トランジ
スタ、４３・・・・・・整流用ダイオード、４４・・・
・・・平滑用の第２のコンデンサ、４６・・・・・・ス
イッチング素子、４６・・・・・・ダイオード、４７・
・・・・・第７の抵抗。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名＠１
図 ＩＩ　２　図 第４図 （５２δ 第５図 ！１６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）直流電源からスイッチングトランジスタのオン時
   間とオフ時間との時比率を制御し、変換トランスに備え
   る２次ｉ線から所望の出力直流電圧を得るようにすると
   ともに、上記変換トラン制御する制御回路を構成し、上
   記変換トランスに上記制御回路のバイアス電圧を供給す
   る〆めのバイアス巻線を設け、上記直流電源を第１の抵
   抗と第２の抵抗とで分圧し第２の抵抗の両端子間に第１
   のコンデンサを接続し第１のコンでンサの充電電圧が設
   定されたある電圧に達すると上記制御回路が動作し上記
   スイッチングトランジスタがオン・オフ動作を行ない上
   記変換トランスに備えられた２次巻線やバイアス巻線に
   電圧を発生させるが、上記バイアス巻線からのバイアス
   電圧が上記制御回路の動作に必要な値となるまでに必要
   とするエネルギを上記第１のコンデンサに蓄えているこ
   とを特徴とするスイッチング素子。 ？）　特許請求の範囲第１項記載のスイッチング電源に
   おいて、第１のコンデンサを充電するように変換トラン
   スに備えたバイアス巻線をダイオードを介して接続する
   とともに、上記第１のコンデンサの一端（正極性端子）
   にＰＮＰ　）ランジスタのエミッタを接続し、そのベー
   スを第３の抵抗とスイッチング素子の直列回路を介して
   上記第１のコンデンサの他端に接続し、エミッタとベー
   ス間に第６の抵抗を接続し、そのコレクタを第４の抵抗
   と第６の抵抗の直列回路を介してペニスと同様に第１の
   コンデンサのアース端子に接続し、上記第４の抵抗と第
   ６の抵抗の中点端子にＨＰ）ｆ）ランジスタのベースを
   接続し、そのコレクタとエミッタを上記スイッチング素
   子の両端子間に接続し、上記ＰＩＰ　）ランジスタのコ
   レクタ端子から上記制御回路のバイアス電圧を供給する
   よう構成したことを特徴と３７、−〇 （３）　　特許請求の範囲第１項記載のスイッチング電
   源において、変換トランスに備えたバイアス巻線をダイ
   オードを介して第２のコンデンサを充電するように接続
   し、上記第２のコンデンサのアース端子を上記第１のコ
   ンデンサのアース端子に接続し、上記第１のコンデンサ
   の正極性端にスイッチング素子の陽極の一端Ｔ１を接続
   し、もう一方の陽極端子Ｔ２をダイオードを介して上記
   第２のコンデンサの正極性端子に第２のコンデ′ンサか
   らスイッチング素子の方向に導通するように接続し、上
   記スイッチング素子のゲートと陽極めＴ１端子間に第７
   の抵抗を接続し、スイッチング素子の陽極のＴ１とＴ２
   端子から上記制御回路のバイアス電圧を供給するよう構
   成したことを特徴とするスイッチング電源。