JPS59162768A - スイツチングレギユレ−タ - 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】 本発明はスイッチングレギュレータに関し、特例負荷が
短絡しｆｃ場合でも本質的に過電流が流れることがない
、高信頼性を有するスイッチングレギュレータを提供す
るものである。

〈従来技術〉 第１図に従来のスイッチングレギュレータを示す。１は
交流電源、２，６は整流器、３は平滑回路、４−４はス
イッチング素子、５，１２は絶縁トランス、８は電流検
出用抵抗、１０は出力端＋１１は制御回路である。また
７、９はそれぞれインダクタンス、コンデンサであり、
平滑回路を構成している。

次にこの回路の動作を説剪する。交流電源１の出力は整
流器２で整流され、平滑回路３で平滑されて直流に変換
される。この直流電力はスイッチング素子４−４の開閉
によシ再び交流に変換され絶縁トランス５で絶縁、変圧
されて整流器６−６で整流、インダクタンス７、コンデ
ンサ９の平滑回路で直流に変換されて出力端子１０−１
０から出力される。スイッチング素子４−４は制御回路
１１でその開閉が制御される。出力端子１〇−１０に流
れる出力電流の値は抵抗８で検出され、線１３を介して
制御回路１１に人力される。また出力端子１０．−１０
間の電圧は線１４を介して、同様に制御回路１１に入力
される。制御回路はこれらの人力信号を受けて出力端子
１０−１０間の電圧が一定になるようにスイッチング素
子４−４を制御し、また抵抗８によって過電流が検出さ
れるとスイッチング素子４−４を閉にｆｌｌＪ御して過
電流が流れないようにして負荷および電源を保護する。

宵制御回路工１の出力は絶縁トランス１２で絶縁されて
いるので、入力端と出力側Ｆｉ直流的に絶縁される。こ
のような構成のスイッチングレギュレータは、スイッチ
ング素子は開閉動作するのみなのでその損失が少くなり
、またスイッチング周期を短くすることによって絶縁ト
ランス５を小さくすることができる。従って小型でしか
も損失の少ない電源を作ることができる。

〈従来技術の欠点〉 しかしながら、このようなスイッチングレギュレータは
以下に示すような欠点を有する。第１の欠点は過電流検
出回路による電力損失が大きくなることである。すなわ
ち出力電流は抵抗８を流れるよう構成するが、過電流を
正確に検出するためＫは、この抵抗による電圧降下をあ
る程度大きくとらねばならなり０そのため正常動作時に
おいてもこの抵抗により電力損失が発生し効率が劣化す
る。スイッチングレギュレータはもともと電力損失を少
くするために用いられるものであり、この抵抗による電
力損失を無視することはできない。

また抵抗８両端の電圧はアナログ値であるので、アナロ
グ演算部が必要になり、制御回路１１が複雑になる。さ
らに出力電流が大きい場合には、抵抗８の形状が大きく
なり、発熱するために全体の形状を小さくすることが難
しくなる。

第２の欠点はこの電源をコンピュータの電源に用いると
きに発生する。コンピュータはその電源が瞬間的にでも
遮断されると内部に保持されているデータが失われるた
め、たとえ電源が復帰しても継続動作ができなくなる。

そのため通常は第１図の平滑回路３内のコンデンサまた
はコンデンサ９の容量を大きくしてその電荷保持能力を
増大させて、交流電源１が停電しても出力電圧が急激に
低下しないようにし、その間に停電シーケンスを実行し
て電源復Ｎ！ＩＩＶｃ備えるよう圧している。どちらの
コンデンサの容量を大きくしても目的は達せられるが、
平滑回路３０時定数を短くして入力端子の変動に対する
応答をよくすること、およびスイッチングレギュレータ
内部の故障に対処するために１コンデンサ９の容量を大
きくすることが考えられる。しかしながら、コンデンサ
９の容量を大きくすると電源投入時にこのコンデンサを
充電するために大きな電流が流れ、過電流保護回路が動
作してしまうという欠点を有する。そのため電源投入か
ら出力電圧が安定するまでに時間がががりまた外部に警
報出力が出て他の機器の動作を阻害することもある。

〈発明の概要〉 この発明の目的は本質的に過電流が流れないスイッチン
グレギュレータを提供するととＫある。

仁の発明によれば、トランスの２次側に流れる電流を検
出して、仁の電流が流れなくなったときにスイッチング
素子を反転させ、コンデンサを介してトランスの一次側
に電力を供給するようＫするものである。

〈第１実施例〉 第２図に本発明の第１の実施例を示す。巳ｉｎは人力直
流電源であり、たとえば第１図の平滑回路３の出力電圧
を供給する。４ａ＋４’ｂはスイッチング素子、５はト
ランス、ｓａ、ｇｂは整流器、７゜９はそれぞれ平滑用
のインダクタンスとコンデンサ、１０−１０は出力端子
であり、基本的動作は第１図と同様である。１５“はＤ
型スリップ　７０ツブ（以下Ｄ−Ｉ！’Ｆと略す）、１
６はＤ　−Ｆ　Ｆ　１５の出力によりスイッチング素子
を駆動する駆動回路、１８は直流成分を遮断するための
コンデンサである。また１９は線路２１に流れる電流を
検出するためのインダクタンスであり、たとえばトロイ
ダルコアにコイルを巻き、コアの中心に線路２１を通し
たものを使用する。２ｏはインダクタンス１９の起電力
が発生しなくなることを検出する零検出回路である。

次にこの回−〇動作を第３図の波形図により説明する。

第３図（ａ）はＤ−ＩＦＦ１５のＱ出力の波形図、同（
ｂ）はコンデンサ１８に流れる電流の波形図同＜０）は
インダクタンス７に流れる電流の波形図、同（（１）は
零検出回路２０の出力波形図である。第３図（ａ）の前
半のようＫＤ−ＦＦ、１５のＱ出力がｒＨＪＫなるとス
イッチング素子４ａが導通、同４ｂが不導通に制御され
る。そのためコンデンサ１８には第３図（ｂＪのように
一定時間電流が流れる。この電流はトランス５の２次側
に伝達され、整流器６で整流されてインダクタンス７に
供給される。インダクタンス７に流れる電流は、コンデ
ンサ１８に流れる電流が途絶えた後も保持され、第３図
（Ｃ）のように負荷の状態によって定まる時定数で漸減
する。この電流はインダクタンス１９で検出され電流が
流れなくなると零検出回路２０が第３図（ａ）のように
検出信号を発し、この信号によりＤ−ＦＦ１５が反転し
てスイッチング素子４ａが不導通。

同４ｂが導通になり、コンデンサ１８には前と逆方向に
一定時間電流が流れる。しかしながら両波整流を行って
いるのでインダクタンス７１Ｃ流れる電流は前と同方向
になり、以下この動作が反復される。すなわちこの回路
においては、インダクタンス７に流れる電流を検出して
、この電流がゼロになるとスイッチング素子を反転させ
て一定量の電力を供給するようＫしている。従って本質
的に過電流が流れることはない。たとえば負荷が短絡す
るとインダクタンス７の保持電流は負荷による電力消費
が発生しないので、長時間ゼロにならない。そのためス
イッチング素子の反転周期が長くなり、単位時間に移送
される電力が少くなり、過電流が流れることはなくなる
。

〈第２実施例〉 第４図に本発明の第２の実施例を示す。第２図の第１の
実施例では、インダクタンス７に電流が流れなくなった
ことを検出して、スイッチング素子４ａ、４ｂの導通、
不導通を反転させるものである。しかしながらスイッチ
ング素子は通常導通状態から不導通状態に制御するとき
には若干の遅れすなわちＯＦ’ＦＦＦディレィする。そ
のためスイッチングのタイミングがずれ、効率劣化等の
幣害が生じる。第４図の実施例では、トランスの２次側
に電力が供給されている状態を検出して、この電力が供
給されなくなるとスイッチング素子を全て不導通状態に
制御し、次の反転に備えることＫよってＯ，ＦＦディレ
ィの影響をなくすものである。

第４図に従って第２の実施例を説明する。直流入力電源
］Ｅｉｎはスイッチング素子４ａ＋４ｂの直列回路に印
加される。スイッチング素子４ａ。

４ｂｆ、開閉することによって伝達される電力はコンデ
ンサ１８．トランス５全通して整流器６ａ、ＧｂＫよっ
て整流され、インダクタンス７、コンデンサ９で構成さ
れる平滑回路で平滑されて出力端子１０−１　’Ｏから
出力される。制御回路１６はスイッチング素子４ａ、４
ｂを制御する。インダクタンス７に流れる電流はインダ
クタンス２１で検出され、電流検出回路２２に入力され
る。電流検出回路２２の出力はＡＮＤゲー）２６，２８
，３１３２、Ｏ’Ｒゲート２７および７リツプ　７０ツ
ブ２９．３０から構成される制御信号発生回路２５に入
力される。制御信号発生回路２５の出力は制御回路１６
を通してスイッチング素子４ａ、４．ｂを制御する。尚
この実施例では電圧検出回路２３が設けられ、出力電圧
が一定値になるように制御している。また制御信号発生
回路２５の動作は発振器２４の出力に同期して行われる
。インダクタンス７．２１は同一コア上に形成してもよ
いが、たとえば第５図のように別構成にしてもよい。イ
ンダクタンス２１のコアには可飽和コアを用いると、電
流の大きさが変動しヤも出力は既一定となり、信号処理
が簡単になる。

この実施例の動作を第６図タイムチャーＨＣ従って説明
する。第６図（ａ）はインダクタンス７に流れる電流値
を表わす。この電流は電力がコンデンサ１８を通して供
給されている間は増加し、供給されなくなると漸減する
。同図（ｂ）はインダクタンス２１に発生する電圧を示
す。この電圧は電流（ａ）の微分値に応じてその極性が
変化する。第６図（Ｃ）（中はそれぞれ線路３３．３４
上の信号を示す。同図（ｂ）の信号の正負に応じてトラ
／ラスタ２２２゜２２１が導通し、線路３３．３４上の
信号は図のように逆方向に変化する。またインダクタン
ス７に電流が流れなくなるとトランジスタ２２１゜２２
２は共に不導通になシ、線路３３．．３４上の信号は共
Ｋ　ｒａｌ　ｌＣなる。第６図（ｅ）はＡＮＤゲート２
６の出力波形を表わし、線路３３．３４上の信号が共Ｋ
　ｒＨＪ　、’すなわちインダクタンス７に電流が流れ
なくなると「ａＪ　Ｋなる。この「ＨＪ出力により、Ａ
ＮＤゲート２８を通して同図（ｆ）のように発振器２４
の出力がクリップ７０ツブ３０のクロック端子に人力さ
れ、その出力を反転させる。また線路３４上の信号はフ
リップフロップ２９のクリヤ端子に供給される。線路３
４上の信号が「Ｌ」すなわちコンデンサ１８を通した電
力供給が終了するとフリップ７０ツブ２９はクリヤされ
同図＠のようにそのＱ出力はｌｒ、ｌｌｃなる。７リツ
プフロツプ２９はＡＮＤゲート２８の出力によりプリセ
ットされる。第６図（ｈ）、（ｉ）はＡＮＤゲー）３１
．３２の出力波形を示す。すなわちフリップフロップ３
０のＱ、Ｑ出力はフリップフロップ２９の「Ｌ」出力に
より禁止される。Ａ’ＮＤゲート３１．３２の出力は制
御回路１６に供給され、そのｒＨＪ期間の間スイッチン
グ素子４ａ、４ｂを導通制御する。

このようＫこの実施例ではコンデンサ１８を通して電力
の伝達が終了してからスイッチング素子が反転するまで
の間、該スイッチング素子を不導通状態に制御する。そ
のため素子の反転時のＯＦＦディレィの影響を除去する
ことができる。閘この実施例では電圧検出回路２３が設
けられている。

出力電圧が一定値を越えると電圧検出回路２３の出力が
「Ｌ」になり、ＯＲゲー）、２７．ＡＮＤゲート２８に
よりフリップ７０ツブ３０の反転が制限され、コンデン
サ１８を通して伝達される電力が半減し、出力電圧は降
下する。このようにして出力電圧は一定値に保たれる。

〈第３実施例〉 第７図に第３の実施例を示す。基本的には第２の実施例
と同じであるが、インダクタンスに流れる電流を検出す
る方法が異なる。１は交流電源。

２は整流器、３５は平滑用コンデンサであり、交流を整
流、平滑して直流に交換する。この直流はスイッチング
素子４ａ＋４ｂで交流に反換され、コンデンサ１８．ト
ランス５を通して整流器６ａ−６ｂで整流、インダクタ
ンス７およびコンデンサ９で平滑されて出力端子１０−
１０から出方される。この実施例ではインダクタンス７
に流れる電流を検出するために１整流器６ａ、６ｂのカ
ンード側の電位を検出している。この電位は電流横１５
号発生回路３７の出力によりスイッチングトランジスタ
１６２，１６３を相補的に開閉制御し、その出力を絶縁
トランス１６４全通してスイッチング素子４ａ＋４ｂを
制御している。１６１は電源回路である。

次に電流検出回路３６．制御信号発生回路３７アノード
は共通電位点に接続されているので、各整流器に電流が
流れているときはそのカソード電位は負になり、流れて
ｈないときは正になる。寸たどちらか一方の整流器に電
流が流れているときはコンデンサ１８を通して電力が供
給されている期間であり、両方の整流器に電流が流れて
いるときはインダクタンス７に畜積されている電荷が放
電している期間を示す。同図（Ｃ）、（ｄ）はそれぞれ
線路３８．３９上の信号を示す。これらの信号は整流器
６ａ、６ｂのカソード電位の正負に従ってｒＴ−Ｊ、ｒ
ＨＪとなる。す力わちこの信号の「Ｌ」期間はインダク
タンス７に畜積している電荷が放電していることを示す
。同図（ｉりは／ＬＩＤゲート４２の出力を示し、この
出力によシフリップフロップ４３の出力が反転する。ま
たこの出力によりフリップフロップ４４がプリセットさ
れる。同図＠はフリップフロップ４３のＱ出力、（ｈ）
、（ｉ）はＡＮＤゲー）４５．４６の出力波形を表わす
。（ｈ）、（１）の出力がｒＨＪのときはそれぞれスイ
ッチング素子４ａ、４ｂが導通し、「Ｌ」のときは不導
通罠なる。同図（ロ）、（ｉ）かられかるようにスイッ
チング素子４ａ１４ｂが反転する前に必ず両方のスイッ
チング素子が不導通になる期間が存在する。従って第２
の実施例と同じようにスイッチング素子のＯＦＦディレ
ィの影響を避けることができる。

同本発明ではコンデンサ１８は耐圧の高い堅牢なものが
必要であるが、第９図に示すように複数のコンデンサを
結合−することによって簡単に実現することができる。

〈この発明の効果〉 このようにこの発明ではトランスの２次側に流れる電流
を検出し、この電流が検出されなくなるとスイッチング
素子を反転させて一定量の電力をコンデンサを通して供
給するようＫしている。従ってたとえば負荷側が短絡し
たとしても供給される電力が自動的に少くなる。従って
本質的に過′、ｄ流が流れないスイッチングレギュレー
ターが実現できる。そのため従来必要としていた過電流
保護回路が不用になり、過電流検出器で消費されていた
電力がなくなるので、その分変換効率が向上する。また
回路構成が簡単になり、小型化できるという効果もある
。さらに出力側のコンデンサの容量を大きくしても過渡
期の電流が自動的に制限されるので、従来のように過電
流保護回路が働いて警報を出力し、また動作を限外する
ことがない。

さらに第２．第３実施例のように、スイッチング素子の
反転に先立って不導通に制御することにより、ＯＦＦデ
ィレィの影響がなくなり、効率がさらに向上する。また
スイッチングがゼロクロスで行われるためにスイッチン
グロスが少くなるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスイッチングレギュレーターの構成を示
す図、第２図は本発明の第１の実施例の構成を示す図、
第３図は本発明の第１の実施例の動作を説明するための
タイムチャート、第４図は本発明の第２の実施例の構成
を示す図、第５図は本発明の第２の実施例で用いるイン
ダクタンスの外形図、第６図は本発明の第２の実施例の
動作を説明するためのタイムチャート、第７図は本発明
の第３の実施例の回路図、第８図は本発明の第３の実施
例の動作を説明するためのタイムチャート第９図は本発
明で用いるコンデンサの一構成例を示す図である。 斗、４ａ、４ｂニスイツチング素子、５ニドランス、６
１６ａ、　６ｂ：ｉ流器、７：インダクタンス１６二制
御回路、１８：コンデンサ、２０゜２２．３６：電流検
出回路、１９，２１：電流検出用インダクタンス、２３
：電圧検出回路、２４：発振器、２５．３７：制御信号
発生回路。 特許出願人 株式会社　北辰電機製作所 ３４９ （ｅ） （干） 第９図　　Ｃθ） 第６図 し」−一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流を断続するスイッチング手段と該スイッチング手段
   の出力側にその一端が接続されたコンデンサと該コンデ
   ンサの他端にその一次側が接続されたトランスと該トラ
   ンスの２次側に接続された整流手段および平滑手段と上
   記トランスの２次側に流れる電流を検出する電流検出手
   段とを有し、上記電流検出手段が電流を検出しなくなる
   と上記スイッチング手段を反転させることを特徴とする
   スイッチングレギュレータ。