JPS59226656A - スイツチング電源装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、直流電圧をスイッチング素子を用いてパルス
電流に変換しこのパルス電流をパルストランスを介して
取り出した後整流して再び直流電圧とするスイッチング
電源装置に係り、詳しくは負荷変動に伴う前記スイッチ
ング素子のドライブ不足によって該スイッチング素子の
不飽和状態下での動作による熱的破壊を防止したスイッ
チング電源装置に関する。

（背景技術） フ丁クシミリ等の複合機器に用いられるスイッチング電
源装置として、例えば、次のようなものが提案されてい
る。即ち、直流電圧をパワートランジスタ等のスイッチ
ング素子を用いて開閉することＫよりパルス電流に変換
する駆動部と、１次側巻線、２次側巻線及び補助巻線を
有し１次側巻線に与えられる前記パルス電流を昇圧もし
くは降圧して２次側巻線から出力するパルストランスと
、前記２次側巻線から与えられるパルス電流を整流して
直流電圧を得る２次出力部と、前記スイッチング素子の
導通角を制御して前記１次側巻線に流れるパルス電流を
制御する制御部と、前記２次出力部の直流出力電圧を検
出しこの検出値と定格値との変動分を前記制御部に帰還
するフィードパ、り部と、前記補助巻線に誘起される高
周波電圧を整流して前記駆動部及び制御部に直流電圧を
供給する補助電源部とを有するスイッチング電源回路を
複数個備え、同一の交流電源を整流して直流電圧に変換
した後肢直流電圧を前記複数の駆動部に与えるように構
成されている。

以上の構成において、各２次出力部に接続される負荷の
変動により、各２次出力部の出力電圧が定格値から変化
した場合には、各スイッチング電源回路では、それぞれ
出力電圧の変化分をフィードバック部を介して制御部に
帰還し、制御部で駆動部内のスイッチング素子の導通角
を変化させて１次側のパルス電流のパルス巾を変えるこ
とによシ、各出力電圧を常に定格値に保つように制御し
、これによって各スイッチング電源回路では相互に無関
係に負荷の種類に応じた定電圧を出力することができる
。

しかし、このスイッチング電源装置にあっては、負荷変
動の大きい大出力容量のスイッチング電源回路において
、出力電流が大巾に変動した場合、例えば、ファクシミ
リのサーマルヘッドプリンタにおいて駆動部内のスイッ
チング素子の導通角（デユーティサイクル値）が大巾に
変化し、特に無負荷の場合には導通角が小さくなって補
助電源部の出力電圧が低下し、これによって制御回路に
よって駆動されるスイッチング素子がドライブ不足にな
って非飽和状態で動作するようになるため、該スイッチ
ング素子がジュール熱によって破壊する恐れがある。特
に駆動部及びパルストランスを大容量が取シ出せるフォ
ワード方式（オン−オン方式）、すなわちスイッチング
素子がオン状態の時にパルストランスの２次側巻線に電
流を供給する方式で構成し、安定度を確保して最大出力
を取シ出そうとするようなスイッチング電源回路に発生
しやすい。

このようなスイッチング素子の破壊を防止する方法とし
て、一定負荷で動作している補助電源から、負荷変動の
大きい側の駆動部と制御部へ電力を供給して該駆動部及
び制御部を駆動する方式も考えられる。すなわち負荷変
動の大きい側の補助巻線と補助電源とを不要とするもの
である。しかしこのように構成すると、負荷変動の大き
い電源回路側の２次出力部が最大出力で動作している時
に、一定負荷で動作している電源回路側の複数の出力部
を有する２次出力部の一部に短絡事故があった場合には
、この電源回路側の補助電源出力が低下するため、これ
から電力供給を受けて動作していた駆動部内のスイッチ
ング素子がドライブ不足となって破壊する恐れがある。

（発明の目的および構成） 本発明は上記に鑑みてなされたものであシ、駆動部内の
スイッチング素子の破壊を防止するため、負荷変動の大
きい電源回路側のパルストランスにも補助巻線を設け、
この補助電源部で作った補助電源出力と、負荷変動の小
さい電源回路側で作りた補助電源出力とを、その出力端
子間でダイオード等の整流素子を介して接続するように
したスイッチング電源装置を提供するものである。

（実施例） 以下本発明によるスイッチング電源装置を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示し、複数の補助電源出力
端子間を整流素子で接続した構成において先に提案した
ものと相違する。なお、第１図は、例えばファクシミリ
に用いられる回路構成例が示される。

すなわち、このスイッチング電源装置は、フィルタｌを
介して供給される商用交流電圧を整流して直流電圧を出
力する整流部２と、この整流部２に並列接続され前記直
流電圧をパワートランジスタ等のスイッチング素子を用
いて開閉することによりパルス電流に変換する駆動部３
゜４と、１次側巻線、２次側巻線及び補助巻線を有し１
次側巻線に与えられる前記パルス電流をそれぞれ昇圧も
しくは降下して各２次側巻線から出力するパルストラン
ス５．６と、前記２次側巻線からそれぞれ与えられるパ
ルス電流を整流して各直流電圧を得る２次出力部７，８
と、前記各スイッチング素子の導通角を制御して前記各
１次側巻線に流れるパルス電流をそれぞれ制御する制御
部９゜１０と、前記各２次出力部７．８の直流出力電圧
を検出しこの検出値と定格値との変動分を前記各制御部
９，１０に帰還するフィードバック部１１゜１２と、前
記各補助巻線に誘起される高周波電圧を整流して前記駆
動部３，４及び制御部９．１０にそれぞれ直流電圧を供
給する補助電源部１３．１４と、前記各２次側巻線の電
圧を検出しその検出信号を前記制御部９．１０へそれぞ
れ帰還して出力側の短絡や負荷が重くなったりした場合
に過電流が流れるのを保護する過電流保護部１５．１６
と、前記補助電源部１３と１４の出力端子間に接続され
るダイオード等の整流素子２００とから構成されている
。ここで、駆動部３，４と制御部９，１０は１次側巻線
に流れるパルス電流を制御する制御回路を構成している
。そして、このスイッチング電源装置は、ＡＣ１００Ｖ
電源に接続され、一方の２次出力部７には、例えば定格
電圧＋１５ｖ１電流ＩＡの読取機器と定格電圧＋５Ｖ、
電流５ＡのファクシミＩＪ制御機器とが接続され、他方
の２次出力部８には、例えば定格電圧＋２４ｖ１電流Ｏ
〜ＩＯＡの負荷変動の大きい印字機器が接続される。

さらに回路各部の構成について説明する。

整流部２は、ブリッジ整流器２１の平滑用コンデンサ２
２で構成され、フィルタ１を介して供給される交流電圧
を直流電圧に変換して駆動部３．４に与える。

駆動部３は、スイッチング素子として動作する駆動用ト
ランジスタ３１と、このトランジスタ３１に接続されて
ダーリントン回路を構成するトランジスタ３１の駆動用
トランジスタ３２と、トランジスタ３１のストレージタ
イムを減少させるためのトランジスタ３３と、トランジ
スタ３１のエミッタに接続されトランジスタ３１に流れ
るパルス電流の大きさを検出するための抵抗３４とを具
えている。また、トランジスタ３５とこのエミッタ参ペ
ース間に接続されたツェナーダイオード３６とは、電源
投入時に前記ダーリントン回路へ始動電流を供給するた
めのもので、補助電源部１３からの補助電源出力（トラ
ンジスタ３５のエミッタ側の電圧）が、ツェナーダイオ
ード３６によって設定される定格電圧まで上昇すると、
トランジスタ３５がオフして前記始動電流の供給がスト
ップされる。

このように構成される駆動部３内のトランジスタ３１は
、制御部９からの制御信号を入力して前記整流部この直
流出力電圧をパルス電流に変換し、このコレクタ側のＡ
点に接続されたパルストランス２５に該パルス電流を与
える。なお一方の駆動部４は前記駆動部３と同一回路構
成になっている。

パルストランス５は、前記トランジスタ３１に直列接続
され九１次側巻線５１と、２つの２次側巻線５２ｔｅ５
２ｇ　　、補助巻線５３とを具（９） えており、また一方のパルストランス６モ、１次側巻線
６１と、２次側巻線６２と、補助巻線６３とを具えてい
る。ここで、補助巻線５３．６３は駆動部３，４及び制
御部９，１０で構成される制御回路に必要な直流電源を
作り出すためのものである。なお、第１図ではパルスト
ランス５はフライ　パック方式、すなわちオン・オフ方
式で、一方のギルストランス６はフォワード方式、すな
わちオン−オン方式を採用している。前者のフライバッ
ク方式は、１次側のトランジスタ３１がオフ状態の時に
２次側巻線５２！のＢ点に電流を供給する方式である。

一方、後者のフォワード方式は、前述したように駆動部
４内のトランジスタ（トランジスタ３１に相当するトラ
ンジスタ）がオン状態の時にパルストランス６の２次側
巻線６２の０点に電流を供給する方式である。そしてフ
ライバック方式を用いると部品点数が少なくてすみ、小
型化が可能となる丸め、比較的小容量の電源に適した方
式であり、これに対して、フォワード方式（１０） は部品点数が大きくなるが、大容量を取り出すことので
きる方式である。これらのパルストランス５，６を介し
て前記駆動部３，４で作られたパルス電流を２次側の２
次出力部７．８に与える。

２次出力部７は、２次側巻線５２１に接続されたダイオ
ード７１１及びコンデンサ７２１で前記パルス電流を整
流・平滑して、例えば＋５Ｖの直流電圧を出力する回路
と、２次側巻線５２鵞に接続されたダイオード７１鵞、
コンデンサ７２１＊７３１及びコイル７４！で整流・平
滑して、例えば＋１５Ｖの直流電圧を出力する回路とで
構成される。同様に、２次出力部８も２次側巻線６２に
接続されたダイオード８１、コンデンサ８２及びコイル
８４等で整流・平滑して、例えば＋２４Ｖの直流電圧を
出力する回路で構成される。このように２次出力部７．
８は、前記駆動部３．４からパルストランス５゜６を介
して与えられたパルス電流を直流電圧に変換して出力す
る。

（１１） この駆動部７のパルス巾を制御する制御部Ｑは、直列接
続されたゲート９１．９２、コンデンサ９３及び抵抗９
４．９５で構成される発振回路と、この発振回路にゲー
ト９６を介してベースに接続されたトランジスタ９７と
、前記ゲート９６の入力端子に接続されたトランジスタ
９８とを具えている。また、一方の駆動部１０も同様の
回路構成となっている。ここで、発振回路はその出力点
りから、例えば３０　ｋＨｚ程度の三角波を出力し、ゲ
ート９６を介してトランジスタ９７０ベースに与える。

トランジスタ９７はコレクタ側のＥ点で駆動部３内のト
ランジスタ３２．３３のペースに妾続され、トランジス
タ３２を介してトランジスタ３１をドライブするための
ものである。またトランジスタ９８はフィードパ、り回
路１１からのフィードバック信号を増幅するためのもの
であり、該フィードパ、り信号を５点を介してＤ点側に
与え、１次側巻線５１内を流れるパルス電流のパルス巾
を決める基準となるＪＪ点５″、丈の〕電１位を変化さ
せ（１２） る。すなわち、トランジスタ９８は発振回路の出力を取
り出すスレシ、−ホールドレベルヲ制御する働きをし、
これによってゲート９６及びトランジスタ９７を介して
５点の電位に応じたパルス巾を持つパルス出力を駆動部
へ供給する。

なお、第１図中Ｆ点はゲート９６の出力点である。

前記トランジスタ９８にフィードバック信号を与えるフ
ィードパ、り部１１は、２次側出力電圧を検出するトラ
ンジスタ１１１と、このトランジスタのニオツタ回路に
接続され基準電圧を設定するツェナーダイオード１１２
と、ＬＥＤ及びホトトランジスタからなるホトカプラ１
１３とを具えている。ここでトランジスタ１１１とツェ
ナーダイオード１１２とで差動増幅器を構成している。

このため２次出力部７の出力電圧がトランジスタ１１１
で検出され、ツェナーダイオード１１２０基準電圧と比
較されて前記出力電圧の変動分が取り出され、フォトカ
プラ１１３を介して制御部９内のトランジスタ９８（１
３） にフィードバックされる。なお、一方のフィードバック
部１２はホトカプラ１２３等を具え前記フィードバック
部１１と同様の回路構成である。

前記駆動部３．４及び制御部９，１０に制御用直流電圧
を与える補助電源部１３．１４は、次のように構成され
る。すなわち、一方の補助電源部１３は、補助巻線５３
に誘起された高周波電圧をダイオード１３１、コイル１
３２及びコンデンサ１３３で整流・平滑して出力点Ｇか
ら駆動部３及び制御部９へ、例えば＋９ｖの正の電源電
圧を印加する正電源回路と、前記補助巻線５３の高周波
電圧をダイオード１３４、コイル１３５及びコンデンサ
１３６で整流偽平滑して前記とは逆の、例えば−９ｖの
負の電源電圧を作り出しＨ点から出力する負電源回路と
で構成される。同様に、他方の補助電源部１４も、補助
巻線６３に誘起された高周波電圧をダイオード１４１、
コイル１４２及びコンデンサ１４３で整流・平滑して出
力点！から駆動部４及び制（１４） 脚部１０へ正の電源電圧を印加する正電源回路と、補助
巻線６３の高周波電圧をダイオード、コイル１４５及び
コンデンサ１４６で整流・平滑して前記とは逆の負の電
源電圧を作シ出す負電源回路とで構成される。

また過電流保護部１５．１６は、２次出力部７．８の出
力電流を検出する変流器１５１゜１６１と、この検出値
を耐圧に変換してフィードバック部７．８のホトカプラ
１１３，１２３に与えるダイオード１５２，１６２及び
コンデンサ１５３，１６３等からなる電圧変換回路とで
構成される。そして短絡事故等により２次出力部７，８
に過電流が流れると、これが該過電流保護部１５．１６
によシ検出されてホトカプラ１１３．１２３を介して制
御部９，１０にそれぞれフィードバックされ、過電流を
抑制するよう制御される。

さらに、補助電源出力端子Ｇと１間は、ダイオード等の
整流素子２００を介して接続される。

この際、ダイオード２００は、例えば、１点に（１５） カンード側がＧ点にアノード側が接続されるようにし、
２次出力部８側の最大負荷時に、１点の電圧がＧ点の電
圧よシダイオード２００の順方向電圧以上高くなるよう
に設定しておく。

以上の構成において、第２図を参照しつつ第１図の動作
を説明する。

マス、パルストランス５．６の２次側に発生する直流出
力電圧をフィードバック部１１．１２で検出して該フィ
ードバック部１１．１２を介してこれを１？！に、側に
フィードパ、りし、１次側のトランス３１の導通角（デ
ユーティサイクル）を変化させることにより、２次側出
カシ圧の変動を補正して安定化させる。このデユーティ
サイクルのダイナミックレンジは、例えば５チル４俤程
度である。この場合には２次側出力電圧に最大負荷が接
続された時に４多となるように、また最小負荷が接続さ
れたときに５俤となるように７４一ドパツク部１１．１
２を調整して設定する。

ここで、パルストランス５の２次側出力心土（１，６１ が＋５ｖである場合を例にとって、出力電圧の安定化動
作をさらに詳しく説明する。＋５ｖの負荷が重くなると
、この２次側出力電圧が下がる。するとフィードバック
部１１の電圧検出用トランジスタ１１１が動作してその
コレクタ電圧が上昇するため、ホトカプラ１１３中のＬ
ＥＤを流れる電流が減少しその輝度が下がる。これによ
りホトカプラ１１３中のホトトランジスタのコレクタ電
圧が上昇し、制御部９の三角波りを発生する発振回路に
対するスレッシュホールドレベルＪが上昇する。すると
、制御部９内のスレク、ホールドゲート出力Ｆのパルス
巾が狭くなるため、ドライバ出力Ｅのパルス巾が広くな
り、これにより駆動部３内のトランジスタ３１のコレク
タ側から、デユーティサイクルの大きいパルス波形をも
った駆動用トランジスタ出力Ａが得られる。このデユー
ティサイクルの大きいパルス電流がパルストランス５の
１次巻線５１に流れることにより、励磁エネルギーが増
加し、２次側出力電圧が上昇する。これによ（１ｚ） シ２次側出力電圧が一定値に保持される。なお第２図中
デユーティ比はＸ／Ｙで与えられる。

また、短絡事故等により２次出力部７．８に過電流が流
れると、これが過電流保護部１５゜１６により検出され
てホトカプラ１１３．１２３のＬＥＤに与えられる。す
ると、ＩＪＤが明るくなり、ホトトランジスタに流れる
フィードパ、り電流が増するため、制御部９．１０内の
５点の電位が下降してゲート９６を介して取り出される
パルス波形のパルス巾がＥ点において広くなくなる。こ
れにより駆動部３，４内のトランジスタ３１のコレクタ
であるＡ点でのパルス電流のパルス巾が狭くなり、パル
ストランス５．６を介して２次出力部７．８内のダイオ
ード７１１゜７１ｍ　　−８１に発生するエネルギーが
小さくなり、２次側出力電圧を下降するように動作する
ため、該２次側に流れる過電流が抑制される。

次に本発明の特徴について説明する。まず、パルストラ
ンス５の出力である＋５ｖの出力が５人の一定負荷に接
続されているとすると、駆動部３のトラ（１８） ンジスタ３１はデユーティサイクル一定で動作すること
になる。その時、パルストランス６の出力である＋２４
Ｖの出力が０〜ＩＯＡと大巾に変動した場合、駆動部４
内の駆動用トランジスタ（駆動部３内のトランジスタ３
１に対応するもの）のデユーティサイクルは大巾に変化
する０例えば、１０Ａの時４０％で無負荷の時は５チあ
るいはこれ以下となる。無負荷の場合にはこのようにデ
ユーティサイクルの値が下がるため、補助電源部１４の
出力電圧（工点の電圧）も下がる。例えば１点の定格出
力が＋９ｖであるとすると、無負荷の場合はこれが＋５
ｖまで下がる。すると駆動部４内の駆動用トランジスタ
は駆動不足となって非飽和状態で動作し、これによりこ
の駆動用トランジスタが破壊される恐れがある。

しかし、本実施例では、負荷変動の大きい側の補助電源
１４の出力端子（１点）に、ダイオード等の整流素子２
００のカンーＶ側を接続すると共に、該整流素子２００
のアノード側を負（１ｇ） 荷変動の小さい側の補助電源１３の出力端子（Ｇ点）に
接続し、＋２４−Ｖ側の電源の最大負荷時に、１点の電
位がＧ点の電位より前記整流素子２００の順方向電圧以
上高くなるように設定しておくため、駆動部４側は、負
荷が大きい時には自からの補助電源で動作し、負荷が小
さくなった時のみ＋５ｖ側の補助電源から電力供給を受
けるように動作する。このため、＋５ｖ側あるいは＋２
４Ｖ側のいずれかの出力部７゜８が短絡しても、あるい
は無負荷になっても、駆動部３．４内の駆動用トランジ
スタはドライブ不足にならず、該駆動用トランジスタが
破壊されないという利点がある。

第３図は本発明の他の実施例を示す回路図である。第１
図に示した実施例では、補助電源部１３内のＧ点からダ
イオード２００を通して一方の補助電源部１４内の１点
に電源を供給しているが、第３図の実施例では、パルス
トランス５中の補助巻線５３の出力を、コイル１３２、
ダイオード１３１及びコンデンサ１３３という（財））
） ループとは別にダイオード１３１′及びコンデンサ１３
３′で整流して別個に補助電源を作成し、その出力端で
あるＧ′点にダイオード２００を接続するようにしてい
る点が、第１図のものと相違する。このようにしても第
１図の回路とほぼ同様の効果を奏する。

第４図は本発明のさらに他の実施例を示す回路である。

第１図に示した実施例では、補助電源部１３と１４内の
Ｇ点と１点とをダイオード２００を介して単方向に接続
しているが、第４図の実施例では、Ｇ点と１点との間に
ダイオード２００と２００′とをそれぞれ逆向きに並列
接続してＧ点と１点とを双方向に接続している点が、第
１図のものと相違する。このような構成にあっては、パ
ルストランス５側およびパルストランス６側の双方の出
力部が短絡および無負荷になった場合でも、互いの駆動
部３，４内にある駆動用トランジスタ３１の破壊を防止
することができる。

なお、上記実施例では、トランス５側がフラ（２１） ィパック方式、トランス６側がフォワード方式となりて
いるが、この発明はこれに限定されるものではなく、ト
ランス５側がフォワード方式で、トランス６側がフライ
バック方式となるように構成してもよい。なお、一般に
大容量の電源はフォワード方式またはプツシ、プル方式
の構成を取る場合が多い。また、上記実施例では、いず
れも補助電源を２つ有する場合について説明し九が、３
つ以上の補助電源を有する場合においても任意の２つの
補助電源の出力端子間を整流素子を介して接続するよう
にすれば、同様の効果を発揮することができることはい
うまでもない。

以上説明した通シ、本発明のスイッチング電源装置によ
れば、複数の補助電源間を整流素子を介して接続した丸
め、整流素子の接続された一方の電源の無負荷や短絡に
対しても他方の電源からの補助電源の供給が確保され、
コンバータ駆動部内の駆動用トランジスタの破壊を防止
することができる。また、補助電源を用いる簡（２２） 単な回路構成で大巾な負荷変動に耐える電源を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るスイッチング電源装置の
回路図、第２図は第１図の回路動作を説明するための波
形図、＠３図および第４図は本発明の他の実施例に係る
スイッチング電源装置の主要部の回路図である。 符号の説明 １・・・フィルタ、　２・・・整流部、　３．４・・・
駆動部、　　５，６・・・パルストランス、　　７．８
・・・２次出力部、　　９．１０・・・制御部、　　１
１．１２・・・フィードバック部、　　１３．１４・・
・補助電源部、　１５．１６・・・過電流保護部、　３
１・・・駆動用トランジスタ、　　５３．６３・・・補
助巻線、２００　、２００’・・・整流素子（ダイオー
ド）、Ｇ、Ｉ・・・補助電源出力端子。 （２３） ３０７− 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のパルストランスのそれぞれに補助巻線を巻回し、
   この補助巻線に誘起される電圧を整流して、前記パルス
   トランスの主巻線に流れるパルス電流を制御するそれぞ
   れの制御回路に対する補助電源として用いるスイッチン
   グ電源装置において、 負荷変動の大きい側の補助電源の出力端子と負荷変動の
   小さい側の補助電源の出力端子との間を、後者の出力端
   子から前者の出力端子へ順方向となるように整流素子を
   介して接続したことを特徴とするスイッチング電源装置
   。