JPS5924627B2 - スイッチング電源 - Google Patents

スイッチング電源

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JPS5924627B2
JPS5924627B2 JP8803079A JP8803079A JPS5924627B2 JP S5924627 B2 JPS5924627 B2 JP S5924627B2 JP 8803079 A JP8803079 A JP 8803079A JP 8803079 A JP8803079 A JP 8803079A JP S5924627 B2 JPS5924627 B2 JP S5924627B2
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saturable
transformer
output
oscillation
circuit
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元良 藤田
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/338Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a self-oscillating arrangement
    • H02M3/3385Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a self-oscillating arrangement with automatic control of output voltage or current

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可飽和トランスを用いたスイッチング電源に
係り、とくにフォワードコンバータ型のスイッチング電
源に関する。
一般に、フオワードコンバータ型のスイッチング電源に
おいては、出力制御をスイッチング素子のオン期間又は
オフ期間を変化させることによつて、すなわちデューテ
ィーサイクルを変えることによつて行つている。
しかし、1石式あるいはプッシュプル式等の自励振の発
振回路を用いている場合、スイッチング素子のデューテ
ィーサイクルを変えることは困難である。
一方、自励振の発振回路の場合、発振周波数を変化させ
てやることは比較的容易であるが、フオワードコンバー
タ型のスイッチング電源では単に発振周波数のみを変化
させても出力制御を行うことはできない。本発明は、上
記の点に鑑み、入力周波数の変化に応じて出力波形のデ
ューティーサイクルが変わる性質を有する可飽和トラン
スを用いることにより、動作スイッチング周波数を変化
させて出力制御を簡単に実行可能にしたスイッチング電
源を提供しようとするものである。
まず、本発明にて用いる可飽和トランスについて説明す
る。
第1図及び第2図に示すように、可飽和トランスは、1
次巻線1、2次巻線2が夫々巻かれる1次側磁路3、2
次側磁路4の他に可飽和漏洩磁路5を有している。今、
2次巻線2に負荷を接続した状態でl次巻線1に第3図
Aの如き矩形波入力を加えた場合を考えると、2次巻線
2から負荷に流れる電流は、1次巻線1による磁束が2
次側磁路4を通過するのを妨げるように働く。すなわら
、2次側磁路4の磁気抵抗がみかけ上高くなる。従つて
、1次巻線1による磁束は当初は1次側磁路3及び可飽
和漏洩磁路5の経路で通過し、2次側磁路4には殆んど
通らない。この結果、2次巻線2の出力電圧は実質的に
零となる。前記可飽和漏洩磁路5の断面積は1次側磁路
3及び2次側磁路4に比べてかなり小さく設定されてい
るため、矩形波入力の立上り、立下りから一定期間経過
した後飽和状態となり、飽和後は通常のトランス同様に
1次側磁路3及び2次側磁路4の経路で磁束が通過し、
これにより2次巻線2には第3図Bの如く入力波形より
も一定期間Tだけパルス幅の短い出力波形が得られる。
この場合、矩形波入力の周波数を変えてやることにより
出力波形のデユーテイーサイクルを変化させることがで
きる。例えば、第3図Cの如く、矩形波入力の周波数を
2倍にすれば、第3図Dのように一定期間Tだけパルス
幅の短い出力波形が得られる。この場合、矩形波入力の
パルス幅が短いから1周期における期間Tの占める割合
が大きくなり、デユーテイーサイクルは低下する。すな
わら、上記の可飽和トランスを用いれば、入力周波数を
高くすることにより出力波形のデユーテイーサイクルを
低くすることができ、この性質を利用することによりス
イツチング電源、とくにフオワードコンバータ型のスイ
ツチング電源の出力制御ができる。以下、本発明に係る
スイツチング電源の実施例を図面に従つて説明する。
第4図は本発明の第1実施例であつて1石フオワードコ
ンバータ型のスイツチング電源を示す。
この図において、入力端子A,B間には交流電源入力が
加えられ、この交流電源入力は整流器10で整流され、
コンデンサ11で平滑された後自励振の発振回路20に
供給される。この発振回路20は、スイツチングトラン
ジスタ21と、該トランジスタ21のコレクタ側に挿入
される可飽和トランス30の1次巻線30Aと、トラン
ジスタ21のベース、エミツタ間に挿人される可飽和ト
ランス30の帰還巻線30B等から構成される。発振回
路20の発振出力は可飽和トランス30の2次巻線30
Cに現れ、この発振出力はダイオード41,42、チヨ
ークコイル43、コンデンサ44から成る整流平滑回路
40で整流され平滑された後出力端子C,Dに供給され
る。出力端子C,D間の出力電圧は誤差増幅回路50に
加えられ、ここで所定の設定電圧値と比較される。
この誤差増幅回路50において、演算増幅器51の一方
の入力端子Pには、抵抗器52,53で分圧された出力
電圧に、前記可飽和トランス30の2次巻線30C両端
の電圧をコンデンサ54を介して取出し、抵抗器55、
コンデンサ56で積分した電圧を重畳したものが加えら
れる。演算増幅器51の他方の入力端子Qには定電圧ダ
イオード57で定まつた基準電圧が加えられる。前記演
算増幅器51の出力端子には抵抗器58、定電圧ダイオ
ード59及びフオトカツプラ60の発光素子61の直列
回路が設けられる。一方、発振回路20の発振周波数、
すなわら、スイツチングトランジスタ21の動作スイツ
チング周波数を制御するために制御回路70がそのトラ
ンジスタ21のベース回路に設けられる。
制御回路70において、可飽和トランス30の帰還巻線
30Bからは、前記トランジスタ21のエミツタに対し
て負電圧がダイオード71を介して取出され、コンデン
サ72で平滑された後、その負電圧は制御トランジスタ
73を通して前記トランジスタ21のベースに印加され
るようになつている。その制御トランジスタ73のベー
スには、抵抗器74及びフオトカツプラ60の受光素子
75を介してベースバイアスが供給される。可飽和トラ
ンス30は、第5図に示すように1次巻線30A及び帰
還巻線30Bが巻かれる1次側磁路3、2次巻線30C
が巻かれる2次側磁路4の他に可飽和漏洩磁路5を有し
ている。
この動作は、第1図乃至第3図にて説明した通りである
。上記第1実施例の構成において、入力端子A,B間の
交流電源入力は整流器10、コンデンサ11で整流平滑
されて発振回路20に供給され、発振回路20は所定の
発振周波数で発振する。この発振出力は可飽和トランス
30の2次巻線30Cに現れ、これが整流平滑回路40
で整流平滑されて所定の直流電圧となり、出力端子C,
Dを介して負荷に供給される。誤差増幅回路50におけ
る演算増幅器51の一方の入力端子Pには、出力端子C
,D間の直流電圧を分圧した電圧に可飽和トランス30
の2次巻線30C両端の交流成分を積分した電圧が重畳
された第6図実線Fで示す波形の電圧が加わる。
他方の入力端子Qには定電圧ダイオード57により第6
図点線Gで示す基準電圧が加えられている。従つて、点
線Gより実線Fが上に位置する期間、すなわら、出力電
圧が設定電圧値よりも高い期間、演算増幅器51は作動
し、フオトカツプラ60の発光素子61が駆動される。
この結果、フオトカツプラ60の受光素子75が導通し
、制御トランジスタ73のコレクタ、エミツタ間抵抗は
減少し、従つて、スイツチングトランジスタ21のベー
スは制御トランジスタ73を通して負側にバイアスされ
る。これにより発振回路20の発振周波数は高くなる。
可飽和トランス30の2次巻線30Cに現れる電圧波形
のデユーテイーサイクルは、発振周波数が高くなるに従
つて減少するから、出力電圧は減少し、所望の設定電圧
値に一致する方向に制御される。上記第1実施例によれ
ば、自励振の発振回路20の出力トランスとして可飽和
トランス30を用いたので、発振回路20の発振周波数
(スイツチングトランジスタ21の動作スイツチング周
波数)を変えることにより簡単に出力制御が可能である
第7図は本発明の第2実施例を示す。
この図において、入力端子J,K間には交流電源入力が
加えられ、この交流電源入力は整流器80で整流され、
コンデンサ81で平滑された後自励振のゼンセン発振回
路90に供給される。このゼンセン発振回路90は、、
可飽和出力トランス100の1次巻線100Aに対して
プツシユプル接続されるスイツチングトランジスタ91
,92と、該トランジスタ91,92のコレクタ、ベー
ス間に挿入される可変可飽和発振トランス110等から
構成される。この可変可飽和発振トランス110は、ト
ランジスタ91,92の両コレクタ間に抵抗器93を介
して接続される1次巻線110Aと、トランジスタ91
,92の両ベース間に抵抗器94,95を介して接続さ
れる2次巻線110Bと、制御巻線110Cとを有して
いる。ゼンセン発振回路90の発振出力は可飽和出力ト
ランス100の2次巻線100Bに現れ、この発振出力
はダイオード121,122、チヨークコイル123、
コンデンサ124から成る整流平滑回路120で整流さ
れ平滑された後出力端子L,Mに供給される。
出力端子L,M間の出力電圧は誤差増幅回路130に加
えられ、ここで所定の設定電圧値と比較される。
この誤差増幅回路130において、出力端子L,Mに定
電圧ダイオード131と抵抗器132との直列回路が接
続され、抵抗器132の両端の電圧がトランジスタ13
3のベース、エミツタ間に加わるようになつている。ト
ランジスタ133のコレクタは抵抗器134を介して出
力端子Lに接続され、このトランジスタ133のコレク
タ側に、トランジスタ135及びこのエミツタ側に挿入
される可変可飽和発振トランス110の制御巻線110
Cとから成るエミツタフオロアが設けられる。その制御
巻線110Cには並列にコンデンサ136が接続される
。可飽和出力トランス100は、第8図に示すように1
次巻線100Aが巻かれる1次側磁路3、2次巻線10
0Bが巻かれる2次側磁路4の他に可飽和漏洩磁路5を
有している。
この動作は、第1図乃至第3図にて説明した通りである
。可変可飽和発振トランス110は、第9図に示す如く
、1次巻線110A及び2次巻線110Bが巻かれる中
央磁路111と、制御巻線110Cが2分割されて夫々
巻回される両側磁路112とを有している。
この場合、制御巻線110Cに直流の制御電流を流しか
つ制御巻線110Cを交流的に短絡した状態とすれば、
両側磁路112の一方が磁気飽和に達すると、他の磁路
も等価的に飽和した状態(自由磁化状態)となり、制御
電流により等価的に飽和しやすい状態となる。すなわら
、制御巻線110Cに供給する制御電流を大きくすれば
、1次巻線110Aに加わる電圧・時間積が小さくとも
磁気飽和状態となる。上記第2実施例の構成において、
入力端子J,K間の交流電源入力は整流器80、コンデ
ンサ81で整流平滑されてゼンセン発振回路90に供給
され、ゼンセン発振回路90は所定の発振周波数で発振
する。
この発振出力は可飽和出力トランス100の2次巻線1
00Bに現れ、これが整流平滑回路120で整流平滑さ
れて所定の直流電圧となり、出力端子L,Mを介して負
荷に供給される。出力電圧が所定の設定電圧値を越える
と、定電圧ダイオード131がブレークオーバーしてト
ランジスタ133が導通し、さらにはトランジスタ13
5のエミツタ、コレクタ間が低抵抗となり、これにより
可変可飽和発振トランス110の制御巻線110Cに制
御電流が流れる。
ここで、制御巻線110Cはエミツタフオロアで駆動さ
れかつコンデンサ136で交流的に短絡されているから
、可変可飽和発振トランス110は制御電流により飽和
しやすい方向に磁気的にバイアスされる。ゼンセン発振
回路90は可変可飽和発振トランス110の1次巻線1
10Aに流れる電流により該トランスが飽和した時に反
転する性質を有しているから、制御電流によりゼンセン
発振回路90の発振周波数は高くなる。可飽和出力トラ
ンス100の2次巻線100Bに現れる電圧波形のデユ
ーテイーサイクルは、発振周波数が高くなるに従つて減
少するから、出力電圧は減少し、所望の設定電圧値に一
致する方向に制御される。上記第2実施例によれば、ゼ
ンセン発振回路90の発振トランスとして可変可飽和発
振トランス110を用いたので、ゼンセン発振回路90
の発振周波数(スイツチングトランジスタ91.92の
動作スイツチング周波数)を簡単に変えることができる
また、出力トランスとして可飽和出力トランス100を
用いたので出力制御が容易であるなお、上記各実施例で
は、出力電圧を一定制御する場合を示したが、出力電流
を誤差増幅回路で検出することにより定電流制御を行う
ことができることは明らかである。
また、可飽和トランスにおいて、特性の改善等を目的と
して、1次巻線又は2次巻線の一部を他方の巻線に重ね
て巻回するようにしても差し支えない。叙上のように、
本発明によれば、入力周波数の変化に応じて出力波形の
デユーテイーサイクルが変わる性質を有する可飽和トラ
ンスを用いることにより、動作スイツチング周波数を変
化させて出力制御を容易に実行可能なスイツチング電源
を得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のスイツチング電源で用いる可飽和トラ
ンスの概略正面図、第2図は同断面図、第3図は可飽和
トランスの動作説明のための波形図、第4図は本発明に
係るスイツチング電源の第1実施例を示す回路図、第5
図は第1実施例で用いる可飽和トランスの概略正面図、
第6図は第1実施例の動作説明のための波形図、第7図
は本発明の第2実施例を示す回路図、第8図は第2実施
例で用いる可飽和出力トランスの概略正面図、第9図は
可変可飽和発振トランスの概略正面図である。 1,30A,100A,110A・・・・・・1次巻線
、2,30C,100B,110B・・・・・・2次巻
線、3・・・・・・1次側磁路、4・・・・・・2次側
磁路、5・・・・・・可飽和漏洩磁路、10,80・・
・・・・整流器、20・・・・・・発振回路、30・・
・・・・可飽和トランス、40,120・・・・・・整
流平滑回路、50,130・・・・・・誤差増幅回路、
70・・・・・・制御回路、90・・・・・・ゼンセン
発振回路、100・・・・・・可飽和出力トランス、1
10・・・・・・可変可飽和発振トランス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 主として1次巻線が巻かれる第1の磁路3と、主と
    して2次巻線が巻かれる第2の磁路4と、それら第1及
    び第2の磁路3、4より断面積の小さい可飽和漏洩磁路
    5とを有する可飽和トランスを出力トランスとして用い
    、前記1次巻線側に入力直流電圧をスイッチングした電
    圧を加えるスイッチング回路20、90を接続し、前記
    2次巻線側に整流平滑回路40、120を接続し、前記
    整流平滑回路40、120の出力が所定の設定値より増
    大したとき前記スイッチング回路の動作スイッチング周
    波数を高める方向に制御することを特徴とするスイッチ
    ング電源。 2 前記スイッチング回路を、発振トランスとして可変
    可飽和トランス110を用いたトランジスタ発振回路で
    構成し、該可変可飽和トランス110の可飽和特性を変
    化させることにより動作スイッチング周波数を可変制御
    する特許請求の範囲第1項記載のスイッチング電源。
JP8803079A 1979-07-13 1979-07-13 スイッチング電源 Expired JPS5924627B2 (ja)

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NL8200616A (nl) * 1982-02-17 1983-09-16 Philips Nv Geschakelde zelfoscillerende voedingsspanningsschakeling.
US4812959A (en) * 1987-05-20 1989-03-14 International Business Machines Corp. Synchronization circuit for a blocking oscillator
KR100261035B1 (ko) * 1997-12-31 2000-07-01 김덕중 스위칭 모드 전원 공급장치

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