JPS596145B2 - フライバック式スイッチング電源 - Google Patents

フライバック式スイッチング電源

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JPS596145B2
JPS596145B2 JP8930479A JP8930479A JPS596145B2 JP S596145 B2 JPS596145 B2 JP S596145B2 JP 8930479 A JP8930479 A JP 8930479A JP 8930479 A JP8930479 A JP 8930479A JP S596145 B2 JPS596145 B2 JP S596145B2
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magnetic
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JP8930479A
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元良 藤田
一之 本木
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TDK Corp
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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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  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフライバック式スイッチング電源に係り、とく
にスイッチング回路としてブロッキング発振回路を用い
た自走型のフライバック式スイッチング電源に関する。
一般に、フライバック式スイッチング電源は、スイッチ
ング回路のオン期間に出力トランスに蓄積した磁気エネ
ルギをオフ期間に負荷側に放出するのが代表的な動作で
あり、スイッチング回路のスイッチング動作周波数と出
力電力とは反比例の関係にある。
この理由をブロッキング発振回路を用いたフライバック
式スイッチング電源の場合で説明する。
まず、フライバック式スイッチング電源の動作条件とし
て、下記事項を仮定する。(1)入力電圧(ブロッキン
グ発振回路の直流供給電圧)は一定とする。
(2)出力電圧が定電圧になるよう動作周波数を制御す
る。
(3)各回路は無損失の理想動作を行う。
出力電圧E。
は、入力電圧をEi、出ヵトランスの1次2次巻線比を
n、スイッチングトランジスタのオン期間をToN、オ
フ期間をT。FFとしたとき次式で表わされる。
E0=nEi・− ・・・・・・(1) ここで、出力電圧を定電圧制御する場合、入力電圧Ei
と出力電圧E。
とは一定であるからスイッチングトランジスタのオン、
オフ比、すなわちデューティー比D〔■TON/(T0
N+T0FF)〕は一定である。ブロッキング発振回路
はスイッチングトランジスタのオン期間に出力トランス
にためた磁気エネルギをオフ期間に放出するが、代表的
な動作としてオン期間に蓄えた磁気エネルギをすべて放
出するまでの期間がオフ期間となる場合を考えると、1
周期間(オン期間)に蓄えられるエネルギ量J1は、J
1ニーL工2 ・・・・・・(2) (但し、I:1次電流、L:1次巻線のインダクタンス
)で示される。
1次電流Iは、 EiT0NEi1 1=−=・ −・ D ・・・・・・(3)(但し、f
:動作周波数) で示されるから、(3)式を(2)式に代入すると、と
なる。
従つて1秒間のエネルギ量Pはとなる。
無損失とすれば、フライバツクエネルギがすべて出力と
なるから、(5)式で表わされたPが出力電力を示す。
上記の結果より、負荷の変動にともない出力電力に反比
例して動作周波数が変化するようフイードバツクループ
によつて制御してやることによりフライバツク式スイツ
チング電源の定電圧化が可能であることが判る。
逆に言えば、定電圧制御を行えば、負荷の変動にともな
い周波数は負荷電流に反比例して変化する。しかし、こ
のようなフライバツク式スイツチング電源の性質は、負
荷変動が大きい場合に次のような不都合を生じる。(1
)軽負荷時に動作周波数が高くなり半導体や磁心の損失
が増加して効率が悪化する。(2)最大出力時の動作周
波数がかなり低くなりトランスが大型化し、重量も大き
くなつてしまう。
(3)無負荷時に動作が不安定になるのを防止するため
電源内部に擬似負荷を設けなければならず、無負荷時の
電力損失が多い。本発明は、上記の点に鑑み、磁路の磁
束密度が小さいときには1次インダクタンスが大きく磁
束密度が大きいときは飽和して1次インダクタンスが小
さくなる特性の可飽和トランスを出力トランスとして用
いることにより、負荷変動に対する動作周波数の変動を
小さくすることを可能にして効率の向上を図つたフライ
バツク式スイツチング電源を提供しようとするものであ
る。
以下、本発明に係るフライバツク式スイツチング電源の
実施例を図面に従つて説明する。
第1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1で整流され、
コンデンサ2で平滑された後、プロツキング発振回路1
0に供給される。
この直流供給電圧が入力電圧Eiとなる。このプロツキ
ング発振回路10は、スイツチングトランジスタ11と
,該トランジスタ11のコレクタ側に挿入される出力ト
ランスとしての可飽和トランス20の1次巻線20Aと
、トランジスタ11のベース、エミツタ間に挿入される
可飽和トランス20の帰還巻線20B等から構成される
。プロツキング発振回路10のフライバツク出力は可飽
和トランス20の2次巻線20cに現れ、この発振出力
はダイオード31、チヨークコイル32、コンデンサ3
3,34から成る整流平渭回路、30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E。
は誤差増幅回路40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40において、出力
端子C.D間に定電圧ダイオード41と抵抗器42との
直列回路が接続され、この抵抗器42両端の電圧がトラ
ンジスタ43のベース、エミツタ間に加えられるように
なつている。また,トランジスタ43のコレクタ側にフ
オトカツプラ50の発光素子51が設けられる。一方、
プロツキング発振回路10の発振周波数、すなわち動作
周波数は、スイツチングトランジスタ11のベース回路
に設けられる制御回路60によつて制御される。
この制御回路60において、可飽和トランス20の帰還
巻線20Bからは、前記トランジスタ11のエミツタに
対して負電圧がダイオード61を介して取出され、コン
デンサ62で平渭された後、その負電圧は制御トランジ
スタ63を通して前記トランジスタ11のベースに加え
られるようになつている。前記トランジスタ63のベー
スには、抵抗器64及びフオトカツプラ50の受光素子
52を介してベースバイアスが供給される。可飽和トラ
ンス20は、第2図及び第3図に示すように、E型磁心
70とI型磁心71とを組合せかつE型磁心70の中央
脚(センターポール)72にギヤツプGを有する磁心7
3を用いており、その中央脚72の部分に1次巻線20
A、帰還巻線20B12次巻線20Cが夫々設けられる
そして前記ギヤツプGには,可飽和磁路用コアチツプ7
4が設けられる。ここで、コアチツプ74の断面積は、
好ましくは主磁路の断面積(中央脚の断面積)の1/3
以下に設定される。これは、1/2程度であると、通常
のギヤツプの無い磁心と同様の動作をしてしまうからで
ある。度が小さいときはコアチツプ74は未飽和状態に
あり1次巻線20Aのインダクタンスは大きく、磁束密
度が大きいときはコアチツプ74が飽和してしまう結果
、インダクタンスは小さい値を示す。
上記実施例の構成において、出力端子C,.D間の出力
電圧E。が所定の設定電圧値を越えると、定電圧ダイオ
ード41がブレークオーバーしてトランジスタ43が導
通し、フオトカツプラ50の発光素子51が発光する。
この結果、受光素子52を通して制御トランジスタ63
のベースに電流が流れ、この制御トランジスタ63の抵
抗値は低くなる。従つて、このトランジスタ63を通し
てスイツチングトランジスタ11のベースは負側にバイ
アスされ、プロツキング発振回路10の動作周波数は高
くなり、出力電圧E。は減少する方向に制御され、定電
圧制御が実行される。この場合、可飽和トランス20を
用いているので、従来の場合ほどプロツキング発振回路
10の動作周波数の変化範囲を大きくしなくともよい利
点を生ずる。
以下この理由を説明する。プロツキング発振回路10は
スイツチングトランジスタ11のオン期間T。
Nに可飽和トランス20にためた磁気エネルギをオフ期
間T。FFに放出する。この1周期間(オン期間)に蓄
えられるエネルギ量J,は前記(2)式で示される通り
である。ただし、可飽和トランス20の場合、1次巻線
インダクタンスLは一定ではなく、スイツチングトラン
ジスタ11がオンしてから可飽和磁路用コアチツプ74
が飽和するまでの期間T1では1次巻線インダクタンス
はL。、コアチツプ74が飽和した後は1次巻線インダ
クタンスはL8となる。このとき、ギヤツプGが充分大
きいとすれば、LO′>>L8となる。1次電流1は で表わされ、LO>>L8であるから右辺第1項を省略
すると、J−′S となる。
この(7)式を前記(2)式に代入すると、4ii9と
なり、さらにTONをデユーテイ一比D及び動作周波数
fで表わすと、となる。
この(10)式より、出力電力は動作周波に反比例する
以上に大きく変化し、実質的にデユーテイ一比も変化さ
せたのと等価であると言える。このため、負荷状態が軽
負荷から重負荷へ大きく変わつたとしても、動作周波数
の変動範囲は従来に比較して小さくできる。1例として
T1=10μSec.D二50%としたとき前記(10
)式において出力電力が零となる動作周波数は、よりf
二50(KHz)であり、とくに最大負荷時の動作周波
数に対する軽負荷時の動作周波の変動を少なくすること
ができる。
従つて、この実施例によれば、次のような効果を上げる
ことができる。(1)従来のように軽負荷時に動作周波
数が高くなりすぎて半導体や磁心の損失が増加して効率
が悪化するのを軽減することができる。(2)軽負荷時
にあまり周波数を上げる必要がないから、最大出力時の
動作周波数を比較的高めに設定できる。
従つて、トランスの小型化、軽量化ができて経済的であ
る。(3)無負荷時における動作の安定化のために電源
内部に設ける擬似負荷を減らすことができ、無負荷時の
損失を減じることができる。
なお、プロツキング発振回路、誤差増幅回路、制御回路
等の構成は適宜変更可能であることは明らかであり、本
発明は出力電圧を検出してフイードバツクループにより
動作周波数を変えて出力安定化制御を行う自走型のフラ
イバツク式スイツチング電源に適用可能である。
叙上のように、本発明によれば、磁路の磁束密度が小さ
いときには1次インダクタンスが大きく磁束密度が大き
いときは飽和して1次インダクタンスが小さくなる特性
の可飽和トランスを出力トランスとして用い、負荷変動
に対する動作周波数WvN島んA1六ビ1ナ一瀦宏出白
泊け『フ→Xノくeソカオスィッチング電源を得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るフライバツク式スイツチング電源
の実施例を示す回路図、第2図は実施例で用いる可飽和
トランスの正面図、第3図は第2図の−断面図である。 1・・・・・・整流器、2,33,34,62・・・・
・・コンデンサ、10・・・・・・プロツキング発振回
路、11・・・・・・スイツチングトランジスタ、20
・・・・・・可飽和トランス、20A・・.・・・1次
巻線、20B・・・・・・帰還巻線、20C・・・・・
・2次巻線、30・・・・・・整流平滑回路、40・・
・・・・誤差増幅回路、41・・・・・・定電圧ダイオ
ード、43,63・・・・・・トランジスタ、50・・
・・・・フオトカツプラ、70・・・・・・E型磁心、
71・・・・・・I型磁心、72・・・・・・中央脚、
73・・・・・・磁心、74・・・・・・可飽和磁路用
コアチツプ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 出力電圧を検出してフィードバックループによりス
    イッチング回路の動作周波数を可変して安定化制御を実
    行する自走型のフライバック式スイッチング電源におい
    て、磁路のギャップ部分に該磁路の磁心断面積よりも小
    さい断面積の磁性体を設けた磁心を用いていて、前記磁
    路の磁束密度が小さいときに1次インダクタンスが大き
    く、磁束密度が大きいとき前記ギャップ部分に設けた磁
    性体が飽和して1次インダクタンスが小さくなる特性の
    可飽和トランスを前記スイッチング回路の出力トランス
    として用いたことを特徴とするフライバック式スイッチ
    ング電源。
JP8930479A 1979-07-16 1979-07-16 フライバック式スイッチング電源 Expired JPS596145B2 (ja)

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JPS5615168A JPS5615168A (en) 1981-02-13
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5760818B2 (ja) * 1974-12-05 1982-12-21 Nippon Electric Co
JPS5832514U (ja) * 1981-08-25 1983-03-03 横河電機株式会社 定電圧装置

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JPS5615168A (en) 1981-02-13

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