JPS60187260A - 自励発振式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】 産業上の利用分野 本発明は電子機器用電源、例えばパーソナルコした自励
発振式スイッチング電源装置に関するものである。

従来例の（１４成とその問題点 一般に′電子・機器用′電源は、例えばパーソナルコン
ピュータに用いる′電源として見た場合、機詣の小型化
、低価格化に伴なって内部に組み込んで１史用される電
源も、比較的大型で効率の惑い商用亀諒トランスを用い
たシリーズレギュレータ７Ｌ源装置からスイッチング周
波数ヲ筒＜とれるという点でトランスを小形化及び低価
格化することが可能なスイノチンク電源装置へと変化し
ている。しかしなから、スイッチング電ｍ、装置は、制
御回路が７リーズレギユレータ電源装置より一般に割高
になる場合か多い。上記特徴を有するスイッチング′電
源装置ＶＣおいて、制御回路を最も安価に製造しつる回
路としては発振回路がｒ？＋Ｔ単な自励発振式スイッチ
ング電２１＋＋を装置が１没も有利である。

以下、第１図及び第２図を参照しながら、上述したよう
な従来の自励発振式スイッチング電源装第１図は従来の
自励発振式スイッチング電源装置の回路構成図を示すも
のである。第１図において、１は商用ＡＣ電圧ｖ１Ｎを
整流して直流電圧に変換する整流回路である。Ｓはスイ
ッチングトランスで一次巻線Ｓ１　、直列に接続される
ベース１駆動巻線Ｓ２と制御巻線Ｓ３．及び出力巻１１
Ｊ　Ｓ　４を有する。

Ｑｌはコレクタが一次巻線Ｓ１を介して整流回路１の正
電極に、エミッタが同負電極に接続され、オンオフをく
り返すスイッチングトランジスタである。Ｒ１は一次巻
線Ｓ１と整流回路１の接続点とスイッチングトランジス
タ０１のベースに直列に接続され起動電流を供給する抵
抗、２は同スイッチングトランジスタＱ１のベースとベ
ース駆動巻線Ｓ２の一端に直列に接続されベース電流を
設定するバイアス回路である。Ｑ２はコレクタをスイッ
チングトランジスタＱ１のベースに接続し、エミッタを
制御巻線Ｓ３の一端に接続された逆バイアス用トランジ
スタ、Ｑ３はエミッタをベース駆動巻線Ｓ２と制御巻線
Ｓ３の接続点に接続し、コレクタを抵抗Ｒ２ｉ介して逆
バイアス用トランジスタＱ２のベースに接続され、ベー
スはコンデンサＣ１を介して同エミッタに接続される制
御用トランジスタＤ１はアノードを制御巻線Ｓ３と逆バ
イアス用トランジスタＱ２のエミッタの接続点に接続し
、カソードをコンデンサＣ１と制御用トランジスタＱ３
のベースの接続点に接わじしたダイオードて、コンデン
サＣ１の充電電流を流し放電電流をカットする。

Ｒ３はダイオードＬＪ１に並列に接続された抵抗で、コ
ンデンサＣ１の放電電流を流す。

オドカプラーで一次側と二次側を分離絶縁しており、−
次１則のトランジスタはコレクタをコンデンサＣ１と制
御用トランジスタＱ３のベースの接続点に接続し、エミ
ッタ全制御巻線Ｓ３と逆バイアス用トランジスタ０２の
エミッタの接続点に接Ｕｃし、二次側の発光ダイオード
は制御回路４に接続される。３は出力整流回路で出力巻
線Ｓ４に接続され、ＤＣ出力を供給する。ＤＣ出力は、
制御回路４に接に６され出力電圧ｖｏＵＴを検出し制御
する０以上のように構成された従来の回路において、以
下その動作について説明する。

まずＡＣ入力に商用電圧■１Ｎ（以下入力電圧と言う）
が印加されると整流回路１で直流電圧となり抵抗Ｒ１ｉ
介してスイッチングトランジスタＱ１のベースに電流が
流れて、同スイッチングトランジスタＱ１はオンするた
め一次巻線Ｓ１に電圧が印加されることになり、この電
圧に比例し７た誘起電圧かベース駆動巻線Ｓ２に発生し
バイアス回路２を介して同スイッチングトランジスタＱ
１のベースＴＬ流ＩＢがさらに増加されオン期間となる
。

オン期間ではスイッチングトランジスタＱ１のコレクタ
電流ＩＣが一次巻線Ｓ１のインダクタンスで決まる傾き
で直線的に増加し、スイッチングトランスＳを励磁する
。一方、制御巻線Ｓ３にも入力端子に比例する誘起電圧
が発生しておりコンデンサＣ１と抵抗Ｒ３を介して電流
が流れることにより、コンデンサＣ１の両端電圧は低下
して制御用トランジスタＱ３のエミッタ・ベース間を順
バランジスタＱ３はオン状態となり、抵抗Ｒ２を介して
逆バイアス用トランジスタＱ２のベースへ制御巻線Ｓ３
の誘起電圧が印加され、逆バイアス用トランジスタＱ２
はオン状態となり、スイッチングトラン７スタＱ１のベ
ース電流ＩＢを急激に引き込み同スイッチングトランジ
スタＱ１のベースを逆バイアスしてオフさせる。オフ期
間ＴＯＦＦでは、ベース駆動巻線Ｓ２に発生する誘起電
圧かスイッチングトランジスタＱ１のベースを逆バイア
スする方向に′電圧を発生させると共に、スイッチング
トランスＳに蓄積された励磁エネルギーを出力巻線Ｓ４
より出力整流回路３を介してＤＣ出力に放出する。励磁
エネルギーがなくなると、スイッチングトランスＳのも
れインダクタンスと分布￥ｉ−鼠により発生ずるリンキ
ング電圧によりベース駆動巻線Ｓ２には再びスイッチン
グトランジスタＱ１のベースｔ　ｌ１ｌｌ’ｊバイアス
する方向に誘起電圧か発生するため同スイッチングトラ
ンジスタＱ１はオンする。

さらに前記オフ期間では制ａｌＩ３銀Ｓ３の両端′ｔ１
゜圧は、ベース駆動巻線Ｓ２との接続点を負電圧にする
方向で誘起電圧が発生しているため、ダイオードＤ１を
介して制御用トランジスタＱ３のベースを逆バイアスす
るようにコンデンサＣ１ｆ　充？ｌｉし制御用トランジ
スタＱ３はオフする。コンデンサＣ１の充電電圧は、出
力巻線Ｓ４と制御部ｌｆＭＳ３の巻数比で決まる電圧、
すなわち出力電圧ｖｏＵＴに比例した電圧となる。以下
、前述の動作をくり返して出力電圧全供給する。出力電
圧が制御回路４で設定された電圧になると、同制御回路
４が動作してフォトカプラーＰ１を能動状態にさせ、オ
フ期間に充電されたコンデンサＣ１の電荷をオン期間で
は抵抗Ｒｓ、フォトカプラーＰ１の並列回路を通じ放電
する。これによりコンデンサＣ１の放電時間は、前述の
抵抗Ｒ３だけによる放電時間よりもさらに早い時間で放
電するためオン期間は短かくなり時比率が変化して出力
電圧は一定に保たれる。すなわち、出力電圧は制御回路
４により制御された状態となる。

第２図のａはスイッチングトランジスタＱ１のコレクタ
・エミッタ間電圧ｖｃＥ１ｂは同コレクタ電流ＩｃＳ　
ｃは同ベース電流ＩＢ、ｄはコンデンサＣ１の両端電圧
■ｃ１、ｅは逆バイアス用トランジスタＱ２のベース・
エミッタ間′ｔａ圧■ＢＥ２を示している。第２図のＣ
に示す辿り、オン期間からオフ期間にいたるターンオフ
時にスイッチングトランジスタ０１のベース電流は十分
に逆バイアスされていることがわかる。

このように電源装置は、出力電圧がいつも安定に制御さ
れていることが必要であるが、出力の過電流や短絡によ
る異常時でも電源装置及びその負荷となるシステムにダ
メージがないように、過電流保護がなされて過大な出力
電流が流れないように垂下特性を持たす必要がある。

この従来例の自励発振式スイッチング電源装置に５おい
てもこのような過電流に対して保護機能を有している。

すなわち、出力が定電圧領域においてはフォトカプラー
Ｐ１の動作状態ｔｉえることでコンデンサＣ１の放電時
定数を変えてオン期間を制御するが、フォトカプラーＰ
１と並列に接続される抵抗Ｒ３により放電時定数の最大
値は制限を受ける。すなわち、出力が過電流となりフォ
トカプラーＰ１の動作がオフしてもコンデンサＣ１の放
電は抵抗Ｒ３ｉ通して行われるため放′亀時定数が抵抗
Ｒ３及びコンデンサＣ１及びオフ期間に充電されたコン
デンサＣ１の両端電圧で決定されるオン期間幅で固定さ
れるため、もはや出力電圧を一定に保つことはできなく
過電流領域どなり出力電圧は低下し垂下特性を示す。

以下は出力の過電流領域における垂下特性について述べ
る。

第３図ｄは過電流領域における制御部の等価回路、ｂは
出力特性ケ示している。第３図ａの等価回路よりコンデ
ンサＣ１の放電時間すなわちオン期間ＴｏＮをめると、 となる。

尚、ｖｏＦＦはオフ期間にコンデンサＣ１に充電■ｏＮ
　はＴｏＮ期間に制御巻線Ｓ３に誘起するＡＣ入力電電
圧１Ｎに比例した゛電圧で、”ＢＥ３は制御用トランジ
スタＱ３のエミッタ・ベース間順方向スレッシュホール
ド電圧である。又、カッコさらにオン期間ＴｏＮ　より
出力電流ｌ０ＵＴをめると、　ｌ０ＵＴ（”ＶｌＮＸＴ
ＯＮ　Ｘ　Ｋ　テ今、入力電圧ｖ１Ｎすなわち”ＯＮ　
が一定とすると出力７Ｍ流ＩｏＵＴは、ｖｏＦＦの値す
なわち出力電圧”ＯＵＴのみで決定され、過′亀流領域
で削出カ′Ｉし圧が低下するに伴なって、出力電流工Ｏ
ＵＴはＫがｖｏＦＦに反比例して増加するが、ＴｏＮ　
は関係式中のカッコ内が■ＯＦ　ｌ’に反比例して増加
することで指数１９Ｊ数的に減少して、結果的に出力電
流は、急激に減少して行くいわゆる）の手持性を示す出
力特性となる。（コンデンサＣ１，抵抗Ｒ３は回路宗ｔ
ヶであわ一宙ｆあ入シナｌ） 次に入力電圧■１Ｎすなわち”ＯＮが変化する場合ＴＯ
Ｎ　は、関係式中のカッコ内の分子分母共にｖＯＮＫよ
り変化するためほぼ一定とし、又出力電流工ＯＵＴの関
係式中のＫも分子分母共にＶｏＮにより変化することよ
り同様に一定とすれば、結果的に出力′１シ流ｌ０ＵＴ
は入力電圧■１Ｎに比例して変動することがわかり、出
力特性は前述のフの手持性を入力電圧に比例して全体を
シフトした特性すなわち第３図すに示す出力特性となる
。

出力過電流採機ポイントは、出力が定圧領域から過電流
領域となるポイントであり、出力電圧ＶＯＵＴがほぼ一
定であるとするとへ〇入力′１シ圧■１Ｎにより変化す
ると共に、抵抗Ｒ３により設定される。さら顛出力特性
の過電流垂下特性はおもに出力電圧ｖｏＵＴの変化が影
響していることかわかる。

しかしながら、上記のような構成では出力特性の過電流
保護ポイント、すなわち定電圧領域がＡＣ入力電定圧１
Ｎ　により大きく変化するため、出力として必要な定電
圧領域よりも十分大きな過電流保護ボイ、ントを設定す
る必要があり、過電流時の出力電力が大きくなるためス
イッチングトランジスタ０１やスイッチングトランスＳ
及び出力整流回路３が大容量となり大型化し、コストア
。

プになるという欠点全封していた。

発明の目的 本発明は上記欠点に鑑み出力特性の過電流保護ポイント
かＡＣ入力電圧に対して変化機ヲ小さくすることのでき
る自励発振式スイッチング電源装置を提供するものであ
る。

発明の構成 とのＬ１的を・達成するために本発明の自励発振式スイ
ッチング電源装置は、−次巻線、出力巻線、ベース駆動
巻線、制御巻線を備えたトランスと、少なくとも抵抗と
ダイオードの並列回路とコンデンサとを直列接抗した回
路を前記制＃巷線間に接続し、前記制御巻線間に誘起す
る電圧により前記コンデンサが前記抵抗及びダイオード
で充放電されており、前記コンデンサの放′亀時間すな
わちすくなくとも前記抵抗とコンデンサで構成さｎる放
電回路の放電時定数によりパルス幅を可変するようにし
た自励発振式スイッチング電源装置において、前記放電
回路の抵抗と直列にツェナーダイオードを接続すること
で、入力電圧に対する前記コンデンサの放電時間の変化
率を可変できるように構成されている。

この構成によって入力電圧の変化に対し、放電時間の変
化率を一致させることでパルス幅を可変して、最大出力
電力を一定に保つことが可能となる０ 実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第４図は本発明の一実施例における自励発振式スイッチ
ング電源装置の回路構成図を示すものである０尚、第１
図と同一のものは同符号を付し、その構成の説明を省略
する。

１及び３は整流回路、２はバイアス回路、４は制御回路
、Ｓはスイッチングトランス、Ｑｌはスインジスタ、Ｃ
３は制御用トランジスタＲ１及びＲ２Ｒ３は抵抗、Ｃ１
はコンデンサ、Ｄｌはダイオード、Ｐｌはフォトカプラ
ーで、以上は第１図の構成と同じものである。

ＺＤｌはカソードを抵抗Ｒ３に接続し、アノードを制御
巻線Ｓ３とダイオードＤ１の接続点に接続し、抵抗Ｒ３
に直列に挿入されたツェナーダイオードである。

以上のように構成された回路について、以下その動作に
ついて説明する。尚、出力特性の定電圧領域における動
作説明は、従来例と同じため省略し過電流領域の動作の
み第５図を使用して説明する。第５図ａは過電流領域に
おける制御部の等価回路、ｂは出力特性を示している。

第５図ａのＮ価回路よりオン期間ＴＯＮをめるととなる
。尚、■Ｚ１はツェナーダイオードＺＤ１にょるツェナ
ー電圧である。さらに出力電流工。ＵＴは、ツェナーダ
イオードＺｖ１　は、入力電圧に比例して変化する制御
巻線Ｓ３の誘起′電圧■。Ｎ　ＶＣ対して常に一定電圧
ｖＺ１となるため、抵抗Ｒ３に加わる電圧■Ｒ３は■Ｒ
３＝ｖｏＮ−ｖ、ｔ１＋ｖｏＦＦとなり、ツェナー電圧
■Ｚ１を適当に選択することで入力電圧の変化に対する
■Ｒ３の変化の割合、すなわちコンデンサＣ１の放電々
流　Ｒ３／Ｒ３の変化の割合を設定することが可能であ
り、入力電圧■１Ｎによるオン期間ＴｏＮ　の変化を■
１Ｎの変化にできる限り等しくすることで、入力電圧に
対する出力電流の過電流保護ポイントの変化を小さくす
ることが可能となる。− これは、前記オン期間ＴｏＮの関係式中でカッコ内のｖ
ｏＮの変化に対する分子の変化割合と分母の変化割合を
ツェナーダイオード電圧■Ｚ１　により変化させること
である。この場合、分子の変化割合は分母の変化割合に
比較して大きく変化するようになるため、オン期間Ｔｏ
Ｎは変化敞が太きくなるばかりでなく、出力電流ｌ０Ｕ
Ｔの関係式中のｖｌＮの変化に対して打ち消すように変
化するため、回出力′市流はほぼ入力′電圧に対して一
定となることかわかる。（たたし、関係式中のＫは■１
Ｎに比例するように比較的小さな変化をする０）第６図
すはツェナーダイオードＺＤ１　により補正した場合の
出力特性全示しているが、ＡＣ入力電圧に対する出力特
性の過電流保護ポイントの変化が小さくなっていること
がわかる。すなわち、入力電圧に対して、出力電力がほ
ぼ一定となる。

発明の効果 以上のように本発明は、コンデンサの放電時間によりパ
ルス幅を可変するようにした自励発振式スイッチング電
源装置において、前記コンデンサの放電回路の抵抗と直
列にツェナーダイオードを接続することで、入力電圧に
対する前記コンデンサの放電時間の変化率を可変できる
ことにより、入力電圧に対するパルス幅の変化を一致さ
せて出力電力を一定にすることが可能となり、スイッチ
ングトランジスタやスイッチングトランス及び出力整流
回路を必゛及以上に大きな容１１１・を必要とせず、そ
の実用的効果は犬なるものがある。尚、上記ツェナーダ
イオードと同等の特性を有する回路をツェナーダイオー
ドのかわりに接続すれば本発明と同等の効果が得られる
ことは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自励発振式スイッチング’ｉｈ　（ｈ装
置の回路構成図、第２図は従来の回路構成Ｖこよる各動
作波形図、第３図ａ、ｂは従来の制御部等価回路及び出
力特性図、第４図は本発明の自励発振式スイッチング電
源装置の一実施例における回路構成図、第６図ａ、ｂは
本発明の制御部等価回路及び出力特性図である。 １・・・・・・整流回路、Ｓ・・・・・・スイッチング
トランス、Ｓｌ・・・・・・−次巻線、Ｓ２・・・・・
・ベース巻線、Ｓ３・・・・・・制御巻線、Ｓ４・・・
・・出力巻線、Ｑｌ・・・・・・スイ・ノチングトラン
ジスタ、Ｒ１・・・・・・抵抗、２・・・・・・）くイ
アス回路、Ｃ２・・・・・・逆バイアス用トランジスタ
、Ｃ３・・・・・・制御用トランジスタ、Ｄｌ・・・・
・・ダイオード、Ｃ１・・・・・・コンデンサ、Ｒ２，
Ｒ３・・・・・・抵抗、Ｐｌ・パ・・°フＡトノＪプラ
ー、３パ°・°゛出力４；〈流回路、４・・・・・・制
御回路、ＺＤｌ　・・・・・・ツェナーダイオード。 代理人の氏名　弁理士　中　ｂｉ　敏　男　ほか１名第
　１　図 第　２　ｇ 第３図 ′ｉＳ５　図 Ｉｏｕ７（ハ２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一次巻線、出力巻綜、ベース駆動巻線、制御巻線を備え
   たスイッチングトランスと、少なくとも抵抗とダイオー
   ドの並列回路とコンデンサとを直列接続した回路を前記
   制御巻線間に接わ゛しし、前記制御巻線間に誘起する′
   電圧により前記コンデンサが前記抵抗及びダイオードで
   充放電されており、前記コンデンサの放電時間、すなわ
   ち少なくとも前記抵抗とコンデンサで構成される放電回
   路の放電時定数によりパルス幅を可変するようにし、前
   記放電回路の抵抗と直列にツェナーダイオードを接θじ
   すること’ｆ　Ｑ’４徴とする自励発振式スイッチング
   電源装置。