JPS60226772A - スイツチング電源 - Google Patents
スイツチング電源Info
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- JPS60226772A JPS60226772A JP8355084A JP8355084A JPS60226772A JP S60226772 A JPS60226772 A JP S60226772A JP 8355084 A JP8355084 A JP 8355084A JP 8355084 A JP8355084 A JP 8355084A JP S60226772 A JPS60226772 A JP S60226772A
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- pulse width
- circuit
- output
- voltage
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS 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
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
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。
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、フライバック型スイッチング電源に関する。
従来技術
フライバック型スイッチング電源としては、従来より、
自走式のものと他動式のものとが知られている。自走式
のフライバック型スイッチング電源としては、所謂リン
ギング、チョーク、コンバータが一般的に実用化されて
いる。第1図及び第2図はその従来回路例であり、トラ
ンスT1の主巻線N1に直列に接続されたスイッチ素子
Qtのオン、オフにより、トランスT1の主巻線N1を
通して与えられる直流人力Einをスイッチングし、ス
イッチ素子Q1のオン期間に、負荷の状態に応じた電流
ipをトランスT1の主巻線Nlに流して、磁界中にそ
の励磁エネルギーを蓄積し、この励磁エネルギーを、次
のオフ期間にトランスTzの出力巻線N2からダイオー
ドD1を通して放出し、コンデンサC1で平滑して直流
出力VOを負荷に供給するもので、駆動発振を継続させ
るための正帰還を行なわせる帰還巻線N3を必要とする
。この場合の発振動作は、スイッチ素子Q1としてのト
ランジスタの電流増幅率を利用しており、通常、起動抵
抗R1によりトランジスタQ1にベース電流を流してオ
ンにさせる。
自走式のものと他動式のものとが知られている。自走式
のフライバック型スイッチング電源としては、所謂リン
ギング、チョーク、コンバータが一般的に実用化されて
いる。第1図及び第2図はその従来回路例であり、トラ
ンスT1の主巻線N1に直列に接続されたスイッチ素子
Qtのオン、オフにより、トランスT1の主巻線N1を
通して与えられる直流人力Einをスイッチングし、ス
イッチ素子Q1のオン期間に、負荷の状態に応じた電流
ipをトランスT1の主巻線Nlに流して、磁界中にそ
の励磁エネルギーを蓄積し、この励磁エネルギーを、次
のオフ期間にトランスTzの出力巻線N2からダイオー
ドD1を通して放出し、コンデンサC1で平滑して直流
出力VOを負荷に供給するもので、駆動発振を継続させ
るための正帰還を行なわせる帰還巻線N3を必要とする
。この場合の発振動作は、スイッチ素子Q1としてのト
ランジスタの電流増幅率を利用しており、通常、起動抵
抗R1によりトランジスタQ1にベース電流を流してオ
ンにさせる。
トランジスタQ1がオンすると、主巻線N1に、印加電
圧と自己インダクタンスLで決まる電流ipが流れ始め
、巻線N1の両端に電圧を生じる。同時に、帰還巻線N
3にも主巻線N1との変成比に応じた電圧が発生し、整
流ダイオードD2、ベース抵抗R2等を介してトランジ
スタQ1にベース電流が帰還される。つまり正帰還がか
かってトランジスタQ1は急速に飽和状態となる。その
後もトランスT1には、印加電圧と自己インダクタンス
Lで決まる励磁電流ipが流れ続けるが、やがてトラン
ジスタQxはベータ不足を起こし、そのコレクターエミ
ッタ間電圧Weeが上昇すると共に、主巻線N1の両端
の電圧は減少する。これと同時に、帰還巻線N8に発生
する電圧も減少してトランジスタQ1は急速にオフ状態
となる。
圧と自己インダクタンスLで決まる電流ipが流れ始め
、巻線N1の両端に電圧を生じる。同時に、帰還巻線N
3にも主巻線N1との変成比に応じた電圧が発生し、整
流ダイオードD2、ベース抵抗R2等を介してトランジ
スタQ1にベース電流が帰還される。つまり正帰還がか
かってトランジスタQ1は急速に飽和状態となる。その
後もトランスT1には、印加電圧と自己インダクタンス
Lで決まる励磁電流ipが流れ続けるが、やがてトラン
ジスタQxはベータ不足を起こし、そのコレクターエミ
ッタ間電圧Weeが上昇すると共に、主巻線N1の両端
の電圧は減少する。これと同時に、帰還巻線N8に発生
する電圧も減少してトランジスタQ1は急速にオフ状態
となる。
このトランジスタQ1のオン期間に、
W=L−I2P拳f/2
=E″Lin@T’onaf/2L (J)ただし、f
は発振周波数 Tonはオン時間幅 Ipは時間Ton後における電流の最大値なる仕事量に
応じた励磁エネルギーWが蓄積される。この励磁エネル
ギーWを、トランスT1の出力巻線N2より取出し、整
流事情回路D1、C1を介して直流電力に変換して負荷
RLに供給する。従ってトランスT1より出力される電
力Pは励磁エネルギーWと等しく、それが限度である。
は発振周波数 Tonはオン時間幅 Ipは時間Ton後における電流の最大値なる仕事量に
応じた励磁エネルギーWが蓄積される。この励磁エネル
ギーWを、トランスT1の出力巻線N2より取出し、整
流事情回路D1、C1を介して直流電力に変換して負荷
RLに供給する。従ってトランスT1より出力される電
力Pは励磁エネルギーWと等しく、それが限度である。
出力される直流電圧VOを一定とするため、直接あるい
は間接的に基準電圧と比較され、その比較信号によりト
ランジスタのベースに流れ込むベース電流が制御される
。第1図の自走式スイッチング電源では、巻線N8に生
じるフライバック電圧によってダイオードD4を通して
コンデンサC2を充電し、その充電電圧をツェナーダイ
オードD3によって検出し、トランジスタQ1のベース
電流を制御する回路構成となっており、また第2図の回
路では制御回路lからの制御信号によってトランジスタ
Q1のベース電流を制御するようになっている。
は間接的に基準電圧と比較され、その比較信号によりト
ランジスタのベースに流れ込むベース電流が制御される
。第1図の自走式スイッチング電源では、巻線N8に生
じるフライバック電圧によってダイオードD4を通して
コンデンサC2を充電し、その充電電圧をツェナーダイ
オードD3によって検出し、トランジスタQ1のベース
電流を制御する回路構成となっており、また第2図の回
路では制御回路lからの制御信号によってトランジスタ
Q1のベース電流を制御するようになっている。
次に他動式フライバック型のスイッチング電源は、第3
図に示すように、トランスT1に備えられたスイッチ素
子Q1を、強制起動させる機能及び励磁エネルギーがオ
フ期間に完全にはき出されたことを検出する機能等を備
える制御回路2を通して、外部から与えられる駆動パル
スによって強制的にオン、オフさせる点で自走式のもの
と異なるが、スイッチ素子Q1のオン期間に磁界中に蓄
積された励磁エネルギーを、オフ期間に整流平滑して直
流出力を得る点では同じである。
図に示すように、トランスT1に備えられたスイッチ素
子Q1を、強制起動させる機能及び励磁エネルギーがオ
フ期間に完全にはき出されたことを検出する機能等を備
える制御回路2を通して、外部から与えられる駆動パル
スによって強制的にオン、オフさせる点で自走式のもの
と異なるが、スイッチ素子Q1のオン期間に磁界中に蓄
積された励磁エネルギーを、オフ期間に整流平滑して直
流出力を得る点では同じである。
従来技術の問題点
これらのフライバック型スイッチング電源は、一般的に
、出力平滑回路にチョークコイルを必要とせず、回路構
成が簡単で、かつ高効率、安価という利点を有している
。しかし、その動作は周期的にトランスT1の励磁エネ
ルギーを磁界に蓄積し、次にこの励磁エネルギーWを整
流平滑して直流に変換し、負荷に供給するものであるた
め、次のような問題点がある。
、出力平滑回路にチョークコイルを必要とせず、回路構
成が簡単で、かつ高効率、安価という利点を有している
。しかし、その動作は周期的にトランスT1の励磁エネ
ルギーを磁界に蓄積し、次にこの励磁エネルギーWを整
流平滑して直流に変換し、負荷に供給するものであるた
め、次のような問題点がある。
まず、自走式のものには次のような欠点がある。
(イ)トランスT1より取出すことのできる電力Pは、
スイッチ素子Q1のオン期間に蓄積された励磁エネルギ
ーWと等しい、即ち、 P=LやIp・f/2 = E2in* T2on* f / 2 L (W)
である、つまり、取出し得る電力Pは、オン期間に蓄積
された励磁エネルギーWが限度であるため、小容量のス
イッチング電源に限られる。
スイッチ素子Q1のオン期間に蓄積された励磁エネルギ
ーWと等しい、即ち、 P=LやIp・f/2 = E2in* T2on* f / 2 L (W)
である、つまり、取出し得る電力Pは、オン期間に蓄積
された励磁エネルギーWが限度であるため、小容量のス
イッチング電源に限られる。
(ロ)上述の電力Pの式において、入力電圧Ein、自
己インダクタンスLが固定であり、負荷が重い場合ある
いは大きな出力電力を取出す場合には、スイッチ素子Q
zのオン時間幅Tonが第4図(a) 、 (b)に示
すように長くなり、発振周波数fが低くなる。結果的に
可聴周波数範囲にまで入り込み1発振音が聞こえるなど
の問題が発生しやすくなる。なお、第4図(a)はスイ
ッチ素子Q1のコレクタ電圧波形、同(b)は電流波形
である。
己インダクタンスLが固定であり、負荷が重い場合ある
いは大きな出力電力を取出す場合には、スイッチ素子Q
zのオン時間幅Tonが第4図(a) 、 (b)に示
すように長くなり、発振周波数fが低くなる。結果的に
可聴周波数範囲にまで入り込み1発振音が聞こえるなど
の問題が発生しやすくなる。なお、第4図(a)はスイ
ッチ素子Q1のコレクタ電圧波形、同(b)は電流波形
である。
(ハ)軽負荷あるいは無負荷時には、第5図(a) 、
(b)に示す如く、スイッチング周波数が高くなり、
スイッチ素子Qlであるトランジスタのストレージタイ
ムの影響が無視できなくなり、見かけ上、オン時間To
nが必要以上に長くなり、トランスTlより余分な電流
が流れる。その結果、定電圧制御能力をこえて、第6図
に示すような異常発振波形となり、間欠発振をおこしや
すくなる。なお、第5図(a)はスイッチ素子Q1のコ
レクタ電圧波形、同(b)は電流波形である。
(b)に示す如く、スイッチング周波数が高くなり、
スイッチ素子Qlであるトランジスタのストレージタイ
ムの影響が無視できなくなり、見かけ上、オン時間To
nが必要以上に長くなり、トランスTlより余分な電流
が流れる。その結果、定電圧制御能力をこえて、第6図
に示すような異常発振波形となり、間欠発振をおこしや
すくなる。なお、第5図(a)はスイッチ素子Q1のコ
レクタ電圧波形、同(b)は電流波形である。
(ニ)負荷状態により周波数が変化するため、他の電源
と組合わせる場合、発振周期がとれず各電源出力間の干
渉による出力リップル電圧の乱れが現れる等の問題を生
じる。
と組合わせる場合、発振周期がとれず各電源出力間の干
渉による出力リップル電圧の乱れが現れる等の問題を生
じる。
他動式フライバック型スイッチング電源の場合も、スイ
ッチ素子Q1のオン期間に磁界中に蓄積された励磁エネ
ルギーを、オフ期間に整流平滑して直流出力を得る点で
は、自走式の場合と同様であり、また、励磁エネルギー
が完全に放出されたことを外部回路で検出して、次サイ
クルを開始すると共に、出力電圧VOが一定となるよう
、前記従来回路側同様に直接又は間接的に出力電圧VO
を監視し、スイッチ素子Q1の駆動パルス幅を出力電圧
■0が一定となる方向に制御する。従って、この場合に
も、取出し得る電力は蓄積された励磁エネルギーが限度
であること、負荷によって周波数が変動すること等、自
走式の場合と同様の問題点を生じる。
ッチ素子Q1のオン期間に磁界中に蓄積された励磁エネ
ルギーを、オフ期間に整流平滑して直流出力を得る点で
は、自走式の場合と同様であり、また、励磁エネルギー
が完全に放出されたことを外部回路で検出して、次サイ
クルを開始すると共に、出力電圧VOが一定となるよう
、前記従来回路側同様に直接又は間接的に出力電圧VO
を監視し、スイッチ素子Q1の駆動パルス幅を出力電圧
■0が一定となる方向に制御する。従って、この場合に
も、取出し得る電力は蓄積された励磁エネルギーが限度
であること、負荷によって周波数が変動すること等、自
走式の場合と同様の問題点を生じる。
本発明の目的
本発明は、負荷の変動により発振周期が変化し、しかも
小電方向きであるという従来技術の欠点を改善し、比較
的安価で高出力のフライバック型スイッチング電源を提
供することを目的とする。
小電方向きであるという従来技術の欠点を改善し、比較
的安価で高出力のフライバック型スイッチング電源を提
供することを目的とする。
本発明の構成
上記目的を達成するため1本発明は、トランスの巻線に
直列に接続されたスイッチ素子のオン、オフにより、前
記トランスの巻線を通して与えられる直流入力をスイッ
チングし、このスイッチ素子のオン期間に磁界中に蓄積
された励磁エネルギーを、オフ期間に整流平滑して負荷
に直流電力を供給するスイッチング電源において、トラ
ンスに直流重畳をかけて駆動することを特徴とする。
直列に接続されたスイッチ素子のオン、オフにより、前
記トランスの巻線を通して与えられる直流入力をスイッ
チングし、このスイッチ素子のオン期間に磁界中に蓄積
された励磁エネルギーを、オフ期間に整流平滑して負荷
に直流電力を供給するスイッチング電源において、トラ
ンスに直流重畳をかけて駆動することを特徴とする。
実施例
第7図は本発明に係るスイッチング電源の電気回路接続
図である0図において、第1図〜第3図と同一の参照符
号は同一性ある構成部分を示している。3は制御回路、
4はこの制御回路3のための起動回路、5は過電流検出
回路である。
図である0図において、第1図〜第3図と同一の参照符
号は同一性ある構成部分を示している。3は制御回路、
4はこの制御回路3のための起動回路、5は過電流検出
回路である。
前記制御回路3は発振回路6、出力電圧誤差増幅回路7
、絶縁結合回路8、パルス幅変調回路9、過電流制限回
路10及びバッファ、ドライブ回路11等を備えて構成
されている。
、絶縁結合回路8、パルス幅変調回路9、過電流制限回
路10及びバッファ、ドライブ回路11等を備えて構成
されている。
前記発振回路6は発振周波数が一定値に固定された三角
波を発振する回路である。この発振回路6は同一回路の
組合わせによる電源システムな構成する際に、同期運転
が可能となるよう、同期信号の入出力端子12を設ける
こともできる。
波を発振する回路である。この発振回路6は同一回路の
組合わせによる電源システムな構成する際に、同期運転
が可能となるよう、同期信号の入出力端子12を設ける
こともできる。
出力電圧誤差増幅回路7は、出力電圧VOを抵抗R5と
抵抗R6とによって分圧し、その分圧信号を誤差増幅器
71に入力して、基準電圧V refとの差分を増幅し
、絶縁結合回路8を通してパルス幅変調回路9に入力す
るようになっている。
抵抗R6とによって分圧し、その分圧信号を誤差増幅器
71に入力して、基準電圧V refとの差分を増幅し
、絶縁結合回路8を通してパルス幅変調回路9に入力す
るようになっている。
パルス幅変調回路9はコンパレータ91を備え、このコ
ンパレータ91において、発振器6から入力される三角
波と、結合回路8から抵抗R7、R8及びオア回路92
を通して入力される出力電圧検出信号とを比較し、その
差に応じてパルス幅変調された駆動パルスを出力し、こ
の駆動パルスによって、出力電圧vOが一定となるよう
に、スイッチ素子Q1をオン/オフ制御する。
ンパレータ91において、発振器6から入力される三角
波と、結合回路8から抵抗R7、R8及びオア回路92
を通して入力される出力電圧検出信号とを比較し、その
差に応じてパルス幅変調された駆動パルスを出力し、こ
の駆動パルスによって、出力電圧vOが一定となるよう
に、スイッチ素子Q1をオン/オフ制御する。
このようなパルス幅制御による出力電圧制御は従来より
周知であるが、本発明においては、一定周波数の三角波
を発振する発振器6を備えると共に、パルス幅変調回路
9に、スイッチ素子Q1を駆動するパルスの最大パルス
幅を制限する最大パルス幅制限回路93を接続し、トラ
ンスTzを直流重畳をかけて駆動し、出力電力を拡大で
きるようにしたことが大きな特徴になっている。
周知であるが、本発明においては、一定周波数の三角波
を発振する発振器6を備えると共に、パルス幅変調回路
9に、スイッチ素子Q1を駆動するパルスの最大パルス
幅を制限する最大パルス幅制限回路93を接続し、トラ
ンスTzを直流重畳をかけて駆動し、出力電力を拡大で
きるようにしたことが大きな特徴になっている。
この実施例では、最大パルス幅制限回路93は、起動回
路4を通して与えられる回路電圧を抵抗R9及びRzo
によって分圧し、その分圧電圧を、オア回路92を通し
て、絶縁結合回路8から与えられる電圧検出信号との論
理和をとりながら、コンパレータ91に入力し、発振器
6から入力される三角波と比較するようになっている。
路4を通して与えられる回路電圧を抵抗R9及びRzo
によって分圧し、その分圧電圧を、オア回路92を通し
て、絶縁結合回路8から与えられる電圧検出信号との論
理和をとりながら、コンパレータ91に入力し、発振器
6から入力される三角波と比較するようになっている。
抵抗R9、RIOによる分圧電圧は一定であるから、コ
ンパレータ91から出力される駆動パルスの幅は、抵抗
R9及びRzoによる分圧電圧による一定の幅以上に開
かなくなる。第8図(a)〜(C)はコンパレータ91
におけるパルス幅変調作用を示す図で、発振器6から出
力される三角波VO8と最大パルス幅制限回路93の出
力信号Vmとにより、コンパレータ91のパルス幅変調
信号のパルス幅が、第8図(b)に示す如く、最大パル
ス幅Ton、maxより大きくならないように制限する
。
ンパレータ91から出力される駆動パルスの幅は、抵抗
R9及びRzoによる分圧電圧による一定の幅以上に開
かなくなる。第8図(a)〜(C)はコンパレータ91
におけるパルス幅変調作用を示す図で、発振器6から出
力される三角波VO8と最大パルス幅制限回路93の出
力信号Vmとにより、コンパレータ91のパルス幅変調
信号のパルス幅が、第8図(b)に示す如く、最大パル
ス幅Ton、maxより大きくならないように制限する
。
これにより、三角波Vasと出力電圧検出信号Vaとよ
り得られるパルスの幅は、第8図(C)に示す如く、最
大パルス幅Ton、maxより小さいパルス幅Tonと
なるように制限される。
り得られるパルスの幅は、第8図(C)に示す如く、最
大パルス幅Ton、maxより小さいパルス幅Tonと
なるように制限される。
次に回路作用について説明する。
スイッチ素子Q1に供給される駆動パルスの幅が、発振
器6の発振周期と最大パルス幅制限回路93とで定まる
最大パルス幅より小さい場合には、出力電圧誤差増幅回
路7及び絶縁結合回路8を通して与えられる出力電圧検
出信号に基づき、パルス幅制御回路9からスイッチ素子
Q1に対して、出力電圧変動を打消す方向にパルス幅制
御された駆動パルスが与えられる。この駆動パルスによ
り、スイッチ素子Q1がオン/オフ制御され、そのオン
期間にトランスTlの巻線N1に電流ipを流し励磁エ
ネルギーを蓄積する。オフ期間にはトランスT1の出力
巻線N2より励磁エネルギーを取出し、ダイオードD1
及びコンデンサC1によって整流平滑して直流出力Vo
を得る。
器6の発振周期と最大パルス幅制限回路93とで定まる
最大パルス幅より小さい場合には、出力電圧誤差増幅回
路7及び絶縁結合回路8を通して与えられる出力電圧検
出信号に基づき、パルス幅制御回路9からスイッチ素子
Q1に対して、出力電圧変動を打消す方向にパルス幅制
御された駆動パルスが与えられる。この駆動パルスによ
り、スイッチ素子Q1がオン/オフ制御され、そのオン
期間にトランスTlの巻線N1に電流ipを流し励磁エ
ネルギーを蓄積する。オフ期間にはトランスT1の出力
巻線N2より励磁エネルギーを取出し、ダイオードD1
及びコンデンサC1によって整流平滑して直流出力Vo
を得る。
ここで、スイッチ素子Q 1のオン期間にトランスに励
磁エネルギーを貯え、オフ期間にトランスより出力させ
る場合、出力電力Pは、前述した如く、 P=L1112P11f/2 (W) で表わされる。従って出力電力Pを拡大し、高出力を得
るためには、自己インダクタンスLと発振周波数fは設
定された所定の値をとることから励磁電流IPを増加さ
せれば良い、この励磁電流IPを効率良く増加させるた
め本発明においてはトランスT1に直流重畳をかけて駆
動する手段を用いたのである。
磁エネルギーを貯え、オフ期間にトランスより出力させ
る場合、出力電力Pは、前述した如く、 P=L1112P11f/2 (W) で表わされる。従って出力電力Pを拡大し、高出力を得
るためには、自己インダクタンスLと発振周波数fは設
定された所定の値をとることから励磁電流IPを増加さ
せれば良い、この励磁電流IPを効率良く増加させるた
め本発明においてはトランスT1に直流重畳をかけて駆
動する手段を用いたのである。
次に、本発明に係るスイッチング電源において、トラン
スT1に直流重畳をかけるための条件及び直流重畳によ
る作用効果について説明する。
スT1に直流重畳をかけるための条件及び直流重畳によ
る作用効果について説明する。
周波数一定の条件の下で、スイッチ素子Qlが最大パル
ス幅で駆動される条件は、一般的に、定格負荷状態にお
いて出力電圧vOを安定に保つことのできる入力電圧E
inが最低値E 1n−sinとなる場合である。
ス幅で駆動される条件は、一般的に、定格負荷状態にお
いて出力電圧vOを安定に保つことのできる入力電圧E
inが最低値E 1n−sinとなる場合である。
入力電圧変動および負荷変動に対して出力電圧vOを一
定に保つため、最大パルス幅制限回路93で定められる
最大パルス幅以内で、直線的にパルス幅変調されている
ものとすると、定格入力電圧Einにおいてパルス幅変
調回路9から出力される駆動パルスのパルス幅Tonは
、 T on= E in、min * T on、wax
/ E inただしT on、maxは制限された最大
パルス幅で表わさせる。
定に保つため、最大パルス幅制限回路93で定められる
最大パルス幅以内で、直線的にパルス幅変調されている
ものとすると、定格入力電圧Einにおいてパルス幅変
調回路9から出力される駆動パルスのパルス幅Tonは
、 T on= E in、min * T on、wax
/ E inただしT on、maxは制限された最大
パルス幅で表わさせる。
ここで、フライバックコンバータとして動作する場合の
トランスT1は、その動作が励磁エネルギーの蓄積、放
出となることから、一種のりアクドルとしての機能をも
っていることがわかる。
トランスT1は、その動作が励磁エネルギーの蓄積、放
出となることから、一種のりアクドルとしての機能をも
っていることがわかる。
従って、第9図或いは第1θ図〜第12図に示すように
、印加される電圧と、駆動されるパルス幅と、自己イン
ダクタンスLとの関係で、トランスT1に流れる電流は
不連続状態および連続状態の2通りのモードを示す、第
10図(a)、第11図(a)及び第12図(a)はス
イッチ素子Q117)コレクタ電圧Vceの波形、第1
0図(b)、第11図(b)及び第12図(b)は電流
波形である0本発明においては、負荷の変動範囲および
出力電圧の許容誤差から、トランスT1に流れる電流の
連続。
、印加される電圧と、駆動されるパルス幅と、自己イン
ダクタンスLとの関係で、トランスT1に流れる電流は
不連続状態および連続状態の2通りのモードを示す、第
10図(a)、第11図(a)及び第12図(a)はス
イッチ素子Q117)コレクタ電圧Vceの波形、第1
0図(b)、第11図(b)及び第12図(b)は電流
波形である0本発明においては、負荷の変動範囲および
出力電圧の許容誤差から、トランスT1に流れる電流の
連続。
不連続の臨界点を設定する。つまり、
最低出力電力P o、mi n = E o・X I
o、minを設定することになる。この臨界点において
トランスT1を流れる電流の状態は第11図に示すよう
になる。この電流連続、不連続の臨界点においては、 Po、m1n=E oXIo、m1n =E2inXT2onXf/2L (W)が成り立つ、
ここで、Tonは定格入力電圧Ein時におけるパルス
の時間幅を用いる。つまり先に述べたように、 T on= E in、min @ T on、max
/ E inが代入され、次式によってトランスT1の
自己インダクタンスLがめられる。
o、minを設定することになる。この臨界点において
トランスT1を流れる電流の状態は第11図に示すよう
になる。この電流連続、不連続の臨界点においては、 Po、m1n=E oXIo、m1n =E2inXT2onXf/2L (W)が成り立つ、
ここで、Tonは定格入力電圧Ein時におけるパルス
の時間幅を用いる。つまり先に述べたように、 T on= E in、min @ T on、max
/ E inが代入され、次式によってトランスT1の
自己インダクタンスLがめられる。
L=E2inXT2onXf/2Po、min (H)
即ち、所定の定格入力電圧Einと、駆動パルス幅To
nと、許容出力電圧変動値及び負荷変動範囲で決まる最
低出力電力値P o−mi nによ・って自己インダク
タンスLが決められる。
即ち、所定の定格入力電圧Einと、駆動パルス幅To
nと、許容出力電圧変動値及び負荷変動範囲で決まる最
低出力電力値P o−mi nによ・って自己インダク
タンスLが決められる。
次にトランスに直流重畳がかかり出力電力を拡張する過
程を、第13図(a)〜(d)を参照して説明する0図
において、実線はトランスT1の1次電流を、破線は2
次電流を1次側に換算したものである。第13図(a)
は無負荷あるいは軽負荷の場合、トランスT1を流れる
電流が不連続の場合を示す。同じく(b)は前記した最
低出力電力Po。
程を、第13図(a)〜(d)を参照して説明する0図
において、実線はトランスT1の1次電流を、破線は2
次電流を1次側に換算したものである。第13図(a)
は無負荷あるいは軽負荷の場合、トランスT1を流れる
電流が不連続の場合を示す。同じく(b)は前記した最
低出力電力Po。
minの時にトランスT1を流れる電流が連続、不連続
の臨界状態である様子を示す、(C)及び(d)は前記
最小負荷以上の負荷時においてトランスT1を流れる電
流が連続状態で、しかも直流バイアスつまり直流重畳が
かかっている様子を示す。
の臨界状態である様子を示す、(C)及び(d)は前記
最小負荷以上の負荷時においてトランスT1を流れる電
流が連続状態で、しかも直流バイアスつまり直流重畳が
かかっている様子を示す。
第13図(c) 、 (d)の状態で、スイッチ素子Q
1のオン/オフによりトランスTl内を流れる1次電流
、2次電流の切替り時a、b点においては、等アンペア
ターンの関係つまり Nx * I p=N2 、 I s が成り立っている。ここで、電流連続、不連続の臨界状
態が発生する最低出力電力以上の負荷が発生すると、出
力電圧Toが低下しようとする。しかし、制御回路3の
パルス幅変調回路91は出力電圧■0を一定に保つよう
に駆動パルス幅を広げる。つまりパルス幅Tonよりも
幾分広いパルスでスイッチ素子Qlが駆動され、その時
の入力電圧および自己インダクタンス、パルス幅で決ま
る勾配の電流Ipが流れトランスT1は励磁される。
1のオン/オフによりトランスTl内を流れる1次電流
、2次電流の切替り時a、b点においては、等アンペア
ターンの関係つまり Nx * I p=N2 、 I s が成り立っている。ここで、電流連続、不連続の臨界状
態が発生する最低出力電力以上の負荷が発生すると、出
力電圧Toが低下しようとする。しかし、制御回路3の
パルス幅変調回路91は出力電圧■0を一定に保つよう
に駆動パルス幅を広げる。つまりパルス幅Tonよりも
幾分広いパルスでスイッチ素子Qlが駆動され、その時
の入力電圧および自己インダクタンス、パルス幅で決ま
る勾配の電流Ipが流れトランスT1は励磁される。
一方、スイッチ素子Q1のオフ期間には出力整流平滑回
路定数により一定の勾配でトランスT1より電流が吐き
出される。従って、電流連続、不連続状態におけるパル
ス幅以上でトランスT1が励磁エネルギーを蓄積、放出
された場合は、発振器6による駆動周波数が固定である
ため、スイッチ素子Q1のオン期間に励磁されたエネル
ギーは、オフ期間に放出されるが、全エネルギーが放出
される前に次のサイクルに入り、スイッチ素子Q1は再
びオンされる。つまり、トランスQ1は直流バイアスを
された状態で次サイクルにおいて励磁が行なわれること
になる。直流バイアスIbがかかった状態で励磁および
エネルギー放出され、出力電圧vOが一定となる状態で
バランスする。さらに重負荷の状態においては直流バイ
アス量が増す、こうしてトランスQrには直流重畳がか
かる。
路定数により一定の勾配でトランスT1より電流が吐き
出される。従って、電流連続、不連続状態におけるパル
ス幅以上でトランスT1が励磁エネルギーを蓄積、放出
された場合は、発振器6による駆動周波数が固定である
ため、スイッチ素子Q1のオン期間に励磁されたエネル
ギーは、オフ期間に放出されるが、全エネルギーが放出
される前に次のサイクルに入り、スイッチ素子Q1は再
びオンされる。つまり、トランスQ1は直流バイアスを
された状態で次サイクルにおいて励磁が行なわれること
になる。直流バイアスIbがかかった状態で励磁および
エネルギー放出され、出力電圧vOが一定となる状態で
バランスする。さらに重負荷の状態においては直流バイ
アス量が増す、こうしてトランスQrには直流重畳がか
かる。
また、トランスT1に直流重畳がかかっていない時、つ
まりトランスT1を流れる電流が第13図(a) 、
(b)のような場合、あるいは従来回路方式では、トラ
ンスT1を励磁して取出すことのできる最大電力P1は P 1 = E2in* T2on* f / 2 L
(W)で表わされる。これに対して直流バイアスIb
がかかった第13図(c) 、 (d)の状態において
は、トランスT1を励磁して取出すことのできる電力は
、 P 2 = (E in・I b * Ton/ T)
+ (E2in* T2on* f / 2 L) (
W)従って、従来の回路方式に比較し、入力電圧Ein
、駆動パルス幅Ton、駆動周波数f、自己インダクタ
ンスLが同じ状態では P2−PtwEin争 Ib*Ton/T=EineI
beTon*f (W) だけ、本発明に係るスイッチング電源の方が余分に出力
電力が取出せることになり、高出力のスイッチング電源
を実現できる。
まりトランスT1を流れる電流が第13図(a) 、
(b)のような場合、あるいは従来回路方式では、トラ
ンスT1を励磁して取出すことのできる最大電力P1は P 1 = E2in* T2on* f / 2 L
(W)で表わされる。これに対して直流バイアスIb
がかかった第13図(c) 、 (d)の状態において
は、トランスT1を励磁して取出すことのできる電力は
、 P 2 = (E in・I b * Ton/ T)
+ (E2in* T2on* f / 2 L) (
W)従って、従来の回路方式に比較し、入力電圧Ein
、駆動パルス幅Ton、駆動周波数f、自己インダクタ
ンスLが同じ状態では P2−PtwEin争 Ib*Ton/T=EineI
beTon*f (W) だけ、本発明に係るスイッチング電源の方が余分に出力
電力が取出せることになり、高出力のスイッチング電源
を実現できる。
ところで、従来回路例においては、スイッチ素子Q1で
あるトランジスタのベース電流を制御し、ベータ不足を
おこさせて、急速にオフさせる機能を利用しており、回
路条件を上手に設計すれば原理的に過電流あるいは最大
出力の制限が可能である。これに対して、本発明の回路
構成では、負荷が非常に重くなった場合、直流バイアス
Ibが極度にかかり、最終的にはトランスTIが飽和し
、スイッチ素子Qzを破壊してしまう危険がある。そこ
で、この実施例では、トランスT1を飽和させるような
電流が流れる前に過電流検出回路5により過電流状態を
直接、間接的に検出し、駆動パルスのパルス幅を狭くせ
しめ、直流バイアス量を低下させると同時に重力電圧V
Oをも低下させる過電流制限回路lOを備える。または
、過電流(過負荷)状態を検出し、駆動パルスを遮断す
ることも可能である。この過電流(過負荷)検出回路の
検出値は、負荷変動範囲の最大値以上で、それに対応し
、トランスTzを流れる電流によってトランスT1が飽
和しない領域に設定される。
あるトランジスタのベース電流を制御し、ベータ不足を
おこさせて、急速にオフさせる機能を利用しており、回
路条件を上手に設計すれば原理的に過電流あるいは最大
出力の制限が可能である。これに対して、本発明の回路
構成では、負荷が非常に重くなった場合、直流バイアス
Ibが極度にかかり、最終的にはトランスTIが飽和し
、スイッチ素子Qzを破壊してしまう危険がある。そこ
で、この実施例では、トランスT1を飽和させるような
電流が流れる前に過電流検出回路5により過電流状態を
直接、間接的に検出し、駆動パルスのパルス幅を狭くせ
しめ、直流バイアス量を低下させると同時に重力電圧V
Oをも低下させる過電流制限回路lOを備える。または
、過電流(過負荷)状態を検出し、駆動パルスを遮断す
ることも可能である。この過電流(過負荷)検出回路の
検出値は、負荷変動範囲の最大値以上で、それに対応し
、トランスTzを流れる電流によってトランスT1が飽
和しない領域に設定される。
なお、従来例の自走型フライバックコンバータはバイポ
ーラトランジスタの電流増幅率を利用するので、スイッ
チ素子Q1はトランジスタに限られるが、本発明ではス
イッチ機能をもたせれば良いため、電界効果トランジス
タのように電圧制御型の半導体スイッチ素子でも良い、
また、過電流検出は、抵抗あるいは電流検出トランスあ
るいは光結合素子などを用いても良く、出力巻線の回路
数を増やし、多出力型スイッチング電源とすることも可
能である。更に、スイッチ素子Q1の安全動作領域を保
証すべくフライバック制限巻線N4を設けることも可能
である。また出力電圧精度を向上するため軽負荷時に自
己インダクタンスが大となるよう、コアと巻線の間ある
いはコアのギャップ部に特性の異なる磁性体または磁性
材料を挿入しても良い。
ーラトランジスタの電流増幅率を利用するので、スイッ
チ素子Q1はトランジスタに限られるが、本発明ではス
イッチ機能をもたせれば良いため、電界効果トランジス
タのように電圧制御型の半導体スイッチ素子でも良い、
また、過電流検出は、抵抗あるいは電流検出トランスあ
るいは光結合素子などを用いても良く、出力巻線の回路
数を増やし、多出力型スイッチング電源とすることも可
能である。更に、スイッチ素子Q1の安全動作領域を保
証すべくフライバック制限巻線N4を設けることも可能
である。また出力電圧精度を向上するため軽負荷時に自
己インダクタンスが大となるよう、コアと巻線の間ある
いはコアのギャップ部に特性の異なる磁性体または磁性
材料を挿入しても良い。
本発明の効果
以上述べたように、本発明は、トランスの巻線に直列に
接続されたスイッチ素子のオン、オフにより、前記トラ
ンスの巻線を通して与えられる直流入力をスイッチング
し、このスイッチ素子のオン期間に磁界中に蓄積された
励磁エネルギーを、オフ期間に整流平滑して負荷に直流
電力を供給するスイッチング電源において、トランスに
直流重畳をかけて駆動することを特徴とするから、負荷
の変動により発振周期が変化し、しかも小電方向きであ
るという従来技術の欠点を改善し、比較的安価で高出力
のフライバック型スイッチング電源を提供することがで
きる。
接続されたスイッチ素子のオン、オフにより、前記トラ
ンスの巻線を通して与えられる直流入力をスイッチング
し、このスイッチ素子のオン期間に磁界中に蓄積された
励磁エネルギーを、オフ期間に整流平滑して負荷に直流
電力を供給するスイッチング電源において、トランスに
直流重畳をかけて駆動することを特徴とするから、負荷
の変動により発振周期が変化し、しかも小電方向きであ
るという従来技術の欠点を改善し、比較的安価で高出力
のフライバック型スイッチング電源を提供することがで
きる。
第1図乃至第3図は従来のフライバック、コンバータ型
スイッチング電源の電気回路図、第4図(a)は従来の
スイッチング電源の重負荷時におけるスイッチ素子のコ
レクタ電圧波形図、第4図(b)は同じく電流波形図、
第5図(a)は従来のスイッチング電源の軽負荷時にお
けるスイッチ素子のコレクタ電圧波形図、第5図(b)
は同じく電流波形図、第6図は従来のスイッチング電源
の間欠発振動作を示すスイッチング電圧波形図、第7図
は本発明に係るスイッチング電源の電気回路図、第8図
はパルス幅変調と最大パルス幅制限作用を説明する波形
図、第9図はフライバック、コンバータ型スイッチング
電源の出力電流−出力電圧特性図、第10図(a)、第
11図(a)及び第12図(a)は負荷を変化させた場
合のスイッチ素子のコレクタ電圧波形図、第10図(b
)、第11図(b)及び第12図(C)は同じく電流波
形図、第13図は本発明に係るスイッチング電源の直流
重畳作用を説明する波形図である。 3・・・制御回路 5・・・過電流検出回路6・・・発
振回路 7・・拳出力電圧誤差増幅回路 9・・・パルス幅変調回路 91・・・コンパレータ 93嗜中・最大パルス幅制限回路 Q 1e・拳スイッチ素子 T1・争・トランス N1、N2・・・巻線 第1図 T+ 第7m 第8 図 第13図 手続補正書 昭和59年8月20日 1、事件の表示 スイッチング電源 3、補正をする者 伏動 大歳 寛 5、補正命令の日付 昭和59年7月11日6、補正に
より増加する発明の数 0 7、補 正 の 対 象 図面の簡単な説明の欄手続補
正書 昭和60年1月30日 昭和59年特許願第83550号 2、発明の名称 スイッチング電源 □大歳寛 6、補正により増加する発明の数 O 別 紙 [l)明細書第4頁第4行に、r(J)、+とあるを、
r (W)Jと補正する。 (2)明細書第7頁第15行に、「発振周期」とあるの
を、「発振同期」と補正する。 3)明細書第9頁第5行から同頁第6行に、トランスに
直流重畳をかけて」とあるのを「トランスに意図的に直
流重畳をかけて」と補正す4)明細書第21頁第15行
から同頁第16行に、「フライバック、コンバータ型ス
イッチング電源」とあるのを、「フライバック型スイッ
チン電源」と補正する。
スイッチング電源の電気回路図、第4図(a)は従来の
スイッチング電源の重負荷時におけるスイッチ素子のコ
レクタ電圧波形図、第4図(b)は同じく電流波形図、
第5図(a)は従来のスイッチング電源の軽負荷時にお
けるスイッチ素子のコレクタ電圧波形図、第5図(b)
は同じく電流波形図、第6図は従来のスイッチング電源
の間欠発振動作を示すスイッチング電圧波形図、第7図
は本発明に係るスイッチング電源の電気回路図、第8図
はパルス幅変調と最大パルス幅制限作用を説明する波形
図、第9図はフライバック、コンバータ型スイッチング
電源の出力電流−出力電圧特性図、第10図(a)、第
11図(a)及び第12図(a)は負荷を変化させた場
合のスイッチ素子のコレクタ電圧波形図、第10図(b
)、第11図(b)及び第12図(C)は同じく電流波
形図、第13図は本発明に係るスイッチング電源の直流
重畳作用を説明する波形図である。 3・・・制御回路 5・・・過電流検出回路6・・・発
振回路 7・・拳出力電圧誤差増幅回路 9・・・パルス幅変調回路 91・・・コンパレータ 93嗜中・最大パルス幅制限回路 Q 1e・拳スイッチ素子 T1・争・トランス N1、N2・・・巻線 第1図 T+ 第7m 第8 図 第13図 手続補正書 昭和59年8月20日 1、事件の表示 スイッチング電源 3、補正をする者 伏動 大歳 寛 5、補正命令の日付 昭和59年7月11日6、補正に
より増加する発明の数 0 7、補 正 の 対 象 図面の簡単な説明の欄手続補
正書 昭和60年1月30日 昭和59年特許願第83550号 2、発明の名称 スイッチング電源 □大歳寛 6、補正により増加する発明の数 O 別 紙 [l)明細書第4頁第4行に、r(J)、+とあるを、
r (W)Jと補正する。 (2)明細書第7頁第15行に、「発振周期」とあるの
を、「発振同期」と補正する。 3)明細書第9頁第5行から同頁第6行に、トランスに
直流重畳をかけて」とあるのを「トランスに意図的に直
流重畳をかけて」と補正す4)明細書第21頁第15行
から同頁第16行に、「フライバック、コンバータ型ス
イッチング電源」とあるのを、「フライバック型スイッ
チン電源」と補正する。
Claims (2)
- (1) トランスの巻線に直列に接続されたスイッチ素
子のオン、オフにより、前記トランスの巻線を通して与
えられる直流入力をスイッチングし、このスイッチ素子
のオン期間に磁界中に蓄積された励磁エネルギーを、オ
フ期間に整流平滑して負荷に直流電力を供給するスイッ
チング電源において、トランスに直流重畳をかけて駆動
することを特徴とするスイッチング電源。 - (2) 一定周期で発振する発振器と、駆動パルスの最
大パルス幅を制限する最大パルス幅制限回路と、出力電
圧を監視し出力変動に対応して駆動パルスのパルス幅を
制御するパルス幅変調回路とを有し、前記トランスの駆
動周期を一定にして直流重畳をかけることを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載のスイッチング電源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8355084A JPS60226772A (ja) | 1984-04-24 | 1984-04-24 | スイツチング電源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8355084A JPS60226772A (ja) | 1984-04-24 | 1984-04-24 | スイツチング電源 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60226772A true JPS60226772A (ja) | 1985-11-12 |
Family
ID=13805613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8355084A Pending JPS60226772A (ja) | 1984-04-24 | 1984-04-24 | スイツチング電源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60226772A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4764856A (en) * | 1987-01-23 | 1988-08-16 | U.S. Philips Corporation | Power-supply arrangement |
JPH02254969A (ja) * | 1989-03-02 | 1990-10-15 | Philips Gloeilampenfab:Nv | スイッチトモード電源回路 |
JPH04151708A (ja) * | 1990-10-16 | 1992-05-25 | Toshiba Corp | パーソナルコンピュータ |
JPH04150770A (ja) * | 1990-10-15 | 1992-05-25 | Murata Mfg Co Ltd | スイッチングレギュレータ |
-
1984
- 1984-04-24 JP JP8355084A patent/JPS60226772A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4764856A (en) * | 1987-01-23 | 1988-08-16 | U.S. Philips Corporation | Power-supply arrangement |
JPH02254969A (ja) * | 1989-03-02 | 1990-10-15 | Philips Gloeilampenfab:Nv | スイッチトモード電源回路 |
JPH04150770A (ja) * | 1990-10-15 | 1992-05-25 | Murata Mfg Co Ltd | スイッチングレギュレータ |
JPH04151708A (ja) * | 1990-10-16 | 1992-05-25 | Toshiba Corp | パーソナルコンピュータ |
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