JPS602872B2 - スイツチング電源回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は種々の電子機器に使用されるスイッチング電源
回路に関し、特に集積回路化に適する様にしたものであ
る。

従釆のスイッチング電源回路として第１図に示す如きも
のが提案されている。

即ち第１図に於いて１は発振器を示し、この発振器１の
発振出力信号を所定周波数分周例え潟１こ分彫る瀞周器
２に供給し、この分周器２の出力信号を第２図Ａに示す
如きトリガパルスを得るトリガバルス発生器３に供給す
る。

このトリガパルス発生器３の出力信号をこのトｌｉガパ
ルスに同期した鏡歯状波信号を得る鏡歯状波信号発生回
路４を構成するｎｐｎ形トランジスタ４ａのベースに供
給し、このトランジスタ４ａのコレクタを電池５の正極
に接続し、このトランジスタ４ａのェミツ夕をコンデン
サ４ｂを介して電池５の負極に接続すると共にこのトラ
ンジスタ４ａのェミツタをダイオード接続されたｎｐｎ
形トランジスタ４ｃと共にカレントミラー回路を構成す
るｎｐｎ形トランジスタ４ｄのコレクタに接続し、この
トランジスタ４ｄのベースをトランジスタ４ｃのベース
及びコレクタの接続点に接続し、このトランジスタ４ｃ
及び４ｄの夫々のェミッタを電池５の負極に接続し、こ
のトランジスタ４ｃのベース及びコレクタの後続点をこ
のカレントミラー回路の定電流１を決定する抵抗器４ｅ
を介して電池５の正極に接続し、このトランジスタ４ａ
のコレクタより鏡歯状波信号発生回路４の出力端子６を
導出し、この出力端子６をパルス中変調回路を構成する
比較回路７の負入力端子に接続し、この比較回路７の出
力側に得られるスイッチング信号をスイッチング素子を
構成するｎｐｎ形トランジスタ８のベースに接続し、こ
のトランジスタ８のェミツタを接地し、このトランジス
タ８のコレクタをトランス９の１次巻線９ａを介して電
池５の正極に接続し、このトランス９の２次巻線９ｂを
整流回路１０を介して出力端子１１に接続し、この出力
端子１１に得られる直流出力電圧を誤差増中器１２の一
方の入力端子に供給すると共にこの誤差増中器１２の他
方の入力端子に基準電池１３よりの基準電圧を供給し、
この誤差増中器１２の出力側に得られる直流出力電圧と
基準電圧との誤差信号Ｅｏを比較回路７の正入力端子に
供Ｖ給し、この比較回路７の出力側にこの誤差信号Ｅｏ
に応じたパルス中のスイッチング信号を得る様にしてい
る。新る第１図スイッチング電源回路に於いては出力端
子１１に得られる直流出力電圧に応じたパルス中のスイ
ッチング信号に依りトランジスタ８をスイッチングして
ト出力端子１１１こ得られる直流電圧を一定にする様に
している。斯る第音図例に於いて鋸歯状波信号発生回路
４はトランジスタ４ａのベースに第２図Ａに示す如きト
リガパルスが供給されたとき〜 このトランジスタ４ａ
が導通し、このときコンデンサ４ｂは蟹圧Ｖ−ＶＢＥに
クランプされる。

ここでＶは電池５の電圧、ＶＢＥはトランジスタのベー
スーヱミツタ間電圧である。次にトランジスタ４ａが非
導通となったときこのコンデンサ４ｂに充電された電荷
がカレントミラー回路により決る定電流１＝寄生で放蚤
され、第２図部示す如き鋸歯状波信が得られ、例えば誤
差増中器亀２の出力誤差信号Ｅｏが第２図Ｂに示す如き
場合は比較回路７の出力側に第２図Ｃに示す如きスイッ
チング信号が得られる。

ここでＲは抵抗器４ｅの抵抗値である。斯る第１図に示
す如きスイッチング電源回路を半導体集積回路化したと
きは抵抗器４ｅの抵抗値Ｒは一般に各半導体集積回路間
に於いて士３０％の誤差が認められており、コンデンサ
４ｂを外付けとしたときもその容量値に±５％の誤差が
認められており、又電池５の電圧Ｖを例えば５．４Ｖと
したときは土０．４Ｖの誤差が認められており、この集
積回路化した鏡歯状波信号発生回路４の鋸歯状波信号の
周期を決定する抵抗器＆ｅの抵抗値が大きくバラックと
共に、コンデンサ４ｂの容量値及び電池５の電圧がバラ
ツキ、これを量産したときは各半導体集積回路間に於い
て発振器翼の発振周波数により決まるトリガパルス発生
器３よりのトリガパルスの周期とこの鋸歯状波信号の周
期とが一致せず、例えば鋸歯状波信号発生回路４の出力
の鋸歯状波信号が第２図Ｄに示す如くトリガパルスの周
期より短くなり、性能が悪くなるばかりか、このスイッ
チング電源回路のスイッチング信号発生回路として使用
出来なくなるものも現われる不都合があった。

本発明は斯る点に鑑み鏡歯状波信号発生回路亀に於いて
半導体集積回路化したときも常に発振器よりのトリガパ
ルスに正確に同期した鋸歯状波信号を得、常に良好な動
作をし得る様にしたスイッチング電源回路を提案せんと
するものである。

以下第３図を参照しながら本発明スイッチング電源回路
の一実施例につき説明しよう。この第３図に於いて第１
図に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は
省略する。この第３図に於いて５ａは電池よりの正の直
流電圧が供ｖ給される電源端子を示し、この電源端子５
ａを抵抗器１４を介して定電圧を得る為のッヱナーダイ
オード１５のカソードに接続し、このッェナーダィオー
ド１５のアノードを接地する。

又ッェナーダィオード１５及び抵抗器１４の接続点を抵
抗器１６を介してダイオード接続されたｎｐｎ形トラン
ジスター７のェミッタに接続し、このトランジスタ１７
のコレクタ及びベースの薮箱伝点を抵抗器１８を介して
接地し、このトランジスタ１７のベース及びコレクタの
接続点をこのトランジスタ１７と共にカレントミラー回
路を構成し且つ発振器１の電流供給回路を構成するｐｎ
ｐ形トランジスタｌａのベースに接続し、更にこのトラ
ンジスタ１７のベース及びコレク夕の接続点をこのトラ
ンジスタ１７と共にカレントミラー回路を構成し、且つ
鋸歯状波信号発生回路４の電流供給回路を構成するｐｎ
ｐ形トランジスタ４ｆのベースに接続する。この場合ト
ランジスタ１７を流れる電流を１「トランジスターａを
流れる電流をｌｓ、トランジスタ４ｆを流れる電流をｌ
ｏとし、トランジスタ１７ｔ 富ａ及び４ｆの夫々のェ
ミツタに接続された抵抗器１６「 ｌｂ及び４ｉの夫々
の抵抗値をＲｅ，、Ｒｅ２及びＲｅ３としたとき・３＝
馬・、・。

：器・の関係がある。

又抵抗器１４及びッェナーダィオード１５の援額も点を
抵抗器ｌｂを介してトランジスタｌａのヱミッ外こ接続
し、このトランジスタ富ａのコレクタを発振器の発振周
波数を決定するコンデンサ亀ｃを介して接地し「又抵抗
器１４及びッヱナーダィオード１５の接続点を発振器１
を構成する２個の抵抗器ｌｄ及びｌｅの直列回路を介し
て接地し、この抵抗器ｌｄ及びｌｅの接地点をｐｎｐ形
トランジスタｌｆのベースに接続すると共にｎｐｎ形ト
ランジスタ亀ｇのコレク夕に接続し、このトランジス夕
ｌｆのエミツ夕をトランジスタｌａのコレク夕に接続し
、このトランジスタｌｆのコレクタをトランジスタ１ｇ
のベースに接続し、このトランジスタ１ｇのェミッタを
接地する。

この場合トランジスタｌｆ及び１ｇはＳＣＲを構成する
。この発振器１の出力端即ちトランジスタｌａのコレ州
偽られる発振出旭財戒厳２を介してトＩＪガパルス発生
器３に供給し、このトリガバルス発生器３の出力側に得
られる所定周波数のトリガパルスを抵抗器４ｇを介して
鋸歯状波信号発生回路４を構成するｎｐｎ形トランジス
タ４ｈのベースに供給する。

このトランジスタ４ｈのェミッタを接地すると共にこの
トランジスタ４ｈのコレクタをトランジスタ４ｆのコレ
クタに接続し、このトランジスタ４ｆのコレクタを鋸歯
状波信号の周期を決定するコンデンサ４ｉを介して接地
し、このトランジスタ４ｆのェミッタを抵抗器４ｊを介
して抵抗器１４及びッェナーダイオード１５の接続点に
接続し、このトランジスタ４ｆ及びコンデンサ４ｉの接
続点より比較回路７に鋸歯状波信号を供孫嘉する鋸歯状
波信号出力端子６を導出する。この第３図に於いては第
２図Ｅに示す如くトリガパルス発生器３よりの第２図Ａ
に示す如きトリガパルスがトランジスタ４ｈのベースに
供給する毎にコンデンサ４ｉに充電した電荷を放電し、
その後このコンデンサ４ｉをトランジスタ４ｆを流れる
定電流ｌｏにより充電し「 この動作を繰返して出力端
子６に鋸歯状波信号を得るものである。

この場合発振器１に於ける発振周波数ｆｓはＩＳｆｓ＝
ＣＳ■ｖｚ＋ＶＢＥ） Ｒ２ 但しｎ＝Ｒ耳打南 である。

ここでＣｓはコンデンサｌｃの容量値、ｌｓはトランジ
スタｌａを流れる電流値「Ｖｚはツェナーダィオード１
５の両端間電圧値、Ｖ８８はトランジスタのベースーェ
ミッ夕間電圧値、Ｒ，は抵抗器ｌｄの抵抗値、Ｒ２は抵
抗器ｌｅの抵抗値である。又銭歯状波信号発生回路４に
於ける鋸歯状波信号の周波数ら‘まトランジスタ４ｈが
オンになったときのコンデンサ４ｉの放電時間を０とす
ると１０ ｆ。

＝Ｅ耳ａである。

ここでＣｏはコンデンサ４ｉの容量値、ＢＰは鋸歯状波
信号の最大振中のピークツウピーク電圧値、ｌｏはトラ
ンジスタ４ｆを流れる電流値掛る。第３図例批瀞周器２
鞭刷てし、るので・ ｆｓ＝１ぴ。

であり、即ち １３ −１０ Ｃｓ（ｎＶｚ＋ＶＢＥ）−Ｅ。

Ｃ。である。

又この第３図に於いて鋸歯状波信号の最大振中ＥＰはＥ
Ｐ＝Ｖ２一ｌｏＲｅ３一Ｖ８８ である。

よつて ＩＳ − ｌｏｂ ＣＳ（ｎＶＺ＋ＶＢＥ）−（Ｖ２−１０Ｒ鱗−ＶＢ８）
Ｃ。

である。ここでＶＢＥ《Ｖ２、ｌｏＲｅ３《Ｖ２とする
と１８ −１０１０ ｎＣｓＶ２一Ｃ。

Ｖ２となる。

故にｌｓ−１仇Ｃｓ お− Ｃ。

である。

今第３図に於いてはｌｓ及びｌｏはトランジスタ１７と
トランジスタｌａがトランジスタ１７とトランジスタ４
ｆとは夫々カレントミラー回略を構成しているので・Ｓ
＝葺き・・。

＝葺き・の関係があり、これより Ｒの＝叩き Ｒ財 となる。

ここで例えばＣｓ：Ｃｏとしｎ＝０．眼０ちＲ，＝Ｒ２
とするとＲｅ３＝ＳＲｅ２ とすれば良い。

この場合この第３図を半導体集積回路化したときはコン
デンサｌｃ及び４ｉ以外は全て集積回路内で決定される
。この場合１個の集積回路内に於ける各素子の相対誤差
は比較的小さく例えば土５％程度である。以上述べた如
く本発明に依れば鋸歯状波信号発生回路４の周波数を決
定するトランジスタ４ｆを流れる電流ｌｏは発振器１の
周波数を決定するトランジスターａを流れる電流ｌｓの
変化に対し同期して変化するので発振器盲の発振周波数
にバラッキがあっても鏡歯状波信号発生回路亀よりの鍵
歯状波信号はこの発振器１の発振信号に正確に同期する
。

因みに第３図に於いてＶ２を５．４Ｖ「 Ｃｓ：Ｃｏ＝
１０岬Ｆ、抵抗値Ｒｅ２を３００Ｑへ抵抗値Ｒｅ３を錐
○とし、抵抗器亀８の抵抗値を変化して発振器１の発振
周波数を変化したときの鏡歯状波信号発生回路亀の出力
側に得られる鋸歯状波信号のデューティ５０％の電圧値
Ｅ５。、デューティ３０％の電圧値Ｅ３。及びデューテ
ィ０％の電圧値Ｅｏ夫々の電圧値は第４図に示す如く直
線性の良いものとなり、この鋸歯状波信号発生回路４よ
りの鋸歯状波信号が発振器１の発振信号に正確に同期し
ていることがわかった。従って第３図に示す如き回路の
鏡歯状波信号発生回路４の出力信号を比較回路７の負端
子に供給する様にして半導体集積回路化したときは同一
半導体集積回路内に於ける各素子間のバラッキは比較的
小さいので性能の良いスイッチング電源回路を得ること
ができる。又第３図に於いては抵抗器１８、コンデンサ
ーｃ及びをｉを外付けするだけで良いので半導体集積回
路化したときは端子数を少なくできる利益がある。又更
に第３図の発振器１のフェーズロックループ構成として
外部に設けた水晶発振器等の安定な発振器に同期する様
にしたときは発振周波数の安定した鏡歯状波信号を得る
ことができる。

即ち第５図は鍵歯状波信号の周波数をも安定とする様に
したものの系統図を示す。即ち第５図に於いて２川ま水
晶発振器等の安定な発振周波数の得られる基準発振器を
示し、この基準発振器１の発振出力信号を例えば得よう
とする鋸歯状波信号の周波数ｆｏに分間する分周器２１
を介して位相比較回路２２の一方の入力端子に供給し、
又発振器１（この場合発振器は可変周波数発振器構成と
する）よりの発振出力信号を得ようとする鏡歯状波信号
の周波数ｆｏに分周する例えば点。分周器２を介してト
リガパルス発生器３に供給すると共にこの分周器２の出
力信号を位相比較回路２２の他方の入力端子に供給する
。この位相比較回路２２の出力側に得られる位相誤差信
号を低域通過フィル夕２３を介して電流発生回路２４の
制御機に供給する。この鰭流発生回路２４は低減通過フ
ィル夕２３の出力側に得られる電圧値に応じてその出力
側に得られる電流値を変化する様にしたものである。こ
の場合電流発生回路２４の一方の出力端子には発振器軍
に供給する電流ｌｓを得る様にすると共にこの他方の出
力端子に鋸歯状波信号発生回路４１こ供給する電流１。
を得る様にする。この電流発生回路２４の一方の出力端
子に得られる電流ｌｓを発振器川こ供Ｖ給すると共にこ
の電流発生回路２４の他方の出力端子に得られる電流ｌ
ｏを鏡歯状波信号発生回路亀に供給し、又トリガパルス
発生器３の出力信号を鋸歯状波信号発生回路４に供給す
る。この場合ｔ発振器ｉ「分周器２、トリガバルス発生
器３、鋸歯状波信号発生回路４１ま第３図と同様醸成す
る。この第５図に於いては発振器１「分周器２、位相比
較回路２２、低域通過フィル夕２３及び電流発生回路２
４でフェーズロックループを構成しているので発振器１
の発振周波数を水晶発振器等の基準発振器２０の安定な
発振周波数に同期することができ、更に電流発生回路２
４の出力側に得られる発振器１を制御する電流ｌｓと比
例関係にある電流【。を鋸歯状波信号発生回路４に供給
しているので、この鏡歯状波信号発生回路４の出力端子
６に得られる鋸歯状波信号を発振器１の出力の発振信号
に正確に同期することができると共にこの鎖歯状波信号
の周波数を安定にすることができる。尚本発明は上述実
施例に限らず本発明の要旨を逸脱することなく、その他
種々の横成が取り得ることは勿論である。

函蘭の簡単な説明 第１図は従来のスイッチング電源回路の一例を示す構成
図、第２図及び第４図は夫々本発明の説明に供する線図
、第３図は本発明スイッチング電源回路の一実施例の要
部を示す構成図、第５図は本発明の他の実施例の要部を
示す系統図である。

１は発振器、ｌａ？ ４ｆ及び１７は夫々トランジスタ
、ｌｂ，４ｉ，１６及び蔓８は夫々抵抗器、ｌｃ及び４
ｉは夫々コンデンサ、２は分周器、３はトリガパルス発
生器、いま鏡歯状波信号発生回路、７は比較回路「 ８
はスイッチング素子、９はトランス、竃Ｑ‘ま整流回路
、１１は出力端子、１２は誤差増中器である。

第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発振器と、該発振器の発振周波数の１／ｎ（ｎは正
   の整数）の鋸歯状波信号を発生する鋸歯状波信号発生回
   路とを有し、該鋸歯状波信号発生回路よりの鋸歯状波信
   号と出力電圧の誤差信号を比較して、該誤差信号に応じ
   たパルス巾のスイツチング信号を得、該スイツチング信
   号によりスイツチング素子を制御して出力端子に一定の
   直流電圧を得る様にしたスイツチング電源回路に於て、
   上記発振器及び鋸歯状波信号発生回路に供給する夫々の
   電流を互に比例関係とする様にしたことを特徴とするス
   イツチング電源回路。