JPS603678Y2 - 安定化電源装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はフォトカップラを使用して制御回路の入力側と
出力側とを絶縁した形式の安定化電源装置に関するもの
である。

フォトカップラを使用した従来の安定化電源装置は、例
えば第１図に示す如く構成されている。

この電源装置を更に詳しく説明すると、一対の直流電源
端子１，２間にトランス３の１次巻線４とスイッチング
・トランジスタ５とから成る直列回路が接続され、トラ
ンス３には２次巻線６及び３次巻線７が設けられ、２次
巻線６にはダイオード８とコンデンサ９とから成る整流
回路１０が接続され、この整流回路１０に直流出力端子
１１，１２が接続されている。

また３次巻線７の一端は抵抗１３を介してトランジスタ
のベースに接続され、他端はエミッタに接続されている
。

３次巻線７にはコンデンサ１４と整流ダイオード１５と
の直列回路が並列接続されているので、３次巻線７はト
ランジスタ５のオフの期間にコンデンサ１４を充電する
。

一方の電源端子１とトランジスタ５のベースとの間に接
続された抵抗１６は起動電流を供給するものである。

トランジスタ５を直流出力電圧に基づいて制御するため
に、点線で囲んで示す出力電圧検出回路１７が設けられ
ている。

この検出回路１７においては、一対の直流出力ライン１
８．１９間に電圧検出用分圧抵抗２０．２１が接続され
、この分圧点２２に出力検出電圧が得られる。

また一対の直流出力ライン１８．１９間に抵抗２３とツ
ェナーダイオード２４とから成る基準電圧回路が接続さ
れ、点２５から基準電圧が得られる。

そして演算増幅器で構成された差動増幅器２６の反転入
力端子に検出電圧分圧点２２が接続され、非反転入力端
子に基準電圧点２５が接続され、出力端子に発光ダイオ
ード２７が抵抗２８を介して接続されている。

発光ダイオード２７に応答してトランジスタ５のベース
制御信号を形成する制御信号形成回路２９は、発光ダイ
オード２７に光学結合されたフォトトランジスタ３０と
、これによって制御されるトランジスタ３１とから戒る
。

尚トランジスタ３１はトランジスタ５のベースと、コン
デンサ１４とダイオード１５の接続点３２との間に接続
され、フォトトランジスタ３０はトランジスタ３１のコ
レクタ・ベース間に接続されている。

上記回路に於いて、直流電源端子１，２に直流電源が接
続されると、起動抵抗１６を介してトランジスタ５のベ
ースに電流が流れてトランジスタ５はオンになり、トラ
ンス１次巻線４にほぼ電源電圧が印加される。

この結果、３次巻線７にも電圧が誘起し、トランジスタ
５に３次巻線７からベース電流が供給される。

１次巻線４はインダクタンスコイルとして働くので、ト
ランジスタ５のコレクタ電流は急激に増加せず、徐々に
増加する。

そして、コレクタ電流がベース電流の電源増幅率倍まで
増加すると、最早それ以上増加することが出来なくなり
、トランジスタ５は未飽和状態に移行する。

トランジスタ５が未飽和になると、トランジスタ５のコ
レクタ・エミッタ間の電圧が増大し、逆に１次巻線４の
電圧は減少し、３次巻線７の電圧も減少し、トランジス
タ５は急激にオフになる。

この例においてはトランジスタ５がオンの期間に２次巻
線６に発生する電圧はダイオード８で阻止される極性に
構成されているので、トランジスタ５がオフになるとオ
ン期間にトランス３に蓄えられたエネルギーが放出され
、ダイオード８が導通してコンデンサ９の充電が行われ
る。

また・３次巻線７によってトランジスタ５に逆バイアス
電圧が印加されると共に、ダイオード１５を介してコン
デンサ１４の充電が行われる。

トランス３におけるエネルギーの放出が終れば、再びト
ランジスタ５がオンになり、前述と同様な動作を繰返す
。

ところで、出力電圧を一定にするための制御は、分圧点
２２と基準点２５との電位を差動増幅器２６で比較し、
この誤差出力に対応させてフォトカップラの発光ダイオ
ード２７を点灯させ、これをフォトトランジスタ３０で
受け、トランジスタ３１を制御することによって行う。

今、出力電圧が基準値よりも高くなったとすれば、差動
増幅器２６の出力が低下し、発光ダイオード２７はより
明るくなり、フォトトランジスタ３０の電流が増加し、
トランジスタ３１の電流も増加し、トランジスタ３１の
コレクタ・エミッタ間の見かけ上の電圧が低下する。

この結果、スイッチング・トランジスタ５をオン駆動す
るためのベース電流の一部がトランジスタ３１に分流す
る量が増大し、主トランジスタ５のベース電流が減少す
る。

そして、トランジスタ５のコレクタ電流の最大値も減少
し、トランス３の蓄積エネルギーも減少し、出力電圧が
下がる動作となる。

尚この例ではトランジスタ５のベース電流は、トランジ
スタ３１の両端の見かけ上の電圧とコンデンサ１４の充
電電圧との合皮によって決定される。

上述の如く、この回路によっても、トランス１次側と２
次側とを絶縁分離して電圧制御を行うことが可能である
。

ところが、発光ダイオード２７とフォトトランジスタ３
０とから成るフォトカプラの経年変化で光伝達率が低下
すれば、制御を正確に行うことが不可能になる。

例えば所定の出力電圧が検出されても、これに対応した
光出力又は光入力を得ることが不可能となり、出力電圧
が低いことを示すと等価な誤りの制御となり、出力端子
１１．１２に過電圧が発生し続け、ここに接続される負
荷が破壊されることがあった。

またこの回路では起動時に出力電圧が零であり、当然発
光ダイオード２７も点灯していない。

このため、トランジスタ５が最大出力を発生するような
状態で駆動され、フォトカプラの伝達率が悪い場合には
特に大きな過電圧が発生しやすかった。

ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、上述の如き問題を複雑
な回路を伴なって解決することは既に知られている。

然し、自励発振型に一■コンバータにおいて、極めて簡
単な回路構成で上述の如き問題を解決する方式はまだ知
られていない。

そこで、本考案の目的は、発光素子と受光素子との光結
合の劣化による過電圧の発生を簡単な回路構成で防止す
ることが出来るトランジスタ安定化電源回路を提供する
ことにある。

上記目的を達成するための本考案は、理解を容易にする
ために実施例を示す図面の符号を参照して説明すると、
一対の直流電源端子１，２間に接続されたトランス３の
１次巻線４とスイッチング・トランジスタ５とから威る
直列回路と、前記１次巻線４に電磁結合された２次巻線
６と、前記２次巻線６に接続された整流回路１０と、前
記１次巻線４及び前記２次巻線６に電磁結合され且つ前
記スイッチング・トランジスタ５のベースとエミッタと
の間に接続された３次巻線７と、前記整流回路１０の出
力ラインに接続された出力電圧検出回路１７と、前記出
力電圧検出回路１７が高い電圧を検出した時に発光強度
が低下し、前記出力電圧検出回路１７が低い電圧を検出
した時に発光強度が大になるように前記出力電圧検出回
路１７に接続された発光素子２７と、前記記スイッチン
グ・トランジスタ５のベースとエミッタとの間に接続さ
れた制御用トランジスタ３１と、前記制御用トランジス
タ３１のコレクタに一端が接続された抵抗３５と、前記
抵抗３５の他端と前記制御用トランジスタ３１のベース
との間に接続された定電圧ダイオード３６と、前記抵抗
３５の他端と前記制御用トランジスタ３１のエミッタと
の間に接続され且つ前記発光素子２７の発光強度に対応
した導通状態になるように形成された受光素子３０とか
ら戒るトランジスタ安定化電源装置に係わるものである
。

上記考案は次の作用効果を有する。

発光素子２７の発光強度が小になれば、受光素子３０の
電流が小即ち抵抗が大になり、制御用トランジスタ３１
のコレクタ電流が増大し、スイッチング・トランジスタ
５のベース電流が減少し、出力電圧の上昇が抑えられる
。

また、起動時に発光素子２７から直ちに発光出力が得ら
れなくとも、受光素子３０の電流値が低く抑えられ、逆
に制御用トランジスタ３１のコレクタ電流が大になるの
で、スイッチング・トランジスタ５のベース電流が低く
抑えられ、出力電圧の急激な増大が防止される。

上述の如く、本考案によれば、制御用トランジスタ３１
と抵抗３５と定電圧ダイオード３６と受光素子３０とを
組み合せた極めて簡単な回路で発光素子２７及び／又は
受光素子３０の異常による過電圧、及び起動時の過電圧
を防止することが出来る。

以下、図面を参照して実施例について述べる。

但し、第２図及び第３図に於いて符号１〜３２で示すも
のは第１図で同一符号で示すものと実質的に同一である
ので、その説明を省略する。

第２図に示す本考案の実施例に係わるトランジスタ安定
化電源回路においては、電圧検出用の差動増幅器２６の
反転入力端子に基準電圧点２５が接続され、非反転入力
端子に分圧点２２が接続されている。

従って出力電圧が高くなると差動増幅器２６の比較出力
電圧は上り、正の出力ライン１８と差動増幅器２６の出
力端子との間に順方向に接続された発光ダイオード２７
の発光量が低下する。

逆に出力電圧が低くなると、差動増幅器２６の出力が低
下し、発光ダイオード２７の発光量が増大する。

制御信号形成回路２９に於いては、一対の接続ライン３
３．３４の間にトランジスタ３１が接続されている他に
、抵抗３５とフォトトランジスタ３０とから成る直列回
路が接続されている。

また抵抗３５とフォトトランジスタ３０との接続点３７
とトランジスタ３１のベースとの間に定電圧ダイオード
３６が接続されている。

今、抵抗３５の両端の電圧をｖＲ１定電圧ダイオード３
６の電圧ヲＶｚ、 トランジスタ３１のベース・エミッ
タ間電圧をＶＢＥとすれば、一方のライン３３と他方の
ライン３４との見かけ上の電圧Ｖは、ｖ＝ｖＲ＋Ｖｚ
十ＶＢＥで表わされる。

そして、ＶＢＥは低い値であり、ＶＲはここに流れる電
流値に依存する。

従って、起動時に於いては、出力電圧が零であるため、
当然フォトトランジスタ３０の受光量は零であり、ここ
に流れる電流も小さく、ｖＲも小さい。

この結果、一対のライン３３．３４間の電圧はほぼ定電
圧ダイオード３６の電圧■２となり、これによって決定
された条件で起動が開始される。

即ち発光ダイオード２７とフォトトランジスタ３０とか
らなるフォトカプラには無関係な条件で起動し、例え光
の伝達率が悪くても過電圧が発生することはない。

上述の如くして起動し、出力電圧が発生すると、発光ダ
イオード２７の電源電圧が得られ、且つ差動増幅器２６
から差動出力が得られる。

このため、発光ダイオード２７が出力電圧に応じて発光
状態となり、フォトトランジスタ３０も出力電圧に応じ
て受光状態となる。

そして定常状態では前述したＶ＝ＶＲ十Ｖ２＋ＶＢＥの
見かけ上の電圧でトランジスタ５のベース電流が制御さ
れ、直流出力電圧も制御される。

例えば出力電圧が上昇すると、差動増幅器２６の差動出
力が上昇し、発光ダイオード２７のカソード側の電位が
高くなり、発光が弱くなり、フォトトランジスタ３０の
受光量が少なくなる。

この結果、抵抗３５を流れる電流が減少し、一対のライ
ン３３，３４間の見かけ上の電圧が低下し、トランジス
タ５のベース電位も低下し、トランジスタ５のコレクタ
電流の最大値即ちベース電流ＩＢの電流増幅率倍ｈｐＥ
倍最大コレクタ電流値が低下する。

換言すれば、３次巻線７によってトランジスタ５に供給
するベース電流の一部がトランジスタ３１に分流し、こ
の分流量が直流出力電圧の増大に応じて多くなり、トラ
ンジスタ５のコレクタ電流が低い値に抑えられる。

逆に、直流電圧が基準値よりも低下すると、差動増幅器
２６の出力電圧が低下し、発光ダイオード２７のカソー
ド側の電位がより低くなり発光ダイオード２７の発光が
より強くなる。

この結果、フォトトランジスタ３０の電流が増大し、抵
抗３５の電圧降下も大きくなり、一対のライン３３．３
４間の電圧が高くなり、トランジスタ５のベース電流が
増大し、そのコレクタ電流の最大値も増大し、直流出力
電圧が上昇する。

制御回路が上述の如く構成されているので、例え、発光
ダイオード２７とフォトトランジスタ３０との光結合が
経年変化で悪くなり、光伝達率が低下しても、過電圧は
発生しない。

即ち光伝達率が低下すると、フォトトランジスタ３０の
電流が小さくなり、抵抗３５の電圧降下も小さくなり、
一対のライン３３．３４間の電圧も低下し、トランジス
タ５のベース電流が減少し、直流出力電圧は低い値にな
る。

また発光ダイオード２７及びフォトトランジスタ３０が
動作不能になった場合には同様に過電圧が発生しない。

また起動時においては、電圧を最大にするような制御と
ならず、定電圧ダイオード３６の電圧に基づいて起動さ
れるので、過電圧が生じる恐れがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の安定化電源装置を示す回路図である。 第２図は本考案の実施例に係わる安定化電源装置の回路
図である。 尚図面に用いられている符号において、３はトランス、
５はトランジスタ、６は２次巻線、１０は整流回路、１
７は出力電圧検出回路、２６は差動増幅器、２７は発光
ダイオード、２９は制御信号形成回路、３０はフォトト
ランジスタ、３１はトランジスタ、３５は抵抗、３６は
定電圧ダイオードである。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 一対の直流電源端子１，２間に接続されたトランス３の
   １次巻線４とスイッチング・トランジスタ５とから成る
   直列回路と、 前記１次巻線４に電磁結合された２次巻線６と、 前記２次巻線６に接続された整流回路１０と、前記１次
   巻線４及び前記２次巻線６に電磁結合され且つ前記スイ
   ッチング・トランジスタ５のベースとエミッタとの間に
   接続された３次巻線７と、 前記整流回路１０の出力ラインに接続された出力電圧検
   出回路１７と、 前記出力電圧検出回路１７が高い電圧を検出した時に発
   光強度が低下し、前記出力電圧検出回路１７が低い電圧
   を検出した時に発光強度が大になるように前記出力電圧
   検出回路１７に接続された発光素子２７と、 前記スイッチング・トランジスタ５のベースとエミッタ
   との間に接続された制御用トランジスタ３１と、 前記制御用トランジスタ３１のコレクタに一端が接続さ
   れた抵抗３５と、 前記抵抗３５の他端と前記制御用トランジスタ３１のベ
   ースとの間に接続された定電圧ダイオード３６と、 前記抵抗３５の他端と前記制御用トランジスタ３１のエ
   ミッタとの間に接続され且つ前記発光素子２７の発光強
   度に対応した導通状態になるように形成された受光素子
   ３０と から戊るトランジスタ安定化電源装置。