JPS6149658A - スイツチングレギユレ−タ - 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） 本発明はスイッチングレギュレータに関し、特にスイッ
チング素子にＭＯＳＦＥＴを使用した自励フライバック
コンバータの過電流検出回路に関するものである。

（従来の技術分野） スイッチング素子にＭＯＳＦＥＴを使用した自励フライ
バンクコンバータは、バイポーラのトランジスタを使用
したものに比べて、回路の動作マージンが高く、制御信
号も小電力で動作させることができるため、ハイブリッ
ト化するなどして回路構成を小型化しやすい。

第３図はスイノチン・グ素子にＭＯＳＦＥＴを使用した
従来の自励式スイッチングレギュレータを示す回路図で
ある。但し、説明を解りやすくするため、定電圧動作を
させるための出力電圧検出回路等は省略している。

■は巻線１０１乃至１０３を有する変圧器、２は巻線１
０１と巻線１０３の間にドレイン及びソースを直列に接
続されるＭＯＳＦＥＴのス・イツチング素子、３は入力
される直流電圧Ｖｉｎから起動電源を供給するためにス
イッチング索子２のゲートに接続される起動用の抵抗、
４は巻ｍ３０３とスイッチング素子２のゲートとの間に
接続され、抵抗１１１及びコンデンサ４２の直列回路か
ら成る時定数回路、５はスイッチング素子２のゲート及
びソース間に接続され、トランジスタ５１とそのベース
・エミッタ間の抵抗５２とから構成されるオフ・スイッ
チ回路、６は巻線１０２に誘起される電圧を整流平滑す
るためにダイオード６１とコンデンサ６２から構成され
る整流平滑回路である。

次に動作を説明する。入力端子ｌＯ及び１１に印加され
た直流電圧Ｖｉｎが抵抗３及び抵抗４１を介してコンデ
ンサ４２を充電し、スイッチング素子２のゲート電圧が
オン電圧以上になったとき、スイッチング素子２がオン
して、ドレイン電流Ｉｎがオフ・スイッチ回路５の電流
検出用抵抗糸に流れる。

電流検出用抵抗５２の端子間の電圧、即ちトランジスタ
５１０ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥがそのオン電圧以
上になったとき、トランジスタ５１がオンしてスイッチ
ング素子２のゲート電圧が下がるのでスイッチング素子
２はオフする。この結果、巻線１０３に逆起電圧が誘起
され、時定数回路４を介してスイッチング素子２のゲー
トに正帰還がかかるので、スイッチング素子２はブロッ
キング発振動作を開始する。従って、スイッチング素子
２は巻線１０１に加わる直流電圧Ｖｉｎをスイッチング
し、そのスイッチング出力を巻線１０２に出力するので
、整流平滑回路６は整流平滑して出力端子１２及び１３
に出力電圧Ｖ。を出力して負荷に供給する。

一般に、スイッチングレギュレータは負荷に使用された
機器の故障等の短絡による過電流に対して回路を保護す
るための過電流保護回路が設けられる。オフ・スイッチ
回路５はこの機能も兼備している。即ち、過電流によっ
てスイッチング素子２のドレイン電流ＩＤが増加すると
、電流検出用の抵抗５２の端子間電圧が高くなり、トラ
ンジスタ５１がオンして帰還用の巻線１０３からスイッ
チング素子２のゲートにかかる電圧を下げるため、スイ
ッチング素子がオフとなる。従って、回路は過電流から
保護される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来技術の自励式スイッチングレギュレ
ータでは、以下に述べる過電流制限特性に問題点がある
。

第４図及び第５図は過電流制限動作時の主な箇所の電流
電圧波形を示す図で、いずれの図も（ａ）Ｉｔまスイッ
チング索子２のドレイン弓Ｉ−ス間電圧Ｖｏｓの波形、
（１））は電流検出用抵抗５２の端子間電圧、コ１もト
ランジスタ５１のベース・エミッタ間電圧Ｖａａの波形
、（Ｃ）スイッチング素子２のゲート・ソース間電圧Ｖ
ｃｓの波形、（（１）はダイオード６１に流れる電流波
形である。第４図は過電流が浅いときの波形を示１−図
、第５図は過電流が深（・ときの波形を示す図である。

過１Ｌ流がまだ浅い場合、第４図（Ｃ１に示すように、
スイッチング素子２がオフしたとき、ゲートに力）かる
電圧はマイナスになっており、起動用抵抗３からの電流
が常時流れ続けるため、抵抗４１を介してコンデンサ４
２を充電する。従って、ゲート電圧１１ＱＳは時間と共
に増加する。

更に、過電流が深くなると、出力電圧Ｖ。が更に小さく
なり、変圧器ｌのコアに蓄えられるエネル５図に示すよ
うになる。従って、第５図（Ｃ）に示すギーは一定であ
るため、オフ期間は更に伸びて第ように、ス・イツチン
グ素子２がオフしたときのゲート電圧Ｖａｓは第４図（
Ｃ１の場合より小さいマイナヌ電圧になる。この電圧か
らコンデンサ＝１２が充電される。従って、帰遷回路４
０時定数は同じであるため、スイッチング素子２が変圧
器ｌのコア（で蓄えられたエネルギーを放出する途中で
、ゲート電圧Ｖｃｓはスイッチング素子２のオンする電
圧、即ち閾値電圧まで上昇する。従って、わずかながら
ドレイン電流ｒｏが流れる（第５図に示す期間ｔ）。

このとき、ドレイン・ソース間には少なくとも入力電圧
Ｖｉｎよりも高い電圧がかかっているため、わずかな電
流でも大きな損失となる。更に、ゲート電圧Ｖｃｓが上
昇すると、スイッチング素子２は変圧器ｌに蓄えられた
エネルギーを完全に放出しないうちにオンするので、変
圧器Ｉに流れる電流は直流重畳がかかる。従って、スイ
ッチング素子２のオフ期間”、ｒＯＦＦはこれ以上伸び
る事はできない。一方、過電流を検出してし・る抵抗５
２の端子間電圧、即ちトランジスタ５１０ペース電圧Ｖ
ＢＥはピーク値であるため、更に過′１′（１，流が深
くなっても直流重畳分が増加するだけである。直流出力
電流Ｉ。

はダイオード６１に流れる電流の量に比例するので直流
重畳がかかった分だけ出力電流が増加するため、電流制
限作用が極端に悪くなる。

第６図は以上説明した過電流制限特性を示す図である。

電流制限の始まる電流Ｉａは過電流検出用抵抗犯で定め
られ、これ以上の出力電流が流れ始めると、過電流保護
回路５が過電流保護動作を開始する。更に、過電流が深
くなって出力電流が電流Ｉｂ以上になると、第５図で説
明したように、直流重畳がかかって過電流制限作用が悪
くなることを示している。スイッチング素子２０Ｍ０８
ＦＥＴはゲートのオン電圧、即ち閾値電圧にバラツキが
本発明は、前記従来技術が持っていた問題点を解決した
安定した過電流制限特性を有する自励式スイッチングレ
ギュレータを提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は変圧器と、該変圧器の１次巻線と帰還巻線との
間に接続され、１次巻線に与えられる直流入力電圧をス
イッチングするスイッチング素子と、該スイッチング素
子に対して直流入力電圧から起動時の起動信号を与える
起動回路と、前記スイッチング素子と変圧器の帰還巻線
との間に接続され、所定の時定数で該スイッチング素子
に対して正帰還をかける時定数回路と、前記スイッチン
グ素子に流れる電流を検出して該スイッチング素子をオ
フさせるオフ・スイッチ回路と、前記変圧器の２次巻線
に誘起する電圧を整流平滑して負荷に供給する整流平滑
回路とを有するスイッチングレギュレータにお（・て、
前記起動回路及び時定数回路とスイッチング素子との間
に設けられ、該起動回路及び時定数回路の出力信号に基
づいて該スイッチング素子をオンさせるオン・スイッチ
回路を有することを特徴とするスイッチングレギュレー
タである。

（作　用） 本発明によれば、以上のようにスイッチングレギュレー
タを構成したので、スイッチング素子は、起動回路及び
時定数回路の出力信号に基づいてスイッチ動作するオン
・スイッチ回路を介して、オン動作するように働き、従
って前記問題点を解決できるのである。

（実施例） 本発明による実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図は本発明によるスイッチングレギュレータの実施
例を示すブロック図、第２図は第１図の実施例を詳細に
示した電気回路図である。各図面において、第３図と同
一の参照符号は同一性のある構成部分を示している。５
′は従来例で省略していた定電圧動作を行なわせるため
に、トランジスタ５１０ベースと、電流検出用抵抗５２
を介してそのエミッタとの間に、コンデンサお及び抵抗
ヌを付加したオフ・スイッチ回路である。７は起動時に
起動電源を供給する起動回路、８はスイッチング素子２
をオンさせるためのオン・スイッチ回路、９は従来例で
省略していた出力電圧検出回路である。１４は発光ダイ
オード１４１及びフォトトランジスタ１４２から構成さ
れる光結合素子である。

起動回路７は入力端子１０．１１　Ｋ印加される直流入
力電圧Ｖ　ｉ’ｎを入力端子１０．１１間に直列に接続
される抵抗７１及びツェナーダイオード７４により起動
電圧を定め、ツェナーダイオード７４のカソードからダ
イオード７３を介してコンデンサ１５に充電１−ること
によりオン・スイッチ回路８に起動電源を供給する。ま
た、抵抗７２を介してオン・スイッチ回路８に起動電圧
を与えている。

オン・スイッチ回路８は、ＰＮＰ形トランジスタ８１．
ＮＰＮ形トランジスタ＆及び抵抗８３乃至出で構成され
る。トランジスタ８１のエミッタはコンデンサ１５の子
端子及びダイオードＨ５のカソードに接続シ、そのベー
スは抵抗＆１を介してトランジスタ８２のコレクタに接
続し、トランジスタ８１のコ１／クタはスイッチング素
子２のゲートに接続する。

また、トランジスタ＆のベースは抵抗７２に接続し、そ
のエミッタは、ドレイン電流Ｉｎの検出用抵抗５２及び
スイッチング素子２０ソースに接続する。

トランジスタ８１のエミッタに電源電圧が供給され、ト
ランジスタ＆のベースにペース電流が与えられると、ト
ランジスタ＆はオンしてトランジスタ８１のベースの電
位な下げるので、トランジスタ８１がオンする。この結
果、トランジスタ８１のエミッタからコレクタへ電流が
流れ、抵抗出を通ってスイッチング素子２のゲートの電
位が高くなるため、スイッチング素子２がオンする。

出力電圧検出回路９は、誤差増幅器９１、基準電圧発生
器９２、分圧用抵抗９３．９４及び出力抵抗９５とから
構成される。この回路は出力電圧Ｖ。を抵抗幻及びシ１
で分圧した電圧と、基準電圧発生器凭からの基準電圧と
を誤差増幅器９１により比較して誤差増幅する。誤差増
幅器９１から出力される誤差電圧は出力抵抗％により電
流に変換して光結合素子１４の発光ダイオード１４１に
供給して℃・る。

光結合素子１４は出力電圧検出回路９とオフ・スイッチ
回路５′との間を光結合して（・る。発光ダイオード１
４１は出力電圧検出回路９の出力とリターンラインとの
間に接続している。フォトトランジスタ１４２のコレク
タはコンデンサ］５の十端子に接続し、そのエミッタは
トランジスタ５１０ベースに接続している。

次に、出力電圧を一定に保つための定電圧動作について
説明する。負荷電流の減少、入力電圧の上昇等により、
出力電圧Ｖ。が上昇したとする。出力電圧■。が所定の
電圧より増加すると、出力電圧検出回路９の出力電流は
増加して、光結合素子１４の発光ダイオード１４１を駆
動する。従って、光結合されているフォトトランジスタ
１４２が飽和する方向に変化して、オフ・スイッチ回路
５′のトランジスタ５１にオンバイアスを与えるのでス
イッチング素子２のゲート電圧が下がり、スイッチング
素子２がオフとなる。この結果、出力電圧が低下して所
定の出力電圧となるように働く。また、出力電圧■。が
低下し、た場合は前記の逆の動作をして出力電圧を一定
に保つように動作する。

次に、ブロッキング発振動作について説明する。

直流入力４〜ｉｎが入力端子ｌＯ及び１１に印加される
と、起動回路７は抵抗７１及びダイオードＢを介してコ
ンデンサ１５を充電してオン・スイッチ回路８のトラン
ジスタ８１のエミッタに電源を供給し、また、抵抗ηを
介してトランジスタ＆のベースにベース電流を与える。

従って、苅述したようにオン・スイッチ回路８はトラン
ジスタ８２がオンしてトランジスタ８１がオンするため
、スイッチング素子２のゲート電圧を高くして、スイッ
チング素子２をオンさせる。この結果、オフ・スイッチ
回路５′の電流検出用抵抗５２にドレイン電流ＩＤが流
れて、トランジスタ５１のベース・エミッタ間電圧ＶＩ
Ｉｇがそのオン電圧以上になると、トランジスタ５１が
オンする。従って、スイッチング素子２のゲート電圧が
下がるので、スイッチング素子２がオフする。

この結果、変圧器ｌの巻線１０１に流れていた電流によ
り巻線１０３に起電力が生じ、その起電力は時定数回路
４を通じてオン・スイッチ回路８のトランジスタ８２の
ベースにペース電流を供給し、また、ダイオード１６及
びコンデンサ１５により整流平滑して、トランジスタ８
１のエミッタに電源電圧を供給する。従って、オン・ス
イッチ回路８のトランジスタ８１及び＆がオンして、ス
イッチング素子２のゲートに正帰還がかがるため、スイ
ッチング素子２はブロッキング発振を開始する。

本実施例では、起動回路７及び時定数回路４に流れる電
流が直接スイッチング素子２のゲートに流さず、オン・
スイッチ回路８のトランジスタ＆のベースに流している
ため、スイッチング素子２がオフのときでも、そのゲー
ト電位が除々に上昇するということがない。即ち、起動
回路７及び時定数回路４とスイッチング素子２との間に
オン・スイッチ回路８を設けたので、スイッチング素子
のゲート・ソース間電圧Ｖｃｓの波形はオフ期間が平担
な波形になるため、スイッチング素子２０閾値電圧のバ
ラツキによる過電流特性の変化がなく、負荷短絡時にも
、スイッチング素子が異常発熱するということもな（な
る。

（発明の効果） 以上に説明したように、本発明によれば、過電流保護機
能を有するオフ・スイッチ回路の部品定数を容易に設定
でき、スイッチング素子の閾値電圧のバラツキによる過
電流制限特注の変化がなく、負荷短絡時にもスイッチン
グ素子の損失はほとんど増加しないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自励式スイノチングレギエレータ
の実施例を示すブロック図、第２図は第１図の実施例を
詳細に示す回路図、第３図は従来の自励式スイッチング
レギュレータを示す回路図、第４図は過電流が浅いとき
の電流電圧波形を示す図、第５図は過電流が深いときの
電流電圧波形を示づ一図、第６図は従来の過電流制限特
性を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 変圧器と、該変圧器の１次巻線と帰還巻線との間に接続
   され、１次巻線に与えられる直流入力電圧をスイッチン
   グするスイッチング素子と、該スイッチング素子に対し
   て直流入力電圧から起動時の起動信号を与える起動回路
   と、前記スイッチング素子と変圧器の帰還巻線との間に
   接続され、所定の時定数で該スイッチング素子に対して
   正帰還をかける時定数回路と、前記スイッチング素子に
   流れる電流を検出して該スイッチング素子をオフさせる
   オフ・スイッチ回路と、前記変圧器の２次巻線に誘起す
   る電圧を整流平滑して負荷に供給する整流平滑回路とを
   有するスイッチングレギュレータにおいて、前記起動回
   路及び時定数回路とスイッチング素子との間に設けられ
   、該起動回路及び時定数回路の出力信号に基づいて該ス
   イッチング素子をオンさせるオン・スイッチ回路を有す
   ることを特徴とするスイッチングレギュレータ。