JPS6285671A - スイツチング式電源装置 - 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、コンバータ用トランスの１次電流をトランジ
スタを用いてスイッチングし、そのトランスの２次側に
設けた整流回路から直流出力をとり出すスイッチング式
電源装置に関する。

「従来の技術」 スイッチング式電源装習は、小型軽量化された定電圧電
源としてコンピュータ等の電子機器に広く使用されてい
る。第４図に、このようなスイッチング式電源装置の基
本的な回路例オ・示した。

この回路は、直流電源１とこの型読電流をスイッチング
するスイッチングトランジスタ２と、１次側と２次側の
電気的な絶縁と出力電圧ＡｊＭ整のために挿入されるト
ランス３と、２個の整流素子４および漏洩用コンデンサ
５とチョークコイル９とから成る倍電圧整流回路６．、
！：、出力電圧を検出する電圧検出回路７と、スイッチ
ングトランジスタ２のスイッチングを制御する駆動回路
８とから構成されている。

このようなスイッチング式電源装置において、スイッチ
ングトランジスタ２が電源電流のスイッチングを行うと
、トランス３の鉄心内の磁束密度Ｂと磁界Ｈとの関係は
、第５図に示したようなヒステリシスループ１１を描く
。ここで、スイッチングトランジスタ２のオン時間が長
くなりこれに比べてオフ時間が短くなると、第６図に示
したように、実線のヒステリシスループ１１が破線のル
ープ１２のように右方に移動する。さらにオン時間を長
くすると、第７図に示した破線のヒステリシスループ１
３のように、トランス３の鉄心を飽和させてしまう。こ
のような現象を偏磁現象と呼んでおり、この偏磁現象へ
の突入によって、スイッチングトランジスタ３に過大な
電流が流れてこれを破損してしまうことがある。

第８図に、スイッチングトランジスタのベース電流Ｉ、
とコレクタ電流Ｉ。との関係を示す波形図を示した。

ベース電流■８　は、図のような波形で供給される。コ
レクタ電流工。は、このベース電流■、に対して、遅延
時間１ｄだけ遅れて立上りを開始する。そして、立上り
時間ｔ、の後スイッチオン状態となる。ベース電流■８
がオフとなっても、スイッチングトランジスタ内にキャ
リアが残留して一右り、一定時間オン状態が持続してか
ら立下りを開始する。この時間をストレージタイムｔｓ
ｔｇ　　と呼んでいる。その後立下り時間ｔ、で立下り
、スイッチオフの状態に戻る。

第９図に、上記立上り時間ｔ　ｒ　ｓ立下り時間ｔｒ、
ストレージタイムｔ　ｓｔｑ　の温度特性のグラフを示
した。

このように、立上り時間ｔ７　と立下り時間ｔ。

とはほぼ同程度に変化し、スイッチング時間に大きな影
響はない。ところが、ストレージタイムｔｓｔｑ　は、
１００℃につきｌμｓ〔マイクロ秒〕延びるため、これ
はスイッチオンの時間をそのまま延長させてしまうよう
作用する。

従って、例えば大きな負荷がかかり、スイッチングトラ
ンジスタが許容される最大オン時間で動作している場合
に、ケース温度が上昇していくと、許容オン時間を越え
てしまい、偏磁現象へ突入するおそれがある。

従来のスイッチング式電源装置においては、このような
事態が生じないように、使用温度範囲でスイッチングト
ランジスタのオン時間が一定値以下となるように、最大
オンデユーテイ（オン時間／スイッチングの周期）を決
定していた。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、オンデユーテイを小さくすると、必要な出力
電圧を得るために、トランスの巻線比すなわちコンバー
ク比をアップさせなければならない。

このために、２次ピーク電圧が上昇して、整流回路の整
流用ダイオードを高耐圧化しなければならなくなる。ま
た、この回路にローロスダイオードやスイッチングスピ
ードの速いダイオードを使用することが困難になる。さ
らに、スイッチングノイズが上昇する等の問題も生じる
。

しかも、例えばスイッチングトランジスタを冷却するた
めのクーリングファンが故障したような場合、スイッチ
ングトランジスタが温度上昇して偏磁現象へ突入し、装
置が破壊してしまうような事故を完全に防止することが
できない。

本発明は以上の点に着目してなされたもので、このよう
な温度上昇に伴う偏磁現象への突入を防止したスイッチ
ング式電源装置を提供することを目的とするものである
。

「問題点を解決するための手段」 本発明のスイッチング式電源装置は、変圧器と、この変
圧器の１次側において１次電流をスイッチングするスイ
ッチングトランジスタと、上記変圧器の２次側に設けら
れた整流回路と、この整流回路の出力電圧を検出する電
圧検出回路と、上記スイッチングトランジスタの温度を
検出する温度検出回路と、この温度検出回路および電圧
検出回路の検出出力にもとづいて上記スイッチングトラ
ンジスタのスイッチングのオン時間を制御する駆動回路
とから成り、この駆動回路は、温度検出回路の検出する
スイッチングトランジスタの温度が−定値以下の場合は
、電圧検出回路の検出する出力電圧が低下するほど上記
オン時間を延長して出力電圧を安定化するよう動作し、
スイッチングトランジスタの温度が一定値を越えた場合
、出力電圧に係り無く」二足オン時間の延長を制御する
よう動作することを特徴とするものである。

「作用」 このように、スイッチングトランジスタの温度を検出す
る温度検出回路を設けてその温度が一定値を越えたとき
は、オン時間を制限してし、まう。

これによって、ストレージタイムの増加によるオン時間
の増大と偏磁現象への突入を防止することができ、従来
よりもオンデコーテ、イを大きく設計しコンバータ比を
低４くすることが可能になる。

「実施例」 （回路構成） 第１図は本発明のスイッチング式電源装置の実施例を示
す結線図である。

この回路は、一般にＦＦＣ（フィード・フォワード・コ
ンバータ）と呼ばれている一方式のスイッチングｊ／ギ
ュｌ／−夕である。

トランス２１の１次コイルには、センタータップが設：
、１′られ１、−こに直流電源２２が接続されている６
、そして、この１次コイルの一方は電圧クリップ用のダ
イオード２３を介しで接地され、他方はエミッタ接地さ
れたスイッチングトランジスタ２４のコレクタに接続さ
れている。トランス２１の２次側には、整流用ダ・イオ
ード２６．２７の２個と、チち−りつイル２８と、漏波
用コンデンサ２９とで構成された両波整流回路３１が設
けられている。

この回路の出力は端子３２から取り出されるが、その直
前において、一対の分圧用抵抗器３３１．３３２の接続
点から電圧をとり出４−電圧検出部３３と、その出力電
圧と基準電圧設定回路３４の電圧とを比較してその差電
圧を増幅して取り出すエラーアンプ３５とが設けられて
いる。このエラーアンプ３５の出力電圧は、のこぎり波
発生回路４１の出力電圧と共にコンパレータ３６に入力
する。七、記検出部３３からこのコンパレータ３６まで
で電圧検出回路３９が構成されている。

一方、スイッチングトランジスタ２４のケース外壁等に
取り付けたザーミスタ４２と、これと直列に接続した抵
抗器４３と、その接続点に接続したダイオード４４と、
一対の分圧用抵抗器４５．４６とから、スイッチングト
ランジスタの温度に対応する電圧が取り出され、のこぎ
り波発生回路４１の出力電圧と共にコンパレータ４７に
人力する。これらによって、温度検出回路４９が構成さ
れている。

」二足電圧検出回路３９の出力信号と温度検出回路４９
の出力信号とは、アンド回路５１を経て駆動回路５２に
人力する。駆動回路５２はパルストランス５３と、その
１次電流をオンオフするトランジスタ５４と、電圧クリ
ップ用ダイオード５６と、バイアス用抵抗器５７．５８
と、その２次側に設けられたバイアス用抵抗器５９．６
０とから構成されている。パルストランス５３の１次側
の中間タップには駆動用の電源電圧Ｖｃｃが供給されて
いる。

（回路の動作） 以上の構成の回路は次のようｊこ動作する。

電圧検出回路３９において、エラーアンプ３６は電圧検
出部３３の出力電圧と基準電圧とを比較して出力電圧の
変動誤差を増幅ｊ、て出力する。っ第２図ａにこの電圧
ＥＰＩを示した６、一方、のこぎり波発生回路４１は、
同図ａに示したような電圧Ｅ、を出力する。

フンパレータ３６からは同図すに示したような出力信号
ＥＰ２が得られる。この信号は極性を反転してみるこ、
−！−とし、図のχ印で：八した申出りをそのパルス幅
とみることにする１、すなわち、電圧検出部３３の出力
電圧が上昇するとそのパルス幅りが狭くなり、低下する
とそのパルス幅りが広くなる。

これにより、スイッチングトランジスタ２４のベース電
流を制御すれば、出力電圧の安定化が図れる。

温度検出回路４９においても同様にし、て、ス・イブチ
ングトランジスタ２４の温度に対応する電圧Ｅｔ　との
こぎり波発生回路の出力Ｅ、、、とが比較され（［ＩＣ
）、コンパレータ４７から同図ｄに示したような出力信
号Ｅ　ｔ　２が得られる。

この場合、温度が上昇するとパルス幅Ｄ′が次第に狭く
なるようになっている。

次にコンパレーク３６と４７の出力電圧をアンド回路５
１に入力すると、このアンド回路５１からは第２図ｆに
示すように、２つのコンパレータの出力のいずれか狭い
方の幅のパルスが出力される。

すなわち、第２図の左半分のＡ領域では、電圧検出回路
３９の出力信号がそのままアンド回路５１との出力信号
となり、図の右半分のＢ領域では、温度検出回路４９の
出力信号がそのままアンド回路５１の出力信号となって
合成信号ＥＢ　が形成される。

駆動回路５２は、このアンド回路５１の出力信号を用い
て、パルストランス５３を介してスイッチングトランジ
スタ２４のベース電流を制御する。

このスイッチングトランジスタ２４０ペース電流工８　
を第２図ｆに示した。

これによって、第２図のＡ領域では、このスイッチング
式電源装置は電圧検出回路３９と駆動回路５２の作用に
よって定電圧出力特性が保たれている。しかし、スイッ
チングトランジスタ２４の温度が上昇して許容動作範囲
を越えると、同図Ｂ−領領域示したように、温度検出回
路４９がスイッチングトランジスタ２４のオン時間を制
限してしまう。

このときストレージタイムの延長によっであるレベルま
では定電圧出力特性を保つことができる。

さらに温度上昇があれば出力電圧が低下してもオン時間
の増大を抑え、スイッチングトランジスタ２４を保護す
るよう動作する。

第３図はこのような動作時のスイッチングトランジスタ
２４のベース電流■、とコレクタ電流工。の関係を示す
。

同一のオン時間ｔｓｗ（同図ａ）を１辱るために、スイ
ッチングトランジスタが低温のときは同図すのようなベ
ース電流を供給し、温度上昇したときは同図Ｃのような
ベース電流を供給する。もし、温度上昇があっても同じ
ベース電流を供給したような場合は、オン時間がｔ２　
だけ延びて偏磁現象へ突入する等の危険性がある。本発
明の回路では、このｔ２分が、高温時の供給ベース電流
から図のように差し引かれ、スイッチング式電源装置の
保護を図っているのである。

「変形例」 本発明のスイッチング式電源装置は以上の実施例に限定
されない。

例えば温度検出回路の温度検出には、サーミスタ以外に
、ポジスタ、ダイオードなど各種の感温部材を用いるこ
とができ、その検出信号の処理もそれに応じて変更して
さしつかえない。

また、本発明は、一方式のスイッチング式電源装置に限
らず、ＰＷＭ　（パルス幅コントロール〉方式のもので
もあれば種々の装置に適用が可能である。

「発明の効果」 以上説明した本発明のスイッチング式電源装置は、スイ
ッチングトランジスタの温度上昇にともなう偏磁現象を
防止し、信頼性を向上させるとともに、その設計を容易
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスイッチング式電源装置の実施例を示
す結線図、第２図はその回路各部の出力信号の波形図、
第３図はそのスイッチングトランジスタのベース電流と
コレクタ電流の関係を示す波形図、第４図は従来のスイ
ッチング式電源装置の基本的回路構成を示す結線図、第
５図から第７図まではそのトランスの鉄心のＢ−８曲線
を示すグラフ、第８図はスイッチングトランジスタのベ
ース電流とコレクタ電流の関係を示す波形図、第９図は
そのスイッチング時間の温度特性を示すグラフである。 ２１・・・・・・変圧器、 ２４・・・・・・スイッチングトランジスタ、３１・・
・・・・整流回路、３９・・・・・・電圧検出回路、４
９・・・・・・温度検出回路、５２・・・・・・駆動回
路。 出　願　人　　　富士ゼロックス株式会社代　　理　　
人　　　　　弁理士　　山　　内　　梅　　雄第２図 第３図 第５図　　　　第６図 第７　図 胃 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 変圧器と、この変圧器の１次側において１次電流をスイ
   ッチングするスイッチングトランジスタと、前記変圧器
   の２次側に設けられた整流回路と、この整流回路の出力
   電圧を検出する電圧検出回路と、前記スイッチングトラ
   ンジスタの温度を検出する温度検出回路と、この温度検
   出回路および電圧検出回路の検出出力にもとづいて前記
   スイッチングトランジスタのスイッチングのオン時間を
   制御する駆動回路とから成り、この駆動回路は、温度検
   出回路の検出するスイッチングトランジスタの温度が一
   定値以下の場合は、電圧検出回路の検出する出力電圧が
   低下するほど前記オン時間を延長して出力電圧を安定化
   するよう動作し、スイッチングトランジスタの温度が一
   定値を越えた場合、出力電圧に係わり無く前記オン時間
   の延長を制限するよう動作することを特徴とするスイッ
   チング式電源装置。