JPS63299773A - スイッチング電源装置 - 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 本発明は各種電子機器に利用されるスイッチング電源装
置に関するものである。

従来の技術 従来、この種のスイッチング電源装置は、第４図に示す
ような構成であった。第４図において、１は整流平滑回
路であり、ムＣ入力電圧を受電して入力直流電圧ｖｘＮ
に変換する。２はスイッチングトランスで、１次巻線２
１．バイアス巻線２２．２次巻線２３を有する。１次巻
線２１はその一端を前記整流平滑回路１の正電極へ接続
され、他端は主スイッチング素子３を介して前記整流平
滑回路１の負電極へ接続される。主スイッチング素子３
は制御回路８′の出力端子８２′からの出力パルスによ
ってオンオフする。４及び６は抵抗で、直列に接続され
て抵抗４のもう一端は前記整流平滑回路１の正電極に接
続され、抵抗６のもう一端は前記負電極へ接続される。

６はコンデンサで前記抵抗６と並列に接続され、前記抵
抗４と前記抵抗６の接続点にはダイオード７０カソード
及び前記制御回路８′のバイアス端子８１′が接続され
る。バイアス巻線２２の一端は前記ダイオード７のアノ
ードに接続され、他端は前記負電極へ接続される。尚、
バイアス巻線２２の極性は、ダイオード７及びコンデン
サ６からなる整流平滑回路によって、そのフォワード電
圧が整流平滑されるように設定する。

前記２次巻Ｎｊ２３はダイオード１１．コンデンサ１２
からなる整流平滑回路１０に接続され、前記２次巻線２
３に誘起されるフライバンク電圧を整流平滑し、ＤＣ出
力として供給する。ＤＣ出力は検知回路１３によって検
知され、その情報はフォトカブラ１４を介して前記制御
回路８′へ帰還される。尚、制御回路８′はその端子８
１−の電圧を検゛知して、動作の起動・停止を決する機
能と、フォトカブラ１４から帰還される情報に従ってＤ
Ｃ出力を安定化すべく、端子８２′からの出力パルスの
時比率を制御する機能を有している。以下その動作につ
いて説明する。

まずムＣ入力を受電すると、整流平滑回路１によって入
力直流電圧ｖＸＮに変換する。入力直流電圧ｖ４が発生
すると、抵抗４を介してコンデンサθが充電され、制御
回路８′の端子８１′には抵抗４及び５で決まるバイア
ス電圧ｖＢ　が印加される。

このバイアス電圧ＶＢ　が第１の規定値ｖＢｌに達する
と制御回路８′は動作を開始し、端子８２′から出力パ
ルスを出力する。この出力パルスによって主スイッチン
グ素子３がオンオフすることによシ入力直流電圧Ｖ工、
が交流電圧に変換されて１次巻線２１に入力される。す
るとその巻数比に応じた交流電圧がバイアス巻線２２及
び２次巻線２３に誘起される。バイアス巻線２２に誘起
された交流電圧のフォワード電圧はダイオード７及びコ
ンデンサ６で整流平滑され、制御回路８′のバイアス電
圧として端子８１′へ供給される。一方、２次巻線２３
に誘起された交流電圧のフライバック電圧は、整流平滑
回路１ｏによつてＤＯ比出力供給される。

ＤＣ出力は検知回路１３によって検知され、その情報は
フォトカブラ１４を介して制御回路８′へ帰還され、制
御回路８′はこの情報に基づいて、端子８２′からの出
力パルスの時比率を制御し、ＤＣ出力を安定化する。こ
の時、端子８１′へ印加されるバイアス電圧Ｖ、は、１
次巻線２１の巻数をＮ２．。

バイアス巻線２２の巻数をＮ２□、ダイオード７の順方
向電圧をｖＤ７とすると次式で表わせる。

すなわちバイアス電圧ｖＢ　は、起動前は抵抗４を介し
て供給され、起動後はバイアス巻線２３から入力直流電
圧Ｖ□にほぼ比例した電圧を供給される。次に五Ｃ入力
が低下し、入力直流電圧Ｖ□が低下すると、バイアス電
圧ｖＢ　　も低下し、バイアス電圧Ｖ、が第２の規定値
ｖ３２を下回ると、制御回路８′はその動作を停止し、
スイッチング電源装置も停止する。第５図は入力直流電
圧’１１Ｎと、制御回路８′の端子８１′のバイアス電
圧ｖＢについて。

起動から停止までの様子を示したものである。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、制御回路８′のバイアス電
圧ＶＢが入力電圧ｖｘＮにほぼ比例するために、広範な
入力電圧に対して動作することが困難である。父、バイ
アス電圧としてバイアス巻線のフライバック電圧全利用
する方法もあるが、この場合、バイアス電圧は出力電圧
とほぼ比例し、その変動は入力電圧に依らず安定したも
のが得られるが、入力直流電圧の低下を検知して停止す
るために、起動抵抗とは別に入力直流電圧を検知する抵
抗を必要とすることになる。通常、入力直流電圧は数百
Ｖに及ぶ高電位のため、このような抵抗は効率低下にも
なる上、設計上不便である。

本発明はこのような問題点を解決するもので。

バイアス電圧として安定なバイアス巻線のフライバック
電圧を利用し、さらに起動後は起動抵抗を入力電圧の検
知に転用する手段を提供することを目的とするものであ
る。

問題点を解決するだめの手段 この問題点を解決するために本発明は、出力電圧を安定
化すべく時比率を決定し主スイッチング素子を駆動させ
る機能を備えた制御駆動回路に加えて、入力直流電圧を
抵抗分割して得られる模疑入力電圧を検知して規定電圧
と比較し、その情報を送出する入力電圧検知回路と、バ
イアス巻線に発生する交流電圧のフライバック電圧を整
流平滑して前記制御駆動回路に必要なバイアス電圧を供
給するダイオードとバイアス用コンデンサからなる整流
平滑回路と、前記模疑入力電圧部とバイアス電圧部を連
結するスイッチ回路と、バイアス電圧全検知し前記入力
電圧検知回路の情報を得て前記制御駆動回路を起動停止
すると同時に前記スイッチ回路を開閉する機能を持った
バイアス電圧検知回路とからなるバイアス回路を備えた
構成としたものである。

作用 この構成とすることによシ、起動前はスイッチ回路をオ
ンにしておき、模疑入力電圧からバイアス電圧を供給し
、模疑入力電圧及びバイアス電圧がそれぞれ設定された
規定電圧を超えると起動させ、起動後はスイッチ回路を
オフにして、入力電圧検知回路は模疑入力電圧を、バイ
アス電圧検知回路はバイアス巻線のフライバック電圧か
ら供給されるバイアス電圧を検知することができ、入力
電圧が低下して模疑入力電圧が前記規定電圧あるいはヒ
ステリシスを持つように別に設定された規定電圧を下回
ると停止し、又、過電流動作等によってバイアス電圧が
低下し、バイアス電圧が前記規定電圧あるいはヒステリ
シスを持つように別に設定された規定電圧を下回ると停
止し、停止後はスイッチ回路をオンして再び起動前の状
態に戻すことによって、起動抵抗と入力電圧検出用抵抗
を兼ねさせ、入力電圧に依らない安定なバイアス電圧を
制御回路に供給することが可能となる。

実施例 第１図は本発明の実施例によるスイッチング電源装置の
回路構成図であシ、第１図において、１はＡＣ入力を直
流入力電圧に変侠する整流平滑回路であシ、２は１次巻
線２１．バイアス巻線２２゜２次巻線２３を備えたスイ
ッチングトランスであシ、３は主スイッチング素子、４
及び６は起動抵抗で抵抗値はそれぞれＲ４，Ｒ５とする
。６はバイアス用コンデンサ、７はダイオード、８は入
力電圧検知回路８１．バイアス電圧検知回路８２．スイ
ッチ回路８３を備えたバイアス回路であシ、９は制御駆
動回路、１０は２医者ＩＩＭ２３に発生するフライバン
ク電圧ヲ贅流平滑して出力直流電圧を供給するダイオー
ド１１及びコンデンサ１２から構成される整流平滑回路
であシ、１３は出力直流電圧４！知してフォトカブラ１
４ｔ−介して制御駆動回路９へ帰還させる検知回路であ
る。第２図は第１図のバイアス回路８をよシ具体釣に示
した回路の一実施例と、抵抗４及び６．ダイオード７゜
バイアス用コンデンサ６、バイアス巻線２２を示したも
のである。第２図において、３０〜３６はＰＮＰ　）ラ
ンジスタで、１）カレントミラーを構成する。３６〜３
８はツェナーダイオードであシ、ツェナー電圧はそれぞ
れｖＺＳ６　’　ｖＺ５７１　ｖＺ５Ｂである。３９．
４０は抵抗であり、抵抗値はそれぞれＲ３９１Ｒ４０で
ある。４１〜４６はＮＰＮ　）ランジスタ、４７はコン
パレータであワ、以上３０〜４７で第１図の入力電圧検
知回路８１に相当する。

４８は抵抗、４９．５０はダイオード、５１はＮＰＮ）
ランジスタであり、以上４８〜６１で第１図のスイッチ
回路８３に相当する。６２〜６６゜６６と５７はＰＮＰ
　）ランジスタでそれぞれカレントミラーを構成する。

６８〜６７はＮＰＮ　）ランジスタ、６８〜Ｔｏはツェ
ナーダイオードであり、ツェナー電圧はそれぞれｖＺ６
Ｂ’　ｖＺ６９’　ｖ１７０である。７１〜７５は抵抗
であり、抵抗値はそれぞれＲ７１・Ｒ７２１Ｒ７！ｌ”
７４・Ｒ７５である０以上５２〜７４で第１図のバイア
ス電圧検知回路８２に相当する。また、抵抗４及び５の
接続点の電位は模疑入力電圧Ｖ、で、バイアス用コンデ
ンサ６の両端電圧はバイアス電圧ｖＢ　で、制御駆動回
路９はその内部の動作に必要な内部バイアス電圧ｖＲを
バイアス電圧検知回路８２から供給され、内部バイアス
電圧ｖ８　の供給の有無によって制御駆動回路９の起動
停止を決めるものとする。第３図は起動から停止までの
模擬入力電圧ｖ４．バイアス電圧Ｖ、の変化を示したも
のである。ｖＴＩＮ　は入力電圧検知口□路がｖｌ　　
と比較する規定電圧であり、ｖＴＩｌｌ　＝ｖＺ５７　
”　ｖＺ５Ｂ　　テ”る。ｖＴＩＩ２１　ｖＴＴ１５は
バイアス電圧検知回路がｖＢ　　と比較する規定電圧で
あり、トランジスタ６１のペース・エミッタ間電圧をｖ
ＢＫ６．とすると・それぞれｖＴＨ２＝ｖ１６８＋ｖＺ
６９＋ｖＢＮ６．ＩＶｙＢ３”Ｖｚ６６＋ｖＢｚ６１　
　テｈル。以下１７ｍ動作ｔ−説明する。

ムＣ入力を受電した整流平滑回路１は、これを直流入力
電圧Ｖエヨに変換する。直流入力電圧ｖ４が発生すると
抵抗４を介して起動電流が流れて模擬入力電圧Ｖ、が発
生し、ダイオード４９．トランジスタ６１を介してバイ
アス用コンデンサ６を充電し、バイアス電圧Ｖ、が発生
する。尚、この時トランジスタ５８は動作しておらず、
トランジスタ５１は抵抗４８を介して模擬入力電圧Ｖ、
からペース電流を供給されている。ダイオード４９はこ
のベース電流を充分供給させるために模擬入力電圧ｖ１
とバイアス電圧ＶＢ　に電位差を作るだめのものである
。模擬入力電圧ｖ１　が発生すると抵抗４０を介してト
ランジスタ４１にベース電流が流れ、トランジスタ４１
は能動状態になり、トランジスタ３０，４１、抵抗３９
、ツェナーダイオード３７へ電流が流れる。模擬入力電
圧Ｖ、が上昇し、この電流が増えると、抵抗３９の両端
電圧はトランジスタ４２を正バイアスし、トランジスタ
４２も能動状態となる。トランジスタ４２のペース・エ
ミッタ間電圧をＶ□４□とすると、電流値ｖＢｘ４□／
Ｒ５９がトランジスタ３０〜３６のミラー電流を決める
。ｖｌ＜ｖＴＩｌｌ（＝ｖ２３７＋ｖ２３８）ノ時、コ
ンパレータ４７はＨを出力し、トランジスタ６２をオン
している。従ってトランジスタ６１はオフであり、トラ
ンジスタ５２〜５５のカレントミラーは動作しない。又
、トランジスタ４６と６５もカレントミラーを構成して
おり、トランジスタ６５がオン状態にあるので、トラン
ジスタ６６．６７はオフしておりｖＲは発生しない。ト
ランジスタ４３．４４はカレントミラーを構成し、ツェ
ナーダイオード３８ヘツエナー電流を供給する。模擬入
力電圧ｖ１　　が上昇しＶ、＞Ｖ□、となると、コンパ
レータ４７は反転し、トランジスタ６２はオフとなるの
でトランジスタ６１は能動可能となる。

ｖＩＩ　＞　ｖＺ６？　”　ｖＺ６８となると、ツェナ
ーダイオード６９゜抵抗７２．ツェナーダイオード６８
．トランジスタ６３に電流が流れる。トランジスタ６３
はトランジスタ４５とカレントミラーを構成しており、
能動状態にある。さらにＶＩＩ＞Ｖ第２となると、トラ
ンジスタ６０．８１がそれぞれベース電流を供給されて
オンし、トランジスタ５２，６０．抵抗７１、トランジ
スタ６１へ電流が流れるので、トランジスタ６２〜５６
のカレントミラーが動作する。トランジスタ６４は抵抗
７３及びトランジスタ６４のペースへ電流を供給し、ト
ランジスタ６４をオンする。すると、トランジスタ６６
はオフし、トランジスタ６６を介して、トランジスタ６
６．８７のベース電流、ツェナーダイオード７ｏのツェ
ナー電流が流れ、ｖｒｖＺ７０　　”Ｂ　Ｎ　６７　　
カが発生し、制御駆動回路９が動作を開始する。同時に
トランジスタ５７，８６．抵抗７４を電流が流れるので
、トランジスタ６７とカレントミラーヲ構成するトラン
ジスタ６６が動作し、トランジスタ６９へ電流が流れる
。するとトランジスタ５９とカレントミラーを構成する
トランジスタ５８が動作し、模擬入力電圧ｖ１　　から
抵抗４８を介して流れていたトランジスタ５１のベース
電流を引抜き、トランジスタ５１をオフにする。すなわ
ちスイッチ回路８３をオフにするのである。ダイオード
６０はトランジスタ５１のオフ時のペース・エミッタ逆
電圧保護用である。トランジスタ６３は起動後のトラン
ジスタ６０のベース電流及びツェナーダイオード６８の
ツェナー電流（トランジスタ６１のベース電流を含むこ
とは明らか）を供給する。従って起動後バイアス電圧Ｖ
、が低下しても動作を続けるのである。以上の動作で起
動し、制御駆動回路９がスイッチング素子３をドライブ
してオンオフさせると、直流入力電圧ｖＩｌ＋は高周波
交流電圧に変換され、１次巻線２１へ印加され、バイア
ス巻線２２．２次巻線２３に巻数比に応じた高周波交流
電圧が誘起される。バイアス巻線２２に誘起された高周
波交流電圧のうち、フライバンク電圧がダイオード７、
バイアス用コンデンサ６にて整流平滑し、起動後のバイ
アス電圧Ｖ、として制御駆動回路９に供給される。２医
者＃２３に誘起された高周波交流電圧もそのフライバッ
ク電圧がダイオード１１及びコンデンサ１２からなる整
流平滑回路１ｏを介して直流出力電圧に変換される。直
流出力電圧は検知回路１３によって検知され、その情報
はフォトカプラ１４を介して制御駆動回路９へ帰還され
、制御駆動回路９は直流出力電圧を安定化すべく主スイ
ッチング素子３のオンオフの時比率を制御する。さて動
作中は前記スイッチ回路８３がオフとなっているので模
擬入力電圧Ｖ、とバイアス電圧Ｖ、は切シ離され、模擬
入力電圧Ｖ、には入力直流電圧Ｖ０屓に比例した電圧が
印加されている。ツェナーダイオード３６は入力直流電
圧Ｖ工、の上昇と共に模擬入力電圧ｖ１が上昇し、入力
電圧検知回路８１に高電圧が印加されるのを防ぐため、
模擬入力電圧ｖ１をクランプする。次に停止の動作は入
力直流電圧ｖ１Ｎが低下し・模擬入力電圧ｖ１　　が規
定電圧Ｖ、ヨ。

を下回ると、起動時に説明した動作と逆に、コンパレー
タ４７が再度反転し、トランジスタ６２がオンし、トラ
ンジスタ６１をオフすることによりバイアス電圧検知回
路８２を動作させているトランジスタ５２〜６５のカレ
ントミラーの動作を止めると同時に、トランジスタ６６
をオンさせ、内部バイアス電圧ｖＲを落とすことで、制
御駆動回路９の動作を停止させる。この時、スイッチ回
路８３はトランジスタ６８がオフするため、トランジス
タ６１はオンし、起動前の状態に戻るのである。通常、
起動停止には入力直流電圧Ｖ□のヒステリシスを設ける
が、本回路構成の場合、起動前の模擬入力回路Ｖ、はス
イッチ回路８３がオンであるので、入力直流電圧Ｖ□か
ら抵抗４を介して流れる電流はバイアス電圧ｖＢ　への
供給電流が加算され、起動後はスイッチ回路８３がオフ
し、バイアス電圧ｖ！ｌ　への供給電流が無くなるので
、抵抗４の電位降下に差ができ、同じ入力直流電圧ｖＩ
Ｈに対して起動前の模擬入力電圧ｖ１　　は起動後の模
擬入力電圧Ｖ、より低くなるため、模擬入力電圧Ｖ、そ
のものにヒステリシスを設けなくても、動作上入力直流
電圧ｖＩ）Ｉには起動停止のヒステリシスが生じる。抵
抗７５はこれを積極的に利用するもので、起動前のバイ
アス電圧、ｖＢへの供給電流を故意に増やし、ヒステリ
シスを調整するだめのものである。入力電圧検知回路８
１で消費する電流を工１．バイアス電圧検知回路８２で
消費する電流をＩ、　　（これには抵抗７５に流れる電
流も含む）とすると、起動時の入力直流電圧ｖ、Ｎは＝
　（１＋　−）ＶＴＨ１＋Ｒ４（Ｉ、　＋Ｉ、　）で表
わされ、停止時の入力直流電圧Ｖ。）ｌはで表わされ、
Ｒ４・工２のヒステリシスが得られる。

一方、本回路構成では、バイアス電圧停止回路８２にも
独自の停止電圧が設定されている。動作中のバイアス電
圧ｖ！ｌ　は、直流出力電圧と同様にフライバック電圧
を整流平滑して得られるので、直流出力電圧に比例して
いる。

すなわち過電流保護動作や出力短絡等で直流出力電圧が
低下するとバイアス電圧Ｖ、も低下し、ＶＢ　＜ｖ？Ｈ
５（＝Ｖｚ６Ｂ　＋ｖＢｚ６５）　　（！：　ナルト、
トランジスタ６１はペース電流の供給を断たれてオフし
、トランジスタ５２〜５６のカレントミラーは動作を停
止し、トランジスタ６６がオンして内部バイアス電圧ｖ
Ｒを落として制御駆動回路９を停止させ、スイッチ回路
８３をオンして起動前の状態に戻すのである。この場合
は、入力直流電圧ｖ４の低下による停止とは異なるため
、再び起動がかかり、起動後はバイアス電圧ｖＢが低下
し、停止という具合に起動・停止を繰返す。このように
本回路構成は出力短絡に対しても短絡電流を制限すると
いう保護機能も有している。

発明の効果 以上のように本発明によれば、広範な入力電圧に対して
安定したバイアス電圧を制御回路に供給できる上に、起
動抵抗を入力電圧検出抵抗を兼ねて使用で・きるので、
損失を低減でき、回路設計上も、高電位な直流入力電圧
に接続しなければならない部品を削減できるので、実用
上多大な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるスイッチング電源装置
の回路構成図、第２図は第１図に記載されているバイア
ス回路とその周辺部品を示す回路図、第３図は本発明に
よる回路の要部波形図、第４図は従来の回路構成図、第
５図は従来の回路構成における要部波形図である。 １・・・・・・整流平滑回路、２・・・・・・スイッチ
ングトランス、３・・・・・・主スイッチング素子、４
．６・・・・・・抵抗、６・・・・・・バイアス用コン
デンサ、７・・・・・・ダイオード、８・・・・・・バ
イアス回路、９・・・・・・制御駆動回路。 １０・・・・・・整流平滑回路、１１・・・・・・ダイ
オード。 １２・・・・・・コンデンサ、１３・・・・・・検知回
路、１４・・・・・・フォトカブラ、２１・・・・・・
１次巻線、２２・・・・・バイアス巻線、２３・・・・
・・２次巻線、３ｏ〜３６・・・ＰＮＰ）ランジスタ、
３６〜３８・・・山ツェナーダイオード、３９．４０川
・抵抗、４１〜４６・・・・・・ＮＰＮ）ランジスタ、
４７・・・・・・コンパレータ、４８・・・・・抵抗、
４９．５０・・・・・ダイオード、５１・・・・・・Ｎ
ＰＮ　トランジスタ、５２〜６了・川・・ＰＩＰトラン
ジスタ、６８〜６７・・・・・・ＮＰＮ）ランジスタ、
６８〜了０・・・・・・ツェナーダイオード、７１〜７
６・・・・・・抵抗、８１・・・・・・入力電圧検知回
路、８２・・・・・・バイアス電圧検知回路、８３・・
・・・・スイッチ回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電圧を受電し、整流平滑した入力直流電圧を、制御
   された時比率でスイッチングする主スイッチング素子に
   よって交流電圧に変換し、１次巻線、２次巻線、バイア
   ス巻線を備えたスイッチングトランスの１次巻線に入力
   し、前記２次巻線から出力される交流電圧のフライバッ
   ク電圧を整流平滑して、規定の直流出力電圧を供給する
   構成とし、前記時比率を決定し前記主スイッチング素子
   を駆動させる機能を備えた制御駆動回路に加えて前記入
   力直流電圧を抵抗分割して得られる模疑入力電圧を検知
   して規定電圧と比較し、その情報を送出する入力電圧検
   知回路と、前記バイアス巻線に発生する交流電圧のフラ
   イバック電圧を整流平滑して前記制御駆動回路に必要な
   バイアス電圧を供給するダイオードとバイアス用コンデ
   ンサからなる整流平滑回路と、前記模疑入力電圧部とバ
   イアス電圧部を連結するスイッチ回路と、前記バイアス
   電圧を検知し、前記入力電圧検知回路の情報を得て、前
   記制御駆動回路を起動停止すると同時に前記スイッチ回
   路を開閉する機能を持ったバイアス電圧検知回路とから
   なるバイアス回路を備えたスイッチング電源装置。