JPS64917B2

JPS64917B2 -

Info

Publication number: JPS64917B2
Application number: JP10054883A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kurokawa; Hideo Kyono
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1983-06-06
Filing date: 1983-06-06
Publication date: 1989-01-09
Also published as: JPS59226656A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、直流電圧をスイツチング素子を用い
てパルス電流に変換しこのパルス電流をパルスト
ランスを介して取り出した後整流して再び直流電
圧とするスイツチング電源装置に係り、詳しくは
負荷変動に伴う前記スイツチング素子のドライブ
不足によつて該スイツチング素子の不飽和状態下
での動作による熱的破壊を防止したスイツチング
電源装置に関する。

（背景技術）フアクシミリ等の複合機器に用いられるスイツ
チング電源装置として、例えば、次のようなもの
が提案されている。即ち、直流電圧をパワートラ
ンジスタ等のスイツチング素子を用いて開閉する
ことによりパルス電流に変換する駆動部と、１次
側巻線、２次側巻線及び補助巻線を有し１次側巻
線に与えられる前記パルス電流を昇圧もしくは降
圧して２次側巻線から出力するパルストランス
と、前記２次側巻線から与えられるパルス電流を
整流して直流電圧を得る２次出力部と、前記スイ
ツチング素子の導通角を制御して前記１次側巻線
に流れるパルス電流を制御する制御部と、前記２
次出力部の直流出力電圧を検出しこの検出値と定
格値との変動分をを前記制御部に帰還するフイー
ドバツク部と、前記補助巻線に誘起される高周波
電圧を整流して前記駆動部及び制御部に直流電圧
を供給する補助電源部とを有するスイツチング電
源回路を複数個備え、同一の交流電源を整流して
直流電圧に変換した後該直流電圧を前記複数の駆
動部に与えるように構成されている。

以上の構成において、各２次出力部に接続され
る負荷の変動により、各２次出力部の出力電圧が
定格値から変化した場合には、各スイツチング電
源回路では、それぞれ出力電圧の変化分をフイー
ドバツク部を介して制御部に帰還し、制御部で駆
動部内のスイツチング素子の導通角を変化させて
１次側のパルス電流のパルス巾を変えることによ
り、各出力電圧を常に定格値に保つように制御
し、これによつて各スイツチング電源回路では相
互に無関係に負荷の種類に応じた定電圧を出力す
ることができる。

しかし、このスイツチング電源装置にあつて
は、負荷変動の大きい大出力容量のスイツチング
電源回路において、出力電流が大巾に変動した場
合、例えば、フアクシミリのサーマルヘツドプリ
ンタにおいて駆動部内のスイツチング素子の導通
角（デユーテイサイクル値）が大巾に変化し、特
に無負荷の場合には導通角が小さくなつて補助電
源部の出力電圧が低下し、これによつて制御回路
によつて駆動されるスイツチング素子がドライブ
不足になつて非飽和状態で動作するようになるた
め、該スイツチング素子がジユール熱によつて破
壊する恐れがある。特に駆動部及びパルストラン
スを大容量が取り出せるフオワード方式（オン―
オン方式）、すなわちスイツチング素子がオン状
態の時にパルストランスの２次側巻線に電流を供
給する方式で構成し、安定度を確保して最大出力
を取り出そうとするようなスイツチング電源回路
に発生しやすい。

このようなスイツチング素子の破壊を防止する
方法として、一定負荷で動作している補助電源か
ら、負荷変動の大きい側の駆動部と制御部へ電力
を供給して該駆動部及び制御部を駆動する方式も
考えられる。すなわち負荷変動の大きい側の補助
巻線と補助電源とを不要とするものである。しか
しこのように構成すると、負荷変動の大きい電源
回路側の２次出力部が最大出力で動作している時
に、一定負荷で動作している電源回路側の複数の
出力部を有する２次出力部の一部に短絡事故があ
つた場合に、この電源回路側の補助電源出力が低
下するため、これから電力供給を受けて動作して
いた駆動部内のスイツチング素子がドライブ不足
となつて破壊する恐れがある。

（発明の目的および構成）本発明は上記に鑑みてなされたものであり、駆
動部内のスイツチング素子の破壊を防止するた
め、負荷変動の大きい電源回路側のパルストラン
スにも補助巻線を設け、この補助電源部で作つた
補助電源出力と、負荷変動の小さい電源回路側で
作つた補助電源出力とを、その出力端子間でダイ
オード等の整流素子を介して接続するようにした
スイツチング電源装置を提供するものある。

（実施例）以下本発明によるスイツチング電源装置を詳細
に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示し、複数の補助
電源出力端子間を整流素子で接続した構成におい
て先に提案したものと相違する。なお、第１図
は、例えばフアクシミリに用いられる回路構成例
が示される。

すなわち、このスイツチング電源装置は、フイ
ルタ１を介して供給される商用交流電圧を整して
直流電圧を出力する整流部２と、この整流部２に
並列接続され前記直流電圧をパワートランジスタ
等のスイツチング素子を用いて開閉することによ
りパルス電流に変換する駆動部３，４と、１次側
巻線、２次側巻線及び補助巻線を有し１次側巻線
に与えられる前記パルス電流をそれぞれ昇圧もし
くは降下して各２次側巻線から出力するパルスト
ランス５，６と、前記２次側巻線からそれぞれ与
えられるパルス電流を整流して各直流電圧を得る
２次出力部７，８と、前記各スイツチング素子の
導通角を制御して前記各１次側巻線に流れるパル
ス電流をそれぞれ制御する制御部９，１０と、前
記各２次出力部７，８の直流出力電圧を検出しこ
の検出値と定格値との変動分を前記各制御部９，
１０に帰還するフイードバツク部１１，１２と、
前記各補助巻線に誘起される高周波電圧を整流し
て前記駆動部３，４及び制御部９，１０にそれぞ
れ直流電圧を供給する補助電源部１３，１４と、
前記各２次側巻線の電圧を検出しその検出信号を
前記制御部９，１０へそれぞれ帰還して出力側の
短絡や負荷が重くなつたりした場合に過電流が流
れるのを保護する過電流保護部１５，１６と、前
記補助電源部１３と１４の出力端子間に接続され
るダイオード等の整流素子２００とから構成され
ている。ここで、駆動部３，４と制御部９，１０
は１次側巻線に流れるパルス電流を制御する制御
回路を構成している。そして、このスイツチング
電源装置は、AC100V電源に接続され、一方の２
次出力部７には、例えば定格電圧＋15V、電流１
Ａの読取機器と定格電圧＋5V、電流５Ａのフア
クシミリ制御機器とが接続され、他方の２次出力
部８には、例えば定格電圧＋24V、電流０〜10A
の負荷変動の大きい印字機器が接続される。

さらに回路各部の構成について説明する。

整流部２は、ブリツジ整流器２１の平滑用コン
デンサ２２で構成され、フイルタ１を介して供給
される交流電圧を直流電圧に変換して駆動部３，
４に与える。

駆動部３は、スイツチング素子として動作する
駆動用トランジスタ３１と、このトランジスタ３
１に接続されてダーリントン回路を構成するトラ
ンジスタ３１の駆動用トランジスタ３２と、トラ
ンジスタ３１のストレージタイムを減少させるた
めのトランジスタ３３と、トランジスタ３１のエ
ミツタに接続されトランジスタ３１に流れるパル
ス電流の大きさを検出するための抵抗３４とを具
えている。また、トランジスタ３５とこのエミツ
タ・ベース間に接続されたツエナーダイオード３
６とは、電源投入時に前記ダーリントン回路へ始
動電流を供するためのもので、補助電源部１３か
らの補助電源出力（トランジスタ３５のエミツタ
側の電圧）が、ツエナーダイオード３６によつて
設定される定格電圧まで上昇すると、トランジス
タ３５がオフして前記始動電流の供給がストツプ
される。このように構成される駆動部３内のトラ
ンジスタ３１は、制御部９からの制御信号を入力
して前記整流部この直流出力電圧をパルス電流に
変換し、このコレクタ側のＡ点に接続されたパル
ストランス２５に該パルス電流を与える。なお一
方の駆動部４は前記駆動部３と同一回路構成にな
つている。

パルストランス５は、前記トランジスタ３１に
直列接続された１次側巻線５１と、２つの２次側
巻線５２₁，５２₂、補助巻線５３とを具えてお
り、また一方のパルストランス６も、１次側巻線
６１と、２次側巻線６２と、補助巻線６３とを具
えている。ここで、補助巻線５３、６３は駆動部
３，４及び制御部９，１０で構成される制御回路
に必要な直流電源を作り出すためのものである。
なお、第１図ではパルストランス５はフライバツ
ク式、すなわちオン・オフ方式で、一方のパルス
トランス６はフオワード方式、すなわちオン・オ
ン方式を採用している。前者のフライバツク方式
は、１次側のトランジスタ３１がオフ状態の時に
２次側巻線５２₁のＢ点に電流を供給する方式で
ある。一方、後者のフオワード方式は、前述した
ように駆動部４内のトランジスタ（トランジスタ
３１に相当するトランジスタ）がオン状態の時に
パルストランス６の２次側巻線６２のＣ点に電流
を供給する方式である。そしてフライバツク方式
を用いると部品点数が少なくてすみ、小型化が可
能となるため、比較的小容量の電源に適した方式
であり、これに対して、フオワード方式は部品点
数が大きくなるが、大容量を取り出すことのでき
る方式である。これらのパルストランス５，６を
介して前記駆動部３，４で作られたパルス電流を
２次側の２次出力部７，８に与える。

２次出力部７は、２次側巻線５２₁に接続され
たダイオード７１₁及びコンデンサ７２₁で前記パ
ルス電流を整流・平滑して、例えば＋5Vの直流
電圧を出力する回路と、２次側巻線５２₂に接続
されたダイオード７１₂、コンデンサ７２₂，７３
_２及びコイル７４₂で整流・平滑して、例えば＋
15Vの直流電圧を出力する回路とで構成される。
同様に、２次出力部８も２次側巻線６２に接続さ
れたダイオード８１、コンデンサ８２及びコイル
８４等で整流・平滑して、例えば＋24Vの直流電
圧を出力する回路で構成される。このように２次
出力部７，８は、前記駆動部３，４からパルスト
ランス５，６を介して与えられたパルス電流を直
流電圧に変換して出力する。

この駆動部７のパルス巾を制御する制御部９
は、直列接続されたゲート９１，９２、コンデン
サ９３及び抵抗９４，９５で構成される発振回路
と、この発振回路にゲート９６を介してベースに
接続されたトランジスタ９７と、前記ゲート９６
の入力端子に接続されたトランジスタ９８とを具
えている。また、一方の駆動部１０も同様の回路
構成となつている。ここで、発振回路はその出力
点Ｄから、例えば30kHz程度の三角波を出力し、
ゲート９６を介してトランジスタ９７のベースに
与える。トランジスタ９７はコレクタ側のＥ点で
駆動部３内のトランジスタ３２，３３のベースに
接続され、トランジスタ３２を介してトランジス
タ３１をドライブするためのものある。またトラ
ンジスタ９８はフイードバツク回路１１からのフ
イードバツク信号を増幅するためのものであり、
該フイードバツク信号をＪ点を介してＤ点側に与
え、１次側巻線５１内を流れるパルス電流のパル
ス巾を決める基準となるＪ点の電位を変化させ
る。すなわち、トランジスタ９８は発振回路の出
力を取り出すスレシユーホールドレベルを制御す
る働きをし、これによつてゲート９６及びトラン
ジスタ９７を介してＪ点の電位に応じたパルス巾
を持つパルス出力を駆動部へ供給する。なお、第
１図中Ｆ点はゲート９６の出力点である。

前記トランジスタ９８にフイードバツク信号を
与えるフイードバツク部１１は、２次側出力電圧
を検出するトランジスタ１１１と、このトランジ
スタのエミツタ回路に接続され基準電圧を設定す
るツエナーダイオード１１２と、LED及びホト
トランジスタからなるホトカプラ１１３とを具え
ている。ここでトランジスタ１１１とツエナーダ
イオード１１２とで差動増幅器を構成している。
このため２次出力部７の出力電圧がトランジスタ
１１１で検出され、ツエナーダイオード１１２の
基準電圧と比較されて前記出力電圧の変動分が取
り出され、フオトカプラ１１３を介して制御部９
内のトランジスタ９８にフイードバツクされる。
なお、一方フイードバツク部１２はホトカプラ１
２３等を具え前記フイードバツク部１１と同様の
回路構成である。

前記駆動部３，４及び制御部９，１０に制御用
直流電圧を与える補助電源部１３，１４は、次の
ように構成される。すなわち、一方の補助電源部
１３は、補助巻線５３に誘起された高周波電圧を
ダイオード１３１、コイル１３２及びコンデンサ
１３３で整流・平滑して出力点Ｇから駆動部３及
び制御部９へ、例えば＋9Vの正の電源電圧を印
加する正電源回路と、前記補助巻線５３の高周波
電圧をダイオード１３４、コンデンサ１３５及び
コンデンサ１３６で整流・平滑して前記とは逆
の、例えば−9Vの負の電源電圧を作り出しＨ点
から出力する負電源回路とで構成される。同様
に、他方の補助電源部１４も、補助巻線６３に誘
起された高周波電圧をダイオード１４１、コイル
１４２及びコンデンサ１４３で整流・平滑して出
力点から駆動部４及び制御部１０へ正の電源電
圧を印加する正電源回路と、補助巻線６３の高周
波電圧をダイオード、コイル１４５及びコンデン
サ１４６で整流・平滑して前記とは逆の負の電源
電圧を作り出す負電源回路とで構成される。

また過電流保護部１５，１６は、２次出力部
７，８の出力電流を検出する変流器１５１，１６
１と、この検出値を電圧に変換してフイードバツ
ク部７，８のホトカプラ１１３，１２３に与える
ダイオード１５２，１６２及びコンデンサ１５
３，１６３等からなる電圧変換回路とで構成され
る。そして短絡事故等により２次出力部７，８に
過電流が流れると、これが該過電流保護部１５，
１６により検出されてホトカプラ１１３，１２３
を介して制御部９，１０にそれぞれフイードバツ
クされ、過電流を抑制するよう制御される。

さらに、補助電源出力端子Ｇと間は、ダイオ
ード等の整流素子２００を介して接続される。こ
の際、ダイオード２００は、例えば、点にカソ
ード側がＧ点にアノード側が接続されるように
し、２次出力部８側の最大負荷時に、点の電圧
がＧ点の電圧よりダイオード２００の順方向電圧
以上高くなるように設定しておく。

以上の構成において、第２図を参照しつつ第１
図の動作を説明する。

まず、パルストランス５，６の２次側に発生す
る直流出力電圧をフイードバツク部１１，１２で
検出して該フイードバツク部１１，１２を介して
これを１次側にフイードバツクし、１次側のトラ
ンス３１の導通角（デユーテイサイクル）を変化
させることにより、２次側出力電圧の変動を補正
して安定化させる。このデユーテイサイクルのダ
イナミツクレンジは、例えば５％〜４％程度であ
る。この場合には２次側出力電圧に最大負荷が接
続された時に４％となるように、また最小負荷が
接続されたときに５％となるようにフイードバツ
ク部１１，１２を調整して設定する。

ここで、パルストランス５の２次側出力電圧が
＋5Vである場合を例にとつて、出力電圧の安定
化動作をさらに詳しく説明する。＋5Vの負荷が重
くなると、この２次側出力電圧が下がる。すると
フイードバツク部１１の電圧検出用トランジスタ
１１１が動作してそのコレクタ電圧が上昇するた
め、ホトカプラ１１３中のLEDを流れる電流が
減少しその輝度が下がる。これによりホトカプラ
１１３中のホトトランジスタのコレクタ電圧が上
昇し、制御部９の三角波Ｄを発生する発振回路に
対するスレツシユホールドレベルＪが上昇する。
すると、制御部９内のスレツシユホールドゲート
出力Ｆのパルス巾が狭くなるため、ドライバ出力
Ｅのパルス巾が広くなり、これにより駆動部３内
のトランジスタ３１のコレクタ側から、デユーテ
イサイクルの大きいパルス波形をもつた駆動用ト
ランジスタ出力Ａが得られる。このデユーテイサ
イクルの大きいパルス電流がパルストランス５の
１次巻線５１に流れることにより、励磁エネルギ
ーが増加し、２次側出力電圧が上昇する。これに
より２次側出力電圧が一定値に保持される。なお
第２図中デユーテイ比はＸ／Ｙで与えられる。

また、短絡事故等により２次出力部７，８に過
電流が流れると、これが過電流保護部１５，１６
により検出されてホトカプラ１１３，１２３のの
LEDに与えられる。すると、LEDが明るくなり、
ホトトランジスタに流れるフイードバツク電流が
増するため、制御部９，１０内のＪ点の電位が下
降してゲート９６を介して取り出されるパルス波
形のパルス巾がＥ点において広くなくなる。これ
により駆動部３，４内のトランジスタ３１のコレ
クタであるＡ点でのパルス電流のパルス巾が狭く
なり、パルストランス５，６を介して２次出力部
７，８内のダイオード７１₁，７１₂，８１に発生
するエネルギーが小さくなり、２次側出力電圧を
下降するように動作するため、該２次側に流れる
過電流が抑制される。

次に本発明の特徴について説明する。まず、パ
ルストランス５の出力である＋5Vの出力が５Ａ
の一定負荷に接続されているとすると、駆動部３
のトランジスタ３１はデユーテイサイクル一定で
動作することになる。その時、パルストランス６
の出力である＋24Vの出力が０〜10Aと大巾に変
動した場合、駆動部４内の駆動用トランジスタ
（駆動部３内のトランジスタ３１に対応するもの）
のデユーテイサイクルは大巾に変化する。例え
ば、１０Ａの時40％で無負荷の時は５％あるいは
これ以下となる。無負荷の場合にはこのようにデ
ユーテイサイクルの値が下がるため、補助電源部
１４の出力電圧（点の電圧）も下がる。例えば
点の定格出力が＋9Vであるとすると、無負荷
の場合はこれが＋5Vまで下がる。すると駆動部
４内の駆動用トランジスタは駆動不足となつて非
飽和状態で動作し、これによりこの駆動用トラン
ジスタが破壊される恐れがある。

しかし、本実施例では、負荷変動の大きい側の
補助電源１４の出力端子（点）に、ダイオード
等の整流素子２００のカソード側を接続すると共
に、該整流素子２００のアノード側を負荷変動の
小さい側の補助電源１３の出力端子（Ｇ点）に接
続し、＋24V側の電源の最大負荷時に、点の電
位がＧ点の電位より前記整流素子２００の順方向
電圧以上高くなるように設定しておくため、駆動
部４側は、負荷が大きい時には自からの補助電源
で動作し、負荷が小さくなつた時のみ＋5V側の
補助電源から電力供給を受けるように動作する。
このため、＋5V側あるいは＋24V側のいずれかの
出力部７，８が短絡しても、あるいは無負荷にな
つても、駆動部３，４内の駆動用トランジスタは
ドライブ不足にならず、該駆動用トランジスタが
破壊されないという利点がある。

第３図は本発明の他の実施例を示す回路図であ
る。第１図に示した実施例では、補助電源部１３
内のＧ点からダイオード２００を通して一方の補
助電源部１４内の点に電源を供給しているが、
第３図の実施例では、パルストランス５中の補助
巻線５３の出力を、コイル１３２、ダイオード１
３１及びコンデンサ１３３というループとは別に
ダイオード１３１′及びコンデンサ１３３′で整流
して別個に補助電源を作成し、その出力端である
G′点にダイオード２００を接続するようにして
いる点が、第１図のものと相違する。このように
しても第１図の回路とほぼ同様の効果を奏する。

第４図は本発明のさらに他の実施例を示す回路
である。第１図に示した実施例では、補助電源部
１３と１４内のＧ点と点とをダイオード２００
を介して単方向に接続しているが、第４図の実施
例では、Ｇ点と点との間にダイオード２００と
２００′とをそれぞれ逆向きに並列接続してＧ点
と点とを双方向に接続している点が、第１図の
ものと相違する。このような構成にあつては、パ
ルストランス５側およびパルストランス６側の双
方の出力部が短絡および無負荷になつた場合で
も、互いの駆動部３．４内にある駆動用トランジ
スタ３１の破壊を防止することができる。

なお、上記実施例では、トランジスタ５側がフ
ライバツク方式、トランス６側がフオワード方式
となつているが、この発明はこれに限定されるも
のではなく、トランス５側がフオワード方式で、
トランス６側がフライバツク方式となるように構
成してもよい。なお、一般に大容量の電源はフオ
ワード方式またはブツシユブル方式の構成を取る
場合が多い。また、上記実施例では、いずれも補
助電源を２つ有する場合について説明したが、３
つ以上の補助電源を有する場合においても任意の
２つの補助電源の出力端子間を整流素子を介して
接続するようにすれば、同様の効果を発揮するこ
とができることはいうまでもない。

以上説明した通り、本発明のスイツチング電源
装置によれば、複数の補助電源間を整流素子を介
して接続したため、整流素子の接続された一方の
電源の無負荷や短絡に対しても他方の電源からの
補助電源の供給が確保され、コンバータ駆動部内
の駆動用トランジスタの破壊を防止することがで
きる。また、補助電源を用いる簡単な回路構成で
大巾な負荷変動に耐える電源を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るスイツチング電
源装置の回路図、第２図は第１図の回路動作を説
明するための波形図、第３図および第４図は本発
明の他の実施例に係るスイツチング電源装置の主
要部の回路図である。符号の説明、１……フイルタ、２……整流部、
３，４……駆動部、５，６……パルストランス、
７，８……２次出力部、９，１０……制御部、１
１，１２……フイードバツク部、１３，１４……
補助電源部、１５，１６……過電流保護部、３１
……駆動用トランジスタ、５３，６３……補助巻
線、２００，２００′……整流素子（ダイオー
ド）、Ｇ，……補助電源出力端子。

Claims

【特許請求の範囲】１複数のパルストランスのそれぞれに補助巻線
を巻回し、この補助巻線に誘起される電圧を整流
して、前記パルストランスの主巻線に流れるパル
ス電流を制御するそれぞれの制御回路に対する補
助電源として用いるスイツチング電源装置におい
て、負荷変動の大きい側の補助電源の出力端子と負
荷変動の小さい側の補助電源の出力端子との間
を、後者の出力端子から前者の出力端子へ順方向
となるように整流素子を介して接続したことを特
徴とするスイツチング電源装置。