JP3777239B2 - スイッチング電源部 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通常動作とスタンバイ動作を有するスイッチング電源部であって、
第１のスイッチング電源部と、第２のスイッチング電源部とを有し、
前記第１のスイッチング電源部は、第１の分離変成器と、第１のスイッチングトランジスタとを、通常動作機能の間、電力を伝達するために有し、
前記第１のスイッチングトランジスタは、フォワード時間の間、導通し、フライバック時間の間、非導通となり、
前記第２のスイッチング電源部は、第２の変成器と、第２のスイッチングトランジスタと、制御発振器とを、スタンバイ動作機能の間、電力を伝達するために有し、
さらにラインが設けられており、該ラインを介して制御発振器は通常動作機能の間、第１のスイッチング電源部によって同期される形式のスイッチング電源部に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆるスタンバイ動作では、所定の段、例えば赤外線受信機およびマイクロプロセッサが、赤外線信号を遠隔操作発生器から受信し、評価することができるようにアクティブでなければならない。このような回路ではマイクロプロセッサは約７５０ｍＷの電力を必要とする。スタンバイ動作時の損失電力を低減するために、マイクロプロセッサをスタンバイ動作では遮断し、アクティブな赤外線受信機の他にはフィルタ特性を有するパッシブ形サーチ回路だけをアクティブに保持することが公知である。サーチ回路は単に、遠隔操作発生器からの信号が受信されたことだけを識別し、信号に含まれる命令を識別したり評価することはできない。この種のパルスを識別した際に、サーチ回路はマイクロプロセッサを投入接続し、次いでマイクロプロセッサが赤外線信号に含まれる命令を識別し、機器の相応の機能を投入接続することができる。この種の回路によって、スタンバイ動作時の電力を約０．１Ｗに低減することができる。
【０００３】
このような小さな電力はスイッチング電源部から問題なしに伝送することはできない。なぜなら、スイッチングトランジスタのスイッチオン時間が過度に短く、スイッチング電源部の効率が過度に小さいからである。従ってスイッチング電源部とは別個の第２の変成器を、小さなエネルギーをスタンバイ動作時に伝送するために設けることが公知である。
【０００４】
その他のスイッチング電源部では、情報を二次側から一次側に伝送しなければならない。これは例えば、種々の動作形式、すなわちスタンバイ動作、サーチ動作、通常動作等を切り替えるための制御命令である。一次側と二次側との電位分離を維持しなければならないから、そのためには別の電位分離した変成素子、例えばフォトカプラまたは変成器が必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、スタンバイ動作でエネルギーを一次側から二次側へ伝送するための回路コストと、制御量を二次側から一次側へ伝送するための回路コストを低減することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明により冒頭に述べたスイッチング電源部において、前記第２の変成器は、電力をスイッチング電源部の一次側から二次側へ、フォワード時間の間、伝達するために使用され、
かつ前記第２の変成器は、制御量をスイッチング電源部の二次側から一次側へ、フライバック時間の間、伝達し、これにより第１のスイッチング電源部をスタンバイ動作と通常動作との間で切り替え、第１のスイッチング電源部をスタンバイ動作ではスイッチオフするように構成して解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
従って本発明では、第２の変成器が、往路時間中にエネルギーを一次側から二次側へ伝送するために使用され、復路時間中に制御量を二次側から一次側に伝送するために使用される。
【０００８】
本発明は以下の知識に基づくものである。流量変換器として動作する分離変成器は動作期間中に３つのフェーズを有する。第１のフェーズ、いわゆる往路時間中にはスイッチングトランジスタは導通し、エネルギーは変成器と整流回路を通って二次側の充電コンデンサに運ばれる。第２のフェーズ、いわゆる復路時間中には一次側のスイッチングトランジスタと二次側の整流回路とは阻止される。しかし往路時間の磁化電流を変成器で消去しなければならない。消磁電流の振幅にパルス電圧の振幅が依存する。すなわち、二次側での消磁電流の変化によって、一次側のパルス電圧が変化する。第３のフェーズ、いわゆる静止時間は、変成器の消磁後、新たにスイッチングトランジスタが投入接続されるまでの時間である。本発明では、往路時間と復路時間を異なるパラメータの伝送に使用できるという事実が領される。なぜならこれらの時間は、パルス比によって変成器で常に一義的に定められており、相互に別個に制御および評価することができるからである。従って有利には前記の第２の小さな変成器は、往路時間中にエネルギーをスタンバイ動作で伝送するために一方の方向で、復路時間中に制御量を伝送するために他方の方向で使用される。従って、エネルギーを一次側から二次側へ伝送するためと、制御量を二次側から一次側へ伝送するために、２つの構成素子が必要ではなくなる。本発明の回路により、スタンバイ電力は適用によって約０．１Ｗ以下になる。第２の変成器は、耐圧性に対するすべての要求を満たしても、例えば約５ｃｃｍの容積により実現することができる。
【０００９】
第２の変成器を介して伝送される制御量は、有利には変成器の一次側で電源部を異なる２つの動作形式、例えばスタンバイ動作とサーチ動作および通常動作との間で切り替えるために用いる。このことは往路時間中のパルス電圧の振幅が異なるようにして達成される。通常動作では有利には第２の変成器を介して、スイッチングトランジスタをスイッチオン時間を制御するための制御量が伝送される。この制御は、二次側で形成される動作電圧を安定化するために行われる。
【００１０】
有利には二次側は操作器または変調器を有する。この操作器または変調器により、第２の変成器の復路パルスが制御量によって振幅に変調される。一次側は相応に、第２の変成器の復路パルスの振幅を評価し、ここから制御量を形成する回路を有する。
【００１１】
有利には第２の変成器の二次側は補助給電回路を有する。この補助給電回路は、第２の変成器の二次巻線におけるパルスの整流によって往路時間中に、遠隔操作受信機に対する動作電圧を形成する。ここで二次側は、周波数選択性の、スタンバイ動作で作用するサーチ回路を有する。サーチ回路は、遠隔操作発生器からのパルスを識別する際に、二次側に配置されたマイクロプロセッサを投入接続し、マイクロプロセッサはこれに基づいてパルスに含まれる命令を評価し、相応の回路制御機能または同調機能をトリガする。
【００１２】
有利には二次側は制御回路を有する。この制御回路は、第１のスイッチング電源部により形成される動作電圧によって制御され、この動作電圧が偏差する際、前記の変調器を介して復路パルスの振幅を、前記動作電圧が安定化するように制御する。
【００１３】
有利には第２の変成器は第２のスイッチング電源部の構成部材である。第２のスイッチング電源部は第１のスイッチング電源部に対して小さい。第２のスイッチング電源部は発振器を有し、この発振器はスタンバイ動作で自由励振し、通常動作では第１のスイッチング電源部によって同期する。この同期によって、制御ループの安定した動作が保証される。第２のスイッチング電源部は有利にはスタンバイ動作で第１のスイッチング電源部を遮断する。
【００１４】
【実施例】
図１は、電源電圧ＵＮ、電源スイッチ１、第１のスイッチング電源４に給電するための充電コンデンサ３を備えた第１の電源整流器２を示す。第１のスイッチング電源４は、例えば第１の変成器Ｔｒ１，スイッチングトランジスタＴ１および発振器５を有する。スイッチング電源部４は動作電圧Ｖｘ，Ｖａｕｄｉｏ、およびテレビジョン受信機シャーシ６に対するＶｓｙｓを形成する。電源電圧ＵＮはさらに、電流制限に用いるコンデンサ７、８を介して第２の電源整流器９に印加される。第２の電源整流器９は充電コンデンサ１０に、第２のスイッチング電源部１１に対する動作電圧を形成する。第２のスイッチング電源部は例えば、制御発振器１２、スイッチングトランジスタＴ２および変成器Ｔｒ２を有する。第２の変成器Ｔｒ２の二次側には、遠隔操作発生器１３により制御される赤外線受信機１４、補助給電回路１５、サーチ回路１６、復路変調器１７並びに制御電圧発生器１８が設けられている。
【００１５】
以下、個々の段の役目と機能を説明する。
【００１６】
制御発振器１２は第２のスイッチング電源１１のスイッチング周波数を決める。このスイッチング周波数はほぼ９０ｋＨｚである。スタンバイ動作では発振器１２は自由発振する。通常動作では、制御発振器１２は線路１９を介して第１のスイッチング電源部４により、安定した制御ループを保証するために同期される。
【００１７】
変成器Ｔｒ２は、動作期間Ｔの往路時間Ｈの間（図２）、約５ｍＷのエネルギーを二次側に、赤外線受信機に対するエネルギー供給として伝送する。復路時間Ｒの間は、変成器Ｔｒ２は制御量を二次側から一次側へ伝送する。これについては以下、詳細に説明する。補助給電回路１５はパルス電圧Ｕｉの整流によって変成器Ｔｒ２の二次巻線３１に、往路時間Ｈの間、動作電圧ＵＨを形成する。この動作電圧は赤外線受信機１４に供給される。赤外線受信機１４は制御命令を遠隔操作発生器１３から受信し、これに基づいてパルスＰをサーチ回路１６と、テレビジョン受信機シャーシ６に含まれるマイクロプロセッサ２０に送出する。サーチ回路１６はパッシブフィルタとして構成されており、動作電圧を必要としない。このフィルタはパルスＰの周波数に同調している。フィルタ作用によって遠隔操作発生器１３からのノイズ信号が抑圧される。サーチ回路１６はパルスＰの発生に応答するが、しかしこれに含まれる制御命令を識別することはできない。パルスＰが識別されると直ちにマイクロプロセッサ２０が投入接続される。このマイクロプロセッサは次にパルスＰに含まれる命令を評価し、相応の制御機能をトリガする。
【００１８】
発生器１８は、スイッチング電源部４により形成された動作電圧Ｖｓｙｓを評価し、出力側に調整量Ｕを形成する。この調整量は、動作電圧Ｖｓｙｓの目標値からの偏差を表す。この調整量Ｕｓは変成器Ｔｒ２のパルスＵｉの振幅を、復路時間Ｒの間、制御し、これにより一次側でスイッチングトランジスタ１のスイッチオン時間がＶｓｙｓの安定するように制御される。
【００１９】
復路変調器１７は、復路パルスＲＩのパルス電圧Ｕｉにおける振幅を二次巻線３１で制御し、ひいては変成器Ｔｒ２の一次巻線３０でも、これに供給される制御量に相応して制御する。
【００２０】
動作形式検知器２１はＴｒ２の一次側で、変成器Ｔｒ２の一次巻線３０における復路パルスＲＩの振幅、すなわちＲＩ１，ＲＩ２またはＲＩ３を評価し、これに従って、復路変調器１７により設定される所定の動作形式への投入接続またはトランジスタＴ１のスイッチオン時間の制御が行われる。
【００２１】
以下、テレビジョン受信機シャーシ６の給電でのスイッチング電源部の異なる動作形式を説明する。
【００２２】
オフ状態
電源スイッチ１の開放によってスイッチング電源部は電源から完全に分離されている。従って電源からは電力は取り出されず、動作電圧は形成されない。この状態ではテレビジョン受信機の遠隔操作発生器１３を投入接続することはできない。
【００２３】
スタンバイ動作
ここでは電源スイッチ１は閉じられる。コンデンサ７、８を介して約０．１Ｗの電力が整流器に達し、整流器は制御発振器１２を含む第２のスイッチング電源部１１に対する動作電圧を形成する。制御発振器１２は今度は約９０ｋＨｚの周波数で自由発振する。変成器Ｔｒ２は約５ｍＷの電力を伝送する。変成器Ｔｒ２の二次巻線３１におけるパルス電圧から往路時間Ｈの間、補助給電回路１５で遠隔操作受信機１４に対する動作電圧ＵＨが形成され、遠隔操作受信機は受信状態となる。遠隔操作発生器１３は操作されていない。従って、遠隔操作受信機１４はまずパルスＰを送出しない。従ってサーチ回路１６も同じようにパルスＰを受け取らず、これにより復路パルスＲＩ３の振幅を変成器Ｔｒ２において値Ｕ３に変調する。この値は動作形式検知器２１において一次側で検知される。動作形式検知器２１は第１のスイッチング電源部４に調整量を送出し、この調整量はスイッチングトランジスタＴ１を阻止状態に保持し、従って第１のスイッチング電源部４は完全に遮断される。電源からの全体電力消費は約０．１Ｗであり、実質的にアクティブな段１２、２１、１５、１４に対するものだけである。
【００２４】
サーチ動作
遠隔操作発生器１３が操作されると、遠隔操作受信機１４はパルスＰをサーチ回路１６とマイクロプロセッサ２３０に送出する。次にサーチ回路１６はパルスＰの発生を識別するが、パルスＰに含まれる命令を識別することはできない。サーチ回路１６は復路変調器１７を介して復路パルスＲＩ２の振幅を変成器Ｔｒ２において電圧値Ｕ２に変調する。動作形式検知器２１は、復路パルスＲＩ２のこの新たな電圧値を検知し、スイッチング電源部４に電圧を送出する。この電圧は、スイッチングトランジスタＴ１のスイッチング動作をスタートし、これによりスイッチング電源部４は約５Ｗの電力伝送に切り替えられる。これにより、マイクロプロセッサ２０に動作電圧が供給され、パルスＰに含まれる命令を評価することができるようになる。この命令は例えば、“テレビジョン受信機をプログラムスペース３に投入接続せよ”または“ＶＣＲを再生に投入接続せよ”などである。マイクロプロセッサ２０はこれに基づきテレビジョン受信機を完全に投入接続するか、またはビデオレコーダを遠隔操作発生器１３により設定された動作形式に切り替える。すなわち、通常動作に投入接続され、遠隔操作発生器１３からパルスＰによって定義された命令により設定された機能を行う。変成器Ｔｒ２の作用は、動作電圧ＵＨを形成する往路時間Ｈの間、二次側においては変化しない。
【００２５】
通常動作
通常動作への投入接続により、マイクロプロセッサ２０はスイッチング電源４を全電力伝送で作動させる。制御発振器１２は第１のスイッチング電源部４により線路１９を介して同期される。スイッチング電源部４のｐ出力電圧Ｖｓｙｓから発生器１８で、Ｖｓｓｙｓの振幅に依存する調整量Ｕｓが得られる。Ｕｓは変調器１７で復路パルスＲＩ１を値Ｕ１に変調する。したがってＶｓｙｓの振幅の変化は電圧Ｕ１の変化に作用し、動作形式検知器２１で検知される。動作形式検知器は第１のスイッチングトランジスタ４に調整量を送出し、この調整量はスイッチングトランジスタＴ１のスイッチオン時間を、スイッチング電源部４の出力電圧Ｖが安定するように制御する。スイッチングトランジスタＴ１のスイッチオン時間の制御は動作電圧Ｖｓｙｓの大きさに依存して、スイッチング電源部４の出力電圧Ｖが安定化されるように以下のようにして行われる。
【００２６】
電圧Ｖｓｙｓが低下すると、発生器１８から送出される制御電流の形態の調整量がＵｓが小さくなる。これにより変成器Ｔｒの二次巻線３１における復路パルスＲＩ１が小さくなる。すなわち、図２の電圧Ｕ１が低下する。これによりこれにより復路パルス変成器Ｔｒ２の一次巻線３０における復路パルスＲＩ１が小さくなる。これにより動作形式検知器２１の出力電圧もまた小さくなる。この電圧によってスイッチオン時間が長くなり、ひいてはスイッチングトランジスタＴ１のコレクタ電流の最終値が増大する。このことによって、変成器Ｔｒ１を介して伝送されるエネルギーが増大し、最初に述べた動作電圧の低下が補償される。
【００２７】
従って変成器Ｔｒ２を介して復路時間Ｒの間、二次側から一次側へ順次異なる制御情報が伝送される。これはまず、スタンバイ動作の調整に対する電圧Ｕ３、次にサーチ動作の投入接続に対する電圧Ｕ２、そして形成される出力電圧を安定化するためのスイッチング電源４の制御に対する電圧Ｕ１である。
【００２８】
図３は第２の変成器Ｔｒ２の等価回路を示す。
【００２９】
図４は、図１のブロック回路図に対して実際に実験された回路を示す。ここでは図１の個々の段はそれぞれ破線による囲みによって示されており、図１と同じ参照符号が付してある。ツェナーダイオード２５は、第２のスイッチング電源部１１に対する動作電圧の安定化に使用する。図１の２つのスイッチング電源部４と１１との回路結合は、（１）の付された線路による接続によって示されている。
【００３０】
図１に加えてさらに以下の構成部材が示されている。ブロック２２は一次側制御に作用する。すなわち、スイッチング電源部４の出力電圧の安定化に作用する。このブロックは必ずしも必要なわけではない。なぜなら、この制御はすでに述べたようにスイッチング電源部１１を介して行われているからである。
【００３１】
ブロック２３はスイッチングトランジスタＴ１に対する詳細なドライバ回路およびこのスイッチングトランジスタ自体である。スイッチングトランジスタＴ１に対するスイッチング動作は、変成器Ｔｒ１の巻線Ｗ１からの正のフィードバック結合によって維持される。周波数は制御クランプ作用によって制御される。この作用は、スイッチングトランジスタＴ１のスイッチオンフェーズ中の磁化電流上昇に相応する。巻線Ｗ１を流れる位置磁電流が遮断される振幅、従って蓄積されたエネルギーの大きさは、形成された出力電圧Ｖが安定化されるように制御される。周波数は、コアの磁気特性、負荷、または印加される動作電圧の偏差による変化の影響を受ける。スイッチングトランジスタＴ１のベース電流はチョークＬ３，トランジスタＴ３，一次巻線Ｗ１そしてダイオードＤ３を流れる。このベース電流はトランジスタＴ４のスイッチオンによって遮断される。チョークＬ３は負のベース電流並びにスイッチングトランジスタＴ１に対する電圧を形成する。トランジスタＴ４は、トランジスタＴ５が飽和するときに導通する。この制御回路は比較的簡単に確実に所定のように動作する。ここでスイッチングトランジスタＴ１のベース電流は、スイッチングトランジスタＴ１の損失のないスイッチングに対する理想曲線を示す。スイッチングトランジスタＴ１に対するこのドライバ回路は、特許出願１９６０２５５６に詳細に記載されている。線路３２は抵抗３３、３４と共に、始動発振器５に対する電流供給部を形成する。
【００３２】
ブロック２４はスイッチングトランジスタＴ１に対するコレクタ電流測定回路を示す。この測定回路は、往路時間Ｈの間に鋸歯状に上昇する、スイッチングトランジスタＴ１を通る電流の制限に使用する。
【００３３】
ここまでは、投入接続、すなわちスタンバイ動作から通常動作への切り替えは遠隔操作発生器１３により行われることを前提とした。同じようにこの投入接続をマイクロプロセッサにより、またはＳＣＡＲＴケーブルにより端子２５、２６を介して行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により構成されたスイッチング電源部のブロック回路図である。
【図２】第２の変成器における往路時間と復路時間の間の電圧および信号経過を示す線図である。
【図３】第２の変成器に対する等価回路図である。
【図４】図１のスイッチング電源部の実際に実験された実施例の回路図である。
【符号の説明】
Ｎ スイッチング電源部により電源から取り出され、伝送される電力
Ｐ 遠隔操作発生器により送信されるパルス
Ｒ１ 通常動作での復路時間
Ｒ２ サーチ動作での復路時間
Ｒ３ スタンバイ動作での復路時間
ＲＩ 第２の変成器における復路パルス
Ｔ 第２の変成器の動作期間
Ｕ１ 通常動作時の復路パルスＲＩ１の振幅
Ｕ２ サーチ動作時の復路パルスＲＩ２の振幅
Ｕ３ スタンバイ動作時の復路パルスＲＩ３の振幅
Ｕｉ 第２の変成器の二次巻線の電圧
Ｕｓ 第２の変成器における復路パルスの振幅を変調するための調整量
ＵＨ 赤外線受信機に対する動作電圧

Claims (6)

1. 通常動作とスタンバイ動作を有するスイッチング電源部であって、
   第１のスイッチング電源部（４）と、第２のスイッチング電源部（１１）とを有し、
   前記第１のスイッチング電源部（４）は、第１の分離変成器（Ｔｒ１）と、第１のスイッチングトランジスタ（Ｔ１）とを、通常動作機能の間、電力を伝達するために有し、
   前記第１のスイッチングトランジスタ（Ｔ１）は、フォワード時間（Ｈ）の間、導通し、フライバック時間（Ｒ）の間、非導通となり、
   前記第２のスイッチング電源部（１１）は、第２の変成器（Ｔｒ２）と、第２のスイッチングトランジスタ（Ｔ２）と、制御発振器（１２）とを、スタンバイ動作機能の間、電力を伝達するために有し、
   さらにライン（１９）が設けられており、該ラインを介して制御発振器（１２）は通常動作機能の間、第１のスイッチング電源部（４）によって同期される形式のスイッチング電源部において、
   前記第２の変成器（Ｔｒ２）は、電力をスイッチング電源部（４，１１）の一次側から二次側へ、フォワード時間（Ｈ）の間、伝達するために使用され、
   かつ前記第２の変成器（Ｔｒ２）は、制御量（Ｕ１〜Ｕ３）をスイッチング電源部（４，１１）の二次側から一次側へ、フライバック時間（Ｒ）の間、伝達し、これにより第１のスイッチング電源部（４）をスタンバイ動作と通常動作との間で切り替え、第１のスイッチング電源部（４）をスタンバイ動作ではスイッチオフする、ことを特徴とするスイッチング電源部。
2. 通常動作モードではさらに制御変数（Ｕｓ）が第２の変成器（Ｔｒ２）を介して伝達され、これにより第１のスイッチングトランジスタ（Ｔ１）がスイッチオンされる期間を制御し、二次側で形成される動作電圧（Ｖ）を安定させる、請求項１記載のスイッチング電源部。
3. 第２のスイッチング電源部（１１）の二次側は変調器（１７）を有しており、
   該変調器によって、フライバックパルス（ＲＩ）が第２の変成器（Ｔｒ２）において制御量（Ｕ１〜Ｕ３）により振幅変調される、請求項２記載のスイッチング電源部。
4. 一次側は回路（２１）を有し、
   該回路は、第２の変成器（Ｔｒ２）におけるフライバックパルス（ＲＩ）の振幅を評価し、制御量（Ｕ１〜Ｕ３）の形成に使用する、請求項３記載のスイッチング電源部。
5. 二次側は制御回路（１８）を有し、
   該制御回路は、第１のスイッチモード電源部（４）により形成された動作電圧（Ｖｓｙｓ）によって制御され、
   当該動作電圧（Ｖｓｙｓ）に偏差がある場合、フライバックパルス（ＲＩ）の振幅を変調器（１７）を介して調整し、一次側における動作電圧（Ｖｓｙｓ）を安定させる、請求項３記載のスイッチング電源部。
6. 制御発振器（１２）はスタンバイ動作時には自励発振し、通常動作時には第１のスイッチング電源部（４）によって同期する、請求項１記載のスイッチング電源部。

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