JP3993246B2 - 改良形始動回路を有するスイッチトモード電源 - Google Patents

Description

本発明は、接地端子に対し電圧を受信するように結合された第１の一次側端子及び第２の一次側端子を有する一次巻線が設けられた変成器と、第２の一次側端子と接地端子との間に結合されたスイッチング手段とを具えるスイッチトモード電源であって、当該スイッチトモード電源を始動させる始動回路を具え、該始動回路が第２の一次側端子に結合されたドレイン電極、ソース電極及びゲート電極を有するノーマリオン形の電界効果トランジスタを具え、変成器が更に帰還巻線を具え、該帰還巻線が整流素子とバッファキャパシタとの直列回路に結合され、整流素子とバッファキャパシタとが、外部電源電圧を出力する外部電源端子に接続されたスイッチトモード電源に関するものである。
このようなスイッチトモード電源は欧州特許明細書ＥＰ０５８５７８８Ａ１から既知である。この明細書には集積回路用のスイッチトモード電源が開示され、この電源は始動回路に電力を供給するための別個のＩＣ端子を必要としない。この始動回路はスイッチング手段と第２の一次側端子との間に直列に結合された接合形電界効果トランジスタのソースから給電される。
本発明の目的は、改良形の始動回路を有するスイッチトモード電源を提供することにある。
この目的のために、本発明は、頭書に記載したタイプのスイッチトモード電源において、前記始動回路が更に、前記電界効果トランジスタのソース電極と前記外部電源端子との間に結合された電流源を具えることを特徴とする。
前記電界効果トランジスタのゲート電極が抵抗を経てソース電極に結合され、始動回路が更に前記電界効果トランジスタのゲート電極と接地端子との間に結合された主電流通路を有するスイッチングトランジスタを具えることができることが好ましい。スイッチトモード電源の始動フェーズ中、電界効果トランジスタは導通しなければならない。始動フェーズ中、スイッチングトランジスタの主電流通路は非導通であり、その結果として抵抗が電流を流さないため、電界効果トランジスタのゲートとソースとの間に電位差が生じない。電界効果トランジスタはノーマリオン形のトランジスタ、例えば接合形の電界効果トランジスタであるため、この電界効果トランジスタは導通する。始動フェーズ後、スイッチングトランジスタの主電流通路が導通する。従って、抵抗が電流を流し、その結果として電界効果トランジスタのゲートとソースとの間に電位差が生ずる。これは、電界効果トランジスタを完全にカットオフし、スイッチトモード電源の電力消費を更に低減する利点をもたらす。
始動フェーズ中、電流源がバッファキャパシタを充電し、その結果として外部電源電圧が連続的に増大する。スイッチング手段を制御するための所要の電子制御回路は外部電源端子に結合され、外部電源電圧が十分に高くなると動作する。この電子制御回路はスイッチング手段を交互にターンオン及びターンオフする。その結果として変成器の一次巻線に交流電流が発生し、帰還巻線に電圧が誘起される。誘起された電圧が整流素子により整流され、外部電源端子の外部電源電圧が形成される。これで始動フェーズが完了する。始動フェーズ後、電力消費の更なる低減を達成するために始動回路が不作動にされる。
本発明を図面を参照して以下に更に詳細に説明する。図１は本発明によるスイッチトモード電源の一実施例の電気回路図を示す。
図１に示すスイッチトモード電源の実施例は、一次巻線Ｐ、負荷Ｚ_Lに結合された二次巻線Ｓ、及び整流素子Ｄ１とバッファキャパシタＣの直列回路に結合された帰還巻線Ｆを有する変成器ＴＲを具え、前記整流素子Ｄ１とバッファキャパシタＣを外部電源電圧を接地端子GNDに対し出力する外部電源端子VAUXに接続する。第１の一次側端子１は接地端子GNDに対し電圧Ｕを受信するように結合する。第２の一次側端子２はスイッチング手段を構成するＭＯＳＦＥＴ ＳＭのドレインに結合する。ＭＯＳＦＥＴ ＳＭは接地端子GNDに結合されたソースを有する。スイッチトモード電源は、更に、始動回路ＳＴを具え、この始動回路は内部電源電圧を内部電源端子VINTに供給する。この目的のために、始動回路ＳＴは、そのドレインが第２の一次側端子２に結合されたノーマリオン形の電界効果トランジスタＴ、例えばＪＦＥＴを具える。抵抗Ｒをこの電界効果トランジスタＴのゲートとソースとの間に結合する。
内部電源電圧を接地端子GNDに対し安定化させるために、電圧安定器ＶＳを電界効果トランジスタＴのソースに結合する。電圧安定器ＶＳは、例えば抵抗RVS及びツェーナーダイオードＺＤの直列回路を具え、この直列回路の共通ノードをドレインが電界効果Ｔのソースに接続され、ソースが内部電源端子VINTに接続された電界効果トランジスタTVSのゲートに接続することができる。抵抗RVSはその一端を電界効果トランジスタＴのソースに接続する。電界効果トランジスタTVSはソースホロワとして配置され、その結果として内部電源電圧はツェーナーダイオードＺＤの両端間電圧から電界効果トランジスタＴＶＳのゲート−ソース電圧を引いた値に等しくなる。
パルス幅変調器ＰＷＭは内部電源端子VINTと接地端子GNDとの間に結合され、電源電圧が供給される。パルス幅変調器ＰＷＭはＭＯＳＦＥＴ ＳＭのゲートに結合された出力端子を有する。更に、始動フェーズ中バッファキャパシタＣを充電するために、可制御電流源ＣＳを電界効果トランジスタＴのソースと外部電源端子VAUXとの間に結合する。化制御電流源ＣＳにより供給される電流の値は外部電源端子VAUXの外部電源電圧に依存する。この目的のために、電流源ＣＳは外部電源端子VAUXに結合された始動制御回路STCNTLに結合された制御電極ＣＥを有する。外部電源電圧に依存して、始動制御回路STCNTLは電流源ＣＳの制御電極ＣＥの電圧を決定する。始動回路ＳＴは更に電界効果トランジスタＴのゲートと接地端子GNDとの間に結合された主電流通路を有するスイッチングトランジスタSTRSTを具える。このスイッチングトランジスタSTRSTは、その制御電極が始動制御回路STCNTLに結合され、ＳＥＴ／ＲＥＳＥＴ信号を受信する。
始動回路ＳＴは更に内部電源端子VINTと外部電源端子VAUXとの間に結合されたダイオードＤ２からなる単方向素子を具える。
回路の動作は次の通りである。初めに内部電源端子VINT及び外部電源端子VAUXのそれぞれの電圧は接地端子GNDの電圧に等しく、且つスイッチングトランジスタSTRST及びＭＯＳＦＥＴ ＳＭは非導通であるものとする。電界効果トランジスタＴは導通するので、その結果として内部電源端子CINTの内部電源電圧が所定の値まで急速に上昇する。小さな一定電流が変成器ＴＲの一次巻線Ｐを流れるのみであるから、第２の一次側端子２の電圧はほぼ電圧Ｕにほぼ等しい。内部電源電圧はパルス幅変調器ＰＷＭを給電するのに適度な値になるが、パルス幅変調器ＰＷＭはまだ動作しない。実際上、パルス幅変調器ＰＷＭは外部電源端子VAUXの外部電源電圧の値が十分大きくなるまで動作せず、これは始動制御回路STCNTLとパルス幅変調器ＰＷＭとの間に結合された通信ラインSTRSTLN上の制御信号の制御の下で達成される。その理由は次の通りである。ＭＯＳＦＥＴ ＳＭが導通すると、第２の一次側端子２の電圧がほぼ接地端子GNDに等しくなる。その結果として、スイッチングトランジスタＴが直ちにターンオフするため、内部電源電圧が再び接地端子GNDの電圧に等しくなる。その結果として、パルス幅変調器ＰＷＭ及び従ってＭＯＳＦＥＴ ＳＭが直ちにターンオフする。これを防止するために、バッファキャパシタＣが電流源ＣＳにより十分な程度まで充電されなければならないようにする。バッファキャパシタＣを充電するのに必要な時間は電圧Ｕに依存しない。スイッチトモード電源の始動時間はバッファキャパシタＣを充電するのに必要な時間により主として決まるため、スイッチトモード電源の始動時間も実際上電圧Ｕに依存しない。バッファキャパシタＣが十分な程度に充電されて始めてパルス幅変調器ＰＷＭが動作状態になる。このとき、内部電源端子が充電されたバッファキャパシタＣからダイオードＤ２を経て電力を受けるため、内部電圧は十分大きい値に維持される。
このときパルス幅変調器ＰＷＭが動作状態に維持されるため、ＭＯＳＦＥＴ ＳＭが交互にターンオン及びターンオフされ、変成器ＴＲの一次巻線Ｐに交流電流を発生する。その結果として、二次巻線Ｓ及び帰還巻線Ｆの双方に電圧が誘起される。バッファキャパシタＣは以後帰還巻線Ｆにより充電される。
始動フェーズはここで終了する。始動制御回路STCNTLがＲＥＳＥＴ信号をスイッチングトランジスタSTRSTの制御電極に供給し、このトランジスタをターンオンさせる。その結果として、電界効果トランジスタＴが永久にカットオフのままとなるため、電流源ＣＳも永久にターンオフされる。これはスイッチトモード電源の不必要な電力消費を除去する。スイッチトモード電源の最小電力消費が重要でない場合には、抵抗Ｒ及びスイッチングトランジスタSTRSTを省略することができる。この場合には電界効果トランジスタＴのゲートを電界効果トランジスタＴのソース又は接地端子GNDに接続する必要がある。この場合には電界効果トランジスタＴは始動フェーズ後に永久にターンオフされず、ＭＯＳＦＥＴ ＳＭが導通するときに自動的にターンオフされるだけとなり、これはこのとき第２の一次側端子２の電圧が接地端子GNDの電圧に対しほぼ零になるためである。内部電源電圧は外部電源電圧からダイオードＤ２を経て取り出される。
電流源ＣＳが可制御電流源である場合には、外部電圧が閾値、例えば０．５Ｖを超えない限り、電流源ＣＳにより供給される電流を、始動制御回路STCNTLの制御の下で、小さい値にすることができる。外部電圧が閾値を超える場合には、スイッチトモード電源の急速始動を保証するために電流源ＣＳにより供給される電流を十分に大きくすることができる。この利点は、スイッチトモード電源の過負荷の場合、例えば外部電源端子VAUXの接地端子GNDへの短絡のために外部電源端子VAUXが閾値を超えることができない場合に、電流源ＣＳにより供給される電流が小さい値に維持されるので、不必要な電力消費が避けられる点にある。他の利点は、比較的安価なスイッチ、例えばトランジスを用いて外部電源端子VAUXを接地端子GNDに故意に短絡させ、その結果として電流源ＣＳにより供給される電流を小さくすることによりスイッチトモード電源を待機モードに簡単にセットすることができる点にある。このようにすると、待機モードにおけるスイッチトモード電源の電力消費を小さくすることが達成される。
電界効果トランジスタＴを除くトランジスタは図示のタイプ以外の他のタイプのものも使用することができる。更に、スイッチング手段ＳＭとしてはトランジスタ以外の他の電気素子、例えばサイリスタを使用することもできる。電流源ＣＳはかならずしも可制御にする必要はなく、抵抗により実現することもできる。このスイッチトモード電源は集積回路に実現することができるが個別素子により実現することもできる。

Claims (3)

1. 接地端子（ＧＮＤ）に対し電圧（Ｕ）を受信するように結合された第１の一次側端子（１）及び第２の一次側端子（２）を有する一次巻線（Ｐ）が設けられた変成器（ＴＲ）と、前記第２の一次側端子（２）と前記接地端子（ＧＮＤ）との間に結合されたスイッチング手段（ＳＭ）とを具えるスイッチトモード電源であって、当該スイッチトモード電源を始動させる始動回路（ＳＴ）を具え、該始動回路が前記第２の一次側端子に結合されたドレイン電極、ソース電極及びゲート電極を有するノーマリオン形の電界効果トランジスタ（Ｔ）を具え、前記変成器（ＴＲ）が更に帰還巻線（Ｆ）を具え、該帰還巻線（Ｆ）が整流素子（Ｄ１）とバッファキャパシタ（Ｃ）との直列回路に結合され、前記整流素子（Ｄ１）と前記バッファキャパシタ（Ｃ）とが、外部電源電圧を出力する外部電源端子（ＶＡＵＸ）に接続されたスイッチトモード電源において、
   前記始動回路（ＳＴ）が更に、前記電界効果トランジスタ（Ｔ）のソース電極と前記外部電源端子（ＶＡＵＸ）との間に結合された電流源（ＣＳ）を具えることを特徴とするスイッチトモード電源。
2. 前記電流源（ＣＳ）が制御電極（ＣＥ）を具え、外部電源電圧に依存する制御信号を受信して該電流源（ＣＳ）を制御することを特徴とする請求項１に記載のスイッチトモード電源。
3. 前記始動回路（ＳＴ）が内部電源端子（ＶＩＮＴ）と外部電源端子（ＶＡＵＸ）との間に結合された単方向素子（Ｄ２）を具えることを特徴とする請求項２に記載のスイッチトモード電源。

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