JPH01198271A - チョークコンバータを有するスイッチング電源 - Google Patents

チョークコンバータを有するスイッチング電源

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JPH01198271A
JPH01198271A JP63316653A JP31665388A JPH01198271A JP H01198271 A JPH01198271 A JP H01198271A JP 63316653 A JP63316653 A JP 63316653A JP 31665388 A JP31665388 A JP 31665388A JP H01198271 A JPH01198271 A JP H01198271A
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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、電圧値が変化する直流電圧源から、出力コン
デンサと並列に接続された電気的負荷に電源を供給する
スイッチング電源に関する。
(従来技術) スイッチング電源は定電圧および/または定電流を電気
的または電子的装置に供給するのに用いられ、チョーク
コンバータ、1次または2次切換形ブロッキングオシレ
ータ形コンバータまたはフォワードコンバータもしくは
プッシュプルコンバータとして構成されている。一般に
、これらは整流回路およびそれに続いてトランスまたは
チョークコイルが接続されたフィルタ平滑回路を有して
いる。チョークコンバータを利用するときは、チョーク
および電気的負荷と直列に接続され1つまたはいくつか
の変数に依存してONまたはOFFする電子スイッチま
たはスイッチングトランジスタが用いられる。このとき
チョークに蓄えられたエネルギーは、電子スイッチのO
FF期間中、適当な極性を有するダイオードを介して電
気的負荷に供給される。
以上のような回路はドイツ特許明細書(DE−PS)第
3,310,678号により知られている。この特許明
細書においては、出力電圧を安定化するために電解コン
デンサ10が用いられている。しかしながら、スペース
および信頼性の理由から、できることなら回路に電解コ
ンデンサを使用することは避けたい。さらに公知の回路
ではダイオード8は比較的高い耐圧が要求される。
(発明の目的および構成) 本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、部品ま
たはコストを増加させることなく上述した部品を不要に
する回路を提供することにある。
この目的は、前述したタイプの回路において、出力電圧
の安定化に要する時間(この時間中電流はチョークから
出力コンデンサへ流れる)を、スレッショールドスイッ
チを用いてチョークを短絡させることにより変化させる
ことで達成される。
本発明の回路は直流電圧そして直列の整流器が接続され
たどんな周波数の交流電圧にも好適である。この回路は
たとえば70Vから260Vの揺らぎを含む電源におい
て発生する全ての電圧から一定の出力電圧を生じさせる
。電気的負荷はたとえば電気カミソリなどの小さな家庭
用品に用いられる直流モータや、アキュミュレータなど
である。
有用な実施例において、この回路はチョークに蓄えられ
たエネルギーが第2のトランジスタのベース−エミッタ
回路を介して流出するように構成されている。このため
、チョークの全放電時間中、第1のトランジスタのベー
ス−エミッタ回路は短絡され、それにより第1のトラン
ジスタは非導通のままになる。
もしチョークコイルの短絡中に流れる電流が第2のトラ
ンジスタのベース−エミッタ回路を介して流れるなら、
第1のトランジスタはこの期間中確実にOFFのままで
ある。請求項4にはスレッショールドスイッチの簡単な
例が記載されている。
さらに有用な実施例はその他の請求項から明らかであろ
う。
(実施例) 以下図面に記載された実施例を参照して本発明をより詳
細に説明する。
第1図は電子的スイッチング電源の回路図であり、ここ
ではチョークの放電電流および短絡電流は共に第2のト
ランジスタのベース−エミッタ回路を通って流れる。
第2図は第1図の回路のスレッショールドスイッチの一
例である。
第3図および第4図は第2図の回路における電圧および
電流を示すグラフであり、第3図は無負荷状態、第4図
は部分的な負荷状態を示している。
第1図において、第1のトランジスタTI、エミッタ抵
抗R4、チョークn1、減結合ダイオードD2および負
荷抵抗RLと並列に接続された出力コンデンサC3から
成る直列回路が、直流電圧源Ueの2つの端子間に接続
されている。負荷抵抗RLおよび出力コンデンサC3の
並列回路には出力電圧Uaが印加される。直流電圧源U
eの2つの端子間には、たとえばACラインに接続され
た整流器の正弦波整流電圧などの入力端子Ueを平滑す
るためのコンデンサC1が接続されている。
入力電圧Ueの正端子に接続されたトランジスタT1の
コレクタと、エミッタ抵抗R4とチョークn1の接続点
Eとの間には、入力抵抗R1と第2のトランジスタT2
の回路とから成る直列回路が接続されている。第2のト
ランジスタT2のベースはベース抵抗R3を介してトラ
ンジスタT1のエミッタに接続されている。トランジス
タT1のベースはトランジスタT2のコレクタと入力抵
抗R1との接続点に接続されるとともに、フィードバッ
クコンデンサC2および電流制限抵抗R2を介してフィ
ードバックコイルn2に接続されている。フィードバッ
クコイルn2の他端は接続点Eに接続されている。チョ
ークn1のコイルおよびフィードバックコイルn2は磁
気的に結合され、かつ同じ極性で巻かれている。入力電
圧Ueの負端子は本実施例では基準電位を示し、ダイオ
ードDIを介してトランジスタT2のベースに接続され
ている。チョークn1と減結合ダイオードD2との接続
点FはスレッショールドスイッチSを介して基準電位に
接続されている。スレッショールドスイッチSは出力電
圧Uaと基準電圧Urとの差によって制御される。
入力電圧Ueが印加されると、トランジスタT1には入
力抵抗R1を通って僅かにベース電流が流れる。トラン
ジスタTIの電流増幅率によって増幅されたエミッタ電
流が、エミッタ抵抗4、チョークnl、減結合ダイオー
ドD2および出力コンデンサまたは負荷抵抗RLを通っ
て流れ、基準電位に達する。負荷抵抗RLはたとえば直
流モータである。初1tJ]電流■、によってフィード
バックコイルn2に電圧が誘起され、この電圧によりト
ランジスタT1は電流制限抵抗R2およびフィードバッ
クコンデンサC2を介して急激に導通し飽和状態に達す
る。
初期電流I、がリニアに増加してエミッタ抵抗R4の電
圧降下がトランジスタT2のベース−エミッタ回路のし
きい値に達するとトランジスタT2が抵抗R3を介して
ONになる。これによりトランジスタT1のベース−エ
ミッタ回路が短絡されるのでトランジスタT1がすぐに
OFFになる。
同時にフィードバックコンデンサC2が放電されその後
逆極性に充電される。これはトランジスタT1が遮断さ
れてフィードバックコイルn2に誘起される電圧の極性
が急に反転するからである。
トランジスタT1がON状態の間、チョークn1に電圧
が現れ、その接続点Eの電位は接続点Fの電位に対して
正である。トランジスタTIが遮断された後、すなわち
、チョークn1に流れる電流■が減少してくるとチョー
クnlの電圧は急に逆転し、接続点Fが接続点Eに対し
て正になる。
そしてチョークnlに蓄えられたエネルギーは2次電流
■2の形で減結合ダイオードD2、出力コンデンサC3
、ダイオードDIおよびトランジスタT2のベース−エ
ミッタ回路を通って接続点Eへ流れる。トランジスタT
2のベース−エミッタ回路を流れるこの2次電流は、チ
ョークが完全に放電する間およびフィードバックコンデ
ンサC2が逆極性に充電される間、トランジスタT1の
ベース−エミッタ回路を短絡させるという利点があるつ
その後コンデンサC2の右側の電極の接続点Bは左側の
電極の接続点Aに対して正の電圧を有するようになる。
その結果、2次電流が流れなくなるとすぐにトランジス
タは再びONになる。
出力電圧Uaがその規定電圧に達すると、スレッショー
ルドスイッチSがONになりチョークn1の下端(すな
わち接続点F)は、ダイオードDlおよびトランジスタ
T2のベース−エミッタ回路を介して、チョークn1の
上端(すなわち接続点E)と接続される。そのときチョ
ークn1のコイルは2つのダイオード回路すなわちダイ
オードD1およびトランジスタT2のベース−エミッタ
ダイオードを通って短絡される。チョークnlのコイル
に出力電圧Uaより実質的に低い電圧を印加すると、そ
の放電時間はかなり延びる。それはチョークコイルn1
に蓄えられるエネルギーは上記閉回路で生じるロスによ
り消費されるだけだからである。
第2図は第1図のスレッショールドスイッチSの簡単な
例を示す。図において第1図の部品と同一のものには同
じ参照番号を付しである。この実施例において、チョー
クn1の負荷側端である接続点Fと基準電位との間に接
続された第3のトランジスタT3がスレッショールドス
イッチSである。トランジスタT3のベースは、減結合
抵抗R5およびツェナーダイオードD3を介して出力コ
ンデンサC3の正電極に接続され、他方、抵抗R6、R
7から成る分圧器を介して基準電位に接続されている。
本実施例においては、ダイオードD1のアノードは第1
図のように基準電位に接続される代わりに、2つの抵抗
R6,R7の接続点に接続されている。抵抗6と並列に
コンデンサC4が接続され、この接続の抵抗値をかなり
低くしている。もし出力電圧Uaが、定格値を越えたと
きは、ツェナーダイオードD3が導通し、トランジスタ
T3がONする。減結合ダイオードD2はトランジスタ
T3が導通している聞出力コンデンサC3がトランジス
タT3を通って放電するのを防止する。
抵抗R7を流れる2次電流I2および短絡電流■3の両
者によって、この抵抗の両端に電流に応じた電圧降下が
現れる。このとき抵抗R6およびR7の接続点は基準電
位に対して負になっている。これにより抵抗R6および
それと並列に接続されたコンデンサC4を通してトラン
ジスタT3のベースの正電圧が増加する。これは正帰還
がかかっていることを意味している。
第3図および第4図はトランジスタT3のコレクターエ
ミッタ電圧U CE3および接続点Eを流れる電流■を
示している。第3図は無負荷のときの特性を示し、第4
図は一部負荷をかけたときの特性を示している。図にお
いて、tlは初期電流I、がチョークnlに流れる期間
すなわちトランジスタTIが導通している期間である。
期間t2においては2次電流I2がチョークn1からダ
イオードDlおよびトランジスタT2のベース−エミッ
タ回路を介し負荷すなわち出力ゴンデンサC3および負
荷抵抗RLへ流れる。このt2の期間ではトランジスタ
T1およびトランジスタT3は共に非導通である。期間
t3ではトランジスタT3が導通し、電流はトランジス
タT3、ダイオードD1およびトランジスタT2のベー
ス−エミッタ回路を通ってチョークn1だけに流れる。
期間上3に、おいては短絡回路の電流がやや減少するが
、これはチョークnl、トランジスタT2のベース−エ
ミッタダイオードおよびダイオードD1のロスに起因す
るものである。
第3図と第4図の特性を比較してみると、チョークnl
から負荷まで2次電流I2が流れる期間t2は無負荷の
ときは一部負荷時より実質的に短い。
したがってチョークn1のコイルが短絡されている期間
t3は、無負荷時の方が負荷時より長い。
すなわち出力電圧Ueを制御するために必要な時間t2
は、チョークコイルn1の短絡時間に応じて変化する。
一つの実施例として、出力電圧Uaは40V、負荷抵抗
RLは約5Wの直流モータである。チヨ、−クコンバー
タの発振周波数は30 k Hzから50kHzであり
、インターバルの周波数すなわちトランジスタT3また
はスレッショールドスイッチSがONする時は負荷に依
存して変化する。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、電解コンデンサ
や耐圧が高いダイオードを用いないスイッチング電源を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるスイッチング電源の一実施例の回
路図、第2図は第1図の回路のスレッショールドスイッ
チの一例を示した回路図、第3図および第4図は第2図
の回路における電圧および電流を示す図であり、第3図
は無負荷状態、第4図は一部負荷状態を示している。 TI・・・第1のトランジスタ、12番・・第2のトラ
ンジスタ、T3・・・第3のトランジスタ、n1争・・
チョーク 特許出願人  ブラウン アクチーエンゲゼルシャフト 代理人 弁理士 鈴 木 弘 男 一 一

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電圧値が変化する直流電圧源から、出力コンデン
    サと並列に接続された電気的負荷に電源を供給するスイ
    ッチング電源の出力電圧を調整する回路であつて、チョ
    ークと直列に接続された第1のトランジスタの回路を有
    し、前記チョークは第1のトランジスタの導通状態にお
    ける初期電流によって充電され、第1のトランジスタの
    遮断状態のとき前記チョークに蓄えられたエネルギーが
    ダイオードを介して前記出力コンデンサに流れ前記電気
    的負荷を通って放電され、エミッタ抵抗が第1のトラン
    ジスタと直列に接続され且つ第2のトランジスタのベー
    ス−エミッタ回路と並列に接続され、第2のトランジス
    タのコレクタは第1のトランジスタのベースに接続され
    、フィードバックコイルは前記チョークと磁気的に結合
    され、フィードバックコイルの一端は、直列に接続され
    たフィードバックコンデンサおよび電流制限抵抗を介し
    て第1のトランジスタのベースに接続され、フィードバ
    ックコイルの他端は前記チョークおよび前記エミッタ抵
    抗との接続点に接続されているチョークコンバータを有
    するスイッチング電源において、前記チョークのコイル
    を短絡させるスレッショールドスイッチによって、前記
    チョークから前記出力コンデンサへ電流が流れている時
    間であって前記出力電圧の調整に必要な時間を変化させ
    ることを特徴とするチョークコンバータを有するスイッ
    チング電源。
  2. (2)前記チョークに蓄えられたエネルギーが第2のト
    ランジスタのベース−エミッタ回路を通って前記出力コ
    ンデンサへ流れることを特徴とする請求項1に記載のス
    イッチング電源。
  3. (3)前記スレッショールドスイッチが、前記ダイオー
    ドおよび第2のトランジスタのベース−エミッタ回路を
    通して前記チョークを短絡させ、前記チョークの負荷側
    端と前記スレッショールドスイッチとの接続点と、前記
    出力コンデンサとの間に減結合ダイオードを挿入したこ
    とを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源。
  4. (4)前記スレッショールドスイッチが前記チョークの
    負荷側端と基準電位との間に設けられた第3のトランジ
    スタであり、そのベースは減結合抵抗およびツェナーダ
    イオードを介して前記出力コンデンサに接続されるとと
    もに、抵抗を介して基準電位に接続されていることを特
    徴とする請求項3に記載のスイッチング電源。
  5. (5)前記抵抗が分圧器から成り、その接続点に前記ダ
    イオードが接続され、分圧器を構成する抵抗のうち第3
    のトランジスタに接続された抵抗にはそれと並列にコン
    デンサが接続されたことを特徴とする請求項4に記載の
    スイッチング電源。
  6. (6)前記直流電圧源がAC商用電源に接続された整流
    器であることを特徴とする請求項1に記載のスイッチン
    グ電源。
JP63316653A 1987-12-16 1988-12-16 チョークコンバータを有するスイッチング電源 Expired - Fee Related JP2732100B2 (ja)

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EP (1) EP0320605B1 (ja)
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DE (2) DE3742613A1 (ja)

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US4875001A (en) 1989-10-17
ATE92685T1 (de) 1993-08-15
EP0320605A2 (de) 1989-06-21
DE3742613A1 (de) 1989-06-29
DE3882939D1 (de) 1993-09-09
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