JPH04200272A - 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、スイッチによって直流電圧をオン・オフして
制御された出力電圧を得るためのスイッチング電源装置
に関する。

［従来の技術］ 直流電源にトランスの１次巻線と電圧変換用トランジス
タとの直列回路を接続し、電圧変換用トランジスをオン
・オフすることによってトランスの２次側に制御された
出力電圧を得るように構成したスイッチングレギュレー
タは種々の分野で使用されている。

この種のスイッチングレギュレータを自励発振させるた
めにトランスの１次巻線に正帰還用の駆動巻線を電磁結
合させ、この駆動巻線の電圧で電圧変換用トランジスタ
を制御するように回路を構成すると、回路構成が簡略化
される。

自励方式のスイッチングレギュレータにおいて、駆動巻
線に並列に制御用トランジスタを接続し、この制御用ト
ランジスタを断続的にオン制御することによって電圧変
換用トランジスタをオフ制御する形式のスイッチングレ
ギュレータは、例えば特開昭６２−１６６７７７号公報
、特開昭６２−２７２８６７号公報、特開昭６１−６６
６８号公報等に開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、従来のスイッチングレギュレータにおいて、
負荷短絡等で駆動巻線の電圧が低下すると、制御素子を
オンにすることが困難になり、電圧変換用スイッチのオ
ン時間幅が所望幅よりも長くなり、電圧変換用スイッチ
が破壊するおそれがあった。

そこで、本発明の目的は、過電流保護を容易に達成する
ことができるスイッチング電源装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、直流電源と、トラ
ンスの１次巻線と、電界効果トランジスタと、出力回路
と、駆動巻線と、コンデンサと、充電回路と、制御素子
と、制御回路とを有し、前記電界効果トランジスタのド
レインが前記１次巻線を介して前記直流電源の一端に接
続され、前記電界効果トランジスタのソースが前記直流
電源の他端に接続され、前記出力回路は前記トランスに
接続され、前記駆動巻線の一端は前記コンデンサを介し
て前記電界効果トランジスタのゲートに接続され、前記
駆動巻線の他端は前記電界効果トランジスタのソースに
接続され、前記充電回路は前記コンデンサに接続され、
前記制御素子は前記電界効果トランジスタのゲートとソ
ースとの間に接続され、前記制御回路は前記制御素子の
制御端子に接続され、前記電界効果トランジスタをオン
・オフすることによって前記出力回路の電圧を調整する
ように構成されているスイッチング電源装置において、
前記コンデンサと前記電界効果トランジスタのドレイン
との間に逆流阻止用の素子を介して放電用抵抗が接続さ
れていることを特徴とするスイッチング電源装置に係わ
るものである。

［作用］ 本発明においてコンデンサとドレインとの間に接続され
た抵抗と逆流阻止用ダイオードは、コンデンサの放電回
路を形成する。電界効果トランジスタのオン時にコンデ
ンサの電荷は、抵抗と逆流阻止用ダイオードとドレイン
・ソース間と駆動巻線とから成る閉回路で放出される。

従って、制御素子による電界効果トランジスタのオフ制
御が不可能又は困難であっても、コンデンサを介しての
電界効果トランジスタのオン駆動が不可能になり、確実
にターンオフする。

［実施例］ 次に、第１図及び第２図を参照して本発明の実施例に係
わる自励式スイッチング電源装置を説明する。

第１図において、整流器と平滑用コンデンサから成る直
流電源１の一端２と他端３との間にトランス４の１次巻
線５と電圧変換用スイッチとしての第１のＦＥＴ　（電
界効果トランジスタ）６との直列回路が接続されている
。即ち、第１のＦＥＴ６のドレイン（一端）が１次巻線
５を介して直流電源１の一端２に接続され、ソース（他
端）が直流電源１の他端３に接続されている。

出力回路を構成するためにトランス４の２次巻線７には
ダイオード８とコンデンサ９とから成る整流平滑回路１
０を介して出力端子１１．１２が接続されている。一対
の出力端子１１．１２はここに接続された負荷１３に直
流電圧を与える。

第１のＦＥＴ６を正帰還駆動するためにトランス４に設
けられた駆動巻線１４は１次及び２次巻線５．７にそれ
ぞれ電磁結合され、その一端が抵抗１５と第１のコンデ
ンサ１６とを介して第１のＦＥＴ６のゲート（制御端子
）に接続され、その他端が第１のＦＥＴ６のソースに接
続されている。

ゲート制御素子としての第２のＦＥＴ　（電界効果トラ
ンジスタ）１７のドレインは第１のＦ　ＥＴ６のゲート
に接続され、そのソースは第１のＦＥＴ６のソースに接
続されている。

第１のコンデンサ１６を充電して第１のＦＥＴ、６をオ
ン駆動するための起動回路即ち充電回路としての抵抗１
８が電源の一端２と第１のコンデンサ１６との間に接続
されている。なお、この起動抵抗１８に直列にダイオー
ド１つと抵抗２０とが直列に接続されている。

第２のＦＥＴ１７を周期性を有してオン制御するための
第２のコンデンサ２１は第２のＦＥＴｌ７のゲート（制
御端子）とソースとの間に接続されている。

第２のコンデンサ２１を周期性を有して充電するために
駆動巻線１４の一端がバイアス電源用コンデンサ２２と
逆流阻止用ダイオード２９と充電時定数制御用ホトトラ
ンジスタ２３と抵抗２４とを介して第２のコンデンサ２
１の一端に接続されている。なお、ホトトランジスタ２
３と抵抗２４とに並列に抵抗２５が接続され、また第２
のコンデンサ２１に並列に抵抗２６が接続されている。

バイアス電源用コンデンサ２２を充電するために駆動巻
線１４の上端がバイアス電源用コンデンサ２２の一端に
接続され、駆動巻線１４の下端がダイオード２６を介し
てバイアス電源用コンデンサ２２の他端に接続されてい
る。また、第２のコンデンサ２１の放電回路を形成する
ために、この一端が抵抗２８と逆流阻止用ダイオード２
９を介してバイアス電源用コンデンサ２２の他端に接続
されている。

負荷１３の短絡等で出力電圧が低下した時に、第１のＦ
ＥＴ６が必要以上にオン状態を維持することを阻止する
ために、第１のコンデンサ１６の左端は抵抗２０と逆流
阻止用ダイオード２９を介して第１のＦＥＴ６のドレイ
ンに接続されている。

起動抵抗１８を介して第１のコンデンサ１６を充電して
この電圧で第１のＦ　ＥＴ６をオン駆動する動作を起動
後に停止させるために、バイパス回路３０が設けられて
いる。このバイパス回路３０は第１及び第２の逆流阻止
用ダイオード１９．３１と、バイパス用コンデンサ３２
と、トランジスタ３３と、抵抗３４とから成る。バイパ
ス用コンデンサ３２は起動抵抗１８の下端と電源の他端
３との間に逆流阻止用ダイオード３１を介して接続され
ている。トランジスタ３３はコンデンサ３２に並列に接
続され、且つそのベースは抵抗３４を介して駆動巻線１
４の上端に接続されている。

出力電圧を一定に制御するために、一対の出力端子１１
．１２間に電圧検出用分圧抵抗３５．３６が接続され、
且つ発光ダイオード３７と抵抗３８とトランジスタ３９
とシェナーダイオード４０との直列回路が接続されてい
る。トランジスタ３９のベースは抵抗３５．３６の分圧
点に接続され、エミッタはツェナーダイオド４０に接続
され、コレクタは抵抗３８と発光ダイオード３７ζを介
して出力端子１１に接続されている。従って、トランジ
スタ３９は差動増幅器として機能し、ツェナーダイオー
ド４０で与えられる基準電圧（定電圧）と検出電圧との
差に対応する電流が発光ダイオード３７に流れ、発光ダ
イオード３７に光結合されたホトトランジスタ２３がこ
れに応答する。

［動作］ 電源１による電力供給を開始すると、起動抵抗１８、ダ
イオード１９、抵抗２０、第１のコンデンサ１６、抵抗
１５、駆動巻線１４から成る回路で第１のコンデンサ１
６の充電が開始し、同時に第１のＦＥＴ６のゲート・ソ
ース間の浮遊容量の充電も開始する。第１のコンデンサ
１６の電圧が第１のＦＥＴ６のスレッシュホールド電圧
以上になると、第１のＦＥＴ６はオン状態に転換し、第
１のＦＥＴ６のゲート・ソース間電圧が低下するので、
電源１の電圧のほぼ全部が１次巻線５に加わり、駆動巻
線１４に正帰還電圧が発生し、第１のＦＥＴ６のオンが
維持される。このオン期間には、駆動巻線１４とバイア
ス電源用コンデンサ２２とダイオード２９とホトトラン
ジスタ２３と抵抗２４と第２のコンデンサ２１との閉回
路が形成され、第２のコンデンサ２１の充電が行われ、
この電圧Ｖｃ２が第２図（Ｅ）に示すように徐々に高く
なる。第２のコンデンサ２１の電圧が第２のＦＥＴ１７
のスレッシュホールド電圧に達すると、第２のＦＥＴ１
７がオンになり、第１のＦＥＴ６のゲート・ソース間が
短絡されるために、第１のＦＥＴ６がオフに転換する。

なお、第１のＦＥＴ６のオン期間には、駆動巻線１４の
上方向の正帰還電圧でトランジスタ３３がオン制御され
、バイアス用コンデンサ３２の電荷がトランジスタ３３
を介して放出される。

この実施例のスイッチング電源装置では、第１のＦＥＴ
６のオン期間にトランス４に蓄積されたエネルギーが第
１のＦＥＴ６のオフ期間にダイオード８を介してコンデ
ンサ９及び負荷１３に放出される。

第１のＦＥＴ６のオフ期間には駆動巻線１４に第２図（
Ｄ）に示すように下向きの電圧が発生するので、ダイオ
ード２６を介してバイアス電源用コンデンサ２２が第１
図に示す極性に充電される。

また、第２のコンデンサ２１の電荷が抵抗２６を介して
放出されると共に抵抗２８とダイオード２９とコンデン
サ２２と駆動巻線１４とから成る回路によっても放出さ
れる。

トランス４の蓄積エネルギーの放出が終了すると、リン
ギング（振動）が生じ、駆動巻線１４に上向きの高い電
圧か発生し、これにより第１のＦＥＴ６がオン制御され
る。なお、第１のコンデンサ１６に対して実質的に並列
にバイパス用コンデンサ３２が接続され、且つこのバイ
パス用コンデンサ３２の電荷は第１のＦＥＴ６のオン期
間にトランジスタ３３で放出されているので、第１のＦ
ＥＴ６のオフ期間における第１のコンデンサ１６の充電
速度は極めて遅く、トランス４の蓄積エネルギー放出終
了時点において第１のコンデンサ１６の電圧のみで第１
のＦＥＴ６をオン駆動することは不可能である。

起動後における第１のＦＥＴ６のオン駆動は、第２図（
Ｄ）に示す駆動巻線１４の正帰還電圧Ｖ３に基づいて得
られる第２図（Ａ）に示すゲート電圧によって行われる
。ドレイン電流は第２図（Ｂ）に示すようにトランス４
のインダクタンスのために傾斜を有して増大する。

起動後においては、バイアス電源用コンデンサ２２に第
１図の極性の電圧が充電されているので、駆動巻線１４
の電圧とバイアス電源用コンデンサ２２の電圧との和が
ホトトランジスタ２３と抵抗２４とを介して第２のコン
デンサ２１に加わり、第２のコンデンサ２１の電圧を十
分に高い電圧に充電する。この結果、第２のＦＥＴ１７
は確実にオンになる。

ところで、起動時又は負荷１３の短絡時において第２の
ＦＥＴ１７を所望通りにオンにすることが不可能なこと
がある。この場合は、第１のＦＥＴ６が所望通りにオフ
にならない。もし、本実施例のダイオード４１が設けら
れていないと、第１のＦＥＴ６が所望時間以上オンを継
続し、これが破壊するおそれがある。しかし、第１図で
は第１のコンデンサ１６の電荷が抵抗２０とダイオード
４１と第１のＦＥＴ６のドレイン・ソース間と駆動巻線
１４と抵抗１５とから成る回路で放電しζ第１のＦＥＴ
６のゲート電圧かスレッシュホールド電圧以下になり、
第１のＦＥＴ６がオフに転換する。

第１図の回路において、出力電圧の制御は出力電圧の検
出に基づいてホトトランジスタ２３の導通状態を制御す
ることによって行われている。出力電圧が所定値よりも
高くなった時にはホトトランジスタ２３の抵抗か小さく
なり、第２のコンデンサ２１の電圧が第２図（Ｅ）で点
線で示すように速く立上るので、第１のＦＥＴ６のオン
時間幅が狭くなる。出力電圧が低下した時には上記と逆
の動作になる。

［変形例コ 本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、例え
ば次の変形が可能なものである。

（１）　オン・オフ式の自励のスイッチングレギュレー
タやインバータ等にも本発明を適用することができる。

（２）　バイアス電源用コンデンサ２２を駆動巻線１４
で充電する代りに、トランス４に充電用巻線を設け、こ
の充電用巻線の電圧をダイオードで整流してバイアス電
源用コンデンサ２２を充電することができる。

（３）　抵抗２４．２５を省くことができる。

（４）　第１のＦＥＴ６のソースと電源１の他端３との
間に電流検出抵抗を接続し、この電流検出抵抗の電圧と
第２のコンデンサ２１の電圧との和で第２のＦＥＴ１７
を制御するように構成することができる。

（５）　バイパス回路３０を省くことかできる。

（６）　第２のＦＥＴ１７をバイポーラトランジスタに
することができる。［発明の効果］上述から明らかなよ
うに本発明によれば、負荷短絡等で制御素子によって電
界効果トランジスタをオフ制御することができない場合
であってもコンデンサの放電によって自動的に電界効果
トランジスタがターンオフし、過電流保護が達成される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に関わるスイッチング電源装置
を示す回路図、 第２図は第１図の各部の波形図である。 １・・・直流電源、４・・・トランス、５・・・１次巻
線、６・・・第１のＦＥＴ、７・・・２次巻線、１０・
・・整流平滑回路、１３・・・負荷、１４・・・駆動巻
線、１６・・・第１のコンデンサ、１７・・・第２のＦ
ＥＴ、１８・・・起動抵抗、２１・・・第２のコンデン
サ、２２・・・バイアス電源用コンデンサ、４１・・・
逆流阻止用ダイオード、３０・・・バイパス回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］直流電源と、トランスの１次巻線と、電界効果ト
   ランジスタと、出力回路と、駆動巻線と、コンデンサと
   、充電回路と、制御素子と、制御回路とを有し、 前記電界効果トランジスタのドレインが前記１次巻線を
   介して前記直流電源の一端に接続され、前記電界効果ト
   ランジスタのソースが前記直流電源の他端に接続され、 前記出力回路は前記トランスに接続され、 前記駆動巻線の一端は前記コンデンサを介して前記電界
   効果トランジスタのゲートに接続され、前記駆動巻線の
   他端は前記電界効果トランジスタのソースに接続され、 前記充電回路は前記コンデンサに接続され、前記制御素
   子は前記電界効果トランジスタのゲートとソースとの間
   に接続され、 前記制御回路は前記制御素子の制御端子に接続され、 前記電界効果トランジスタをオン・オフすることによっ
   て前記出力回路の電圧を調整するように構成されている
   スイッチング電源装置において、前記コンデンサと前記
   電界効果トランジスタのドレインとの間に逆流阻止用の
   素子を介して放電用抵抗が接続されていることを特徴と
   するスイッチング電源装置。