JPH0527339B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的にオフラインスイツチングレ
ギユレータとして知られている電力線接続スイツ
チングレギユレータに関する。普通、全波ブリツ
ジ整流器は交流ライン電圧を脈流直流に変換し、
この脈流直流が一部、ろ波されて次にスイツチン
グレギユレータに印加される。このスイツチング
レギユレータは変圧器に供給されるエネルギを制
御し、変圧器の二次側は適当な電圧レベルにある
交流信号を整流器に供給するようになつている。
この交流信号は整流されて、フイルタ・コンデン
サに印加されると、コンデンサが直流出力を供給
する。スイツチングレギユレータは比較的高い周
波数において作動するため、変圧器とフイルタコ
ンデンサの部分は非常に効率的なものに且つかな
り小型なものにすることができる。通常の電力供
給が半波オフライン作動に対しては60Hzにて作動
し、且つ全波作動に対しては120Hzにて作動する
場合は、斯かる周波数はかなりな寸法の鉄心を有
する変圧器と、かなり大容量の、おそらくは数干
マイクロフアラツドのフイルタコンデンサを必要
とする。スイツチングレギユレータを600KHzに
て作動するようにすると、フイルタコンデンサの
寸法は60Hzの場合の４乗程小さくできることがわ
かる。変圧器の鉄心も同様にして小さくでき、小
型の低損失フエライトコアを用いることができ
る。斯かる電力供給は、同期するかあるいはフエ
ーズロツクループPLLの一部とすることによつ
て制御し安定化させるタイミング発振器を用いる
のが普通である。このタイミング発振器を用いて
ランプ電圧を発生し、このランプ電圧は整流され
た直流供給出力と比較され、その結果生じる情報
を用いてパルスの幅を変調し、このパルスをスイ
ツチに供給し、このスイツチが電力供給変圧器へ
のエネルギの流入を制御するのである。直流出力
が上昇すると、レギユレータはスイツチジユーテ
イサイクルを減少させるように作動し、これによ
り出力を低下するように作動する。直流出力が低
下すると、レギユレータはジユーテイサイクルを
増加させ、これにより出力を増加させる。定周波
におけるジユーテイサイクルに変化が生じると、
直流出力が制御されるように作動するのである。
斯かるスイツチングレギユレータ回路はかなり複
雑になるので、通常、集積回路ICの形になる。
ICは作動するためには直流電圧を供給しなけれ
ばならないが、これは、通常、電源の直流出力か
らICに電力を供給することによつて達成される。
しかし、これらの斯かる回路は自己始動型ではな
く、初めに付勢する時は個別に始動させなければ
ならない。これは、直流出力から直流電力ライン
入力に抵抗を接続することによつて達成するのが
普通である。この抵抗はICを最低ライン電圧で
作動するべく十分な電流を通すものでなければな
らない。かくして、抵抗値が設定される。次に、
最高電力ライン電圧では、この抵抗はその定格電
力が設定されるべく所要電力を散逸できるもので
なければならない。以上の要求条件によると、比
較的高損失の比較的低い値の抵抗が必要になる。
言い換えれば、この抵抗は高熱を発生し、高定格
ワツト数になつてしまうのである。斯かるいかな
る損失電力もむだになつてしまうため、このよう
な始動方法は好ましくないものとみなされる。

本発明の目的は、電力をほとんど散逸しない高
抵抗を用いたスイツチングレギユレータ回路用始
動回路を開発することにある。

本発明の別の目的は、スイツチングレギユレー
タに関連したICを、高抵抗を用いる直流入力か
ら充電できる分離された電力供給コンデンサによ
つて作動することにある。

本発明の更に別の目的は、充電が所定値に達し
た時にコンデンサ充電が検知され且つ始動パルス
が発生するスイツチングレギユレータ用オンチツ
プ始動回路を提供することにある。

上記及び他の諸目的は、以下のように構成され
た回路によつて達成される。すなわち、スイツチ
ングレギユレータにおいて、変圧器の別の出力端
が設けられる。この出力端は変圧器に別に設ける
巻線の出力端である。この巻線は交流出力電力を
生成し、整流されたその交流出力電力はスイツチ
ングレギユレータのスイツチングレギユレータ回
路のICを適当なレベルで正しく付勢するレベル
である。スイツチングレギユレータと別個に与え
られたコンデンサは整流器を経由して変圧器の別
の端子に結合される。スイツチングレギユレータ
は、始動した後はこの別の端子からの電力によつ
て作動される。スイツチングレギユレータが作動
している間、このコンデンサはフイルタコンデン
サとして働く。このコンデンサはスイツチングレ
ギユレータのパルス発生回路に結合され、そして
スイツチングレギユレータの作動中そのICを所
望のレベル（例えば15ボルト）で作動するように
その回路に結合される。コンデンサは、電力をほ
とんど放散しない高抵抗である第１抵抗を通して
直流入力ラインに結合される。その抵抗値は、ス
イツチングレギユレータが作動しているときにこ
の第１抵抗を経由した電力によつてスイツチング
レギユレータが作動できない程度に高く、スイツ
チングレギユレータが作動していないときにこの
第１抵抗を経由してコンデンサを充電できる程度
に低い。最初にスイツチングレギユレータが直流
ラインに結合されたときには、それからの出力は
なく、このレギユレータは自己始動はしない。し
かし、第１抵抗に結合されたコンデンサは第１抵
抗を通して充電される。始動回路は、主として、
公称コンデンサ動作電圧、即ちスイツチングレギ
ユレータを動作させるように変圧器の別の端子か
ら供給される電圧、を実質的に上回る合成ツエナ
電圧を有するツエナダイオードの直列接続結合体
から成る。このツエナダイオード結合体は第２抵
抗を含む一対の直列降下抵抗、及びこの一連のダ
イオードのちの１つの両端に結合されたラツチン
グトリガ回路を含む。ラツチ入力はこれらの直列
の抵抗の１つである第２抵抗に接続される。コン
デンサ充電の最初の期間は電圧がツエナレベルよ
り低く、ダイオードには電流が流れない。しか
し、コンデンサ充電がツエナレベルに達したとき
に、ダイオードに電流が流れ始める。これがツエ
ナダイオードにおける電流のオンセツト、即ち流
れ始めである。ラツチ入力抵抗、即ち第２抵抗、
両端の電圧がそのトリガレベルに達すると、ラツ
チがオンになり、ラツチに並列に接続されたツエ
ナダイオードを短絡する。これによつて、直列ツ
エナ結合体には電流サージが起こる。この電流サ
ージはスイツチングレギユレータ内のICにスタ
ーテイングパルスとして結合され、そしてコンデ
ンサに貯蔵されたエネルギによつてICの作動を
開始し、スイツチングレギユレータは機能する。
コンデンサの値は、レギユレータを確実に信頼性
をもつて始動せしめるのに十分な放電時間を与え
るように設定される。一旦レギユレータが作動を
開始すると、このコンデンサは変圧器巻線からツ
エナレベルを下回るレベルで充電される。

第１図について説明する。この図には、スイツ
チングレギユレータが示されている。このスイツ
チングレギユレータは＋端子１０と−端子１１に
公称直流入力を有する。この入力は、110ボルト
電力ラインの整流され且つ一部ろ波された出力と
なるのが普通である。普通、全波ブリツジ整流器
（図示せず）が用いられるので、低いライン電圧
条件の下では公称入力は最小150V（ピーク値）と
なるが、高いライン電圧条件の下では、最高190
ボルト程度に高くなるようにできる。この部分ろ
波電圧はかなりのリツプル成分を有しているが、
これはレギユレータ回路の作用によつて除去され
る。

スイツチングレギユレータの目的は、回路を高
スイツチング周波数にて作動することにあり、こ
れは、比較的小容量のフイルタコンデンサと小型
で効率的な変圧器（すなわち誘導子）を使用する
ことができる。斯かる目的を達成するには、高い
スイツチングレートが望まれる。しかし、この回
路はかなりの電力転移をもたらすため、スイツチ
ングデバイスは上の方の周波数能力を制限する高
電力デバイスでなければならない。50〜100ワツ
ト供給に対しては、20〜500KHzの範囲にあるス
イツチング速度を用いるのが普通である。スイツ
チ１２は、パワートランジスタもしくは変圧器１
３の電流をスイツチするのに用いられるパワー
MOSFETとすることができる。巻線１４はその
電流の流れをオン、オフにスイツチされる。出力
巻線１５はその出力側に適当な電圧を供給し、こ
の電圧はダイオード１７によつて整流されコンデ
ンサ１８によつてろ波され、これによつて出力用
端子１９及び２０に直流出力電圧が供給される。
この出力は電力供給の用途によつて決まり、ユー
ザによつて選択することができる。例えば５ボル
トは広く用いられる電圧である。10アンペア定格
では、これは50ワツト供給となる。

本発明の場合、変圧器１３の付加的な巻線１６
がダイオード２１に結合されており、ダイオード
２１を通じてコンデンサ２２を充電するように動
作する。このコンデンサ２２は本実施例では、公
称15ボルトに充電される。この電圧は、ライン２
９を経由して、レギユレータ２４に結合され、レ
ギユレータ２４はスイツチングレギユレータ回路
２３を作動させる。斯かるオンボードレギユレー
タ２４はライン２９を通して入力を受け且つライ
ン２５を通してスイツチングレギユレータ回路に
その入力を供給する。ここで特徴とすることは、
レギユレータ２４はライン２６に始動入力パルス
が現れないと始動しないことにある。スイツチン
グレギユレータ回路２３はライン２７から出力電
力に関する検知入力を受け、スイツチングレギユ
レータ回路は検知入力を基にしてそのライン２８
を通してパルス幅変調パルスを供給してスイツチ
１２を作動せしめる。ブロツク２３及び２４の回
路は従来の機能を有し、且つスイツチングレギユ
レータの業界では周知のため、これ以上詳しくは
述べない。

ターンオンのための回路の心臓部は、主電力供
給直流出力から離れて設けられているコンデンサ
２２である。抵抗３０はコンデンサ２２を端子１
０の直流入力に結合する。抵抗３０の値は比較的
大きくなつている。これは、コンデンサ２２が
150ボルトの最低値に向かつてゆつくりと充電す
るようにするためである。最初に回路がt₀におい
て付勢されると、コンデンサ２２は第２図のグラ
フで示すように充電する。図示のように、初期の
充電は比較的直線的であるが、これは抵抗３０が
電流源として作用するからである。

５個のツエナダイオード３１〜３５の直列結合
体がコンデンサ２２にまたがつた状態で結合され
ている。これらのダイオードは従来のIC NPNト
ランジスタのエミツタ−ベース接合から得ること
が好ましい。これらの各ダイオードは普通、
6.3Vにてブレークダウンするため、図示の直列
結合体は31.5Vにてブレークダウンする。これは
第２図のグラフの点３６である。この直列ツエナ
ダイオード結合体はまた、抵抗３７〜３９を含ん
でいる。一旦、ツエナダイオードが導通し始める
と、コンデンサ２２から放電し始める電流の流れ
が生じる。即ちツエナ電流のオンセツトが生じ
る。この電流は抵抗３７及び３８に流れる。この
結果、抵抗３８には電圧降下が生じるため、ラツ
チ４０が付勢され、ラツチ４０は導通し、ツエナ
ダイオード３４と抵抗３８を効果的に短絡する。
この短絡作用によつて、直列ダイオード結合体に
電流サージが起きる。ダイオード４１はライン２
６を通して、この電流サージを始動パルスとして
レギユレータ２４に送る。この始動パルスを受け
て内部電圧レギユレータ２４はターンオンされ、
そしてコンデンサ２２に蓄積された電荷が、動作
を開始するための始動初期の動作用電力としてス
イツチングレギユレータ回路２３，２４に与えら
れる。レギユレータ回路が動作してスイツチは作
動を開始するため、出力電圧が端子１９〜２０に
現れる。この時点になると、従来のレギユレータ
作用が回路の制御を引き継ぐ。第２図のグラフに
示すように、コンデンサ２２の電圧は変圧器の巻
線１６及びダイオード２１によつて供給される15
ボルトレベルまで低下する。

第２図中でt₁〜t₂と示されたインターバルは、
この間にレギユレータが始動する期間である。こ
の期間は、コンデンサ２２の値の関数である。何
となれば、その放電された電流はスイツチングレ
ギユレータ回路２３及び２４のスイツチングIC
が要求する公称電流を経路２９を通して供給する
からである。このインターバル中の電圧変化はま
たほとんど直線的であるが、これはスイツチング
レギユレータのICの公称電流が比較的一定であ
るからである。コンデンサ電圧が約25.2ボルト
（４個のツエナダイオード３１〜３３及び３５の
両端の電圧降下）に降下すると、これらのツエナ
ダイオードは非導通状態になる。時間t₂までにレ
ギユレータ回路が始動しているということが仮定
されていて、斯かる始動が非常に高い確立を有す
るように成分を選択することができる。しかし、
始動が行われなかつた場合は、コンデンサ２２へ
の充電が抵抗３０に流れる充電電流によつて再び
開始する。充電が再び31.5ボルトレベルに達する
と、ツエナの導通が再び開始し、始動パルスがレ
ギユレータ２４に送られる。この作用はレギユレ
ータが始動するまで反復する。

ラツチ４０が、ラツチング構成になるように互
いに結合されたPNP及びNPNトランジスタとし
て示されている。このラツチは、抵抗３８両端の
電圧降下がNPNトランジスタをオンにするほど
十分になつた時にオンになる。オンの時の電圧降
下はV_BE＋V_SATとなる。この電圧値はツエナ電圧
に比較して小さい。ラツチは、NPNエミツタ・
PNPエミツタ電圧が1V_BEを下回るか、あるいは
電流がゼロに降下するとオフになる。所望なら
ば、ラツチ４０をSCRに置き換えてもよい。

第３図は１つの好ましい始動回路の略図であ
る。第１図の部品と同じ部品については、同一の
数字を用いた。ツエナダイオードはNPNトラン
ジスタ４３〜４７のエミツタ・ベースダイオード
から形成されている。これらのダイオードは抵抗
３７及び３８に直列に且つコンデンサ２２に並列
に結合されている。トランジスタのコレクタはす
べてコンデンサ２２に結合されているので、これ
らのトランジスタは公称的に逆バイアスされてい
る。かくして、トランジスタ４３〜４７は、IC
部分中の単一の別個のエピタキシヤル材質タブに
配置することができる。トランジスタ４８は第１
図のダイオード４１の機能を実行するダイオード
接続ラテラルPNPトランジスタである。

第３図の回路例を用いて第１図のレギユレータ
回路を構成した。ICは従来のモノリシツクシリ
コンPN接合分離型を用いた。そして下記の成分
値を用いた。成 分 値 単 位 コンデンサ２２ 10 マイクロフアラツド 抵抗３０ 500 キロオーム 抵抗３７〜３９ 10K オーム レギユレータ自体は、10アンペアで５ボルトの
出力、すなわち50ワツト能力を供給するように設
計された。変圧器巻線１６及びダイオード２１は
コンデンサ２２の両端に公称15ボルトを生成し
た。ライン２８に印加されたパルスは100KHz周
波数を有していた。この５ボルト出力はゼロから
10アンペアの範囲に対して5.00ボルトから4.95ボ
ルトに変化した。第２図に示されたt₁〜t₂インタ
ーバルは0.5ミリ秒であり、この回路は約1.0ミリ
秒内で、放電した状態から信頼性をもつて始動し
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細を示すスイツチングレ
ギユレータの略ブロツク図、第２図は、第１図の
回路の作動を示すグラフ、第３図は、NPNトラ
ンジスタを用いたツエナダイオード接続体の好ま
しい形の略図。 １２……スイツチ、１６……巻線、２２……コ
ンデンサ、３０……第１抵抗、３１，３２，３
３，３４……ツエナダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流入力１０、一方の側で該直流入力からの
   電力を受けるレベルシフト変圧器１３、該直流入
   力１０から該レベルシフト変圧器１３に供給され
   る電力を変調し且つ制御するためのパルス巾変調
   スイツチ１２、直流電力出力を供給するために、
   該レベルシフト変圧器１３の他方の側に備えられ
   た出力整流器−フイルタ結合体１７，１８、及び
   該スイツチ１２にパルス巾変調パルスを供給し且
   つ該直流電力出力の一部が与えられるようにされ
   たパルス発生回路２３，２４を有するスイツチン
   グレギユレータ電源装置の始動回路において、 前記パルス発生回路２３，２４の始動インター
   バル中に該パルス発生回路２３，２４を始動する
   のに十分な電力を貯蔵するのに十分な容量を有す
   るコンデンサ２２と、 前記パルス発生回路２３，２４が始動した後前
   記パルス発生回路２３，２４を動作させるための
   適正電圧を供給するために、前記パルス発生回路
   ２３，２４を動作させるための電圧を、前記直流
   入力１０の電力の一部から、前記パルス発生回路
   ２３，２４が始動した後フイルタコンデンサとし
   て働く前記コンデンサ２２に供給する該レベルシ
   フト変圧器１３の別の出力端１６と、 前記別の出力端１６に直列に接続された整流器
   ２１と、 前記適正電圧によつて作動されるように前記パ
   ルス発生回路２３，２４を結合するための手段２
   ９と、 前記直流入力１０と前記コンデンサ２２との間
   に結合され且つ前記パルス発生回路２３，２４が
   動作されているときに前記直流入力１０からの電
   力によつて前記パルス発生回路２３，２４を動作
   することができないような十分に高い抵抗値を有
   する第１抵抗３０であつて、前記レベルシフト変
   圧器１３から与えられる前記適正電圧によつて前
   記パルス発生回路２３，２４が動作していない時
   に、前記直流入力１０から前記コンデンサ２２を
   充電するのに抵抗値が十分に低い第１抵抗３０
   と、 前記コンデンサ２２に並列接続された複数の直
   列結合されたツエナダイオード３１，３２，３
   ３，３４，３５であつて、該複数のツエナダイオ
   ード３１，３２，３３，３４，３５は前記適正電
   圧より高い合成ツエナ電圧をもち、前記コンデン
   サ２２の充電電圧が前記合成ツエナ電圧を上回る
   時にツエナ電流が流れるようにした複数のツエナ
   ダイオード３１，３２，３３，３４，３５と、 前記合成ツエナ電流の流れ始めに応答して前記
   パルス発生回路２３，２４を始動するための手段
   ３８，４０，４１と、 を備えることを特徴とするスイツチングレギユレ
   ータ電源装置の始動回路。 ２ 前記の合成ツエナ電流の流れ始めに応答する
   ための手段３８，４０，４１が、 前記ツエナダイオード３１，３２，３３，３
   ４，３５のうちの少なくとも１つの両端に結合さ
   れたラツチ４０と、 前記ツエナ電流に応答して前記ラツチ４０をタ
   ーンオンすることにより前記ツエナ電流の増加を
   形成するための手段３８と、 前記ツエナ電流の増加に応答して始動パルスを
   前記パルス発生回路２３，２４に加えるための手
   段４１と、 を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のスイツチングレギユレータ電源装置の始動
   回路。 ３ 前記ラツチ４０をターンオンするための前記
   ツエナ電流に応答する手段３８が、前記ツエナダ
   イオードに直列に接続され且つ前記ラツチ４０を
   トリガするように結合された第２抵抗３８である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   スイツチングレギユレータ電源装置の始動回路。 ４ 前記パルス発生回路２３，２４は関連の電圧
   レギユレータ２４から作動され、前記パルス発生
   回路が動作していない時に始動回路にはほとんど
   電流が流れず、そして、 前記パルス発生回路を始動する前記始動パルス
   は前記電圧レギユレータ２４に加えられることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のスイツ
   チングレギユレータ電源装置の始動回路。 ５ 始動パルスを加えるための前記手段４１が、
   始動パルスを通すように極性が与えられた直列接
   続されたダイオード４１を含むことを特徴とする
   特許請求の範囲第４項に記載のスイツチングレギ
   ユレータ電源装置の始動回路。 ６ 前記ツエナダイオード３１，３２，３３，３
   ４，３５の各々がNPNトランジスタのベース・
   エミツタダイオードであることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項に記載のスイツチングレギユレ
   ータ電源装置の始動回路。 ７ 前記NPNトランジスタのコレクタが前記コ
   ンデンサ２２に結合され、逆バイアスされている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
   スイツチングレギユレータ電源装置の始動回路。 ８ 前記ラツチ４０がラツチ構成に交差結合され
   たPNPトランジスタとNPNトランジスタとから
   なり、前記第２抵抗３８が該交差結合トランジス
   タの１つのエミツタとベースとの間に結合されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記
   載のスイツチングレギユレータ電源装置の始動回
   路。