JPH0660293U - 安定化電源における出力ダミー電流回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パルス幅制御方式の安定化電源において、電
源の負荷が予め設定した値より小さいときのみ出力側に
ダミー電流を流し、電源の動作が不安定になるのを防止
すると共に内部損失を減らす。 【構成】 パルス幅制御方式のスイッチング安定化電源
の電圧変換トランスＴの出力を整流及び平滑して負荷の
大小に応じて変化する直流電圧を出力する整流及び平滑
回路と、この整流及び平滑回路の出力電圧と予め設定し
た基準電圧とを比較することにより負荷の大小を検出
し、負荷大検出信号又は負荷小検出信号を出力する負荷
大小検出回路と、この負荷大小検出回路が出力する負荷
小検出信号に基づいてダミー抵抗Ｒ₇ をスイッチング安
定化電源の出力端子Ｐ₁ ，Ｐ₂ 間に接続し、負荷大検出
信号に基づいてダミー抵抗Ｒ₇ を出力端子Ｐ₁ ，Ｐ₂ 間
から切り離すダミー抵抗接続回路とを備える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は安定化電源における出力ダミー電流回路、特にパルス幅制御（ＰＷＭ ）方式のスイッチング安定化電源における出力ダミー電流回路に関するものであ る。

【０００２】

【従来の技術】

ＰＷＭ方式のスイッチング安定化電源は、その電源出力が軽負荷の場合にスイ ッチングトランジスタの動作の遅れにより、つまりＯＮ（導通）幅を狭めること が不可能となることなどにより、制御が困難になり不安定動作をすることがある 。そこで、従来は図４及び図５に示すように、フォワード方式スイッチング安定 化電源（以下、安定化電源と記す）の出力端子間に抵抗又はトランジスタを介し て抵抗を接続して、常に一定のダミー電流が流れるようにしていた。 図４は従来の安定化電源における出力ダミー電流回路の一例を示す回路図であ り、Ｔは電圧変換トランス、Ｄ₁ は整流ダイオード、Ｄ₂ はフライホイールダイ オード、ＣＨはチョークコイル、Ｃ₁ はコンデンサ、Ｒ₁₁はダミー抵抗である。 図５は従来の安定化電源における出力ダミー電流回路の他の例を示す回路図で あり、図４と同一符号を付した部分は同一部分を示し、Ｄ_Z2はツェナーダイオー ド、Ｑ₃ はトランジスタ、Ｒ₁₂，Ｒ₁₃は抵抗である。 図４及び図５におけるダミー電流は各々以下のように示すことができる。 図４の場合……Ｉ_D2＝Ｖ_OUT ／Ｒ₁₁ …（１） 図５の場合……Ｉ_D3＝（Ｖ_DZ2 −Ｖ_BEQ3）／Ｒ₁₂ …（２） ここで、Ｖ_DZ2 はツェナーダイオードＤ_Z2のツェナー電圧 Ｖ_BEQ3はトランジスタＱ₃ のベース・エミッタ間電圧である。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記構成の各回路では、一定電流をダミー電流回路部へ常に流 しているため、その分電源としての内部損失となり、安定化電源装置が発熱する 。電源出力が小さい場合は、特に発熱は問題とならないが、電源出力が大きくな るにつれて、このダミー電流回路による損失が無視できなくなり、安定化電源と しての出力をおさえなければならないということになる。 このダミー電流回路による損失は、安定化電源の小形化、高効率化に反するも のであり、又装置の高密度実装、省エネルギ化に対しても、改善しなければなら ない問題であった。

【０００４】 本考案はかかる問題点を解決するためになされたもので、負荷が予め設定した 値より大きいか小さいかを検出し、電源としては不安定となり易いが、電源全体 としての損失は負荷が小さいため少ない軽負荷時のみ、ダミー電流を流し、また 負荷がある一定負荷以上になればダミー電流が、流れないようにして、電源の動 作が不安定になるのを防止すると共に、内部損失を減らし、安定化電源の小形化 、高効率化に適した出力ダミー電流回路を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案に係る安定化電源における出力ダミー電流回路は、パルス幅制御方式の スイッチング安定化電源の電圧変換トランスの出力を整流及び平滑して負荷の大 小に応じて変化する直流電圧を出力する整流及び平滑回路と、この整流及び平滑 回路の出力電圧と予め設定した基準電圧とを比較することにより負荷が大きいか 小さいかを検出し、負荷大検出信号又は負荷小検出信号を出力する負荷大小検出 回路と、この負荷大小検出回路が出力する負荷小検出信号に基づいてダミー抵抗 をスイッチング安定化電源の出力端子間に接続し、負荷大検出信号に基づいてダ ミー抵抗を出力端子間から切り離すダミー抵抗接続回路とを備えたものである。

【０００６】

【作用】

本考案においては、負荷大小検出回路から出力される負荷小検出信号に基づい てダミー抵抗を出力端子間に接続し、負荷大検出信号に基づいてダミー抵抗を出 力端子間から切り離すから、電源の動作が不安定になるのを防止すると共に内部 損失を減らすことができる。

【０００７】

【実施例】

図１は本考案の一実施例を示す回路図であって、電圧変換トランスＴの２次側 にダイオードＤ₃ 、抵抗Ｒ₁ ，Ｒ₂ 、コンデンサＣ₂ からなる整流及び平滑回路 が接続されている。この整流及び平滑回路の出力直流電圧Ｖ_AUX は抵抗Ｒ₃ ，Ｒ₄ により分圧されて、電圧比較器Ａの−端子へ入力されている。また、電圧比較 器Ａの＋端子には安定化電源の出力電圧Ｖ_OUT を抵抗Ｒ₅ ，Ｒ₆ で分圧した電圧 が基準電圧として入力されている。 安定化電源の出力端子Ｐ₁ ，Ｐ₂ 間には抵抗Ｒ₇ とトランジスタＱ₁ が直列に 接続されている。トランジスタＱ₁ のベースと安定化電源の出力端子Ｐ₁ 側間に ツェナーダイオードＤ_Z1が接続され、またベースとアースＥ間にトランジスタＱ₂ と抵抗Ｒ₈ が直列に接続されている。トランジスタＱ₂ のベースには、電圧比 較器Ａの出力電圧が抵抗Ｒ₉ を介して入力されている。抵抗Ｒ₁₀は帰還抵抗であ る。 なお、図４及び図５と同一符号を付した部分は同一部分を示している。

【０００８】 次に、動作を説明する。 先ず、電圧変換トランスＴの２次側巻線からは矩形波電圧が出力される。その 波形は図２に示すように、負荷が大きいときは、安定化電源のスイッチングトラ ンジスタ（図示せず）のＯＮの時間が長くなり、このＯＮ時間に相当するパルス 幅Ｔ_ON1 は周期の４０〜５０％となる。また、軽負荷時はスイッチングトランジ スタのＯＮ時間が短くなり、このＯＮ時間に相当するパルス幅Ｔ_ON2 は非常に短 かくなる。この出力は、ダイオードＤ₃ 、抵抗Ｒ₁ ，Ｒ₂ ンデンサＣ₂ からなる 整流及び平滑回路により、図３に示すような直流電圧Ｖ_AUX に変換される。 電源としての出力負荷電流が大である場合には、前述のようにパルス幅Ｔ_ON1 が長くなり、図３の例ではコンデンサＣ₂ の充電時間と放電時間がほぼ等しくて 、コンデンサＣ₂ の両端の電圧であるＶ_AUX は高くなる。また、軽負荷時はパル ス幅Ｔ_ON2 が短いので、コンデンサＣ₂ の充電時間が短くなり、放電時間が長く なる。従って、Ｖ_AUX は低くなる。即ち、このＶ_AUX の電圧値により電源として の負荷の大小を検出することができる。 このようにして得られたＶ_AUX を抵抗Ｒ₃ ，Ｒ₄ により分圧して電圧比較器Ａ の−端子に入力する。また、この電圧が高いか低いかを判断するため、安定化さ れた出力電圧Ｖ_OUT を抵抗Ｒ₅ ，Ｒ₆ により分圧した電圧を基準電圧として電圧 比較器Ａの＋端子に入力している。

【０００９】 従って、もし電圧比較器Ａの＋端子の基準電圧よりＶ_AUX から得られた−端子 電圧が低い場合は、つまり軽負荷の場合は、電圧比較器Ａの出力はＨｉｇｈレベ ルとなる。即ち、負荷小検出信号が出力される。このＨｉｇｈレベルの負荷小検 出信号は、抵抗Ｒ₉ を介してトランジスタＱ₂ のベースへ入力され、トランジス タＱ₂ にベース電流が流れ、トランジスタＱ₂ はＯＮする。トランジスタＱ₂ の コレクタ電流Ｉ_C はトランジスタＱ₁ のベース電流として作用し、トランジスタ Ｑ₁ はＯＮする。これにより抵抗Ｒ₇ が出力端子Ｐ₁ ，Ｐ₂ 間に接続されたこと になり、ダミー電流Ｉ_D1がＶ_OUT 側から抵抗Ｒ₇ をとおしてアースＥへと流れる 。この時の電流Ｉ_D1は（３）式のように示すことができる。 Ｉ_D1＝（Ｖ_DZ1 −Ｖ_BEQ1）／Ｒ₇ …（３） ここで、Ｖ_DZ1 はツェナーダイオードＤ_Z1のツェナー電圧 Ｖ_BEQ1はトランジスタＱ₁ のベース・エミッタ間電圧である。 なお、負荷がどの程度小で負荷小検出信号を出力するかは、パルス幅が短くな り定電圧電源の動作が不安定となる出力負荷電流となったときに、抵抗Ｒ₇ が接 続されるように抵抗Ｒ₃ ，Ｒ₄ ，Ｒ₅ 及びＲ₆ の抵抗値を適宜調節することによ り行なう。

【００１０】 次に、出力負荷電流が大である場合、つまり−端子電圧が高い場合は、電圧比 較器Ａの出力はＬowレベルとなる。即ち、負荷大検出信号が出力される。このＬ owレベルの負荷大検出信号により、トランジスタＱ₂ はＯＦＦとなる（非導通と なる）ので、トランジスタＱ₁ もＯＦＦとなる。これにより抵抗Ｒ₇ が出力端子 Ｐ₁ ，Ｐ₂ 間から切り離されたことになり、ダミー電流は流れないことになる。 出力負荷電流が大きいとき、即ち電源としてのパワーが大のときは、当然電源 内部の発熱も最大となるわけで、この状態ではダミーの電流回路はＯＦＦとなる ため、効率、熱設計の面で有効であることが容易に理解される。

【００１１】 ダミー電流が流れているときの発熱は抵抗Ｒ₇ 及びトランジスタＱ₁ で生じ、 その損失は各々式（４），（５）により表わされる。 抵抗Ｒ₇ による損失＝（Ｖ_DZ1 −Ｖ_BEQ1）² ／Ｒ₇ …（４） トランジスタＱ₁ による損失｛（Ｖ_OUT −Ｖ_DZ1 ＋Ｖ_BEQ1）× （Ｖ_DZ1 −Ｖ_BEQ1）｝／Ｒ₇ …（５）

【００１２】 なお、図３に示す様に、Ｖ_AUX にリップル分が少し含まれているので、このリ ップル分による電圧変化を検出しないようにするため、及び負荷が微妙に変化す ることによる電圧変化を検出しないようにするため、電圧比較器Ａにヒステリシ スを設けて、ダミー電流のＯＮ−ＯＦＦを滑らかにしている。なお、ヒステリシ ス特性は抵抗Ｒ₅ ，Ｒ₆ 及びＲ₁₀によって得られる。

【００１３】

【考案の効果】

本考案は以上説明したとおり、負荷大小検出回路から出力される負荷小検出信 号に基づいてダミー抵抗を出力端子間に接続し、負荷大検出信号に基づいてダミ ー抵抗を出力端子間から切り離すから、電源の動作が不安定になるのを防止する と共に内部損失を減らすことができる。従って下記の効果がある。 １．電源の効率を高めることができる。 ２．電源の損失が少なくなるため、放熱フィンの小形化ができる。 ３．電源の効率が上昇した分、逆に電源の出力をふやすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す回路図である。

【図２】電圧変換トランスの出力を示す波形図である。

【図３】負荷大小検出回路部直流電圧（Ｖ_AUX ）の波形
図である。

【図４】従来の出力ダミー電流回路の一例の回路図であ
る。

【図５】従来の出力ダミー電流回路の他の例を示す回路
図である。

【符号の説明】

Ａ 電圧比較器 Ｃ₁ ，Ｃ₂ コンデンサ ＣＨ チョークコイル Ｄ₁ ，Ｄ₂ ，Ｄ₃ ダイオード Ｄ_Z1 ツェナーダイオード Ｐ₁ ，Ｐ₂ 出力端子 Ｑ₁ ，Ｑ₂ トランジスタ Ｒ₁ 〜Ｒ₁₀ 抵抗 Ｔ 電圧変換トランス

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス幅制御方式のスイッチング安定化
   電源の電圧変換トランスの出力を整流及び平滑して負荷
   の大小に応じて変化する直流電圧を出力する整流及び平
   滑回路と、 この整流及び平滑回路の出力電圧と予め設定した基準電
   圧とを比較することにより負荷が大きいか小さいかを検
   出し、負荷大検出信号又は負荷小検出信号を出力する負
   荷大小検出回路と、 この負荷大小検出回路が出力する負荷小検出信号に基づ
   いてダミー抵抗を前記スイッチング安定化電源の出力端
   子間に接続し、前記負荷大検出信号に基づいて前記ダミ
   ー抵抗を前記出力端子間から切り離すダミー抵抗接続回
   路とを備えた安定化電源における出力ダミー電流回路。