JPH0720091U - スイッチング電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 確実な起動が可能で且つ、定常時の消費電力
を低減して効率改善を図ったスイッチング電源回路を提
供する。 【構成】 直流電圧源Ｅにスイッチング用トランジスタ
Ｑ１を介してトランスＴの一次巻線Ｎ１が接続され、ト
ランスＴの補助巻線Ｎ２，Ｎ３の電圧によりトランジス
タＱ１が所定周波数でオン，オフ制御されるスイッチン
グ電源回路において、トランスＴの補助巻線Ｎ２とトラ
ンジスタＱ１のベースの間に、定常時にトランジスタＱ
１のベース駆動電流波形をコレクタ電流波形と相似形に
するための積分回路１が設けられ、この積分回路１と並
列にトランスＴの補助巻線Ｎ３とトランジスタＱ１のベ
ースの間に、起動時にのみ動作してトランジスタＱ１に
大きなベース駆動電流を供給するための微分回路２が設
けられている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、効率改善を図ったスイッチング電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】

自励型のスイッチング電源回路は、直流電圧源にスイッチング用トランジスタ を介してトランス一次巻線が接続され、トランスの補助巻線電圧によりスイッチ ングトランジスタが所定周波数でオン，オフ制御される。この種のスイッチング 電源回路でスイッチング用トランジスタに流れるコレクタ電流は、トランス巻線 の充電電流であるため、ランプ波形（鋸波）となる。一方、スイッチング用トラ ンジスタのベース駆動には、トランスの補助巻線に得られる矩形波電圧が利用さ れる。この矩形波電圧が例えば電流制限抵抗を介してベースに供給されると、ベ ース駆動電流はやはり矩形波となる。 このベース駆動電流の値は、コレクタ電流の飽和値が負荷の大きさより変動す るため、その飽和値が最大の時でもトランジスタが充分に飽和するように、設定 しておくことが必要である。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上述のように、スイッチングトランジスタのベース駆動電流波形で矩形波であ って、且つその値を最大負荷時を想定して大きく設定すると、負荷が軽い状態で も大きなベース電流が流れ、無駄な電力を消費することになる。特にこの種のス イッチング電源に用いられる高耐圧，高速のバイポーラトランジスタは、電流増 幅率が１桁程度と小さい。このため、コレクタ電流に対して無視できないベース 電流が必要となり、ベース電流による電力損失が問題になる。

【０００４】 この考案は、確実な起動が可能で且つ、定常時の消費電力を低減して効率改善 を図ったスイッチング電源回路を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この考案は、直流電圧源にスイッチング用トランジスタを介してトランスの一 次巻線が接続され、前記トランスの補助巻線の電圧により前記トランジスタが所 定周波数でオン，オフ制御されるスイッチング電源回路において、前記トランス の補助巻線と前記トランジスタのベースの間に設けられて、定常時に前記トラン ジスタのベース駆動電流波形をコレクタ電流波形と相似形にするための積分回路 と、この積分回路と並列に前記トランスの補助巻線と前記トランジスタのベース の間に設けられて、起動時にのみ動作して前記トランジスタに大きなベース駆動 電流を供給するための微分回路とを有することを特徴としている。

【０００６】

【作用】

この考案によると、スイッチング用トランジスタのベース駆動電流が積分回路 によってコレクタ電流波形と相似のランプ波形とされるため、スイッチング電源 の定常状態での無駄な電力消費が低減される。ベース駆動電流を常にランプ波形 にすると、起動時の発振がしにくくなる。これに対してこの考案では、上述の積 分回路と並列に起動時のみ動作する微分回路が設けられて、起動時にはこの微分 回路によりスイッチングトランジスタに大きなベース駆動電流が供給される。従 って確実な起動が可能である。

【０００７】

【実施例】

以下、図面を参照して、この考案の実施例を説明する。 図１はこの発明の一実施例のスイッチング電源回路を示している。トランスＴ の一次巻線Ｎ１の一端は電源スイッチＳＷを介して直流電圧源Ｅの正側端子に接 続され、他端はスイッチング用のｎｐｎトランジスタＱ１及び抵抗Ｒｅを介して 直流電圧源Ｅの負側端子に接続されている。電源スイッチＳＷの出力側端子とト ランジスタＱ１のベースとの間には、電源スイッチＳＷをオンしたときにトラン ジスタＱ１を初期駆動するための起動用抵抗Ｒｓが設けられている。また、コレ クタ，ベースがそれぞれトランジスタＱ１のベース，コレクタが接続され、エミ ッタが電源の負側端子に接続されたｎｐｎトランジスタＱ２は、トランジスタＱ １と相補的にオン，オフする補助用トランジスタである。

【０００８】 トランスＴの二つの補助巻線Ｎ２，Ｎ３は、トランジスタＱ１をオン，オフ制 御するための駆動源であって、これらの補助巻線Ｎ２，Ｎ３とトランジスタＱの ベース電流制限抵抗Ｒｂの間に、積分回路１と微分回路２の二系統の制御駆動回 路が形成されている。 積分回路１は、補助巻線Ｎ２の端子電圧を積分してトランジスタＱ１のベース に供給するためのもので、インダクタンス素子Ｌが積分要素として用いられてい る。即ち補助巻線Ｎ２の端子が、整流用ダイオードＤ１を介し、インダクタンス 素子Ｌを介して電流制限抵抗Ｒｂの端子Ｐ３に接続されている。インダクタンス 素子Ｌには並列に、ダイオードＤ１と逆向きのダイオードＤ２が接続されている 。 微分回路２は、もう一つの補助巻線Ｎ３の端子電圧を微分してトランジスタＱ １のベースに供給するためのもので、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ２により構成され ている。

【０００９】 微分回路２を構成するコンデンサＣ２の両端には、微分回路を起動時のみ動作 させ、定常時にはこれを機能停止させるための制御回路３が付加されている。こ の制御回路３は、微分回路出力端子であるコンデンサＣ２と抵抗Ｒ２の接続端子 Ｐ２の電位が定常状態で基準端子Ｐ０の電位に等しくなるように設定するための もので、補助巻線Ｎ３の電圧を整流して充電するダイオードＤ３，抵抗Ｒ１及び コンデンサＣ１からなる充電回路と、その充電コンデンサＣ１の端子Ｐ１と微分 回路出力端子Ｐ２の間に接続されたツェナーダイオードＺＤとから構成されてい る。ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧は、充電コンデンサＣ１の完全充電 電圧、即ち補助巻線Ｎ３の巻線数で決まる直流電圧と等しい値とする。

【００１０】 トランスＴの二次側には、整流用ダイオードＤ４及び平滑用コンデンサＣｏｕ ｔからなる整流平滑回路が構成されている。

【００１１】 このように構成されたスイッチング電源回路の動作を次に説明する。図２は、 図１の各部電位波形を示している。 電源スイッチＳＷをオンにすると、起動用抵抗Ｒｓを介してトランジスタＱ１ のベースにバイアス電流が供給される。これによりトランジスタＱ１がオンして 、トランスＴの一次巻線Ｎ１に電流が流れ、磁気エネルギー蓄積が行われる。こ のとき、起動抵抗Ｒｓから供給されるバイアス電流は、補助巻線Ｎ２側にはダイ オードＤ１により阻止されて流れない。もう一つの補助巻線Ｎ３側には抵抗Ｒ２ ，コンデンサＣ２による分流経路があるが、これは抵抗Ｒ２を数百Ω，コンデン サＣ２を数千ｐＦとすることにより、その分流電流は無視できる値に抑えられる 。

【００１２】 一次巻線Ｎ１に電流が流れると、補助巻線Ｎ２，Ｎ３にはそれぞれ巻数比に応 じた電圧が発生する。例えば、補助巻線Ｎ２の電圧は１〜３Ｖ程度、補助巻線Ｎ ３の電圧は１０〜１５Ｖ程度である。補助巻線Ｎ２の電圧は、ダイオードＤ１及 びインダクタンス素子Ｌの積分回路１の経路で積分され、電流制限抵抗Ｒｂを介 してトランジスタＱのベースに供給される。また補助巻線Ｎ３の電圧は、コンデ ンサＣ２及び抵抗Ｒ２の微分経路２で微分されて、電流制限抵抗Ｒｂを介してト ランジスタＱ１のベースに供給される。従って起動時は、電流制限抵抗Ｒｂの端 子Ｐ３の電位は図２に示すように積分波形と微分波形の重畳した形になる。その 微分波形の大きな初期値により、トランジスタＱ１は確実に起動されることにな る。

【００１３】 一方、補助巻線Ｎ３の電圧は、ダイオードＤ３，抵抗Ｒ１を介してコンデンサ Ｃ１に充電される。図２に示すように充電電圧は抵抗Ｒ１によって徐々に上昇し 、最終的な充電電圧は補助巻線Ｎ３の巻数比で決まる直流電圧ＶＮ３である。ツ ェナーダイオードＺＤのツェナー電圧は、前述のようにコンデンサＣ１の完全充 電電圧値と等しく設定されてい。従って、充電完了後は微分回路出力端子Ｐ２の 電位が基準端子Ｐ０の電位と同じ、即ち０Ｖになる。

【００１４】 トランジスタＱ１のコレクタ電流が上昇し、抵抗Ｒｅの端子電圧がある値に達 すると、補助トランジスタＱ２がオンし、これによりトランジスタＱ１がオフに なる。そしてトランジスタＱ１がオンの間トランスＴの一次巻線Ｎ１に蓄積され たエネルギーが二次側に放出されて、出力電力となる。蓄積エネルギーが放出さ れ尽くすと、二次巻線がオープンになって起電力が発生し、これが帰還されて再 度トランジスタＱ１がオン駆動される。以下、同様の動作でトランジスタＱ１の オン，オフが繰り返される。 そして、発振が継続している間、微分回路出力端子Ｐ２は０Ｖに保たれて、微 分回路は機能しない状態にあり、トランジスタＱ１のベース駆動は、図２に示す ようにダイオードＤ１，インダクタンス素子Ｌによる積分経路のみで繰り返され る。

【００１５】 以上のようにこの実施例によれば、スイッチングトランジスタＱ１のベース駆 動電流波形が積分回路１によってコレクタ電流波形と相似のランプ波形となり、 無駄なベース電流がなくなって消費電力が低減される。また起動時には、トラン ジスタＱ１のベース駆動波形には積分波形の他に微分波形が重畳されて、大きな ベース駆動電流が得られるから、確実な起動ができる。この結果、補助巻線Ｎ２ はその端子電圧が必要最小限の低い値になるように巻数を選び、定常状態でのト ランジスタＱ１のオーバードライブをなくして、一層の消費電力低減が図られる 。 また、起動抵抗Ｒｓから供給されるバイアス電流は無駄に分流されずほとんど トランジスタＱのベース電流として用いられるから、起動抵抗Ｒｓは例えば１Ｍ Ω程度あるいはそれ以上の高抵抗とすることができる。従ってバイアス電流によ る消費電力も低減される。

【００１６】

【考案の効果】

以上述べたようにこの考案によれば、スイッチング用トランジスタのベース駆 動回路に、定常状態でコレクタ電流波形と相似のベース電流を供給する積分回路 と、起動時にのみ大きなベース駆動電流を供給する微分回路を併設することによ り、定常状態での無駄な電力消費を効果的に低減し、しかも確実な起動を可能と したスイッチング電源回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この考案の一実施例のスイッチング電源回路
を示す。

【図２】 同スイッチング電源回路の動作波形を示す。

【符号の説明】

Ｅ…直流電圧源、ＳＷ…電源スイッチ、Ｑ１…スイッチ
ング用トランジスタ、Ｑ２…補助トランジスタ、Ｒｓ…
起動用抵抗、Ｔ…トランス、Ｎ１…一次巻線、Ｎ２，Ｎ
３…補助巻線、１…積分回路、２…微分回路、３…制御
回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電圧源にスイッチング用トランジス
   タを介してトランスの一次巻線が接続され、前記トラン
   スの補助巻線の電圧により前記トランジスタが所定周波
   数でオン，オフ制御されるスイッチング電源回路におい
   て、 前記トランスの補助巻線と前記トランジスタのベースの
   間に設けられて、定常時に前記トランジスタのベース駆
   動電流波形をコレクタ電流波形と相似形にするための積
   分回路と、 この積分回路と並列に前記トランスの補助巻線と前記ト
   ランジスタのベースの間に設けられて、起動時にのみ動
   作して前記トランジスタに大きなベース駆動電流を供給
   するための微分回路と、 を有することを特徴とするスイッチング電源回路。