JPH07264843A

JPH07264843A - スイッチング電源

Info

Publication number: JPH07264843A
Application number: JP5046294A
Authority: JP
Inventors: Mitsunao Fujimoto; 三直藤本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】スイッチング電源の起動用抵抗における無効
な電力消費を削減する。【構成】トランスの１次巻線Ｎ１の出力端と接地間
に、スナバ回路２２を構成するダイオードＤ３とコンデ
ンサＣ３を直列に接続し、このコンデンサの出力端と、
スイッチングトランジスタＱ１を制御する制御用ＩＣ２
１の電源端子との間に、同じくスナバ回路を構成する抵
抗Ｒ１を接続する。そして、電源の起動時には、スナバ
回路の抵抗を起動用抵抗として使用し、同抵抗から起動
電流をＩＣに供給し、起動後は、スイッチングトランジ
スタに加わるスパイク電圧を、同抵抗によって消費す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主スイッチを制御用Ｉ
Ｃ又は制御用回路によってスイッチングすることによ
り、入力電圧を定電圧に変換するスイッチング電源に係
り、特に、ＩＣ起動用抵抗における電力のロスを低減し
た同電源に関する。

【０００２】

【従来の技術】主スイッチを制御用ＩＣによってコント
ロールするスイッチング電源の一例が、日本電気株式会
社発行、１９８９年版「ＮＥＣデータブック、産業用リ
ニアＩＣ」の９６８頁に記載されている。そして、この
ようなスイッチング電源の回路構成をわかり易く示した
のが図２である。図において、交流電源にスイッチＳＷ
１を介して接続される整流器Ｄ１には、第１の平滑用コ
ンデンサＣ１と、巻線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を有するトラン
スＴが並列に接続され、巻線Ｎ１と接地間にはスイッチ
ングトランジスタＱ１が挿入されている。このトランジ
スタのベースにトランジスタのスイッチングを制御する
制御用ＩＣ２１の出力端子ｏｕｔが接続される。巻線Ｎ
２は、制御用ＩＣ２１を駆動するのに必要な電圧を発生
するように巻線されており、その出力は、ダイオードＤ
２を介して制御用ＩＣ２１の電源端子Ｖ_CCに入力され、
この電源端子Ｖ_CCと接地間には第２の平滑用コンデンサ
Ｃ２が、そして、同端子Ｖ_CCと整流器Ｄ１の正極端子Ａ
との間には起動用抵抗Ｒ３がそれぞれ挿入されている。
また、巻線Ｎ１には、さらに、ダイオードＤ３、コンデ
ンサＣ３、及び、抵抗Ｒ４より成るスナバ回路２２が接
続され、２次側巻線Ｎ２には、ダイオードＤ４を介して
負荷回路が接続されている。

【０００３】このスイッチング電源を交流電源に接続
し、スイッチＳＷ１をオンにすると、制御用ＩＣ２１を
動作させるために、起動用抵抗Ｒ３より第２の平滑用コ
ンデンサＣ２を充電する。この場合起動用抵抗Ｒ３の抵
抗値は、交流電源電圧を直流変換して得られたＡ点にお
ける電圧をＶ_in、制御用ＩＣ２１の動作電圧、即ち、コ
ンデンサＣ２に加えられる電圧と、ＩＣの消費電流をそ
れぞれＶ_C2、Ｉ_CTとすると、Ｒ３＜（Ｖ_in−Ｖ_C2）／Ｉ_CT （１）によって決定される。又、起動用抵抗Ｒ３における消費
電力をＰ_Stとすると、Ｐ_St＝（Ｖ_in−Ｖ_C2）²／Ｒ３（２）となる。

【０００４】第２の平滑用コンデンサＣ２が充電され、
制御用ＩＣ２１の駆動電圧に達すると同ＩＣが動作を開
始し、スイッチングトランジスタＱ１をスイッチング制
御することにより、各巻線に電圧が誘起される。そし
て、巻線Ｎ２からダイオードＤ２を介して、制御用ＩＣ
２１に駆動電源が供給される。

【０００５】制御用ＩＣ２１は、起動用抵抗Ｒ３におけ
る電力消費を低減させるために、その消費電流は、動作前電流 ≪ 動作後電流の関係になっており、起動用抵抗Ｒ３の抵抗値が、ＩＣ
の動作前電流によって決定されるので、動作後は、ＩＣ
への電源供給はそのほとんどをＮ２巻線から行うことに
なる。

【０００６】制御用ＩＣ２１が動作を開始すると、スイ
ッチングトランジスタＱ１がオフの期間にそのコレクタ
−エミッタ間に加わる電圧Ｖ_CEは、入力電圧Ｖ_inと出力
電圧Ｖ_out、及び、トランスの巻線Ｎ１，Ｎ２の巻数を
ｎ１、ｎ２として、Ｖ_CE＝Ｖ_in＋（ｎ１／ｎ２）・Ｖ_out （３）で表わされる。ここで、（ｎ１／ｎ２）・Ｖ_outは、巻
線Ｎ１とＮ２の巻数比によって発生するフライバック電
圧Ｖ_fであり、Ｖ_inには関係なく、ほぼ一定の値とな
る。

【０００７】ところが、オフ瞬間時には、この電圧Ｖ_CE
にさらにトランスＴの漏れインダクタンスによるスパイ
ク電圧が加えられる。トランスには必ず、エネルギーの
伝達に寄与しない漏れインダクタンスが存在し、その漏
れインダクタンスに蓄積されたエネルギは２次側に移行
しないので、トランジスタのオフ瞬間時に大きな逆起電
圧が発生し、スイッチングトランジスタＱ１のコレクタ
−エミッタ電圧にスパイク電圧として加わってしまう。
このコレクタ−エミッタ電圧の波形を示したのが図３で
ある。

【０００８】そこで、この逆起電圧はパルスなので、ス
ナバ回路２２のコンデンサＣ３にいったん吸収し、抵抗
Ｒ４によって熱エネルギに変換する方法をとっている。
しかし、トランジスタのオフ期間には、前述したフライ
バック電圧Ｖ_fもスナバ回路２２のコンデンサＣ３に加
わっており、エネルギー量としてはスパイク電圧よりも
フライバック電圧Ｖ_fの方が大きいので、抵抗Ｒ４で消
費される電力は、そのほとんどがフライバック電圧Ｖ_f
によるものである。このことより、スイッチング電源が
通常動作している間に、抵抗Ｒ４において消費される電
力Ｐ_Sは、Ｐ_S＝（Ｖ_f）²／Ｒ４（４）で表わされる。従って、抵抗Ｒ３及びＲ４で消費される
電力の合計は、（Ｖ_in−Ｖ_C2）²／Ｒ３＋（Ｖ_f）²／Ｒ４（５）となり、これは負荷側へ供給されない無効な電力であ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】起動用抵抗Ｒ３には、
制御用ＩＣ２１が動作を開始した後も、その両端の電位
差のために電流が流れつづけるので、常に、（２）式に
示したＰ_Stだけの電力が消費される。しかもこれは、Ｖ
_inが変化するとその２乗でＰ_Stが変化するので、入力電
圧が高くなると、消費される無効な電力が非常に大きく
なってしまう。

【００１０】ＡＣ電源の電圧は、日本国内は１００Ｖで
あるが、海外では国によって１２０Ｖ〜２４０Ｖと様々
であるので、国内と海外の両方に対応可能なスイッチン
グ電源では、海外で使用した場合、前述したように大き
な無効電力を浪費してしまう問題があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、動作前電流が
動作後電流に比べて極めて小さい制御用ＩＣによって、
トランスの１次巻線の出力端と接地間に接続されたスイ
ッチングトランジスタを直接制御し、前記スイッチング
トランジスタに加わるスパイク電圧を制御するためのダ
イオード、コンデンサ及び抵抗より成るスナバ回路を有
するスイッチング電源において、前記スナバ回路のダイ
オード及びコンデンサを前記トランスの１次巻線の出力
端と接地間に直列に接続し、前記抵抗を前記ダイオード
の出力端と前記制御用ＩＣの電源端子との間に接続し、
前記抵抗を前記制御用ＩＣ起動時に電流を供給する起動
用抵抗としても使用することにより、上記課題を解決す
るようにしている。

【００１２】また、前記トランスの１次巻線の入力端と
前記制御用ＩＣの電源端子との間に、さらに起動用抵抗
を接続してもよい。

【００１３】

【作用】本発明では、スイッチングトランジスタの起動
時には、トランスの１次巻線と、スナバ回路のダイオー
ド及び抵抗を通じて制御用ＩＣに電流を供給し、制御用
ＩＣが作動してスイッチング電源として動作を始めた後
は、スイッチングトランジスタのオフ期間にトランスの
１次巻線で発生し、スイッチングトランジスタに加えら
れるスパイク電圧を一旦スナバ回路のコンデンサによっ
て吸収し、抵抗によって消費する。

【００１４】また、制御用ＩＣを起動するために必要な
電流のうち、スナバ回路の抵抗からだけでは不足する分
を、起動用抵抗から供給する。

【００１５】

【実施例】図１は、実施例のスイッチング電源の図路図
であり、図２に示した従来例と共通する部分には、同一
の符号を付して説明を省略する。

【００１６】本実施例では、巻線Ｎ１と接地間に、スナ
バ回路１２を構成するダイオードＤ３とコンデンサＣ３
を直列に接続し、ダイオードＤ３の出力端Ｂ点と制御用
ＩＣ２１の電源端子Ｖ_CC間に、同じくスナバ回路１２を
構成する抵抗Ｒ１を挿入している。この抵抗Ｒ１はま
た、起動時に、第２の平滑用コンデンサＣ２を充電する
起動用抵抗としての働きも兼ねている。

【００１７】本スイッチング電源を交流電源に接続して
スイッチＳＷ１をオンにすると、巻線Ｎ１、ダイオード
Ｄ３、そして、抵抗Ｒ１の径路で第２の平滑用コンデン
サＣ２への充電が行われる。やがて、コンデンサＣ２の
両端子間の電圧が制御用ＩＣ２１の駆動電圧に達する
と、同ＩＣ２１が動作を開始し、スイッチング電源とし
て動作することにより、コンデンサＣ２、即ち、制御用
ＩＣ２１には、巻線Ｎ２より電源を供給する。そして、
コンデンサＣ３にはフライバック電圧Ｖ_fが発生する。

【００１８】従って、この電源が動作中に抵抗Ｒ１にお
いて消費される電力Ｐ_Sは、平滑用コンデンサＣ２に加
えられる電圧、即ち、制御用ＩＣ２１の駆動電圧を
Ｖ_C2、コンデンサＣ３に加えられるフライバック電圧を
Ｖ_fとすると、Ｐ_S＝（Ｖ_f−Ｖ_C2）²／Ｒ１（６）となる。このとき、フライバック電圧Ｖ_fは、前述した
通り入力電圧Ｖ_inに関係なく一定なので、入力電圧が変
化しても消費電力Ｐ_Sは変わらない。また、発生する無
効な電力はこのＰ_Sのみとなる。

【００１９】さらに、制御用ＩＣ２１を起動するために
コンデンサＣ２を充電する充電電流をＩ_C2とすると、Ｉ_C2＝（Ｖ_in−Ｖ_C2）／Ｒ１（７）となり、充電時の抵抗Ｒ１における消費電力Ｐ_Stは、
（２）式より（Ｖ_in−Ｖ_C2）²／Ｒ１となる。そして、
スナバ回路１２として抵抗Ｒ１における必要な電力消費
Ｐ_Sは（６）式で与えられ、Ｐ_SとＰ_Stの関係が、Ｐ_S＞Ｐ_St （８）であれば、スナバ効果を優先させなければならないの
で、Ｐ_Stを増加させることになると考えると、（２）式
と（７）式より充電電流Ｉ_C2が増加することになり、こ
の結果、充電時間が短くなって、スイッチング電源の立
上りが早くなる。

【００２０】なお、もし図１に示す抵抗Ｒ１だけでは充
分な充電電流が得られなかった場合には、整流器Ｄ１の
出力端Ａ点と、制御用ＩＣの電源端子Ｖ_CC間に点線で示
す起動用抵抗Ｒ２を別途挿入すればよい。この場合、図
２に示す従来例における起動用抵抗Ｒ３よりも抵抗値を
大きくすることができるので、挿入した抵抗Ｒ４におけ
る電力消費を、従来例に比べて小さくすることができ
る。

【００２１】

【発明の効果】従来のスイッチング電源では、ＩＣ起動
用の抵抗とスナバ回路の抵抗を別々に設けていたので、
各々無効電力を消費していた。しかも起動用抵抗におけ
る電力消費は、入力電圧の２乗で変化するので、入力電
圧が２倍になると、無効電力が４倍になってしまってい
たが、本発明によれば、起動用の抵抗とスナバ抵抗とを
共通化して、トランスの一次巻線の後段に設けたことに
より、抵抗で消費される電力を入力電圧とは関係なく、
常に一定とすることができる。そして、国内、海外の様
々な電源電圧に対応するスイッチング電源に採用するこ
とにより、無効な電力消費の少い、高効率な電源を構成
することができると共に、抵抗を１個削減できるので低
コスト、小型化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のスイッチング電源の回路図である。

【図２】従来のスイッチング電源の回路図の一例を示す
図である。

【図３】スイッチングトランジスタのコレクタ−エミッ
タ電圧波形を示す図である。

【符号の説明】

Ｄ１整流器Ｒ１起動用抵抗Ｃ２第２の平滑用コンデンサＴトランス２１制御用ＩＣ２２スナバ回路Ｑ１スイッチングトランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】動作前電流が動作後電流に比べて極めて
小さい制御用ＩＣによって、トランスの１次巻線の出力
端と接地間に接続されたスイッチングトランジスタを直
接制御し、前記スイッチングトランジスタに加わるスパ
イク電圧を抑制するためのダイオード、コンデンサ及び
抵抗より成るスナバ回路を有するスイッチング電源にお
いて、前記スナバ回路のダイオード及びコンデンサを前
記トランスの１次巻線の出力端と接地間に直列に接続
し、前記抵抗を前記ダイオードの出力端と前記制御用Ｉ
Ｃの電源端子との間に接続し、前記抵抗を前記制御用Ｉ
Ｃ起動時に電流を供給する起動用抵抗としても使用する
ことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】前記トランスの１次巻線の入力端と前記
制御用ＩＣの電源端子との間に、さらに起動用抵抗を接
続したことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電
源。