JPH11285262A - 自励共振型電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自励共振方式の電源回路自体に出力電圧安定
化機能を付加し、小型で安価な自励共振型電源を提供す
る。 【解決手段】 プッシュプル構成の自励共振型電源にお
いて、第１トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２の
各ゲートに、制御部３ａから、出力電圧に相当する電圧
信号と基準電圧との偏差に応じた誤差信号を供給する。
これにより各トランジスタの導通タイミングを変化さ
せ、自励発振周波数を変移させる。自励発振周波数が変
移するとトランスＴの１次巻線Ｎ１と共振用容量部Ｃｒ
ｅによる共振回路から２次巻線Ｎ２に伝達されるエネル
ギー量が変化するので、出力電圧の制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロイヤーの発振回
路を応用した自励共振方式の電源回路において、出力電
圧を安定化させるための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】蛍光表示管や放電管などの負荷に駆動電
圧を供給する電源回路には様々な回路方式が存在する。
ここで、負荷が駆動電圧として交流電圧を要求する場合
には、その一例として、ロイヤーの発振回路を応用した
プッシュプル構成、自励共振方式の電源回路を使用する
ことがある。このロイヤーの発振回路を応用した回路
は、構成が簡素でありながら正弦波に近い交流電圧が容
易に得られるという利点があり、小型・小容量のインバ
ータ回路として用いられることが多い。また場合によっ
ては、正弦波に近い電圧を発生させる特徴を利用し、ノ
イズの発生が少ないコンバータ回路に利用されることも
有る。

【０００３】しかし一般に、このロイヤーの発振回路を
応用した自励共振型のインバータ回路、あるいはコンバ
ータ回路は、その回路自体に入力電圧や負荷の変動に対
して出力電圧を一定にする機能が付加されることはほと
んどない。これは、共振現象に伴った自励発振動作を行
わせるために、ＰＷＭ制御のようにトランジスタのオン
デューティを変化させて出力電圧を安定化させるのは困
難なためである。そこで、負荷に供給する駆動電圧を安
定化する必要が有る場合には、図３に示すように、ロイ
ヤーの発振回路を応用した自励共振型のインバータ回路
の入力側に出力電圧の制御機能を有するコンバータ回路
を設け、インバータ回路とコンバータ回路全体で電源装
置を構成する。そして、コンバータ回路からインバータ
回路に供給する電圧を制御し、負荷へ供給する電圧を安
定化するという手段が採られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにイ
ンバータ回路とコンバータ回路を共に設けるとなると、
コンバータ回路を構成するための部品類や基板スペース
が余分に必要となる。そのために電源装置の形状が大型
化し、コストも上昇するという問題があった。本発明
は、ロイヤーの発振回路を応用した自励共振方式の回路
自体に出力電圧の安定化機能を付加し、小型で安価な電
源装置を構成できる自励共振型電源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】本発明の自励共振型電源
は、１次巻線に所定のインダクタンスを有するトラン
ス、トランスの１次巻線に対して並列に接続されて１次
巻線と共に共振回路を形成する共振用容量部、トランス
の１次巻線の所定位置にそれぞれの主電流路の一端が接
続され、その制御端子にはトランスの巻線に発生した電
圧より得られた帰還信号がそれぞれ逆の位相で供給され
る第１及び第２のトランジスタ、トランスの１次巻線の
所定位置に設けられたタップと第１と第２のトランジス
タの主電流路の他端の共通接続点との間に外部の入力電
圧源と共に接続されるチョークコイル、トランスの所定
の巻線に発生した電圧より出力電圧に相当した電圧信号
を得て、電圧信号と基準電圧との誤差信号を発生させる
制御部を具備し、誤差信号を帰還信号と共に第１と第２
のトランジスタの制御端子に入力することを特徴とす
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】トランスの１次巻線に対して複数
のコンデンサからなる共振容量部を並列に接続する。ト
ランスの１次巻線の両端には、それぞれ第１と第２のト
ランジスタの主電流路の一端を接続し、第１と第２のト
ランジスタの主電流路の他端は共通接続する。この共通
接続点と１次巻線の中間タップとの間には外部の電圧供
給源と共にチョークコイルを接続する。第１と第２のト
ランジスタの制御端子は、それぞれ１次巻線の巻線端と
は少なくとも１つのコンデンサ素子を隔てた、共振用容
量部の所定のコンデンサ同士の接続点（Ｂ）、（Ｃ）に
接続する。そしてトランスの検出巻線に、出力電圧に相
当する電圧信号と基準電圧との誤差信号を発生させる制
御部を接続し、制御部から第１、第２のトランジスタの
制御端子に誤差信号を供給する。

【０００７】ここで制御部は、具体的には、トランスの
検出巻線の端子間に接続したダイオードとコンデンサの
直列回路、入力端子と基準電位点との間に接続した第１
の抵抗と定電圧素子の直列回路、エミッタがコンデンサ
一端に接続され、コレクタおよびベースがそれぞれ第２
と第３の抵抗を介して第１の抵抗と定電圧素子の接続点
に接続された制御トランジスタを具備した回路構成とす
る。第１と第２のトランジスタの制御端子に制御部から
誤差信号を供給すると、その誤差信号の大きさに応じて
各トランジスタのバイアス状態が変化する。すると、第
１と第２のトランジスタの導通タイミングが変化し、自
励発振周波数が変移する。自励発振周波数が変移する
と、１次巻線と共振用容量部からなる共振回路を介して
２次巻線に伝達されるエネルギー量が変化する。その結
果、出力電圧の制御が可能となり、安定化が図られる。

【０００８】

【実施例】出力電圧の安定化機能を持たせた、本発明に
よる自励共振型電源の実施例の回路を図１に示した。図
１に示す回路は以下のような構成となっている。なお図
１において、１は高電位側の入力端子を示す。低電位側
の入力端子は図示を省略してあるが、基準電位点、すな
わちアースと接続されているものとする。入力端子１を
チョークコイルＬ１を介してトランスＴの１次巻線Ｎ１
の中間タップに接続し、１次巻線Ｎ１の端子間には共振
用容量部Ｃｒｅを接続する。ここで共振用容量部Ｃｒｅ
は、コンデンサＣ２、コンデンサＣ３、コンデンサＣ４
およびコンデンサＣ５の直列回路により構成する。

【０００９】１次巻線Ｎ１の両端にはそれぞれ、電界効
果型トランジスタ（ＦＥＴ）よりなる第１トランジスタ
Ｑ１と第２トランジスタＱ２のドレインを接続し、第１
トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２の各ソースは
共にアースに接続する。共振用容量部Ｃｒｅをコンデン
サＣ２とコンデンサＣ３の直列回路とコンデンサＣ４と
コンデンサＣ５の直列回路に分割するように、コンデン
サＣ３とコンデンサＣ４の接続点（Ａ）をアースに接続
する。そして第２トランジスタＱ２のゲートをコンデン
サＣ２とコンデンサＣ３の接続点（Ｃ）に接続し、第１
トランジスタＱ１のゲートをコンデンサＣ４とコンデン
サＣ５の接続点（Ｂ）に接続する。第１トランジスタＱ
１、第２トランジスタＱ２の各ゲート、ソース間には、
それぞれ抵抗Ｒ１およびＲ２を接続する。

【００１０】そして、第１トランジスタＱ１と第２トラ
ンジスタＱ２の各ゲートには、それぞれ抵抗Ｒ３、抵抗
Ｒ４を介して制御部３ａを接続する。ここで制御部３ａ
は次のような構成とする。すなわち、トランスＴの検出
巻線Ｎ３の一端をアースに接続し、検出巻線Ｎ３の端子
間にダイオードＤ１とコンデンサＣ６の直列回路を接続
する。誤差増幅器ＡＭを設け、その反転入力端子（−）
をコンデンサＣ６の一端に接続し、非反転入力端子
（＋）を基準電圧源Ｖ_ref に接続する。誤差増幅器ＡＭ
の出力端子は抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４の一端に接続する。な
お、トランスＴの２次巻線Ｎ２の両端および中間タップ
は、それぞれ出力端子２ａ、２ｃ、２ｂに接続し、入力
端子１とアースとの間にフィルタ用のコンデンサＣ１を
接続する。

【００１１】以上のような構成とした回路において、入
力端子１に外部より電圧を供給すると、マルチバイブレ
ータのごとく、第１トランジスタＱ１と第２トランジス
タＱ２のどちらか一方が導通する。なおここでは、第１
トランジスタＱ１が先に導通したと仮定する。第１トラ
ンジスタＱ１が導通したことにより１次巻線Ｎ１に電流
が流れ、１次巻線Ｎ１には電圧が誘導される。この時に
１次巻線Ｎ１に誘導された電圧は、共振用容量部Ｃｒｅ
の内部において各コンデンサの容量に応じて分圧され
る。すると、第１トランジスタＱ１のゲート、ソース間
にはコンデンサＣ４の端子間に現れた電圧が、第２トラ
ンジスタＱ２のゲート、ソース間にはコンデンサＣ３の
端子間に現れた電圧が帰還信号として供給される。

【００１２】供給された帰還信号により、第１トランジ
スタＱ１には順方向バイアスが、第２トランジスタＱ２
には逆バイアスがそれぞれ与えられ、第１トランジスタ
Ｑ１はオン状態、第２トランジスタＱ２はオフ状態とな
る。また、１次巻線Ｎ１に電圧が誘導されると、１次巻
線Ｎ１と共振用容量部Ｃｒｅが形成する共振回路に共振
現象が生じる。共振回路に共振現象が生じることによ
り、１次巻線Ｎ１の端子間に現れる電圧（共振電圧）は
正弦波状に変化する。第１トランジスタＱ１、第２トラ
ンジスタＱ２に供給される帰還信号は、実質的に共振電
圧の分圧電圧である。そのため、第１トランジスタＱ１
および第２トランジスタＱ２は、この共振電圧の変化に
応じて交互にオン状態あるいはオフ状態となり、以後、
継続して自励発振動作を行うことになる。

【００１３】制御部３ａの内部では、検出巻線Ｎ３に発
生した電圧はダイオードＤ１とコンデンサＣ６によって
整流平滑され、出力電圧に相当した直流の電圧信号とな
る。この電圧信号は誤差増幅器ＡＭに入力され、誤差増
幅器ＡＭは基準電圧Ｖ_ref と電圧信号の差に相当する誤
差信号を発生させる。このようにして制御部３ａで生じ
た誤差信号は、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４を介して第１ト
ランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２の各ゲート
に入力される。第１トランジスタＱ１および第２トラン
ジスタＱ２は、誤差信号が供給されることにより、その
バイアス状態が誤差信号の大きさに応じて変化する。す
ると、第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ
２の導通期間と導通タイミングが誤差信号によって変化
するようになる。

【００１４】この時、各トランジスタの導通期間と導通
タイミングの変化によって、自励発振動作による発振周
波数が変移する。発振周波数が変移すると、１次巻線Ｎ
１と共振用容量部Ｃｒｅからなる共振回路を介して２次
巻線Ｎ２に伝達されるエネルギー量が変化し、出力電圧
の大きさ（平均値）が変化をする。これにより出力電圧
の制御が可能となり、出力電圧に応じた誤差信号を各ト
ランジスタに供給すれば出力電圧の安定化が可能とな
る。従って、出力電圧を安定化するために、あえて自励
共振型電源の入力側に出力制御機能を有するコンバータ
回路などを設ける必要が無くなり、小型で安価な電源装
置を構成することが可能となる。

【００１５】図２には、制御部の構成をさらに具体化し
た、本発明による自励共振型電源の実施例の回路を示し
た。図２において、制御部３ｂを以下のような構成とし
た。なお、図２に示す回路は制御部３ｂ以外の構成につ
いては図１と同一である。検出巻線Ｎ３の一端をアース
に接続し、その端子間にダイオードＤ１とコンデンサＣ
６の直列回路を接続する。なおここでは、コンデンサＣ
６の一端にはアースに対して負の電圧が得られるような
接続構成としておく。入力端子１とアースとの間に抵抗
Ｒ５と定電圧ダイオードＤＺ１の直列回路を、定電圧ダ
イオードＤＺ１のアノードをアースに接続する形で接続
する。

【００１６】制御トランジスタＱ３を設け、制御トラン
ジスタＱ３のコレクタを抵抗Ｒ６を介して定電圧ダイオ
ードＤＺ１のカソードに接続し、さらにベースを抵抗Ｒ
７を介して定電圧ダイオードＤＺ１のカソードに接続す
る。制御トランジスタＱ３のエミッタを抵抗Ｒ８を介し
てコンデンサＣ６の一端に接続し、さらにベースを抵抗
Ｒ９を介してコンデンサＣ６の一端に接続する。制御ト
ランジスタＱ３のコレクタを抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の一端
に接続する。以上のような構成とすると、定電圧ダイオ
ードＤＺ１の両端に現れた電圧が、誤差信号を発生させ
るための制御トランジスタＱ３を駆動する電圧と基準電
圧Ｖ_ref として使用される。そしてコンデンサＣ６の一
端に現れた負の電圧が出力電圧に応じた電圧信号とな
る。なお、図２の回路全体の動作は図１の回路と同じに
なるため、詳しい動作の説明は省略する。

【００１７】以上に説明した図１、図２に示す本発明の
実施例においては、Ｎチャネル電界効果型トランジスタ
を使用しているが、他の形式のトランジスタで回路を構
成しても構わない。また、共振用容量部Ｃｒｅを４つの
コンデンサ素子で構成しているが、それ以上の数のコン
デンサ素子で構成しても構わない。さらに実施例の回路
は２次巻線Ｎ２に発生した交流電圧を負荷に供給するイ
ンバータ回路として構成されているが、２次巻線Ｎ２に
整流素子を接続し、コンバータ回路として使用すること
も可能である。このように本発明の自励共振型電源は、
発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である
ことは言うまでもない。

【００１８】

【発明の効果】以上に述べたように本発明による自励共
振型電源は、出力電圧に相当する電圧信号と基準電圧と
から誤差信号を得て、その誤差信号を自励発振のための
帰還信号と共にプッシュプル構成の第１と第２のトラン
ジスタの制御端子に入力する構成を特徴としている。こ
のような構成とすると、誤差信号により各トランジスタ
のバイアス状態が変化し、トランジスタの導通タイミン
グが変化する。すると自励発振周波数が変移し、共振回
路を構成するトランスの１次巻線から２次巻線に伝達さ
れるエネルギー量が変化する。その結果、自励共振型電
源自体で出力電圧の安定化を図ることができ、出力電圧
制御のためにコンバータ回路などを併設する必要が無く
なる。従って本発明によれば、出力電圧の安定化機能が
付加された、小型で安価な電源装置を構成できる自励共
振型電源を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による自励共振型電源の実施例の回路
図。

【図２】 制御部の構成をさらに具体化した本発明によ
る自励共振型電源の実施例の回路図。

【図３】 出力電圧を安定化するためにコンバータ回路
を入力側に設けた、従来の自励共振型電源の使用状態を
説明する図。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ａ〜２ｃ 出力端子（交流） ３ａ、３ｂ 制御部 Ｑ１ 第１トランジスタ Ｑ２ 第２トランジスタ Ｑ３ 制御トランジスタ Ｌ１ チョークコイル Ｔ トランス Ｎ１ １次巻線 Ｎ２ ２次巻線 Ｎ３ 検出巻線 Ｃｒｅ 共振用容量部 （Ａ）〜（Ｃ） 所定のコンデンサ同士の接続点 ＡＭ 誤差増幅器 Ｖ_ref 基準電圧（源）

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年３月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次巻線に所定のインダクタンスを有す
   るトランス、 該トランスの１次巻線に対して並列に接続され、該１次
   巻線と共に共振回路を形成する共振用容量部、 該トランスの１次巻線の所定位置にそれぞれの主電流路
   の一端が接続され、その制御端子には該トランスの巻線
   に発生した電圧より得られた帰還信号がそれぞれ逆の位
   相で供給される第１及び第２のトランジスタ、 該トランスの１次巻線の所定位置に設けられたタップ
   と、該第１と第２のトランジスタの主電流路の他端の共
   通接続点との間に、外部の入力電圧源と共に接続される
   チョークコイルおよび、 該トランスの所定の巻線に発生した電圧より出力電圧に
   相当した電圧信号を得て、該電圧信号と基準電圧との誤
   差信号を発生させる制御部、 を具備し、該誤差信号を該帰還信号と共に該第１と第２
   のトランジスタの制御端子に入力することを特徴とする
   自励共振型電源。
2. 【請求項２】 前記共振用容量部を直列接続された複数
   個のコンデンサ素子により構成し、 前記第１と第２のトランジスタの各制御端子はそれぞ
   れ、前記トランスの１次巻線の巻線端から該共振用容量
   部の少なくとも１つのコンデンサ素子を隔てた、該共振
   用容量部の所定のコンデンサ同士の接続点（Ｂ）、
   （Ｃ）に接続することを特徴とする、請求項１に記載し
   た自励共振型電源。
3. 【請求項３】 前記制御部は、 前記トランスの所定の巻線の端子間に接続されたダイオ
   ードとコンデンサの直列回路と、 入力端子と基準電位点との間に接続された第１の抵抗と
   定電圧素子の直列回路と、 該コンデンサの一端にエミッタを接続した制御トランジ
   スタと、 該第１の抵抗と定電圧素子の接続点と該制御トランジス
   タのコレクタとの間に接続された第２の抵抗と、 該第１の抵抗と定電圧素子の接続点と該制御トランジス
   タのベースとの間に接続された第３の抵抗とを具備し、
   該制御トランジスタのコレクタから前記誤差信号を得る
   ことを特徴とする、請求項１あるいは請求項２に記載し
   た自励共振型電源。
4. 【請求項４】 前記共振用容量部は、直列接続された４
   つのコンデンサ素子よりなり、該共振用容量部の中央に
   位置するコンデンサ同士の接続点はアースに接続され、
   前記第１と第２のトランジスタはＦＥＴよりなることを
   特徴とする、請求項２あるいは請求項３に記載した自励
   共振型電源。