JPS6264263A - スイツチング電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、スイッチング電源に関し、メインのスイッチ
ング素子にパルスを供給するパルス発生回路と、このパ
ルス発生回路に対しパルス状起動電源を供給する起動電
源回路とを有することにより、出カニυ、洛時或いは無
負荷時等の異常時の熱損失を減少させ、起動電源回路を
構成する回路部品の熟的Ｊり計条件を緩和し、小型化を
達成できるようにしたものである。

従来の技術 １０図は従来のスイッチング電源の一般的な回路構成を
示す電気回路図で、ｌは商用交流電源から整流平滑する
等して得られた直流電源、２は電力変換用の変圧器、３
はスイッチング素子、４は起動回路、５は出力回路、６
は制御回路、７は制御回路６の補助電源回路３８はパル
ストランス等でなる絶縁結合器である。

前記スイッチング素子３はバイポーラ、トランジスタま
たは電界゛効果トランジスタ等でなり、主電極を変圧器
２の入力側の′Ｉ！−線２１線面１に接続しである。

起動回路４はスイッチング素子２に起動パルスをかえて
起動させるもので、直流電源１から与えられる直流゛上
圧Ｖｉｎによって駆動される。

出力回路５は変圧器２の出力側の巻＠２２に接続され、
巻線２２に取出されたスイッチング出力を整流平滑して
図示しない負荷に直流出力Ｖｏを供給する。

Ｊノ制御回路６はパルス幅変調回路等を備え、直流出力
ＶＯを監視し、スイッチング素子３のデユーティを直流
出力ＶＯが安定化する方向にパルス幅制御する。この従
来例では、制御回路６は二次側に設けられ、変圧器２の
巻線２３及び補助電源回路７を通して得られた補助電源
によって駆動するようになっている。

起動回路４からグーえられる起動パルスによってスイッ
チング素子３が起動されると、変圧器２の巻線２１を通
して午えられる直流電圧Ｖｉｎがスイッチングされ、変
圧器２の巻線ｚ３に電圧が発生し、補助電源回路７によ
って制御回路６の動作゛を源Ｖｃｃが作られ、制御回路
６が動作を開始する。起動回路４からスイッチング素子
３に対しては、制御回路６の動作電源Ｖｃｃが立りがる
までの間、第１１図（ａ）に示すような連続する起動パ
ルスＰが供給される。

そして、動作電源Ｖｃｃが立上がり、制御回路６が定常
動作状態に入ると、起動回路４に代って、制御回路６か
ら絶縁結合器８を通して、スイッチング素子３にパルス
幅制御信号が供給され、変圧器２の巻線２２及び出力回
路５を通して、安定化された直流出力Ｖｏが得られる。

なお、図示はしていないが、動作電源Ｖｃｃが立上がり
、制御回路６が定常動作状態に入ると、起動回路４に対
して動作停止Ｆがかかり、起動回路４は動作を停止する
。

発明が解決しようとする問題点 １−述のように、正常の動作状態では、起動回路４は起
動時の短時間の間だけ、スイッチング素子３に起動のた
めのエネルギーを供給するだけでよく、本来的には、小
容量の回路部品で足りる。ところが、例えば出力短絡或
いは無負荷等の異常状態が発生し、スイッチング素子３
のオン幅が狭くなった場合、１１図（ｂ）に示すように
、補助電源回路７で得られる出力電圧が制御回路６で必
要とするＩＥ常動作電源Ｖｃｃを大幅に下まわる、つま
り制御回路６の動作電源が切れた状態になることがある
。このような異常状態が発生した場合、起動回路４から
スイッチング素子３に対して起動パルスが牛久られ、再
度起動がかかることとなるが、従来のスイッチング電源
では、起動回路４は起動パルスを連続して発生するため
、異常状態が長時間継続した場合には、起動回路４も、
その１１１１、動作を継続するため、起動回路４での熱
損失が大きくなる。

このため、起動回路４の熱的６役計条件が厳しくなると
同時に、熱容：ｊ）の大きな大型の回路部品によって回
路を構成しなければならなくなり、大型化及びコストア
ー、ブを招いてしまうという問題があった。

問題点を解決するためのｆ段 上述する従来の問題点を解決するため、本発明は、第１
図に示すように、電力変換用の変圧器２の巻線２１を通
して与えられる直流人力Ｖｉｎを、スイッチング素子３
によってスイッチングし、スイッチング出力を前記変圧
器２の巻線２２を通して取出すスイッチング電源におい
て、前記スイッチング素子３にパルスを供給するパルス
発生回路１０と、このパルス発生回路ｌＯに対し、該パ
ルス発生回路１０の出力パルス幅より充分に広いパルス
幅のパルス状電源を供給する起動電源回路９とを有する
ことを特徴とする。

前記パルス発生回路ｌＯは、スイッチング素子３のパル
ス幅変調制御を行なう制御回路を、−次側に設けるか、
二次側に設けるか等の差異、またはル制御回路の構成等
によって、異なった回路構成となる。例えば、１０図に
示したように、制御回路６を二次側に設けた回路構成の
場合には、パルス発生回路１０は制御回路６から独立し
た起動回路として構成でき、また、制御回路６を一次側
に設けた場合には、制御回路６の一部として構成するこ
とができる。

作用 本発明に係るスイッチング電源においては、起動電源回
路９は、直流電源ｌから供給される直流人力Ｖｉｎを電
源として、第２図（ａ）に示すように、オン時間幅Ｔｏ
ｎ、オフ時間幅Ｔｏｆのノくルス状′屯源を出力する。

パルス発生回路ｌＯは、起動電源回路９から供給される
パルス状電源によって駆動される。そして、第２図（ｂ
）に示すように、オン時間幅Ｔｏｎに対応する群時間輻
ｔｐのパルス群Ｐ１〜Ｐｎが、オフ時間＠　Ｔ　ｏ　ｆ
に対応する休止期間ｔｓをおいて間欠的に出力され、こ
のノくルス群Ｐ１”Ｐｎによってスイッチング素子３を
駆動する。パルス群Ｐ１〜Ｐｎの群時間幅ｔｐは、スイ
ッチング素子３を起動するのに充分なパルス列となるよ
うに設定する。

Ｌ述のように、起動電源回路９からパルス発生回路１０
に対しては、オフ時間幅Ｔａｒのパルス状電源が供給さ
れるから、出力短絡或いは無負荷等の異常状態が長時間
継続した場合、起動電源回路９からパルス発生回路１０
に供給されるエネルギーが減少し、起動電源回路９の熱
損失が小さくなり、熱的設計条件の緩和、回路部品の小
容量化及び小型化がＴｉｆ渣になる。

パルス発生回路１０からスイッチング素子３に供給され
るパルス群ｐｌ”Ｐｎは、スイッチング素子３の起動に
充分な群時間幅ｔｐを持つから、確実に起動をかけるこ
とができる。

実施例 第３図は制御回路６を二次側においた場合の本発明に係
るスイッチング電源の電気回路図である８図において、
第１図及び１０図と同一の参照符号は同一性ある構成部
分を示している。−パルス発生回路１０は起動電源回路
９から電源が供給されている間、つまり、オン時間幅Ｔ
ｏｎの間、例えばオン幅が２牌Ｓ程度の非常に短いパル
スを発生する。

第４図（ａ）は起動電源回路９からパルス発生回路ｌＯ
に与えられる電圧波形（第５３図のａ点の波形）、第４
図（ｂ　）はパルス発生回路１０の出力波形（第３図の
ｂ点の波形）をそれぞれ示している。第４図（ａ）に示
すように、起動電源回路９はオン時間幅Ｔｏｎとオフ時
間幅Ｔａｒのパルス電圧をパルス発生回路１０に供給す
る。オン時間幅Ｔｏｎは例えば２０〜３０　ｍ　ｓであ
り、パルス発生回路１０のパルスよりオン時間幅が非常
に大きくなっている。起動電源回路９からパルス発生回
路ｌＯに対して上述のようなパルス電圧が印加されると
、パルス発生回路１０からは、第４図（ｂ）に示すよう
に、オフ時間幅Ｔｏｆに対応する休止期ｊｆｆｌ　ｔ　
Ｓをおいて、オン時間幅Ｔｏｎの群時間幅Ｌｐを持つパ
ルス群Ｐ１〜Ｐｎが出力される。

パルス群Ｐ１〜Ｐｎはスイッチング素子３を起動させる
のに充分な群時間幅ｔｐを持ち、正常時には、パルス発
生回路１０からスイッチング素子３に第１売口のパルス
群Ｐ１が与えられている間に、補助゛１［源回路７の電
源型Ｊ：ＥＶＣＣが第４図（ｃ）に示すように立上がり
、定常動作状態に入る。

また、出力短絡や無負荷等の異常状態になり、補助電源
回路７の電源電圧Ｖｃｃが第４図（ｄ）のように低下し
、制御回路６の動８作電源が切れた状態になると、パル
ス発生回路１０からスイッチング素子３に対して、休１
に期間ｔｓをおいて、群咋間幅ｔｐのパルス群Ｐ１〜Ｐ
ｎが間欠的に入力され、これによってスイッチング素子
３に再起動がかかる。ここで、休止期間ｔｓに対応する
オフ時間ＴｏＦの間は、起動電源回路９からパルス発生
回路１０へのエネルギー供給は停止しているから、起動
電源回路９における消費電力が減少する。

従って、起動電源回路９を構成する回路部「Ｖの熱的容
量を減少させて、小型化を達成することが可使になる。

第５図は本発明に係るスイッチング電源の更に具体的な
実施例を示す図で、起動電源回路９及びパルス発生回路
ｌＯは同様のパルス発生回路となっている。以下、説明
の簡単化のため、起動電源回路９を中心にしてその構成
を説明する。

９１は抵抗、９２はツェナーダイオード１１及び抵抗９
１を通して直流電圧Ｖｉｎによって一方向に充電される
コンデンサである。

９３はオン動作によりコンデンサ９２に蓄積された電荷
を次段のパルス発生回路ｌＯに供給するスイッチング素
子である。この実施例では、スイッチング素子９３はト
ランジスタで構成され。

エミッタ及びコレクタを、コンデンサ９２の一端とパル
ス発生回路１０との間に接続しである。

９４はスイッチング素子９３を制御するトランジスタで
、コレクタを抵抗９５を通してスイッチング素子９３の
制御電極に接続すると共に、エミッタを電源ラインのア
ース側に接続しである。

９６はツェナーダイオードで、トランジスタ９４及びそ
のベース、エミッタ間に接続された抵抗９７と共に、コ
ンデンサ９２の充電電圧が所定値に達したときに、スイ
ッチング素子９３を導通させる駆動回路を構成する。ツ
ェナーダイオード９６のカソードはスイッチング素子９
３のエミッタとコンデンサ９２の一端とに接続し、アノ
ードはトランジスタ９４のベースに接続しである。

９８は別のツェナーダイオードで、トランジスタ９４、
抵抗９５．９７及び９９と共に、スイッチング素子９３
のオン動作に伴う放電により、コンデンサ９２の端子電
圧が所定値より低下したとき、スイッチング素子９３を
オフさせる回路を構成する。ツェナーダイオード９８の
ツェナー電圧は、ツェナーダイオード９６のそれより低
い値に選定されている。

パルス発生回路１０において、参照番号の末尾数字が、
起動電源回路９と同一の構成部分に対応している。

メインのスイッチング素子３は電界効果トランジスタで
なり、そのゲートＧにダイオード１２を介してパルス発
生回路１０のパルス出力を供給するようになっている。

スイッチング素子３を構成する電界効果トランジスタの
ゲートＧには、抵抗１３を介して、制御回路６（第３図
参照）から絶縁結合器８を通して制御信号を与えるよう
になっている。

更に、この実施例では、パルス発生回路１０を停止Ｉ：
させるための停止回路１４を備えている。停止回路１４
は起動電源回路９のトランジスタ９４のベース、エミッ
タ間を短絡するトランジスタ１４１　と、ダイオード１
４２、ツェナーダイオード１４３、コンデンサ１４４及
び抵抗１４５　、１４８よりなる駆動回路とを備え、絶
縁結合器８を通して与えられる信号によって、駆動回路
１４２〜１４Ｅｌを介して、トランジスタ１４１をオン
動作させ、それによって起動電源回路９を停止させるよ
うになっている。

次に、第６図の波形図を参照して第５図の回路動作を説
明する。まず、直流電源が投入され、直流電圧Ｖｉｎが
ツェナーダイオード１１及び抵抗９１を通してコンデン
サ９２に印加されると、０点の端子電圧が第４図の曲線
Ｃに従って上昇してゆく。０点の端子電圧はツェナーダ
イオード９６のカソードとトランジスタ９４のエミッタ
との間に印加される。そして、０点の端子電圧がツェナ
ーダイオード９６のツェナー電圧と、トランジスタ９４
のベース、エミッタ間電圧Ｖｂｅの和で与えられる電圧
値ＶＨまで上昇すると、ツェナーダイオード９６が導通
し、トランジスタ９４のベース、エミッタ間が順方向に
バイアスされ、トランジスタ９４がオンする。

トランジスタ９４がオンになると、スイッチング素子９
３もオンになり、コレクタ側のＤ点の電圧が第６図の曲
線りのようにと昇し、ツェナーダイオード９８が導通ず
ると共に、コンデンサ９２に蓄積された電荷がスイッチ
ング素子９３を通して次段のパルス発生回路１０に放電
される。

放電によってコンデンサ９２の端子電圧が低下すると、
ツェナーダイオード９６は直ちにオフとなるが、抵抗９
９及びツェナーダイオード９８を通してトランジスタ９
４にベース電流が供給されるので、スイッチング素子９
３がオン状！古を保持する。

そして、ツェナーダイオード９８の両端に印加される電
圧が、そのツェナー電圧より低い電圧値ＶＬになると、
ツェナーダイオード９８がオフとなるので、トランジス
タ９４にベース電流を供給する回路がなくなり、トラン
ジスタ９４がオフになると同時にスイッチング素子９３
もオフになり、最初の充電サイクルに戻る。

一方、パルス発生回路１０は、起動電源回路９から供給
される放電エネルギーを電源として、起動電源回路９と
同様の回路作用が行なわれる。ここで、抵抗１０１及び
コンデンサ１０２の時定数を。

起動電源回路９のそれより充分に小さい値、例えばＬ　
／　ｎに選定しであるとすると、スイッチング素子９３
がオンしてからオフするまでの放電サイクルの間に、ス
イッチング素子１０３はｎ回のオン、オフ動作を繰返し
、Ｅ点で見たコンデンサ１０２の端子電圧が第６図の曲
線Ｅのようになる。

この結果、パルス発生回路１０の出力点Ｆで、ｎ個のパ
ルス列でなるパルス群Ｐ１が得られる。

パルス群ＰＩは起動電源回路９の放電時間に対応した群
時間幅ｔｐだけ継続し、起動電源回路９のスイッチング
素子９３がオフになって放電エネルギーの供給がなくな
ると停止する。そして、次の充電サイクルで、起動電源
回路９のスイッチング素子９３がオンするまで、時間ｔ
ｓだけパルス群ＰＩの発生が停止する。休止期間ｔｓを
おいた後、同様の回路作用によりパルス群Ｐ２が発生す
る。この繰返しにより、スイッチング素子３に対し、群
時間幅ｔｐを持つパルス群Ｐ１”Ｐｎが、休止期間ｔｓ
をおいて間欠的に供給される０群時間幅ｔｐは、スイッ
チング素子３を起動させるのに充分な長さを持ち、通常
の動作状態では、第１売口のパルス群ＰＩ　によってス
イッチング素子３が起動する。起動後は、停止回路１４
によって起動電源回路９のトランジスタ９４のベース、
エミッタ間が短絡され、起動電源回路９が動作を停止す
、る。

出力短絡や無負荷等の異常状態が長時Ｍ継続した場合、
起動電源回路９からパルス発生回路１０に対して供給さ
れるエネルギーが、オフ時間幅Ｔｏｆに対応した分だけ
減少し、その熱損失が小さくなり、熱的設計条件の緩和
、回路部品の小容量化及び小型化が可能になる。

第７図は本発明に係るスイッチング電源の別の実施例に
おける電気回路図である。この実施例では、制御回路６
を一次側に配置し、制御回路６に対し変圧器２の巻線２
３及び補助電源回路７により動作電源を供給するように
なっている。

制御回路６の前段には、直流電源ｌから供給される直流
電圧Ｖｉｎを利用して、制御回路６に起動電源を供給す
る起動電源回路９が接続されている。この起動電源回路
９は、第８図（ａ）に示すように、オン時ｎＪＩ　Ｉｔ
＠　Ｔ　ｏｎとオフ時間幅Ｔｏｆを持つパルス、電圧を
制御回路６に入力し、オン時間幅Ｔｏｎの間だけ動作さ
せ、オフ時間幅Ｔｏｆで停止させる。従って、起動時に
は、制御回路６からスイッチング素子３に、第８図（ｂ
）に示すように、起動に充分な群時間幅ｔｐを持つパル
ス群Ｐ１〜Ｐｎが、休止期間ｔｓをおいて間欠的に供給
される。

起動後は停止回路１４からの停止信号により。

起動電源回路９から制御回路６へのパルス電源供給が停
止するが、巻線２３及び補助電源回路７の補助電源が立
上がっているので、°制御回路６はこの補助電源からエ
ネルギーの供給を受けて動作を継続する。

第９図は第７図に示したスイッチング電源の更に具体的
な回路構成を、示す図である。起動電源回路９は、第５
図で説明したものと同様の回路構成になっている。１５
は電圧安定化回路である。起動電源回路９から出力され
たパルス電圧は、電圧安定化回路１５を通して制御回路
６に入力され。

制御回路６からスイッチング素子３を構成する電界効果
トランジスタのゲートＧに、起動に充分な群時間幅を持
つパルス群が休止期ＩＩＩをおいて間欠的に供給される
。

巻線２３及びダイオード７１、コンデンサ７２等でなる
補助電源回路７が立上がった後は、停止回路１４から与
えられる停止信号によって、起動電源回路９の動作が停
止すると同時に、補助７に源回路７から制御回路６に動
作電源が供給される。なお、出力回路５はダイオード５
１．５２、チョークコイル５３及びコンデンサ５４を備
えて構成されている。

発明の効果 以上述べたように、本発明に係るスイッチング電源は、
メインのスイッチング素子にパルスを供給するパルス発
生回路と、このパルス発生回路に対しパルス状電源を供
給する起動電源回路とを有することにより、出力短絡時
或いは無負荷時等の異常時の熱損失を減少させ、起動電
源回路を構成する回路部品の熱的設計条件を緩和し、小
型化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１［Ｎは本発明に係るスイッチング電源の電気回路図
、第２図は同じく起動電源回路及びパルス発生回路の出
力波形図、第３図は本発明に係るスイッチング電源の別
の実施例における電気回路図、第４図（ａ）〜（ｄ）は
第３図の実施例の各部の波形図、第５図は本発明に係る
スイッチング電源の更に具体的な実施例における要部の
電気回路図、第６図は同じく各部の電圧波形図、＠７図
は本発明に係るスイッチング電源の更に別の実施例にお
ける′電気回路図、第８図（ａ）及び（ｂ）は第７図実
施例の各部の波形図、第９図は第７図の実施例の更に具
体的な電気回路図、１０図は従来のスイッチング電源の
電気回路図、１１図（ａ）及び（ｂ）は同じくその問題
点を示す波形図である。 ２・・・電力変換用の変圧器 ３争・・スイッチング素子 ９・・会起動電源回路 １０・・舎パルス発生回路 第７図 第８図 第１０図 第１１図 二１−♀−−ｌ＄□ 手続補正書彷幻 帽乍庁長官　定置辺部　殿 ■、鰭０凝 昭和６０年特許願第２０２１９４号 ２、発明の名称 スイッチング電源 ３、補正をする者 小平トとの関係　　特許出願人 住所　　　東京都中央区旧本欄−丁目１３番１号名称　
　　（３０６）ティーディーケイ株式会社□大歳寛 ４、代理人　〒１２５　７ａ０３　（６００）　５０９
０住所　　ＬＪμ四区東金町１丁目３７番２号５．９証
命令の日付　　　　昭和６０年１１月２６日α送田第８
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力変換用の変圧器を通して与えられる直流入力
   をスイッチング素子によってスイッチングし、スイッチ
   ング出力を前記変圧器を通して取出すスイッチング電源
   において、前記スイッチング素子にパルスを供給するパ
   ルス発生回路と、このパルス発生回路に対し該パルス発
   生回路の出力パルス幅より充分に広いパルス幅のパルス
   状電源を供給する起動電源回路とを有することを特徴と
   するスイッチング電源。