JPS63194566A - 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係り、特に補助な源内蔵の
スイッチング電源に好適な起動方法を採用したスイッチ
ング１！源に関する。

〔従来の技術〕

スイッチング電源では、スイッチング動作を制御する制
御回路を駆動するための補助電源が必要であり、この補
助電源を別置するスイッチング電源が大形で高価格にな
るという欠点がある。これを対策するための手法として
補助電源も主変圧器から取り出す方式が従来より知られ
ている。この補助電源内蔵のスイッチング電源の動作に
ついて第１０図及び第１１図を用いて説明する。

第１０図は一般的な補助電源内蔵のスイッチング電源の
回路図である。直流電源３１に変圧器３７の１次巻線３
８とスイッチング素子３６が接続され、変圧器３７には
補助電源用巻線３９が巻かれ、ここで発生した電圧を補
助電源整流用ダイオード３４と補助電源平滑用コンデン
サ３３で平滑化して補助電源電圧を形成している。一方
スイツチング素子３６にはこれを駆動するための制御回
路３５が補助電源から電力を供給できるように接続され
、また直流電源３１の一端子と、補助電源間には、コン
デンサ３３の初期充電用に抵抗３２が接続されている。

このように掃成された回路の動作について第１１図を用
いて説明する０時刻ｔｏで直流電源を投入した場合、補
助電源平滑用コンデンサ３３には電圧が充電されていな
いため、制御回路３５は動作出来ず、スイッチング素子
３６へ駆動信号を送れない状態となっている。また、補
助電源電圧が小さい時は、たとえ駆動信号を発生しても
、発振周波数が不安定になったり、スイッチング素子３
６を駆動する電圧、電流が不足であったりして。

スイッチング素子の安全で確実な動作を行なえない、そ
こで安全に動作できる補助電源電圧をｖｌとすると、補
助電源電圧が’Ｊｓに達するまでは制御回路３５は駆動
信号を送らないようにしておく必要がある。したがって
、補助電源は、時刻ｔ。

〜ｔｘまでは抵抗３２によりコンデンサ３３を充電して
いる。そして、時刻ｔ１のときに補助電源電圧がｖｌに
達すると電圧レベル検出器などを用いて制御回路３５か
らスイッチング素子３６へ駆動信号を送り、スイッチン
グ電源の動作開始となる。この時に補助電源電圧は、Ｖ
ｌから補助電源用巻線３９に定められた電圧Ｖ２へ上昇
し、以後、制御回路３５への電力供給のほとんどは補助
電源用巻線３９より行なわれる。一方スイツチング素子
３６に流れる電流は第１１図（３）のように時刻ｔ１に
おいては、補助電源電圧をｖｌからｖ２にさせるために
やや大きな電流値となる。

しかし、このようなスイッチング電源において、変圧器
の出力側が、コンデンサインプット形であったり、スイ
ッチング素子３６と並列に、コンデンサが接続される、
いわゆる共振形スイッチング電源であった場合には、時
刻ｔ１時にスイッチング素子３６に流れる電流は、過大
な量になりスイッチング素子３６やその他の回路素子も
破壊することがある。この対策方法としてコンデンサイ
ンプット形は、チョークインプット形に変更し、突入電
流を抑えたり、共振形スイッチング電源は、特開昭５８
−５８１１６６号に記載のようにスイッチング素子３６
がオフしている期間は補助の半導体素子を用いて共振用
コンデンサに電圧が充電されないように動作させる方法
がある。しかし、ここに使用されるチョークコイルは主
変圧器並に大形になったり、また半導体素子も大電流用
のものが必要となったりして高価で大形になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術はスイッチング電源の入力電源をほとんど
リップルのない直流電圧として考えており、リップルの
大きな脈流電圧を入力としたものについては配慮されて
いなかった。

本発明の目的は、スイッチング電源の入力電源としてリ
ップルの大きな脈流電圧を用いて、このリップルを積極
的に活用し、安価な部品を追加するだけで、スイッチン
グ素子に過大な電流を流すことなく、起動時も定常時も
安定に動作できるスイッチング電源を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、起動時に補助電源を充電するとともに入力
電圧を脈流化する起動制御回路と、脈流化された入力電
圧の外電圧を検出する回路を設け、補助電源電圧が所定
レベル以上に達し、さらに外電圧を検出した時点からス
イッチング動作を行なわせることにより達成される。

〔作用〕

起動制御回路は、入力電源の一端子と補助電源端子との
間に接続され、入力電源と補助電源の他端子どうしが接
続されている。そして、起動時はこの起動制御回路を通
じ補助電源が充電される。

また入力電源側から見ればこの起動制御回路に電流が流
れるため、入力電圧は商用電圧紮整流した脈動波形とな
っている。そして補助電源電圧が、スイッチング素子を
安全に動作できるレベルに達し、しかも谷電圧検出回路
から、外電圧であるという指令があった時にスイッチン
グを開始する。

この時スイッチング電源の入力電圧は外電圧の近傍ゆえ
比較的小さな電圧であるため、スイッチング素子に過大
な突入電流を流すことはない、また以後の入力電圧は、
商用電源の正弦波状に電圧が徐々に上がっていくため定
常的にも突入電流の心配はない。またスイッチング電源
の各部に発生する電圧に関しても、入力電圧の低い状態
から動作を開始するるため、過大な電圧が発生するとい
う異常現象もなく安定な動作を行なうことができる。

〔実施例〕

実施例１ 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。

第１図に示すスイッチング電源は商用電源１の両端に整
流ブリッジ２の入力側が接続され、整流ブリッジ２の出
力側には変圧器の１次巻線８とスイッチング素子７が接
続されている。そしてスイッチング素子７にはこれを駆
動するための制御回路５と、制御回路５には整流ブリッ
ジ２の出力の脈流電圧の谷を検出する谷電圧検出回路４
が接続されている。この谷電圧検出回路４と制御回路５
は、これら回路を駆動するための補助電源に接続される
。補助電源は、１次巻線８を巻いた変圧器に巻き込んだ
補助電源用巻線９から得られた交流電圧を用い補助電源
回路６にて必要な直流電圧を形成する。また、整流ブリ
ッジ２の出力の一端と補助電源回路６の出力との間には
起動制御回路３が接続されている。

次にこのように構成された回路の動作を第２図により説
明する。第２図（１）は整流ブリッジ２の出力電圧、つ
まり第１図のＡ点の電圧、同図（２）は補助電源電圧（
第１図のＢ点の電圧）を、同図（３）は谷電圧検出回路
４より発生されたトリガパルス（第１図の６点の信号）
を、同図（４）は制御回路５の内部において発振の実行
を判定する信号を、同図（５）はスイッチング電源の主
回路部の動作の様子を示す動作説明図である。まず時刻
ｔｏで電源投入しスイッチング電源に電圧が印加される
。すると、第１図に示した起動制御回路３を介して補助
電源に電流が流れ、補助電源回路６の出力点の電圧は徐
々に電位を高くしていく。

ここで補助電源電圧が低い時には制御回路５の発振周波
数が不安定になったり、またスイッチング素子７に与え
る駆動信号のレベルが小さ過ぎてスイッチング素子７を
安全にかつ安定に動作できない。そこでスイッチング素
子７が安全に動作できる電圧をあらかじめ設定しておく
必要がある。これを第２図（２）のＶｌとし、ｖｌまで
達する時刻をｔｌとする。一方、第１図に示した起動制
御回路３は制御電源側に電流を流し整流ブリッジ２の負
荷として働くので整流ブリッジ２後の電圧を脈流化する
働きを持っているので、Ａ点の波形は第２図（１）のよ
うになっている。そして谷電圧検出回路４はこの脈流電
圧の谷付近を検出し第２図（３）のようにトリガパルス
を発生している。

ここで制御回路５は補助電源電圧が ７１以上で、しかもトリガパルスが入ってきた時に発振
を開始されるように設定しておく、そして、上記の条件
が時刻ｔｚで満足され第２図（４）のように発振の実行
を判定する信号はオン状態となり、同図（５）のように
スイッチング電源の主回路の動作が開始される。一旦ス
イツチング電源の動作が開始されると補助電源は、変圧
器に設けられた補助電源用巻線９と補助電源回路６より
供給され第２図（２）のｖ２の電圧となる。このように
本実施例のスイッチング電源は、脈流する入力電圧の谷
付近から起動を開始できるので、負荷にコンデンサイン
プットの回路や突入電流を発生する回路などが存在して
いても起動時のスイッチング素子電流はわずかな鍍で済
みスイッチング素子を破壊することはなく安定した動作
が得られる。

実施例２ 他の実施例について第３図及び第４図により説明する。

第３ｆｉに示すスイッチング電源は、第１図に示してス
イッチング電源に対して制御回路５の出力と起動制御回
路３及び外電圧検出回路４との間に発振信号検出回路１
０を接続したものである。他の構成は第１図と同じなの
で説明は略す。

次にこのように構成された回路の動作を第４図により説
明する。発振信号検出回路１０は、スイッチング素子７
を駆動する発振信号が制御回路５より出力されている時
はオフ信号を、発振信号がない時はオフ信号を出力する
動作をしている。ここで実施例１で述べた回路において
１時刻ｔ、　２後（一旦発振動作が開始された後）では
起動制御回路３と外電圧検出回ｖｒ４は、作用しなくて
もよい。

特に起動制御回路３は、電力損失を招くこともある。ま
た、外電圧検出回路４から発生しているトリガパルスと
、スイッチング素子７を駆動している発振信号とが同期
が取れていない時はトリガパルス印加時の発振周波数が
急変し、制御回路５の発振動作が変動しスイッチング素
子が不安定な動作をするという原因にもなる。そこで発
振信号検出回路１０では１発振信号が発生していない時
刻ｔ、ｏ”ｔ２までは電流抑制回路３と外電圧検出回路
４をオン状態にし、一旦発振信号が出たら（時刻ｔｚ後
）これを検出して起動制御回路３と外電圧検出回路４を
オフ状態にする。このような動作をさせることしこより
、起動制御回路３は電力損失が小さくて済み、またスイ
ッチング素子７も異常発振に基づく不安定動作をするこ
とがない。

実施例３ 実施例２で述べた内容と同じ目的の他の実施例として第
５図の回路も考えられる。ここでは時定数回路１１が起
動制御回路３と外電圧検出回路４へ信号を送る構成とな
っている。この回路の動作を第６図で説明する０時定数
回路１１から出力される信号は１時間ｔｏ”ｔｚより長
いｔ８に設定しておく。そして起動時には時定数回路１
１は起動制御回路３と外電圧検出回路４をオン状態とな
り、これを時刻ｔ８まで続ける。ｔ８後は起動制御回路
３と外電圧検出回路４の動作を停止する。

このような動作により実施例２と同様に、起動制御回路
３での電力損失を小さくでき、またスイッチング素子７
も異常発振に基づく不安定動作をすることもない。

なお、スイッチング素子７が多少異常発振に基づく不安
定動作をしても許容できる場合は、第６図の点線で示し
た時刻ｔ、　ａまで時定数回路１１の時定数を伸ばして
もよい。

実施例４ 次に実際的な回路例について第７図で説明する。

回路構成は第３図と同じなので全体的な構成の説明は略
す。ここで起動制御回路３は抵抗３−１とスイッチング
索子３−２を直列に接続したものである。尚、起動時に
このスイッチング素子：３−２をオンさせぬために抵抗
；３−３が接続しである。

また、制御回路５は、発振回路５−１と、電圧比較器５
−２及び基準電圧Ｈｐ　５−３より構成されている。さ
らに補助電源回路６はダイオード６−１とコンデンサ６
−２から構成され、発振信号検出回路１０は抵抗１０−
１とコンデンサ１０−２及び電圧反転器１０−３より構
成されている。

このように構成された回路の動作を第４図を用いて説明
する。時刻ｔｏで電源が投入されたとき、補助ｆｆｉ源
電圧電圧準電圧源５−３と比較して小さいので、起動制
御回路３内のスイッチング素子３−２はオン状態で、抵
抗３−１を接続状態とし、補助電源回路６のコンデンサ
６−２を充電するとともに整流ブリッジ２後の出力電圧
を脈流化している。やがて時刻ｔ１において補助電源電
圧が、基Ｑ電圧源５−３より大となるが、ここでは発振
回路５−１のリセットを解除するだけですぐに発振を始
めない。そして時刻ｔ２で１派流電圧の谷電圧を、外電
圧検出回路４が検出すると発振回路５−１へトリガパル
スを送り１発振を開始する。発振が開始されたら発振信
号検出回路１０では電流抑制回路３と谷電圧検出回路４
ヘオフの指令を送り、以後の不必要な動作を停止する。

一旦発振を開始したら、整流ブリッジ後の脈流電圧に沿
って助補電源のゴンデンサ６−２へはダイオード６−１
から除々に充電されるため突入電流は小さな値であり、
回路素子を破壊することはない。一方起動制御回路３に
使用した抵抗３−１も、起動時のわずかな時間しか動作
させていないため、ワット数の小さな素子で構成できる
。

゛以上説明したように本発明のスイッチング電源は、安
全な起動動作を安価な回路で実現するものである。

尚、第７図においてスイッチング素子３−２と７は、ト
ランジスタとして記入しであるが、他のスイッチング素
子で構成してもよい。

実施例５ 実施例１〜４は１石式のスイッチング電源で説明してき
たが、本発明は、２石式や４石式にも対応できる。第８
図には２石式のプッシュプル方式のスイッチング電源で
の実施例を示す。第１図と異なる点は制御回路がプッシ
ュプル方式用のものであり、その他の回路の接続や、動
作のさせ方は、同じである。また第９図には、４石式の
フルブリッジ方式のスイッチング電源に本発明を適用し
た例を示している。この場合、補助電源は整流ブリッジ
２の出力電圧の両極性側に必要となるため、起動制御回
路３と外電圧検出回路４は、２個ずつ必要となってくる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スイッチング電源を安全に起動でき、
しかも簡単な回路構成で実現できる。また補助電源内蔵
形のスイッチング電源に適用できるためスイッチング電
源の低価格化が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図の動作説明図、第３図は本発明の応用例１のブロック
図、第４図は第３図の動作説明図、第５図は本発明の応
用例２のブロック図、第６図は第５図の動作説明図、第
７図は一実施例の実際的な回路図、第８図、第９図は多
方式の応用例のブロック図、第１０図は一般的な補助電
源内蔵スイッチング電源を示す図、第１１図は第１０図
の動作説明図である。 １・・・商用電源、２・・・整流ブリッジ、３・・・起
動制御回路、４・・・外電圧検出回路、５・・・制御回
路、６・・・補助電源回路、７・・・スイッチング素子
、８・・・変圧器の１次巻線、９・・・変圧器の補助電
源用巻線。 ゛旨１．司

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、商用電源と、この商用電源を整流する整流器と、前
   記整流器の出力側に変圧器の１次巻線と、この巻線に電
   力を供給するためのスイッチング素子を接続し、前記変
   圧器にはスイッチング素子を駆動するための補助電源用
   巻線を内蔵し、この巻線に発生した交流電圧で補助電源
   電圧を形成する補助電源内蔵のスイッチング電源におい
   て、前記整流器の出力端子と補助電源端子との間に起動
   制御回路と、前記整流器の出力電圧の谷部を検出する谷
   電圧検出回路を設け、起動時には前記起動制御回路は補
   助電源を充電、補助電源電圧が所定値を越えさらにこの
   電圧の谷付近を谷電圧検出回路にて検出したら、この時
   点から動作を開始させることを特徴とするスイッチング
   電源。 ２、特許請求の範囲第１項記載のスイッチング電源にお
   いて、一旦動作を開始したら、起動制御回路と谷電圧検
   出回路の動作を停止させることを特徴とするスイッチン
   グ電源。 ３、特許請求の範囲第１項記載のスイッチング電源にお
   いて、起動前から起動後のある一定時間まで、起動制御
   回路と谷電圧検出回路の動作を行なわせることを特徴と
   するスイッチング電源。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項記載のスイ
   ッチング電源において、起動制御回路は抵抗とスイッチ
   ング素子を使用したことを特徴とするスイッチング電源
   。 ５、特許請求の範囲第２項記載のスイッチング電源にお
   いて、起動制御回路と谷電圧検出回路の動作を停止させ
   る手段として、スイッチング素子をスイッチングさせる
   ためのスイッチング信号を検出して行なうことを特徴と
   するスイッチング電源。