JP2003092883A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽負荷のときであってもスイッチング周波数
を低くしてスイッチング損失を低下させることのできる
電源装置を提供する。 【解決手段】 トランスＴの１次側巻線２１に設けられ
直流電圧を断続するスイッチング素子Ｑ１を有するスイ
ッチング回路２２と、スイッチング回路２２による直流
電圧の断続によりトランスＴの２次側巻線３１に誘導さ
れる交流電圧を整流する整流素子３０と、整流素子３０
から出力される整流電圧を平滑して出力端子から出力電
圧を出力する平滑コンデンサ３２と、前記出力電圧を検
出する電圧検出回路３４と、電圧検出回路３４の検出信
号をスイッチング回路２２へ伝達するフォトカプラＰＨ
とを備え、スイッチング回路２２はフォトカプラＰＨか
らの検出信号に基づいてスイッチング素子Ｑ１のオン・
オフを制御する電源装置であって、出力端子３３の負荷
が軽負荷のとき、トランスＴの１次側コイル２４に生じ
る反転した電圧を小さくさせる電圧印加回路４６を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、入力された直流
電圧を断続して直流電圧を生成する電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図４に示す電源装置が知られ
ている。図４において、１はトランスＨの１次側巻線２
に印加される直流電圧を断続して交流電圧に変換するた
めのスイッチング素子３を有するスイッチング回路であ
る。このスイッチング回路１は、スイッチング素子３を
オフさせるためのスイッチ素子４と、このスイッチ素子
４を導通させるためのコンデンサ５と、このコンデンサ
５を充電していくフォトカプラＰＨのフォトトランジス
タＰＨ１等とを有している。

【０００３】６はトランスＨの２次側巻線７に誘起され
る交流電圧を整流する第１整流素子、８は第１整流素子
６の整流電圧を平滑する平滑コンデンサである。９は出
力端子Ｐの出力電圧を検出する検出回路であり、この検
出回路９は出力端子Ｐの出力電圧を分圧する分圧回路１
１と定電圧ＩＣ回路１２等とを有している。定電圧ＩＣ
回路１２のゲート１２Ｇには分圧回路１１で分圧した電
圧が入力され、定電圧ＩＣ回路１２はゲート１２Ｇの電
圧が所定電圧となるように出力端子Ｐの出力電圧を調整
するものである。

【０００４】この調整は、例えばゲート１２Ｇ電圧が所
定値以上のときアースへ流す電流を多くすることにより
出力電圧を下げてゲート１２Ｇ電圧を所定値まで下げる
ものであり、逆にゲート１２Ｇ電圧が所定値以下のとき
アースへ流す電流を少なくすることにより出力電圧を上
げてゲート１２Ｇ電圧を所定値まで上げていくものであ
る。

【０００５】定電圧ＩＣ回路１２に流れる電流（検出信
号）に応じてホトカプラＰＨの発光ダイオード（伝達回
路）ＰＨ２が発光して一次側のスイッチング回路１に伝
達される。

【０００６】また、図４において１３はトランスＨの別
の２次巻線１４に誘起される交流電圧を整流する第２整
流素子、１５は第２整流素子１３の整流電圧を一定にし
て出力する定電圧出力回路である。

【０００７】この電源装置によれば、スイッチング素子
３のオン・オフが繰り返し行われることにより第１整流
素子６から整流電圧が出力されて出力端子Ｐから出力電
圧が出力される。いま、出力端子Ｐの出力電圧が高くな
ると、定電圧ＩＣ回路１２に流れる電流が増加し、ホト
カプラＰＨの発光ダイオードＰＨ２の発光量が増加す
る。この発光量の増加によりホトカプラＰＨのフォトト
ランジスタＰＨ１に流れる電流が増加し、コンデンサ５
の充電が短時間で行われ、スイッチ素子４のベース電圧
が閾値を短時間で越えることになる。そして、ベース電
圧が閾値を越えるとスイッチ素子４がオンしてスイッチ
ング素子３をオフさせる。

【０００８】逆に、出力端子Ｐの出力電圧が低くなる
と、分圧回路１１の分圧電圧が低くなることにより定電
圧ＩＣ回路１２に流れる電流が減少し、ホトカプラＰＨ
の発光ダイオードＰＨ２の発光量が減少する。この発光
量の減少によりホトカプラＰＨのフォトトランジスタＰ
Ｈ１に流れる電流が減少してコンデンサ５の充電時間が
長くなり、スイッチ素子４のベース電圧が閾値を越える
までの時間が長くなる。そして、ベース電圧が閾値を越
えるとスイッチ素子４がオンしてスイッチング素子３を
オフさせる。

【０００９】すなわち、出力端子Ｐの電圧が高くなると
スイッチング素子３のオンしている時間を短くし、出力
端子Ｐの電圧が低くなるとスイッチング素子３のオンし
ている時間を長くして、出力端子Ｐの電圧を一定にする
ものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この電
源装置にあっては、出力端子Ｐに接続される負荷が軽負
荷のとき、スイッチング素子３がオンしている時間が短
くなるので、スイッチング素子３のスイッチング周波数
が高くなる。このため、スイッチング損失が大きくなる
という問題があった。

【００１１】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
もので、その目的は、軽負荷のときであってもスイッチ
ング周波数を低くしてスイッチング損失を低下させるこ
とのできる電源装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、直流電圧が印加されるトランス
の１次側巻線に設けられ前記直流電圧を断続するスイッ
チング素子を有するスイッチング回路と、このスイッチ
ング回路による直流電圧の断続によりトランスの２次側
巻線に誘導される交流電圧を整流する第１整流素子と、
この第１整流素子から出力される整流電圧を平滑して出
力端子から出力電圧を出力する平滑コンデンサと、前記
出力電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路
の検出信号を一次側のスイッチング回路へ伝達する伝達
回路とを備え、前記スイッチング回路は、スイッチング
素子がオフした際に反転した電圧を生じる１次側補助巻
線と、この１次側補助巻線に生じる電圧を前記スイッチ
ング素子のゲートに印加してスイッチング素子をオンさ
せるゲート回路と、前記伝達回路からの検出信号に基づ
いて前記スイッチング素子のゲート電圧を低下させてス
イッチング素子をオフさせるオフ回路とを有し、これら
ゲート回路およびオフ回路によるスイッチング素子のオ
ン・オフにより前記出力電圧を所定電圧にする電源装置
であって、前記出力端子に接続される負荷が軽負荷のと
き、前記１次側補助巻線に生じる反転した電圧を小さく
させる電圧低下手段を設けたことを特徴とする。

【００１３】請求項２の発明は、前記電圧検出回路は、
ゲートに入力する電圧が所定電圧となるように前記出力
電圧を調整する定電圧ＩＣ回路と、前記出力電圧を分圧
して前記ゲートに印加する分圧回路とを有し、前記電圧
低下手段は、軽負荷のとき前記所定電圧より高い電圧を
前記ゲートに印加する電圧印加回路を有していることを
特徴とする。

【００１４】請求項３の発明は、前記２次側巻線と別の
２次側巻線の一端に接続されこの別の２次側巻線に誘導
される交流電圧を整流する第２整流素子と、この第２整
流素子から出力される整流電圧を一定電圧にして出力す
る定電圧出力回路とを備え、前記電圧印加回路は、外部
からのリモート信号によりオン・オフするスイッチ素子
と、このスイッチ素子がオフしているときのみ前記定電
圧出力回路の出力電圧を前記ゲートに入力させる入力回
路とを有していることを特徴とする。

【００１５】請求項４の発明は、前記リモート信号によ
りオン・オフ動作して、軽負荷のとき定電圧ＩＣ回路に
流れる電流を減少させるスイッチ素子を設けたことを特
徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係わる電源装置
の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【００１７】［第１実施形態］図１において、２０は１
次側の入力端子Ｓ1,Ｓ2間に接続された電解コンデンサ
であり、この電解コンデンサ２０には全波整流された整
流電圧が印加されるようになっている。２２はスイッチ
ング回路であり、このスイッチング回路２２はトランス
Ｔの１次側巻線２１の一方の端子に接続されたスイッチ
ング素子Ｑ1と、このスイッチング素子Ｑ１のオン・オ
フを制御する制御回路２３とを有している。

【００１８】制御回路２３は、トランスＴの１次側巻線
（１次側補助巻線）２４と、スイッチ素子２５と、フォ
トカプラＰＨのホトトランジスタＰＴ等とを有してい
る。そして、スイッチ素子２５のコレクタがスイッチン
グ素子Ｑ１のベースに接続され、スイッチ素子２５のエ
ミッタが接地されている。このスイッチ素子２５のコレ
クタ,エミッタ間には抵抗Ｒ７が接続され、スイッチ素
子２５のエミッタ,ベース間にはコンデンサ２６が接続
されている。また、スイッチ素子２５のコレクタは抵抗
Ｒ６を介してトランスＴの１次側巻線２１の他方の端子
に接続され、スイッチ素子２５のベースにはホトトラン
ジスタＰＴのエミッタが接続されている。

【００１９】また、ホトトランジスタＰＴのコレクタは
ダイオードＤ１および抵抗Ｒ１０４を介してトランスＴ
の１次側巻線２４の一方の端子に接続され、この抵抗１
０４とスイッチング素子Ｑ１のゲート間には直列接続さ
れたコンデンサＣ１および抵抗Ｒ４が接続されている。
そして、抵抗Ｒ６,Ｒ４,Ｒ１０４とコンデンサＣ１とで
スイッチング素子Ｑ１をオンさせるゲート回路が構成さ
れている。また、スイッチ素子２５とコンデンサ２６と
フォトトランジスタＰＴ等とでスイッチング素子Ｑ１を
オフさせるオフ回路が構成されている。

【００２０】３０はトランスＴの２次側巻線３１の一方
の端子に接続された整流素子、３２は整流素子３０から
出力される整流電圧を平滑する平滑コンデンサであり、
この平滑コンデンサ３２は出力端子３３とアース間に接
続されている。出力端子３３とアース間には出力端子３
３の出力電圧を検出する電圧検出回路３４が接続されて
いる。

【００２１】電圧検出回路３４は、出力端子３３の出力
電圧を分圧する分圧回路３５と、定電圧ＩＣ回路３６等
とを有している。分圧回路３５は直列接続された抵抗Ｒ
１０７,Ｒ１０８から構成され、この抵抗Ｒ１０７,Ｒ１
０８によって分圧された電圧が定電圧ＩＣ回路３６のゲ
ート３６Ｇに入力するようになっている。定電圧ＩＣ回
路３６は、ゲート３６Ｇ電圧が所定電圧となるように矢
印方向に電流を流して出力端子３３の出力電圧を調整す
るようになっている。例えば、出力端子３３の電圧が高
くなるとゲート３６Ｇの電圧が所定値より高くなり、こ
のゲート電圧が所定値となるように定電圧ＩＣ回路３６
が矢印方向に多くの電流を流して出力端子３３の電圧を
下げさせていき、逆に出力端子３３の電圧が低くなると
ゲート３６Ｇの電圧が所定値より低くなり、このゲート
電圧が所定値となるように定電圧ＩＣ回路３６に流れる
電流を減少して出力端子３３の電圧を上げていくもので
ある。

【００２２】すなわち、電圧検出回路３４が検出する出
力端子３３の出力電圧に応じて定電圧ＩＣ回路３６に電
流（検知信号）が流れることになる。

【００２３】ＰＤはフォトカプラＰＨの発光ダイオード
（伝達回路）であり、この発光ダイオードＰＤは定電圧
ＩＣ回路３６に流れる電流に応じて発光して１次側のス
イッチング回路２２に伝達する。

【００２４】また、トランスＴの２次側巻線４０の一方
の端子には整流素子（第２整流素子）４１が接続され、
この整流素子４１の出力端子には平滑コンデンサ４２と
定電圧出力回路４３が接続されている。定電圧出力回路
４３は、平滑コンデンサ４２によって平滑された整流電
圧を一定の出力電圧（５Ｖ）にして出力端子４４へ出力
するものである。

【００２５】定電圧出力回路４３の出力端子とアース間
には平滑コンデンサ４５と電圧印加回路（電圧低下手
段：スイッチング周波数低下手段）４６とが接続されて
いる。電圧印加回路（電圧低下回路）４６は、外部から
のリモート信号によりオン・オフするトランジスタ４７
と、カソードが定電圧ＩＣ回路３６のゲート３６Ｇに接
続されアノードがトランジスタ４７のコレクタに接続さ
れたダイオード（入力回路）Ｄ３等とを有している。ダ
イオードＤ３は、トランジスタ４７がオフしているとき
定電圧出力回路４２の出力電圧を定電圧ＩＣ回路３６の
ゲート３６Ｇに入力させるものである。

【００２６】リモート信号は、軽負荷のときＬレベルの
信号であり、通常の負荷のときＨレベルの信号であり、
外部の装置(図示せず)から出力されるものである。

【００２７】次に、上記実施形態の電源装置の動作を図
２に示すタイムチャートを参照しながら説明する。

【００２８】トランスＴの１次側巻線２１に印加される
直流電圧はスイッチング素子Ｑ１により断続され、この
断続によりトランスＴの２次側巻線３１に交流電圧が誘
起される。そして、整流素子３０から図２に示すように
整流電流が出力され、この整流電流が平滑コンデンサ３
２により平滑されて出力端子３３から１２Ｖ（所定電
圧）の直流電圧として出力される。

【００２９】出力端子３３に通常の負荷が接続されてい
る場合には、外部からＨレベルのリモート信号がトラン
ジスタ４７のベースに入力され、トランジスタ４７は導
通する。このトランジスタ４７の導通によりダイオード
Ｄ３のアノードがアース電位となるので、分圧回路３５
の分圧電圧（２.５Ｖ）が定電圧ＩＣ回路３６のゲート
３６Ｇに入力する。

【００３０】そして、定電圧ＩＣ回路３６は、電圧検出
回路３４が検出する出力端子３３の出力電圧に応じた電
流を流す。この電流により、ホトカプラＰＨの発光ダイ
オードＰＤが発光し、ホトカプラＰＨのフォトトランジ
スタＰＴに電流が流れる。この電流によりコンデンサ２
６が充電されていき、スイッチ素子２５のベース電圧が
上昇していく。このベース電圧がスイッチ素子２５の閾
値を越えるとスイッチ素子２５がオンしてスイッチング
素子Ｑ１をオフさせる。

【００３１】いま、例えば図２に示す時点ｔ1でスイッ
チング素子Ｑ１がオフされると、トランスＴの１次コイ
ル２１に流れる電流が急激に減少することにより、トラ
ンスＴの１次側コイル２４の電圧Ｖbが反転し、この後
時点ｔ2で電圧Ｖbが上昇していく。この１次側コイル２
４の電圧Ｖbに応じてスイッチング素子Ｑ１のベース電
圧ＶGが上昇していく。ベース電圧ＶGがスイッチング素
子Ｑ１の閾値を越えるとスイッチング素子Ｑ１がオンす
る（時点ｔ3）。

【００３２】１次側コイル２４の電圧Ｖbが反転してい
るとき、すなわち、スイッチング素子Ｑ1がオフしてト
ランスＴの極性が反転しているとき、整流素子３０から
整流電流が出力される。

【００３３】これら動作が繰り返し行われるとともに定
電圧ＩＣ回路３６の動作により、出力端子３３から一定
の出力電圧（１２Ｖ）が出力されることになる。

【００３４】次に、出力端子３３に軽負荷が接続された
場合について説明する。

【００３５】出力端子３３に軽負荷が接続されると、ト
ランジスタ４７のベース電圧にはＬレベルのリモート信
号が入力されてトランジスタ４７はオフする。このた
め、定電圧出力回路４３の出力電圧（５Ｖ）が抵抗Ｒ１
およびダイオードＤ３を介して定電圧ＩＣ回路３６のゲ
ート３６Ｇに入力する。すなわち、出力端子３３の出力
電圧が高くなったのと同じ状態となり、定電圧ＩＣ回路
３６が流す電流が増加し、この結果、スイッチング素子
Ｑ1はオンしてから短時間でオフすることになる。

【００３６】いま、例えば図２に示す時点ｔ10でスイッ
チング素子Ｑ１がオフされると、トランスＴの一次コイ
ル２１に流れる電流が急激に減少することにより、トラ
ンスＴの一次側コイル２４の電圧Ｖbが反転し、この後
時点ｔ11で電圧Ｖbが上昇していく。

【００３７】ところで、スイッチング素子Ｑ1はオンし
てから短時間でオフしているので、トランスＴに蓄えら
れるエネルギーは少ない。このため、反転した電圧Ｖb2
はＶb1より小さく、反転したベース電圧ＶG2もＶG1より
小さなものとなる。そして、電圧Ｖbの上昇とともにベ
ース電圧ＶGも上昇して行くが、このベース電圧ＶGが上
昇して最大となるベース電圧ＶGaがスイッチング素子Ｑ
1の閾値を越えないように、１次側コイル２４の巻き数
と抵抗Ｒ４の抵抗値とコンデンサＣ１の容量とを予め設
定しておくことにより、スイッチング素子Ｑ1はオンせ
ずにベース電圧ＶGは振動していく。

【００３８】一方、コンデンサＣ１は抵抗Ｒ６を介して
充電されていくので、図２の破線で示すように上昇しな
がらベース電圧ＶGは振動していく。その破線の立ち上
りは抵抗Ｒ６,Ｒ７およびコンデンサＣ1の時定数で決ま
る。

【００３９】そして、ベース電圧ＶGがスイッチング素
子Ｑ1の閾値を越えると、スイッチング素子Ｑ1がオンす
る（時点ｔ12）。

【００４０】このように、スイッチング素子Ｑ1がオフ
してからオンするまでの時間（時点10〜時点ｔ12）が長
くなり、この結果、出力端子３３の出力電圧が１２Ｖ以
下となる。また、スイッチング素子Ｑ1がオフしてから
オンするまでの時間が長くなることにより、スイッチン
グ素子Ｑ1のスイッチング周波数が低下し、スイッチン
グ損失の低減を図ることができる。

【００４１】上記のように、軽負荷時にはトランスＴの
１次側コイル２４に生じる反転した電圧Ｖb1を低下（小
さく）させることにより、スイッチング素子Ｑ1のスイ
ッチング周波数を低下させてスイッチング損失の低減を
図ったものである。

【００４２】［第２実施形態］図３は、第２実施形態の
電源装置の回路図を示したものである。この第２実施形
態では、フォトカプラＰＨのフォトダイオードＰＤに並
列にトランジスタＱ４を接続し、トランジスタＱ４のベ
ースを抵抗Ｒ１３を介してトランジスタ４７のコレクタ
に接続し、トランジスタＱ４のコレクタを抵抗Ｒ１１を
介してフォトダイオードＰＤのカソードに接続し、トラ
ンジスタ４７のコレクタをダイオードＤ２を介して抵抗
Ｒ１に接続したものである。

【００４３】この第２実施形態によれば、トランジスタ
４７がオンしているとき、すなわち、出力端子３３に通
常の負荷が接続されているときトランジスタＱ４がオン
し、抵抗Ｒ１１に電流が流れる。トランジスタ４７がオ
フしているとき、すなわち、出力端子３３に軽負荷が接
続されているときトランジスタＱ４がオフし、抵抗Ｒ１
１に電流が流れない。これにより、定常負荷時には定電
圧ＩＣ回路３６に確実に電流を流し、軽負荷時には不要
なＲ１１の電流を流さなくして損失の低減を図るもので
ある。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、軽負荷のときスイッチング周波数を低くしてスイッ
チング損失を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る電源装置の具体的構成を示した
回路図である。

【図２】図１の主要部のタイムチャートである。

【図３】第２実施形態の構成を示した回路図である。

【図４】従来の電源装置の構成を示した回路図である。

【符号の説明】

２１ １次側巻線 ２２ スイッチング回路 ３０ 整流素子（第１整流素子） ３１ ２次側巻線 ３２ 平滑コンデンサ ３３ 出力端子 ３４ 電圧検出回路 ４６ 電圧印加回路 Ｔ トランス Ｑ1 スイッチング素子 ＰＨ フォトカプラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電圧が印加されるトランスの１次側巻
   線に設けられ前記直流電圧を断続するスイッチング素子
   を有するスイッチング回路と、このスイッチング回路に
   よる直流電圧の断続によりトランスの２次側巻線に誘導
   される交流電圧を整流する第１整流素子と、この第１整
   流素子から出力される整流電圧を平滑して出力端子から
   出力電圧を出力する平滑コンデンサと、前記出力電圧を
   検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路の検出信号
   を一次側のスイッチング回路へ伝達する伝達回路とを備
   え、 前記スイッチング回路は、スイッチング素子がオフした
   際に反転した電圧を生じる１次側補助巻線と、この１次
   側補助巻線に生じる電圧を前記スイッチング素子のゲー
   トに印加してスイッチング素子をオンさせるゲート回路
   と、前記伝達回路からの検出信号に基づいて前記スイッ
   チング素子のゲート電圧を低下させてスイッチング素子
   をオフさせるオフ回路とを有し、これらゲート回路およ
   びオフ回路によるスイッチング素子のオン・オフにより
   前記出力電圧を所定電圧にする電源装置であって、 前記出力端子に接続される負荷が軽負荷のとき、前記１
   次側補助巻線に生じる反転した電圧を小さくさせる電圧
   低下手段を設けたことを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】前記電圧検出回路は、ゲートに入力する電
   圧が所定電圧となるように前記出力電圧を調整する定電
   圧ＩＣ回路と、前記出力電圧を分圧して前記ゲートに印
   加する分圧回路とを有し、 前記電圧低下手段は、軽負荷のとき前記所定電圧より高
   い電圧を前記ゲートに印加する電圧印加回路を有してい
   ることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 【請求項３】前記２次側巻線と別の２次側巻線の一端に
   接続されこの別の２次側巻線に誘導される交流電圧を整
   流する第２整流素子と、 この第２整流素子から出力される整流電圧を一定電圧に
   して出力する定電圧出力回路とを備え、 前記電圧印加回路は、外部からのリモート信号によりオ
   ン・オフするスイッチ素子と、このスイッチ素子がオフ
   しているときのみ前記定電圧出力回路の出力電圧を前記
   ゲートに入力させる入力回路とを有していることを特徴
   とする請求項２に記載の電源装置。
4. 【請求項４】前記リモート信号によりオン・オフ動作し
   て、軽負荷のとき定電圧ＩＣ回路に流れる電流を減少さ
   せるスイッチ素子を設けたことを特徴とする請求項３に
   記載の電源装置。