JP2011087370A - 自励式スイッチング電源回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一次巻線電流が流れるシャント抵抗とドライバー素子の制御端子間に、放電抵抗と並列にシャント抵抗から制御端子方向を順方向とするスイッチングダイオードを接続し、発振用電界効果トランジスタのオン動作期間中は、一次巻線電流の上昇でドライバー素子が発振用電界効果トランジスタを速やかにオフ制御するとともに、無負荷や軽負荷接続時には、高抵抗値の放電抵抗を用いて、ドライバー素子の制御端子に接続する制御用コンデンサからの放電速度を遅らせ、オフ動作期間を引き延ばす。
【選択図】図1
Description
以下、出力線20a、20b間に定格消費電力の負荷が接続されている場合の自励発振動作を、図9、図10を参照し説明する。図9と図10は、図8に示す従来の自励式スイッチング電源回路100に、電源電圧を200Vの直流電源1を加え、起動用抵抗21と電気抵抗25のそれぞれの抵抗値を1.5MΩと100kΩ、帰還コンデンサ12の容量と帰還抵抗23の抵抗値を、0.01μF、100Ωとして自励発振させた状態で、図8の(1)乃至(6)に示す各部の動作波形を示している。
また、出力線20a、20b間に負荷が接続されていない無負荷や、軽負荷が接続されている場合には、出力側で消費するエネルギーが少ないので、トランス2にエネルギーを蓄積するオン動作期間が短く、従って、そのエネルギーが消失するt1までの時間も短く、定電圧制御を行わない場合には、一発振周期が短くなる。一方、負荷による電力消費がないか若しくは小さいので、トランス2に蓄積されるエネルギーが消失する時点(t1)となっても、出力電圧が設定電圧以上となっている。
発振用電界効果トランジスタがターンオンした後、出力電圧が設定電圧を越えている間は、一次巻線の励磁電流が流れるシャント抵抗の電圧が加わる制御端子に、駆動用コンデンサの充電電圧を加えて、ドライバー素子が発振用電界効果トランジスタをターンオフさせるまでのオン動作期間を短縮制御し、発振用電界効果トランジスタがターンオフした後、出力電圧が設定電圧を越えている間は、フライバック電圧が発生するトランスのいずれかの巻線若しくは駆動用コンデンサから制御用コンデンサを充電して制御端子電圧を動作電圧以上に維持し、発振用電界効果トランジスタのターンオンを阻止することによりオフ動作期間を延長制御する自励式スイッチング電源回路であって、
発振用電界効果トランジスタとシャント抵抗の接続点とドライバー素子の制御端子間に、放電抵抗と並列に前記接続点から制御端子方向を順方向とするスイッチングダイオードを接続したことを特徴とする。
このように構成された自励式スイッチング電源回路10について、始めに高圧側出力線20aと低圧側出力線20b間に定格消費電力の負荷が接続されている場合の動作を、図1乃至図3を用いて説明する。図2と図3は、それぞれ定格消費電力の負荷が接続され、連続自励発振動作を行っている図1の(1)乃至(4)の各部の波形を示すもので、図2(a)は、直列接続点J3の電圧、すなわちオフ制御トランジスタ5のベース電圧波形(1)を、図2(b)は、FET3のゲート電圧波形(2)を、図2(c)は、FET3のドレイン電流、すなわち一次巻線2aに流れる一次巻線電流波形(3)を、図2(d)は、FET3のドレイン電圧、すなわち一次巻線2aの一側の電圧波形(4)をそれぞれ示している。また、図3の(2)、(5)、(6)で示す電圧波形は、それぞれFET3のゲート電圧波形(2)と、帰還コンデンサ12の第1帰還巻線2b側の電圧波形(5)と、第1帰還巻線2b側の電圧を基準とした帰還コンデンサ12の充電電圧波形(6)である。
次に、自励式スイッチング電源回路10について、高圧側出力線20aと低圧側出力線20b間に負荷が接続されていない待機中の動作を、図4乃至図7を用いて説明する。図4と図5は、それぞれ無負荷待機中に間欠発振動作を行う自励式スイッチング電源回路10の各部の波形を、図2と図3に対応させて示すもので、図4(a)は、オフ制御トランジスタ5のベース電圧波形(1)を、図4(b)は、FET3のゲート電圧波形(2)を、図4(c)は、一次巻線2aに流れる一次巻線電流波形(3)を、図4(d)は、FET3のドレイン電圧波形(4)をそれぞれ示し、図3の(2)、(5)、(6)で示す電圧波形は、それぞれFET3のゲート電圧波形(2)と、帰還コンデンサ12の第1帰還巻線2b側の電圧波形(5)と、第1帰還巻線2b側の電圧を基準とした帰還コンデンサ12の充電電圧波形(6)を示している。また、図6は、図4に示す各図の横軸である時間軸を250分の1に縮小し、より長い時間間隔で表示した波形図である。
1a 高圧側端子
1b 低圧側端子
2 トランス
2a 一次巻線
2b 帰還巻線(第1帰還巻線)
2c 二次出力巻線
2d 帰還巻線(第2帰還巻線)
3 発振用電界効果トランジスタ
5 オフ制御トランジスタ(ドライバー素子)
10 自励式スイッチング電源回路
12 帰還コンデンサ(オン駆動回路)
21 起動用抵抗
23 帰還抵抗(オン駆動回路)
51 シャント抵抗
52 放電抵抗
53 制御用コンデンサ
55 駆動用コンデンサ
59 スイッチングダイオード
Claims (3)
- 一次巻線と二次出力巻線と少なくとも1以上の帰還巻線を有するトランスと、
直流電源に、一次巻線と直列に接続され、ゲート電圧がスレッショルド電圧VTH以上である間、オン動作する発振用電界効果トランジスタと、
直流電源の高圧側端子と発振用電界効果トランジスタのゲート間に接続された起動用抵抗と、
帰還巻線と発振用電界効果トランジスタのゲート間に、直列に接続された帰還コンデンサ及び帰還抵抗からなるオン駆動回路と、
発振用電界効果トランジスタのゲートと直流電源の低圧側端子間に接続され、制御端子電圧が動作電圧以上である間、ゲートと低圧側端子間が導通し、発振用電界効果トランジスタをオフ動作させるドライバー素子と、
発振用電界効果トランジスタと低圧側端子間に接続されるシャント抵抗と、
発振用電界効果トランジスタとシャント抵抗の接続点とドライバー素子の制御端子間に接続される放電抵抗と、
ドライバー素子の制御端子と低圧側端子間に接続され、オン動作期間中に一次巻線の励磁電流が流れるシャント抵抗の電圧で充電され、制御端子電圧を動作電圧以上に引き上げ、オフ動作期間中に放電抵抗とシャント抵抗を介して放電され、制御端子電圧を動作電圧未満に低下させる制御用コンデンサと、
トランスの二次出力巻線に発生するフライバック電圧を整流平滑化した出力電圧と所定の設定電圧とを比較し、出力電圧が設定電圧を超える出力電圧と設定電圧の差電圧に応じて、フライバック電圧が発生するトランスのいずれかの巻線若しくはフライバック電圧で充電される駆動用コンデンサから制御用コンデンサを充電する充電電流を流す定電圧制御回路とを備え、
発振用電界効果トランジスタがターンオンした後、出力電圧が設定電圧を越えている間は、一次巻線の励磁電流が流れるシャント抵抗の電圧が加わる制御端子に、駆動用コンデンサの充電電圧を加えて、ドライバー素子が発振用電界効果トランジスタをターンオフさせるまでのオン動作期間を短縮制御し、
発振用電界効果トランジスタがターンオフした後、出力電圧が設定電圧を越えている間は、フライバック電圧が発生するトランスのいずれかの巻線若しくは駆動用コンデンサから制御用コンデンサを充電して制御端子電圧を動作電圧以上に維持し、発振用電界効果トランジスタのターンオンを阻止することによりオフ動作期間を延長制御する自励式スイッチング電源回路であって、
発振用電界効果トランジスタとシャント抵抗の接続点とドライバー素子の制御端子間に、放電抵抗と並列に前記接続点から制御端子方向を順方向とするスイッチングダイオードを接続したことを特徴とする自励式スイッチング電源回路。 - 二次出力巻線に定格消費電力の負荷が接続されている状態で、トランスに蓄積されるエネルギーが二次出力巻線から放出され、自由振動する帰還巻線の電圧が最初の極大値に達した際に、制御用コンデンサの充電電圧が動作電圧未満となるように、放電抵抗の抵抗値を設定することを特徴とする請求項1に記載の自励式スイッチング電源回路。
- ドライバー素子は、コレクタを発振用電界効果トランジスタのゲートに、エミッタを低圧側端子に、ベースを制御端子に接続させたNPN型トランジスタであり、オフ動作期間中、トランスの帰還巻線に発生するフライバック電圧で充電される帰還コンデンサは、スイッチングダイオードとNPN型トランジスタのベース、コレクタ間に流れる充電電流で充電されることを特徴とする請求項1又は2に記載の自励式スイッチング電源回路。
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