JP3534313B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変圧器に帰還巻線
を設け、この帰還巻線に生じた電圧で過電流制御を行う
自励式スイッチング電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】帰還巻線を備えた自励式スイッチング電
源装置は、帰還巻線に生じた電圧で自励発振を継続する
ため、ＩＣ等で構成される発振回路を別途付加する必要
が無く、簡単な回路で構成できる。このため、小型、低
価格にできることから、小容量スイッチング電源の分野
で多用されている。

【０００３】帰還巻線を備えた自励式スイッチング電源
装置については従来から種々の提案がなされており、そ
の一例として、特開昭６３−８７１７０号公報や特開平
６−１７８５３９号公報等に記載された技術が知られて
いる。この種の自励式スイッチング電源装置は、１次巻
線、２次巻線、帰還巻線および必要に応じて制御巻線を
有するトランスと、前記１次巻線の電流を断続するスイ
ッチング用トランジスタと、前記スイッチング用トラン
ジスタに対する前記帰還巻線からの正帰還信号を制御す
る制御用トランジスタと、前記帰還巻線または前記制御
巻線の起電圧を所定時定数で充放電するとともに、前記
制御用トランジスタに対して制御電圧を与える時定数充
放電回路とを備えている。

【０００４】この種の自励発振型スイッチング電源装置
において、前記時定数充放電回路は抵抗とコンデンサと
で構成される。前記コンデンサの充電は、前記時定数充
放電回路を介して前記スイッチング用トランジスタのオ
ン期間に前記帰還巻線に誘起した電圧で行われる。前記
コンデンサの放電は、前記時定数充放電回路を介して前
記スイッチング用トランジスタのオフ期間に前記帰還巻
線に誘起するフライバック電圧で行われる。

【０００５】前記コンデンサの充放電は、入力変動ある
いは負荷変動に起因する出力電圧の変動等に応じて変化
する。前記コンデンサの充電電圧は、前記制御用トラン
ジスタのオンタイミングを決定し、前記スイッチング用
トランジスタを制御して、スイッチング電源装置に出力
電圧の安定化および過電流制御作用を与える。

【０００６】しかしながら、前記制御用トランジスタは
ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタで構成され、そのコ
レクタは非安定電位である帰還巻線の一端に接続されて
いる。このため、前記制御用トランジスタのコレクタ電
位が負電位に変動したとき、前記制御用トランジスタの
ベースからコレクタに向かって前記コンデンサから放電
電流が流れる場合がある。この放電電流により、前記制
御用トランジスタはオン状態となって、エミッタからコ
レクタに逆電流が流れる。この逆電流は、前記時定数充
放電回路とは別の放電経路を形成し、前記時定数充放電
回路による充放電が正確に行われないという問題を発生
させる。

【０００７】ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタは、Ｐ
型半導体で構成されるベースの両側に、Ｎ型半導体で構
成されるコレクタ、エミッタがそれぞれＰＮ接合を介し
て配置された構造となっている。この構造において、Ｐ
型半導体のベースが正電圧にバイアスされ、Ｎ型半導体
のコレクタが負電位に振られると、Ｐ型半導体のベース
からＮ型半導体のコレクタに電流が抜ける現象が発生す
る。このときトランジスタはオン状態となり、エミッタ
からコレクタへも電流が流れる。

【０００８】ベースからコレクタに流れる電流をＩｂ
ｃ、エミッタからコレクタに流れる電流をＩｅｃとした
とき、Ｉｅｃ／Ｉｂｃは逆方向のｈｆｅということがで
き、電流Ｉｅｃは電流Ｉｂｃの前記逆方向のｈｆｅ倍の
値となる。これらの値はトランジスタの仕様として管理
された値ではなく、カタログにも記載されない数値であ
る。しかも、これらの値は、トランジスタの種類や素子
間のばらつきにより大きく変動するため、設計定数とし
て把握することができない。

【０００９】上述の自励発振型スイッチング電源装置に
おいて、前記コンデンサの放電は、前記スイッチング用
トランジスタのオフ期間に前記帰還巻線に誘起するフラ
イバック電圧により、前記時定数充放電回路を介して行
われる。このとき、前記制御用トランジスタのベースか
らコレクタに向かって前記コンデンサの放電電流が流れ
ると、前記時定数充放電回路とは別の前記制御用トラン
ジスタを介した放電経路が形成される。この放電経路は
上述のように設計定数として把握できないことから、前
記時定数回路の放電が正確に行われないという問題を発
生させる。この問題は、前記制御用トランジスタのオン
タイミングのずれを引き起こし、過電流制御時の垂下点
の変動や垂下カーブの変動を発生させる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
した問題を解決し、正確な過電流制御が行える自励式ス
イッチング電源装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る自励式スイッチング電源装置は、変
圧器と、スイッチング素子と、出力整流平滑回路と、制
御回路とを含む。

【００１２】前記変圧器は、入力巻線と、出力巻線と、
帰還巻線とを含む。

【００１３】前記スイッチング素子は、前記入力巻線を
通して供給される直流電圧を断続して前記出力巻線と前
記帰還巻線とに電圧を誘起する。

【００１４】前記帰還巻線は、前記スイッチング素子の
オン期間に誘起した電圧で前記スイッチング素子を導通
方向にバイアスする。

【００１５】前記出力整流平滑回路は、前記スイッチン
グ素子のオフ期間に前記出力巻線に誘起した電圧を整流
・平滑して出力する。

【００１６】前記制御回路は、時定数充放電回路と、ス
イッチング制御用トランジスタと、オン阻止用ダイオー
ドとを含む。

【００１７】前記時定数充放電回路は、抵抗とコンデン
サとの直列回路を含み、前記帰還巻線の両端間に接続さ
れる。

【００１８】前記スイッチング制御用トランジスタは、
ベースが前記抵抗と前記コンデンサとの接続点に接続さ
れ、主電極が前記スイッチング素子の制御入力側に接続
される。

【００１９】前記オン阻止用ダイオードは、前記スイッ
チング制御用トランジスタに接続され、前記時定数充放
電回路のコンデンサの放電時に、前記スイッチング制御
用トランジスタの逆方向オンを阻止する。

【００２０】上述したスイッチング電源装置において、
前記変圧器は、入力巻線と、出力巻線と、帰還巻線とを
含む。前記スイッチング素子は、前記入力巻線を通して
供給される直流電圧を断続するから、前記スイッチング
素子がターンオンを開始すると、前記入力巻線に入力電
流が流れ始め、前記出力巻線と前記帰還巻線とに電圧を
誘起する。前記帰還巻線は、前記スイッチング素子のオ
ン期間に誘起した電圧で前記スイッチング素子を導通方
向にバイアスするから、前記スイッチング素子が完全に
導通し、前記入力巻線に流れる電流が増加する。前記ス
イッチング素子のオン期間に誘起した電圧は前記コンデ
ンサを充電する。

【００２１】その後、前記コンデンサの電圧が前記スイ
ッチング制御用トランジスタの閾値電圧まで充電される
と、前記スイッチング制御用トランジスタが瞬間的にオ
ンとなって前記スイッチング素子をオフする。前記スイ
ッチング素子がオフすると、前記入力巻線、前記出力巻
線及び前記帰還巻線には、それまでとは逆方向のフライ
バック電圧が誘起する。フライバック電圧はフライバッ
クエネルギーの消滅とともに低下し、リンギング電圧を
発生させる。リンギング電圧は前記帰還巻線にも発生
し、前記スイッチング素子がオンするきっかけを与え
る。以降この繰り返しで自励発振が継続する。

【００２２】前記出力整流平滑回路は、前記スイッチン
グ素子のオフ期間に前記出力巻線に誘起した電圧を整流
平滑して出力するから、継続的に直流電圧を出力するこ
とができる。

【００２３】前記制御回路は、時定数充放電回路と、ス
イッチング制御用トランジスタと、オン阻止用ダイオー
ドとを含む。

【００２４】前記時定数充放電回路は、抵抗とコンデン
サとの直列回路を含み、前記帰還巻線の両端間に接続さ
れるから、前記コンデンサは前記スイッチング素子のオ
ン期間に前記帰還巻線に誘起した電圧で充電され、前記
スイッチング素子のオフ期間に前記帰還巻線に誘起した
電圧で放電される。

【００２５】前記スイッチング制御用トランジスタは、
ベースが前記抵抗と前記コンデンサとの接続点に接続さ
れ、主電極が前記スイッチング素子の制御入力側に接続
される。このため、前記コンデンサの電圧が前記スイッ
チング制御用トランジスタの閾値電圧まで充電される
と、前記スイッチング制御用トランジスタが瞬間的にオ
ンとなって前記スイッチング素子をオフする。

【００２６】前記オン阻止用ダイオードは、前記スイッ
チング制御用トランジスタに接続され、前記時定数充放
電回路のコンデンサの放電時に、前記スイッチング制御
用トランジスタの逆方向オンを阻止するから、前記コン
デンサの放電時に前記スイッチング制御用トランジスタ
が逆方向にオンすることはない。このため、前記スイッ
チング制御用トランジスタを経由した放電路が形成され
ることがなく、前記コンデンサの充放電が正確に行え
る。

【００２７】上述の構成では、過負荷や負荷の短絡によ
って過電流状態に至った場合、前記時定数充放電回路の
コンデンサの充電電圧で前記スイッチング制御用トラン
ジスタがオンとなって、前記スイッチング素子をオフ制
御し、過電流制御を行う。本発明では、前記コンデンサ
の充放電が正確に行えるので、前記スイッチング制御用
トランジスタのオンタイミングのずれがなく、正確な過
電流制御が行える。

【００２８】前記スイッチング制御用トランジスタをＮ
ＰＮトランジスタで構成し、前記オン阻止用ダイオード
を前記スイッチング制御用トランジスタのコレクタと前
記スイッチング素子の制御電極との間に接続することが
できる。このように構成すると、前記コンデンサの放電
時に前記スイッチング制御用トランジスタのベースから
コレクタに流れる放電電流を阻止できるので、前記スイ
ッチング制御用トランジスタの逆方向オンを阻止できる
とともに、前記時定数充放電回路以外の放電経路が形成
されず、前記コンデンサの充放電が正確に行える。

【００２９】また、前記オン阻止用ダイオードは、前記
スイッチング制御用トランジスタのベース・コレクタ間
に接続することもできる。このように構成すると、前記
コンデンサの放電時に前記オン阻止用ダイオードを経由
する放電路経路が形成され、前記スイッチング制御用ト
ランジスタの逆方向オンを阻止できる。前記オン阻止用
ダイオードを経由する放電経路の定数は設計値として把
握できる数値であり、放電電流を正確に計算できるの
で、前記コンデンサの充放電が正確に行える。

【００３０】本発明は、更に、第１、第２のスイッチン
グ制御用トランジスタを用い、第２のスイッチング制御
用トランジスタで、第１のスイッチング制御用トランジ
スタの逆方向オンを阻止する回路についても開示する。

【００３１】本発明の他の目的、構成および利点につい
ては、添付図面を参照して、更に詳しく説明する。図面
は単なる例示に過ぎない。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る自励式スイ
ッチング電源装置の一実施例を示す電気回路図である。
図示された自励式スイッチング電源装置は、電力変換用
の変圧器１と、スイッチング素子２と、出力整流平滑回
路３と、出力電圧検出回路４と、制御回路５とを含んで
いる。

【００３３】変圧器１は、入力巻線１１と、出力巻線１
２と、帰還巻線１３とを含んでいる。入力巻線１１は、
スイッチング素子２の主電極を介して直流入力端子Ｔｉ
ｎに接続される。

【００３４】直流入力端子Ｔｉｎには直流電圧源Ｅが接
続される。直流電圧源Ｅは、本発明の内部要素であって
も、外部要素であってもよく、バッテリや、その他の直
流電圧源、あるいは交流電圧を整流回路を介して直流に
変換した電圧の何れでも利用できる。

【００３５】スイッチング素子２は、入力巻線１１を通
して供給される直流電圧Ｖｉｎを断続して、出力巻線１
２と、帰還巻線１３とに電圧を誘起させる。スイッチン
グ素子２は、供給された直流電圧Ｖｉｎを高周波でスイ
ッチングできればよく、典型的には、バイポーラトラン
ジスタや、電界効果トランジスタ等の制御電極を有する
半導体素子が用いられる。本実施例はＮチャネルのＭＯ
Ｓ形電界効果トランジスタを用いている。

【００３６】帰還巻線１３は、特性向上回路６を介して
スイッチング素子２のゲート・ソース間に接続され、ス
イッチング素子２のオン期間に誘起した電圧でスイッチ
ング素子２のゲートを導通方向にバイアスする。特性向
上回路６はスイッチング素子２のスイッチング特性を向
上するための回路であり、コンデンサＣ６と抵抗Ｒ６と
ダイオードＤ６１、Ｄ６２とを含んで構成される。スイ
ッチング素子２のゲートは、更に抵抗Ｒ７、Ｒ８を介し
て入力ラインに接続される。

【００３７】出力整流平滑回路３は整流用ダイオードＤ
３と平滑用コンデンサＣ３とを含んで構成される。整流
用ダイオードＤ３と平滑用コンデンサＣ３とは直列接続
されて、その両端が出力巻線１２に接続される。平滑用
コンデンサＣ３の両端は出力整流平滑回路３の出力端と
されて、スイッチング電源装置の出力端子Ｔｏｕｔに接
続される。整流用ダイオードＤ３の向きは、出力巻線１
２に誘起するフライバック電圧に対して順方向となるよ
うに方向付けられている。

【００３８】この構成により、出力整流平滑回路３は、
スイッチング素子２のオフ期間に出力巻線１２に誘起す
る電圧を整流・平滑して出力する。整流用ダイオードＤ
３の代わりにバイポーラトランジスタや電界効果トラン
ジスタ等の制御電極を備えたスイッチング素子を用いれ
ば、同期整流型の整流平滑回路を構成することができ
る。

【００３９】出力電圧検出回路４は、出力整流平滑回路
３の出力端、すなわちスイッチング電源装置の出力端子
Ｔｏｕｔに接続され、出力電圧Ｖｏｕｔを検出して制御
回路５に出力電圧信号を供給する。本実施例ではトラン
ジスタＱ４、シャントレギュレータＩＣ４および抵抗Ｒ
４１、Ｒ４２、Ｒ４３、Ｒ４４、Ｒ４５等を含んで構成
され、トランジスタＱ４のコレクタから制御回路５に出
力電圧信号を供給する。出力電圧検出回路４は、本発明
に必須の要素ではないが、従来から公知の回路を適宜用
いることができる。

【００４０】制御回路５は、時定数充放電回路５１と、
時定数制御回路５３と、スイッチング制御用トランジス
タ５４と、オン阻止用ダイオードＤ５とを含んで構成さ
れる。時定数充放電回路５１は、抵抗Ｒ５１とコンデン
サＣ５のそれぞれ一端が接続された直列回路を含み、そ
れぞれの他端が帰還巻線１３の両端間に接続される。

【００４１】時定数制御回路５３は、トランジスタＱ５
３とダイオードＤ５３と抵抗Ｒ５３とを含み、トランジ
スタＱ５３の主電極が時定数充放電回路５１の抵抗Ｒ５
１と並列となるように、ダイオードＤ５３と抵抗Ｒ５３
とを介して接続される。トランジスタＱ５３の制御電極
には出力電圧信号が入力される。

【００４２】時定数制御回路５３は、出力電圧検出回路
４と同様本発明に必須の要素ではないが、出力電圧検出
回路４と結合され、出力電圧に応じてトランジスタＱ５
３のインピーダンスを変化させ、時定数充放電回路５１
の時定数を制御する。出力電圧検出回路４との結合形態
は、トランジスタＱ５３をフォトトランジスタで構成
し、出力電圧検出回路４にフォトダイオードを用いた光
結合回路でも良い。

【００４３】スイッチング制御用トランジスタ５４は、
ＮＰＮトランジスタで構成され、そのコレクタがオン阻
止用ダイオードＤ５を介してスイッチング素子２のゲー
トに接続され、エミッタがスイッチング素子２のソース
に接続され、ベースがコンデンサＣ５一端に接続され
る。オン阻止用ダイオードＤ５は、カソードをスイッチ
ング制御用トランジスタ５４のコレクタに向けて接続さ
れ、スイッチング制御用トランジスタ５４に逆電流が流
れるのを阻止する。

【００４４】このように構成された本実施例の自励式ス
イッチング電源装置において、入力端子Ｔｉｎに直流電
圧Ｖｉｎが印加されると、起動抵抗Ｒ７を介してスイッ
チング素子２のゲートが付勢される。スイッチング素子
２がターンオンを開始すると、変圧器１の入力巻線１１
に入力電流が流れ始め、出力巻線１２と帰還巻線１３と
に電圧を誘起する。

【００４５】出力巻線１２に誘起した電圧は出力整流平
滑回路３のダイオードＤ３により阻止されるから、出力
巻線１２には出力電流が流れず、エネルギーが変圧器１
に蓄積される。帰還巻線１３に誘起した電圧は、特性向
上回路６を介してスイッチング素子２のゲートを導通方
向にバイアスするから、スイッチング素子２が急激にオ
ンとなって、入力巻線１１に流れる入力電流が時間の経
過とともに増加する。

【００４６】帰還巻線１３に誘起した電圧は、同時に、
時定数充放電回路５１の抵抗Ｒ５１と時定数制御回路５
３とを介してコンデンサＣ５を充電する。その後、コン
デンサＣ５の電圧がスイッチング制御用トランジスタ５
４の閾値電圧まで充電されると、スイッチング制御用ト
ランジスタ５４がオンとなってスイッチング素子２の制
御入力側を短絡する。この結果、スイッチング素子２が
ターンオフし、入力巻線１１、出力巻線１２、および帰
還巻線１３とにそれまでとは逆方向のフライバック電圧
が発生する。

【００４７】出力巻線１２に発生したフライバック電圧
は、出力整流平滑回路３により整流・平滑され、出力端
子Ｔｏｕｔに直流出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。

【００４８】帰還巻線１３に発生したフライバック電圧
は、時定数充放電回路５１の抵抗Ｒ５１を介してコンデ
ンサＣ５の充電電荷を放電する。その後、フライバック
電圧は、フライバックエネルギーの消滅とともに低下
し、リンギング電圧を発生させる。リンギング電圧は、
帰還巻線１３にも発生し、スイッチング素子２がターン
オンを開始するきっかけを与える。

【００４９】以降この繰り返しで自励発振が継続し、出
力端子Ｔｏｕｔに継続的に直流出力電圧Ｖｏｕｔを出力
する。

【００５０】出力電圧検出回路４は、出力電圧Ｖｏｕｔ
を検出して制御回路５に出力電圧信号を供給する。具体
的には、出力電圧Ｖｏｕｔが高いとトランジスタＱ４の
ベースが深くバイアスされ、トランジスタＱ４のインピ
ーダンスが低下して高電位レベルの出力電圧信号を出力
する。出力電圧Ｖｏｕｔが低いとトランジスタＱ４のベ
ースが浅くバイアスされ、トランジスタＱ４のインピー
ダンスが高くなり低電位レベルの出力電圧信号を出力す
る。出力電圧信号は制御回路５を構成する時定数制御回
路５３のトランジスタＱ５３のベースに供給される。

【００５１】このため、制御回路５において、出力電圧
Ｖｏｕｔが高いと、トランジスタＱ５３のインピーダン
スが低くなり、時定数充放電回路５１の時定数が小さく
制御されるので、コンデンサＣ５は短時間で充電され、
スイッチング制御用トランジスタ５４のオンタイミング
を早める。逆に、出力電圧Ｖｏｕｔが低いと、トランジ
スタＱ５３のインピーダンスが高くなり、時定数充放電
回路５１の時定数が大きく制御されるので、コンデンサ
Ｃ５はゆっくり充電され、スイッチング制御用トランジ
スタ５４のオンタイミングを遅らせる。

【００５２】従って、スイッチング素子２は、出力電圧
Ｖｏｕｔが高いとオン期間が短縮されて出力電圧が低下
する方向に制御され、逆に、出力電圧Ｖｏｕｔが低いと
オン期間が長くなり出力電圧が上昇する方向に制御され
出力電圧Ｖｏｕｔを安定化する。

【００５３】また、過負荷や負荷の短絡によって過電流
状態に至り出力電圧Ｖｏｕｔが低下したときは、トラン
ジスタＱ５３のインピーダンスが無限大となる。コンデ
ンサＣ５は時定数充放電回路５１の時定数でゆっくり充
電されるが、スイッチング制御用トランジスタ５４の閾
値まで充電されるとスイッチング制御用トランジスタ５
４をオンさせる。このため、スイッチング素子２のオン
期間はある値で制限されオフ期間に移行し、出力電圧Ｖ
ｏｕｔは上昇しない。

【００５４】スイッチング素子２のオフ期間において、
コンデンサＣ５は時定数充放電回路５１を介して帰還巻
線に誘起するフライバック電圧でその充電電荷が放電さ
れる。フライバック電圧は出力電圧Ｖｏｕｔと比例して
いるので、コンデンサＣ５の放電量はわずかな量に止ま
る。従って、次のオン期間において、コンデンサＣ５は
時定数充放電回路５１の時定数でゆっくり充電される
が、すぐにスイッチング制御用トランジスタ５４の閾値
まで充電され、スイッチング制御用トランジスタ５４を
オンさせる。このため、スイッチング素子２のオン期間
は更に短く制御されて出力電圧Ｖｏｕｔの垂下が促進さ
れ過電流制御が行われる。

【００５５】ここで、スイッチング制御用トランジスタ
５４の動作に着目するに、コンデンサＣ５の電圧がスイ
ッチング制御用トランジスタ５４の閾値電圧まで充電さ
れると、スイッチング制御用トランジスタ５４がオンと
なってスイッチング素子２の制御入力側を短絡する。こ
の結果、スイッチング素子２がターンオフし、帰還巻線
１３にそれまでとは逆方向のフライバック電圧が発生す
る。コンデンサＣ５は時定数充放電回路５１を介して放
電を開始する。スイッチング制御用トランジスタ５４の
オン期間は瞬間的であって、フライバック電圧が発生し
た後すぐにオフとなる。このとき、コンデンサＣ５の放
電電流がスイッチング制御用トランジスタ５４のベース
からコレクタに向かって流れようとするが、オン阻止用
ダイオードＤ５に阻止される。このため、スイッチング
制御用トランジスタ５４の逆方向オンが阻止される。

【００５６】従って、本実施例の自励式スイッチング電
源装置は、時定数充放電回路５１以外の放電経路が形成
されない。このため、コンデンサＣ５の充放電を正確に
行うことができるので、出力電圧の安定精度が高く、正
確な過電流制御が行える自励式スイッチング電源装置を
提供することができる。

【００５７】図２は、本発明に係る自励式スイッチング
電源装置の別の実施例を示す電気回路図であって、スイ
ッチング素子２をバイポーラトランジスタで構成した例
を示している。一般に、バイポーラトランジスタは、電
界効果トランジスタと較べ閾値電圧が低い。このため、
スイッチング制御用トランジスタ５４をオンすることに
より、スイッチング素子２を安定的にオフ駆動するため
には工夫が必要となる。以下、この点を含めて説明す
る。図において、図１に図示した構成部分と同一の構成
部分については、同一の参照符号を付してある。

【００５８】図示された自励式スイッチング電源装置
は、電力変換用の変圧器１と、スイッチング素子２と、
出力整流平滑回路３と、出力電圧検出回路４と、制御回
路５と、レベルシフト回路７とを含んでいる。電力変換
用の変圧器１と、出力整流平滑回路３と、出力電圧検出
回路４と、制御回路５とは、図１に図示した実施例と同
様の構成であり、説明を省略する。

【００５９】スイッチング素子２はＮＰＮ型のバイポー
ラトランジスタで構成されている。スイッチング素子２
のコレクタは変圧器１の入力巻線１１に接続され、エミ
ッタが直流入力端子Ｔｉｎに接続され、ベースがレベル
シフト回路７と、特性向上回路６とを介して、帰還巻線
１３に接続される。

【００６０】レベルシフト回路７は、ダイオードＤ７
１、Ｄ７２とコンデンサＣ７とを含んでいる。ダイオー
ドＤ７１、Ｄ７２とコンデンサＣ７とはそれぞれ並列に
接続され、ダイオードＤ７１はベース電流に対して逆方
向、ダイオードＤ７２はベース電流に対して順方向とな
るように方向付けられている。その他の構成は、図１に
図示した実施例と同様の構成である。

【００６１】このように構成された本実施例の自励式ス
イッチング電源装置において、入力端子Ｔｉｎに直流電
圧Ｖｉｎが印加されると、起動抵抗Ｒ７とレベルシフト
回路７とを介してスイッチング素子２のベースにベース
電流が流れる。スイッチング素子２がターンオンを開始
すると、変圧器１の入力巻線１１に入力電流が流れ始
め、出力巻線１２と帰還巻線１３とに電圧を誘起する。

【００６２】帰還巻線１３に誘起した電圧は、特性向上
回路６とレベルシフト回路７とを介してスイッチング素
子２のベースを導通方向にバイアスするから、スイッチ
ング素子２が急激にオンとなって、入力巻線１１に流れ
る入力電流が時間の経過とともに増加する。帰還巻線１
３に誘起した電圧は、同時に、時定数充放電回路５１の
抵抗Ｒ５１と時定数制御回路５３とを介してコンデンサ
Ｃ５を充電する。

【００６３】その後、コンデンサＣ５の電圧がスイッチ
ング制御用トランジスタ５４の閾値電圧まで充電される
と、スイッチング制御用トランジスタ５４がオンとな
る。このときのレベルシフト回路７の帰還巻線１３側の
電圧は、スイッチング制御用トランジスタ５４のコレク
タ・エミッタ間電圧をＶＣＥ（ｓａｔ）５４、オン阻止
用ダイオードＤ５の順方向降下電圧をＶＦ５とすると、 ＶＣＥ（ｓａｔ）５４＋ＶＦ５ となる。一般に、バイポーラトランジスタの閾値電圧
は、電界効果トランジスタの閾値電圧より低い。このた
め、オン阻止用ダイオードＤ５が順方向降下電圧ＶＦの
高い一般的なダイオードで構成されている場合、バイポ
ーラトランジスタで構成されたスイッチング素子２のベ
ースに ＶＣＥ（ｓａｔ）５４＋ＶＦ５ の電圧が印加されたとき、スイッチング素子２を安定的
にオフできない事態が生じるおそれがある。本実施例で
は、レベルシフト回路７を用いている。このため、スイ
ッチング素子２のベースに印加される電圧は、レベルシ
フト回路７のダイオードＤ７２の順方向降下電圧をＶＦ
７２とすると、 ＶＣＥ（ｓａｔ）５４＋ＶＦ５−ＶＦ７２ となる。従って、レベルシフト回路７のダイオードＤ７
２をオン阻止用ダイオードＤ５と同等のダイオードで構
成すれば、双方のダイオードの順方向降下電圧ＶＦがキ
ャンセルされるため、一般的なダイオードを用いた場合
でも、スイッチング素子２を確実にオフすることができ
る。

【００６４】スイッチング素子２がオフすると、入力巻
線１１、出力巻線１２、および帰還巻線１３とにそれま
でとは逆方向のフライバック電圧が発生する。その後、
フライバック電圧は、フライバックエネルギーの消滅と
ともに低下し、リンギング電圧を発生させる。リンギン
グ電圧は、帰還巻線１３にも発生し、スイッチング素子
２がターンオンを開始するきっかけを与える。

【００６５】以降この繰り返しで自励発振が継続し、出
力端子Ｔｏｕｔに継続的に直流電圧を出力する。出力電
圧検出回路４および制御回路５の動作は図１に図示した
実施例と同様である。

【００６６】本実施例の自励式スイッチング電源装置
は、図１に図示した実施例と同様時定数充放電回路５１
以外の放電経路が形成されない。このため、コンデンサ
Ｃ５の充放電を正確に行うことができるので、出力電圧
の安定精度が高く、正確な過電流制御が行える自励式ス
イッチング電源装置を提供することができる。

【００６７】本実施例では、スイッチング素子２を安定
的にオフ駆動するためにレベルシフト回路７を用いてい
るが、オン阻止用ダイオードＤ５を順方向降下電圧ＶＦ
の低いショットキダイオード等で構成した場合には、Ｖ
ＣＥ（ｓａｔ）５４＋ＶＦ５を低くできるため、スイッ
チング素子２がバイポーラトランジスタであっても、こ
の電圧でスイッチング素子２を安定的にオフすることが
可能である。

【００６８】図３は、本発明に係る自励式スイッチング
電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図であって、
絶縁型の自励式スイッチング電源装置に適用した例を示
している。図において、図１乃至図２に図示した構成部
分と同一の構成部分については、同一の参照符号を付し
てある。

【００６９】図示された自励式スイッチング電源装置
は、電力変換用の変圧器１と、スイッチング素子２と、
出力整流平滑回路３と、出力電圧検出回路４と、制御回
路５とを含んでいる。電力変換用の変圧器１と、スイッ
チング素子２と、出力整流平滑回路３とは、図１に図示
した実施例と同様の構成であり、説明を省略する。

【００７０】出力電圧検出回路４は、抵抗Ｒ４１、Ｒ４
２、Ｒ４５、シャントレギュレータＩＣ４、フォトカプ
ラＰＣ４とを含んでいる。フォトカプラＰＣ４はフォト
ダイオードＰＤ４とフォトトランジスタＰＴ４とを含ん
でいる。フォトダイオードＰＤ４は、シャントレギュレ
ータＩＣ４と直列に接続されて、出力端子Ｔｏｕｔ間に
接続される。抵抗Ｒ４１、Ｒ４２は直列に接続されて、
出力端子Ｔｏｕｔ間に接続され、出力電圧Ｖｏｕｔの分
圧電圧をシャントレギュレータＩＣ４の制御端子に供給
する。フォトトランジスタＰＴ４はそのコレクタに入力
側の安定電圧ＶＣＣが供給され、ベースがフォトダイオ
ードＰＤ４と光結合し、エミッタに出力電圧信号を生成
する。出力電圧信号は、エミッタに接続された抵抗Ｒ４
５を介して制御回路５に供給される。フォトトランジス
タＰＴ４はそのコレクタに入力側の安定電圧が供給され
るので、コレクタ電位が一定に保たれ、ベース・コレク
タ間の浮遊容量に起因するパルス状の異常電流が流れる
のを防止できる。本実施例の出力電圧検出回路４は、上
述の構成により、出力電圧信号を出力端子Ｔｏｕｔから
電気的に絶縁している。

【００７１】制御回路５は、時定数充放電回路５１と、
時定数制御回路５３と、スイッチング制御用トランジス
タ５４と、オン阻止用ダイオードＤ５とを含む点で図１
に図示した実施例と同様であるが、オン阻止用ダイオー
ドＤ５の接続関係が異なっている。オン阻止用ダイオー
ドＤ５は、そのアノードがスイッチング制御用トランジ
スタ５４のベースに接続され、カソードがスイッチング
制御用トランジスタ５４のコレクタに接続される。

【００７２】このように構成された本実施例の自励式ス
イッチング電源装置において、入力端子Ｔｉｎに直流入
力電圧Ｖｉｎが印加されると、図１に図示した実施例と
同様、スイッチング素子２は、入力巻線１１を通して供
給される直流電圧Ｖｉｎを断続し、変圧器１および出力
整流平滑回路３を介して出力端子Ｔｏｕｔに継続的に直
流電圧を出力する。

【００７３】出力電圧検出回路４のフォトダイオードＰ
Ｄ４は、出力電圧Ｖｏｕｔに応じて発光量を変化させ
る。出力電圧検出回路４は、出力電圧Ｖｏｕｔが高いと
フォトダイオードＰＤ４の発光量が増加し、フォトトラ
ンジスタＰＴ４のインピーダンスが低下して高電位レベ
ルの出力電圧信号を出力する。出力電圧が低いとフォト
ダイオードＰＤ４の発光量が減少し、フォトトトランジ
スタＰＴ４のインピーダンスが高くなり低電位レベルの
出力電圧信号を出力する。出力電圧信号は、出力電圧Ｖ
ｏｕｔと電気的に絶縁されている点を除き、図１に図示
した実施例と同様の信号である。

【００７４】制御回路５において、時定数充放電回路５
１と、時定数制御回路５３と、スイッチング制御用トラ
ンジスタ５４とは、図１に図示した実施例と同様に動作
する。このため、スイッチング素子２のオン期間に、時
定数充放電回路５１のコンデンサＣ５がスイッチング制
御用トランジスタ５４の閾値電圧まで充電されると、ス
イッチング制御用トランジスタ５４が瞬間的にオンとな
って、スイッチング素子２の制御入力側を短絡する。こ
の結果、スイッチング素子２がターンオフし、入力巻線
１１、出力巻線１２、および帰還巻線１３とにそれまで
とは逆方向のフライバック電圧が発生する。帰還巻線１
３に発生したフライバック電圧は、オン阻止用ダイオー
ドＤ５を導通させて時定数充放電回路５１とは別の放電
経路を形成する。コンデンサＣ５からスイッチング制御
用トランジスタ５４のベース方向に流れる放電電流は、
オン阻止用ダイオードＤ５を介してスイッチング制御用
トランジスタ５４のコレクタ側に抜けるため、スイッチ
ング制御用トランジスタ５４の逆方向オンが阻止され
る。

【００７５】この放電電流は、スイッチング制御用トラ
ンジスタ５４における前述した逆方向ｈｆｅに起因して
スイッチング制御用トランジスタ５４を逆方向に流れる
電流ではなく、オン阻止用ダイオードＤ５を順方向に流
れる電流である。この放電経路の定数は設計値として把
握できる数値であり、放電電流を正確に計算できる。

【００７６】従って、本実施例の自励式スイッチング電
源装置は、コンデンサＣ５の充放電を正確に行うことが
できる。このため、出力電圧の安定精度が高く、正確な
過電流制御が行える自励式スイッチング電源装置を提供
することができる。

【００７７】オン阻止用ダイオードＤ５は、ショトキダ
イオードで構成することが好ましい。ショトキダイオー
ドは順方向降下電圧が低いのでスイッチング制御用トラ
ンジスタ５４のオンを確実に阻止できる。また、コンデ
ンサＣ５と並列にダイオードを接続すれば、コンデンサ
Ｃ５が逆方向に充電されるのを防止できるので、放電電
流の計算が容易となる。

【００７８】図４は、本発明に係る自励式スイッチング
電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図であって、
複数のスイッチング制御用トランジスタを用いた例を示
している。図において、図１乃至図３に図示した構成部
分と同一の構成部分については、同一の参照符号を付し
てある。

【００７９】図示された自励式スイッチング電源装置
は、電力変換用の変圧器１と、スイッチング素子２と、
出力整流平滑回路３と、出力電圧検出回路４と、制御回
路５とを含んでいる。電力変換用の変圧器１と、スイッ
チング素子２と、出力整流平滑回路３と、出力電圧検出
回路４とは、図１に図示した実施例と同様の構成であ
り、説明を省略する。

【００８０】制御回路５は、時定数充放電回路５１と、
時定数制御回路５３とを含む点で図１に図示した実施例
と同様であるが、第１のスイッチング制御用トランジス
タ５５と第２のスイッチング制御用トランジスタ５６と
を備え、オン阻止用ダイオードＤ５を含まない点で異な
っている。

【００８１】第１のスイッチング制御用トランジスタ５
５はＮＰＮ型トランジスタで構成され、ベースがコンデ
ンサＣ５の一端に接続され、コレクタが第２のスイッチ
ング制御用トランジスタ５６のベースに接続される。

【００８２】第２のスイッチング制御用トランジスタ５
６はＰＮＰ型トランジスタで構成され、エミッタがスイ
ッチング素子２のゲートに接続され、コレクタがスイッ
チング素子２のソースおよび第１のスイッチング制御用
トランジスタ５５のエミッタに接続される。

【００８３】本実施例のスイッチング電源装置は基本的
には図１に図示した実施例と同様に動作する。スイッチ
ング素子２のオン期間において、コンデンサＣ５は第１
のスイッチング制御用トランジスタ５５の閾値電圧まで
充電されると、第１のスイッチング制御用トランジスタ
５５をオンし、更に第２のスイッチング制御用トランジ
スタ５６をオンさせる。スイッチング素子２は制御入力
側が短絡されオフとなる。

【００８４】コンデンサＣ５の放電期間において、放電
電流は第１のスイッチング制御用トランジスタ５５のベ
ースからコレクタに向かって流れようとするが、第２の
スイッチング制御用トランジスタ５６のベース・エミッ
タ間に形成されるダイオード、すなわち、ベース側を
Ｐ、エミッタ側をＮとするＰＮ接合により阻止される。

【００８５】このため、第１のスイッチング制御用トラ
ンジスタ５５がオンすることはなく、第１のスイッチン
グ制御用トランジスタ５５を介する放電経路が形成され
ず、図１に図示した実施例と同様正確な放電が行なえ
る。

【００８６】本実施例の更なる利点はスイッチング素子
２を高速でオフできる点にある。即ち、第１のスイッチ
ング制御用トランジスタ５５はコンデンサＣ５から供給
されるベース電流を増幅して第２のスイッチング制御用
トランジスタ５６のベースに供給する。このため、第２
のスイッチング制御用トランジスタ５６は図１に図示し
た実施例と比較してスイッチング素子２のターンオフ時
間を短縮できる。

【００８７】また、本実施例においても、第２のスイッ
チング制御用トランジスタ５６のエミッタ側にオン阻止
用ダイオードＤ５を挿入してもよい。以上、好ましい実
施例を参照して本発明の内容を詳細に説明したが、本発
明はこれらに限定されるものではなく、当業者であれ
ば、その基本的技術思想および教示にもとづき、種々の
変形例を想到できることは自明である。例えば、実施例
では時定数充放電回路５１を充電・放電の両方に用いて
いるが、充電の時定数と放電の時定数を変えて設定する
ことも可能である。具体的に例示すると、抵抗Ｒ５１と
並列にダイオードを接続し、前記並列回路、または前記
ダイオードと直列に別の抵抗を接続することにより、充
電時定数と放電時定数とを個別に設定したり、あるい
は、抵抗Ｒ５１と並列に別の抵抗を接続し、それぞれの
抵抗と直列に互いに逆向きのダイオードを接続すること
により、時定数充電回路と時定数放電回路とを別々に構
成すること等、その他種々の方法が可能である。

【００８８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば正確
な過電流制御が行える自励式スイッチング電源装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自励式スイッチング電源装置の一
実施例を示す電気回路図である。

【図２】本発明に係る自励式スイッチング電源装置の別
の実施例を示す電気回路図である。

【図３】本発明に係る自励式スイッチング電源装置の更
に別の実施例を示す電気回路図である。

【図４】本発明に係る自励式スイッチング電源装置の更
に別の実施例を示す電気回路図である。

【符号の説明】

１ 変圧器 １１ 入力巻線 １２ 出力巻線 １３ 帰還巻線 ２ スイッチング素子 ３ 出力整流平滑回路 ５ 制御回路 ５１ 時定数充放電回路 ５４ スイッチング制御用トランジスタ ５５ 第１のスイッチング制御用トランジスタ ５６ 第２のスイッチング制御用トランジスタ ６ オン阻止用ダイオード Ｒ５１ 抵抗 Ｃ５ コンデンサ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変圧器と、スイッチング素子と、出力整
   流平滑回路と、制御回路とを含み、自励発振動作をする
   スイッチング電源装置であって、 前記変圧器は、入力巻線と、出力巻線と、帰還巻線とを
   含み、 前記スイッチング素子は、前記入力巻線を通して供給さ
   れる直流電圧を断続して前記出力巻線と前記帰還巻線と
   に電圧を誘起し、 前記帰還巻線は、前記スイッチング素子のオン期間に誘
   起した電圧で前記スイッチング素子を導通方向にバイア
   スし、 前記出力整流平滑回路は、前記スイッチング素子のオフ
   期間に前記出力巻線に誘起した電圧を整流・平滑して出
   力し、 前記制御回路は、時定数充放電回路と、スイッチング制
   御用トランジスタと、オン阻止用ダイオードとを含み、 前記時定数充放電回路は、抵抗とコンデンサとの直列回
   路を含み、前記帰還巻線の両端間に接続され、 前記スイッチング制御用トランジスタは、ベースが前記
   抵抗と前記コンデンサとの接続点に接続され、主電極が
   前記スイッチング素子の制御入力側に接続され、 前記オン阻止用ダイオードは、アノードが前記スイッチ
   ング制御用トランジスタのベースに接続され、カソード
   が前記スイッチング素子の制御電極に接続され、前記時
   定数充放電回路のコンデンサの放電時に、前記スイッチ
   ング制御用トランジスタの逆方向オンを阻止するスイッ
   チング電源装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたスイッチング電源
   装置であって、 前記オン阻止用ダイオードはショトキダイオードである
   スイッチング電源装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載されたスイッチン
   グ電源装置であって、 前記スイッチング素子はＭＯＳ形電界効果トランジスタ
   で構成されるスイッチング電源装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３の何れかに記載されたス
   イッチング電源装置であって、 前記スイッチング素子はバイポーラトランジスタで構成
   されるスイッチング電源装置。