JP3613731B2 - 無負荷時省電力電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング電源装置に関し、特に無負荷時に入力電力を小さくする技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、無負荷時に入力電力を小さくする回路の一例として、図3に示したように、電源の2次側の電流を抵抗31で検出し、その電流が所定の値を下まわったときにコンパレータ9の出力が電流を引き込み、フォトカプラ8の発光素子を発光させ、受光素子を導通状態にしてスイッチ素子2のゲートに接続されているトランジスタ10をオン状態にして発振を一旦停止させるという手段が用いられていた。
【0003】
図3において、発振が一旦停止すると再び発振開始するまで所定の時間がかかるため、発振停止と発振開始を繰り返すが、発振停止期間を長くすることによって平均入力電力をより小さくすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上に示した従来の方式は、2次側の電流を無負荷に近い値で検出するために、精度の高い比較回路を用いなければならないということと、信号を2次側から1次側に送るためにフォトカプラが必要になるということからコストアップが大きい。
【0005】
そこで、本発明はコストアップを最小限に抑え、かつ、従来方式と同程度の効果を持つ回路を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上の目的を達成するために本発明は、2次側の電圧を一定に保つための帰還信号をフォトカプラを介して1次側に送る電源装置において、2次側の負荷が無負荷になったときにフォトカプラの受光素子に流れる電流が最も大きくなることを利用し、この電流を第1の抵抗によって検出し、電流が最も大きくなるときに第1の抵抗両端の電圧がトランジスタのベース・エミッタ間電圧に達するように値を選び、この第1の抵抗両端にトランジスタのベースとエミッタを接続し、トランジスタのコレクタを第2の抵抗を介してスイッチ素子の発振制御回路の制御信号入力端子に接続した。そして、トランジスタのコレクタとフォトカプラの受光素子に電流を供給する直流電源の第1の抵抗が接続されている端子と反対側の端子との間にコンデンサを接続した。
【0007】
【発明の実施の形態】
2次側の負荷が無負荷になるとフォトカプラの受光素子の電流が増えて第1の抵抗両端の電圧が上昇し、トランジスタのベース・エミッタ間の電圧が上昇してオン状態になると、コンデンサは充電されて電圧が上昇し、やがて発振制御回路の制御信号入力端子に連続して電流を供給し、発振制御回路がスイッチ素子の制御電極の電圧を下げ続け、発振を停止させる。
【0008】
発振が停止すると2次側の電圧が下がり、フォトカプラの受光素子の電流がゼロになるが、コンデンサの電荷は第2の抵抗を通って制御信号入力端子に流れ続ける。コンデンサの電荷の放出が止まると発振制御回路はスイッチ素子の制御電極の電圧を下げるのを止めて発振を再開する。
【0009】
このようにして、発振停止と開始を繰り返すが、コンデンサと第2の抵抗の時定数を適当に選ぶことによって発振停止期間を長く設定することができるようになり、平均的な入力電力を小さくすることができる。
【0010】
【実施例】
図1は本発明の実施例に係る自励式のリンギングチョークコンバータを示す回路図である。
【0011】
図1において、発振開始は次のメカニズムで行われる。直流電源23より抵抗18を介して、スイッチ素子2のゲート及びコンデンサ19に電流が流れ、ゲート電圧が上昇し、そして、しきい値に達するとスイッチ素子2がターンオンし、1次巻線1aに直流電源23の電圧が加わる。このとき、補助巻線1cに誘導される電圧がゲート電圧を押し上げるように補助巻線1cの極性が選ばれているので、ゲート電圧はさらに上がり、スイッチ素子2は完全にオン状態になる。一方、補助巻線1cの電圧は抵抗21を介してコンデンサ22を充電するので、コンデンサ22の電圧がトランジスタ3のベース・エミッタ間電圧に達するとトランジスタ3がオン状態になってスイッチ素子2のゲート電圧を引き下げ、スイッチ素子2をターンオフさせる。スイッチ素子2のターンオフによって、トランス1の巻線には逆方向の起電力が生じ、この電力は2次巻線1bを介して2次側に供給される。また、補助巻線1cに生じる逆方向の電圧によってコンデンサ19にはスイッチ素子2のゲート側がプラスになる電圧が充電される。逆方向の起電力が2次巻線1bを介して放出しきると、巻線の電圧はゼロに戻るが、このときコンデンサ19に充電されている電荷が放電してスイッチ素子2のゲートの電圧を上昇させて再びスイッチ素子2をターンオンさせる。
【0012】
電源が起動するときは抵抗18を介して電流が流れて最初のターンオンが行われるが、発振が連続すると、コンデンサ19の電荷がオフ状態からターンオンさせる働きをする。コンデンサ19の電荷が放出しきった状態から発振するときは、抵抗18を流れるところから始まるので発振開始まで時間を要する。
【0013】
図1において、負荷に供給される電圧は、抵抗24と抵抗25によって分圧され、基準電源を内蔵しているエラーアンプ6のリファレンス端子に加えられるが、この電圧の基準電源の電圧との差が大きい程フォトカプラ7の発光素子の電流が大きくなり、受光素子の電流も大きくなる。ダイオード16とコンデンサ17は巻線1cに生じる電圧を整流平滑して直流電圧を作り、受光素子に電流を供給している。
【0014】
負荷電流が小さい程負荷に供給される電圧は高くなり受光素子の電流が大きくなる。受光素子の電流が大きくなることによってトランジスタ3のベースの電圧は常に高い状態になり、スイッチ素子2がターンオンした後、巻線1cの電圧が抵抗21を通りベースに加わると短い期間にベース電圧は上昇してトランジスタ3をターンオンするのでオン期間は短くなるが、スイッチ素子2がターンオフするとトランジスタ3のベースの電圧はすぐに下がるため、受光素子の電流だけでトランジスタ3がオン状態を続けることはない。
【0015】
無負荷になると第1の抵抗11両端の電圧がトランジスタ12をオン状態にしてコンデンサ13の電圧を上昇させる。コンデンサ13の電圧が上昇すると、トランジスタ12を流れる電流は第2の抵抗14とダイオード15を通りトランジスタ3のベースに流れ、トランジスタ3をオン状態にする。トランジスタ3がオン状態になることによってスイッチ素子2のゲート電圧が下がり発振は停止する。
【0016】
発振停止によって負荷に加わる電圧が下がり受光素子の電流が小さくなり、トランジスタ12がオフ状態になるが、コンデンサ13の電荷は第2の抵抗14を通ってトランジスタ3のベースに流れ続けるため発振停止はしばらく続く。やがて、コンデンサ19の電圧が下がり、トランジスタ3のベースに電流を流し続けることができなくなると、発振を開始するが、発振の再開は抵抗18に電流が流れるところから始まるので、その分発振停止期間は長くなる。
【0017】
図1の実施例において、ダイオード15は本発明の回路を構成する必須部品ではないが、無負荷時以外の負荷において連続発振しているときにフォトカプラ7の帰還信号が第2の抵抗14を通りコンデンサ13を充電すると、コンデンサ13と第2の抵抗14の時定数による応答の遅れが生じるので、帰還信号がコンデンサ13を充電しないように付加されている。
【0018】
また、図1の実施例ではフォトカプラ7の受光素子を流れる帰還信号と、トランジスタ3を流れる電流が同じ制御信号入力端子であるトランジスタ12のベースに注がれているが、それらは互いに異なる制御入力端子に各々別々に注がれる方法をとることもできる。
【0019】
図2は本発明の実施例に係るPWM方式のフライバックコンバータを示す回路図である。
【0020】
図2において、負荷電流が所定の値を越えていれば、フォトカプラ7の受光素子を流れる電流は小さくて、トランジスタ12はオフ状態である。負荷電流が所定の値を下まわるトランジスタ12はオン状態になって、PWM回路28のオフ端子OFFの電圧を上昇させ発振を停止させる。コンデンサ13の電圧が下がると発振を再開するので発振の停止と開始を繰り返し、その結果平均入力電力は小さくなる。
【0021】
PWM回路28は発振回路を内蔵しており、また、制御信号入力端子として帰還信号入力端子FBとオフ端子OFFを有していて、帰還信号入力端子FBに加える電圧を変化させることによって、パルス出力端子OUTから出力するパルス幅を変化させることができ、また、オフ端子OFFに加える電圧を所定の値にすることによって発振を止めることができる。
【0022】
【発明の効果】
図3に示した従来方式に比べて回路が簡単で部品のコストを下げることができるので経済効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る自励式のリンギングチョークコンバータを示す回路図である。
【図2】本発明の実施例に係るPWM方式のフライバックコンバータを示す回路図である。
【図3】従来方式の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 トランス
1a 1次巻線
1b 2次巻線
1c 補助巻線
2 MOSFET
3 トランジスタ
4 ダイオード
5 コンデンサ
6 基準電源内蔵エラーアンプ
7、8 フォトカプラ
9 コンパレータ
10 トランジスタ
11 第1の抵抗
12 トランジスタ
13 コンデンサ
14 第2の抵抗
15、16 ダイオード
17 コンデンサ
18 抵抗
19 コンデンサ
20、21 抵抗
22 コンデンサ
23 直流電源
24、25、26 抵抗
27 負荷
28 PWM回路
31、32、33、34 抵抗
Claims (1)
- 1次巻線と2次巻線を有するトランスと、前記1次巻線に直列に接続されたスイッチ素子と、前記スイッチ素子の制御電極に接続された制御信号入力端子を1つ以上持つ発振制御回路と、前記2次巻線に接続された整流平滑回路と、前記整流平滑回路によって作られる直流電圧を基準電源の電圧と比較してその差を増幅するエラーアンプと、その発光素子が前記エラーアンプの出力端子に接続されその受光素子が前記制御信号入力端子の1つに接続されたフォトカプラと、前記受光素子に電流を供給する直流電源を備えたスイッチング電源装置において、前記受光素子の前記直流電源側に第1の抵抗を直列に挿入し、トランジスタを付加してそのベースとエミッタを前記第1の抵抗の両端に接続し、前記発振制御回路の制御信号入力端子に第2の抵抗の一端を接続し、前記第2の抵抗の他端を前記トランジスタのコレクタに接続し、前記第2の抵抗の他端と前記トランジスタのコレクタの接続点と前記直流電源の前記第1の抵抗が接続される端子と反対側の端子との間にコンデンサを接続したことを特徴とする無負荷時省電力電源装置。
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