JP4484006B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
スイッチング電源装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4484006B2 JP4484006B2 JP2000326141A JP2000326141A JP4484006B2 JP 4484006 B2 JP4484006 B2 JP 4484006B2 JP 2000326141 A JP2000326141 A JP 2000326141A JP 2000326141 A JP2000326141 A JP 2000326141A JP 4484006 B2 JP4484006 B2 JP 4484006B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- output
- winding
- power supply
- drive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
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、電力変換用変圧器の出力巻線とは別に設けられた駆動巻線に生じる電圧を利用して、スイッチング素子にオン、オフ信号を与え、IC等の発振器を備えない簡単な回路構成で自励式のスイッチング動作をさせ得る、フォワード方式スイッチング電源装置または直流重畳型フライバック方式スイッチング電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
スイッチング電源装置は、メインのスイッチング素子にスイッチング動作をさせる発振回路の構成方法によって、自励式と他励式とに分けることができる。他励方式をとるスイッチング電源では、メインのスイッチング素子を、IC等で構成される別に設けられた発振器によって駆動するため、多くの回路部品を必要とし、小形で低コストのものを実現することが困難である。また、自励式としてよく知られているリンギング.チョーク.コンバータ方式のスイッチング電源は、スイッチング素子の利用効率が低く、小電力用にしか使用できないという問題点を有している。
【0003】
このような問題点の解決を目的とした従来技術としては、本発明者により提案された実公平6−19328号公報に記載されたものが知られている。この従来技術では、電力変換用変圧器に、メインのスイッチング素子のオン期間にその制御電極を正方向にバイアスする第3の巻線を備えさせると共に、前記スイッチング素子の入力側を短絡して該スイッチング素子をオフさせる第1の駆動回路及び前記スイッチング素子をオンさせる第2の駆動回路を備えることにより、発振回路を備えることなく、自励式でスイッチング動作を継続するようにしてある。
【0004】
しかしながら、上述した従来技術では、スイッチング素子のオフ期間を制御して直流出力電圧を安定化する方式のため、無負荷時また無負荷に近い軽負荷時に、直流出力電圧がはね上がるという本質的な問題を含んでいる。このため、これを防止する回路を付加する必要があり、回路構成が複雑になるという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、簡単な回路構成で直流出力電圧の安定化制御が可能な自励フォワード方式スイッチング電源装置を提供することである。
【0006】
本発明のもう一つの課題は、簡単な回路構成で直流出力電圧の安定化制御が可能な自励直流重畳型フライバック方式スイッチング電源装置を提供することである。
【0007】
本発明の更にもう一つの課題は、簡単な回路構成で、損失の少ない同期整流回路を備えたスイッチング電源装置を提供することである。
【0008】
【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、本発明に係るスイッチング電源装置は、変圧器と、スイッチング素子と、第1の駆動回路と、第2の駆動回路と、出力整流平滑回路と、出力安定化回路とを含む。
【0009】
前記変圧器は、入力巻線と、出力巻線と、駆動巻線とを含む。
【0010】
前記スイッチング素子は、前記入力巻線の一端に接続され、前記入力巻線を通して供給される直流電圧をスイッチングして、前記出力巻線と、前記駆動巻線とに電圧を誘起する。
【0011】
前記第1の駆動回路は、抵抗とコンデンサとの直列回路を含む第1の時定数回路と、前記第1の時定数回路に並列接続されたオフ駆動スイッチとを含み、前記駆動巻線の両端間に接続され、前記スイッチング素子のオン期間に、前記駆動巻線に誘起される電圧で、前記スイッチング素子の制御電極を導通方向にバイアスするとともに、前記第1の時定数回路のコンデンサを充電し、前記第1の時定数回路のコンデンサが所定値まで充電されたときに前記オフ駆動スイッチをオンし、前記スイッチング素子の入力側を短絡して、前記スイッチング素子を遮断する。
【0012】
前記第2の駆動回路は、抵抗とコンデンサとの直列回路を含む第2の時定数回路と、前記スイッチング素子の制御電極に接続されたオン駆動スイッチとを含み、前記第2の時定数回路が、前記駆動巻線の両端間に接続され、前記スイッチング素子のオン期間に、前記駆動巻線に誘起される電圧で、前記第2の時定数回路のコンデンサを充電し、前記スイッチング素子のオフ期間に、前記第2の時定数回路のコンデンサが所定値まで放電されたときに前記オン駆動スイッチをオンし、前記スイッチング素子の制御電極を付勢して、前記スイッチング素子を導通する。
【0013】
前記出力整流平滑回路は、前記出力巻線に誘起された電圧を整流、平滑して出力する。
【0014】
前記出力安定化回路は、出力電圧検出回路と、時定数制御回路とを含む。
【0015】
前記出力電圧検出回路は、前記出力整流平滑回路の出力を検出する。
【0016】
前記時定数制御回路は、前記出力整流平滑回路の出力に応じて、前記第1の時定数回路の時定数を制御する。
【0017】
上述したスイッチング電源装置において、前記駆動巻線の両端間には、前記第1の駆動回路が接続されているから、前記スイッチング素子のオン期間に、前記駆動巻線に誘起された電圧は、前記スイッチング素子の制御電極を導通方向にバイアスするとともに、前記第1の時定数回路のコンデンサを充電し、前記第1の時定数回路のコンデンサが所定値まで充電されたときに前記オフ駆動スイッチをオンし、前記スイッチング素子の入力側を短絡して、前記スイッチング素子を遮断する。
【0018】
前記駆動巻線の両端間には、また、前記第2の時定数回路が接続されているから、前記スイッチング素子のオン期間に、前記駆動巻線に誘起される電圧で、前記第2の時定数回路のコンデンサを充電し、前記スイッチング素子のオフ期間に、前記第2の時定数回路のコンデンサが所定値まで放電されたときに前記オン駆動スイッチをオンし、前記スイッチング素子の制御電極を付勢して、前記スイッチング素子を導通する。
【0019】
前記スイッチング素子は、この繰り返しにより、自励的にオン/オフ駆動され、前記入力巻線を通して供給される直流電圧をスイッチングして、前記出力巻線と、前記駆動巻線とに継続的に高周波電圧を誘起する。
【0020】
前記出力整流平滑回路は、前記出力巻線に誘起された電圧を整流、平滑して出力するから、前記出力整流平滑回路の出力端子に任意の直流出力電圧を発生する。
【0021】
前記出力安定化回路は、出力電圧検出回路と、時定数制御回路とを含む。
【0022】
前記出力電圧検出回路は、前記出力整流平滑回路の出力を検出する。
【0023】
前記時定数制御回路は、前記出力整流平滑回路の出力に応じて、前記第1の時定数回路の時定数を制御する。
【0024】
このため、前記直流出力電圧が設定値より高いときは、前記第1の時定数回路の時定数を小さく制御して、前記スイッチング素子のオン期間を短くし、前記直流出力電圧が設定値より低いときは、前記第1の時定数回路の時定数を大きく制御して、前記スイッチング素子のオン期間を長くすることにより、前記直流出力電圧を設定値に安定化することができる。
【0025】
上述のスイッチング電源装置は、フォワード方式スイッチング電源装置でも、直流重畳型フライバック方式スイッチング電源装置でも適用が可能である。
【0026】
したがって、上述の構成によれば、簡単な回路構成で直流出力電圧の安定化制御が可能な自励フォワード方式スイッチング電源装置または、自励直流重畳型フライバック方式スイッチング電源装置を提供することができる。
【0027】
前記駆動巻線は、第1の駆動巻線と、第2の駆動巻線とを含む構成とすることができる。前記第1の駆動回路を、前記第1の駆動巻線間に接続し、前記第2の時定数回路を、前記第2の駆動巻線間に接続すれば、スイッチング素子のオン/オフがより適切に制御可能となり、また、設計の自由度が高まり、安定度の高いスイッチング電源装置とすることができる。
【0028】
前記出力電圧検出回路と、前記時定数制御回路を、発光素子と受光素子とを含む光結合素子で構成することができる。このようにすれば、入力側と出力側との電気的な絶縁も確実に行え、簡単な回路で出力安定化回路が構成できる。
【0029】
本発明は、更に、同期整流回路を備えたスイッチング電源装置についても開示する。自励式スイッチング電源装置では、変圧器の休止期間を無くすことができるため、変圧器の巻線に発生する電圧を同期整流素子の駆動電圧に用いても、損失の発生を抑制できる利点がある。
【0030】
このため、簡単な回路構成で、損失の少ない同期整流回路を備えたスイッチング電源装置を提供することができる。
【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って、フォワード方式スイッチング電源装置の例を示している。
【0033】
図示された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、第1の駆動回路31と、第2の駆動回路32と、出力整流平滑回路4と、出力安定化回路5とを含んでいる。Eは直流電圧源、Lは負荷である。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。直流電圧源Eは、直流入力端子Tiに接続される。
【0034】
電力変換用の変圧器1は、入力巻線11と、出力巻線12と、駆動巻線13とを含んでいる。
【0035】
スイッチング素子2は、変圧器1の入力巻線11の一端に接続され、入力巻線11を介して、直流入力端子Tiに接続され、入力巻線11を通して供給される直流電圧Vinをスイッチングして、出力巻線12と、駆動巻線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半導体素子が用いられる。本実施例では電界効果トランジスタで構成される。
【0036】
第1の駆動回路31は、第1の時定数回路311と、オフ駆動スイッチ312とを含んでいる。第1の時定数回路311は、抵抗R1とコンデンサC1との直列回路を含む。オフ駆動スイッチ312は第1の時定数回路311に並列接続されている。オフ駆動スイッチ312はNPNトランジスタで構成され、その主電極がスイッチング素子2のゲート・ソース間に接続され、制御電極が抵抗R1とコンデンサC1との接続点に接続される。
【0037】
第1の駆動回路31は、変圧器1の駆動巻線13の両端間に接続され、スイッチング素子2のオン期間に、駆動巻線13に誘起される電圧で、スイッチング素子2の制御電極(ゲート)を正方向にバイアスする。また、第1の駆動回路31は、第1の時定数回路311のコンデンサC1を充電し、第1の時定数回路311のコンデンサC1の電圧がオフ駆動スイッチ312のVBE(0.6V)まで充電されたときにオフ駆動スイッチ312をオンし、スイッチング素子2の入力側を短絡して、スイッチング素子2をオフ駆動する。
【0038】
第2の駆動回路32は、第2の時定数回路322と、オン駆動スイッチ323とを含んでいる。第2の時定数回路322は抵抗R2とコンデンサC2との直列回路を含む。オン駆動スイッチ323はPNPトランジスタで構成され、その主電極が直流入力ラインaとスイッチング素子2の制御電極(ゲート)間に接続され、制御電極が抵抗R2とコンデンサC2との接続点に接続される。
【0039】
第2の時定数回路322は、駆動巻線13の両端間に接続され、スイッチング素子2のオン期間に、駆動巻線13に誘起される電圧で、第2の時定数回路322のコンデンサC2を充電する。第2の時定数回路322は、また、スイッチング素子2のオフ期間に、第2の時定数回路322のコンデンサC2の電圧がオン駆動スイッチ323のVBE以下まで放電されたときにオン駆動スイッチ323をオンし、スイッチング素子2の制御電極(ゲート)を付勢して、スイッチング素子2をオン駆動する。
【0040】
出力整流平滑回路4は、フォワード方向整流ダイオード41及びフライホイール方向整流ダイオード42を含む整流回路と、チョークコイル43及び平滑コンデンサ44を含む平滑回路とを有する。フォワード方向整流ダイオード41とフライホイール方向整流ダイオード42とは直列に接続される。直列に接続された整流ダイオード41、42は、スイッチング素子2のオン期間に、出力巻線12に誘起される電圧で、フォワード方向整流ダイオード41が導通するよう方向付けられ、出力巻線12の端子間に接続される。チョークコイル43及び平滑コンデンサ44は、互いに直列に接続され、その直列回路が、フライホイール方向整流ダイオード42と並列に接続され、平滑コンデンサ44の両端が出力端子T01、T02に接続される。
【0041】
出力安定化回路5は、出力電圧検出回路51と、時定数制御回路52とを含んでいる。出力電圧検出回路51は、出力端子T01、T02の間に接続された抵抗分圧回路511、及び、同じく出力端子T01、T02の間に接続された抵抗512と、フォトダイオード513と、シャントレギュレータ514との直列回路を含んでいる。抵抗分圧回路511の分圧点はシャントレギュレータ514の制御電極に接続される。時定数制御回路52は抵抗521とフォトトランジスタ522とを含んでいる。フォトトランジスタ522はフォトダイオード513と光結合し、一方の電極が抵抗521を介して直流入力ラインaに接続され、他方の電極が、第1の時定数回路311の抵抗R1とコンデンサC1との接続点に接続される。
【0042】
次に、図2を参照して本実施例のスイッチング電源装置の動作を説明する。図2は図1に図示した本実施例のスイッチング電源装置の各部の波形図である。
【0043】
入力直流電圧Vinが印加されると、起動抵抗R0を介してスイッチング素子2のゲート電極が付勢され、時刻t1でスイッチング素子2がオンとなり、変圧器1の入力巻線11を介して、図2(A)に示すドレイン電流Idsが流れ、図2(B)に示すドレイン電圧Vdsが発生する。ドレイン電流Idsは、変圧器1の出力巻線12に電圧を誘起させるとともに、駆動巻線13に図2(C)に示す電圧Vnfbを誘起させる。駆動巻線13に誘起した電圧Vnfbは、コンデンサおよびバイアス抵抗を介してスイッチング素子2のゲート電極に印加され、スイッチング素子2を完全にオンにするとともに、第1、第2の時定数回路311、322のコンデンサC1、C2を充電する。
【0044】
第1、第2の時定数回路311、322のコンデンサC1、C2は、図2(D)、(E)に示すごとく、それぞれの時定数に従って、上昇を開始する。時刻t2に至り、第1の時定数回路311のコンデンサC1の電圧がオフ駆動スイッチ312のVBE(0.6V)まで充電されると、オフ駆動スイッチ312がオンとなって、スイッチング素子2のゲート・ソース間を短絡し、スイッチング素子2がオフとなる。スイッチング素子2がオフとなると、駆動巻線13の電圧Vnfbが反転し、第1、第2の時定数回路311、322のコンデンサC1、C2は、図2(D)、(E)に示すごとく、それぞれの時定数に従って、放電を開始する。時刻t3に至り、第2の時定数回路322のコンデンサC2の電圧がオン駆動スイッチ323のVBE以下まで放電されると、オン駆動スイッチ323がオンとなって、スイッチング素子2のゲートを付勢し、スイッチング素子2がオンとなる。以降これらの繰り返しで発振が継続する。
【0045】
スイッチング素子2のオン期間に出力巻線12に誘起する電圧は、フォワード方向整流ダイオード41とチョークコイル43と平滑コンデンサ44とを介してフォワード電流を流し、チョークコイル43にエネルギーを蓄えるとともに負荷Lに電力を供給する。チョークコイル43に蓄えられたエネルギーは、スイッチング素子2のオフ期間にフライホイール方向整流ダイオード42を介してフライホイール電流として放出され負荷Lに供給される。
【0046】
次に、出力電圧の安定化作用について説明する。出力安定化回路5は、出力電圧検出回路51と、時定数制御回路52とを含んでいる。出力電圧検出回路51は、出力端子T01、T02間に接続された抵抗分圧回路511、及び、同じく出力端子T01、T02の間に接続された抵抗512と、フォトダイオード513と、シャントレギュレータ514との直列回路を含んでいる。抵抗分圧回路511の分圧点はシャントレギュレータ514の制御電極に接続される。時定数制御回路52は抵抗521とフォトトランジスタ522とを含んでいる。フォトトランジスタ522はフォトダイオード513と光結合し、一方の電極が抵抗521を介して直流入力ラインaに接続され、他方の電極が、第1の時定数回路311の抵抗R1とコンデンサC1の接続点に接続される。
【0047】
このように構成された出力安定化回路5において、出力電圧が設定値より高いと、シャントレギュレータ514のインピーダンスが低下し、フォトダイオード513の発光量が増大する。このため、フォトトランジスタ522のインピーダンスが低下し、第1の時定数回路311の時定数が小さくなり、オフ駆動スイッチ312のオンタイミングが早くなる。この結果、スイッチング素子2のオン期間が短くなる方向に制御され、出力電圧が低くなるように制御される。
【0048】
他方、出力電圧が設定値より低い場合は、シャントレギュレータ514のインピーダンスが高くなり、フォトダイオード513の発光量が小さくなる。このため、フォトトランジスタ522のインピーダンスが高くなり、第1の時定数回路311の時定数が大きくなって、オフ駆動スイッチ312のオンタイミングが遅くなる。この結果、スイッチング素子2のオン期間が長くなる方向に制御され、出力電圧が高くなるように制御され出力電圧が安定化する。本発明のスイッチング電源装置は、スイッチング素子2のオン期間を制御して出力電圧を安定化する方式のため、特別な回路を付加することなく、軽負荷時あるいは無負荷時の出力電圧の跳ね上がりを防ぐことも可能となる。
【0049】
図3は、本発明に係る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、直流重畳型フライバック方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に現れ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。図示された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、第1の駆動回路31と、第2の駆動回路32と、出力整流平滑回路4と、出力安定化回路5とを含んでいる。
【0050】
電力変換用の変圧器1は、図1に図示した実施例と同様に入力巻線11と、出力巻線12と、駆動巻線13とを含んでいるが、スイッチング素子2のオン期間に励磁エネルギーを蓄え、オフ期間にエネルギーを放出するに適した構成となっている。
【0051】
スイッチング素子2と、第1の駆動回路31と、第2の駆動回路32と、出力安定化回路5は、図1に図示した実施例と略同様の構成であり、説明を省略する。
【0052】
出力整流平滑回路4は、整流ダイオード45と平滑コンデンサ43とを含み、出力巻線12と出力端子T01、T02との間に接続される。整流ダイオード45は、スイッチング素子2のオン期間に出力巻線12に誘起する電圧を遮断してオフ期間に発生するフライバック電圧を整流するよう方向付けられて出力巻線12に接続される。平滑コンデンサ43はフライバック電圧を平滑して負荷に電力を供給する。
【0053】
次に、図4を参照して本実施例のスイッチング電源装置の動作を説明する。図4は図3に図示した本実施例のスイッチング電源装置の各部の波形図である。
【0054】
入力直流電圧Vinが印加されると、起動抵抗R0を介してスイッチング素子2のゲート電極が付勢され、時刻t1でスイッチング素子2がオンとなり、変圧器1の入力巻線11を介して図4(A)に示すドレイン電流Idsが流れ、図4(B)に示すドレイン電圧Vdsが発生する。ドレイン電流Idsは、変圧器1の出力巻線12に電圧を誘起するとともに、駆動巻線13に図4(C)に示す電圧Vnfbを誘起する。駆動巻線13に誘起した電圧Vnfbは、コンデンサおよびバイアス抵抗を介してスイッチング素子2のゲート電極に印加され、スイッチング素子2を完全にオンにするとともに、第1、第2の時定数回路311、322のコンデンサC1、C2を充電する。第1、第2の時定数回路311、322のコンデンサC1、C2は、図2(D)、(E)に示すごとく、それぞれの時定数にしたがい上昇を開始する。この間、出力巻線12に誘起した電圧は、図示した極性マークの通りであり、整流ダイオード45により遮断され、負荷側に供給されず、励磁エネルギーとして変圧器1に蓄積される。
【0055】
時刻t2に至り、第1の時定数回路311のコンデンサC1の電圧がオフ駆動スイッチ312のVBE(0.6V)まで充電されると、オフ駆動スイッチ312がオンとなって、スイッチング素子2のゲート・ソース間を短絡し、スイッチング素子2がオフとなる。スイッチング素子2がオフとなると、出力巻線12にフライバック電圧が発生し、整流ダイオード45を介してフライバックエネルギーの放出が開始され、同時に、駆動巻線13の電圧Vnfbが反転し、第1、第2の時定数回路311、322のコンデンサC1、C2は、図4(D)、(E)に示すごとく、それぞれの時定数にしたがい放電を開始する。時刻t3に至り、第2の時定数回路322のコンデンサC2の電圧がオン駆動スイッチ323のVBE以下まで放電されると、オン駆動スイッチ323がオンとなって、スイッチング素子2のゲートを付勢し、スイッチング素子2がオンとなる。以降これらの繰り返しで発振が継続する。
【0056】
スイッチング素子2がオンとなるタイミングは、第2の時定数回路322の時定数を設定することにより、フライバックエネルギーの放出完了以前とすることができる。このように構成したスイッチング電源装置は、電力変換用変圧器1に常時電流が流せる直流重畳型となり、自励フライバックコンバータとして従来から多用されているリンギングチョークコンバータと比較し、変圧器1やスイッチング素子2の利用効率が高く、大電流化できる利点がある。
【0057】
本実施例のスイッチング電源装置の出力安定化回路5は、図1に図示した実施例と同様スイッチング素子2のオン期間を制御して出力電圧を安定化する方式である。このため、特別な回路を付加することなく、軽負荷時あるいは無負荷時の出力電圧のはね上がりを防ぐことも可能となる。
【0058】
次に、同期整流回路を備えた本発明に係るスイッチング電源装置について説明する。図5は、同期整流回路を備えた本発明に係る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って、フォワード方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に現れ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。
【0059】
図示された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、第1の駆動回路31と、第2の駆動回路32と、同期整流型の出力整流平滑回路4と、出力安定化回路5とを含んでいる。
【0060】
電力変換用の変圧器1と、スイッチング素子2と、第1の駆動回路31と、第2の駆動回路32と、出力安定化回路5とは、図1に図示した実施例と略同様の構成であり、説明を省略する。
【0061】
出力整流平滑回路4は、電界効果トランジスタで構成されたフォワード方向同期整流素子46とフライホイール方向同期整流素子47とを含む同期整流回路と、チョークコイル43と平滑コンデンサ44とを含む平滑回路とを含んで構成される。フォワード方向同期整流素子46とフライホイール方向同期整流素子47は、それぞれドレイン・ソース電極を介して直列に接続され、出力巻線12間に接続される。
【0062】
フォワード方向同期整流素子46はスイッチング素子2のオン期間に出力巻線12に誘起する電圧で導通するよう、そのゲート電極が抵抗を介して出力巻線12の一端に接続される。
【0063】
フライホイール方向同期整流素子47は、スイッチング素子2のオフ期間に出力巻線12に誘起する電圧で導通するよう、そのゲート電極が抵抗を介して出力巻線12の他端に接続される。
【0064】
チョークコイル43と平滑コンデンサ44とは直列に接続され、その直列回路が、フライホイール方向同期整流素子47と並列に接続され、平滑コンデンサ44の両端が出力端子T01、T02に接続される。
【0065】
次に、図6を参照して本実施例のスイッチング電源装置の動作を説明する。図6は図5に図示した本実施例のスイッチング電源装置の各部の波形図である。本実施例のスイッチング電源装置において、電力変換用の変圧器1と、スイッチング素子2と、第1の駆動回路31と、第2の駆動回路32と、出力安定化回路5とは、図1に図示した実施例と略同様に動作する。
【0066】
入力直流電圧Vinが印可されると、起動抵抗R0を介してスイッチング素子2のゲート電極が付勢され、時刻t1でスイッチング素子2がオンとなり、変圧器1の入力巻線11を介して図6(A)に示すドレイン電流Idsが流れ、図6(B)に示すドレイン電圧Vdsが発生する。ドレイン電流Idsは、変圧器1の出力巻線12に電圧を誘起し、フォワード方向同期整流素子46とフライホイール方向同期整流素子47に、それぞれ図6(C)、(D)に示す正・負のゲート電圧を印加する。このため、時刻t1から時刻t2のスイッチング素子2のオン期間では、フライホイール方向同期整流素子47がオフとなり、フォワード方向同期整流素子46がオンとなって、チョークコイル43及び平滑コンデンサ44を介してフォワード電流が流れ、チョークコイル43にエネルギーを蓄えるとともに負荷Lに電力を供給する。
【0067】
時刻t2に至って、第1の駆動回路31によりスイッチング素子2がオフとなると、出力巻線12の電圧が反転する。このため、フォワード方向同期整流素子46とフライホイール方向同期整流素子47のゲート電圧が、それぞれ図6(C)、(D)に示す如く反転し、フォワード方向同期整流素子46とフライホイール方向同期整流素子47のオン/オフが入れ替わる。
【0068】
したがって、チョークコイル43に蓄えられていたエネルギーは、時刻t2以降のスイッチング素子2のオフ期間に、フライホイール方向同期整流素子47を介して流れ、負荷に放出される。この間、変圧器1のリセットも同時に行われ、リセットが完了する時刻t3でスイッチング素子2のオン期間が開始される。
【0069】
このように、本実施例のスイッチング電源装置は、変圧器1のリセットの完了と同時にスイッチング素子2の次のオン期間が開始されるため、フライホイール電流が流れている間はフライホイール方向同期整流素子47がオン状態に維持される。このため、内臓ダイオードを介して流れる電流を低減できるので、同期整流回路の損失を低く抑えることができる。
【0070】
本実施例のスイッチング電源装置の出力安定化回路5は、図1に図示した実施例と同様スイッチング素子2のオン期間を制御して出力電圧を安定化する方式である。このため、特別な回路を付加することなく、軽負荷時あるいは無負荷時の出力電圧のはね上がりを防ぐことも可能となる。
【0071】
図7は、同期整流回路を備えた本発明に係る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、直流重畳型フライバック方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〜図6に現れ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。図示された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、第1の駆動回路31と、第2の駆動回路32と、同期整流型の出力整流平滑回路4と、出力安定化回路5とを含んでいる。
【0072】
電力変換用の変圧器1と、スイッチング素子2と、第1の駆動回路31と、第2の駆動回路32と、出力安定化回路5とは、図3に図示した実施例と略同様の構成であり、説明を省略する。
【0073】
出力整流平滑回路4は、同期整流素子48と平滑コンデンサ43とを含み、出力巻線12と出力端子T01、T02との間に接続される。同期整流素子48は、スイッチング素子2のオン期間に出力巻線12に誘起する電圧を遮断し、オフ期間に発生するフライバック電圧で導通するよう、そのゲート電極が出力巻線12の一端に接続される。平滑コンデンサ43は同期整流素子48が導通したときフライバック電圧を平滑して負荷に電力を供給する。
【0074】
次に、図8を参照して本実施例のスイッチング電源装置の動作を説明する。図8は図7に図示した本実施例のスイッチング電源装置の各部の波形図である。本実施例のスイッチング電源装置において、電力変換用の変圧器1と、スイッチング素子2と、第1の駆動回路31と、第2の駆動回路32と、出力安定化回路5とは、図3に図示した実施例と略同様に動作する。
【0075】
入力直流電圧Vinが印加されると、起動抵抗R0を介してスイッチング素子2のゲート電極が付勢され、時刻t1でスイッチング素子2がオンとなり、変圧器1の入力巻線11を介して図8(A)に示すドレイン電流Idsが流れる。ドレイン電流Idsは、変圧器1の出力巻線12に図8(B)に示す電圧を誘起し、同期整流素子48に、図8(C)に示す負のゲート電圧を印加する。このため、時刻t1から時刻t2のスイッチング素子2のオン期間では、同期整流素子48がオフとなり、負荷側にエネルギーが供給されず、励磁エネルギーが変圧器1に蓄積される。
【0076】
時刻t2に至って、第1の駆動回路31によりスイッチング素子2がオフとなると、図8(B)に示す出力巻線12の電圧が反転する。このため、同期整流素子48のゲート電圧が、図8(C)に示す如く反転して正電圧となり、同期整流素子48がオンとなる。
【0077】
したがって、変圧器1に蓄えられていたエネルギーは、時刻t2以降のスイッチング素子2のオフ期間に、平滑コンデンサ44を充電するとともに負荷Lに放出される。
【0078】
時刻t3に至り、第2の時定数回路322のコンデンサC2の電圧がオン駆動スイッチ323のVBE以下まで放電されると、オン駆動スイッチ323がオンとなって、スイッチング素子2のゲートを付勢し、スイッチング素子2がオンとなる。以降これらの繰り返しで発振が継続する。
【0079】
スイッチング素子2がオンとなるタイミングは、第2の時定数回路322の時定数を設定することにより、フライバックエネルギーの放出完了以前とすることができる。このように構成したスイッチング電源装置は、電力変換用変圧器1に常時電流が流せる直流重畳型となり、自励フライバックコンバータとして従来から多用されているリンギングチョークコンバータと比較し、変圧器1やスイッチング素子2の利用効率が高く、大電流化できる利点がある。また、フライバックエネルギーが放出されている間は、同期整流素子48がオン状態に維持される。このため、内臓ダイオードを介して流れる電流を低減できるので、同期整流回路の損失を低く抑えることができる。
【0080】
本実施例のスイッチング電源装置の出力安定化回路5は、図3に図示した実施例と同様スイッチング素子2のオン期間を制御して出力電圧を安定化する方式である。このため、特別な回路を付加することなく、軽負荷時あるいは無負荷時の出力電圧のはね上がりを防ぐことも可能となる。
【0081】
図9は、同期整流回路を備えた本発明に係る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、直流重畳型フライバック方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〜図7に現れ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。図示されたスイッチング電源装置は、同期整流素子48のオン/オフ駆動を電力変換用の変圧器1に付加された、出力巻線12とは別の巻線14で行う点で図7に図示された実施例と異なっているがその他の点は同様である。
【0082】
このように、同期整流素子のオン/オフ駆動を電力変換用の変圧器に付加された、出力巻線とは別の巻線により行えば、同期整流素子の特性に応じた最適な駆動が可能となる。この点は、本実施例に限らず、図5に図示されたフォワード方式のスイッチング電源装置にも適用可能である。また、いずれの実施例も、第1の駆動回路と、第2の時定数回路とが、共通の駆動巻線に接続されているが、それぞれ別々に駆動巻線を設ければ、同様に、各駆動回路の特性に応じた最適な駆動が可能となる。
【0083】
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ずき、種々の変形例を想到できることは自明である。
【0084】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば次のような効果を得ることができる。
(A)簡単な回路構成で直流出力電圧の安定化制御が可能な自励フォワード方式スイッチング電源装置を提供することができる。
(B)簡単な回路構成で直流出力電圧の安定化制御が可能な自励直流重畳型フライバック方式スイッチング電源装置を提供することができる。
(C)簡単な回路構成で、損失の少ない同期整流回路を備えた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って、フォワード方式スイッチング電源装置に適用した例を示している。
【図2】図1に図示した本実施例のスイッチング電源装置の各部の波形図である。
【図3】本発明に係る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、直流重畳型フライバック方式スイッチング電源装置に適用した例を示している。
【図4】図3に図示した本実施例のスイッチング電源装置の各部の波形図である。
【図5】同期整流回路を備えた本発明に係る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って、フォワード方式スイッチング電源装置に適用した例を示している。
【図6】図5に図示した本実施例のスイッチング電源装置の各部の波形図である。
【図7】同期整流回路を備えた本発明に係る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、直流重畳型フライバック方式スイッチング電源装置に適用した例を示している。
【図8】図7に図示した本実施例のスイッチング電源装置の各部の波形図である。
【図9】同期整流回路を備えた本発明に係る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
【符号の説明】
1 変圧器
11 入力巻線
12 出力巻線
13 駆動巻線
2 スイッチング素子
31 第1の駆動回路
311 第1の時定数回路
312 オフ駆動スイッチ
32 第2の駆動回路
322 第2の時定数回路
323 オン駆動スイッチ
4 出力整流平滑回路
5 出力安定化回路
51 出力電圧検出回路
52 時定数制御回路
C1、C2 コンデンサ
Claims (8)
- 変圧器と、スイッチング素子と、第1の駆動回路と、第2の駆動回路と、出力整流平滑回路と、出力安定化回路とを含む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、駆動巻線とを含み、
前記スイッチング素子は、前記入力巻線の一端に接続され、前記入力巻線を通して供給される直流電圧をスイッチングして、前記出力巻線と、前記駆動巻線とに電圧を誘起し、
前記第1の駆動回路は、抵抗とコンデンサとの直列回路を含む第1の時定数回路と、前記第1の時定数回路に並列接続されたオフ駆動スイッチとを含み、前記駆動巻線の両端間に接続され、前記スイッチング素子のオン期間に、前記駆動巻線に誘起される電圧で、前記スイッチング素子の制御電極を導通方向にバイアスするとともに、前記第1の時定数回路のコンデンサを充電し、前記第1の時定数回路のコンデンサが所定値まで充電されたときに前記オフ駆動スイッチをオンし、前記スイッチング素子の入力側を短絡して、前記スイッチング素子を遮断し、
前記第2の駆動回路は、抵抗とコンデンサとの直列回路を含む第2の時定数回路と、前記スイッチング素子の制御電極に接続されたオン駆動スイッチとを含み、前記第2の時定数回路が、前記駆動巻線の両端間に接続され、前記スイッチング素子のオン期間に、前記駆動巻線に誘起される電圧で、前記第2の時定数回路のコンデンサを充電し、前記スイッチング素子のオフ期間に、前記第2の時定数回路のコンデンサが所定値まで放電されたときに前記オン駆動スイッチをオンし、前記スイッチング素子の制御電極を付勢して、前記スイッチング素子を導通し、
前記出力整流平滑回路は、前記出力巻線に誘起された電圧を整流、平滑して出力し、
前記出力安定化回路は、出力電圧検出回路と、時定数制御回路とを含み、
前記出力電圧検出回路は、前記出力整流平滑回路の出力を検出し、
前記時定数制御回路は、前記出力整流平滑回路の出力に応じて、前記第1の時定数回路の時定数を制御する
スイッチング電源装置。 - 請求項1に記載されたスイッチング電源装置であって、
前記駆動巻線は、第1の駆動巻線と、第2の駆動巻線とを含み、
前記第1の駆動回路は、前記第1の駆動巻線間に接続され、
前記第2の時定数回路は、前記第2の駆動巻線間に接続されている
スイッチング電源装置。 - 請求項1または2の何れかに記載されたスイッチング電源装置であって、
前記出力電圧検出回路は、出力電圧によって制御される発光素子を含み、
前記時定数制御回路は、前記発光素子に光結合され、インピーダンスを制御される受光素子を含む
スイッチング電源装置。 - 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、
前記出力整流平滑回路は、フォワード方向整流素子と、フライホイール方向整流素子と、チョークコイルと、コンデンサとを含み、前記フォワード方向整流素子と前記フライホイール方向整流素子との直列回路が、前記出力巻線間に接続され、前記チョークコイルとコンデンサとの直列回路が、前記フライホイール方向整流素子と並列に接続され、前記スイッチング素子のオン期間に、前記出力巻線に誘起されるフォワード方向の誘起電圧を、整流、平滑して出力するとともに前記チョークコイルにエネルギーを蓄え、前記チョークコイルに蓄えられたエネルギーを、前記スイッチング素子のオフ期間に整流、平滑して出力する
フォワード方式スイッチング電源装置。 - 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、
前記変圧器は、前記スイッチング素子のオン期間にエネルギーを蓄え、
前記出力整流平滑回路は前記出力巻線間に接続され、整流素子とコンデンサとの直列回路を含み、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されるフライバック電圧を、整流、平滑して出力する
直流重畳型フライバック方式スイッチング電源装置。 - 請求項4に記載されたスイッチング電源装置であって、
前記フォワード方向整流素子と、フライホイール方向整流素子は、電界効果トランジスタで構成された同期整流素子でなり、
前記フォワード方向整流素子の制御電極が、前記出力巻線の前記フライホイール方向整流素子の接続端側に接続され、
前記フライホイール方向整流素子の制御電極が、前記出力巻線の前記フォワード方向整流素子の接続端側に接続されている
フォワード方式スイッチング電源装置。 - 請求項5に記載されたスイッチング電源装置であって、
前記整流素子は、電界効果トランジスタで構成された同期整流素子でなり、
前記整流素子の制御電極が、前記出力巻線の前記コンデンサの接続端側に接続されている
直流重畳型フライバック方式スイッチング電源装置。 - 請求項7に記載されたスイッチング電源装置であって、
前記整流素子は、電界効果トランジスタで構成された同期整流素子でなり、
前記変圧器は、更に、同期整流素子駆動巻線を含み、
前記整流素子が、前記同期整流素子駆動巻線により駆動される
直流重畳型フライバック方式スイッチング電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000326141A JP4484006B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | スイッチング電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000326141A JP4484006B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | スイッチング電源装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002136122A JP2002136122A (ja) | 2002-05-10 |
JP4484006B2 true JP4484006B2 (ja) | 2010-06-16 |
Family
ID=18803381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000326141A Expired - Fee Related JP4484006B2 (ja) | 2000-10-25 | 2000-10-25 | スイッチング電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4484006B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8823276B2 (en) | 2011-08-10 | 2014-09-02 | Samsung Display Co., Ltd. | Light unit and driving method thereof |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4357170B2 (ja) * | 2002-12-11 | 2009-11-04 | 新電元工業株式会社 | 同期整流回路 |
JP5167941B2 (ja) * | 2008-05-13 | 2013-03-21 | ミツミ電機株式会社 | 電源装置 |
CN105932890B (zh) * | 2016-07-06 | 2018-06-19 | 电子科技大学 | 一种用于开关电路的自供电电路 |
JP6942040B2 (ja) * | 2017-12-13 | 2021-09-29 | Ntn株式会社 | 絶縁型スイッチング電源 |
-
2000
- 2000-10-25 JP JP2000326141A patent/JP4484006B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8823276B2 (en) | 2011-08-10 | 2014-09-02 | Samsung Display Co., Ltd. | Light unit and driving method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002136122A (ja) | 2002-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3707436B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP2002112544A (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP4787350B2 (ja) | 自励式スイッチング電源回路 | |
JP3760379B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP2001145344A (ja) | Dc−dcコンバータ | |
JP5012404B2 (ja) | 同期整流型dc−dcコンバータ | |
JPH08182321A (ja) | 導通形コンバータ | |
JP5408161B2 (ja) | 自励式スイッチング電源回路 | |
JP2002153054A (ja) | スイッチング電源回路 | |
JP3691498B2 (ja) | 自励式スイッチング電源回路 | |
JP4484006B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP2004153948A (ja) | スイッチング電力電送装置 | |
JP2004194387A (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP2003339157A (ja) | 自励式スイッチング電源装置 | |
JP3613731B2 (ja) | 無負荷時省電力電源装置 | |
JP4415364B2 (ja) | スイッチング電源装置の同期整流回路 | |
JP4069627B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP2000324823A (ja) | スイッチング電源装置 | |
JPH1118426A (ja) | スイッチング電源回路 | |
JP3271948B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP4623252B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP2002136121A (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP3458363B2 (ja) | スイッチング電源 | |
JP2002136110A (ja) | 非絶縁チョッパコンバータ | |
JP2001309656A (ja) | リンギングチョークコンバータ及び過負荷検出方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070727 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100303 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100316 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130402 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140402 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |