JPS5812031A - 自励発振式スイツチングレギユレ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発振出力をコンバートして出力電圧を得る自励
発振式スイッチングレギュレータに関し、Ｉｌ？ＩＫそ
の起動の確実性と、動作時の安全性に特徴を有する◇ 一般にこの株のスイッチングレギュレータテは、発振開
始のためにスイッチング素子をターンオンさせるための
信号を与えてやらなければならない。仁のターンオンさ
せるための信号を起動電流という・この起動電ＩＩｌ！
は前記スイッチング素子にトランジスタを用いた場合、
そのベースに供給するものである。しかしこの起動電流
は一旦発振が開始されｆ！Ｌ杯、これを無くしても発振
動作に影響するものではない。このようなスイッチング
レギュレータの起動にあえって、従来第１１ＩＦｒ至第
３図に示す構成をし九自励発振式スイッチングレギエレ
ータが使用される。

以下これらを願に説明する。

＃１１図は入力直流電圧を抵抗を通してスイッチングト
ランジスタのベースに初期電流としての起動電流を供給
する自励発振式スイッチングレギュレータを示す概略回
路図である。この回路の構成は、交流電源を４端子整流
素子ＲＥＣを介して発生する入力直流電圧■１を平滑コ
ンデンサＣ１を通して、スイッチングトランジスタ１と
、入力巻線２０１．出力巻線２０２．ドライブ＠　９２
０３を鉄心を介して巻回し次コンバータトランス２と、
制御−路３とからなる発振回路に供給し九ものである＠
このスイッチングトランジスタｌを起動するために、前
記葺＃Ｉ素子ＲＥＣの正電極トスイツチングトランジス
タｌのベースとの間に抵抗４を介装しである０また、ス
イッチングトランジスタｌのベースにはドライブ巻線２
０３０発生電圧を操作し、かつトランジスタｌの発振周
期を制御する前記制御回路３が配設されている。

この回路の動作において、負荷短絡開放及びコンバー−
トランス２の短絡、開放等の回路故障時、出力巻線２０
２の起電力（出力電圧）がはね上り１６着しく低下する
◎このような事■の場合、出力電圧が異常に高くなつ九
ときにあっては、制御−路３の動作によりスイッチング
トランジスタｌのオン時間がつぶれてしまい、一旦は発
振が停止するものの再び発振して＃述した状態のオン時
間がつぶれた間欠発振状總となる◎また出力電圧が低下
する場合（負＃翅絡等によシ起る）Ｋあって蝶、スイッ
チングトランジスタｌのオフ時間が極めて短かくなり、
上記と同様の一旦発振を停止したのち間欠した発振をす
るという状態となる０即ち、上述した事態Ｖ場合、スイ
ッチングトランジスタｌは、抵抗４によって一定のベー
ス電流が印加される状態になる九め、異常事態の発生で
発振が停止したとしても、−路状態がある動作点を過ぎ
ると再び発振を開始する０この発振は非線型振動であっ
た夕、あるーは停止状態であったとしてもスイッチング
トランジスタｌが直線領域で動作しているため最大コレ
クタ損失を起え破壊に至る可能性が十分にある〇 第２図に示す自励発振式スイッチングレギュレータは、
第１筒のものの欠点を補うために、整流素子ＲＥＣの正
電極と抵抗４との間にコンデンサＣｍを！Ｉ続し、起動
時のみベース電ｔｌＬｔ−供給するようにしたものであ
るｏｆた、１ＩＸ３図は同様の目的で交流入力端ＰＩＰ
ｇの一方からダイオードＤＩ及びコンデンｔｃ重’の直
列を介して前記抵抗４に接続し、ダイオードＤ１とコン
デンサＣｍ’との交点と整流素子ＲＥＣの負電極との関
に抵抗Ｒｒを介装し良ものである＠との第２図及び第３
区に示す回路に使用したコ／デンサＣ１，ＣＩ’は入力
、ｔｍ電圧Ｖｉの立上少時の変位電流のみを通して電源
投入時のみ起動初期電流を抵抗４を経てスイッチングト
ランジスタｌＫ供給する。

かかる回路においては、コンデ／すＣ１，Ｃｍ’の起動
の確実性が問題となる０こＯ理由は、電源投入（オン）
、切断（オフ）を連続した場合、そのタイミングによっ
ては起動電流が十分発生しないことが考えられ、こうし
た場合ＫＦｉ、電源が入らずこのスイッチングレギュレ
ータを使用し良電子機器の商品性にかかわる問題となる
からである０まだコンデンサｃ、、ｃ、’の起動の確実
性の問題としては、交流電源の値が広範囲で変化するよ
うな使用条件に対してコンデンサＣｍ、Ｃｍ’及び抵抗
４吟の特定数選択が困難であるＯ 本発明は上述した点に鎖みてなされたもので、起動電流
が十分に発生し、出力電圧が電流投入と同時に確実に発
生するように動作の確実性を期し、一旦スイツチング素
子が発振すれば起動電流をスイッチング素子に供給しな
いようＫして潜在的発振停止機能を保持させて回路異常
時に備え九自励発振式スイッチングレギエレータを提供
することを目的とする〇 以下本発明を図面に基づいき説明する◎第４園はヒＯ発
明の一実施例を示す回路−である〇★九、第５図は整流
出力える入力直流電圧の立上多時間に対する起動電流を
消去する動作を説明するための動作説明図であ砂、縦軸
を電圧に横軸を時間にした座標である０肯、第４ｇを説
明するに蟲り従来要素と同一のものは同符号を付しであ
る〇 交流入カムＣは端子Ｐ＊　　Ｐａから図示しない電源ス
ィッチの投入によシ供給され、４端子整流素子ＲＢＣを
用いて入力直流電圧ｖｌを発生させている０この整流素
子ＲＥＣの正電極と負電極とＯ関には平滑コンアン？Ｃ
ｔ及びこの平滑コンデ７ｔＣｔＫ対し並列な抵抗ｕ、　
１２．ｉｓｏ直ｎからなる起動用抵抗群が接続されてい
る０そして、抵抗ルと口との交点にスイッチングトラン
ジスタ１０ペースが接続され、そのコレクタ及びエミッ
タはそれぞれ入力巻線２０１を介して前記整流素子ＲＥ
Ｃの正電極及び負電極Ｋｌｌ続されている０ただし、抵
抗νの抵抗値＆は抵抗１３の抵抗値Ｒ１１より十分大き
く設定され、トランジスタ１０ベースエミッタ間電圧ｖ
ｍｍ　ヲ略０　（Ｖ）　Ｋ維持可能に構成されてｉるｏ
’ｔｆｌ：、、抵抗１２と１３との交点に＃ｉトランジ
スタｌのスイッチング時間を調節する制御回路３の出力
が供給されるようになっており、仁の制御回路３の前記
調節動作は、制御釧路３に接続され先端子ＰｍＫ印加す
るフィードバック電圧に基づいて調節される。

淘、劃−回路３を駆動するドライブ巻線は、スイッチン
グトランジスタ１０ベース電流を直接制御するようにな
っているＯまた、出力壱［１２Ｇ３はダイオードＤ３及
びコンデｙｔｃｓからなる整流平滑回路を介して出力端
子Ｐａ　　ＰｓＫＩＩ続され、図示しない負荷が継がれ
るようになってｉるＯさて、−記起動用抵抗群のうち抵
抗１１と抵抗臆の交点と、整ｆｌｌ素子ＲＥＣの負電極
との関には本発明の主要部える起動回路１４が介装され
て−る◎この起動回路１４の構成は、サイリスタ１５の
アノードーカンード端子に並列に抵抗１６及びコンデｙ
　ｔ　１７の直列回路が接続され、後述するサイリスタ
ｔのゲート信号を形成するように構成されている０この
コンデンサ１７０両端電圧Ｖｅは、第５図の如く抵抗１
１と抵抗１６の抵抗値の和＆ｔ＋Ｒ１・と、抵抗ルの抵
抗値Ｉｔｔｓとの並列抵抗値によって定まる時定数で上
ｉ（充電）シ、抵抗１６の抵抗値１１ｔｓ　Ｋよって定
まる時定数で下降（放電）すると共に、放電した後にあ
ってもただちに充電されるように抵抗１１の抵抗値Ｒ１
１を十分小さく設定しであるＯただし、この抵抗値Ｒｓ
ｔはサイリスタ１５のサージ破壊電流の定格内で設定さ
れているＯサイリスタ１５のゲートは抵抗１８を介して
整＃１ＩＩＡ子ＲＥＣの負電極に接続されると共に、ツ
ェナダイオード囚を介してｌｌ１Ｉ記抵抗１６とコンデ
ンサ１７との接続交点ＫＩ［Ｉｉｌ！されている◎した
がってこの起動囲路１４のすイリスタ１５が導辿状１１
１Ｋあるときは、抵抗ＬａＫｍ入する起動電流を殆んど
この起動回路１４儒に分流することができるように構成
されているＯこの場合、前記抵抗１ｌｌｓを流れる電流
はサイリスタ１５の保持電流以上流れるように構成され
ているＯまたこのサイリスタ１５の導通状態は、１１１
ｍ配電源スイッチの切断時からスイッチングトランジス
タｌが発振を停止する以前にターノオ７するように構成
されているＯこれによって仁のスイッチ／グレギエレー
タの起動を確実に３’ｈ’７東することができる０ 以上の構成をした本発明の作用を以下に説明する０ 初めに、本発明の主要効果としての起動の確実性につい
ては、第５図の時刻ｔ　＝　ＯＫ＄Ｐ叶る交流電圧の投
入時から起動回路１４のサイリスタ１５がターンオンす
る時刻ｔ１１にでの時間τを、このスイッチｙダレギエ
レータのスイッチングトツノジスタｌが確実に発条動作
を開始する時間より大きく設定することにより第１次的
保証される・このトランジスタｌが発振をｗ４＃する時
間は電源投入による入力直流電圧■１が起動用抵抗■、
ｕを通して着千の起動電流■１をスイッチングトランジ
スタｌのベースに流し、これによるコレクタ電流の増加
で入力巻線２０１を介して出力１１［Ｋ出力電圧が誘起
され、そしてこの出力電圧がドライブ壱９２０２　Ｋ誘
起されて制御回路３に供給塔れ、制御回路３で発生する
電圧をスイッチングトランジスタ１のベースに印加され
る迄の時間である０この後、スイッチングトランジスタ
ｌＦｉ完全にオンとなりコレクタ電流の増加が停止する
から、入力巻！１２０１の起電力が反転し、前述と同様
の経路でスイッチングトランジスタ１０ベースに逆バイ
アスが印加される＠この逆バイアスでスイッチングトラ
ンジスタｌｒｉオフし、以後こうした発振動作を繰り返
す仁とと攻る０ スイッチングトランジスタ１がこうし次動作を繰シ返せ
ｄ起動電ｆＬ１１は不要となるから前述したコンデンサ
１７の両端電圧Ｖｅによシサイリスタ肋をオンさせるの
である０これにより出力巻！１２０３　Ｋ継がれる負荷
のａｍ及び開放あるいはその他の原因による回路異常の
際、スイッチングトランジスタｌの発振停止を維持でき
るものである。第５図はかかる作用をサイリスタ１５及
びコンデンサ１７尋からなる起動回路１４によって行う
場合の入力直流電圧Ｖｉとコンデンサ１７の＾端電圧Ｖ
ｅの変化を示すものである０以下、この起動回路１４の
作用を詳しく説明する〇入力直流電圧ｖｉＦｉ交流電源
の投入と共に、第５＃Ａの立上り特性で上昇し、コンデ
ンサ１７を充電する。コンアン−？１７の時定数τｅ　
ＦｉＣ（Ｒｔｔ／　（Ｃｓ諺＋Ｒｘｓ　））であり、こ
の時定＠　ｒ　ｃ　Ｋよる両端電圧ｖｃがツェナダイオ
ード加の降伏電圧ＶＫよシ大きくなるとサイリスタ１５
をターンオンさせることができる。正確に言えは、前記
両端電圧Ｖｅが降伏電圧ｖ１とサイリスタ１５のゲート
トリガ可能な電圧Ｖ魯との和になる電圧までバイアスさ
れるとｔイリスタ迅はターンオンする。この時間を式で
示せば時刻ｔ＝０（電源投入時）より時間τだけ経過し
九ときであシ、 となる０サイリスタ肋がオンすれば起動電流■１は、は
とんどサイリスタ１５のアノード電ｆｉＫ含まれてしま
うため、抵抗１２を通じてスイッチングトランジスタｌ
のベースに流れる電ｔＩｔは皆無となるｏしたがって、
この自励発振式スイッチングレギュレータが動作中には
、サイリスタ１５０九めにスイッチングトランジスタ１
０ペースに起動電ＲＬｓ成分＃ｉ流れないことになる０
これはとりもがおさず前述したような負荷の短絡、ｌｌ
ｉ款及びコンバータトランス２の各巻線の短絡開放等の
原因による回路異状のためにスイッチングトランジスタ
ｌが発振を停止した際に自から発振をＷＡ始してしまう
ようなことがなくなるものであ）、負荷及びスイッチン
グレギュレータ自体を保護することができるＯ＃１、コ
／アン＋１７は時定数ＣＲＩ・で放電するが、？−Ｏ両
端電圧Ｖｃを元に戻しておくには、前述したように抵抗
１１の値をサイリスタ１５のサージ電流定格の許容する
範囲で小さく設定する０このようにサイリスタ１５の導
通状ＩＩＫめって、コンデンサ１７を充電しておくこと
は、電源スイッチを切断した際スイッチングトランジス
タｌが発振停止する以前にサイリスタｂをター／オフさ
せる仁とができ、次に電流スイッチをいついかなるとき
に投入してもサイリスタ１５がオフしているため、前述
のごとく確実に出力電圧が発生することになる。これは
起動の確実性をｓ２次的に保証するのである。

以上のようにして、本発明はスイッチングトランジスタ
１の発振停止維持機能を潜在的に有するものであり、ス
イッチングレギュレータのスイッチングトランジスタｌ
が負荷短絡及びコンバータトランスの短絡−放に対して
発振が一旦停止し、そのあと破壊に向って異常発振する
轡の間欠発振状履を避けることができる。

冑、上記構成の自励発振式スイッチングレギュレータＫ
ｓ−妙る説明は、負荷短絡開放−の異状時にスイッチン
グトランジスタｌが自から発振を停止せざるを得ないよ
うな場合であったが、ヒラした場合は出力端子Ｐａ−ｐ
、の出力電圧が過電圧となる九めに起ることであり、上
記過電圧を検出しスイッチングトランジスタｌが回路異
状による条件て発振停止することのないようにスイッチ
ングレギュレータを保護する保護回路が付加される場合
がある０第６図はこのような保護回路を出力端Ｐａ　Ｐ
ｓに設は九自励発振式スイッチングレギュレータを示す
回路図である〇即ち、第６図の構成は、第４図の回路の
出力端子Ｐ４とＰｓとの関に、上記保護回路２１を設轢
、この保ｌｉ口路２１は、サイリスタＳＣＲのアノード
に抵抗九を有し、かつそのゲートがツェナダイオ−ＤＺ
を介して分圧抵抗Ｒｍ、Ｒνの直列接続をした交点ＫＩ
ｉｉｌしたものである０崗、ゲートに酸バイアス抵抗Ｒ
・が接続され構成されている。

この保■回路２１は出力端Ｐａ−Ｐｇの出力電圧が過電
圧になつ九ことを検出して出力端Ｐ４−八を負荷短絡状
態にするものである０上記検出作用は抵抗Ｒｍと抵抗Ｒ
Ｐの分圧電圧がツェナダイオードＤｘの降伏電圧を越え
ることによる０これＫよってサイリスタＳＣＲをターン
オンさせ負荷短絡状態を作〉出すこととなる０したがっ
て、この短絡状態でスイッチングトランジスタｌが発振
を停止するから、本発明の起動回路１４の作用でこの発
振停止状態を維持させる０かかる保護回路２１　Ｆｉ、
回路異状時のすべてに対して負荷短絡状態にするもので
あるから、実際に起シ得る出力巻線２０３の開放及び負
荷短絡等に対してすばやく動作して回路を保護すること
ができる。

以上述べたように本発明によれば、負荷短絡開放その他
自励発振式スイッチングレギュレータの異常に対し、ス
イッチング素子の発振停止を維持させることにより、負
荷及びレギュレータ本体に対し安全な保−を行うことが
できる効果がある・ま九、電源スィッチのオンオフが無
作意になされて出力電圧が立上がらないというようｔｋ
ｓ本的不良動作を無くし極めて起動の確実性が保証され
るという著効を奏するものである０

【図面の簡単な説明】

菖１図乃至第３図は起動用抵抗を備えた従来の自励発振
式スイッチングレギュレータを示す概略回路図、第４図
は本発明に係る自動発振式スイッチングレギュレータを
示す回路図、第５図は入力直流電圧の立上１時間に対す
る起動電流を消去するまでの時間を説明するための動作
説明図、第６図は本発明の一使用例を示す回路図である
・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■電源投入により直流バイアスが与えられて発振するス
   イッチング素子と、このスイッチング素子の発振出力を
   銹起して出力電圧を発生するコンバータトランスと、前
   記直流バイアスを受けて―記スイッチング素子の発振を
   促すようにし九起電用抵抗とを備えた電源装置において
   、―記直流バイアスが供給される基準電位間に設けられ
   、＃紀スイッチング素子を起動する喪めの直列接続した
   抵抗と、この直列接続抵抗の接続交点と鉤記基卑電位の
   一方とに介装され、前記スイッチング素子の発振ののち
   に前記接続交点と＃記基準電位の一方とを短絡する起動
   回路とを萬備したことを特徴とする自励発振式スイッチ
   ｙダレギエレータ。 ■前記起動回路は直流バイアスのリセットで前記スイッ
   チング素子が発振停止する以帥にターンオフするように
   し九特許請求の範囲第１項に記載の自励発振式スイッチ
   ングレギエレータ。 （３）＃紀起動回路は負荷短絡状態により前記スイッチ
   ング素子が発振停止し九ＩＩＫその短絡状態を維持する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記
   載の自励発振式スイッチングレギュレータ〇 （２）前記起動回路は、前記直゛列ｍａし九抵抗の接続
   交点にアノードを１ｌａｔ、、カソードを基準電位の一
   方に接続し、ゲートをツェナダイオードを介してｍｌ！
   したコンデンサの両端電圧によりターンオンするサイリ
   スタにて構成した特許請求の範囲第１項乃至第３項に記
   載の自励発振式％式％