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JP3416715B2 - スイッチング電源回路 - Google Patents

スイッチング電源回路

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Publication number
JP3416715B2
JP3416715B2 JP05622497A JP5622497A JP3416715B2 JP 3416715 B2 JP3416715 B2 JP 3416715B2 JP 05622497 A JP05622497 A JP 05622497A JP 5622497 A JP5622497 A JP 5622497A JP 3416715 B2 JP3416715 B2 JP 3416715B2
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JP
Japan
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switching
circuit
transistor
power supply
control circuit
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JP05622497A
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Inventor
和宏 二階堂
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Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
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Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、直流入力をスイッ
チングして2次側にエネルギーを伝達するスイッチング
電源回路に関する。 【0002】 【従来の技術】図7を参照して従来のこのソフトスター
ト回路を備えたスイッチング電源について説明する。交
流電源1は電源スイッチ2を介してブリッジ整流回路3
に接続されている。ブリッジ整流回路3の出力には並列
に第1の平滑コンデンサ4が接続されている。第1の平
滑コンデンサ4には、起動抵抗18と第2の平滑コンデ
ンサ19との直列回路と、コンバータトランス20の1
次側巻線とスイッチング素子5のソースドレインとがそ
れぞれ並列に接続されている。起動抵抗18と第2の平
滑コンデンサ19との接続部は制御回路13の電源入力
部に接続され、この制御回路の制御信号出力はゲート抵
抗6を介してスイッチング素子5のゲートに接続されて
いる。コンバータトランス20の2次側巻線の両端間に
は出力側整流平滑回路21、22が並列に接続されてい
る。この出力側整流平滑回路の両出力端間に負荷回路2
3および2次側出力電圧を検出し、1次側制御回路にこ
の情報を伝達するアイソレーションアンプ24が接続さ
れている。 【0003】制御回路13は誤差増幅器7、三角波発信
器8、第1のPWMコンパレータ9、第2のPWMコン
パレータ10、AND回路llおよびドライバ回路12
により構成されている。誤差増幅器7の正入力側に基準
電圧源14を、負入力側にアイソレーションアンプ24
の出力を接続し、第lのPWMコンパレータ9の負入力
に誤差増幅器7の出力を、正入力側に三角波発信器8
を、第2のPWMコンパレータ10の正入力側に三角波
発信器8を、負入力側に一方を制御回路のGNDに接続
した第3のコンデンサ17と抵抗15の並列回路のもう
一方の端子を、一方を制御回路の電源に接続した抵抗1
6のもう一方の端子を接続し、これら2つのコンパレー
タ9,10それぞれの出力をAND回路11に入力し、
ドライバ回路12の入力にAND回路11の出力を接続
している。 【0004】上記の構成のスイッチング電源において
は、電源スイッチ2が投入されると交流電源1入力はブ
リッジ整流回路3に与えられここでブリッジ整流された
あと第1の平滑コンデンサ4で平滑される。起動抵抗1
8および第2の平滑コンデンサ19との接続点電圧は第
1の平滑コンデンサ4の端子電圧と共に上昇し、起動開
始電圧で制御回路13は動作を開始する。 【0005】図7の回路の動作を、図8のタイムチャー
トを用いて説明する。第1の平滑コンデンサ4の電圧が
上昇し、起動抵抗18と第2の平滑コンデンサ19の接
続点電圧が制御回路13の起動開始電圧に達し、三角波
発信器8が動作し始めても第2のPWMコンパレータ1
0の負入力側電庄は、第2の平滑コンデンサ19の端子
電圧をVc、第3のコンデンサ17の容量をC、抵抗1
5,16それぞれの抵抗値をR1,R2、時間をtとする
と、Vc(l−e-t/C(R1+R2))で上昇するため、第3
のコンデンサ17に電荷のチャージが終了するまでオン
期間は徐々に上昇する。この結果2次側出力電圧が低く
てもオン期間に制限がかかるため、スイッチング素子5
のピーク電流も徐々に上昇するソフトスタート動作を行
うことができるというものである。なお、図8のタイム
チャートからみて図7の回路の動作は明らかであるから
その詳しい説明は省略する。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
式はデューティを変化させて出力電圧を安定化するフォ
ワードコンバータや他励フライバックコンバータなどで
は有効な方法であるものの、デューティが一定でオン時
間の長さにより出力電圧を制御する自励フライバックコ
ンバータ等には用いることができない。したがって、上
述の方式ではコンバータの方式や制御回路の応答とは無
関係にスイッチング素子に流れる電流を制限し、スイッ
チングトランスの飽和によるスイッチング素子の破壊を
防ぐことができなかった。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明においては、直流
あるいは交流平滑後の脈流を入力とし、1次巻線および
2次巻線を有するスイッチングトランスと、前記スイッ
チングトランスの1次巻線に―端を接続したスイッチン
グ素子と、前記スイッチング素子を駆動および制御する
制御回路と、前記スイッチングトランスの2次側巻線に
接続された整流回路とを備えたスイッチング電源回路に
おいて、前記制御回路からのスイッチング素子のゲート
ドライブ電流を制限することで制御回路の応答および回
路の動作状態に関係なくスイッチング素子の電流を制限
することによりスイッチングトランスの飽和によるスイ
ッチング素子の破壊を防ぎ、これによって上述の課題を
解決している。 【0008】 【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載されたス
イッチング電源回路は、直流あるいは交流平滑後の脈流
を入力とし、1次巻線および2次巻線を有するスイッチ
ングトランスと、前記スイッチングトランスの1次巻線
に―端を接続したスイッチング素子と、前記スイッチン
グ素子を駆動および制御する制御回路と、前記スイッチ
ングトランスの2次側巻線に接続された整流回路とを備
えたスイッチング電源回路において、前記制御回路から
のスイッチング素子のドライブ電流を時間の経過と共に
増加させる構成に基づいてソフトスタートする機能を備
えたものであり、制御回路の応答および回路の動作状態
に関係なくスイッチング素子の電流を制限することによ
りスイッチング素子の過電流による破壊を防ぐものであ
る。 【0009】 【0010】 【0011】 【0012】実施の形態1 以下に、本発明の発明の実施の形態1について図1ない
し図4を参照して説明する。図1において、1は交流電
源、2はACスイッチ、3はブリッジ整流素子、4は平
滑コンデンサである。5はスイッチングトランス、6は
MOSFETで構成されたスイッチングトランジスタ、
7はゲート抵抗、8は制御回路、9は起動抵抗、10は
制御回路8の電源平滑コンデンサ、11は電流検出抵
抗、12は2次側出力の整流ダイオード、13は平滑コ
ンデンサ、14は2次側整流・平滑出力電圧により動作
する負荷回路である。15はトランジスタ、16は抵
抗、17はトランジスタ、18は抵抗である。19はス
イッチングトランジスタ6のゲートチャージを引き抜く
ためのダイオードである。20はコンデンサ、21は抵
抗である。ここで、図2より、スイッチングトランジ
6はゲート・ソース間電圧VGSがゲートチャージ量Q
gにほぼ比例して上昇する特性を有し、また図3より、
ドレイン電流IDがゲート・ソース間電圧VGSに比例し
て増加する特性を有している。 【0013】上記構成を有するスイッチング電源回路に
おいては、ACスイッチ2が投入されて起動抵抗9を介
する電流でコンデンサ20に電荷が蓄積されている途中
である場合、コンデンサ20の端子電圧をVcc、コン
デンサ20の容量をC20、抵抗21の抵抗値をR21とす
ると、トランジスタ15のエミッタ電圧Ve15は時間t
の経過と共に、 【0014】 【数1】 【0015】の式で変化していくこととなる。この場
合、トランジスタ15は,トランジスタ17と共にカレ
ントミラー回路を構成しているため、制御回路8からス
イッチングトランジスタ6に流れるゲートドライブ電流
IGの最大値はトランジスタ17のエミッタ電流Ie17
となり、スイッチングトランジスタ6のゲートドライブ
電流IGは、トランジスタ17のエミッタ電圧をV
17、同じくトランジスタ17のベースエミッタ間電圧
をVbe17、抵抗18、抵抗7それぞれの抵抗値を
18,R7とすると、 IG=(Ve17ーVbe17)/(R18+R7) となる。これらをタイムチヤートとして表したものが図
4である。 【0016】図4においては、トランジスタ17のエミ
ッタ電圧Ve17と、エミッタ電流Ie17と、制御回路8
の出力と、スイッチングトランジスタ6のゲートドライ
ブ電流IGと、スイッチングトランジスタ6のドレイン
電流IDとが示されている。図4から明らかであるよう
に、トランジスタ17のエミッタ電圧Ve17の低下と共
に、トランジスタ17のエミッタ電流Ie17が上昇して
いくことになるが、このとき制御回路8は一定のパルス
幅の出力を出力しているので、ゲートドライブ電流IG
は徐々に上昇していき、これに伴いドレイン電流IDが
徐々に上昇していくことになる。 【0017】このようにゲートドライブ電流IGを徐々
に上昇するように制限することによって制御回路8の出
力パルスについての1パルス当たりのスイッチングトラ
ンジスタ6のゲートチャージ量を小さくしてスイッチン
グトランジスタ6自身でドレイン電流IDを制限するこ
とができる。そして時間の経過と共に徐々にゲートドラ
イブ電流IGを増やすことによってドレイン電流IDが
増え、この結果コンバータの方式や制御回路の動作特性
に関係なくソフトスタート動作を実現できることにな
る。 【0018】実施の形態2 次に本発明の実施の形態2について図5および図6を参
照して説明する。ここで実施の形態1と対応する部分に
は同一の符号を付している。本実施の形態2によって実
施の形態1と異なる構成は、コンデンサ20、抵抗2
1、抵抗18、ダイオード19がそれぞれ省略され、ト
ランジスタ15のエミッタに接続されている抵抗16と
GNDとの間にコンデンサ22が接続され、トランジス
タ17のエミッタとGNDとの間に抵抗23が接続され
ていることである。 【0019】ACスイッチ2が投入されてコンデンサ2
2の電荷が蓄積途中である場合、コンデンサ22の容量
をC22、抵抗16の抵抗値をR16とすると、トランジス
タ15のエミッタ電圧Ve15は時間tの経過と共に 【0020】 【数2】 【0021】となる。したがってスイッチングトランジ
スタ6のゲートドライブ電流IGは、抵抗16の抵抗値
をR16、抵抗23の抵抗値をR23とすると、 IG=Vcc/R16−(Vcc−Ve15)/R23 となる。これらをタイムチャートとして表したものが図
6である。 【0022】図6で明らかであるように、トランジスタ
15のエミッタ電圧Ve15は徐々に上昇し、トランジス
タ15のエミッタ電流Ie15は徐々に低下し、制御回路
8の出力パルス幅は一定であり、ゲートドライブ電流I
Gは徐々に上昇し、ドレイン電流IDは徐々に上昇して
いく。 【0023】このようにゲートドライブ電流IGをバイ
パスすることによって制御回路8の出力パルスにおける
1パルス当たりのスイッチングトランジスタ6のゲート
チャージ量を小さくすることでスイッチングトランジス
タ6自身でドレイン電流IDを制限することができる。
そして時間の経過と共に徐々にゲートドライブ電流IG
を増やすことによってドレイン電流IDが増え、この結
果コンバータの方式や制御回路の動作特性に関係なくソ
フト・スタート動作を実現できる。 【0024】ここで、いずれの実施の形態においてもス
イッチングトランジスタ6をスイッチング素子としてい
るが、これバイポーラトランジスタの場合でも同様の効
果が得られることは勿論である。 【0025】 【発明の効果】以上のように、本発明のスイッチング電
源回路によれば、スイッチング素子のドライブ電流を時
間の経過と共に増加させる構成を用いることで、コンバ
ータの方式や制御回路の応答とは無関係にスイッチング
素子に流れる電流を制限し、スイッチングトランスの飽
和によるスイッチング素子の破壊を防ぐことが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の形態1におけるスイッチング電
源回路の回路図 【図2】スイッチングトランジスタのゲート・ソース間
電圧―ゲートチャージ量特性図 【図3】ドレイン電流―ゲート。ソース間電圧特性図 【図4】図1の回路の起動時タイムチャート 【図5】本発明の実施の形態2におけるスイッチング電
源回路の回路図 【図6】図5の回路の起動時タイムチャート 【図7】従来のスイッチング電源回路の回路図 【図8】図7の回路の起動時タイムチャート 【符号の説明】 1 交流電源 2 ACスイッチ 3 ブリッジ整流素子 4 平滑コンデンサ 5 スイッチングトランス 6 スイッチングトランジスタ 7 ゲート抵抗 8 制御回路 9 起動抵抗 10 平滑コンデンサ 11 電流検出抵抗 12 整流ダイオード 13 平滑コンデンサ 14 負荷回路 15 トランジスタ 16 抵抗 17 トランジスタ 18 抵抗 19 ダイオード 20 コンデンサ 21 抵抗 Vcc 制御回路の電源電圧

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 直流あるいは交流平滑後の脈流を入力と
    し、1次巻線および2次巻線を有するスイッチングトラ
    ンスと、前記スイッチングトランスの1次巻線に―端を
    接続したスイッチング素子と、前記スイッチング素子を
    駆動および制御する制御回路と、前記スイッチングトラ
    ンスの2次側巻線に接続された整流回路とを備えたスイ
    ッチング電源回路において、前記制御回路からのスイッ
    チング素子のゲートドライブ電流を時間の経過と共に増
    加させる構成に基づいてソフトスタートする機能を備え
    たことを特徴とするスイッチング電源回路。
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JP4923846B2 (ja) * 2006-08-17 2012-04-25 富士ゼロックス株式会社 電源装置
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