JPH11289768A - 自励共振型電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズ発生が少なく、小型で安価な電源装置
を構成できる自励共振型電源を提供する。 【解決手段】 プッシュプル構成の自励共振型電源にお
いて、第１トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２に
ＰＮＰ型トランジスタ素子を使用する。１次巻線Ｎ１の
中間タップＣＴはアースに接続し、１次巻線Ｎ１の各巻
線端は第１および第２トランジスタＱ１、Ｑ２の主電流
路を介して高電位側の入力端子１ａに接続する。第１お
よび第２トランジスタＱ１、Ｑ２のベースには、１次巻
線Ｎ１に並列接続した共振用容量部Ｃｒｅからの帰還信
号と、制御部３からの誤差信号を供給する。ここで制御
部３の内部では、１次巻線Ｎ１のタップＴＰに現れた電
圧より得た出力電圧に相当する電圧信号と基準電圧から
誤差信号を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロイヤーの発振回
路を応用した自励共振方式の電源回路において、出力電
圧を安定化させるための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】蛍光表示管や放電管などの負荷に駆動電
圧を供給する電源回路には様々な回路方式が存在する。
負荷が駆動電圧として交流電圧を要求する場合には、そ
の一例として、ロイヤーの発振回路を応用したプッシュ
プル構成、自励共振方式の電源回路を使用することがあ
る。このロイヤーの発振回路を応用した回路は、構成が
簡素でありながら正弦波に近い交流電圧が容易に得られ
るという利点があり、小型・小容量のインバータ回路と
して用いられることが多い。また場合によっては、正弦
波に近い電圧を発生させる特徴を利用し、ノイズの発生
が少ないコンバータ回路に利用されることもある。

【０００３】このロイヤーの発振回路を応用した自励共
振型の電源回路の一例として、従来に図３に示すような
回路構成を有するものが存在した。図３において、入力
端子１ａはチョークコイルＬ１を介してトランスＴの１
次巻線Ｎ１１の中間タップＣＴに接続され、入力端子１
ｂは基準電位点としてのアースに接続されている。１次
巻線Ｎ１１の端子間には共振用容量として共振用コンデ
ンサＣ１１が接続され、さらに１次巻線Ｎ１１の両端
は、それぞれＮチャネル電界効果型トランジスタ（Ｎチ
ャネルＦＥＴ）よりなる第１トランジスタＱ１１と第２
トランジスタＱ１２の主電流路を介してアースに接続さ
れている。そして、２次巻線Ｎ１２の両端および中間タ
ップは、それぞれ出力端子２ａ、２ｂ、２ｃに接続され
ている。

【０００４】第１トランジスタＱ１１と第２トランジス
タＱ１２のゲートは、それぞれたすきがけの形で、自ら
の主電流路が接続されたのとは反対側の１次巻線Ｎ１の
巻線端に、抵抗Ｒ１１あるいは抵抗Ｒ１２を介して接続
されている。なお、各トランジスタＱ１１、Ｑ１２のゲ
ート、ソース間には、過電圧保護のために定電圧ダイオ
ードＤＺ１１、ＤＺ１２が接続されている。詳細な動作
の説明は省くが、このような回路構成とした図３の電源
回路では、１次巻線Ｎ１１に現れた共振電圧が帰還信号
として直接、各トランジスタＱ１１、Ｑ１２のゲートに
供給される。すると各トランジスタＱ１１、Ｑ１２は共
振電圧に従ってオン状態あるいはオフ状態となり、継続
した自励発振動作を行うことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図３に示す回路のよう
に各トランジスタＱ１１、Ｑ１２にＮチャネルＦＥＴを
使用する場合、通常、１次巻線Ｎ１１の各巻線端とアー
スとの間にはトランジスタが介在する回路形態となる。
すると、１次巻線Ｎ１１の端子間の電圧波形がほぼ正弦
波状であっても１次巻線Ｎ１の一端とアースとの間の電
圧波形は正弦波状とはならず、実質的には交流電圧が半
波整流された時のような、正弦半波が一定間隔を隔てて
並んだような電圧波形となる。このように、正弦半波が
一定間隔を隔てて並んだような電圧波形では、非共振方
式の電源回路ほどではないにしても、その電圧中に含ま
れる高調波成分の電力は大きくなる。すると、半波電圧
が通電される回路の１次側配線部分からノイズが放出さ
れ、近隣の他の電子装置や回路に悪影響を及ぼす恐れが
あった。

【０００６】また、ロイヤーの発振回路を応用したプッ
シュプル構成、自励共振型の電源回路は、共振現象を利
用して自励発振動作を行わせている。共振状態を乱さな
いようにするため、一般にその回路自体には出力電圧を
制御する機能は付加されない。そこで、出力電圧を安定
化する場合には、自励共振型の電源回路に供給する入力
電圧値を操作するという手段が採られ、具体的には、自
励共振型の電源回路の入力側に出力制御機能を有するコ
ンバータ回路を設けていた。しかし、このようにインバ
ータ回路とコンバータ回路を共に設けるとなると、コン
バータ回路を構成するための部品類や基板スペースが余
分に必要となる。そのために電源装置の形状が大型化
し、コストも上昇するという問題があった。本発明は、
上記問題点を鑑み、ノイズ発生が少なく、小型で安価な
電源装置を構成できる自励共振型電源を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、その１次巻線
に所定のインダクタンスを有し、１次巻線の所定の巻線
位置に設けられたタップが基準電位点に接続されたトラ
ンスと、トランスの１次巻線に対して並列に接続されて
１次巻線と共に共振回路を形成する共振用容量部と、バ
イポーラＰＮＰ型あるいはＰチャネル電界効果型のトラ
ンジスタ素子よりなり、トランスの１次巻線の所定位置
にそれぞれの主電流路の一端が接続され、制御端子には
トランスの巻線に発生した電圧より得られた帰還信号が
それぞれ逆の位相で供給される第１と第２のトランジス
タおよび、第１と第２のトランジスタの主電流路の他端
の共通接続点と該タップとの間に、入力端子および外部
の電圧供給源を介して接続されるチョークコイルを具備
することを特徴とする自励共振型電源である。

【０００８】

【発明の実施の形態】トランスの１次巻線に対して複数
のコンデンサからなる共振容量部を並列に接続し、１次
巻線の中間タップは基準電位点、すなわちアースに接続
する。トランスの１次巻線の両端には、それぞれＰＮＰ
型トランジスタ（あるいはＰチャネルＦＥＴ）による第
１と第２のトランジスタの主電流路の一端を接続し、第
１と第２のトランジスタの主電流路の他端は共通接続す
る。この共通接続点と１次巻線の中間タップとの間には
外部の電圧供給源と共にチョークコイルを接続する。第
１と第２のトランジスタの制御端子は、それぞれ共振用
容量部の所定のコンデンサ同士の接続点（Ｂ）、（Ｃ）
に接続する。そしてトランスの１次巻線の所定の巻線位
置に、出力電圧に相当する電圧信号と基準電圧との誤差
信号を発生させる制御部を接続し、制御部から第１、第
２のトランジスタの制御端子に誤差信号を供給する。

【０００９】ここで制御部は、具体的には、エミッタが
アースに接続された制御用トランジスタ、制御用トラン
ジスタのコレクタ、ベース間に接続されたコンデンサ、
制御用トランジスタのベースと入力端子の間に接続され
た抵抗および、トランスの所定の巻線位置と制御用トラ
ンジスタのベースの間に接続されたダイオードと定電圧
素子の直列回路を具備した回路構成とする。第１と第２
のトランジスタの制御端子に制御部から誤差信号を供給
すると、その誤差信号の大きさに応じて各トランジスタ
のバイアス状態が変化する。すると、第１と第２のトラ
ンジスタの導通タイミングが変化し、自励発振周波数が
変移する。自励発振周波数が変移すると、１次巻線と共
振用容量部からなる共振回路を介して２次巻線に伝達さ
れるエネルギー量が変化する。その結果、出力電圧の制
御が可能となり、安定化が図られる。

【００１０】

【実施例】ノイズ発生が少なく、小型で安価な電源装置
を構成できる、本発明による自励共振型電源の第１の実
施例の回路を図１に示した。図１に示す回路は以下のよ
うな構成となっている。高電位側の入力端子１ａをチョ
ークコイルＬ１を介してＰＮＰ型の第１トランジスタＱ
１および第２トランジスタＱ２のそれぞれのエミッタの
共通接続点に接続する。第１トランジスタＱ１のコレク
タはトランスＴの１次巻線Ｎ１の一端に接続し、第２ト
ランジスタＱ２のコレクタは１次巻線Ｎ１の他端に接続
する。１次巻線Ｎ１の所定の巻線位置に設けられた中間
タップＣＴおよび低電位側の入力端子１ｂはアースに接
続し、１次巻線Ｎ１の端子間には共振用容量部Ｃｒｅを
接続する。ここで共振用容量部Ｃｒｅは、コンデンサＣ
１、コンデンサＣ２、コンデンサＣ３およびコンデンサ
Ｃ４の直列回路により構成する。

【００１１】共振用容量部ＣｒｅをコンデンサＣ１とコ
ンデンサＣ２の直列回路とコンデンサＣ３とコンデンサ
Ｃ４の直列回路に分割するように、コンデンサＣ２とコ
ンデンサＣ３の接続点（Ａ）を各トランジスタＱ１、Ｑ
２のエミッタの共通接続点に接続する。そして第２トラ
ンジスタＱ２のベースは抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ
１とコンデンサＣ２の接続点（Ｃ）に接続し、第１トラ
ンジスタＱ１のベースは抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ
３とコンデンサＣ４の接続点（Ｂ）に接続する。また、
第１トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２のベース
は、それぞれ抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４を介して制御部３に接
続する。ここで制御部３は次のような構成とする。

【００１２】先の抵抗Ｒ３、Ｒ４の一端にコレクタを接
続した制御用トランジスタＱ３を設け、制御用トランジ
スタＱ３のエミッタはアースに接続する。制御用トラン
ジスタＱ３のコレクタ、ベース間にコンデンサＣ５を接
続し、制御用トランジスタＱ３のベースを抵抗Ｒ５を介
して入力端子１ａに接続する。そして、１次巻線Ｎ１の
第２の巻線位置に設けたタップＴＰと制御用トランジス
タＱ３のベースとの間に、ダイオードＤ１と定電圧ダイ
オードＤＺ１の直列回路を接続する。なお、トランスＴ
の２次巻線Ｎ２の両端および中間タップは、それぞれ出
力端子２ａ、２ｃ、２ｂに接続する。

【００１３】以上のような構成とした回路において、入
力端子１ａ、１ｂ間に外部より電圧を供給すると、マル
チバイブレータのごとく、第１トランジスタＱ１と第２
トランジスタＱ２のどちらか一方が導通する。なおここ
では、第１トランジスタＱ１が先に導通したと仮定す
る。第１トランジスタＱ１が導通したことにより１次巻
線Ｎ１に電流が流れ、１次巻線Ｎ１には電圧が誘導され
る。この時に１次巻線Ｎ１に誘導された電圧は、共振用
容量部Ｃｒｅの内部において各コンデンサの容量に応じ
て分圧される。すると、第１トランジスタＱ１のベー
ス、エミッタ間には抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ３の
端子間に現れた電圧が、第２トランジスタＱ２のベー
ス、エミッタ間には抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ２の
端子間に現れた電圧がそれぞれ帰還信号として供給され
る。

【００１４】供給された帰還信号により、第１トランジ
スタＱ１には順方向バイアスが、第２トランジスタＱ２
には逆バイアスがそれぞれ与えられ、第１トランジスタ
Ｑ１はオン状態、第２トランジスタＱ２はオフ状態とな
る。また、１次巻線Ｎ１に電圧が誘導されると、１次巻
線Ｎ１と共振用容量部Ｃｒｅが形成する共振回路に共振
現象が生じる。共振回路に共振現象が生じることによ
り、１次巻線Ｎ１の端子間に現れる電圧（共振電圧）は
正弦波状に変化する。第１トランジスタＱ１、第２トラ
ンジスタＱ２に供給される帰還信号は、実質的に共振電
圧の分圧電圧である。そのため、第１トランジスタＱ１
および第２トランジスタＱ２は、この共振電圧の変化に
応じて交互にオン状態あるいはオフ状態となり、以後、
継続して自励発振動作を行うことになる。

【００１５】制御部３の内部では、１次巻線Ｎ１のタッ
プＴＰに現れた電圧をダイオードＤ１で整流し、出力電
圧に応じた電圧信号を得る。この電圧信号は、定電圧ダ
イオードＤＺ１の端子間に得られる基準電圧分だけ電圧
レベルが変化させられた後、制御用トランジスタＱ３の
ベースに入力される。制御用トランジスタＱ３は、その
コレクタ、ベース間に接続されたコンデンサＣ５の作用
によりミラー積分型増幅器として機能し、そのコレクタ
に電圧信号と基準電圧の差に応じた誤差信号を発生させ
る。第１トランジスタＱ１および第２トランジスタＱ２
は、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４を介してベースに誤差信号
が供給されると、そのバイアス状態が誤差信号の大きさ
に応じて変化する。すると、第１トランジスタＱ１およ
び第２トランジスタＱ２の導通期間と導通タイミングが
誤差信号によって変化するようになる。

【００１６】この時、各トランジスタの導通期間と導通
タイミングの変化によって、自励発振動作による発振周
波数が変移する。発振周波数が変移すると、１次巻線Ｎ
１と共振用容量部Ｃｒｅからなる共振回路を介して２次
巻線Ｎ２に伝達されるエネルギー量が変化し、出力電圧
の大きさ（平均値）が変化をする。これにより出力電圧
の制御が可能となり、出力電圧に応じた誤差信号を各ト
ランジスタに供給すれば出力電圧の安定化が可能とな
る。従って、出力電圧を安定化するために、あえて自励
共振型電源の入力側に出力制御機能を有するコンバータ
回路などを設ける必要が無くなり、小型で安価な電源装
置を構成することが可能となる。

【００１７】先にも述べたが、図３に示すように各トラ
ンジスタＱ１１、Ｑ１２にＮチャネルＦＥＴを使用する
と、１次巻線Ｎ１１の一端とアースとの間の電圧波形
は、交流電圧が半波整流された時のような、正弦半波が
一定間隔を隔てて並んだ電圧波形となる。しかしこの電
圧波形は、実際に観測してみると特にアース電位付近の
波形部分に歪みが生じており、とても出力端子２ａ〜２
ｃに現れる出力電圧を半波整流して得られるであろう電
圧波形と相似の波形であるとは言えない。そこで、もし
各トランジスタにＮチャネルＦＥＴを使用した回路で出
力電圧に相当する電圧信号を得ようとするならば、トラ
ンスに電圧検出用の巻線を新たに設け、その巻線に現れ
た電圧より出力電圧に相当する電圧信号を得なければな
らない。また、正弦半波が一定間隔を隔てて並んだよう
な電圧波形では、その電圧に含まれる高調波成分によ
り、この半波電圧が通電される回路の１次側配線部分か
らノイズが放出される問題があった。

【００１８】しかし図１に示す回路は、第１トランジス
タＱ１と第２トランジスタＱ２にＰＮＰ型トランジスタ
を使用し、トランスＴの１次巻線Ｎ１の中間タップＣＴ
をアースに接続したことにより、１次巻線Ｎ１の巻線端
とアースとの間の電圧波形は正弦波状に変化する交流と
なる。このため、１次巻線Ｎ１のタップＴＰに現れる電
圧も正弦波状の交流電圧となり、出力電圧の電圧波形に
相似したものとなる。従って、改めて電圧検出用の巻線
をトランスに設けずとも、１次巻線Ｎ１のタップＴＰか
ら出力電圧に相当する電圧信号を得ることが可能とな
り、トランスの小型化および電源装置の小型化を図るこ
とができる。また、１次側配線部分に通電される電圧波
形が正弦波に近い交流となるため、電圧に含まれる高調
波成分の電力は小さく、一層、ノイズ放出の少ない電源
装置を構成することができる。

【００１９】図２には本発明による自励共振型電源の第
２の実施例の回路を示した。図２の回路において図１に
示す回路と異なるのは、第１と第２のトランジスタＱ
４、Ｑ５にＰチャネルＦＥＴを使用したことと、出力電
圧に相当する電圧信号を検出するための第２の巻線位置
を１次巻線Ｎ１の巻線端としたことである。また各トラ
ンジスタＱ４、Ｑ５をＦＥＴに代えたことに伴い、図１
における抵抗Ｒ１とＲ２を回路から除き、第１トランジ
スタＱ４と第２トランジスタＱ５の各ゲート、ソース間
に抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７を接続している。なお、上記以外
の回路部分については図２の回路構成は図１と同じにな
っている。図２に示す回路の動作は、トランジスタが電
流駆動のバイポーラであるか電圧駆動のＦＥＴであるか
が異なるだけで、図１の回路と全く同じになる。そのた
め、図２においても図１と同じ効果を得ることができ
る。

【００２０】以上に説明した図１、図２に示す本発明の
実施例において、第１トランジスタＱ１のベースあるい
は第１トランジスタＱ４のゲートは共振用容量部Ｃｒｅ
のコンデンサ同士の接続点（Ｂ）に接続し、第２トラン
ジスタＱ２のベースあるいは第２トランジスタＱ５のゲ
ートは共振用容量部Ｃｒｅのコンデンサ同士の接続点
（Ｃ）に接続しているが、直接、１次巻線Ｎ１の巻線端
に接続しても構わない。また、図１、図２の回路は各出
力端子２ａ〜２ｃに交流出力を得るインバータ回路とし
ての自励共振型電源を示しているが、２次巻線Ｎ２に整
流素子を接続し、コンバータ回路として使用することも
可能である。なお、多少のトランスの大型化を招くが、
出力電圧に相当する電圧信号を１次巻線の第２の巻線位
置ではなく、トランスに新たに設けた電圧検出用巻線か
ら得ても良い。このように本発明の自励共振型電源は、
発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である
ことは言うまでもない。

【００２１】

【発明の効果】以上に述べたように本発明による自励共
振型電源は、第１、第２の各トランジスタにＰＮＰ型ト
ランジスタあるいはＰチャネルＦＥＴを使用し、トラン
スの１次巻線の中間タップを基準電位点に接続する。そ
して、１次巻線に発生した出力電圧に相当する電圧信号
と基準電圧とから誤差信号を得て、その誤差信号を自励
発振のための帰還信号と共にプッシュプル構成の第１と
第２のトランジスタの制御端子に入力する構成を特徴と
している。このような構成とすると、トランスの１次巻
線に発生する電圧はアースとの間で正弦波状の交流電圧
となり、ノイズ発生が少なくなる。また、出力電圧に相
当する電圧信号を１次巻線に発生した電圧より得るよう
にすれば、トランスに電圧検出用の巻線を設けなくても
良くなり、トランスを小型化することができる。さらに
各トランジスタに帰還信号と共に誤差信号を供給するこ
とにより、出力電圧制御のためにコンバータ回路などを
併設する必要が無くなる。従って本発明によれば、出力
電圧の安定化機能が付加された、小型で安価な電源装置
を構成できる自励共振型電源を提供することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による自励共振型電源の第１の実施例
の回路図。

【図２】 本発明による自励共振型電源の第２の実施例
の回路図。

【図３】 従来の自励共振型電源の一例の回路図。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ 入力端子 ２ａ〜２ｃ 出力端子（交流） ３ 制御部 Ｑ１、Ｑ４ 第１トランジスタ Ｑ２、Ｑ５ 第２トランジスタ Ｑ３ 制御用トランジスタ Ｌ１ チョークコイル Ｔ トランス Ｎ１ １次巻線 Ｎ２ ２次巻線 Ｃｒｅ 共振用容量部 （Ａ）〜（Ｃ） 所定のコンデンサ同士の接続点 ＣＴ １次巻線の第１の巻線位置としての中間
タップ ＴＰ １次巻線の第２の巻線位置としてのタッ
プ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その１次巻線に所定のインダクタンスを
   有し、該１次巻線の所定の巻線位置に設けられたタップ
   が基準電位点に接続されたトランス、 該トランスの１次巻線に対して並列に接続され、該１次
   巻線と共に共振回路を形成する共振用容量部、 バイポーラＰＮＰ型あるいはＰチャネル電界効果型のト
   ランジスタ素子よりなり、該トランスの１次巻線の所定
   位置にそれぞれの主電流路の一端が接続され、制御端子
   には該トランスの巻線に発生した電圧より得られた帰還
   信号がそれぞれ逆の位相で供給される第１と第２のトラ
   ンジスタおよび、 該第１と第２のトランジスタの主電流路の他端の共通接
   続点と該タップとの間に、入力端子および外部の電圧供
   給源を介して接続されるチョークコイルを具備すること
   を特徴とする自励共振型電源。
2. 【請求項２】 前記共振用容量部を直列接続された複数
   個のコンデンサ素子により構成し、 前記第１と第２のトランジスタの各制御端子はそれぞ
   れ、前記トランスの１次巻線の巻線端から該共振用容量
   部の少なくとも１つのコンデンサ素子を隔てた、該共振
   用容量部の所定のコンデンサ同士の接続点（Ｂ）、
   （Ｃ）に接続することを特徴とする、請求項１に記載し
   た自励共振型電源。
3. 【請求項３】 前記共振用容量部のほぼ中央に位置する
   コンデンサ同士の接続点（Ａ）が前記第１と第２のトラ
   ンジスタの主電流路の他端の共通接続点に接続されるこ
   とを特徴とする、請求項１あるいは請求項２に記載した
   自励共振型電源。
4. 【請求項４】 前記トランスの１次巻線の第２の巻線
   位置に発生した電圧から得た電圧信号と基準電圧を比較
   し、その差に相当する誤差信号を発生させる制御部を具
   備し、該誤差信号を前記帰還信号と共に該第１と第２の
   トランジスタの制御端子に入力することを特徴とする、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載した自励共振型
   電源。
5. 【請求項５】 前記制御部は、 主電流路の一端が基準電位点に接続された制御用トラン
   ジスタと、 該制御用トランジスタの制御端子と前記入力端子との間
   に接続された第１の抵抗と、 該制御用トランジスタの制御端子と主電流路の他端との
   間に接続されたコンデンサと、 該制御用トランジスタの制御端子と前記１次巻線の第２
   の巻線位置との間に接続されたダイオードと定電圧素子
   の直列回路とを具備し、該制御用トランジスタの主電流
   路の他端から、それぞれ第２、第３の抵抗を介して前記
   第１、第２のトランジスタの制御端子に前記誤差信号を
   供給することを特徴とする、請求項４に記載した自励共
   振型電源。