(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス電圧が印加される一方端子を有する第１抵抗素子、
前記第１抵抗素子の他方端子と接続された一方端子を有する第２抵抗素子、
前記第２抵抗素子の他方端子とグランドとの間に設けられた第１容量素子、
前記第１抵抗素子と並列接続された第１整流素子、
前記第１整流素子の方向と逆の方向を向いて前記第２抵抗素子と並列接続された第２整流素子、
前記第１抵抗素子の一方端子および前記第２抵抗素子の他方端子とそれぞれ接続された一方端子および他方端子を有する第２容量素子、
前記第２抵抗素子の他方端子と接続された制御端子を有して入力電源を断続するスイッチング素子、および
前記スイッチング素子の断続によって生成された交流電圧を変圧するトランスを備える、スイッチング電源装置。
【請求項２】
前記第２容量素子は互いに直列接続された第２コンデンサおよび第３コンデンサを含む、請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記第２コンデンサは前記第１抵抗素子と並列接続され、
前記第３コンデンサは前記第２抵抗素子と並列接続される、請求項２記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記第２抵抗素子の抵抗値は前記第１抵抗素子の抵抗値と相違する、請求項１ないし３のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子は、前記入力電源が印加されるコレクタを有するＮＰＮ型の第１トランジスタ、および前記第１トランジスタのエミッタおよびグランドとそれぞれ接続されたエミッタおよびコレクタを有するＰＮＰ型の第２トランジスタを含む、請求項１ないし４のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記第１トランジスタのエミッタと接続された一方端子および前記トランスの一次コイルと接続された他方端子を有する電解コンデンサをさらに備える、請求項５記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチング電源装置に関し、特にスイッチング素子に印加される入力電源をパルス電圧に基づいて断続する、スイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置の一例が、特許文献１に開示されている。この背景技術によれば、パルス電圧および電源電圧がエミッタフォロワートランジスタのベースおよびコレクタにそれぞれ印加される。電源電圧はパルス電圧によって断続され、これによって同様のパルス電圧がエミッタフォロワートランジスタのエミッタに現れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１３４５１６号公報（第３図、第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、エミッタフォロワートランジスタの後段にトランスを設けると、パルス電圧の高調波がトランスのインダクタ成分や回路の浮遊容量によって形成されたＬＣ回路との間で共振を引き起こし、パルス電圧のオーバーシュートおよびアンダーシュートによって出力電圧の波形特性が劣化するおそれがある。【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、出力電圧の波形特性を改善することができる、スイッチング電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従うスイッチング電源装置(10：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、パルス電圧が印加される一方端子を有する第１抵抗素子(R1)、第１抵抗素子の他方端子と接続された一方端子を有する第２抵抗素子(R2)、第２抵抗素子の他方端子とグランドとの間に設けられた第１容量素子(C1)、第１抵抗素子と並列接続された第１整流素子(D1)、第１整流素子の方向と逆の方向を向いて第２抵抗素子と並列接続された第２整流素子(D2)、第１抵抗素子の一方端子および第２抵抗素子の他方端子とそれぞれ接続された一方端子および他方端子を有する第２容量素子(C2~C3)、第２抵抗素子の他方端子と接続された制御端子を有して入力電源(E1)を断続するスイッチング素子(Q1, Q2)、およびスイッチング素子の断続によって生成された交流電圧を変圧するトランス(16)を備える。【０００７】
好ましくは、第２容量素子は互いに直列接続された第２コンデンサ(C2)および第３コンデンサ(C3)を含む。【０００８】
さらに好ましくは、第２コンデンサは第１抵抗素子と並列接続され、第３コンデンサは第２抵抗素子と並列接続される。【０００９】
第２抵抗素子の抵抗値は第１抵抗素子の抵抗値と相違してもよい。【００１０】
好ましくは、スイッチング素子は、入力電源が印加されるコレクタを有するＮＰＮ型の第１トランジスタ(Q1)、および第１トランジスタのエミッタおよびグランドとそれぞれ接続されたエミッタおよびコレクタを有するＰＮＰ型の第２トランジスタ(Q2)を含む。【００１１】
さらに好ましくは、第１トランジスタのエミッタと接続された一方端子およびトランスの一次コイルと接続された他方端子を有する電解コンデンサ(C4)がさらに備えられる。
【発明の効果】
【００１２】
パルス電圧の立ち上がり時、電流は第２容量素子を経て第１容量素子に流れ込む。これによって、第１容量素子の端子電圧つまりスイッチング素子の制御端子への印加電圧が急激に立ち上がる。第２容量素子の電位が上昇すると、電流は、第１抵抗素子および第２抵抗素子のうち一方の抵抗素子と、他方の抵抗素子と並列接続されている、第１整流素子および第２整流素子のうちいずれか一方の整流素子とを経て第１容量素子に流れ込む。このとき、電流が導通する抵抗素子と第１容量素子とによってＲＣ回路が形成される。浮遊容量やトランスのインダクタ成分に起因するオーバーシュートは、こうして形成されたＲＣ回路によって抑制される。【００１３】
パルス電圧の立ち下がり時、第１容量素子に蓄積された電荷に基づく電流は、第２容量素子を経て逆流する。これによって、第１容量素子の端子電圧つまりスイッチング素子の制御端子への印加電圧が急激に立ち下がる。第２容量素子の電位が減少すると、電流は、第１抵抗素子および第２抵抗素子のうち前記他方の抵抗素子と、前記一方の抵抗素子と並列接続されている、第１整流素子および第２整流素子のうちいずれか一方の整流素子とを経て逆流する。このとき、第１容量素子と電流が導通する抵抗素子とによってＲＣ回路が形成される。浮遊容量やトランスのインダクタ成分に起因するアンダーシュートもまた、こうして形成されたＲＣ回路によって抑制される。【００１４】
入力電源は、このようなスイッチング素子によって断続される。この結果、矩形波に近い波形を示す電圧がスイッチング素子ひいてはトランスから出力され、出力電圧の波形特性が改善される。【００１５】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の一実施例の構成を示す回路図である。
【図２】パルス電圧が立ち上がり始めた時点の電流経路を示す図解図である。
【図３】パルス電圧が立ち上がった後の電流経路を示す図解図である。
【図４】パルス電圧が立ち下がり始めた時点の電流経路を示す図解図である。
【図５】パルス電圧が立ち下がった後の電流経路を示す図解図である。
【図６】（Ａ）は電圧発生回路から出力されるパルス電圧の変化の一例を示す波形図であり、（Ｂ）はトランジスタのベースに印加されるパルス電圧の変化の一例を示す波形図であり、（Ｃ）はトランジスタのエミッタに現れるパルス電圧の変化の一例を示す波形図であり、（Ｄ）はトランスの一次コイルに印加される交流電圧の変化の一例を示す波形図である。
【図７】（Ａ）はトランジスタのベースに印加されるパルス電圧の変化の一例を示す波形図であり、（Ｂ）は図１実施例からコンデンサＣ２〜Ｃ３，ダイオードＤ１〜Ｄ２および抵抗Ｒ１〜Ｒ２を省いた場合のトランジスタのベース電圧の変化の一例を示す波形図であり、（Ｃ）は図１実施例からコンデンサＣ２〜Ｃ３およびダイオードＤ１〜Ｄ２を省いた場合のトランジスタのベース電圧の変化の一例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１を参照して、この実施例のスイッチング電源装置１０は、２４Ｖの入力電源（直流電圧源）Ｅ１を含む。入力電源Ｅ１のマイナス端子はグランドと接続され、入力電源Ｅ１のプラス端子はＮＰＮ型のトランジスタＱ１のコレクタと接続される。トランジスタＱ１のエミッタはＰＮＰ型トランジスタＱ２のエミッタと接続され、トランジスタＱ２のコレクタはグランドと接続される。
【００１８】
電圧発生回路１２は、グランドと接続されたエミッタを有するＮＰＮ型のトランジスタＱ３を含む。トランジスタＱ３のコレクタは抵抗素子Ｒ３の一方端子と接続され、抵抗素子Ｒ３の他方端子は直流電源Ｅ２のプラス端子と接続され、そして直流電源Ｅ２のマイナス端子はグランドと接続される。なお、直流電源Ｅ２の出力電圧は、１０Ｖ〜１８Ｖの範囲で可変である。  
【００１９】
クロック発生器１４は、クロックパルスをトランジスタＱ３のベースに印加する。トランジスタＱ３はクロックパルスに応答してオン／オフされ、これによって抵抗素子Ｒ３の一方端子にパルス電圧（矩形波電圧）が現れる。パルス電圧は、トランジスタＱ３がオン状態のときにＬレベルを示し、トランジスタＱ３がオフ状態のときにＨレベルを示す。
【００２０】
抵抗素子Ｒ３の一方端子は、互いに直列接続された抵抗素子Ｒ１およびＲ２を介してトランジスタＱ１およびＱ２のベース（＝制御端子）と接続される。抵抗素子Ｒ１にはコンデンサＣ２およびダイオードＤ１が並列接続され、抵抗素子Ｒ２にはコンデンサＣ３およびダイオードＤ２が並列接続される。トランジスタＱ１およびＱ２のベースはまた、コンデンサＣ１を介してグランドと接続される。
【００２１】
ここで、ダイオードＤ１のカソードは抵抗素子Ｒ１の一方端子（＝抵抗素子Ｒ３の一方端子）と接続される一方、ダイオードＤ２のカソードは抵抗素子Ｒ２の他方端子（＝トランジスタＱ１およびＱ２のベース）と接続される。つまり、ダイオードＤ１およびＤ２は互いに逆方向を向いて配置される。
【００２２】
トランジスタＱ１およびＱ２のエミッタは、カップリングコンデンサとして機能する電界コンデンサＣ４のプラス端子と接続される。電界コンデンサＣ４のマイナス端子は、トランス１６を形成しかつ他方端子がグランドと接続された一次コイルＬ１の一方端子と接続される。トランス１６を形成する二次コイルＬ２については、一方端子が出力端子Ｖｏｕｔと接続され、他方端子がグランドと接続される。
【００２３】
オペアンプ１８は、トランス１６の二次電圧に基づいて、直流電源Ｅ２の電圧を制御する。トランス１６の二次電圧つまり出力端子Ｖｏｕｔから出力される交流電圧は、このようなフィードバック制御によって所望の値に調整される。
【００２４】
抵抗素子Ｒ３の一方端に現れたパルス電圧の立ち上がり時、パルス電圧に基づく電流は、より流れやすいコンデンサＣ２およびＣ３を経て、コンデンサＣ１に流れ込む（図２参照）。この結果、コンデンサＣ１の端子電圧つまりトランジスタＱ１およびＱ２のベース電圧が急激に増大する。
【００２５】
コンデンサＣ２およびＣ３の電位が上昇すると、パルス電圧に基づく電流は、抵抗素子Ｒ１およびダイオードＤ２を経てコンデンサＣ１に流れ込む（図３参照）。このとき、抵抗素子Ｒ１とコンデンサＣ１とによってＲＣ回路が形成される。抵抗素子Ｒ１を流れる電流の量は抵抗素子Ｒ１の抵抗値に依存し、電流の流れ込みによるコンデンサＣ１の端子電圧の上昇速度はコンデンサＣ１の容量に依存する。
【００２６】
したがって、抵抗素子Ｒ１の抵抗値が増大するほど、或いはコンデンサＣ１の容量が増大するほど、コンデンサＣ１の端子電圧の上昇が遅れる。この結果、立ち上がる端子電圧の波形がなまり、オーバーシュートが抑制される。
【００２７】
抵抗素子Ｒ３の一方端に現れたパルス電圧の立ち下がり時は、コンデンサＣ１〜Ｃ３に蓄積された電荷に基づく電流が電圧発生回路１２に逆流する（図４参照）。この結果、コンデンサＣ１の端子電圧つまりトランジスタＱ１およびＱ２のベース電圧が急激に減少する。
【００２８】
逆流した電流に基づいてコンデンサＣ２およびＣ３の電位が減少すると、コンデンサＣ１に蓄積された電荷に基づく電流は、抵抗素子Ｒ２およびダイオードＤ１を経て電圧発生回路１２に逆流する（図５参照）。このとき、抵抗素子Ｒ２とコンデンサＣ１とによってＲＣ回路が形成される。上述と同様、コンデンサＣ１の放電によって抵抗素子Ｒ２を流れる電流の量は抵抗素子Ｒ２の抵抗値に依存し、放電によるコンデンサＣ１の端子電圧の降下速度はコンデンサＣ１の容量に依存する。
【００２９】
したがって、抵抗素子Ｒ２の抵抗値が増大するほど、或いはコンデンサＣ１の容量が増大するほど、コンデンサＣ１の端子電圧の降下が遅れる。この結果、立ち下がる端子電圧の波形がなまり、アンダーシュートが抑制される。
【００３０】
この結果、電圧発生回路１２から出力されたパルス電圧が図６（Ａ）に示すように変化したとき、トランジスタＱ１およびＱ２のベース電圧は図６（Ｂ）または図７（Ａ）に示すように変化する。図６（Ｂ）または図７（Ａ）によれば、ベース電圧の波形は、急激に立ち上がった後にＨレベルの近傍でなまるとともに、急激に立ち下がった後にＬレベル（＝０Ｖ）の近傍でなまる。
【００３１】
参考までに、図１に示す回路からコンデンサＣ２〜Ｃ３，ダイオードＤ１〜Ｄ２および抵抗Ｒ１〜Ｒ２を省いた場合のトランジスタＱ１〜Ｑ２のベース電圧の変化の一例を図７（Ｂ）に示す。また、図１に示す回路からコンデンサＣ２〜Ｃ３およびダイオードＤ１〜Ｄ２を省いた場合のトランジスタＱ１〜Ｑ２のベース電圧の変化の一例を図７（Ｃ）に示す。
【００３２】
図７（Ｂ）によれば、ＲＣ回路が存在しないためにオーバーシュートおよびアンダーシュートがベース電圧の波形に現れる。また、図７（Ｃ）によれば、ＲＣ回路の時定数に依存してベース電圧の波形がなまる。
【００３３】
ベース電圧が図６（Ｂ）または図７（Ａ）に示すように変化することで入力電源Ｅ１が断続し、トランジスタＱ１およびＱ２のエミッタにも同様の電圧波形が現れる（図６（Ｃ）参照）。エミッタ電圧は、ベース電圧がＨレベルを示す期間において１８Ｖを示し、ベース電圧がＬレベルを示す期間において０Ｖを示す。
【００３４】
こうして生成されたエミッタ電圧の直流成分は電解コンデンサＣ４によって排除され、これによって最大振幅が９Ｖの交流電圧がトランス１６の一次コイルＬ１に印加される（図６（Ｄ）参照）。トランス１６の二次コイルＬ２ひいては出力端子Ｖｏｕｔには、トランス１６の変圧比に応じた交流電圧が現れる。
【００３５】
以上のように構成することで、この実施例のスイッチング電源装置１０は次のような効果を奏する。
【００３６】
つまり、高コストの高速オペアンプを使用せずに、低コストでＬレベルとＨレベルとの間の高速切り換えに対応した交流電圧波形を形成する事ができる。また、ノイズに弱いオペアンプを使用していない為、耐ノイズ性も高めることができる。さらに、プリント基板のパターンの引き回しも不要となり、高速オペアンプ時に課題となっていたパターン引き回しによる基板設計効率の低下も回避できる。また、アクティブとなる受動素子がパルス電圧の立ち上がり時と立ち下がり時とで相違するため、立ち上がり部分の電圧波形と立ち下がり部分の電圧波形とを独立して調整することができる。
【００３７】
なお、この実施例では、ダイオードＤ１のカソードが抵抗素子Ｒ１の一方端子（＝抵抗素子Ｒ３の一方端子）と接続され、ダイオードＤ２のカソードが抵抗素子Ｒ２の他方端子（＝トランジスタＱ１およびＱ２のベース）と接続される。しかし、これに代えて、ダイオードＤ１のアノードを抵抗素子Ｒ１の一方端子と接続し、ダイオードＤ２のアノードを抵抗素子Ｒ２の他方端子と接続するようにしてもよい。
【００３８】
また、この実施例では、抵抗素子Ｒ１の抵抗値および抵抗素子Ｒ２の抵抗値は互いに一致する。しかし、抵抗素子Ｒ１およびＲ２の間で抵抗値を異ならせるようにしてもよい。これによって、ベース電圧の立ち上がり部分のなまり具合とベース電圧の立ち下がり部分のなまり具合との間で違いを設けることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  …スイッチング電源装置
１２  …電圧発生回路
１６  …トランス
１８  …オペアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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