(57)【要約】【課題】スイッチング電源のドライブ抵抗による消費電力を低減する。【解決手段】一対の一次巻線と二次巻線、および帰還巻線を有するコンバータトランスと、各一次巻線に直列に接続され、かつ対応する帰還巻線端にベースが接続された第１および第２のＮＰＮトランジスタをそれぞれドライブする第１および第２のドライブ用抵抗とを備えたスイッチング電源において、コンバータトランスの一次側に補助巻線を設け、第１のダイオードと平滑用コンデンサとからなる補助電源を接続し、第１のダイオードのカソード側と第１のＮＰＮトランジスタのベースとを第３のドライブ用抵抗と第２のダイオードで、また、該カソード側と第２のＮＰＮトランジスタのベースとを第４のドライブ用抵抗と第３のダイオードで接続し、かつ、第１および第２のドライブ抵抗への入力電圧より低い電圧に設定した補助電源を第３および第４のドライブ抵抗に接続する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の一次巻線と二次巻線、および帰還巻線を有するコンバータトランスと、各一次巻線に直列に接続され、かつ対応する帰還巻線端にベースが接続された第１および第２のＮＰＮトランジスタをそれぞれドライブする第１および第２のドライブ用抵抗とを備えたスイッチング電源において、
コンバータトランスの一次側に補助巻線を設け、該補助巻線に第１のダイオードと平滑用コンデンサとからなる補助電源を接続し、第１のダイオードのカソード側と第１のＮＰＮトランジスタのベースとを第３のドライブ用抵抗と第２のダイオードの直列接続回路で接続し、該カソード側と第２のＮＰＮトランジスタのベースとを第４のドライブ用抵抗と第３のダイオードとの直列接続回路で接続し、かつ、第１および第２のドライブ抵抗への入力電圧より低い電圧に設定した補助電源を第３および第４のドライブ抵抗に接続したことを特徴とするスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング電源に関し、スイッチング素子であるトランジスタのドライブ抵抗で発生する電力損失を低減する手段を備えたスイッチング電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスイッチング電源として、従来、図２の技術が知られている（例えば、特許文献１，２、非特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２５２９１３号公報（第２−４頁、図１）
【特許文献２】
特開平６−２７６８４８号公報（第２−５頁、図１、図６）
【非特許文献１】
佐藤守男著，「スイッチング電源設計入門」，日刊工業新聞社，１９９８年１１月２５日初版１刷，（ｐ８０、図３−１７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の低損失型スイッチング電源は、図２〜４に示すようなものである。
図２では、入力端子に所定の入力電圧Ｖ１が印加されると、第１のドライブ抵抗Ｒ１を通じて第１のＮＰＮトランジスタＱ１のベースに電流が流れ、また第２のドライブ抵抗Ｒ２を通じて第２のＮＰＮトランジスタＱ２のベースに電流が流れ、両方のＮＰＮトランジスタがオンになろうとするが、ベーススレッショルド電圧の低い方のＮＰＮトランジスタが先にオンとなり、コイルＬ１を通じて先にオンしたＮＰＮトランジスタのコレクタに接続されている側のコンバータトランスＴ１の一次巻線Ｐ１ａまたはＰ１ｂに電流が流れる。
コンバータトランスＴ１の一次巻線Ｐ１ａまたはＰ１ｂに電流が流れると、Ｔ１の帰還巻線Ｐ３が、先にオンしたＮＰＮトランジスタのベースにプラスの電圧を、オフしている方のＮＰＮトランジスタのベースにマイナスの電圧を印加するように接続してあり、先にオンしたＮＰＮトランジスタはオンを維持し、オフしていたＮＰＮトランジスタはオフを維持する。
ここで、コンバータトランスＴ１の一次巻線Ｐ１ａ，Ｐ１ｂのインダクタンスと電圧共振するようにコンデンサＣ２が並列に接続されているため、Ｔ１に発生する電圧は正弦波となり、先にオンしたＮＰＮトランジスタのベース電圧もトランスＴ１の帰還巻線Ｐ３によって、プラスの正弦波電圧であったのが、マイナスの正弦波電圧に移行しオフする。オフしていた方のＮＰＮトランジスタのベース電圧は、マイナスの正弦波電圧からプラスの正弦波電圧となってオンとなり、これを繰り返すことによって電源は自励発振する。
【０００５】
ここで、コンバータトランスＴ１の帰還巻線Ｐ３は、自励発振させるための電圧を第１および第２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のベースに印加しているだけであり、各トランジスタをドライブするためのベース電流は、第１および第２のドライブ抵抗Ｒ１，Ｒ２を通じて供給される。ベース電流は第１および第２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２に流れるコレクタ電流とトランジスタの電流増幅率で決定されるため、必要とするベース電流を第１および第２のドライブ抵抗Ｒ１，Ｒ２に流す時、これらの抵抗の電圧が高いと、消費電力が大きくなるという問題点があった。
また、入力電圧Ｖ１が低いとコイルＬ１、コンバータトランスＴ１、第１のＮＰＮトランジスタＱ１または第２のＮＰＮトランジスタＱ２に流れる電流が増加し、該電流による損失増加により、消費電力が増加するため安易に入力電圧を下げることはできなかった。
【０００６】
また、図３の回路は、図２の２個のＮＰＮトランジスタを２個のＦＥＴに置き換えたもので、基本動作は図２の回路と同じであり、上記と同様の問題があった。
さらに、図４のように、トランスの一次側に補助巻線を設け、これに接続した補助電源からＭＯＳ　ＦＥＴ　Ｑ１，Ｑ２に電圧供給する方法も提案されているが、補助電源４１の出力電圧を起動抵抗Ｒ６によるゲート電圧により高く設定する必要がある。また、この方法において、図２のようにＭＯＳ　ＦＥＴ　Ｑ１，Ｑ２をＮＰＮトランジスタに置き換えようとすると、補助電源からの電圧供給を電流供給に変更し、補助電源からの電流供給値と起動用抵抗Ｒ６から供給される電流値の最適化をしないと消費電力が大きくなるという問題があった。
【０００７】
上記のような問題があったため、ドライブ抵抗Ｒ１およびＲ２によって消費される電力を低減する手段が要求されていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するもので、一対の一次巻線Ｐ１ａ，Ｐ１ｂと二次巻線Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ、および帰還巻線Ｐ３を有するコンバータトランスＴ１と、各一次巻線に直列に接続され、かつ対応する帰還巻線端にベースが接続された第１のＮＰＮトランジスタＱ１および第２のＮＰＮトランジスタＱ２をそれぞれドライブする第１のドライブ用抵抗Ｒ１および第２のドライブ用抵抗Ｒ２とを備えたスイッチング電源において、
コンバータトランスＴ１の一次側に補助巻線Ｐ４を設け、該補助巻線Ｐ４に第１のダイオードＤ１と平滑用コンデンサＣ４とからなる補助電源Ａを接続し、第１のダイオードＤ１のカソード側と第１のＮＰＮトランジスタＱ１のベースとを第３のドライブ用抵抗Ｒ３と第２のダイオードＤ２との直列接続回路で接続し、該カソード側と第２のＮＰＮトランジスタＱ２のベースとを第４のドライブ用抵抗Ｒ４と第３のダイオードＤ３との直列接続回路で接続し、かつ、第１のドライブ抵抗Ｒ１および第２のドライブ抵抗Ｒ２への入力電圧より低い電圧に設定した補助電源を第３のドライブ抵抗Ｒ３および第４のドライブ抵抗Ｒ４に接続したことを特徴とするスイッチング電源である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態が適用されるスイッチング電源の一例である。
この回路は、プッシュプル電圧共振型コンバータと呼ばれるものであり、図１はその回路構成を示したものである。Ｔ１は一次側に蓄積されたエネルギーを二次側へ伝達するためのコンバータトランス、Ｑ１およびＱ２はそれぞれ、スイッチング素子である、第１および第２のＮＰＮトランジスタ、Ｃ１は、入力平滑用コンデンサ、Ｒ１は第１のドライブ用抵抗であって、入力電源から供給されるＱ１のベース電流を制限する抵抗、Ｒ２は第２のドライブ用抵抗であって、入力電源から供給されるＱ２のベース電流を制限する抵抗、Ｒ３は第３のドライブ用抵抗であって、補助電源から供給されるＱ１のベース電流を制限する抵抗、Ｒ４は第４のドライブ用抵抗であって、補助電源から供給されるＱ２のベース電流を制限する抵抗である。
ここで、第１のドライブ抵抗Ｒ１および第２のドライブ抵抗Ｒ２への入力電圧より低い電圧に設定した補助電源を第３のドライブ抵抗Ｒ３および第４のドライブ抵抗Ｒ４に接続する。
Ｃ２はＴ１のインダクタンスと電圧共振させるコンデンサ、Ｌ１はトランスＴ１の入力インピーダンスを大きくし、コンデンサＣ１の影響を抑えるためのチョークコイル、Ｄ４とＤ５は出力整流用ダイオード、Ｌ２はチョークコイル、Ｃ３は出力平滑用コンデンサ、Ｄ１は補助電源整流用の第１のダイオード、Ｃ４は補助電源平滑用コンデンサ、Ｄ２およびＤ３はそれぞれ、第２、第３のダイオードであり、逆流防止用に用いられる。
【００１０】
入力端子に入力電圧Ｖ１が印加されると、第１のドライブ抵抗Ｒ１を通じて第１のＮＰＮトランジスタＱ１のベースに電流が流れ、また、第２のドライブ抵抗Ｒ２を通じて第２のＮＰＮトランジスタＱ２のベースに電流が流れ、両方のＮＰＮトランジスタがオンになろうとするが、ベーススレッショルド電圧の低い方のＮＰＮトランジスタが先にオンとなり、コイルＬ１を通じて先にオンしたＮＰＮトランジスタのコレクタに接続されている側のコンバータトランスＴ１の一次巻線Ｐ１ａまたはＰ１ｂに電流が流れる。
コンバータトランスＴ１の一次巻線Ｐ１ａまたはＰ１ｂに電流が流れると、Ｔ１の帰還巻線Ｐ３が、先にオンしたＮＰＮトランジスタのベースにプラスの電圧を、オフしている方のＮＰＮトランジスタのベースにマイナスの電圧を印加するように接続してあり、先にオンしたＮＰＮトランジスタはオンを維持し、オフしていたＮＰＮトランジスタはオフを維持する。
ここで、コンバータトランスＴ１の一次巻線Ｐ１ａ，Ｐ１ｂのインダクタンスと電圧共振するようにコンデンサＣ２が並列に接続されているため、Ｔ１に発生する電圧は正弦波となり、先にオンしたＮＰＮトランジスタのベース電圧もＴ１の帰還巻線Ｐ３によって、プラスの正弦波電圧であったのが、マイナスの正弦波電圧に移行しオフする。オフしていた方のＮＰＮトランジスタのベース電圧は、マイナスの正弦波電圧からプラスの正弦波電圧となってオンとなり、これを繰り返すことによって電源は自励発振する。
【００１１】
自励発振を開始すると整流ダイオードＤ１と平滑用コンデンサＣ４による補助電源電圧Ｖ２が発生し、第３のドライブ抵抗Ｒ３と第２のダイオードＤ２を通じて第１のＮＰＮトランジスタＱ１にベース電流が供給され、第４のドライブ抵抗Ｒ４と第３のダイオードＤ３を通じて第２のＮＰＮトランジスタＱ２にベース電流が供給される。
コンバータトランスＴ１の二次巻線Ｐ２ａ，Ｐ２ｂを、必要な出力電圧を発生させる巻数にし、整流ダイオードＤ４およびＤ５で全波整流し、チョークコイルＬ２およびコンデンサＣ３で平滑し直流電圧を出力する。
【００１２】
第１および第２のＮＰＮトランジスタＱ１、Ｑ２が必要とするベース電流は、Ｑ１およびＱ２に流れるコレクタ電流と電流増幅率で決定されるため、第１および第２のドライブ抵抗Ｒ１、Ｒ２で発生する電力損失を低減するには、Ｒ１およびＲ２から供給されるベース電流を低減し、不足するベース電流を、補助電源（設定電圧Ｖ２を入力電圧Ｖ１より低くする。）に接続された第３および第４のドライブ抵抗Ｒ３、Ｒ４から供給する。
上記したとおり、Ｒ３およびＲ４は、入力電圧Ｖ１より低い電圧Ｖ２が印加されているので、Ｒ３およびＲ４で消費される電力は小さく、不足するベース電流をＲ３，Ｒ４から供給することで、第１および第２のドライブ抵抗Ｒ１、Ｒ２に流れる電流を低減したのでＲ１およびＲ２で消費される電力も低減され、〔表１〕に示すように、従来の回路でＲ１およびＲ２が消費していた合計の電力に対して、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が消費する合計の電力を小さくすることができる。
なお、比較例として、Ｖ１＜Ｖ２としたものもあげたが、これについては消費電力が実施例よりも著しく大きく、従来例と同程度であることが分かる。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によって、第１および第２のドライブ抵抗Ｒ１、Ｒ２から供給されるベース電流を低減し、不足するベース電流を、補助電源（設定電圧Ｖ２＜入力電圧Ｖ１）に接続された第３および第４のドライブ抵抗Ｒ３、Ｒ４から供給することによって、第１〜第４のドライブ抵抗で消費される総電力を低減することができるので、効率が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるスイッチング電源の回路図である。
【図２】従来例によるスイッチング電源の回路図である。
【図３】他の従来例によるスイッチング電源の回路図である。
【図４】他の従来例によるスイッチング電源の回路図である。
【符号の説明】
Ａ　補助電源
Ｃ１　入力平滑用コンデンサ
Ｃ２　電圧共振用コンデンサ
Ｃ３　出力平滑用コンデンサ
Ｃ４　補助電源平滑用コンデンサ
Ｄ１　第１のダイオード（補助電源整流用）
Ｄ２　第２のダイオード（逆流防止用）
Ｄ３　第３のダイオード（逆流防止用）
Ｄ４　第４のダイオード（出力整流用）
Ｄ５　第５のダイオード（出力整流用）
Ｌ１　チョークコイル
Ｌ２　チョークコイル
Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ　一次巻線
Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ　二次巻線
Ｐ３　帰還巻線
Ｐ４　補助巻線
Ｑ１　第１のＮＰＮトランジスタ
Ｑ２　第２のＮＰＮトランジスタ
Ｒ１　第１のドライブ用抵抗（Ｑ１ドライブ）
Ｒ２　第２のドライブ用抵抗（Ｑ２ドライブ）
Ｒ３　第３のドライブ用抵抗（Ｑ１ドライブ）
Ｒ４　第４のドライブ用抵抗（Ｑ２ドライブ）
Ｔ１　コンバータトランス
Ｖ１　入力電圧
Ｖ２　補助電源電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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