(57)【要約】【課題】電源スイッチが短い間隔でオフ／オンされたり、部品の特性にばらつきがあっても安定した出力が得られ、スイッチングトランジスタに過大なコレクタ電流が流れることを抑制する保護回路を付加したリンギングチョークコンバータを提供する。【解決手段】コンデンサ４の両端に接続されて、非導通状態ではコンデンサ４の両端を開放するように動作し、導通状態ではコンデンサ４を放電させるとともにスイッチングトランジスタ１のベース電流を吸収する制御トランジスタ１４は、その一端の電位がこの制御トランジスタ１４のベース電位を変化させるように動作する充放電回路２７により、入力電源電圧Ｅがオンすると充放電回路２７が充電されて制御トランジスタ１４が非導通状態になり、入力電源電圧Ｅがオフすると充放電回路２７がコンデンサ４の放電時間よりも極めて短い時間で放電して制御トランジスタ１４を導通状態にし、コンデンサ４の放電を加速させる。【選択図】      図１
2004180423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源電圧と、その入力電源電圧が１次側巻線の一端に入力されるトランスと、充放電を繰り返す第１のコンデンサと、前記トランスの１次側巻線の他端に接続されたコレクタ及び前記第１のコンデンサの一端に接続されたベースを有して前記第１のコンデンサの充放電に応じて自励発振を行うスイッチングトランジスタとを備えたリンギングチョークコンバータにおいて、前記第１のコンデンサの両端に接続されて、前記入力電源電圧がオンすると前記第１のコンデンサの両端を非導通状態にし、前記入力電源電圧がオフすると、前記第１のコンデンサの両端を急速に導通状態にして第１のコンデンサの放電を加速する放電制御回路により、前記電源入力電圧のオフ／オン時に、前記スイッチングトランジスタに過大なコレクタ電流が流れることを低減することを特徴とするリンギングチョークコンバータ。
【請求項２】
前記放電制御回路は、前記入力電源電圧がオンするとそのベース電位が上昇して非導通状態になり、前記入力電源電圧がオフするとそのベース電位が低下して導通状態になる制御トランジスタと、前記入力電源電圧がオフ時とオン時にそれぞれ放電と充電をすることにより制御トランジスタのベース電位を変化させる充放電回路とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のリンギングチョークコンバータ。
【請求項３】
入力電源電圧と、その入力電源電圧が１次側巻線の一端に入力されるトランスと、充放電を繰り返す第１のコンデンサと、前記トランスの１次側巻線の他端に接続されたコレクタ及び前記第１のコンデンサの一端に接続されたベースとを有して前記第１のコンデンサの充放電に応じて自励発振を行うスイッチングトランジスタとを備えたリンギングチョークコンバータにおいて、前記第１のコンデンサの両端に接続されて、非導通状態では前記第１のコンデンサの両端を開放するように動作し、導通状態では前記第１のコンデンサを放電させるとともに前記スイッチングトランジスタのベース電流を吸収する制御トランジスタは、その一端の電位がこの制御トランジスタのベース電位を変化させるように動作する充放電回路により、前記入力電源電圧がオンすると前記充放電回路が充電され前記制御トランジスタのベース電位が上昇して前記制御トランジスタが非導通状態になり、前記入力電源電圧がオフすると前記充放電回路が前記第１のコンデンサの放電時間よりも極めて短い時間で放電して前記制御トランジスタのベース電位を下げ前記制御トランジスタを導通状態にして前記第１のコンデンサの放電を加速することを特徴とするリンギングチョークコンバータ。
【請求項４】
前記充放電回路は、充電電圧を一定にするためのツェナーダイオードと、第２のコンデンサと、この第２のコンデンサの電荷を放電する放電抵抗とが並列に接続されて構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のリンギングチョークコンバータ。
【請求項５】
前記スイッチングトランジスタはＮＰＮトランジスタで、前記制御トランジスタはＰＮＰトランジスタであり、この制御トランジスタのベースが前記充放電回路の一端にダイオードを介して接続されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のリンギングチョークコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器の電源に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータの一種であるリンギングチョークコンバータの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リンギングチョークコンバータ（ＲＣＣ）は、回路部品が少なくて簡単に構成でき、また、動作も比較的安定していることから、出力容量が数十ワット以下の比較的小容量の電源として最適である。そのため、テレビやＶＴＲ、ＯＡ機器やその他の様々な電子機器のオンボード電源として多用されている。
【０００３】
代表的な従来の回路構成として、特許文献１は、図２に示すようなリンギングチョークコンバータの回路例を開示している。Ｅは入力電源電圧、１０１はスイッチングトランジスタ、１０２はトランジスタ、１０３と１０８は抵抗、１０４はコンデンサ、１０５はツェナーダイオード、１０６と１０７はダイオード、１０９は起動抵抗、１１０はスイッチ、１１１は制御部、１１２は出力用のコンデンサ、１１３はダイオード、１２２はトランス、１２３はトランス１２２の１次側巻線、１２４はトランス１２２のベース巻線、１２５はトランス１２２の２次側巻線である。
【０００４】
この構成の回路では、スイッチ１１０がオンされると、起動抵抗１０９とダイオード１０６とを介してコンデンサ１０４が充電され、その両端の電圧が徐々に上昇する。そうすると、スイッチングトランジスタ１０１の特性に従ってそのベースに電流が流れ込み始め、コレクタ電流が流れる。このコレクタ電流は、トランス１２２の１次側巻線１２３を介して流れるため、１次側巻線１２３に入力電源電圧Ｅが印加され、ベース巻線１２４に電圧が誘起される。この誘起された電圧により、抵抗１０８とダイオード１０７とを介して、ベース電流が引き続きスイッチングトランジスタ１０１のベースに供給され、スイッチングトランジスタ１０１は飽和領域でのオン状態になる。このように、スイッチングトランジスタ１０１のベースには電流が正帰還されており、スイッチング動作が高速で行われる。
【０００５】
次に、制御部１１１はトランス１２２のベース巻線１２４の電圧を検知して、トランジスタ１０２のベースに信号を供給してトランジスタ１０２をオンする。そうすると、これまでスイッチングトランジスタ１０１のベースに供給されていた電流が、トランジスタ１０２に吸収されて、スイッチングトランジスタ１０１はオフとなる。一方、トランス１２２の２次側巻線１２５に誘起される電圧はダイオード１１３により整流され、コンデンサ１１２で平滑されて出力されるが、スイッチングトランジスタ１０１がオフすると、それまでトランス１２２に蓄積されたエネルギーが２次側巻線１２５からダイオード１１３を介して出力側に放出される。こうして２次側巻線１２５に誘起電流が流れると、それに反した方向のエネルギーがベース巻線１２４に誘起されてスイッチングトランジスタ１０１が再びオンされる。以上の繰り返しによりスイッチング動作が持続し、すなわちスイッチングトランジスタ１０１が発振することにより、２次側巻線１２５から出力側に電圧が継続して供給される。
【０００６】
ここで、コンデンサ１０４に充電される電圧に注目すると、ツェナーダイオード１０５が並列に接続されているため、コンデンサ１０４の両端の電圧はツェナーダイオード１０５のツェナー電圧以上上昇することはないようになっているが、反面、ツェナーダイオード１０５とダイオード１０６が逆方向の電流を阻止するため、一度充電された電荷が放電しにくい回路構成になっている。そのため、スイッチ１１０が短い間隔でオフ／オンされると、コンデンサ１０４の電荷が全て放電されないうちに次の充電が始まることになるため、起動抵抗１０９を介した電流がスイッチングトランジスタ１０１のベースに流れ込み、コレクタ電流がスイッチングトランジスタ１０１に突入する可能性がある。
【０００７】
更に、部品の特性にばらつきがある場合、とりわけツェナーダイオード１０５にばらつきがある場合、ツェナー電圧が所定の値より高いと上記の現象が顕著になるとともに、スイッチングトランジスタ１０１のコレクタ電流が過大になり、最悪の場合スイッチングトランジスタ１０１が破壊する可能性がある。また、ツェナー電圧が低い場合は十分なコレクタ電流が流れず、発振が不安定になり、充分な出力を得ることが困難になることもある。
【０００８】
【特許文献１】
実公平０７−０５０８７２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記特許文献１に開示された従来技術は、通常の間隔でスイッチ１０１をオフ／オンしたり、ばらつきの少ないツェナーダイオード１０５を使用すれば、スイッチングトランジスタ１０１のコレクタのサージ電流が抑制できるので問題はないが、スイッチ１１０を短い間隔でオフ／オンする場合やツェナーダイオード１０５の特性にばらつきがある場合は、スイッチングトランジスタ１０１に過大なコレクタ電流が流れたり、自励発振が不安定になる可能性があり、ひいてはスイッチングトランジスタ１０１の破損や不安定な出力につながることになる。
【００１０】
本発明は、斯かる実状に鑑みなされたものであり、電源スイッチが短い間隔でオフ／オンされたり、部品の特性にばらつきがあっても安定した出力が得られ、スイッチングトランジスタに過大なコレクタ電流が流れることを抑制する保護回路を付加したリンギングチョークコンバータを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、入力電源電圧と、その入力電源電圧が１次側巻線の一端に入力されるトランスと、充放電を繰り返す第１のコンデンサと、前記トランスの１次側巻線の他端に接続されたコレクタと前記第１のコンデンサの一端に接続されたベースとを有して前記第１のコンデンサの充放電に応じて自励発振を行うスイッチングトランジスタとを備えたリンギングチョークコンバータにおいて、前記第１のコンデンサの両端に接続されて、前記入力電源電圧がオンすると前記第１のコンデンサの両端を非導通状態にし、前記入力電源電圧がオフすると、前記第１のコンデンサの両端を急速に導通状態にして第１のコンデンサの放電を加速する放電制御回路により、前記電源入力電圧のオフ／オン時に、前記スイッチングトランジスタに過大なコレクタ電流が流れることを低減するように構成されている。
【００１２】
さらに、本発明によれば、放電制御回路は、入力電源電圧がオンするとそのベース電位が上昇して非導通状態になり、入力電源電圧がオフするとそのベース電位が低下して導通状態になる制御トランジスタと、入力電源電圧がオフ時とオン時にそれぞれ放電と充電をすることにより制御トランジスタのベース電位を変化させる充放電回路とを備えている。
【００１３】
また、本発明では、入力電源電圧と、その入力電源電圧が１次側巻線の一端に入力されるトランスと、充放電を繰り返す第１のコンデンサと、前記トランスの１次側巻線の他端に接続されたコレクタと前記第１のコンデンサの一端に接続されたベースとを有して前記第１のコンデンサの充放電に応じて自励発振を行うスイッチングトランジスタとを備えたリンギングチョークコンバータにおいて、第１のコンデンサの両端に接続されて、非導通状態では第１のコンデンサの両端を開放するように動作し、導通状態では第１のコンデンサを放電させるとともにスイッチングトランジスタのベース電流を吸収する制御トランジスタは、その一端の電位がこの制御トランジスタのベース電位を変化させるように動作する充放電回路により、入力電源電圧がオンすると充放電回路が充電されて制御トランジスタのベース電位が上昇して制御トランジスタが非導通状態になり、入力電源電圧がオフすると充放電回路が第１のコンデンサの放電時間よりも極めて短い時間で放電して制御トランジスタのベース電位を下げ制御トランジスタを導通状態にして第１のコンデンサの放電を加速するように構成されている。
【００１４】
さらに、前記充放電回路は、充電電圧を一定にするためのツェナーダイオードと、第２のコンデンサと、この第２のコンデンサの電荷を放電する放電抵抗とが並列に接続されて構成されている。
【００１５】
また、前記スイッチングトランジスタはＮＰＮトランジスタで、前記制御トランジスタはＰＮＰトランジスタであり、この制御トランジスタのベースが前記充放電回路の一端にダイオードを介して接続されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図１に基づいて説明する。図１は本発明に係るリンギングチョークコンバータの一実施例を示した回路図である。
【００１７】
Ｅは入力電源電圧、１はスイッチングトランジスタ、２はトランジスタ、３、８、１５、１８、及び２０は抵抗、４と１９はコンデンサ、７と１３と１６と２１はダイオード、９は起動抵抗、１０はスイッチ、１１は制御部、１２は出力用のコンデンサ、１４は制御トランジスタ、１７はツェナーダイオード、２２はトランス、２３はトランス２２の１次側巻線、２４はトランス２２のベース巻線、２５はトランス２２の２次側巻線である。
【００１８】
また、本発明を特徴づける回路構成として、前記ツェナーダイオード１７と抵抗１８とコンデンサ１９とが、後述する制御トランジスタ１４をオンして導通状態にする充放電回路２７を構成しており、この充放電回路２７と、エミッタに接続された抵抗を介してコンデンサ４の一端に接続された制御トランジスタ１４と、充放電回路２７を制御トランジスタ１４に接続するダイオード１６とが放電制御回路２６を構成している。
【００１９】
この回路構成では、スイッチ１０がオンされると、起動抵抗９を介してコンデンサ４と１９が充電され、制御トランジスタ１４にエミッタ電流が流れようとするが、コンデンサ１９も同時に充電されて制御トランジスタ１４のベース電位が上がり、制御トランジスタ１４はオフの状態を保つ。同時に、コンデンサ４の充電電圧の上昇とともに、スイッチングトランジスタ１の特性に従ってそのベースに電流が流れ込みコレクタ電流が流れる。このコレクタ電流は、トランス２２の１次側巻線２３を介して流れるため、１次側巻線２３に入力電源電圧Ｅが印加され、ベース巻線２４に電圧が誘起される。この誘起された電圧により、抵抗８とダイオード７を介して、ベース電流が引き続きスイッチングトランジスタ１のベースに供給され、スイッチングトランジスタ１は飽和領域でのオン状態になる。このように、スイッチングトランジスタ１のベースには電流が正帰還されており、スイッチング動作が高速で行われる。
【００２０】
次に、制御部１１はトランス２２のベース巻線２４の電圧を検知して、トランジスタ２のベースに信号を供給し、トランジスタ２をオンする。そうすると、これまでスイッチングトランジスタ１のベースに供給されていた電流が、トランジスタ２に吸収されて、スイッチングトランジスタ１はオフとなる。一方、トランス２２の２次側巻線２５に誘起される電圧はダイオード１３により整流され、コンデンサ１２で平滑されて出力されるが、スイッチングトランジスタ１がオフすると、それまでトランス２２に蓄積されたエネルギーが２次側巻線２５からダイオード１３を介して出力側に放出される。こうして２次側巻線２５に誘起電流が流れると、それに反した方向のエネルギーがベース巻線２４に誘起されてスイッチングトランジスタ１が再びオンする。以上の繰り返しによりスイッチング動作が持続し、すなわちスイッチングトランジスタ１が発振することにより、２次側巻線２５から出力側に電圧が継続して供給される。
【００２１】
上記のような状態で、スイッチ１０がオフされると、充放電回路２７のコンデンサ１９の電荷が抵抗１８の抵抗値により決定される時間で放電する。コンデンサ１９が放電の過程で、その両端の電圧が並列に接続されたツェナーダイオード１７のツェナー電圧より下がり始めると、コンデンサ４の両端の電圧が抵抗１５を介してエミッタとコレクタに印加されている放電制御回路２６の制御トランジスタ１４がオンする。そのため、コンデンサ４の放電は制御トランジスタ１４を介して短い時間で急速に行われることになる。
【００２２】
このように、コンデンサ１９の放電時間により、制御トランジスタ１４がオンしてコンデンサ４の電荷を吸収する時間が決まるため、この時間がスイッチ１０のオフ／オンの間隔より短くなると同時に、コンデンサ４の放電時間よりも極めて短い時間になるような所望する時間に設定すればよい。そうすると、スイッチ１０が短い時間でオフ／オンされても、コンデンサ４に電荷はほとんど残っておらず、従来技術の問題として説明したスイッチングトランジスタ１にコレクタ電流が突入することもなくなる。また、スイッチ１０を短い時間でオフ／オンしても、コンデンサ４がほぼ初期状態から充電されることになるので、動作が不安定になるという問題も解消される。
【００２３】
上記した実施例では、スイッチ１０がオフされてから制御トランジスタ１４がオンするまでの時間を、抵抗１８とコンデンサ１９のＣＲ定数とツェナーダイオード１７のツェナー電圧により決定する構成としたが、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、制御トランジスタ１４のベース電位を下げる他の回路構成を利用することも可能である。また、図１に示した各トランジスタのＮＰＮやＰＮＰ極性は本実施形態を説明するための一例であり、図１にあるトランジスタの極性に本発明は限定されないことはいうまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明では、リンギングチョークコンバータのスイッチングトランジスタをスイッチングするコンデンサの両端に接続されている制御トランジスタが、一端の電位がこの制御トランジスタのベース電位を変化させるように動作する充放電回路により、入力電源電圧がオンすると充放電回路が充電されて制御トランジスタのベース電位が上昇して制御トランジスタが非導通状態になり、入力電源電圧がオフすると充放電回路がコンデンサの放電時間よりも極めて短い時間で放電して制御トランジスタのベース電位を下げ制御トランジスタを導通状態にしてコンデンサの放電を加速するため、入力電源電圧が短い時間でオフ／オンされる場合、スイッチングトランジスタのコレクタに過大な電流が流れることを防ぐとともに、スイッチングトランジスタの早期劣化や破壊を防ぐことができる。
【００２５】
さらに、従来の回路では、スイッチングトランジスタのベース電位をツェナーダイオードで設定してスイッチングトランジスタのコレクタ電流を決定しているが、このツェナーダイオードのばらつきにより、所定のコレクタ電流以上の電流が流れたり、充分な電流が流れず発振が不安定になると同時に、定電圧出力も不安定になる場合がある。本発明の回路構成では、ツェナーダイオードによりスイッチングトランジスタのベース電位を設定せず、制御トランジスタを介してこのベース電位を制御しているため、常に安定した動作を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリンギングチョークコンバータの一実施例を示した回路図である。
【図２】従来の代表的なリンギングチョークコンバータの回路例である。
【符号の説明】
１、１０１          スイッチングトランジスタ
２、１０２          トランジスタ
４、１２、１９、１０４、１１２  コンデンサ
７、１３、１６、２１、１０６、１０７、１１３  ダイオード
３、８、１５、１８、２０、１０３、１０８  抵抗
９、１０９  起動抵抗
１０、１１０  スイッチ
１１、１１１  制御部
１３、１６、１０６、１１３        ダイオード
１４  制御トランジスタ
１７、１０６  ツェナーダイオード
２２、１２２  トランス
２３、１２３  １次側巻線
２４、１２４  ベース巻線
２５、１２５  ２次側巻線
２６  放電制御回路
２７  充放電回路
Ｅ    入力電源電圧
【図１】
2004180423.tif 000003
【図２】
2004180423.tif 000004