(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁機能と一次巻線と出力電圧を形成するための二次巻線とを備えた変圧器、前記一次巻線と直列接続されたスイッチングトランジスタ、前記スイッチングトランジスタを駆動するための一次側制御回路、及び二次側調整段を有するスイッチドモード電源であって、
前記二次側調整段は、結合素子を介して前記一次側制御回路に結合され、前記結合素子は、前記出力電圧を安定化するために前記一次側制御回路に前記二次側調整段の調整信号を送信し、
前記スイッチングトランジスタの制御入力側が第１スイッチに結合されており、
前記結合素子の第一の接続部は、前記第１スイッチと前記一次側制御回路との両方に結合され、
前記二次側調整段と、前記二次側調整段のための二次側動作電圧との間を、第２スイッチが結合しており、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとをターンオフするために制御信号が、前記結合素子を介して前記第１スイッチに送るために、前記第２スイッチの制御入力へ割り当てられており、
その結果、前記第２スイッチのターンオフが前記二次側動作電圧をスイッチオフにし、この前記二次側動作電圧のスイッチオフと同時に、前記第１スイッチのターンオフ、および、前記スイッチングトランジスタと前記一次側制御回路の両方のターンオフを引き起こす、
ことを特徴とする、スイッチドモード電源。
【請求項２】
前記二次側調整段はトランジスタ段を有しており、
前記トランジスタ段は、前記調整信号及び制御信号を伝送するため、エミッタで前記出力電圧に結合され、コレクタで前記結合素子に結合され、制御端子で前記第２スイッチとツェナダイオードとに結合されている、請求項１記載のスイッチドモード電源。
【請求項３】
前記制御信号は、前記二次側調整段用の前記二次側動作電圧を切り離すために使用される、請求項１または２記載のスイッチドモード電源。
【請求項４】
前記第１スイッチは、前記スイッチングトランジスタの制御入力側と一次側動作電圧との間に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のスイッチドモード電源。
【請求項５】
ダイオードは、前記一次側制御回路と、前記結合素子及び前記第１スイッチとの間に配置されている、請求項４記載のスイッチドモード電源。
【請求項６】
前記第１スイッチの制御入力側が前記一次側動作電圧に抵抗を介して接続されており、
前記結合素子が高インピーダンスを有する時、前記第１スイッチをオフにするため、前記一次側動作電圧が前記制御入力側に高電圧を生じさせる、請求項４または５記載のスイッチドモード電源。
【請求項７】
前記結合素子はフォトカプラである、請求項１から６までのいずれか１項記載のスイッチドモード電源。
【請求項８】
前記二次側動作電圧が他の電源ユニットによって発生され、
スイッチドモード電源は付加電源ユニットとして使用され、前記付加電源ユニットは制御信号によって完全に切り離され、及び再接続される、請求項１から７までのいずれか１項記載のスイッチドモード電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器、変圧器の一次巻線と直列に接続されたスイッチングトランジスタを有する制御回路及び２次側の調整段を有するスイッチドモード電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記形式のスイッチドモード電源は、例えば一般消費者用電子機器に使用される。スイッチドモード電源を有する機器を遠隔制御を用いてオン・オフできるようにするためには、前記機器をオンにするため常に前記機器をスタンドバイモードに保つ必要がある。しかしながら、それはスイッチドモード電源が絶えず電力を消費することを意味する。スイッチドモード電源の電力消費をスタンドバイ操作においてできるだけ小さく保つため、例えばバーストモードを有するスイッチドモード電源が開発された。またスタンドバイ動作のためだけに分離電源ユニットが使用される。例えば、欧州特許第Ａ０８０３９６６号には、通常動作用には比較的大型のスイッチドモード電源を使用し、スタンドバイ動作用にはより小型のスイッチドモード電源を使用するような電源ユニットが開示されている。前記装置においては、２つのスイッチドモード電源どうしが接続されており、これにより大型スイッチドモード電源が小型スイッチドモード電源によって通常動作中に制御され、小型スイッチドモード電源は、スタンドバイ動作において専用の発振器を使用して発振する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前述の形式の、電力消費が非常に小さいスイッチドモード電源を明示することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、請求項１に明示されている特徴により達成される。本発明の有利な発展形態は、従属請求項に明記されている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のスイッチドモード電源は、変圧器、変圧器の一次巻線と直列接続されたスイッチングトランジスタ、一次側制御回路及び二次側調整段を備えている。前記装置において、制御回路はスイッチングトランジスタを駆動するために使用される。二次側調整回路は結合素子を駆動するために使用され、前記結合素子は調整信号を二次側から一次側へ伝送するために使用される。第１スイッチはスイッチングトランジスタの制御入力側と一次側動作電圧との間に配置されており、第２スイッチは調整段と二次側動作電圧との間に位置しており、前記２つの動作電圧を、単独の制御信号を用いる前記２つのスイッチにより切り離すことができる。この場合、分離素子が、一次側制御回路用の調整情報及び第１スイッチ用のターンオフ信号の両方を伝送する。
【０００６】
この場合、前記２つのスイッチをオフにするための制御信号は、第２スイッチの制御入力側に印加され、前記第２スイッチがオフの時、二次側調整段が同時に切り離され、第１スイッチは結合素子を介してオフになる。結合素子は、好ましくは二次側調整段のトランジスタ段により二次側で駆動されるフォトカプラであり、前記トランジスタ段には、スイッチドモード電源の、調整すべき出力電圧及び、第２スイッチを介する制御信号情報の両方が存在している。
【０００７】
第２スイッチが制御信号によりオフとなった場合、調整段及びフォトカプラは完全に電流が流れない状態となり、それ以上電力を消費しない。この結果、フォトカプラは一次側でオフとなる。つまり、第１スイッチもオフとなり、スイッチングトランジスタ及び制御回路に電流が流れない状態となる。この状況で、スイッチドモード電源は始動回路を除いて完全に電流が流れない状態となり、この場合の電力消費は０．２Ｗ以下となる。
【０００８】
回路概略図を参照して、本発明を以下により詳細に説明する。
【０００９】
【実施例】
図１は、一次側回路構成及び二次側回路構成を備える、本発明によるスイッチドモード電源を示す。
【００１０】
一次側には、変圧器の一次巻線Ｗ１と直列接続されたスイッチングトランジスタＴ１が図示される。図を簡単にするため、変圧器は図示されない。電子娯楽機器にはよくあることだが、この機器は、電源が絶縁して設計されており、一次巻線Ｗ１の他に、スイッチドモード電源の動作用に１つ以上の一次巻線及び、二次側に必要な出力電圧を提供するための１つ以上の巻線を含んでいる。
【００１１】
図示の実施例では、トランジスタＴ１は、制御回路ＤＲにより制御されるＭＯＳＦＥＴである。一次側の補助巻線Ｗ２ａは動作電圧ＶＣＣを供給するために使用され、前記動作電圧ＶＣＣは、ダイオードＤ２を介して整流され、コンデンサＣ１によりバッファリングされる。始動回路Ａは、電源整流器または公知の方法で高抵抗器網を介して電源から発生した直流電圧への接続を確立する。前記始動回路Ａは、スイッチドモード電源を始動させるのに必要な電流を供給するために使用される。コンデンサＣ１と並列にツェナダイオードＤ３が接続され、動作電圧ＶＣＣを制限する。
【００１２】
二次側には、巻線Ｗ３が図示されている。巻線Ｗ３は、ダイオードＤ５及びコンデンサＣ３を介して、安定化すべき出力電圧ＵＡを発生させる。出力電圧ＵＡは、二次側調整段ＳＲにより抵抗Ｒ７を介してタップオフされ、一次側への伝送のために調節される。伝送は結合素子により行われ、前記結合素子は本図示の実施例ではフォトカプラＯＫである。同様に、変圧器のような他の結合素子も使用できる。
【００１３】
一次側において、フォトカプラＯＫを介して調整段ＳＲにより伝送された調整信号は、制御回路ＤＲに印加される。制御回路ＤＲは、前記調整信号をパルス幅変調された制御電圧Ｕ２に変換し、スイッチングトランジスタＴ１を駆動する。また制御回路ＤＲは駆動用に別の電圧Ｕ１を使用する。この電圧Ｕ１は、抵抗Ｒ３を介して印加され、スイッチングトランジスタＴ１を流れる電流を指示する。
【００１４】
スイッチドモード電源は、次のように設計できる。つまり、負荷に依存してスイッチング周波数を変化させる自励型スイッチドモード電源として、またはスイッチング周波数を固定して、パルス幅変調されて動作するスイッチドモード電源として、である。前記形式のスイッチドモード電源は、例えば欧州特許第０８０８０１５Ａ２号に明示されている。この場合、制御はしばしば二次側の出力電圧で行われる。なぜならこのことにより出力電圧の安定性がさらに改善されるからである。
【００１５】
動作電圧ＶＣＣとスイッチングトランジスタＴ１の制御入力側との間には抵抗Ｒ１が配置されており、これにより制御電圧Ｕ２を制御回路ＤＲ及び動作電圧ＶＣＣから減結合することができる。スイッチングトランジスタＴ１と動作電圧ＶＣＣとの接続部分には第１スイッチＴ２、つまり、本実施例では、動作電圧ＶＣＣをオフにできるトランジスタが配置されている。前記第１スイッチＴ２の制御入力側は、抵抗Ｒ５及びＲ６を介して、二次側からスイッチＴ２を駆動するために使用できるフォトカプラＯＫと接続されている。フォトカプラＯＫが一次側で高インピーダンスを有する場合、動作電圧ＶＣＣは抵抗Ｒ４を介して第１スイッチＴ２の制御入力側に印加される。結果として、トランジスタＴ２のエミッタ・ベース区間に電流が流れず、つまりトランジスタＴ２はオフとなる。低電圧がスイッチＴ２の制御入力側に印加された場合、スイッチＴ２はオンとなる。同様に、制御回路ＤＲがダイオードＤ１と抵抗Ｒ６を介してフォトカプラＯＫと接続されているので、前記フォトカプラは、二次側調整情報及び第１スイッチＴ２のためのターンオフ信号の両方を伝送できる。
【００１６】
二次側において、フォトカプラは、接続部３及び４を介して動作する発光ダイオードを含む。前記発光ダイオードは、トランジスタＴ３を有するトランジスタ段によって駆動される。トランジスタＴ３は、フォトカプラにおける発光ダイオードを流れる電流を制御し、二次側動作電圧ＵＢは、第２スイッチＴ４を介してフォトカプラの接続部３に印加される。トランジスタＴ３の制御入力側には、分圧器によって生じた定電圧が印加される。前記分圧器は、抵抗Ｒ９及びツェナダイオードＤ６を含み、動作中に動作電圧ＵＢがかかる。抵抗Ｒ７及びＲ８により形成された分圧器を介して、トランジスタＴ３のエミッタは、調整するべき出力電圧ＵＡにおかれる。これにより、フォトカプラＯＫの発光ダイオードを流れる電流が、トランジスタＴ３のベース・エミッタ区間を介して出力電圧ＵＡの関数として制御される。トランジスタＴ３を有する前記トランジスタ段の代わりに、調整信号を伝送するために可変ツェナダイオードも使用できる。
【００１７】
第２スイッチＴ４は、抵抗Ｒ１１及びＲ１２を有するトランジスタ段Ｔ５を介して、デジタル回路からの制御信号ＵＳによりオン・オフされる。制御信号ＵＳが「零」の場合、トランジスタＴ５はオフであり、つまりトランジスタＴ４もまたオフである。なぜなら、この場合、トランジスタＴ４の制御入力側は抵抗Ｒ１０を介して高電位にあるからである。
【００１８】
スイッチＴ４がオフの場合、トランジスタＴ３を有するトランジスタ段にも、フォトカプラＯＫにおける発光ダイオードにも電流が流れていない。すなわち、フォトカプラＯＫの光抵抗も高いので、前述の通り、第１スイッチＴ２も同様にオフである。この場合、ダイオードＤ１に電流が流れないので、制御回路ＤＲもオフに切り替わる。
【００１９】
フォトカプラＯＫを介した調整伝送は、次のように行われる。つまり、出力電圧ＵＡが高すぎる場合、フォトカプラＯＫの出力側である接続部１及び２は、比較的高いインピーダンスを有し、出力電圧ＵＡが低すぎる場合、前記出力側は、比較的低いインピーダンスを有するように行われる。スイッチングトランジスタとして使用されたＭＯＳＦＥＴは、約２Ｖ以下の制御電圧Ｕ２においてオフになる。同様に、制御回路ＤＲは、ダイオードＤ１により動作電圧ＶＣＣから減結合される。制御信号ＵＳが零の場合、トランジスタＴ３，Ｔ４及びＴ５を有する二次側スイッチング段にも、トランジスタＴ１及びＴ２にも、そして一次側制御回路ＤＲにも電流は流れない。スイッチドモード電源がオフ状態にあることは、始動回路Ａのみが非常に小さい電力を消費することを意味する。
【００２０】
フォトカプラＯＫの接続部２は、ダイオードＤ４を介して帰線負巻線Ｗ２ｂと接続される。これにより、オンになった時スイッチドモード電源は滑らかに始動できる。スイッチドモード電源の始動相において、スイッチングトランジスタＴ１のターンオフ相中に巻線Ｗ２ｂにかかる負電圧は、依然としてなお比較的低い。そのため、フォトカプラＯＫを介して伝送される調整信号は減衰する。通常動作においてのみ、帰線負電圧が巻線Ｗ２ｂに生じ、コンデンサＣ２が相応の負電圧に充電されると、調整信号は、制御回路ＤＲに対して最大の活性状態となる。
【００２１】
前記形式のスイッチドモード電源は、とりわけ一般消費者用電子機器に使用され、スタンドバイ動作において電力消費を非常に低く保つことができる。前記機器において、フライバックコンバータは電源ユニットとして広く使用されるが、本発明もまた、他の形式のスイッチドモード電源に対して使用できる。しかしながら、スイッチドモード電源をオンにするため、第２動作電圧ＵＢは常に存在しなければならない。前記動作電圧は、例えば第２電源ユニット、蓄電池または充電池により供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、一次側の回路構成及び二次側の回路構成を備える、本発明によるスイッチドモード電源を示す。
【符号の説明】
１，２，３，４  接続部、  Ａ  始動回路、  Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  コンデンサ、  Ｄ１，Ｄ２，Ｄ４，Ｄ５  ダイオード、  Ｄ３，Ｄ６  ツェナダイオード、ＯＫ  フォトカプラ、  Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２  抵抗、  ＳＲ  調整段、  Ｔ１  スイッチングトランジスタ、  Ｔ２  第１スイッチ（トランジスタ）、  Ｔ３  トランジスタ、  Ｔ４  第２スイッチ（トランジスタ）、  Ｔ５  トランジスタ段（トランジスタ）、  Ｕ２  制御電圧、  ＵＡ  出力電圧、  ＵＢ  動作電圧、  ＵＳ  制御信号、  Ｗ１  一次巻線、  Ｗ２ａ  補助巻線、  Ｗ２ｂ  帰線負巻線（補助巻線）、  Ｗ３  巻線
【図１】
0004488132.tif 000002