(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスと、一次側電流供給回路と、二次側整流回路と、制御回路とを有し、
前記トランスは、互いに磁気結合された一次巻線と、電圧検出巻線と、二次巻線とを有しており、
前記一次側電流供給回路は主スイッチと、整流平滑回路とを有し、前記主スイッチは前記一次巻線に直列接続され、導通したときに前記一次巻線に電流を供給することができるようにされ、
前記主スイッチの導通／遮断によって、前記一次巻線に蓄積されたエネルギーが前記二次巻線及び前記電圧検出巻線に、一定比で分割されて伝達され、前記二次巻線の端子間及び前記電圧検出巻線の端子間に、それぞれ電圧を誘起することができるようにされ、
前記整流平滑回路は、前記電圧検出巻線の端子間に誘起された電圧を整流平滑して、前記二次巻線の端子間に誘起された電圧に応じた大きさの検出電圧を生成して、前記制御回路に出力し、
前記制御回路は、前記検出電圧を基準電圧に保つように前記主スイッチの導通状態を制御することで、前記二次巻線の端子間に誘起される電圧を一定電圧に保つようにされ、
前記二次側整流回路は、前記二次巻線の端子間に誘起された電圧を整流して平滑することで、直流電圧を得ることができるように構成された電源回路において、
サージ検出回路を更に有し、
前記主スイッチの切断時に、前記二次巻線の端子間に生じる電圧にサージ電圧が生じた場合に、
前記サージ検出回路は、前記電圧検出巻線の端子間に誘起され、サージ電圧を含む電圧を検出して前記制御回路に出力し、
前記制御回路は、前記サージ検出回路から入力された電圧が大きくなると、前記二次巻線に伝達するエネルギーを大きくして、前記二次巻線の端子間に誘起される電圧を高くするように構成されたことを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記サージ検出回路は、ダイオードと抵抗とコンデンサとを有し、
前記ダイオードのアノードは、前記電圧検出巻線の一方の端子に接続され、前記ダイオードのカソードは、前記抵抗の一端に接続され、
前記抵抗の他端は、前記コンデンサの一端に接続され、前記コンデンサの他端は、前記電圧検出巻線の他方の端子に接続されており、
前記主スイッチが導通すると、前記電圧検出巻線の一方の端子に正極性の電圧が、前記電圧検出巻線の他方の端子に負極性の電圧が、それぞれ生じ、前記電圧検出巻線に流れる電流が、前記ダイオードに供給されるようにされ、
前記ダイオードは、前記電圧検出巻線に流れる電流を整流し、
前記抵抗と前記コンデンサは、前記電圧検出巻線に流れる電流を平滑化して、前記電圧検出巻線に誘起された電圧を検出するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項３】
前記制御回路は、誤差アンプと、スイッチング制御回路とを有し、
前記誤差アンプは、分圧された前記検出電圧と、基準電圧とを比較して誤差信号を出力し、
前記スイッチング制御回路は、前記誤差信号に基づいて、前記基準電圧に、前記分圧された検出電圧が一致するように前記主スイッチの導通／遮断を制御するように構成されており、
前記基準電圧は、一定電圧に、前記電圧検出巻線の端子間に誘起された電圧に応じた電圧が重畳されて生成されていることを特徴とする請求項２記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源回路に関し、特に、一次側と絶縁された二次側の電圧を間接的に検出することで、出力電圧を一定に保つように構成された電源回路の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電源は電子装置にとって欠かせない回路であり、電源装置として電子装置とは独立して設置される他、電子装置中に組み込まれたり、プリント基板上の一部分に他の回路と共存した状態で設けられる等、供給すべき電力量に応じて多種多様な設置方式を選択できるようになっている。
【０００３】
図２の符号１０１に示したものは、３６〜７２Ｖ程度の直流電圧を降圧させ、２．５Ｖの直流電圧を生成する電源回路であって、一次側電流供給回路１０２と、二次側整流回路１０３と、トランス１０４と、ＰＷＭ制御回路１０５と、電圧制御部１０６とを有している。
【０００４】
トランス１０４は、一次巻線１４１と、二次巻線１４３とゲート駆動巻線１４４とを有している。
一次側電流供給回路１０２は、平滑回路１１１と、スナバ回路１１２と、ｎチャネルＭＯＳトランジスタからなるスイッチトランジスタ１１３とを有している。
【０００５】
スイッチトランジスタ１１３のドレインは一次巻線１４１の一方の端子Ｂに接続され、ソースは平滑回路１１１を介して一方の入力端子１６２に接続されており、一次巻線１４１の他方の端子Ａは、スナバ回路１１２と平滑回路１１１を介して他方の入力端子１６１に接続されている。そして、入力端子１６１、１６２間に直流電圧が印加され、スイッチトランジスタ１１３がオンすると、一次巻線１４１に電流を供給できるようにされている。
【０００６】
スイッチトランジスタ１１３のゲートには、ＰＷＭ制御回路１０５が接続されており、ゲートに矩形波信号を出力することで、スイッチトランジスタ１１３のオン／オフの切替えを制御でき、スイッチトランジスタ１１３がオンしている時間(以下でオン時間と称する)とオフしている時間(以下でオフ時間と称する)との比を調整することにより、スイッチトランジスタ１１３に流れる電流量を調整できるようにされている。
【０００７】
トランス１０４の一次巻線１４１と、二次巻線１４３とは絶縁されているが磁気結合されており、一次巻線１４１に電流が流れて起電力が一次巻線１４１に発生すると、二次巻線１４３に誘導起電力を誘起できるようにされている。
【０００８】
このとき、一次巻線１４１に起電力が発生して、一次巻線１４１の一方の端子Ａに正極性の電圧が、他方の端子Ｂに負極性の電圧が発生すると、二次巻線１４３の接地電位側にある一方の端子Ｇには正極性の電圧が、他方の端子Ｆには負極性の電圧が、それぞれ発生する。
【０００９】
二次側整流回路１０３は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタからなる整流トランジスタ１２１と、スナバ回路１２２と、平滑回路１２３とを有している。整流トランジスタ１２１のソースは二次巻線１４３の一方の端子Ｆに接続され、ドレインは平滑回路１２３を介して出力端子１６３に接続されており、二次巻線１４３の他方の端子Ｇは平滑回路１２３を介して出力端子１６４に接続されている。そして、二次巻線１４３の端子Ｆ、Ｇ間に電圧が発生して整流トランジスタ１２１がオンすると、出力端子１６３、１６４を介して、図示しない負荷に電流を供給できるようにされている。
【００１０】
上記の電源回路１０１で、一定の直流電圧を負荷に出力する動作について以下で説明する。予め入力端子１６１、１６２間には３６〜７２Ｖ程度の直流電圧が印加され、平滑回路１２３内のコンデンサ１２４は、電源投入時に流れる微小電流によって充電されており、コンデンサ１２４の両極間には電位差が生じているものとする。
【００１１】
スイッチトランジスタ１１３がオフした状態から、スイッチトランジスタ１１３がオンすると、一次巻線１４１に電流が流れ、一次巻線１４１には起電力が発生し、二次巻線１４３に誘導起電力が誘起される。
【００１２】
このとき、一次巻線１４１の端子Ａ、Ｂには、それぞれ正極性、負極性の電圧が発生するので、二次巻線１４３の端子Ｇには正極性の電圧が、二次巻線１４３の端子Ｆには負極性の電圧が、それぞれ生じ、端子Ｆに接続された整流トランジスタ１２１のソースには、端子Ｇよりも低い電圧が印加される。
【００１３】
一方、整流トランジスタ１２１のドレインは、平滑回路１２３内のコンデンサ１２４を介して端子Ｇに接続されており、端子Ｇとの間に電位差が生じているので、整流トランジスタ１２１のドレインの電位は端子Ｇの電位よりも高くなる。
【００１４】
すると、整流トランジスタ１２１のドレインの電位がソースの電位よりも高くなるので整流トランジスタ１２１には順バイアスが印加された状態になるが、整流トランジスタ１２１のゲート電位を規定する端子Ｅの電位は、整流トランジスタ１２１のソース電位を規定する端子Ｆの電位よりも低くなるので、整流トランジスタ１２１はオフしている。
【００１５】
従って、二次巻線１４３から整流トランジスタ１２１を介して出力端子１６３へと電流は流れず、平滑回路１２３内のコンデンサ１２４から放電がなされ、放電電圧が出力端子１６３、１６４から負荷へと出力される。
【００１６】
その後オン状態にあったスイッチトランジスタ１１３がオフ状態に切り替わると、一次巻線１４１には、スイッチトランジスタ１１３がオンしていたときに発生していた起電力と逆極性の起電力が発生し、二次巻線１４３、ゲート駆動巻線１４４のそれぞれに、スイッチトランジスタ１１３がオンしていたときと逆極性の電圧が発生する。
【００１７】
すると、スイッチトランジスタ１１３がオン状態にあったときと逆のバイアスが整流トランジスタ１２１に印加され、整流トランジスタ１２１内部の寄生ダイオードが順バイアスされる。他方、整流トランジスタ１２１のゲートの電位を規定する端子Ｅの電位は、整流トランジスタ１２１のソースの電位を規定するゲート駆動巻線１４４の端子Ｆの電位よりも高くなる。従ってこのとき、ゲートには正電圧が印加され、整流トランジスタ１２１は逆向きにオンできるようになり、整流トランジスタ１２１はいわゆる第三象限動作をし、寄生ダイオードには電流が流れず、ダイオードを整流素子として用いた場合よりも小さい電圧降下で、電流を流すことができる。
【００１８】
整流トランジスタ１２１が逆向きにオンすると、二次巻線１４３から、整流トランジスタ１２１を介して平滑回路１２３に電流が流れ込み、平滑回路１２３内のコンデンサに充電しながら、出力端子１６３、１６４から負荷へと電力を供給する。
【００１９】
このように、スイッチトランジスタ１１３のオン状態とオフ状態とを繰り返し切り替え、平滑回路１２３への充放電を繰り返すことにより、出力端子１６３、１６４から負荷へと電圧を印加することができる。
【００２０】
上記した電源回路１０１においては、二次側の出力電圧を、二次側と絶縁された一次側で間接的に検出し、出力電圧が一定電圧になるようにスイッチトランジスタ１１３のオン状態とオフ状態との切替え制御をするが、そのため一次側電流供給回路１０２は、電圧検出巻線１４２と電圧検出部１１４とを有しており、ＰＷＭ制御回路１０５に接続された電圧制御部１０６を有している。
【００２１】
電圧検出巻線１４２は、一次巻線１４１及び二次巻線１４３と磁気結合されるように配置され、二次巻線１４３に誘導起電力が生じるとともに、電圧検出巻線１４２にも誘導起電力が生じるようにされ、二次巻線１４３と磁気結合された電圧検出巻線１４２の端子Ｃ、Ｄ間に、二次巻線１４３に誘起された電圧に応じた大きさの電圧が発生するようにされている。
【００２２】
このとき、二次巻線１４３の一方の端子Ｇに正極性の電圧が、他方の端子Ｆに負極性の電圧が発生すると、電圧検出巻線１４２の接地電位側にある一方の端子Ｄには正極性の電圧が、他方の端子Ｃには負極性の電圧が、それぞれ発生するようにされている。
【００２３】
電圧検出部１１４は、抵抗１１５，１１７とコンデンサ１１６，１１８と、ダイオード１１９とを有しており、抵抗１１５、１１７と、コンデンサ１１６，１１８とがそれぞれローパスフィルタを構成しており、抵抗１１５とコンデンサ１１６とからなる前段のローパスフィルタが電圧検出巻線１４２の端子Ｃ，Ｄと接続されている。
【００２４】
前段のローパスフィルタの出力にはダイオード１１９のアノードが接続され、カソードには、抵抗１１７、コンデンサ１１８とからなる後段のローパスフィルタの入力が接続されている。後段のローパスフィルタの出力は電圧制御部１０６へと接続されており、電圧検出巻線１４２の端子Ｃ、Ｄ間の電圧を前段のローパスフィルタで高帯域成分を除去し、ダイオード１１９で整流し、後段のローパスフィルタで更に高帯域成分を除去することにより、電圧検出巻線１４２の端子Ｃ、Ｄ間の電圧を整流、平滑化して、電圧制御部１０６に出力できるようにされている。
【００２５】
電圧制御部１０６は、誤差アンプ１５０と、抵抗器１５１〜１５４とを有している。抵抗器１５１、１５２は、図示しない回路から供給される所定の一定電圧Ｖrefと、接地電位との間に順次直列接続されており、抵抗器１５１、１５２の接続点は誤差アンプ１５０の反転入力端子(−)に接続されている。他方、抵抗器１５３、１５４は電圧検出部１１４の出力と接地電位との間に直列接続されており、抵抗器１５３、１５４の接続点は誤差アンプ１５０の非反転入力端子(＋)に接続されている。
【００２６】
そして、電圧検出部１１４から入力された直流電圧を、抵抗器１５３、１５４の抵抗比で分圧した電圧(以下で検出電圧と称する)が、誤差アンプ１５０の非反転入力端子(＋)に入力されるようにされている。他方、誤差アンプ１５０の反転入力端子(−)には、直列接続された抵抗器１５１、１５２の抵抗比で、一定電圧Ｖrefを分圧した電圧(以下で基準電圧と称する)が入力されている。
【００２７】
誤差アンプ１５０は、検出電圧と基準電圧とに基づいてＰＷＭ制御回路１０５の制御をし、検出電圧が基準電圧よりも低ければ、スイッチトランジスタ１１３のオン時間を長くし、検出電圧が基準電圧よりも高ければ、スイッチトランジスタ１１３のオン時間を短くするようにＰＷＭ制御回路１０５を制御している。
【００２８】
オン時間をオフ時間に比して長くすると、一次巻線１４１に流れる電流量が増え、一次巻線１４１に蓄積されるエネルギーが増大して、二次巻線１４３及び電圧検出巻線１４２に伝達される。すると電圧検出巻線１４２に流れる電流量が増え、電圧検出巻線１４２の端子Ｃ、Ｄ間の電圧が上昇して、検出電圧が上昇する。逆に、オン時間をオフ時間に比して短くすると、検出電圧は低下する。そして、検出電圧は、基準電圧に一致するように動作している。
【００２９】
検出電圧が基準電圧に一致すると、電圧検出巻線１４２の端子Ｃ，Ｄ間の電圧が一定になる。また、電圧検出巻線１４２の端子Ｃ、Ｄ間の電圧と、二次巻線１４３の端子Ｆ、Ｇ間の電圧との比は、二次巻線１４３と電圧検出巻線１４２との巻数比によって一定に定まっているので、検出電圧が基準電圧に一致した状態では、二次巻線１４３の端子Ｆ、Ｇ間の電圧が一定値になる。理想的な場合には、二次巻線４３の端子Ｆ、Ｇ間の電圧と、出力電圧は等しくなるので、出力電圧も一定値になる。
【００３０】
従って、予め基準電圧を適当に設定することで、入力端子１６１、１６２間に入力された直流電圧から、一定の直流電圧を得ることができる。ここでは、２．５Ｖの直流電圧を得ることができる。
【００３１】
しかしながら、負荷に流れる電流が大きい場合には、スイッチトランジスタ１１３がオフし、それに伴って整流トランジスタ１２１がオンする時に、図３(ａ)に示すように、電圧検出巻線１４２のＣ、Ｄ間の電圧Ｖ1に、二次側整流回路１０３内の寄生容量や寄生インダクタンスが原因となるスパイク状のサージ電圧Δｓが生じてしまい、二次側整流回路１０３内で、サージ電圧Δｓの大きさに応じたエネルギーの損失が生じてしまう。
【００３２】
他方、電圧検出部１１４は電圧検出巻線１４２のＣ、Ｄ間の電圧Ｖ1を平滑化して、図３(ｂ)に示すように、サージ電圧Δｓが除去された電圧Ｖ2を生成し、電圧制御部１０６は、サージ電圧Δｓが除去された電圧Ｖ2から検出電圧を生成し、その検出電圧が基準電圧と一致するように制御していたので、電圧制御部１０６は、サージ電圧Δｓ分のエネルギーの損失を認識することができない。
【００３３】
従って、一次巻線１４１から二次巻線１４３へは、サージ電圧Δｓが生じない理想的な場合に必要なエネルギーしか供給されないが、二次側整流回路１０３から出力される出力電圧は、サージ電圧Δｓによるエネルギーの損失分だけ低下してしまうという問題が生じていた。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、特に、一次側と絶縁された二次側の電圧を間接的に検出することで、出力電圧を一定に保つように構成された電源回路において、一定の出力電圧を出力することができる電源回路を提供することにある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、トランスと、一次側電流供給回路と、二次側整流回路と、制御回路とを有し、前記トランスは、互いに磁気結合された一次巻線と、電圧検出巻線と、二次巻線とを有しており、前記一次側電流供給回路は主スイッチと、整流平滑回路とを有し、前記主スイッチは前記一次巻線に直列接続され、導通したときに前記一次巻線に電流を供給することができるようにされ、前記主スイッチの導通／遮断によって、前記一次巻線に蓄積されたエネルギーが前記二次巻線及び前記電圧検出巻線に、一定比で分割されて伝達され、前記二次巻線の端子間及び前記電圧検出巻線の端子間に、それぞれ電圧を誘起することができるようにされ、前記整流平滑回路は、前記電圧検出巻線の端子間に誘起された電圧を整流平滑して、前記二次巻線の端子間に誘起された電圧に応じた大きさの検出電圧を生成して、前記制御回路に出力し、前記制御回路は、前記検出電圧を基準電圧に保つように前記主スイッチの導通状態を制御することで、前記二次巻線の端子間に誘起される電圧を一定電圧に保つようにされ、前記二次側整流回路は、前記二次巻線の端子間に誘起された電圧を整流して平滑することで、直流電圧を得ることができるように構成された電源回路において、サージ検出回路を更に有し、前記主スイッチの切断時に、前記二次巻線の端子間に生じる電圧にサージ電圧が生じた場合に、前記サージ検出回路は、前記電圧検出巻線の端子間に誘起され、サージ電圧を含む電圧を検出して前記制御回路に出力し、前記制御回路は、前記サージ検出回路から入力された電圧が大きくなると、前記二次巻線に伝達するエネルギーを大きくして、前記二次巻線の端子間に誘起される電圧を高くするように構成されている。
【００３６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電源回路であって、前記サージ検出回路は、ダイオードと抵抗とコンデンサとを有し、前記ダイオードのアノードは、前記電圧検出巻線の一方の端子に接続され、前記ダイオードのカソードは、前記抵抗の一端に接続され、前記抵抗の他端は、前記コンデンサの一端に接続され、前記コンデンサの他端は、前記電圧検出巻線の他方の端子に接続されており、前記主スイッチが導通すると、前記電圧検出巻線の一方の端子に正極性の電圧が、前記電圧検出巻線の他方の端子に負極性の電圧が、それぞれ生じ、前記電圧検出巻線に流れる電流が、前記ダイオードに供給されるようにされ、前記ダイオードは、前記電圧検出巻線に流れる電流を整流し、前記抵抗と前記コンデンサは、前記電圧検出巻線に流れる電流を平滑化して、前記電圧検出巻線に誘起された電圧を検出するように構成されている。
【００３７】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の電源回路であって、前記制御回路は、誤差アンプと、スイッチング制御回路とを有し、前記誤差アンプは、分圧された検出電圧と、基準電圧が入力されると、前記分圧された検出電圧と、前記基準電圧とを比較して誤差信号を出力し、前記スイッチング制御回路は、前記誤差信号に基づいて、前記基準電圧に、前記分圧された検出電圧が一致するように前記主スイッチの導通／遮断を制御するように構成されており、前記基準電圧は、一定電圧に、前記電圧検出巻線の端子間に誘起された電圧に応じた電圧が重畳されて生成されている。
【００３８】
本発明の電源回路で、負荷に流れる電流が大きくなると、二次側整流回路内の整流素子が導通するときに、二次巻線の端子間の電圧にサージ電圧が生じるとともに、電圧検出巻線の端子間の電圧にもサージ電圧が生じる。
【００３９】
サージ検出回路は、電圧検出巻線の端子間に誘起された、サージ電圧を含む電圧を検出して、制御回路に出力しており、制御回路が、サージ検出回路から入力された電圧が大きくなると、二次巻線に伝達するエネルギーを大きくしている。
【００４０】
このため、二次側整流回路内で、サージ電圧が原因となるエネルギーの損失が生じても、その損失分を補償するように、二次巻線に伝達するエネルギーを大きくして、二次巻線の端子間に生じる電圧を高くすることにより、出力電圧が低下しないようにし、一定の出力電圧を得ることが可能になる。
【００４１】
なお、本発明において、サージ電圧はスパイク状の電圧波形を有し、電圧のピーク値が大きく、発生期間が短いので、電圧のピーク値や発生期間を確実に検出することが困難であって、サージ電圧によるエネルギーの損失分を確実に求めることができないというおそれがあったが、本発明では、サージ検出回路内の抵抗とコンデンサで、サージ電圧を含む電圧を平滑化して電圧波形をなまらせることで、サージ電圧を確実に検出することができる。
【００４２】
また、本発明において、制御回路が、誤差アンプと、スイッチング制御回路とを有しており、分圧された検出電圧と、基準電圧とを比較し、分圧された検出電圧が基準電圧に一致するように制御回路が動作することで、出力電圧が一定電圧に保たれるように動作するという回路構成をとった場合に、基準電圧は、一定電圧に、二次巻線の端子間に誘起される電圧に応じた大きさの電圧が重畳されるようにしている。
【００４３】
基準電圧と検出電圧とが一致し、出力電圧が一定である定常状態において、二次側整流回路内の整流素子が導通するときにサージ電圧が生じると、サージ電圧が発生する期間は、二次巻線の端子間に誘起される電圧に誘起される電圧が増大するので、基準電圧は上昇し、分圧された検出電圧よりも高くなる。
【００４４】
すると、誤差アンプは、基準電圧に、分圧された検出電圧が一致するようにスイッチング制御回路を制御するので、主スイッチの導通期間が長くなって一次巻線に流れる電流が大きくなり、一次巻線から二次巻線に伝達するエネルギーが大きくなる。
【００４５】
このため、二次側整流回路内で、サージ電圧が原因となるエネルギーの損失分を補償するように、二次巻線に伝達するエネルギーを大きくすることにより、負荷に流れる電流の大小によらず、出力電圧を一定に保つようにすることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【００４７】
図１の符号１は、本発明の実施形態に係る電源回路である。この電源回路１は、３６〜７２Ｖ程度の直流電圧を降圧させ、２．５Ｖの直流電圧を生成させる電源回路であって、一次側電流供給回路２と、二次側整流回路３と、トランス４と、ＰＷＭ制御回路５と、電圧制御部６とを有している。
【００４８】
トランス４は、一次側には一次巻線４１を、二次側には二次巻線４３とゲート駆動巻線４４とを、それぞれ有している。
一次側電流供給回路２は、平滑回路１１と、スナバ回路１２と、ｎチャネルＭＯＳトランジスタからなるスイッチトランジスタ１３と、サージ検出回路７０とを有している。
【００４９】
スイッチトランジスタ１３のドレインは一次巻線４１の一方の端子ｂに接続されている。他方、スイッチトランジスタ１３のソースは平滑回路１１を介して一方の入力端子６２に接続されている。そして、一次巻線４１の他方の端子ａはスナバ回路１２と平滑回路１１を介して他方の入力端子６１に接続されており、入力端子６１、６２間に直流電圧が印加され、スイッチトランジスタ１３がオンしたときに、一次巻線４１に電流を供給できるようにされている。
【００５０】
トランス４の一次巻線４１と二次巻線４３とは絶縁されているが、磁気結合されており、一次巻線４１に電流が流れて起電力が一次巻線４１に発生すると、二次巻線４３に誘導起電力を誘起できるように構成されている。
【００５１】
このとき、一次巻線４１に起電力が発生して、一次巻線４１の一方の端子ａに正極性の電圧が、他方の端子ｂに負極性の電圧が発生すると、二次巻線４３の接地電位側にある一方の端子ｇには正極性の電圧が、他方の端子ｆには負極性の電圧が、それぞれ発生するようにされている。
【００５２】
スイッチトランジスタ１３のゲートには、ＰＷＭ制御回路５が接続されており、ゲートに矩形波信号を出力することで、スイッチトランジスタ１３のオン／オフの切替えを制御でき、スイッチトランジスタ１３のオン時間とオフ時間との比を調整することにより、スイッチトランジスタ１３に流れる電流量を調整できるようにされている。
【００５３】
二次側整流回路３は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタからなる整流トランジスタ２１と、スナバ回路２２と、平滑回路２３とを有している。整流トランジスタ２１のソースは二次巻線４３の一方の端子ｆに、ドレインは平滑回路２３を介して出力端子６３に、それぞれ接続されており、二次巻線４３の他方の端子ｇは平滑回路２３を介して出力端子６４に接続されている。そして、二次巻線４３の端子ｆ、ｇ間に電圧が発生し、整流トランジスタ２１がオンすると、出力端子６３、６４を介して、図示しない負荷に電流を供給できるようにされている。
【００５４】
上記の電源回路１で、負荷に一定電圧を印加する動作について以下で説明する。まず、負荷に流れる電流が小さい場合について説明する。予め入力端子６１、６２間には３６〜７２Ｖ程度の直流電圧が印加されており、平滑回路２３内のコンデンサ２４は、電源投入時に流れる微小電流によって充電されており、コンデンサ２４の両極間には電位差が生じているものとする。
【００５５】
スイッチトランジスタ１３がオフした状態から、スイッチトランジスタ１３がオンすると、一次巻線４１に電流が流れ、一次巻線４１には起電力が発生し、二次巻線４３に誘導起電力が発生する。
【００５６】
このとき、一次巻線４１の端子ａ，ｂには、正極性、負極性の電圧がそれぞれ発生するので、二次巻線４３の一方の端子ｇには正極性の電圧が、他方の端子ｆには負極性の電圧が、それぞれ発生し、端子ｆに接続された整流トランジスタ２１のソースには、端子ｇよりも低い電圧が印加される。
【００５７】
一方、整流トランジスタ２１のドレインは、平滑回路２３内のコンデンサ２４を介して端子ｇに接続されており、コンデンサ２４の両端の電位差により、整流トランジスタ２１のドレインの電位は端子ｇの電位よりも高くなる。
【００５８】
このため、整流トランジスタ２１のドレインの電位はソースの電位よりも高くなるので整流トランジスタ２１には順バイアスが印加された状態になるが、整流トランジスタ２１のゲート電位を規定する端子ｅの電位は、整流トランジスタ２１のソース電位を規定する端子ｆの電位よりも低いので、整流トランジスタ２１はオフしている。
【００５９】
従って、二次巻線４３から整流トランジスタ２１を介して出力端子６３に電流は流れず、平滑回路２３内のコンデンサ２４から放電がなされ、放電電圧が出力端子６３、６４から負荷へと出力される。
【００６０】
その後オン状態にあったスイッチトランジスタ１３がオフ状態に切り替わると、一次巻線４１には、スイッチトランジスタ１３がオンしていたときに発生していた起電力と逆極性の起電力が発生し、二次巻線４３、ゲート駆動巻線４４には、スイッチトランジスタ１３がオンしていたときと逆極性の電圧が発生する。
【００６１】
すると、スイッチトランジスタ１３がオン状態にあったときと逆のバイアスが整流トランジスタ２１に印加され、整流トランジスタ２１内部の寄生ダイオードが順バイアスされる。
【００６２】
他方、整流トランジスタ２１のゲートの電位を規定する端子ｅの電位は、整流トランジスタ２１のソースの電位を規定するゲート駆動巻線４４の端子ｆの電位よりも高くなるので、ゲートには正電圧が印加され、整流トランジスタ２１は逆向きにオンできるようになり、整流トランジスタ２１はいわゆる第三象限動作をし、寄生ダイオードには電流が流れず、ダイオードを整流素子として用いた場合よりも小さい電圧降下で、電流を流すことができる。
【００６３】
整流トランジスタ２１が逆向きにオンすると、二次巻線４３から整流トランジスタ２１を介して平滑回路２３に電流が流れ込み、平滑回路２３内のコンデンサ２４に充電しつつ、出力端子６３、６４から負荷へと電流を供給する。
【００６４】
このように、スイッチトランジスタ１３のオン状態とオフ状態とを繰り返し切り替え、平滑回路２３への充放電を繰り返すことにより、出力端子６３、６４から負荷へと電圧を印加することができる。
【００６５】
上記した電源回路１においては、二次側での出力電圧を、二次側と絶縁された一次側で間接的に検出し、出力電圧が一定電圧になるようにスイッチトランジスタ１３のオン状態とオフ状態との切替え制御をするが、そのため、一次側電流供給回路２は、電圧検出巻線４２と電圧検出部１４とを有しており、ＰＷＭ制御回路５に接続された電圧制御部６を有している。
【００６６】
電圧検出巻線４２は、一次巻線４１及び二次巻線４３と磁気結合されるように配置されており、二次巻線４３に誘導起電力が生じるとともに、電圧検出巻線４２にも誘導起電力が生じるようにされ、二次巻線４３と磁気結合された電圧検出巻線４２の端子ｃ、ｄ間に、二次巻線４３に誘起された電圧に応じた大きさの電圧が発生するようにされている。
このとき、二次巻線４３の一方の端子ｇに正極性の電圧が、他方の端子ｆに負極性の電圧が発生すると、電圧検出巻線４２の接地電位側にある一方の端子ｄには正極性の電圧が、他方の端子ｃには負極性の電圧が、それぞれ誘起されるようにされている。
【００６７】
電圧検出部１４は、抵抗１５，１７とコンデンサ１６，１８と、ダイオード１９とを有しており、抵抗１５、１７と、コンデンサ１６，１８とがそれぞれローパスフィルタを構成している。そして抵抗１５とコンデンサ１６とからなる前段のローパスフィルタが電圧検出巻線４２の端子ｃ、ｄと接続されている。
【００６８】
前段のローパスフィルタの出力にはダイオード１９のアノードが接続され、カソードには、抵抗１７、コンデンサ１８とからなる後段のローパスフィルタの入力が接続されている。
【００６９】
後段のローパスフィルタの出力は電圧制御部６へと接続されており、電圧検出巻線４２の端子Ｃ、Ｄ間の電圧を前段のローパスフィルタで高帯域成分を除去し、ダイオード１９で整流し、後段のローパスフィルタで更に高帯域成分を除去することにより、電圧検出巻線４２の端子Ｃ、Ｄ間の電圧を整流、平滑化して、電圧制御部６に出力できるようにされている。
【００７０】
電圧制御部６は、誤差アンプ５０と、抵抗器５１〜５４とを有している。抵抗器５１、５２は、図示しない回路から供給されている一定電圧Ｖrefと接地電位との間に順次直列接続されており、抵抗器５１、５２の接続点は誤差アンプ５０の反転入力端子(−)に接続されている。他方、抵抗器５３、５４はスイッチトランジスタ１３のソースと接地電位との間に直列接続されており、抵抗器５３、５４の接続点は誤差アンプ５０の非反転入力端子(＋)に接続されている。
【００７１】
そして、電圧検出部１４から入力された直流電圧を、抵抗器５３、５４の抵抗比で分圧した電圧(以下で検出電圧と称する)が、誤差アンプ５０の非反転入力端子(＋)に入力されるようにされている。他方、誤差アンプ５０の反転入力端子(−)には、直列接続された抵抗器５１、５２の抵抗比で、一定電圧Ｖrefを分圧した電圧(以下で基準電圧と称する)が入力されている。
【００７２】
誤差アンプ５０は、不図示の回路から供給される補助電源電圧Ｖｃによって動作し、検出電圧と基準電圧とを比較して、誤差信号を生成してＰＷＭ制御回路５に出力している。
【００７３】
ＰＷＭ制御回路５は、誤差信号に基づいてスイッチトランジスタ１３のオン／オフの制御をし、検出電圧が基準電圧よりも低ければ、スイッチトランジスタ１３のオン時間を長くし、検出電圧が基準電圧よりも高ければ、スイッチトランジスタ１３のオン時間を短くしている。
【００７４】
オン時間をオフ時間に比して長くすると、一次巻線４１に流れる電流量が増え、一次巻線４１に蓄積されるエネルギーが増大して、二次巻線４３及び電圧検出巻線４２に伝達される。すると電圧検出巻線４２に流れる電流量が増え、電圧検出巻線４２の端子ｃ、ｄ間の電圧が上昇し、この電圧を分圧して得られる検出電圧が上昇する。逆にオン時間をオフ時間に比して短くすると、検出電圧は低下する。こうして検出電圧は、基準電圧に一致するように動作している。
【００７５】
検出電圧が基準電圧に一致すると、電圧検出巻線４２の端子ｃ，ｄ間の電圧が一定になる。また、電圧検出巻線４２の端子ｃ、ｄ間の電圧と、二次巻線４３の端子ｆ、ｇ間の電圧との比は、二次巻線４３と電圧検出巻線４２との巻数比によって一定に定まっているので、検出電圧が基準電圧に一致した状態では、二次巻線４３の端子ｆ、ｇ間の電圧が一定になる。理想的な場合には、二次巻線４３の端子ｆ、ｇ間の電圧と、出力電圧は等しくなるので、出力電圧も一定になる。
【００７６】
従って、予め基準電圧を適当に設定しておけば、入力端子６１、６２間に入力された直流電圧から、一定の出力電圧を得ることができる。ここでは、２．５Ｖの出力電圧を得ることができる。
【００７７】
しかしながら、負荷に流れる電流が大きくなると、二次巻線４３の端子ｆ、ｇ間の電圧には、サージ電圧が生じるので、サージ電圧が原因となるエネルギー損失が二次側整流回路３内で生じてしまう。ところが、電圧制御部６は、サージ電圧が除去された電圧から検出電圧を生成し、その検出電圧が基準電圧と一致するように制御していたので、サージ電圧分のエネルギーの損失を認識することができない。
【００７８】
従って、一次巻線４１から二次巻線４３へは、サージ電圧が生じていない場合に必要なエネルギーしか供給されず、二次側整流回路３から出力される出力電圧は、サージ電圧によるエネルギーの損失分だけ低下してしまうという問題が生じていた。
【００７９】
この問題に対応するために本実施形態の電源回路１には、サージ検出回路７０が設けられている。このサージ検出回路７０は、ダイオード７１と、抵抗７２と、コンデンサ７３とを有している。
【００８０】
ダイオード７１のアノードは電圧検出巻線４２の一方の端子ｃに、カソードは抵抗７２の一端に、それぞれ接続されており、電圧検出巻線４２に流れる電流を整流して抵抗７２の一端へと供給できるようにされている。
【００８１】
抵抗７２の他端はコンデンサ７３の一端に接続されており、コンデンサ７３の他端は入力端子６２に接続されて接地電位に接続されている。また、補助電源電圧Ｖｃと、直列接続された抵抗５１、５２の接続点との間には、直列接続された抵抗８０、８１が配置されており、抵抗８０と抵抗８１の接続点は、抵抗７２とコンデンサ７３との接続点に接続されている。
【００８２】
そして、抵抗７２とコンデンサ７３とで平滑化された、電圧検出巻線４２の端子ｆ、ｇ間の電圧を、誤差アンプ５０の入力レベルに合うように、直列接続された抵抗８０、８１の抵抗比で分圧し、抵抗５１、５２の接続中点に重畳して、誤差アンプ５０の反転入力端子(−)に入力させることができるようにされている。
【００８３】
基準電圧と検出電圧とが一致して出力電圧が一定の状態において、二次巻線４３の端子ｆ、ｇ間にサージ電圧が生じると、電圧検出巻線４２の端子ｃ、ｄ間に、サージ電圧が誘起され、ダイオード７１を介して抵抗８０、８１の接続中点に出力され、抵抗８０，８１の抵抗比で分圧されて抵抗５１、５２の接続中点に重畳されるので、誤差アンプ５０の反転入力端子(−)の電圧すなわち基準電圧が上昇する。
【００８４】
誤差アンプ５０は、検出電圧と基準電圧とを比較して、誤差信号を生成してＰＷＭ制御回路５に出力し、ＰＷＭ制御回路５は、誤差信号に基づいてスイッチトランジスタ１３のオン／オフ動作を制御する。ここでは、サージ電圧に応じた電圧が基準電圧に重畳され、基準電圧が検出電圧より高くなるので、オン時間を長くする。
【００８５】
オン時間をオフ時間に比して長くすると、一次巻線４１に流れる電流量が増え、一次巻線４１に蓄積されるエネルギーが増大する。増大したエネルギーが二次巻線４３に伝達されると、二次巻線４３及び電圧検出巻線４２に流れる電流量が増え、二次巻線４３の端子ｆ、ｇ間の電圧と、電圧検出巻線４２の端子ｃ、ｄ間の電圧とがともに上昇し、検出電圧も上昇する。そして、検出電圧が基準電圧に一致すると安定する。
【００８６】
このように、二次巻線４３の端子ｆ、ｇ間にサージ電圧が生じて、端子ｆ、ｇ間の電圧が上昇したときには、検出電圧が基準電圧に一致するまで、一次巻線４１に蓄積されるエネルギーを増大させ、二次巻線４３に伝達されるエネルギーを大きくする。すると、二次側整流回路３内で生じる、サージ電圧Δｓによるエネルギー損失が補償されるので、負荷に流れる電流が大きいときでも、サージ電圧Δｓによるエネルギー損失によって出力電圧が低下することなく、一定の電圧値(２．５Ｖ)に保つことができる。
【００８７】
なお、サージ電圧はスパイク状の波形であって、電圧ピーク値が高く、発生期間が短いので、電圧を確実に検出することが難しいが、本実施形態では、サージ検出回路７０がコンデンサ７３を有しており、このコンデンサ７３で、サージ電圧の波形をなまらせ、スパイク状のサージ電圧のピーク値を小さくし、発生期間を長くしているので、サージ電圧を確実に検出することが可能になる。
また、本実施形態では、二次側整流回路３の整流用素子として、整流トランジスタ２１を用いているが、本発明はこれに限らず、ダイオードを用いてもよい。
【００８８】
【発明の効果】
二次巻線の端子間に生ずる電圧を電圧検出巻線で検出することで負荷に流れる電流を間接的に検出し、サージ電圧によるエネルギーの損失を補償するように出力電圧を上昇させることにより、所望の出力電圧を正しく出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電源回路の一例を示す回路図
【図２】従来の電源回路を示す回路図
【図３】(ａ)：電圧検出巻線の端子間に現れる電圧の電圧波形図
(ｂ)：電圧検出巻線の端子間に現れる電圧を平滑化した電圧の電圧波形図
【符号の説明】
１……電源回路    ２……一次側電流供給回路  ３……二次側整流回路    ４……トランス  ５……ＰＷＭ制御回路(スイッチング制御回路)    ６……電圧制御部(制御回路)  １３……スイッチトランジスタ(主スイッチ)    １４……電圧検出部(整流平滑回路)  ４１……一次巻線    ４２……電圧検出巻線    ４３……二次巻線    ４４……ゲート駆動巻線  ５０……誤差アンプ  ７０……サージ検出回路
【図１】
0004109357.tif 000002
【図２】
0004109357.tif 000003
【図３】
0004109357.tif 000004