(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置であって、
一次巻線、コア、および二次巻線を含む変圧器を含み、前記一次巻線は第１端子と第２端子を有し、前記二次巻線は第１端子と第２端子を有し、
第１トランジスタを含み、前記第１トランジスタはゲート、ソース、およびドレインを含み、前記第１トランジスタは、前記ドレインが前記一次巻線の前記第１端子に接続され、
第２トランジスタを含み、前記第２トランジスタはゲート、ソース、およびドレインを含み、前記第２トランジスタは、前記ドレインが前記第１トランジスタの前記ソースに接続され、
第１ツェナーダイオードを含み、前記第１ツェナーダイオードは陽極端子と陰極端子を含み、前記第１ツェナーダイオードの前記陽極端子は、前記一次巻線の前記第２端子に接続され、
第２ツェナーダイオードを含み、前記第２ツェナーダイオードは陽極端子と陰極端子を含み、前記第２ツェナーダイオードの前記陽極端子は、前記第１ツェナーダイオードの陰極端子に接続され、
第１ダイオードを含み、前記第１ダイオードは陽極端子と陰極端子を含み、前記第１ダイオードの前記陰極端子は前記第２ツェナーダイオードの前記陰極端子に接続され、前記第１ダイオードの前記陽極端子は、前記第１トランジスタの前記ドレインに接続され、
第１抵抗器を含み、前記第１抵抗器は第１端子と第２端子を含み、前記第１抵抗器の前記第１端子は前記第１ツェナーダイオードの前記陽極端子に接続され、前記第１抵抗器の前記第２端子は前記第１トランジスタの前記ゲートに接続され、
第２抵抗器を含み、前記第２抵抗器は第１端子と第２端子を含み、前記第２抵抗器の前記第１端子は前記第１トランジスタの前記ゲートに接続され、前記第２抵抗器の前記第２端子は前記第２トランジスタの前記ソースに接続され、
第１コンデンサを含み、前記第１コンデンサは第１端子と第２端子を含み、前記第１コンデンサの前記第１端子は前記第１トランジスタの前記ゲートに接続され、前記第１コンデンサの前記第２端子は前記第２トランジスタの前記ソースに接続され、
第３ツェナーダイオードを含み、前記第３ツェナーダイオードは陽極端子と陰極端子を含み、前記第３ツェナーダイオードの前記陽極端子は、前記第１トランジスタの前記ソースに接続され、前記第３ツェナーダイオードの前記陰極端子は、前記第１トランジスタの前記ゲートに接続され、
第２ダイオードを含み、前記第２ダイオードは陽極端子と陰極端子を含み、前記第２ダイオードの前記陽極端子は前記二次巻線の前記第１端子に接続され、
第２コンデンサを含み、前記第２コンデンサは第１端子と第２端子を含み、前記第２コンデンサの前記第１端子は前記第２ダイオードの前記陰極端子に接続され、前記第２コンデンサの前記第２端子は前記二次巻線の前記第２端子に接続され、
前記第２ダイオードの前記陰極端子からの第１入力と、前記二次巻線の前記第２端子からの第２入力とを有するセンス回路を含み、
パルス幅変調制御回路を含み、前記パルス幅変調制御装置は前記センス回路からの入力を受信し、前記パルス幅変調の前記出力は前記第２トランジスタの前記ゲートに接続されている電源装置。
【請求項２】
前記センス回路は絶縁回路によって前記パルス幅変調制御装置に接続されている、請求項１に係る電源装置。
【請求項３】
前記二次巻線から前記一次巻線への反射電圧がほぼ３００ボルトになるように調整されている巻線割合を前記一次巻線と前記二次巻線は含む、請求項１に係る電源装置。
【請求項４】
前記第１ツェナーダイオードと前記第２ツェナーダイオードはそれぞれほぼ２００ボルトの降伏電圧を有する、請求項３に係る電源装置。
【請求項５】
前記第１トランジスタは少なくとも６００ボルトのドレイン−ソース降伏電圧を有する、請求項４に係る電源装置。
【請求項６】
前記第２トランジスタは少なくとも６００ボルトのドレイン−ソース降伏電圧を有する、請求項５に係る電源装置。
【請求項７】
前記パルス幅変調制御装置と前記第２トランジスタが単一集積回路上に製作される、請求項６に係る電源装置。
【請求項８】
前記第２トランジスタのドレイン−ソース降伏電圧は６００ボルトより高い、請求項７に係る電源装置。
【請求項９】
接続のすべてが電気的接続である、請求項１に係る電源装置。
【請求項１０】
電源装置であって、
一次巻線と二次巻線を含む変圧器を含み、
前記一次巻線と並列に接続されているクランプ回路を含み、
第１トランジスタを含み、そのドレインは前記一次巻線に接続され、そのゲートは電圧分割機、コンデンサおよびツェナーダイオードの陰極端子に接続され、そのソースは前記ツェナーダイオードの陽極端子に接続され、
前記第１トランジスタの前記ソースに接続されているドレインを有する第２トランジスタを含む電源装置。
【請求項１１】
前記第１トランジスタは少なくとも６００ボルトのドレイン−ソース降伏電圧を有し、前記第２トランジスタは少なくとも６００ボルトのドレイン−ソース降伏電圧を有する、請求項１０に係る電源装置。
【請求項１２】
前記第２トランジスタのゲートと電気的に接続されているパルス幅変調制御装置をさらに含む、請求項１０に係る電源装置。
【請求項１３】
前記第２トランジスタと前記パルス幅変調制御装置が単一集積回路上に製作される、請求項１２に係る電源装置。
【請求項１４】
電源装置であって、
一次巻線と二次巻線を含む変圧器を含み、
前記一次巻線と並列に接続されているクランプ回路を含み、
第１トランジスタと第２トランジスタを含み、前記第１と第２トランジスタは継続接続であり、前記第１トランジスタは、そのドレインが前記一次巻線に接続されるように配置され、前記第２トランジスタは、そのソースが負の電源入力レールに接続されるように配置され、
ツェナーダイオードを含み、前記ツェナーダイオードは、その陰極端子が前記第１トランジスタのゲートに接続され、その陽極端子が前記第１トランジスタのソースに接続されるように配置され、
第１抵抗器と第２抵抗器を含む電圧分割機を含み、前記電圧分割機は正の電源入力レールと前記第２トランジスタのソースとの間に接続され、前記第１トランジスタのゲートは前記電圧分割機に接続され、
前記第１トランジスタのゲートと前記負の電源入力レールとの間に接続されているコンデンサを含み、
前記第２トランジスタのゲートに接続されているパルス幅変調制御装置を含む電源装置。
【請求項１５】
前記第２トランジスタと前記パルス幅変調制御装置が単一集積回路上に製作される、請求項１４に係る電源装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は電源装置の回路構成、特に低コスト、高電圧のフライバック電源装置の回路構成に関するものである。
背景技術
フライバック電源装置は先行技術のスイッチングタイプの電源装置である。それらは簡単で、効率的で、小さく、軽量で、費用効果性が良い。しかしながら高電圧においてそこに取りつけられている構成部品のコストのために、このタイプの電源装置の費用効果性を下げるかもしれない。ライン電圧が増加しているときに、費用効果性がどれほど下がるかを示すために図１が参照され、図１は先行技術の典型的な高電圧フライバック電流装置１０を示す。
交流（“ＡＣ”）の主電力またはライン電力は外部電源装置から電源装置に供給される。産業上の適用では、一般に４４０ＡＣボルト（“ＶＡＣ”）の主電源装置を利用する。この信号は全波整流器１２によって整流され、フィルタコンデンサ１４によって濾波される。この整流および濾波によって４４０ＶＡＣを名目上６２５ボルト（“ＶＤＣ”）の直流電圧に変換する。電源装置１０は、６２５ＶＤＣより十分大きな入力電圧のピークを処理するように設計されなければならない。それは、産業の主ラインにおけるライン電圧の変動および過渡現象が、最悪の場合８００ＶＤＣと同程度の最大電圧をもたらすかもしれないためである。この電圧は“入力電圧”として知られている。これらの電圧変動および過渡現象は産業においてかなり一般的なことであり、ＡＣメインによって供給される機械類のオンまたはオフの発生によって生じることが可能である。
電源装置１０はクランプ回路１６も含み、該回路はツェナーダイオード２２と２４およびダイオード２６を含む。典型的な先行技術の高電圧電源装置１０において、ツェナーダイオード２２と２４のそれぞれは一般的に２００ボルトのツェナー電圧を有する。ある電圧に対して出力変圧器１８における一次巻線１９の固有漏れインダクタンスによって生じる電圧スパイクと一次巻線の反射電圧との和を制御するためにクランプ回路１６は使用される。この反射電圧と電圧スパイクについて以下で記載されるであろう。二次巻線２０は直列の回路配置でダイオード２８とコンデンサ３０に接続される。電源装置１０の出力３１はコンデンサ３０を横切る。
出力３１はセンス回路３２に接続される。センス回路３２の出力は絶縁回路３３の入力に接続されることが可能である。出力３１がＡＣメインから隔離される必要がある場合に、絶縁回路３３は電源装置１０にのみ存在する。絶縁回路３３が存在するならば、その出力はパルス幅変調制御装置３４に接続される。絶縁回路３３が存在しないならば、センス回路３２の出力はパルス幅変調制御装置３４に接続される。パルス幅変調制御装置３４の出力は、フライバックスイッチングトランジスタ３６のゲートに接続され、そのトランジスタはｎ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。
先行技術の電源装置１０において、スイッチングトランジスタ３６は、非常に高いドレイン−ソースの降伏電圧を有すると評価されるにちがいない。それは非常に高い電圧にさらされるためである。スイッチングトランジスタ３６がオンにされるとき、ダイオード２６は逆のバイアスをかけられ、正の直流（“ＤＣ”）レールは一次巻線１９に利用され、それによってその電流を供給する。
スイッチングトランジスタ３６がオフになるとき、一次巻線１９を横切る電圧は反転し、その結果変圧器１８はその電流を二次巻線２０に送ることが可能になる。一次巻線１９の電圧のこの反転は、二次巻線２０からの反射電圧によるもので、このとき二次巻線２０を電流は流れている。これは“反射電圧”として知られている。トランジスタ３６のドレインについて、この反射電圧は入力電圧を高くする。入力電圧は以前に説明したように８００ＶＤＣぐらいまで高くなるかもしれない。反射電圧の大きさは、変圧器１８の巻線割合、つまり二次巻線２０における巻数に対する一次巻線１９における巻数の割合の調節によって制御することが可能である。一般的に巻線割合は、一次巻線１９の反射電圧が３００ＶＤＣに制限されるように選択される。
スイッチングトランジスタ３６をオフにするとき、変圧器１８におけるエネルギーの多くは二次巻線２０に送られる。しかしながら、一次巻線１９の漏れインダクタンスに保存されているエネルギーは反射電圧においてスパイクを生じ、それはダイオード２６を通ってツェナーダイオード２４と２２に送られる。一次巻線１９の漏れインダクタンスによって生じる該電圧スパイクのために、短期間一次巻線１９の電圧は３００ＶＤＣ以上に十分上昇し、それによってダイオード２６に順バイアスがかかる。一次巻線１９の漏れインダクタンスからの電圧スパイクと反射電圧との和が十分大きくなれば、ツェナーダイオード２２と２４は降伏領域に達するであろう。一般的に一次巻線１９の漏れインダクタンスによって生じる電圧スパイクは、ツェナーダイオード２２と２４が降伏領域に達するのに十分な大きさになるであろう。ツェナーダイオード２２と２４は概してそれぞれ２００ＶＤＣのツェナー電圧を有するので、一次巻線の反射電圧は４００ＶＤＣにおさめられるであろう。一次巻線１９は、その漏れインダクタンスに保存されているエネルギーを送った後、つまり電圧スパイクが安定した後、一次巻線１９を横切る電圧は二次巻線２０からの反射電圧に減少する。しかしながら一次巻線１９の漏れインダクタンスによって生じる電圧スパイクが発生する短期間、スイッチングトランジスタ３６は非常に高い電圧を持ちこたえなければならない。次に変圧器１８がそのエネルギーを二次巻線２０に送った後に、一次巻線１９の反射電圧は０に減少する。
したがってトランジスタ３６をオフにする直後に、基準点、この場合においては負の電源装置入力レールに対して、トランジスタ３６のドレインでの電圧は１２００ＶＤＣぐらいまで高くなるかもしれない。これは、記載されたように８００ＶＤＣのピーク（最悪の場合入力電圧）に達するかもしれないスイッチングトランジスタのドレインでの電圧が４００ＶＤＣ（一次巻線１９の漏れインダクタンスによって生じるクランプスパイク電圧）に加わるためである。したがって先行技術の電源装置１０において使用されているスイッチングトランジスタ３６は、適切な制御のためおよび損害を避けるために、１２００ＶＤＣより大きな１３００ＶＤＣが望ましいドレイン−ソース降伏電圧を持たなければならない。
そのような高いドレイン−ソース降伏電圧を有するＭＯＳＦＥＴは非常に高価である。例えばインターナショナル  レクティファイヤー（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）からのＩＲＦＣＧ２０は１０００ＶＤＣのドレイン−ソース降伏電圧を有する。この製品の価格は約３ドルである。比較として、同じくインターナショナル  レクティファイヤー（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）からのＩＲＦＢＣ２０のような６００ＶＤＣのドレイン−ソース降伏電圧を有するＭＯＳＦＥＴの価格は約５０セントである。したがってそのような高価なスイッチングトランジスタ３６の必要性を排除する高電圧フライバック電源装置を必要とする。本願発明に係るさまざまな実施の形態はそのような高価なスイッチングトランジスタの必要性を排除することによって該先行技術の電源装置を改良し、それによって先行技術の性能利点を維持したまま電源装置のコストを下げる。
発明の開示
本発明は、２つの低パワースイッチングトランジスタを利用する独特の回路配置によって先行技術の問題と欠点を克服する。本発明の１つの態様は、一次巻線、コアおよび二次巻線を有する変圧器を含む。先行技術で使用されている単一の非常に高いドレイン−ソース降伏電圧を有するトランジスタと置換され、また本発明の電源装置のコストを非常に下げることができる２つのトランジスタの１つは、そのドレインが一次巻線の第１端子に接続される。ツェナーダイオードはこの第１トランジスタのゲートとソースの間に接続される。先行技術で使用されている１つの非常に高いドレイン−ソース降伏電圧を有するトランジスタと置換されるトランジスタのもう１つは、ドレインが第１トランジスタのソースに接続される。
クランプ回路は、変圧器の一次巻線と並列な回路配置である。クランプ回路は、少なくとも１つの高降伏電圧ツェナーダイオードと非ツェナーダイオードを含む。変圧器が電流を二次巻線に供給するときに、一次巻線の漏れインダクタンスによって生じる電圧スパイクが少なくとも１つのツェナーダイオードによってある一定の電圧におさめられることができるように、非ツェナーダイオードは調整される。
２つの抵抗器を含む電圧分割機は、第１トランジスタのゲートに接続されている。この電圧分割機は、電源装置の始動時に第１トランジスタのゲートに電圧をかけることを援助する。さらにコンデンサは電圧分割機の抵抗器の１つと並列な回路配置で接続されている。両方のトランジスタがずっとオフであった後に、第２トランジスタはオンになるとき、第１トランジスタをオンにするために使用される電荷を該コンデンサは保存する。
パルス幅変調制御装置は、第２トランジスタのオンとオフを行う第２トランジスタのゲートに接続される。負荷のパワー要求が変化するように、パルス幅変調制御装置によって生じるパルスのデューティーサークルは変化する。パルス幅変調以外の方法は、第２トランジスタのデューティーサークルを制御するために使用されるであろう。当該方法はパルス幅固定（定期的）周波数可変制御またはパルス幅可変（定期的）周波数可変制御のような可変周波数制御を含むが、それらのみに限定されない。
本発明の望ましい実施の形態において高電圧電源装置は、一次巻線、コア、および二次巻線を含む変圧器を含む。一次巻線は第１端子および第２端子を含む。二次巻線は第１端子および第２端子を含む。ゲート、ソースおよびドレインを含む第１トランジスタはそのドレインを一次巻線の第１端子に接続する。ゲート、ソースおよびドレインを含む第２トランジスタはそのドレインを第１トランジスタのソースに接続する。
本発明の望ましい該実施の形態は第１ツェナーダイオードも含む。第１ツェナーダイオードは陽極端子と陰極端子を含む。第１ツェナーダイオードの陽極端子は、一次巻線の第２端子に接続される。さらに第２ツェナーダイオードは陽極端子と陰極端子を含み、その陽極端子は第１ツェナーダイオードの陽極端子に接続される。
本発明の望ましい該実施の形態は第１ダイオードも含む。第１ダイオードは陽極端子と陰極端子を含む。第１ダイオードの陰極端子は、第２ツェナーダイオードの陰極端子に接続される。第１ダイオードの陽極端子は、第１トランジスタのドレインに接続される。
本発明の望ましい該実施の形態は、第１端子と第２端子を含む第１抵抗器も含む。第１抵抗器の第１端子は、第１ツェナーダイオードの陽極端子に接続される。第１抵抗器の第２端子は、第１トランジスタのゲートに接続される。第１端子と第２端子を含む第２抵抗器は、その第１端子が第１トランジスタのゲートに接続され、その第２端子が第２トランジスタのソースに接続される。
本発明の望ましい該実施の形態は、第１端子と第２端子を含む第１コンデンサも含む。第１コンデンサの第１端子は第１トランジスタのゲートに接続され、第１コンデンサの第２端子は第２トランジスタのソースに接続される。陽極端子と陰極端子を含む第３ツェナーダイオードは、その陽極端子が第１トランジスタのソースに接続され、その陰極端子が第１トランジスタのゲートに接続される。
本発明の望ましい該実施の形態は、陽極端子と陰極端子を含む第２ダイオードも含む。第２ダイオードの陽極端子は二次巻線の第１端子に接続され、その陰極端子は電源装置の出力端子に接続される。本発明の望ましい該実施の形態は、第１端子と第２端子を含む第２抵抗器も含む。その第１端子は第２ダイオードの陰極端子に接続され、第２端子は二次巻線の第２端子に接続される。
本発明の望ましい該実施の形態は、第２ダイオードの陰極端子からの第１入力と二次巻線の第２端子からの第２入力とを有するセンス回路も含む。パルス幅変調制御装置はセンス回路からの入力を受信する。パルス幅変調制御装置の出力は第２トランジスタのゲートに接続される。
本発明の、上記およびその他の望ましい特徴は、さまざまな目新しい構造の項目および構成部品の組み合わせを含み、ここで添付図面に関してもっと詳細に記載され、クレイムにおいて指摘されるであろう。本発明を具体化する個々の装置は実例としてのみ示され、本発明を限定するものとして示されているのではないと理解されるであろう。当業者にとって明らかであるように、さまざまなおよび多数の実施の形態において、本発明の範囲を外れることなく本発明の原理および特徴が使用されるであろう。
【図面の簡単な説明】
添付図面について説明する。ここにおいて本発明の特徴の実例となる実施の形態が示され、それから目新しい特徴と利点が明らかになるであろう。
図１は、先行技術の高電圧フライバック電源装置の概略図である。
図２は、本発明の高電圧フライバック電源装置に係る実施の形態の概略図である。
発明を実施するための最良の形態
図２に関して、本発明の特徴を組み込んでいる高電圧フライバック電源装置１００の概略図が示される。先行技術と同様に、４４０ＶＤＣメイン入力は、ブリッジ１１２とコンデンサ１１４によって整流され、濾波される。この整流と濾波によって名目上６２５ＶＤＣの入力電圧になる。しかしながら上記で記載されたように、産業上の適用においてラインの変動と過渡現象は一般的なので、入力電圧は８００ＶＤＣぐらいまで高くなるかもしれない。電源装置１００はクランプ回路１１６を含み、それはツェナーダイオード１２２と１２４およびダイオード１２６を含む。望ましい実施の形態において、ツェナーダイオード１２２と１２４はそれぞれ概して２００ボルトのツェナー電圧を有する。クランプ回路１１６は、ある一定の電圧に対して出力電圧器１１８における一次巻線１１９の固有漏れインダクタンスによって生じる電圧スパイクと一次巻線の反射電圧との和を制限するために使用される。該反射電圧と電圧スパイクは以下で記載されるであろう。二次巻線１２０は、ダイオード１２８とコンデンサ１３０に直列の回路配置で接続される。電源装置１００の出力１３１はコンデンサ１３０を横切る。
出力１３１はセンス回路１３２に接続される。センス回路１３２の出力は、絶縁回路１３３の入力に接続されることが可能である。出力１３１をＡＣメインから絶縁させることが必要な場合、絶縁回路１３３は電源装置１００においてのみ存在する。絶縁回路１３３が存在するならば、その出力はパルス幅変調制御装置１３４に接続される。絶縁回路１３３が存在しないならば、センス回路１３２の出力はパルス幅変調制御装置１３４に接続される。パルス幅変調装置１３４の出力はトランジスタ１５０のゲートに接続され、該トランジスタはｎ型ＭＯＳＦＥＴである。トランジスタ１５０は、同じくｎ型ＭＯＳＦＥＴであるトランジスタ１５５に接続され、トランジスタ１５０のドレインはトランジスタ１５５のソースに接続されることになる。トランジスタ１５５のソースはツェナーダイオード１５８によってそのゲートと接続される。トランジスタ１５５のゲートは抵抗器１６０の第２端子、抵抗器１６５の第１端子、およびコンデンサ１７０の第１端子に接続される。抵抗器１６５とコンデンサ１７０は並列な回路配置で配置され、抵抗器１６５の第２端子とコンデンサ１７０の第２端子は負のＤＣレールに接続されることになる。抵抗器１６０の第２端子は正のＤＣレールに接続される。抵抗器１６０と１６５は電圧分割機を構成する。
図２に示されている回路の操作はこれから記載されるであろう。電源装置１００が初めてオンにされるときに、ＡＣメイン電源装置からの整流されかつ濾波されている電力は抵抗器１６０の第１端子に供給される。記載されたように、抵抗器１６０と１６５は電圧分割機を構成する。望ましい実施の形態において、抵抗器１６０と１６５の抵抗値は、トランジスタ１５５に入力電圧の１／３から１／２のバイアスがかけられるように選択される。例えば、抵抗器１６０は２ＭΩの抵抗を有し、抵抗器１６５は１ＭΩの抵抗を有するかもしれない。始動時にトランジスタ１５５のゲートに電圧がかけられなければならない。それはそのゲートが電源装置に接続されないままであれば、トランジスタ１５５は決してオンにならないためである。さらに始動時にコンデンサ１７０は充電するであろう。望ましい実施の形態において、コンデンサ１７０は２７０ピコファラッドの容量を有するように選択されるであろう。コンデンサ１７０は始動時にほぼ２００ＶＤＣまで充電するであろう。さらにトランジスタ１５５のゲートに電圧がかけられたときに、そのソースでの電圧は、ゲート電圧からトランジスタ１５５のしきい電圧を引いたものにほぼ等しくなるであろう。
その上、始動後すぐにパルス幅変調制御装置１３４に電力が供給される。一般的に正の入力高電圧レールからまたはトランジスタ１５０のドレイン電圧から直接パルス幅変調制御装置１３４に電力が供給される。パルス幅変調制御装置１３４に電力が供給されるとすぐに、スイッチングトランジスタ１５０のオンとオフが始まる。トランジスタ１５０がオンになるとき、つまりパルス幅変調制御装置がトランジスタ１５０のゲートに電圧をかけるとき、そのドレインを負のレールにショートさせるであろう。これが生じるとき、トランジスタ１５５のゲートは、コンデンサ１７０から電流を引き出し、トランジスタ１５５の固有ゲートキャパシタンスに供給し、それによってツェナーダイオード１５８の降伏電圧までゲートキャパシタンスを充電する。望ましい実施の形態において、ツェナーダイオード１５８は、１５ボルトの降伏電圧を有するように選択される。これによってトランジスタ１５５はオンになる。トランジスタ１５５のゲートは、ツェナーダイオード１５８の降伏電圧によって負のレールの電圧より高い電圧を維持しようとすることに気付かされるであろう。それは電荷がトランジスタ１５５のゲートキャパシタンスに保存されているためである。トランジスタ１５５のゲート電圧は、ソース電圧より１５ボルト越えないことは重要である。そうでなければ、トランジスタ１５５に損害が生じるかもしれない。この目的のためにツェナーダイオード１５８は使用され、トランジスタ１５５のゲート電圧がトランジスタ１５５のソース電圧より１５ボルト越えるならば、ツェナーダイオード降伏電圧に達し、電圧を１５ボルトにするようにツェナーダイオードは選択される。
ここで、電源装置１００の操作でトランジスタ１５０と１５５の両方をオンにする。パルス幅変調制御装置１３４はトランジスタ１５０をオフにするとき、トランジスタ１５０のドレインとソースは本質的に開回路であり、それによってトランジスタ１５０を通るドレイン−ソース電流（“ＩDS”）は０になる。トランジスタ１５０を通るドレイン−ソース電流が０になるとき、トランジスタ１５５を通るドレイン−ソース電流は同様に０になり、トランジスタ１５５はオフになる。これによって引き出されるべきトランジスタ１５５のドレインは正の電源装置レールより大きな電圧になる。これは一次巻線１１９のインダクタンスによって生じる。一次巻線１１９での電圧が反射電圧に達すると、変圧器１１８におけるエネルギーは二次巻線１２０に送られる。エネルギーが二次巻線１２０に送られているとき、トランジスタ１５５のドレインでの電圧は、一次巻線１１９での反射電圧と入力電圧との和である。先行技術と同様に、反射電圧の大きさは、変圧器１１８の巻線割合、つまり二次巻線１２０における巻数に対する一次巻線１１９における巻数の割合の調節によって制御される。望ましい実施の形態における変圧器１１８の巻線割合は、一次巻線１１９の反射電圧がほぼ３００ＶＤＣに制限されるように選択される。
しかしながら先行技術と同様に、一次巻線１１９の固有漏れインダクタンスは付加電流をダイオード１２６に流し、一次巻線からの反射電圧に加わる電圧スパイクになる。したがって一次巻線１１９の漏れインダクタンスからの電圧スパイクと組み合わされている反射電圧は、短期間３００ＶＤＣより十分高くなるかもしれない。順バイアスをかけられているダイオード１２６を流れる電流によって、ツェナーダイオード１２２と１２４に逆バイアスをかける。漏れインダクタンスからの電圧スパイクと組み合わされている反射電圧が十分高くなれば、ツェナーダイオード１２２と１２４は降伏領域に達するであろう。一次巻線１１９の漏れインダクタンスによってツェナーダイオード１２２と１２４をそれらの降伏領域にもたらすことが可能である。ツェナーダイオード１２２と１２４は概してそれぞれ２００ＶＤＣのツェナー電圧を有するので、反射電圧と一次巻線１１９の漏れインダクタンスからの電圧スパイクとの和は４００ＶＤＣになるであろう。
一次巻線の漏れインダクタンスによって生じる電圧スパイクは短期間に消失するであろう。漏れインダクタンスエネルギーがクランプ回路１１６に送られると、一次巻線の電圧は反射電圧に下がり、望ましい実施の形態において、それは３００ＶＤＣである。さらに一次巻線１１９はその電流を二次巻線１２０に送ると、反射電圧はなくなる。しかしながら、一次巻線１１９の漏れインダクタンスによって生じる電圧スパイクが発生する短期間はトランジスタ１５５のドレインの電圧は８００ＶＤＣ（最悪の場合入力電圧）と４００ＶＤＣ（一次巻線１１９の漏れインダクタンスによって生じるクランプスパイク電圧）の和のピークに達するかもしれない。それは、基準点、この場合負の電源装置入力レールに対して合計１２００ＶＤＣである。
本発明の望ましい実施の形態において、トランジスタ１５５はほぼ６００ＶＤＣのドレイン−ソース降伏電圧を有する。該トランジスタ１５５がオフになると、そのドレインの電圧は急速に増加するであろう。それが６００ＶＤＣに達すると、トランジスタ１５５は降伏するであろう。降伏電圧によって生じるなだれ電流は、トランジスタ１５５のソースとゲート（順バイアスをかけられたツェナーダイオードを通って）をそのドレイン電圧よりも低い６００ＶＤＣの電圧にする。したがってトランジスタ１５０のドレインは、トランジスタ１５５のソース電圧に等しい電圧になることがわかるが、それはトランジスタ１５５の降伏電圧、つまり６００ＶＤＣより高いものである。したがってトランジスタ１５０は、適切な操作のため、また損害を避けるために６００ＶＤＣより大きな７００ＶＤＣが望ましい降伏電圧を持たなければならない。
トランジスタ１５０のドレイン電圧をトランジスタ１５５のドレイン電圧にすることに加えて、トランジスタ１５５を通るなだれ電流によって、トランジスタ１５０のドレインの電圧より低い、一方のダイオードドロップである電圧（つまり順バイアスをかけられたツェナーダイオード１５８のダイオードドロップ）までコンデンサ１７０は充電するであろう。これから説明されるように、充電しているコンデンサ１７０によってトランジスタ１５５は再びオンになり、そのときトランジスタ１５０は、パルス幅変調制御装置１３４によってオンになる。トランジスタ１５０がオンになると、記載されているようにトランジスタ１５５のソースは負の電源装置レールになる。トランジスタ１５５のゲートに電圧がかけられていないならば、それは再びオンにならず、トランジスタ１５０がオンにされるされないにかかわらず、それによって電源装置１００は実行不能になる。コンデンサ１７０に保存されている電荷はある電圧までトランジスタ１５５のゲートキャパシタンスを充電し、トランジスタ１５０がオンになるとき、その電圧によってトランジスタ１５５は再びオンになる。トランジスタ１５５をオンにするために、トランジスタ１５５のゲート電圧は、そのソース電圧とそのゲートに対するソースのターン−オンしきい電圧との和より大きくなければならない。トランジスタ１５５が降伏しなくても、コンデンサ１７０は、次のサイクルでトランジスタ１５５をオンにするために十分であるように抵抗器１６０（記載されたように、抵抗器１６０と１６５は電圧分割機を構成する）によって充電されるであろう。
本発明の望ましい実施の形態において、トランジスタ１５０とパルス幅変調制御装置１３４は、両方の構成部品を組み込んでいる単一の集積回路２００を使用することによって利用されるかもしれない。該回路の例は、本発明の指定代理人であるパワーインテグレーションズ社（Ｐｏｗｅｒ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．）のＴＯＰ２００である。該回路のコストは約１ドル５０セントである。ＴＯＰ２００は、パルス幅変調制御装置１３４と７００ＶＤＣの降伏電圧を有するトランジスタ１５０を組み込む。一般的に集積回路は、パルス幅変調制御装置と１３００ボルトの降伏電圧を有するスイッチングトランジスタを組み込まない。それはそのような装置の製造は非常に難しいためである。したがって該集積回路を使用する費用便益では、先行技術の電源装置１０の使用を実現させることができない。
したがって本発明の考えを利用する電源装置１００において、トランジスタ１５０と１５５およびパルス幅変調制御措置１３４のコストは、約２ドル（つまりＴＯＰ２００は１ドル５０セント、６００Ｖトランジスタは５０セント）であろう。それに対して、先行技術の電源装置１０においては、記載されたようにスイッチングトランジスタ３６に約３ドルのコスト、また適切なパルス幅変調制御装置３４に約７５セントのコストが必要とされる。これによって３ドル７５セントのコストになる。したがって本発明によって、重大な構成部品のコストを約５０セント減らす。
したがって、低コスト、高電圧のフライバック電源装置が開示される。本発明の実施の形態と利用が示され、記載されているが、当業者がここにおける発明の概念から離れることなくもっと多くの修正を行うことができることは明らかである。したがって本発明は、書き添えられたクレイムの範囲に従うことを除いて限定されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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