JP2000217280A - Ｌｃ共振回路を用いた電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＬＣ共振回路を用いた電源装置において、小
型かつ簡単な構成で低ノイズ化を図る。 【解決手段】 スイッチングトランス１２の１次コイル
１２Ｌ１を共振コイルとし、その共振コイルとコンデン
サ１３Ｃから成る共振回路１３に対し、独立の発振回路
１４Ｇの発振周波数に同期してオン／オフ動作するスイ
ッチング回路１４Ｓを介して発振信号を与え、電圧共振
状態を発振回路１４Ｇに同期させ、２次側に電力を伝達
する。これにより、スイッチングノイズを抑えることが
でき、また、２次側に効率良く電力を伝達することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、商用電源から小型
電気機器に直流電力を供給するＬＣ共振回路を用いた電
源装置に係り、特に、小型でノイズの少ない電源装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の電源装置には、低周波ト
ランスを用いたもの、スイッチング電源(スイッチング
レギュレータ)、インバータ、共振電源などがある。低
周波トランスを用いた場合は、図１３に示すように、ト
ランス１２の１次側コイル１２Ｌ１と２次側コイル１２
Ｌ２の巻数比によって所要の小電圧に降圧し、２次側整
流回路２１で整流素子２１Ｄにより半波又は全波整流
し、コンデンサ２１Ｃにより平滑化、安定化させて、出
力端子より所要の電力として負荷２２に供給する。

【０００３】また、スイッチング電源は、自励型や他励
型の高周波（５０ＫＨｚ乃至１ＭＨｚ）の発振器を持
ち、トランスの２次側の電圧や電流値を検出して、その
情報を１次回路にフィードバックしてＰＷＭ制御（パル
ス幅変調）やＰＦＭ制御（周波数変調）をし、２次側に
安定化した電源を出力するようにしている。また、共振
型スイッチングインバータ形式の電源装置が、例えば、
特開平５−３０４７７５号公報に示されるように知られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した各
種の電源装置は、整流、平滑化、安定化という電源装置
としての基本的な条件は満たしているが、それだけでは
電源装置としては十分でない。上記電源装置のうち、低
周波トランスの電源装置では、商用電源の周波数はその
ままで、単に電圧、整流を変換するだけであるため、周
波数が低い分インダクタンス（Ｌ）値が大きくなって、
トランスが大きくなり、平滑化するためのコンデンサも
周波数が低い分、大きくなり、かつ、１次側から２次側
への電力の伝達効卒は満足する程ではない。このよう
に、周波数が低い分、トランスは重くて大きい部品とな
らざるを得ず、また、２次側整流回路に使われているコ
ンデンサは大きい容量で大きい部品が用いられ、小型化
が図れず、輸送の障害にもなっている。

【０００５】これに対し、スイッチング電源は、低周波
トランスを用いた場合に比べてトランスを小型にでき、
効率良く軽い電源装置を供給することが可能であるが、
矩形波を扱うためノイズが大きく、使用する範囲が限定
される。このため、例えはオーディオ機器や測定器など
のノイズ対策を必要とする装置の電源回路には使用でき
ない。また、スイッチング電源から発展した共振電源
も、ＰＷＭやＰＦＭ制御を行いながら共振作用を維持さ
せるため、制御が複雑で高価なものになり、コストを重
視する小型の電源装置では敬遠されていた。

【０００６】近年スイッチング電源に共振回路を付加し
て、よりノイズの低い、効率の良い電源が製品化されい
るが、ＰＷＭ制御やＰＦＭ制御させながら共振させるた
め、回路が複雑になり高価なものに仕上がっていて、５
０ワット（Ｗ）を越える大型の電源に採用されていて、
コスト高となる。

【０００７】インバータ電源も上記スイッチング電源と
同じような問題を持つ。また、上記公報に示されるよう
な共振型インバータ電源装置では、スイッチングインバ
ータに電流共振と電圧共振を利用しており、電流共振用
のコンデンサが入力端子間に直接的に露見するために、
入力側にアイソレート手段などを必要とし、構成が複雑
になる。

【０００８】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、スイッチングトランスの１次コイルを共
振回路に取り入れて電圧共振させ、その共振状態を発振
回路の周波数に同期させることで、低周波トランスやス
イッチング電源やインバータ電源と比べて、小型かつ簡
単な構成でノイズの少ないＬＣ共振回路を用いた電源装
置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ＬＣ共振回路を用いた電源装置であって、
スイッチングトランスの１次コイルを共振コイルとし、
その共振コイルと該コイルに直列接続されたコンデンサ
から成る１次共振回路と、この共振回路を動作させる信
号出力手段とから成る１次側電源回路と、上記スイッチ
ングトランスを介して上記共振回路から上記スイッチン
グトランスの２次コイルに２次電圧を誘起して２次電力
を出力する２次側電源回路とからなり、上記１次側電源
回路の信号出力手段は、独立の発振回路と、この発振回
路の発振周波数に同期して作動し、その発振回路からの
信号を上記１次共振回路へ出力するスイッチング回路と
を含み、上記１次共振回路の所定の共振状態を上記発振
回路の発振周波数に同期させるように動作するものであ
る。

【００１０】上記構成の電源装置においては、スイッチ
ングトランスの１次コイルを共振コイルとした１次ＬＣ
共振回路に対して、独立の発振回路からの発振信号がス
イッチング回路を介して与えられることで、１次ＬＣ共
振回路は励磁されて電圧共振作用が生じる。これにより
スイッチングトランスの２次コイルに電圧が誘起され、
２次側に電力が伝達される。ここに、１次共振回路に発
振信号を与えるスイッチング回路は発振回路の発振周波
数に同期してオン／オフさせ、かつ、１次共振回路の所
定の共振状態を発振回路の発振周波数に同期させるよう
にしているので、スイッチング回路のオン／オフによる
スイッチングノイズを抑えることができ、また、２次側
に効率良く電力を伝達することができる。また、１次側
を電圧共振させることで、簡単な構成となり、しかも、
低周波トランス並みのノイズレベルに抑えることができ
る。

【００１１】また、１次共振回路の所定の共振状態がπ
進む時間を発振回路の発振周波数に同期させることで、
共振振動波形の一番大きい電圧波形で２次側に電圧を誘
起できるので、高効率な電力伝達が可能となる。

【００１２】また、１次側電源回路における発振回路の
オン／オフのデューティを固定したものとすることで、
回路構成が簡単になる。また、１次側電源回路における
発振回路のオン／オフのデューティ比をオン＜オフにす
ることで、電力伝達効率が高まる。また、２次側電源回
路に独立した安定化電源装置を付加することで、ノイズ
発生を抑えることができる。

【００１３】また、１次側電源回路における発振回路と
スイッチング回路との間に介在させた、負荷情報の信号
で作動する第２のスイッチング回路と、２次側電源回路
に設けられた、負荷の電圧又は電流の変動を検出する負
荷状態検出手段と、負荷状態検出手段で検出された負荷
情報をワイヤレスで第２のスイッチング回路に伝送し、
その第２のスイッチング回路を作動させる伝送手段とを
さらに備えたものとしてもよい。これにより、負荷の変
動によって１次側電源回路から２次側電源回路へ電力を
供給する割合を増減することができ、しかも、１次側の
共振回路が他励型であるため、２次側の負荷が変動して
も、自励型のように負荷の変動によって共振回路の共振
周波数そのものが影響を受けて変動することはない。

【００１４】また、１次側電源回路に、コンデンサを用
いない整流回路を備え、かつ、２次側電源回路に安定化
電源装置を付加することで、力率の向上が図れる。

【００１５】また、スイッチングトランスは、鉄心コア
の周りに１次コイルと２次コイルをコア軸方向に対向配
置した分割巻きとし、上記鉄心コアを外周コアで連続し
て閉磁路を形成するようにしてもよい。上記のように高
効率な電力の伝達方式を採用しているので、スイッチン
グトランスの１次コイルと２次コイルの結合度が増大
し、従ってスイッチングトランスとして分割巻きのもの
が利用できることとなる。このトランスを用いること
で、鉄心コアが外周コアで閉磁路を形成するようにして
いるから、ノイズの発生が抑制される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態による電
源装置について図面を参照して説明する。図１は第１の
実施形態を示す。１次側電源回路１０は、外部の商用電
源Ｐから得られる交流電力を整流して直流電力を得る整
流回路１１と、スイッチングトランス１２を含むＬＣ共
振回路１３と、このＬＣ共振回路１３を作動させる発振
信号出力手段１４とを備えている。そして、上記ＬＣ共
振回路１３は、上記直流電力を電源とするスイッチング
トランス１２の１次側コイル１２Ｌ１を共振コイルと
し、所定の共振状態で１次電圧を生じる、その共振コイ
ル１２Ｌ１と、それに直列のコンデンサ１３Ｃと、共振
回路の内部抵抗１３Ｒとから成る。発振信号出力手段１
４は、上記共振回路１３へ所定の周波数で発振した信号
を出力し、その信号のオン／オフによって共振回路１３
において減衰振動を起こさせるものである。

【００１７】スイッチングトランス１２の２次側には、
１次側電源回路１０よりスイッチングトランス１２を介
して電力が伝達される２次側電源回路２０が設けられて
いる。この２次側電源回路２０は、スイッチングトラン
ス１２の２次コイル１２Ｌ２に誘起される２次電圧を整
流する整流回路２１を備え、この整流回路２１の直流変
換出力で負荷２２に電力を供給する。１次コイル１２Ｌ
１と２次コイル１２Ｌ２とは極性を逆向きとしている。

【００１８】上記１次側電源回路１０のスイッチングト
ランス１２には、発振信号出力手段１４の電源に電力を
供給するバイアスコイル１２Ｌ３が設けられていて、１
次コイル１２Ｌ２に発生した電圧は、バイアスコイル１
２Ｌ３に伝達され、整流素子１４Ｄで直流に変換されて
発振信号出力手段１４の電源としている。

【００１９】上記１次側電源回路１０の詳細について説
明すると、発振信号出力手段１４は、独立の発振回路１
４Ｇを備えている。電源が入ったとき起動抵抗１０Ｒに
よってこの発振回路１４Ｇが動作し、図４（ｂ）の波形
を得る。発振が継続すれば、バイアスコイル１２Ｌ３か
ら電源が供給される。その電源電圧が商用電源Ｐの変動
による影響を受けないように、制御電源部１４Ｐが電源
ラインに接続されいて、安定化され、発振周波数が変化
しないようにしている。

【００２０】発振回路１４Ｇの発振信号は、電流増幅さ
れてスイッチング回路１４Ｓを経て共振回路１３へ出力
されるようにしている。スイツチング回路１４Ｓは発振
回路１４Ｇの発振周波数に応じてスイッチングする。

【００２１】スイッチング回路１４Ｓのスイッチ素子が
オン（導通）状態になると、１次コイル１２Ｌ１に電圧
が発生し、同時にバイアスコイル１２Ｌ３にも電圧が発
生する。この時、２次コイル１２Ｌ２の電圧は、２次側
の整流素子２１Ｄに対し逆方向に発生するため、２次側
には電流が流れない。従って、１次コイル１２Ｌ１に流
れる電流は励磁電流だけとなり、この励磁電流Ｉ₁は、
１次コイル１２Ｌ１のインダクタンスＬ、通電時間をＴ
ｏｎ、１次コイルにかかる電圧をＶとすれば、

【数１】Ｉ₁＝Ｖ・Ｔｏｎ／Ｌ．．．．．．．．（１） となり、この励磁電流Ｉ₁は時間に比例して大きくな
り、ほぼ発振波形のオン時間に対応したものとなる。

【００２２】発振回路１４Ｇの発振がオフになると（発
振波形がオフという）、スイッチング回路１４Ｓのスイ
ッチ素子がオフになって、１次コイル１２Ｌ１に励磁電
流Ｉ₁が流れなくなる。すると、共振回路１３の時定数
による減衰振動が発生し、コンデンサ１３Ｃの両端に図
４（ａ）に示すような波形の振動電圧が発生する。これ
は、発振回路１４Ｇの発振波形に同期して減衰振動をす
るサイン（ｓｉｎ）波形となる。ここに、この電圧波形
の位相が１８０°すなわちπ進む時間と発振波形のオフ
時間が合うように、共振回路１３のＬＣ（コイルのイン
ダクタンスとコンデンサの容量）の値を決めておく。

【００２３】上記振動波形の電圧（コンデンサ１３Ｃの
両端電圧と同じ）による振動電流Ｉ₂は、１次コイル１
２Ｌ１のインダクタンスをＬ、これに直列に接続された
コンデンサ１３Ｃの容量をＣ、共振系の内部抵抗１３Ｒ
の抵抗値をＲとすれば、（２）式に従って減衰振動を起
こす。

【数２】 Ｉ₂＝ＣＶ（α²−β²）ｅｘｐ（αｔ）ｓｉｎ（βｔ）．．．．．．（２） 但し、α＝Ｒ／２Ｌ β＝｛（１／ＬＣ）−（Ｒ／２Ｌ）²｝^1/2

【００２４】スイッチングトランス１２の２次コイル１
２Ｌ２には、１次側のコンデンサ１３Ｃの両端電圧と同
じ電圧が発生することで、整流素子２１Ｄに順方向の電
圧がかかり、２次側に電流が流れ、負荷２２に電力を供
給する。また、こうして発振現象が持続することで、バ
イアスコイル１２Ｌ３に継続して電圧が発生し発振信号
出力手段１４の電力として作用する。

【００２５】発振波形のオン／オフのデューティ比に合
わせて、１回目にπ進んだ波形を取り出すことで、振動
波形の一番大きい部分を２次側に伝達して電力として利
用することができる。また、共振回路１３の波形がπ進
んだ時間と発振回路１４Ｇのオフ時間を合わせること
で、１次コイル１２Ｌ１に流れる電流が０のとき、スイ
ッチング回路１４Ｓのスイッチ素子をオン／オフさせる
ため、スイッチングノイズを抑えることができ、しか
も、共振回路１３の振動波形がサイン波形になること
で、ノイズを抑えることができる。

【００２６】上記実施形態の構成において、発振回路１
４Ｇのオンとオフの時間（デューティ）を固定にし、２
次側に発生する電圧が低周波トランスと同じ変動が得ら
れるようにすれば、回路構成は簡単になる。

【００２７】また、２次側で消費する電力や効率から、
励磁電流Ｉ₁は予想でき、それにより発生するエネルギ
ーＥ₁は、（３）式で表される。

【数３】 Ｅ₁＝（１／２）Ｌ・Ｉ₁ ² ．．．．．．．（３）

【００２８】（３）式のエネルギーをより多く２次側に
伝達するには、（２）式の減衰振動の時間を延ばしてや
ればよく、従って、発振回路１４Ｇのオン時間をＴon、
オフ時間をＴoffとすれば、Ｔon＜Ｔoffの条件で、Ｔof
fを選び、かつ、Ｔoff期間に振動波形の位相がπだけ進
むように設定することで、より多くのエネルギーを２次
側に伝達できる。また、これまでに述べてきた実施形態
を組み合わせれば、より効率の良い電源装置を提供する
ことができる。

【００２９】上述の実施形態は、スイッチングトランス
１２の１次と２次のコイルの巻き線方向が逆のフライバ
ック方式によるエネルギー伝達と同じ方式である。スイ
ッチングトランスの１次と２次のコイルが同相なフォワ
ード方式でも同じくエネルギー伝達が可能である。フォ
ワード方式においても、発振回路の発振周波数とスイッ
チング回路のオン／オフのデューティ比は固定で、か
つ、Ｔon ＜Ｔoffの条件も同じとすればよい。

【００３０】フォワード方式では巻き線方向が同相なた
め、スイッチング回路１４Ｓのスイッチ素子がオンにな
って１次コイル１２Ｌ１に電流が流れたとき、このコイ
ル１２Ｌ１に電圧が発生し、これと同相の２次コイル１
２Ｌ２に電圧が発生する。２次側に発生した電圧は整流
素子２１Ｄを順方向にバイアスし、直流電流を流して負
荷２２に電力を供給する。この場合、スイッチ素子がオ
ンで、コイル１２Ｌ１に励磁電流を、２次側に負荷電流
を流す。発振波形がオフになると、共振回路１３の時定
数で減衰振動が始まり、リセット電流として１次側に蓄
えられる。このリセット電流も、（２）式と同じとな
り、オン時のエネルギーとオフ時のエネルギーがより近
づけるようにすればよい。

【００３１】図２（ａ）（ｂ）に第２実施形態による電
源装置の概略回路を示す。これまで述べてきた電源装置
は低周波トランスと同じ機能を持ち、２次側が安定化さ
れていないが、周波数を上げることにより、小型化が可
能でノイズレベルを抑えることができるものであった。
この電源装置に図２（ａ）（ｂ）に示すような２次回路
制御装置２３を付加することで、２次側の動作の安定化
が図れる。

【００３２】図２（ａ）は２次回路制御装置２３として
シリーズレギュレータを用いた例であり、ノイズの発生
が最も低く比較的小型の電源に適する。図２（ｂ）は２
次回路制御装置２３としてマグアンプを付加した例であ
り、ノイズ発生も比較的少なく大型の電源に適する。そ
の他に、ノイズが許される場合は、ＤＣ／ＤＣコンバー
タを付加することも可能である。

【００３３】図３に第３実施形態による電源装置を示
す。回路の基本的な部分は第１実施形態と同じであり、
同じ機能都分については同一符号を付して説明は省略す
る。この例では、２次側の電力の情報を１次側へ送り、
１次側を制御するようにした点が第１実施形態と異な
る。

【００３４】１次側電源回路１０における発振信号出力
手段１４中のスイッチング回路として、第１スイッチン
グ回路１４Ｓと第２スイッチング回路１４ＳＳとが設け
られている。第１スイッチング回路１４Ｓは第１実施形
態のスイッチング回路１４Ｓと同じものである。第２ス
イッチング回路１４ＳＳは、原理的にＮＯＲゲート素子
のようなスイッチング素子から成り、２次側情報入力部
１５（伝送手段）からの電圧、電流情報の信号によって
発振回路１４Ｇの信号の通過、阻止をスイッチング制御
するものである。２次側電源回路２０の電圧、電流情報
は、負荷情報検出部２４により検出され、その検出信号
は、赤外線の光信号を受けるホトカプラ１５Ｈの出力信
号として伝送され、波形成形器１５Ａで矩形波に成形さ
れ、第２スイッチング回路１４ＳＳへ送られる。

【００３５】負荷情報検出部２４は、電圧、電流検出器
を有し、負荷２２の電圧又は電流値をオぺアンプにおい
て基準電圧として設定される電圧設定レベルと比較し、
設定レベルより高ければＨ信号、低ければＬ信号を出力
する。この信号によりホトカプラ１５Ｈの発光部はオ
ン、オフ制御され、その発光信号が受光部で受光され
る。２次側情報入力部１５としては、１次側と２次側と
をワイヤレスで信号を伝送するものが適しており、光信
号で情報を伝送するものの他に、超音波信号あるいは電
波信号を用いてもよい。

【００３６】第２スイッチング回路１４ＳＳは、２次側
情報入力部１５の信号がＨ信号であれば、発振回路１４
Ｇの信号を阻止させ、Ｌ信号であれば、発振信号を通過
させる。また、そのスイッチング動作は発振回路１４Ｇ
の周波数より十分低い周波数に設定され、従って、発振
回路１４Ｇの周波数に関係なく動作し、発振回路１４Ｇ
の発振周波数に何ら影響を与えないものとされている。

【００３７】上記第３実施形態による電源装置の基本動
作は、第１実施形態と同じであるが、負荷情報検出部２
４を設けたことにより、１次側電源回路１０が次のよう
に制御される。即ち、２次側の負荷２２の変動や商用電
源Ｐの変動によって２次側の電圧又は電流が変化する。
このような２次側の電圧や電流の情報は、負荷情報検出
部２４において検出され、ホトカプラで１次側に伝送さ
れることは前述した通りである。

【００３８】上記信号は、２次側の電圧が電圧設定レバ
ルより高けれはＨ信号として、低ければＬ信号として第
２スイッチング回路１４ＳＳへ送られるから、１次側電
源回路１０ではＨ信号であれば、発振回路１４Ｇの信号
の通過を停止し、Ｌ信号であれば、信号を通すように制
御される。第１、第２のスイッチング回路１４Ｓ、１４
ＳＳを介して１次側の共振回路１３に共振波形出力が発
生されるタイムチャートを図５に示している。

【００３９】発振回路１４Ｇの発振波形は、図５(ａ)に
示すように連続してー定の高周波数で発生しているか
ら、１次側の共振回路１３における共振信号もこれに同
期した信号として２次側へ信号を伝送し電力を送ってい
る。負荷側の電圧状態が変化し、図５（ｅ）に示すよう
に、負荷情報検出部２４の電圧／電流検出器による電圧
又は電流検出値が電圧設定レベルより上下となる変動が
生じると、その電圧変動の大きさに応じたパルス幅の信
号として図５（ｆ）に示す信号が電圧／電流検出器から
出力され、図５（ｂ）に示すような動作波形の信号が第
２スイッチング回路１４ＳＳに入力される。

【００４０】このため、第１スイッチング回路１４Ｓを
通過した発振波形は、図５（Ｃ）のように、第２スイッ
チング回路１４ＳＳへＨ信号が入力された期間だけ発振
波形を取り除いたようになり、その結果、発振波形は間
欠的なものとなり、これにより生じる共振回路１３にお
ける減衰振動波形も、図５（ｄ）に示すように、間欠的
なものとなる。

【００４１】このように間欠的な減衰振動波形の間欠の
程度を、２次側の電圧、電流情報によりコントロールす
れば、２次側の電圧、電流が低くなると間欠期間を減少
させ、電圧設定レベルに近づくと間欠期間を大きくする
ことにより、１次側電源回路１０から２次側電源回路２
０への電力を変化させることができ、従って、希望する
２次側の電圧、電流状態を得ることができる。

【００４２】以上のようにして負荷変動によって１次側
回路から２次側回路へ電力を供給する割合を増減する
が、１次側電源回路１０の共振回路１３が他励型である
ため、２次側電源回路２０の負荷が変動しても、自励型
のように負荷の変動によって共振回路１３の共振周波数
そのものが影響を受けて変動するということはない。

【００４３】また、１次側電源回路１０の直流電源が商
用電源の変動により変化しても、制御電源１４Ｐによっ
て発振回路１４Ｇの発振周波数は殆ど変化せず、従っ
て、１次側の入力電圧、２次側の負荷のいずれに変動が
あっても共振周波教が変化せず、２次側電源回路２０へ
安定した電力を供給することができる。

【００４４】第４実施形態による電源装置を図６に示
す。図１との相違点は、１次整流回路１１をブリッジ整
流とし、コンデンサ１１Ｃを外し、２次回路にマグアン
プの定電圧回路を組み込んだ点である。大きい電力を必
要とする場合に、コンデンサ・インプット型の整流回路
にすると、力率が問題となってくる。コンデンサ・イン
プットの整流回路の入力電流は位相のずれた間欠の歪み
電流となり、図８（ｂ）に示す波形になる。つまり、波
形率が１より大となるため力率が悪くなる。

【００４５】この対策として整流素子とコンデンサの間
にインダクターを設けたり、ＤＣ・ＤＣコンバータを入
れて力率改善を図っている。これらは何れも素子を追加
する対策であり高価になる。これに対し、ここに示す構
成では、整流回路のコンデンサ１１Ｃを外して力率を改
善するようにしている。コンデンサ１１Ｃを外すと、図
８（ｃ）の波形になり、位相のずれもなく、波高率も１
に近づいて力率が改善できる。

【００４６】共振回路１３は、図７（ａ）に示す脈流波
形を電源として動作するため、そこに発生する共振波形
も入力電圧の波高値に合わせた図７（ｂ）の波形にな
る。このため、２次側でも脈流を含んだ高周波が発生す
るが、それを整流することで直流を得ていて、さらにマ
グアンプ回路を付加することで、さらにリップルが小さ
くなる。

【００４７】上記各種実施形態に示す電源装置は、オー
ディオ機器に利用すれば音質変更が可能な電源装置とな
る。図１の例で説明すると、２次側整流回路のコンデン
サ２１Ｃは周波数の高い交流を整流するため、リップル
を減らす目的であれば、小さなコンデンサで可能であ
る。これに対し、図１３の低周波トランスで構成する電
源の整流用コンデンサ２１Ｃは商用周波数の整流のた
め、大きなコンデンサを必要とした。

【００４８】図１の回路において、２次の負荷側からこ
の電源装置をみれば、１次側で共振させているため、イ
ンピーダンスの高い電源になっていて、アンプのように
絶えず負荷変動が起こる場合、瞬発的な電圧変化の追従
性が悪くなる。これら電源の特徴は、音質からみれば音
像位置の明確さ、クリヤな音、透明感、低音の迫力、高
音のクリヤ感などの表現で表される違いとなって聞き分
けることが可能である。これら電源のインピーダンスに
代表される現象は、２次側に付加されているコンデンサ
２１Ｃの容量や種類を変化させることで、電源インピー
ダンスを可変させることで可能であり、その可変範囲は
低周波トランスの電源に比べ大きくとれる。

【００４９】音質を重要視しなければ、２次側のコンデ
ンサは小さな容量のものを使ってコストを下げることが
でき、音質を重要視したければ、２次側のコンデンサの
容量や種類を選んで電源インピーダンスを下げればよ
い。

【００５０】図９に第５実施形態による電源装置の応用
例を示す。この電源装置は、携帯電話機２２０を充電す
るための３ワット（Ｗ）位の容量を持つものであり、１
次側ユニット１００と２次側ユニット２００に分離さ
れ、両者間はコードにより接続されている。１次側ユニ
ット１００には、図１のスイッチングトランス１３の２
次側を整流した部分２１までを組み込み、商用電源コン
セントに差し込まれるプラグを有し、従来の電源プラグ
より少し大きい程度の大きさとされている。２次側ユニ
ット２００は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータを利用した
安定化電源部を組み込んでいて、電話機２２０が搭載さ
れることで、これに直流電力を供給し、内蔵電池を充電
する。

【００５１】図１０、図１１は、上記図１、図３に示し
た実施形態の変形例を示している。ここに示す電源装置
は、スイッチングトランス１２に、発振信号出力手段１
４の電源に電力を供給するためのバイアスコイル１２Ｌ
３を有していない。発振信号出力手段１４には整流回路
１１の出力のみが供給される。その他の構成は上記と同
等である。

【００５２】上記各実施形態において、スイッチングト
ランス１２は、図１２に示す構成のものが用いられる。
このトランス１２は、分割巻きと呼ばれる方式のもの
で、主にインバータなどで利用されている。図示のよう
に、鉄心コア１２Ｃの周りにボビン１２Ｂを介してコア
軸方向にコイルを分割して、１次側コイル１２Ｌ１と２
次側コイル１２Ｌ２とが対向配置され、鉄心コア１２Ｃ
の上下端はＥ字状の磁性材とされ、かつ中心と側方で上
下が連続され、全体として閉磁路を形成するようにして
いる。なお、鉄心コア１２Ｃは、製作の都合上、切断線
１２Ｄで２つ割りとされている。

【００５３】上記のようにＬＣ共振回路１３で発生した
減衰振動波形の信号は、スイッチングトランス１２の１
次コイルと２次コイルの巻数に比例した電圧が２次コイ
ル１２Ｌ２に伝達される。２次コイル１２Ｌ２で受け取
られた信号は、２次側の整流回路２１で整流して２次側
電力として用いられる。スイッチングトランス１２は、
１次コイルと２次コイルが分割巻されているので、製作
上の作業性が良いという特徴があるが、スイッチング電
源のトランスに応用するとノイズの発生が多く、１次コ
イルと２次コイルの誘起電力に対する結合が悪くなる等
の欠点があり、これまではインバータ用など限られた用
途にしか用いられていなかった。

【００５４】しかし、本実施形態では、作業性が良い点
を重視してこのような形式のトランスを用い、一方、上
述した他励式の共振回路を含む１次側電源回路１０によ
ってノイズや結合度について改善している。すなわち、
１次コイル１２Ｌ１とコンデンサ１３Ｃとで共振回路１
３を形成することにより、トランスのインピーダンスが
高くなり、１次コイル１２Ｌ１と２次コイル１２Ｌ２が
分割巻きとされていても、１次コイルと２次コイルの結
合度が低下しないため、２次コイル１２Ｌ２への電力の
伝達が向上する。

【００５５】また、共振回路１３では、減衰振動波形で
電流はサイン波形になっていて、これによりノイズの発
生が抑えられ、さらに、トランスはコアで閉磁路を作っ
て磁束の漏れを極力抑えているため、従来の低周波トラ
ンス並みのノイズに抑えることが可能となり、トランス
の体積や重量を大幅に削減できる。このため、この方式
の電源装置の用途が広がることとなる。

【００５６】図１４に参考として従来の代表的な２つの
トランス形式の主要構造について示している。同図
（ａ）は１次側トランスＴＲ１と２次側トランスＴＲ２
とが分離自在な電磁誘導方式のトランスＴＲを示し、
（ｂ）は重ね巻方式のスイッチングトランスＴＲを示
す。図中、Ｂ１、Ｂ２、Ｂはボビン、Ｌ１、Ｌ２は１
次、２次コイル、Ｃは鉄心コア、Ｐは絶縁紙である。
（ａ）の電磁誘導型のトランスは磁束の漏れが多く、ノ
イズが大きくなり、結合度が悪い。これに対し、（ｂ）
のスイッチングトランスでは、結合度は増すが、作業性
が悪い。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明の電源装置によれ
ば、スイッチングトランスの１次コイルと直列のコンデ
ンサにより共振回路を構成し、この共振回路に発振回路
に同期して動作するスイッチング回路を介して発振信号
を与えて、共振状態を発振回路の周波数に同期させるの
で、スイッチングトランスの電力伝達効率が格段に向上
し、ノイズの発生が最小限に抑制される。また、電圧共
振作用を用いるので、回路構成が簡単なものとなる。ま
た、スイッチングトランスだけでなく２次側電源回路も
容量、重量が小さくなり、製作上の作業性が向上し、安
価となる。

【００５８】また、共振状態がπ進む時間を発振回路の
発振周波数に同期させることにより、高効率な電力伝達
が可能となる。また、発振回路のオン／オフのデューテ
ィを固定することにより、回路構成が簡単になる。ま
た、発振回路のオン／オフのデューティ比をオン＜オフ
にすることにより、電力伝達効率が高まる。また、２次
側電源回路に独立した安定化電源装置を付加すれば、ノ
イズ発生を抑えることができ、しかも、２次側の負荷が
変動しても、負荷の変動によって共振回路の共振周波数
そのものが変動することがない。

【００５９】また、発振回路とスイッチング回路との間
に負荷状態の検出信号により作動する第２スイッチング
回路を設けることにより、負荷情報に応じて１次側電源
回路を間欠動作させることが可能で、無駄な電力消費を
抑えることができる。また、１次側電源回路にコンデン
サを用いない整流回路を用いることにより、力率の向上
が図れる。

【００６０】また、高効率な電力伝達を行えるので、ス
イッチングトランスの１次コイルと２次コイルの結合度
が増大し、従って、分割巻き方式を採用可能で、鉄心コ
アが外周コアで閉磁路を形成してノイズ発生を抑制でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態による電源装置の概略
回路図。

【図２】 （ａ）（ｂ）は第２実施形態による電源装置
の概略回路図。

【図３】 第３実施形態による電源装置の概略回路図。

【図４】 第１実施形態の作用を説明するための波形
図。

【図５】 第３実施形態の作用を説明するための波形
図。

【図６】 第４実施形態による電源装置の概略回路図。

【図７】 同上の作用を説明するための波形図。

【図８】 同上の作用を説明するための波形図。

【図９】 第５実施形態による電源装置の概略構成図。

【図１０】 第１実施形態の変形例を示す概略回路図。

【図１１】 第３実施形態の変形例を示す概略回路図。

【図１２】 各実施形態で用いられるスイッチングトラ
ンスの断面図。

【図１３】 従来の電源装置の概略回路図。

【図１４】 （ａ）（ｂ）は従来のトランスの例を示す
断面図。

【符号の説明】

１０ １次側電源回路 １２ スイッチングトランス １２Ｌ１ スイッチングトランスの１次コイル １２Ｌ２ スイッチングトランスの２次コイル １３ 共振回路 １３Ｃ 共振回路のコンデンサ １４ 発振信号出力手段 １４Ｇ 発振回路 １４Ｓ 第１スイッチング回路 １４ＳＳ 第２スイッチング回路 １５ ２次側情報入力部 ２０ ２次側電源回路 ２１ ２次側整流回路 ２２ 負荷 ２３ ２次回路制御装置 ２４ 負荷情報検出部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＬＣ共振回路を用いた電源装置であっ
   て、 スイッチングトランスの１次コイルを共振コイルとし、
   その共振コイルと該コイルに直列接続されたコンデンサ
   から成る１次共振回路と、この共振回路を動作させる信
   号出力手段とから成る１次側電源回路と、 上記スイッチングトランスを介して上記共振回路から上
   記スイッチングトランスの２次コイルに２次電圧を誘起
   して２次電力を出力する２次側電源回路とからなり、 上記１次側電源回路の信号出力手段は、独立の発振回路
   と、この発振回路の発振周波数に同期して作動し、その
   発振回路からの信号を上記１次共振回路へ出力するスイ
   ッチング回路とを含み、上記１次共振回路の所定の共振
   状態を上記発振回路の発振周波数に同期させるように動
   作することを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 上記１次共振回路の所定の共振状態がπ
   進む時間を上記発振回路の発振周波数に同期させるよう
   にしたことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 【請求項３】 上記１次側電源回路における発振回路の
   オン／オフのデューティを固定したものとし、その発振
   周波数に同期して作動する上記スイッチング回路を介し
   て上記１次共振回路を動作させることを特徴とする請求
   項１に記載の電源装置。
4. 【請求項４】 上記１次側電源回路における発振回路の
   オン／オフのデューティ比をオン＜オフにしたことを特
   徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 【請求項５】 上記２次側電源回路に独立した安定化電
   源装置を付加したことを特徴とする請求項１に記載の電
   源装置。
6. 【請求項６】 上記１次側電源回路における発振回路と
   スイッチング回路との間に介在させた、負荷情報の信号
   で作動する第２のスイッチング回路と、 上記２次側電源回路に設けられた、負荷の電圧又は電流
   の変動を検出する負荷状態検出手段と、 上記負荷状態検出手段で検出された負荷情報をワイヤレ
   スで上記第２のスイッチング回路に伝送し、その第２の
   スイッチング回路を作動させる伝送手段とをさらに備え
   たことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
7. 【請求項７】 上記１次側電源回路に、コンデンサを用
   いない整流回路を備え、かつ、上記２次側電源回路に安
   定化電源装置を付加したことを特徴とする請求項１に記
   載の電源装置。
8. 【請求項８】 上記スイッチングトランスは、鉄心コア
   の周りに１次コイルと２次コイルをコア軸方向に対向配
   置した分割巻きとし、上記鉄心コアを外周コアで連続し
   て閉磁路を形成するようにしたことを特徴とする請求項
   １に記載の電源装置。