JP2000270550A - スイッチング電源回路 - Google Patents

スイッチング電源回路

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JP2000270550A JP11073812A JP7381299A JP2000270550A JP 2000270550 A JP2000270550 A JP 2000270550A JP 11073812 A JP11073812 A JP 11073812A JP 7381299 A JP7381299 A JP 7381299A JP 2000270550 A JP2000270550 A JP 2000270550A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各出力電圧の安定度が高く、しかも装置の大
型化を防止できるスイッチング電源回路を得る。 【解決手段】 トランスT1の2次巻線N2の一端をダ
イオードD1を介してアースに接続し、2次巻線N2の
他端を直接、第1の出力端子2に接続し、タップCTを
ダイオードD2を介して第2の出力端子3に接続する。
第1と第2の出力端子2、3とアースとの間には、それ
ぞれコンデンサC2、C3を接続する。このような構成
とした上で、第1の出力電圧VO1Lは2次巻線N2全
体に発生したフライバック電圧より得る一方で、第2の
出力電圧VO2Hについては2次巻線N2のタップCT
によって分割された巻線領域n21に発生した誘導電圧
と第1の出力電圧VO1Lの合成電圧より得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の出力電圧を
得るためのスイッチング電源において、各出力電圧の安
定度を高く保ちながら、装置の大型化を防止するための
技術に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器はその内部に数多くの機
能回路や装置を備え、これら機能回路や装置に供給すべ
き駆動電圧が2以上の種類(電圧値)となることは当然
のようになった。電圧値の異なる複数の電圧を得るに
は、例えば、その電圧の必要数だけの電源回路を備えた
電源装置を使用することも考えられる。しかし、電源回
路の数が多くなるとコストは上昇し、形状も大きくなる
といった問題がある。そこで、電子機器に内蔵する電源
装置には、一つの電源回路から電圧値の異なる複数の出
力電圧が得られるマルチ出力型のスイッチング電源回路
が使用されることが多い。このようなマルチ出力型のス
イッチング電源回路の一例として、従来においては図3
に示すような構成のスイッチング電源回路が存在した。
【0003】図3に示す回路は、先ず、高電位側の入力
端子1とアースとの間にスイッチングトランジスタQ1
の主電流路とトランスT3の1次巻線N5を直列に接続
し、スイッチングトランジスタQ1のベースに制御回路
4を接続する。なお、アースは図3に示す回路の基準電
位点であり、低電位側の入力端子および低電位側の各出
力端子は図示を省略してあるがアースに接続されている
ものとする。入力端子1とアースとの間にはフィルタ用
のコンデンサC1を接続する。トランスT3の2次巻線
N6の一端はアースに接続し、他端はダイオードD1を
介して第1の出力端子2に接続し、第1の出力端子2と
アースとの間にはコンデンサC2を接続する。2次巻線
N6の所定位置に設けられたタップCTはダイオードD
2を介して第2の出力端子3に接続し、第2の出力端子
3とアースとの間にはコンデンサC3を接続する。そし
て、第1の出力端子2とアースとの間には出力電圧検出
用の抵抗R1と抵抗R2の直列回路を接続し、抵抗R1
とR2の接続点に現れた電圧信号を制御回路4に供給す
る、といった回路構成としている。
【0004】このような構成とした図3の回路では、制
御回路4が出力する駆動信号に従ってスイッチングトラ
ンジスタQ1がオン、オフ動作を繰り返す。すると、こ
れに伴ってトランスT3の2次巻線N6に交番電圧が発
生する。2次巻線N6全体に現れた交番電圧はダイオー
ドD1とコンデンサC2により整流、平滑され、これに
より第1の出力端子2の位置に第1の出力電圧VO1H
が出現する。また、タップCTによって分割された2次
巻線N6の、アース側の巻線領域n62に現れた交番電
圧は、ダイオードD2とコンデンサC3により整流、平
滑され、これにより第2の出力端子3の位置に第2の出
力電圧VO2Lが出現する。ここで、第1の出力電圧V
O1Hと第2の出力電圧VO2Lは、双方とも2次巻線
N6に現れたフライバック電圧より得られている。その
ため、2次巻線N6全体より得る第1の出力電圧V
O1Hの方が、2次巻線N6の一部より得る第2の出力
電圧VO2Lよりも高いものとなる。
【0005】ところで、抵抗R1とR2の接続点に現れ
る電圧信号は第1の出力端子2に出現した第1の出力電
圧VO1Hの電圧値に応じた大きさとなる。何らかの理
由によって第1の出力電圧VO1Hが規定値から変動し
た場合、制御回路4は抵抗R1とR2の接続点に現れた
電圧信号に応じて駆動信号のパルス幅を変化させ、スイ
ッチングトランジスタQ1のオン、オフ期間の比率、す
なわちオンデューティを変化させる。スイッチングトラ
ンジスタQ1のオンデューティが変化すると1次巻線N
5を通過する電流の、単位時間当たりの流量が変化し、
トランスT3の1次側から2次側へ伝達されるエネルギ
ー量が変化する。すると第1の出力電圧VO1Hは、変
化した伝達エネルギー量に応じてその電圧値を元の規定
の電圧値に復元するような作用を受ける。
【0006】以上のような出力電圧の大きさに基づくス
イッチング動作の制御、いわゆるフィードバック制御に
よって、図3に示す回路の第1の出力電圧VO1Hは、
その電圧値がほぼ規定値で安定化される。なお、第2の
出力電圧VO2Lについては、第1の出力電圧VO1H
の電圧値がほぼ一定の値で安定していれば、外部要因、
すなわち各出力端子にそれぞれ接続された外部負荷の状
態や入力電圧VINが変化しない限り、その電圧値はほ
ぼ一定の値で安定化されることになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図3に示すようなスイ
ッチング電源回路は、2次巻線N6全体で電圧値の高い
側の第1の出力電圧VO1Hを得るという回路構成とな
っている。このようなスイッチング電源回路を製作する
時、至極当たり前のことであるが、トランスT3の2次
巻線N6は得ようとする出力電圧の中で最大の電圧値を
基にその巻数を決定する。すると2次巻線N6は、高い
電圧を得るために電線の巻回数を多くしなければなら
ず、その結果、トランスT3の大型化、ひいてはスイッ
チング電源回路や電源装置の大型化という不本意な現象
を引き起こすことになる。また図3に示す回路では、2
次巻線N6全体から得られる第1の出力電圧V 1H
安定化されることにより、分圧回路の理屈から2次巻線
N6の一部から得られる第2の出力電圧VO2Lも安定
化される。
【0008】しかし実際には、第2の出力電圧VO2L
については、仮令、第1の出力電圧VO1Hの電圧値が
安定していても、様々な要因の変化、特に出力電流の大
きな増減によって電圧値が変動してしまう。これは、電
源回路を構成するトランスT3の各巻線間の磁気的結合
が、実製品では完全(結合係数が1.0)ではないこ
と、各巻線や巻線領域に存在する電気抵抗とそこを流れ
る電流によって電圧降下を生じ、その値が電流値の変化
で変動すること等が原因と考えられている。そのため、
図3に示す回路構成としたスイッチング電源装置は、外
部負荷の状態が大きく変化するような場合、フィードバ
ック制御が成されていない第2の出力電圧VO2Lの電
圧値に高い安定度は望めないとの問題があった。そこで
本発明は、各出力電圧の安定度が高く、しかも装置の大
型化を防止できるスイッチング電源回路を得ることを目
的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によるスイッチン
グ電源装置は、スイッチング素子と第1の巻線の直列回
路と、第1の整流素子が基準電位点と接続されるように
基準電位点と第1の電源出力端子との間に接続された第1
の整流素子、第2の巻線および第3の巻線の直列回路
と、基準電位点と第1の出力端子との間に接続された第
1の容量素子と、第2の巻線と第3の巻線との接続点と
第2の出力端子との間に接続された第2の整流素子と、
基準電位点と第2の出力端子との間に接続された第2の
容量素子と、スイッチング素子の動作を制御する制御回
路とを具備した構成を特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】所定位置にタップが設けられた2
次巻線を有するトランスを使用し、トランスの1次巻線
とスイッチング素子を入力端子とアースとの間に直列に
接続する。トランスの2次巻線の一端を第1の整流素子
を介して基準電位点に接続し、2次巻線の他端を直接、
第1の出力端子に接続し、2次巻線の所定位置に設けら
れたタップを第2の整流素子を介して第2の出力端子に
接続する。第1の出力端子とアースとの間には第1の容
量素子を、第2の出力端子をアースとの間には第2の容
量素子をそれぞれ接続した回路構成とする。そして、第
1の出力端子側の第1の出力電圧は2次巻線全体に発生
したフライバック電圧より得る一方で、第2の出力端子
側の第2の出力電圧については2次巻線のタップによっ
て分割された片側の巻線領域に発生した誘導電圧と第1
の出力端子側の出力電圧の合成電圧より得る。
【0011】
【実施例】各出力電圧の安定度が高く、しかも装置の大
型化を防止できる、本発明の第1の実施例によるスイッ
チング電源回路の回路図を図1に示した。図1に示す回
路は以下のような構成としている。入力端子1とアース
との間にPNP型のスイッチングトランジスタQ1の主
電流路とトランスT1の1次巻線N1を直列に接続し、
スイッチングトランジスタQ1のベースに制御回路4を
接続する。トランスT1の2次巻線N2の一端をダイオ
ードD1のカソードに接続し、そのアノードをアースに
接続する。2次巻線N2の他端を第1の出力端子2に接
続し、出力端子2とアースとの間にコンデンサC2を接
続する。
【0012】出力端子2とアースとの間には、さらに電
圧検出回路としての抵抗R1とR2の直列回路を接続
し、抵抗R1とR2の接続点に現れる電圧信号を制御回
路4に入力する。2次巻線N2の所定位置に設けられた
タップCTをダイオードD2のアノードに接続し、ダイ
オードD2のカソードを第2の出力端子3に接続し、出
力端子3とアースの間にコンデンサC3を接続する。2
次巻線N2のダイオードD1側の一端と、その2次巻線
N2の一端と同極である1次巻線N1のスイッチングト
ランジスタQ1側の一端との間にコンデンサC3を接続
し、入力端子1とアースとの間にはフィルタ用のコンデ
ンサC1を接続する。このような構成とした図1の回路
の概略の動作は以下のようになる。
【0013】先ず、制御回路4から供給される信号によ
って、それまでオン状態であったスイッチングトランジ
スタQ1がオフ状態に移行すると、トランスT1の各巻
線には、スイッチングトランジスタQ1がオン状態の時
に蓄積されたエネルギーによりフライバック電圧が発生
する。すると、フライバック電圧に対してオン状態とな
ったダイオードD1を介して、2次巻線N2の全体に発
生したフライバック電圧がコンデンサC2の両端に印加
される。これによりコンデンサC2は充電され、コンデ
ンサC2の端子間に生じた電圧が第1の出力電圧V
O1Lとして出力端子2の位置に出現する。なお、定常
運転状態において第1の出力電圧VO1Lは、制御回路
4とスイッチングトランジスタQ1を含むフィードバッ
ク制御系により安定化される。
【0014】次に、制御回路4から供給される信号によ
ってスイッチングトランジスタQ1がオン状態に移行す
ると、トランスT1の1次巻線N1に電流が流入し、ト
ランスT1の各巻線に誘導電圧が発生する。この時、2
次巻線N2の一部の巻線領域n21に発生した誘導電圧
についてはダイオードD2の順方向となり、巻線領域n
21に発生した誘導電圧とコンデンサC2の端子間電圧
を合わせた電圧がダイオードD2を介してコンデンサC
3の両端に印加されることになる。これによりコンデン
サC3は充電され、コンデンサC3の端子間に生じた電
圧が第2の出力電圧VO2Hとして出力端子3の位置に
出現する。そして、制御回路4から供給される信号によ
って再びスイッチングトランジスタQ1はオフ状態に移
行し、上記動作を繰り返すことになる。
【0015】図1の本発明の回路は、従来の回路に比べ
て、第1の出力電圧VO1Lは2次巻線N2に発生した
フライバック電圧より得る一方で、第2の出力電圧V
O2Hについては2次巻線N2に発生した誘導電圧と第
1の出力電圧VO1Lより得る。そして、2次巻線N2
のタップCTから導いて得た第2の出力電圧VO2H
方が2次巻線N2全体より得る第1の出力電圧VO1L
より高くなる、という点が特徴となっている。このよう
な本発明のスイッチング電源回路においては、トランス
T1の2次巻線N2は、巻線の巻回数などの仕様が電圧
値が低い方の出力電圧を基にして決定される。2次巻線
N2全体から得るべき出力電圧の電圧値が低ければ、巻
線を数多く巻かなくて済み、トランスT1の大型化を抑
えることができる。その結果、スイッチング電源回路や
電源装置の大型化を防止することができるようになる。
【0016】また図1の回路は、フライバック電圧より
エネルギーを得ている出力電圧が第1の出力電圧V
O1Lだけであるために、例えば、第1の出力端子2側
の出力電流の変化が第2の出力電圧VO2Hに及ぼす悪
影響を軽減することができる。これに加え、第2の出力
電圧VO2Hは、第1の出力電圧VO1Lと巻線領域n
21に生じた誘導電圧とによって決定される。ここで、
第1の出力電圧VO1Lはフィードバック制御によりほ
ぼ一定であり、誘導電圧については、1次巻線N1と巻
線領域n21の巻数比と入力電圧VINによって決定さ
れ、入力電圧VINが安定していれば第2の出力電圧V
O2Hも安定した値を示す。その結果、第2の出力電圧
O2Hは高い安定度を示すことになる。もし仮に入力
電圧VINが変動しても、第1の出力電圧VO1Lが一
定であれば第2の出力電圧VO2Hの変動量は限定的な
ものに留まり、第2の出力電圧V O2Hの安定度が従来
の回路に比べて劣化するような事態にはならない。
【0017】なお、詳しい説明は省略したが、図1中の
コンデンサC4は、図1に示すような構成の回路ではコ
ンデンサC2と組み合わせて使用される。この時、コン
デンサC4とコンデンサC2は、トランスT1の1次巻
線N1の一端に現れた電圧の交流成分を1次側から2次
側に通過させ、トランスT1の1次−2次巻線間の磁気
的結合によるエネルギー伝達とは別個のエネルギー伝達
手段を形成する。このコンデンサC4を回路中に設置す
ると、設置しないときより電源回路の効率が向上する利
点がある。なおこのコンデンサC4は電源の仕様によっ
ては省略される。
【0018】図2には本発明の第2の実施例によるスイ
ッチング電源回路の回路図を示した。図1の回路は各出
力電圧がアース電位に対して正の電圧値となるスイッチ
ング電源回路を構成するのに対し、この図2の回路は各
出力電圧がアース電位に対して負の電圧値となるスイッ
チング電源回路を構成するものである。図2に示す回路
の構成は、実質的には図1の回路のトランスT1の2次
巻線N2とは極性が逆転した2次巻線N4を有したトラ
ンスT2を使用する。そして、ダイオードD1およびD
2のアノードとカソードを逆に接続し、さらにコンデン
サC4を削除するといった回路構成となっている。な
お、図2の回路のその他の回路部分の構成については図
1の回路と同一になっている。
【0019】このような構成の回路では、先ずスイッチ
ングトランジスタQ1がオフ状態に移行し、2次巻線N
4にフライバック電圧が発生すると、その2次巻線N4
全体に生じたフライバック電圧がコンデンサC2に印加
される。これによりコンデンサC2は充電され、その端
子間に生じた電圧が第1の出力電圧VO1Lとなる。次
にスイッチングトランジスタQ1がオン状態に移行する
と、2次巻線N4には誘導電圧が発生し、その一部巻線
領域n41に発生した誘導電圧と第1の出力電圧V
O1Lとが合成された電圧がコンデンサC3に印加され
る。これによりコンデンサC3は充電され、その端子間
に生じた電圧が第2の出力電圧VO2Hとなる。なお、
2次巻線N4の極性から、第1の出力電圧VO1Lと第
2の出力電圧VO2Hは、その電圧値がアースに対して
負の値となる。このように図2に示す回路は、出力電圧
がアースに対して正負逆の電圧値となるものの、図1の
回路と実質的に同じ動作を行うことになる。
【0020】以上に説明した、図1、図2に示す本発明
の実施例の回路では、第1と第2の2つの出力電圧を得
るためのスイッチング電源回路に本発明を適用したもの
であるが、3以上の出力電圧を得る構成の電源装置に本
発明を適用しても構わない。また、それぞれの実施例の
回路では、2次巻線にタップを設けて2次巻線を2つの
巻線領域に分割し、その一巻線領域に現れる誘導電圧を
利用している。しかし、1次、2次及び3次巻線を有す
るトランスを使用し、2次巻線と3次巻線を接続して本
発明の実施例に相当する回路を構成しても構わない。
【0021】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によるスイ
ッチング電源回路は、トランスの2次巻線の一端を第1
の整流素子を介して基準電位点に接続し、2次巻線の他
端を直接、第1の出力端子に接続し、2次巻線の所定位
置に設けられたタップを第2の整流素子を介して第2の
出力端子に接続する。このような構成とした上で、第1
の出力端子側の出力電圧は2次巻線全体に発生したフラ
イバック電圧より得る一方で、第2の出力端子側の出力
電圧については2次巻線のタップによって分割された一
巻線領域に発生した誘導電圧と第1の出力端子側の出力
電圧の合成電圧より得ることを特徴としている。
【0022】このような本発明によれば、2次巻線全体
から得るべき出力電圧の電圧値が低く、巻線を数多く巻
かなくて済み、トランスの大型化を抑えることができ
る。また、フィードバック制御により安定した第1の出
力電圧と2次巻線に生じた誘導電圧とにより第2の出力
電圧を得ることで、非制御ながらも安定度の高い出力電
圧が得られる。これにより、各出力電圧の安定度が高
く、しかも装置が大型化しない、マルチ出力型のスイッ
チング電源回路を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例によるスイッチング電
源回路の回路図。
【図2】 本発明の第2の実施例によるスイッチング電
源回路の回路図。
【図3】 従来のマルチ出力型のスイッチング電源回路
の一例の回路図。
【符号の説明】
1:入力端子 2:第1の出力端子 3:第2
の出力端子 4:制御回路 C2:コンデンサ
(第1の容量素子) C3:コンデンサ(第2の容
量素子) CT:センタータップ D1:ダイ
オード(第1の整流素子) D2:ダイオード(第
2の整流素子) N1、N3:1次巻線(第1の巻
線) N2、N4:2次巻線 n21、n4
1:巻線領域(第2の巻線) n22、n42:巻
線領域(第3の巻線) Q1:スイッチングトランジス
タ(スイッチング素子) T1、T2:トランス
IN:入力電圧 VO1L:第1の出力電圧
O2H:第2の出力電圧

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチング素子と第1の巻線の直列回
    路と、 第1の整流素子が基準電位点と接続されるように該基準
    電位点と第1の電源出力端子との間に接続された第1の整
    流素子、第2の巻線および第3の巻線の直列回路と、 該基準電位点と該第1の出力端子との間に接続された第
    1の容量素子と、 該第2の巻線と該第3の巻線との接続点と第2の出力端
    子との間に接続された第2の整流素子と、 該基準電位点と該第2の出力端子との間に接続された第
    2の容量素子と、 該スイッチング素子の動作を制御する制御回路と、を具
    備することを特徴とするスイッチング電源回路。
  2. 【請求項2】 トランスを具備し、前記第1の巻線が該
    トランスの1次巻線であり、前記第2の巻線と第3の巻
    線の接続点が該トランスの2次巻線に設けられたタップ
    であり、前記第2の巻線が該タップよって分割された該
    2次巻線の一方の巻線領域であり、前記第3の巻線が該
    タップによって分割された該2次巻線の他方の巻線領域
    であることを特徴とする、請求項1に記載したスイッチ
    ング電源回路。
  3. 【請求項3】 スイッチング素子のオンオフ動作に伴っ
    てトランスの2次巻線に発生した電圧より電圧値の異な
    る複数の出力電圧を得るマルチ出力型のスイッチング電
    源回路において、 該スイッチング素子がオフ状態の時に該2次巻線全体に
    生じたフライバック電圧により第1の出力電圧を得て、
    該スイッチング素子がオン状態の時に該2次巻線の一部
    巻線領域に発生した誘導電圧と該第1の出力電圧とによ
    り、該第1の電圧よりも電圧値の高い第2の出力電圧を
    得て、 ここで該第1の出力電圧は、該スイッチング素子と、該
    スイッチング素子の制御端子に接続された制御回路とを
    含む制御系により安定化されることを特徴とするスイッ
    チング電源回路。
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