JP2003304683A - 直流可変電圧電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流出力電圧を調整可能に且つ安定化できる
直流可変電圧電源装置に関し、高調波成分を抑圧し、且
つ小型軽量化を図る。 【解決手段】 交流電源１の交流電圧を整流回路２によ
り整流した直流電圧を電力増幅器３に入力し、スイッチ
ング制御部６からの制御信号により電力増幅器３を制御
し、この電力増幅器３の出力電圧をトランス４の一次巻
線に印加し、トランス４の二次巻線の誘起電圧を整流平
滑回路５により整流平滑化して負荷に印加する直流出力
電圧Ｖｄとし、正負極性の電源電圧検出信号Ｖｐ，Ｖｍ
を、スイッチング制御部６のパルス幅制御回路８により
制御するスイッチング回路９によりスイッチング出力し
て矩形波の制御信号とし、この制御信号を波形整形回路
７により滑らかな波形として電力増幅器３に入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、出力電圧を安定化
し、且つノイズ成分を抑圧した直流可変電圧電源装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】直流出力電圧を所定の範囲内で任意に設
定可能の直流可変電圧電源装置は、既に各種の構成が知
られている。例えば、トランスの一次巻線又は二次巻線
のタップ切替えにより、トランスの二次巻線に接続した
整流平滑回路からの直流出力電圧を切替える直流可変電
圧電源装置が知られている。又トランスの一次巻線にス
イッチングトランジスタを接続し、このスイッチングト
ランジスタのオン期間を制御することにより、直流出力
電圧の変更及び安定化を図るスイッチングレギュレータ
も知られている。

【０００３】又スイッチングトランジスタに代えて、電
力増幅器をトランスの一次巻線に接続し、この電力増幅
器にスイッチング制御した制御信号を入力し、制御信号
に対応した出力電圧をトランスの一次巻線に印加し、そ
の二次巻線に整流平滑回路を接続して負荷に直流出力電
圧を供給する構成の直流出力電源も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】直流出力電圧を印加す
る各種の電子回路に於いては、ノイズ成分により誤動作
を生じる場合が多いから、直流可変電圧電源装置として
も、直流出力電圧にノイズ成分を含まないことが要求さ
れる。従って、トランスと整流平滑回路とにより構成さ
れた直流可変電圧電源装置の場合、スイッチング部分を
含まないことにより、ノイズ成分のない直流出力電圧を
電子回路等の負荷に供給することができる。しかし、ト
ランスによる重量及び体積が大きくなる問題がある。

【０００５】これに対してスイッチングレギュレータ
は、前述の直流可変電圧電源装置のトランスに比較して
数分の１又は数１０分の１に軽量化及び縮小化を図るこ
とができる。しかし、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの
周波数でトランスの一次巻線に流れる電流をスイッチン
グするものであるから、トランスの二次巻線に接続した
整流平滑回路によって、スイッチングに伴う高調波成分
を除去することは困難である。従って、ノイズ成分によ
り誤動作を生じるような電子回路に対する電源装置とし
ては使用することが困難である問題があった。

【０００６】本発明は、スイッチング制御によりトラン
スの小型化を図り、且つ波形整形によりノイズ成分を抑
圧した電源装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の直流可変電圧電
源装置は、図１を参照して説明すると、交流電源１の交
流電圧を整流回路２により整流した直流電圧を電力増幅
器３に入力し、スイッチング制御部６からの制御信号に
より電力増幅器３を制御し、この電力増幅器３の出力電
圧をトランス４の一次巻線に印加し、トランス４の二次
巻線の誘起電圧を整流平滑回路５により整流平滑化して
負荷に印加する直流出力電圧Ｖｄとする直流可変電圧電
源装置であって、スイッチング制御部６からの矩形波の
制御信号に含まれる高調波成分を抑圧して電力増幅器３
の制御信号とする波形整形回路７を備えている。

【０００８】又交流電圧を整流した直流電圧をコンデン
サＣ１，Ｃ２により分圧し、コンデンサＣ１，Ｃ２の両
端の電圧をそれぞれ抵抗等を介して正負極性の電源電圧
検出信号Ｖｐ，Ｖｍとしてスイッチング制御部６に入力
する構成を備えている。又スイッチング制御部６は、直
流出力電圧Ｖｄと基準電圧Ｖｒ１との差分に対応したパ
ルス幅で、且つ交流電圧を整流した直流電圧に比例した
値の正負極性の制御信号を波形整形回路７に入力する構
成を備えることができる。又スイッチング制御部６は、
正負極性の電源電圧検出信号Ｖｐ，Ｖｍを交互にスイッ
チングして波形整形回路７に入力するスイッチング回路
９と、このスイッチング回路９のスイッチング制御を行
うパルス幅制御回路８とを有する。

【０００９】又トランスの二次側の整流平滑回路と出力
端子との間に接続したトランジスタと、出力端子の直流
出力電圧と基準電圧とを比較してトランジスタを制御す
る比較器とを含むシリーズレギュレータを備え、且つス
イッチング制御部は、トランジスタの両端の電圧とパル
ス幅制御の基準電圧との差分に対応したパルス幅で、正
負極性の電源電圧検出信号をスイッチングして波形整形
回路に入力する構成を備えることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態の説
明図であり、１は交流電源、２は整流回路、３は電力増
幅器、４はトランス、５は整流平滑回路、６はスイッチ
ング制御部、７は波形整形回路、８はパルス幅制御回
路、９はスイッチング回路、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、
Ｖｒ１は基準電圧、Ｖｄは直流出力電圧を示す。

【００１１】交流電源１の交流電圧を整流回路２によっ
て整流した直流電圧を、電力増幅器３に入力し、この電
力増幅器３の出力電圧をトランス４の一次巻線に加え
る。この電力増幅器３の出力電圧は、波形整形回路７を
介した制御信号に従って正負極性の電圧となる。それに
よって、トランス４の二次巻線に電圧が誘起し、その誘
起電圧を整流平滑回路５により整流平滑化し、直流出力
電圧Ｖｄとして、図示を省略した電子回路等の負荷に供
給する。

【００１２】この直流出力電圧Ｖｄを安定化する為に、
スイッチング制御部６のパルス幅制御回路８に入力す
る。この場合、直流出力電圧Ｖｄを分圧した電圧を入力
する構成とすることも可能である。又パルス幅制御回路
８は、既に知られている構成を適用することができるも
のであり、例えば、スイッチングレギュレータとしての
ハーフブリッジ型やセンタータップ型等の２石コンバー
タ型に対するパルス幅制御回路と同様に、直流出力電圧
Ｖｄと基準電圧Ｖｒ１とを比較し、その差分に対応する
パルス幅の制御信号ｓｐ，ｓｍを、それぞれ逆位相タイ
ミングで出力する構成を有するものである。

【００１３】又スイッチング回路９は、バイポーラトラ
ンジスタや電界効果トランジスタ等のスイッチング素子
により構成し、整流回路２によって整流した直流電圧を
コンデンサＣ１，Ｃ２により分圧し、且つ抵抗を介して
取り出した正極性の電源電圧検出信号Ｖｐと負極性の電
源電圧検出信号Ｖｍとを、スイッチング素子によって交
互にスイッチングし、正負極−の矩形波の信号を出力し
て波形整形回路７に加える。

【００１４】波形整形回路７は、ローパスフィルタの構
成と同様な構成とすることができるものであり、スイッ
チング回路９による矩形波の信号に含まれる高調波成分
を除去して、電力増幅器３の制御信号とする。電力増幅
器３は、この制御信号に従った振幅波形の出力電圧をト
ランス４の一次巻線に加える。この電力増幅器３は、既
に知られているように、出力振幅値は、整流回路２の出
力電圧に近い値とすることができる。

【００１５】直流出力電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒ１に比較
して低い場合に、パルス幅制御回路８からの制御信号ｓ
ｐ，ｓｍのパルス幅は、例えば、図２の（Ａ）に示す１
周期Ｔの１／２となる。それにより、スイッチング回路
９から出力される制御信号は、パルス幅ｔ１で正負極性
の矩形波の信号となる。そして、波形整形回路７によ
り、矩形波の信号は、点線で示すように、或る程度滑ら
かな波形となり、電力増幅器３の制御信号として入力さ
れる。電力増幅器３は、この制御信号の波形に近似した
波形の出力電圧をトランス４の一次巻線に印加すること
になる。

【００１６】又直流出力電圧Ｖｄと基準電圧Ｖｒ１との
差分が小さい場合、スイッチング回路９からは、例え
ば、図２の（Ｂ）に示すように、パルス幅ｔ２の正負極
性の矩形波の制御信号が出力される。この場合も、波形
整形回路７により点線で示すように滑らかな波形とな
る。即ち、基準電圧Ｖｒ１を調整することにより、直流
出力電圧Ｖｄとの差分に対応したパルス幅の制御信号を
出力し、電力増幅器３の出力電圧波形を制御して、直流
出力電圧Ｖｄを所望の値に設定することができ、その直
流出力電圧Ｖｄをスイッチング制御部６にフィードバッ
クして、安定化することができる。

【００１７】電力増幅器３は、制御信号の波形に比例し
た波形の出力電圧をトランス４の一次巻線に印加するよ
うに動作するから、トランス４の二次巻線には高調波成
分を抑圧した波形の電圧が誘起され、整流平滑回路５に
より整流して平滑化した直流出力電圧Ｖｄには、高調波
成分が殆ど含まれないものとなる。従って、電子回路等
の誤動作を防止することができる。

【００１８】スイッチング制御部６に於けるスイッチン
グ周波数は、例えば、２０ｋＨｚ或いはそれ以上とする
ことができるものであり、商用電源の５０Ｈｚ又は６０
Ｈｚに比較して３００〜５００倍以上の周波数とし、又
矩形波の立上り及び立下りの部分を滑らかにするように
波形整形するもので、トランス４の電力変換効率を低下
させることはないから、本発明に於けるトランス４は、
商用電源用のトランスに比較して著しく軽量化並びに小
型化を図ることができる。そして、トランス４の一次巻
線に印加する電力増幅器３の出力電圧に含まれる高調波
成分を抑圧することができるから、電子回路の誤動作の
原因となるノイズ成分を含まない直流出力電圧Ｖｄを負
荷に供給することができる。

【００１９】図２は本発明の他の実施の形態の要部説明
図であり、１４はトランス、１５は整流平滑回路、１６
はスイッチング制御部、１８はパルス幅制御回路、２１
はトランジスタ、２２は比較器、Ｖｒ２はパルス幅制御
の基準電圧、Ｖｒ３は直流出力電圧Ｖｄ用の基準電圧を
示す。なお、トランス１４の一次側の電力増幅器や波形
整形回路等は図示を省略している。又整流平滑回路１５
は、全波整流接続したダイオードと、チョークコイル
と、コンデンサとを含む構成の場合を示しているが、同
期整流回路等の他の構成を適用することも可能である。

【００２０】この実施の形態は、トランジスタ２１と比
較器２２とからなるシリーズレギュレータを、整流平滑
回路１５と出力端子との間に設けた場合を示し、且つシ
リーズレギュレータのトランジスタ２１の両端の電圧を
スイッチング制御部１６のパルス幅制御回路１８に入力
して、パルス幅制御の基準電圧Ｖｒ２と比較し、その差
分に対応したパルス幅の制御信号を出力して、前述のス
イッチング回路９（図１参照）を制御する。それによ
り、トランジスタ２２の両端の電圧を一定化し、直流出
力電圧Ｖｄを、シリーズレギュレータの機能により一定
化する。

【００２１】即ち、トランス１４の一次側に相当するス
イッチング制御部１６は、シリーズレギュレータのトラ
ンジスタ２１の両端の電圧を一定化するように、パルス
幅制御回路１８からの制御信号を図示を省略したスイッ
チング回路に入力し、直流出力電圧Ｖｄの変動は、比較
器２２により検出してトランジスタ２１を制御するシリ
ーズレギュレータの機能によって抑圧することができ
る。この場合のシリーズレギュレータの高速応答特性に
より、直流出力電圧Ｖｄの安定化を図ることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、交流電
源１の交流電圧を整流した直流電圧を電力増幅器３に入
力し、スイッチング制御部６からの制御信号により電力
増幅器３を制御して、電力増幅器３の出力電圧をトラン
ス４の一次巻線に印加して、その二次巻線の誘起電圧を
整流平滑回路５により整流して平滑化して電子回路等の
負荷に印加する直流出力電圧Ｖｄとし、スイッチング制
御部６からの矩形波の制御信号の高調波成分を抑圧して
電力増幅器３の制御信号とする波形整形回路７を備えて
おり、パルス幅制御回路８からの制御信号ｓｐ，ｓｍに
よりスイッチング回路９を制御して、矩形波の制御信号
を出力し、その矩形波の制御信号を波形整形回路７によ
り高調波成分を抑圧した波形として電力増幅器３に入力
するから、その出力電圧にも高調波成分を含まないもの
となり、従って、トランス４の二次巻線にも高調波成分
を含まない電圧が誘起され、整流平滑回路５により整流
して平滑化した直流出力電圧Ｖｄには高調波成分を含ま
ないので、負荷の電子回路の誤動作を防止することがで
きる。又商用電源の周波数を高い周波数としてトランス
４の一次巻線に印加することにより、トランス４の小型
且つ軽量化を図ることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の説明図である。

【図２】波形整形回路の動作説明図である。

【図３】本発明の他の実施の形態の要部説明図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 整流回路 ３ 電力増幅器 ４ トランス ５ 整流平滑回路 ６ スイッチング制御部 ７ 波形整形回路 ８ パルス制御回路 ９ スイッチング回路 Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ Ｖｄ 直流出力電圧 Ｖｒ１ 基準電圧

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧を整流した直流電圧を電力増幅
   器に入力し、スイッチング制御部からの制御信号により
   前記電力増幅器を制御し、該電力増幅器の出力電圧をト
   ランスの一次巻線に印加し、該トランスの二次巻線の誘
   起電圧を整流平滑回路により整流して平滑化して負荷に
   印加する直流出力電圧とする直流可変電圧電源装置に於
   いて、 前記スイッチング制御部からの矩形波の制御信号の高調
   波成分を抑圧して前記電力増幅器の制御信号とする波形
   整形回路を備えたことを特徴とする直流可変電圧電源装
   置。
2. 【請求項２】 前記交流電圧を整流した直流電圧をコン
   デンサにより分圧して、正負極性の電源電圧検出信号と
   して前記スイッチング制御部に入力する構成を備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載の直流可変電圧電源装置。
3. 【請求項３】 前記スイッチング制御部は、前記直流出
   力電圧と基準電圧との差分に対応したパルス幅で、且つ
   前記交流電圧を整流した直流電圧に比例した値の正負極
   性の制御信号を前記波形整形回路に入力する構成を備え
   たことを特徴とする請求項１又は２記載の直流可変電圧
   電源装置。
4. 【請求項４】 前記スイッチング制御部は、前記正負極
   性の電源電圧検出信号を交互にスイッチングして前記波
   形整形回路に入力するスイッチング回路と、該スイッチ
   ング回路のスイッチング制御を行うパルス幅制御回路と
   を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項
   記載の直流可変電圧電源装置。
5. 【請求項５】 前記トランスの二次側の前記整流平滑回
   路と出力端子との間に接続したトランジスタと、前記出
   力端子の直流出力電圧と基準電圧とを比較して前記トラ
   ンジスタを制御する比較器とを含むシリーズレギュレー
   タを備え、且つ前記スイッチング制御部は、前記トラン
   ジスタの両端の電圧とパルス幅制御の基準電圧との差分
   に対応したパルス幅で、正負極性の電源電圧検出信号を
   スイッチングして前記波形整形回路に入力する構成を備
   えたことを特徴とする請求項１記載の直流可変電圧電源
   装置。