JP2004129457A

JP2004129457A - Power supply apparatus and control method for power supply apparatus

Info

Publication number: JP2004129457A
Application number: JP2002293435A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Matsuda; 松田　善秋; Shinya Ofuji; 大藤　晋也
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-07
Also published as: JP4148744B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply apparatus suitable for constant power control and a control method for the power supply apparatus. <P>SOLUTION: The secondary windings 32<SB>1</SB>and 32<SB>2</SB>of a plurality of transformers 21<SB>1</SB>and 21<SB>2</SB>are connected in series. The junction point b between them and both the ends a are connected with a first output terminal 38 through choke coils 35<SB>1</SB>to 35<SB>3</SB>and further connected with a second output terminal 39 through rectifying elements 31<SB>1</SB>to 31<SB>3</SB>. When the output current is smaller than a preset upper limit value, the induced voltages of the secondary windings 32<SB>1</SB>and 32<SB>2</SB>are provided with identical polarity, and the induced voltages are applied in series to a load. When the output current exceeds the upper limit value, a period in which the voltages are in reversed polarity is produced, and the period in which the voltages are applied in series and the period in which the voltages are applied in parallel are caused to exist in mixture to lower the output voltage. Thus, the efficiency of use of the transformers 21<SB>1</SB>and 21<SB>2</SB>is enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源装置の技術分野にかかり、特に、トランスの使用効率が高い電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２５の符号１０２は、チョークコイルを使用した従来技術の電源装置である。
一般に、スイッチング型の電源装置１０２は、一次側回路と二次側回路に分かれており、その間はトランス１２１によって絶縁されている。トランス１２１内には、互いに磁気結合した一次巻線Ｗ_１と二次巻線Ｗ_２が配置されている。
【０００３】
一次側には、商用電源を整流平滑した直流電圧源１１０と、一次巻線Ｗ_１と共にＨブリッジを構成するスイッチ回路１０７とが配置されている。
【０００４】
スイッチ回路１０７内には、四個のトランジスタＱ_１〜Ｑ_４が設けられており、２個一組の順方向のトランジスタＱ_１、Ｑ_２と逆方向のトランジスタＱ_３、Ｑ_４が、一組ずつ交互に導通することで、直流電圧源１１０から一次巻線Ｗ_１に交流電流を流すように構成されている。
【０００５】
二次巻線Ｗ_２は出力回路１０８に接続されており、一次巻線Ｗ_１に交流電流が流れ、二次巻線Ｗ_２に交流電圧が誘起されると、誘起電圧は出力回路１０８に印加される
出力回路１０８は、チョークコイルＬ_１、Ｌ_２と整流素子１３６_１、１３６_２とが直列接続された二個の整流回路１２４、１２５を有している。
【０００６】
二次巻線Ｗ_２の両端は、二個の整流回路１２４、１２５のチョークコイルＬ_１、Ｌ_２と整流素子１３６_１、１３６_２とが互いに接続された接続点にそれぞれ接続されている。この電源装置１０２は、正電圧を出力する電源であり、
【０００７】
整流素子１３６_１、１３６_２は、そのカソード端子側が、チョークコイルＬ_１、Ｌ_２の一端に接続されており、チョークコイルＬ_１、Ｌ_２の他端は、正電圧が出力される第一の出力端子１３８に接続されている。
【０００８】
整流素子１３６_１、１３６_２のアノード端子側は、接地電位となる第２の出力端子１３９に接続されており、二次巻線Ｗ_２の誘起電圧により、一方の整流回路１２４に正電圧が印加され、他方の整流回路１２５に負電圧が印加されると、正電圧が印加された方の整流回路１２４のチョークコイルＬ_１に二次巻線Ｗ_２から電流が供給される。その電流は、負電圧が印加された方の整流回路１２５の整流素子１３６_２を通って流れる。正電圧が印加された方の整流回路１２４の整流素子１３６_１には逆バイアスされ、電流は流れない。
【０００９】
次に、二次巻線Ｗ_２から各整流回路１２４、１２５に印加される電圧の極性が逆転すると、他方のチョークコイルＬ_２と整流素子１３６_１に電流が供給される。なお、最初のチョークコイルＬ_１に電流が供給されているとき、この他方のチョークコイルＬ_２には、チョークコイルＬ_２が生成する電流が流れている。
【００１０】
出力回路１０８には、コンデンサＣが並列接続されおり、第１、第２の出力端子１３８、１３９間には、コンデンサＣで平滑された直流電圧が現れ、この直流電圧が負荷１２８に供給される。
【００１１】
上記の電源装置１０２と異なり、ダイオードブリッジを使用した場合、二次巻線Ｗ_２の誘起電圧によって生成される電流は、直列接続された２個の整流素子を通のに比べ、上記のような電源装置１０２では、誘起電圧によって生成された電流は、２個の整流素子１３６_１、１３６_２のうちのいずれか一方だけを流れて負荷１６に供給されるため損失が小さく、高効率の電源装置が得られる。
【００１２】
図２６の符号１０３は、出力電流を大きくするために、上記のような電源装置１０２を二台、負荷１６に対して並列接続した電源装置である。
【００１３】
この電源装置１０３では、２個のトランス１２１_１、１２１_２にはそれぞれスイッチ回路１０７_１、１０７_２が接続されており、各スイッチ回路１０７_１、１０７_２によってトランス１２１_１、１２１_２に交流電流を供給するように構成されている。
【００１４】
また、各トランス１２１_１、１２１_２には、出力回路１０８_１、１０８_２がそれぞれ接続されており、各出力回路１０８_１、１０８_２から負荷１６に対して並列に電流を供給するように構成されている。
【００１５】
しかしながら、上記のような並列型の電源装置１０３では、各トランス１２１_１、１２１_２の最大電圧と最大電流の仕様は、トランス１２１が１個の電源装置１０２と同じになり、トランスの使用効率が悪いという欠点がある。
【００１６】
【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、トランスの使用効率が高いスイッチング電源を提供することにある。
【００１７】
【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、複数の一次巻線と、前記各一次巻線にそれぞれ磁気結合された二次巻線とを有し、前記各二次巻線の両端は、チョークコイルによって第１の出力端子にそれぞれ接続され、且つ、整流素子によって第２の出力端子にそれぞれ接続され、前記各二次巻線の誘起電圧で生成された電流が整流平滑されて第１、第２の出力端子から負荷に供給されるように構成された電源装置であって、前記複数の二次巻線は直列接続された電源装置である。
請求項２記載の発明は、電圧源から供給された直流電圧から交流電圧を生成し、前記各一次巻線に供給するスイッチ回路と、前記各スイッチ回路が前記各一次巻線に供給する交流電圧の位相を制御する制御回路とを有する請求項１記載の電源装置である。
請求項３記載の発明は、前記制御回路は前記第１、第２の出力端子間に現れる出力電圧を検出し、該出力電圧が一定値を維持する状態で、前記出力電圧が急変した場合には、一時的に前記位相を制御し、前記出力電圧を一定に維持させる請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の電源装置である。
請求項４記載の発明は、前記出力電流が第１の上限値以上である場合に、前記制御回路は前記第１、第２の出力端子から前記負荷に供給される出力電流の大きさを検出し、前記出力電流の大きさに基いて前記位相を制御し、前記第１、第２の出力端子間に現れる出力電圧を低下させるように構成された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電源装置である。
請求項５記載の発明は、前記制御回路は、前記第１、第２の出力端子間に現れる出力電圧を検出し、前記出力電流の大きさに加えて前記出力電圧の大きさに基いて前記位相を制御するように構成された請求項４記載の電源装置である。
請求項６記載の発明は、前記出力電流が、前記第１の上限値よりも大きい第２の上限値以上である場合に、前記制御回路は、前記出力電流の大きさに基いて、前記出力電圧を低下させる請求項４又は請求項５のいずれか１項記載の電源装置である。
請求項７記載の発明は、複数の一次巻線と、前記各一次巻線にそれぞれ磁気結合された複数の二次巻線とを有し、前記各二次巻線の両端は、チョークコイルによって第１の出力端子にそれぞれ接続され、且つ、整流素子によって第２の出力端子に接続され、前記各二次巻線の誘起電圧で生成された電流が整流平滑されて第１、第２の出力端子から負荷に供給されるように構成され、前記二次巻線は直列接続された電源装置を制御する制御方法であって、前記各二次巻線に誘起される電圧の位相を制御し、前記第１、第２の出力端子から出力される電圧を制御する電源装置の制御方法である。
請求項８記載の発明は、前記第１、第２の出力端子間に現れる出力電圧が一定値を維持する状態で前記出力電圧が急変した場合には、一時的に前記二次巻線に誘起される電圧の位相を制御し、前記出力電圧を一定に維持させる請求項７記載の電源装置の制御方法である。
請求項９記載の発明は、前記出力電流が第１の上限値以上である場合には、前記第１、第２の出力端子から前記負荷に供給される出力電流の大きさを検出し、前記出力電流の大きさに基いて前記二次巻線に誘起される電圧の位相を制御し、前記第１、第２の出力端子間に現れる出力電圧を低下させる請求項７又は請求項８のいずれか１項記載の電源装置の制御方法である。
請求項１０記載の発明は、前記第１、第２の出力端子間に現れる出力電圧を検出し、前記出力電流の大きさに加えて前記出力電圧の大きさに基いて前記二次巻線に誘起される電圧の位相を制御する請求項９記載の電源装置の制御方法である。
請求項１１記載の発明は、前記出力電流が、前記第１の上限値よりも大きい第２の上限値以上である場合に、前記出力電流の大きさに基いて、前記出力電圧を低下させる請求項７又は請求項１０のいずれか１項記載の電源装置の制御方法である。
請求項１２記載の発明は、前記第１、第２の出力端子から前記負荷に供給される出力電流が第１の上限値よりも小さい場合は、前記各二次巻線に同極性の電圧を誘起させ、各二次巻線の誘起電圧を前記負荷に対して直列に印加させ、前記第１の上限値を超える場合は、前記各二次巻線の誘起電圧に異なる極性の電圧を含ませ、前記第１、第２の出力端子間の電圧を低下させる請求項７記載の電源装置の制御方法である。
【００１８】
本発明は上記のように構成されており、負荷に高電圧で低電流を供給する場合は、各二次巻線の誘起電圧を負荷に対して直列に印加する。
【００１９】
負荷に低電圧で大電流を供給する場合は、各二次巻線の誘起電圧を負荷に対して並列に印加し、各二次巻線から負荷に対して並列に電流を供給する。
【００２０】
その間の場合、即ち、中程度の電圧で中程度の電流を供給する場合、二次巻線の誘起電圧を負荷に対して直列に印加する期間と並列に印加する期間を一周期中に混在させ、その割合で出力電圧を制御する。
【００２１】
この場合、負荷に供給される電流を測定し、電流が増加するに従って、出力電圧を低下させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の電源装置を図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）の符号１は本発明の第一例の電源装置であり、複数個（ここでは２個）のトランス２１_１、２１_２を有している。
【００２３】
各トランス２１_１、２１_２内には、一次巻線３１_１、３１_２と、各一次巻線３１_１、３１_２に対してそれぞれ磁気結合された二次巻線３２_１、３２_２とが配置されている。
【００２４】
符号２９は商用電圧源を直流平滑して直流電圧を出力する直流電圧源であり、各一次巻線３１_１、３１_２には、直流電圧源２９に接続されたスイッチ回路２６_１、２６_２がそれぞれ１個ずつ接続されている。
【００２５】
スイッチ回路２６_１、２６_２を図１（ｂ）に示す。
各スイッチ回路２６_１、２６_２は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）から成るトランジスタをそれぞれ４個有している。同図の符号Ｑ_１〜Ｑ_４はそれら４個のトランジスタを示している。
【００２６】
ここでは符号Ｑ_１、Ｑ_４のトランジスタと、符号Ｑ_３、Ｑ_２のトランジスタがそれぞれ直列接続されている。
【００２７】
トランジスタＱ_１、Ｑ_４又はトランジスタＱ_２、Ｑ_３同士が接続された接続部分には、１個の一次巻線３１_１、３１_２の端部たそれぞれ接続され、４個のトランジスタＱ_１〜Ｑ_４と、１個の一次巻線３１_１又は３１_２とでＨブリッジ回路が構成されている。
【００２８】
トランジスタＱ_１、Ｑ_４又はトランジスタＱ_２、Ｑ_３の直列接続回路は、直流電圧源２９に対して並列接続されており、直流電圧源２９が出力する直流電圧がＨブリッジ回路に印加されるように構成されている。
【００２９】
符号Ｑ_１とＱ_２の組み、及び符号Ｑ_３とＱ_４の組は、一次巻線３１_１又　３１_２の一端に正電圧を印加し、他端に負電圧を印加するトランジスタの組み合わせであり、各組みを交互に導通させると、一次巻線３１_１、３１_２に交流電圧が印加される。
【００３０】
この交流電圧は、例えば、一方の組みのトランジスタＱ_１とＱ_２を導通させ、他方の組のトランジスタＱ_３とＱ_４を遮断させたときの電圧の極性を正とすると、一方の組みのトランジスタＱ_１とＱ_２を遮断させ、他方の組のトランジスタＱ_３とＱ_４を導通させると負極性になる。
【００３１】
一次巻線３１_１、３１_２に交流電圧が印加されると、その一次巻線３１_１、３１_２に磁気結合した二次巻線３２_１、３２_２に交流電圧が誘起される。
【００３２】
この電源装置１では、各二次巻線３２_１、３２_２は直列接続されている。
図１中の符号ａは、二次巻線３２_１、３２_２が直列接続された回路の両端の端点を示しており、符号ｂは、二次巻線３２_１、３２_２同士が互いに接続された接続点を示している。
【００３３】
また、この電源装置１では、少なくとも、端点ａの個数と接続点ｂの個数とを合計した数以上の、整流回路が設けられている。
【００３４】
符号２２_１〜２２_３はその整流回路を示しており、各整流回路２２_１〜２２_３は、１個のチョークコイル３５_１、３５_２、３５_３と、１個の整流素子３６_１、３６_２、３６_３とが直列接続されて構成されている。整流素子３６_１〜３６_３は、ｐｎ接合ダイオードやショットキー接合ダイオード等の整流作用を有する素子である。
【００３５】
二次巻線３２_１、３２_２の直列接続回路の端点ａと接続点ｂには、少なくとも１個の整流回路２２_１〜２２_３のチョークコイル３５_１〜３５_３と整流素子３６_１〜３６_３とが接続された部分が接続されている。
【００３６】
各整流回路２２_１〜２２_３の両端のうち、チョークコイル３５_１〜３５_３側の端子は、第１の出力端子３８に接続されており、整流素子３６_１〜３６_３側の端子は、第２の出力端子３９に接続されている。
【００３７】
第１の出力端子３８と第２の出力端子３９との間には出力コンデンサ１４が設けられており、各二次巻線３２_１、３２_２に誘起された交流電圧は、後述するように、整流回路２２_１〜２２_３と出力コンデンサ１４によって整流平滑され、直流電圧となって、第１の出力端子３８と第２の出力端子３９の間に出力される。
【００３８】
第１、第２の出力端子３８、３９間には、負荷１６が接続されている。
ここでは、各整流素子３６_１〜３６_３のアノード端子が第２の出力端子３９に接続されており、第２の出力端子３９に負荷１６から電流が流入するようになっているから、第２の出力端子３９が接地電位であり、第１の出力端子が接地電位よりも高い電圧を出力するようになっている。
【００３９】
電源装置１は制御回路２４を有している。各スイッチ回路２６_１、２６_２は制御回路２４に接続され、この制御回路２４によって、スイッチ回路２６_１、２６_２内のトランジスタＱ_１〜Ｑ_４の導通と遮断が個別に制御されており、それにより、各スイッチ回路２６_１、２６_２から一次巻線３１_１、３１_２に供給される交流電圧の位相や周波数が制御されている。制御回路２４による各スイッチ回路２６_１、２６_２の制御は独立であり、各スイッチ回路２６_１、２６_２に接続された二次巻線３２_１、３２_２に流れる電流は、それぞれ個別に制御される。
【００４０】
各一次巻線３１_１、３１_２に印加される電圧波形の例を図１０〜図１２に示す。各図中の符号Ｔは、各一次巻線３１_１、３１_２に印加される交流電圧Ｖ３１_１、Ｖ３１_２の１周期の期間を示している。符号Ｄは、交流電圧の極性が反転する時に、一次巻線３１_１、３１_２に流れる電流がゼロであり、二次巻線３２_１、３２_２に誘起される電圧がゼロになる期間である。この期間Ｄはごく短く設定されており、電源装置１の動作上無視できるものとする。
【００４１】
また、本発明の電源装置１では、各スイッチ回路２６_１、２６_２から各一次巻線３１_１、３１_２に印加される交流電圧の周波数は等しく、且つ、交流電圧の正極性の期間と負極性の期間の長さは等しくされている。
【００４２】
上記のように、一次巻線３１_１、３１_２に流れる電流がゼロの期間Ｄは、無視できる程度に短いので、各一次巻線３１_１、３１_２には、正極性の電圧か、又は負極性の電圧のいずれかが印加されているものとする。
【００４３】
図１０、図１１）に示したタイミングチャート中の符号Ｓは、各一次巻線３１_１、３１_２に同極性の電圧が印加され、各二次巻線３２_１、３２_２に同極性の電圧が誘起されている期間である。
【００４４】
図１１、図１２の符号Ｐは、直列接続された二次巻線３２_１、３２_２のうち、隣り合う二次巻線に互いに逆極性の電圧が誘起される期間である。
【００４５】
図１０に示すように、各一次巻線３１_１、３１_２に印加される交流電圧の位相が一致しており、位相差はゼロの状態では、各二次巻線３２_１、３２_２の誘起電圧は同極性であり、二次巻線３２_１、３２_２の直列接続回路の端点ａと端点ａの間には、各二次巻線３２_１、３２_２に誘起された電圧を加算した電圧が発生し、各二次巻線３２_１、３２_２に誘起された電圧が、直列に負荷１６に印加される。
【００４６】
この状態では、負荷１６には高電圧が供給される反面、供給される電流は小さい。
【００４７】
本発明の電源装置１では、各トランス２１_１、２１_２中の、一次巻線３１_１、３１_２と二次巻線３２_１、３２_２の巻数比は等しくされており、各一次巻線３１_１、３１_２に印加される交流電圧の大きさは等しくなっているから、従って、各二次巻線３２_１、３２_２に誘起される交流電圧の大きさは等しくなっている。
【００４８】
各二次巻線３２_１、３２_２に誘起された電圧の大きさ符号Ｅで表すと、期間Ｓ中では、各二次巻線３２_１、３２_２の直列接続回路の端点ａの間に生じる電圧は、電圧Ｅを二次巻線３２_１、３２_２の個数倍した大きさになる。二次巻線がｎ個あれば、ｎ×Ｅである。
【００４９】
この電源装置１では、各整流素子３６_１、３６_２のカソード側が二次巻線３２_１、３２_２に接続されているため、二次巻線３２_１、３２_２の直列接続回路の端点ａのうち、正電圧が誘起された方の端点ａに接続された整流素子３６_１又は３６_３は逆バイアスされ、遮断する。他方、負電圧が誘起された方の端点ａに接続された整流素子３６_１又は３６_３は順バイアスされる。
【００５０】
その結果、二次巻線３２_１、３２_２の直列接続回路に生じたｎ×Ｅの電圧により、正電圧が誘起された端点ａに接続されたチョークコイル３５_１又は３５_３と負電圧が誘起された端点ａに接続された整流素子３６_１、３６_２を通って電流が流れ、その電流が第１の出力端子３８から負荷１６に供給される。
【００５１】
一次巻線３１_１、３１_２に印加される交流電圧の極性が反転すると、二次巻線３２_１、３２_２の直列接続回路に誘起される電圧の極性も反転するが、反転前と同様に、第１の出力端子３８から負荷１６に供給される。
【００５２】
図１０のタイミングチャートのように、各一次巻線３１_１、３１_２に印加される電圧の位相が一致している場合には、各二次巻線３２_１、３２_２に正極性の電圧が誘起される期間と負極性の電圧が誘起される期間がある。
【００５３】
図２は、正極性の電圧が誘起される期間に流れる電流を示しており、図３は、負極性の電圧が誘起される期間に流れる電流を示している。
【００５４】
図２の符号Ｉ_１１と図３の符号Ｉ_２１は、二次巻線３２_１、３２_２の直列接続回路の両端に生じた電圧ｎ×Ｅ（ｎ＝２）によって流れる電流とその向きを示している。
【００５５】
これらの電流ｉ_１１、ｉ_２１はそれぞれチョークコイル３５_１、３５_３を流れ、負荷１６に供給される。このとき、二次巻線３２_１、３２_２の直列接続回路には、ｎ×Ｅの電圧が生じ、第１の出力端子３８には、電圧ｎ×Ｅ／２の大きさの出力電圧Ｖ_Ｏが現れる。このとき、チョークコイル３５_１、３５_３の両端には、二次巻線３２_１、３２_２の直列接続回路に生じた電圧の半分の大きさの電圧ｎ×Ｅ／２だけ電圧降下する。
【００５６】
それらの電流ｉ_１１、ｉ_２１は、一次巻線３１_１、３１_３に印加される交流電圧の極性が反転すると、電流ｉ_１１と電流ｉ_２１との間で相互に切り替わる。
【００５７】
各電流ｉ_１１、ｉ_２１は、チョークコイル３５_１、３５_３をそれぞれ流れ、負荷１６に供給されているが、電流ｉ_１１と電流ｉ_２１との間で相互に切り替わると、各チョークコイル３５_１、３５_３に流れる電流は一旦停止する。
【００５８】
各チョークコイル３５_１、３５_３は、電流ｉ_１１、ｉ_２１がそれぞれ流れているときに、磁気エネルギーによって充電されており、その電流ｉ_１１、ｉ_２１が停止すると、チョークコイル３５_１、３５_３に起電力が生じ、その放電によって、図３の符号ｉ_１２と図４の符号ｉ_２２で示す電流が生成され、第１の出力端子３８から負荷１６に供給される。
【００５９】
チョークコイル３５_１、３５_３の放電による電流Ｉ_１２、Ｉ_２２は、チョークコイル３５_１、３５_３を充電した電流ｉ_１１、ｉ_２１と同じ大きさである。チョークコイル３５_１、３５_３を充電した電流ｉ_１１、ｉ_２１の大きさは相互に等しいから、結局、各電流ｉ_１１、ｉ_２１、Ｉ_１２、Ｉ_２２　の大きさは略等しい。
【００６０】
各二次巻線３２_１、３２_２の誘起電圧が、負荷１６に対して直列に印加される状態で、負荷１６に流れる電流が変動すると、二次巻線３２_１、３２_２によって生成される電流Ｉ_１１、Ｉ_２１の大きさが自動的に追随し、出力電圧Ｖ_Ｏは一定値（ここでは電圧Ｅ）に維持される。
【００６１】
即ち、負荷１６に流れる電流が小さくなると、第１の出力端子３８から供給される電流もそれに従って小さくなり、負荷１６に流れる電流が大きくなると、第１の出力端子３８から供給される電流もそれに従って大きくなる。
【００６２】
この電源装置１では、第１の出力端子３８又は第２の出力端子３９のいずれか一方又は両方に電流センサ１５が設けられており、電源装置１から負荷１６に供給される出力電流の大きさは、電流センサ１５で測定されるようになっている。
【００６３】
電流センサ１５の測定結果は制御回路２４に入力されている。制御回路２４には、予め第１の上限値が設定されており、負荷１６に供給される出力電流Ｉ_Ｏが第１の上限値を超えると、一次巻線３１_１、３１_２に印加される交流電圧の位相が一致した状態から、ズレを含んだ状態に移行される。
【００６４】
図１１は、制御回路２４により、一次巻線３１_１、３１_２に印加される交流電圧の位相が角度Ｆだけずらされた状態を示している。図１０のタイミングチャートでは、一周期Ｔが全部期間Ｓで占められいたが、図１１のタイミングチャートでは、期間Ｓと期間Ｐが混在した状態になる。
【００６５】
図１１の期間Ｓは、時刻ｔ_１、ｔ_３で開始し、時刻ｔ_２、ｔ_４で終了しており、期間Ｐは、期間Ｓが終了する時刻ｔ_２、ｔ_４で開始し、期間Ｓが開始する時刻ｔ_３（及び時刻ｔ_１）で終了している。
【００６６】
図１１のタイミングチャートに沿って期間Ｓと期間Ｐが混在する場合の電源装置１の動作を説明する。
【００６７】
先ず、時刻ｔ_１〜ｔ_２の間、各二次巻線３２_１、３２_２に正極性の電圧が誘起されると、図４に示すように、各二次巻線３２_１、３２_２に誘起された電圧Ｅは直列に負荷１６とチョークコイル３５_１の直列接続回路に印加される。符号Ｉ_３３は、二次巻線３２_１、３２_２の直列接続回路の両端の電圧２・Ｅによって負荷１６に供給される電流を示している。
【００６８】
このとき、１個の二次巻線３２_２に誘起された電圧Ｅによって、電流Ｉ_３２が負荷１６に供給される。
【００６９】
これら二次巻線３２_１、３２_２によって生成された電流Ｉ_３３、Ｉ_３２は、同じ整流素子３６_３と、異なるチョークコイル３５_１、３５_２を流れる。その際チョークコイル３５_１、３５_２を充電する。
【００７０】
時刻ｔ_１の直前は、二次巻線３２_１、３２_２に誘起された電圧で、チョークコイル３５_２に電流が流されており、時刻ｔ_１〜ｔ_２の間、そのチョークコイル３５_２が放電し、図４中の符号Ｉ_３３で示した電流が負荷１６に供給される。
【００７１】
次に、時刻ｔ_２を経過すると、二個の一次巻線３１_１、３１_２のうち、一方の一次巻線３１_２に流れる電流が反転し、その一次巻線３１_２に磁気結合した二次巻線３２_２に負極性の電圧が誘起される。
【００７２】
他方の一次巻線３１_１には正極性の電圧が印加されており、その一次巻線３１_１に磁気結合した二次巻線３２_１には、正極性の電圧が誘起されている。
【００７３】
図５は、このような状態の時に電源装置１に流れる電流を示しており、正極性の電圧と負極性の電圧がそれぞれ誘起された二次巻線３２_１、３２_２により、正極性の電流Ｉ_４１と負極性の電流Ｉ_４２がそれぞれ生成され、第１の出力端子３８から負荷１６にそれぞれ供給される。
【００７４】
図５に示した状態では、二次巻線３２_１、３２_２に生じた誘起電圧は負荷１６に対して並列に印加されており、正極性の電流Ｉ_４１と負極性の電流Ｉ_４２が負荷１６に並列に供給されている。
【００７５】
この電流Ｉ_４１、Ｉ_４２は、同じ整流素子３６_２を通り、別のチョークコイル３５_１、３５_３を流れ、そのチョークコイル３５_１、３５_３を磁気エネルギーによってそれぞれ充電する。
【００７６】
電流Ｉ_４１、Ｉ_４２が流れないチョークコイル３５_２には、時刻ｔ_２の直前に、二次巻線３２_２から供給される電流Ｉ_３２が流れ、それによって充電されており、時刻ｔ_２でその電流Ｉ_３２が停止すると、チョークコイル３５_２に起電力が生じ、電流Ｉ_４３が生成される。
【００７７】
その電流Ｉ_４３は、二次巻線３２_１、３２_２が生成した電流Ｉ_４１、Ｉ_４２と同じ整流素子３６_２を流れ、第１の出力端子３８から負荷１６に供給される。
【００７８】
図１４は、上記のように二次巻線３２_１、３２_２の誘起電圧が負荷１６に直列に印加される期間Ｓと並列に印加される期間Ｐが混在している場合の、電源装置１内部に流れる電流及び電圧の波形を示すシミュレーション結果である。
【００７９】
図１４中の符号Ｖ３１_１、Ｖ３１_２は一次巻線３１_１、３１_２に印加される交流電圧の波形を示しており、Ｉ３２_１、Ｉ３２_２は二次巻線３２_１、３２_２に流れる電流波形を示している。
【００８０】
また、Ｉ３６_１〜Ｉ３６_３は整流素子３６_１〜３６_３に流れる電流波形を示しており、Ｖ３６_１〜Ｖ３６_３は、カソード端子の電位を示している（正負は逆転している）。
【００８１】
次に、時刻ｔ_３が経過し、各一次巻線３１_１、３１_２に印加される電圧が全て負極性になると、二次巻線３２_１、３２_２に誘起される電圧の極性も負極性となり、各二次巻線３２_１、３２_２の誘起電圧は、負荷１６に対して直列に印加される。
【００８２】
図６は、このとき流れる電流を示しており、二次巻線３２_１、３２_２の直列接続回路の両端に生じた電圧２×Ｅによって電流Ｉ_５１が生成され、また、１個の二次巻線３２_１に誘起された電圧Ｅにより、電流Ｉ_５２が生成される。
【００８３】
また、時刻ｔ_３よりも前にチョークコイル３５_１に供給されていた電流Ｉ_２２は停止することにより、そのチョークコイル３５_１に起電力が生じ、電流Ｉ_５３が生成されている。
これらの電流Ｉ_５１、Ｉ_５２、Ｉ_５３は負荷１６に供給される。
【００８４】
次に、時刻ｔ_４が経過すると、一方の二次巻線３２_２の誘起電圧が負極性から正極性に変わり、その結果、二次巻線３２_１、３２_２に生じた誘起電圧は負荷１６に対して並列に印加される。従って、図７に示すように、各二次巻線３２_１、３２_２の誘起電圧によって電流Ｉ_６１、Ｉ_６２が生成され、負荷１６に並列に供給される。その電流Ｉ_６１、Ｉ_６２は、異なる整流素子３６_１、３６_２と、同じチョークコイル３５_２を通って、負荷１６に供給される。他のチョークコイル３５_１、３５_３には起電力が生じており、その起電力によって電流Ｉ_６３、Ｉ_６４が生成され、それぞれ負荷１６に供給される。
【００８５】
上記は、一次巻線３１_１、３１_２に印加される交流電圧の位相のずれ量Ｆが、１８０°以下の場合であったが、すれ量Ｆが大きくなり、図１２に示したように１８０°になると、二次巻線３２_１、３２_２に誘起される電圧は互いに逆極性になり、直列の期間Ｓは消滅し、一周期Ｔの全部が並列の期間Ｐになり、負荷１６に並列に電流を供給するようになる。
【００８６】
このとき、負荷１６には、図８に示した電流Ｉ_７１〜Ｉ_７３と、図９に示した電流Ｉ_８１〜_８４とが交互に供給される。
【００８７】
各二次巻線３２_１、３２_２の誘起電圧によって生成される電流Ｉ_７１、Ｉ_７２、Ｉ_８１、Ｉ_８２の大きさは互いに等しく、各チョークコイル３５_１〜３５_３の起電力によって生じる電流Ｉ_７３、Ｉ_８３、Ｉ_８４は、チョークコイル３５_１〜３５_３を充電した電流Ｉ_７１、Ｉ_７２、Ｉ_８１＋Ｉ_８２の大きさに等しいから、
Ｉ_７１＝Ｉ_７２＝Ｉ_８１＝Ｉ_８２＝Ｉ_７３／２＝Ｉ_８３＝Ｉ_８４
である。
【００８８】
上記のように、１周期Ｔの全部が並列の期間Ｐになり、各二次巻線３２_１、３２_２の誘起電圧による電流Ｉ_７１、Ｉ_７２、Ｉ_８１、Ｉ_８２がチョークコイル３５_１〜３５_３を流れると、出力電圧Ｖ_Ｏは、誘起電圧Ｅの半分の大きさの電圧Ｅ／２になる。
【００８９】
このとき、各チョークコイル３５_１〜３５_３ではＥ／２だけ電圧降下しており、チョークコイル３５_１〜３５_３を流れる電流Ｉ_７１、Ｉ_７２、Ｉ_８１、Ｉ_８２により、各チョークコイル３５_１〜３５_３は磁気エネルギーで充電される。
【００９０】
それに対し、図１１のタイミングチャートの場合のように、１周期Ｔ中に直列接続の期間Ｓと並列接続の期間Ｐとが混在する場合は、出力電圧Ｖ_Ｏは、ｎ×Ｅ／２とＥ／２の間の大きさであって、一期間Ｔ中に含まれる期間Ｓと期間Ｐの割合に応じた大きさになる。例えば、期間Ｓと期間Ｐが１：１の場合、出力電圧Ｖ_ＯはＥ・３／４になる。
【００９１】
この電源装置１では、制御回路２４に、第１の上限値Ｉ_１が予め設定されており、出力電流Ｉ_Ｏが第１の上限値Ｉ_１よりも小さい間は、並列の期間Ｐを含まず、一周期Ｔ全部が直列の期間Ｓの状態で運転し、出力電流Ｉ_Ｏが第１の上限値Ｉ_１を超えると、超えた量に応じて期間Ｓを発生させ、出力電流Ｉ_Ｏを増加させながら出力電圧Ｖ_Ｏを低下させる。
【００９２】
図１３は、出力電流Ｉ_Ｏと出力電圧Ｖ_Ｏの関係を示したグラフである。出力電流Ｉ_Ｏが第１の上限値Ｉ_１よりも小さい点Ａ〜点Ｂの間は、出力電圧Ｖ_ｏは電圧Ｅの一定値になっており、出力電流Ｉ_Ｏが第１の上限値Ｉ_１を超えると、出力電流Ｉ_Ｏは増加しながら出力電圧Ｖ_Ｏは低下させられる。
【００９３】
この制御回路２４は第１の出力端子３８と第２の出力端子３９の間に現れる出力電圧Ｖ_Ｏが入力されており、出力電流Ｉ_Ｏと出力電圧Ｖ_Ｏの両方が測定されている。本実施例では、制御回路２４により、出力電流Ｉ_Ｏが第１の上限値Ｉ_１を超えると、位相のずれ量Ｆを増大させ、出力電力（出力電流Ｉ_Ｏと出力電圧Ｖ_Ｏの積）が一定値になるように、出力電流Ｉ_Ｏを増加させながら出力電圧Ｖ_Ｏを低下させる。
【００９４】
但し、本発明の出力電圧Ｖ_Ｏの低下のさせ方はそれに限定されるものではなく、例えば、出力電流Ｉ_Ｏを直線的に増加させながら出力電圧Ｖ_Ｏを直線的に低下させる等、種々の制御方法が含まれる。
【００９５】
上記のように位相のずれ量Ｆが増大し、１８０°に達して１周期Ｔが全て並列の期間Ｐとなる点Ｃでは、出力電圧Ｖ_ＯはＥ／２になる。
【００９６】
符号Ｉ_２は、出力電圧Ｖ_ＯがＥ／２になったときの出力電流Ｉ_Ｏの値であり、出力電流Ｉ_Ｏに対する第２の上限値である。
【００９７】
この電源装置１では、出力電流Ｉ_Ｏが第２の上限値Ｉ_２を超えると、制御回路２４が、トランジスタＱ_１〜Ｑ_４の導通期間を短くし、一次巻線３１_１、３１_２に供給する交流電圧の実効値を低下させる。
【００９８】
その結果、二次巻線３２_１、３２_２に電圧が誘起されない期間Ｄが無視できない程長くなり、期間Ｄの長さに応じて出力電圧Ｖ_ＯがＥ／２から更に低下する。
【００９９】
点Ｄは、第１の出力端子３８と接地端子３９が短絡した状態、即ち、出力電圧Ｖ_Ｏがゼロになった状態であり、出力電流Ｉ_Ｏは、出力電圧Ｖ_ＯがＥ／２を超えゼロになるまでの間、第２の上限値Ｉ_２の値を維持する。
【０１００】
次に、図１５は、本発明の第二例の電源装置２の回路図である。
この第二例の電源装置２では、第一例の電源装置１に、トランス２１_３、２１_４と、整流回路２２_４、２２_５と、スイッチ回路２６_３、２６_４が追加されている。各スイッチ回路２６_１〜２６_４の内部構成は図１（ｂ）に示した通りである。
【０１０１】
第一例の電源装置１では、２個のトランス２１_１、２１_２を有し、そのトランス２１_１、２１_２内の二次巻線３２_１、３２_２が直列接続されていたが、第二例の電源装置２では、各トランス２１_１〜２１_４内の合計四個の二次巻線３２_１〜３２_４が直列接続されている。
【０１０２】
二次巻線３２_１〜３２_４の直列接続回路の端点ａと、二次巻線３２_１〜３２_４同士の接続点ｂは、各整流回路２２_１〜２２_５内のチョークコイル３５_１〜３５_５によって第１の出力端子３８に接続され、且つ、整流素子３６_１〜３６_５によって接地端子３９に接続されている。
【０１０３】
整流素子３６_１〜３６_５は、アノード側が接地電位の第２の出力端子３９に接続され、カソード側が端点ａ又は接続点ｂに接続されている。
【０１０４】
各トランス２１_１〜２１_４内の一次巻線３１_１〜３１_４は、それぞれ別々にスイッチ回路２６_１〜２６_４に接続されており、制御回路２４が各スイッチ回路２６_１〜２６_４を制御し、各一次巻線３１_１〜３１_４に印加する交流電圧の位相を変えると、二次巻線３２_１〜３２_４の誘起電圧の極性が制御される。それにより、誘起電圧が負荷１６に対して直列に印加され、又、並列に印加される。
【０１０５】
図２２は、この電源装置２で、各一次巻線３１_１〜３１_４に印加される交流電圧の位相が一致し、各二次巻線３２_１〜３２_４の誘起電圧が、負荷１６に対して直列に供給される場合のタイミングチャートである。
【０１０６】
図１６、図１７は、このときの電流と向きを示しており、図１６の符号Ｉ_１０１は、各二次巻線３２_１〜３２_４の誘起電圧が正極性の場合に流れる電流を示しており、図１７の符号Ｉ_１０２は、図１６とは逆に、負極性の場合に流れる電流を示している。図１６、１７及び後述する図１８〜図２１では、チョークコイル３５_１〜３５_５の起電力によって生じる電流は省略してある。
【０１０７】
図２３は、各一次巻線３１_１〜３１_４に印加される交流電圧の位相が１８０°ずれ、直列接続された二次巻線３２_１〜３２_４のうちの隣り合う二次巻線３２_１〜３２_４の誘起電圧が、互いに反対の極性になった場合のタイミングチャートである。
【０１０８】
図１８と図１９は、そのとき流れる電流と向きを示す図であり、図１８の符号Ｉ_１１１、Ｉ_１１３は正極性の誘起電圧によって生成された電流であり、符号Ｉ_１１２、Ｉ_１１４は負極性の誘起電圧によって生成された電流である。同様に、図１９の符号Ｉ_１２２、Ｉ_１２４は正極性の誘起電圧によって生成された電流であり、符号Ｉ_１２１、Ｉ_１２３は負極性の誘起電圧によって生成された電流である。
【０１０９】
一周期Ｔが全部Ｓで占められ、各二次巻線３２_１〜３２_４の誘起電圧が負荷１６に対して直列になる場合は、４×Ｅの電圧が二次巻線３２_１〜３２_４の直列接続回路の端点ａの間に生じ、その１／２の電圧、即ち２×Ｅの電圧が第１、第２の出力端子３８、３９間に現れている。このとき、電流がチョークコイル３５_１又は３５_５を流れると、チョークコイル３５_１、３５_５の両端には、２×Ｅだけ電圧降下する。
【０１１０】
一周期Ｔが全部Ｐで占められ、誘起電圧が負荷１６に対して並列になる場合は、誘起電圧Ｅの半分の電圧、即ちＥ／２の電圧が第１、第２の出力端子３８、３９間に現れる。このとき、チョークコイル３５_１、３５_３、３５_５又は３５_２、３５_４ではＥ／２だけ電圧降下している。
【０１１１】
この電源装置２でも、予め設定された第１の上限値Ｉ_１を超えるまでは、二次巻線３２_１〜３２_４の誘起電圧が負荷１６に対して直列に印加される。
【０１１２】
第１の上限値Ｉ_１を超えると、位相がずれ、誘起電圧が並列に印加される期間Ｐが発生し、期間Ｓ、Ｐの割合に応じた出力電圧Ｖ_Ｏが出力される。ｎ個の二次巻線３２_１〜３２_ｎを有する電源装置では、期間Ｓと期間Ｐが混在する場合は、出力電圧Ｖ_Ｏはｎ×Ｅ／２とＥ／２の間の大きさになり、誘起電圧が負荷１６に対して直列に印加される期間Ｓが１周期中のｓ％、並列に印加される期間Ｐがｐ％（ｓ＋ｐ＝１００％）の場合、（ｎ×Ｅ×ｓ／２＋Ｅ×ｐ／２）／１００の大きさになる。
【０１１３】
なお、本発明の電源装置２では、直列の期間Ｓと並列の期間Ｐを混在させる場合に、複数の二次巻線３２_１〜３２_４のうち、隣り合う２又は３個の二次巻線の誘起電圧を負荷１６に対して直列に印加すると同時に、他の二次巻線の誘起電圧を負荷１６に対して並列に印加しても良い。即ち、１周期Ｔ中に、直列の期間Ｓと並列の期間Ｐに加え、更に直並列の期間ＳＰを設けてもよい。
【０１１４】
例えば、図２０、図２１のように、符号３２_１と符号３２_２の二次巻線の組み、又は符号３２_３と符号３２_４の二次巻線の組みで、それぞれ２×Ｅの大きさの電圧を生成し、各組の２×Ｅの電圧を、負荷１６に対して直列に印加すると、２直列２並列の直並列期間を生成することができる。
【０１１５】
図２０の符号Ｉ_１３１と図２１の符号Ｉ_１４１は、その場合の正極性の誘起電圧による電流、図２０の符号Ｉ_１３２と図２１の符号Ｉ_１４２は負極性の誘起電圧による電流である。
【０１１６】
上記各実施例１、２で用いた制御回路２４の一例を図２４に示す。
この制御回路２４は、出力電圧用増幅器９１_Ｖと、出力電流用増幅器９１_Ｉと、出力電力用増幅器９１_Ｐとを有しており、出力電圧用増幅器９１_Ｖには、第１、第２の出力端子３８、３９間に現れる出力電圧Ｖ_Ｏが入力され、出力電流用増幅器９１_Ｉには、電流センサ１５が測定した出力電流Ｉ_Ｏの大きさが電圧変換されて入力されている。
【０１１７】
また、出力電圧Ｖ_Ｏと、電流センサ１５から出力された出力電流Ｉ_Ｏの大きさを示す電圧は、乗算器９３に入力され、出力電圧Ｖ_Ｏの大きさと出力電流Ｉ_Ｏの大きさから出力電力Ｐが算出され、それが電圧変換されて出力電圧用増幅器９１_Ｖに入力されている。
【０１１８】
出力電圧用増幅器９１_Ｖと、出力電流用増幅器９１_Ｉと、出力電力用増幅器９１_Ｐには、出力電圧用基準電圧源９２_Ｖと、出力電流用基準電圧源９２_Ｉと、出力電力用基準電圧源９２_Ｐとが接続されており、各増幅器９１_Ｖ、９１_Ｉ、９１_Ｐによって、出力電圧Ｖ_Ｏ、出力電流Ｉ_Ｏ、又は出力電力Ｐの大きさと、各基準電圧源９２_Ｖ、９２_Ｉ、９２_Ｐが出力する基準電圧との差が増幅され、出力されている。
【０１１９】
各増幅器９１_Ｖ、９１_Ｉ、９１_Ｐが出力する電圧信号は、ダイオード９４_１〜９４_３を介して、駆動回路９５に入力されており、各増幅器９１_Ｖ、９１_Ｉ、９１_Ｐのうち、最大電圧を出力する増幅器（９１_Ｖ又は９１_Ｉ又は９１_Ｐ）によって、駆動回路９５が制御されるように構成されている。
【０１２０】
ここでは、各増幅器９１_Ｖ、９１_Ｉ、９１_Ｐの出力信号は、出力電流Ｉ_Ｏが、第１の上限値Ｉ_１未満である間は、出力電圧用増幅器９１_Ｖの出力信号の電圧が最大になるように構成されている。
【０１２１】
駆動回路９５は、ｎ個のスイッチ回路２６_１〜２６_ｎを独立に制御するように構成されており、出力電圧Ｖ_Ｏが急変すると、駆動回路９５は出力電圧用増幅器９１_Ｖの出力信号に基いて各スイッチ回路２６_１〜２６_ｎの位相を制御し、出力電圧Ｖ_Ｏを一定に維持するように構成されている。
【０１２２】
次に、出力電流Ｉ_Ｏが第１の上限値Ｉ_１に達すると、出力電圧用増幅器９１_Ｖの出力信号の電圧と、出力電流用増幅器９１_Ｉの出力信号の電圧とが等しくなり、更に出力電流Ｉ_Ｏが大きくなり、第１の上限値Ｉ_１を超えると、第２の上限値Ｉ_２未満である限り、各増幅器９１_Ｖ、９１_Ｉ、９１_Ｐ中、出力電力用増幅器９１_Ｐの出力信号の電圧が最大になるように構成されている。
【０１２３】
従って、各スイッチ回路２６_１〜２６_ｎの位相は、出力電力用増幅器９１_Ｐの信号に基いて制御され、出力電力Ｐ（出力電流Ｉ_Ｏと出力電圧Ｖ_Ｏの積）が一定値になるように、出力電流Ｉ_Ｏが増加しながら出力電圧Ｖ_Ｏが低下させられる。
【０１２４】
次に、第２の上限値Ｉ_２に達すると、出力電流用基準電圧源９２_Ｉの出力信号の電圧が最大になり、出力電流Ｉ_Ｏは、略第２の上限値Ｉ_２の電流量を維持しながら、出力電圧Ｖ_Ｏを低下させる。
【０１２５】
なお、本発明の制御回路２４は、上記の構成に限定されるものではなく、種々の構成の制御回路が含まれることは言うまでもない。
【０１２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電源装置では、複数の二次巻線の誘起電圧を、直列、直並列、又は並列に印加し、出力電流を増加させながら出力電圧を低下させることができる。この場合、トランジスタの導通期間を制御しなくても出力電圧を低下させることができるので、トランスの使用効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）：本発明の第一例の電源装置の回路ブロック図　　（ｂ）：スイッチ回路の内部構成を示す回路図
【図２】第一例の電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直列に印加される場合に流れる電流の経路を示す図（１）
【図３】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直列に印加される場合に流れる電流の経路を示す図（２）
【図４】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直列に印加される期間と並列に印加される期間が混在する場合に流れる電流の経路を示す図（１）
【図５】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直列に印加される期間と並列に印加される期間が混在する場合に流れる電流の経路を示す図（２）
【図６】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直列に印加される期間と並列に印加される期間が混在する場合に流れる電流の経路を示す図（３）
【図７】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直列に印加される期間と並列に印加される期間が混在する場合に流れる電流の経路を示す図（４）
【図８】二次巻線の誘起電圧が負荷に対して並列に印加される場合に流れる電流の経路を示す図（１）
【図９】二次巻線の誘起電圧が負荷に対して並列に印加される場合に流れる電流の経路を示す図（２）
【図１０】二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直列に印加される場合のタイミングチャート
【図１１】二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直列に印加される期間と並列に印加される期間が混在する場合のタイミングチャート
【図１２】二次巻線の誘起電圧が負荷に対して並列に印加される場合のタイミングチャート
【図１３】本発明の第一例の電源装置の出力電圧と出力電流の関係を示すグラフ
【図１４】本発明の第一例の電源装置の内部の電圧と電流を示すグラフ
【図１５】本発明の第二例の電源装置のブロック図
【図１６】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直列に印加される場合に流れる電流の経路を示す図（１）
【図１７】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直列に印加される場合に流れる電流の経路を示す図（２）
【図１８】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して並列に印加される場合に流れる電流の経路を示す図（１）
【図１９】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して並列に印加される場合に流れる電流の経路を示す図（２）
【図２０】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直並列に印加される場合に流れる電流の経路を示す図（１）
【図２１】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直並列に印加される場合に流れる電流の経路を示す図（２）
【図２２】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して直列に印加される場合のタイミングチャート
【図２３】同電源装置において、二次巻線の誘起電圧が負荷に対して並列に印加される場合のタイミングチャート
【図２４】制御回路の一例
【図２５】従来技術の電源装置
【図２６】その電源装置を並列運転する場合の回路ブロック図
【符号の説明】
１、２……電源装置
１５……電流センサ
１６……負荷
２４……制御回路
２６_１〜２６_４……スイッチ回路
３１_１〜３１_４……一次巻線
３２_１〜３２_４……二次巻線
３５_１〜３５_５……チョークコイル
３６_１〜３６_５……整流素子
３８……第１の出力端子
３９……第２の出力端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to the technical field of a power supply device, and more particularly, to a power supply device having a high transformer use efficiency.
[0002]
[Prior art]
Reference numeral 102 in FIG. 25 is a conventional power supply device using a choke coil.
Generally, the switching type power supply device 102 is divided into a primary side circuit and a secondary side circuit, and is insulated by the transformer 121 therebetween. In the transformer 121, a primary winding W magnetically coupled to each other is provided.₁And secondary winding W₂Is arranged.
[0003]
On the primary side, a DC voltage source 110 obtained by rectifying and smoothing a commercial power supply, and a primary winding W₁And a switch circuit 107 constituting an H-bridge.
[0004]
In the switch circuit 107, four transistors Q₁~ Q₄And a set of two forward transistors Q₁, Q₂Transistor Q in the opposite direction to₃, Q₄Are alternately turned on one set at a time, so that the primary winding W₁It is configured to allow an alternating current to flow therethrough.
[0005]
Secondary winding W₂Is connected to the output circuit 108, and the primary winding W₁AC current flows through the secondary winding W₂When an AC voltage is induced in the output circuit 108, the induced voltage is applied to the output circuit 108.
The output circuit 108 includes a choke coil L₁, L₂And rectifier element 136₁, 136₂Have two rectifier circuits 124 and 125 connected in series.
[0006]
Secondary winding W₂Are connected to the choke coils L of the two rectifier circuits 124 and 125₁, L₂And rectifier element 136₁, 136₂Are connected to connection points connected to each other. The power supply device 102 is a power supply that outputs a positive voltage,
[0007]
Rectifier element 136₁, 136₂Means that the cathode terminal side is a choke coil L₁, L₂Of the choke coil L₁, L₂Is connected to a first output terminal 138 from which a positive voltage is output.
[0008]
Rectifier element 136₁, 136₂Is connected to the second output terminal 139 at the ground potential, and the secondary winding W₂When a positive voltage is applied to one rectifier circuit 124 and a negative voltage is applied to the other rectifier circuit 125, the choke coil L of the rectifier circuit 124 to which the positive voltage is applied is applied.₁Secondary winding W₂Supplies current. The current is applied to the rectifier element 136 of the rectifier circuit 125 to which the negative voltage is applied.₂Flow through. Rectifier element 136 of rectifier circuit 124 to which the positive voltage is applied₁Is reverse biased, and no current flows.
[0009]
Next, the secondary winding W₂When the polarity of the voltage applied to each rectifier circuit 124, 125 is reversed, the other choke coil L₂And rectifier element 136₁Is supplied with current. Note that the first choke coil L₁Is supplied with current, the other choke coil L₂Has a choke coil L₂Is generated.
[0010]
A capacitor C is connected in parallel to the output circuit 108. A DC voltage smoothed by the capacitor C appears between the first and second output terminals 138 and 139, and this DC voltage is supplied to the load 128. .
[0011]
Unlike the above power supply device 102, when a diode bridge is used, the secondary winding W₂Current generated by the induced voltage of the power supply device 102 described above is compared with the current generated by the induced voltage of the two rectifiers 136 connected in series.₁, 136₂Is supplied to the load 16 after flowing through only one of them, a loss is small and a highly efficient power supply device can be obtained.
[0012]
Reference numeral 103 in FIG. 26 denotes a power supply device in which two power supply devices 102 as described above are connected in parallel to the load 16 in order to increase the output current.
[0013]
In this power supply device 103, two transformers 121₁, 121₂Each have a switch circuit 107₁, 107₂Are connected, and each switch circuit 107₁, 107₂By transformer 121₁, 121₂Is configured to supply an alternating current to the power supply.
[0014]
In addition, each transformer 121₁, 121₂Output circuit 108₁, 108₂Are connected to each other, and each output circuit 108₁, 108₂To supply a current to the load 16 in parallel.
[0015]
However, in the parallel power supply device 103 as described above, each transformer 121₁, 121₂Has the drawback that the transformer 121 has the same specifications as the single power supply device 102, and the use efficiency of the transformer is poor.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described disadvantages of the related art, and an object of the present invention is to provide a switching power supply with high transformer use efficiency.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 includes a plurality of primary windings, and a secondary winding magnetically coupled to each of the primary windings. Both ends are respectively connected to the first output terminal by a choke coil, and are connected to the second output terminal by a rectifier element, respectively. The current generated by the induced voltage of each of the secondary windings is rectified and smoothed. A power supply device configured to be supplied to a load from first and second output terminals, wherein the plurality of secondary windings are power supply devices connected in series.
According to a second aspect of the present invention, an AC voltage is generated from a DC voltage supplied from a voltage source and supplied to each of the primary windings, and an AC voltage supplied to each of the primary windings by the switch circuits is provided. 2. The power supply device according to claim 1, further comprising a control circuit for controlling a phase of the power supply.
According to a third aspect of the present invention, the control circuit detects an output voltage appearing between the first and second output terminals, and when the output voltage suddenly changes while the output voltage is maintained at a constant value. The power supply device according to claim 1, wherein the phase is temporarily controlled to maintain the output voltage constant.
According to a fourth aspect of the present invention, when the output current is equal to or greater than a first upper limit, the control circuit detects a magnitude of an output current supplied to the load from the first and second output terminals. 4. The apparatus according to claim 1, wherein the phase is controlled based on the magnitude of the output current to reduce an output voltage appearing between the first and second output terminals. It is a power supply device described in the item.
The control circuit according to claim 5, wherein the control circuit detects an output voltage appearing between the first and second output terminals, and based on the magnitude of the output voltage in addition to the magnitude of the output current. The power supply device according to claim 4, wherein the power supply device is configured to control a phase.
According to a sixth aspect of the present invention, when the output current is equal to or greater than a second upper limit that is larger than the first upper limit, the control circuit determines the output current based on the magnitude of the output current. The power supply device according to claim 4 or 5, wherein the voltage is reduced.
The invention according to claim 7 has a plurality of primary windings and a plurality of secondary windings magnetically coupled to the respective primary windings, and both ends of each of the secondary windings are formed by choke coils. The first and second output terminals are respectively connected to the first output terminal and connected to the second output terminal by a rectifying element, and currents generated by induced voltages of the respective secondary windings are rectified and smoothed. The secondary winding is configured to be supplied to a load from a terminal, wherein the secondary winding is a control method for controlling a power supply device connected in series, and controls a phase of a voltage induced in each of the secondary windings. It is a control method of a power supply device for controlling a voltage output from the first and second output terminals.
The invention according to claim 8 is characterized in that when the output voltage suddenly changes while the output voltage appearing between the first and second output terminals maintains a constant value, the output voltage is temporarily induced in the secondary winding. 8. The method according to claim 7, wherein a phase of the applied voltage is controlled to keep the output voltage constant.
According to a ninth aspect of the present invention, when the output current is equal to or greater than a first upper limit, the magnitude of an output current supplied to the load from the first and second output terminals is detected, and 9. The method according to claim 7, wherein a phase of a voltage induced in the secondary winding is controlled based on a magnitude of an output current to reduce an output voltage appearing between the first and second output terminals. 9. A method for controlling a power supply device according to claim 1.
The invention according to claim 10 detects an output voltage appearing between the first and second output terminals, and applies an output voltage to the secondary winding based on the magnitude of the output voltage in addition to the magnitude of the output current. 10. The control method for a power supply device according to claim 9, wherein the phase of the induced voltage is controlled.
The invention according to claim 11, wherein the output voltage is reduced based on the magnitude of the output current when the output current is equal to or greater than a second upper limit that is larger than the first upper limit. A method of controlling a power supply device according to any one of claims 7 and 10.
According to a twelfth aspect of the present invention, when the output current supplied from the first and second output terminals to the load is smaller than a first upper limit, a voltage of the same polarity is applied to each of the secondary windings. Induction, the induced voltage of each secondary winding is applied in series to the load, and when the voltage exceeds the first upper limit, the induced voltage of each secondary winding includes a voltage of a different polarity. 8. The control method for a power supply device according to claim 7, wherein a voltage between said first and second output terminals is reduced.
[0018]
The present invention is configured as described above. When supplying a low voltage and a high current to a load, the induced voltage of each secondary winding is applied in series to the load.
[0019]
When a large current is supplied to the load at a low voltage, the induced voltage of each secondary winding is applied in parallel to the load, and the current is supplied from each secondary winding to the load in parallel.
[0020]
In the meantime, that is, when supplying a medium current at a medium voltage, a period in which the induced voltage of the secondary winding is applied in series to the load and a period in which the induced voltage is applied in parallel are mixed in one cycle. The output voltage is controlled by the ratio.
[0021]
In this case, the current supplied to the load is measured, and the output voltage can be reduced as the current increases.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The power supply device of the present invention will be described with reference to the drawings.
Reference numeral 1 in FIG. 1A denotes a power supply device according to a first example of the present invention, and a plurality of (here, two)₁, 21₂have.
[0023]
Each transformer 21₁, 21₂In the primary winding 31₁, 31₂And each primary winding 31₁, 31₂Secondary windings 32 magnetically coupled to₁, 32₂And are arranged.
[0024]
Reference numeral 29 denotes a DC voltage source that performs DC smoothing of a commercial voltage source and outputs a DC voltage.₁, 31₂Includes a switch circuit 26 connected to a DC voltage source 29.₁, 26₂Are connected one by one.
[0025]
Switch circuit 26₁, 26₂Is shown in FIG.
Each switch circuit 26₁, 26₂Has four transistors each composed of an n-channel MOS transistor (MOSFET). Symbol Q in FIG.₁~ Q₄Indicates the four transistors.
[0026]
Here, the code Q₁, Q₄Transistor and the symbol Q₃, Q₂Are connected in series.
[0027]
Transistor Q₁, Q₄Or transistor Q₂, Q₃One primary winding 31 is provided at a connection portion where the two are connected.₁, 31₂And four transistors Q₁~ Q₄And one primary winding 31₁Or 31₂And an H-bridge circuit.
[0028]
Transistor Q₁, Q₄Or transistor Q₂, Q₃Are connected in parallel to the DC voltage source 29, and the DC voltage output from the DC voltage source 29 is applied to the H-bridge circuit.
[0029]
Sign Q₁And Q₂And the code Q₃And Q₄Is the primary winding 31₁$ 31₂Is a combination of transistors that apply a positive voltage to one end and apply a negative voltage to the other end.₁, 31₂Is applied with an AC voltage.
[0030]
This AC voltage is, for example, the voltage of one of the transistors Q₁And Q₂And the other set of transistors Q₃And Q₄Assuming that the polarity of the voltage when the transistor Q is turned off is positive, one of the transistors Q₁And Q₂And the other set of transistors Q₃And Q₄Is made negative and becomes negative.
[0031]
Primary winding 31₁, 31₂When an AC voltage is applied to the primary winding 31₁, 31₂Secondary winding 32 magnetically coupled to₁, 32₂, An AC voltage is induced.
[0032]
In this power supply device 1, each secondary winding 32₁, 32₂Are connected in series.
The symbol a in FIG.₁, 32₂Indicate end points at both ends of the circuit connected in series, and the symbol “b” indicates the secondary winding 32.₁, 32₂The connection points are shown where they are connected to each other.
[0033]
The power supply device 1 is provided with at least rectifier circuits equal to or more than the sum of the number of end points a and the number of connection points b.
[0034]
Code 22₁~ 22₃Indicates a rectifier circuit, and each rectifier circuit 22₁~ 22₃Is one choke coil 35₁, 35₂, 35₃And one rectifying element 36₁, 36₂, 36₃Are connected in series. Rectifier element 36₁~ 36₃Are elements having a rectifying action such as a pn junction diode and a Schottky junction diode.
[0035]
Secondary winding 32₁, 32₂At least one rectifier circuit 22₁~ 22₃Choke coil 35₁~ 35₃And rectifying element 36₁~ 36₃The part where is connected to is connected.
[0036]
Each rectifier circuit 22₁~ 22₃Of both ends of the choke coil 35₁~ 35₃Side terminal is connected to the first output terminal 38, and the rectifier element 36₁~ 36₃The terminal on the side is connected to the second output terminal 39.
[0037]
The output capacitor 14 is provided between the first output terminal 38 and the second output terminal 39, and each secondary winding 32₁, 32₂The AC voltage induced in the rectifier circuit 22₁~ 22₃Is rectified and smoothed by the output capacitor 14 and becomes a DC voltage, which is output between the first output terminal 38 and the second output terminal 39.
[0038]
The load 16 is connected between the first and second output terminals 38 and 39.
Here, each rectifying element 36₁~ 36₃Is connected to the second output terminal 39, and a current flows from the load 16 to the second output terminal 39. Therefore, the second output terminal 39 is at the ground potential, One output terminal outputs a voltage higher than the ground potential.
[0039]
The power supply device 1 has a control circuit 24. Each switch circuit 26₁, 26₂Is connected to a control circuit 24, which controls a switch circuit 26.₁, 26₂Transistor Q in₁~ Q₄Of the switch circuit 26 is controlled individually.₁, 26₂From the primary winding 31₁, 31₂The phase and the frequency of the AC voltage supplied to are controlled. Each switch circuit 26 by the control circuit 24₁, 26₂Are independent of each other, and each switch circuit 26₁, 26₂Secondary winding 32 connected to₁, 32₂Are controlled individually.
[0040]
Each primary winding 31₁, 31₂10 to 12 show examples of voltage waveforms applied to. The reference symbol T in each figure indicates each primary winding 31.₁, 31₂AC voltage V31 applied to₁, V31₂1 period. The symbol D indicates that when the polarity of the AC voltage is reversed, the primary winding 31₁, 31₂Current flowing through the secondary winding 32₁, 32₂Is a period during which the voltage induced in the above becomes zero. This period D is set to be very short and can be ignored in the operation of the power supply device 1.
[0041]
Further, in the power supply device 1 of the present invention, each switch circuit 26₁, 26₂From each primary winding 31₁, 31₂The frequency of the AC voltage applied to the AC voltage is the same, and the length of the positive polarity period and the length of the negative polarity period of the AC voltage are made equal.
[0042]
As described above, the primary winding 31₁, 31₂The period D during which the current flowing through the primary winding 31 is negligibly short is negligible.₁, 31₂, It is assumed that either a positive voltage or a negative voltage is applied.
[0043]
The symbol S in the timing charts shown in FIGS.₁, 31₂Voltage of the same polarity is applied to each secondary winding 32₁, 32₂During which a voltage of the same polarity is induced.
[0044]
A symbol P in FIGS. 11 and 12 indicates a secondary winding 32 connected in series.₁, 32₂Of these, the period in which voltages of opposite polarities are induced in adjacent secondary windings.
[0045]
As shown in FIG.₁, 31₂The phase of the AC voltage applied to each of the secondary windings 32 is in a state where the phase difference is zero.₁, 32₂Are of the same polarity, and the secondary winding 32₁, 32₂Between the end points a of the series connection circuit of₁, 32₂Is generated by adding the voltages induced to the respective secondary windings 32.₁, 32₂Is applied to the load 16 in series.
[0046]
In this state, while a high voltage is supplied to the load 16, the supplied current is small.
[0047]
In the power supply device 1 of the present invention, each transformer 21₁, 21₂Inside, primary winding 31₁, 31₂And secondary winding 32₁, 32₂Of each primary winding 31 are equal.₁, 31₂Are equal in magnitude, so that each secondary winding 32₁, 32₂The magnitudes of the AC voltages induced in each of them are equal.
[0048]
Each secondary winding 32₁, 32₂In the period S, each secondary winding 32 is represented by the magnitude code E of the induced voltage.₁, 32₂Is generated between the end point a of the series connection circuit of FIG.₁, 32₂The number is multiplied by the number. If there are n secondary windings, n × E.
[0049]
In this power supply device 1, each rectifier element 36₁, 36₂The cathode side of the secondary winding 32₁, 32₂To the secondary winding 32₁, 32₂Rectifying element 36 connected to the end point a of the series connection circuit in which the positive voltage is induced.₁Or 36₃Are reverse biased and shut off. On the other hand, the rectifier element 36 connected to the end point a where the negative voltage is induced is connected.₁Or 36₃Are forward biased.
[0050]
As a result, the secondary winding 32₁, 32₂The choke coil 35 connected to the end point a where a positive voltage is induced by the voltage of n × E generated in the series connection circuit of₁Or 35₃Element 36 connected to the end point a where the negative voltage is induced₁, 36₂Current flows through the first output terminal 38 to the load 16.
[0051]
Primary winding 31₁, 31₂When the polarity of the AC voltage applied to the₁, 32₂The polarity of the voltage induced in the series connection circuit is also inverted, but is supplied to the load 16 from the first output terminal 38 as before the inversion.
[0052]
As shown in the timing chart of FIG.₁, 31₂Are in phase with each other,₁, 32₂There is a period during which a positive voltage is induced and a period during which a negative voltage is induced.
[0053]
FIG. 2 shows a current flowing during a period during which a positive voltage is induced, and FIG. 3 shows a current flowing during a period during which a negative voltage is induced.
[0054]
Symbol I in FIG.₁₁And the symbol I in FIG.₂₁Is the secondary winding 32₁, 32₂And the direction of the current flowing by the voltage n × E (n = 2) generated at both ends of the series connection circuit of FIG.
[0055]
These currents i₁₁, I₂₁Is the choke coil 35₁, 35₃And is supplied to the load 16. At this time, the secondary winding 32₁, 32₂, A voltage of n × E is generated in the series connection circuit, and an output voltage V of a magnitude of voltage n × E / 2 is applied to the first output terminal 38._OAppears. At this time, the choke coil 35₁, 35₃At both ends of the secondary winding 32₁, 32₂, The voltage drops by a voltage n × E / 2 which is half the voltage generated in the series connection circuit.
[0056]
Their current i₁₁, I₂₁Is the primary winding 31₁, 31₃When the polarity of the AC voltage applied to the₁₁And current i₂₁It switches between mutually.
[0057]
Each current i₁₁, I₂₁Is a choke coil 35₁, 35₃, And supplied to the load 16, but the current i₁₁And current i₂₁Is switched between each other, each choke coil 35₁, 35₃The current that flows through is temporarily stopped.
[0058]
Each choke coil 35₁, 35₃Is the current i₁₁, I₂₁Are charged by the magnetic energy when each flows, and the current i₁₁, I₂₁Stops, the choke coil 35₁, 35₃Generates an electromotive force, and the discharge causes the symbol i in FIG.₁₂And the symbol i in FIG.₂₂Are generated and supplied to the load 16 from the first output terminal 38.
[0059]
Choke coil 35₁, 35₃Current I due to the discharge of₁₂, I₂₂Is a choke coil 35₁, 35₃Current i charged₁₁, I₂₁It is the same size as. Choke coil 35₁, 35₃Current i charged₁₁, I₂₁Are equal to each other, so that each current i₁₁, I₂₁, I₁₂, I₂₂The sizes of are approximately equal.
[0060]
Each secondary winding 32₁, 32₂When the current flowing through the load 16 fluctuates in a state where the induced voltage is applied in series to the load 16, the secondary winding 32₁, 32₂Current I generated by₁₁, I₂₁Automatically follows the output voltage V_OIs maintained at a constant value (voltage E in this case).
[0061]
That is, when the current flowing through the load 16 decreases, the current supplied from the first output terminal 38 decreases accordingly, and when the current flowing through the load 16 increases, the current supplied from the first output terminal 38 also decreases. According to.
[0062]
In the power supply device 1, the current sensor 15 is provided on one or both of the first output terminal 38 and the second output terminal 39, and the magnitude of the output current supplied from the power supply device 1 to the load 16 is provided. Is measured by the current sensor 15.
[0063]
The measurement result of the current sensor 15 is input to the control circuit 24. A first upper limit is set in the control circuit 24 in advance, and the output current I_OExceeds the first upper limit, the primary winding 31₁, 31₂Is shifted from a state in which the phases of the AC voltages applied to each other coincide with each other.
[0064]
FIG. 11 shows that the primary winding 31 is controlled by the control circuit 24.₁, 31₂Shows a state in which the phase of the AC voltage applied to is shifted by the angle F. In the timing chart of FIG. 10, one period T is entirely occupied by the period S, but in the timing chart of FIG. 11, the period S and the period P are mixed.
[0065]
The period S in FIG.₁, T₃At time t₂, T₄And the period P is the time t at which the period S ends.₂, T₄At the time t when the period S starts₃(And time t₁).
[0066]
The operation of the power supply device 1 when the period S and the period P are mixed will be described with reference to the timing chart of FIG.
[0067]
First, time t₁~ T₂During each secondary winding 32₁, 32₂When a positive voltage is induced in each of the secondary windings 32, as shown in FIG.₁, 32₂Is induced in series with the load 16 and the choke coil 35 in series.₁Is applied to the series connection circuit. Sign I₃₃Is the secondary winding 32₁, 32₂2 shows the current supplied to the load 16 by the voltage 2.E across the series connection circuit of FIG.
[0068]
At this time, one secondary winding 32₂Current E induced by the voltage E induced at₃₂Is supplied to the load 16.
[0069]
These secondary windings 32₁, 32₂Current I generated by₃₃, I₃₂Is the same rectifier element 36₃And different choke coils 35₁, 35₂Flows through. At that time, the choke coil 35₁, 35₂Charge.
[0070]
Time t₁Immediately before the secondary winding 32₁, 32₂The voltage induced in the choke coil 35₂At the time t₁~ T₂During that, the choke coil 35₂Is discharged, and the symbol I in FIG.₃₃Is supplied to the load 16.
[0071]
Next, at time t₂, Two primary windings 31₁, 31₂One of the primary windings 31₂The current flowing through the primary winding 31₂Secondary winding 32 magnetically coupled to₂, A negative voltage is induced.
[0072]
The other primary winding 31₁Is applied with a positive voltage, and its primary winding 31₁Secondary winding 32 magnetically coupled to₁, A positive voltage is induced.
[0073]
FIG. 5 shows a current flowing through the power supply device 1 in such a state, and the secondary winding 32 in which a positive voltage and a negative voltage are induced, respectively.₁, 32₂The positive current I₄₁And negative current I₄₂Are generated and supplied to the load 16 from the first output terminal 38, respectively.
[0074]
In the state shown in FIG.₁, 32₂Is applied in parallel to the load 16 and the positive current I₄₁And negative current I₄₂Are supplied in parallel to the load 16.
[0075]
This current I₄₁, I₄₂Is the same rectifier element 36₂Through another choke coil 35₁, 35₃And the choke coil 35₁, 35₃Are charged by magnetic energy.
[0076]
Current I₄₁, I₄₂Choke coil 35 that does not flow₂At time t₂Immediately before the secondary winding 32₂Current I supplied from₃₂Flows, and is charged thereby, at time t₂And the current I₃₂Stops, the choke coil 35₂Generates an electromotive force, and the current I₄₃Is generated.
[0077]
Its current I₄₃Is the secondary winding 32₁, 32₂Generated current I₄₁, I₄₂The same rectifying element 36 as₂And supplied to the load 16 from the first output terminal 38.
[0078]
FIG. 14 shows the secondary winding 32 as described above.₁, 32₂6 is a simulation result showing waveforms of current and voltage flowing inside the power supply device 1 when a period S in which the induced voltage is applied in series to the load 16 and a period P in which the induced voltage is applied in parallel are mixed.
[0079]
Symbol V31 in FIG.₁, V31₂Is the primary winding 31₁, 31₂Shows the waveform of the AC voltage applied to₁, I32₂Is the secondary winding 32₁, 32₂5 shows a waveform of a current flowing through the circuit.
[0080]
Also, I36₁~ I36₃Is the rectifying element 36₁~ 36₃Shows the waveform of the current flowing through V36.₁~ V36₃Indicates the potential of the cathode terminal (positive and negative are reversed).
[0081]
Next, at time t₃Has passed, and each primary winding 31₁, 31₂When all voltages applied to the secondary winding 32 become negative, the secondary winding 32₁, 32₂The polarity of the voltage induced in the secondary winding 32 becomes negative.₁, 32₂Is applied in series to the load 16.
[0082]
FIG. 6 shows the current flowing at this time, and the secondary winding 32₁, 32₂Current I due to the voltage 2 × E generated at both ends of the series connection circuit of₅₁And one secondary winding 32₁Current E induced by the voltage E₅₂Is generated.
[0083]
Time t₃Before the choke coil 35₁Current I supplied to₂₂Is stopped, so that the choke coil 35₁Generates an electromotive force, and the current I₅₃Has been generated.
These currents I₅₁, I₅₂, I₅₃Is supplied to the load 16.
[0084]
Next, at time t₄Elapses, one secondary winding 32₂Induced voltage changes from negative to positive, as a result, the secondary winding 32₁, 32₂Is applied in parallel to the load 16. Therefore, as shown in FIG.₁, 32₂The current I₆₁, I₆₂Is generated and supplied to the load 16 in parallel. Its current I₆₁, I₆₂Is a different rectifier element 36₁, 36₂And the same choke coil 35₂To the load 16. Other choke coil 35₁, 35₃Generates an electromotive force, and the electromotive force causes a current I₆₃, I₆₄Are generated and supplied to the load 16 respectively.
[0085]
The above is the primary winding 31₁, 31₂The phase shift amount F of the AC voltage applied to the secondary winding 32 is 180 ° or less, but when the shift amount F increases and reaches 180 ° as shown in FIG.₁, 32₂Are in opposite polarities, the series period S disappears, the entire period T becomes the parallel period P, and the current is supplied to the load 16 in parallel.
[0086]
At this time, the current I shown in FIG.₇₁~ I₇₃And the current I shown in FIG.₈₁~₈₄Are supplied alternately.
[0087]
Each secondary winding 32₁, 32₂Current I generated by the induced voltage of₇₁, I₇₂, I₈₁, I₈₂Are equal to each other and each choke coil 35₁~ 35₃Current I caused by the electromotive force₇₃, I₈₃, I₈₄Is a choke coil 35₁~ 35₃Current I charged₇₁, I₇₂, I₈₁+ I₈₂Is equal to the size of
I₇₁= I₇₂= I₈₁= I₈₂= I₇₃/ 2 = I₈₃= I₈₄
It is.
[0088]
As described above, the entirety of one cycle T becomes the parallel period P, and each secondary winding 32₁, 32₂Current I due to the induced voltage of₇₁, I₇₂, I₈₁, I₈₂Is a choke coil 35₁~ 35₃Output voltage V_OBecomes a voltage E / 2 that is half the magnitude of the induced voltage E.
[0089]
At this time, each choke coil 35₁~ 35₃In this case, the voltage drops by E / 2, and the choke coil 35₁~ 35₃Current I flowing through₇₁, I₇₂, I₈₁, I₈₂With each choke coil 35₁~ 35₃Is charged with magnetic energy.
[0090]
On the other hand, when the series connection period S and the parallel connection period P are mixed in one cycle T as in the case of the timing chart of FIG._OIs a size between n × E / 2 and E / 2, and is a size corresponding to a ratio of the period S and the period P included in one period T. For example, when the period S and the period P are 1: 1, the output voltage V_OBecomes E · 3/4.
[0091]
In the power supply device 1, the control circuit 24 has the first upper limit I₁Is set in advance, and the output current I_OIs the first upper limit I₁During the period T, the operation is performed in the state where the entire period T is in the series period S without including the parallel period P, and the output current I_OIs the first upper limit I₁Is exceeded, a period S is generated according to the exceeded amount, and the output current I_OOutput voltage V while increasing_OLower.
[0092]
FIG. 13 shows the output current I_OAnd output voltage V_O3 is a graph showing the relationship of FIG. Output current I_OIs the first upper limit I₁Between points A and B, which are smaller than_oIs a constant value of the voltage E, and the output current I_OIs the first upper limit I₁, The output current I_OIncreases while the output voltage V_OIs lowered.
[0093]
The control circuit 24 controls the output voltage V appearing between the first output terminal 38 and the second output terminal 39._OAnd the output current I_OAnd output voltage V_OBoth have been measured. In the present embodiment, the output current I_OIs the first upper limit I₁Is exceeded, the phase shift amount F is increased, and the output power (output current I_OAnd output voltage V_O) Is constant so that the output current I_OOutput voltage V while increasing_OLower.
[0094]
However, the output voltage V of the present invention_OIs not limited to this. For example, the output current I_OOutput voltage V while increasing_OVarious control methods such as linearly decreasing the
[0095]
As described above, at the point C where the phase shift amount F increases and reaches 180 °, and one cycle T becomes a parallel period P, the output voltage V_OBecomes E / 2.
[0096]
Sign I₂Is the output voltage V_OOutput current I when E becomes E / 2_OAnd the output current I_OIs the second upper limit.
[0097]
In this power supply device 1, the output current I_OIs the second upper limit I₂Is exceeded, the control circuit 24 sets the transistor Q₁~ Q₄Of the primary winding 31₁, 31₂To reduce the effective value of the AC voltage supplied to the power supply.
[0098]
As a result, the secondary winding 32₁, 32₂The period D during which no voltage is induced is not negligibly long, and the output voltage V depends on the length of the period D._OIs further reduced from E / 2.
[0099]
The point D is in a state where the first output terminal 38 and the ground terminal 39 are short-circuited, that is, the output voltage V_OIs zero, and the output current I_OIs the output voltage V_OUntil the value exceeds E / 2 and becomes zero.₂Maintain the value of.
[0100]
Next, FIG. 15 is a circuit diagram of a power supply device 2 according to a second example of the present invention.
In the power supply device 2 of the second example, a transformer 21 is added to the power supply device 1 of the first example.₃, 21₄And the rectifier circuit 22₄, 22₅And the switch circuit 26₃, 26₄Has been added. Each switch circuit 26₁~ 26₄Is as shown in FIG. 1 (b).
[0101]
In the power supply device 1 of the first example, two transformers 21₁, 21₂And its transformer 21₁, 21₂Secondary winding 32 in₁, 32₂Are connected in series, but in the power supply device 2 of the second example, each transformer 21₁~ 21₄A total of four secondary windings 32₁~ 32₄Are connected in series.
[0102]
Secondary winding 32₁~ 32₄And the secondary winding 32₁~ 32₄The connection point b between the rectifier circuits 22₁~ 22₅Choke coil 35 inside₁~ 35₅Is connected to the first output terminal 38 and the rectifying element 36₁~ 36₅Is connected to the ground terminal 39.
[0103]
Rectifier element 36₁~ 36₅Has an anode connected to the second output terminal 39 of the ground potential, and a cathode connected to the end point a or the connection point b.
[0104]
Each transformer 21₁~ 21₄Primary winding 31₁~ 31₄Are separately connected to the switch circuits 26₁~ 26₄And the control circuit 24 is connected to each switch circuit 26.₁~ 26₄To control each primary winding 31₁~ 31₄When the phase of the AC voltage applied to the secondary winding 32 is changed,₁~ 32₄Of the induced voltage is controlled. Thus, the induced voltage is applied to the load 16 in series and in parallel.
[0105]
FIG. 22 shows this power supply device 2 in which each primary winding 31₁~ 31₄The phase of the AC voltage applied to each of the secondary windings 32₁~ 32₄5 is a timing chart in the case where the induced voltage is supplied in series to a load 16.
[0106]
FIGS. 16 and 17 show the current and the direction at this time.₁₀₁Are each secondary winding 32₁~ 32₄17 shows the current flowing when the induced voltage of the positive polarity is positive, and the symbol I in FIG.₁₀₂Represents the current flowing in the case of the negative polarity, contrary to FIG. In FIGS. 16 and 17 and FIGS. 18 to 21 described later, the choke coil 35 is used.₁~ 35₅The current generated by the electromotive force is omitted.
[0107]
FIG. 23 shows each primary winding 31₁~ 31₄, The phase of the AC voltage applied thereto is shifted by 180 °,₁~ 32₄Of adjacent secondary windings 32₁~ 32₄5 is a timing chart when the induced voltages have the opposite polarities.
[0108]
18 and 19 are diagrams showing the current and the direction flowing at that time.₁₁₁, I₁₁₃Is the current generated by the induced voltage of the positive polarity,₁₁₂, I₁₁₄Is a current generated by the induced voltage of the negative polarity. Similarly, reference numeral I in FIG.₁₂₂, I₁₂₄Is the current generated by the induced voltage of the positive polarity,₁₂₁, I₁₂₃Is a current generated by the induced voltage of the negative polarity.
[0109]
One cycle T is entirely occupied by S, and each secondary winding 32₁~ 32₄Is in series with the load 16, the voltage of 4 × E is applied to the secondary winding 32.₁~ 32₄And a half of the voltage, that is, 2 × E, appears between the first and second output terminals 38 and 39. At this time, the current flows through the choke coil 35₁Or 35₅Flow through the choke coil 35₁, 35₅, The voltage drops by 2 × E.
[0110]
When one cycle T is entirely occupied by P and the induced voltage is parallel to the load 16, half of the induced voltage E, that is, the voltage of E / 2 is the first and second output terminals 38 and 39. Appear in between. At this time, the choke coil 35₁, 35₃, 35₅Or 35₂, 35₄In this case, the voltage drops by E / 2.
[0111]
This power supply device 2 also has a first upper limit value I set in advance.₁Until the secondary winding 32₁~ 32₄Is applied in series to the load 16.
[0112]
First upper limit value I₁, The phase shifts, a period P occurs in which the induced voltage is applied in parallel, and the output voltage V according to the ratio of the periods S and P_OIs output. n secondary windings 32₁~ 32_nWhen the period S and the period P are mixed, the output voltage V_OIs between n × E / 2 and E / 2, the period S during which the induced voltage is applied in series to the load 16 is s% of one cycle, and the period P during which the induced voltage is applied in parallel is p. % (S + p = 100%), the size is (n × E × s / 2 + E × p / 2) / 100.
[0113]
In the power supply device 2 of the present invention, when the series period S and the parallel period P are mixed, the plurality of secondary windings 32₁~ 32₄Of these, the induced voltages of two or three adjacent secondary windings are applied in series to the load 16 and the induced voltages of the other secondary windings are applied in parallel to the load 16. good. That is, a series-parallel period SP may be provided in one cycle T in addition to the serial period S and the parallel period P.
[0114]
For example, as shown in FIGS.₁And code 32₂Set of secondary windings, or 32₃And code 32₄, A voltage of 2 × E is generated in each of the sets, and the 2 × E voltages of each set are applied in series to the load 16. Can be generated.
[0115]
Symbol I in FIG.₁₃₁And the symbol I in FIG.₁₄₁Is the current due to the induced voltage of the positive polarity in that case, and the symbol I in FIG.₁₃₂And the symbol I in FIG.₁₄₂Is a current caused by the induced voltage of the negative polarity.
[0116]
FIG. 24 shows an example of the control circuit 24 used in the first and second embodiments.
The control circuit 24 includes an output voltage amplifier 91_VAnd the output current amplifier 91_IAnd the output power amplifier 91_PAnd the output voltage amplifier 91_VHas an output voltage V appearing between the first and second output terminals 38 and 39._OIs input and the output current amplifier 91_IThe output current I measured by the current sensor 15_OIs converted into a voltage and input.
[0117]
Also, the output voltage V_OAnd the output current I output from the current sensor 15_OIs input to the multiplier 93 and the output voltage V_OAnd the output current I_OThe output power P is calculated from the magnitude of the output voltage P, which is converted into a voltage, and output voltage amplifier 91_VHas been entered.
[0118]
Output voltage amplifier 91_VAnd the output current amplifier 91_IAnd the output power amplifier 91_PHas a reference voltage source 92 for output voltage._VAnd an output current reference voltage source 92_IAnd an output power reference voltage source 92_PAnd each amplifier 91_V, 91_I, 91_POutput voltage V_O, Output current I_OOr the magnitude of the output power P and each reference voltage source 92_V, 92_I, 92_PIs amplified and output.
[0119]
Each amplifier 91_V, 91_I, 91_POutput from the diode 94₁~ 94₃Are input to the driving circuit 95 via the_V, 91_I, 91_PAmong them, the amplifier that outputs the maximum voltage (91_VOr 91_IOr 91_P) Controls the drive circuit 95.
[0120]
Here, each amplifier 91_V, 91_I, 91_POutput signal is the output current I_OIs the first upper limit I₁While the output voltage is less than_VIs configured to maximize the voltage of the output signal of
[0121]
The drive circuit 95 includes n switch circuits 26₁~ 26_nAre independently controlled, and the output voltage V_OSuddenly changes, the drive circuit 95 outputs the output voltage amplifier 91._VSwitch circuit 26 based on the output signal of₁~ 26_nOf the output voltage V_OIs kept constant.
[0122]
Next, the output current I_OIs the first upper limit I₁Is reached, the output voltage amplifier 91_VAnd the output current amplifier 91_IIs equal to the voltage of the output signal of the_OBecomes larger, and the first upper limit I₁Exceeds the second upper limit I₂Each amplifier 91_V, 91_I, 91_PMedium, output power amplifier 91_PIs configured to maximize the voltage of the output signal of
[0123]
Therefore, each switch circuit 26₁~ 26_nIs the phase of the output power amplifier 91._PIs controlled based on the output power P (output current I_OAnd output voltage V_O) Is constant so that the output current I_OIncreases while the output voltage V_OIs reduced.
[0124]
Next, the second upper limit value I₂Is reached, the output current reference voltage source 92_IThe output signal voltage of the_OIs approximately the second upper limit I₂Output voltage V while maintaining the current amount of_OLower.
[0125]
It is needless to say that the control circuit 24 of the present invention is not limited to the above configuration, and includes control circuits having various configurations.
[0126]
【The invention's effect】
As described above, in the power supply device of the present invention, the induced voltages of the plurality of secondary windings can be applied in series, series-parallel, or parallel to decrease the output voltage while increasing the output current. In this case, since the output voltage can be reduced without controlling the conduction period of the transistor, the use efficiency of the transformer is high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a circuit block diagram of a power supply device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a circuit diagram showing an internal configuration of a switch circuit.
FIG. 2 is a diagram illustrating a path of a current flowing when an induced voltage of a secondary winding is applied in series to a load in the power supply device of the first example (1).
FIG. 3 is a diagram showing a path of a current flowing when an induced voltage of a secondary winding is applied in series to a load in the power supply device (2).
FIG. 4 is a diagram illustrating a path of a current flowing when a period in which an induced voltage of a secondary winding is applied in series to a load and a period in which the induced voltage is applied in parallel are mixed in the power supply device;
FIG. 5 is a diagram showing a path of a current flowing when a period in which an induced voltage of a secondary winding is applied in series to a load and a period in which the induced voltage is applied in parallel are mixed in the power supply device;
FIG. 6 is a diagram showing a path of a current flowing when a period in which an induced voltage of a secondary winding is applied in series to a load and a period in which the induced voltage is applied in parallel are mixed in the power supply device;
FIG. 7 is a diagram illustrating a path of a current flowing when a period in which an induced voltage of a secondary winding is applied in series to a load and a period in which the induced voltage is applied in parallel are mixed in the power supply device;
FIG. 8 is a diagram showing a path of a current flowing when an induced voltage of a secondary winding is applied in parallel to a load (1).
FIG. 9 is a diagram illustrating a path of a current flowing when an induced voltage of a secondary winding is applied in parallel to a load (2).
FIG. 10 is a timing chart when an induced voltage of a secondary winding is applied in series to a load.
FIG. 11 is a timing chart when a period in which the induced voltage of the secondary winding is applied in series to a load and a period in which the induced voltage is applied in parallel are mixed;
FIG. 12 is a timing chart when an induced voltage of a secondary winding is applied in parallel to a load;
FIG. 13 is a graph showing a relationship between an output voltage and an output current of the power supply device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing the internal voltage and current of the power supply device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a block diagram of a power supply device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a path of a current flowing when an induced voltage of a secondary winding is applied in series to a load in the power supply device (1).
FIG. 17 is a diagram showing a path of a current flowing when an induced voltage of a secondary winding is applied in series to a load in the power supply device (2).
FIG. 18 is a diagram showing a path of a current flowing when an induced voltage of a secondary winding is applied in parallel to a load in the power supply device (1).
FIG. 19 is a diagram showing a path of a current flowing when an induced voltage of a secondary winding is applied in parallel to a load in the power supply device (2).
FIG. 20 is a diagram showing a path of a current flowing when an induced voltage of a secondary winding is applied in series and parallel to a load in the power supply device (1).
FIG. 21 is a diagram showing a path of a current flowing when an induced voltage of a secondary winding is applied in series and parallel to a load in the power supply device (2).
FIG. 22 is a timing chart in the case where an induced voltage of a secondary winding is applied in series to a load in the power supply device.
FIG. 23 is a timing chart in the case where an induced voltage of a secondary winding is applied in parallel to a load in the power supply device.
FIG. 24 shows an example of a control circuit.
FIG. 25 shows a conventional power supply device
FIG. 26 is a circuit block diagram when the power supply devices are operated in parallel.
[Explanation of symbols]
1, 2,... Power supply
15 Current sensor
16 ... Load
24 Control circuit
26₁~ 26₄...... Switch circuit
31₁~ 31₄…… Primary winding
32₁~ 32₄…… Secondary winding
35₁~ 35₅……choke coil
36₁~ 36₅…… Rectifier element
38 first output terminal
39 second output terminal

Claims

Having a plurality of primary windings, and a secondary winding magnetically coupled to each of the primary windings,
Both ends of each of the secondary windings are respectively connected to a first output terminal by a choke coil, and are connected to a second output terminal by a rectifying element, respectively.
A power supply device configured so that a current generated by an induced voltage of each of the secondary windings is rectified and smoothed and supplied to a load from first and second output terminals,
The power supply device, wherein the plurality of secondary windings are connected in series.

A switch circuit that generates an AC voltage from a DC voltage supplied from a voltage source and supplies the AC voltage to each of the primary windings;
2. The power supply device according to claim 1, further comprising a control circuit configured to control a phase of an AC voltage supplied to each of the primary windings by each of the switch circuits.

The control circuit detects an output voltage appearing between the first and second output terminals, and temporarily changes the phase when the output voltage suddenly changes in a state where the output voltage maintains a constant value. The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is controlled to maintain the output voltage constant.

When the output current is greater than or equal to a first upper limit, the control circuit detects the magnitude of the output current supplied to the load from the first and second output terminals, and determines the magnitude of the output current. 4. The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is configured to control the phase on the basis of the first and second output terminals to reduce an output voltage appearing between the first and second output terminals. 5.

The control circuit is configured to detect an output voltage appearing between the first and second output terminals, and to control the phase based on the magnitude of the output voltage in addition to the magnitude of the output current. The power supply device according to claim 4.

The control circuit decreases the output voltage based on the magnitude of the output current when the output current is equal to or greater than a second upper limit that is greater than the first upper limit. The power supply device according to claim 5.

A plurality of primary windings, and a plurality of secondary windings magnetically coupled to the respective primary windings,
Both ends of each of the secondary windings are respectively connected to a first output terminal by a choke coil, and connected to a second output terminal by a rectifying element,
A power supply unit configured to rectify and smooth a current generated by an induced voltage of each of the secondary windings and to supply the current to a load from first and second output terminals, wherein the secondary windings are connected in series A control method for controlling
A control method for a power supply device, wherein a phase of a voltage induced in each of the secondary windings is controlled to control a voltage output from the first and second output terminals.

When the output voltage suddenly changes while the output voltage appearing between the first and second output terminals maintains a constant value, the phase of the voltage induced in the secondary winding is controlled temporarily. 8. The method according to claim 7, wherein the output voltage is maintained constant.

When the output current is equal to or greater than a first upper limit, the magnitude of an output current supplied to the load from the first and second output terminals is detected, and based on the magnitude of the output current, 9. The power supply device according to claim 7, wherein a phase of a voltage induced in the secondary winding is controlled to reduce an output voltage appearing between the first and second output terminals. 10. Control method.

An output voltage appearing between the first and second output terminals is detected, and a phase of a voltage induced in the secondary winding is controlled based on the magnitude of the output voltage in addition to the magnitude of the output current. The method for controlling a power supply device according to claim 9.

11. The output voltage according to claim 7, wherein the output voltage is reduced based on the magnitude of the output current when the output current is equal to or greater than a second upper limit that is larger than the first upper limit. The control method for a power supply device according to claim 1.

When the output current supplied to the load from the first and second output terminals is smaller than a first upper limit, a voltage of the same polarity is induced in each of the secondary windings, and Induced voltage in series with the load,
8. The power supply according to claim 7, wherein when the voltage exceeds the first upper limit, voltages of different polarities are included in the induced voltage of each of the secondary windings, and the voltage between the first and second output terminals is reduced. How to control the device.