JP2548025Y2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は小容量のコンデンサを用いた平滑回路により
平滑された直流出力電圧を安定化するスイッチング電源
装置に関する。

［従来の技術］ 第２図はこの種のスイッチング電源装置の従来例を示
し、第２図において、直流入力電圧源１は一次側と二次
側を絶縁するトランス２の一次巻線に印加され、一次巻
線にはトランジスタからなるスイッチング素子３が直列
に接続されている。トランス２の二次巻線に誘起された
電圧はダイオード4,5で整流され、更にチョークコイル
６と、積層セラミックコンデンサ又はフィルムコンデン
サ等の小容量のコンデンサ７とにより平滑され、負荷８
に一定の直流出力電圧を供給する。

出力電圧検出回路９は出力端子間に抵抗10とフォトカ
プラ11の発光ダイオード11aとシャントレギュレータ12
との直列回路を接続し、前記シャントレギュレータ12の
リファレンスに直流出力電圧を抵抗13,14で分圧して印
加するようにして構成される。そして、直流出力電圧は
抵抗13,14により分圧されてシャンレギュレータ12のリ
ファレンスに印加され、この印加された電圧とシャント
レギュレータ12の基準電圧との差異に応じてシャントレ
ギュレータ12のカソードに流れ込む電流値が変化し、発
光ダイオード11aの発光量が変化する。この発光量の変
化に応じてパルス幅制御回路15に接続されたフォトカプ
ラのフォトトランジスタ11bの出力電圧が変化する。直
流出力電圧が上昇するとフォトトランジスタ11bの出力
電圧が低下し、パルス幅制御回路15はスイッチング素子
３のオン期間を短くし、直流出力電圧が低下するとフォ
トトランジスタ11bの出力電圧が高くなり、スイッチン
グ素子３のオン期間を長くして出力電圧を一定に保つよ
うに作用する。

［考案が解決しようとする課題］ 上記従来技術においては、スイッチング電源装置の小
型化及び信頼性の向上を図るために平滑回路に積層セラ
ミックコンデンサ等の小容量のコンデンサ７を用いてお
り、この平滑回路で平滑された出力電圧を帰還してパル
ス幅制御を行っているため、このように平滑コンデンサ
７の小容量化並びに利得の大きい定電圧制御とを組み合
せたものではある周波数領域において、定電圧制御帰還
ループ自体で入力がなくても出力が発生する所謂発振現
象を起こし易くなり、安定した制御が行われなくなると
いった問題点を有していた。

そこで本考案は、平滑回路に小容量のコンデンサを用
いた利点を生かしつつも、帰還ループを発振させること
なく安定した制御を行うことが可能なスイッチング電源
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本考案は、トランスの二次側に誘起された電圧を小容
量のコンデンサを用いた平滑回路により平滑し、この平
滑回路で平滑された直流出力電圧をスイッチング素子の
オン期間を変えることにより安定化させるスイッチング
電源装置において、前記トランスの一次側又は二次側の
電流を検出する電流検知器と、前記平滑回路で平滑され
た直流出力電圧を、PNフォトダイオードと増幅用トラン
ジスタとをワンチップに集積化した高速受光素子を有す
るフォトカプラを用いて検出する出力電圧検出回路と、
前記電流検知器と前記出力電圧検出回路との出力に基づ
いて前記電流のピーク値を一定に保つように前記スイッ
チング素子のスイッチング時間幅を制御するピーク電流
制御回路とを備えたものである。

［作用］ 上記構成により、電流検知器から出力される電流パル
スと、出力電圧検出回路のフォトカプラから高速で出力
される出力検出電圧とをピーク電流制御回路に供給する
定電流制御帰還ループ及び定電圧制御帰還ループが形成
されて、前記電流パルスのピーク値を一定に保つように
スイッチング素子がオン・オフ制御される。したがっ
て、平滑回路に小容量のコンデンサを用いても、帰還ル
ープ内で発振を起して安定した制御が行われないという
不具合を解消し、高速で安定した応答が得られる。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を添付図面を参照して説明す
る。

第１図は本考案の一実施例を示すスイッチング電源装
置の回路図であり、第２図に示す部分と同一部分には同
一符号を付し同一箇所の説明を省略する。

このスイッチング電源は定電流制御帰還ループ及び定
電圧制御帰還ループを備え、直流入力電圧源１の入力電
圧は一次側と二次側を絶縁するトランス２の一次巻線に
印加され、一次巻線にはスイッチング素子３が直列に接
続されている。トランス２の二次巻線に誘起された電圧
は整流ダイオード4,5、チョークコイル６及び積層セラ
ミックコンデンサ等の小容量の平滑コンデンサ７により
整流平滑され、出力端子間に接続された負荷８に一定の
直流出力電圧を供給するとともに、前記出力端子間には
抵抗10と高速フォトカプラ16の発光ダイオード16aとシ
ャントレギュレータ12との直列回路を接続し、前記シャ
ントレギュレータ12のリファレンスに直流出力電圧を抵
抗13,14で分圧して印加するようにして構成された出力
電圧検出回路９を接続している。高速フォトカプラ16の
出力側は、スイッチング素子３の制御用ICに内蔵された
基準電圧回路17に接続し基準電圧が供給され、入力側の
発光ダイオード16aからの出力を検知するPNフォトダイ
オード16bと、このPNフォトダイオード16bからの出力電
圧に基づいてエミッタを流れる電流を制御する増幅用ト
ランジスタ16Cとをワンチップに集積化した高速受光素
子により構成されている。そして増幅用トランジスタ16
Cのコレクタを制御用IC内蔵のピーク電流制御回路18を
構成する電圧比較器19の非反転入力端子に接続し、この
増幅用トランジスタ16Cのエミッタを直流入力電圧源１
のマイナス側に接続して直流出力電圧の一部を電圧比較
器19に帰還する定電圧制御帰還ループを構成する。

定電流制御帰還ループはトランス２の一次側に流れる
電流をスイッチング素子３と直流入力電圧源１との間に
挿入接続された電流検知器たる抵抗20により検出し、検
出された電流パルスを電圧比較器19の反転入力端子に加
えて高速フォトカプラ16の増幅トランジスタ16bから出
力された検出電圧と比較して、電流パルスが検出電圧に
達すると、電圧比較器19の出力端子からリセット信号が
出力される。ピーク電流制御回路18では発振回路21から
のクロック信号をフリップフロップ回路22のセット入力
端子Ｓに供給するとともに、このフリップフロップ回路
22のリセット入力端子Ｒには電圧比較器19の出力端子を
接続することにより、リセット入力端子Ｒにリセット信
号が供給された場合にフリップフロップ回路22のセット
出力端子Ｑはオフとなり、発振回路21からのクロック信
号によりフリップフロップ回路22が一定時間後にセット
状態になるまで出力端子Ｑはオフ状態を保持する。そし
て、このフリップフロップ回路22の出力端子をドライバ
ー回路23を介してスイッチング素子３に接続して、ピー
ク電流制御モードでスイッチング素子３のスイッチング
幅を制御するように構成されている。

次に上記構成につきその作用を説明する。

出力電圧検出回路９では抵抗13,14により分圧された
出力検出電圧とシャントレギュレータ12に内蔵された基
準電圧との差異に応じてシャントレギュレータ12のカソ
ードに流れ込む電流値が変化し高速フォトカプラ16の入
力側の発光ダイオート16aの発光量が変化する。この発
光量の変化に応じて高速ファトカプラ16の出力側のフォ
トダイオート16bを流れる電流も変化して増幅トランジ
スタ16Cのベースに流れ込み、これによって電圧比較器1
9の入力端子に供給される増幅トランジスタ16cのコレク
タ電圧を高速で変化させることができる。

一方、定電流制御帰還ループによりトランス２の一次
側に流れる電流パルスが電流検知器である抵抗20により
検出されてピーク電流制御回路18の電圧比較器19の入力
端子に加えられ、この電流検出パルスが高速フォトカプ
ラ16bの増幅トランジスタ16Cの検出電圧に達すると電圧
比較器19の出力端子からフリップフロップ回路22のリセ
ット端子にリセット信号を供給する。フリップフロップ
回路22では発振回路26からクロック信号がセット入力端
子Ｓに供給されるとセット出力端子Ｑの出力を立上げ、
電圧比較器19からのリセット信号がリセット入力端子Ｒ
に供給されるとセット出力端子Ｑの出力を立下げて、電
流検出パルスのピーク値を一定に保つように、ドライバ
ー回路23を介してスイッチング素子３のスイッチング幅
を制御する。

このように本実施例において、直流出力電圧を検出す
る出力電圧検出回路９を含む定電圧制御帰還ループと、
トランス２の一次側の入力電流を検出する電流検知器た
る抵抗20を含む定電流制御帰還ループとにより構成され
ており、こうした電流モードによる制御はそれ自体が定
電流特性を有するものであるため、パルス幅制御方式に
よる電圧モード制御に比べて帰還ループの直流利得は小
さくて済み、高周波領域における直流利得の低下が緩か
でより広帯域にわたって安定した帰還ループとなる。従
って、平滑回路に小容量のコンデンサ７、さらに電圧帰
還用にフォトダイオード16b及び増幅トランジスタ16cか
らなる高速受光素子を有する高速フォトカプラ16とを組
み込んだ場合において、帰還ループ内で発振を起して安
定した制御が行われないという不具合を解消して高速で
安定した応答が得られ、コンデンサ７自体の小型化も可
能となる。しかも、平滑コンデンサ７は従来の平滑用の
電解コンデンサに代わり積層セラミックコンデンサ等の
小容量コンデンサを使用することで、スイッチング電源
装置の長寿命化が図られ、信頼性が著しく向上する。

なお、本考案は上記実施例に限定されるものではな
く、本考案の要旨の範囲内において種々の変形実施が可
能である。例えば定電流制御帰還ループは各種タイプの
ものに適用することができ、電流検知器をトランスの二
次側に接続してもよく、抵抗の代りにカレントトランス
を用いてもよい。また出力電圧検出回路においてシャン
トレギュレータに代えて演算増幅器を用いて出力検出電
圧と基準電圧とを比較増幅してもよい。またスイッチン
グ素子はトランジスタを図示したがFETを用いてもよ
い。またICを用いずにピーク電流制御回路等を個々の電
子回路によって構成してもよい。

［考案の効果］ 本考案は、トランスの二次側に誘起された電圧を小容
量のコンデンサを用いた平滑回路により平滑し、この平
滑回路で平滑された直流出力電圧をスイッチング素子の
オン期間を変えることにより安定化させるスイッチング
電源装置において、前記トランスの一次側又は二次側の
電流を検出する電流検知器と、前記平滑回路で平滑され
た直流出力電圧を、PNフォトダイオードと増幅用トラン
ジスタとをワンチップに集積化した高速受光素子を有す
るフォトカプラを用いて検出する出力電圧検出回路と、
前記電流検知器と前記出力電圧検出回路との出力に基づ
いて前記電流のピーク値を一定に保つように前記スイッ
チング素子のスイッチング時間幅を制御するピーク電流
制御回路とを備えたものであり、平滑回路に小容量のコ
ンデンサを用いた利点を生かしつつも、帰還ループを発
振させることなく安定した制御を行うことが可能なスイ
ッチング電源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す回路構成図、第２図は
従来例を示す回路構成図である。 ２……トランス ３……スイッチング素子 ７……コンデンサ 16……フォトカプラ 16b……PNフォトダイオード 16c……増幅トランジスタ 18……ピーク電流制御回路 20……抵抗（電流検知器）

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】トランスの二次側に誘起された電圧を小容
   量のコンデンサを用いた平滑回路により平滑し、この平
   滑回路で平滑された直流出力電圧をスイッチング素子の
   オン期間を変えることにより安定化させるスイッチング
   電源装置において、前記トランスの一次側又は二次側の
   電流を検出する電流検知器と、前記平滑回路で平滑され
   た直流出力電圧を、PNフォトダイオードと増幅用トラン
   ジスタとをワンチップに集積化した高速受光素子を有す
   るフォトカプラを用いて検出する出力電圧検出回路と、
   前記電流検知器と前記出力電圧検出回路との出力に基づ
   いて前記電流のピーク値を一定に保つように前記スイッ
   チング素子のスイッチング時間幅を制御するピーク電流
   制御回路とを備えたことを特徴とするスイッチング電源
   装置。