JP2885265B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電源装置に関し、特に互
いに絶縁された独立の２つのスイッチング電源回路を有
する電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＰＷＭ（パルス幅変調）制御方式
のＩＣ（集積回路）を用いたスイッチング電源の概略構
成を、図２に示す。この図２の方式は非絶縁型の２つの
ＰＷＭ制御ＩＣ（ＩＣ１及びＩＣ２）を用いた例であ
る。尚、このＩＣはＩＣ４９４としてＰＷＭ制御による
汎用ＩＣであり、公知のものである。

【０００３】図において、２つのスイッチング電源回路
が設けられており、各トランスＴ１，Ｔ２の一次側の供
給電圧をスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２により断
続制御し、各トランスＴ１，Ｔ２の二次側に生成される
交流電圧を整流素子Ｄ１，Ｄ２にて整流し、平滑素子Ｃ
１，Ｃ２にて平滑化することにより夫々所望の直流電圧
を得ており、各負荷ＲＬ１，ＲＬ２へ供給するものであ
る。

【０００４】これ等各直流電圧のレベルを抵抗Ｒ１０，
Ｒ２０により検出して、ＰＷＭ制御ＩＣ１，ＩＣ２へ夫
々フィードバックし、このＰＷＭ制御ＩＣ１，ＩＣ２に
よりトランジスタＱ１，Ｑ２のベース制御パルスのデュ
ーティ（パルス幅）を制御している。これにより、トラ
ンスＴ１，Ｔ２の二次側出力電圧レベルを安定化するよ
うになっている。

【０００５】トランジスタＱ１，Ｑ２のベース制御パル
スの発振周波数ｆは、タイミング抵抗ＲＴ１とタイミン
グコンデンサＣＴ１により決定され、ＰＷＭ制御ＩＣ１
のＣＴ端子に周波数ｆの鋸歯状波信号が生成される。こ
の鋸歯状波信号をＰＷＭ制御ＩＣ２のＣＴ端子へ直接入
力することにより、ＰＷＭ制御ＩＣ２はＩＣ１と同一周
波数で一定位相差のベース制御パルスを発生してトラン
ジスタＱ２のベースへ供給するようになっている。

【０００６】こうすることにより、２つのスイッチング
電源回路は同期制御されることになる。両者を同期制御
させる理由は、非同期動作であればビート等の複雑なノ
イズが生じてこれが外部回路に送出されて、低雑音スイ
ッチング電源を得ることができないからである。

【０００７】この図２の回路は非絶縁型の同期回路であ
るが、絶縁型の同期回路を図３に示す。

【０００８】この図３の回路においては、ＩＣ１とＩＣ
２との電源ライン（ＶC1，ＶC2及びＧＮＤ１，ＧＮＤ
２）を互いに分離し、その代りに、トランスＴ１の二次
側交流出力を整流ダイオードＤ３にて整流後抵抗Ｒ５を
介してトランジスタＱ４のベースへ印加することによ
り、ＩＣ２の時定数回路（ＲＴ２，ＣＴ２，Ｃ３，Ｒ
６）の充放電制御を、第１のスイッチング電源の動作周
期と同期させるようになっている。

【０００９】また、他の絶縁型の同期回路の例として、
特開昭６１−３５１６４号公報に開示の回路があり、図
４にその構成を引用して示す。同図において、商用電源
１を全波整流回路２，コンデンサ３により整流して平滑
し、得られた直流電圧のプラス側は入出力を絶縁するト
ランスＴの一次巻線Ｌ１を経て第１のスイッチング素子
となるトランジスタ４のコレクタに印加される。

【００１０】また、直流電圧のプラス側は高抵抗５、ベ
ース電流制御トランジスタ６のベース・エミッタを経て
トランジスタ４のベースに印加される。この高圧印加に
よりトランジスタ４が導通するとトランスＴの巻線Ｌ１
にはトランジスタ４のコレクタ・エミッタ→電流検出用
の抵抗７→コンデンサ３のマイナス側に向かって電流が
流れ、この電流によりトランスＴの巻線Ｌ１は励磁され
る。巻線Ｌ１が励磁されると巻線Ｌ３に電圧が誘起され
る。

【００１１】この電圧はコンデンサ８と図示極性のダイ
オード９の並列回路を介してトランジスタ６のコレクタ
に印加される。トランジスタ６はこれにより導通し、ト
ランジスタ４へのベース電流が増大する。巻線Ｌ１の励
磁電流が増大するとともに抵抗器７の端子電圧も上昇す
る。

【００１２】この電圧はコンデンサ１０と抵抗１１の並
列回路を介して電流検出用トランジスタ１２のベースに
印加される。この電圧がトランジスタ１２のベース・エ
ミッタとダイオード１３の導通可能な電圧に達するとト
ランジスタ１２は導通する。

【００１３】一方、この時点では巻線Ｌ３に誘起された
電圧により整流器１４を介してコンデンサ１５は充分図
示極性に充電されている。この充電電圧は抵抗１６，１
７，１８の回路を介してトランジスタ１２のコレクタに
印加されトランジスタ１２を導通状態とする。

【００１４】なお、抵抗１９とコンデンサ２０の並列回
路はシュミット回路動作として動作させるためのもので
ある。

【００１５】トランジスタ１２が導通するとトランジス
タ１２のコレクタ→抵抗１８→トランジスタ２１のベー
スに電流が流れ、トランジスタ２１も導通する。このト
ランジスタ２１の導通により、抵抗２２→トランジスタ
２３のベース・エミッタ→整流器２４→巻線Ｌ４に電流
が流れトランジスタ２３が導通する。

【００１６】また、トランジスタ２１→整流器２５→抵
抗２６→フリップフロップトランジスタ２７→抵抗２８
の回路にも電流が流れ、トランジスタ２７が導通する。
トランジスタ２７が導通すると、抵抗２８→トランジス
タ２７→抵抗２９→トランジスタ２１→抵抗１６→コン
デンサ１５の図示プラス極性の回路にも電流が流れ、ト
ランジスタ２１の導通状態は保持される。

【００１７】トランジスタ２３が導通するとトランジス
タ６のベース電圧はマイナスになり、トランジスタ６は
非導通となる。これによりトランジスタ４のベースへの
プラス電圧が除去されるとともに、整流器３１およびト
ランジスタ２３によりトランジスタ４のベースはマイナ
ス電位となるため、トランジスタ４は非導通状態とな
る。このトランジスタ４が非導通になり巻線Ｌ１の電流
も遮断されると、巻線Ｌ２に発生された電圧は整流器３
２により整流され、コンデンサ３３により平滑されて負
荷ＲＬ１間に第１の出力電圧を発生する。

【００１８】次に、非導通状態になった第１のスイッチ
ングトランジスタ４が再び導通状態となる過程について
述べる。

【００１９】ＩＣ４９４の動作によりフォトカプラ３４
を介して供給されるクロック信号はフォトカプラ３４の
コレクタ・エミッタ→抵抗３５→フリップフロップリセ
ットトランジスタ３６のベース・エミッタ→コンデンサ
３８のマイナスに流れ、トランジスタ３６は導通する。

【００２０】トランジスタ３６の導通により、フリップ
フロップトランジスタ２７のベースはマイナス電位に引
き下げられるので、トランジスタ２７は非導通となる。
これに伴ってトランジスタ２１、次いでトランジスタ２
３が非導通となる。

【００２１】トランジスタ２３が非導通になると、トラ
ンジスタ６のベースには図示極性の整流器６０と抵抗６
１とからなる直列回路を介してコンデンサ１５のプラス
電位が印加されるので、トランジスタ６は導通し、トラ
ンジスタ４のベースにベース電流を供給する。これによ
りトランジスタ４は導通して巻線Ｌ１が通電される。こ
のことはトランジスタ４の動作は第２の検出制御回路の
ＩＣ４９４からフォトカプラ３４を介して供給されるク
ロック信号に同期して行われることになる。

【００２２】次に、第１の負荷ＲＬ１への出力電圧を調
整する第１の検出制御回路について述べる。差動増幅器
３９は第１の負荷ＲＬ１への出力電圧の変化を検出する
もので、その増幅器３９のマイナス端子には第１の出力
電圧を抵抗４０、４１により分圧した電圧が印加され
る。

【００２３】また、差動増幅器３９のプラス端子にはＩ
Ｃ４９４の端子７７に得られる基準電圧が印加される。
差動増幅器３９の動作電源としては巻線Ｌ５に誘起され
る電圧を整流器４２、コンデンサ４３で整流平滑された
直流電源が使用される。

【００２４】なお、この電源は後述の第２の検出制御回
路であるＩＣ４９４およびフォトカプラ４４にも供給さ
れる。

【００２５】出力電圧を修正する必要（出力電圧が変
動）が生じたとき、差動増幅器３９は動作してフォトカ
プラ４４が駆動される。フォトカプラ４４の駆動によ
り、その出力が抵抗器４５を介してトランジスタ１２の
ベースに与えられる。これにより巻線Ｌ１への通電を制
御するトランジスタ１２を導通する電圧レベルが制御さ
れる。トランジスタ１２が導通となるとトランジスタ２
１，２６を導通させ、トランジスタ４を非導通にする時
間制御を行い出力電圧を調整する。

【００２６】次に、第２の負荷ＲＬ２への出力電圧の調
整を行う第２の検出制御回路について述べる。第２の負
荷ＲＬ２への出力は第１の出力電圧を第２のスイッチン
グ素子となるトランジスタ４６で導通・非導通制御して
フリーホイルダイオード４７、チョークコイルＬＥＴお
よびコンデンサ４８により平滑し供給される。

【００２７】ここで出力電圧に変動があると、抵抗４
９，５０によって分圧された電圧およびＩＣ４９４の端
子７７に発生している基準電圧と、抵抗５１，５２によ
り分圧された電圧とをＩＣ４９４内のコンパレータの端
子７０，７１にそれぞれ与えることにより、ＩＣ４９４
の端子７５、７６には出力パルスの幅が制御された出力
が得られる。

【００２８】この出力は抵抗６６を介してトランジスタ
４６のベースに与えられるので、トランジスタ４６の導
通時間はこの出力パルス幅により制御されて出力電圧の
調整が行われる。

【００２９】ＩＣ４９４の端子７１，７２間に接続され
た抵抗５３とコンデンサ５４の直列回路は出力安定回路
網のものである。また、ＩＣ４９４の制御信号の周波数
は端子７３，７４に接続されたコンデンサ５５および抵
抗５６の値により決定される。この制御信号は端子７
５、７６にパルス幅が変調されて出力され第２のスイッ
チングトランジスタ４６の導通時間を制御させる。

【００３０】また、制御信号は端子７３に鋸歯状の電圧
を発生させ、この電圧は微分コンデンサ５７からトラン
ジスタ５８のベースに印加される。トランジスタ５８の
出力はクロック信号として抵抗５９を介してフォトカプ
ラ３４に供給されてこれが駆動される。このフォトカプ
ラ３４の駆動により前述したようにトランジスタ４の動
作周期が制御される。

【００３１】このようにトランジスタ４と４６とはＩＣ
４９４の発生する一定の周波数の制御信号により同期動
作を行う。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】図２に示す非絶縁型の
同期回路では、２つの電源間の絶縁が必要な場合には使
用できないこと、またＩＣ１の鋸歯状波をＩＣ２へ直接
入力する構成のためにＩＣ１とＩＣ２とを極力近づけて
実装する等のノイズ対策が必要なこと等の欠点がある。

【００３３】図３に示す絶縁型の同期回路では、一次側
と二次側との間は絶縁状態にあるが、互いの電源の二次
側同士は非絶縁状態にあり、２つの負荷ＲＬ１，ＲＬ２
間に絶縁が必要な場合は使用できないという欠点があ
る。また、ＩＣ１の全ての制御パルスのデューティの範
囲で、ＩＣ２を正常に同期動作させるには、ＩＣ２の時
定数回路のコンデンサＣ３，ＣＴ２及び抵抗Ｒ６，ＲＴ
２の微妙な調整が必要になるという欠点がある。

【００３４】また、図４に示した回路では、図３と同様
に二次側同士は非絶縁状態にあり、また電源のトランス
Ｔ１の二次側出力のレベル制御用に設けられたＩＣ４９
４の発振鋸歯状波信号に同期してフォトカプラ３４をオ
ンオフ制御し、このフォトカプラ３４のオンオフ出力を
直接一次側スイッチングトランジスタ４のエミッタへ印
加してこのトランジスタ４のオンオフを行っている。

【００３５】このトランジスタ４のベース制御パルス
（ＰＷＭパルス）は、ＩＣ４９４の発振鋸歯状波信号と
は同期する様な構成とはなっておらず、前述した如くＩ
Ｃ４９４の鋸歯状波信号によるフォトカプラのオンオフ
出力で直接トランジスタ４のエミッタ電位を制御してい
るので、このトランジスタ４のベース及びエミッタに共
に制御信号が印加されることになり、トランジスタ４と
ＩＣ４９４との同期動作は、ＰＷＭ信号の全ディーティ
範囲に亘って完全とすることはできないという欠点があ
る。

【００３６】本発明の目的は、極めて簡単な構成でＰＷ
Ｍ制御ＩＣ相互間の同期を全ディーティ範囲に亘って可
能とした絶縁型の同期スイッチング電源装置を提供する
ことである。

【００３７】本発明の他の目的は、電源間の絶縁を可能
とした同期スイッチング電源装置を提供することであ
る。

【００３８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、第１の
トランスの二次側の整流平滑電圧レベルに応じたパルス
幅の制御信号によりスイッチング素子をオンオフするこ
とによって前記第１のトランスの一次側の印加電圧を断
続制御するように構成された第１のスイッチング電源回
路と、第２のトランスの二次側の整流平滑電圧レベルに
応じたパルス幅の制御信号によりスイッチング素子をオ
ンオフすることによって前記第２のトランスの一次側の
印加電圧を断続制御するように構成され、前記第１のス
イッチング電源回路とは電気的に絶縁された第２のスイ
ッチング電源回路と、前記第１のスイッチング電源回路
の前記制御信号の発振周波数を決定する第１の制御手段
と、前記制御信号の発振周波数に同期してオンオフ制御
されるフォトカプラ手段と、このフォトカプラ手段のオ
ンオフに同期して前記第２のスイッチング電源回路の前
記制御信号の発振周波数を決定する第２の制御手段と、
を含むことを特徴とする電源装置が得られる。

【００３９】

【作用】互いに絶縁された２つのスイッチング電源回路
のＰＷＭ制御ＩＣの一方の発振鋸歯状波信号に同期して
フォトカプラのオンオフ制御を行い、このフォトカプラ
のオンオフに同期して他方のＰＷＭ制御ＩＣの発信鋸歯
状波信号の周期を直接制御する。こうすることにより、
フォトカプラにより両ＰＷＭ制御ＩＣの発信鋸歯状波信
号同士が同期制御されると共に、両ＰＷＭ制御ＩＣ間の
絶縁が完全となるものである。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００４１】図１は本発明の実施例の回路図であり、図
３と同等部分は同一符号により示している。２つのスイ
ッチング電源回路のＰＷＭ制御ＩＣ１及びＩＣ２はフォ
トカプラＰＣにて電気的に結合されることにより両者の
絶縁を行っている。

【００４２】すなわち、両ＩＣ１及びＩＣ２の電源（Ｖ
C1，ＶC2及びＧＮＤ１，ＧＮＤ２）は互いに分離されて
おり、ＩＣ１はタイミング抵抗ＲＴ及びタイミングコン
デンサＣＴで定まる周波数ｆ１で発振し、ＩＣ１の端子
ＣＴには当該周波数ｆ１の鋸歯状波信号が現れる。

【００４３】この鋸歯状波信号はコンデンサＣ１０，抵
抗Ｒ１による微分回路により微分されてＮＰＮトランジ
スタＱ３のベース入力となり、よってこのトランジスタ
Ｑ３は鋸歯状波信号の立下り期間オンとなり、立上り期
間オフとなる。

【００４４】このトランジスタＱ３のコレクタ出力は抵
抗Ｒ２を介してフォトカプラＰＣの一次入力となってい
るので、トランジスタＱ３のオンオフに同期してこのフ
ォトカプラＰＣもオンオフすることになる。このフォト
カプラＰＣの出力は、抵抗Ｒ４，ＲＴ２及びコンデンサ
ＣＴ２からなるＩＣ２の時定数回路の充放電制御を行う
ようになっている。

【００４５】すなわち、フォトカプラＰＣがオフのと
き、ＩＣ２の定電圧端子ＶＲから抵抗ＲＴ２，Ｒ4 を介
してコンデンサＣＴ２が定電圧充電され、端子ＣＴの電
圧は時定数τ１＝ＲＴ２×Ｒ４×ＣＴ２でもって上昇す
る。

【００４６】一方、フォトカプラＰＣがオンのとき、コ
ンデンサＣＴ２は抵抗Ｒ４及びフォトカプラＰＣを介し
て放電され、ＩＣ２の端子ＣＴの電圧は、時定数τ２＝
Ｒ４×ＣＴ２でもって降下する。

【００４７】従って、ＲＴ２，Ｒ４，ＣＴ２の各値を適
当に選定すれば、ＩＣ２の端子ＣＴには、ＩＣ１の端子
ＣＴの鋸歯状波信号に同期した鋸歯状波信号が生成さ
れ、ＩＣ２はこの鋸歯状波により動作してトランジスタ
Ｑ２のベース制御パルスを出力するので、ＩＣ１及びＩ
Ｃ２は絶縁された状態で常に完全に同期するのである。

【００４８】また、２つのスイッチング電源相互間にお
いても、絶縁が可能となっているので、負荷間に絶縁が
要求される装置に用いることができることになる。

【００４９】尚、ＰＷＭ制御ＩＣは汎用ＩＣを用いるこ
とができ、例えばμＰＣ４９４やＴＬ４９４等のＩＣを
用いることができる。

【００５０】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、極め
て簡単な回路構成で、２つのＰＷＭ制御ＩＣ間の絶縁を
維持しつつ、かつ２つの電源間の絶縁を維持しつつ同期
動作を可能とし得るという効果がある。

【００５１】よって、スイッチング電源装置の小型軽量
化、出力電圧のリップル及びノイズの低減化、調整コス
トの削減等が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の回路図である。

【図２】従来の非絶縁型同期電源装置の一例を示す回路
図である。

【図３】従来の絶縁型同期電源装置の一例を示す回路図
である。

【図４】従来の絶縁型同期電源装置の他の例を示す回路
図である。

【符号の説明】

Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ Ｃ１０ 微分コンデンサ ＣＴ１，ＣＴ２ タイミングコンデンサ Ｄ１，Ｄ２ 整流ダイオード ＩＣ１，ＩＣ２ ＰＷＭ制御ＩＣ ＰＣ フォトカプラ Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３ トランジスタ Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４，Ｒ１０，Ｒ２０ 抵抗 ＲＴ１，ＲＴ２ タイミング抵抗 ＲＬ１，ＲＬ２ 負荷

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のトランスの二次側の整流平滑電圧
   レベルに応じたパルス幅の制御信号によりスイッチング
   素子をオンオフすることによって前記第１のトランスの
   一次側の印加電圧を断続制御するように構成された第１
   のスイッチング電源回路と、 第２のトランスの二次側の整流平滑電圧レベルに応じた
   パルス幅の制御信号によりスイッチング素子をオンオフ
   することによって前記第２のトランスの一次側の印加電
   圧を断続制御するように構成され、前記第１のスイッチ
   ング電源回路とは電気的に絶縁された第２のスイッチン
   グ電源回路と、 前記第１のスイッチング電源回路の前記制御信号の発振
   周波数を決定する第１の制御手段と、 前記制御信号の発振周波数に同期してオンオフ制御され
   るフォトカプラ手段と、 このフォトカプラ手段のオンオフに同期して前記第２の
   スイッチング電源回路の前記制御信号の発振周波数を決
   定する第２の制御手段と、 を含むことを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 前記第１の制御手段は時定数回路と、こ
   の時定数回路により決定される周期の発振信号を生成す
   る発振信号生成手段とを含み、 前記フォトカプラ手段はこの発振信号に同期してオンオ
   フ制御されるフォトカプラ素子を有し、 前記第２の制御手段は、時定数回路と、前記フォトカプ
   ラ素子のオンオフに同期して前記時定数回路を充放電制
   御する充放電手段と、この充放電制御された時定数回路
   の出力により前記スイッチング電源回路の前記制御信号
   を生成する手段とを含むことを特徴とする請求項１記載
   の電源装置。
3. 【請求項３】 前記発振信号生成手段は鋸歯状波信号を
   生成するよう構成されており、前記フォトカプラ素子は
   前記鋸歯状波信号の微分出力によりオンオフ制御される
   よう構成されていることを特徴とする請求項２記載の電
   源装置。