JP3219726B2

JP3219726B2 - スイッチング電源装置

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Authority: JP
Inventors: 徹志大竹
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
装置の高効率化を図り、あるいはさらに出力電圧のクロ
スレギュレーション及びレギュレーションの改善を行う
ための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器は、その機器内に組み込
む電源装置にマルチ出力タイプの電源装置を要求するこ
とが多い。これは、近年開発された各種電子デバイスや
能動部品が、電圧値の異なる複数の駆動電圧、あるいは
制御電圧を要求することが多くなったためである。ここ
で、その動作に複数の駆動電圧や制御電圧が必要とされ
る電子デバイスとして蛍光表示管を想定する。蛍光表示
管に電力を供給するための電源装置としては、従来、図
１１に示すような回路構成を有するマルチ出力型のスイ
ッチング電源装置が存在した。図１１に示したスイッチ
ング電源装置ＰＳは、概ね、以下のような動作をする。

【０００３】入力端子１ａ、１ｂを介してトランスＴ１
の１次巻線Ｎ１とスイッチングトランジスタＱ１の直列
回路に入力電圧Ｖ_INが印加されると、図１１に示す回路
は動作を開始する。この時、スイッチングトランジスタ
Ｑ１は制御回路ＣＯＮＴからのパルス信号に応じて交互
にオン状態あるいはオフ状態となり、１次巻線Ｎ１を通
過する電流を流通させ、あるいは遮断する。この電流の
流通と遮断の繰り返しによってトランスＴ１の各巻線に
は電圧が発生する。すると、１次巻線Ｎ１とダイオード
Ｄ１のアノードとの接続点には１次巻線Ｎ１に発生した
電圧と入力電圧Ｖ_INの合成電圧が現れる。この合成電圧
はダイオードＤ１、コンデンサＣ２によって整流、平滑
され、そしてコンデンサＣ２の端子間に現れた直流電圧
は第１の出力電圧Ｖ_O1として第１の出力端子２ａ、２ｂ
間に導かれる。同様に、２次巻線Ｎ２に発生した電圧は
ダイオードＤ２、コンデンサＣ３によって整流、平滑さ
れ、そしてコンデンサＣ３の端子間に現れた直流電圧は
第２の出力電圧Ｖ_O2として第２の出力端子３ａ、３ｂ間
に導かれる。この第１の出力電圧Ｖ_O1と第２の出力電圧
Ｖ_O2は、それぞれ蛍光表示管ＦＩＴの表示制御を行うた
めの駆動回路ＤＲ及び、蛍光表示管ＦＩＴのフィラメン
トに供給される。

【０００４】ここで第１の出力電圧Ｖ_O1は、抵抗Ｒ１、
Ｒ２の接続点に現れる電圧Ｖ_O1の分圧電圧を検出し、こ
の分圧電圧に応じてスイッチングトランジスタＱ１のオ
ンデューティを変化させる制御回路ＣＯＮＴによって一
定に制御される。一方、第２の出力電圧Ｖ_O2は、第１の
出力電圧Ｖ_O1が一定であれば、理論上、トランスＴ１の
１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２の磁気的結合によってほぼ
一定に保たれる。なお蛍光表示管ＦＩＴは、点灯時には
フィラメントとアノードとの間と、フィラメントとグリ
ッドとの間にそれぞれ電位差が必要である。図１１に示
す回路は、第１の出力端子２ａ、２ｂ間に抵抗Ｒ３と定
電圧ダイオードＤＺを直列接続し、定電圧ダイオードＤ
Ｚのカソードをフィラメントの一端と接続した回路部分
を有している。この回路部分により、フィラメントとア
ノード間、フィラメントとグリッド間のそれぞれに定電
圧ダイオードＤＺのツェナー電圧分だけの電位差が得ら
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示す回路は、
蛍光表示管ＦＩＴが動作している時、駆動回路ＤＲにス
イッチング電源装置ＰＳの第１の出力電圧Ｖ_O1を供給
し、蛍光表示管ＦＩＴのフィラメントには第２の出力電
圧Ｖ_O2を供給している。この時に駆動回路ＤＲに流入す
る電流はＩ_O1、蛍光表示管ＦＩＴのフィラメントに流入
する電流はＩ_O2となる。ここで、スイッチング電源装置
ＰＳの各出力電圧の供給先となる負荷の状態が変化した
場合を考える。蛍光表示管ＦＩＴのフィラメントは表示
状態が変化してもほぼ一定負荷であるのに対し、駆動回
路ＤＲはその表示状態の変化によって負荷の大きさが変
化する。特に蛍光表示管の表示制御においては、周囲の
明るさに応じて、ディマー・モードと呼ばれる表示面の
輝度を低下させた状態が発生することがある。この時に
は駆動回路ＤＲは極めて軽い負荷状態となる。負荷状態
が変化すれば、当然、電流Ｉ_O1が変化し、このディマー
・モードにおける電流Ｉ_O1は、高輝度での表示状態の時
に比べて非常に小さな値となる。

【０００６】先にも述べたように、第２の出力電圧Ｖ_O2
は、第１の出力電圧Ｖ_O1が一定であれば、理論上、トラ
ンス装置の巻線間の磁気的結合により一定となる。しか
し実際には、たとえ第１の出力電圧Ｖ_O1が制御回路ＣＯ
ＮＴによって一定に制御されていても、第２の出力電圧
Ｖ_O2は電流Ｉ_O1の値が非常に小さくなると低下してしま
うという現象を生じる。この現象はトランスＴの１次巻
線Ｎ１と２次巻線Ｎ２の間の結合係数によって以下のよ
うに変化すると考えられている。（１）先ず、結合係数が１．０より低くなるのに伴っ
て、第２の出力電圧Ｖ_O2は低下し、本来の電圧値よりも
大幅に低い電圧値となる。（２）ところが、結合係数がある値より小さくなると、
結合係数が小さくなるのに伴って第２の出力電圧Ｖ_O2は
徐々に上昇し、本来の電圧値に近づいていく。ちなみ
に、このような別の出力端子を流れる出力電流Ｉ_O1の変
化に対する出力電圧Ｖ_O2の安定度はクロスレギュレーシ
ョンとも呼ばれ、電圧の変動量（低下量）が大きいほど
クロスレギュレーションは悪いとされる。

【０００７】経験上、スイッチング電源装置のクロスレ
ギュレーションは、電源装置に使用するトランス装置の
各巻線間の結合係数を１．０に極めて近い値（例えば
０．９９）にするか、あるいは１．０から大きく離れた
値（例えば０．８５）にすることで改善できることが分
かっている。しかし、実際のトランス装置における各巻
線間の結合係数は、１．０にすることはほぼ不可能であ
り、また１．０に極めて近い値にすることも困難であ
る。ちなみに、市場で販売されているごく一般的なトラ
ンス装置の各巻線間の結合係数は１．０よりも低い（お
よそ０．９５程度）値である。そのため従来、クロスレ
ギュレーションが高いスイッチング電源装置が必要な場
合には、トランス装置の各巻線間の結合係数は低くして
いた。ところが、各巻線間の結合係数が低いトランス装
置は、結合係数の高いトランス装置よりも発生する電力
損失が大きいという欠点を有する。そのため各巻線間の
結合係数が低いトランス装置を使用したスイッチング電
源装置は効率が低くなるという第１の問題がある。

【０００８】また、電源装置ＰＳの出力端子３ａ、３ｂ
間に接続される負荷は、いつもフィラメントのように負
荷状態が一定であるとは限らない。出力端子３ａ、３ｂ
間に接続される負荷が蛍光表示管でない場合、その負荷
の状態は大きく変化することがある。このような場合、
各巻線間の結合係数が低いトランス装置を使用したスイ
ッチング電源装置では、第２の出力電圧Ｖ_O2は電流Ｉ_O2
が変化することによって大きく変動してしまうという第
２の問題がある。ちなみに、このような同じ出力端子を
流れる出力電流Ｉ_O2の変化に対する出力電圧Ｖ_O2の安定
度はレギュレーションとも呼ばれ、電圧の変動量が大き
いほどレギュレーションは悪いとされる。

【０００９】このため、図１１に示すような回路構成の
マルチ出力型スイッチング電源装置は、使用したトラン
ス装置の各巻線間の結合係数によって、クロスレギュレ
ーション、効率、レギュレーションのいずれかが悪化し
ていた。そこで本発明は、電源装置内に組み込まれるト
ランスなどのインダクタンス部品の各巻線間の結合係数
を回路構成の改良によって等価的に向上させ、これによ
りスイッチング電源装置の効率の向上とクロスレギュレ
ーション及びレギュレーションの改善を同時に図ること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、トランスの１次巻線がスイッチング素子に
直列接続され、制御回路によってスイッチング素子の動
作が制御され、スイッチング素子の動作によってトラン
スの２次巻線を含むトランスの複数の巻線に発生する電
圧から複数の出力電圧を得るスイッチング電源装置にお
いて、トランスの１次巻線の一端と２次巻線の同極の一
端が第１のコンデンサを介して接続され、１次巻線と２
次巻線のそれぞれの上記第１のコンデンサとの接続点か
ら同極方向にほぼ同じ巻数を隔てた位置同士が第２のコ
ンデンサを介して接続されたことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の代表的な実施の形態によ
る電源装置は以下のような構成を有する。先ず、電源装
置の入力側回路は１次巻線と２次巻線とを有したトラン
ス、スイッチングトランジスタ及び制御回路によって構
成する。１次巻線とスイッチングトランジスタとの接続
点は第１の整流平滑回路を介して第１の出力端子に接続
し、２次巻線の両端は第２の整流平滑回路を介して第２
の出力端子に接続する。そして１次巻線の一端（Ａ）と
２次巻線の一端（Ｂ）は第１のコンデンサを介して接続
し、２次巻線の他端（Ｄ）と１次巻線の所定の巻線位置
（Ｃ）は第２のコンデンサを介して接続する。ただし、
一端（Ａ）と一端（Ｂ）は、そこに現れる電圧の極性が
同じとなる巻線端、換言すれば同極の巻線端とする。ま
た１次巻線の巻線位置（Ｃ）は、一端（Ａ）から２次巻
線の巻数とほぼ同じ巻数を隔てた巻線位置であり、かつ
２次巻線の他端（Ｄ）と同極方向の巻線位置とする。

【００１２】本発明の別の実施の形態による電源装置は
以下のような構成を有する。入力端子と基準電位点との
間にトランスの１次巻線とスイッチングトランジスタ
を、１次巻線の一端（Ｅ）を基準電位点に接続するよう
に直列に接続する。１次巻線とスイッチングトランジス
タとの接続点は整流平滑回路を介して第１の出力端子に
接続する。１次巻線の一端（Ｅ）と同極であるトランス
Ｔの２次巻線の一端（Ｆ）は平滑コンデンサを介して基
準電位点に接続し、さらに２次巻線の一端（Ｆ）は第２
の出力端子に接続する。２次巻線の他端はダイオードを
介して基準電位点に接続する。そして１次巻線の他端
（Ｇ）と、２次巻線の巻線位置（Ｈ）は第２のコンデン
サを介して接続する。ただし、２次巻線の巻線位置
（Ｈ）は、一端（Ｆ）から１次巻線の巻数とほぼ同じ巻
数を隔てた巻線位置であり、かつ１次巻線の他端（Ｇ）
と同極方向の巻線上の位置とする。

【００１３】

【実施例】図１の回路図は、トランス装置の各巻線の結
合係数を回路構成の改良により等価的に向上させた、本
発明によるスイッチング電源装置の第１の実施例の回路
構成を示している。なお、図１はスイッチング電源装置
ＰＳのみを示し、図１１に示されている蛍光表示管ＦＩ
Ｔ等の負荷装置は図示を省略した。また図１中の各構成
要素に付与した符号は、図１１と図１で構成要素が同じ
である場合、図１１の符号と同一にしてある。以下、他
の実施例の説明においても同様とする。図１においてス
イッチング電源装置ＰＳは以下のように構成されてい
る。トランスＴ１の１次巻線Ｎ１とスイッチングトラン
ジスタＱ１は入力端子１ａ、１ｂ間に直列に接続し、ス
イッチングトランジスタＱ１のベースは制御回路ＣＯＮ
Ｔのパルス出力端子ＰＯに接続する。１次巻線Ｎ１とス
イッチングトランジスタＱ１の接続点はダイオードＤ１
を介して第１の出力端子２ａに接続し、第１の出力端子
２ｂは入力端子１ｂに接続する。

【００１４】コンデンサＣ２は第１の出力端子２ａ、２
ｂ間に接続し、抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路はコンデンサ
Ｃ２と並列に接続する。抵抗Ｒ１とＲ２の接続点を制御
回路ＣＯＮＴの検出端子ＦＢに接続する。この１次巻線
Ｎ１、スイッチングトランジスタＱ１、ダイオードＤ１
及びコンデンサＣ２は昇圧チョッパ型のコンバータ回路
を形成している。そしてトランスＴ１の２次巻線Ｎ２の
一端は第２の出力端子３ａに接続し、２次巻線Ｎ２の他
端はダイオードＤ２を介して第２の出力端子３ｂに接続
し、第２の出力端子３ａ、３ｂ間にコンデンサＣ３を接
続している。この２次巻線Ｎ２、ダイオードＤ２及びコ
ンデンサＣ３は、１次巻線Ｎ１とスイッチングトランジ
スタＱ１と共に、フライバックコンバータ回路を形成し
ている。

【００１５】そして、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１の一
端（Ａ）は、電圧の極性が一端（Ａ）と同じ、すなわち
同極である２次巻線Ｎ２の一端（Ｂ）に第１のコンデン
サＣ４を介して接続している。また、１次巻線Ｎ１の所
定の巻線位置（Ｃ）に設けたタップは２次巻線Ｎ２の他
端（Ｄ）に第２のコンデンサＣ５を介して接続してい
る。ここで、１次巻線Ｎ１は前記タップによって領域Ｎ
₁₁と領域Ｎ₁₂とに分割されており、１次巻線Ｎ１の巻線
端（Ａ）と巻線位置（Ｃ）の間の領域Ｎ₁₁は、その巻数
が２次巻線Ｎ２の巻数とほぼ同じとなっている。このよ
うな回路構成とした図１のスイッチング電源装置ＰＳで
は、第２の出力電圧Ｖ_O2は、トランスＴの１次巻線Ｎ１
と２次巻線Ｎ２の磁気的結合によって２次巻線Ｎ２に誘
導される電圧と、コンデンサＣ４、Ｃ５によって導かれ
る１次巻線Ｎ１の領域Ｎ₁₁に発生した電圧とによって得
られる。

【００１６】ところで、容量素子は電流の直流成分に対
しては高いインピーダンスを示し、交流成分に対しては
低いインピーダンスを示す。このためコンデンサＣ４、
Ｃ５は１次巻線Ｎ１の領域Ｎ₁₁に発生した電圧の交流成
分のみを通過させる。その結果、トランスＴ１の１次側
と２次側は交流的に結合し、１次側から２次側へ電力が
交流的に伝達される。また周知のように、トランスＴに
は１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２との間に磁気的結合が存
在する。この磁気的結合により、１次側から２次側へ電
力が交流的に伝達される。

【００１７】この２つの交流的な電力伝達の作用を考え
た場合、トランスＴ１、コンデンサＣ４、Ｃ５の回路部
分は、等価回路が図２に示す構成になる１つのトランス
装置と見なすことができる。すなわち、そのトランス装
置は、入力巻線として１次巻線Ｎ１が存在し、かつ、そ
の入力巻線と磁気的に結合した出力巻線として、並列接
続された２次巻線Ｎ２と領域Ｎ₁₁の２つの巻線が存在し
た構成を有する。このような等価回路における入力巻線
と出力巻線との間の結合係数（等価結合係数）は、１次
巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２の間の実際の結合係数と、１次
巻線Ｎ１と領域Ｎ₁₁の間の仮定的な結合係数を包括す
る。これにより、この等価結合係数は出力巻線が２次巻
線Ｎ２だけである場合の結合係数よりも高くなり、１．
０に近い値となる。

【００１８】従って、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１と２
次巻線Ｎ２の所定の巻線位置をコンデンサＣ４、Ｃ５を
介して接続した場合、１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２の間
の等価的な結合係数は、コンデンサＣ４、Ｃ５を接続し
ない時に比べて大きく向上する。トランスＴ１の１次巻
線Ｎ１と２次巻線Ｎ２の間の結合係数が向上することに
より、図１に示す電源装置ＰＳの効率は向上し、同時に
第２の出力電圧Ｖ_O2のレギュレーション及びクロスレギ
ュレーションは改善される。ところで、図１の回路から
ダイオードＤ１、コンデンサＣ２及び出力端子２ａ、２
ｂを取り除き、さらに抵抗Ｒ１とＲ２の直列回路を出力
端子３ａ、３ｂ間に接続した場合、出力電圧がＶ_O2だけ
の単一出力型のスイッチング電源装置が構成される。こ
のような単一出力型のスイッチング電源装置は、コンデ
ンサＣ４、Ｃ５を接続することによって効率の向上が期
待できる。なお、単一出力型のスイッチング電源装置と
同じ回路構成であっても、２次巻線Ｎ２を中間タップで
分割することで、複数の出力電圧が得られるスイッチン
グ電源装置が構成される。このような電源装置も本発明
を適用すれば効率向上が期待できる。

【００１９】図３は本発明によるスイッチング電源装置
の第２の実施例の回路の一部分を示している。図３は、
トランスＴ１及びその２次巻線Ｎ２よりも出力側の回路
部分のみを図示しており、図示していない、その他の素
子とその接続構成は図１の回路と同じである。図３の回
路は、実質的に図１の回路の平滑用のコンデンサＣ３を
除いた回路構成となっている。図１に示す回路では、第
２の出力電圧Ｖ_O2は、２次巻線Ｎ２に発生した電圧をダ
イオードＤ２、コンデンサＣ３によって整流、平滑する
ことで得た直流電圧である。しかし、場合によって負荷
は交流の電圧を必要とする。図３の回路は負荷に交流電
圧を供給できるようにしたものである。すなわち、１次
巻線Ｎ１に接続されたスイッチングトランジスタＱ１
（図示せず）の動作によって高周波の方形波電圧が２次
巻線Ｎ２に発生する。この方形波電圧は、正負のピーク
値を図１１の抵抗Ｒ３と定電圧ダイオードＤＺのような
レベルシフト手段によって調整することにより、擬似的
な交流電圧とすることができる。なおダイオードＤ４は
交流電圧の電圧値が入力電圧の変動によって変化しない
ようにするために接続したものであり、不要であれば回
路から除かれる。

【００２０】図４は本発明によるスイッチング電源装置
の第３の実施例の回路の一部分を示している。この図４
の回路は、図３の回路と同様に、トランスＴ１及びその
２次巻線Ｎ２よりも出力側の回路部分のみを示してい
る。図４の回路中のトランスＴ１の１次巻線Ｎ１と２次
巻線Ｎ２は、それぞれタップを有している。１次巻線Ｎ
１はタップにより領域Ｎ₁₁とＮ₁₂とに分割され、２次巻
線Ｎ２は領域Ｎ₂₁とＮ₂₂とに分割されている。そして１
次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２のそれぞれの同極の一端
（Ａ）と（Ｂ）はコンデンサＣ４を介して接続され、１
次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２のタップが設けられた巻線位
置（Ｃ）、（Ｄ）はコンデンサＣ５を介して接続されて
いる。ここで領域Ｎ₁₁と領域Ｎ₂₁の巻数はほぼ同じとす
る。図１に示す回路では、１次巻線Ｎ１の領域Ｎ₁₁と２
次巻線Ｎ２の全巻線部分は等価的に並列接続の状態であ
る。これに対して図４の回路は、１次巻線Ｎ１の領域Ｎ
₁₁と２次巻線Ｎ２の領域Ｎ₂₁だけが並列接続の状態とな
っている。

【００２１】この場合、領域Ｎ₁₁と領域Ｎ₂₁は等価的に
並列接続状態となり、１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２との
間の結合係数を向上させるように作用する。ただし、ト
ランスＴの１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２との間の等価的
結合係数は、２次巻線Ｎ２の一部分を使用した図４の回
路よりも、２次巻線Ｎ２の全体を使用した図１の回路の
方が、一層１．０に近づく。従って、特に制約の無い限
り、回路は図４に示す構成よりも図１に示す構成の方が
望ましい。前述した第１から第３の本発明の実施例は、
それぞれコンデンサＣ４を１次、２次各巻線の一端に接
続していた。しかし、図４の構成から分かるように、１
次巻線Ｎ１、２次巻線Ｎ２のそれぞれの一部領域が等価
的に並列接続の状態になれば、結合係数は並列接続状態
となっている領域の大きさ（巻数）に応じて向上する。
このため、必ずしもコンデンサＣ４は１次、２次各巻線
の一端に接続する必要は無く、コンデンサＣ５と同様に
各巻線に設けられたタップに接続しても良い。ただしこ
の場合にも、並列接続状態となる１次巻線の一部領域と
２次各巻線の一部領域は、ほぼ同じ巻数とする。

【００２２】図５は本発明によるスイッチング電源装置
の第４の実施例の回路の一部分を示している。図１に示
す回路では、１次巻線Ｎ１、ダイオードＤ１、コンデン
サＣ２、そしてスイッチングトランジスタＱ１は昇圧チ
ョッパ型のコンバータを構成していた。このため図１の
回路では、出力端子２ａと入力端子１ａは絶縁されてい
ない。これに対して図５に示す回路は、１次巻線Ｎ３、
２次巻線Ｎ４、３次巻線Ｎ５を有したトランスＴ２を使
用することで出力端子２ａと入力端子１ａを絶縁してい
る。さらにこの図５の回路では、トランスＴ２の３次巻
線Ｎ５の一端（Ａ）は第１のコンデンサＣ４を介して２
次巻線Ｎ４の同極の一端（Ｂ）に接続し、さらに３次巻
線Ｎ５の所定の巻線位置（Ｃ）に設けたタップは第２の
コンデンサＣ５を介して２次巻線Ｎ４の他端（Ｄ）に接
続している。ここで、３次巻線Ｎ５の巻線端（Ａ）と巻
線位置（Ｃ）の間に形成された領域Ｎ₅₁は、その巻数が
２次巻線Ｎ４の巻数とほぼ同じとなっている。

【００２３】このような回路構成でも、コンデンサＣ４
とコンデンサＣ５は実質的に図１の回路と同じ作用を行
う。その結果、２次巻線Ｎ４と３次巻線Ｎ５の間の結合
係数は向上し、第２の出力電圧Ｖ_O2のレギュレーション
及びクロスレギュレーションは改善される。ただしこの
場合には、電源装置の効率は図１の回路ほどは向上しな
い。図５のような回路構成の電源装置は、効率をさらに
向上させたいのであれば次のような施策が必要となる。
すなわち、その施策とは、図１の回路のごとく、１次巻
線Ｎ３と２次巻線Ｎ４のそれぞれの所定の巻線位置の間
にコンデンサを接続する、あるいは１次巻線Ｎ３と３次
巻線Ｎ５のそれぞれの所定の巻線位置の間にコンデンサ
を接続する、の少なくとも一方の施策である。

【００２４】図１から図４までに示した本発明を適用し
た電源装置は、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１、スイッチ
ングトランジスタＱ１、ダイオードＤ１及びコンデンサ
Ｃ２が昇圧型のコンバータ回路を構成していた。しか
し、本発明を適用する電源装置は極性反転型のコンバー
タ回路を構成していても良い。図６の回路図は本発明に
よるスイッチング電源装置の第５の実施例の回路を示し
ており、その回路は極性反転型コンバータ回路を利用し
ている。なお、図６中に示した入力端子及び出力端子
は、高電位側端子、あるいは低電位側端子であり、基準
電位側の入力端子及び出力端子は図示を省略した。図６
に示すスイッチング電源装置は以下のように構成されて
いる。

【００２５】スイッチングトランジスタＱ２とトランス
Ｔ３の１次巻線Ｎ６は入力端子１ｃと基準電位点（以
下、アースとする）との間に直列に接続し、スイッチン
グトランジスタＱ２のベースは制御回路ＣＯＮＴのパル
ス出力端子ＰＯに接続する。１次巻線Ｎ６とスイッチン
グトランジスタＱ２の接続点はダイオードＤ３を介して
第１の出力端子２ｃに接続し、第１の出力端子２ｃとア
ースとの間にコンデンサＣ７を接続する。このスイッチ
ングトランジスタＱ２、１次巻線Ｎ６、ダイオードＤ３
及びコンデンサＣ７は、極性反転型のコンバータ回路を
形成している。ここで、１次巻線Ｎ６のアースと接続さ
れた側の一端を（Ｅ）、スイッチングトランジスタＱ２
と接続された側の一端を（Ｇ）としておく。

【００２６】１次巻線Ｎ６の一端（Ｅ）と同極であるト
ランスＴ３の２次巻線Ｎ７の一端（Ｆ）は第２の出力端
子３ｃに接続し、さらに２次巻線Ｎ７の一端（Ｆ）は平
滑コンデンサＣ８を介してアースに接続する。２次巻線
Ｎ７の他端はダイオードＤ４を介してアースに接続す
る。抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の直列回路は第２の出力端子３
ｃとアースとの間に接続し、抵抗Ｒ４とＲ５の接続点は
制御回路ＣＯＮＴの電圧検出端子ＦＢに接続する。この
２次巻線Ｎ７、ダイオードＤ４及びコンデンサＣ８は、
１次巻線Ｎ６とスイッチングトランジスタＱ２と共にフ
ライバックコンバータ回路を形成している。そして、２
次巻線Ｎ７の所定の巻線位置（Ｈ）にタップが設けられ
る。このタップは第２のコンデンサＣ９を介して１次巻
線Ｎ６の他端（Ｇ）に接続する。ここで、２次巻線Ｎ７
の、一端（Ｆ）と巻線位置（Ｈ）との間に形成される巻
線領域Ｎ₇₁は、１次巻線Ｎ６とほぼ同じ巻数とされる。

【００２７】このような回路構成の図６のスイッチング
電源装置は、第１の出力電圧Ｖ_O3を、トランスＴ３の１
次巻線Ｎ６に発生する電圧と、コンデンサＣ９及び平滑
コンデンサＣ８によって導かれた２次巻線Ｎ７の巻線領
域Ｎ₇₁に発生した電圧とによって得ている。この２つの
交流的な電力伝達の作用を考えれば、このトランスＴ
３、コンデンサＣ９、平滑コンデンサＣ８の回路部分
は、等価回路が図７に示す構成となる１つのトランス装
置と見なすことができる。すなわち、そのトランス装置
は、入力巻線としての１次巻線Ｎ６、その入力巻線と磁
気的に結合した出力巻線としての２次巻線Ｎ７、さらに
交流的に１次巻線Ｎ７に並列接続された領域Ｎ₇₁の３つ
の巻線を有する構成となる。この図７の等価回路は、図
２の等価回路と実質的に同じ作用・効果を得ることがで
きる。

【００２８】従って、トランスＴ３の１次巻線Ｎ６と２
次巻線Ｎ７の所定の一端を平滑コンデンサＣ８を介して
接続し、かつ、１次巻線Ｎ６と２次巻線Ｎ７の所定の巻
線位置をコンデンサＣ９を介して接続した場合、１次巻
線Ｎ６と２次巻線Ｎ７の間の等価的な結合係数は、コン
デンサＣ９を接続しない時に比べて大きく向上する。ト
ランスＴ３の１次巻線Ｎ６と２次巻線Ｎ７の間の結合係
数が向上することにより電源装置の効率は向上し、同時
に第１の出力電圧Ｖ_O3のレギュレーション及びクロスレ
ギュレーションは改善される。ちなみに、図１の回路は
Ｃ４とＣ５の２つのコンデンサにより領域Ｎ₁₁と２次巻
線Ｎ２を交流的に結合しているのに対し、図６の回路は
平滑コンデンサＣ８とコンデンサＣ９により領域Ｎ₇₁と
１次巻線Ｎ６を交流的に結合している。平滑コンデンサ
Ｃ８が結合用と平滑用とで共用されているため、図６の
回路は図１の回路よりも使用する素子数が少なくて済む
利点がある。

【００２９】図８、図９は、本発明によるスイッチング
電源装置の第６及び第７の実施例の回路の一部分を示し
ている。なお、図８、図９では、図６と同じ構成になっ
ている回路部分は図示を省略してある。それぞれ、図
８、図９に示す回路の構成は、図６の回路とは以下の部
分が異なっている。図８に示す回路は、図６の回路とは
逆に、１次巻線Ｎ６の所定の巻線位置（Ｇ）にタップを
設けている。このタップは第２のコンデンサＣ９を介し
て２次巻線Ｎ７の一端（Ｈ）に接続されている。ここ
で、一端（Ｅ）と巻線位置（Ｇ）との間に形成された１
次巻線Ｎ６の巻線領域Ｎ₆₁は、２次巻線Ｎ７とほぼ同じ
巻数となっている。

【００３０】図９に示す回路では、１次巻線Ｎ６の一端
（Ｇ）と２次巻線Ｎ７の一端（Ｈ）との間に第２のコン
デンサＣ９を接続している。この場合には１次巻線Ｎ６
と２次巻線Ｎ７の巻数は同じものとなっている。これら
の回路は、要求される出力電圧の条件により次のように
使い分けられる。すなわち、図６の回路は第１の出力電
圧Ｖ_O3の絶対値よりも第２の出力電圧Ｖ_O4の絶対値の方
が大きい場合に使用される。これに対して図８に示す回
路は、図６の回路とは逆に第１の出力電圧Ｖ_O3の絶対値
よりも第２の出力電圧Ｖ_O4の絶対値の方が小さい場合に
使用される。そして図９の回路は、第１の出力電圧Ｖ_O3
の絶対値と第２の出力電圧Ｖ_O4の絶対値が同じである場
合に使用される。つまり、図８、図９の回路は図６に示
した電源装置の回路を出力電圧Ｖ_O3とＶ_O4との関係に応
じて変形したものである。

【００３１】図１０は本発明によるスイッチング電源装
置の第８の実施例の回路の一部分を示している。この図
１０の回路では、トランスＴ４の３次巻線Ｎ１０の一端
（Ｅ）はアースに接続し、この３次巻線Ｎ１０の一端
（Ｅ）と同極である２次巻線Ｎ９の一端（Ｆ）は平滑コ
ンデンサＣ８を介してアースに接続し、そして、２次巻
線Ｎ９の所定の巻線位置（Ｈ）に設けたタップと３次巻
線Ｎ１０の他端（Ｇ）は第２のコンデンサＣ９を介して
接続している。ここで、２次巻線Ｎ９の巻線端（Ｆ）と
巻線位置（Ｈ）の間の巻線領域Ｎ₉₁は、その巻数が３次
巻線Ｎ１０の巻数とほぼ同じとなっている。図１０に示
す回路は、平滑コンデンサＣ８を結合用と平滑用とで共
有する図６の回路の技術思想を図５の回路に応用したも
のである。このように第１の直流出力Ｖ_O3を入力巻線と
しての１次巻線Ｎ８以外の巻線から得ることにより、入
力端子１ｃ（図示せず）と出力端子２ｃ、３ｃとの間は
電気的に絶縁することが可能となる。

【００３２】以上までに本発明の第１から第８までの実
施例を説明したが、本発明によるスイッチング電源装置
の回路構成は図１から図１０までに示した回路構成に限
定されない。具体的には、それぞれの出力電圧を得るコ
ンバータ回路の構成は絶縁型でも非絶縁型でも構わな
い。また、自励発振方式でも他励発振方式でも構わな
い。本発明の実施例の説明では、スイッチング電源装置
（ＰＳ）は出力電圧を２種類得る電源であった。しかし
本発明は、出力電圧を３種類以上得るようなマルチ出力
型のスイッチング電源装置にも適用できる。また本発明
は、出力電圧を２次巻線より１種類だけ得るような単一
出力型のスイッチング電源装置にも適用できる。ただし
単一出力型のスイッチング電源装置は、本発明の適用に
よって効率向上だけが期待できる。さらに、制御回路Ｃ
ＯＮＴに定電圧制御を行わせるために、第１から第４ま
での実施例は第１の出力電圧Ｖ_O1を、第５から第８まで
の実施例は第２の出力電圧Ｖ_O4を検出している。しか
し、それぞれの実施例は他方の出力電圧を検出すること
にしても良い。

【００３３】そして、本発明によるスイッチング電源装
置が電力を供給する負荷装置は、従来技術の説明の中で
示した蛍光表示管に限定されない。この電源装置は出力
仕様を負荷装置の要求に適合させることにより、様々な
負荷装置に電力を供給することができる。当然、負荷装
置は複数でも構わない。なお、２つのコンデンサによっ
て等価的に並列接続の状態となる２つの巻線の所定の巻
線部分、例えば図１中の領域Ｎ₁₁と２次巻線Ｎ２は、巻
数をほぼ同じにすると説明した。これは２つの巻線の所
定の巻線部分に発生する各々の電圧値は、理論上、ほぼ
同じにすることを意図している。ところが、たとえ２つ
の巻線の所定の巻線部分の巻数を同一にしても、各々の
巻線の所定の巻線部分に発生する電圧値は同一にならな
くなるという現象が発生することがある。この現象の原
因は、巻線のインピーダンスと巻線を流れる電流によっ
て生じる電圧降下などが考えられる。この現象への対策
のために、２つの巻線の所定の巻線部分の巻数は、ほぼ
同じ巻数ではあるが完全に同じ巻数ではない、という状
態にすることも有る。

【００３４】

【発明の効果】以上に述べたように本発明は、インダク
タンス部品の各巻線の所定位置（Ａ）と（Ｂ）、（Ｃ）
と（Ｄ）をそれぞれ第１及び第２のコンデンサを介して
接続し、ここで第１と第２のコンデンサの間に位置する
各巻線の領域は、ほぼ同じ巻数にした構成を特徴として
いる。また、スイッチング電源装置の平滑用コンデンサ
を利用できる場合には、平滑コンデンサは第１のコンデ
ンサとして使用する。そして、各巻線の所定位置（Ｅ）
と（Ｆ）の間には平滑コンデンサを接続し、（Ｃ）と
（Ｄ）の間には第２のコンデンサを接続し、ここで平滑
コンデンサと第２のコンデンサの間に位置する各巻線の
領域は、ほぼ同じ巻数にした構成を特徴としている。こ
のような構成とすることにより、第１と第２のコンデン
サの間に位置する各巻線の領域は等価的に並列接続の状
態となり、各巻線間の結合係数は１．０に近づく。その
結果、電源装置の効率は向上し、同時に出力電圧のレギ
ュレーション及びクロスレギュレーションは改善され
る。従って、本発明によれば、変換効率と出力電圧の安
定度とが共に高いスイッチング電源装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】巻線間の結合係数を向上させた本発明による
スイッチング電源装置の第１の実施例の回路図。

【図２】トランス、第１と第２のコンデンサを一つの
トランス装置として見なした場合の等価回路図。

【図３】本発明によるスイッチング電源装置の第２の
実施例の一部回路図。

【図４】本発明によるスイッチング電源装置の第３の
実施例の一部回路図。

【図５】本発明によるスイッチング電源装置の第４の
実施例の一部回路図。

【図６】本発明によるスイッチング電源装置の第５の
実施例の回路図。

【図７】トランス、第１と第２のコンデンサを一つの
トランス装置として見なした場合の等価回路図。

【図８】本発明によるスイッチング電源装置の第６の
実施例の一部回路図。

【図９】本発明によるスイッチング電源装置の第７の
実施例の一部回路図。

【図１０】本発明によるスイッチング電源装置の第８
の実施例の一部回路図。

【図１１】従来のスイッチング電源装置及び、複数の
電圧供給を必要とする負荷の一例を示す回路図。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ入力端子２ａ、２ｂ出力端子（直流）３ａ、３ｂ出力端子（交流あるいは直流）２ｃ、３ｃ高電位側の出力端子（直流）ＰＳスイッチング電源装置ＦＩＴ蛍光表示管ＤＲ駆動回路ＣＯＮＴ制御回路Ｔ１〜Ｔ４トランスＮ１、Ｎ６第１の巻線としての１次巻線Ｎ２、Ｎ７第２の巻線としての２次巻線Ｎ４、Ｎ９第１の巻線としての３次巻線Ｎ５、Ｎ１０第２の巻線としての２次巻線Ｃ４第１のコンデンサＣ５第２のコンデンサＣ８平滑コンデンサ兼第１のコンデンサＣ９第２のコンデンサＱ１スイッチングトランジスタ（Ａ）、（Ｃ）第１の巻線の所定の巻線位置（Ｂ）、（Ｄ）第２の巻線の所定の巻線位置（Ｅ）、（Ｇ）第１の巻線の所定の巻線位置（Ｆ）、（Ｈ）第２の巻線の所定の巻線位置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トランスの１次巻線がスイッチング素子
に直列接続され、制御回路によってスイッチング素子の
動作が制御され、スイッチング素子の動作によってトラ
ンスの２次巻線を含むトランスの複数の巻線に発生する
電圧から複数の出力電圧を得るスイッチング電源装置に
おいて、トランスの１次巻線の一端と２次巻線の同極の一端が第
１のコンデンサを介して接続され、１次巻線と２次巻線のそれぞれの上記第１のコンデンサ
との接続点から同極方向にほぼ同じ巻数を隔てた位置同
士が第２のコンデンサを介して接続されたことを特徴と
するスイッチング電源装置。
【請求項２】前記１次巻線が直流出力用の巻線であ
り、前記２次巻線が交流出力用の巻線である請求項１記
載のスイッチング電源装置。
【請求項３】前記１次巻線に発生する電圧により得ら
れる直流出力電圧を監視し、該直流出力電圧を一定に制
御することにより、前記トランスの各巻線より得られる
各々の出力電圧を制御するようにした請求項１または請
求項２記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】トランスの１次巻線がスイッチング素子
に直列接続され、制御回路によってスイッチング素子の
動作が制御され、スイッチング素子の動作によってトラ
ンスの２次巻線と3次巻線に発生する電圧から複数の出
力電圧を得るスイッチング電源装置において、トランスの２次巻線の一端と３次巻線の同極の一端が第
１のコンデンサを介して接続され、２次巻線と３次巻線のそれぞれの上記第１のコンデンサ
との接続点から同極方向にほぼ同じ巻数を隔てた位置同
士が第２のコンデンサを介して接続されたことを特徴と
するスイッチング電源装置。
【請求項５】トランスの１次巻線がスイッチング素子
に直列接続され、制御回路によってスイッチング素子の
動作が制御され、スイッチング素子の動作によってトラ
ンスの２次巻線を含むトランスの複数の巻線に発生する
電圧をそれぞれ整流、平滑して複数の直流出力電圧を得
るスイッチング電源装置において、トランスの１次巻線の一端が基準電位点に接続され、該
１次巻線の一端と同極の２次巻線の一端が第１のコンデ
ンサを介して基準電位点に接続され、１次巻線と２次巻線のそれぞれの上記第１のコンデンサ
との接続点から同極方向にほぼ同じ巻数を隔てた位置同
士が第２のコンデンサを介して接続されたことを特徴と
するスイッチング電源装置。
【請求項６】前記第１のコンデンサが平滑コンデンサ
である請求項４記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】前記２次巻線に発生する電圧により得ら
れる直流出力電圧を監視し、該直流出力電圧を一定に制
御することにより、前記トランスの各巻線より得られる
各々の出力電圧を制御するようにした請求項４または請
求項５記載のスイッチング電源装置。
【請求項８】トランスの１次巻線がスイッチング素子
に直列接続され、制御回路によってスイッチング素子の
動作が制御され、スイッチング素子の動作によってトラ
ンスの２次巻線と3次巻線を含むトランスの巻線に発生
する電圧をそれぞれ整流、平滑して複数の直流出力電圧
を得るスイッチング電源装置において、トランスの2次
巻線の一端が基準電位点に接続され、該2次巻線の一端
と同極の３次巻線の一端が第１のコンデンサを介して基
準電位点に接続され、２次巻線と３次巻線のそれぞれの上記第１の込んでんだ
との接続点から同極方向にほぼ同じ巻数を隔てた位置同
士が第２のコンデンサを介して接続されたことを特徴と
するスイッチング電源装置。
【請求項９】トランスの１次巻線がスイッチング素子
に直列接続され、制御回路によってスイッチング素子の
動作が制御され、スイッチング素子の動作によってトラ
ンスの２次巻線を含むトランスの複数の巻線に発生する
電圧から複数の出力電圧を得るスイッチング電源装置に
おいて、トランスの１次巻線の一端と２次巻線の同極の一端が第
１のコンデンサを介して接続され、１次巻線と２次巻線のそれぞれの上記第１のコンデンサ
との接続点から同極方向にほぼ同じ電圧を発生する位置
同士が第２のコンデンサを介して接続されたことを特徴
とするスイッチング電源装置。