JP3228215B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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JP3228215B2 JP05960598A JP5960598A JP3228215B2 JP 3228215 B2 JP3228215 B2 JP 3228215B2 JP 05960598 A JP05960598 A JP 05960598A JP 5960598 A JP5960598 A JP 5960598A JP 3228215 B2 JP3228215 B2 JP 3228215B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はＤＣ／ＤＣコンバ
ータなどに関し、特に多出力のスイッチング電源装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えばコンピュータなどのデ
ィジタル機器や、そのディスプレイ装置においては、複
数種の電源電圧が用いられている。これらの複数種の電
源電圧に対応するために、単出力のスイッチング電源回
路を複数組み合わせて複合電源を構成する場合もある
が、比較的小出力の電源装置では出力容量の割りに全体
に大型になり、コスト高にもなる。そこで、複数種の電
源電圧を要する機器に組み込まれる電源装置において
は、単一の電力変換回路により数種類の出力電圧を得る
ようにした多出力型のスイッチング電源装置が用いられ
ている。
【０００３】図１１に従来の典型的な多出力型スイッチ
ング電源装置の回路例を示す。同図においてＴは、Ｌ
１，Ｌ２，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３の５つの巻線を有す
るトランスである。Ｌ１は入力用巻線、Ｌ２は帰還用巻
線、Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３は出力用巻線である。巻線
Ｌ１の一端にはスイッチングトランジスタＱ１を接続
し、巻線Ｌ１の他端にＶｉｎ端子から入力電圧Ｖｉｎを
印加するようにしている。帰還用巻線Ｌ２とスイッチン
グトランジスタＱ１のベース間にはコンデンサＣ１と抵
抗Ｒ２による帰還回路を設けている。出力用巻線Ｌ２１
〜Ｌ２３には整流ダイオードＤ１１〜Ｄ１３および平滑
コンデンサＣ１１〜Ｃ１３による整流平滑回路を接続し
ている。これにより出力端子Ｖ１〜Ｖ３にそれぞれ電圧
の異なる出力電圧を発生させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年の電子機器の小型
化に伴い、その電子機器に組み込まれる電源装置の小型
化に対する要請はますます強くなっている。スイッチン
グ電源装置の小型化のためには、その主要部品であるト
ランスの小型化は必須である。しかし、トランスはその
主要部分はある程度まで小型化できるとしても、多くの
端子を設けることができないという問題があった。例え
ば低出力の小型化されたトランスにおいては４端子が限
界であった。
【０００５】ところが、図１１に示したような多出力型
のスイッチング電源装置の場合、例えば３つの異なる電
圧を出力するために、トランスの端子を７つ設けなけれ
ばならず、そのためにトランスの小型化ができず、この
ことが多出力型スイッチング電源装置の小型化を阻んで
いた。
【０００６】この発明の目的は、少ない端子数のトラン
スを用いて、電圧の異なる多数の出力電圧を発生するよ
うにし、全体に容易に小型化できるようにしたスイッチ
ング電源装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明では、２つまたは３つの同極性に直列接続
された巻線を設けたトランスと、このトランスの入力用
巻線の電流を断続するスイッチング素子と、このスイッ
チング素子の制御端子に前記トランスの帰還用巻線から
の帰還信号を与える帰還回路と、前記トランスの出力用
巻線の誘起電圧を整流平滑する整流平滑回路とを有する
スイッチング電源装置において、前記トランスの前記直
列接続された巻線は４つ以下の端子を有し、複数の整流
平滑回路を前記トランスの所定の端子に共通に接続し
て、３つ以上のそれぞれ電圧の異なる出力電圧を発生さ
せる。
【０００８】この構成によって、４つ以下の端子を有す
るトランスを用いながら３つ以上のそれぞれ電圧の異な
る出力電圧を発生させることができるため、小型のトラ
ンスを用いて全体に小型のスイッチング電源装置が得ら
れる。
【０００９】また、この発明では前記トランスの前記直
列接続された巻線は４つ以下の端子を有し、前記帰還回
路を接続する帰還用巻線と、他の巻線とにそれぞれ整流
平滑回路を接続して、３つ以上のそれぞれ電圧の異なる
出力電圧を発生させる。すなわち帰還回路を接続する帰
還用巻線に整流平滑回路を接続して、帰還用巻線を出力
用巻線に兼用する。
【００１０】通常、入力用巻線に対する帰還用巻線の巻
数比は１以下とすることができるので、入力用巻線に対
する電流の断続とその入力用巻線のインダクタンスによ
り発生する出力電圧より低い電圧を、帰還用巻線に接続
した整流平滑回路の出力側に得ることができ、多様性に
富んだ出力電圧を発生するスイッチング電源装置が構成
できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】第１の実施形態に係るスイッチン
グ電源回路の構成を図１および図２を参照して説明す
る。
【００１２】図１において、Ｔは３つの巻線Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３とそれらの巻線の両端を端子とする４端子のト
ランスである。これらの巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は同極性
に直列接続された関係にある。従って、この巻線Ｌ１〜
Ｌ３を連続して巻回し、その途中のタップをそれぞれ端
子とすることによって、トランスを構成すればよい。
【００１３】ここでは巻線Ｌ１を入力用巻線として用
い、その一端にスイッチングトランジスタＱ１を接続
し、他端に端子Ｖｉｎから入力電圧Ｖｉｎを印加するよ
うにしている。巻線Ｌ３はここでは帰還用巻線として用
い、巻線Ｌ３の他端とスイッチングトランジスタＱ１の
ベースとの間にコンデンサＣ１および抵抗Ｒ２からなる
帰還回路を設けている。また入力端子Ｖｉｎとスイッチ
ングトランジスタＱ１のベースとの間に起動用の抵抗Ｒ
１を接続している。スイッチングトランジスタＱ１のコ
レクタと巻線Ｌ１との接続点と、出力端子Ｖ１との間に
ダイオードＤ１およびコンデンサＣ４からなる整流平滑
回路を設けている。
【００１４】また、巻線Ｌ２は入力用巻線Ｌ１の励磁に
より電圧を誘起させる出力用巻線として用いている。す
なわち、巻線Ｌ２の他端と２つの出力端子Ｖ２，Ｖ３と
の間にコンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ５，Ｃ６、ダイオード
Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５からなる２組の整流平滑回路を
設けている。
【００１５】図１において、まず入力電圧Ｖｉｎが入力
されると、抵抗Ｒ１を介してスイッチングトランジスタ
Ｑ１にベース電流が流れ、Ｑ１が導通を始める。このと
き巻線Ｌ１の励磁によって巻線Ｌ３に電圧が誘起され、
Ｃ１，Ｒ２を介して正帰還がかかり、スイッチングトラ
ンジスタＱ1 のコレクタ電流が増大する。その後、Ｑ１
のコレクタ電流は、抵抗Ｒ１で決まるベース電流のｈｆ
ｅ（電流増幅率）倍までで止まり（飽和し）、巻線Ｌ１
に流れる電流増加率が減少する。これにより、巻線Ｌ３
に逆方向の起電圧が発生し、Ｃ１，Ｒ２による帰還回路
の作用でスイッチングトランジスタＱ１が急激にオフす
る。その後、巻線Ｌ１の励磁エネルギーがすべて出力側
に放出されたなら初めの状態に戻る。以上の動作を繰り
返すことによって発振動作を持続する。
【００１６】図２は図１の各部における電圧波形図であ
る。ここでＶａはスイッチングトランジスタＱ１のコレ
クタ−エミッタ間電圧波形であり、スイッチングトラン
ジスタＱ１のオン／オフスイッチング動作によって矩形
波となる。この電圧Ｖａの振幅Ｖ１は昇圧型ＤＣ−ＤＣ
コンバータの動作原理により定まる。すなわち、出力端
子Ｖ１から負荷へ流れる負荷電流Ｉ１、巻線Ｌ１のイン
ダクタンス、入力電圧Ｖｉｎ、およびスイッチングトラ
ンジスタＱ１のオン時間とオフ時間によって定まる。
【００１７】図２においてＶＬ１，ＶＬ２は巻線Ｌ１，
Ｌ２の両端電圧であり、ＶＬ１は振幅Ｖ１で変化し、Ｖ
Ｌ２はそのＮ２／Ｎ１倍変化する。ここでＮ１は巻線Ｌ
１の巻回数、Ｎ２は巻線Ｌ２の巻回数である。同様に巻
線Ｌ３の巻回数はＮ３である。（これらの関係は以下の
各実施形態においても同様である。）巻線Ｌ２とコンデ
ンサＣ２との接続点の電圧はＶａ＋ＶＬ２であり、Ｖ１
・Ｎ２／Ｎ１＋Ｖ１の振幅で変化する。そして、ダイオ
ードＤ２のカソード電位Ｖｂは、スイッチングトランジ
スタＱ１のオン時間にコンデンサＣ２に充電された電圧
分だけ、スイッチングトランジスタＱ１がオフの時バイ
アスされて、そのピーク電圧は図２に示すようにＶ１・
Ｎ２／Ｎ１＋Ｖ１となる。従って出力端子Ｖ２の出力電
圧Ｖ２はＶ１・Ｎ２／Ｎ１＋Ｖ１となる。
【００１８】巻線Ｌ２と出力端子Ｖ３との間の整流平滑
回路は、巻線Ｌ２と出力端子Ｖ２との間の整流平滑回路
と逆極性の回路としているので、出力端子Ｖ３の出力電
圧Ｖ３はＶ２の逆極性の電圧となる。因みに帰還用巻線
Ｌ３の両端電圧ＶＬ３は図２に示すようにＶ１・Ｎ３／
Ｎ１となる。なお、図２においてはスイッチングトラン
ジスタＱ１オン時のコレクタ・エミッタ間電圧やダイオ
ードの順方向降下電圧は等価的に０としている。
【００１９】このようにしてＶ１，Ｖ２，Ｖ３の３種類
の出力電圧を得る。なお、図１に示した制御回路は出力
電圧Ｖ１を検出して、その電圧が安定する方向にスイッ
チングトランジスタＱ１のベースバイアスを制御する。
これによって、入力電圧Ｖｉｎの変動に対する安定化制
御を行う。
【００２０】次に、第２の実施形態に係るスイッチング
電源装置の構成を図３に示す。図１の場合と異なり、こ
の図３に示す例では、トランスＴの巻線をＬ１，Ｌ３，
Ｌ２の順に直列に接続し、巻線Ｌ２の端部に２つの整流
平滑回路を接続するようにしている。この場合も３つの
巻線を連続して巻回するともに、途中のタップを端子と
して用いることができる。
【００２１】図３において、巻線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ２の両
端電圧をそれぞれＶＬ１，ＶＬ３，ＶＬ２とした時、巻
線Ｌ２とコンデンサＣ２との接続点の電位は、スイッチ
ングトランジスタＱ１がオフの時Ｖａ＋ＶＬ１＋ＶＬ３
＋ＶＬ２となる。但し、巻線Ｌ１とＬ３との接続点の電
位はＶｉｎで一定であるので、スイッチングトランジス
タＱ１の断続による電圧変化幅はＶ１（Ｎ２＋Ｎ３）／
Ｎ１となる。従って、ダイオードＤ２のカソード電位Ｖ
ｂのピーク電圧はＶ１（Ｎ２＋Ｎ３）／Ｎ１となり、出
力端子Ｖ２の出力電圧Ｖ２はＶ１（Ｎ２＋Ｎ３）／Ｎ１
となる。出力電圧Ｖ３は図１の場合と同様にＶ２の逆極
性の電圧となる。
【００２２】図４は第３の実施形態に係るスイッチング
電源装置の回路図である。図３に示した例と異なり、ス
イッチングトランジスタＱ１のコレクタと巻線Ｌ１との
接続点にコンデンサＣ２の一端を接続し、ダイオードＤ
２のアーノードを出力端子Ｖ１に接続している。この構
成によれば、スイッチングトランジスタＱ１がオンの
時、コンデンサＣ４の電圧Ｖ１がダイオードＤ２を介し
てコンデンサＣ２を逆方向に充電し、スイッチイングト
ランジスタＱ１がオフの時、ＶａはＶ１となるので、コ
ンデンサＣ５にはＶ１＋Ｖ１すなわち２Ｖ１の電圧が充
電され、出力端子Ｖ２から２Ｖ１の電圧が出力される。
出力端子Ｖ１，Ｖ３から出力される電圧は図３の場合と
同様である。
【００２３】図５は第４の実施形態に係るスイッチング
電源装置の回路図である。この例では２つの巻線Ｌ１，
Ｌ３からなる３端子のトランスＴを用いている。ここで
はスイッチングトランジスタＱ１のコレクタと巻線Ｌ１
との接続点と、出力端子Ｖ３との間にコンデンサＣ３，
Ｃ６、ダイオードＤ３，Ｄ５からなる整流平滑回路を設
けている。そのため、スイッチングトランジスタＱ１が
オフの時に、Ｃ３→Ｄ３の経路でコンデンサＣ３に電圧
Ｖ１が充電され、スイッチングトランジスタＱ１がオン
の時にＣ３の一端が接地されるため、出力端子Ｖ３から
電圧−Ｖ１が出力される。トランスから２つの出力端子
Ｖ１，Ｖ２に至るまでの回路は図４の場合と同様であ
り、Ｖ２から２Ｖ１の電圧が出力される。
【００２４】次に第５の実施形態に係るスイッチング電
源装置の構成を図６および図７を参照して説明する。こ
の第５の実施形態以降に示す例と図１〜図５に示した例
とは、帰還用巻線Ｌ３を出力用巻線としても兼用する点
で異なっている。
【００２５】図６は回路図、図７はその各部の電圧波形
図である。図６に示す例では、コンデンサＣ３の一端を
帰還用巻線Ｌ３の一端に接続している。従って巻線Ｌ３
とコンデンサＣ３との接続点の電圧はＶａ＋ＶＬ１＋Ｖ
Ｌ３となる。但し、Ｖａ＋ＶＬ１＝Ｖｉｎで一定である
ので、ダイオードＤ３のアノード電位ＶｃはＶＬ３の変
化幅で振れることになる。この振幅はＶ１・Ｎ３／Ｎ１
であるので、出力端子Ｖ３から−Ｖ１・Ｎ３／Ｎ１の電
圧が出力される。通常、帰還用巻線Ｌ３のＬ１に対する
巻数比は１以下とすることができるので、Ｖ３の絶対値
をＶ１の絶対値より小さくすることができる。トランス
の端子と出力端子Ｖ１，Ｖ２との間の構成は図１の場合
と同様であり、出力端子Ｖ２の出力電圧Ｖ２はＶ１・Ｎ
２／Ｎ１＋Ｖ１となる。
【００２６】図８は第６の実施形態に係るスイッチング
電源装置の回路図である。この例では、巻線Ｌ３とＬ２
の接続点にコンデンサＣ３の一端を接続している。従っ
て出力端子Ｖ３から出力される電圧は−（Ｎ３／Ｎ１）
Ｖ１となる。トランスＴの端子と出力端子Ｖ１，Ｖ２と
の間の構成は図３と同様であるので、その出力電圧も同
様となる。
【００２７】図９は第７の実施形態に係るスイッチング
電源装置の回路図である。図５に示した例と異なり、コ
ンデンサＣ２，Ｃ３の一端を巻線Ｌ３の一端に接続して
いる。そのため、巻線Ｌ３とコンデンサＣ２との接続点
の電位ＶｄはＶ１・Ｎ３／Ｎ１の振幅で変動する。ダイ
ーオードＤ２のアーノードは出力端子Ｖ１に接続してい
るため、結局コンデンサＣ５にはＶ１＋Ｖ１・Ｎ３／Ｎ
１の電圧が充電され、出力端子Ｖ２からその電圧が出力
される。一方、ダイオードＤ３のカソードは接地してい
るので、出力端子Ｖ３からは上記Ｖｄの電圧変化分が逆
極性で出力される。すなわち−Ｖ１・Ｎ３／Ｎ１の電圧
が出力される。
【００２８】図１０は第８の実施形態に係るスイッチン
グ電源装置の回路図である。図９の例とは異なり、コン
デンサＣ２の一端をスイッチングトランジスタＱ１のコ
レクタと巻線Ｌ１との接続点に接続している。この部分
の構成は図５と同様であり、出力端子Ｖ２の出力電圧Ｖ
２は２Ｖ１となる。また出力端子Ｖ３の出力電圧Ｖ３は
図９の場合と同様に−Ｖ１・Ｎ３／Ｎ１となる。
【００２９】
【発明の効果】この発明によれば、４つ以下の端子を有
するトランスを用いながら３つ以上のそれぞれ電圧の異
なる出力電圧を発生させることができるため、小型のト
ランスを用いて全体に小型のスイッチング電源装置が得
られる。
【００３０】また、入力用巻線に対する電流の断続とそ
の入力用巻線のインダクタンスにより発生する出力電圧
より低い電圧を、帰還用巻線に接続した整流平滑回路の
出力側に得ることができ、多様性に富んだ出力電圧を発
生するスイッチング電源装置が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の
回路図
【図２】同スイッチング電源装置における各部の波形図
【図３】第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の
回路図
【図４】第３の実施形態に係るスイッチング電源装置の
回路図
【図５】第４の実施形態に係るスイッチング電源装置の
回路図
【図６】第５の実施形態に係るスイッチング電源装置の
回路図
【図７】同スイッチング電源装置における各部の波形図
【図８】第６の実施形態に係るスイッチング電源装置の
回路図
【図９】第７の実施形態に係るスイッチング電源装置の
回路図
【図１０】第８の実施形態に係るスイッチング電源装置
の回路図
【図１１】従来のスイッチング電源装置の回路図
【符号の説明】
Ｔ−トランス Ｑ１−スイッチングトランジスタ Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３−巻線 Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３−出力端子 Ｖｉｎ−入力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−52737（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−223909（ＪＰ，Ａ) 実公 昭44−4334（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 3/28 H02M 3/155

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２つまたは３つの同極性に直列接続され
    た巻線を設けたトランスと、このトランスの入力用巻線
    の電流を断続するスイッチング素子と、このスイッチン
    グ素子の制御端子に前記トランスの帰還用巻線からの帰
    還信号を与える帰還回路と、前記トランスの出力用巻線
    の誘起電圧を整流平滑する整流平滑回路とを有するスイ
    ッチング電源装置において、 前記トランスの前記直列接続された巻線は４つ以下の端
    子を有し、複数の整流平滑回路を前記トランスの所定の
    端子に共通に接続して、３つ以上のそれぞれ電圧の異な
    る出力電圧を発生させることを特徴とするスイッチング
    電源装置。
  2. 【請求項２】 ２つまたは３つの同極性に直列接続され
    た巻線を設けたトランスと、このトランスの入力用巻線
    の電流を断続するスイッチング素子と、このスイッチン
    グ素子の制御端子に前記トランスの帰還用巻線からの帰
    還信号を与える帰還回路と、前記トランスの出力用巻線
    の誘起電圧を整流平滑する整流平滑回路とを有するスイ
    ッチング電源装置において、 前記トランスの前記直列接続された巻線は４つ以下の端
    子を有し、前記帰還回路を接続する帰還用巻線と、他の
    巻線とにそれぞれ整流平滑回路を接続して、３つ以上の
    それぞれ電圧の異なる出力電圧を発生させることを特徴
    とするスイッチング電源装置。
JP05960598A 1998-03-11 1998-03-11 スイッチング電源装置 Expired - Lifetime JP3228215B2 (ja)

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