JP3400629B2 - スイッチングレギュレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチングレギ
ュレータに関し、特に全波整流回路の交流入力電流の流
れる時間を広げることにより、交流入力の力率を改善し
安定したスイッチング動作を行い出力電圧の安定化を図
る回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のＯＡ機器用の電源装置の
場合は、一般的に商用電源の交流入力にコンデンサイン
プット型整流平滑回路を配置し、その後にＤＣ／ＤＣコ
ンバータで構成したいわゆるスイッチングレギュレータ
方式をとっていた。しかしながら、入力部にコンデンサ
インプット型整流平滑回路を配置しているため入力電流
はコンデンサへの充電電流となり、交流入力の電流のピ
ーク値，実効値ともに大きく、平滑コンデンサの内部損
失による発熱，寿命の低下や商用電源ラインでの高調波
障害等の危険性も指摘され始めた。

【０００３】これらを解決する手段の一つとして、特開
平３−65050号公報に記載されているスイッチングレギ
ュレータが提案されている。図７は従来のスイッチング
レギュレータの構成を示す回路図である。図７におい
て、１は交流電源、２は第１の整流手段であるダイオー
ドブリッジ、３は一次巻線Ｎp，リセット巻線Ｎr，二次
巻線Ｎsの巻線を有するトランス、４はスイッチング素
子、５はダイオードＤ４，Ｄ５，チョークコイルＬ１，
大容量のコンデンサＣ３により構成される整流平滑手
段、６はスイッチング素子４をオン／オフ制御するパル
ス幅制御回路，ドライブ回路を含むドライブ手段であ
る。さらに、Ｃ１は小容量の第１のコンデンサ、Ｃ２は
大容量の第２のコンデンサ、Ｄ２は第２の整流手段であ
る第２のダイオード、Ｄ３は第３の整流手段である第３
のダイオードである。

【０００４】図７に示すように、交流電源１から入力さ
れた交流入力を整流するダイオードブリッジ２と、その
整流出力端間に接続された第１のコンデンサＣ１と、ダ
イオードブリッジ２のプラス側出力端に一端が接続され
る一次巻線Ｎpの他端とダイオードブリッジ２のマイナ
ス側出力端との間にスイッチング素子４が配置される。
また、ダイオードブリッジ２のマイナス側出力端からリ
セット巻線Ｎrの一端に順方向となるように第２のダイ
オードＤ２が接続され、さらにダイオードブリッジ２の
マイナス側出力端は第２のコンデンサＣ２のマイナス側
に接続される。そして、第２のコンデンサＣ２のプラス
側から一次巻線Ｎpの一端に順方向となるように第３の
ダイオードＤ３を接続するとともに、第２のコンデンサ
Ｃ２のプラス側はリセット巻線Ｎrの他端に接続され
る。最後に、トランス３の二次巻線Ｎsに接続される整
流平滑手段５と、スイッチング素子４を制御するドライ
ブ手段６とから構成される。

【０００５】また、図８は従来のスイッチングレギュレ
ータにおける各波形を示す図で、図８(ａ)は図７に示す
ダイオードブリッジに印加される交流入力の電圧波形、
図８(ｂ)はダイオードブリッジの直流出力端の電圧波
形、図８(ｃ)は図７に示すトランスの一次巻線，スイッ
チング素子に印加される電圧波形、図８(ｄ)はダイオー
ドブリッジの直流出力端の電流波形、図８(ｅ)はダイオ
ードブリッジに印加される交流入力の電流波形を表すも
のである。

【０００６】従来のスイッチングレギュレータについ
て、図７，図８をもとにその動作を説明する。これは、
１石フォワード形スイッチングレギュレータの回路であ
る。まず、交流電源１から入力された交流電圧(図８
(ａ)参照)は、ダイオードブリッジ２で全波整流され、
小容量の第１のコンデンサＣ１で平滑される。第１のコ
ンデンサＣ１に平滑された直流電圧(略脈流、図８(ｂ)
参照)はトランス３の一次巻線Ｎpとスイッチング素子４
との直列回路に供給され、高周波(通常20〜200kHz)で駆
動されているスイッチング素子４によりオン／オフされ
る。このとき図８(ｃ)に示す電圧波形がトランス３の一
次巻線Ｎp，スイッチング素子４に印加される。

【０００７】これによりトランス３の二次巻線Ｎsに交
流起電力を生じ、この起電力をスイッチング素子４がオ
ンのときのみ出力するように、整流平滑手段５のダイオ
ードＤ４で整流しチョークコイルＬ１とコンデンサＣ３
に印加して平滑され出力電圧Ｖoutを出力する。ダイオ
ードＤ５はスイッチング素子４がオフのときに、チョー
クコイルＬ１にスイッチング素子４がオン時に蓄えられ
ていたエネルギーを出力し続けるための転流用のダイオ
ードである。

【０００８】ドライブ手段６は出力電圧Ｖoutを出力基
準電圧Ｖref(図示せず)と比較し、その差信号を所定の
周波数でパルス幅変調した駆動信号をスイッチング素子
４のベース・エミッタ間に印加してスイッチング素子４
を駆動する。このときのパルス幅(オン時間)は、出力電
圧Ｖoutを出力基準電圧Ｖrefとの信号差に対応してお
り、出力電圧Ｖoutが出力基準電圧Ｖrefより高ければ狭
く、低い場合は広くなるように変調されている。この一
連のフィードバック動作により出力電圧は常に一定とな
り、安定化されるものである。

【０００９】トランス３の一次側に配置されたリセット
巻線Ｎrは、スイッチング素子４がオフのときにトラン
ス３のリセット巻線Ｎrに発生するフライバックエネル
ギーを、ダイオードＤ２，リセット巻線Ｎr，第２のコ
ンデンサＣ２からなる直列回路の第２のコンデンサＣ２
に蓄え、ダイオードＤ３を介してトランス３の一次巻線
Ｎpに帰還させようとするものである。このようにする
ことにより図８(ｃ)に示すスイッチング波形となり、ま
たこのときのダイオードブリッジ２の出力の電流波形は
図８(ｄ)のようになり、交流入力の電流波形では図８
(ｅ)のようになる。この結果ダイオードブリッジ２の直
流出力端における脈流電圧の谷の部分(交流入力の零レ
ベル近傍)でもスイッチング動作が行われ、交流入力の
広い範囲で電流が流れ力率が改善される。

【００１０】より具体的な例として図７に示す構成の回
路を、100Ｖ入力，150Ｗ出力，第１のコンデンサＣ１＝
0.22μＦ，第２のコンデンサＣ２＝100μＦで試作した
結果では、力率0.88，変換効率75％，入力電流はピーク
値４Ａ，実効値2.28Ａとなった。一般的なスイッチング
レギュレータ方式の電源の場合の力率は0.5から0.6程度
でありこれと比較すると力率は向上したものの、変換効
率の低下等の不具合もある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成のスイッチングレギュレータでは、スイッチン
グ素子がオフのとき発生するフライバックエネルギーは
トランスのリセット巻線から取り出され大容量の第２の
コンデンサに蓄えられることになる。このリセット巻線
の巻数は一次巻線とほぼ同じとするのが一般的であり、
フライバックエネルギーはその時の入力電圧の波高値に
略比例する傾向があり、ダイオードブリッジから出力さ
れる脈流の波高値の高いときにはそれなりのフライバッ
クエネルギーとして取り出されるが、ダイオードブリッ
ジから出力される脈流の波高値の低い谷間では殆ど取り
出すことができず、谷間の電圧を持ち上げるまでには至
らない。このため、図８(ｄ)，図８(ｅ)に示したこれら
の波形からもあきらかなように、脈流の電流波形の谷間
ではスイッチング動作はかろうじて行っているのものの
電圧が低いこともあって電流の流れていない期間ができ
る。

【００１２】この傾向は入力電圧によっても影響を受
け、入力電圧の高いときは大きいフライバックエネルギ
ーが取り出せるが、低い入力電圧では殆ど取り出せなく
なる。したがって、ダイオードブリッジから出力される
脈流の波高値の低い谷間の近傍や、低入力電圧時では安
定したスイッチング動作は行われない。さらに通常のコ
ンデンサインプット型の整流平滑回路方式と比較すれば
入力電流のピーク値や実効値は低減されるもののその効
果は満足できるものではない。

【００１３】また、コンデンサインプット型の整流平滑
回路を配置した一般的なスイッチングレギュレータと違
いトランスの一次巻線に印加される電圧の変化幅が、交
流入力100Ｖの場合に約140Ｖと極めて大きく、トランス
の一次巻線と二次巻線との巻数比を大きくとる必要があ
りトランスの大型化を招いていた。さらに、このような
回路構成では、入力が略脈流のために出力に大きなリッ
プル電圧を含み、入力の瞬断に対しても弱いものである
という問題があった。

【００１４】本発明は、前記従来技術の問題を解決する
ものであり、トランスからスイッチング素子がオフのと
きのみでなく、オンのときの起電力も積極的に取り出し
て、入力からみた脈流の谷間の部分のスイッチング動作
をより安定化させて高力率で高信頼性のスイッチングレ
ギュレータを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係るスイッチングレギュレータは、交流入
力を整流する第１の整流手段と、第１の整流手段の出力
端子間に接続される小容量の第１のコンデンサと、第１
の整流手段のプラス側出力端に一端が接続される一次巻
線およびリセット巻線、二次巻線を有するトランスと、
一次巻線の他端と第１の整流手段のマイナス側出力端と
の間に配置されるスイッチング素子と、第１の整流手段
のマイナス側出力端からリセット巻線の一端との間に順
方向に接続される第２の整流手段と、リセット巻線の他
端と第１の整流手段のマイナス側出力端との間に配置さ
れる大容量の第２のコンデンサと、第２のコンデンサの
プラス側から一次巻線の一端との間に順方向に接続され
る第３の整流手段と、二次巻線に接続される整流平滑手
段と、スイッチング素子をオン／オフ制御するドライブ
手段とを有するスイッチングレギュレータにおいて、リ
セット巻線の一端に他端が接続されるインダクタと、イ
ンダクタの一端から第２のコンデンサのプラス側との間
に順方向に接続される第４の整流手段と、第１の整流手
段のマイナス側出力端からリセット巻線の他端との間に
順方向に接続される第５の整流手段と、リセット巻線の
他端から第２のコンデンサのプラス側との間に順方向に
接続される第６の整流手段とを備える。

【００１６】また、前記の構成に第４の整流手段を除き
インダクタの一端と第２のコンデンサのプラス側とを接
続し、第１の整流手段のマイナス側出力端にマイナス側
が接続される大容量の第３のコンデンサと、第３のコン
デンサのプラス側から一次巻線の一端との間に順方向に
接続される第７の整流手段と、第６の整流手段に代えて
リセット巻線の他端から第３のコンデンサのプラス側と
の間に順方向に接続される第８の整流手段とを備える。

【００１７】また、従来のスイッチングレギュレータ
に、第１の整流手段のマイナス側出力端に他端が接続さ
れる電力帰還用巻線をさらに設けたトランスと、第１の
整流手段のマイナス側出力端にマイナス側が接続される
第３のコンデンサと、第３のコンデンサのプラス側と一
端が接続されるインダクタと、第３のコンデンサのプラ
ス側から一次巻線の一端との間に順方向に接続される第
９の整流手段と、電力帰還用巻線の一端からインダクタ
の他端との間に順方向に接続される第10の整流手段と、
電力帰還用巻線の他端からインダクタの他端との間に順
方向に接続される第11の整流手段とを備える。

【００１８】また、第１の整流手段のプラス側出力端に
プラス側が接続される第４のコンデンサと、第１の整流
手段のマイナス側出力端から第４のコンデンサのマイナ
ス側との間に順方向に接続される第12の整流手段と、第
４のコンデンサのマイナス側から第２のコンデンサのプ
ラス側との間に順方向に接続される第13の整流手段とを
備えるように構成したものである。

【００１９】前記構成によれば、スイッチング素子のオ
ン／オフ時に、トランスのリセット巻線のそれぞれに発
生する起電力(帰還電力)を取り出してスイッチング動作
をより安定化できる。

【００２０】また、スイッチング素子のオン／オフ時
に、トランスのリセット巻線のそれぞれに発生する起電
力(帰還電力)に応じた別々のコンデンサを選択でき、コ
ンデンサの耐圧，容量の適正化を図ることができる。

【００２１】また、スイッチング素子のオン／オフ時の
起電力を取り出すため、トランスの電力帰還を主目的と
した電力帰還用巻線とフライバックエネルギーをリセッ
トするリセット巻線とに分けることで、電力帰還とフラ
イバックエネルギーリセットの最適化を図ることができ
る。

【００２２】また、スイッチング素子のオン／オフ時の
リセット巻線に発生する起電力のトランスの一次巻線へ
の帰還のみならず、これにあわせて二段平滑回路により
一次巻線への電力供給も有効に行うことができ、さらに
わずかの部品追加で二段平滑回路を構成することができ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形
態１におけるスイッチングレギュレータの構成を示す回
路図である。また、以下の各図において、従来例の図７
で説明した同一の作用効果の部材には同一符号を付す。
図１において、１は交流電源、２はダイオードブリッ
ジ、３はトランス、４はスイッチング素子、５は整流平
滑手段、６はドライブ手段である。また、Ｃ１は第１の
コンデンサ、Ｃ２は第２のコンデンサ、Ｄ２は第２のダ
イオード、Ｄ３は第３のダイオード、Ｄ10は第４の整流
手段である第４のダイオード、Ｄ11は第５の整流手段で
ある第５のダイオード、Ｄ12は第６の整流手段である第
６のダイオード、Ｌ10はインダクタであるチョークコイ
ルである。

【００２４】また、図２は本実施の形態のスイッチング
レギュレータにおける各波形を示す図で、図２(ａ)はダ
イオードブリッジに印加される交流入力の電圧波形、図
２(ｂ)はダイオードブリッジの直流出力端の電圧波形、
図２(ｃ)はトランスの一次巻線，スイッチング素子に印
加される電圧波形、図２(ｄ)はダイオードブリッジの直
流出力端の電流波形、図２(ｅ)はダイオードブリッジに
印加される交流入力の電流波形をあらわすものである。

【００２５】本実施の形態１は前記従来例の図７に示し
た構成において、リセット巻線の一端に他端が接続され
るチョークコイルＬ10と、チョークコイルＬ10の一端か
ら第２のコンデンサＣ２のプラス側との間に順方向に接
続される第４のダイオードＤ10と、ダイオードブリッジ
２のマイナス側出力端からリセット巻線の他端との間に
順方向に接続される第５のダイオードＤ11と、リセット
巻線の他端から第２のコンデンサＣ２のプラス側との間
に順方向に接続される第６のダイオードＤ12とを備えた
ものである。

【００２６】本実施の形態１では、スイッチング素子４
がオフの場合のフライバックエネルギーのみならず、リ
セット巻線Ｎrからスイッチング素子４がオンのときに
も出力を取り出せるよう第２のダイオードＤ２，第５の
ダイオードＤ11，チョークコイルＬ10からなるフォワー
ド型整流平滑回路を構成する。スイッチング素子４のオ
ン時のエネルギーを第４のダイオードＤ10を介して第２
のコンデンサＣ２に充電し、この充電された電力を次の
スイッチング動作に第３のダイオードＤ３を介して供給
するようにし、安定したスイッチング動作を行えるよう
にするものである。第６のダイオードＤ12はフライバッ
クエネルギーを取り出すための逆流阻止用である。スイ
ッチング素子４のオン時のトランス３の二次巻線Ｎsに
発生した起電力は二次回路に出力電圧Ｖoutとして出力
される。

【００２７】このスイッチング素子４のオン時にトラン
ス３のリセット巻線Ｎrに発生した起電力はチョークコ
イルＬ10に蓄えられるとともに、第４のダイオードＤ1
0，第２のコンデンサＣ２，第５のダイオードＤ11，リ
セット巻線Ｎrで構成されるループで第２のコンデンサ
Ｃ２に充電される。次に、このスイッチング素子４がオ
フするとチョークコイルＬ10に蓄えられていたエネルギ
ーは、チョークコイルＬ10，第５のダイオードＤ10，第
２のコンデンサＣ２，第２のダイオードＤ２，チョーク
コイルＬ10のループで第２のコンデンサＣ２に蓄えられ
る。さらに、リセット巻線Ｎrに発生したフライバック
エネルギーは第６のダイオードＤ12，第２のコンデンサ
Ｃ２，第２のダイオードＤ２，リセット巻線Ｎrのルー
プで第２のコンデンサＤ２に充電される。

【００２８】これらの結果、第１，第２のコンデンサＣ
１，Ｃ２に蓄えられた電力がトランス３の一次巻線Ｎp
に供給される。この電圧は図２(ｂ)に示すような波形と
なり前記従来例の図８(ｂ)と比較して交流入力電圧０ボ
ルト近辺(位相０，180度)の電圧が大幅に高くなり、略
直流電圧となるものである。スイッチング素子４のスイ
ッチング波形を数ミリ秒単位で観察すると図２(ｃ)に示
すように、交流入力０ボルト近辺でも安定したスイッチ
ング動作が確認できる。

【００２９】このときダイオードブリッジ２の直流出力
端の電流波形は図２(ｄ)、交流入力の電流波形では図２
(ｅ)に示すように、いずれも交流入力電圧の広い範囲で
安定して電流が流れピーク電流も少ないことがうかがわ
れる。この結果、力率の向上を図ることができる。第１
のコンデンサＣ１は１μＦ以下，第２のコンデンサＣ２
は出力電力にもよるが数100μＦで十分機能を満たし、
従来例に対して第４，第５，第６のダイオードＤ10，Ｄ
11，Ｄ12，チョークコイルＬ10の素子を追加することで
機能を満たすものである。

【００３０】さらに従来例と比較するとトランス３の一
次巻線Ｎpに印加される電圧の変化幅ΔＶが小さくなる
(図２(ｂ)参照)。このことは言い換えると、コンデンサ
インプット型整流平滑回路を配置した一般的なスイッチ
ングレギュレータに使用されるトランス３の一次と二次
の巻数比を同程度とすることができるので、トランス３
のコンパクト化を図ることができ、部品の実装も従来と
同程度に抑えることが可能となる。

【００３１】図１に示す実施の形態１の回路で100Ｖ入
力，240Ｗ出力(24Ｖ10Ａ)のスイッチングレギュレータ
を構成した場合、入力電流の実効値3.45Ａ，ピーク値７
Ａ、変換効率78％，力率0.89となり、従来例と比較して
高出力化が行われ、かつ力率及び変換効率の改善をする
ことができる。

【００３２】図３は本発明の実施の形態２におけるスイ
ッチングレギュレータの構成を示す回路図である。図３
において、１は交流電源、２はダイオードブリッジ、３
はトランス、４はスイッチング素子、５は整流平滑手
段、６はドライブ手段である。また、Ｃ１は第１のコン
デンサ、Ｃ２は第２のコンデンサ、Ｃ10は大容量の第３
のコンデンサ、Ｄ２は第２のダイオード、Ｄ３は第３の
ダイオード、Ｄ11は第５のダイオード、Ｄ13は第７の整
流手段である第７のダイオード、Ｄ14は第８の整流手段
である第８のダイオード、Ｌ10はチョークコイルであ
る。

【００３３】本実施の形態２は前記実施の形態１の図１
に示した構成において、第４のダイオードＤ10を除きチ
ョークコイルＬ10の一端と第２のコンデンサＣ２のプラ
ス側とを接続し、ダイオードブリッジ２のマイナス側出
力端とマイナス側が接続される第３のコンデンサＣ10
と、その第３のコンデンサＣ10のプラス側から一次巻線
Ｎpの一端との間に順方向に接続される第７のダイオー
ドＤ13と、第６のダイオードＤ12に代えてリセット巻線
Ｎrの他端から第３のコンデンサＣ10のプラス側との間
に順方向に接続される第８のダイオードＤ14とを備えた
ものである。

【００３４】この実施の形態２において、スイッチング
素子４のオフ時のトランス３のリセット巻線Ｎrに発生
したフライバックエネルギーは、第８のダイオードＤ1
4，第３のコンデンサＣ10，第２のダイオードＤ２，リ
セット巻線Ｎrのループで第３のコンデンサＣ10に充電
され、第７のダイオードＤ13を介してトランス３の一次
巻線Ｎpに帰還される。

【００３５】また、このスイッチング素子４のオン時の
トランス３のリセット巻線Ｎrに発生した起電力はチョ
ークコイルＬ10に蓄えられるとともに、第２のコンデン
サＣ２，第５のダイオードＤ11，リセット巻線Ｎrで構
成されるループで第２のコンデンサＣ２に充電される。

【００３６】次に、このスイッチング素子４がオフする
とチョークコイルＬ10に蓄えられていたエネルギーはチ
ョークコイルＬ10，第２のコンデンサＣ２，第２のダイ
オードＤ２，チョークコイルＬ10のループで第２のコン
デンサＣ２に充電され、第３のダイオードＤ３を介して
トランス３の一次巻線Ｎpに帰還される。

【００３７】このような構成とすることで、前記実施の
形態１と同様の効果を得るとともに、スイッチング素子
４のオン／オフ時にトランス３のリセット巻線Ｎrのそ
れぞれに発生する起電力に応じた別々のコンデンサを選
択でき、その耐圧，容量の適正化を図ることができる。

【００３８】図４は本発明の実施の形態３におけるスイ
ッチングレギュレータの構成を示す回路図である。図４
において、１は交流電源、２はダイオードブリッジ、３
´は一次巻線Ｎp，リセット巻線Ｎr，電力帰還用巻線Ｎ
fおよび二次巻線Ｎsの巻線を有するトランス、４はスイ
ッチング素子、５は整流平滑手段、６はドライブ手段で
ある。また、Ｃ１は第１のコンデンサ、Ｃ２は第２のコ
ンデンサ、Ｃ10は第３のコンデンサ、Ｄ２は第２のダイ
オード、Ｄ３は第３のダイオード、Ｄ15は第９の整流手
段である第９のダイオード、Ｄ16は第10の整流手段であ
る第10のダイオード、Ｄ17は第11の整流手段である第11
のダイオード、Ｌ10はチョークコイルである。

【００３９】本実施の形態３は前記従来例の図７に示し
た構成において、トランス３に代えてダイオードブリッ
ジ２のマイナス側出力端と他端が接続された電力帰還用
巻線Ｎfをさらに設けたトランス３´と、ダイオードブ
リッジ２のマイナス側出力端にマイナス側が接続される
第３のコンデンサＣ10と、その第３のコンデンサＣ10の
プラス側に一端が接続されるチョークコイルＬ10と、第
３のコンデンサＣ10のプラス側から一次巻線Ｎpの一端
との間に順方向に接続される第９のダイオードＤ15と、
電力帰還用巻線Ｎfの一端からチョークコイルＬ10の他
端との間に順方向に接続される第10のダイオードＤ16
と、電力帰還用巻線Ｎfの他端からチョークコイルＬ10
の他端との間に順方向に接続される第11のダイオードＤ
17とを備えたものである。

【００４０】本実施の形態３の構成で、スイッチング素
子４のオン時のトランス３´の電力帰還用巻線Ｎfに発
生した起電力は第10のダイオードＤ16を通過してチョー
クコイルＬ10に蓄えられるとともに、第３のコンデンサ
Ｃ10，電力帰還用巻線Ｎf，第10のダイオードＤ16，チ
ョークコイルＬ10で構成されるループで第３のコンデン
サＣ10に充電される。

【００４１】次に、このスイッチグ素子４がオフすると
チョークコイルＬ10に蓄えられていたエネルギーは、第
３のコンデンサＣ10，第11のダイオードＤ17，チョーク
コイルＬ10のループで第３のコンデンサＣ10に充電さ
れ、第９のダイオードＤ15を介してトランス３´の一次
巻線Ｎpに帰還される。

【００４２】また、スイッチング素子４のオフ時のリセ
ット巻線Ｎrに発生したフライバックエネルギーは、第
２のコンデンサＣ２，第２のダイオードＤ２，リセット
巻線Ｎrのループで第２のコンデンサＣ２に充電され、
第３のダイオードＤ３を介して一次巻線Ｎpに帰還され
る。

【００４３】このような構成とすることで、前記実施の
形態１，２と同様の効果を得るとともに、トランス３´
の電力帰還を主目的とした電力帰還用巻線Ｎfと、フラ
イバックエネルギーをリセットするリセット巻線Ｎrに
分けることで電力帰還の最適化と、フライバックエネル
ギーリセットの最適化を図ることができる。

【００４４】図５は本発明の実施の形態４におけるスイ
ッチングレギュレータの構成を示す回路図である。図５
において、１は交流電源、２はダイオードブリッジ、３
はトランス、４はスイッチング素子、５は整流平滑手
段、６はドライブ手段である。また、Ｃ１は第１のコン
デンサ、Ｃ２は第２のコンデンサ、Ｃ11は第４のコンデ
ンサ、Ｄ２は第２のダイオード、Ｄ３は第３のダイオー
ド、Ｄ10は第４のダイオード、Ｄ11は第５のダイオー
ド、Ｄ12は第６のダイオード、Ｄ18は第12の整流手段で
ある第12のダイオード、Ｄ19は第13の整流手段である第
13のダイオード、Ｌ10はチョークコイルである。

【００４５】本実施の形態４は前記実施の形態１の構成
において、ダイオードブリッジ２のプラス側出力端にプ
ラス側が接続される第４のコンデンサＣ11と、ダイオー
ドブリッジ２のマイナス側出力端から第４のコンデンサ
Ｃ11のマイナス側との間に順方向に接続される第12のダ
イオードＤ18と、第４のコンデンサＣ11のマイナス側か
ら第２のコンデンサのプラス側との間に順方向に接続さ
れる第13のダイオードＤ19とを備えたものである。

【００４６】前記実施の形態１と同様の動作に加え、さ
らにダイオードブリッジ２の脈流出力電圧を第４のコン
デンサＣ11，第13のダイオードＤ19，第２のコンデンサ
Ｃ２で構成された二段平滑回路にて平滑し、脈流出力電
圧(波高値)が高いとき充電し、脈流出力電圧が下降して
第２，第４のコンデンサＣ２，Ｃ11のそれぞれの充電電
圧を下回ると、第12のダイオードＤ18，第４のコンデン
サＣ11から、また第２のコンデンサＣ２，第３のダイオ
ードＤ３から、次のスイッチング動作のためにトランス
３の一次巻線Ｎpに供給され、安定したスイッチング動
作を行えるようにしたものである。さらに第２のコンデ
ンサＣ２には、スイッチング素子がオン／オフ時のリセ
ット巻線Ｎrから取り出した電力も蓄えられるので、こ
れらの相乗効果も期待できる。

【００４７】この結果、第１，第２，第４のコンデンサ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ11に蓄えられた電力がトランス３の一次
巻線Ｎpに供給され、安定したスイッチング動作が確認
できる。第１のコンデンサＣ１は１μＦ以下，第２，第
４のコンデンサＣ２，Ｃ11は出力電力にもよるが数100
μＦで十分機能を満たし、従来例に対して第４，第５，
第６のダイオードＤ10，Ｄ11，Ｄ12，チョークコイルＬ
10と、第12，第13のダイオードＤ18，Ｄ19，第４のコン
デンサＣ11の素子を追加することで、その機能を満たす
ものである。

【００４８】さらに従来例と比較するとトランス３の一
次巻線Ｎpに印加される電圧の変化幅ΔＶが小さくなる
(ΔＶ＝40〜50Ｖ)。前記実施の形態１の効果と同様に、
トランス３の一次と二次の巻数比を同程度とすることが
でき、トランス３の小型化を図ることが可能である。

【００４９】図５に示す実施の形態４の回路で100Ｖ入
力，240Ｗ出力(24Ｖ10Ａ)のスイッチングレギュレータ
を構成した場合、入力電流の実効値3.3Ａ，ピーク値6.5
Ａ、変換効率80％，力率0.91となり、従来例と比較して
高出力化が行われ、かつ力率及び変換効率の改善をする
ことができる。さらに100Ｖ入力，120Ｗ出力(24Ｖ５Ａ)
時のデータでは入力電流実効値1.54Ａ，ピーク値3.5
Ａ，変換効率84％，力率0.93ときわめて良好な結果を確
認することができた。

【００５０】図６は本発明の参考例としてスイッチング
レギュレータの構成を示す回路図である。図６におい
て、１は交流電源、２はダイオードブリッジ、３はトラ
ンス、４はスイッチング素子、５は整流平滑手段、６は
ドライブ手段である。また、Ｃ１は第１のコンデンサ、
Ｃ２は第２のコンデンサ、Ｃ11は第４のコンデンサ、Ｄ
２は第２のダイオード、Ｄ３は第３のダイオード、Ｄ18
は第12のダイオード、Ｄ19は第13のダイオードである。

【００５１】本参考例は前記従来例の図７に示す構成
に、ダイオードブリッジ２のプラス側出力端とそのプラ
ス側が接続される第４のコンデンサＣ11と、ダイオード
ブリッジ２のマイナス側出力端から第４のコンデンサＣ
11のマイナス側との間に順方向に接続される第12のダイ
オードＤ18と、第４のコンデンサＣ11のマイナス側から
第２のコンデンサＣ２のプラス側との間に順方向に接続
される第13のダイオードＤ19とを備えたものである。

【００５２】前記の構成による本参考例においては、前
記実施の形態４の構成でリセット巻線Ｎrに配置してい
たフォワード型整流回路を削除したものであるが、実施
の形態４に近い効果が得られる。スイッチング素子４の
オフ時のトランス３のリセット巻線Ｎrに発生したフラ
イバックエネルギーは、第２のコンデンサＣ２，第２の
ダイオードＤ２，リセット巻線Ｎrのループで第２のコ
ンデンサＣ２に充電され、第３のダイオードＤ３を介し
てトランス３の一次巻線Ｎｐに帰還される。

【００５３】さらに、ダイオードブリッジ２の脈流出力
電圧を第４のコンデンサＣ11，第13のダイオードＤ19，
第２のコンデンサＣ２で構成された二段平滑回路にて平
滑し、第２，第４のコンデンサＣ２，Ｃ11に充電されて
いた電力も第12のダイオードＤ18，第４のコンデンサＣ
11から、また第２のコンデンサＣ２，第３のダイオード
Ｄ３から、次のスイッチング動作のためにトランス３の
一次巻線Ｎpに供給される。

【００５４】第２のコンデンサＣ２には、スイッチング
素子４がオフ時、リセット巻線Ｎrから取り出した電力
も蓄えられるので、これらの相乗効果が期待できるもの
である。結果として、第１，第２，第４のコンデンサＣ
１，Ｃ２，Ｃ11に蓄えられた電力がトランス３の一次巻
線Ｎpに供給されることになる。

【００５５】このように、従来例に対して簡単な構成の
二段平滑回路を追加することにより電源をコンパクトで
低コストとし、わずかな追加部品のため信頼性の高い、
高力率，高効率化が可能となる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のスイッチングレギュレータのリセット巻線にダイ
オードとチョークコイルからなるフォワード型整流回路
を配置し、スイッチング素子のオン／オフ時のリセット
巻線に発生する起電力を取り出して、一次巻線に印加さ
れる交流入力電圧０ボルト近辺の電圧を高くし、それに
より一次巻線に印加される電圧の変化幅を小さくして、
スイッチング動作を安定させて信頼性の高い高力率，高
効率の電源をコンパクトで低コストにできる。

【００５７】また、第３のコンデンサをさらに設け、ス
イッチング素子のオン／オフ時にトランスのリセット巻
線のそれぞれに発生する起電力に応じた別々のコンデン
サを選択し、その耐圧，容量の適正化を図ることができ
る。

【００５８】また、トランスに電力帰還を主目的とした
電力帰還用巻線をさらに設け、フライバックエネルギー
をリセットするリセット巻線に分けることで、電力帰還
の最適化と、フライバックエネルギーリセットの最適化
を図ることができる。

【００５９】また、コンデンサとダイオードからなる二
段平滑回路を配置し脈流出力電圧を平滑して、さらにス
イッチング素子のオン／オフ時のリセット巻線に発生す
る起電力を取り出すことで、それらの相乗効果により、
一次巻線に印加される交流入力電圧０ボルト近辺の電圧
を高くし、それにより一次巻線に印加される電圧の変化
幅を小さくして、スイッチング動作を安定させて信頼性
の高い高力率，高効率の電源をコンパクトで低コストに
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるスイッチングレ
ギュレータの構成を示す回路図である。

【図２】(ａ)はダイオードブリッジに印加される交流入
力の電圧波形、(ｂ)はダイオードブリッジの直流出力端
の電圧波形、(ｃ)はトランスの一次巻線，スイッチング
素子に印加される電圧波形、(ｄ)はダイオードブリッジ
の直流出力端の電流波形、(ｅ)はダイオードブリッジに
印加される交流入力の電流波形をあらわすものである。

【図３】本発明の実施の形態２におけるスイッチングレ
ギュレータの構成を示す回路図である。

【図４】本発明の実施の形態３におけるスイッチングレ
ギュレータの構成を示す回路図である。

【図５】本発明の実施の形態４におけるスイッチングレ
ギュレータの構成を示す回路図である。

【図６】本発明の参考例におけるスイッチングレギュレ
ータの構成を示す回路図である。

【図７】従来のスイッチングレギュレータの構成を示す
回路図である。

【図８】(ａ)は図７に示すダイオードブリッジに印加さ
れる交流入力の電圧波形、(ｂ)はダイオードブリッジの
直流出力端の電圧波形、(ｃ)は図７に示すトランスの一
次巻線，スイッチング素子に印加される電圧波形、(ｄ)
はダイオードブリッジの直流出力端の電流波形、(ｅ)は
ダイオードブリッジに印加される交流入力の電流波形を
あらわすものである。

【符号の説明】

１…交流電源、 ２…ダイオードブリッジ、 ３，３´
…トランス、 ４…スイッチング素子、 ５…整流平滑
手段、 ６…ドライブ手段、 Ｃ１…第１のコンデン
サ、 Ｃ２…第２のコンデンサ、 Ｃ10…第３のコンデ
ンサ、 Ｃ11…第４のコンデンサ、 Ｄ２…第２のダイ
オード、 Ｄ３…第３のダイオード、 Ｄ10…第４のダ
イオード、 Ｄ11…第５のダイオード、 Ｄ12…第６の
ダイオード、Ｄ13…第７のダイオード、 Ｄ14…第８の
ダイオード、 Ｄ15…第９のダイオード、 Ｄ16…第10
のダイオード、 Ｄ17…第11のダイオード、 Ｄ18…第
12のダイオード、 Ｄ19…第13のダイオード、 Ｌ10…
チョークコイル。

フロントページの続き (72)発明者 木村 禎久 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平７−264858（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−29566（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−65050（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 3/28 H02M 3/335 H02M 7/06 H02M 7/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流入力を整流する第１の整流手段と、
   該第１の整流手段の出力端子間に接続される小容量の第
   １のコンデンサと、前記第１の整流手段のプラス側出力
   端に一端が接続される一次巻線およびリセット巻線、二
   次巻線を有するトランスと、該トランスの一次巻線の他
   端と前記第１の整流手段のマイナス側出力端との間に配
   置されるスイッチング素子と、前記第１の整流手段のマ
   イナス側出力端から前記トランスのリセット巻線の一端
   との間に順方向となるように接続される第２の整流手段
   と、前記トランスのリセット巻線の他端と前記第１の整
   流手段のマイナス側出力端との間に配置される大容量の
   第２のコンデンサと、該第２のコンデンサのプラス側か
   ら前記トランスの一次巻線の一端との間に順方向となる
   ように接続される第３の整流手段と、前記トランスの二
   次巻線に接続される整流平滑手段と、前記スイッチング
   素子をオン／オフ制御するドライブ手段とを有するスイ
   ッチングレギュレータにおいて、 前記リセット巻線の一端に他端が接続されるインダクタ
   と、該インダクタの一端から前記第２のコンデンサのプ
   ラス側との間に順方向となるように接続される第４の整
   流手段と、前記第１の整流手段のマイナス側出力端から
   前記リセット巻線の他端との間に順方向となるように接
   続される第５の整流手段と、前記リセット巻線の他端か
   ら前記第２のコンデンサのプラス側との間に順方向とな
   るように接続される第６の整流手段とを備えたことを特
   徴とするスイッチングレギュレータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスイッチングレギュレー
   タにおける、第４の整流手段を除きインダクタの一端と
   第２のコンデンサのプラス側とを接続し、第１の整流手
   段のマイナス側出力端にマイナス側が接続される大容量
   の第３のコンデンサと、該第３のコンデンサのプラス側
   から一次巻線の一端との間に順方向となるように接続さ
   れる第７の整流手段と、第６の整流手段に代えてリセッ
   ト巻線の他端から前記第３のコンデンサのプラス側との
   間に順方向となるように接続される第８の整流手段とを
   備えたことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
3. 【請求項３】 交流入力を整流する第１の整流手段と、
   該第１の整流手段の出力端子間に接続される小容量の第
   １のコンデンサと、前記第１の整流手段のプラス側出力
   端に一端が接続される一次巻線およびリセット巻線、二
   次巻線を有するトランスと、該トランスの一次巻線の他
   端と前記第１の整流手段のマイナス側出力端との間に配
   置されるスイッチング素子と、前記第１の整流手段のマ
   イナス側出力端から前記トランスのリセット巻線の一端
   との間に順方向となるように接続される第２の整流手段
   と、前記トランスのリセット巻線の他端と前記第１の整
   流手段のマイナス側出力端との間に配置される大容量の
   第２のコンデンサと、該第２のコンデンサのプラス側か
   ら前記トランスの一次巻線の一端との間に順方向となる
   ように接続される第３の整流手段と、前記トランスの二
   次巻線に接続される整流平滑手段と、前記スイッチング
   素子をオン／オフ制御するドライブ手段とを有するスイ
   ッチングレギュレータにおいて、 前記トランスに代えて第１の整流手段のマイナス側出力
   端に他端が接続される電力帰還用巻線をさらに設けたト
   ランスと、前記第１の整流手段のマイナス側出力端にマ
   イナス側が接続される第３のコンデンサと、該第３のコ
   ンデンサのプラス側と一端が接続されるインダクタと、
   前記第３のコンデンサのプラス側から前記一次巻線の一
   端との間に順方向となるように接続される第９の整流手
   段と、前記電力帰還用巻線の一端から前記インダクタの
   他端との間に順方向となるように接続される第10の整流
   手段と、前記電力帰還用巻線の他端から前記インダクタ
   の他端との間に順方向となるように接続される第11の整
   流手段とを備えたことを特徴とするスイッチングレギュ
   レータ。
4. 【請求項４】 請求項１記載のスイッチングレギュレー
   タに、第１の整流手段のプラス側出力端にプラス側が接
   続される第４のコンデンサと、前記第１の整流手段のマ
   イナス側出力端から前記第４のコンデンサのマイナス側
   との間に順方向となるように接続される第12の整流手段
   と、前記第４のコンデンサのマイナス側から第２のコン
   デンサのプラス側との間に順方向となるように接続され
   る第13の整流手段とを備えたことを特徴とするスイッチ
   ングレギュレータ。