JP3514022B2 - 電源装置 - 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、負荷に直流電圧を
供給できる電源装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】負荷に一定の直流電圧を供給する電源装
置として、図７に示す電源トランスを使用する構成のも
のと、図８に示すスイッチング電源を使用する構成のも
のが一般的に使用されている。図７に示す構成のもの
は、電源トランス２の一次側に商用電源１を接続し、巻
数比によって決まる電源トランス２の二次側の電圧をダ
イオードブリッジ３で整流し、コンデンサ４で平滑した
後、シリーズレギュレータを構成するトランジスタ６に
よって出力端子間の電圧Ｖが所定の電圧となるように調
整している。この調整は、出力電圧Ｖを抵抗７・８によ
って分圧した電圧が、アンプ９によって基準電圧１０と
等しくなるようにトランジスタ６による電圧降下量を制
御しているものである。このときトランジスタ６は、発
熱量が大きいため放熱フィン１１によって熱放散してい
るものである。 【０００３】このとき電源トランス２を使用しているこ
とによって、前記トランジスタ６による電圧調整が必要
となるものである。すなわち、出力端子間の電圧Ｖは基
本的には電源トランス２の巻数比によって決定されるも
のであるが、負荷に流れる電流や、商用電源１自身の電
圧変動によって当然変動するものである。この変動分を
保証するためには、出力電圧Ｖに対して、コンデンサ４
の両端では例えば２倍の電圧を必要とするものである。 【０００４】図８に示す構成のものは、商用電源１をダ
イオードブリッジ１２で整流しコンデンサ１３で平滑し
た後、スイッチングトランジスタ１４で高速にスイッチ
ングして得た高周波電圧をスイッチングトランス１５の
一次側に加え、二次側に発生した電圧をダイオード１６
とコンデンサ１７で整流平滑して、出力電圧Ｖとしてい
る。このときコンデンサ１７の出力電圧を、パルス幅制
御回路２１によって制御することによって負荷に流れる
電流が変動しても一定の出力電圧Ｖとなるようにしてい
る。つまり、出力電圧Ｖがツェナーダイオード１８のツ
ェナー電圧より高くなると、フォトカプラ１９の発光側
に抵抗２０を通して多くの電流が流れ、フォトカプラ１
９の受光側にも多くの電流が流れることにより、パルス
幅制御回路２１は、スイッチングトランジスタ１４のオ
ン比率を下げる。逆に出力電圧Ｖがツェナー電圧より低
くなると、フォトカプラ１９の受光側の電流が少くな
り、スイッチングトランジスタ１４のオン比率を上げ
る。スイッチングトランスのオン比率が上昇すると、ス
イッチングトランス１５に流れる電流が増加しコンデン
サ１７にチャージされる電圧は上昇する。スイッチング
トランスのオン比率が低下すると、逆にコンデンサ１７
にチャージされる電圧は下降する。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】前記図７に示した電源
トランス２を使用する構成のものは、結局電源トランス
２としての容量を必要容量の２倍程度にしなければなら
ないという課題を有している。また図８に示したスイッ
チング電源を使用した構成のものは、スイッチングトラ
ンジスタ１４等の構成部品に大型のものを使用しなけれ
ばならないという課題を有している。 【０００６】本発明は、このような従来の構成が有して
いる課題を解決するもので、小型で安価な電源装置を提
供することを目的としている。 【０００７】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の第一の手段は、商用電源に直接接続した、ま
たは電源トランスを介して接続した整流手段及び平滑手
段と、商用電源をスイッチングし整流して直流電圧とす
るスイッチング電源とを備え、前記平滑手段の出力とス
イッチング電源の出力を直列に接続した和の電圧を直流
電源の出力とし、前記出力は、目標とする出力電圧に対
して不足する電圧分を、前記直列に接続したスイッチン
グ電源によって補うように構成し、前記スイッチング電
源は前記平滑手段の出力と前記スイッチング電源の出力
との和の電圧で制御され目標とする出力電圧を得る電源
装置とし、スイッチング電源によって平滑手段の出力の
不足分だけを補うようにして電力の利用効率の高い、小
型で安価な電源装置としている。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明の実施形態である回路図であ
る。商用電源２２の電圧は、電源トランス２３と、スイ
ッチング電源２６の両方に供給している。また、電源ト
ランス２３の二次側には整流手段２４であるダイオード
ブリッジと、平滑手段２５であるコンデンサを接続して
おり、平滑手段２５の出力が、前記スイッチング電源２
６の出力に直列に接続されている。スイッチング電源２
６は、商用電源２２の電圧を整流するダイオードブリッ
ジ２７と、この電圧を平滑するコンデンサ２８と、コン
デンサ２８に接続したスイッチングトランジスタ２９
と、スイッチングトランス３０と、スイッチングトラン
ス３０の二次側に接続したダイオード３１とコンデンサ
３２と、スイッチングトランジスタ２９を駆動するパル
ス幅制御回路３６と、フォトカプラ３４と、フォトカプ
ラ３４の発光側に接続したツェナーダイオード３３及び
抵抗３５とによって構成している。 【０００９】以下本実施形態の動作について説明する。
スイッチングトランジスタ２９による高速スイッチング
によって、スイッチングトランス３０の一次側には高周
波電圧が印加され電流が流れる。このときの電力によっ
てスイッチングトランス３０の二次側には高周波電圧が
誘起し、この電圧がダイオード３１によって整流されコ
ンデンサ３２によってチャージされる。コンデンサ３２
の出力電圧は図中Ｖ２として示しており、電源トランス
２３の二次側に接続した平滑手段２５の出力電圧Ｖ１と
直列に接続されている。従って本装置の出力電圧はＶ１
＋Ｖ２となるものである。このとき、本実施形態ではツ
ェナーダイオード３３のツェナー電圧ＶＺはＶ１＋Ｖ２
に対して設定されている。従って、出力電圧Ｖ１＋Ｖ２
がツェナー電圧ＶＺより高くなると、この高くなった度
合いに応じて抵抗３５に電流が流れるものである。つま
り、フォトカプラ３４の発光側に電流が流れるものであ
る。このため、フォトカプラ３４の出力側に接続してい
るパルス幅制御回路３６は、スイッチングトランジスタ
２９をＶ１＋Ｖ２がＶＺとなるように駆動するものであ
る。つまり、スイッチングトランジスタ２９のオン比率
を下げるものである。スイッチングトランジスタのオン
比率が低下すると、スイッチングトランス３０に流れる
電流が減少し、従ってコンデンサ３２にチャージされる
電圧も低下する。つまり、出力Ｖ２が低下する。また逆
に出力電圧Ｖ１＋Ｖ２がツェナー電圧ＶＺより低くなる
と、フォトカプラ３４の発光側を流れる電流は減少す
る。このためパルス幅制御回路３６は、スイッチングト
ランジスタ２９のオン比率を上げるように駆動する。ス
イッチングトランジスタ２９のオン比率が増加すると、
スイッチングトランス３０に流れる電流が増加し、従っ
てコンデンサ３２にチャージされる電圧も増加する。つ
まり、出力Ｖ２が上昇する。 【００１０】以上のように本実施形態は図２に示してい
るように、出力電圧Ｖ１＋Ｖ２を常にツェナー電圧ＶＺ
に一定に保っているものである。すなわちスイッチング
電源２６は、ツェナー電圧ＶＺに対してＶ１で不足した
分を補うように作用しているものである。 【００１１】このように本実施形態のスイッチング電源
２６は、目標とする電圧の一部だけを供給する回路構成
としているため、出力電圧の全てを供給する構成のもの
に対しては半分程度以下の容量で済むものである。また
電源トランス２３についても、本実施形態の構成とした
場合には正味必要とする電圧以下の電圧を出力できれば
良く、非常に効率の高い利用ができるものである。 【００１２】なお平滑手段のコンデンサ２５は使用しな
ければ、Ｖ１は図２の破線のようになるが、スイッチン
グ電源がＶＺとの不足分を出力するので構わない。 【００１３】また本実施形態では、入力の商用電源２２
に対してスイッチング電源２６は、電源トランス２３と
並列に接続する構成としているが、電源トランス２３が
電圧を下げるものであって、スイッチング電源２６を電
源トランス２３の二次側に接続した構成とすれば、スイ
ッチング電源２６の部品に耐圧の低いものを用いること
ができ、回路コストを下げることができる。 【００１４】また出力電圧Ｖ１＋Ｖ２が１４０Ｖ以上で
ある場合には、電源トランス２３を使用する必要がない
ものである。この場合には、整流手段２４・平滑手段２
５を、ダイオードブリッジ２７・平滑コンデンサ２８で
共用でき、非常に簡単な構成とできるものである。 【００１５】回路構成を図３に示すようにすれば、整流
手段４１と平滑手段４２を共用してスイッチング電源の
構成を簡単にできる電源装置を実現できる。スイッチン
グ電源の回路はバックブーストと呼ばれているもので、
出力電圧Ｖ４の極性を反転できる点が特徴となっている
もので、前記図１に示す構成で使用しているスイッチン
グトランス３０を使用しない構成となっている。この回
路では、スイッチング電源４３を電源トランス４０の二
次側、つまり整流手段４１の後の平滑手段４２の出力に
接続している。スイッチング電源４３は、平滑手段４２
の出力をスイッチングするスイッチングトランジスタ４
４と、スイッチングトランジスタ４４の出力を一旦蓄え
るコイル４５と、スイッチングトランジスタ４４とコイ
ル４５の出力を整流平滑するダイオード４６・コンデン
サ４７と、ツェナーダイオード４８・抵抗４９によって
本装置の出力電圧を監視するパルス幅制御回路５０とを
備えている。 【００１６】パルス幅制御回路５０は、図１で使用して
いるパルス幅制御回路３６と同様、スイッチングトラン
ジスタ４４のオン比率を制御しており、図４に示してい
るように出力電圧Ｖ３＋Ｖ４がＶＺと等しくなるように
しているものである。 【００１７】このとき回路構成を図５に示すようにして
も、本発明の電源装置を実現できる。この回路では、バ
ックと呼ばれる降圧形のスイッチング電源６０を使用し
ている。５５は、センタータップを有する二次巻線５６
と二次巻線５７を有する電源トランスである。二次巻線
５６にはセンタータップ式の整流平滑手段５８が、二次
巻線５７には部分平滑式の整流平滑手段５９が接続され
ている。スイッチング電源６０は、このうち整流平滑手
段５８に接続され、その電圧をスイッチングするスイッ
チングトランジスタ６１と、スイッチングトランジスタ
６１を制御するパルス幅制御回路６４と、回路の出力電
圧を監視するツェナーダイオード６２及び抵抗６３を有
している。なおスイッチング電源６０として、ブースト
と呼ぶ昇圧形のものを使用しても良い。また電源トラン
ス５５はオートトランスでもよく、整流方法について
は、半波整流・倍電圧整流を使用しても良いものであ
る。 【００１８】また回路構成を図６に示すようにすれば、
一般にＤＣ−ＤＣコンバータと称している非常に簡単な
構成の電源装置とすることができる。７０は電池等の直
流電源であり、スイッチング電源７１の出力の負極側
は、直流電源７０の正極側に接続しているものである。
つまり直流電源７０の出力にスイッチング電源７１を直
列に接続している。スイッチング電源７１を構成するパ
ルス幅制御回路７２は、ツェナーダイオード７３・抵抗
７４が監視している直流電源７０の出力とスイッチング
電源７１の出力との合計電圧を、ツェナーダイオード７
３によって決定される電圧に調整しているものである。 【００１９】 【発明の効果】本発明の第一の手段は、商用電源に直接
接続した、または電源トランスを介して接続した整流手
段及び平滑手段と、商用電源をスイッチングし整流して
直流電圧とするスイッチング電源とを備え、前記スイッ
チング電源は平滑手段の出力とスイッチング電源の出力
との和の電圧を制御する構成として、目的とする電圧に
対して不足する部分だけを、直列に接続したスイッチン
グ電源によって補うようにして、電力の利用効率の高
い、小型で安価な電源装置を実現するものである。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施形態である電源装置の回路構成を
示す回路図 【図２】同、出力特性を説明する説明図 【図３】同、電源トランスの二次側にスイッチング電源
を接続した構成を示す回路図 【図４】同、出力特性を説明する説明図 【図５】同、電源トランスの二次側にスイッチング電源
を接続した別の構成を示す回路図 【図６】同、直流電源を入力として使用した構成を示す
回路図 【図７】従来例である電源トランスを使用した電源装置
を示す回路図 【図８】従来例であるスイッチング電源を使用した電源
装置を示す回路図 【符号の説明】 ２３ 電源トランス ２４ 整流手段 ２５ 平滑手段 ２６ スイッチング電源 ４０ 電源トランス ４２ 平滑手段 ４３ スイッチング電源 ５５ 電源トランス ５９ 整流平滑手段 ６０ スイッチング電源 ７０ 直流電源 ７１ スイッチング電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 3/28 H02J 1/00 H02M 7/06

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 商用電源に直接接続した、または電源ト
   ランスを介して接続した整流手段及び平滑手段と、商用
   電源をスイッチングし整流して直流電圧とするスイッチ
   ング電源とを備え、前記平滑手段の出力とスイッチング
   電源の出力を直列に接続した和の電圧を直流電源の出力
   とし、前記出力は、目標とする出力電圧に対して不足す
   る電圧分を、前記直列に接続したスイッチング電源によ
   って補うように構成し、前記スイッチング電源は前記平
   滑手段の出力と前記スイッチング電源の出力との和の電
   圧で制御され目標とする出力電圧を得る電源装置。