JP3577998B2 - 多出力直流電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は主として産業用に用いられる複数の直流出力を得る多出力直流電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、複数の直流出力電圧を得る電源装置として図5に示す多出力直流電源装置が用いられていた。
【0003】
同図によると、1は電源(Ei)、2は第1のトランスであり、この第1のトランス2は第1のトランス2の1次巻線2a(Wp)、第1のトランス2の従出力用2次巻線2c(W24)、第1のトランス2の安定化出力用2次巻線2d(W5)、2次巻線2cに換算した等価リーケージインダクタンス2e(Ls24)、2次巻線2dに換算した等価リーケージインダクタンス2f(Ls5)で構成されている(ただし2e/2fは目に見えるものではない)。
【0004】
3はスイッチング素子(Q)、4は駆動パルス源(P)、5は第1の整流器(D24)、6は第2の整流器(D5)、7は第1の容量(C24)、8は第2の容量(C5)、9は従出力の負荷抵抗(R24)、10は安定化出力の負荷抵抗(R5)、11は基準電圧(Vr)、12は時比率制御回路(PWM)であり、入力された信号と基準電圧11(Vr)との差分に応じて駆動パルス源4(P)の時比率を制御する。
【0005】
以下、同図の動作について説明する。電源1(Ei)から第1のトランス2の1次巻線2a(Wp)を通じてスイッチング素子3(Q)に加えられた電圧は、スイッチング素子3(Q)が駆動パルス源4(P)によって規定の時比率でON/OFFしているので、1次巻線2a(Wp)に断続的に印加され、スイッチング素子3(Q)がONしている時第1のトランス2に磁気エネルギーの形で蓄積され、スイッチング素子3(Q)がOFFになった時、蓄積された磁気エネルギーは、複数の2次巻線2c(W24),2d(W5)から放出され、各整流器5(D24),6(D5)で整流され、各容量7(C24),8(C5)を充電する。各容量7(C24),8(C5)にはそれぞれ負荷抵抗9(R24),10(R5)が負荷として接続されているので、希望の電力を取り出すことができる。
【0006】
安定化出力の負荷抵抗10(R5)に発生した電圧は規定の基準電圧11(Vr)を有する時比率制御回路12(PWM)に入力され、基準電圧11(Vr)との差分に応じた信号が駆動パルス源4(P)の時比率を変化するように負帰還されるので、安定化出力の負荷抵抗10(R5)に発生する電圧は一定値に保たれる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第1のトランス2を構成する巻線2a,2c,2dは完全に磁気結合している訳ではなく、第1のトランス2の形状や互いの巻線間の安全規格要求距離に起因して磁気結合が劣化している。ちなみに電気用品取締法や各国安全規格では1次巻線2a(Wp)が100V等の商用電源に接続されている時、2次巻線との距離は数ミリ以上が要求され、どうしても各巻線間の磁気結合が劣化せざるを得ない。この劣化に起因して互いに鎖交しない磁束が発生し、従出力用2次巻線2c(W24)や安定化出力用2次巻線2d(W5)には等価的にリーケージインダクタンス2e(Ls24),2f(Ls5)が存在してしまう。
【0008】
ここで一定の電圧値に保たれている安定化出力の負荷抵抗10(R5)の抵抗値が減少した時(負荷電流が増大した時)、安定化出力用2次巻線2d(W5)の等価リーケージインダクタンス2f(Ls5)を通過する電流が増大するため、等価リーケージインダクタンス2f(Ls5)の電圧降下は大きくなり、この電圧降下を補償するため、時比率制御回路12の働きで駆動パルス源4(P)の時比率は増大し、全体的に出力電圧を上昇させ、安定化出力の電圧を一定値に保とうとする。
【0009】
しかしながら従出力の負荷抵抗9(R24)は変化していないので、上記した時比率の変化によって従出力の負荷抵抗9(R24)に発生する電圧は増加してしまう課題があった。特に安定化出力の電圧が従主力の電圧より低い場合にこの現象は顕著に現れる。又従出力の負荷抵抗9(R24)の抵抗値が増大した場合には等価リーケージインダクタンス2e(Ls24)での電圧降下が減少し、やはり従出力の負荷抵抗9(R24)に発生する電圧は増加してしまう課題があった。
【0010】
この現象を改善するために従出力や安定化出力に見かけの変動幅を減少させる目的のブリーダー抵抗を付加すれば常時電力を消費し、損失となって電源装置の効率を低下させていた。
【0011】
ここでは等価リーケージインダクタンスの効果を述べたが、直流抵抗分についても同様の課題があることは明確である。
【0012】
この課題を改善するため、特願平8−291067号ではトランス2において安全規格要求距離を満たす2次巻線を1つに限定している。2次側においては安全規格要求距離が緩やかなため、互いの巻線間の結合を向上できるので、複数の直流出力電圧を得ながら、その特性を改善できるが、トランスが2段直列に挿入される構成のため、巻線の抵抗が2段分影響し、損失が常時増加することや、1つの出力の負荷変動が他出力に影響することは避けられないものであった。
【0013】
又、複数の直流出力電圧を得る第2の手段として、特願平5−173766号に示す例もあるが、この引例の場合は動作原理は図1に示す従来の技術と何ら変わるものではない。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の多出力直流電源装置は、交流電圧が印加される1次巻線と複数の2次巻線を有する第1のトランスにて1次巻線に印加された交流電圧を変圧し、2次側で複数の直流に変換し、直流電力を得る多出力直流電源装置において、第1のトランスの複数の2次巻線の内、出力電圧を直接検出・制御しない従出力用の2次巻線に並列に第2のトランスの1次巻線を接続し、安定化制御される第1のトランス2の他の直流出力と並列に前記第2のトランスの2次巻線を整流器を介して接続したものである。
【0015】
この構成とすることにより、従出力の電圧安定度を改善することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の直流多出力電源装置は、交流電圧が印加される1次巻線と複数の2次巻線を有する第1のトランスにて1次巻線に印加された交流電圧を変圧し、2次側で複数の直流に変換し、直流電力を得る多出力直流電源装置において、第1のトランスの複数の2次巻線の内、出力電圧を直接検出・制御しない従出力用の2次巻線に並列に第2のトランスの1次巻線を接続し、安定化制御される第1のトランスの他の直流出力と並列に前記第2のトランスの2次巻線を整流器を介して接続したものであり、上記構成により、簡単な構成で、従出力の電圧上昇を抑制できるものである。
【0017】
請求項2に記載の発明は、第1のトランスの複数の2次巻線の内、出力電圧を直接検出・制御しない第1の従出力用の2次巻線に並列に第2のトランスの1次巻線を接続し、第1のトランスの2次巻線の電圧を局所的に安定化した第1のトランスの第2の従出力の直流出力と並列に前記第2のトランスの2次巻線を整流器を介して接続した構成であり、上記構成により、より第1の従出力電圧の安定化を図ることができる。
【0018】
以下本発明の実施の形態について図1〜図4により説明する。なお、説明にあたっては従来技術と同一部分は同一番号を付し、説明を省略して説明する。
【0019】
(実施の形態1)
実施の形態1は特許請求の範囲の請求項1について説明するものである。図1は同極性の多出力直流電圧を得る場合の一回路図であり、図2は第1のトランスの複数の2次巻線が直列接続された回路図であり、図3は異極性の直流出力を得る様構成した回路図である。
【0020】
図1において15は第2のトランス(Ts01)であり、13は第2のトランス15の1次巻線(Ws24)、14は第2のトランス15の2次巻線(Ws5)で構成されている。16は第3の整流器(Ds)である。
【0021】
次に動作について説明する。一定の電圧値に保たれている安定化出力の負荷抵抗10(R5)の抵抗値が減少した時、第1のトランス2の安定化出力用2次巻線2d(W5)の等価リーケージインダクタンス2f(Ls5)を通過する電流が増大するため、等価リーケージインダクタンス2f(Ls5)の電圧降下は大きくなり、この電圧降下を補償するため、駆動パルス源4(P)の時比率は増大し、全体的に出力電圧を上昇させる。当然、第1のトランス2の従出力用2次巻線2c(W24)に発生する電圧も上昇するが、この2次巻線2c(W24)には第2のトランス15の1次巻線13(Ws24)が並列に接続されているので、第2のトランス15の2次巻線14(Ws5)に発生する電圧も上昇する。
【0022】
この発生電圧が(第3の整流器16(Ds)の順方向降下電圧+第2の容量8(C5)の充電電圧)を超えた時、第3の整流器16(Ds)は導通するので、第2のトランス15の1次巻線13(Ws24)に印加されている電圧もその値以上には上昇できない。このため、第1の容量7(C24)の充電電圧も上昇できず、ある一定値になる。
【0023】
第2のトランス15は第1のトランス2の2次側に配置・接続されるため、安全規格上も要求距離が減少し、第1のトランス2よりも緩和されるので、第2のトランス15の各巻線13(Ws24)・14(Ws5)の磁気結合を向上させることができる。従って、第2のトランス15に存在する等価リーケージインダクタンスを第1のトランス2の等価リーケージインダクタンス2e(Ls24),2f(Ls5)に比して無視できる程度に減少させることができ、リーケージインダクタンスによる電圧降下がなく、単純に第2のトランスの変圧作用のみを考えれば良いので、従出力の電圧安定度を向上させる効果を得ることができる。
【0024】
又、第2のトランス15が変圧動作するのは安定化出力の電流が増加した時や従出力の電流が減少した場合等、従出力の電圧が上昇しようとした場合のみに限られるので、トランスが2段直列に挿入される構成でありながら常時損失を発生することがなく、高効率とすることができる。
【0025】
図2は第1のトランス2の各2次巻線2c(W24),2d(W5)を直列接続した多出力直流電源装置に適用した例で、2次巻線2c(W24)の巻回数を減少させて従出力の電圧安定度を改善しようとしたものであるが、図1と同様に第2のトランス15を挿入することで従出力の電圧安定度をより改善できる。
【0026】
図3は異極性の出力とした電源装置に適用した例で、第2のトランス15の巻線の極性を選択することで極性に関係なく従出力の電圧安定度を改善できる。
【0027】
(実施の形態2)
実施の形態2は特許請求の範囲の請求項2について説明するものであり、図4は回路図である。
【0028】
図4において17は第1のトランス2の第2の従出力用2次巻線(W12)、18は第2の従出力用2次巻線17(W12)に換算した等価のリーケージインダクタンス(Ls12)、19は第2従出力用の整流器(D12)、20は第2従出力用容量(C12)、21は局所安定化回路(D/D)、22は第2従出力用負荷抵抗(R12)である。
【0029】
次に動作について説明する。第2従出力用の電圧は第2の従出力用2次巻線17(W12)に発生した電圧を第2従出力用の整流器19(D12)で整流し、第2従出力用容量20(C12)で平滑することで得られる。しかしこの電圧は実施の形態1で説明したように変動するので局所安定化回路21(D/D)で安定化され、第2従出力用負荷抵抗22(R12)に供給される。ここで、局所安定化回路21(D/D)は3端子レギュレータ等のシリーズレギュレータや、チョッピング型DC/DCコンバータなどで構成される。
【0030】
この場合、時比率制御回路12の働きで全体の電圧が可変される場合であっても、局所安定化回路21(D/D)の出力電圧は独立して安定化されているので、その影響を受けることなく第1の従出力電圧は安定化され、時比率制御回路12の働きの影響は受けない。
【0031】
以上述べてきたように、本発明は第1のトランスの2次巻線の極性と第2のトランス15の極性を選択することや、第2のトランス15の接続方法を選択することで多様の応用例があり、今回図示した例にこだわることなく、幅広く応用することができる。
【0032】
【発明の効果】
以上のように本発明の多出力直流電源装置は、交流電圧が印加される1次巻線と複数の2次巻線を有する第1のトランスにて1次巻線に印加された交流電圧を変圧し、2次側で複数の直流に変換し、直流電力を得る多出力直流電源装置を有し、第1のトランスの複数の2次巻線の内、出力電圧を直接検出・制御しない従出力用の2次巻線に並列に第2のトランスの1次巻線を接続し、安定化制御される第1のトランスの他の直流出力と並列に前記第2のトランスの2次巻線を整流器を介して接続したものであり、簡単な構成でブリーダー抵抗を付加することなく、従出力の電圧安定度を改善できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多出力直流電源装置の一実施の形態による回路図
【図2】同他の実施の形態の回路図
【図3】同他の実施の形態の回路図
【図4】同他の実施の形態の回路図
【図5】従来の多出力直流電源装置の回路図
【符号の説明】
1 電源(Ei)
2 第1のトランス(T)
2a トランス2の1次巻線(Wp)
2c トランス2の従出力用2次巻線(W24)
2d トランス2の第2の2次巻線(W5)
2e 第1の2次巻線に換算した等価のリーケージインダクタンス(Ls24)
2f 第1の2次巻線に換算した等価のリーケージインダクタンス(Ls5)
3 スイッチング素子(Q)
4 駆動パルス源(P)
5 第1の整流器(D24)
6 第2の整流器(D5)
7 第1の容量(C24)
8 第2の容量(C5)
9 従出力の負荷抵抗(R24)
10 安定化出力の負荷抵抗(R5)
11 基準電圧(Vr)
12 時比率制御回路(PWM)
13 第2のトランス15の1次巻線(Ws24)
14 第2のトランス15の2次巻線(Ws5)
15 第2のトランス(Ts01)
16 第3の整流器(Ds)
17 第1のトランス2の第2の従出力用2次巻線(W12)
18 第2の従出力用2次巻線17(W12)に換算した等価のリーケージインダクタンス(Ls12)
19 第2従出力用の整流器(D12)
20 第2従出力用容量(C12)
21 局所安定化回路(D/D)
22 第2従出力用負荷抵抗(R12)
Claims (2)
- 交流電圧が印加される1次巻線と複数の2次巻線を有する第1のトランスにて1次巻線に印加された交流電圧を変圧し、2次側で複数の直流に変換し、直流電力を得る多出力直流電源装置において、第1のトランスの複数の2次巻線の内、出力電圧を直接検出・制御しない従出力用の2次巻線に並列に第2のトランスの1次巻線を接続し、安定化制御される第1のトランスの他の直流出力と並列に前記第2のトランスの2次巻線を整流器を介して接続した多出力直流電源装置。
- 第1のトランスの複数の2次巻線の内、出力電圧を直接検出・制御しない第1の従出力用の2次巻線に並列に第2のトランスの1次巻線を接続し、第1のトランスの2次巻線の電圧を局所的に安定化した第1のトランスの第2の従出力の直流出力と並列に前記第2のトランスの2次巻線を整流器を介して接続した請求項1記載の多出力直流電源装置。
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