JP4798572B2

JP4798572B2 - スイッチング電源装置

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Publication number: JP4798572B2
Application number: JP2004031644A
Authority: JP
Inventors: 善秋松田
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2024-02-09
Also published as: JP2005224067A

Description

本発明は、交流出力を整流して定電力出力を給電するスイッチング電源装置に関するものである。

従来の交流出力を整流して定電力出力を給電するスイッチング電源装置の一例を図１０に示す（特許文献１参照）。このスイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータ１−１，１−２にトランスＴ１，Ｔ２の一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ１１を接続し、これらトランスＴ１，Ｔ２の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ１１間にトランスＴ１，Ｔ２の交流出力を整流する整流回路２を接続してある。

整流回路２は出力チョークＬｏと平滑コンデンサＣｏを設けてあるとともに、Ｈ型のブロック回路を形成し、四方に同じ向きのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４を設け、ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ１１，Ｄ１３のアノードとダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ１２，Ｄ１４のカソードとの間に、トランスＴ１，Ｔ２の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ１１とを接続してある。また、この二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ１１は直列に接続してある。第一のコンバータ１−１の主スイッチのオン・オフ比並びに位相を固定し、図１１に示すような動作波形を有し、第二のコンバータ１−２の主スイッチのオン・オフ比とをほぼ同じにして、位相制御することで出力の安定化を図っていた。
特開２００２−１１２５４８公報

また、図１２に示すように、トランスＴ１，Ｔ２，Ｔ３を３つ以上設けて、定電力出力を給電するスイッチング電源装置を構成することができる。このスイッチング電源装置は、トランスＴ１の二次巻線の個数と同様に、交流出力を有するコンバータ１−１，１−２，１−３を３つ設け、これらコンバータ１−１，１−２，１−３にそれぞれトランスＴ１，Ｔ２，Ｔ３の一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ１１，Ｎｐ２１を接続し、これらトランスＴ１，Ｔ２，Ｔ３の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ１１，Ｎｓ２１間にトランスＴ１，Ｔ２，Ｔ３の交流出力を整流する整流回路２を接続してある。

整流回路２は出力チョークＬｏと平滑コンデンサＣｏを設けてあるとともに、Ｈ型のブロック回路を形成し、四方に同じ向きのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４を設け、ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ１１，Ｄ１３，Ｄ２１，Ｄ２３のアノードとダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ１２，Ｄ１４，Ｄ２２，Ｄ２４のカソードとの間に、トランスＴ１，Ｔ２，Ｔ３の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ１１，Ｎｓ２１を接続してある。また、この二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ１１，Ｎｓ２１は直列に接続してある。第一のコンバータ１−１の主スイッチのオン・オフ比並びに位相を固定し、第二のコンバータ１−２及び第三のコンバータ１−３の主スイッチのオン・オフ比とをほぼ同じにして、位相制御することで出力の安定化を図っていた。

しかし、いずれのスイッチング電源装置においても、トランスＴ１，Ｔ２，…の二次巻線の数だけコンバータ１−１，１−２，…が必要になるため、小型化が困難であるとともに、低コスト化が困難である。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、小型化及び低コスト化を可能にした新規の定電力出力を給電するスイッチング直流電源装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明スイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータにトランスの一次巻線を接続し、このトランスの二次巻線に該トランスの交流出力を整流する整流回路を接続し、前記トランスの一次巻線に相対する二次巻線を複数設け、これらトランスの二次巻線にそれぞれ上記整流回路を接続し、これら整流回路を並列に接続してあるスイッチング電源装置において、前記トランスの二次巻線の異極同士間に交流スイッチを接続して、前記コンバータのスイッチと同期をとって、ＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とする。

交流出力を有するコンバータ（１）に第一のトランスの一次巻線（Ｎｐ１）を接続し、この一次巻線に対応する前記第一のトランスの二次巻線（Ｎｓ１，Ｎｓ２）を複数設け、それぞれの二次巻線（Ｎｓ１，Ｎｓ２）に前記第一のトランスの交流出力を整流する第一の整流回路を接続し、これら第一の整流回路は、前記第一のトランスの二次巻線（Ｎｓ１，Ｎｓ２）を中心に整流素子（Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１１〜Ｄ１４）で構成した複数の第一のＨ型のブロック回路とされて並列に接続され、これら第一のＨ型のブロック回路に設けた前記第一のトランスの二次巻線（Ｎｓ１，Ｎｓ２）の異極同士間に第一の交流スイッチ（ＳＷ１）を接続して、前記コンバータ（１）のスイッチと同期をとって、ＰＷＭ制御するように、構成してあるとともに、前記第一のトランスの一次巻線（Ｎｐ１）と並列に第二のトランスの一次巻線（Ｎｐ１１）を接続し、この第二のトランスの一次巻線（Ｎｐ１１）に対応する前記第二のトランスの二次巻線（Ｎｓ１１，Ｎｓ１２）を複数設け、それぞれの二次巻線（Ｎｓ１１，Ｎｓ１２）に前記第二のトランスの交流出力を整流する第二の整流回路を接続し、これら第二の整流回路は、前記第二のトランスの一次巻線（Ｎｐ１１）に対応する前記第二のトランスの二次巻線（Ｎｓ１１，Ｎｓ１２）を中心に整流素子（Ｄ２，Ｄ４〜Ｄ６，Ｄ１２，Ｄ１４〜Ｄ１６）で構成した前記第一のＨ型のブロック回路と同数の第二のＨ型のブロック回路とされて並列に接続され、さらに、前記第一のトランスの一次巻線（Ｎｐ１）に対応する前記第一のトランスの二次巻線（Ｎｓ１，Ｎｓ２）に陰極端子が接続する前記整流素子（Ｄ２，Ｄ４，Ｄ１２，Ｄ１４）と、前記第二のトランスの一次巻線（Ｎｐ１１）に対応する前記第二のトランスの二次巻線（Ｎｓ１１，Ｎｓ１２）に陽極端子が接続する前記整流素子（Ｄ２，Ｄ４，Ｄ１２，Ｄ１４）とを共通化して、これら第二のＨ型のブロック回路に設けた前記第二のトランスの二次巻線（Ｎｓ１１，Ｎｓ１２）の異極同士間に第二の交流スイッチ（ＳＷ１１）を接続して、この第二の交流スイッチ（ＳＷ１１）は前記第一の交流スイッチ（ＳＷ１）と同期するとともに、前記コンバータ（１）のスイッチと同期をとって、ＰＷＭ制御するように、構成してあることを特徴とする。

前記コンバータを複数設け、それぞれのコンバータにトランスの一次巻線を接続し、これらに対応する前記トランスの二次巻線を前記一次巻線と同数又はそれ以上設け、二次巻線と同数の整流回路を設けて、それぞれの一次巻線が対応する前記二次巻線にそれぞれ電力供給するように構成してあることを特徴とする。

前記トランスの二次巻線を複数設け、これらを直列に接続し、隣り合う二次巻線間に交流スイッチを接続し、前記トランスの二次巻線に該トランスの交流出力を整流する整流回路を接続した回路を構成し、この回路を複数設けて、並列に接続してあるとともに、これら回路に設けたトランスの一次巻線を並列又は直列に接続してあることを特徴とする。

本発明によれば、定電力出力等において、コンバータの一次スイッチのパルス幅は固定のままで出きるため、実効値電流の増加を防ぐことができる効果がある。更に本方式はコンバータを１つ備えてあれば、交流スイッチのＰＷＭ制御ができることから、スイッチング電源装置の小型化及び低コスト化を図ることができる効果もある。

以下、添付図面を用いて本発明スイッチング電源装置に係る実施例を説明する。図１は本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を示す。Ｄはダイオード、ＳＷ１は交流スイッチ、Ｔ１はトランス、１はコンバータ、２は整流回路、３は制御回路である。

本実施例に係るスイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータ１を設けてあり、このコンバータ１にトランスＴ１の一次巻線Ｎｐ１を接続してある。また、このトランスＴ１は二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２を２つ有し、これら二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２はトランスＴ１の交流出力を整流する整流回路２に接続してある。

整流回路２は出力チョークＬｏと平滑コンデンサＣｏを設けてあるとともに、Ｈ型のブロック回路を形成してある。具体的には、四方に同じ向きのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を設け、ダイオードＤ１，Ｄ３のアノードとダイオードＤ２，Ｄ４のカソードとの間に、トランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１を接続して、Ｈ型のブロック回路を構成してある。同様に、四方に同じ向きのダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４を設け、ダイオードＤ１１，Ｄ１３のアノードとダイオードＤ１２，Ｄ１４のカソードとの間に、トランスＴ１の二次巻線Ｎｓ２を接続してある。二次巻線Ｎｓ１と二次巻線Ｎｓ２は直列に接続してあり、隣り合う二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２間に交流スイッチＳＷ１を接続してある。コンバータ１並びに交流スイッチＳＷ１は制御回路３に接続してあり、コンバータ１のスイッチと同期をとって、交流スイッチＳＷ１でＰＷＭ制御するように構成してある。

以上のように構成してあるスイッチング電源装置は以下のような作用をする。なお、図２は動作波形図を、図３は図１図示Ａ点での出力特性図を、図４は図３図示出力特性における図１図示Ａ点の出力波形を示してある。

先ず、交流スイッチＳＷ１がオンしている場合について説明する。交流スイッチＳＷ１がオンすると、交流スイッチＳＷ１によるＰＷＭ制御が行われる。交流スイッチＳＷ１によりオンするモードは、図３における（１）から（３）の状態をいう。先ず、交流スイッチＳＷ１によるＰＷＭ制御が開始されると、図３における（１）の状態に入る。この状態においては、コンバータ１はオン状態となり、交流スイッチＳＷ１のオン幅は最大になる。図１図示Ａ点には第一の二次巻線Ｎｓ１かかる電圧と第二の二次巻線Ｎｓ２にかかる電圧が合成され、図４に示すように、最大電圧となる。

一周期Ｔにおける平均電圧は下記（Ａ）式で示される。
Ｖｏ＝２Ｅｓ・（ｔ１／Ｔ）＋Ｅｓ・（ｔ２／Ｔ）…（Ａ）
Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３
最大電圧でＰＷＭ制御している場合、ｔ１＝Ｔ−ｔ３，ｔ２＝０となるため、平均電圧は下記の通りになる。なお、Ｄはデューティである。
Ｖｏ＝２Ｅｓ・｛（Ｔ−ｔ３）／Ｔ｝＝２Ｅｓ・Ｄ

以上のような状態は、Ａ点の出力電流がＩ_１になるまで、即ち、図３に示す（２）の状態になるまで続く。Ａ点の出力電流がＩ_１になると、出力電力一定動作が開始される。このとき、図４に示す出力波形は上から２番目に示す波形になる。このとき交流スイッチＳＷ１は図２に示す通り、一周期Ｔにおけるオン幅はｔ１であり、Ａ点では交流スイッチＳＷ１がオンしている際は２Ｅｓとなり、交流スイッチＳＷ１がオフしている際はＥｓとなり平均電圧は上記（Ａ）式となる。

出力電力一定動作になり、図３図示の（３）に近づくと、交流スイッチＳＷ１はオン幅が最小になり、図４に示すような最小電圧となる。最小電圧でＰＷＭ制御している場合、ｔ１＝０，ｔ２＝Ｔ−ｔ３となるため、平均電圧は下記の通りになる。
Ｖｏ＝Ｅｓ・｛（Ｔ−ｔ３）／Ｔ｝＝Ｅｓ・Ｄ
即ち、最小電圧は最大電圧の１／２になる。

最小電圧になると交流スイッチＳＷ１がオフし、定電流モードになる。なお、定電流モードは図３における（３）から（４）の状態をいう。定電流モードに入ると、交流スイッチＳＷ１はオフし、図４の定電流モードの波形図で示すように、コンバータ１でＰＷＭ制御をする。以上の作用を繰り返すことにより、安定した出力を供給することができる。

実施例１を図５に示す。この実施例に係るスイッチング電源装置は、図１図示実施例同様に、交流出力を有するコンバータ１を設けてあり、このコンバータ１にトランスＴ１の一次巻線Ｎｐ１を接続してある。また本実施例では、このトランスＴ１に二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２，Ｎｓ３を３つ有し、これら二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２，Ｎｓ３はトランスＴ１の交流出力を整流する整流回路２に接続してある。

整流回路２は出力チョークＬｏと平滑コンデンサＣｏを設けてあるとともに、Ｈ型のブロック回路を形成してある。具体的には、図１図示実施例と同様に、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４とトランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１、並びにダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４とトランスＴ１の二次巻線Ｎｓ２でＨ型のブロック回路を形成してあるとともに、四方に同じ向きのダイオードＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４を設け、ダイオードＤ２１，Ｄ２３のアノードとダイオードＤ２２，Ｄ２４のカソードとの間に、トランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１を接続して、Ｈ型のブロック回路を構成してある。二次巻線Ｎｓ１と二次巻線Ｎｓ２、並びに二次巻線Ｎｓ２と二次巻線Ｎｓ３は直列に接続してあり、隣り合う二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２間並びにＮｓ２，Ｎｓ３間に交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２を接続してある。コンバータ１並びに交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２は制御回路３に接続してあり、コンバータ１のスイッチと交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２並びに交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２間で同期をとって、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２でＰＷＭ制御するように構成してある。

以上のように構成してあるスイッチング電源装置は以下のような作用をする。先ず、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンしている場合について説明する。交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンすると、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２によるＰＷＭ制御が行われる。

先ず、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２によるＰＷＭ制御が開始されると、コンバータ１はオン状態となり、交流スイッチＳＷ１のオン幅は最大になる。図５図示Ｂ点には第一の二次巻線Ｎｓ１かかる電圧、第二の二次巻線Ｎｓ２並びに第三の二次巻線Ｎｓ３にかかる電圧が合成され、最大電圧となる。一周期Ｔにおける平均電圧は下記（Ｂ）式で示される。
Ｖｏ＝３Ｅｓ・（ｔ１／Ｔ）＋Ｅｓ・（ｔ２／Ｔ）…（Ｂ）
Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３
最大電圧でＰＷＭ制御している場合、ｔ１＝Ｔ−ｔ３，ｔ２＝０となるため、平均電圧は下記の通りになる。なお、Ｄはデューティである。
Ｖｏ＝３Ｅｓ・｛（Ｔ−ｔ３）／Ｔ｝＝３Ｅｓ・Ｄ

以上のような状態は、Ｂ点の出力電流がＩ_１になるまで続く。Ｂ点の出力電流がＩ_１になると、出力電力一定動作が開始される。このとき交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２の一周期Ｔにおけるオン幅はｔ１であり、Ｂ点では交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンしている際は３Ｅｓとなり、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフしている際はＥｓとなり、平均電圧は上記（Ｂ）式となる。

出力電力一定動作になり、図３図示の（３）に近づくと、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２はオン幅が最小になり最小電圧となる。最小電圧でＰＷＭ制御している場合、ｔ１＝０，ｔ２＝Ｔ−ｔ３となるため、平均電圧は下記の通りになる。
Ｖｏ＝Ｅｓ・｛（Ｔ−ｔ３）／Ｔ｝＝Ｅｓ・Ｄ
即ち、最小電圧は最大電圧の１／３になる。

最小電圧になると交流スイッチＳＷ１がオフし、定電流モードになり、コンバータ１でＰＷＭ制御をする。以上の作用を繰り返すことにより、定電力出力を供給することができる。

なお、本実施例ではトランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２，Ｎｓ３を３つ設け、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２を２つ設けたが、トランスＴ１の二次巻線Ｎｓを４つ以上、隣り合う二次巻線Ｎｓ間に交流スイッチＳＷを接続して、コンバータ１のスイッチと同期をとって、ＰＷＭ制御するように構成することは可能であり、この際、二次巻線Ｎｓがｎ個に対して、交流スイッチＳＷは（ｎ−１）個になり、交流スイッチＳＷがオンした状態で、最大電圧と最小電圧との差がｎ倍になる。

実施例２を図６に示す。この実施例に係るスイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータ１を設けてあり、このコンバータ１にトランスＴ１，Ｔ２の一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ２を並列に接続してある。また、これらトランスＴ１，Ｔ２の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２は、一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ２と同様２つ有し、それぞれの一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ２が対応する二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２にそれぞれ電力供給するように構成してある。これら二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２はトランスＴ１，Ｔ２の交流出力を整流する整流回路２に接続してある。二次側については、図１図示実施例とほぼ同様であるため、説明を省略する。また、作用についても図１図示実施例とほぼ同様である。

なお、本実施例ではトランスＴ１の一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ２及び二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２を２つ設け、交流スイッチＳＷ１を１つ設けたが、トランスの一次巻線Ｎｐ及び二次巻線Ｎｓを３つ以上、隣り合う二次巻線Ｎｓ間に交流スイッチＳＷを接続して、コンバータ１のスイッチと同期をとって、ＰＷＭ制御するように構成することは可能である。この際、二次巻線Ｎｓがｎ個に対して、交流スイッチＳＷは（ｎ−１）個になり、交流スイッチＳＷがオンした状態で、最大電圧と最小電圧との差がｎ倍になる。また、本実施例と図１図示実施例とを組み合わせることも可能である。

実施例３を図７に示す。この実施例に係るスイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータ１を設けてあり、このコンバータ１にトランスＴ１，Ｔ２の一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ２を直列に接続してある。また、これらトランスＴ１，Ｔ２の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２は、一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ２と同様２つ有し、それぞれの一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ２が対応する二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２にそれぞれ電力供給するように構成してある。これら二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２はトランスＴ１，Ｔ２の交流出力を整流する整流回路２に接続してある。二次側については、図１図示実施例並びに実施例２とほぼ同様であるため、説明を省略する。なお、作用についても図１図示実施例並びに実施例２とほぼ同様である。

実施例４を図８に示す。この実施例に係るスイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータ１−１，及びコンバータ１−２がそれぞれ同期を取って動作する場合に有効な回路手段である。これらコンバータ１−１，１−２にそれぞれトランスＴ１，Ｔ２の一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ２を接続してある。また、これらトランスＴ１，Ｔ２の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２は、一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ２と同様２つ有し、それぞれの一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ２が対応する二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２にそれぞれ電力供給するように構成してある。これら二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２はトランスＴ１，Ｔ２の交流出力を整流する整流回路２に接続してある。二次側については、図１図示実施例、実施例２並びに実施例３とほぼ同様であるため、説明を省略する。なお、作用についても図１図示実施例、実施例２並びに実施例３とほぼ同様である。

実施例５を図９に示す。この実施例に係るスイッチング電源装置は、交流出力を有するコンバータ１を設けてあり、このコンバータ１にトランスＴ１の一次巻線Ｎｐ１を接続してある。また本実施例では、このトランスＴ１に二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２を２つ有し、これら二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２はトランスＴ１の交流出力を整流する整流回路２に接続してある。

整流回路２は出力チョークＬｏと平滑コンデンサＣｏを設けてあるとともに、Ｈ型のブロック回路を形成し、具体的には、図１図示実施例と同様に、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４とトランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１、並びにダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４とトランスＴ１の二次巻線Ｎｓ２でＨ型のブロック回路を形成してある。

この実施例では、第二のトランスＴ１１の一次巻線Ｎｐ１１を第一のトランスＴ１の一次巻線Ｎｐ１と並列に接続してある。第二のトランスＴ１１の第一の二次巻線Ｎｐ１１は、第一のトランスＴ１の第一の二次巻線Ｎｐ１に接続するダイオードＤ２，Ｄ４のアノードに接続してある。また、この第二巻線Ｎｐ１１を中心にＨ型のブロック回路を形成し、ダイオードＤ２，Ｄ４のアノードとダイオードＤ５，Ｄ６のカソードを接続してある。

これと同様に、第二のトランスＴ１１の第二の二次巻線Ｎｐ１２は、第一のトランスＴ１の第二の二次巻線Ｎｐ２に接続するダイオードＤ１２，Ｄ１４のアノードに接続してある。また、この第二巻線Ｎｐ１２を中心にＨ型のブロック回路を形成し、ダイオードＤ１２，Ｄ１４のアノードとダイオードＤ１５，Ｄ１６のカソードとを接続してある。第二のトランスＴ１１の二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２は直列に接続してあり、隣り合う二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２間に交流スイッチＳＷ１１を接続してある。コンバータ１並びに交流スイッチＳＷ１１は制御回路３に接続してあり、コンバータ１のスイッチと同期をとって、交流スイッチＳＷ１１でＰＷＭ制御するように構成してある。また、この交流スイッチＳＷ１１は交流スイッチＳＷ１とも同期するようにしてある。

以上のように構成してあるスイッチング電源装置は以下のような作用をする。なお、このスイッチング電源装置は、第二のトランスＴ１１の二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２の巻き方により作用が異なる。先ず、第一のトランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２と第二のトランスＴ１１の二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２とが直列になるように接続してある場合、図８における、第二のトランスＴ１１の二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２に実線矢印で示すように電圧がかかる場合について接続する。

先ず、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１がオンすると、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ２によるＰＷＭ制御が行われる。交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１によるＰＷＭ制御が開始されると、コンバータ１はオン状態となり、交流スイッチＳＷ１のオン幅は最大になる。図８図示Ｃ点にはトランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２のそれぞれにかかる電圧、並びにトランスＴ１１の二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２にかかる電圧が合成され、最大電圧となる。一周期Ｔにおける平均電圧は下記（Ｃ−１）式で示される。
Ｖｏ＝２・｛２Ｅｓ・（ｔ１／Ｔ）＋Ｅｓ・（ｔ２／Ｔ）｝…（Ｃ−１）
Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３
最大電圧でＰＷＭ制御している場合、ｔ１＝Ｔ−ｔ３，ｔ２＝０となるため、平均電圧は下記の通りになる。なお、Ｄはデューティである。
Ｖｏ＝２・２Ｅｓ・｛（Ｔ−ｔ３）／Ｔ｝＝４Ｅｓ・Ｄ

以上のような状態は、Ｃ点の出力電流がＩ_１になるまで、即ち、図３に示す（２）の状態になるまで続く。Ｃ点の出力電流がＩ_１になると、出力電力一定動作が開始される。このとき交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１は、一周期Ｔにおけるオン幅はｔ１であり、Ｃ点では交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１がオンしている際は４Ｅｓとなり、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１がオフしている際は２Ｅｓとなり、平均電圧は上記（Ｃ−１）式となる。

出力電力一定動作になり、図３図示の（３）に近づくと、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１はオン幅が最小になり、最小電圧となる。最小電圧でＰＷＭ制御している場合、ｔ１＝０，ｔ２＝Ｔ−ｔ３となるため、平均電圧は下記の通りになる。
Ｖｏ＝２・Ｅｓ・｛（Ｔ−ｔ３）／Ｔ｝＝２Ｅｓ・Ｄ
即ち、最小電圧は最大電圧の１／２になる。

最小電圧になると交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１がオフし、定電流モードになる。定電流モードに入ると、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１はオフし、コンバータ１でＰＷＭ制御をする。以上の作用を繰り返すことにより、定電力出力を供給することができる。

続いて、第一のトランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２と第二のトランスＴ１１の二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２とが並列になるように接続してある場合、図９における、第二のトランスＴ１１の二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２の向きを変えて接続し、点線矢印で示すように電圧がかかるようにした場合について接続する。

先ず、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１がオンすると、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１によるＰＷＭ制御が行われる。交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１によるＰＷＭ制御が開始されると、コンバータ１はオン状態となり、交流スイッチＳＷ１のオン幅は最大になる。図９図示Ｃ点にはトランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２間、並びにトランスＴ１１の二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２間にかかる電圧が合成され、最大電圧となる。一周期Ｔにおける平均電圧は下記（Ｃ−２）式で示される。
Ｖｏ＝２Ｅｓ・（ｔ１／Ｔ）＋Ｅｓ・（ｔ２／Ｔ）…（Ｃ−２）
Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３
最大電圧でＰＷＭ制御している場合、ｔ１＝Ｔ−ｔ３，ｔ２＝０となるため、平均電圧は下記の通りになる。なお、Ｄはデューティである。
Ｖｏ＝２Ｅｓ・｛（Ｔ−ｔ３）／Ｔ｝＝２Ｅｓ・Ｄ

一方、出力電流は、トランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２間にかかる電圧と、トランスＴ１１の二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２間にかかる電圧とが同方向にかかるため、第一のトランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２と第二のトランスＴ１１の二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２とが直列になるように接続した場合と比べて２倍になる。よって、以上のような状態は、Ｃ点の出力電流がＩ_１＝２Ｉになるまで続く。

Ｃ点の出力電流が２Ｉになると、出力電力一定動作が開始される。このとき交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１は、一周期Ｔにおけるオン幅はｔ１であり、Ｃ点では交流スイッチＳＷ１がオンしている際は２Ｅｓとなり、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１がオフしている際、しばらくの間第一のトランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２、及び第二のトランスＴ１１の二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２に電流が流れ、その間Ｃ点の電圧はＥｓとなり、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１がオフし、第一のトランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２並びに第二のトランスＴ１１の二次巻線Ｎｓ１１，Ｎｓ１２に電流が流れなくなるとＣ点での電圧は０となる。なお、平均電圧は上記（Ｃ−２）式となる。

出力電力一定動作になり、図３図示の（３）に近づくと、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１はオン幅が最小になり、最小電圧となる。最小電圧でＰＷＭ制御している場合、ｔ１＝０，ｔ２＝Ｔ−ｔ３となるため、平均電圧は下記の通りになる。
Ｖｏ＝Ｅｓ・｛（Ｔ−ｔ３）／Ｔ｝＝Ｅｓ・Ｄ
即ち、最小電圧は最大電圧の１／２になる。

なお、本実施例ではトランスＴ１，Ｔ１１を２つ並列に接続して設け、交流スイッチＳＷ１，ＳＷ１１も同様に並列に接続して２つ設けたが、トランスＴを３つ以上並列に接続して、コンバータ１のスイッチと同期をとって、ＰＷＭ制御するように構成することは可能であり、この際、トランスＴがｎ個に対して、交流スイッチＳＷはｎ個になり、交流スイッチＳＷがオンした状態で、最大電圧と最小電圧との差がｎ倍になる。

ｎ個のトランスＴの二次巻線Ｎｓを直列巻きにすると出力電流はトランスＴが１個の場合と同じであるが、出力電圧はトランスが１個の場合のｎ倍になる。また、ｎ個のトランスＴの二次巻線Ｎｓを並列巻きにすると出力電圧はトランスＴが１個の場合と同じであるが、出力電流はトランスが１個の場合のｎ倍になる。

さらに、この実施例４と実施例１とを組み合わせることが可能であり、各トランスＴの二次巻線Ｎｓを４つ以上、隣り合う二次巻線Ｎｓ間に交流スイッチＳＷを接続するとともに、トランスＴを３つ以上並列に接続して、コンバータ１のスイッチと同期をとって、ＰＷＭ制御するように構成することは可能であり、この際、二次巻線Ｎｓがｎ個、トランスＴがｍ個に対して、交流スイッチＳＷは（ｎ−１）・ｍ個になり、交流スイッチＳＷがオンした状態で、最大電圧と最小電圧との差がｎ・ｍ倍になる。

また、この実施例５は実施例２乃至実施例４と組み合わせることも可能である。

本発明のスイッチング電源装置は、定電力出力等において、コンバータの一次スイッチのパルス幅は固定のままで出きるため、実効値電流の増加を防ぐことができる効果がある。更に本方式はコンバータを１つ備えてあれば、交流スイッチのＰＷＭ制御ができることから、スイッチング電源装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。

本発明に係るスイッチング電源における発明を実施するための最良の形態の回路図である。図１図示実施形態の動作波形図である。図１図示実施形態の出力特性図である。図３図示出力特性における図１図示Ａ点の出力波形図である。図１図示実施例とは別の実施例を示す回路図である。同じく別の実施例を示す回路図である。同じく別の実施例を示す回路図である。同じく別の実施例を示す回路図である。同じく別の実施例を示す回路図である。従来例を示した回路図である。図１０図示従来例の動作波形図である。図１０図示従来例とは別の従来例を示した回路図である。

符号の説明

Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６ダイオード
Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ１５，Ｄ１６ダイオード
Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４ダイオード
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ１１交流スイッチ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ１１トランス
１，１−１，１−２，１−３コンバータ
２整流回路
３制御回路

Claims

交流出力を有するコンバータにトランスの一次巻線を接続し、このトランスの二次巻線に該トランスの交流出力を整流する整流回路を接続し、前記トランスの一次巻線に相対する二次巻線を複数設け、これらトランスの二次巻線にそれぞれ上記整流回路を接続し、これら整流回路を並列に接続してあるスイッチング電源装置において、前記トランスの二次巻線の異極同士間に交流スイッチを接続して、前記コンバータのスイッチと同期をとって、ＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とするスイッチング電源装置。
交流出力を有するコンバータ（１）に第一のトランスの一次巻線（Ｎｐ１）を接続し、この一次巻線に対応する前記第一のトランスの二次巻線（Ｎｓ１，Ｎｓ２）を複数設け、それぞれの二次巻線（Ｎｓ１，Ｎｓ２）に前記第一のトランスの交流出力を整流する第一の整流回路を接続し、
これら第一の整流回路は、前記第一のトランスの二次巻線（Ｎｓ１，Ｎｓ２）を中心に整流素子（Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１１〜Ｄ１４）で構成した複数の第一のＨ型のブロック回路とされて並列に接続され、これら第一のＨ型のブロック回路に設けた前記第一のトランスの二次巻線（Ｎｓ１，Ｎｓ２）の異極同士間に第一の交流スイッチ（ＳＷ１）を接続して、前記コンバータ（１）のスイッチと同期をとって、ＰＷＭ制御するように、構成してあるとともに、
前記第一のトランスの一次巻線（Ｎｐ１）と並列に第二のトランスの一次巻線（Ｎｐ１１）を接続し、この第二のトランスの一次巻線（Ｎｐ１１）に対応する前記第二のトランスの二次巻線（Ｎｓ１１，Ｎｓ１２）を複数設け、それぞれの二次巻線（Ｎｓ１１，Ｎｓ１２）に前記第二のトランスの交流出力を整流する第二の整流回路を接続し、
これら第二の整流回路は、前記第二のトランスの一次巻線（Ｎｐ１１）に対応する前記第二のトランスの二次巻線（Ｎｓ１１，Ｎｓ１２）を中心に整流素子（Ｄ２，Ｄ４〜Ｄ６，Ｄ１２，Ｄ１４〜Ｄ１６）で構成した前記第一のＨ型のブロック回路と同数の第二のＨ型のブロック回路とされて並列に接続され、さらに、前記第一のトランスの一次巻線（Ｎｐ１）に対応する前記第一のトランスの二次巻線（Ｎｓ１，Ｎｓ２）に陰極端子が接続する前記整流素子（Ｄ２，Ｄ４，Ｄ１２，Ｄ１４）と、前記第二のトランスの一次巻線（Ｎｐ１１）に対応する前記第二のトランスの二次巻線（Ｎｓ１１，Ｎｓ１２）に陽極端子が接続する前記整流素子（Ｄ２，Ｄ４，Ｄ１２，Ｄ１４）とを共通化して、これら第二のＨ型のブロック回路に設けた前記第二のトランスの二次巻線（Ｎｓ１１，Ｎｓ１２）の異極同士間に第二の交流スイッチ（ＳＷ１１）を接続して、この第二の交流スイッチ（ＳＷ１１）は前記第一の交流スイッチ（ＳＷ１）と同期するとともに、前記コンバータ（１）のスイッチと同期をとって、ＰＷＭ制御するように、構成してあることを特徴とするスイッチング電源装置。