JPH02123966A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、情報処理装置等の電子機器において用いられ
るスイッチング電源装置に関する。

（従来の技術） 従来から情報処理装置等の電子機器で用いられるスイッ
チング電源装置の一例として次のようなものが挙げられ
る。

第４図はそのスイッチング電源装置の構成を説明するた
めの回路図である。

同図において、１は商用電源から投入されたｈｃｔｏｏ
ｖを全波整流するｇｌ流器、２は整流器１により整流さ
れた電流を平滑化するための平滑コンデンサ、３は一次
側回路から各二次側回路にエネルギを伝達するための変
圧トランス、４は変圧トランス３へのエネルギ供給をス
イッチングするスイッチングトランジスタ、５は変圧ト
ランス３に蓄積されたエネルギを消費するスナバ回路、
ＤＩ。

Ｄ２はそれぞれ各二次側回路に接続された整流ダイオー
ド、６ａ、６ｂはそれぞれ整流ダイオードＤＩ　、Ｄ２
を通過した電流を平滑化する平滑回路、７は＋１２Ｖ二
次側回路の出力電圧Ｖｏ　　（Ａ点の電圧）に基づいて
スイッチングトランジスタ４のパルスオン幅を制御する
パルスオン幅制御部である。

そしてこのスイッチング電源装置では、パルスオン幅制
御部７において次のようなスイッチングトランジスタ４
のパルスオン幅υ制御を行っている。

すなわち、＋１２ｖ二次側回路における出力電圧Ｖｏを
絶縁用フォトカブラ（図示せず）等を介してパルスオン
幅制御部７にフィードバックし、定のスイッチング周波
数において、その出力電圧Ｖｏが低くなると、スイッチ
ングトランジスタ４のパルスオン幅を広げて変圧トラン
ス３に供給すべきエネルギを増大させる。逆に出力電圧
ｖＯが高くなると、スイッチングトランジスタ４のパル
スオン幅を狭めて変圧トランス３に供給すべきエネルギ
を減少させる。

これにより、各二次側回路における出力定電圧を安定化
させていた。

しかしながら、このような従来からのスイッチング電源
装置では、整流後の入力端子が一定の場合は問題が無い
ものの、例えば、−次側の平滑コンデンサ２の容量が小
さい場合や寿命によりその容量が低下したとき、あるい
は瞬時停電等の発生により急激に一次側入力端子が下が
った場合等において次のような問題が生していた。

すなわち、上述したパルスオン幅制御方式では、パルス
オン幅制御部７で次のパルスオン幅を決定するタイミン
グに遅れが生じるため、出力電圧ＶＯの急変に対して正
確な変圧トランス３へのエネルギ供給を行うことができ
ず、特に負荷がパルス電圧を消費する場合においての性
能低下が顕著なものとなる。

このような欠点は、容量の大きな平滑コンデンサを、−
次側および二次側で使用すればある稈度改善されるもの
の、コスト高を招くため完全な解決策とは言えなかった
。

また従来からのスイッチング電源装置におけるパルスオ
ン幅制御り式としては、他に次のようなものがある。

すなわちこの方式は、第５図に示すように、変圧トラン
ス３への供給エネルギを検出するため、この変圧トラン
ス３の一次側に供給エネルギ検出用コイル８を設け、変
圧トランス３への供給エネルギによって供給エネルギ検
出用コイル８に誘起された電圧を整流ダイオードＤ３を
介してパルスオン幅制御部７に入力することにより、そ
の入力電圧に基づいて、スイッチングトランジスタ４の
パルスオン幅を制御するというものである。

しかしこのような方式を採用した場合でも、先に説明し
た従来例と同様に、パルスオン幅制御部７でパルスオン
幅を決定するタイミングの遅れにより、−次側入力端子
の急変時における二次側出力定電圧を確保することが困
難であった。

（発明が解決しようとする課８） このように従来からのスイッチング電源装置では、−次
側入力電圧の変動に速やか対応して、その変動に応じた
変圧トランスへのエネルギ供給を正確にしかも安価な構
成で行うことが困難であるという問題があった。

本発明は上述した従来からのスイッチング電源装置にお
ける課題を解決するためのもので、より安価な構成で、
−次側入力電圧の急変に対しても安定した二次側出力定
電圧を確保することのできるスイッチング電源装置の提
供を目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のスイッチング電源装置は上記した目的を達成す
るために、変圧トランスと、この変圧トランスの一次側
コイルへの電流供給をスイッチングするスイッチングト
ランジスタとを備えたスイッチング電源装置において、
変圧トランスの一次側回路における入力電圧および二次
側回路における出力電圧に基づいて、二次側回路におい
て安定して定電圧が得られるようスイッチングトランジ
スタのパルスオン幅を制御するパルスオン幅制御手段と
を具備したものである。

（作　用） 本発明のスイッチング電源装置では、パルスオン幅制御
手段が、二次側の出力電力と一次側の入力端子に基づい
て、安定して二次側出力定電圧が得られるよう、スイッ
チングトランジスタのパルスオン幅を制御するので、よ
り安価な構成で、−次側入力電圧の急変に対しても安定
した二次側出力定電圧を確保することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例のスイッチング電源装置の構
成を説明するためのブロック図である。

同図において、１１は商用電源から投入されたＡＣ１０
０Ｖを全波整流する整流器、１２は整流機１１を通過し
た電流を平滑化するための平滑コンデンサ、１３は一次
側回路から各二次側回路にエネルギを伝達する変圧トラ
ンス、１４は変圧トランス１３へのエネルギ供給をスイ
ッチングするためのスイッチングトランジスタ、１５は
変圧トランス１３に蓄積されたエネルギを消費するスナ
バ回路、ＤＩ　、Ｄ２はそれぞれ各二次側回路に接続さ
れた整流ダイオード、１６ａ、１６ｂはそれぞれ各整流
ダイオードＤＩ　ＳＤ２を通過した電流を平滑化するた
めの平滑回路である。

さらに１７は＋１２Ｖ二次側回路における出力電圧Ｖｏ
　　（Ａ点の電圧）と−次側回路における整流後の入力
電圧Ｖ１　　（Ｂ点の電圧）に基づいて、スイッチング
トランジスタ１４のパルスオン幅を決定するパルスオン
幅制御部である。

次に以上のように構成された実施例装置の動作について
説明する。

まず通常の動作において、電源入力部に商用１００Ｖが
投入されると、電流は整流器１１により全波整流される
。この後、整流器１１を通過した電流は平滑コンデンサ
１２に約１４０Ｖの電荷として蓄積される。

ここで、スイッチングトランジスタ１４に所定のベース
電圧が印加されてこのスイッチングトランジスタ１４が
オンとなると、平滑コンデンサ１２に蓄積された電荷は
、変圧トランス１３の一次側コイルに電流となって流れ
、この変圧トランス１３の各二次側コイルに、整流ダイ
オードＤ１、Ｄ２を導通する方向の電流が流れる。この
後、この電流は各二次側回路の平滑回路１６ａ、１６ｂ
においてリップルが圧縮された後、負荷に供給される。

この定電圧出力動作において、Ａ点の出力電圧Ｖｏは、
絶縁用フォトカブラ（図示せず）等を介してパルスオン
幅制御部１７にフィードバックされるとともに、Ｂ点に
おける入力電圧Ｖｌ　も同様にパルスオン幅制御部１７
に入力される。

この後、パルスオン幅制御部】７は、これらの電圧情報
Ｖｏ、Ｖｌに基づいて、現時点の二次側消費電力に対す
る最適なスイッチングトランジスタ１４のパルスオン幅
を次のように決定する。

すなわち、パルスオン幅制御部１７は、負荷による消費
電力が増大してＡ点の電圧Ｖｏすなわち二次側出力電圧
が基準出力電圧より低下したことを検知すると、スイッ
チングトランジスタ１４のパルスオン幅を広げて、変圧
トランス１３へのエネルギ供給量を増大させる。逆に、
Ａ焦電圧Ｖ。

が基準出力電圧より高くなると、パルスオン幅制御部１
７は、スイッチングトランジスタ１４のパルスオン幅を
狭めて、変圧トランス１３へのエネルギ供給量を押さえ
る。このパルスオン幅制御については従来と同様である
。

この実施例のスイッチング電源装置では、パルスオン幅
制御部１７において、上述したパルスオン幅制御と同時
に次のような制御を併せて行っている。

つまり、Ｂ点の電圧Ｖｉすなわち一次側入力電圧が基準
入力電圧より低下した場合、その度合に応じてスイッチ
ングトランジスタ１４のパルスオン幅を広げて、変圧ト
ランス１３へのエネルギ供給量を増大させる。逆に、Ｂ
点本圧Ｖｌが基準入力電圧より上昇した場合は、その度
合に応じてスイッチングトランジスタ１４のパルスオン
幅を狭め、変圧トランス１３へのエネルギ供給量を低下
させる。

かくしてこの実施例のスイッチング電源装置によれば、
パルスオン幅制御部１７において、二次側出力電圧Ｖｏ
と一次側入力電圧ＶＩとをそれぞれ取込み、これらの電
圧情報に基づいて、安定した二次側出力定電圧が確保さ
れるようスイッチングトランジスタ１４のパルスオン幅
を制御するようにしたので、−次側入力電圧Ｖｌの急変
に対して速やかな応答が可能となり、安定した二次側出
力走電圧を確保することができる。

したがって、−次側の平滑コンデンサ１２および二次側
の平滑回路１６ａ、１６ｂに備えられた平滑コンデンサ
に大容量が要求されなくなり、次側の平滑コンデンサ１
２についてはその削除も可能となる。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第２図は本発明の他の実施例であるブーストコンバータ
タイプのスイッチング電源装置の構成を説明するための
回路図である。

同図において、２１は商用１００ｖ電源から投入された
電流を全波整流する整流器、２２は整流器２１を通過し
た電流を平滑化するための平滑コンデンサ、２３は平滑
コンデンサ２２を介して供給された電流によってエネル
ギが蓄積されるチョークコイル、２４は一次側回路から
二次側回路にエネルギを伝達するための変圧トランスで
ある。また２５はチョークコイル２３に蓄積すべきエネ
ルギを制御するとともにこのチョークコイル２３から変
圧トランス２４へのエネルギ供給をスイッチングするス
イッチングトランジスタ、Ｄｌは変圧トランス２４から
の逆流を防１ト、するためのダイオード、Ｄ２は変圧ト
ランス２３の励磁磁束リセット用ダイオード、Ｒ１はこ
の励磁磁束リセット用ダイオードＤ２を通過した電流を
消費する抵抗である。さらにＤ３は二次側回路において
接続された整流ダイオード、２６は整流ダイオードＤ３
を通過した電流を平滑化するための平滑コンデンサ、Ｒ
２は消費電力検出用の低抵抗である。

また２７は０点の電圧すなわち一次側回路における整流
後の入力端子ｖ１と、Ｄ点の電圧すなわち二次側回路に
おける出力電圧ｖＯ１および低抵抗Ｒ２を挾んだＥ点と
Ｆ点との電位差に基づいて、スイッチングトランジスタ
２５のパルスオン幅（デユーティ比）を制御するパルス
オン幅制御部、２８はＤ点における出力電圧Ｖｏと基／
＄定電圧　ｒｅｒとの差を増幅して出力する第１の誤差
増幅器、２９は低抵抗Ｒ２を挾んだＥ点とＦ点との電位
差を増幅して出力する第２の誤差増幅器、３０．３１は
それぞれ第１および第２の誤差増幅器２８．２９からの
出力電圧を絶縁をとってパルスオン幅制御部２７に転送
するためのフォトカブラである。

次にこの実施例装置の動作について説明する。

まずスイッチングトランジスタ２５がオンの状態におい
ては、−次側回路に整流器２１を介して入力された電圧
ｖ１は平滑コンデンサ２２において平滑化された後、チ
ョークコイル２３に印加される。なおこの期間では、変
圧トランス２４の一次側コイルに電流が供給されないた
め、−次側回路から二次側回路へのエネルギの伝達は行
われない。

スイッチングトランジスタ２５がオフになると、チョー
クコイル２３に蓄積されたエネルギは逆流防止用ダイオ
ードＤｌを通過して変圧トランス２４の一次側コイルに
供給される。これにより変圧トランス２４が励磁され、
−次側回路から二次側回路へのエネルギの伝達が行われ
る。

この結果、変圧トランス２４の二次側コイルに整流ダイ
オードＤ３を導通ずる方向の電流が流れ、この電流は平
滑コンデンサ２６において平滑化された後負荷に供給さ
れる。

この後、スイッチングトランジスタ２５がターンオンす
ると、チョークコイル２３は変圧トランス２４の一次側
コイルと電気的に切離され、これによりチョークコイル
２３においてのエネルギ蓄積が再開される。

そしてこの間に、変圧トランス２４に蓄積されたエネル
ギは、励磁磁束リセット用ダイオードＤ２を介して抵抗
Ｒ１にて消費される。

なお、この間、二次側平滑コンデンサ２６からの放電に
より負荷に対して定電圧が与えられる。

このような定電圧出力動作において、−次側回路におけ
る０点の入力電圧Ｖ［はパルスオン幅制御部２７に入力
されるとともに、二次側回路におけるＤ点の出力電圧ｖ
Ｏは、第１の誤差増幅器２８に入力される。この結果、
第１の誤差増幅器２８から出力電圧ｖＯと基準出力電圧
Ｖ　ｒａｔとの差分電圧情報が第１のフォトカブラ３０
を介してパルスオン幅制御部２７に人力される。

また一方、低抵抗Ｒ２を挟んだＥ点およびＦ点の電圧Ｖ
Ｂ、ＶＦは、それぞれ第２の誤差増幅器２９に入力され
、この結果、第２の誤差増幅器２９から各電圧ＶＥ、Ｖ
Ｐの差分電圧情報が第２のフォトカブラ３１を介してパ
ルスオン幅制御部２７に入力される。

この後、パルスオン幅制御部２７は、これら３つの人力
情報に基づいて、スイッチングトランジスタ２５のパル
スオン幅を次のように制御する。

すなわちパルスオン幅制御部２７は、第１の誤差増幅器
３０からの差分電圧情報つまり二次側出力電圧Ｖｏと基
準出力電圧Ｖ　ｒｅｆ’との差が「０」となるようスイ
ッチングトランジスタ２５のパルスオン幅を制御すると
ともに、第２の誤差増幅器２９から出力された差分電圧
情報に基づいて、負荷消費電流の急変時における二次側
出力定電圧の変動を押えるよう、スイッチングトランジ
スタ２５のパルスオン幅を過渡的に制御する。

さらにこれに伴って、パルスオン幅制御部２７は、第３
図に示すように、−次側入力端子Ｖｌが低下した場合は
、スイッチングトランジスタ２５のパルスオン幅を広げ
ることにより、必要なエネルギが変圧トランス２４に供
給されるようチョークコイル２３における蓄積エネルギ
を確保し、逆に一次側入力電圧Ｖｌが上昇した場合は、
スイッチングトランジスタ２５のパルスオン幅を狭めて
チョークコイル２３に過度にエネルギが蓄積されないよ
う制御を行う。

かくしてこの実施例のスイッチング電源装置によれば、
二次側出力電圧ＶＯ１負荷消費電流、および−次側入力
電圧Ｖｉの変動に応じたスイッチングトランジスタ２５
のパルスオン幅制御により、安定した二次側出力定電圧
を確保することができる。またこれにより、−次側平滑
コンデンサ２２の小容量化や削除、二次側コンデンサ２
６の小容量化を実現してコストダウンを図ることが可能
となる。

なお、以上説明した実施例におけるパルスオン幅制御部
における制御は、マイクロコンピュータを用いたディジ
タル方式により容易に実現できることは言うまでもなく
、またコンパレータや分圧回路等を用いたを持ちいたア
ナログ方式を用いても行うこともできる。

さらに、本発明は以上の実施例で説明したタイプのスイ
ッチング？ｌｉｔ装置に限定されるものでなく、フォワ
ード方式、リンギング方式等の電源装置において同様に
適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のスイッチング電源装置によ
れば、二次側の出力電力と一次側の入力端子に基づいて
、安定した二次側出力定電圧が得られるよう、スイッチ
ングトランジスタにおけるパルスオン幅を制御すること
により、より安価な構成で、入力端子の急変に対しても
安定した出力電圧を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のスイッチング電源装置の構
成を説明するための回路図、第２図は本発明の他の実施
例を説明するための回路図、第３図は本発明に係わるパ
ルスオン幅制御部における一次側入力電圧とパルスオン
時間との関係を示す図、第４図および第５図はそれぞれ
従来のスイッチング電源装置の構成を説明するための回
路図である。 １１・・・整流器、１２・・・平滑コンデンサ、１３・
・・変圧トランス、１４・・・スイッチングトランジス
タ、１５・・・スナバ回路、１７・・・パルスオン幅制
御部。 出願人　　　　　株式会社　東芝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）変圧トランスと、この変圧トランスの一次側コイ
   ルへの電流供給をスイッチングするスイッチングトラン
   ジスタとを備えたスイッチング電源装置において、前記
   変圧トランスの一次側回路における入力電圧および二次
   側回路における出力電圧に基づいて、前記二次側回路に
   おいて安定して定電圧が得られるよう前記スイッチング
   トランジスタのパルスオン幅を制御するパルスオン幅制
   御手段とを具備したことを特徴とするスイッチング電源
   装置。