JPH03150067A - フライバツク式スイツチングレギユレータ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多出力形のフライバック式スイッチングレギュ
レータに関し、特に広い入力電源電圧範囲で動作させた
場合の出力電圧変動の補正方法に関する。

〔従来の技術〕

フライバック式スイッチングレギュレータは入力電源電
圧に対し、制御範囲が広くとれること、多出力形として
も各出力が入力電源電圧変化に対し安定であることが特
徴である。そのため、あらゆる産業界で広く用いられて
いる電源である。

ここで、第３図、第４図を用いて多出力形のフライバッ
ク式スイッチングレギュレータの動作を説明する。第３
図は回路の概略を示す図、第４＠は動作を説明するため
の波形を示す図である。

第３図において、１は電源（Ｖ　Ｉ　）、２は制御回路
、３はスイッチング素子でここではトランジスタとしで
ある、４はトランス、５と８はダイオード、６と９はコ
ンデンサ、７と１０は負荷抵抗である。

フライバック式スイッチングレギュレータは、スイッチ
ングトランジスタがＯＮＬ、たときに蓄えたエネルギー
をＯＦＦ時に放出するもので、その入出力関係式はよく
知られているように。

Ｎデ　　　１−ｏｔｉ で示される。ここでｖｏは出力電圧＋　Ｖｌは入力電源
電圧、Ｎｓは２次巻数、ＮＰは１次巻数、Ｔ、ｏｎはＯ
Ｎ時間−ＴａｘｉはＯＦＦ時間である。第４図に動作波
形を示すが、Ｔｏｎの間に１次電流ＩＰにより、トラン
スにエネルギーが蓄積されＴａｒｔの間に２次側へＩｓ
の電流を放出するものである。そのときの２次電圧がＶ
　ｗ　ｓ　ｘで斜線部が整流さ九出力される。

ここで■式のＴｏｎ／Ｔｏ口の値について考えてみる。

制御方法は周波数を一定としたパルス幅制御とする。制
御方法は周波数制御でも関係式は変らないのでかまわな
い、ここでは、よく知られたパルス幅制御としたもので
ある。今、周波数を２０ＫＨｚ（周期Ｔ＝５０ｐｓ）と
し、ｒｏｍを２５μｓとすると、 となる。次に入力電源電圧が変化して、Ｔｅａが半分の
１２．５μＳになったとすると。

となる。■式を見ると分るとおり−Ｔｏｎ／　Ｔａｌｔ
が１／３になったということはｖｒが３倍になったこと
を意味する。しかし、このときＴ。ｎ時間は１／２にし
かなっていない、すなわち、入力電源電圧Ｖｔが大きく
変ってもＴｏｎの制御幅は小さくて済む、したがって広
入力電源電圧範囲の動作をさせるのに向いている方式と
言える。

これに対し、フォワード式スイッチングレギュレータの
入出力関係式は、 で示される。衆知のことであるので詳して説明は省略す
るが、パルス幅制御の場合、周期Ｔが一定であるからｖ
Ｘの変化に対しＴＯｆｉが直線的に変化するので広入力
電源電圧範囲の動作には向いていない。

次に、フライバック式スイッチングレギュレータの出力
巻線を増やした場合について考える。出力２次巻線を増
やした場合について考える。出カー２次巻線をＮｓｘ、
　Ｎｓ２ｖ　・−，Ｎｓｎとすると、ツレぞれ、 が成り立つ、したがって、どれか一つの出力電圧を帰還
して制御を行えば、入力電源電圧ｖＩの変化に対して、
　Ｔｏ−／　Ｔａｘｓが制御され、Ｖｏｔ。

Ｖ　ｏ　＠　ｔ・−・Ｖ　ｏ　ｎは一定に制御される。

以上のように、フライバック式スイッチングレギュレー
タは、制御幅を広くとることができ、かつ、多出力形と
しても各出力電圧が安定しているという特徴をもつもの
である。そのため、近年。

商品の国際化によるＡＣ８５Ｖ−ＡＣ２６４Ｖ１７）範
囲で動作するフリー電源、あるいは工業計器においては
計装用ＤＣ２４Ｖ電源と商用ＡＣ１００Ｖ電源の区別な
く使用できる電源等に実用化されている。

しかし、以上の説明は、それぞれの電子部品が利息的な
ものであるという前提のもとに成り立っているものであ
る。実際に、入力電源電圧を３倍〜６倍変化させたとき
、出力電圧が５％〜１０％程度変化するのが現実である
。しかし、５〜１０％程度の変化であれば内部回路で吸
収できるので。

内部回路で吸収できるので、フリー電源という大きな特
徴のため認容しているのである。そこで次に、現実に存
在する電子部品を用いて多出力形のフライバック式スイ
ッチングレギュレータを製作した場合の出力電圧の変動
について考察する。

構成部品としては必要最小限のトランス、スイッチング
トランジスタ、整流用ダイオード、平滑用コンデンサに
ついて考える。そして、その中でも特にトランスの２次
巻線の直流抵抗、整流ダイオードの順方向電圧降下につ
いて考える。トランスの１次巻線およびスイッチングト
ランジスタは複数の出力に対し、共通の部品であるため
、除外する。また。平滑用コンデンサは、出力回路に並
列に入るもので、特に出力電圧変動に関係しないので除
外する。

整流ダイオードの特性は、しきい電圧ＶＦと動作抵抗ｒ
４とし、トランスの２次巻線の直流抵抗をｒｏとする。

このダイオードとトランスに２次電流■３が流れたとき
の電圧損失を特徴とする特許Ｖｓ、＝Ｖｐ＋　（ｒａ＋
ｒｏ）ＸＩｓ　　　　　　＝−■となる。そして、まず
説明のため、ここでは、制　御回路に入力する帰還電圧
は入力電源電圧とし、入力電源電圧の変化に対し制御動
作するものとする。第３図において、ダイオード５，８
は同種のものＮ　ｓ　ｘ　＝＝　Ｎ　ｓ　ｚとし−Ｖ　
ｏ　ｔの負荷を小、Ｖ　ｏ　ｚの負荷を大とすると、Ｉ
　ｓｘ＞　Ｉ　ｓｘとなるから電圧損失ＶＬＩ、　ＶＬ
ｘは。

ＶＬ１＝ＶＦ＋　　（ｒ４＋　ｒｏ）　　Ｘ　　Ｉｓｚ
　　　　　　　　−■Ｖ＋、ｚ＝Ｖｒ＋　（ｒ−＋ｒｏ
）ＸＩｓｚ　　　　＝−〇となり、Ｖｔ、ｉ＞Ｖｔ、ｚ
が成り立つ。

第２図において、Ｖ　Ｓ　１　、　Ｖ　ｓ　ｚは整流後
の波形を示したものであるが、斜線部がＶＬによる電圧
損失を示したものである。なお、このＶ　＄１　＃　Ｖ
　ｓ　ｚは現実には、コンデンサがあるため観測できな
い。

しかし、説明のために、あえて記入したものである。第
２図（ａ）は電源電圧は低いときの各部波形を示したも
のであるｓ　Ｖｉｚ、　Ｖｓｚをコンデンサで平滑する
と出力Ｖｏｔｅ　Ｖａｎになるが、ＶａｚはＶｔ、ｘＳ
ＶＬｘより大きいため、Ｖ　ｏ　ｘより小さな値となる
。

次に第２図（ｂ）は電源電圧を高くしたときの波形であ
る。このときｒｏ口が大きくなるため、放電時間が長く
なりＩｓｉ、　Ｉｓｚは小さくなる。すると、■式に従
ってＶ　Ｌｔ　、　Ｖ　ｔ、ｚも小さくなりＶ　ｓ　ｉ
　ｇＶ　ｓ　ｚは大きくなる。よってＶ　ＯＸ　、　Ｖ
　ｏ　ｚも大きくなる。つまり、電源電圧が高くなると
２次電流１ｓｘｔＩｓｚが小さくなるため、トランスの
巻線や整流ダイオードによる電圧損失が小さくなるため
、出力電圧Ｖ　ｏ　ｘ　、　Ｖ　ｏ　ｚが大きくなるの
である。

次にＶａ１．　Ｖａｔの変化の度合を調べる。λ次電流
１ｓｘｅ　Ｉｓｚは相似形であるが、出力２の方が負荷
が重いためＩｉｚの方が大きい、従って電源電圧が変化
したときの２次電流Ｉｓｚの変化も大きく、電圧損失Ｖ
Ｌ２の変化の絶対値も大きいため、結局出力電圧Ｖ　ｏ
　ｘ、の変化も大きい。

次に第３図のようにＶ　ｏ　ｘを帰還して制御した場合
を考える。電源電圧が大きくなった場合、前述のｖＬｌ
の変化も一緒に制御されＶｏｔは一定に保たれる。しか
し、ＶｏｗはＶｔ、ｚの変化がＶ　ｏ　ｘより大きいた
め、その変化の度合の差だけ大きくなる。逆に、Ｖｏｚ
を帰還して制御した場合には、電源電圧が高くなると、
Ｖｏｚは一定に制御されるがＶ　ｏ　１は小さくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、従来の多出力形フライバック式スイッチ
ングレギュレータは、各出力の巻線抵抗やダイオードに
よる電圧損失ＶＬに対して十分な配慮がされていないの
で、電源電圧が変化したときの２次電流の変化により出
力電圧ｖ０が変動していた。そのため、これらの出力を
受けて動作する内部回路側では、電圧が変化してもよい
ように。

余裕をもった回路構成にする。別にレギュレータを設け
て安定化するなどして対拠していた。

本発明の目的は、多出力形フライバック式スイッチング
レギュレータの動作を理想に近づけ、電源電圧が変化し
ても出力電圧が変動しないようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明においては、整流回路
に小抵抗を挿入することにより、各出力の出力電圧Ｖｏ
に対する電圧損失ｖＬの割合を等しくし、電源電圧が変
化し２次電流が変化しても。

各出力で電圧損失ＶＬが同じ割合で変化するようにした
ものである。

（作用〕 本発明の原理を第３図を用いて説明する。出力電圧Ｖ　
ｏ　１．　Ｖ　ｏ　ｚに対する電圧損失ＶＬＩ、　Ｖｔ
、ｚに着目する。第１の出力について、■式よりＶｏｒ
　　Ｖｏｘ 第２の出力について Ｖａｎ　　　Ｖａｎ また、ここでは説明のため、Ｖａｌ”　Ｖｏｚ＝　５　
Ｖ　。

ＶＦ、ｒａ、ｒｅはそれぞれ等しく、Ｖｐ＝　０　、　
フ　Ｖ　。

ｒａ＋ｒｏ＝１０とする。そして、負荷の違いによりＩ
ｓｘ＝０．ＬＡ、Ｉｓｚ＝ＩＡとする。すると■式［相
］式は、 Ｖｏｉ　　５ となる。

次に電源電圧が変化して、Ｉｓｚ＝０．０５Ａ。

Ｉ　ｓｚ＝　０　、５　Ａ　になったとすると、ｖ０１
５ Ｖｏｉ　　５ となる。

ここで、入力電源電圧に対して制御されているとすると
、入力電源電圧の変化によりＶ　Ｌ　ｌ　、　Ｖ　Ｌ、
２共に小さくなり、 Ｖｅｘ　＝Ｖｏｔ＋（０，１ロー０．１５）ＶＯＩ：５
．０５ＶＶａｚ　＝Ｖｏｚ＋（０，３４０，２４）Ｖｏ
ｚ＝５．５Ｖとなる。次にＶＯＲを帰還して制御した場
合、５．０５Ｖを５．Ｏｖにする（１％小さくする）よ
うに働く、すると、帰還後の出力Ｖａｌ　ｔ　Ｖｏｘは
、ＶＯＩ　＝Ｖｏｔ＋（０，１６０，０１０，１５）Ｖ
Ｏ１＝５．ＯＶＶｏｊ　＝Ｖｏｚ＋（０，３４０，０１
０，２４）Ｖｏｚ＝５．４５Ｖとなり、ＶＯＩは５ｖに
保たれるが、ＶａｔはＶｏｉ　　Ｖｏｗ かる。

以上のことから、入力電源電圧が変化して、２値を等し
くしておけば、Ｖ　ｏ　１．　Ｖ　ｏ　Ｚ共に変化しな
いことがわかる。本発明の要点は、以上のことにを等し
くしたところにある。この小抵抗を挿入すとなる。

ｏ１ＶＯＩ ０．３４になるようにｒｓを選ぶ、この抵抗ｒ８が本発
明に係る抵抗である。すると、 −．ｒｓ＝９ となる。次に、入力電源電圧が変化し、■８！＝０．０
５Ａ、Ｉｓｚ＝０．５Ａになったとすると、ｅｘ　　５ がってこの場合、どちらの出力を帰還して制御しても、
Ｏ−３４−０，２４＝０．１　＋つまり１０％の補正が
効くため。

ＶＯＩ　：ＶＯ１＋（０，３４−０，１−０，２４）Ｘ
Ｖｏｔ＝５．ＯＶＶｏｊ　＝Ｖｏｚ＋（８，３４０，１
−０，２４）ＸＶｏｚ＝５．ＯＶとなり、出力は変化し
ない。

出力について等しくすることにより入力電源電圧変化に
よる出力電圧変動を補正することができ、本発明の目的
を達成する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図の記号は、第３図と同じように取っであるので同一部
分は省略する。異なるのは本発明に係る抵抗１１が挿入
されているだけである。

本実施例では、負荷の軽い出力１の整流回路にしている
ものである。このときＲｓの値は。

■ が成り立つように選んである。ここでＶＦＩ、　Ｖｐｚ
は整流ダイオードのしきい電圧、ｒ−ｔ、　ｒｏｍは整
流ダイオードの動作抵抗＋　ｒｏｌ、　ｒｏｍは巻線の
抵抗を示し、添字１，２の出力１、出力２を示す。

本発明の目的を達成している。動作は今までの説明と全
く同じなので省略する。

なお、本実施例では、２出力の動作例を示したを各出力
間で等しくするように小抵抗Ｒｓを追加挿入すれば、本
発明の目的は達成される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多出力形のフライバック式スイッチン
グレギュレータの動作を理想に近づけることができ、電
源電圧が３倍〜６倍変化しても動作可能ないわゆるフリ
ー電源において、従来５〜１０％の出力電圧変動があっ
たものを補正して。

変動をなくすことができる。

したがって本発明により、従来この電源回路により電源
の供給を受は動作する内部回路側で電圧変動を許容する
余裕ある回路構成としたり、別途レギュレータを設けて
安定化するなどして、電圧変動を止むを得ないものとし
て認容してきたものが必要なくなり、全体の回路が簡単
になる。

また、電源回路としての特性が向上することも大きな効
果と言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は本発明の
動作を説明するための波形図、第３図は従来技術を示す
図、第４図は従来技術の動作を説明するための波形図で
ある。 １−・・電源、２・・・制御回路、３・−・トランジス
タ、４・・・トランス、５−ダイオード、ロー・コンデ
ンサ、フー・−負荷抵抗、８−ダイオード、９−・コン
デンサ、１０−・・負荷抵抗、１１−抵抗。 第　１　図 ｉＥＺ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、多出力形のフライバック式スイッチングレギュレー
   タにおいて、出力整流回路に直列に小抵抗を挿入するこ
   とにより、巻線の直流抵抗、整流ダイオードの動作抵抗
   および順方向電圧降下その他の抵抗分による電圧降下に
   よる出力電圧変化の影響度をそれぞれの出力回路で等し
   く補正し、入力電源電圧変化に起因する出力電圧の変動
   を補正することを特徴とするフライバック式スイッチン
   グレギュレータ。