JPH031911B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスイツチングレギユレータと呼ばれる
電源装置に係り、変圧器の一次側に加わる電圧を
オン、オフして変圧器の二次側より複数の直流電
圧を取り出す回路の改良に関する。

スイツチングを利用した電源装置にはいくつも
の方式があるが、実用上利用価値のあるものを動
作原理によつて大別するとダイオードポンプ型、
チヨツパ型およびコンバータ型の３つに分けられ
る。

ここで、コンバータ型のスイツチング電源と
は、変圧器の一次側に加わる電圧をトランジスタ
などのスイツチング素子でオン、オフして、この
変圧器の二次側に目的とする電圧の電力を取り出
す方式のものを指し、スイツチング時間を適切に
調節すれば、得られる出力電圧を一定の値に保つ
たり、目的に応じて変化させることができるの
で、スイツチングレギユレータに限らず直流変圧
器としても利用することができる。

このコンバータ型スイツチングレギユレータの
一次側は種々の構成が採られるが、１個のスイツ
チング素子が変圧器の一次側をオン、オフするも
のの中、スイツチングのオン側とオフ側の何れを
出力制御に利用するかによつてリンギング型とフ
オワード型に分けられる。

第１図はスイツチングのオン側を出力制御に利
用するとともに、二つの出力を同時に取り出し得
るリンギング型のスイツチングレギユレータの構
成を示し、直流人力端子１，２間に、変圧器１０
の一次巻線１１とトランジスタT_r1とが直列に接
続され、このトランジスタT_r1のベース回路に
は、変圧器１０の三次巻線３１に誘起された電圧
に応じてトランジスタT_r1のオン期間を制御する
オン期間制御手段７が設けられ、さらに、変圧器
１０の二次巻線２１と直流出力端子３，４との間
には、二次巻線２１の誘起電圧を整流平滑するべ
くダイオードD₁、コンデンサC₂よりなる直流化
回路、および、この直流化回路の電圧を一定に制
御する電圧調整器８が設けられ、同様に、変圧器
１０の二次巻線２２と直流出力端子５，６との間
には、二次巻線２２の誘起電圧を整流平滑するべ
くダイオードD₂、コンデンサC₃よりなる直流化
回路、および、この直流化回路の電圧を一定に制
御する電圧調整器９が設けられている。

ここで、変圧器１０の一次巻線１１と二次巻線
２１，２２とは加極性で、一次巻線１１と三次巻
線３１とは減極性でそれぞれ巻装されている。

なお、直流入力端子１，２間に接続されたコン
デンサC₁は、前段に設けられる整流回路の直流
電圧を平滑するもの、また、直流入力端子１とト
ランジスタT_r1のベースとの間に接続された抵抗
R₁は、トランジスタT_rlの初期動作電流を供給す
るためのものである。

上記構成になるスイツチングレギユレータは、
直流入力端子１，２間に加えられる入力電圧V_IN
の変動、直流出力端子３，４間に接続される負荷
の電流変動、および、直流出力端子５，６間に接
続される負荷の電流変動に対して、変圧器１０の
三次巻線３１の誘起電圧を基にオン期間制御手段
７がトランジスタT_r1のベース電流の適切に制御
して変圧器１０の二次巻線２１，２２の誘起電圧
を略一定に制御する一方、これらの二次巻線回路
に設けられた電圧調整器８および９によつてそれ
ぞれ直流出力端子３，４間の電圧V_OUT1および直
流出力端子５，６間の電圧V_OUT2を一定に制御し
ている。

ところで、第１図に示したスイツチングレギユ
レータは変圧器１０によつて一次側、二次側を分
離してアイソレーシヨンが容易であるという特徴
を有するものであるがこの構成では出力回路のそ
れぞれに電圧調整器を設けなければならず、これ
がために装置全体が複雑化すると同時に高価にな
るという欠点があつた。

これを解消する一つの方法として例えば第２図
に示すものがある。すなわち、安定化された２つ
の出力を得る場合の一方の出力回路に設けられる
電圧調整器の代わりに電圧検出器８ａを設けると
ともに、発光素子７１および受光素子７２を有す
るホトカプラ７ａを設け、電圧検出器８ａによつ
て発光素子７１を発光させる一方、受光素子７２
によつて前述したオン期間制御手段７と同等の作
用を行わせている。これによつて、一次側、二次
側が直流的に切離された状態でフイードバツク制
御され、直流出力端子３，４間の電圧V_OUT1は一
定に保たれ、直流出力端子５，６間の電圧V_OUT2
は電圧調整器９によつて一定に制御される。

この第２図に示したスイツチングレギユレータ
は、電圧調整器が１個で済むものの、一次側、二
次側を分離するために、変圧器１０と発光ダイオ
ード７ａとが用いられており、部品点数を減らし
て装置の簡易化を図るという点では不十分であつ
た。

なお、変圧器の二つの二次巻線にそれぞれ電圧
調整器を設けるのではなく、その一方にのみ電圧
調整器を設けて直流電圧を取り出すものが、例え
ば、実開昭第57−166216号公報に開示されてい
る。この装置は二つの二次巻線回路にそれぞれ直
流化回路を設け、さらに、これらの直流化回路の
一方の出力電圧を制御する電圧調整器を設けると
共に、この電圧調整器が、一方の直流化回路の出
力と他方の直流化回路の出力との加算出力をフイ
ードバツク信号として動作するようになつてい
る。この装置は加算直流出力の他に、各直流化回
路からも直流電圧を取り出すことが可能であるか
もしれないが、入力電圧または負荷変動に対して
安定化されているものは加算直流出力のみで、他
は安定化されていない。とすれば、この装置もま
た、安定化直流出力数に等しい数の電圧調整器を
必要とすることになり、複数の安定化直流出力を
得ようとすれば、やはり構成の複数化を免れない
ものであつた。

この発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、一次側、二次側を分離する変圧器の二次巻線
回路に設けられる少ない電圧調整器でそれ以上の
の安定化された直流電圧を取り出し得る簡易構成
の電源装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の電源装置
は、複数の二次巻線、および、これら二次巻線の
うち１個に密結合された三次巻線を有する変圧器
と、直流電圧をオン、オフして前訳変圧器の一次
巻線に加えるトランジスタと、このトランジスタ
のベースおよび前記三次巻線の間に設けられ、前
記三次巻線の誘起電圧に応じて前記トランジスタ
のオン期間を制御することによつて前記三次巻線
の誘起電圧を一定化するオン期間制御手段と、前
記各二次巻線の誘起電圧をそれぞれ整流平滑する
直流化回路と、前記三次巻線とは疎結合状態の二
次巻線回路の直流電圧を一定に制御する電圧調整
器とを具備し、前記電圧調整器の一方の出力端と
前記三次巻線に密結合された二次巻線回路の一方
の直流出力端とを接続し、この電圧調整器の他方
の出力端およびこの二次巻線回路の他方の直流出
力端間より直流電圧を取り出すように構成してい
る。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例に
ついて説明する。

第３図は本発明に係る電源装置の構成を部分的
にブロツクで示した回路図で、第１図と同一の符
号を付したものはそれぞれ同一の要素を示し、第
１図の変圧器１０の代わりに、二次巻線２１と三
次巻線とが密結合されてなる変圧器１０ａを用い
た点、および、第１図中の電圧調整器８を除去す
るとともに、ダイオードD₁およびコンデンサC₂
でなる直流化回路の負側端子を、電圧調整器を有
する直流化回路の正側端子５に接続した点が異つ
ている。

ここで、変圧器１０ａは第４図に示すように、
Ｅ字形のけい素鋼板およびＩ字形のけい素鋼板を
積層してなる三脚鉄心を用い、一次巻線１１は中
央脚の略全長に亘つて巻装され、二次巻線２１，
２２は一次巻線より見てその軸方向に離間する位
置で、この一次巻線１１上に巻装され、さらに、
三次巻線３１は二次巻線２１上に巻装されてい
る。しかして、二次巻線２１と三次巻線３１とは
互いに密結合され、二次巻線２２と三次巻線３１
とは粗結合状態にある。

上記の如く構成された電源装置の作用を以下に
説明する。

先ず、直流入力端子１，２間に整流電圧が加え
られると、この電圧がコンデンサC₁によつて平
滑され、一次巻線１１とトランジスタT_r1の直列
回路に印加されるとともに、抵抗R₁を介してト
ランジスタT_r1のベースに初期動作電流が供給さ
れる。よつて、トランジスタT_r1がオンされ、一
次巻線電流の増大に伴つて二次巻線２１，２２、
三次巻線３１に電圧が誘起される。ここでオン期
間制御手段７は三次巻線電圧が一定値に到達した
時点で、トランジスタT_r1のベース回路を短絡状
態にしてこのトランジスタT_r1をオフせしめる。

しかして、トランジスタT_r1のオフによつて二
次巻線２１，２２および三次巻線３１に、前述し
た電圧と反対極制に電圧が誘起され、この中、二
次巻線２１の誘起電圧はダイオードD₁およびコ
ンデンサC₂よりなる直流化回路によつて平滑さ
れて直流出力端子３，５間に直流電圧を出力し、
二次巻線２２の誘起電圧はダイオードD₂および
コンデンサC₃よりなる直流化回路によつて平滑
された後、電圧調整器９を介して直流出力端子
５，６間に安定化された直流電圧を出力する。一
方、三次巻線３１の誘起電圧は、オン期間制御手
段７により、後述するように、トランジスタT_r1
のオン期間を制御する直流電圧に変換される。

ここで、二次巻線２１と三次巻線３１とが密結
合されているため、たとえば、二次巻線２１の負
荷の変動により電流が変動して電圧が変動しよう
とするとその変動分が三次巻線３１にフイードバ
ツクされ、これによつてトランジスタT_r1のオン
期間が変えられる。つまり、直流出力端子３に接
続された負荷が変動して二次巻線２１の電流が増
大し電流が減少したとすると、これと密結合な三
次巻線３１の誘起電圧が減少し、オン期間制御手
段７はこの電圧減少分に見合う時間だけトランジ
スタT_r1のオン期間を長くする。したがつて、二
次巻線２１の出力電圧が増大し、直流出力端子
３，５間の電圧は一定に抑えられる。仮に、三次
巻線３１と二次巻線２１とが疎結合されている
と、三次巻線３１の誘起電圧が二次巻線２１の出
力電圧に精度よく追従し得ず、上記一定化制御は
期待できない。

かくして、直流電圧端子５，６間からレベルの
低い定電圧V_OUT1が得られ、直流出力端子３，６
間からレベルの高い定電圧V_OUT2が得られる。

次に、第５図は本発明に係る電源装置のオン期
間制御手段７の詳細な構成の一例を示す回路図で
ある。ここで、三次巻線３１の一端ａは直列に接
続されたコンデンサC₄および抵抗R₂を介してト
ランジスタT_r1のベースに、三次巻線３１の他端
ｂはトランジスタT_r1のエミツタにそれぞれ接続
されている。

また、トランジスタT_r1のベース・エミツタ間
に、ダイオードオD₃と、ダイオードD₄、ツエナ
ーダイオードZD、抵抗R₃および抵抗R₄の直列回
路とが接続される一方、三次巻線３１の端子ａ，
ｂ間にはダイオードD₅およびコンデンサC₅の直
列回路が接続され、このダイオードD₅およびコ
ンデンサC₅の相互接合点が、前記抵抗R₃および
抵抗R₄の相互接合点に接続されている。

さらに、直列接続されたツエナーダイオード
ZDおよび抵抗R₃の両端にトランジスタT_r2が接
続され、このトランジスタT_r2のベースがこのツ
エナーダイオードZDおよび抵抗R₃の相互接合点
に接続されている。

このように構成されたオン期間制御手段の作用
を以下に説明する。

先ず、前述した初期動作電流供給用の抵抗R₁
を介してトランジスタT_r1のベースに電流が供給
され、このトランジスタT_r1がオンすると、三次
巻線３１の端子ｂより見て、他の端子ａに正の電
圧が発生し、この電圧が電流制限用の抵抗R₂お
よび直流阻止用のコンデンサC₄を介してトラン
ジスタT_r1のベースに印加される。したがつて、
トランジスタT_r1は一層オン制御され、これによ
つて三次巻線３１の端子ａの電圧が上昇する。つ
いで、トランジスタT_r1のベース電圧が抵抗R₃を
介してコンデンサC₅のマイナス端に接続された
ツエナーダイオードZDをオンさせる電圧まで上
昇すると、ツエナーダイオードZDがオンし、こ
のツエナーダイオードZDに直列接続された抵抗
R₃に電圧が発生し、トランジスタT_r2がベース電
流が供給される。しかして、トランジスタT_r1の
ベースに流れていた電流がダイオードD₄および
トランジスタT_r2を介してコンデンサC₅に流れ込
み、この結果、トランジスタT_r1はオフになる。

次に、トランジスタT_r1のオフによつて三次巻
線３１に前述したと逆向きの電圧、すなわち、端
子ａより見て端子ｂに正の電圧が発生し、コンデ
ンサC₅は図示した極性に充電される。三次巻線
３１の蓄積エネルギーが前記コンデンサC₅に充
電される等によつて、この巻線３１の端子ａ，ｂ
によるトランジスタT_r1の正バイアスがなくなる
と、前記抵抗R₁を介してベース電流を供給され、
このトランジスタT_r1が再度オンする。

このことから明らかなように、第３図に示した
直流入力端子１，２間の電圧が増大した場合、三
次巻線３１の誘起電圧も上昇してトランジスタ
T_r1のオン期間が短縮され直流出力端子３，５間
の電圧上昇が抑えられる。また、直流出力端子
３，６間に接続される負荷の電流が増大したよう
な場合には、上述した如く、三次巻線３１の誘起
電圧は低くなり、トランジスタT_r1のオン期間が
長くなり、これによつて直流出力端子３，６間の
電圧降下が抑えられる。このように入力電圧の変
動および負荷変動のいずれに対しても、電圧の安
定化が図られる。

なお、上記実施例では、電圧の異なる２つの直
流出力を得るスイツチングレギユレータについて
説明したが、３個以上の二次巻線を有する、いわ
ゆる、多出力型のものにも、これを適用すること
ができる。

また、上記実施例におけるオン期間制御手段に
あつては、ツエナーダイオードZDと直列に固定
抵抗抵抗R₃，R₄を接続したが、これらの抵抗に
代えて可変抵抗を用いるならば、単に定電圧装置
に限定することなく直流変圧器とすることができ
る。

以上の説明によつて明らかな如く、本発明の電
源装置は、三次巻線に密結合した二次巻線には電
圧調整器を設けず、疎結合した二次巻線に電圧調
整器を設け、これら各二次巻線の和の電圧も出力
として取り出すようにしたので、電圧調整器を介
在させない側の二次巻線出力は、 (イ) 入力電圧変動に対しては三次巻線の誘起電圧
に対するオン期間制御手段の作用による三次巻
線電圧一定化のために一定化され、 (ロ) 二次巻線の負荷変動に対しては、密結合のた
めに二次巻線の電圧変動が三次巻線に帰還さ
れ、(イ)と同様に一定化される。

なお、本願発明のオン期間制御手段は、トラン
ジスタのベース制御信号、すなわち、小信号を取
扱うのみであるから、小形、安価のもので済むも
のである。

この結果、本願発明は少ない電圧調整器でそれ
以上の安定化出力を取り出すことができ、さら
に、構成が簡易化されると共に、装置の小形化お
よび底廉化を実現できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の電源装置の構成
を、部分的にブロツクで示した回路図、第３図は
本発明に係る電源装置の一実施例の構成を部分的
にブロツクで示した回路図、第４図は同実施例の
主要な要素の構成を示す断面図、第５図は同実施
例の主要な要素の詳細な構成を示す回路図であ
る。 T_r1，T_r2……トランジスタ、C₁〜C₅……コン
デンサ、R₁〜R₄……抵抗、ZD……ツエナーダイ
オード、１，２……直流入力端子、３〜６……直
流出力端子、７……オン期間制御手段、７ａ……
ホトカプラ、８，９……電圧調整器、８ａ……電
圧検出器、１０，１０ａ……変圧器、１１……一
次巻線、２１，２２……二次巻線、３１……三次
巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の二次巻線、および、これら二次巻線の
   うちの１個に密結合された三次巻線を有する変圧
   器と、 直流電圧をオン、オフして前記変圧器の一次巻
   線に加えるトランジスタと、 このトランジスタのベースおよび前記三次巻線
   の間に設けられ、前記三次巻線の誘起電圧に応じ
   て前記トランジスタのオン期間を制御することに
   よつて前記三次巻線の誘起電圧を一定化するオン
   期間制御手段と、 前記各二次巻線の誘起電圧をそれぞれ整流平滑
   する直流化回路と、 前記三次巻線とは疎結合状態の二次巻線回路の
   直流電圧を一定に制御する電圧調整器と、 を具備し、前記電圧調整器の一方の出力端と前記
   三次巻線に密結合された二次巻線回路の一方の直
   流出力端とを接続し、この電圧調整器の他方の出
   力端およびこの二次巻線回路の他方の直流出力端
   間より直流電圧を取り出すことを特徴とする電源
   装置。 ２ 前記変圧器は、三脚鉄心の中央脚の全長に亘
   つて一次巻線を巻装し、この一次巻線上に複数の
   二次巻線を軸方向に離隔して巻装し、且つ、三次
   巻線を何れか１個の前記二次巻線上に巻装したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電源
   装置。