JPH03277167A

JPH03277167A - 多出力スイツチング電源

Info

Publication number: JPH03277167A
Application number: JP2073370A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Sugai; 恵一菅井; Hisahiro Kamata; 久浩鎌田; Yoichi Otomi; 大冨　洋一
Original assignee: Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd; Tohoku Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd; Tohoku Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 1991-12-09
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JP2821462B2

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ＯＡ機器などに用いられる多出力電源に係り、
特に、その出力安定性の向上を図るに好適な多出力スイ
ッチング電源に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から多出力スイッチング電源においては、非制御出
力側の電圧を安定化させるためにシリーズドロッパー回
路やチョッパー回路などの個別の安定制御回路を用いて
いた。しかし、シリーズドロッパー回路では効率が悪く
、チョッパー回路では回路が複雑になり、小型化及び低
価格化を進める上で障害になっていた。

そこで、この不具合を解決するものとして、例えば、２
次巻線の巻き上げを行う第４図のような構成の多出力ス
イッチング電源がある。

第４図における多出力スイッチング電源は、ブリッジダ
イオード及び平滑コンデンサから成る１次側整流回路ｌ
の直流出力間には、変圧器２の１次巻線５とメインスイ
ッチとなるＮＰＮ型のトランジスタ３が直列に接続され
ている。トランジスタ３のベースには、メインスイッチ
制御回路４の出力が接続され、メインスイッチ制御回路
４の一端は１次側整流回路１の出力に接続され、他端は
後記する制御出力側に接続されている。

変圧器２は、１次巻線のほか、直列接続される第１．第
２の２つの２次巻線６，７を備え、２次巻線６は制御出
力側に電力を供給し、２次巻線７は非制御出力側に電力
を供給する。

２次巻線６の一端には、整流用のダイオード８のアノー
ドが接続され、そのカソードと２次巻線６の他端間にフ
ライホイール用のダイオード９が逆方向接続されている
。同様に、２次巻線７の一端には、整流用のダイオード
ｌＯのアノードが接続され、そのカソードと２次巻線６
の他端との間にフライホイール用のダイオード１１が逆
接続されている。

ダイオード８のカソードにはチョークコイル１２が接続
され、同様にダイオード１０のカソードにはチョークコ
イル１３が接続されている。チョークコイル１２の出力
端と２次巻線６の他端間には、平滑用のコンデンサ１４
が接続され、同様にコンデンサ１５がチョークコイル１
３の出力端と２次巻線６の他端間に接続されている。

コンデンサ１４と並列に出力電圧制御回路１６及び負荷
１７が接続され、出力電圧制御回路１６の出力電圧はメ
インスイッチ制御回路４に印加されている。一方、コン
デンサ１５には負荷１８が並列接続されている。更に、
変圧器２の１次巻線間には、リセット回路１９が接続さ
れている。

次に、第４図の構成の動作について説明する。

交流電源が供給されると、１次側整流回路１によって変
換された直流出力が、メインスイッチ制御回路４及び変
圧器２に印加され、メインスイッチ制御回路４が起動し
てトランジスタ３のベースに電流が流れる。これに伴っ
てトランジスタ３のコレクタ電流が流れ始め、変圧器２
の２次巻線６及び７に電圧が発生する。

整流出力は、チョークコイル及び平滑用コンデンサによ
る平滑回路によって平滑され、各負荷及び出力電圧制御
回路１６に供給される。このとき、チョークコイルの電
圧は、次式で表される。

ＶＬ＝ＶＳ−（ＶＯ＋ＶＦ）　　　−−−−（ｔ）ｖＬ
　＝ｖ３−（ｙ。’　＋ＶＦ　’　）・・・・（２）但し、ｖＬ　＝チョークコイル１２の電圧、Ｖ５　：２
次巻線６の出力電圧、 ■。二制御出力側の負荷端電圧、 ■Ｆ　：ダイオード８の順電圧、 ■３．　　：チョークコイル１３の電圧、Ｖｓ　　：２
次巻線７の出力電圧、Ｖｏ　　：非制御出力側の負荷端電圧、■、′　：ダイ
オード９の順電圧である。

さらに、２次側の電流ｉｚ　　（制御出力側）、１２′
　（非制御出力側）は、トランジスタ３のオン時間をｔ
ｏ、、とすると、 Δ１２　＝（Ｖ　Ｌ　／　Ｌ）・ｔ。。

＠ｖ　５−（ｖ。＋ＶＦ　）／ｌ、）・ｔ　、。

・（３） △ｓ　２　’　　＝（Ｖｔ、　’、　／　Ｌ’　）−ｔ
　、。＝４ｖ　５−　（Ｖ。’　＋ＶＦ　’　）　／Ｌ
’ｌ・ｔ。。

・・・　（４）但し、Ｌ：チョークコイル１２のインダクタンス、Ｌｏ
：チョークコイル１３のインダクタンスである。

このとき、ｉ２．ｉ、’　の最大値を１２ｐ、１２２　
とすると、チョークコイル１２．１３のエネルギーＰＬ
、ＰＬ’　は、ＰＬ＝（１／２）・Ｌ−ｉ２．”　　　　　・・・　（
５）ＰＬ“　＝（１／　２）・Ｌｏ　・１２ｐ’　２　
　・・・　（６）のようになる。

次に、トランジスタ３がオフになると、変圧器２の２次
側には１次側からの電力供給がなくなり、チョークコイ
ル１２．１３に逆起電力が発生する。

この時に流れる電流を１ｘ、ｉａ’　とすると、制御出
力側の通電経路は、チョークコイル１２→負荷１７→ダ
イオード９となる。また、非制御出力側の通電経路は、
チョークコイル１３→負荷１８→ダイオード１１になる
。この場合の各々の電流変化率Δｉ５．Δｉ、′は次の
ようになる。

Δｘｇ＝７（Ｖ。＋Ｖｐ’　）／Ｌ）・ｔ、ｔｆ・　（
７） Δｉｘ’＝（（Ｖ。’　＋ＶＦ　’　）　／Ｌ’）・ｔ
。、。

・　（８）通常、チョークコイルを流れる電流は、連続となるため
に次式が成立する。

Δ１２＝Δ１３＝Ｉｖｓ　−（ｖｏ　＋ＶＦ　）　／Ｌ）・ｔｏ、＝）
（■。＋ｖ、　）　／Ｌ）−ｔ、、ｔ・・（９） Δｉ、′　＝△ｉ３’＝）Ｖ。

（ｖｏ　’　　＋ＶＦ　’　　）／ＩＪ−ｔ、。

＝４（■。’　　＋Ｖ、□）／Ｌ’）・ｔ、、。

・　・　・　（１０）〔発明が解決しようとする課題〕しかし、第４図に示した従来技術にあっては、制御出力
側の負荷１７が小さくなった時、ＰＷＭ（パルス幅変調
）制御では、ｔ。。が短くなる。この時、第（５）式か
ら明らかなように、出力電圧制御回路１６には、非制御
出力側の情報が入力されていない。したがって、制御出
力側の負荷が小さく、非制御出力側の負荷が大きくなっ
た時には、非制御出力側の出力電圧が低下するという不
具合がある。

また、制御出力側の出力電流の変動により、２次巻線６
の電圧も変動し、これに伴って非制御出力側の２次巻線
７の電圧も変動する。

本発明の目的は、上記した従来技術の実情に鑑みてなさ
れたものであり、出力電圧の安定性の向上が図れるよう
にした多出力スイッチング電源を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、直流電源をスイ
ッチ回路を介して変圧器の１次巻線に印加し、その通電
のオン／オフに伴う誘起電圧を各々に負荷が接続される
と共に直列接続された第１゜第２の２つの２次巻線に生
じさせ、該第１の２次巻線に生じた電圧を前記スイッチ
回路の制御に用いる多出力スイッチング電源において、
前記各２次巻線の整流出力を平滑するためのチョークコ
イルをグランドラインに挿入する構成にしている。

前記第１．第２の２次巻線の出力電圧比が大きい場合は
、第２の２次巻線の出力電圧変動を小さくするために、
前記チョークコイルは、中間端子を有し、この端子と前
記第１の２次巻線側のフライホイールダイオードを接続
し、前記チョークコイルの一端と前記第２の２次巻線側
のフライホイールダイオードを接続する構成とするのが
望ましい。

〔作用〕

上記した手段によれば、グランド側に挿入されたチョー
クコイルは、第１．第２の２次巻線の両方に出力電流を
流すように作用し、第１の２次巻線の負荷が小さく、第
２の２次巻線の負荷が大きい場合でも、スイッチオン時
間（ｔ。。）を必要以上に短くすることはない。したが
って、電圧の安定性を向上させることが可能になる。

また、チョークコイルにタップ（中間端子）を設けるこ
とにより、第１．第２の２次巻線の両方に出力電流を流
す系と、第２の２次巻線にのみ出力電流を流す系とを構
成でき、第１．第２の２次巻線の出力電圧比が大きい場
合でも、第２の２次巻線の出力電圧の変動を小さくする
ことが可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明による多出力スイッチング電源の第１実
施例を示す回路図である。なお、以下の実施例において
は、第４図に示したと同一であるものには同一引用数字
を用いたので、以下においては重複する説明を省略する
。

本実施例は、第４図におけるチョークコイル１２及び１
３の２つを除去して各々直通にし、ダイオード９．１１
のアノード側と負荷側のグランドとの間にチョークコイ
ル２０を接続する構成にしたところに特徴がある。

このような構成により、トランジスタ３がオンの場合に
は、２次巻線６，７に電圧が誘起され、制御出力側では
ダイオード８→負荷１７→チヨークコイル２０の経路で
電流が流れる。ついで、トランジスタ３がオフになると
、チョークコイル２０→ダイオード９→負荷１７の経路
で制御出力側に電流が流れる。

一方、非制御出力側では、トランジスタ３がオンのとき
には、ダイオード８→ダイオードｌＯ→負荷１８→チヨ
ークコイル２０の経路で電流が流れ、トランジスタ３の
オフではチョークコイル２０→ダイオード１１→負荷１
８の経路で流れる。

以上のように、ダイオード８とチョークコイル２０には
、制御出力側と非制御出力側の各々の出力電流が流れる
。この動作により、制御出力側の負荷１７が小さくなっ
たときに、以下の２つの状態が生じる。

■　通常、ｌ系統に１つのチョークコイルが必要である
のに対し、２系統で１つのチョークコイルで済ますこと
が可能になる。すなわち、グランド側にチョークコイル
２０を挿入することにより、制御出力側と非制御出力側
の両方に電流が流れる。

この結果、制御出力側の負荷１７が小さく、非制御出力
側の負荷１８が大きい場合でも、ｔ。。が必要以上に短
くなることはない。これは、ｔ、、、期間中、チョーク
コイル２０に蓄えられるエネルギーが、制御出力側と非
制御出力側の両方の出力電流によって決まることに起因
する。

チョークコイル２０に蓄えられるエネルギーをＰＬ”と
すると、第（５）式から次式が導かれる。

但し、Ｌ”はチョークコイル２０のインダクタンスであ
る。

Ｐｔ、”＝（１／　２）・Ｌ”　　（１、ｐ＋　１　ｚ
ｐ）　２・・　　（ｌ　ｌ）チョークコイル２０からは、ダイオード１１を介して非
制御出力側にも電流が流れるため、ダイオード９を通し
て流れる電流が減少し、制御出力側の出力電圧が低下す
る。この動作に応じて、出力電圧制御回路１６はｔ。７
を拡大するように動作する。このため、制御出力側で負
荷１７が小さくなった場合でも、非制御出力側の出力電
圧の変動は少なくなる。

なお、第（５）式及び第（６）式において、Ｐ、＞Ｐ、
’　のとき、第４図で用いたチョークコイル１２の仕様
のものを、そのまま第１１１ｉＵのチョークコイル２０
に置き換えて用いることが可能である。このようにすれ
ば、ローコスト化及び回路の簡略化が可能になる。

■　非制御出力側の２次巻線の基準は、制御出力側の整
流出力電圧にとっているため、はぼ定電圧を常に保持し
ており、変圧器２の巻線を巻き上げた場合よりも電圧の
安定度が向上する。

以上により、電圧変動の少ない安定した出力電圧を得る
ことができる。本発明者らは、第り図の構成にあって、
制御出力側の出力電圧を＋２４Ｖとし、非制御出力側の
出力電圧を＋３０Ｖにして実施しただところ、非制御側
が±ｌＯ％以下の電圧変動に抑えられることが確かめら
れた。

第２図は本発明の第２の実施例を示す回路図である。

本実施例は、前記実施例が非制御出力側の平滑用コンデ
ンサを負荷１８に並列接続していたのに対し、ダイオー
ド１０のカソードとダイオード８のカソードとの間に平
滑用のコンデンサ２１を接続した構成にしたところに特
徴がある。

このような構成により、コンデンサ２１の耐電圧（ｖｏ
　−ｖｏ　’　）を低くすることができ、耐電圧の小さ
い規格のものを用いることかでき、コストダウンを図る
ことができる。この場合、コンデンサ２１に蓄えられる
エネルギーは、次式で表される。

Ｅ＝（１／２）−ＣＶ２　−−−（１２）また、第（１
２）式において、■を（Ｖ。

■。）／Ｖ０　とし、（ＶＯ’　　Ｖ。）／Ｖ。を１　
／　ｎとすると、次式で表される。

Ｅ＝　（１／２）　　・ＣＪ（１／ｎ）Ｖ）　２＝　（
１／２）ｌ／ｎす・Ｃ・■２・・・　（１３）第（１３）式から明らかなように、耐電圧を小さくでき
るのみでなく、容量も１／ｎ２の大きさにでき、ローコ
スト化が可能になる。

第３図は本発明の第３の実施例を示す回路図である。

本実施例は、第１図の回路を基本とし、そのチヨークコ
イル２０に代えてタップ付きのチョークコイル２２を用
い、このタップにダイオード９のアノードを接続する構
成にしたところに特徴がある。チョークコイル２２にタ
ップを設けると、制御出力側と非制御出力側の各々に出
力電流を流す部分と、非制御出力側にのみ出力電流を流
す部分とを形成する。

このような構成により、制御出力側の出力電圧と非制御
出力側の出力電圧との比が大きい場合に利点が出る。

前記した第１図の構成では、トランジスタ３がオフにな
ると、チョークコイル２２の端子電圧は、オンの場合と
異なって極性が反転してＶｏとなる。

この状態ではチョークコイル２２より非制御出力側へ電
流が流れる時間が極端に短くなる。

そこで、本実施例では、タップを設けてチョークコイル
を分割し、非制御出力側の端子電圧を上げている。制御
出力側と非制御出力側の両方の出力電流が流れる部分は
、第１の実施例と同一の効果が得られる。

一方、非制御出力側の出力電流だけを流す部分では、ト
ランジスタ３のオフ時の非制御出力側のチョークコイル
の端子電圧を大きくし、非制御出力側へも電流を流す作
用がある。

したがって、制御出力側と非制御出力側の出力電圧の比
が大きい場合でも、その比に応じて巻線を分割したチョ
ークコイル２２を用いることにより、非制御出力側の出
力電圧の変動を小さくすることができる。

なお、上記実施例では、１つのトランジスタによるメイ
ンスイッチの例を示したが、ハーフブリッジ回路、プッ
シュプル回路などに対しても同様に本発明を適用するこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明は上記の通り構成されているので、次に記載する
効果を奏する。

請求項１の多出力スイッチング電源においては、直流電
源をスイッチ回路を介して変圧器の１次巻線に印加し、
その通電のオン／オフに伴う誘起電圧を、各々に負荷が
接続されると共に直列接続された第１．第２の２つの２
次巻線に生じさせ、該第１の２次巻線に生じた電圧を前
記スイッチ回路の制御に用いる多出力スイッチング電源
において、前記各２次巻線の整流出力を平滑するための
チョークコイルをグランドラインに挿入する構成にした
ので、非制御出力側の出力電圧の安定性の向上が可能に
なる。また、装置の簡略化及び小型化を図ることも可能
になる。

請求項２の多出力スイッチング電源においては、チョー
クコイルは、中間端子を有し、この端子と第１の２次巻
線側のフライホイールダイオードを接続し、前記チョー
クコイルの一端と前記第２の２次巻線側のフライホイー
ルダイオードを接続したので、前記第１．第２の２次巻
線の出力電圧比が大きい場合でも、第２の２次巻線の出
力電圧変動を小さくすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多出力スイッチング電源の第１実
施例を示す回路図、第２図は本発明の第２実施例を示す
回路図、第３図は本発明の第３実施例を示す回路図、第
４図は従来の多出力スイッチング電源の一例を示す回路
図である。ｌ・・・１次側整流回路、２・・・変圧器、３・・・ト
ランジスタ、４・・・メインスイッチ制御回路、５・・
・１次巻線、６，７・・・２次巻線、８，９．Ｉｎ、１
１・・・ダイオード、１４゜１５．２１・・・コンデン
サ、１６・・・出力電圧制御回路、１７．１８・・・負
荷、２０．２２・・・チョークコイル。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直流電源をスイッチ回路を介して変圧器の１次巻
線に印加し、その通電のオン／オフに伴う誘起電圧を、
各々に負荷が接続されると共に直列接続された第１、第
２の２つの２次巻線に生じさせ、該第１の２次巻線に生
じた電圧を前記スイッチ回路の制御に用いる多出力スイ
ッチング電源において、前記各２次巻線の整流出力を平
滑するためのチョークコイルをグランドラインに挿入し
たことを特徴とする多出力スイッチング電源。
（２）前記チョークコイルは中間端子を有し、この端子
と前記第１の２次巻線との間にフライホィールダイオー
ドを接続し、前記チョークコイルの一端と前記第２の２
次巻線側のフライホィールダイオードを接続することを
特徴とする請求項１記載の多出力スイッチング電源。