JPH0421358A

JPH0421358A - スイッチングレギュレータ

Info

Publication number: JPH0421358A
Application number: JP12263390A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Nakada; 光雄中田
Original assignee: Elco Co Ltd; Cosel USA Inc
Current assignee: Cosel Co Ltd; Cosel USA Inc
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1992-01-24
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: JP2653712B2

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、入出力絶縁型のスイッチングレギュレータに
関し、特に回路構成を簡素化したスイッチングレギュレ
ータに関する。

［従来の技術］従来のスイッチングレギュレータとして、第１３図に示
す回路のものがあった。これは、交流電源２からの交流
電圧を整流器４で整流すると共に平滑コンデンサ６で平
滑化することによって得られる整流電圧Ｖｉｎを、第１
の電力変換部８及び第２の電力変換部１０へ通すことに
より、安定な直流電圧Ｖｏを発生させる構成となってい
る。

即ち、第１の電力変換部８は、スイッチングトランジス
タＱ１のスイッチング動作により入力Ｖｎから送り出さ
れる断続エネルギーを、チョークコイルＣＨとコンデン
サＣ１からなるＬＣフィルタ及びフライホイールダイオ
ードＤ１で平均化することにより直流安定化出力Ｖｃを
発生するものであり、パルス幅制御回路１２が直流安定
化出力Ｖｃの電圧変動を検出して、電圧変動を抑制する
ようにスイッチングトランジスタＱ１のオン／オフ動作
周期を制御する。

第２の電力変換部１０は、安定化した直流出力Ｖｃを高
周波トランスＴの一次巻線Ｌ１に直列接続したトランジ
スタＱ２のスイッチング動作によって再び高周波パルス
の信号に変換して二次巻線Ｌ２側に発生させ、整流ダイ
オードＤ２及び平滑コンデンサＣｏで整流及び平滑化す
ることによって、安定化した直流電圧■０を発生させる
。更に、パルス幅制御回路１４が負荷ＲＬの変動に伴う
出力Ｖｏの電圧変動を検出して、電圧変動を抑制するよ
うにスイッチングトランジスタＱ２のオン／オフ動作周
期を制御する。

このように、第１の電力変換部８と第２の電力変換部１
０をシリーズに接続したスイッチングレギュレータによ
れば、交流電源２の電圧振幅が大幅に変動しても第１の
電力変換部８の作用により出力電圧Ｖｃを安定化させる
ことができるので、コンデンサのＣｖ積を最小値で済ま
すことができるという利点がある。

例えば、第１の電力変換部８を省略して、平滑コンデン
サ６の電圧ＶｉｎをコンデンサＣ１に直接供給する回路
構成とした場合には、交流電源２の最大電圧振幅以上の
耐電圧のコンデンサを必要とし、更に、最小振幅時であ
っても負荷へ十分の電力を供給するために、極めて大容
量のコンデンサを設けることが必要となる。

これに対し、第１の電力変換回路８を設けることで、耐
電圧が低く且つ小容量のコンデンサで安定化した直流電
圧を発生することができる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、このような従来のスイッチングレギュレ
ータにあっては、夫々の電力変換回路にスイッチングト
ランジスタ及びパルス幅制御回路を設けているので回路
規模が大きくなるという問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、
回路規模の小さなスイッチングレギュレタを提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］このような目的に対し本発明は、交流電圧を整流する整
流回路と、スイッチング素子の通電期間制御により該整
流回路に発生した整流電流をチョップして交播電流を発
生させ、更に該交播電流をチョークコイルとコンデンサ
から成るフィルタにより平滑化する第１の電力変換部と
、該第１の電力変換部のコンデンサ出力をスイッチング
素子の通電期間制御によりチョップして交播電流をトラ
ンスの一次巻線へ供給し、該トランスの二次巻線に誘起
する電圧をコンデンサで平滑化することにより直流電圧
を発生するスイッチ−ングレギュレタを対象とする。

そして、上記第１の電力変換部の上記スイッチング素子
を第２の電力変換部の上記スイッチング素子で共用する
と共に、第２の電力変換部に発生する上記直流電圧の変
動に応じて該スイッチング素子の通電期間を制御するパ
ルス幅制御部を備える構成とした。

［作用］このような構成を有する本発明のスイッチングレギュレ
ータにあっては、第１の電力変換部及び第２の電力変換
部のチョップ動作を１つのスイッチング素子で共用して
行い、且つこのスイッチング素子のオン／オフ制御を共
通のパルス幅制御回路で行うようにしたので、第１の電
力変換部及び第２の電力変換部の電圧安定化の機能を低
下させることなく、回路を小形化することができる。

又、他励式のスイッチングレギュレータと自励式のスイ
ッチングレギュレータのいずれにも適用することができ
る。

［実施例］本発明の第１実施例を図面と共に説明する。まず、回路
構成を第１図と共に説明すると、これは交流電源２から
供給される交流電圧を整流器４で整流すると共に平滑コ
ンデンサ６で平滑化することによって得られる整流電圧
Ｖｉｎを第１の電力変換部８及び第２の電力変換部１０
へ通すことにより、安定な直流電圧ＶＯを発生させる他
励式のスイッチングレギュレータである。

即ち、平滑コンデンサ６の両端にチョークコイルＣＨと
スイッチングトランジスタＱｓが直列接続すると共に、
チョークコイルＣＨの両端にフライホイールダイオード
Ｄ１とコンデンサＣ１が直列に接続している。

又、コンデンサＣ１とダイオードＤ１との接続点と平滑
コンデンサ６の一方の端子の間に、ダイオードＤａ及び
高周波トランスＴの一次巻線Ｌ１が直列に接続し、高周
波トランスＴの二次巻線Ｌ２の両端に整流ダイオードＤ
２及び平滑コンデンサＣｏが直列に接続している。

更に、平滑コンデンサＣｏに現れる電圧Ｖｏの電圧変動
をパルス幅制御回路１６が検出し、変動に応じてスイッ
チングトランジスタＱ６の通電期間制御（ＰＷＭ）を行
うようになっている。

ここで、整流器４の出力を安定化させるための第１の電
力変換部８は、チョークコイルＣＨ，ダイオードＤ１、
コンデンサＣ１、スイッチングトランジスタＱＩ及びパ
ルス幅制御回路１６で構成され、安定化直流電圧Ｖｏを
負荷ＲＬへ供給するための第２の電力変換部１０は、高
周波トランスＴ１ダイオードＤａ、Ｄ２、平滑コンデン
サＣｏ。

スイッチングトランジスタＱｓ及びパルス幅制御回路１
６で構成され、スイッチングトランジスタＱｓ及びパル
ス幅制御回路１６が各電力変換部８゜１０で共有してい
る。

次に、かかる実施例の作動を第２図及び第３図に基づい
て説明する。

まず、スイッチングトランジスタＱａがオンになると、
第２図に示すように、チョークコイルＣＨに電圧Ｖｉｎ
が加わるので、チョークコイルＣＨに電流１１が流れて
、チョークコイルＣＨにエネルギーが蓄積される。

これと同時に、コンデンサＣ１からスイッチングトラン
ジスタＱｓを介して流れる放電電流Ｉ２が高周波トラン
スＴの一次巻線Ｌ１を流れ、エネルギーが蓄積される。

更に、第２の電力変換部１０のダイオードＤ２がオフと
なるので、コンデンサＣｏから負荷ＲＬへ電流Ｉ３が供
給される。

一方、スイッチングトランジスタＱｓがオフになると、
第３図に示すように、コイルＣＨからコンデンサＣ１へ
電流Ｉ°１が流れることにより、コイルＣＨのエネルギ
ーがコンデンサＣ１に移ると同時に、高周波トランスＴ
の二次巻線Ｌ２からコンデンサＣｏへ電流■°２が流れ
てコンデンサｃｏが充電され、更に、コンデンサＣｏか
ら負荷ＲＬへ必要な電流Ｉ３が流れる。

そして、スイッチングトランジスタＱｓがオン／オフ動
作を繰り返すことによって、一定の直流電圧ｖＯを負荷
ＲＬへ供給する。

したがって、スイッチングトランジスタＱｓがオン／オ
フ動作するときの電流Ｉ、は第４図に示すように、臨界
電流ＩＬ以上で平均値がｌａｙとなる鋸状の波形となり
、電流１□と１゛２は第５図に示すような波形となる。

尚、図中、スイッチングトランジスタＱｓがオンとなる
期間をＴ。Ｎ１フとなる期間をＴ。ＦＦで示す。

次に、入力電圧Ｖｉｎが変動した場合の出力安定化のた
めの動作を説明する。まず、入力電圧Ｖｉｎの振幅が増
加した場合には、コイルＣＨを流れる電流Ｉ、が増加す
るのに伴って、コンデンサｃ１の充電電圧Ｖｃが増加す
る。その結果、電流■２も増加することとなり、出力電
圧Ｖｏも増加することとなる。パルス幅変調回路１６は
電圧Ｖｏの変動分を逐一検出し、スイッチングトランジ
スタＱｓのオン動作期間をこの変動分に比例して自動的
に減少させ、コンデンサＣＩの充電電圧Ｖｃを規定電圧
に維持させるように作用することで、８カ電圧■０を所
定の電圧に維持させる。

逆に入力電圧Ｖｉｎの電圧が減少した場合には、コイル
ＣＩを流れる電流Ｉ、が減少するのに伴って、コンデン
サＣ１の充電電圧Ｖｃが減少する。

その結果、電流■２も減少することとなり、出力電圧Ｖ
（＋も減少することとなる。パルス幅変調回路１６は電
圧■０の変動分を逐一検出し、トランジスタＱｓのオン
動作期間をこの変動分に比例して自動的に増加させ、コ
ンデンサＣ１の充電電圧Ｖｃを規定電圧に維持させるよ
うに作用することで、出力電圧Ｖｏを所定の電圧に維持
させる。

このように、パルス幅制御回路１６がスイッチングトラ
ンジスタＱｇの通電期間制御（ＰＷＭ）を自動的に行う
ことによって出力電圧Ｖｏを安定化させる。そして、ス
イッチングトランジスタＱＳとパルス幅制御回路１６に
よって、第１の電力変換部８のコンデンサＣ１の充電電
圧Ｖ、ｃを安定化させると同時に、第２の電力変換部１
０の出力電圧Ｖｏを安定化させる回路構成となっている
ため、従来に較べて回路規模を小形化することかできる
。

次に、第２実施例を第６図と共に説明する。このスイッ
チングレギュレータは、交流電源２から供給される交流
電圧を整流器４で整流すると共に平滑コンデンサ６で平
滑化することによって得られる整流電圧Ｖｉｎを第１の
電力変換部８及び第２の電力変換部１０へ通すことによ
り、安定な直流電圧ＶＯを発生させる他励式のスイッチ
ングレギュレータである。

スイッチングトランジスタＱｓがオンになると、整流電
圧ＶｉｎがチョークコイルＣＨとダイオードＤｂ及び高
周波トランスＴの一次巻線Ｌ１に加わり、チョークコイ
ルＣＨにエネルギーが蓄積する。

スイッチングトランジスタＱｓがオフになると、チョー
クコイルＣＨのエネルギーにより、ダイオードＤｃと一
次巻線ＣＨ及びコンデンサＣＩを通って電流が流れる。

そして、このオン／オフ動作を繰り返すことによって高
周波トランスＴの二次巻線Ｌ２に誘起した電圧をダイオ
ードＤ２とコンデンサＣｏで平滑化することで直流電圧
Ｖｏを発生する。

更に、パルス幅制御回路１６が出力電圧Ｖ（１の変動を
検出し、その変動に応じてスイッチングトランジスタＱ
ｓの通電期間制御を自動的に行うことにより、直流電圧
Ｖａを安定化させる。

次に、第３実施例を第７図と共に説明する。

これは他励式のスイッチングレギュレ〜りであり、スイ
ッチングトランジスタＱｓがオンになると、整流電圧Ｖ
ｉｎがチョークコイルＣＨとダイオドＤｂ及び高周波ト
ランスＴの一次巻線Ｌ　１　ニ加わり、チョークコイル
ＣＨにエネルギーが蓄積する。

スイッチングトランジスタＱｓがオフになると、チョー
クコイルＣＨのエネルギーにより、ダイオードＤｃと一
次巻線Ｌ１とコンデンサＣＩ及びダイオードＤｅを通っ
て電流が流れる。

そして、このオン／オフ動作を繰り返すことによって高
周波トランスＴの二次巻線Ｌ２に誘起した電圧をダイオ
ードＤ２１．　　Ｄ２２とコイルＣＨ及びコンデンサＣ
ｏで平滑化することで直流電圧Ｖ。

を発生する。

更に、パルス幅制御回路１６が出力電圧Ｖｏの変動を検
出し、その変動に応じてスイッチングトランジスタＱｓ
の通電期間制御を自動的に行うことで、直流電圧Ｖｏを
安定化させる。

次に、第４実施例を第８図と共に説明する。

これは他励式のスイッチングレギュレータであり、スイ
ッチングトランジスタＱｓがオンになると、整流電圧Ｖ
ｉｎがチョークコイルＣＨと高周波トランスＴの一次巻
線Ｌ１に加わり、チョークコイＣＨにエネルギーが蓄積
する。

スイッチングトランジスタＱｓがオフになると、チョー
クコイルＣＨのエネルギーにより、ダイオードＤｉ　と
−次巻線Ｌ１とコンデンサＣ１を通って電流が流れる。

そして、このオン／オフ動作を繰り返すことによって高
周波トランスＴの二次巻線Ｌ２に誘起した電圧をダイオ
ードＤ２１．　Ｄ２２とチョークコイルＣＨ２及びコン
デンサＣＯで平滑化することで直流電圧ＶＯを発生する
。

更に、パルス幅制御回路１６が出力電圧■０の変動を検
出し、その変動に応じてスイッチングトランジスタＱｓ
の通電期間制御を自動的に行うことにより、直流電圧Ｖ
ｏを安定化させる。

次に、第５実施例を第９図と共に説明する。

これは、高周波トランスＴの一次巻線Ｌ１とスイッチン
グトランジスタＱｓの間にトランスＴ１が接続され、ト
ランスＴ１の一次巻線Ｌ３を介して二次巻線Ｌ４に誘起
される電流でスイッチングトランジスタＱｓをオン／オ
フ動作させる自励式のスイッチングレギュレータであり
、スイッチングトランジスタＱｓがオンになると、整流
電圧ＶｎがチョークコイルＣＨとダイオードＤｂと高周
波トランスＴの一次巻線Ｌ１及びトランスＴ１の一次巻
線Ｌ３に加わり、チョークコイルＣＨにエネルギーが蓄
積する。

スイッチングトランジスタＱｓがオフになると、チョー
クコイルＣＨのエネルギーにより、ダイオドＤｂ、Ｄｃ
、Ｄｅと一次巻線Ｌ１及びコンデンサＣ１を通って電流
が流れる。

更に、コンデンサＣｏと並列に高インピーダンスの抵抗
Ｒ１，Ｒ２が接続され、これらの抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続
点Ｐに発生する電圧を検出回路１８で検出して、電圧変
動に比例した電流を発光ダイオードＰＤに供給する。そ
して、発光ダイオードＰＤの光をフォトトランジスタＰ
Ｔに照射することによって、出力電圧ｖＯの変動に応じ
てスイッチングトランジスタＱｓのバイアスを変化させ
て、スイッチングトランジスタＱｓの通電期間制御を自
動的に行い、直流電圧■０を安定化させる。

次に、第６実施例を第１０図に基づいて説明する。

これは、−次巻線Ｌ５をチョークコイルに適用するトラ
ンスＴ２の二次巻線Ｌ６に誘起する電流の変化に従って
スイッチングトランジスタＱｓをオン／オフ動作させる
自励式のスイッチングレギュレータであり、スイッチン
グトランジスタＱｓがオンになると、整流電圧Ｖｉｎが
巻線Ｌ５と高周波トランスＴの一次巻線Ｌ１に加わり、
巻線Ｌ５にエネルギーが蓄積する。

スイッチングトランジスタＱｓがオフになると、巻１１
Ｌ５のエネルギーにより、ダイオードＤ１と一次巻線Ｌ
１とコンデンサＣ１を通って電流が流れる。

そして、このオン／オフ動作を繰り返すことによって高
周波トランスＴの二次巻線Ｌ２に誘起した電圧をダイオ
ードＤ２］、Ｄ２２とチョークコイルＣＨ２及びコンデ
ンサＣｏで平滑化することで直流電圧Ｖｏを発生する。

更に、コンデンサＣＯと並列に高インピーダンスの抵抗
Ｒ１，Ｒ２が接続され、これらの抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続
点Ｐに発生する電圧を検出回路１８で検出して、電圧変
動に比例した電流を発光ダイオードＰＤに供給する。そ
して、発光ダイオードＰＤの光をフォトトランジスタＰ
Ｔに照射してトランジスタＱｓのバイアスを制御するこ
とにより、出力電圧Ｖｏの変動に応じてスイッチングト
ランジスタＱ！の通電期間制御を行い、直流電圧ＶＧを
安定化させる。

次に、第７実施例を第１１図と共に説明する。

これは、高周波トランスＴの一次巻線Ｌ１に付随した巻
線Ｌ７を介して誘起される電流によってスイッチングト
ランジスタＱｓのバイアスを制御することで、スイッチ
ングトランジスタＱｓをオン／オフ動作させる自励式の
スイッチングレギュレータであり、スイッチングトラン
ジスタＱｓがオンになると、整流電圧Ｖｉｎがチョーク
コイルＣＨとダイオードＤｂと高周波トランスＴの一次
巻線Ｌ１に加わり、チョークコイルＣＨにエネルギーが
蓄積する。

スイッチングトランジスタＱｓがオフになると、チョー
クコイルＣＨのエネルギーにより、ダイオードＤｃと一
次巻線Ｌ１及びコンデンサＣ１を通って電流が流れる。

そして、このオン／オフ動作を繰り返すことによって高
周波トランスＴの二次巻線Ｌ２に誘起した電圧をダイオ
ードＤ２とコンデンサＣｏで平滑化することで直流電圧
■０を発生する。

更に、コンデンサＣｏ　と並列に高インピーダンスの抵
抗Ｒ１，Ｒ２が接続され、これらの抵抗Ｒ１、Ｒ２の接
続点Ｐに発生する電圧を検出回路１８で検出して、電圧
変動に比例した電流を発光ダイオードＰＤに供給する。

そして、発光ダイオードＰＤの光をフォトトランジスタ
ＰＴに照射することによって、出力電圧ｖＯの変動に応
じてスイッチングトランジスタＱ１の通電期間制御を自
動的に行うことにより、直流電圧■０を安定化させる。

次に、第８実施例を第１２図と共に説明する。

これは、高周波トランスＴの一次巻線Ｌ１に付随する巻
線Ｌ８に誘起される電流でスイッチングトランジスタＱ
ｓのバイアスを制御することにより、スイッチングトラ
ンジスタＱｓをオン／オフ動作させる自励式のスイッチ
ングレギュレータであり、スイッチングトランジスタＱ
ｓがオンになると、整流電圧ＶｉｎがチョークコイルＣ
Ｈに加わり、チョークコイルＣＨにエネルギーが蓄積す
る。

スイッチングトランジスタＱ＋がオフになると、チョー
クコイルＣＨのエネルギーにより、ダイオードＤ１とコ
ンデンサＣ１を通って電流が流れる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のスイッチングレギュレー
タによれば、第１の電力変換部及び第２の電力変換部の
チョップ動作を１つのスイッチング素子で共用して行い
、且つこのスイッチング素子のオン／オフ制御を共通の
パルス幅制御回路で行うようにしたので、第１の電力変
換部及び第２の電力変換部の電圧安定化の機能を低下さ
せることなく、回路を小形化することができる。

又、他励式のスイッチング直流安定化電源と自励式のス
イッチング直流安定化電源のいずれにも適用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の回路図；第２図及び第３
図は第１実施例の作動を説明する説明図；第４図及−び第５図は第１実施例の作動を説明する波形
図；第６図は本発明の第２実施例の回路図；第７図は本発明
の第３実施例の回路図；第８図は本発明の第４実施例の
回路図；第９図は本発明の第５実施例の回路図；第１０
図は本発明の第６実施例の回路図；第１１図は本発明の
第７実施例の回路図；第１２図は本発明の第８実施例の
回路図；第１３図は従来例の回路説明図である。図中の符号；２：交流電源４：整流器６：コンデンサ８：第１の電力変換部１０：第２の電力変換部１６：パルス幅制御回路１８：検出回路ＱＳ　ニスイツチングトランジスタＣＨ，ＣＨ２：チョークコイルＬ１〜Ｌ６：巻線Ｔ：高周波トランスＴｌ、Ｔ２：）ランスＤｉ、Ｄ２．Ｄ２１．Ｄ２２．Ｄａ　〜Ｄｈ　　：ダイ
オＣ１，Ｃｏ　　：コンデンサＲ１，Ｒ２：抵抗ＰＤ：発光ダイオードＰＴ：フォトトランジスタＲＬ：負荷

Claims

【特許請求の範囲】

（１）交流電圧を整流する整流回路と、スイッチング素子の通電期間制御により該整流回路に発
生した整流電流をチョップして交播電流を発生させ、更
に該交播電流をチョークコイルとコンデンサから成るフ
ィルタにより平滑化する第１の電力変換部と、該第１の電力変換部のコンデンサ出力をスイッチング素
子の通電期間制御によりチョップして交播電流をトラン
スの一次巻線へ供給し、該トランスの二次巻線に誘起す
る電圧をコンデンサで平滑化することにより直流電圧を
発生するスイッチングレギュレータにおいて、前記第１の電力変換部の前記スイッチング素子を第２の
電力変換部の前記スイッチング素子で共用すると共に、
第２の電力変換部に発生する前記直流電圧の変動に応じ
て該スイッチング素子の通電期間を制御するパルス幅制
御部を備えたことを特徴とするスイッチングレギュレー
タ。