JPH04308467A - 安定化電源装置 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は電子機器等において使用
される安定化電源装置に係わり、特に高い電圧から低い
電圧を生成する安定化電源装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】高い電圧を取り込んで低い電圧を生成す
る安定化電源装置として、従来、図４に示すようなシリ
ーズレギュレータや図５に示すようなスイッチングレギ
ュレータが知られている。

【０００４】図４に示すシリーズレギュレータは入力端
子１０１に印加された高い電圧（高電圧ｅｉｎ）を取り
込んで低い電圧（低電圧ｅｏ　）を生成して出力端子１
０２から出力するトランジスタ１０３と、前記トランジ
スタ１０３によって生成された低電圧ｅｏ　を分圧する
２つの抵抗１０４、１０５と、予め設定されている基準
電圧を生成する基準電圧源１０６と、前記各抵抗１０４
、１０５によって分圧された前記低電圧ｅｏ　と前記基
準電圧源１０６から出力される基準電圧とを比較して前
記トランジスタ１０３を制御しこのトランジスタ１０３
から出力される前記低電圧ｅｏ　の値を予め設定されて
いる値にする誤差検出器１０７とを備えており、前記入
力端子１０１に高電圧ｅｉｎが印加されているとき、誤
差検出器１０７によってトランジスタ１０３のエミッタ
電圧が所定の値となるように前記トランジスタ１０３の
導通量を制御しながら前記トランジスタ１０３のエミッ
タに得られた低電圧ｅｏ　を出力端子１０２から出力す
る。

【０００５】また、図５に示すスイッチングレギュレー
タはベースに印加されるパルス信号に応じてオン／オフ
して入力端子１１１に印加された高電圧ｅｉｎをスイッ
チングしてパルス電圧を生成するトランジスタ１１２と
、このトランジスタ１１２から出力されるパルス電圧を
平滑するインダクタ１１３と、前記トランジスタ１１２
から出力されていたパルス電圧が出力されなって前記イ
ンダクタ１１３に逆起電圧が発生したときこのインダク
タ１１３に電流を供給するアイドル用のダイオード１２
１と、前記インダクタ１１３と協調動作して前記パルス
電圧をさらに平滑して低電圧ｅｏ　にしこれを出力端子
１１５から出力するコンデンサ１１４と、前記出力端子
１１５から出力される低電圧ｅｏ　を分圧する２つの抵
抗１１６、１１７と、予め設定されている基準電圧を生
成する基準電圧源１１８と、前記各抵抗１１６、１１７
によって分圧された前記低電圧ｅｏ　と前記基準電圧源
１１８から出力される基準電圧とを比較してこれらの差
に応じた値の誤差検出信号を生成する誤差検出器１１９
と、この誤差検出器１１９から供給される誤差検出信号
の値に応じた幅のパルス信号を生成して前記トランジス
タ１１２をオン／オフさせるＰＷＭ変調回路１２０とを
備えており、前記入力端子１１１に高電圧ｅｉｎが印加
されているとき、誤差検出器１１９およびＰＷＭ変調回
路１２０によってトランジスタの出力端子１１５から出
力される低電圧ｅｏ　の値が所定の値となるように前記
トランジスタ１１２のオン／オフ比を制御しながら前記
出力端子１１５から出力される低電圧ｅｏ　の値を制御
してこれを出力端子１１５から出力する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の安定化電源装置においては、次に述べるような問
題があった。

【０００７】すなわち、シリーズレギュレータにおいて
は、回路構成が簡単であり、安価にすることができ、さ
らにノイズを発生しないという利点があり広い範囲で使
用することができるものの、入出力電圧差と負荷電流と
の積に対応する電力がレギュレータで消費されるので、
入出力電圧差と、負荷電流とが大きいとき、安定化電源
装置としての効率が悪くなるとともに、発熱量が大きく
なって装置全体の温度が上昇してしまうという問題があ
った。

【０００８】例えば、入力電源電圧が２４ＶＤＣであり
、出力電圧が１０ＶＤＣ、出力電流が１Ａであるとき、
一次消費電力Ｐｉｎ、負荷消費電力Ｐｏは次式（１）に
示す値となる。

【０００９】 　　　　Ｐｉｎ＝２４〔Ｖ〕×１〔Ａ〕　　　　　　　
　　　＝２４〔Ｗ〕 　　　　Ｐｏ　　＝１０〔Ｖ〕×１〔Ａ〕　　　　　　
　　　　＝１０〔Ｗ〕　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
…（１）このため、電力の変換効率Ｓは次式（２）に示
す如く低い値になってしまう。

【００１０】 　　　　　　　　Ｓ＝（１０〔Ｗ〕／２４〔Ｗ〕）×１
００〔％〕　　　　　　　　　　＝４１．７〔％〕　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　…（２）また、スイッチングレギュ
レータにおいては、トランジスタ１１２によって入力端
子１１１に印加された高電圧ｅｉｎをスイッチングして
パルス電圧を生成してこれをインダクタ１１３とコンデ
ンサ１１４とによって平滑して直流の低電圧ｅｏ　を生
成するようにしているので、入出力電圧や負荷電流が大
きいときにも高い変換効率を確保することができるもの
の、回路構成が複雑になってコストアップになってしま
うとともに、インダクタ１１３からノイズが放射されて
周囲の電子機器に悪影響を与えてしまうという問題があ
った。

【００１１】そこで、このようなスイッチングレギュレ
ータのノイズ発生問題を解決するためにフィルタ等を用
いることも行われているが、このようなフィルタ等を用
いたノイズ低減方法を用いると、さらに回路構成が複雑
になってコストが高くなるとともに、回路の信頼性が低
下していしまうという問題があった。

【００１２】本発明は上記の事情に鑑み、装置全体の消
費電力を小さくして高電圧を低電圧に変換するときの変
換効率を向上させることができるとともに、回路構成を
簡素化してコストを大幅に低減しながらノイズの発生を
大幅に低減させて周囲の電子機器に悪影響を与えないよ
うにすることができる安定化電源装置を提供することを
目的としている。

【００１３】［発明の構成］

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による安定化電源装置は、入力された高電圧
をスイッチングしてパルス電圧を生成するスイッチング
部と、このスイッチング部によって得られたパルス電圧
の直流分を除去して交流電圧にするカップリングコンデ
ンサと、このカップリングコンデンサによって得られた
交流電圧を全波整流した後、平滑して低電圧を生成して
出力する全波整流平滑部と、この全波整流平滑回路から
出力される低電圧の値と予め設定されている基準値とを
比較し、この比較結果に基づいて前記スイッチング部か
ら出力されるパルス電圧を変化させて前記全波整流平滑
回路から出力される低電圧の値を調整する出力電圧値検
出部とを備えたことを特徴としている。

【００１５】

【作用】上記の構成において、高電圧が入力されている
とき、スイッチング部によって前記高電圧がスイッチン
グされてパルス電圧が生成されるとともに、カップリン
グコンデンサによって前記スイッチング部で得られたパ
ルス電圧の直流分が除去されて交流電圧にされた後、全
波整流平滑部によって前記交流電圧が全波整流されると
ともに平滑されて低電圧が生成されてこれが出力され、
またこの動作と並行して出力電圧値検出部によって前記
全波整流平滑回路から出力される低電圧の値と予め設定
されている基準値とが比較され、この比較結果に基づい
て前記スイッチング部から出力されるパルス電圧が変化
させられて前記全波整流平滑回路から出力される低電圧
の値が調整される。

【００１６】

【実施例】図１は本発明による安定化電源装置の一実施
例を示す回路図である。

【００１７】この図に示す安定化電源装置はパルス信号
生成部１と、スイッチング部２と、カップリングコンデ
ンサ３と、全波整流平滑回路４と、出力電圧値検出部５
とを備えており、入力端子６に印加される高電圧ｅｉｎ
から低電圧ｅｏ　を生成してこれを出力端子７から出力
するとともに、前記出力端子７から出力される低電圧ｅ
ｏの値が予め設定されている値から外れたとき、出力電
圧値検出部５によってこれが検出されてパルス信号生成
部１から出力されるパルス信号の値が制御され、これに
よってスイッチング部２から出力されるパルス電圧の値
が調整されて前記出力端子７から出力される低電圧ｅｏ
　の値が予め設定された値に保持される。

【００１８】パルス信号生成部１は予め設定されている
周波数のパルス信号を生成する方形波発振器１０と、こ
の方形波発振器１０から出力されるパルス信号を受ける
抵抗１１と、前記出力電圧値検出部５の発光ダイオード
１２とともにフォトカプラ１４を構成し前記発光ダイオ
ード１２から出力される光信号に基づいて前記抵抗１１
と協調動作して前記方形波発振器１０から出力されるパ
ルス信号の大きさを調整するフォトトランジスタ１３と
、これらフォトトランジスタ１３および抵抗１１によっ
て大きさが調整されたパルス信号を増幅率“１”で反転
増幅するインバータ１５と、このインバータ１５から出
力されるパルス信号を増幅率“１”で反転増幅するイン
バータ１６とを備えており、方形波発振器１０によって
パルス信号を常時、発生するとともに、前記出力電圧値
検出部５の発光ダイオード１２から供給される光信号に
応じて前記パルス信号の大きさを調整した後、各インバ
ータ１５、１６からパルス信号を交互に出力して前記ス
イッチング部２に供給する。

【００１９】スイッチング部２は入力端子６に印加され
た高電圧ｅｉｎをスイッチングしてパルス電圧を生成す
るトランジスタ１７と、前記パルス信号生成部１のイン
バータ１６から供給されるパルス信号を受けるベース電
流制限用の抵抗１８と、この抵抗１８を介してパルス信
号が供給されたとき、ベースによって前記パルス信号を
受けてその大きさに応じた導通量で導通するトランジス
タ１９と、このトランジスタ１９のコレクタに得られた
パルス信号を前記トランジスタ１７のベースに伝える抵
抗２０と、前記入力端子６に印加されている高電圧ｅｉ
ｎを前記トランジスタ１７のベースに導いてこのトラン
ジスタ１７を逆バイアスするとともに、前記抵抗２０を
介して前記トランジスタ１９のコレクタに導いて前記ト
ランジスタ１９に電源電圧を供給する抵抗２１と、前記
パルス信号生成部１のインバータ１５から供給されるパ
ルス信号を受けるベース電流制限用の抵抗２２と、この
抵抗２２を介してパルス信号が供給されたとき、ベース
によって前記パルス信号を受けて導通し前記トランジス
タ１７のコレクタ側を接地するトランジスタ２３とを備
えている。

【００２０】そして、前記パルス信号生成部１のインバ
ータ１６からパルス信号が出力されたとき、このパルス
信号の大きさに応じた導通量でトランジスタ１９が導通
してトランジスタ１７を導通させこのトランジスタ１７
のコレクタから前記パルス信号の大きさに応じた値の電
圧を出力させ、この後前記インバータ１６からパルス信
号が出力されなくなるとともに、インバータ１５からパ
ルス信号が出力されたとき、トランジスタ１９がオフし
てトランジスタ１７をオフさせ電圧の出力を停止させる
とともに、トランジスタ２３がオンして前記トランジス
タ１７のコレクタを接地させる。

【００２１】以下、各インバータ１５、１６からパルス
信号が交互に出力される毎に、図２（ａ）に示す如くト
ランジスタ１７のコレクタから接地電位を基準とし、前
記パルス信号の大きさに応じた大きさのパルス電圧を生
成してこれをカップリングコンデンサ３に供給する。

【００２２】カップリングコンデンサ３は前記スイッチ
ング部２から供給されるパルス電圧の直流分をカットし
て図２（ｂ）に示す交流電圧にしこれを全波整流平滑回
路４に供給する。

【００２３】全波整流平滑回路４はブリッジ回路を構成
する４つのダイオードを有する全波整流回路２４と、こ
の全波整流回路２４の出力を平滑する平滑用のコンデン
サ２５とを備えており、前記カップリングコンデンサ３
から供給される交流電圧を全波整流して直流電圧にし、
これを平滑用のコンデンサ２５で平滑して低電圧ｅｏを
生成しこれを出力端子７から出力する。

【００２４】また、出力電圧値検出部５は前記フォトト
ランジスタ１３とともにフォトカプラ１４を構成し、ア
ノード側に前記全波整流平滑回路４から出力される前記
低電圧ｅｏ　が印加される発光ダイオード１２と、この
発光ダイオード１２のカソード側に接続される電流値制
限用の抵抗２６と、前記出力端子７から出力される前記
低電圧ｅｏ　を分圧する２つの抵抗２７、２８と、これ
らの抵抗２７、２８によって分圧された前記低電圧ｅｏ
　の分圧値と予め設定されている基準電圧とを比較し、
これらの差に応じた導通量で導通して前記抵抗２６を介
して前記発光ダイオード１２に駆動電流を流すシャント
レギュレータ等の誤差検出器２９とを備えており、前記
出力端子７から出力される低電圧ｅｏの分圧値と、基準
電圧との差を検出してこの差に応じて発光ダイオード１
２を発光させて前記パルス信号生成部１を制御する。

【００２５】これによって、前記低電圧ｅｏ　の値が前
記基準電圧に対応する値より大きいとき、誤差検出器２
９によってこれが検出されて前記パルス信号生成部１か
ら出力されるパルス信号の値が小さくされて図２（ｃ）
に示す如く前記スイッチング部２から出力されるパルス
電圧の値を小さくされ前記低電圧ｅｏ　の値が前記基準
電圧に対応する値に戻される。

【００２６】このようにこの実施例においては、スイッ
チング部２によって入力端子６に印加されている高電圧
ｅｉｎをスイッチングしてパルス電圧を生成した後、カ
ップリングコンデンサ３によって前記パルス電圧の直流
分をカットして交流電圧を生成し、これを全波整流した
後、平滑して低電圧ｅｏ　を生成するようにしたので、
装置全体の消費電力を小さくして高電圧ｅｉｎを低電圧
ｅｏ　に変換するときの変換効率を向上させることがで
きるとともに、回路構成を簡素化してコストを大幅に低
減しながらノイズの発生を大幅に低減させて周囲の電子
機器に悪影響を与えないようにすることができる。

【００２７】この場合、入力電源電圧が２４ＶＤＣであ
り、出力電圧が１０ＶＤＣ、出力電流が１Ａであるとき
、一次消費電力Ｐｉｎ、負荷消費電力Ｐｏは次式（３）
に示す値となる。

【００２８】 　　　　Ｐｉｎ＝（２４〔Ｖ〕／２）×１〔Ａ〕　　　
　　　　　　　＝１２〔Ｗ〕 　　　　Ｐｏ　　＝１０〔Ｖ〕×１〔Ａ〕　　　　　　
　　　　＝１０〔Ｗ〕　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
…（３）この結果、電力の変換効率Ｓは次式（４）に示
す如く高い値となり、従来から知られているシリーズレ
ギュレータに比べて効率を１００％程度、改善すること
ができる。

【００２９】 　　　　　　　　Ｓ＝（１０〔Ｗ〕／１２〔Ｗ〕）×１
００〔％〕　　　　　　　　　　＝８３．３〔％〕　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　…（４）また、トランジスタ１７を
エミッタフォロワとして動作させているので、シリーズ
レギュレータではトランジスタ１０３の消費電力が１４
〔Ｗ〕［＝２４〔Ｗ〕−１０〔Ｗ〕）］であるが、本発
明による実施例ではトランジスタ１７の消費電力を２〔
Ｗ〕［＝１２〔Ｗ〕−１０〔Ｗ〕］にすることができ、
これによって消費電力を大幅に低減させて発熱量を大幅
に低減させることができる。

【００３０】また、上述した実施例においては、１つの
カップリングコンデンサ３によってスイッチング部２か
ら出力されるパルス電圧の直流分をカットするようにし
ているが、図３に示す如くスイッチング部２と全波整流
平滑回路４との間にある接地ライン側にカップリングコ
ンデンサ３０を介挿するようにしても、上述した実施例
と同様に装置全体の消費電力を小さくして高電圧ｅｉｎ
を低電圧ｅｏ　に変換するときの変換効率を向上させる
ことができるとともに、回路構成を簡素化してコストを
大幅に低減しながらノイズの発生を大幅に低減させて周
囲の電子機器に悪影響を与えないようにすることができ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、装
置全体の消費電力を小さくして高電圧を低電圧に変換す
るときの変換効率を向上させることができるとともに、
回路構成を簡素化してコストを大幅に低減しながらノイ
ズの発生を大幅に低減させて周囲の電子機器に悪影響を
与えないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による安定化電源装置の一実施例を示す
回路図である。

【図２】図１に示す安定化電源装置の動作例を示す波形
図である。

【図３】本発明による安定化電源装置の他の実施例を示
す回路図である。

【図４】従来から知られているシリーズレギュレータの
一例を示す回路図である。

【図５】従来から知られているスイッチングレギュレー
タの一例を示す回路図である。

【符号の説明】

２　　スイッチング部 ３　　カップリングコンデンサ ４　　全波整流平滑部（全波整流平滑回路）５　　出力
電圧値検出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　入力された高電圧をスイッチングして
   パルス電圧を生成するスイッチング部と、このスイッチ
   ング部によって得られたパルス電圧の直流分を除去して
   交流電圧にするカップリングコンデンサと、このカップ
   リングコンデンサによって得られた交流電圧を全波整流
   した後、平滑して低電圧を生成して出力する全波整流平
   滑部と、この全波整流平滑回路から出力される低電圧の
   値と予め設定されている基準値とを比較し、この比較結
   果に基づいて前記スイッチング部から出力されるパルス
   電圧を変化させて前記全波整流平滑回路から出力される
   低電圧の値を調整する出力電圧値検出部と、を備えたこ
   とを特徴とする安定化電源装置。