JPH053674A - スイツチング電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スイッチング電源回路において、正電圧および
負電圧の負荷がアンバランスになった場合であっても、
無駄な電力を消費させるようなことなく、各出力電圧を
所定値に安定させる。 【構成】接地線ＬＧを共通電位とし、変圧器Ｔの２次側
の出力電圧を整流平滑して得られる正電圧および負電圧
の各々の絶対値の和が常に一定となるように、直流電源
Ｅの接続された変圧器Ｔの１次巻線側をスイッチング制
御するようにしたスイッチング電源回路において、正電
圧あるいは負電圧出力の供給を受ける負荷が変動した場
合には、接地線ＬＧを基準電位とする正電圧および負電
圧の各出力レベルが所定値となるように、該接地線ＬＧ
と変圧器Ｔの２次巻線Ｎ２との接続点を切換制御する接
地線切換制御部１１を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器などに内蔵さ
れて用いられるスイッチング電源回路の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、直流電源を昇圧して安定化させた
り、あるいは、直流電源を正負の安定化された直流電源
に変換させるスイッチング電源回路が開発され使用され
るようになってきた。

【０００３】図３は、このようなスイッチング電源回路
のうち、一般に、１石フォワ−ド形と呼ばれるスイッチ
ング電源回路１００の回路例を示したもので、一つの半
導体スイッチング素子ＳＴ（図では、ＭＯＳ・ＦＥＴを
使用）を制御するのみで、直流電源Ｅから正負二つの安
定化された出力電圧＋Ｖｏ、−Ｖｏを得るようにされて
いる。

【０００４】このようなスイッチング電源回路１００で
は、半導体スイッチング素子ＳＴは制御回路１０１が出
力する制御信号（図４の（ａ）参照）に基づいて一定の
周波数（周期Ｔ）で開閉駆動され、これによって、変圧
器Ｔの１次巻線Ｎ１にはパルス状の交流電圧が印加され
（図４の（ｂ）参照）、変圧器Ｔの２次巻線Ｎ２には巻
数比に応じた交流電圧が誘起され、この誘起電圧をダイ
オ−ドＤ１〜Ｄ４によって整流して直流が得られるよう
になっている。

【０００５】すなわち、正電圧端子Ｔ１（＋Ｖｏ）側で
はスイッチング素子ＳＴのオン期間には、変圧器Ｔの２
次巻線Ｎ２に誘起した電圧が、ダイオ−ドＤ１、インダ
クタＬ１を通じ、コンデンサＣ１で平滑されて負荷側
（不図示）に供給され、スイッチング素子ＳＴのオフ期
間中には、オン期間中にインダクタＬ１に蓄えられた電
荷がダイオ−ドＤ２、インダクタＬ１を通じ、コンデン
サＣ１で平滑されて負荷側（不図示）に供給されるよう
になっており、負電圧端子Ｔ２（−Ｖｏ）側において
も、同様の動作によって負荷側（不図示）に電源が供給
される。このようにして得られた正負の出力電圧は、検
出用抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧されて比較器ＥＡ１に入力さ
れ、比較器ＥＡ１では、予め定められた基準電圧ＥＲと
比較して差分に応じた信号をフォトカプラＰＣを介して
制御回路１０１に伝送し、制御回路１０１ではこの電圧
信号に基づいて半導体スイッチング素子ＳＴのスイッチ
ングデューティー比を変化させ、これによって、変圧器
Ｔの１次巻線Ｎ１の通電期間を制御することで変圧器Ｔ
の２次巻線Ｎ２への供給電圧が一定値に維持されるよう
になっている。つまり、正負の出力電圧の絶対値の和が
低下すれば、スイッチング素子ＳＴのオンデューティー
を広げて変圧器２次側への電力供給を増加させ、逆に、
正負の出力電圧の絶対値の和が増加すれば、オンデュー
ティーを狭めて電力供給を減少させるように制御が行わ
れて、安定した２次側電圧を確保できるようにされてい
る。

【０００６】ところが、このようなスイッチング電源回
路１００では、正負の出力電圧の絶対値の和はスイッチ
ング素子ＳＴによる制御によって一定となるように制御
されているが、正電圧および負電圧の各々が一定となる
ような制御が行われていないため、正電圧側と負電圧側
とで負荷の大きさが不均一となると、接地線の電位に対
する正電圧側および負電圧側の電圧レベルに偏位を生じ
ていた。例えば±１５Ｖの安定化出力が得られるよう上
記回路を設計した場合、変圧器２次巻数は正負共に同一
で、正負の負荷が同一であれば負荷の大きさが変動して
も何等問題は生じないが、仮に正側の負荷が重くなって
負荷電流値が負側の負荷電流値の２倍になれば、制御回
路１０１はあくまで合計３０Ｖの出力安定化が図れるよ
うにスイッチング制御を行うため、正負の出力電流が同
一となるように、正側は＋１０Ｖ、負側は−２０Ｖの出
力電圧となるように電圧変動が生じ、このために負荷側
で誤動作が生じたりしていた。

【０００７】こうした負荷のアンバランスによって生じ
る出力電圧の不均衡を防止する対策として、図５に示し
たようなスイッチング電源回路２００が用いられてい
る。この電源回路２００は、上記図３に示した電源回路
１００の基本動作に加えて（同一部分には同一の符号を
付している）、正電圧側の負荷電流を抵抗ＲＳ１で検出
するとともに負電圧側の負荷電流を抵抗ＲＳ２で検出
し、それらの差分に応じて、小さい方の負荷電流を大き
い方の負荷電流値に一致させるようにしたものである。
例えば、負電圧側の負荷電流が正電圧側の負荷電流より
も大きくＲＳ２の両端電位がＲＳ１の両端電位よりも大
きいときには、比較器ＥＡ２で負荷電流の差分を求め、
これによって、トランジスタＱ１をオンさせて抵抗ＲＬ
１に電流を通電させて正電圧側の負荷電流を負電圧側の
負荷電流と一致させるようになっているので、負荷が変
動しても正電圧側と負電圧側との負荷電流が常に同一に
制御されるため、供給電圧がアンバランスになることが
なくなる。

【０００８】しかしながら、このような方法では、正負
の負荷電流を同一にして負荷電圧の変動を抑えるため
に、抵抗ＲＬ１やＲＬ２で無駄に電力を消費させるた
め、無駄な電力消費が増加するために改善が望まれてい
た。

【０００９】また、別の対策としては、図６に示したよ
うに、上記図３に示した同一構成のスイッチング電源回
路１００を２台用意し（同一部分には同一の符号を付し
ている）、これらの接地線を共通接続することによっ
て、正電圧および負電圧出力を得るスイッチング電源回
路３００なども用いられているが、回路構成が複雑とな
る上に、各素子のスイッチング・ノイズが互いに干渉し
て出力の安定度が低下する等の問題があるため改善が望
まれていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みて提案されたもので、正電圧および負電圧の負荷が
アンバランスになった場合であっても、無駄な電力を消
費させるようなことなく、各出力電圧を所定値に安定さ
せることのできるスイッチング電源回路を提供すること
を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案される請求項１に記載の本発明は、接地線を共通
電位とし、変圧器２次側の出力電圧を整流平滑して得ら
れる正電圧および負電圧の各々の絶対値の和が常に一定
となるように、直流電源の接続された変圧器１次巻線側
をスイッチング制御するようにしたスイッチング電源回
路において、上記正電圧あるいは負電圧出力の供給を受
ける負荷が変動した場合には、該正電圧および負電圧の
各出力レベルが所定値となるように、上記接地線と上記
変圧器２次巻線との接続点を切換制御する接地線切換手
段を備えた構成とされている。

【００１２】請求項２に記載の本発明は、変圧器の２次
巻線が複数のタップを設けた構成とされており、上記接
地線制御部が、上記正電圧と負電圧との差分に応じたア
ナログ信号を求める差動増幅回路と、該アナログ差分信
号を対応したデジタル信号に変換するアナログ／デジタ
ル変換部と、該デジタル信号に応じて、上記接地線を上
記変圧器２次巻線のいずれかのタップに切換接続する切
換制御部とを含んで成るようにされている。

【００１３】また、請求項３に記載の本発明は、上記変
圧器が、複数のタップを設けたシートコイル状に製され
た２次巻線を用いて構成されている。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の本発明のスイッチング電源回
路によれば、正電圧あるいは負電圧出力の供給を受ける
負荷が変動すると、接地線切換手段では、正電圧および
負電圧の各出力レベルが予め定められた所定値になるよ
うに、接地線と変圧器２次巻線との接続点を切換制御す
る。このため、負荷が変動しても正電圧側および負電圧
側の出力電圧レベルを常に一定に制御することができ
る。

【００１５】請求項２に記載の本発明によれば、接地線
切換手段では、正電圧と負電圧との差分電圧が生じる
と、差動増幅回路によって、差分電圧に応じたアナログ
信号を求め、アナログ／デジタル変換部によってアナロ
グ差分信号を対応したデジタル信号に変換して切換制御
部に伝送する。すると、切換制御部では、伝送されてき
たデジタル信号に応じて、接地線を変圧器２次巻線の対
応したタップに切換接続し、これによって、変圧器二次
側の巻数比を各負荷電流の大きさに応じた巻数比にして
正負出力電圧を所定値に制御する。

【００１６】請求項３に記載の本発明によれば、変圧器
の２次巻線が複数のタップを設けたシートコイル状にな
っているので、通常のコイルのように、逐一タップを設
ける手間が不要である。

【００１７】

【実施例】以下に、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明のスイッチング電源回路１の構
成例を示したもので、図３に示した従来のスイッチング
電源回路１００と同一部分には同一の符号を付してい
る。図において、１０は変圧器であり、１次巻線Ｎ１は
従来と同様であるが、２次巻線Ｎ２には単位巻線毎にタ
ップが設けられている。また、１１は接地線切換手段１
１であり、接地線ＬＧ（接地端子Ｇ）をゼロ電位とし
て、正電圧端子Ｔ１と負電圧端子Ｔ２との電圧レベル差
（絶対値）に応じた差分信号を出力する差動増幅回路１
１ａと、差動増幅回路１１ａで得られたアナログ差分信
号を対応したデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１１
ｂと、このデジタル信号を受けて変圧器１０の２次巻線
Ｎ２の各タップに接続されたアナログスイッチ群１１ｄ
のうち、対応した一つのアナログスイッチを閉成駆動さ
せて接地線ＬＧを２次側巻線Ｎ２に切換接続する切換制
御部１１ｃとを備えている（請求項２に対応）。

【００１８】このような構成の本発明のスイッチング電
源回路１では、正負の各出力電圧は検出抵抗ＲＶ１、Ｒ
Ｖ２で検出されて差動増幅回路１１ａに送られ、差動増
幅回路１１ａでは正負出力電圧の差に基づいてアナログ
差分信号を出力し、このアナログ差分信号はＡ／Ｄ変換
部１１ｂで対応したデジタル信号に変換されて切換制御
部１１ｃに伝送される。すると、切換制御部１１ｃでは
デジタル信号すなわち出力電圧の偏りに基づいて、変圧
器２次巻線Ｎ２に接続されたアナログスイッチ群１１ｄ
のうちの対応した１つを閉成するので、変圧器の二次巻
線Ｎ２は接点の閉じられた点を境にして負荷の不平衡に
応じた巻線比に分割される。

【００１９】従って、例えば正側の負荷電流が負側より
多い場合には、接地線ＬＧを境にした正側の２次巻線数
が自動的に増加し、逆に、負側の出力電流が正側より多
い場合には、負側の２次巻線数が自動的に増加するよう
にアナログスイッチ群１１ｄのうちの一つを閉成する制
御が行われ、これによって、正負の出力に接続される負
荷が不均一に変動しても、正負各出力電圧を常に一定に
維持することが可能となる。

【００２０】尚、上記説明では、正負の出力電圧の絶対
値が同一の場合について述べたが、このような構成に限
られず、出力電圧の絶対値が異なる構成についても、応
用することが可能である。

【００２１】また、上記説明では、変圧器の２次巻線側
に設けられた複数のタップにアナログスイッチ群を接続
し、このアナログスイッチ群を切換制御部１１ｃで選択
して接続する構成として述べているが、このような構成
に限らず、例えば、変圧器２次側のコイルに摺動接触さ
せる可動接点を設け、切換制御部によってモータを駆動
して可動接点の接続位置を移動制御させるような構成と
することも可能である。

【００２２】図２は、変圧器１０の製造工程の概略を示
したもので、ボビン１０ａに１次巻線Ｎ１を巻装し、そ
の上から２次側巻線としてシートコイルＮ２を巻装し、
この後に、ボビン１０ａにＥ−Ｉコア１０ｂを装着する
ようになっており、このような構成であれば、シートコ
イルＮ２にタップを設けておけば、逐一コイルにタップ
を設ける手間が不要となり製造を簡略化できる（請求項
３に対応）。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、請求
項１に記載の本発明のスイッチング電源回路によれば、
正電圧あるいは負電圧の負荷が不均一な変動を生じる場
合でも、無駄な電力消費を伴うようなことなく、正電圧
および負電圧値を常に一定に制御することが可能とな
り、信頼性を向上させることができる。請求項２に記載
の本発明によれば、簡単な構成によって、請求項１に記
載のスイッチング電源回路を効果的に実施することがで
きる。請求項３に記載の本発明によれば、シートコイル
状の２次巻線を用いることによって、複数のタップを設
ける手間を削減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスイッチング電源回路の構成例図であ
る。

【図２】変圧器１０の製造工程の概略説明図である。

【図３】従来のスイッチング電源回路の構成例図であ
る。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図３に示したスイッチング
電源回路の動作を説明する波形図である。

【図５】図３に示したスイッチング電源回路に、負荷変
動対策を施した構成例図である。

【図６】図３に示したスイッチング電源回路を、接地線
を共通にして２台接続することによって正負電圧出力を
得るようにしたスイッチング電源回路の構成例図であ
る。

【符号の説明】

ＬＧ・・・接地線 １０・・・変圧器 １・・・スイッチング電源回路 Ｎ２・・・２次巻線 １１・・・接地線切換手段 １１ａ・・・差動増幅回路 １１ｂ・・・アナログ／デジタル変換部 １１ｃ・・・切換制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】接地線を共通電位とし、変圧器２次側の出
   力電圧を整流平滑して得られる正電圧および負電圧の各
   々の絶対値の和が常に一定となるように、直流電源の接
   続された変圧器１次巻線側をスイッチング制御するよう
   にしたスイッチング電源回路において、上記正電圧ある
   いは負電圧出力の供給を受ける負荷が変動した場合に
   は、該正電圧および負電圧の各出力レベルが所定値とな
   るように、上記接地線と上記変圧器２次巻線との接続点
   を切換接続する接地線切換手段を備えたことを特徴とす
   るスイッチング電源回路。
2. 【請求項２】上記変圧器の２次巻線が複数のタップを設
   けた構成とされており、上記接地線切換手段が、上記正
   電圧と負電圧との差分に応じたアナログ信号を求める差
   動増幅回路と、該アナログ差分信号を対応したデジタル
   信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、該デジタ
   ル信号に応じて、上記接地線を上記変圧器の２次巻線側
   に設けられたいずれかのタップに切換接続する切換制御
   部とを含んで成ることを特徴とする請求項１に記載のス
   イッチング電源回路。
3. 【請求項３】上記変圧器が、複数のタップを設けたシー
   トコイル状に製された２次巻線を用いて構成されたこと
   を特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源回路。