JPH06105549A

JPH06105549A - 直流電圧安定化電源装置

Info

Publication number: JPH06105549A
Application number: JP4251752A
Authority: JP
Inventors: Akira Saito; 明斎藤; Tsuneo Watanabe; 恒夫渡辺
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1994-04-15
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: JP3324151B2; US5479335A

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で高効率の直流電圧安定化電源装置を提供
する。【構成】複数（ｎ台）の並列接続したパワー回路部１０
と制御回路部２０で構成し、回路部２０は、出力側直流
電圧（Ｖｏ’）の検出回路１０１と、接続点１０１ｃの
電圧値が設定値と同一であると前回と同一のデューティ
率の，設定値より低いと前回より高いデューティ率の，
設定値より高いと前回より低いデューティ率の開閉信号
１０４をそれぞれ出力する制御用ＩＣ１０３と、開閉信
号１０４と同一の波形でしかも順次一定のタイミング差
を有するｎ個の開閉信号２２を並列出力する時間差生成
部２３と，開閉信号２２にパワー増幅を施し開閉信号３
１として出力するバッファ部２４からなるタイミング調
整回路部２１から構成する。これにより、出力側直流電
圧（Ｖｏ’）のリップルを各パワー回路部１０の出力側
直流電圧（Ｖｏ）のリップルよりも低減でき、しかも低
電流定格の半導体スイッチの採用が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流負荷に対して安定
な直流電圧を供給する直流電圧安定化電源装置に係わ
り、特にその回路構成ならびに構成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子装置等の各種の直流負荷に対して安
定な直流電圧を供給するための直流電圧安定化電源装置
として、フォワード形，フライバック形，チョッパ形等
の多くの方式のＤＣコンバータが使用されている。図７
は、従来例のこのような直流電圧安定化電源装置の、
（ａ）はフォワード形の場合の、（ｂ）はフライバック
形の場合の、（ｃ）は降圧チョッパ形の場合の回路構成
図である。図７において、１０は、パワー回路部であ
り、フォワード形の場合には、図示しない直流電源から
供給された直流電圧を受取る一対の入力端子１１と、こ
の入力側直流電圧（Ｖｉ）を断続する半導体スイッチと
してのＭＯＳＦＥＴ１２と、１次側コイル１３ａと２次
側コイル１３ｂを備え断続された直流電圧を伝達するた
めの変圧器１３と、２次側コイル１３ｂのそれぞれの端
子にそのアノードが接続されたダイオード１４，１５
と、ダイオード１４，１５のそれぞれのカソードの接続
点１４ａと出力側直流電圧（Ｖｏ）を出力する一対の出
力端子１９との間に接続された前記の断続された直流電
圧を平滑化するフィルタ１６で構成され、しかも、フィ
ルタ１６が、その一方の端子が接続点１４ａに接続さ
れ、その他方の端子がコンデンサ１６ｂの一方の端子に
接続されたリアクトル１６ａと、その一方の端子がリア
クトル１６ａの端子および出力端子１９の一方端子に接
続され、その他方の端子がダイオード１５のアノードお
よび出力端子１９の他方の端子に接続されたコンデンサ
１６ｂで構成されている。

【０００３】また、フライバック形の場合においてのパ
ワー回路部１０を、フォワード形の場合のパワー回路部
１０との相違点を主体として述べると、断続された直流
電圧を平滑化するフィルタ１７を備え、このフィルタ１
７は、１次側コイル１８ａと２次側コイル１８ｂを備え
断続された直流電圧を変圧したうえで伝達するとともに
平滑化用のリアクトルの機能を兼ねる変圧器１８と、２
次側コイル１８ｂの一方の端子にそのアノードが接続さ
れたダイオード１４のカソード、および一方の出力端子
１９にその一方の端子が接続され、２次側コイル１８ｂ
および出力端子１９の他方の端子にその他方の端子が接
続されたコンデンサ１６ｂで構成されており、変圧器１
３およびダイオード１５は備えていない。

【０００４】また、降圧チョッパ形の場合においてのパ
ワー回路部１０を、フォワード形の場合のパワー回路部
１０との相違点を主体として述べると、断続された直流
電圧を平滑化するフィルタ１６を備え、このフィルタ１
６は、その一方の端子がダイオード１５のカソードに接
続され、その他方の端子がコンデンサ１６ｂの一方の端
子に接続されたリアクトル１６ａと、その一方の端子が
リアクトル１６ａの端子および出力端子１９の一方の端
子に接続され、その他方の端子がダイオード１５のアノ
ードおよび出力端子１９の他方の端子に接続されたコン
デンサ１６ｂで構成されおり、ダイオード１５は、その
カソードがリアクトル１６ａの一方の端子およびＭＯＳ
ＦＥＴ１２に接続され、そのアノードが入力端子１１の
他方の端子およびコンデンサ１６ｂの他方の端子に接続
されており、変圧器１３およびダイオード１５は備えて
いない。

【０００５】１００は、パワー回路部１０の出力端子１
９から出力された出力側直流電圧（Ｖｏ）の値を負荷が
要求する負荷量に応じた量として検出し、この出力側直
流電圧（Ｖｏ）の値に応じたデューティ率でＭＯＳＦＥ
Ｔ１２を開閉する開閉信号をＭＯＳＦＥＴ１２に送出す
る制御回路部であり、パワー回路部１０の一対の出力端
子１９の間に接続された出力側直流電圧値（Ｖｏ）の検
出回路である抵抗器１０１ａ，１０１ｂの抵抗器直列接
続回路１０１と、抵抗器直列接続回路１０１の抵抗器１
０１ａ，１０１ｂとの接続点１０１ｃから導出され、後
記する制御用ＩＣ１０３への入力信号を入力する端子１
０３ａの間を接続する検出データ線１０２と、端子１０
３ａから入力した接続点１０１ｃの電圧値〔すなわち、
出力側直流電圧値（Ｖｏ）の１／ｋの値であり、この従
来例の場合の、負荷が要求する負荷量に応じた量に対応
する値〕が、あらかじめ設定されている所定の動作設定
値（Ｖｓ）と同一である場合には、前回と同一のデュー
ティ率を有する開閉信号を出力し、動作設定値（Ｖｓ）
より低い場合には、前回よりも高いデューティ率とした
開閉信号を出力し、動作設定値（Ｖｓ）より高い場合に
は、前回よりも低いデューティ率とした開閉信号１０４
を出力する制御用ＩＣ１０３と、制御用ＩＣ１０３から
出力された開閉信号１０４を増幅するドライブ回路１０
５とで構成され、開閉信号１０４がパワー増幅された信
号であるドライブ回路１０５から出力されるドライブ信
号１０６をＭＯＳＦＥＴ１２のゲート１２ａに向けて出
力するものである。

【０００６】従来例の直流電圧安定化電源装置は、前述
の構成にされているので、その方式にかかわらず、制御
回路部１００から供給されるドライブ信号１０６により
指定されたデューティ率ならびに周期（Ｔｃ）に従い、
ＭＯＳＦＥＴ１２は、所定のオン時間（Ｔｏｎ）の間オ
ンし、続いて所定のオフ時間（Ｔｏｆｆ）の間オフする
サイクル〔周期（Ｔｃ）＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ〕でオン・
オフを繰り返し、ＭＯＳＦＥＴ１２の出力側に入力側直
流電圧（Ｖｉ）の断続波を出力させる。この断続波を直
接または変圧器を介したうえでフィルタ１６またはフィ
ルタ１７により平滑化を行い、直流電圧に含まれる脈動
分を抑制することにより、出力端子１９からリップル分
の小さい平滑化された出力側直流電圧（Ｖｏ）を、ほぼ
所定の値（Ｖｓ×ｋ）で安定に出力する。

【０００７】なお、出力側直流電圧（Ｖｏ）と入力側直
流電圧（Ｖｉ）との関係は、フォワード形の場合につい
て示せば、変圧器１３の巻数比（２次側コイル１３ｂの
巻数／１次側コイル１３ｂに巻数）をｒ、デューティ率
を（Ｔｏｎ／Ｔｃ）とすると、（１）式の関係に有る。Ｖｏ≒Ｖｉ・ｒ・（Ｔｏｎ／Ｔｃ）…………………………………………（１）これらの直流電圧安定化電源装置を電子装置等に搭載す
る場合は、プリント配線基板上に実装するのが通例であ
る。電子装置が高機能化するに従いそれを構成する電子
回路毎に数〜数１０Ｗの小容量の直流電圧安定化電源装
置を組み込むことが多くなり、このような使用状態に適
合した小型な直流電圧安定化電源装置が要求されるよう
になってきている。こうした要求に対応するために、半
導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１２、ダイオード１４，
１５、制御用ＩＣ１０３、ドライブ回路１０５等の半導
体素子を単一の半導体チップに集積化するとか、また、
同一の平滑化を実行するためのフィルタ１６，１７に使
用するリアクトル１６ａ，変圧器１８のリアクタンスお
よびコンデンサ１６ｂのキャパシタンスは動作周波数
（ｆ＝１／Ｔｃ）の逆比により低減できることと、変圧
器１３，１８に使用する鉄心の断面積は、磁束密度を一
定に保持することを前提にして動作周波数の逆比により
縮小できることを利用して、半導体スイッチ（ＭＯＳＦ
ＥＴ１２）をオン・オフする動作周波数を数百ｋＨｚ以
上に高周波化すること等により、直流電圧安定化電源装
置の小型化が進められてきている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る直流電圧安定化電源装置においては、安定化された直
流電圧を負荷に供給することが可能であるとともに、ま
ずまず小型化された製品を提供することが出来ている。
しかしながら、微細加工技術を駆使した超ＬＳＩなどの
半導体チップ部品の小型化、あるいは、電子部品の高密
度実装化技術等の組み合わせにより、電子装置の小型・
軽量化が著しく進展してきている。こうした状況から、
従来技術による直流電圧安定化電源装置について、次記
のことが問題となってきている。すなわち動作周波数が１ＭＨｚレベルを越える領域になると、
変圧器の場合で述べると、動作周波数の高周波化により
鉄心中の損失が激増するようになるために、磁束密度を
一定に保持できなくなり、動作周波数の高周波化による
小型化が限界になってきている。リアクタンスには、こ
の他にストレイ・キャパティの影響も出てくるので、変
圧器同様に問題である。

【０００９】動作周波数を高周波化するに従い、半導
体スイッチ素子の損失が増加してくる問題がある。例え
ば、フライ・バック形の直流電圧安定化電源装置を１Ｍ
Ｈｚで動作した場合に発生した損失を分析した結果で
は、全損失中の３５％が半導体スイッチ素子で、２０％
が変圧器で、残部の４５％がその他の部品で発生してお
り、半導体スイッチ素子中で発生した損失が最大となっ
ており、このことが動作周波数の高周波化を進めるうえ
でのネックとなってきている。

【００１０】直流電圧安定化電源装置の各部品を小型
化し、かつ部品点数を減少したとしても、各部品をプリ
ント配線基板上に実装する点では変わりがないので、プ
リント配線基板のサイズにより制約されて装置全体の小
型化に限界が生じてきている。また、能動素子と受動素
子をプリント配線基板の銅箔配線層を介して接続するの
で、動作周波数が１ＭＨｚレベルを越える領域になる
と、銅箔配線層のストレイ・インダクタンスにより、回
路動作が影響を受けて装置性能がばらつきやすくなり、
かつ、銅箔配線層が拾う外来ノイズにより誤動作を起こ
し易くなって装置の信頼性の低下を招いてしまうことが
ある。このために、動作周波数を一層高周波化して、直
流電圧安定化電源装置の小型化を進めることが限界とな
ってきている。

【００１１】本発明は、前述の従来技術の問題点に鑑み
なされたものであり、その目的は、一層の小型化が可能
で、また変換効率ができるだけ高い直流電圧安定化電源
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では前述の目的
は、１）入力側直流電圧を断続する半導体スイッチとこ
の半導体スイッチから出力された断続直流電圧を平滑化
するためのフィルタを有するパワー回路部と、負荷が要
求する負荷量に応じた量を検出しこの量の値に応じたデ
ューティ率で前記半導体スイッチを開閉する開閉信号を
この半導体スイッチに送出する制御回路部を備えた直流
電圧安定化電源装置において、制御回路部からの開閉信
号により動作するパワー回路部を複数台数並列に接続し
て構成するとともに、前記制御回路部にそれぞれのパワ
ー回路部が有する半導体スイッチに対しそれぞれ異なる
タイミングにおいて開閉信号を送出するタイミング調整
回路部を備えた構成とすること、また２）前記１項記載
の手段において、複数並列に接続されたパワー回路部は
共通の制御回路部を備え、この制御回路部が有するタイ
ミング調整回路部からそれぞれのパワー回路部が備える
半導体スイッチに対しそれぞれ異なるタイミングにおい
て開閉信号を送出する構成とすること、また３）前記１
項記載の手段において、制御回路部からの開閉信号によ
り動作するパワー回路部を複数台数並列に接続して構成
するとともに、前記制御回路部が有するタイミング調整
回路部からそれぞれのパワー回路部が有する半導体スイ
ッチに対しそれぞれ異なるタイミングにおいて開閉信号
を送出する回路構成とした直流電圧安定化電源回路部グ
ループを複数グループ備え、それぞれの直流電圧安定化
電源回路部グループを互いに並列接続して回路構成する
とともに、それぞれの直流電圧安定化電源回路部グルー
プは負荷が要求する負荷量に応じた量の互いに異なるレ
ベルにおいてその直流電圧供給動作を開始ならびに終止
する構成とすること、また４）前記３項記載の手段にお
いて、直流電圧安定化電源回路部グループが備えるパワ
ー回路部は、負荷が要求する負荷量に応じた量のいかん
にかかわらず一定のデューティ率でその半導体スイッチ
を開閉する構成とすること、また５）前記３項または４
項記載の手段において、それぞれの直流電圧安定化電源
回路部グループには複数並列に接続されたパワー回路部
に対し共通の制御回路部を備え、これらの制御回路部は
負荷が要求する負荷量に応じた量の互いに異なるレベル
においてそれぞれの直流電圧安定化電源回路部グループ
の直流電圧供給動作を開始ならびに終止する機能を有す
る構成とすること、また６）前記３項または４項記載の
手段において、それぞれの直流電圧安定化電源回路部グ
ループが有する複数並列に接続されたパワー回路部の全
てに共通の制御回路部を備え、しかもこの制御回路部は
それぞれの直流電圧安定化電源回路部グループに対して
互いに異なる出力側直流電圧値レベルにおいて開閉信号
の送出動作の開始ならびに終止を行う機能を有する構成
とすること、また７）前記５項または６項記載の手段に
おいて、制御回路部はタイミング調整回路部を備え、こ
のタイミング調整回路部からそれぞれのパワー回路部が
備える半導体スイッチに対し異なるタイミングにおいて
開閉信号を送出する構成とすること、また８）前記１項
ないし７項記載の手段において、直流電圧安定化電源装
置を構成するパワー回路部および制御回路部が備える回
路要素を、単一の半導体基板中ならびにこの半導体基板
上に絶縁膜を介して積層して形成してなる構成とするこ
と、で達成される。

【００１３】

【作用】本発明においては、制御回路部からの開閉信号
により動作するパワー回路部を複数台数並列に接続する
構成としたり、複数台数が並列に接続されたパワー回路
部に共通の制御回路部を備える構成とし、しかも前記制
御回路部にそれぞれのパワー回路部が有する半導体スイ
ッチに対し、それぞれ異なるタイミングにおいて開閉信
号を送出するタイミング調整回路部を備える構成とする
ことにより、それぞれのパワー回路部はリップル分を含
む出力側直流電圧を出力するのであるが、それぞれのパ
ワー回路部はそれぞれ異なるタイミングによりその半導
体スイッチがオン・オフされているので、出力側直流電
圧に含まれるリップル分の位相は、この異なるタイミン
グに応じてそれぞれ異なっている。このリップル分の位
相が互いに異なる複数の直流電圧が並列接続されると、
その直流分電圧は不変であるが、リップル分については
互いに干渉し合い、含まれる周波数成分により程度は異
なるが低減されたりあるいは消滅したりする。これによ
り並列接続後の出力側直流電圧に含まれるリップル分の
直流分に対する割合が、パワー回路部から出力される出
力側直流電圧含まれるリップル分の直流分に対する割合
よりも低減されることとなる。また、それぞれのパワー
回路部が有する半導体スイッチがオン・オフする電流の
値が並列接続されている台数に応じた割合により減少さ
れるので、使用する半導体スイッチの電流定格を下げる
ことができて、これにより半導体スイッチのスイッチン
グ動作が速まりスイッチング損失が低減される。

【００１４】また、制御回路部からの開閉信号により動
作するパワー回路部を複数台数を並列に接続する構成と
し、前記制御回路部にそれぞれのパワー回路部が有する
半導体スイッチに対し、それぞれ異なるタイミングにお
いて開閉信号を送出するタイミング調整回路部を備え、
このタイミング調整回路部からそれぞれのパワー回路部
が有する半導体スイッチに対し、それぞれ異なる開閉タ
イミングを持ち、しかも可変または一定のデューティ率
を持つ開閉信号を送出する回路構成とした直流電圧安定
化電源回路部グループを複数グループ備え、それぞれの
直流電圧安定化電源回路部グループを互いに並列接続し
て回路構成するとともにそれぞれの直流電圧安定化電源
回路部グループは、負荷が要求する負荷量に応じた量の
互いに異なるレベルにおいてその直流電圧供給動作を開
始ならびに終止する構成としたり、制御回路部からの開
閉信号により動作するパワー回路部を複数台数を並列に
接続する構成とし、それぞれのパワー回路部が有する半
導体スイッチは、それぞれ異なる開閉タイミングでしか
も可変または一定のデューティ率により開閉する回路構
成とした直流電圧安定化電源回路部グループの複数を互
いに並列接続して備え、前記制御回路部は、複数の直流
電圧安定化電源回路部グループに対し共通に備えられ、
それぞれのパワー回路部が有する半導体スイッチに対
し、それぞれ異なるタイミングにおいて開閉信号を送出
するタイミング調整回路部を備えて、それぞれのパワー
回路部が有する半導体スイッチに対し、それぞれ異なる
開閉タイミングでしかも可変または一定のデューティ率
を持つ開閉信号を送出するとともに、それぞれの直流電
圧安定化電源回路部グループに対し、負荷が要求する負
荷量に応じた量の互いに異なるレベルにおいて開閉信号
を送出を開始ならびに終止する構成とすることにより、
前述した本発明の作用・効果に加えて、負荷の増減に応
じて直流電圧安定化電源回路部グループとして纏められ
た複数のパワー回路部が、同時に負荷への電力供給を開
始したり終止したりするなど、グループ単位で動作を行
うので、グループ中に含まれる一部のパワー回路部が不
良になったとしても、残部のパワー回路部で何ら支障な
く電力供給を行うことができ、直流電圧安定化電源回路
部を単一半導体基板へ集積する構成とするのに好都合な
ものである。

【００１５】さらにまた、前述構成を備える直流電圧安
定化電源装置の各部品要素を、単一の半導体基板中なら
びにこの半導体基板上に絶縁膜を介して積層して形成す
る構成とすることにより、前述した本発明の作用・効果
に加えて、半導体スイッチング素子を含む全ての能動素
子が集積された単一の単一半導体基板の上に、薄膜構造
の変圧器、リアクトル、コンデンサを一体に集積された
構造を採りえることで、変圧器、リアクトルの鉄心中に
発生する損失が低減され、また、プリント配線基板にま
つわるストレイ・インダクタンスや外来ノイズの問題が
解消される。これにより直流電圧安定化電源装置の動作
周波数のより高周波化が計れることとなる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に
説明する。実施例１；図１は、請求項１，２，３に対応する本発明
の一実施例による直流電圧安定化電源装置のブロック回
路図、図２は、図１における開閉信号の説明図である。
図１，図２において、図７に示した従来例の直流電圧安
定化電源装置と同一部分には、同じ符号を付しその説明
を省略する。

【００１７】図１，図２において、２０は、複数（ｎ
台）のパワー回路部１０（１０ａ，１０ｂ，・・・１０
ｎ）（その方式にはかかわらない、ただし同一の方式で
あることが好ましい。）の出力端子１９（１９ａ，１９
ｂ，・・・１９ｎ）から出力された出力側直流電圧（Ｖ
ｏ）（Ｖｏａ，Ｖｏｂ，・・・Ｖｏｎ）の値を、負荷が
要求する負荷量に応じた量として検出し、この出力側直
流電圧（Ｖｏ）の値に応じたデューティ率でそれぞれの
ＭＯＳＦＥＴ１２を開閉する開閉信号３１（３１ａ，３
１ｂ，・・・３１ｎ）をＭＯＳＦＥＴ１２のゲート１２
ａ（１２ａａ，１２ａｂ，・・・１２ａｎ）に送出する
制御回路部であり、パワー回路部１０のそれぞれの出力
端子１９からの直流出力を、互いに並列に接続したうえ
で図示しない負荷装置に直流出力を供給するための一対
の出力端子３３の間に接続された出力側直流電圧値（Ｖ
ｏ’）の検出回路である抵抗器直列接続回路１０１と、
検出データ線１０２と、制御用ＩＣ１０３と、制御用Ｉ
Ｃ１０３から出力された開閉信号１０４を基にして半導
体スイッチ１２のそれぞれのゲート１２ａに対しそれぞ
れ異なるタイミングにおいて開閉信号３１を送出するタ
イミング調整回路部２１で構成されている。

【００１８】タイミング調整回路部２１は、開閉信号１
０４を受け入れる入力端子２１ａと、開閉信号１０４と
同一の波形パターンを持ちしかも順次（ΔＴ）のタイミ
ング差を有しており、少なくとも並列接続されたパワー
回路部１０の台数（ｎ台）と同数の個数の開閉信号２２
（２２ａ，２２ｂ，・・・２２ｎ）を、それぞれ並列に
出力する時間差生成部２３と、開閉信号２２を受取りパ
ワー増幅を施したうえで、それぞれがこれら開閉信号２
２と同一の波形パターンを持つ開閉信号３１を並列に出
力するバッファ部２４と、開閉信号３１をタイミング調
整回路部２１の外部に出力する出力端子２１ｂ（２１ｂ
ａ，２１ｂｂ，・・・２１ｂｎ）から構成されている。

【００１９】なお、パワー回路部１０のそれぞれの入力
端子１１（１１ａ，１１ｂ，・・・１１ｎ）は、一対の
入力端子３２に互いに並列に接続されうえで図示しない
直流電源から共通に直流電力の供給を受けている。３０
は、前記した複数（ｎ台）のパワー回路部１０と、制御
回路部２０と、一対の入力端子３２と、一対の出力端子
３３を備える直流電圧安定化電源装置である。

【００２０】本発明では前述の構成としたので、それぞ
れのパワー回路部１０は、リップル分を含む出力側直流
電圧（Ｖｏ）を出力するのであるが、ぞれ異なるタイミ
ングにより、ＭＯＳＦＥＴ１２がオン・オフ動作されて
いるので、それぞれの出力側直流電圧（Ｖｏ）に含まれ
るリップル分の位相は、順次ΔＴのタイミング差によっ
てずれることとなる。ところでこのリップル分は、動作
周波数（ｆ＝１／Ｔｃ）に基づく基本波交流成分と、そ
れぞれがこの基本波に対して整数（１，２・・・）倍の
周波数を持つ多くの高調波交流成分が合成されたもので
あり、従って位相が互いに異なる複数の出力側直流電圧
（Ｖｏ）が並列接続される出力側直流電圧（Ｖｏ’）に
おいては、その直流分電圧は不変であるが、リップル分
については互いに干渉し合い、含まれる周波数成分によ
り程度は異なるが低減されたりあるいは消滅したりす
る。

【００２１】例えば、典型的な一例として、ＭＯＳＦＥ
Ｔ１２がオン・オフ動作することにより生成する波形が
正確な方形波である理想的な条件であると仮定して、デ
ューティ率（Ｔｏｎ／Ｔｃ）が１／２である場合には、
互いに電気角で１８０°異なったタイミング差でＭＯＳ
ＦＥＴ１２がオン・オフ動作する２台のパワー回路部１
０から出力される出力側直流電圧（Ｖｏ）に含まれる交
流分の各周波数成分の振幅は、互いに等しくかつ反転し
た関係になるので、出力側直流電圧（Ｖｏ’）において
は互いに相殺されて消滅されることとなる。また、デュ
ーティ率（Ｔｏｎ／Ｔｃ）が１／４である場合には、互
いに電気角で９０°異なったタイミング差でＭＯＳＦＥ
Ｔ１２がオン・オフ動作される４台のパワー回路部１０
から出力される場合にも、出力側直流電圧（Ｖｏ’）に
おいてのリップル分は消滅されることとなる。

【００２２】上記は理想的な条件でのしかも特定のデュ
ーティ率（Ｔｏｎ／Ｔｃ）における場合についてのこと
であり、本実施例においてはデューティ率は負荷ガ要求
する負荷量で定まるものであって１／２とか１／４の値
となる機会が常に発生するものではない。しかし、任意
のデューティ率であっても、異なったタイミング差でＭ
ＯＳＦＥＴ１２がオン・オフ動作されるパワー回路部１
０の出力側直流電圧（Ｖｏ）を並列接続することによ
り、出力側直流電圧（Ｖｏ’）に含まれるリップル分の
直流分に対する割合を、パワー回路部から出力される出
力側直流電圧（Ｖｏ）に含まれるリップル分の直流分に
対する割合よりも低減されることとなる。なお、タイミ
ング差（ΔＴ）は、いずれのパワー回路部１０から出力
された出力側直流電圧（Ｖｏ）も同一の条件でそのリッ
プル分が低減されるようにするために、ΔＴ＝Ｔｃ／ｎ
に選ぶことが好ましい。

【００２３】出力側直流電圧（Ｖｏ’）に含まれるリッ
プル分の直流分に対する割合を従来例と同等レベルに維
持するものとすると、上記のことを利用して、それぞれ
の出力側直流電圧（Ｖｏ）に含まれるリップル分は従来
例よりも大きな値としてよく、従ってパワー回路部１０
が備えるフィルタ１６もしくは１７の平滑化能力を削減
（フィルタの備えるリアクトルやコンデンサの持つリア
クタンスやキャパシタンスの値を小さい値となしえ
る。）することが可能となる。

【００２４】また、直流電圧安定化電源装置を複数のパ
ワー回路部１０により構成すことにより、それぞれのパ
ワー回路部１０が有する半導体スイッチによりオン・オ
フする電流の値が並列接続されている台数（ｎ）に応じ
た割合により減少されるので、使用する半導体スイッチ
の電流定格を１／ｎに下げることができる。これにより
半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１２のチップサイズを
電流定格に応じて縮小できるので、その動作速度が高速
化されてオン・オフ動作に伴う損失，特に半導体領域内
の空乏層が広がる体積にほぼ比例して発生するいわゆる
ターンオフ損失を電流値に比例する以上に低減させるこ
とができる。これにより、複数のパワー回路部１０の全
体としての、半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１２で発
生する損失が低減される。

【００２５】実施例２；図３は、請求項１，３，４，
５，７に対応する本発明の一実施例による直流電圧安定
化電源装置のブロック回路図である。図３において、図
１，図２に示した本発明の請求項１，２に対応する一実
施例による直流電圧安定化電源装置、ならびに図７に示
した従来例の直流電圧安定化電源装置と同一部分には、
同じ符号を付しその説明を省略する。

【００２６】図３において、５０（５０ａ，５０ｂ，・
・・５０ｍ）は、複数（ｍ台）の直流電圧安定化電源装
置でもあるそれぞれの直流電圧安定化電源回路部グルー
プ４０（４０ａ，４０ｂ，・・・４０ｍ）に設けられ、
直流電圧安定化電源回路部グループ４０の出力端子４３
（４３ａ，４３ｂ，・・・４３ｍ）に出力されるそれぞ
れの出力側直流電圧（Ｖｏ’）（Ｖｏ’ａ，Ｖｏ’ｂ，
・・・Ｖｏ’ｍ）の値を負荷が要求する負荷量に応じた
量として検出し、この出力側直流電圧（Ｖｏ’）の１／
ｋの値が、それぞれの直流電圧安定化電源回路部グルー
プ４０においてあらかじめ設定されている所定の下限設
定値（Ｖｎ）（Ｖｎａ，Ｖｎｂ，・・・Ｖｎｍ）（ただ
し、Ｖｎ＜Ｖｓに定められる。）を下回った場合に、こ
の出力側直流電圧（Ｖｏ’）の値に応じたデューティ率
でそれぞれの直流電圧安定化電源回路部グループ４０が
備える複数のパワー回路部１０（その方式にはかかわら
ない、ただし同じグループ内では同一の方式であること
が好ましい。）が有するＭＯＳＦＥＴ１２を開閉する開
閉信号４１（４１ａ，４１ｂ，・・・４１ｎ）を、ＭＯ
ＳＦＥＴ１２のゲート１２ａ（１２ａａ，１２ａｂ，・
・・１２ａｎ）に送出し、また、あらかじめ設定されて
いる所定の上限設定値（Ｖｐ）（Ｖｐａ，Ｖｐｂ，・・
・Ｖｐｍ）（ただし、Ｖｎ＞Ｖｓに定められる。）を上
回った場合には開閉信号４１の送出を停止する機能を有
する制御回路部であり、一対の出力端子４３の間に接続
された出力側直流電圧値（Ｖｏ’）の検出回路である抵
抗器直列接続回路１０１と、検出データ線１０２と、制
御用ＩＣ５３と、制御用ＩＣ５３から出力された開閉信
号１０４を基にして半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１
２のそれぞれのゲート１２ａに対しそれぞれ異なるタイ
ミングにおいて開閉信号４１を送出するタイミング調整
回路部２１で構成されている。

【００２７】それぞれの直流電圧安定化電源回路部グル
ープ４０に備えられた制御用ＩＣ５３は、端子５３ａか
ら入力した接続点１０１ｃの電圧値〔すなわち、出力側
直流電圧値（Ｖｏ’）の１／ｋの値〕が、あらかじめ設
定されている所定の下限設定値（Ｖｎ）（制御用ＩＣ５
３が所属する直流電圧安定化電源回路部グループ４０毎
に、異なる値である。）を下回った場合には、接続点１
０１ｃの電圧値があらかじめ設定されている所定の動作
設定値（Ｖｓ）と同一であると、前回と同一のデューテ
ィ率を有する開閉信号を、動作設定値（Ｖｓ）より低い
と、前回よりも高いデューティ率とした開閉信号を、動
作設定値（Ｖｓ）より高いと、前回よりも低いデューテ
ィ率とした開閉信号１０４を、それぞれ出力するととも
に、あらかじめ設定されている所定の上限設定値（Ｖ
ｐ）（制御用ＩＣ５３が所属する直流電圧安定化電源回
路部グループ４０毎に、異なる値である。）を上回った
場合には開閉信号１０４の送出を停止する機能を有す
る。

【００２８】また、それぞれの制御用ＩＣ５３が持つ下
限設定値（Ｖｎ）の値；Ｖｎａ，Ｖｎｂ，・・・Ｖｎｍ
は、図示しない負荷装置が要求する直流負荷量の増大に
応じて、負荷装置に電力の供給を行う直流電圧安定化電
源回路部グループ４０を、順次１グループずつ増加する
ようにするために、Ｖｎｍ＜・・・＜Ｖｎｂ＜Ｖｎａ＜
Ｖｓの関係に定め、また、それぞれの制御用ＩＣ５３が
持つ上限設定値（Ｖｐ）の値；Ｖｐａ，Ｖｐｂ，・・・
Ｖｐｍは、負荷装置が要求する直流負荷量の減少に応じ
て、負荷装置に電力の供給を行う直流電圧安定化電源回
路部グループ４０を、順次１グループずつ削減するよう
にするために、Ｖｐａ＞Ｖｐｂ＞・・・Ｖｐｍ＞Ｖｓの
関係に定められる。

【００２９】なお、直流電圧安定化電源回路部グループ
４０のそれぞれの入力端子４２（４２ａ，４２ｂ，・・
・４２ｎ）は、一対の入力端子６２に互いに並列に接続
され、また出力端子４３は一対の出力端子６３に互いに
並列に接続される。以上の構成を有する直流電圧安定化
電源回路部グループ４０は、前述した実施例１の直流電
圧安定化電源装置に対して制御回路部のみが異なってい
るものである。ここで６０は、前記した複数（ｍ台）の
直流電圧安定化電源回路部グループ４０と、一対の入力
端子６２と、一対の出力端子６３を備え、出力端子６３
から総合された出力側直流電圧値（Ｖｏ”）により図示
しない直流負荷装置に直流電力を供給する直流電圧安定
化電源装置である。

【００３０】本発明では前述の構成としたので、それぞ
れの直流電圧安定化電源回路部グループ４０は、出力側
直流電圧（Ｖｏ’）（Ｖｏ’ａ，Ｖｏ’ｂ，・・・Ｖ
ｏ’ｍ）を出力するのであるが、前述した実施例１の直
流電圧安定化電源装置３０の動作に加えて、制御回路部
５０に設置された制御用ＩＣ５３の持つ機能に従い、負
荷の増減に応じて直流電圧安定化電源回路部グループ４
０として纏められた複数のパワー回路部１０が、同時に
負荷への電力供給を開始したり終止したりするなど、グ
ループ単位で動作を行うので、グループ中に含まれる一
部のパワー回路部１０が不良となり電力供給が不可能と
なったとしても、残部のパワー回路部１０で何ら支障な
く電力供給を行うことが出来ることで、直流電圧安定化
電源回路部を単一半導体基板へ集積構成するのに好都合
なものである。

【００３１】今までの実施例２の説明では、ＭＯＳＦＥ
Ｔ１２を負荷が要求する負荷量に応じて変動するデュー
ティ率によって動作させるとしてきたが、これに限定さ
れるものではなく、例えばデューティ率は固定にしてよ
いものである。その場合、制御用ＩＣ５３に出力側直流
電圧（Ｖｏ’）に応じてデューティ率を変える機能を不
要である。またこの場合には、デューティ率は、備える
パワー回路部１０の台数に適し出力側直流電圧（Ｖ
ｏ’）に含まれるリップル分を最小にする値に選定する
ことが好ましいものである。

【００３２】また今までの実施例２の説明では、負荷が
要求する負荷量に応じた量は、出力端子６３間の出力側
直流電圧であるとしたが、これに限定されるものではな
く、例えば、直流負荷装置に供給する電流の値であって
もよいものである。実施例３；図４は、請求項１，３，４，６，７に対応す
る本発明の一実施例による直流電圧安定化電源装置のブ
ロック回路図である。図４において、図１，図２に示し
た本発明の請求項１，２に対応する一実施例による直流
電圧安定化電源装置、図３に示した本発明の請求項１，
３，４，５，７に対応する一実施例による直流電圧安定
化電源装置、ならびに図７に示した従来例の直流電圧安
定化電源装置と同一部分には、同じ符号を付しその説明
を省略する。

【００３３】図４において、７０（７０ａ，７０ｂ，・
・・７０ｍ）は、複数（ｍ）台数が備えられた直流電圧
安定化電源回路部グループであり、前述した実施例２の
直流電圧安定化電源回路部グループ４０おいて制御回路
部を取り除いた構成としたものである。８０は、出力端
子９３における出力側直流電圧（Ｖｏ”）の値を負荷が
要求する負荷量に応じた量として検出し、この出力側直
流電圧（Ｖｏ”）の値に応じてそれぞれの直流電圧安定
化電源回路部グループ７０に対して、それぞれの直流電
圧安定化電源回路部グループ７０のパワー回路部１０
（その方式にはかかわらない、ただし同じグループ内で
は同一の方式であることが好ましい。）が有するＭＯＳ
ＦＥＴ１２を開閉する開閉信号８１を、それぞれのＭＯ
ＳＦＥＴ１２のゲート１２ａに送出する制御回路部であ
る。

【００３４】制御回路部８０は、それぞれの直流電圧安
定化電源回路部グループ７０に対してあらかじめ設定さ
れている所定の下限設定値（Ｖｎａ）を下回った場合
に、この出力側直流電圧（Ｖｏ”）の値に応じたデュー
ティ率で、例えば直流電圧安定化電源回路部グループ７
０ａとともに新たに直流電圧安定化電源回路部グループ
７０ｂに対しても、パワー回路部１０が有するＭＯＳＦ
ＥＴ１２を開閉する開閉信号８１を、電源回路部グルー
プ７０ａ，７０ｂが備えるＭＯＳＦＥＴ１２のゲート１
２ａに送出し、また、あらかじめ設定されている所定の
上限設定値（Ｖｐａ）を上回った場合には電源回路部グ
ループ７０ｂに対する開閉信号８１の送出を終止し、直
流電圧安定化電源回路部グループ７０ａのみに、出力側
直流電圧（Ｖｏ”）の値に応じたデューティ率で、ＭＯ
ＳＦＥＴ１２のゲート１２ａに送出する機能を有する制
御回路部であり、一対の出力端子９３の間に接続された
出力側直流電圧値（Ｖｏ”）の検出回路である抵抗器直
列接続回路１０１と、検出データ線１０２と、制御用Ｉ
Ｃ８３と、直流電圧安定化電源回路部グループ７０の台
数（ｍ）と同数の個数のタイミング調整回路部８４（８
４ａ，８４ｂ，・・・８４ｍ）で構成されている。

【００３５】制御用ＩＣ８３は、入力端子８３ａを有
し、この入力端子８３ａから検出データ線１０２を介し
て入力した接続点１０１ｃの電圧値〔すなわち、出力側
直流電圧値（Ｖｏ”）の１／ｋの値〕に応じて、開閉信
号８３ｃ（８３ｃａ，８３ｃｂ・・・８３ｃｍ）をそれ
ぞれのタイミング調整回路部８４に送出する機能を備え
る制御回路であり、出力側直流電圧値（Ｖｏ”）に応じ
た値があらかじめ設定されている所定の下限設定値（Ｖ
ｎａ）を下回らない場合には、次記の内容により開閉信
号８３ｃａをタイミング調整回路部８４ａに送出する。
すなわち、接続点１０１ｃの電圧値があらかじめ設定さ
れている所定の動作設定値（Ｖｓ）と同一であると前回
と同一のデューティ率を有し、動作設定値（Ｖｓ）より
低いと前回よりも高いデューティ率とし、動作設定値
（Ｖｓ）より高いと前回よりも低いデューティ率とする
ものである。

【００３６】また、出力側直流電圧値（Ｖｏ”）の１／
ｋが所定の下限設定値（Ｖｎａ）を下回った場合には、
開閉信号８３ｃａと同一の信号を備える開閉信号８３ｃ
ｂを、新たにタイミング調整回路部８４ｂに送出する。
また、出力側直流電圧値（Ｖｏ”）の１／ｋが所定の下
限設定値（Ｖｎｍ）を下回った場合には、開閉信号８３
ｃａと同一の信号を備える開閉信号８３ｃｍを、新たに
タイミング調整回路部８４ｍに送出する。さらにまた、
出力側直流電圧値（Ｖｏ”）の１／ｋが所定の下限設定
値（Ｖｎａ）を上回った場合には、開閉信号８３ｃｂの
送出を終止し、開閉信号８３ｃａのみが送出されること
となる。また、それぞれのタイミング調整回路部８４
は、それぞれの制御用ＩＣ８３が送出したそれぞれの開
閉信号８３ｃを受取り、それぞれが順次（ΔＴ）のタイ
ミング差を有しており、例えば調整回路部８４ａの場合
には、少なくとも並列接続されたパワー回路部１０の台
数（ｎ台）と同数の個数の開閉信号８１ａ（８１ａａ，
８１ａｂ，・・・８１ａｎ）を、半導体スイッチ１２の
それぞれのゲート１２ａに対しそれぞれ異なるタイミン
グにおいて送出する機能を有する。

【００３７】なお、下限設定値（Ｖｎ）のそれぞれの
値；Ｖｎａ，Ｖｎｂ，・・・Ｖｎｍは、図示しない負荷
装置が要求する直流負荷量の増大に応じて、負荷装置に
電力の供給を行う直流電圧安定化電源回路部グループ７
０を、順次１グループずつ増加するようにするために、
Ｖｎｍ＜・・・＜Ｖｎｂ＜Ｖｎａ＜Ｖｓの関係に定め、
上限設定値（Ｖｐ）のそれぞれの値；Ｖｐａ，Ｖｐｂ，
・・・Ｖｐｍは、負荷装置から要求される直流電力の減
少に応じて、負荷装置に電力の供給を行う直流電圧安定
化電源回路部グループ７０を、順次１グループずつ削減
するようにするために、Ｖｐａ＞Ｖｐｂ＞・・・Ｖｐｍ
＞Ｖｓの関係に定められることは、前述した実施例２の
場合と同一である。

【００３８】ここで９０は、前記した複数（ｍ台）の直
流電圧安定化電源回路部グループ７０と、制御回路部８
０と、一対の入力端子９２と、一対の出力端子９３を備
え、出力端子９３から総合された出力側直流電圧値（Ｖ
ｏ”）で図示しない直流負荷装置に直流電力を供給する
直流電圧安定化電源装置である。本発明では前述の構成
としたので、それぞれの直流電圧安定化電源回路部グル
ープ７０は、出力側直流電圧（Ｖｏ’）（Ｖｏ’ａ，Ｖ
ｏ’ｂ，・・・Ｖｏ’ｎ）を出力するのであるが、前述
した実施例１の直流電圧安定化電源装置３０の動作に加
えて、制御回路部８０に設置された制御用ＩＣ８３の持
つ機能に従い、負荷の増減に応じて直流電圧安定化電源
回路部グループ７０として纏められた複数のパワー回路
部１０が、同時に負荷への電力供給を開始したり終止し
たりするなど、グループ単位で動作を行うので、グルー
プ中に含まれる一部のパワー回路部１０が不良となり電
力供給が不可能となったとしても、残部のパワー回路部
１０で何ら支障なく電力供給を行うことが出来ること
で、直流電圧安定化電源回路部を単一半導体基板へ集積
構成するのに好都合なものである。

【００３９】今までの実施例３の説明では、ＭＯＳＦＥ
Ｔ１２を負荷ガ要求する負荷量に応じて変動するデュー
ティ率によって動作させるとしてきたが、これに限定さ
れるものではなく、実施例２の場合と同様にデューティ
率は固定にしてよいものである。その場合、制御用ＩＣ
８３に出力側直流電圧（Ｖｏ’）に応じてデューティ率
を変える機能を不要である。またこの場合には、デュー
ティ率は、備えるパワー回路部１０の台数に適し出力側
直流電圧（Ｖｏ’）に含まれるリップル分を最小にする
値に選定することが好ましいものである。

【００４０】また今までの実施例３の説明では、負荷が
要求する負荷量に応じた量は、出力端子９３間の出力側
直流電圧であるとしたが、これに限定されるものではな
く、例えば、直流負荷装置に供給する電流の値であって
もよいものである。実施例４；図５は、本発明の請求項１，８に対応するフ
ライバック形場合の一実施例の直流安定化電源装置の構
造を例示する断面部の斜視図、図６は、図５中に示した
薄膜積層構造を備える変圧器の、（ａ）は一部切り欠き
上面図、（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。図
５，図６において、図１，図２に示した本発明の請求項
１，２に対応する一実施例による直流安定化電源装置、
図３に示した本発明の請求項１，３，４，５．７に対応
する一実施例による直流安定化電源装置、図４に示した
本発明の請求項１，３，４，６．７に対応する一実施例
による直流安定化電源装置と同一部分には同じ符号を付
し、その説明を省略する。

【００４１】図５において、１は、直流安定化電源装置
に使用される半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１２、ダ
イオード１４、制御用ＩＣ８３，１０３，タイミング調
整回路２１等の多種類でかつ多数の能動素子である半導
体素子を集積化した半導体チップであり、チップ１内に
作り込まれる能動素子間の動作上の相互干渉を防止する
ために、誘電体分離されたいわゆる基板接合型ウエハを
使用している。よく知られているように、このウエハは
上下１対の半導体基板１ａ，１ｂを酸化シリコン膜１ｃ
を挟んで相互に接合し、半導体基板１ｂの表面から複数
の溝を酸化シリコン膜１ｃに達するまで深く掘り込ん
で、半導体基板１ｂを複数の半導体領域に分割した上で
溝面を誘電体膜１ｄで覆いかつそれぞれの溝に多結晶シ
リコン１ｅを充填してなり、半導体基板１ｂを誘電体分
離した各半導体領域の中に能動素子ないし能動素子群が
作り込まれる。

【００４２】図５には、この半導体チップ１に作り込ま
れる多数の能動素子中の代表例として、図１中に示した
ＭＯＳＦＥＴ１２と、ダイオード１４と、タイミング調
整回路２１の備えるｎおよびｐチャネル形電界効果トラ
ンジスタ２１ａおよび２１ｂが示されている。パワー回
路部１０用のＭＯＳＦＥＴ１２は縦形のＭＯＳＦＥＴ
で、整流ダイオード１４も縦形構造とされている。この
チップ１の上面には、多結晶シリコンのゲートを上側か
ら覆うように燐シリケートガラス等の層間の絶縁膜２が
通例の半導体素子のように被着される。

【００４３】配線層３は多層配線構造とされ、絶縁膜２
に穿った窓の中で半導体チップ１に形成された能動素子
と導電接触して素子間を相互に接続するアルミ等の金属
からなる多層の配線膜３ａと、それらの層間に配設され
た酸化シリコン膜等からなる絶縁膜３ｂとの積層構造体
である。本実施例では配線層３の一部を図示のようにや
や上側に膨出させた部分に、コンデンサ１６ｂが作り込
まれており、配線膜３ａと同じアルミ膜を利用した複数
層の電極膜３ｃとそれらの相互間に挟まれた酸化シリコ
ン等からなる薄い誘電体膜３ｄとからなり、配線膜３ａ
を介して半導体チップ１内のダイオード１４等に接続さ
れる。さらに、この配線層３の最上層は絶縁膜４によっ
て覆われる。

【００４４】フライバック形用の変圧器１８は絶縁膜４
の上部に作り込まれ、その具体構造例は図６を参照して
後述するが、図５ではその外輪郭のみが簡略に示されて
いる。配線層３と変圧器１８の表面は最終的には窒化シ
リコン等からなる保護膜５によって覆われ、その適宜な
個所に穿った開口５ａ内に配線膜３ａを露出させて、例
えば図１の入力端子３２，出力端子３３用の接続パッド
とする。

【００４５】変圧器１８は図６に示すように、前記の絶
縁膜４の上に順次に積層された下側の磁性薄膜１８ｃ
と、絶縁膜１８ｄと、薄膜導体からなる１次側コイル１
８ａおよび２次側コイル１８ｂと、絶縁膜１８ｅと、上
側の磁性薄膜１８ｃから構成され、上下の磁性薄膜１８
ｃにより、１次側コイル１８ａおよび２次側コイル１８
ｂを外側から囲む閉じた磁気回路を形成するいわゆる外
鉄形構造とされる。１次側コイル１８ａおよび２次側コ
イル１８ｂは渦巻き状に形成され、それらの両端の端子
１８ａａ、１８ａｂ、１８ｂａ、１８ｂｂが、図５中に
示した配線膜３ａを介してＭＯＳＦＥＴ１２やダイオー
ド１４と接続される。なお、図６の例ではコイル１８
ａ，１８ｂの巻数はそれぞれ６回と 2.5回であり、従っ
て巻数比；ｒは 2.4であって、両コイルは巻き方向が互
いに逆方向になるように接続されている。

【００４６】これらのコイル１８ａ，１８ｂは、アル
ミ, 銅, 銀等の高導電性金属をスパッタ法ないし蒸着法
によって数〜数十μｍの膜厚に成膜した薄膜導体からな
り、これに半導体製造技術を利用したフォトエッチング
を施して数十〜100 μｍ幅の渦巻き状パターンに形成す
る。また、磁性薄膜１８ｃは、例えばパーマロイ系等の
軟磁性を持つ強磁性体金属をスパッタ法等によって望ま
しくはアモルファス状態で成膜した10〜数十μｍの膜厚
の薄膜であり、その高周波損を極力減少させるため、ス
リット１８ｃａがコイル１８ａ，１８ｂの巻回している
方向に対して直交する方向に施される。このスリット１
８ｃａは、１０〜数十μｍの間隔で設けられる。

【００４７】本発明では前述の構成するので、変圧器１
８内部の高周波損が少なくなり、かつ、スイッチング周
波数が１ＭHz以上の高周波領域内の周波数特性を従来よ
り向上することができて、１０ＭＨｚの周波数でも数μ
Ｈ程度の高インダクタンス値を持たせることができる。
従って、本発明ではスイッチング周波数を従来より高め
ることで、変圧器のサイズを数〜２０ｍｍ角の半導体チ
ップ１上に容易に搭載できる程度にまで縮小でき、積層
構造体の全体厚みも薄膜構造なので１００μｍ以下に納
めることができる。

【００４８】かかる薄膜構造の変圧器１８は、勿論半導
体チップ１がまだウエハの状態の段階において、図５に
示すように配線層３に搭載ないし組み込まれ、ウエハを
保護膜５で覆った後に各チップに分割される。このよう
に本発明では、直流安定化電源装置を、すべて半導体プ
ロセス技術を利用して、一体構造のいわゆるワンチップ
構造として製造することができる。本発明のスイッチン
グ電源装置はごく小形のワンチップ構造形であり、しか
も変圧器１８やコンデンサ１６ｂがすでに組み込まれて
いるので従来例のようにプリント配線基板を介する接続
は全く不要であり、例えばチップ実装の形でそのまま電
子装置や電子回路内に組み込んで前述の接続パッドを介
してそれと接続するだけで直ちに使用に供することがで
きる。

【００４９】この一体集積構造とした直流安定化電源装
置は、多数のパワー回路部１０を一体に形成することが
でき、例えば、前述した実施例２，３で述べた直流安定
化電源回路グループ４０，７０を用いる回路構成の場合
においては、１個の集積構造直流安定化電源装置に１０
００個程度あるいはそれ以上の個数のパワー回路部１０
を、容易に一体に形成することが可能である。通常、パ
ワー半導体スイッチを高速でオン・オフ動作を制御用Ｉ
Ｃの出力を基に行わせる場合には、制御用ＩＣからパワ
ー半導体スイッチとの間に半導体基板に占める面積とし
てそれぞれ後段の半導体素子のほぼ１／４の所要面積の
半導体素子が必要であるのであるが、パワー回路部１０
を、１０００個程度あるいはそれ以上の個数にすること
で、通常の直流安定化電源装置の１個のパワー半導体ス
イッチだけを使用する場合と比較して、パワー半導体ス
イッチの半導体基板に占める面積をほぼ１／１０００に
縮小することができ、ドライブ回路を不要にできる。こ
の損失減少効果はＭＯＳＦＥＴ１２のスイッチング周波
数が１ＭHz以上の周波数領域で有利に発揮され、特に小
形トランジスタが動作可能な限界周波数に近づいてくる
１０ＭＨｚないしはそれ以上の高周波領域で顕著にな
る。

【００５０】以上説明した本実施例による集積構造の直
流安定化電源装置は、そのスイッチング周波数を１ＭＨ
ｚないしそれ以上に高める上で有利であり、量産される
１〜10Ｗ程度の比較的小容量の装置に特に適し、本発明
による構成とすることにより、スイッチング周波数が１
〜10ＭＨｚと高周波化され、チップサイズが数〜20mm
角、厚みが１mm以下と小型で、しかも損失が減少するこ
とで、変換効率が70〜80％と比較的高い直流安定化電源
装置を安価に提供できるものである。

【００５１】今までの実施例１，〜実施例３の説明で
は、直流安定化電源装置中にコンデンサ１６ｂを組み込
むとしてきたが、これに限定されるものではなく、コン
デンサ１６ｂは、直流負荷側に設置してもよいものであ
る。また今までの実施例１，〜実施例３の説明では、入
力端子には入力側直流電圧が入力されるとしてきたが、
これに限定されるものではなく、入力端子には交流電圧
を入力し、整流用ダイオードや平滑用フィルタを設置し
て直流電圧に変換するものであってもよいものである。

【００５２】

【発明の効果】本発明においては、制御回路部からの開
閉信号により動作するパワー回路部を複数台数並列に接
続する構成としたり、複数台数が並列に接続されたパワ
ー回路部に共通の制御回路部を備える構成とし、しかも
前記制御回路部にそれぞれのパワー回路部が有する半導
体スイッチに対し、それぞれ異なるタイミングにおいて
開閉信号を送出するタイミング調整回路部を備える構成
とすることにより、それぞれのパワー回路部はリップル
分を含む出力側直流電圧を出力するのであるが、それぞ
れのパワー回路部はそれぞれ異なるタイミングによりそ
の半導体スイッチがオン・オフされているので、出力側
直流電圧に含まれるリップル分の位相は、この異なるタ
イミングに応じてそれぞれ異なっている。このリップル
分の位相が互いに異なる複数の直流電圧が並列接続され
ると、その直流分電圧は不変であるが、リップル分につ
いては互いに干渉し合い、含まれる周波数成分により程
度は異なるが低減されたりあるいは消滅したりする。こ
れにより並列接続後の出力側直流電圧に含まれるリップ
ル分の直流分に対する割合が、パワー回路部から出力さ
れる出力側直流電圧含まれるリップル分の直流分に対す
る割合よりも低減されることとなる。このことを利用し
て、出力側直流電圧に含まれるリップル分の直流分に対
する割合を従来例と同等レベルに維持するものとする
と、それぞれの出力側直流電圧に含まれるリップル分は
従来例よりも大きな値としてよく、従ってパワー回路部
が備えるフィルタの平滑化能力を削減でき、フィルタの
備えるリアクトルやコンデンサの持つリアクタンスやキ
ャパシタンスの値を小さい値となしえることで、直流電
圧安定化電源を小型にすることができる。

【００５３】また、それぞれのパワー回路部が有する半
導体スイッチがオン・オフする電流の値が並列接続され
ている台数に応じた割合により減少されるので、使用す
る半導体スイッチの電流定格を下げることができて、こ
れにより半導体スイッチのスイッチング動作が速まりス
イッチング損失が低減されることで、直流電圧安定化電
源の変換効率を向上することができる。

【００５４】また、制御回路部からの開閉信号により動
作するパワー回路部を複数台数を並列に接続する構成と
し、前記制御回路部にそれぞれのパワー回路部が有する
半導体スイッチに対し、それぞれ異なるタイミングにお
いて開閉信号を送出するタイミング調整回路部を備え、
このタイミング調整回路部からそれぞれのパワー回路部
が有する半導体スイッチに対し、それぞれ異なる開閉タ
イミングを持ち、しかも可変または一定のデューティ率
を持つ開閉信号を送出する回路構成とした直流電圧安定
化電源回路部グループを複数グループ備え、それぞれの
直流電圧安定化電源回路部グループを互いに並列接続し
て回路構成するとともにそれぞれの直流電圧安定化電源
回路部グループは、負荷が要求する負荷量に応じた量の
互いに異なるレベルにおいてその直流電圧供給動作を開
始ならびに終止する構成としたり、制御回路部からの開
閉信号により動作するパワー回路部を複数台数を並列に
接続する構成とし、それぞれのパワー回路部が有する半
導体スイッチは、それぞれ異なる開閉タイミングでしか
も可変または一定のデューティ率により開閉する回路構
成とした直流電圧安定化電源回路部グループの複数を互
いに並列接続して備え、前記制御回路部は、複数の直流
電圧安定化電源回路部グループに対し共通に備えられ、
それぞれのパワー回路部が有する半導体スイッチに対
し、それぞれ異なるタイミングにおいて開閉信号を送出
するタイミング調整回路部を備えて、それぞれのパワー
回路部が有する半導体スイッチに対し、それぞれ異なる
開閉タイミングでしかも可変または一定のデューティ率
を持つ開閉信号を送出するとともに、それぞれの直流電
圧安定化電源回路部グループに対し、負荷が要求する負
荷量に応じた量の互いに異なるレベルにおいて開閉信号
を送出を開始ならびに終止する構成とすることにより、
前述した本発明の作用・効果に加えて、負荷の増減に応
じて直流電圧安定化電源回路部グループとして纏められ
た複数のパワー回路部が、同時に負荷への電力供給を開
始したり終止したりするなど、グループ単位で動作を行
うので、グループ中に含まれる一部のパワー回路部が不
良になったとしても、残部のパワー回路部で何ら支障な
く電力供給を行うことができ、直流電圧安定化電源回路
部を単一半導体基板へ集積する構成とするのに好都合な
ものとなる。

【００５５】さらにまた、前述構成を備える直流電圧安
定化電源装置の各部品要素を、単一の半導体基板中なら
びにこの半導体基板上に絶縁膜を介して積層して形成す
る構成とすることにより、前述した本発明の作用・効果
に加えて、半導体スイッチング素子を含む全ての能動素
子が集積された単一の半導体基板の上に、薄膜構造の変
圧器、リアクトル、コンデンサを一体に集積された構造
を採りえることで、変圧器、リアクトルの鉄心中に発生
する損失が低減され、また、プリント配線基板にまつわ
るストレイ・インダクタンスや外来ノイズの問題が解消
されて、直流電圧安定化電源装置の動作周波数のより高
周波化が図れることとなる。また、半導体スイッチング
素子を、極めて多数に分割することで、１個の半導体ス
イッチング素子を極めて小さい電流定格のものとするこ
とができとともに、そのドライバ回路を省略することが
可能となる。これらにより、直流電圧安定化電源装置
の、格段の小型化ならびに一層の変換効率の向上を図る
ことができるとの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１，２に対応する一実施例によ
る直流電圧安定化電源装置のブロック回路図

【図２】図１における開閉信号の説明図

【図３】本発明の請求項１，３，４，５，７に対応する
一実施例による直流電圧安定化電源装置のブロック回路
図

【図４】本発明の請求項１，３，４，６，７に対応する
一実施例による直流電圧安定化電源装置のブロック回路
図

【図５】本発明の請求項１，８に対応するフライバック
形の場合の一実施例の直流安定化電源装置の構造を例示
する断面部の斜視図

【図６】図５中に示した薄膜積層構造を備える変圧器
の、（ａ）は一部切り欠き上面図、（ｂ）は図６（ａ）
のＸ−Ｘ断面図

【図７】従来例のこのような直流電圧安定化電源装置
の、（ａ）はフォワード形の場合の、（ｂ）はフライバ
ック形の場合の、（ｃ）は降圧チョッパ形の場合の回路
構成図

【符号の説明】

１半導体基板２絶縁膜１０パワー回路部１２半導体スイッチ１６フィルタ１７フィルタ２０制御回路部２１タイミング調整回路部２２開閉信号２３時間差生成部２４バッファ部３０直流安定化電源装置３１開閉信号４０直流安定化電源回路グループ４１開閉信号５０制御回路部６０直流安定化電源装置７０直流安定化電源回路グループ８０共通の制御回路部８１開閉信号８４タイミング調整回路部９０直流安定化電源装置１０１検出回路（抵抗器直列接続回路）１０１ｃ接続点１０３制御用ＩＣ１０４開閉信号Ｖｏ直流側出力電圧Ｖｏ’ 直流側出力電圧

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力側直流電圧を断続する半導体スイッチ
とこの半導体スイッチから出力された断続直流電圧を平
滑化するためのフィルタを有するパワー回路部と、負荷
が要求する負荷量に応じた量を検出しこの量の値に応じ
たデューティ率で前記半導体スイッチを開閉する開閉信
号をこの半導体スイッチに送出する制御回路部を備えた
直流電圧安定化電源装置において、制御回路部からの開
閉信号により動作するパワー回路部を複数台数並列に接
続して構成するとともに、前記制御回路部にそれぞれの
パワー回路部が有する半導体スイッチに対しそれぞれ異
なるタイミングにおいて開閉信号を送出するタイミング
調整回路部を備えたことを特徴とする直流電圧安定化電
源装置。
【請求項２】請求項１記載の直流電圧安定化電源装置に
おいて、複数並列に接続されたパワー回路部は共通の制
御回路部を備え、この制御回路部が有するタイミング調
整回路部からそれぞれの単位直流電圧安定化電源回路部
が備える半導体スイッチに対しそれぞれ異なるタイミン
グにおいて開閉信号を送出するようにしたことを特徴と
する直流電圧安定化電源装置。
【請求項３】請求項１記載の直流電圧安定化電源装置に
おいて、制御回路部からの開閉信号により動作するパワ
ー回路部を複数台数並列に接続して構成するとともに、
前記制御回路部が有するタイミング調整回路部からそれ
ぞれのパワー回路部が有する半導体スイッチに対しそれ
ぞれ異なるタイミングにおいて開閉信号を送出する回路
構成とした直流電圧安定化電源回路部グループを複数グ
ループ備え、それぞれの直流電圧安定化電源回路部グル
ープを互いに並列接続して回路構成するとともに、それ
ぞれの直流電圧安定化電源回路部グループは負荷が要求
する負荷量に応じた量の互いに異なるレベルにおいてそ
の直流電圧供給動作を開始ならびに終止するようにした
ことを特徴とする直流電圧安定化電源装置。
【請求項４】請求項３記載の直流電圧安定化電源装置に
おいて、直流電圧安定化電源回路部グループが備えるパ
ワー回路部は、負荷が要求する負荷量に応じた量のいか
んにかかわらず一定のデューティ率でその半導体スイッ
チを開閉するようにしたことを特徴とする直流電圧安定
化電源装置。
【請求項５】請求項３または４記載の直流電圧安定化電
源装置において、それぞれの直流電圧安定化電源回路部
グループには複数並列に接続されたパワー回路部に対し
共通の制御回路部を備え、これらの制御回路部は負荷が
要求する負荷量に応じた量の互いに異なるレベルにおい
てそれぞれの直流電圧安定化電源回路部グループの直流
電圧供給動作を開始ならびに終止する機能を有すること
を特徴とする直流電圧安定化電源装置。
【請求項６】請求項３または４記載の直流電圧安定化電
源装置において、それぞれの直流電圧安定化電源回路部
グループが有する複数並列に接続されたパワー回路部の
全てに共通の制御回路部を備え、しかもこの制御回路部
はそれぞれの直流電圧安定化電源回路部グループに対し
て互いに異なる出力側直流電圧値レベルにおいて開閉信
号の送出動作の開始ならびに終止を行う機能を有するこ
とを特徴とする直流電圧安定化電源装置。
【請求項７】請求項５または６記載の直流電圧安定化電
源装置において、制御回路部はタイミング調整回路部を
備え、このタイミング調整回路部からそれぞれのパワー
回路部が備える半導体スイッチに対し異なるタイミング
において開閉信号を送出するようにしたことを特徴とす
る直流電圧安定化電源装置。
【請求項８】請求項１ないし７記載の直流電圧安定化電
源装置において、直流電圧安定化電源装置を構成するパ
ワー回路部および制御回路部が備える回路要素を、単一
の半導体基板中ならびにこの半導体基板上に絶縁膜を介
して積層して形成してなることを特徴とする直流電圧安
定化電源装置。