JPH06168043A - ハイブリッドリニアスイッチング電源 - Google Patents

ハイブリッドリニアスイッチング電源

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JPH06168043A
JPH06168043A JP5171701A JP17170193A JPH06168043A JP H06168043 A JPH06168043 A JP H06168043A JP 5171701 A JP5171701 A JP 5171701A JP 17170193 A JP17170193 A JP 17170193A JP H06168043 A JPH06168043 A JP H06168043A
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regulator
switching
power supply
linear
output
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JP5171701A
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Dean A Payne
ディーン・エイ・ペイン
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 優れた調整、簡単な過電流保護及びリニア電
源特性を提供すると共に或るスイッチング接続形態のブ
ースト能力も提供する、簡単で低コストの電源を提供す
ること 【構成】 リニア式レギュレータ回路及びスイッチング
式レギュレータ回路の双方を組み込んだハイブリッドレ
ギュレータである。この組み合わせは一方の設計の欠点
を他方の欠点に単に混成させるものであるとして最初は
望ましくないと考えられたが、実際には本発明の設計は
多数の用途に良好に適している。好適実施例では、リニ
ア回路及びスイッチング回路は縦続接続される。スイッ
チング回路は開ループ方式（適応制御無し）で動作す
る。しかし、フィードバック信号はスイッチング回路の
出力から導出されてリニアレギュレータの制御に使用さ
れ、これにより回路全体の網制御が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に電子的電源に関
するものであり、特に、ハイブリッドリニアスイッチン
グ電源を提供するためにリニアな制御された電流レギュ
レータをスイッチングレギュレータと組み合わせること
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電源は一般に２つの部類の内の１
つに属する。即ち、その１つは「リニア」電源であり、
この電源は、負荷条件に応じて可変インピーダンスをリ
ニアに変更することにより出力パラメータ（電流または
電圧）を調整して、一定出力を維持するものである。ま
た、もう１つは「スイッチ」電源であり、この電源は、
無効成分（典型的にはコイル）中のエネルギーを制御可
能に蓄え、そのエネルギーを負荷へ放出することによ
り、出力パラメータを調整するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】リニアレギュレータは
多数の長所を提供するものであり、その１つとして調整
が良好なことが挙げられる。しかし、それは幾つかの短
所を有するものでもあり、その主な１つとして非効率的
であることが挙げられる。負荷で消費されない電力は熱
として消散される。リニアレギュレータの効率は、50％
を下回ることが多い。
【０００４】一方、スイッチングレギュレータも多数の
長所を提供するものであり、その主な１つとして高効率
である（85％を上回ることが多い）ことが挙げられる。
また、スイッチングレギュレータは、「ブースト」を提
供することができる。即ち、ＤＣ出力電圧をＤＣ入力電
圧より大きくすることができる。しかし、スイッチング
レギュレータもまた多数の短所を有する。その１つに、
それらが精確な（即ち、0.1％より小さい）調整を行う
ことができないということがある。もう一つの短所は、
負荷条件の変化に応じて調整を行うようにスイッチング
レギュレータのスイッチング特性（即ちデューティサイ
クル）を動的に制御するために使用する制御回路が一般
に複雑となり、特にスイッチング周波数が高い場合に複
雑となる、ということである。更にもう一つの短所とし
て、スイッチング動作による幾らかの出力リップルが出
力信号に含まれているのが普通であるということがあ
る。最後に、多くの接続形態において過電流保護を行う
のが幾分困難である、ということがある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、リニア
式回路及びスイッチング式回路の双方を組み込んだハイ
ブリッドレギュレータが提供される。このような組み合
わせは、一方の設計の欠点を他方の欠点に単に混成させ
るものであるとして最初は望ましくないと考えられたこ
ともあるが、実際には、本発明の設計は一定の用途に良
好に適したものとなる。
【０００６】好適実施例では、リニア回路及びスイッチ
ング回路は縦続接続されている。スイッチング回路は開
ループ方式（適応制御無し）で動作する。しかし、フィ
ードバック信号は、スイッチング回路の出力から導出さ
れてリニアレギュレータの制御に使用され、これにより
回路全体の網(net)制御を行う。このようにして、簡単
な過電流保護及びリニア電源特性を提供すると共に或る
スイッチング接続形態のブースト能力も提供する、簡単
で低コストの電源が提供される。
【０００７】本発明の上述その他の特徴及び長所は、図
面を参照して進める以下の詳細な説明から一層容易に明
らかとなろう。
【０００８】
【実施例】図１及び図２を参照する。同図に示すよう
に、本発明によるハイブリッドリニアスイッチング電力
変換器10は、リニアレギュレータ20と、スイッチングレ
ギュレータ40と、フィードバック系60とを備えている。
【０００９】未調整のＤＣ入力信号(Vraw)がリニアレギ
ュレータ20に供給される。ここで、レギュレータ20は簡
単なトランジスタ式電流レギュレータである。別の実施
例では、そのレギュレータは、調節可能な電圧レギュレ
ータ（例えば、典型的にはLM317レギュレータ素子）と
することができ、また、ほぼ任意のリニア制御素子とす
ることができる。図示の回路10では、入力信号は15ボル
トの未調整の直流である。
【００１０】リニアレギュレータ20からの出力はスイッ
チングレギュレータ40に送られる。図示のスイッチング
レギュレータはそれ自体で完全に開ループとなる。デュ
ーティサイクル制御または如何なる電流モード制御も存
在しないので、その実施が簡素化される。図示のスイッ
チングレギュレータは「ブースト」接続形態を有し、調
整された30ボルトの出力を生成する。
【００１１】最後に、フィードバック信号がスイッチン
グレギュレータ40の出力から制御電流源20に供給されて
出力制御が提供される。
【００１２】次に、システムの構成要素を更に詳細に説
明する。リニアレギュレータ20は、２つのトランジスタ
28,30及び３つの抵抗22,24,26から構成されており、こ
れらは共に電圧制御リニア電流源を形成する。本実施例
で採用されるトランジスタはそれぞれTIP107及び2N3906
である。1KΩの抵抗22及び10KΩの抵抗26が設けられ、
これによりフィードバックループ60からの制御電圧のス
ケーリングが提供される。10Ωの抵抗24は、電流制限素
子として働き、トランジスタ28,30間の電流比も確定す
る。
【００１３】8μFのコンデンサ72はリニアレギュレータ
の出力信号の濾過を行う。
【００１４】スイッチングレギュレータ40は、100μHの
コイル42と、ダイオード44と、スイッチングトランジス
タ46と、駆動回路48とから構成される。駆動回路48は、
単に１つのＤフリップフロップ74HC74であり、256KHzの
クロック信号により直接駆動される。この高スイッチン
グ速度により、一層小さいコイル（１サイクル当たりの
蓄積エネルギーが少ない）及び一層簡単なフィルタ素子
（リップル制御用）が使用可能になる。他のクロック信
号の値も勿論使用可能であることが理解されよう。
【００１５】図示の実施例では、フリップフロップ48は
負論理(active low)のものである。このフリップフロッ
プ48は、スイッチングトランジスタ46に到来するクロッ
ク信号を調節する。前記スイッチングトランジスタ46
は、インターナショナルレクチファイア(International
Rectifier)型のIRFD110ＦＥＴトランジスタとすること
ができる。また、フリップフロップ48のクリアライン
は、オプションの回路停止機能に備えるものである。
【００１６】ＦＥＴスイッチングトランジスタは、その
一定で低いオン抵抗値及びその最小駆動要件のため好適
なものである。これとは対照的に、バイポーラトランジ
スタは、多数の論理デバイスの容量を超え得るゲート駆
動電流を必要とする傾向を有するものであり、それ故あ
まり好ましくないが、それにもかかわらず使用すること
はできる。
【００１７】図示のスイッチングレギュレータ40は、一
定の50％のデューティサイクルで動作し、これによりコ
ントローラの設計が簡単になる。一定のデューティサイ
クルのクロックは、スイッチングトランジスタを直接駆
動することができ、標準的なスイッチモード電源を調整
するのに必要とされるあらゆるパルス幅変調器その他の
コントローラに置き換わることができる。これは、スイ
ッチング周波数が高い場合の最も有用な特徴である。
【００１８】変換サイクルの前半では、スイッチングト
ランジスタ46が導通し、コイル42の出力端子が接地へ短
絡されて、コイルが電流源20により充電されることにな
る。8μFのコンデンサ72に蓄えられているエネルギーは
コイルの磁界内へ注入される。変換サイクルの後半で
は、トランジスタが遮断されて、コイル内の電流がダイ
オード44を介して2μFの出力コンデンサ70へと放電され
る。
【００１９】コイルの磁界が消散した後、ダイオード44
は、エネルギーが出力コンデンサから戻るのを完全に防
止する。ダイオード44は、誘導性素子42により供給され
る最大電流を処理可能であるべきことを除き、特に必要
条件を有さない。典型的には、低い順方向降下を有する
ショットキーダイオードが使用される。高周波数の用途
には高速回復ダイオードが好適である。
【００２０】ほとんどのスイッチング変換器は、生(ra
w)電源からパルス入力電流を引き出す。このパルスによ
り、生電源に取り付けられている他の負荷に有害となり
得るリップルが導入される。図示の電源10では、制御電
流源20がその入力電流を調整することにより前記リップ
ルを最小限にする。
【００２１】フィードバック制御回路60は、リニアレギ
ュレータ20を制御するためにフィードバックされる電圧
制御信号を提供する。そのフィードバック信号は、スイ
ッチングレギュレータ40の出力から導出され、まず分圧
抵抗62,64によりその元の値の１／６の比にされる。こ
の信号は、演算増幅器66の非反転入力に供給される。ま
た、前記演算増幅器66の反転入力には、基準電圧（この
場合５ボルト）が供給される。フィードバックコンデン
サ68は、前記非反転入力を前記演算増幅器66の出力に接
続し、これにより、周波数と共に減少するループ利得が
提供される。フィードバックループの出力は、リニアレ
ギュレータ20の抵抗26に接続され、リニアレギュレータ
から供給される電流を調整するのに使用される。
【００２２】上述の内容から、図示の電源10は、スイッ
チングレギュレータの特徴である「ブースト」動作を許
容する一方、リニアレギュレータの優れた調整品質を提
供することができるものである、ということが理解され
よう。スイッチングレギュレータを制御するための複雑
な変調器段を省略し、簡単なリニアフィードバックルー
プとの置き換えを行うことにより、回路の複雑さ及びコ
ストが大幅に減少し、それに付随して信頼性が向上す
る。縦続接続されたリニア電源を使用することにより、
過電流保護を容易に実施することが可能となる。
【００２３】本発明の原理を好適実施例により例示及び
説明してきたが、当業者であれば、本発明をその原理か
ら逸脱することなく、その構成及び詳細に修正を加える
ことが可能であることは明らかである。例えば、リニア
レギュレータの後にスイッチレギュレータを縦続接続し
た一実施例を参照して本発明を説明してきたが、これは
逆に構成可能であることが理解されよう。図３は、本発
明の一般的形態を示すものである。スイッチレギュレー
タを第１のレギュレータとして使用する実施例では、リ
ニアレギュレータからの出力は、スイッチングレギュレ
ータのデューティサイクル（またはスイッチング周波
数）の制御に使用される。
【００２４】同様に、電圧制御電流レギュレータに関し
て本発明を説明してきたが、様々な他のリニアレギュレ
ータ接続形態を代替的に採用可能であることが理解され
よう。同様に、特定のスイッチングレギュレータに関し
て本発明を例示してきたが、様々なスイッチングレギュ
レータ回路を代替的に採用可能であることが理解されよ
う。
【００２５】本発明の原理を適用可能な広範で多様な実
施例に鑑み、詳述した実施例は例示に過ぎず、本発明の
範囲を限定するものとみなされるべきではないことは明
らかである。従って、特許請求の範囲及びその等価なも
のの範囲及び思想に含まれるそのような修正の全てを本
発明として請求することとする。
【００２６】
【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、優
れた調整、簡単な過電流保護及びリニア電源特性を提供
すると共に、或るスイッチング接続形態のブースト能力
も提供する、簡単で低コストの電源を提供することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるハイブリッドリニアス
イッチング電力変換器を示すブロック図である。
【図２】図１の実施例を一層詳細に示す電子的な概略図
である。
【図３】本発明による一般的なハイブリッドリニアスイ
ッチング電力変換器を示すブロック図である。
【符号の説明】
10 ハイブリッドリニアスイッチング電力変換器 20 リニアレギュレータ 22,24,26 抵抗 28,30 トランジスタ 40 スイッチングレギュレータ 42 コイル 44 ダイオード 46 スイッチングトランジスタ 48 駆動回路 60 フィードバック系 72 コンデンサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】リニア電源とスイッチング電源との双方か
    らなる電源装置であって、 前記リニア電源が、エネルギーを制御可能に通過させる
    と共に調整を行うためにそのエネルギーを熱として消散
    させるリニア可変インピーダンスを与えるリニア調整装
    置を備え、 前記スイッチング電源が、スイッチング要素及び誘導性
    要素を備え、それらの要素が協働して、スイッチングサ
    イクルの第１の部分において前記誘導性要素に関するエ
    ネルギーを蓄え、前記スイッチングサイクルの第２の部
    分において前記誘導性要素からエネルギーを送出し、 前記リニア電源及び前記スイッチング電源の内の第１の
    電源がこの電源装置の入力に接続され、 前記リニア電源及び前記スイッチング電源の内の第２の
    電源が前記第１の電源とこの電源装置の出力との間に縦
    続接続され、 この電源装置が、その出力から導出されるフィードバッ
    ク信号から前記第１の電源を制御するための制御ループ
    を更に備えることを特徴とする、電源装置。
JP5171701A 1992-07-10 1993-07-12 ハイブリッドリニアスイッチング電源 Pending JPH06168043A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US911858 1978-06-02
US07/911,858 US5309082A (en) 1992-07-10 1992-07-10 Hybrid linear-switching power supply

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