JPH0635663Y2 - スイッチングレギュレータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、主としてテレビジョン受像機やカセットテー
プレコーダ等のオーディオ機器における音声出力回路の
電源装置として用いられるスイッチングレギュレータに
関するものである。

〈従来の技術〉 この種の音声出力回路の電源装置として一般に用いられ
ているリンギングチョークコンバータ型のスイッチング
レギュレータは、第６図に示すように、商用交流電源の
商用交流がダイオードブリッジ等により全波整流されて
入力端子I1,I2から入力される脈流が電解コンデンサC1
で平滑化され、この整流平滑された直流電流が起動抵抗
R1を通してNPN形トランジスタからなるスイッチング素
子Ｑにベース電流として流れ込み、スイッチング素子Ｑ
がオン状態となる。このオン状態のスイッチング素子Ｑ
に、チョッパトランスＴの１次巻線T1を通じてコレクタ
電流が流れ始めると、チョッパトランスＴの１次側の正
帰還用のドライブ巻線T3に誘起電圧が発生し、この誘起
電圧による電流が、抵抗R2とコンデンサC2の直列回路お
よびドライブ回路１を介してスイッチング素子Ｑにベー
ス電流として流れ込むことにより、スイッチング素子Ｑ
がさらにオン状態となる。

そして、スイッチング素子Ｑのコレクタ電流の増加が飽
和状態になると、ドライブ巻線T3の発生電圧は、逆起電
力発生のために急激に反転し、それに伴って、スイッチ
ング素子Ｑもオフ状態となる。このようにスイッチング
素子Ｑがオフ状態になると、トランスＴの１次巻線T1に
蓄えられていた磁気エネルギが２次巻線T4を通じてトラ
ンスＴの２次側に放出され、これにより２次側に流れる
電流がダイオードD1で整流され、且つコンデンサC3で平
滑化されて出力端子O1,O2から負荷となる例えば音声出
力回路に供給される。

トランスＴに蓄積された磁気エネルギが完全に放出され
ると、前述と同様に起動抵抗R1からの直流電流とドライ
ブ回路１からのドライブ電流とがベース電流としてスイ
ッチング素子Ｑに流れ込むことにより、スイッチング素
子Ｑが再びオン状態となり、以後、前述と同様の動作の
繰り返しによる発振動作によりスイッチング素子Ｑがオ
ン・オフされ、トランスＴの１次巻線T1に整流平滑され
た直流電流が断続的に供給される。

また、トランスＴの１次側の検出用巻線T2には、出力端
子O1,O2からの出力電圧に対応した誘起電圧が発生し、
この誘起電圧による電流がダイオードD2で整流され、且
つコンデンサC4に充電され、コンデンサC4の端子電圧
が、出力電圧の検出電圧として検出回路２に入力され
る。そして、検出回路２において、入力された検出電圧
が基準電圧と比較されるとともに、その比較結果によっ
てドライブ回路１がコントロールされ、その結果、出力
電圧を一定値に保持する。この時の負荷電流と出力電圧
の特性は、第７図のＡで示す曲線のようになり、この曲
線の破線部分は前述の制御から外れた領域であり、実線
の範囲で制御される。

ところで、音声出力回路に用いる電源回路としては、音
声波形を例示した第５図における瞬間的なピークを出力
するのに必要とするダイナミックレンジＬを、コンデン
サの容量で短時間電源電圧を保持できればよく、連続的
に保持できなくてもよい。次に、音声出力回路の設計に
ついて説明する前に、理解を容易にするために音声出力
の測定法について述べると、400Hzの正弦波を入力し、1
0％歪で連続して出力させてそれを測定した実用最大出
力、400Hzの正弦波を入力し、歪率を無視してボリウム
最大とした時の出力を測定した最大出力、入力が０の時
の音声出力回路の電源電圧を測定し、この電圧値を外部
から供給して保持し、400Hzの正弦波を入力し、10％歪
で連続して出力させた時の出力の測定値、つまり瞬間的
に10％歪の出力が何ワットとれるかを表すMPO（Music P
ower Output）、入力が０の時の電源電圧を測定し、こ
の電圧値を外部から供給して保持し、さらに入力波形の
周波数を変化させて最も波形のピークが大きくなる条件
を示すPMPO（Peak Music PowerOutput）の４種がある。

次に、音声出力回路においては、連続出力は小さくても
MPO,PMPOを大きくとれば、音楽などは大容量で歪が小さ
い出力となり、また、スピーカ自体の定格も連続入力と
最大入力（瞬時入力）とで２倍近い差があり、音声出力
回路もそれに合わせた方が合理的である。即ち、連続出
力に対してMPOを大きくとれるようにするには、出力が
０の時、つまり負荷電流が第７図のI₁時のMPO,PMPOに必
要な出力電圧V₁を高く、連続出力時には低く、つまり負
荷電流がI₂の時の実用最大出力に必要な電圧V₂を低くな
るようにすることが必要である。

そこで、従来ではトランスＴの２次側にドロッパー抵抗
R3を接続して第７図にＢで示すような特性を得るように
し、軽負荷時のMPO,PMPOに必要な電圧V₁を高くし、且つ
負荷が大きくなった時の実用最大出力に必要な電圧V₃を
低くしている。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、MPO,PMPOに必要な電圧V₁と実用最大出力
に必要な電圧V₃との差が大きい特性を得るために、ドロ
ッパー抵抗R3を用いているため、多くの電流を必要とす
る音声出力回路の電源回路として用いた場合には、ドロ
ッパー抵抗R3における消費電力が非常に大きくなり、全
体として極めて効率が悪く、不経済なものとなってい
る。

また、負荷電流に対する出力電圧の前記両電圧V₁，V₃間
での変化は、ドロッパー抵抗R3の抵抗値と流れる電流値
との積によって決定されることから、第７図のＢのよう
に直線的となる。従って、テレビジョン受像機のスピー
カ端子に内部スピーカとは異なるインピーダンスの外部
スピーカを接続した場合、負荷電流が異なるために理想
的な電流対電圧特性から外れてしまい、対応できない。

本考案は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
のであり、ドロッパー抵抗を用いることなく軽負荷時に
出力電圧が高く、且つ負荷が大きくなった時に出力電圧
が低くなる負荷電流対出力電圧の変化特性を得ることが
できるとともに、この変化特性を曲線とすることができ
るようなスイッチングレギュレータを提供することを技
術的課題とするものである。

〈課題を解決するための手段〉 本考案は、上記した課題を達成するための手段として、
スイッチングレギュレータを以下のように構成した。即
ち、スイッチング素子のオン・オフよりトランスの１次
巻線に直流電力が断続的に供給され、前記トランスの出
力電圧検出用巻線の誘起電力に対応して出力電圧検出回
路により前記スイッチング素子が制御されることによ
り、前記トランスの２次側からの出力電圧が制御される
ようになったスイッチングレギュレータにおいて、互い
に巻数の異なる複数の前記検出用巻線を設けるととも
に、この各検出用巻線を、整流用ダイオードおよびイン
ダクタンス素子を直列接続してなる検出電圧整流回路を
介して互いに接続し、且つ前記出力電圧検出回路に接続
した構成により特徴づけられる。

〈作用〉 いま、検出用巻線を２種設け、一方の検出用巻線の波高
値が他方よりも高くなるように両検出用巻線の巻数比を
設定するとともに、一方の検出用巻線に整流用ダイオー
ドとインダクタンス素子とが直列接続された検出電圧整
流回路、且つ他方の検出用巻線に整流用ダイオードから
のみなる検出電圧整流回路をそれぞれ接続して、両検出
用巻線を互いに接続したものとする。負荷電流が小さい
場合には、一方の検出用巻線からの電流は、これの周波
数が高いために、インダクタンス素子によって出力電圧
検出回路への流れ込みを阻止され、ほぼ他方の検出用巻
線の検出電圧で決定される電圧値によって出力電圧が制
御される。

一方、負荷電流が増大していくと、両検出用巻線に発生
する検出電圧の周波数が低くなっていく。従って、一方
の検出用巻線から出力電圧検出回路に流れ込む電流量が
増大していき、検出回路に入力する検出電圧が上昇しよ
うとするため、出力電圧が低くなるよう制御される。そ
れにより、軽負荷時には出力電圧が高く、且つ負荷が大
きくなった時に出力電圧が低くなる負荷電流対出力電圧
の変化特性になるとともに、両検出用巻線の巻数比とイ
ンダクタンス素子の値とによって、負荷電流が変化した
時の出力電圧検出回路に対する両検出用巻線のそれぞれ
の作用の度合いが相違し且つ変化していくので、前述の
変化特性が曲線となる。

〈実施例〉 以下、本考案の好適な一実施例について図面を参照しな
がら詳述する。

本考案の一実施例の電気回路を示した第１図において、
第６図と同一若しくは同等のものには同一の符号を付し
てその説明を省略する。そして、既存の検出用巻線T2に
さらに巻数の異なる検出用巻線T5を付設または巻き上げ
により設け、この第２の検出用巻線T5を、整流用ダイオ
ードD3およびインダクタンス素子Ｌの直列回路およびイ
ンダクタンス素子Ｌに並列接続したリンギング抑制用の
ダンピング抵抗R4からなる検出電圧整流回路を介して第
１の検出用巻線T2の整流用ダイオードD2に接続した構成
においてのみ第６図のものと相違する。

次に、第６図と異なる作用についてのみ説明する。電源
投入されて発振動作が開始されると、各検出用巻線T2,T
5には、それぞれ負荷電流に応じて第３図または第４図
のような波形の電圧が発生する。ここで、第３図は負荷
電流が小さい場合、第４図は負荷電流が大きい場合であ
り、それぞれのＯレベルはスイッチング素子Ｑのエミッ
タ電圧レベルを基準に示してある。但し、両検出用巻線
T2,T5の巻数比に応じて電圧の波高値が異なり、この実
施例では、第２の検出用巻線T5の波高値が第１の検出用
巻線T2よりも高くなるように両検出用巻線T2,T5の巻数
比を設定してある。

そして、負荷電流が小さい場合、第３図から明らかなよ
うに、第２の検出用巻線T5の誘起電圧の周波数が比較的
高いため、この第２の検出用巻線T5からコンデンサC4に
流れ込もうとする電流がインダクタンス素子Ｌのインダ
クタンスにより阻止され、第１の検出用巻線T2からコン
デンサC4に流れ込む電圧でほぼ決定される検出電圧に基
づいて出力電圧が制御される。

一方、負荷電流が増大していくと、両検出用巻線T2,T5
の誘起電圧の周波数が第４図に示すように低くなるた
め、それに伴って第２の検出用巻線T5からコンデンサC4
に流れる電流量も増大していき、コンデンサC4の端子電
圧である検出電圧も上昇しようとし、それにより出力電
圧が下げる方向に制御される。この時、両検出用巻線T
2,T5の巻数比、インダクタンス素子Ｌのインダクタンス
値およびダンピング抵抗R4の抵抗値に応じて、負荷電流
が変化していく時の出力電圧検出回路２に対する両検出
用巻線T2,T5の作用の度合いが変化していくとともに、
回路全体としてはコンデンサC4の端子電圧である検出電
圧を一定値に保持するように動作するため、結果とし
て、第２図のC,D,Eで示すような曲線の特性となる。こ
のC,D,Eの各特性曲線は、両検出用巻線T2,T5の巻数比、
インダクタンス素子Ｌのインダクタンスおよびダンピン
グ抵抗R4の抵抗値によって任意に設定できる。

因に、本考案による実測結果を示すと、第１の検出用巻
線T2を４ターン巻回し、第２の検出用巻線T5を３ターン
巻回し、インダクタンス素子Ｌのインダクタンスを560
μＨとし、ダンピング抵抗R4の抵抗値を1kΩとした場
合、負荷電流（I₁に相当）が40mAの時に出力電圧（V₁に
相当）が26Vでスイッチング周波数が70kHzとなり、負荷
電流（I₂に相当）が2.2Aの時に出力電圧（V₂に相当）が
15Vでスイッチング周波数が20kHzとなり、第２図のＣの
曲線に近い特性が得られた。このようなスイッチングレ
ギュレータを音声出力回路に用いることにより、PMPOが
50W、実用最大出力が20W（スピーカのインピーダンスが
４Ω）の電源回路を構成することができる。

尚、本考案は前記説明並びに図示例にのみ限定されるも
のではなく、請求の範囲を逸脱しない限り種々の変形例
をも包含し得る。例えば、前記実施例では、検出電圧と
して正の電圧を用いる場合について説明したが、負の電
圧で検出することもできる。その場合には、両検出用巻
線T2,T5の巻き方向が互いに逆になるとともに、各整流
用ダイオードD2,D3の極性が互いに逆になるだけであ
り、基本的な動作は前述の説明通りである。

〈考案の効果〉 以上詳述したように本考案のスイッチングレギュレータ
によれば、軽負荷時に出力電圧を高く、且つ負荷が大き
くなるに従って出力電圧が低くなる負荷電流対電圧特性
を、ドロッパー抵抗を用いることなく達成することがで
き、音声出力回路等のような電流を多く必要とする回路
の電源として用いた場合に、電力消費効率が格段に向上
する。また、複数の検出用巻線の巻数比およびインダク
タンス素子のインダクタンス値を任意に設定することに
より、負荷電流対出力電圧の特性曲線の変化率を可変す
ることができ、特に外部スピーカ端子を備えたテレビジ
ョン受像機等の音声出力回路の電源回路として対応でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の電気回路図、 第２図は第１図の負荷電流対出力電圧の特性図、 第３図および第４図はそれぞれ第１図の負荷電流が小さ
い場合および大きい場合における検出用巻線の発生電圧
の波形図、 第５図は本考案を適用できる音声出力回路の出力音声波
形図、 第６図は従来のリンギングチョークコンバータ型スイッ
チングレギュレータの電気回路図、 第７図は第６図の負荷電流対出力電圧の特性図である。 ２……出力電圧検出回路 Ｑ……スイッチング素子 Ｔ……トランス T1……１次巻線 T2,T5……検出用巻線 D2,D5……整流用ダイオード Ｌ……インダクタンス素子

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】スイッチング素子のオン・オフよりトラン
   スの１次巻線に直流電力が断続的に供給され、前記トラ
   ンスの出力電圧検出用巻線の誘起電力に対応して出力電
   圧検出回路により前記スイッチング素子が制御されるこ
   とにより、前記トランスの２次側からの出力電圧が制御
   されるようになったスイッチングレギュレータにおい
   て、互いに巻数の異なる複数の前記検出用巻線を設ける
   とともに、この各検出用巻線を、整流用ダイオードおよ
   びインダクタンス素子を直列接続してなる検出電圧整流
   回路を介して互いに接続し、且つ前記出力電圧検出回路
   に接続したことを特徴とするスイッチングレギュレー
   タ。