JPH07288976A - 多出力コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成が簡単であり、各出力に接続された負荷
の変動によらず、全ての出力で安定した出力電圧が得ら
れる多出力コンバータを提供する 【構成】 複数の二次巻線２ｂを有するトランス２と、
二次巻線２ｂに誘起される出力を直流出力に変換して外
部負荷８ａ，８ｂ，８ｃに供給する複数の二次側回路１
０ａ，１０ｂ，１０ｃと、二次側回路１０ａの出力電圧
が一定となるよう二次巻線２ｂに供給する電力を制御す
る一次側回路６とからなる。二次側回路１０ａに、安定
化抵抗２２が設けられていることにより、負荷８ａが無
負荷状態にあっても、各二次巻線２ｂには所定電力が供
給されるため、二次側回路１０ｂ，１０ｃの出力電圧は
維持され、また二次側回路１０ｂ，１０ｃに、ツェナー
ダイオード２４が設けられていることにより、各二次巻
線２ｂに過大な電力が供給されても、二次側回路１０
ｂ，１０ｃの出力電圧は所定値に制限される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流電源から複数の直
流出力を得る多出力コンバータに関し、特に出力電圧を
制御可能な多出力コンバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の装置として、例え
ば、図４に示すように、トランス３０と、トランスの一
次巻線３０ａと直流電源３２との通電・非通電を切り換
えるスイッチング素子３４と、二次巻線３０ｂからの出
力を整流する整流用ダイオード３６と、コイルとコンデ
ンサとからなり整流された出力を平滑化して負荷３８に
供給するための直流出力を得る平滑回路４０と、整流用
ダイオード３６のオフ期間中に平滑回路４０を構成する
コイルに蓄積されたエネルギーを放出するためのフライ
ホイールダイオード４２と、平滑回路４０の出力電圧を
検出して、この出力電圧が所定値となるように、スイッ
チング素子３４を所定周期でオン／オフして二次巻線３
０ｂに供給する電力を制御する制御回路４４とを備えた
コンバータを複数（ここでは３個）並列に設けた多出力
コンバータが知られている。

【０００３】この装置では、出力各相で負荷３８の変動
が夫々異なる場合であっても、出力各相毎に出力電圧を
検出し、その出力電圧が所定値となるように個別に供給
する電力を制御しているので、他相の出力がどのような
状態にあっても、所定の出力電圧を得ることができるの
であるが、出力各相毎にスイッチング素子３４や制御回
路４４を設ける必要があるため部品点数が多くなり、装
置が大型化してしまうという問題があった。

【０００４】これに対して、図５に示すように、単一の
一次巻線４６ａと複数の二次巻線４６ｂとを有するトラ
ンス４６を用い、スイッチング素子３４と制御回路４４
とからなる単一の一次側回路により、出力のいずれか１
相のみから検出した出力電圧に応じて、二次巻線４６ｂ
に供給する電力を一括して制御する多出力コンバータも
知られている。

【０００５】なお、このように出力のいずれか１相のみ
から検出した出力電圧に応じて、二次巻線４６ｂに供給
する電力を一括して制御する多出力コンバータとして、
特開昭５４−１２４０７号公報に示されているように、
スイッチング素子３４を制御するための信号として、平
滑回路４０の出力電圧を検出する代わりに、整流・平滑
回路の入力側の電圧を検出する多出力コンバータも知ら
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スイッチング
素子３４を制御するための信号を検出する位置に関わら
ず、出力のいずれか１相のみから検出した出力電圧によ
り二次巻線４６ｂへ供給する電力を制御するように構成
された多出力コンバータでは、出力電圧が検出されない
非センシング相の負荷がどのような状態にあっても、出
力電圧が検出されるセンシング相の負荷状態のみに応じ
て、二次巻線４６ｂに供給される電力が制御されるため
次のような問題があった。

【０００７】即ち、出力電圧が検出されるセンシング相
の負荷に比較的大きな負荷電流Ｉｃが流れている場合、
負荷電流Ｉｃの時に出力電圧が所定値Ｖｏとなるような
電力が二次巻線４６ｂに供給されるため、二次巻線４６
ｂ側における出力電流と出力電圧の関係を表すトランス
特性曲線は、図６（ａ）に示すようなものとなる。な
お、１次側が共通であるため、どの出力相も同じトラン
ス特性曲線となる。このとき、出力電圧が検出されない
非センシング相において負荷３８に流れる負荷電流Ｉｄ
が小さい場合には、図から明かなように、過大な電圧Ｖ
ｄが負荷３８に印加されることになる。

【０００８】逆に、センシング相の負荷に流れる負荷電
流Ｉｃが比較的小さい場合、センシング相においては、
少ない電力でも所定の電圧値Ｖｏを維持できるため、二
次巻線４６ｂに供給される電力は低下し、図６（ｂ）に
示すようなトランス特性曲線となる。このとき、非セン
シング相の負荷３８において比較的大きな負荷電流Ｉｅ
を必要とした場合、図から明かなように、その非センシ
ング相においては所定の出力電圧Ｖｏを維持することが
できず、所定値より△Ｖだけ低下した電圧Ｖｅが負荷３
８に印加されることになる。

【０００９】このように、各相の負荷状態に応じて非セ
ンシング相の出力電圧は大きく変動してしまうため、負
荷を駆動できなかったり、逆に負荷を破壊してしまった
り、また、負荷として電子回路等が接続されている場合
には誤動作の原因にもなるといった問題があった。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、構成が簡単で、しかも各出力に接続され
た負荷の変動によらず全ての出力で安定した出力電圧が
得られる多出力コンバータを提供することを目的とす
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
になされた請求項１に記載の発明は、複数の二次巻線を
有するトランスと、該トランスの一次巻線と直流電源と
の接続を断続するスイッチング手段と、前記各二次巻線
毎に接続され、前記二次巻線の出力を整流平滑化して外
部負荷に電源供給する整流平滑手段と、該整流平滑手段
のいずれか一つに接続され、当該整流平滑手段の出力電
圧を検出し、該出力電圧が所定値となるように前記スイ
ッチング手段を制御する制御手段と、を備えた多出力コ
ンバータであって、前記制御手段が接続されていない前
記整流平滑手段の出力側に、夫々、該整流平滑手段の出
力電圧が所定値以上になることを防止する電圧制限手段
を接続したことを特徴とする。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の多出力コンバータであって、制御手段が接続された前
記整流平滑手段の出力側に、所定の電気抵抗を有する負
荷手段を設けたことを特徴とする。請求項３に記載の発
明は、請求項１または請求項２に記載の多出力コンバー
タであって、前記電圧制限手段は、前記整流平滑手段と
並列に接続されたツェナーダイオードであることを特徴
とする。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の多出力コンバータであって、前記電圧
制限手段は、三端子レギュレータであることを特徴とす
る。

【００１４】

【作用】上記のように構成された請求項１に記載の多出
力コンバータにおいては、スイッチング手段がトランス
の一次巻線と直流電源とを断続することにより、断続に
応じた所定の電力を二次巻線に供給する。そして、電力
が供給された二次巻線の出力を整流平滑手段が整流平滑
化することにより、外部負荷に供給する直流出力が得ら
れる。

【００１５】なお、制御手段は、複数の整流平滑手段の
うち、いずれか一つの出力電圧を検出しており、その出
力電圧が所定値となるように、スイッチング手段を制御
する。ここで、制御手段が接続され出力電圧が検出され
ている二次側をセンシング相と呼び、その他の二次側を
非センシング相と呼ぶ。

【００１６】即ち、二次巻線に供給される電力が一定で
あれば、負荷の消費電流が大きくなるほど負荷に印加さ
れる出力電圧は小さくなってしまうのであるが、出力電
圧を検出して、出力電圧が所定値となるような電力が二
次巻線に供給されるように、スイッチング手段を制御す
ることにより、センシング相では、負荷の変動によらず
常に所定の電圧が印加される。

【００１７】そして、センシング相の負荷が大きい場
合、それに応じて、センシング相の出力電圧を所定値に
維持するために各二次巻線には大きな電力が供給される
ため、負荷が小さい非センシング相では、当然過大な出
力電圧が発生することになるが、電圧制限手段が、負荷
に印加される出力電圧が所定値以上になることを防止す
る。

【００１８】請求項２に記載の多出力コンバータにおい
ては、センシング相に設けられた負荷手段が常に所定の
電力を消費しているため、センシング相に接続される外
部負荷の消費電力がどんなに小さくても、最低限、負荷
手段で消費される分の電力は各二次巻線に供給されるこ
とになる。このため、非センシング相の負荷で消費され
る電力が大きくなっても、非センシング相の出力電圧は
極端に低下することがない。

【００１９】請求項３に記載の多出力コンバータにおい
ては、電圧制限手段がツェナーダイオードで構成されて
いるため装置構成を簡単にすることができる。請求項４
に記載の多出力コンバータにおいては、電圧制限手段が
三端子レギュレータで構成されているため、出力電圧の
安定性が良い。

【００２０】即ち、ツェナーダイオードの場合、印加さ
れる電圧が大きくなるに従い、僅かであるが出力電圧が
大きくなるのであるが、三端子レギュレータの場合、ト
ランジスタ等により帰還制御を行っているため、ツェナ
ーダイオードのように素子の特性によらず、より安定し
た出力電圧が得られる。

【００２１】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面と共に説明す
る。図１は、本発明が適用された実施例である３つの負
荷に対して同時に電源の供給が可能な多出力コンバータ
を示す回路図である。

【００２２】図１に示すように、本実施例の多出力コン
バータは、単一の一次巻線２ａと複数の二次巻線２ｂと
を有するトランス２と、トランス２の一次巻線２ａと直
流電源４との接続を断続して二次巻線２ｂに供給する電
力を制御する一次側回路６と、二次巻線２ｂに誘起され
る出力を所定電圧を有する直流出力に変換して外部負荷
８ａ，８ｂ，８ｃに供給する複数の二次側回路１０ａ，
１０ｂ，１０ｃとからなる。なお、直流電源４には、平
滑コンデンサ５が並列に接続されている。

【００２３】一次側回路６は、バイポーラトランジスタ
またはＭＯＳ型トランジスタ等からなり、トランス２の
一次巻線２ａと直流電源４との接続を断続して、一次巻
線２ａの通電・非通電を切り換えるスイッチング素子１
２と、二次側回路１０ａの出力電圧を検出し、スイッチ
ング素子１２のオン／オフ状態のデューティを変化させ
ることにより、二次巻線２ｂに供給する電力を制御する
制御回路１４と、からなる。なお、以下では出力電圧が
検出される二次側をセンシング相と呼び、その他の二次
側を非センシング相と呼ぶ。

【００２４】一方、各二次巻線２ｂ毎に設けられた二次
側回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、スイッチング素子１
２がオンする時に、二次巻線２ｂに誘起される電圧に対
して順方向となるように接続され、二次巻線２ｂからの
出力を整流する整流用ダイオード１６と、コイルとコン
デンサとにより構成された周知のＬＣローパスフィルタ
からなり、整流用ダイオード１６からの出力を平滑化し
て外部負荷８ａ，８ｂ，８ｃに供給可能な直流出力とす
る平滑回路１８と、整流用ダイオード１６のオフ期間中
に平滑回路１８を構成するコイルに蓄積されたエネルギ
ーを放出させるために平滑回路１８と並列に接続された
フライホイールダイオード２０と、を備え、更に、セン
シング相の二次側回路１０ａには、所定の電気抵抗値を
有する安定化抵抗２２、また、非センシング相の二次側
回路１０ｂ，１０ｃには、ツェナーダイオード２４が、
出力端子と並列に接続されている。

【００２５】以上のように構成された多出力コンバータ
においては、負荷８ａの動作状態に応じて二次側回路１
０ａ（センシング相）の出力電圧が変動すると、制御回
路１４がこれを検出してスイッチング素子１２のオン／
オフ状態のデューティを変化させ、センシング相の出力
電圧が常に所定値Ｖｏとなるように、二次巻線２ｂに供
給する電力を制御する。

【００２６】ここで、二次側回路１０ａに接続された安
定化抵抗２２および二次側回路１０ｂ，１０ｃに接続さ
れたツェナーダイオード２４の動作を図２に沿って詳細
に説明する。なお、図２は、センシング相の負荷８ａが
動作していない（無負荷）状態における、各二次巻線２
ｂ側の出力電圧と出力電流の関係を表したトランス特性
曲線である。

【００２７】図２に示すように、センシング相において
は、無負荷状態であっても安定化抵抗２２に電流Ｉｏが
流れて電力を消費しているため、トランス特性曲線は負
荷電流Ｉｏの時に出力電圧が所定値Ｖｏとなるようなも
のとなっている。このように、センシング相が無負荷状
態の時に、二次側回路１０ｂ，１０ｃ（非センシング
相）の負荷８ｂ，８ｃに流れる負荷電流Ｉａが、安定化
抵抗２２に流れる電流Ｉｏより小さい場合、トランス特
性曲線によれば、負荷８ｂ，８ｃに印加される出力電圧
は所定値Ｖｏより大きな過大値Ｖａとなるのであるが、
出力端子と並列に接続されたツェナーダイオード２４
が、図中一点鎖線で示すように、出力電圧を所定値Ｖｏ
または所定値Ｖｏより僅かに大きな値に制限する。

【００２８】また逆に、非センシング相の負荷８ｂ，８
ｃに流れる負荷電流Ｉｂが、安定化抵抗２２に流れる電
流Ｉｏより大きい場合、当然、出力電圧は所定値Ｖｏよ
り下がってしまうのであるが、安定化抵抗２２で消費さ
れる分の電力は供給されているため、図に示すように極
端な電圧降下を起こすことはない。

【００２９】一方、センシング相の負荷８ａにおいて比
較的大きな電力が消費されている場合は、センシング相
の出力電圧を所定値Ｖｏに維持できるように一次側より
十分な電力が供給されるため、トランス特性曲線も図２
に示したものより上方にシフトしたようなものとなり、
非センシング相には過大な電力が供給されることになり
易いが、上述したようにツェナーダイオード２４が出力
電圧を制限して、負荷８ｂ，８ｃに安定した出力を供給
する。

【００３０】以上説明したように、本実施例の多出力コ
ンバータによれば、センシング相のみから出力電圧を検
出し、二次側に供給する電力の制御を一括して行ってい
るため、電力の供給を制御する一次側回路を複数設ける
必要がなく、回路構成を簡単にすることができ、装置を
小型化することができる。

【００３１】また、センシング相に安定化抵抗２２が接
続されていることにより、各二次巻線２ｂには、安定化
抵抗２２で消費される分だけ底上げされた電力が常に供
給されるので、センシング相の負荷８ａの消費電力が小
さい時に、非センシング相の負荷８ｂ，８ｃでの消費電
力が大きくなっても、ある程度の電力の供給は確保され
ているため、非センシング相の出力電圧が極端に低下す
ることがない。

【００３２】更に、非センシング相にツェナーダイオー
ド２４が接続されていることにより、非センシング相の
出力電圧は、所定電圧に制限されるので、センシング相
の負荷８ａの消費電力が大きく、非センシング相の負荷
８ｂ，８ｃにとっては過剰な電力が二次巻線２ｂに供給
されている場合であっても、負荷８ｂ，８ｃに過大な電
圧が印加されることがない。

【００３３】即ち、本実施例の多出力コンバータによれ
ば、出力各相に接続された各負荷８ａ，８ｂ，８ｃが夫
々に変動しても、各負荷８ａ，８ｂ，８ｃに出力電圧の
安定した電源を供給することができる。なお、上記実施
例においては、非センシング相の出力電圧を制限する出
力電圧制限手段としてツェナーダイオード２４を使用し
ているが、図３に示すように三端子レギュレータ２６を
用いてもよい。

【００３４】この三端子レギュレータ２６は、トランジ
スタ等により構成される電圧安定化回路が集積された周
知のものである。三端子レギュレータ２６では、出力電
圧を帰還制御しているため、入力電圧が所定値以上であ
れば、入力電圧の変動に関わらず一定の出力電圧を得る
ことができ、高度に安定化された電源が必要な場合に
は、特に有効である。

【００３５】なお、三端子レギュレータ２６の代わり
に、三端子レギュレータと同様の働きをする電圧安定化
回路をディスクリート素子で構成したものを用いてもよ
い。上記実施例では、３種類の直流出力を得る多出力コ
ンバータを示したが、２種類以上の直流出力を得るため
のものであれば何出力のものでもよい。

【００３６】また、上記実施例では、トランスの一次巻
線２ａの通電・非通電の制御を、単独のスイッチング素
子１２にて行なうコンバータに適用した例を示したが、
４つのスイッチング素子を用いたブリッジ型のスイッチ
ング回路や、２つのスイッチング素子を用いたプッシュ
プル型のスイッチング回路にてこの制御を行なうコンバ
ータに適用してもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
多出力コンバータにおいては、非センシング相に電圧制
限手段が接続されていることにより、非センシング相の
出力電圧は所定電圧に制限される。従って、センシング
相の負荷における消費電力が大きく、非センシング相の
負荷にとっては過剰な電力が二次巻線に供給されている
場合であっても、非センシング相の負荷に過大な電圧が
印加されることがなく、出力電圧の安定した電源を供給
することができる。

【００３８】特に、各負荷の使用状態が予め分かってい
る場合には、定常的に使用され、しかも消費される電力
が比較的大きい負荷が接続された出力をセンシング相と
すれば、非センシング相には常に十分な電力が供給され
るので、非センシング相において電圧降下を起こすこと
もなく効果的に使用することができる。

【００３９】請求項２に記載の多出力コンバータにおい
ては、センシング相に負荷手段が接続されていることに
より、各二次巻線には、負荷手段で消費される分だけ底
上げされた電力が常に供給されるので、センシング相の
負荷での消費電力が小さい時に、非センシング相の負荷
での消費電力が大きくなっても、ある程度の電力の供給
は確保されるため、非センシング相の出力電圧が極端に
低下することがなく、出力電圧の安定した電源を供給す
ることができる。

【００４０】特に請求項３に記載のように、電圧制限手
段としてツェナーダイオードを使用した場合、装置構成
が簡単になるため、装置を小型化することができる。ま
た請求項４に記載のように、電圧制限手段として三端子
レギュレータを使用した場合、素子の特性に左右される
ことなく、非常に安定した電源を得ることができる。ま
た、三端子レギュレータは１チップで構成されているた
め、取扱や組立も容易であり、装置を小型化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例の多出力コンバータを表す回路図
である。

【図２】 第１実施例の多出力コンバータの動作を表す
説明図である。

【図３】 第２実施例の多出力コンバータを表す回路図
である。

【図４】 従来の多出力コンバータを表す回路図であ
る。

【図５】 従来の多出力コンバータを表す回路図であ
る。

【図６】 図５に示した多出力コンバータの動作を表す
説明図である。

【符号の説明】

２…トランス ４…直流電源 ５…平滑
コンデンサ ６…一次側回路 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ…二次側
回路 １２…スイッチング素子 １４…制御回路 １６…
整流用ダイオード １８…平滑回路 ２０…フライホイールダイオード
２２…安定化抵抗 ２４…ツェナーダイオード ２６…三端子レギュレー
タ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の二次巻線を有するトランスと、 該トランスの一次巻線と直流電源との接続を断続するス
   イッチング手段と、 前記各二次巻線毎に接続され、前記二次巻線の出力を整
   流平滑化して外部負荷に電源供給する整流平滑手段と、 該整流平滑手段のいずれか一つに接続され、当該整流平
   滑手段の出力電圧を検出し、該出力電圧が所定値となる
   ように前記スイッチング手段を制御する制御手段と、 を備えた多出力コンバータであって、 前記制御手段が接続されていない前記整流平滑手段の出
   力側に、夫々、該整流平滑手段の出力電圧が所定値以上
   になることを防止する電圧制限手段を接続したことを特
   徴とする多出力コンバータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の多出力コンバータであ
   って、 制御手段が接続された前記整流平滑手段の出力側に、所
   定の電気抵抗を有する負荷手段を設けたことを特徴とす
   る多出力コンバータ。
3. 【請求項３】 前記電圧制限手段は、前記整流平滑手段
   と並列に接続されたツェナーダイオードであることを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載の多出力コンバ
   ータ。
4. 【請求項４】 前記電圧制限手段は、三端子レギュレー
   タであることを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の多出力コンバータ。