JPH10210735A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 形状が小型で製品設計の手順が簡素なスイッ
チング電源装置を提供する。 【解決手段】 コンバータ部５においてチョークコイル
Ｌ１と第１スイッチングトランジスタＱ１を直列に接続
し、そのチョークコイルＬ１と第１スイッチングトラン
ジスタＱ１の接続点に現れる電圧を整流・平滑し、直流
出力を得る。そしてインバータ部６においてトランスＴ
１の１次巻線Ｎ１と補助スイッチングトランジスタＱ４
を直列に接続し、トランスＴ１の２次巻線Ｎ２に発生す
る電圧より交流出力を得る。ここで補助スイッチングト
ランジスタＱ４のベースをコンデンサＣ３を介してチョ
ークコイルＬ１と第１スイッチングトランジスタＱ１の
接続点に接続し、コンバータ部５とインバータ部６に連
動した動作を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光表示管などの
負荷に対し、直流電圧と交流電圧、あるいは電圧の異な
る複数の直流電圧を供給するための電源装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】セグメント方式の蛍光表示管を使用する
時には、その表示面に輝度ムラが発生しないようにする
ために、蛍光表示管のフィラメントに交流電圧を供給す
ることがある。ところで、蛍光表示管の表示状態の制御
には一般に直流電圧が要求されるため、この場合には蛍
光表示管に駆動電力を供給するための電源装置に対して
交流と直流の２種類の出力電圧が得られるよう要求され
ることになる。このように交流と直流の２種類の出力電
圧を得られるようにした従来の電源装置の一例として、
図２に示すような構成のスイッチング電源装置が存在し
た。

【０００３】図２に示す電源装置では、先ず、トランス
Ｔ２の１次巻線Ｎ３、第１スイッチングトランジスタＱ
１、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ１が昇圧チョッパ
型のコンバータ回路を形成するよう、さらにトランスＴ
２の１次巻線Ｎ３、２次巻線Ｎ４及び第１スイッチング
トランジスタＱ１がインバータ回路を形成するよう、各
素子が接続されている。そして第１スイッチングトラン
ジスタＱ１がほぼ周期的にターンオンあるいはターンオ
フするように、入力端子１とアース間に起動用の抵抗Ｒ
１と第２スイッチングトランジスタＱ２の直列回路が設
けられ、第１スイッチングトランジスタＱ１と第２スイ
ッチングトランジスタＱ２の各コレクタ端子の間に抵抗
Ｒ２、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ２の直列回路が接続さ
れ、さらに第１スイッチングトランジスタＱ１と第２ス
イッチングトランジスタＱ２の各ベース端子が、それぞ
れ抵抗Ｒ２の所定の一端に接続されている。

【０００４】また、各出力端子に現れる出力電圧の電圧
値を安定化するために、出力端子２とアースとの間に制
御用トランジスタＱ３、分圧抵抗Ｒ５、Ｒ６、抵抗Ｒ７
及び基準電圧源としての定電圧ダイオードＤＺ１からな
る制御回路４を設け、制御用トランジスタＱ３のコレク
タを抵抗Ｒ８を介してコンデンサＣ２と抵抗Ｒ３の接続
点に接続している。なお、第２スイッチングトランジス
タＱ２のベース、エミッタ間のダイオードＤ３と定電圧
ダイオードＤＺ２の直列回路は、第２スイッチングトラ
ンジスタＱ２を保護するためのものである。また第２ス
イッチングトランジスタＱ２のベースとコンデンサＣ２
の一端との間に接続されたダイオードＤ２と抵抗Ｒ４の
直列回路は第２スイッチングトランジスタＱ２のバイア
ス点を調整するものであり、このダイオードＤ３、定電
圧ダイオードＤＺ２、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ４は場合
によって省略される。

【０００５】以上のような構成とした電源装置の概略の
動作は以下のようであった。入力端子１に外部より電圧
供給がなされた状態で第１スイッチングトランジスタＱ
１が交互にオン、オフすると、トランスＴ２の１次巻線
Ｎ３に交互に方向の異なる電圧が発生する。この１次巻
線Ｎ３に発生した電圧はダイオードＤ１とコンデンサＣ
１によって整流・平滑され、その結果、出力端子２に所
定の直流出力電圧が得られる。また、１次巻線Ｎ３に発
生した交互に方向の異なる電圧は２次巻線Ｎ４に誘導さ
れ、出力端子３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれの端子間に交
流出力電圧が得られることになる。なお第１スイッチン
グトランジスタＱ１のオン、オフ動作は、１次巻線Ｎ３
に発生した電圧をベースに受ける第２スイッチングトラ
ンジスタＱ２と第１スイッチングトランジスタＱ１が、
相補的にオン状態あるいはオフ状態となる自励発振作用
により継続される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図２に示した交流と直
流の２つの出力電圧が得られるスイッチング電源装置で
は、トランスＴ２の１次巻線Ｎ３と第１スイッチングト
ランジスタＱ１が、図２の回路中に等価的に形成された
コンバータ回路とインバータ回路で共用された形態とな
っている。このため、第１スイッチングトランジスタＱ
１及びトランスＴ２に掛かる負担が大きく、実際に図２
に示すスイッチング電源装置を製品化するに当たって
は、第１スイッチングトランジスタＱ１とトランスＴ２
に容量の大きな素子を選定しなければならない。また、
回路中に大きな熱源としての第１スイッチングトランジ
スタＱ１が存在するため、その放熱対策と素子形状の大
型化から、電源装置の大型化を招く結果となっていた。

【０００７】また図２の回路では、交流と直流の２つの
出力電圧を得るために、第１スイッチングトランジスタ
Ｑ１がオフ状態となった時、トランスＴ２の１次巻線Ｎ
３と２次巻線Ｎ４から同時にエネルギーを取り出す構造
となっている。このため図３に示すように、１次巻線Ｎ
３からフライバック電圧の形で放出されるエネルギー
が、交流電圧を発生させるために２次巻線Ｎ４から流出
するエネルギーの分だけ減少することになる。すると負
荷状態によっては、直流出力電圧を得るための１次巻線
Ｎ３のフライバックエネルギーが不足し、直流出力電圧
のリップルが増大する可能性がある。このリップルの増
大を防止するには、直流出力と交流出力のエネルギーバ
ランスを考慮した複雑な設計手順が必要となり、実際に
製品を製造する場合には、その製品設計に時間が掛かる
という問題があった。従って本発明は、電源装置の形状
が大型化することがなく、また製品設計の手順を簡素化
することのできるスイッチング電源装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１のインダ
クタンス部品と主スイッチング素子を具備し、第１のイ
ンダクタンス部品の巻線に発生した電圧を整流・平滑し
て所望の出力電圧を得る第１の出力系と、第２のインダ
クタンス部品と補助スイッチング素子を具備し、第２の
インダクタンス部品の巻線に発生した電圧より交流出力
あるいは直流出力を得る第２の出力系が構成され、ここ
で補助スイッチング素子の駆動信号が第１のインダクタ
ンス部品に発生した電圧であることを特徴とするスイッ
チング電源装置である。なお、補助スイッチング素子に
駆動信号を供給するための具体的な構成として、補助ス
イッチング素子の制御端子を、第１のインダクタンス部
品と主スイッチング素子との接続点に容量素子を介して
接続する。

【０００９】

【発明の実施の形態】第１の出力系であるコンバータ部
において、チョークコイルと主（第１）スイッチングト
ランジスタを直列に接続し、チョークコイルと主スイッ
チングトランジスタの接続点から整流、平滑回路を介し
て直流出力電圧を得る。そして第２の出力系であるイン
バータ部において、トランスの１次巻線と補助スイッチ
ングトランジスタを直列に接続し、トランスの２次巻線
に発生した電圧より交流出力電圧を得る。ここで補助ス
イッチングトランジスタの制御端子は容量素子を介して
チョークコイルと主スイッチングトランジスタの接続点
に接続し、主スイッチングトランジスタと補助スイッチ
ングトランジスタに連動した動作を行わせる。

【００１０】

【実施例】電源装置の形状を大型化することなく、また
設計手順が簡素な本発明によるスイッチング電源装置の
実施例の回路を図１に示した。この図１の回路では、直
流出力電圧を得るためのコンバータ部５と交流出力電圧
を得るためのインバータ部６を、あえて別々に構成して
いる。ここで先ずコンバータ部５については、入力端子
１とアースとの間に直列接続したチョークコイルＬ１と
第１スイッチングトランジスタＱ１、チョークコイルＬ
１と第１スイッチングトランジスタＱ１の接続点と出力
端子２との間に接続したダイオードＤ１及び、出力端子
２とアースとの間に接続したコンデンサＣ１により昇圧
チョッパ型のコンバータ回路を形成している。図２の回
路のトランスＴ２をチョークコイルＬ１に置き換えたこ
と以外は、コンバータ部５と図２の回路は実質的に同一
の構成となっている。

【００１１】そしてインバータ部６については、入力端
子１とアースとの間に接続したトランスＴ１の１次巻線
Ｎ１と補助スイッチングトランジスタＱ４、そしてその
各端子及び中間タップを、それぞれ出力端子３ａ、３
ｂ、３ｃに接続したトランスＴ１の２次巻線Ｎ２により
インバータ回路を形成している。ここで、インバータ部
６には補助スイッチングトランジスタＱ４を駆動するた
めの一般的な制御回路は設けず、補助スイッチングトラ
ンジスタＱ４のベースをコンデンサＣ３と抵抗Ｒ９の直
列回路を介してチョークコイルＬ１と第１スイッチング
トランジスタＱ１の接続点に接続している。なお、補助
スイッチングトランジスタＱ４のベースとアース間に接
続したダイオードＤ４は、コンデンサＣ３の放電のため
の電流路を形成するものである。

【００１２】このような構成とした回路では、先ず、コ
ンバータ部５は図２の回路と同様に動作し、その出力端
子２に直流出力電圧を発生させる。一方、インバータ部
６の補助スイッチングトランジスタＱ４のベースは、コ
ンバータ部５の第１スイッチングトランジスタＱ１の接
続点にコンデンサＣ３と抵抗Ｒ９を介して接続されてい
る。このためインバータ部６の補助スイッチングトラン
ジスタＱ４は、チョークコイルＬ１に発生する電圧によ
って順方向バイアスあるいは逆バイアスを受けることに
なり、第１スイッチングトランジスタＱ１に連動してオ
ン、オフ動作をする。従ってインバータ部６はコンバー
タ部５に連動して動作し、その出力端子３ａ、３ｂ、３
ｃに交流電圧を発生させることになる。

【００１３】このような回路構成と動作による図１の回
路では、直流出力はチョークコイルＬ１に蓄えられるエ
ネルギーより得て、交流出力はトランスＴ１に蓄えられ
るエネルギーより得ているため、交流電圧を発生させる
ために直流電圧を発生させるためのフライバックエネル
ギーが不足するということが無くなる。従って、回路を
設計する上で交流出力と直流出力をほぼ個別に考慮する
ことができ、従来のような複雑な設計手順を省略するこ
とができるようになる。また第１スイッチングトランジ
スタＱ１と補助スイッチングトランジスタＱ４とで分担
して電力を制御しているため、個々の素子には小容量の
ものを使用できる。また回路中の発熱源が第１と補助の
２つのスイッチングトランジスタに分かれ、素子１個当
たりの発熱量が小さくなることから、従来のような大掛
かりな放熱手段を設ける必要がなくなる。従って図１の
回路は、図２の回路に比べて補助スイッチングトランジ
スタＱ４やチョークコイルＬ１などで回路の部品点数が
増加しても、実質的には電源装置の形状を小型にするこ
とが可能となる。

【００１４】なお、図１の回路では、トランスＴ１の１
次巻線Ｎ１の一端は入力端子１に接続し、コンバータ部
５とインバータ部６を並列した状態で電源装置を構成し
ていたが、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１の一端を出力端
子２に接続し、コンバータ部５とインバータ部６を直列
の状態にして電源装置を構成しても良い。この場合に
は、出力端子２に現れる直流電圧の値が安定しているた
め、交流電圧の安定度も向上する。また、図１の実施例
の回路では直流出力電圧と交流出力電圧の２つの電圧を
得ていたが、２次巻線Ｎ２の各端子と出力端子３ａ、３
ｂ、３ｃとの間に整流・平滑回路を設け、コンバータ部
５とインバータ部６とで電圧値の異なる２つの直流出力
を得られるようにしても良い。さらに、コンバータ部５
及びインバータ部６の回路形式は図１の実施例の回路に
限定されることはなく、例えばコンバータ部５の回路形
式を昇圧チョッパ型でなく極性反転型にするなど、様々
な形式のコンバータ、インバータ回路を適用することが
可能であることは言うまでもない。

【００１５】

【発明の効果】以上に述べたように本発明は、第１と第
２の出力系を構成し、第２の出力系の補助スイッチング
素子に対し、第１の出力系の第１インダクタンス部品と
主スイッチング素子との接続点より駆動信号を供給する
ことを特徴としている。このような構成とすることによ
り、交流出力と直流出力をほぼ個別に考慮することがで
き、複雑な設計手順を省略することができるようにな
る。また個々のスイッチング素子には小容量のものを使
用でき、さらに従来のような大掛かりな放熱手段を設け
る必要がなくなるため、実質的に電源装置の形状を小型
にすることが可能となる。従って本発明によれば、小型
で製品設計が簡素に行えるスイッチング電源装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるスイッチング電源装置の実施例
の回路図。

【図２】 従来の直流出力と交流出力が得られるスイッ
チング電源装置の一例の回路図。

【図３】 図２の回路のトランスの１次巻線に発生する
電圧の波形図。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ 出力端子（直流） ３ａ〜３ｃ 出力端子（交流） ４ 制御回路 ５ 第１の出力系としてのコンバータ部 ６ 第２の出力系としてのインバータ部 Ｑ１ 第１スイッチングトランジスタ Ｑ２ 第２スイッチングトランジスタ Ｑ４ 補助スイッチングトランジスタ Ｌ１ 第１のインダクタンス部品としてのチョ
ークコイル Ｔ１ 第２のインダクタンス部品としてのトラ
ンス Ｃ３ 駆動信号を導くための容量素子としての
コンデンサ Ｒ１ 起動抵抗

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のインダクタンス部品と主スイッチ
   ング素子を具備し、該第１のインダクタンス部品の巻線
   に発生した電圧を整流・平滑して所望の出力電圧を得る
   第１の出力系と、第２のインダクタンス部品と補助スイ
   ッチング素子を具備し、該第２のインダクタンス部品の
   巻線に発生した電圧より交流あるいは直流の出力電圧を
   得る第２の出力系が構成され、ここで該補助スイッチン
   グ素子の駆動信号が該第１のインダクタンス部品に発生
   した電圧であることを特徴とするスイッチング電源装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１のインダクタンス部品がチョー
   クコイルであり、前記第２のインダクタンス部品がトラ
   ンスであることを特徴とする、請求項１に記載したスイ
   ッチング電源装置。
3. 【請求項３】 前記補助スイッチング素子の制御端子
   は、前記第１のインダクタンス部品と主スイッチング素
   子との接続点に容量素子を介して接続されることを特徴
   とする、請求項２に記載したスイッチング電源装置。