JPH10285916A - 多出力型スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定度の高い複数の出力電圧が得られる多出
力型のスイッチング電源回路を得る。 【解決手段】 トランスＴの１次巻線Ｎ１とスイッチン
グトランジスタＱ１の接続点とアースとの間に直流阻止
コンデンサＣ３と転流ダイオードＤ１との直列回路を接
続し、直流阻止コンデンサＣ３と転流ダイオードＤ１と
の接続点に得られる交流電圧を整流素子としてのトラン
ジスタＱ２と平滑コンデンサＣ２により整流平滑する第
１出力チャンネルＣＨ１を設ける。また、トランスＴの
２次巻線Ｎ２に現れる電圧を整流平滑する第２出力チャ
ンネルＣＨ２、さらには１次巻線Ｎ１のタップより導出
される電圧を整流平滑する第３出力チャンネルＣＨ３を
設ける。第１出力チャンネルＣＨ１の出力電圧Ｖ_O1を制
御回路５にフィードバックし、スイッチングトランジス
タＱ１のオンデューティを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、整流素子にトラン
ジスタを使用して電力変換効率を向上させた多出力型の
スイッチング電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング電源装置の電力変換効率を
向上する手段として、その回路に設けられる整流素子
に、ダイオードに代えてトランジスタを使用することが
ある。トランジスタを整流素子として使用する場合、そ
のトランジスタには回路中のスイッチング素子の動作に
同期してオン、オフ動作を行わせる（同期整流方式）必
要が有り、その同期動作のための回路が数多く提案され
ている。このようなトランジスタを整流素子として使用
した同期整流方式のスイッチング電源装置の一例とし
て、本発明者は特願平５−３０７５２０号において、図
２に示すような回路構成を有するスイッチング電源装置
を提案した。

【０００３】図２に示す回路の構成と動作は以下の様に
なっていた。入力端子１はチョークコイルＬ１を介して
スイッチングトランジスタＱ１のコレクタに接続され、
スイッチングトランジスタＱ１のエミッタはアースに、
ベースは制御回路５のパルス出力端子ＰＯにそれぞれ接
続される。整流素子としてＰＮＰ型のトランジスタＱ２
が使用され、そのトランジスタＱ２のエミッタはチョー
クコイルＬ１とスイッチングトランジスタＱ１の接続点
（Ｑ１のコレクタ）へ接続され、コレクタは出力端子２
へ接続される。出力端子２とアースとの間には平滑コン
デンサＣ２及び電圧検出のための抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の
直列回路が接続される。抵抗Ｒ１とＲ２の接続点は制御
回路５の電圧検出端子ＦＢに接続され、これにより出力
電圧値に応じた信号が制御回路にフィードバックされ
る。

【０００４】そして、整流素子としてのトランジスタＱ
２を駆動するために、トランジスタＱ２のベースに抵抗
Ｒ５を介してＮＰＮ型の駆動用トランジスタＱ３のコレ
クタが接続される。駆動用トランジスタＱ３のエミッタ
はアースに接続され、ベースはコンデンサＣ７と抵抗Ｒ
３の直列回路を介してチョークコイルＬ１とトランジス
タＱ２の接続点に接続される。駆動用トランジスタＱ３
のベースは、さらに抵抗Ｒ４を介してアースに接続され
る。なお回路中で、Ｃ１とＣ８はそれぞれノイズフィル
タ用のコンデンサとスピードアップ用のコンデンサであ
り、Ｄ４はトランジスタＱ２のターンオフ時におけるベ
ース領域蓄積電荷の放電経路を形成するダイオードであ
る。

【０００５】このような回路構成とした場合、チョーク
コイルＬ１、スイッチングトランジスタＱ１のコレク
タ、トランジスタＱ２のエミッタのそれぞれを接続した
接続点の電圧は、直流的な入力電圧Ｖ_INと交流的なチョ
ークコイルＬ１に発生した電圧を合成したものとなる。
ここで、駆動用トランジスタＱ３のベースには、コンデ
ンサＣ７によって直流信号の通過が阻止されるため、チ
ョークコイルＬ１に発生した交流的な電圧による交流信
号のみが入力される。動作を簡潔に述べると、入力電圧
Ｖ_INが得ようとする出力電圧Ｖ_O より低い場合、駆動用
トランジスタＱ３はスイッチングトランジスタＱ１の動
作と相補的にオン、オフ動作を行い、トランジスタＱ２
は、駆動用トランジスタＱ３の動作によって駆動され、
整流動作を行う。

【０００６】反対に、入力電圧Ｖ_INが得ようとする出力
電圧Ｖ_O より高い場合、駆動用トランジスタＱ３はスイ
ッチングトランジスタＱ１のオン、オフ動作に合わせ
て、非導通（オフ）状態と非飽和領域での導通状態を繰
り返す。この駆動用トランジスタＱ３のコレクタに流れ
る電流は導通状態に応じて小さくなり、その大きさはス
イッチングトランジスタＱ１のオンデューティによって
ほぼ決定される。そしてトランジスタＱ２はベース電流
が駆動用トランジスタＱ３によって制御され、その動作
が非飽和領域で行われるようになる。その結果トランジ
スタＱ２は、あたかもシリーズレギュレータに似た動作
状態となり、そのコレクタ、エミッタ間でエネルギー通
過量を制御するように作用する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図２に示す回路構成の
スイッチング電源装置は、単巻のインダクタンス部品
（チョークコイルＬ１）を使用しながらも昇降圧型コン
バータとして機能することを可能としたものである。こ
の図２の回路の特徴は、トランジスタＱ２が、昇圧動作
時においては整流作用を担って効率向上に寄与し、降圧
動作時においてはシリーズレギュレータに類似した動作
で出力電圧の制御を行うことにある。ここで、図２の回
路において、負荷あるいは入力電圧の大きさを変えた時
のスイッチングトランジスタＱ１のオン期間を見ると、
その変化の程度はトランスを使用したコンバータ回路の
スイッチング素子に比べて急激であり、殊に、昇圧動作
状態の時に比べて降圧動作状態の時におけるオン期間は
非常に小さくなる。

【０００８】これは、「降圧動作状態におけるトランジ
スタＱ２のエミッタには、昇圧動作状態の時とは異な
り、チョークコイルＬ１に発生した電圧だけでなく、出
力電圧より高い入力電圧も印加されるようになる。すな
わち、トランジスタＱ２を介して入力側から出力側へ直
接、電力伝達がされ得る状態となる。すると、スイッチ
ングトランジスタＱ１のオン期間を小さくすることによ
って間接的にトランジスタＱ２を通過する電力を抑制
し、出力電圧が上昇するのを防止しようと制御回路５が
動作するため」に起こる現象と理解される。

【０００９】ところで、近年の電子機器の高性能化か
ら、その機器に組み込まれる電源回路には複数の異なる
出力電圧が得られるよう要求されることが多い。しかし
図２に示す回路では、昇降圧型コンバータとして機能さ
せながら安定した複数の異なる電圧を得ることは困難で
あった。つまり、前述したようにスイッチングトランジ
スタＱ１のオン期間が入力電圧、負荷の状態によって大
きく変化することから、他の定電圧制御の対象となって
ない出力チャンネルの出力電圧の変動量が大きく、その
ままでは使用に耐えられないのである。従って本発明で
は、同期整流方式を採用した高効率の昇降圧型コンバー
タとして機能し、かつ複数の安定した出力電圧を得るこ
とのできる多出力型のスイッチング電源回路を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の多出力型スイッ
チング電源装置は、入力端子とアース等の基準電位点と
の間にインダクタンス部品とスイッチング素子を直列に
接続し、スイッチング素子が動作した時にインダクタン
ス部品の巻線に発生する電圧から、複数の出力チャンネ
ルにそれぞれ所望の出力電圧を得るスイッチング電源装
置において、インダクタンス部品の第１の巻線とスイッ
チング素子の接続点と基準電位点との間に接続された、
直流阻止用コンデンサと転流用素子の直列回路、直流阻
止用コンデンサと転流用素子の接続点と第１の出力端子
との間に接続された、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ
による第１の整流素子としてのトランジスタ整流素子、
トランジスタ整流素子のベースと基準電位点との間に接
続され、トランジスタ整流素子の動作を制御するＮＰＮ
型バイポーラトランジスタによる駆動用トランジスタ、
直流阻止用コンデンサと転流用素子の接続点と駆動用ト
ランジスタのベースとの間に接続され、オン、オフ制御
信号を駆動用トランジスタのベースに入力するインピー
ダンス素子、第１の出力端子と基準電位点との間に接続
された第１の平滑コンデンサを具備する第１の出力チャ
ンネルと、インダクタンス部品の第２の巻線の端子間に
接続された第２の整流素子と第２の平滑コンデンサを具
備する第２の出力チャンネルを有し、第１の出力チャン
ネルの出力電圧に応じてスイッチング素子のオンデュー
ティを制御することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明による多出力型スイッチン
グ電源装置の具体的な形態としては、インダクタンス部
品の第１巻線とスイッチングトランジスタの接続点とア
ースとの間に、直流阻止用のコンデンサと転流用素子と
してのダイオードを直列に接続する。この直流阻止コン
デンサと転流ダイオードの接続点をトランジスタ整流素
子のエミッタに接続し、トランジスタ整流素子のコレク
タを第１出力端子へ接続する。トランジスタ整流素子の
ベースは抵抗を介して駆動用トランジスタのコレクタに
接続する。駆動用トランジスタのエミッタはアースに接
続し、ベースはバイアス用の抵抗を介して直流阻止コン
デンサと転流ダイオードの接続点に接続する。第１出力
端子とアースとの間には第１平滑コンデンサを接続す
る。この直流阻止コンデンサ、転流ダイオード、トラン
ジスタ整流素子、駆動用トランジスタ、抵抗（複数）及
び第１平滑コンデンサにより第１の出力チャンネルを形
成する。

【００１２】前記インダクタンス部品の第２巻線間に整
流ダイオードと第２平滑コンデンサを接続し、第２平滑
コンデンサの各端子をそれぞれ第２出力端子あるいはア
ースに接続する。この整流ダイオードと第２平滑コンデ
ンサにより第２の出力チャンネルを形成する。第１出力
端子とアースとの間に複数の抵抗の直列回路を接続し、
その抵抗同士の所定の接続点を、スイッチング素子の制
御端子に接続された制御回路の電圧検出端子に接続す
る。

【００１３】

【実施例】安定した複数の出力電圧を得られるようにし
た本発明による多出力型スイッチング電源装置の実施例
を図１に示した。図１に示す回路の構成及び動作は以下
の通りである。なお、図１において、図２中に示された
のと同じ機能の構成要素には同一の符号を付与してあ
る。入力端子１とアースとの間に、トランスＴの１次巻
線Ｎ１とスイッチングトランジスタＱ１を直列に接続
し、スイッチングトランジスタＱ１のベースを制御回路
５のパルス出力端子ＰＯに接続する。また、入力端子１
とアースとの間にはフィルタとしてのコンデンサＣ１を
接続する。

【００１４】１次巻線Ｎ１とスイッチングトランジスタ
Ｑ１の接続点に直流阻止コンデンサＣ３の一端を接続
し、直流阻止コンデンサＣ３の他端を転流用のダイオー
ドＤ１を介してアースへ接続する。直流阻止コンデンサ
Ｃ３の前記他端にＰＮＰ型トランジスタによる整流素子
としてのトランジスタＱ２のエミッタを接続し、トラン
ジスタＱ２のコレクタを第１出力端子２へ接続する。ト
ランジスタＱ２のベースを抵抗Ｒ５を介して駆動用トラ
ンジスタＱ３のコレクタに接続する。駆動用トランジス
タＱ３のエミッタはアースに接続し、ベースは抵抗Ｒ３
と抵抗Ｒ４のそれぞれの一端に接続する。抵抗Ｒ３の他
端は直流阻止コンデンサＣ３の前記他端へ接続し、抵抗
Ｒ４の他端はアースに接続する。第１出力端子２とアー
スの間には平滑コンデンサＣ２を接続する。この直流阻
止コンデンサＣ３、転流ダイオードＤ１、トランジスタ
Ｑ２、駆動用トランジスタＱ３、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５
及び平滑コンデンサＣ２により第１出力チャンネルＣＨ
１が形成される。なお、Ｃ４はトランジスタＱ２の補助
バイアス回路としてのコンデンサである。

【００１５】トランスＴの２次巻線Ｎ２の一端を整流ダ
イオードＤ２を介して第２出力端子３に接続し、２次巻
線Ｎ２の他端をアースに接続し、第２出力端子３とアー
スとの間に第２平滑コンデンサＣ５を接続する。この整
流ダイオードＤ２、平滑コンデンサＣ５により第２出力
チャンネルＣＨ２が形成される。トランスＴの１次巻線
Ｎ１の所定位置、すなわち入力端子１側の一端から巻線
部分（Ｎ₁₁）を隔てた位置に設けられたタップを整流ダ
イオードＤ３を介して第３出力端子４に接続し、第３出
力端子４とアースとの間に平滑コンデンサＣ６を接続す
る。この整流ダイオードＤ３、平滑コンデンサＣ６によ
り第３出力チャンネルＣＨ３が形成される。ここで、出
力電圧の制御のために、第１出力端子２とアースとの間
に抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の直列回路を接続し、抵抗Ｒ１と
抵抗Ｒ２の接続点を制御回路５の出力電圧検出端子ＦＢ
へ接続する。

【００１６】以上のような構成とした回路では、先ず第
１の出力チャンネルＣＨ１について見ると、直流阻止コ
ンデンサＣ３の作用により、直流電圧である入力電圧Ｖ
_INの通過が阻止され、トランジスタＱ２のエミッタには
１次巻線Ｎ１に発生する交流的な電圧のみが印加される
ようになる。ここで駆動用トランジスタＱ３のベースに
はトランジスタＱ２のエミッタと同様に１次巻線Ｎ１に
発生する交流的な電圧のみが印加され、これにより駆動
用トランジスタＱ３とトランジスタＱ２は、１次巻線Ｎ
１に発生した電圧に応じてオン状態あるいはオフ状態と
なる。その結果、トランジスタＱ２はダイオード素子と
同様な整流動作を行い、トランジスタＱ２と平滑コンデ
ンサＣ２の整流平滑作用により第１出力端子２に直流の
出力電圧Ｖ_O1が得られることになる。

【００１７】次に、第２出力チャンネルＣＨ２について
見ると、２次巻線Ｎ２に発生した電圧が整流ダイオード
Ｄ２と平滑コンデンサＣ５によって整流平滑され、第２
出力端子３に直流の出力電圧Ｖ_O2が得られる。ここで、
１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２との磁気的結合により、２
次巻線Ｎ２に現れる電圧は１次巻線Ｎ１に現れる電圧と
相関性の高い交流的な電圧となる。従って、第１出力端
子２に現れる出力電圧Ｖ_O1と第２出力端子３に現れる出
力電圧Ｖ_O2は高い相関性を示し、出力電圧Ｖ_O1が安定し
ていれば出力電圧Ｖ_O2も安定した値となる。

【００１８】さらに第３出力チャンネルＣＨ３について
見ると、１次巻線Ｎ１の巻線部分（Ｎ₁₁）とスイッチン
グトランジスタＱ１、整流ダイオードＤ３及び平滑コン
デンサＣ６は昇圧チョッパ回路を形成している。このた
め、第３出力端子４に得られる出力電圧Ｖ_O3は入力電圧
Ｖ_INよりも電圧値が高くなる。先にも述べたように、第
１出力チャンネルＣＨ１の出力電圧Ｖ_O1は、実質的に１
次巻線Ｎ１に発生した交流的な電圧のみを整流平滑して
得ている。制御回路５は、この出力電圧Ｖ_O1を検出して
定電圧制御を行っているため、スイッチングトランジス
タＱ１のオン期間を図２に示す回路のように大きく変化
させることがなくなる。その結果、回路構成上、入力電
圧Ｖ_INの変動の影響を受けるために、第１出力チャンネ
ルＣＨ１の出力電圧Ｖ_O1、第２出力チャンネルＣＨ２の
出力電圧Ｖ_O2ほどの高い安定度は得られないものの、安
定した出力電圧Ｖ_O3を得ることができる。

【００１９】ここで、図１と図２の、それぞれの回路の
トランジスタＱ２の動作を比較すると、図２の回路のト
ランジスタＱ２は、昇圧動作時においてはオン、オフを
繰り返して整流素子として動作するが、降圧動作時にお
いてはシリーズレギュレータ的な動作を行う。このため
図２の回路は降圧動作時には効率が低下する難点が有っ
た。これに対し、図１に示す回路では、降圧動作時、昇
圧動作時に関わり無く、トランジスタＱ２は１次巻線Ｎ
１に発生した交流的な電圧のみをエミッタに受け取り、
常に整流素子として動作する。従って広い範囲の入力電
圧に対して高い電力変換効率が得られるようになる。

【００２０】なお、図１に示す回路において、転流ダイ
オードＤ１をインダクタンス素子に置き換えても同様の
動作を行わせることができる。また、図１に示す回路で
は第２出力チャンネルＣＨ２のアースを入力側回路及び
他の出力チャンネルと共通にしているが、第２出力チャ
ンネルＣＨ２のアースを分離し、第２出力チャンネルＣ
Ｈ２を入力側回路及び他の出力チャンネルと絶縁しても
良い。さらに図１に示す回路において、駆動用トランジ
スタＱ３の動作タイミングを調整するために、抵抗Ｒ３
に対して並列あるいは直列に容量素子を接続すること
や、駆動用トランジスタＱ３のベースとアースとの間に
接続した抵抗Ｒ４を省略することが有る。言うまでもな
く、本発明の本質を損なわない程度の変形が可能であ
り、実施例に限定されるものではない。

【００２１】

【発明の効果】以上に述べたように本発明の多出力型ス
イッチング電源装置は、インダクタンス部品の第１の巻
線とスイッチング素子との接続点とアースとの間に直流
阻止コンデンサと転流ダイオードの直列回路を接続し、
直流阻止コンデンサと転流ダイオードの接続点に得られ
る交流電圧をトランジスタ整流素子と平滑コンデンサに
より整流平滑する第１の出力チャンネルを設ける。ま
た、インダクタンス部品の第２の巻線に現れる電圧を整
流平滑する第２の出力チャンネル、さらには、第１の巻
線のタップより導出される電圧を整流平滑する第３の出
力チャンネルを設ける。そして、スイッチング素子のオ
ンデューティは第１出力チャンネルの出力電圧に応じて
制御するようにしたものである。

【００２２】このような構成とすることにより、安定し
た複数の出力電圧を各チャンネルより得ることができる
ようになる。また、第１の出力チャンネルは広い範囲の
入力電圧に対して同期整流動作を行わせることができる
ため、高効率の昇降圧型コンバータを構成することがで
きる。従って本発明によれば、高安定度、高効率である
多出力型の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】 本発明による多出力型スイッチング電源装置
の実施例の回路図。

【図２】 特願平５−３０７５２０号にかかるスイッチ
ング電源装置の回路図。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ 第１出力端子 ３ 第２出力端子 ４ 第３出力端子 ５ 制御回路 Ｑ１ スイッチングトランジスタ Ｑ２ 整流素子としてのトランジスタ Ｑ３ 駆動用トランジスタ Ｔ トランス（インダクタンス部品） Ｎ１ １次巻線 Ｎ２ ２次巻線 Ｃ３ 直流阻止コンデンサ Ｄ１ 転流ダイオード ＣＨ１ 第１出力チャンネル ＣＨ２ 第２出力チャンネル ＣＨ３ 第３出力チャンネル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力端子とアース等の基準電位点との間
   にインダクタンス部品とスイッチング素子を直列に接続
   し、該スイッチング素子がスイッチング動作をした時に
   該インダクタンス部品の巻線に発生する電圧から、複数
   の出力チャンネルにそれぞれ所望の出力電圧を得る多出
   力型のスイッチング電源装置において、 該インダクタンス部品の第１の巻線と該スイッチング素
   子の接続点と基準電位点との間に接続された、直流阻止
   用コンデンサと転流用素子の直列回路、 該直流阻止用コンデンサと該転流用素子の接続点と第１
   の出力端子との間に接続された、ＰＮＰ型バイポーラト
   ランジスタによる第１の整流素子としてのトランジスタ
   整流素子、 該トランジスタ整流素子のベースと基準電位点との間に
   接続され、該トランジスタ整流素子の動作を制御するＮ
   ＰＮ型バイポーラトランジスタによる駆動用トランジス
   タ、 該直流阻止用コンデンサと該転流用素子の接続点と該駆
   動用トランジスタのベースとの間に接続され、オン、オ
   フ制御信号を該駆動用トランジスタのベースに入力する
   インピーダンス素子、 該第１の出力端子と基準電位点との間に接続された第１
   の平滑コンデンサを具備する第１の出力チャンネルと、 該インダクタンス部品の第２の巻線の端子間に接続され
   た第２の整流素子と第２の平滑コンデンサを具備する第
   ２の出力チャンネルを有し、該第１の出力チャンネルの
   出力電圧に応じて該スイッチング素子のオンデューティ
   を制御することを特徴とする多出力型スイッチング電源
   装置。
2. 【請求項２】 該インダクタンス部品の第１の巻線に設
   けられたタップと第３の出力端子との間に、該第１の巻
   線に発生したフライッバック電圧に対して順方向となる
   ように接続された第３の整流素子、 該第３の出力端子と基準電位点との間に接続された第３
   の平滑コンデンサを具備する第３の出力チャンネルが設
   けられたことを特徴とする、請求項１に記載した多出力
   型スイッチング電源装置。
3. 【請求項３】 前記転流用素子がダイオードであること
   を特徴とする、請求項１あるいは請求項２に記載した多
   出力型スイッチング電源装置。