JPH1169791A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トランスや電源装置全体が大型化することな
く、またトランスの製品品種削減が可能なスイッチング
電源装置を提供する。 【解決手段】 チョークコイルＬ１とスイッチングトラ
ンジスタＱ１を直列に接続し、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Ｐと出力端子２と
の間にダイオードＤ１とコンデンサＣ１による整流平滑
回路を接続する。トランスＴ１を設け、トランスＴ１の
１次巻線Ｎ１の一端をコンデンサＣ３を介して前記接続
点Ｐに接続し、１次巻線Ｎ１の他端をアースに接続す
る。トランスＴ１の２次巻線Ｎ２の各巻線端及び中間タ
ップは、それぞれ出力端子３ａ、３ｂ、３ｃに接続す
る。この回路構成に基づくチョークコイルＬ１とトラン
スＴ１の組み合わせにより、入力、直流出力、交流出力
の各仕様を満足できるスイッチング電源装置を構成す
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、蛍光表示管などの
負荷に対し、直流電圧と交流電圧、あるいは電圧値の異
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】例えば、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４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４に示す電源装置では、先ず、トランス
Ｔ３の１次巻線Ｎ５、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
３の１次巻線Ｎ５、２次巻線Ｎ６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の所定の一端にたすきがけの形で接続されて
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Ｔ３の１次巻線
Ｎ５に交互に方向の異なる電圧が発生する。この１次巻
線Ｎ５に発生した電圧と入力電圧の合成電圧はダイオー
ドＤ１とコンデンサＣ１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Ｎ５に発生した交互に方向の異なる電圧は
２次巻線Ｎ６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Ｎ５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動作により継続される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４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Ｔ３の１次巻線Ｎ５が、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。この回路構成では直流、交流共に、負荷へ
の電力供給がトランスＴ３の１次巻線Ｎ５を介して行わ
れているため、１次巻線Ｎ５に掛かる負担が大きく、１
次巻線Ｎ５には線径の大きな電線を使用しなければなら
ない。線径の大きな電線の使用は、それ自体が必要以上
にトランスの形状を大型化してしまう。

【０００７】また近年では、多品種少量生産が主流とな
り、複数出力の電源に対する要求仕様も様々となってい
る。図４に示す構成の回路では、トランスＴ３に使用す
る部品を選択する際には入力仕様、直流出力仕様、交流
出力仕様の３要素を同時に考慮することが必要であり、
実質的には各出力の仕様の組み合わせ毎に選択できるト
ランスが限定されてしまう。このため、各出力の仕様の
組み合わせを考慮してトランス部品にも数多くの製品品
種を揃えておかねばならず、製品品種の増加に伴って製
造コストや管理コストが増加するといった問題があっ
た。なお、例えば、直流供給用と交流供給用とで個別に
電源回路を設ければトランスの品種増加の問題は解決す
るが、部品点数が多くなることにより電源装置が特に大
型化し、さらに電源装置自体のコストが上昇するという
新たな問題を生じさせてしまう。従って本発明は、電源
装置やトランスが大型化することがなく、またトランス
の製品品種削減が可能な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】本発明のスイッチング電
源装置は、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、インダクタンス部品の所定の巻線を介して
所望の出力電圧を得るスイッチング電源において、イン
ダクタンス部品の第１の巻線の巻線端に接続された整流
平滑回路より直流の出力電圧を得る第１の出力系と、そ
の１次巻線にコンデンサが直列接続されたトランスを有
し、１次巻線とコンデンサの直列回路に前記インダクタ
ンス部品の第２の巻線の巻線端に現れる電圧を供給し、
トランスの２次巻線に誘起される電圧より直流あるいは
交流の出力電圧を得る第２の出力系、とを有することを
特徴とする。ここで、電源装置の回路方式に応じて、イ
ンダクタンス部品の第１と第２の巻線は同一のものとす
る場合、あるいは、１次巻線とコンデンサの直列回路に
は所定の巻線とスイッチング素子の接続点に現れる電圧
を供給する場合などがあり得る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態として
は、チョークコイルとスイッチング素子を直列に接続
し、チョークコイルとスイッチング素子の接続点に整流
平滑回路を接続する。チョークコイルの他にトランスを
設け、チョークコイルとスイッチング素子の接続点、あ
るいはチョークコイルの中間タップにコンデンサを介し
てトランスの１次巻線を接続する。この構成により、整
流回路から第１の出力電圧を得て、トランスの２次巻線
から第２の出力電圧を得る。本発明の第２の実施の形態
としては、第１のトランスの１次巻線とスイッチング素
子を直列に接続し、第１のトランスの２次巻線に整流平
滑回路を接続する。さらに第２のトランスを設け、第１
のトランスの１次巻線あるいは２次巻線の所定位置にコ
ンデンサを介して第２のトランスの１次巻線を接続す
る。この構成により、整流回路から第１の出力電圧を得
て、トランスの２次巻線から第２の出力電圧を得る。

【００１０】

【実施例】電源装置やトランスが大型化することがな
く、またトランスの製品品種削減が可能な、本発明によ
るスイッチング電源装置の第１の実施例の回路を図１に
示した。なお、図１において図４中に示されたのと同じ
構成要素については、同一の符号を付与してある。図１
に示す回路の特徴は、図４に示す回路のトランスＴ３の
代わりにチョークコイルＬ１を使用し、これと同時にト
ランスＴ１を設けたことにあり、以下のような回路構成
としている。先ず、入力端子１とアースとの間にチョー
クコイルＬ１とスイッチングトランジスタＱ１を接続
し、チョークコイルＬ１とスイッチングトランジスタＱ
１の接続点（以下、接続点Ｐとする）と出力端子２との
間にダイオードＤ１を接続し、出力端子２とアースとの
間にコンデンサＣ１を接続する。

【００１１】そしてトランスＴ１を設け、トランスＴ１
の１次巻線Ｎ１の一端はコンデンサＣ３を介してチョー
クコイルＬ１とスイッチングトランジスタＱ１の接続点
Ｐに接続し、１次巻線Ｎ１の他端はアースに接続する。
トランスＴ１の２次巻線Ｎ２の一端、中間タップ及び他
端は、それぞれ出力端子３ａ、３ｂ、３ｃに接続する。
このチョークコイルＬ１、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は、いわゆる昇
圧チョッパ回路の接続構成であり、本回路中では第１の
出力系を形成しており、一方、トランスＴ１とコンデン
サＣ３は、チョークコイルＬ１とスイッチングトランジ
スタＱ１の直列回路と共に第２の出力系を形成してい
る。なお、制御回路４の回路構成や、第２スイッチング
トランジスタＱ２周辺の、第１スイッチングトランジス
タＱ１にスイッチング動作を行わせるための回路に部分
ついては、図４の回路と同じ構成となっている。

【００１２】このような構成とした図１の回路において
は、回路中の接続点Ｐには、第１スイッチングトランジ
スタＱ１がオン状態である時にはアースと同じ電圧（ア
ース電位）が、第１スイッチングトランジスタＱ１がオ
フ状態である時には入力電圧にフライバック電圧が加わ
った合成電圧が、それぞれ現れることになる。この接続
点Ｐのアース電位と合成電圧が交互に現れるパルス状の
交番電圧は、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１により整
流、平滑され、これにより出力端子２には直流電圧が得
られることになる。一方、接続点Ｐの交番電圧は、コン
デンサＣ３を介してトランスＴ１の１次巻線Ｎ１にも印
加される。ここで、コンデンサＣ３の作用によりトラン
スＴ１の１次巻線Ｎ１には交番電圧の交流成分のみが供
給されるため、２次巻線Ｎ２には交流電圧が発生するこ
とになり、出力端子３ａ、３ｃ間には交流電圧が得られ
ることになる。

【００１３】前に述べたように図４の回路では、線径の
大きな電線の使用によりトランスＴ３が大型化してい
た。これに対し、図１の回路によれば、トランスＴ１は
交流出力だけを扱うので１次巻線Ｎ１に線径の小さな電
線が使用でき、小型のトランス部品を使用できる。な
お、図１の回路では図４の回路に比べてチョークコイル
Ｌ１とコンデンサＣ３が余計に必要となるが、トランス
の形状が小型化されることから電源装置全体が際立って
大型化することは避けられる。また、要求される入力仕
様、直流出力仕様、交流出力仕様をチョークコイルＬ１
とトランスＴ１との組み合わせで実現するようにしてい
るため、トランスあるいはチョークコイルを異なる仕様
の電源装置で共通使用することが可能となり、トラン
ス、チョークコイルの部品単体の製品品種を少なくする
ことができる。

【００１４】図２には本発明によるスイッチング電源装
置の第２の実施例の回路を示した。図２に示す回路と図
１の回路とは、その大部分は同じ回路構成となっている
が、図２の回路では中間タップを有するチョークコイル
Ｌ２を使用し、その中間タップにコンデンサＣ３を介し
てトランスＴ１の１次巻線Ｎ１を接続した構成が図１の
回路と異なっている。このように中間タップを有するチ
ョークコイルＬ２を使用すれば、電源装置の設計時にお
いて、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１に印加される電圧か
らトランス部品を選択するのではなく、むしろ１次巻線
Ｎ１に印加する電圧をトランスの仕様に合わせることが
可能となる。このため、例えば、チョークコイルＬ２の
フライバック電圧と入力電圧との合成電圧が高く、高耐
圧であるようなトランス部品が要求される場合にも中間
タップから電圧を取り出すことにより通常のトランス部
品を使用することが可能となり、異なる仕様の電源装置
でのトランス部品の共通使用を促進することができる。

【００１５】さらに、図３には本発明によるスイッチン
グ電源装置の第３の実施例の回路を示した。各出力に大
きな電力容量が要求される場合には、入力電圧を高く
し、スイッチングトランジスタＱ１に流れる電流を小さ
くした方が電源装置の高効率化にとって有利である。こ
の場合にはチョークコイルを使用するよりも１次、２次
間で電流、電圧の変換ができるトランスを使用する方が
望ましい。そこでチョークコイルＬ１（Ｌ２）に代えて
トランスＴ２を使用したのが図３に示す回路である。図
３の回路では、入力端子１とアース間にトランスＴ２の
１次巻線Ｎ３とスイッチングトランジスタＱ１を直列に
接続し、トランスＴ２の２次巻線Ｎ４の一端はダイオー
ドＤ１を介して出力端子２に接続している。また、トラ
ンスＴ２の２次巻線Ｎ４の一端はコンデンサＣ３を介し
てトランスＴ１の１次巻線Ｎ１の一端にも接続してお
り、２次巻線Ｎ４の他端と１次巻線Ｎ１の他端は互いに
アースに接続している。なお上記以外については、図３
の回路は図１、図２の回路と実質的に同一の構成となっ
ている。

【００１６】図３の回路のようにトランスＴ２を使用す
る場合には、トランス部品が２個必要となるため、２つ
の電源回路を個別に設ける場合ほどではないものの、図
４の従来の回路に比べれば電源装置が大型化する欠点が
ある。だが、トランスＴ１、Ｔ２の組み合わせで要求さ
れる入力仕様、直流出力仕様、交流出力仕様を満足させ
るため、図１、図２のチョークコイルの場合と同様に、
異なる仕様の電源装置におけるトランス部品の共通使用
と、それによる品種削減が可能となる。なお、図３の回
路において、図２のチョークコイルＬ２のようにトラン
スＴ２の２次巻線Ｎ４に中間タップを設け、その中間タ
ップにトランスＴ１の１次巻線Ｎ１を接続しても良く、
また、トランスＴ２の１次巻線Ｎ３を図１のチョークコ
イルＬ１に見立てて、トランスＴ２の１次巻線Ｎ３とス
イッチングトランジスタＱ１との接続点にトランスＴ１
の１次巻線Ｎ１を接続しても良い。

【００１７】以上に説明した図１、図２、図３の回路で
は、コンデンサＣ３はトランスＴ１の１次巻線Ｎ１の一
端と、チョークコイルＬ１、Ｌ２あるいはトランスＴ２
の２次巻線Ｎ４との間に接続されているが、トランスＴ
１の１次巻線Ｎ１の他端とアースとの間に接続しても構
わない。また、トランスＴ１の２次巻線Ｎ２に整流平滑
回路を接続し、交流電圧ではなく直流電圧が得られるよ
うにしても構わない。さらに、図１、図２に示す回路で
は、スイッチングトランジスタＱ１、チョークコイルＬ
１（Ｌ２）、ダイオードＤ１及び平滑コンデンサＣ２が
昇圧チョッパ回路を構成しているが、降圧チョッパ回路
や極性反転コンバータ回路の回路構成としても良く、ま
た自励発振方式の電源回路でなく、他励発振方式の電源
回路にも本発明を適用することもできる。本発明は実施
例で示した回路方式の電源回路だけに限定して適用され
るものではない。

【００１８】

【発明の効果】以上に述べたように本発明のスイッチン
グ電源装置は、複数の出力を得る場合に、そのうちの一
の出力系について１次巻線にコンデンサが直列接続され
たトランスを設け、その１次巻線とコンデンサの直列回
路に他の出力系にも電力供給を行うインダクタンス部品
から交番電圧を供給するよう構成したものである。この
構成によれば、インダクタンス部品の他にトランスとコ
ンデンサが必要となるが、個々の部品には小型の部品を
使用することができるため、電源装置の大型化を防止す
ることができる。また、要求される入力仕様、直流出力
仕様、交流出力仕様をインダクタンス部品（チョークコ
イルやトランス）とトランスとの組み合わせで実現する
ようにしているため、トランスやチョークコイルを異な
る仕様の電源装置で共通使用することが容易になり、要
求される仕様の組み合わせに対してトランス、チョーク
コイル等の製品品種を少なくすることができる。従って
本発明によれば、要求仕様への対応能力が高く、部品管
理の容易な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第１の
実施例の回路図。

【図２】 本発明によるスイッチング電源装置の第２の
実施例の回路図。

【図３】 本発明によるスイッチング電源装置の第３の
実施例の回路図。

【図４】 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。

【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 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 Ｌ１ インダクタンス部品としてのチョークコ
イル Ｌ２ 中間タップを有するインダクタンス部品
としてのチョークコイル Ｔ１ トランス Ｔ２ インダクタンス部品としてのトランス Ｃ３ コンデンサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、該インダクタンス部品の所定の巻線を
   介して所望の出力電圧を得るスイッチング電源におい
   て、 該インダクタンス部品の第１の巻線の巻線端に接続され
   た整流平滑回路より直流の出力電圧を得る第１の出力系
   と、 その１次巻線にコンデンサが直列接続されたトランスを
   有し、該１次巻線とコンデンサの直列回路に該インダク
   タンス部品の第２の巻線の巻線端に現れる電圧を供給
   し、該トランスの２次巻線に誘起される電圧より直流あ
   るいは交流の出力電圧を得る第２の出力系、 とを有することを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 【請求項２】 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、該インダクタンス部品の所定の巻線を
   介して所望の出力電圧を得るスイッチング電源におい
   て、 該インダクタンス部品の第１の巻線の巻線端に接続され
   た整流平滑回路より直流の出力電圧を得る第１の出力系
   と、 その１次巻線にコンデンサが直列接続されたトランスを
   有し、該１次巻線とコンデンサの直列回路に該インダク
   タンス部品の第２の巻線の中間タップに現れる電圧を供
   給し、該トランスの２次巻線に誘起される電圧より直流
   あるいは交流の出力電圧を得る第２の出力系、 とを有することを特徴とするスイッチング電源装置。
3. 【請求項３】 前記インダクタンス部品の第１と第２の
   巻線が同一の巻線であることを特徴とする、請求項１あ
   るいは請求項２に記載したスイッチング電源装置。
4. 【請求項４】 前記インダクタンス部品がチョークコイ
   ルであることを特徴とする請求項３に記載したスイッチ
   ング電源装置。
5. 【請求項５】 インダクタンス部品の所定の巻線とスイ
   ッチング素子を直列に接続し、該所定の巻線を介して所
   望の出力電圧を得るスイッチング電源において、 該所定の巻線の巻線端に接続された整流平滑回路より直
   流の出力電圧を得る第１の出力系と、 その１次巻線にコンデンサが直列接続されたトランスを
   有し、該１次巻線とコンデンサの直列回路に該所定の巻
   線と該スイッチング素子の接続点に現れる電圧を供給
   し、該トランスの２次巻線に誘起される電圧より直流あ
   るいは交流の出力電圧を得る第２の出力系、 とを有することを特徴とするスイッチング電源装置。