JPS60197162A - スイツチング電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、多出力タイプのスイッチング電源に関する。

従来技術とその問題点 多出力スイッチング電源においては、コスト低減、小型
化等の要望から、複数個ある出力回路の内、少なくとも
一つには直流出力を監視する制御回路を備え、この制御
回路の出力によってメインのスイッチング素子の導通時
間と遮断時間の比率、即ち時比率を制御することにより
、安定した直流出力を得るようにし、他の残りの出力は
例えば協調インダクタ方式等の採用により準安定出力と
することがある。第１図はこの協調インダクタ方式によ
る多出力タイプのスイッチング電源の従来例であって、
変圧器Ｔｌの入力巻線Ｎｔｚに直列に、トランジスタ等
のスイッチング素子ｌを接続し、該スイッチング素子ｌ
のスイッチング動作により前記変圧器Ｔ１の入力巻線Ｎ
ｌｌを通して与えられる直流入力Ｗｉｎをスイッチング
し、そのスイッチング出力を変圧器Ｔ１の複数個の出力
巻線Ｎ２１、Ｎ２２に取出すようになっている。

前記変圧器Ｔ１の複数個の出力巻線Ｎ２１、Ｎ２２のそ
れぞれには、ダイオード（Ｄｌｌ、Ｄ１２）、（Ｄ２１
、Ｄ２２）、コンデンサＣ１、Ｃ２及びインダクタＬ１
．Ｌ２より構成された複数の出力整流平滑回路２．３が
接続されている。インダクタＬ１とインダクタＬ２とは
互いに磁気的に結合されており、所謂協調インダクタ方
式となっている。

また、前記出力整流平滑回路２．３の内、出力整流平滑
回路２の出力の一部は、パルス幅制御回路等で成る制御
回路４に入力し、この制御回路４の制御出力を、変圧器
またはフォトカプラ等の絶縁結合器５を介してメインの
スイッチング素子ｌに入力することにより、スイッチン
グ素子ｌのスイッチング動作を制御し、出力整流平滑回
路２の出力端子６．７から出力される直流出力Ｖ　Ｏｆ
を高精度で安定化するようになっている。

出力整流平滑回路３は上述のような制御回路は持たない
が、高度の安定度を持つ出力整流平滑回路２のインダク
タＬ１に対してインダクタＬ２を結合させであるので、
その出力端子８．９から準安定な直流出力Ｖ　０２が得
られる。

この協調インダクタ方式の多出力スイッチング電源は、
出力整流平滑回路２に対する一つの制御回路４を持つだ
けで、他の残りの出力整流平滑回路３に対しては協調イ
ンダクタにより安定化を図るものであるから、小型でコ
ストの安価な多出力スイッチング電源が得られる。また
、出力整流平滑回路２の出力型９流が３Ａ程度の小さい
値であれば、出力整流平滑回路３の出力安定度も比較的
良好である。ところが、３Ａ−１５Ａ程度の大電流にな
ると、出力整流平滑回路２から出力整流平滑回路３への
クロスレギュレーシ望ンが大きくなり、出力整流平滑回
路３の出力安定度が悪くなる欠点がある。

クロスレギュレーシ璽ンによる安定度の悪化を防止する
手段として、第２図に示すように、準安定化回路となる
出力整流平滑回路３の整流平滑後の直流ラインに、トラ
ンジスタｌＯを直列に挿入接続すると共に、抵抗Ｒ１，
１２等で構成される電圧検出回路１１を接続し、この電
圧検出回路ｌｌからの検出信号を制御回路１２に入力し
、制御回路１２の出力によってトランジスタｌＯのコレ
クタ、エミッタ間電圧降下を制御することにより、直流
出力電圧Ｖ　０２を一定値に制御する回路方式が知られ
ている。

しかしながら、この従来回路においては、直流出力Ｖ　
０２の変動分をトランジスタｌＯにおける電圧ドロップ
分として吸収するものであるため。

損失が大きく効率が悪くなること、損失発熱を放熱する
ために大きいなヒートシンクを使用しなければならず、
全体の形状が大型化すること等の難点がある。

本発明の目的 本発明は上述する従来からの問題点を解決し、出力電流
が大きくなってもクロスレギュレー□シ覆ンによる安定
度の悪化を招く余地がなく、高度の出力安定度が得られ
、しかも高効率で、コストの安価な多出力タイプのスイ
ッチング電源を提供することを目的とする。

本発明の構成 上記目的を達成するため、本発明は、変圧器と、この変
圧器の入力巻線を通して与えられる直流入力をスイッチ
ングするスイッチング素子と、前記変圧器に備えられ前
記スイッチング出力を取出す複数個の出力巻線と、これ
らの出力巻線のそれぞれに備えられ前記スイッチング出
力を整流平滑する複数個の出力整流平滑回路と、これら
の出力整流平滑回路の少なくとも一つの出力を監視して
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制
御系とを備えるスイッチング電源くおいて、前記スイッ
チング素子に対する制御系を持たない出力整流平滑回路
の重力巻線から整流回路に至る回路ループ内に、スイッ
チング素子を挿入接続し、このスイッチング素子の時比
率を制御して当該出力整流平滑回路の直流出力を安定化
することを特徴とする。

実施例 第３図は本発明に係るスイッチング電源の電気回路接続
図である０図において、第１図及び第２図と同一の参照
符号は同一性ある構成部分を示している。１３は出力整
流平滑回路３の出力巻線Ｎ２２から整流回路を構成する
ダイオードＤ２１、Ｄ２２に至る回路ループ内に挿入さ
れたスイッチング素子、１４は該スイッチング素子１３
の導通時間幅と遮断時間幅の比率、即ち時比率を出力整
流平滑回路３の直流出力信号に基づいて制御する制御回
路である。

前記制御回路１４によるスイッチング素子１３の制御方
法としては、メインのスイッチング素子ｌに対する制御
方式がそのまま適用できる０例えば制御回路１４に鋸歯
状波発振器とコンパレータ等を設け、第４図（ｂ）に示
すように、鋸歯状波発振器の鋸歯状波出力（イ）と直流
出力Ｖ　０２の直流信号（ロ）とをコンパレータで比較
して、第４図（Ｃ）に示すようなパルス幅変調の制御パ
ルス（ハ）を発生させ、この制御パルス（ハ）によって
スイッチング素子１３をドライブするのである。ここで
、パルス幅変調の方向を、直流出力Ｖ　０２が所定値よ
り高くなった場合に制御パルス（ハ）の導通時間τが短
くなり、反対に、直流出力Ｖ　０２が低くなった場合に
制御パルス（ハ）の導通時間τが長くなる方向に定めれ
ば、直流出力Ｖ　ｏ２を一定の値に安定化制御すること
が可能である。なお、鋸歯状波出力（イ）は巻線Ｎ２２
に生じるスイッチング出力（第４図（ａ）に示す）と同
期させておくものとする。

上述の如く、本発明においては、メインのスイッチング
素子ｌに対する制御系を持たない出力整流平滑回路３に
対する出力安定化機能を持たせる手段として、その出力
巻線Ｎ２２から整流回路を構成するダイオード０２１．
０２２に至る回路ループ内に、スイッチング素子１３を
直列に挿入接続し、その時比率を制御することによって
直流出力Ｖ　０２を安定化するものであるから、次のよ
うな作用効果を得ることができる。

（イ）従来と異なって、協調インダクタの回路方式を採
る必要がなく、インダクタＬ１、Ｌ２は互いに独立させ
ることができる。従って、クロスレギユレーションによ
る安定度の悪化等を生じる余地がなく、安定精度の高い
スイッチング電源が実現できる。囚に協調インダクタ方
式を用いて出力電圧１２Ｖ、出力電流４Ａのスイッチン
グ電源を構成した場合、±７％程度の電圧変動率であっ
たが、本発明によれば、±３％程度の電圧変動率に抑え
ることができた。

（ロ）スイッチング出力１３の時比率を制御して直流出
力Ｖ　ｏ２を制御するものであるから、第２図に示した
電圧降下による安定化制御と比較して、損失が非常に小
さくなり、効率が著しく向上する。

（ハ）協調インダクタ方式の場合には、変圧器Ｔｌやイ
ンダクタＬ１、Ｌ２の巻数設定等に関して実験が必要で
あるが、未発明ではこれらを机上設計によって設定する
ことが可能であり、回路設計が容易になり、設計歩留り
が向上する０、更に、第３図に示す実施例では、メイン
のスイッチング素子ｌと、出力平滑整流回路３に挿入接
続されたスイッチング素子１３との両者を、ＭＯ５型電
界効果トランジスタで構成しであるから。

次のような効果を得ることができる。

（ニ）バイポーラ型トランジスタを使用した場合よりス
イッチング周波数を高周波化し、電力変換用変圧器Ｔ１
及び出力整流平滑回路２．３に使用されているエネルギ
ー蓄積素子の容量を低減させて小型化を図り、応答性を
向上させ、更に効率を向上させることができる。

（ホ）バイポーラ型トランジスタは電流駆動となり、出
力電流ＩＯが増大するとベース電流もそれにつれて増大
すること、ストレージを除去するため逆方向ベース電流
を流す必要があること等のため、バイアス電源が必要で
あるが、ＭＯＳ型電界効果トランジスタの場合には電圧
駆動となるため、バイアス電源が不要であり、回路構成
が簡単になる。

第５図は本発明に係るスイッチング電源の更に具体的な
実施例における電気回路図である０図において、第１図
〜第３図と同一の参照符号は同一性ある構成部分を示し
ている。１５はコンパレータ、１６はこのコンパレータ
１５の出力によってドライブされるトランジスタ、Ｔ２
はパルストランスであり、これらはスイッチング素子１
３を制御する制御回路１４を構成している。Ｒ３及びＲ
４は出力整流平滑回路３の直流出力Ｖ　０２を検出する
電圧検出回路１１を構成する抵抗である。Ｒ５、Ｒ６は
抵抗、Ｃ３はコンデンサである。

前記パルストランスＴ２の巻線ｎ１は、ＭＯＳ型電界効
果トランジスタで構成されたスイッチング素子１３のゲ
ートＧとソースＳとの間に接続し、巻線ｎ２は一端をト
ランジスタ１６のコレクタに直列に接続し、他端側に直
流電圧Ｖｃｃを印加するようになっている。

また、前記コンパレータ１５は電圧検出回路１１から入
力端子（−）に入力される電圧検出信号と、他の入力端
子（＋）側に人力される鋸歯状波とを比較し、その差に
応じた時比率のパルス信号をトランジスタ１６に与える
。

ここで、この実施例では、コンパレータ１５の入力端子
（＋）に与えるべき鋸歯状波を、メインのスイッチング
素子ｌを制御するために備えられた制御回路４から供給
する。制御回路４はスイッチング電源用としてＩＣ化さ
れているものを使用するのが普通であるが、その概略的
な回路構成は第６図に示すようになっている。第６図に
おいて、４１は電圧安定化回路、４２は鋸歯状波発振器
、４３は過電流制御回路、４４は電圧制御回路、４５は
ドライブ回路、４６は過電圧保護回路である。

電圧安定化回路４１は端子Ｐ１から与えられる直流電圧
Ｖｃｃを電源として安定な直流電圧を作り、これを鋸歯
状発振器４２等の内部回路に与えると共に、端子Ｐ２か
ら外部に基準電圧Ｖｒｅｆを供給するようになっている
。

鋸歯状波発振器４２の鋸歯状波出力は、過電流検出回路
４３及び電圧制御回路４４の各入力端に供給すると共に
、端子Ｐ３を通して外部に取り出すようになっている。

過電流制御回路４３は端子Ｐ４を通して与えられる過電
流検出信号を鋸歯状波発振器４２から与えられる鋸歯状
波と比較し、その差に応じた時比率の過電流制御パルス
を出力し、また、電圧制御回路４４は端子Ｐ５から与え
られる電圧検出信号を鋸歯状波発振器４２から与えられ
る鋸歯状波と比較して、その差に応じた時比率の電圧制
御パルスを出力する。過電流制御パルス及び電圧制御パ
ルスはドライブ回路４５から端子Ｐ６を通して外部に出
力される。

制御回路４からスイッチング素子１３の制御回路１４の
コンパレータ１５に鋸歯状波を入力するに当っては、端
子Ｐ２に出力される基準電圧Ｖｒｅｆを、抵抗Ｒ７を通
してコンパレータ１５の入力端子（＋）′に入力すると
共に、端子Ｐ３に出力される鋸歯状波発振器４２の鋸歯
状波を、抵抗Ｒ８を通してコンパレータ１５の入力端子
（＋）に入力する。

上記の回路構成において、端子Ｐ３における鋸歯状波が
第７図（ＩＬ）の波形ａに示すようなものであるとする
と、これと端子Ｐ２を通して与えられる基準電圧Ｖｒｅ
ｆの直流波形すとがコンパレータ１５の入力端子（＋）
で重ね合わされ、第７図（ｂ）に示すような鋸歯状波Ｃ
が得られる。この鋸歯状波Ｃと入力端子（−）に入力さ
れる電圧検出信号ｄとがコンパレータ１５において比較
され、第７図（Ｃ）に示す如く、その差に応じてパルス
幅変調した導通時間τのパルス信号ｆが得られる。この
パルス信号ｆによりトランジスタ１６がオン、オフ制御
され、トランジスタ１６のオン、オフに応じてパルスト
ランスＴ２の巻線ｎ１にパルス電流が流れ、スイッチン
グ素子１３がパルス信号ｆの時比率に従って導通制御さ
れることとなる、ここで、パルス信号ｆは直流出力Ｖｏ
　２が所定値より高くなった場合に導通時間τが短くな
り、反対に、直流出力Ｖ　０２が低くなった場合に適時
間τが長くなる方向に制御されるから、直流出力Ｖ　０
２が一定の値に安定化制御される。

しかも、スイッチング素子１３としてＭＯ９型電界効果
トランジスタを使用し、−これをパルストランスＴ２を
通して電圧駆動する回路構成となっているから、バイア
ス電源を持たない簡単な回路構成で、スイッチング素子
１３を高速で安定にスイッチングさせることができる。

また、この実施例では、出力整流平滑回路２．３の巻線
Ｎ２１、Ｎ２２から整流回路に至る回路ループ内に過電
流検出端となるカレントトランスＴ３、Ｔ４をそれぞれ
挿入接続し、これらのカレントトランスＴｓ、Ｔ４の過
電流検出信号Ａ、　Ｂを、端子Ｐ４を通して制御回路４
の過電流制御回路４３に入力してパルス幅変調による過
電流制御を行なうと共に、出力整流平滑回路２．３の直
流出力Ｖ　ｏｘ、Ｖ　０２の情報を、それぞれツェナー
ダイオードＤ４、ＤＩＩを通して端子Ｐ７に入力するこ
とにより、端子Ｐ７に接続された過電圧保護回路４６に
より過電圧保護を行なうようになっている。過電圧保護
の形態としては、メインのスイッチング素子ｌのスイッ
チング動作を遮断する方式が好ましい、このように、出
力整流平滑回路２に備えられた制御ｉ路４を利用して、
出力整流平滑回路３に対する過電流保護及び過電圧保護
を行なう回路構成としたから、全体の回路構成が一層簡
単化され、小型で安価なスイッチング電源が得られる。

本発明の効果 以上述べたように、本発明は、変圧器と、この変圧器の
入力巻線を通して与えられる直流入力をスイッチングす
るスイッチング素子と、前記変圧器に備えられ前記スイ
ッチング出力を取出す複数個の出力巻線と、これらの出
力巻線のそれぞれに備えられ前記フィー２チング出力を
整流平滑する複数個の出力整流平滑回路と、これらの出
力整流平滑回路の少なくとも一つの出力を監視して前記
スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御系
とを備えるスイッチング電源において、前記スイッチン
グ素子に対する制御系を持たない出力整流平滑回路の出
力巻線から整流回路に至る回路ループ内に、スイッチン
グ素子を挿入接続し、このスイッチング素子の時比率を
制御して当該出力整流平滑回路の直流出力を安定化する
ことを特徴とするから、出力電流が大きくなってもクロ
スレギユレーションによる安定度の悪化を招く余地がな
く、高度の出力安定度が得られ、しかも高効率で、コス
トの安価な多出力タイプのスイッチング電源を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスイッチング電源の電気回路接続図、第
２図は同じく別の従来例における電気回路接続図、第３
図は本発明に係るスイッチング電源の電気回路接続図、
第４図は同じくその動作を説明する波形図、第５図は本
発明に係るスイッチング電源の別の実施例における電気
回路接続図、第６図はスイッチング電源用制御ＩＣのブ
ロック図、第７図は第５図に示したスイッチング電源の
動作を説明する波形図である。 ｌ・・番スイッチング素子 ２．３・・多出力整流平滑回路 ４φ・・制御回路 １３・・・スイッチング素子 １４・・・制御回路 Ｔ１・・・変圧器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　変圧器と、この変圧器の入力巻線を通して与え
   られる直流入力をスイッチングするスイッチング素子と
   、前記変圧器に備えられ前記スイッチング出力を取出す
   複数個の出力巻線と、これらの出力巻線のそれぞれに備
   えられ前記スイッチング出力を整流平滑する複数個の出
   力整流平滑回路と、これらの出力整流平滑回路の少なく
   とも一つの出力を監視して前記スイッチング素子のスイ
   ッチング動作を制御する制御系とを備えるスイッチング
   電源において、前記スイッチング素子に対する制御系を
   持たない出力整流平滑回路の出力巻線から整流回路に至
   る回路ループ内に、スイッチング素子を挿入接続し、こ
   のスイッチング素子の時比率を制御して当該出力整流平
   滑回路の直流出力を安定化することを特徴とするスイッ
   チング電源。
2. （２）　前記スイッチング素子はＭＯ９型電界効果トラ
   ンジスタで成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載のスイッチング電源。
3. （３）　前記制御系を持たない出力整流平滑回路に備え
   られた前記スイッチング素子は、前記制御系の一部を共
   用して時比率を制御することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項に記載のスイッチング電源。