JPH0236764A - スイッチング電源 - 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、複数の出力回路を有する多出力スイッチング
電源に関し、１つの出力回路はスイッチング素子をパル
ス幅制御する制御系を備えて出力を安定化し、他の出力
回路は、スイッチング素子のスイッチング周波数を直流
出力電圧に応じて制御する制御系と、変圧器の出力巻線
から伝送されてくるエネルギーを、各周期毎にある時間
だけ阻止する回路とを備えて出力を安定化することによ
り、１つの制御回路用ＩＣを共用して、複数の出力回路
の直流出力電圧を、他に影響を与えることなく、安定化
できるようにしたものである。

〈従来の技術〉 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うちの一つに帰
還制御系を備え、帰還制御系によってメインのスイッチ
ング素子にパルス幅制御を加えることにより、安定した
直流出力電圧を得るようにすると共に、他は帰還制御系
を備えず、帰還制御系によるスイッチング素子の時比率
制御のもとで、変圧器の巻数比によって定まる直流出力
電圧を得る回路構成とするか、またはドロッパ等による
電圧安定化回路を付加する等の回路構成をとるのが一般
的である。

第５図は従来の多出力スイッチング電源の回路図である
。第５図において、１は商用交流電源を整流平滑する等
して得られた直流電源、２は電界効果トランジスタまた
はバイポーラトランジスタ等でなるスイッチング素子、
３は変圧器、４０．４１は出力回路、５は制御回路、６
は電圧安定化回路である。

スイッチング素子２は変圧器３の入力巻線３１に接続し
てあり、そのスイッチング動作により直流入力電圧Ｅを
スイッチングし、スイッチング出力を変圧器３の複数の
出力巻線３２０．３２１に取出すようになっている。

出力巻線３２０に接続された出力回路４０は、フォワー
ド整ｍダイオード４０１、フライホイール整流ダ、イオ
ード４０２、チョークコイル４０３及び平滑用のコンデ
ンサ４０４で構成されるチョークインプット型整流平滑
回路となっていて、出力端子４０５．４０６より直流出
力電圧Ｖｏを得るようになっている。出力回路４０は、
その直流出力電圧ＶＯの一部を、パルス幅変調制御を行
なう制御回路５に入力し、この制御回路５の出力をスイ
ッチング素子２の入力側に帰還させることにより、スイ
ッチング素子２の時比率を制御し、出力端子４０５．４
０６から出力される直流出力電圧Ｖｏを、高精度で安定
化する回路となっている。

出力巻線３２１に接続された出力回路４１も、フォワー
ド整流ダイオード４１１、フライホイール整流ダイオー
ド４１２、チョークコイル４１３及び平滑用のコンデン
サ４１４で構成されるチョークインプット型整流平滑回
路となっている。この出力回路４１は帰還制御系を持た
ず、帰還制御系によるスイッチング素子２のパルス幅制
御のもとで、変圧器３の出力巻線３２０と出力巻線３２
１との巻数比αで定まる直流出力電圧を得ると共に、ド
ロッパ回路等でなる電圧安定化回路６で安定した直流出
力電圧ｖ１を得るようになっている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、第５図の従来例では、帰還制御系を備え
ない出力回路４１の直流出力電圧■１をを安定化するの
に、ドロッパ回路等でなる電圧安定化回路６が必要であ
るため、回路構成が複雑になると共に、部品点数が増え
、大型化やコストアップ等を招く。

回路構成の簡単化、部品点数の減少、小型化及びコスト
ダウンのために、電圧安定化回路６を省略した場合には
、出力回路４０の直流出力電圧Ｖｏが安定化されるだけ
であって、出力回路４１の直流出力電圧■１の安定度が
悪くなること、出力回路４１と出力回路４０との間のク
ロスレギユレーションが悪くなること等の問題点を生じ
る。

上述の他、出力回路４０のチョークコイル４０３に出力
回路４１のチョークコイル４１３を結合させて、出力回
路４１の出力安定度を向上させる回路構成等も知られて
いるが、充分な安定度を得ることができなかった。

そこで、本発明の課題は、上述する従来の問題点を解決
し、１つの制御回路用ＩＣを共用して、複数の出力回路
の直流出力電圧を、他に影１を与えることなく、高精度
で安定化し得る、回路構成の簡単な、小型、かつ、安価
なスイッチング電源を提供することである。

く課題を解決するための手段〉 上述する課題解決のため、本発明は、第１図に示すよう
に、直流電源１が接続される入力巻線３１及び複数の出
力巻線３２０．３２１を有する変圧器３と、 変圧器３の入力巻線３１に接続されたスイッチング素子
２と、 変圧器３の出力巻線３２０．３２１に生じるスイツチン
グ出力を直流に変換して出力するよう出力巻線３２０．
３２１のそれぞれに接続された複数の出力回路４０．４
１と、 スイッチング素子２を制御する制御回路５とを備えるス
イッチング電源において、 制御回路５は、１つの出力回路４０の直流出力電圧信号
ｖＯを入力信号としてスイッチング素子２にパルス幅制
御信号を与え、他の出力回路４１の直流出力電圧信号Ｖ
、を入力信号としてスイッチング素子２にスイッチング
周波数制御信号を与えるようになっており、 他の出力回路４１は、変圧器３の出力巻線３２１から伝
送されてくるエネルギーを、各周期毎にある時間だけ阻
止する回路７を備えることを特徴とする。

く作用〉 複数ある出力回路４０．４１のうち、出力回路４０の直
流出力電圧信号Ｖｏは、入力信号として制御回路５に与
えられる。制御回路５はこの入力信号Ｖｏに基づき、ス
イッチング素子２にパルス幅制御を与える。従って、出
力回路４０の直流出力電圧Ｖｏは、従来より周知のパル
ス幅制御によって、高精度で安定化される。パルス幅制
御においては、直流出力電圧Ｖｏは、スイッチング素子
２のスイッチング周期Ｔｓと、オン時間幅Ｔ。ｎとの比
（Ｔｏｎ　／Ｔｓ）によって定まり、スイッチング素子
２のスイッチング周波数には無関係である。

次に、制御回路５に対して、出力回路４１の直流出力電
圧信号Ｖ、が、入力信号として与えられている。制御回
路５はこの入力信号に基づき、スイッチング素子２のス
イッチング周波数を制御する。

出力回路４１には、変圧器３の出力巻線３２１から伝送
されてくるエネルギーを、各周期毎にある時間だけ阻止
する回路７が設けられている。回路７によるエネルギー
伝送の阻止は各周期毎に行なわれるから、回路７によっ
て阻止されるエネルギーは、スイッチング周波数にほぼ
比例して増加する。従って、スイッチング素子２のスイ
ッチング周波数を制御することにより、出力回路４１の
直流出力電圧ｖＩを安定化できる。しかも、このスイッ
チング周波数制御は、帰還制御によって行なわれるので
、高精度の出力安定化を行なうことができる。

パルス幅制御による電圧制御は、前述したように、スイ
ッチング周波数に無関係に行なわれる。

従って、パルス幅制御系を備える出力回路４０の直流出
力電圧Ｖｏは、スイッチング周波数制御とは無関係に、
パルス幅制御によって安定に制御される。

〈実施例〉 第１図は本発明に係る多出力スイッチング電源のブロッ
ク図である。図において、第５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。

制御回路５は、出力回路４０の直流出力電圧信号Ｖｏを
入力信号として、スイッチング素子２にパルス幅制御を
与えるとともに、出力回路４１の直流出力電圧信号Ｖ、
を入−力信号としてスイッチング素子２にスイッチング
周波数制御を与えるようになっている。

制御回路５は、通常、発振回路を内蔵する集積回路とし
て構成されており、内蔵の発振回路の発振周波数を外部
から与えられる電圧信号によって制御するための周波数
制御用端子を備える。また、パルス幅制御用端子も当然
に備えている。

従って、１つのＩＣでなる制御回路５に対し、そのパル
ス幅制御用端子に出力回路４０の直流出力電圧信号Ｖｏ
を入力し、周波数制御用端子に出力回路４１の直流出力
電圧信号ｖ１を入力するだけでよい。

変圧器３の出力巻線３２１から伝送されてくるエネルギ
ーを各周期毎にある時間だけ阻止する回路７は、出力回
路４１を構成するダイオード４１２及びチョークコイル
４１３の接続点と、ダイオード４１１との間のラインに
挿入されている。

制御回路５による出力回路４０の直流出力電圧Ｖｏの安
定化制御は、スイッチング素子２のオン時間幅を直流出
力電圧Ｖｏに応じて制御するバルス幅変調制御によって
行なわれる。この制御動作は、当業者に・とって自明で
ある。

次に、第２図及び第３図の波形図を参照して、スイッチ
ング周波数制御動作を説明する。第２図（ａ）はスイッ
チング素子２がスイッチング周波数ｆ、で動作している
場合に、出力巻線３２０に生じる電圧波形、第２図（ｂ
）はスイッチング周波数ｆ１よりも高いスイッチング周
波数ｆ２で動作している場合に、出力巻線３２０に生じ
る電圧波形であり、時間軸を合わせて記載しである。

第３図（ａ）はスイッチング周波数ｆ、で動作している
場合に、回路７の出力側に生じる電圧波形、第３図（ｂ
）はスイッチング周波数ｆ２で動作している場合に、回
路７の出力側に生じる電圧波形である。

第２図及び第３図において、スイッチング周波数ｆ１の
場合の周期をＴｏ、スイッチング素子２がオンとなるエ
ネルギー伝送時間をＴｏ。１、回路７による阻止時間を
ＴｄＩとする。また、スイッチング周波数ｆ２の場合の
周期をＴｔ２、エネルギー伝送時間をＴｏ。２、阻止時
間をＴｄ２とする。更に変圧器３の入力巻線３１の巻数
をＮ５、出力巻線３２０の巻数をＮ　２　％出力巻線３
２１の巻数をＮ、とする。

上述のように定めたとき、出力回路４０の直流出力電圧
ＶＯは次のように表わされる。

まず、スイッチング周波数ｆ、で動作している場合の直
流出力電圧Ｖ、、ｌは、 Ｖ０＋＝　Ｅ−Ｎ２　／　Ｎ　＋　　・Ｔｏｏ＋　／　
Ｔ−＋次に、スイッチング周波数ｆ２で動作している場
合の直流出力電圧■。２は、 ＶＯ２＝　Ｅ−Ｎ２　／　Ｎ　＋　　・Ｔｏｎ２　／　
ＴＩ２とそれぞれ表わされる。スイッチング周波数ｆｔ
、ｆｌにおいて、パルス幅変調制御が一定であるとする
と、 Ｔｏｏｌ／ＴＩＩ＝Ｔｏｒ１２／Ｔ、２となるから、 Ｖ　ｏｌ　＝Ｖ　０２ である。即ち、スイッチング素子２のスイッチング周波
数がｆｌからｆｌに変化しても、パルス幅変調が同じで
ある限り、出力回路４０の直流出力電圧ｖＯは一定に保
たれ、スイ・ンチング周波数の変化の影響を受けない。

次に、出力回路４１の直流出力電圧Ｖ１は、第３図を参
照して次のように表される。第３図の斜線で表示された
部分がエネルギー阻止領域を示している。阻止時間Ｔｄ
１、Ｔｄ２は、Ｔ　ｄ＋　＝　Ｔ　ｄ２ である。

スイッチング周波数ｆ１で動作している場合の直流出力
電圧Ｖ１１は、 Ｖ　口＝　Ｅ−Ｎｊ／　Ｎ１・（Ｔｏｎ＋　−Ｔａ＋　
）　／Ｔ＊＋＝Ｅ−Ｎｓ／Ｎ＋・（Ｔ６ｎ＋／Ｔ−＋　
−ｆｌ・ＴｄＩ　）次に、スイッチング周波数ｆ２で動
作している場合の直流出力電圧Ｖ１２は、 Ｖ　１２＝　Ｅ−Ｎｓ／　Ｎｌ・（ＴＯｏ２−　Ｔｄｚ
）　／　Ｔ−２＝Ｅ−Ｎｓ／Ｎ＋１Ｔｏｎｚ／Ｔｔｚ　
−ｆ　２　　・Ｔｄ２）とそれぞれ表わされる。ここで
、前述のように、Ｔ　ｏｎ＋　／　Ｔ　−＋＝　Ｔ　ｏ
ｎ２　／　Ｔ　、２Ｔ　（Ｉ　Ｈ＝　Ｔ　ｄ２ の関係があるから、スイッチング周波数がｆｌからｆｌ
に高い方向に変化すると、それにつれて、出力回路４１
の直流出力電圧はＶｌ＋からＶ１２へと、低くなる方向
に制御される。これにより、直流出力電圧Ｖ、が安定化
される。

また、出力回路４０に接続された負荷の変動等に追従し
て、パルス幅制御が加わった場合、出力回路４１の直流
出力電圧Ｖ、も変化しようとする。直流出力電圧Ｖｌが
変化しようとすると、出力回路４１側では、前述のスイ
ッチング周波数制御作用が加わり、直流出力電圧■、が
安定化される。

第４図は回路７の具体例を示している。７１はトランジ
スタ等の３端子半導体スイッチ、７２はコンパレータ、
７３は基準電圧源、７４．７５はダイオード、７６はコ
ンデンサ、７７〜７９は抵抗である。

スイッチング素子２がオンとなった直後は、コンパレー
タ７２の入力端子（＋）入力されるコンデンサ７６の端
子電圧は、基０！電圧源７３からコンバレータ７２の入
力端子（−）に入力される電圧よりも低い。このため、
コンパレータ７２の出力は低レベルであり、３端子半導
体スイッチ７１はオフとなっており、エネルギー伝送が
３端子半導体スイッチ７１によフて阻止されている。

スイッチング素子２がオンとなってからの時間が経過す
るにつれて、抵抗７フを通して充電されるコンデンサ７
６の端子電圧が高くなフて行く。

そして、コンデンサ７６の端子電圧が基準電圧源７３の
基準電圧を越えたとき、コンパレータ７３の出力が高レ
ベルに反転し、３端子半導体スイッチ７１が導通し、エ
ネルギー伝送が開始される。

スイッチング素子２がオンと９なってから、コンパレー
タ７３が高レベルに反転して３端子半導体スイッチ７１
がオンとなるまでに要した時間が前述の阻止時間となる
。第４図に示した回路フは１例であり、例えば可飽和リ
アクトルを利用した回路等、他の同様の機能を有する回
路または素子によって置換できる。

〈発明の効果〉 以上述べたように、本発明に係るスイッチング電源の制
御回路は、１つの出力回路の直流出力電圧信号を入力信
号としてスイッチング素子にパルス幅制御信号を与え、
他の出力回路の直流出力電圧信号を入力信号としてスイ
ッチング素子にスイッチング周波数制御信号を与えるよ
うになっており、他の出力回路は、入力側に変圧器の出
力巻線から伝送されてくるエネルギーを、各周期毎にあ
る時間だけ阻止する回路を備えるから、１つの制御回路
用ＩＣを共用して、複数の出力回路の直流出力電圧を、
他に影響を与えることなく高精度で安定化し得る、回路
構成の簡単な、小型、かつ、安価な多出力タイプのスイ
ッチング電源を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るスイッチング電源の電気回路図、
第２図及び第３図は各出力巻線に生じる電圧波形図、第
４図は本発明に係るスイッチング電源の要部における電
気回路図、第５図は従来のスイッチング電源の電気回路
図である。 ２・・・スイッチング素子　　３・・・変圧器３１・・
・入力巻線 ３２０．３２１・・・出力巻線 ４０．４１・・・出力回路 ５・・・制御回路 ７・・・変圧器の出力巻線から伝送されてくるエネルギ
ーを各周期毎にある時間だけ阻止する回路第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流電源が接続される入力巻線及び複数の出力巻線を有
   する変圧器と、 前記変圧器の前記入力巻線に接続されたスイッチング素
   子と、 前記変圧器の出力巻線に生じるスイッチング出力を直流
   に変換して出力するよう前記出力巻線のそれぞれに接続
   された複数の出力回路と、 前記スイッチング素子を制御する制御回路とを備えるス
   イッチング電源において、 前記制御回路は、１つの出力回路の直流出力電圧信号を
   入力信号として前記スイッチング素子にパルス幅制御信
   号を与え、他の出力回路の直流出力電圧信号を入力信号
   として前記スイッチング素子にスイッチング周波数制御
   信号を与えるようになっており、 前記他の出力回路は、前記変圧器の出力巻線から伝送さ
   れてくるエネルギーを、各周期毎にある時間だけ阻止す
   る回路を備えること を特徴とするスイッチング電源。