JPH037062A

JPH037062A - 共振型スイッチング電源

Info

Publication number: JPH037062A
Application number: JP13958389A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Ishigaki; 石垣　俊典; Sadao Okochi; 大河内　貞男
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-31
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1991-01-14

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、オフィスオートメーション（０＾）機器等の
電源として使用される共振型スイッチング電源に関する
。

（従来の技術）各Ｆ［子機器等に使用されるスイッチング電源について
は、小型軽量化の要望が高い。￥ｓ３図は、従来の共振
型スイッチング電源の一例を示すもので、ドライバ１が
パワートランジスタ２のゲートに制御信号を入力すると
、このパワートランジスタ２がオン／オフ動作を行う。

このパワートランジスタ２のオン／オフにより、一次側
直流電Ｆｊ、３からの入力端子Ｖａｎが、トランス６の
一次側コイル７に断続的に印加される。

そして、トランス６の各二次側コイル８ａ１８ｂに、一
次側コイル７との巻線比に比例した電圧がそれぞれ誘起
する。二次側コイル８ａに誘起した電圧は、ダイオード
９、コンデンサ４により整流平滑され、ダイオード１０
、チョークコイル１１およびコンデンサ１２により安定
化された直流出力電圧ＶＯＩが得られる。また、二次側
コイル８ｂに誘起した電圧は、ダイオード１３、コンデ
ンサ５により整流平滑され、ダイオード１４、チョーク
コイル１５およびコンデンサ１６を介した出力電圧が、
さらにドロッパ回路１７により所定値に電圧降下され、
これにより安定化した直流出力電圧ＶＯ２が得られる。

また、直流出力電圧ｖＯ１は比較器１８にフィードバッ
クされている。この比較器１８は出力電圧■０１を常に
基準電圧ＶｒｅＮと比較し、その差に対応した電圧を周
波数変調器１９に出力する。周波数変調器１９は、比較
器１８からの出力電圧レベルに応じて基準パルス信号を
周波数変調してパルス列信号をドライバ１に出力し、パ
ワートランジスタ２のスイッチング周期を：Ｊ！Ｊ整す
る。こうして、さらに安定化された直流出力電圧が得ら
れる。

（発明か解決しようとする３題）ところで、上記ドロッパ回路１７は、負荷電流の増減に
より出力電圧ＶＯ２が高くなったり低くなったりするこ
とを抑制するために設けられている。すなわち、ドロッ
パ回路１７のチョークコイル１５側の電圧が、直流出力
電圧ＶＯ２より大きくなるようにしておき、直流出力電
圧ＶＯ２の負荷が小さい場合や１次側からのエネルギー
供給が少ない時等でも、安定した出力電圧ＶＯ２を確保
できるようにしていた。

しかしながら、このドロッパ回路１７における消費電力
は大きいので、共振型スイッチング電源の変換効率の低
下をもたらすという問題があった。

本発明は、このような問題を解決すべくなされたもので
、その目的とするところは、安定した直流出力電圧を高
効率で得ることが可能な共振型スイッチング電源を提供
することにある。

［発明の構成］（課届を解決するための手段）前記目的を達成するために本発明の共振型スイッチング
電源は、基準パルス信号を周波数変調してパルス列信号
を出力する周波数変調器と、一次側巻線と複数個の二次
側巻線を有するトランスと、前記パルス列信号により前
記一次側巻線への電圧印加をオン／オフさせる第１のス
イッチング素子と、前ｉｃ！複数個の二次側巻線に対し
て１対１に設けられ各二次側巻線の出力を整流平滑する
複数の整流平滑回路と、前記複数の整流平滑回路のうち
、一つの整流平滑回路の出力信号に応じて前記周波数変
調器から出力されるパルス列信号の周波数を制御する一
次側制御手段と、少なくとも一つの二次側巻線に対して
設けられる第２のスイ・ソｆ　ンク素子と、前記第２の
スイッチング素子が設けられた二次側巻線に対する整流
平滑回路の出力に応じて前記第２のスイッチング素子を
オン／オフさせ、第２のスイッチング素子の出力側に生
ずるパルス列のデユーティサイクルを制御する二次側制
御手段とを具備する。

（作　用）本発明のスイッチング電源では、周波数変調器が基準パ
ルス信号を周波数変調してパルス列信号を出力し、この
パルス列信号により第１のスイッチング素子がトランス
の一次側巻線への電圧印加をオン／オフさせる。次いで
複数の整流平滑回路が各二次側巻線の出力を整流平滑す
る。

ここで一次側制御手段が、二次側の所定の整流平滑回路
の出力信号に応じて前記周波数変調器から出力されるパ
ルス列信号の周波数を制御する。

また二次側制御手段が、所定の二次側巻線に対する整流
平滑回路の出力に応じて第２のスイッチング素子をオン
／オフさせ、この第２のスイッチング素子の出力側に生
ずるパルス列のデユーティサイクルを制御する。

従って第２のスイッチング素子のオン／オフにより、直
流出力電圧が高度に安定化されるとともに、消費電力が
軽減される。

（実施例）以下、本発明の一実施例に係る共振型スイッチング電源
について図面を参照しつつ説明する。

第１図に示すようにこの共振型スイッチング電源には、
一次側直流電源２１から供給される電圧Ｖｌｎを断続す
る第１のスイッチング素子例えばパワートランジスタ２
２と、トランス２５の一次側コイル２３に接続されてい
る。

パワートランジスタ２２のゲートには、このパワートラ
ンジスタ２２を所定周期でオン／オフさせるドライバ２
８が接続されている。このドライバ２８は、周波数変調
器２９が周波数変調したパルス列信号によってＩＩＪ御
される。周波数変調器２９は比較器３０の出力結果に基
づいて、二次側の直流出力電圧ＶＯＩが基準電圧Ｖｒｅ
ｆｌより低い場合はスイッチングパルスの周期が短くな
るように、また、直流出力電圧Ｖｌが基準電圧Ｖｒｅｒ
ｌより高い場合はスイッチングパルスの周期が長くなる
ように基準パルス信号を周波数変調する。比較器３０は
、二次側からフィードバックされた直流出力電圧ｖ１と
、基準電圧Ｖｒｅｆ’ｌとを比較し、その差に対応した
レベルの電圧を周波数変調器２９に出力する。

二次側コイル２４ａには、この二次側コイル２４ａに誘
起した電圧を整流するダイオード３１、コンデンサ２６
と、ダイオード３２、チョークコイル３３およびコンデ
ンサ３４で構成される二次側共振回路が接続されている
。そして出力端子３５から直流出力電圧Ｖｌが出力され
、この出力は図示を省略した負荷側を経てリターン端子
３６に戻る。なお、直流出力電圧Ｖｌは比較器３０にも
フィードバックされる。

二次側コイル２４ｂには、この二次側コイル２４ｂに誘
起した電圧を整流するダイオード３７、コンデンサ２７
が接続され、このダイオード３７によって整流された電
圧を間欠的に取込む第２のスイッチング素子例えばスイ
ッチングトランジスタ３８、このスイッチングトランジ
スタ３８の出力はダイオード３９、チョークコイル４０
およびコンデンサ４１から構成される共振回路に接続さ
れている。そして出力端子４２から直流出力電圧ｖ２が
出力され、この出力は図示を省略した負荷側を経てリタ
ーン端子４３に戻る。

スイッチングトランジスタ３８のゲートには、このスイ
ッチングトランジスタ３８を所定タイミミングでオン／
オフさせる制御回路４７のドライバ４４が接続されてい
る。このドライバ４４は、ドライバコントローラ４５が
出力したパルス信号によって制御される。ドライバコン
トローラ４５は比較器４６の出力結果に基づいてドライ
バ４４の出力を制御する。比較器４６は二次側の出力端
子４２側からフィードバックされる直流出力電圧■２と
、基／＄電圧Ｖｒｅｆ２とを比較し、その差に対応した
レベルの電圧をドライバコントローラ４５に出力する。

次に、この共振型スイッチング電源の動作について説明
する。

ドライバ２８からの制御信号に従いパワートランジスタ
２２がオン／オフ動作を行い、これにより一次側直流電
源２１からの入力電圧Ｖｌｎが、一次側コイル２３に断
続的に印加される。

そして、トランス２５の各二次側コイル２４ａ１２４ｂ
に、一次側コイル２３との巻線比に比例した電圧がそれ
ぞれ誘起する。二次側コイル２４ａに誘起した電圧は、
ダイオード３１、コンデンサ２６で整流され、ダイオー
ド３２、チョークコイル３３およびコンデンサ３４によ
り電流共振され、これにより安定化した直流出力電圧Ｖ
ｌが得られる。

また、二次側コイル２４ｂに誘起した電圧はスイッチン
グトランジスタ３８のオン／オフ動作に伴い、ダイオー
ド３７、コンデンサ２７により整流され、ダイオード３
つ、チョークコイル４０、コンデンサ４１により電流共
振され、これにより安定化した直流出力電圧ｖ２が得ら
れる。

一方、直流出力電圧■１は比較器３０にフィードバック
される。この比較器３０は出力電圧ｖ１を常に基準電圧
Ｖｒｅｒｌと比較し、そ゛の差の正負によってに対応し
た電圧を周波数変調器２９に出力する。

周波数変調器２９は、比較器３０からの出力電圧レベル
に対応して基準パルス信号を周波数変調し、ドライバ２
８を介してパワートランジスタ２２のスイッチング周°
期を調整する。こうして、エネルギー供給の増減が周波
数制御され、直流出力電圧のよりいっそうの安定化が図
られている。

さらにまた、直流出力電圧■２は比較器４６にフィード
バックされる。比較器４６は出力電圧■２を常に基準電
圧Ｖｒｃｒ２と比較し、その差に対応したレベルの電圧
をドライバコントローラ４５に出力する。ドライバコン
トローラ４５は、比較器４６からの出力電圧レベルに対
応してスイッチングトランジスタ３８の出力側に生じる
コンデンサ２７の電圧波形Ｖｃ２１　（第２図（ａ））
のうちどれだけ間びくかを決定する。すなわち、直流出
力電圧■２が基準電圧Ｖｒｅｆ２より低い場合は、電圧
波形のデユーティサイクルが大きくなるように、また、
直流出力電圧ｖ２が基準電圧Ｖｒｅｆ２より高い場合は
電圧波形のデユーティサイクルが小さくなるように、ド
ライバ４４の出力を制御する。なお、ドライバ４４の出
力（第２図（ｂ））が「１」レベル時はスイッチングト
ランジスタ３８はオン、「０」レベル時はオフとなる。

ここで、チョークコイル４０の入力はスイッチングトラ
ンジスタ３７がオンの時のみ現れるので、オフの時は第
２図（Ｃ）の−点鎖線で示すような歯抜けが電圧波形列
に生じる。すなわち、スイッチングトランジスタ３８の
オン／オフ動作により、一定期間内のチョークコイル４
０へ入力する電圧波形の数が適当に間引かれる（第２図
（Ｃ））。

なお、仮にスイッチングトランジスタ３８の制御がなく
、スイッチングトランジスタ３８が短絡された状態が続
いたとすると、第２図（ａ）に示すような電圧波形が発
生する。また、二次側コイル２４ａにも第一２図（ｃ）
に示す電圧波形と相似な電圧がトランス２５の巻数比に
応じて誘起する。

上記のようにチョークコイル４０への入力を適当量間引
くことにより、第２図（ｄ）に示すように直流出力電圧
ｖ２は限りなく基準電圧Ｖｒｃｒ２に近づけることがで
きる。

このように本実施例では、トランス２５の二次側の直流
出力電圧ｖ２をフィードバックしてスイッチングトラン
ジスタ３８のオン／オフを制御することにより、エネル
ギー供給の増減を調整するようにしたので、直流出力電
圧がよりいっそう安定化されるとともに、消費電力を軽
減できる。

なお、本実施例では出力電圧ｖ２のみを制御回路４７に
て調整するようにしたが、これに限らず、さらに他の出
力電圧についても同様の制御回路により制御してもよく
、また、全ての出力側にスイッチングトランジスタ３８
と同様のものを設け、それらを共通のドライバ４４によ
り制御するようにしてもよい。

［発明の効果］以上詳細に説明したように、本発明の共振型スイッチン
グ電源によれば、高度に安定した直流出力電圧を高効率
で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る共振型スイッチング電
源を示す回路図、第２図は第１図に示す共振型スイッチ
ング電源の出力電圧波形等を示す図、第３図は従来の共
振型スイッチング電源を示す回路図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基準パルス信号を周波数変調してパルス列信号を
出力する周波数変調器と、一次側巻線と複数個の二次側巻線を有するトランスと、前記パルス列信号により前記一次側巻線への電圧印加を
オン／オフさせる第１のスイッチング素子と、前記複数個の二次側巻線に対して１対１に設けられ各二
次側巻線の出力を整流平滑する複数の整流平滑回路と、前記複数の整流平滑回路のうち、一つの整流平滑回路の
出力信号に応じて前記周波数変調器から出力されるパル
ス列信号の周波数を制御する一次側制御手段と、少なくとも一つの二次側巻線に対して設けられる第２の
スイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子が設けられた二次側巻線に
対する整流平滑回路の出力に応じて前記第２のスイッチ
ング素子をオン／オフさせ、第２のスイッチング素子の
出力側に生ずるパルス列のデューティサイクルを制御す
る二次側制御手段とを具備する共振型スイッチング電源
。