JPH11136939A - スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】広範囲の交流入力電圧に対応できる小形、軽量
のスイッチング電源を提供する。 【解決手段】同一巻数、同一線径の２つの巻線で１次巻
線を構成するトランスにおいて、２つの１次巻線の巻き
始め同士、巻き終わり同士を各々スイッチ部品で接続
し、さらに一方の巻線の巻き終わりと他方の巻線の巻き
始めをスイッチ素子で接続するように構成し、交流入力
電圧を整流平滑した電圧の正極側を一方の１次巻線の巻
き始めに接続し、負極側は主スイッチ素子を介して他方
の１次巻線の巻き終わりに接続するように構成したスイ
ッチング電源において、交流入力電圧の高低に応じて、
高いときには２つの該１次巻線を直列に、低いときには
２つの該１次巻線を並列に切り替える。構成に加えて、
交流入力電圧を整流平滑した電圧を検知して主スイッチ
素子をオンオフ制御する回路を数個の抵抗素子と半導体
素子で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング電源に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】交流入力電圧は地域によって１００Ｖ系
と２００Ｖ系に大別される。従来、スイッチング電源に
おいて、１００Ｖ系と２００Ｖ系の電圧ステップで切り
替えて入力し、安定した直流出力電圧を得るための種々
の回路構成が提案されている。

【０００３】しかし、従来のスイッチング電源におい
て、トランスの巻数比は一定であったため、交流電圧の
切り換えに応じて、２次側整流ダイオードへの印加電圧
のせん頭値は変化する。従って、広範囲な交流入力電圧
の変化に対応して、耐圧の高い整流ダイオードを選択す
ること、及びトランスが大きくなる欠点がある。又、そ
れを避けるために、倍電圧整流の切り換え回路やアクテ
ィブフィルタ回路などが利用されてきたが、回路構成が
複雑化することや大型化する欠点がある。

【０００４】前述の欠点を解消するためのスイッチング
電源が特開平０５−０１５１５０号公報に提案されてい
る。図３は、前記特開平０５−０１５１５０号公報に記
載のスイッチング電源の回路図である。図３の回路図に
おいて、Ｖ１は交流入力電源、ＲＣ１は整流装置、Ｑ
２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５はトランジスタ等の主スイッチ素
子、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５は整流ダイオード、
Ｃ１、Ｃ２はコンデンサ、Ｔ１はトランス、ｎ１１、ｎ
１２はトランスＴ１の同一巻数Ｎ１の１次巻線、ｎ２は
巻数Ｎ２のＴ１の２次巻線、ＤＲ２、ＤＲ３、ＤＲ４、
ＤＲ５はＱ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５の駆動回路、Ｌ１はチ
ョークコイルである。

【０００５】１次巻線ｎ１１の一端（図の正極側）に主
スイッチ素子Ｑ２を、又、他端（図の負極側）に主スイ
ッチ素子Ｑ３を直列接続する回路と、他の１次巻線ｎ１
２の一端（図の正極側）に主スイッチ素子Ｑ４を、又、
他端（図の負極側）に主スイッチ素子Ｑ５を直列接続す
る回路の二組を形成する。その二組の回路を、整流装置
ＲＣ１の出力側、即ち、コンデンサＣ２の両端に接続す
る。又、整流ダイオードＤ３、Ｄ４、Ｄ５はトランスＴ
１の磁束のリセット用として接続する。更に、整流ダイ
オードＤ４はそのアノードを１次巻線ｎ１１の他端（図
の負極側）に、又、カソードを１次巻線ｎ１２の一端
（図の正極側）に接続するごとく構成する。

【０００６】しかし、この従来例の回路構成では、コン
デンサＣ２の両端の電圧ＶＣ２により２つのモードがあ
る。第１モードとして、ＶＣ２が低い場合（例えば、入
力電圧１００Ｖを整流したＶＣ２のとき）、主スイッチ
素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５を同時にオンオフ制御し、
１次巻線ｎ１１、ｎ１２に並列に電流を流す。そのと
き、巻数Ｎ２の２次巻線ｎ２にはＶＣ２・Ｎ２／Ｎ１の
電圧が発生し、整流ダイオードＤ１、Ｄ２で整流し、チ
ョークコイルＬ１、コンデンサＣ１で平滑し、直流出力
を得る。

【０００７】第２モードとして、ＶＣ２が高い場合（例
えば、入力電圧２００Ｖを整流したＶＣ２のとき）、主
スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４オフしておき、主スイッチＱ
２、Ｑ５をオンオフ制御し、整流ダイオードＤ４によっ
て１次巻線ｎ１１、ｎ１２に直列に電流を流す。そのと
き、巻数Ｎ２の２次巻線ｎ２にはＶＣ２・Ｎ２／（２・
Ｎ１）の電圧が発生し、整流ダイオードＤ１、Ｄ２で整
流し、チョークコイルＬ１、コンデンサＣ１で平滑し、
直流出力を得る。第１モード、第２モード共、主スイッ
チ素子のオフ時においては整流ダイオードＤ３、Ｄ４、
Ｄ５によりトランスＴ１の磁束を復帰させる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のスイッチング電源においては、次のような問題
点があった。

【０００９】スイッチング電源においては、スイッチ素
子のオンオフの切り換えの瞬間にスイッチング損失が発
生する。上記したスイッチング電源では、第１モードに
おいてＱ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５の４つのスイッチ素子を
同時にオンオフ制御するため、一般のスイッチング電源
に比べてスイッチング損失が４倍になる。また、第２モ
ードにおいても、Ｑ２、Ｑ５の２つのスイッチ素子を使
用するため、一般のスイッチング電源に比べてスイッチ
ング損失が２倍になる。

【００１０】本発明の第１の目的は、同一巻数、同一線
径の２つのトランス１次巻線を備えるスイッチング電源
において、交流入力電圧の高低に応じて、高いときには
２つのトランス１次巻線を直列に接続し、低いときには
並列に接続するようにスイッチ素子を切り換えるような
簡単な構成によって、トランス１次側の主スイッチ素子
およびトランス２次側の整流ダイオードおよび電力変換
用のトランスの損失を増加させることなく、広範囲の交
流入力電圧に対応できる小形、軽量のスイッチング電源
を提供することにある。

【００１１】本発明の第２の目的は、上記第１の目的を
達成するための構成に、簡単な回路を付加するだけで、
スイッチ切り換えの間違いによる交流入力の異電圧投入
に対して、スイッチング電源を保護する機能を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明は、同一巻数、同一線径の２つの巻線
で１次巻線を構成するトランスにおいて、該２つの１次
巻線の巻き始め同士、巻き終わり同士を各々スイッチ部
品で接続し、さらに一方の該巻線の巻き終わりと他方の
該巻線の巻き始めをスイッチ素子で接続するように構成
し、交流入力電圧を整流平滑した電圧の正極側を一方の
該１次巻線の巻き始めに接続し、負極側は主スイッチ素
子を介して他方の該１次巻線の巻き終わりに接続するよ
うに構成したスイッチング電源において、交流入力電圧
の高低に応じて、高いときには２つの該１次巻線を直列
に、低いときには２つの該１次巻線を並列に切り替える
構成を特徴とする。

【００１３】上記構成において、トランス１次側のスイ
ッチ素子およびトランス２次側の整流ダイオードおよび
電力変換用のトランスの損失を増加させることなく、広
範囲の交流入力電圧に対応する小形、軽量のスイッチン
グ電源を提供することが可能となる。

【００１４】上記第２の目的を達成するため、本発明
は、上記構成に加えて、交流入力電圧を整流平滑した電
圧を検知して主スイッチ素子をオンオフ制御する回路を
数個の抵抗素子と半導体素子で構成していることを特徴
とする。

【００１５】上記構成において、スイッチ切り換えの間
違いによる交流入力の異電圧投入に対して、スイッチン
グ電源の動作を停止させて保護する機能を提供すること
が可能となる。

【００１６】

【実施例】

（実施例１）図１は、本発明の実施例１のスイッチング
電源の回路図である。以下、図１を参照して説明する。
なお、図３と同じ部分には同一符号を付加してある。

【００１７】図１において、Ｖ１は交流入力電圧、ＲＣ
１は整流装置、Ｑ１は電界効果トランジスタ等の主スイ
ッチ素子、Ｄ１は整流ダイオード、Ｃ１、Ｃ２はコンデ
ンサ、Ｔ１はトランス、ｎ１１、ｎ１２はトランスＴ１
の同一巻数Ｎ１、同一線径の１次巻線、ｎ２はトランス
Ｔ１の巻数Ｎ２の２次巻線、ＤＲ１はＱ１の駆動回路、
ＳＷ１、ＳＷ２は３つの端子を持ち、うち１つの端子を
支点として他の２点へ接触可能なスイッチ部品である。
なお、ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチ部品は説明し易くする
ために、３つの端子に番号を振っている。すなわち、支
点を０として他の２点をそれぞれ１、２とする。

【００１８】１次巻線ｎ１１の巻き始めに整流平滑され
た入力電圧の正極側、すなわちＣ２の正極側を接続し、
ｎ１２の巻き終わりにＣ２の負極側から電界効果トラン
ジスタ等の主スイッチ素子Ｑ１を介して接続する。駆動
回路ＤＲ１を主スイッチ素子Ｑ１のゲート端子へ接続す
る。ｎ１２の巻き始めにＳＷ１の支点０を接続し、端子
１をｎ１１の巻き始めに接続する。ｎ１１の巻き終わり
にＳＷ２の支点０を接続し、端子１をｎ１２の巻き終わ
りに接続する。ＳＷ１、ＳＷ２の残りの端子２同士を接
続する。

【００１９】図１は、コンデンサＣ２の両端の電圧ＶＣ
２により２つのモードがある。第１モードとして、ＶＣ
２が低い場合（例えば、交流入力電圧１００Ｖを整流平
滑したＶＣ２のとき）、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をとも
に端子１の方へ切り換え、主スイッチ素子Ｑ１をオンオ
フ制御し、１次巻線ｎ１１、ｎ１２に並列に電流を流
す。そのとき、２次巻線ｎ２にはＶｏ＋ＶＣ２・Ｎ２／
Ｎ１の電圧が発生し、整流ダイオードＤ１で整流し、コ
ンデンサＣ１で平滑し、直流電圧を得る。

【００２０】第２モードとして、ＶＣ２が高い場合（例
えば、交流入力電圧２００Ｖを整流平滑したＶＣ２のと
き）、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をともに端子２の方へ切
り換え、主スイッチ素子Ｑ１をオンオフ制御し、１次巻
線ｎ１１、ｎ１２に直列に電流を流す。そのとき、２次
巻線ｎ２にはＶｏ＋ＶＣ２・Ｎ２／（２・Ｎ１）の電圧
が発生し、整流ダイオードＤ１で整流し、コンデンサＣ
１で平滑し、直流電圧を得る。

【００２１】トランス１次側のスイッチ素子およびトラ
ンス２次側の整流ダイオードおよび電力変換用のトラン
スの損失を増加させることなく、広範囲の交流入力電圧
に対応する小形、軽量のスイッチング電源を提供するこ
とが可能となる。

【００２２】（実施例２）図２は、上記実施例１の図１
のスイッチング電源に交流入力の異電圧保護用の回路を
付加した場合の回路図である。なお、図１と同一部分に
は同じ符号を付している。以下、図２を使って説明す
る。

【００２３】図２において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は
抵抗素子、Ｑ６はｐｎｐトランジスタ、Ｑ７はｎｐｎト
ランジスタ、ＺＤ１はツェナーダイオード、ＳＷ３、Ｓ
Ｗ４は３つの端子を持ち、そのうち１つの端子を支点と
して他の２点への接触可能なスイッチ部品である。

【００２４】抵抗素子Ｒ１とＲ２を直列に接続し、抵抗
素子Ｒ１の他端をコンデンサＣ２の正極側に接続し、抵
抗素子Ｒ２の他端をコンデンサＣ２の負極側に接続す
る。抵抗素子Ｒ３の一端をＣ２の正極側に接続し、他端
をツェナーダイオードＺＤ１のカソードに接続する。ツ
ェナーダイオードＺＤ１のアノードをコンデンサＣ２の
負極側に接続する。ｐｎｐトランジスタＱ６のエミッタ
をスイッチＳＷ３の支点０に接続し、ベースをスイッチ
ＳＷ４の支点０に接続し、コレクタは抵抗素子Ｒ４を介
してｎｐｎトランジスタＱ７のベースに接続する。トラ
ンジスタＱ７のコレクタを主スイッチ素子Ｑ１のゲート
端子へ接続し、トランジスタＱ７のエミッタを主スイッ
チ素子Ｑ１のソース端子へ接続する。スイッチＳＷ３の
端子２を抵抗素子Ｒ３とツェナーダイオードＺＤ１の中
点に接続し、端子１を抵抗素子Ｒ１とＲ２の中点に接続
する。スイッチＳＷ３の端子２をスイッチＳＷ４の端子
１に接続し、スイッチＳＷ３の端子１をスイッチＳＷ４
の端子２へ接続する。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ
３、ＳＷ４の端子１あるいは端子２への接続切り換え
は、全て連動する。

【００２５】抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、ツェナーダイオード
ＺＤ１の常数を以下のように設定する。交流入力電圧が
高いとき（例えば２００Ｖのとき）と低いとき（例えば
１００Ｖのとき）の中間交流入力電圧（例えば１５０
Ｖ）を印加したときのＣ２の両端の電圧をＶＣ２ａｖｇ
とおく。ＶＣ２ａｖｇを抵抗素子Ｒ１、Ｒ２で分圧した
値ＶＣ２ａｖｇ・Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）と等しいツェナ
ー電圧を有するツェナーダイオードＺＤ１を選定する。

【００２６】第１モード、すなわちスイッチＳＷ１、Ｓ
Ｗ２、ＳＷ３、ＳＷ４を端子１へ接続し、低い交流入力
電圧（例えば、１００Ｖ）に対応した回路構成をとって
いる場合（または、逆に、交流入力電圧が高い（例え
ば、２００Ｖ）場合に、スイッチＳＷ１〜４で第１モー
ドを誤って設定したとき）について説明する。もし、１
５０Ｖ以上の交流電圧（例えば２００Ｖ）が入力される
と、トランジスタＱ６のベース電位よりもエミッタ電位
の方が高くなり、トランジスタＱ６がオフからオンにな
り、トランジスタＱ７をオフからオンにする。この結
果、主スイッチ素子Ｑ１のゲート・ソース間がほぼ短絡
状態に至り、主スイッチ素子Ｑ１のスイッチング動作が
停止して電源の破壊を避ける。

【００２７】一方、第２モード、すなわちＳＷ１、ＳＷ
２、ＳＷ３、ＳＷ４を端子２へ接続し、高い交流入力電
圧（例えば２００Ｖ）に対応した回路構成をとっている
場合（または、逆に、交流入力電圧が低い（例えば、１
００Ｖ）場合に、スイッチＳＷ１〜４で第２モードを誤
って設定したとき）について説明する。もし、１５０Ｖ
以下の交流電圧（例えば１００Ｖ）が入力されると、ト
ランジスタＱ６のベース電位よりもエミッタ電位の方が
高くなり、トランジスタＱ６がオフからオンになり、ト
ランジスタＱ７をオフからオンにする。この結果、主ス
イッチ素子Ｑ１のゲート・ソース間がほぼ短絡状態に至
り、主スイッチ素子Ｑ１のスイッチング動作が停止して
電源の破壊を避ける。

【００２８】図２に示す実施例２のスイッチング電源に
おける新たな効果は、簡単な回路を付加するだけで、ス
イッチの切り換え間違いによる交流入力の異電圧投入に
対して電源の破壊を避けることが可能になるという点で
ある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トランス１次側のスイッチ素子及びトランス２次側の整
流ダイオードおよび電力変換用のトランスの損失を増加
させることなく、広範囲の交流入力電圧に対応する小
形、軽量のスイッチング電源が得られる。

【００３０】また、本発明によれば、簡単な回路を付加
するだけで、スイッチの切り換え間違いによる交流入力
の異電圧投入に対して電源の破壊を避けることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例１のスイッチング電源
の回路図である。

【図２】図２は、本発明の実施例２のスイッチング電源
の回路図である。

【図３】図３は、従来例のスイッチング電源の回路図で
ある。

【符号の説明】

Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５ 整流ダイオード ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３、ＤＲ４、ＤＲ５ 主スイッ
チ素子の駆動回路 Ｌ１ チョークコイル Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５ 主スイッチ素子 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 抵抗素子 ＲＣ１ 整流装置 ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４ ３端子のスイッチ
部品 Ｔ１ トランス ｎ１１ Ｔ１の１次巻線 ｎ１２ Ｔ１の１次巻線 ｎ２ Ｔ１の２次巻線 Ｖ１ 交流入力電源

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一巻数、同一線径の２つの巻線で１次
   巻線を構成するトランスを用いるスイッチング電源にお
   いて、該２つの１次巻線の巻き始め同士、巻き終わり同
   士を各々スイッチ部品で接続し、さらに一方の１次巻線
   の巻き終わりと他方の１次巻線の巻き始めをスイッチ部
   品で接続するように構成し、交流入力を整流平滑した電
   圧の正極側を一方の該１次巻線の巻き始めに接続し、負
   極側は主スイッチ素子を介して他方の該１次巻線の巻き
   終わりに接続するように構成し、交流入力電圧が高いと
   きには２つの該１次巻線を直列に、低いときには２つの
   該１次巻線を並列に切り替えることを特徴とするスイッ
   チング電源。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスイッチング電源におい
   て、２つの１次巻線を直列に接続したときに低い交流電
   圧を入力した場合、または２つの該１次巻線を並列に接
   続したときに高い交流電圧を入力した場合に該スイッチ
   ング電源のスイッチング動作を停止させる機能を有する
   回路を付加したことを特徴とする請求項１記載のスイッ
   チング電源。
3. 【請求項３】 入力電圧供給源から入力電圧が供給され
   る２つの１次巻線と、出力電圧を発生する１つの２次巻
   線を有するトランスと、 該トランスの２つの１次巻線の並列接続（第１モード）
   と直列接続（第２モード）を切り換えるスイッチ素子
   と、 入力電圧供給源と前記トランスの１次巻線との間に接続
   され、オン／オフ制御されて入力電圧供給源からの電圧
   を前記トランスの１次巻線にスイッチング動作で供給す
   る主スイッチ素子と、 を有することを特徴とするスイッチング電源。
4. 【請求項４】 請求項３記載のスイッチング電源におい
   て、前記入力電圧供給源から供給される電圧が低い場
   合、前記スイッチ素子は第１モードに設定され、前記入
   力電圧供給源から供給される電圧が高い場合、前記スイ
   ッチ素子は第２モードに設定されることを特徴とするス
   イッチング電源。
5. 【請求項５】 請求項３記載のスイッチング電源におい
   て、前記入力電圧供給源は、交流入力電圧を整流して直
   流電圧を出力する整流装置と、該整流装置からの直流電
   圧を平滑にする平滑用コンデンサーとから成ることを特
   徴とするスイッチング電源。
6. 【請求項６】 請求項３記載のスイッチング電源におい
   て、前記スイッチ素子は、第１モードのとき、前記２つ
   の１次巻線の巻き始め同士および巻き終わり同士を接続
   して２つの１次巻線を並列接続し、第２モードのとき、
   一方の１次巻線の巻き終わりと他方の１次巻線の巻き始
   めを接続して２つの１次巻線を直列接続する２つのスイ
   ッチ部品からなることを特徴とするスイッチング電源。
7. 【請求項７】 請求項３記載のスイッチング電源におい
   て、前記スイッチ素子のモードを設定する際、前記入力
   電圧供給源から供給される電圧に対応しないモードを設
   定した場合、前記主スイッチ素子をオフに維持して前記
   トランスへの電圧の供給を停止するモード誤設定検知手
   段をさらに有することを特徴とするスイッチング電源。
8. 【請求項８】 請求項７記載のスイッチング電源におい
   て、前記モード誤設定検知手段は、前記入力電圧供給源
   の電圧を分圧する分圧手段と、前記入力電圧供給源の電
   圧から定電圧を発生する定電圧発生手段と、前記分圧手
   段で発生した分圧電圧と前記定電圧発生手段で発生した
   定電圧の印加を前記第１モードまたは第２モードに応じ
   て切り換える第２スイッチ素子と、該第２スイッチ素子
   によって前記分圧電圧または定電圧が印加される端子が
   切り換えられる第３スイッチ素子と、有し、前記スイッ
   チ素子のモードを設定する際、前記入力電圧供給源から
   供給される電圧に対応しないモードを設定した場合、第
   ３スイッチ素子がオンし、第３スイッチ素子のオンによ
   って、前記主スイッチ素子がオフされて、オフ状態が維
   持されることを特徴とするスイッチング電源。
9. 【請求項９】 請求項８記載のスイッチング電源におい
   て、前記第３スイッチ素子はトランジスタであり、前記
   分圧電圧および定電圧が切り換えられて印加される端子
   は前記トランジスタのベースおよびエミッタであり、モ
   ード誤設定の際、前記トランジスタがオンし、前記トラ
   ンジスタのオンによって、前記主スイッチ素子がオフさ
   れて、オフ状態が維持されることを特徴とするスイッチ
   ング電源。
10. 【請求項１０】 請求項７乃至９のいずれか１つに記載
    のスイッチング電源において、前記２つの１次巻線を並
    列に接続したときに（第１モードのときに）高い交流電
    圧を入力した場合に、または前記２つの１次巻線を直列
    に接続したときに（第２モードのときに）低い交流電圧
    を入力した場合、前記主スイッチ素子がオフされて、オ
    フ状態が維持されることを特徴とするスイッチング電
    源。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれか１つのス
    イチング電源において、前記トランスの前記２つの１次
    巻線は同一巻数、同一線径で形成されていることを特徴
    とするスイッチング電源。