JPH1198828A - スイッチングレギュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価格化及び大型化することなく、雑音端子
電圧が安定し、ＥＭＩを低減したスイッチングレギュレ
ータを提供する。 【解決手段】 トランスＴの一次巻線Ｌ１と直列にスイ
ッチング素子Ｑを設け、そのトランスＴの複数の二次巻
線Ｌ21，Ｌ22に発生する電圧をそれぞれ整流平滑回路
（Ｄ１とＣ１，Ｄ２とＣ２）によって整流平滑した出力
電圧を各負荷に供給し、そのいずれかの出力電圧を制御
用フィードバック回路１によってフィードバックして、
スイッチング素子Ｑ１のＯＮ／ＯＦＦを制御するＯＮ−
ＯＦＦ方式のスイッチングレギュレータにおいて、トラ
ンスＴの二次巻線Ｌ22と整流ダイオードＤ２のアノード
側との間に、磁気増幅器２とそのリアクタンスより充分
小さいリアクタンスのインダクタ３とを直列に介挿した
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スイッチングレ
ギュレータに関する。さらに詳しくは、スイッチングレ
ギュレータの電磁妨害（ＥＭＩ）を低減する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の安定化電源などとして、近年
スイッチングレギュレータが広く用いられている。スイ
ッチングレギュレータは、一般に入力直流電圧をスイッ
チング回路により高周波に変換してからトランスを介し
て取り出し、さらに整流平滑を行なって負荷に供給する
ＤＣ／ＤＣコンバータである。用途としては、非安定な
電源から安定化された出力電圧を得るために用いる。こ
のようなスイッチングレギュレータとして、例えば特開
平５−２３６７３９号公報に見られるようなものがあ
る。

【０００３】このスイッチングレギュレータのうち、他
励ＯＮ−ＯＦＦ方式によるスイッチングレギュレータ
は、低価格で小型なことから出力電力が２００Ｗ以下の
小出力のものに用いられている。その出力は単出力であ
ることが殆どである。また、多出力であったとしても、
三端子レギュレータをトランスの２次側に用いていて、
その出力は１０Ｗ程度である。

【０００４】それは、従属系の定電圧化が難しいことも
原因のひとつである。トランスに蓄えたフライバックエ
ネルギーを２次出力で放出するときに、制御系と従属系
の負荷の大きさの比で出力電圧の精度が大きくばらつい
てしまうからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、従属系で定電
圧化され、その出力も５０Ｗから１００Ｗとなるような
使用機器の仕様に対しては、ＯＮ−ＯＮ方式や２次チョ
ッパ方式などのスイッチングレギュレータが用いられ
る。しかし、これらの方式のものは高価格であり、また
大型化が避けられない。

【０００６】そのため、上記公報にも見られるように、
他励ＯＮ−ＯＦＦ方式のスイッチングレギュレータにお
いて、そのトランスの二次巻線と整流平滑回路との間に
磁気増幅器（可飽和リアクトル）を介挿して出力の定電
圧化を図ることが試みられている。

【０００７】ところが、従来のこのようなスイッチング
レギュレータでは、商用電源との間に雑音測定用の擬似
回路網を挿入して、その雑音端子電圧（入力ＡＣ電圧に
入出するノイズ）を測定すると、図７にスイッチング周
波数１３０ｋＨｚのときの０．１５〜３０ＭＨｚのノイ
ズ周波数範囲での雑音端子電圧の測定例を示すように、
１．３ＭＨｚ程度の周期を持ったうねりが生じ、その不
安定さが原因で、図７に実線ａで示すＶccＩ ２種（民
生機器用の雑音規制レベル）に対して、高い周波数成分
のノイズが１５ｄｂのマージンライン（破線ｂで示す）
を越えてしまい、マージンが少なくなってしまうという
問題が生じる。

【０００８】この発明はこのような問題を解決するため
になされたものであり、高価格化及び大型化することな
く、雑音端子電圧が安定し、ＥＭＩを低減したスイッチ
ングレギュレータを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、トランスの一次巻線と直列にスイッチン
グ素子を設け、そのトランスの複数の二次巻線に発生す
る電圧をそれぞれ整流平滑回路によって整流平滑した出
力電圧を各負荷に供給し、そのいずれかの出力電圧をフ
ィードバックして前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ
を制御するフィードバック回路を設けたＯＮ−ＯＦＦ方
式のスイッチングレギュレータにおいて、上記トランス
の少なくとも一つの二次巻線と整流平滑回路との間に磁
気増幅器と、その磁気増幅器のリアクタンスより充分小
さいリアクタンスのインダクタとを直列に介挿したもの
である。

【００１０】このスイッチングレギュレータにおいて、
さらに、上記整流平滑回路の整流ダイオードのカソード
あるいは上記トランスの二次巻線の巻き始めと、フレー
ムグランドとの間に抵抗とコンデンサとを直列に接続す
るとよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の実
施形態について説明する。図１は、この発明によるスイ
ッチングレギュレータの第１の実施形態を示す回路図で
ある。

【００１２】このスイッチングレギュレータは、トラン
スＴの一次巻線Ｌ１と直列にＦＥＴによるスイッチング
素子Ｑ１を設け、その直列回路に入力端子Ｉ1，Ｉ2から
の直流電圧を印加する。そして、トランスＴの複数の二
次巻線Ｌ21，Ｌ22に発生する電圧を、それぞれ、整流ダ
イオードＤ１と平滑コンデンサＣ１からなる整流平滑回
路と、整流ダイオードＤ２と平滑コンデンサＣ２からな
る整流平滑回路によって整流平滑した出力電圧を、各出
力端子Ｏ1，Ｏ2とＯ3，Ｏ4から各負荷に供給する。

【００１３】さらに、そのいずれかの出力電圧をフィー
ドバックしてスイッチング素子ＱのＯＮ／ＯＦＦを制御
する制御用フィードバック回路１を設けたＯＮ−ＯＦＦ
方式のスイッチングレギュレータである。

【００１４】そして、このトランスＴの少なくとも一つ
の二次巻線、この例では二次巻線Ｌ22と整流平滑回路の
整流ダイオードＤ１のアノード側との間に、磁気増幅器
２とその磁気増幅器のリアクタンスより充分小さいリア
クタンスのインダクタ３とを直列に介挿しており、この
点がこの発明の特徴である。さらに、この実施形態で
は、上記整流回路の出力電圧を、磁気増幅器２とインダ
クタ３との接続点へフィードバックする従属用フィード
バック回路４とダイオードＤ３を設けている。

【００１５】この第１の実施形態では、従属系の定電圧
制御に磁気増幅器を用いる方法がとられている。これ
は、磁気増幅器２に、図３にＢｒ／Ｂｍ（Ｂｒ：残留磁
束密度，Ｂｍ：飽和磁束密度）で示す角型比が９０％以
上のもの（図３に実線で示すようなＢ−Ｈ特性を有する
もの）を用い、その磁性体の特性を生かして、スイッチ
ング素子Ｑ１のＯＮ時間内において磁気増幅器２を図４
に示すように飽和させたり、高インピーダンス(｜ｚ｜)
にして電流を流さないようにしたりして制御する。

【００１６】この磁気増幅器２はスイッチの役目をして
いる。ここで、負荷が重いと磁気増幅器２による図５の
（ｂ）に示す阻止時間ＤＡが短くなり、逆に負荷が軽い
と阻止時間ＤＡが長くなる。したがって、角型比が１０
０％のものが理想的スイッチの役目を果たす。

【００１７】ところが、このような他励ＯＮ−ＯＦＦ方
式のスイッチング素子Ｑ１のターンオフ時の端子間電圧
は２次出力電圧でクランプされるが、平滑コンデンサと
二次巻線間のループ中にインダクタンス成分の入ったも
のがあると、スイッチング素子Ｑ１のターンオフ時の端
子間電圧が跳ね上がってしまい、それが雑音端子電圧に
悪影響を及ぼす。したがって、他励ＯＮ−ＯＦＦ方式の
従属系に磁気増幅器を使った場合に、前述した雑音の問
題が発生する。

【００１８】さらに、磁気増幅器２は、始めは高インピ
ーダンスであり、それから低インピーダンスになるため
に、平滑コンデンサＣ２とトランスＴの二次巻線Ｌ22と
の間のループは、ある周波数で共振してしまう。それ
は、整流ダイオードＤ２の端子間容量（ターンオフなど
の過渡状態、つまり逆方向回復時間及び順方向回復時間
の時のみ）を通り、磁気増幅器２をリセットしてしま
う。そして、磁気増幅器２のインダクタンス成分と二次
巻線Ｌ22のインダクタンスと整流ダイオードＤ２の端子
間容量（逆方向回復時間及び順方向回復時間の時）で共
振が起こる。それによって、図７に示したような雑音の
うねりが発生するものと考えられる。

【００１９】そこで、この実施形態では、整流ダイオー
ドＤ２の端子間容量（逆方向回復時間及び順方向回復時
間の時）を通らないように瞬間的に高インピーダンスを
示しやすい、角型比Ｂｒ／Ｂｍが高い（好ましくは９０
％以上）コアを用いたインダクタ３を、二次巻線Ｌ22と
整流ダイオードＤ２のアノード側との間に介挿したこと
により、図６に示すうねりの発生を低減することができ
た。理想的には上記の共振が発生しなくなる。

【００２０】その結果、図６にこの発明によるスイッチ
ングレギュレータについて雑音測定用の擬似回路網を用
いて雑音端子電圧を測定した結果を示す図７と同様な雑
音波形図から判るように、雑音波形のうねりが大幅に抑
制され、実線ａで示すＶccＩ２種（民生機器用の雑音規
制レベル）に対する１５ｄｂのマージンライン（破線ｂ
で示す）を越えるようなことは殆どなくなる。

【００２１】なお、角型比が高いコアには、アモルファ
ス（非晶質合金），ファインメット（超微細結晶を有す
る軟磁性合金）、スーパパーマロイなどがある。また、
インダクタ３のリアクタンスは、磁気増幅器２のリアク
タンスより充分小さいことが必要である。

【００２２】図５の（ａ）は、トランスＴの一次側（制
御系）のスイッチング素子Ｑ１のＯＮ時間とＯＦＦ時間
を、（ｂ）は二次側（従属系）の整流ダイオードＤ２の
ＯＦＦ時間とＯＮ時間をそれぞれ示すタイミング図で
あ。

【００２３】ここで、上述したインダクタ３のリアクタ
ンスが大きいと、図５の（ｂ）に示す磁気増幅器２よる
デッドアングル（阻止時間）ＤＡが大きくなる。つま
り、整流ダイオードＤ２のＯＮ時間がスイッチング素子
Ｑ１のＯＦＦ時間に比べて短くなってしまう。それによ
って、二次側に発生する電圧を整流して平滑コンデンサ
Ｃ２に充電する時間が短くなるので、出力電力も小さく
なってしまう。そのため、インダクタ３にはそのリアク
タンスが磁気増幅器２のリアクタンスより充分小さいイ
ンダクタを使用する。

【００２４】なお、この実施形態では従属用フィードバ
ック回路４とダイオードＤ３を設けており、フィードバ
ック回路４にはオペアンプによる非反転増幅回路を設け
ているため、出力端子Ｏ3，Ｏ4間の出力電圧が上昇する
と整流ダイオードＤ２のＯＦＦ時間にダイオードＤ３を
導通させて磁気増幅器２をリセットさせ、図５に示した
阻止時間ＤＡを長くして出力電圧を下げる。出力電圧が
下がるとダイオードＤ３を導通しなくして、磁気増幅器
２をリセットさせず、阻止時間ＤＡを短くして出力電圧
を上げる。このようにして、出力電圧の安定化を図るよ
うに機能する。

【００２５】次に、この発明によるスイッチングレギュ
レータの第２の実施形態を図２を用いて説明する。この
図２は、この発明によるスイッチングレギュレータの第
２の実施形態を示す回路図であるが、トランスＴの二次
側のみを示し、一次側と制御用フィードバック回路１
は、図１と同様であるので図示を省略している。

【００２６】この実施形態では、このトランスＴの複数
の二次巻線Ｌ21，Ｌ22の両方共、平滑回路の整流ダイオ
ードＤ１，Ｄ２のアノード側との間に、磁気増幅器２と
その磁気増幅器のリアクタンスより充分小さいリアクタ
ンスのインダクタ３とを直列に介挿しており、さらに、
各整流回路の出力電圧を、それぞれ磁気増幅器２とイン
ダクタ３との接続点へフィードバックして、前述の阻止
時間ＤＡを調整するため従属用フィードバック回路４と
ダイオードＤ３を設けている。

【００２７】さらに、一方の二次巻線Ｌ21側の整流平滑
回路の整流ダイオードＤ１のカソードとフレームグラン
ド（アース）との間に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ３とを直
列に接続し、他方の二次巻線Ｌ22の巻き始めと、フレー
ムグランドとの間にも抵抗Ｒ２とコンデンサＣ４とを直
列に接続している。この抵抗Ｒ１とコンデンサＣ３の直
列回路と、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ４の直列回路は、上
述した第１の実施形態による雑音低減効果をさらに大き
くするものであり、抵抗Ｒ１，Ｒ２によりノイズ成分を
熱損失に変える作用をなす。

【００２８】この抵抗とコンデンサの直列回路は、整流
ダイオードのカソードあるいは二次巻線の巻き始めの何
れかと、フレームグランド（アース）との間に接続すれ
ばよい。なお、この抵抗の抵抗値とコンデンサの容量に
よる共振のキュー（Ｑ）は小さくなるようにする。

【００２９】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、他励ＯＮ−ＯＦＦ方式の多出力型スイッチングレ
ギュレータでありながら、雑音端子電圧が安定してうね
りが殆ど発生せず、低価格で小型のスイッチングレギュ
レータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるスイッチングレギュレータの第
１の実施形態を示す回路図である。

【図２】この発明によるスイッチングレギュレータの第
２の実施形態の要部を示す回路図である。

【図３】磁気増幅器及びインダクタに用いられる種々の
角型比のコアのＢ−Ｈ特性を示す線図である。

【図４】磁気増幅器の電流−インピーダンス特性を示す
線図である。

【図５】図１におけるトランスＴの一次側（制御系）の
スイッチング素子Ｑ１と二次側（従属系）の整流ダイオ
ードＤ２のそれぞれＯＮ時間とＯＦＦ時間を示すタイミ
ング図である。

【図６】この発明によるスイッチングレギュレータにつ
いて雑音測定用の擬似回路網を用いて雑音端子電圧を測
定した結果を示す雑音波形図である。

【図７】従来のスイッチングレギュレータについて雑音
測定用の擬似回路網を用いて雑音端子電圧を測定した結
果を示す雑音波形図である。

【符号の説明】

１：制御用フィードバック回路 ２：磁気増幅器 ３：インダクタ ４：従属用フィードバック回路 Ｔ：トランス Ｌ１：一次巻線 Ｌ21，Ｌ22：二次巻線 Ｑ：スイッチング素子 Ｄ１，Ｄ２：整流ダイオード Ｄ３：ダイオード Ｃ１，Ｃ２：平滑コンデンサ Ｒ１，Ｒ２：抵抗 Ｃ３，Ｃ４：コンデンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスの一次巻線と直列にスイッチン
   グ素子を設け、該トランスの複数の二次巻線に発生する
   電圧をそれぞれ整流平滑回路によって整流平滑した出力
   電圧を各負荷に供給し、そのいずれかの出力電圧をフィ
   ードバックして前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを
   制御するフィードバック回路を設けたＯＮ−ＯＦＦ方式
   のスイッチングレギュレータにおいて、 前記トランスの少なくとも一つの二次巻線と整流平滑回
   路との間に、磁気増幅器と該磁気増幅器のリアクタンス
   より充分小さいリアクタンスのインダクタとを直列に介
   挿したことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスイッチングレギュレー
   タにおいて、前記整流平滑回路の整流ダイオードのカソ
   ードあるいは前記トランスの二次巻線の巻き始めと、フ
   レームグランドとの間に抵抗とコンデンサとを直列に接
   続したことを特徴とするスイッチングレギュレータ。