JP3440184B2 - リンギングチョークコンバータ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、不安定かつ高い入
力電圧を安定かつ低い直流電圧に変換して出力するリン
ギングチョークコンバータ（ＲＣＣ）回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時の直流電源装置として、ドロッパ制
御のシリーズレギュレータに対し、その電力効率が高
く、入出力間絶縁に商用周波数のトランスを用いずに小
型軽量化が可能なスイッチングレギュレータが多用され
ている。このスイッチングレギュレータは、チョッパ方
式及びインバータ方式が知られており、また、変形構成
のレギュレータが用いられている。

【０００３】図２は従来のチョッパ方式のスイッチング
レギュレータの構成例を示す回路図である。図２におい
て、この例は非絶縁ＯＮーＯＮ式コンバータ（降圧回
路）であり、交流電源ＡＣから供給される交流を整流・
平滑回路２で整流し、かつ、平滑化した入力直流電圧を
スイッチングトランジスタＱ１のコレクタに印加してい
る。このスイッチングトランジスタＱ１は、ベースに入
力される制御部３からの駆動信号でオン・オフしてスイ
ッチング動作し、コレクタに印加された直流電圧を方形
波の連続電圧に生成してチョークコイルＬ及び電解コン
デンサＣで構成されるチョークインプット型の平滑回路
４に出力している。

【０００４】この方形波の連続電圧が平滑回路４で平滑
化され、その平均値である安定化した出力直流電圧ＶO
が負荷Ｒに供給される。この場合、制御部３は比較増幅
器３ａで出力直流電圧ＶO を基準電圧ＶE と比較した誤
差増幅信号を比較器３ｂに出力する。この比較器３ｂで
三角波発生回路３ｃからの三角波信号を誤差増幅信号と
比較し、この誤差増幅信号のしきい値を越える信号を駆
動信号としてスイッチングトランジスタＱ１のべースに
入力している。

【０００５】この駆動信号でのスイッチングトランジス
タＱ１のオン時間によって出力直流電圧ＶO が安定化さ
れる。この場合、スイッチングトランジスタＱ１のオン
動作時にチョークコイルＬに蓄積されたエネルギーを、
オフ動作時に逆電圧吸収用のダイオードＤ１で吸収して
いる。なお、図２に示す構成では、交流電源ＡＣから供
給される交流を整流・平滑回路２で整流し、かつ、平滑
化した入力直流電圧を出力直流電圧ＶO に変換している
が、この入力直流電圧に代えて、直流電源、例えば、バ
ッテリーＥなどの直流電圧を出力直流電圧ＶO に変換す
るＤＣーＤＣコンバータとしても同様に動作する。

【０００６】図３は従来のインバータ方式のスイッチン
グレギュレータの構成例を示す回路図である。図３にお
いて、この例はリンギングチョークコンバータ、すなわ
ち、絶縁ＯＮーＯＦＦ式コンバータであり、交流電源Ａ
Ｃから供給される交流を整流・平滑回路１２で整流し、
かつ、平滑化した入力直流電圧をトランスＴ１の主巻線
Ｐ１及び起動抵抗器Ｒ１の一端に印加している。

【０００７】主巻線Ｐ１の他端にはスイッチングトラン
ジスタＱ２が直列接続されており、このベースに起動抵
抗器Ｒ１から起動電流が流れ、トランスＴ１での主巻線
Ｐ１と正帰還になるように巻回かつ接続された帰還巻線
Ｐ２及びコンデンサＣ１によって、スイッチングトラン
ジスタＱ２がオン・オフするスイッチング動作を行う。
このスイッチング動作での出力巻線Ｓ１の誘起電圧を整
流ダイオードＤ２で整流して、平滑コンデンサＣ２で平
滑化し、この出力直流電圧ＶO を負荷ＲＬに供給する。
スイッチング動作では、負荷ＲＬに流れる電流変化に対
する定電圧動作を行っている。

【０００８】この定電圧動作では、整流平滑回路１３の
ダイオードＤ３で帰還巻線Ｐ２の誘起電圧を整流し、電
解コンデンサＣ３の充電電圧がツェナーダイオードＤ４
のツェナー電圧を越えると、スイッチングトランジスタ
Ｑ２のベースに帰還巻線Ｐ２から流れる電流がツェナー
ダイオードＤ４に流れる。この結果、ベース電流が減少
し、出力巻線Ｓ１の誘起電圧が低下する。すなわち、帰
還巻線Ｐ２と出力巻線Ｓ１との巻線比及びツェナーダイ
オードＤ４のツェナー電圧で決定される安定化した定電
圧の出力直流電圧ＶO が得られる。

【０００９】この図３の構成でも、入力直流電圧を、直
流電源、例えば、バッテリーＥなどから供給するＤＣー
ＤＣコンバータとしても同様に動作する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例の
図２に示す非絶縁ＯＮーＯＮ式コンバータでは、制御回
路の構成が比較的複雑であり、この制御回路に比較的高
価な集積回路（ＩＣ）を用いる必要がある。しかも入力
電圧と出力直流電圧の比を高く設定すると、スイッチン
グトランジスタＱ１のオン時間が短くなって、効率が悪
化する。換言すれば、所望の低い出力直流を得る際の信
号処理規模及び回路規模が増大化するという欠点があ
る。

【００１１】図３に示す絶縁ＯＮーＯＦＦ式コンバータ
は、部品点数が少なく回路構成が比較的簡単であり、入
力電圧と出力直流電圧の比を高く設定できるため、入力
がＡＣ１００〜２００Ｖの直流電源装置における補助電
源として多用されている。しかし、この絶縁ＯＮーＯＦ
Ｆ式コンバータでは、主巻線Ｐ１、帰還巻線Ｐ２及び出
力巻線Ｓ１を有するトランスＴ１、整流ダイオードＤ１
及び平滑用コンデンサＣ２などが必要であり、そのコス
トが嵩むという欠点がある。

【００１２】この場合、絶縁ＯＮーＯＦＦ式コンバータ
における帰還巻線と出力巻線との共通化による回路の簡
素化が考えられる。図４は、絶縁ＯＮーＯＦＦ式コンバ
ータの回路の簡素化を説明するための図である。図４
（ａ）において、この例のように図３に示したリンギン
グチョークコンバータにおける帰還巻線Ｐ２と出力巻線
Ｓ１とを共用化し、この帰還・出力巻線ＰＳ１から出力
直流電圧を取り出した場合、この出力直流電圧ＶO が入
力電圧に比例して変動してしまう。

【００１３】また、図４（ｂ）の例のように整流・平滑
回路１２のマイナス側を接地（ＧＮＤ）として、ダイオ
ードＤ３の整流出力を電解コンデンサＣ３から出力直流
電圧ＶO として取り出すと、この出力直流電圧ＶO は安
定化されるものの、マイナス直流出力電源となってしま
う。この場合、装置への内蔵や外部からの接続が面倒で
あり、使用状態が制限されてしまう。

【００１４】本発明は、このような従来の技術における
欠点を解決するものであり、安定した低電圧及び高効率
のプラス直流出力電源が得られ、かつ、構成が簡素化さ
れて、コスト低減が可能になるリンギングチョークコン
バータ回路を提供する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明のリンギングチョークコンバータ回路は少な
くとも起動回路、トランス、スイッチング素子、帰還用
コンデンサ及び定電圧回路を備えて入力直流電圧を安定
化するとともに低い出力直流電圧に変換するものであ
り、トランスにおける帰還巻線と出力巻線を共用化した
帰還・出力巻線の誘起電圧を定電圧回路におけるダイオ
ードで整流した電圧及びスイッチング素子に流れる電流
を定電圧回路における平滑用のコンデンサに充電し、こ
の平滑用のコンデンサのプラス端をプラス電圧出力端子
とし、かつ、入力直流電圧のマイナス側をマイナス電圧
出力端子として安定化した低い出力直流電圧を出力す
る。

【００１６】また、本発明のリンギングチョークコンバ
ータ回路は、その詳細な回路構成として、入力直流電圧
におけるプラス電圧端が起動回路及びトランスの主巻線
のそれぞれの一端に接続されて、プラス電圧を印加して
いる。主巻線の他端がスイッチング素子の一端に接続さ
れ、かつ、主巻線と正結合する帰還・出力兼用巻線の一
端とスイッチング素子の駆動端との間に帰還用コンデン
サが接続される。さらに、入力直流電圧におけるマイナ
ス電圧端にアノードを接続したダイオードのカソードが
帰還・出力兼用巻線の一端に接続され、かつ、起動回路
の他端がスイッチング素子の駆動端に接続される。この
駆動端に定電圧回路の一端が接続され、かつ、他端が入
力直流電圧におけるマイナス電圧端と接続されるととも
に、帰還・出力兼用巻線の他端がスイッチング素子の他
端及び平滑用のコンデンサのプラス側に接続され、この
接続点をプラス電圧出力端子とし、かつ、平滑用のコン
デンサのマイナス側が接続されるマイナス電圧端をマイ
ナス電圧出力端子として安定化した低い出力直流電圧を
負荷に供給している。

【００１７】さらに、本発明のリンギングチョークコン
バータ回路は、入力直流電圧として、交流電圧を整流か
つ平滑化した直流電圧、直流電源からの直流出力電圧、
電池の出力電圧のいずれかが供給される。また、起動回
路として、抵抗器、半導体素子を用いた定電流回路のい
ずれかを用いている。さらに、スイッチング素子とし
て、ＮＰＮ型トランジスタ、電界効果トランジスタのい
ずれかを用い、また、定電圧回路として、ツェナーダイ
オード、半導体素子を用いた安定化回路のいずれかを用
いている。

【００１８】このような本発明のリンギングチョークコ
ンバータ回路は、トランスの主巻線の他端に接続された
スイッチング素子がオン・オフするスイッチング動作に
よって帰還・出力兼用巻線の一端に発生したマイナスの
電圧をダイオードを通じて平滑用のコンデンサに充電す
る。このコンデンサの放電であるプラスの低い直流電圧
を出力直流電圧として負荷に供給している。加えて、ス
イッチング素子のオン動作時の一端、例えば、スイッチ
ング素子がＮＰＮ型トランジスタの場合のコレクタ電流
がコンデンサに充電され、かつ、放電して負荷にプラス
の低い直流電圧を出力直流電圧として負荷に供給してい
る。

【００１９】また、ダイオードを通じた平滑用のコンデ
ンサの充電電圧が安定化回路の設定電圧、例えば、ツェ
ナーダイオードのツェナー電圧を越えると、スイッチン
グ素子の駆動端、例えば、スイッチング素子がＮＰＮ型
トランジスタの場合のベースに帰還・出力兼用巻線から
流れる電流が定電圧回路に流れ、そのベース電流が減少
し、帰還・出力兼用巻線の誘起電圧が低減する。すなわ
ち、帰還・出力兼用巻線の巻線量及び定電圧回路の設定
電圧に基づいて決定される安定化したプラスの低い直流
電圧が得られる。

【００２０】したがって、従来から多用されているリン
ギングチョークコンバータ（ＲＣＣ）と同様に安定した
所定の低電圧及び高効率のプラス直流出力電源が得られ
る。このプラス直流出力電源によって、装置への内蔵や
外部からの接続が容易になり、その使用の自由度が向上
する。かつ、トランスにおける帰還巻線及び出力巻線が
共用化され、特に図３の従来例に示した出力巻線、整流
ダイオード及び平滑用コンデンサなどが不要になる。こ
の結果、小型軽量化されるとともに、その構成が簡素化
されてコストが低減する。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明のリンギングチョー
クコンバータ回路の実施形態を図面を参照して詳細に説
明する。図１は本発明のリンギングチョークコンバータ
回路の実施形態の構成を示す回路図である。図１におい
て、この実施形態は、交流電源ＡＣが整流・平滑回路３
２に接続され、例えば、交流電圧１００Ｖ〜４００Ｖが
入力される。整流・平滑回路３２のプラス（＋）直流電
圧端が起動抵抗器Ｒ１１及びトランスＴ２の主巻線Ｐ１
１の一端と接続されて、プラス直流電圧が印加されてい
る。このトランスＴ２の主巻線Ｐ１１の他端にオン・オ
フのスイッチング動作を行うスイッチングトランジスタ
Ｑ１１のコレクタが接続されている。

【００２２】起動抵抗器Ｒ１１の他端に定電圧制御動作
用のツェナーダイオードＤ１１のカソードが接続されて
いる。また、トランスＴ２には主巻線Ｐ１１と正結合す
るように巻回かつ接続された帰還・出力兼用巻線ＰＳ１
１が設けられている。この帰還・出力兼用巻線ＰＳ１１
の一端に正帰還用のコンデンサＣ１１の一端が接続さ
れ、このコンデンサＣ１１の他端がスイッチングトラン
ジスタＱ１１のベース及び起動抵抗器Ｒ１１とツェナー
ダイオードＤ１１のカソードとの接続点に接続されて、
スイッチングトランジスタＱ１１がオン・オフによるス
イッチング動作を行うようになっている。

【００２３】また、帰還・出力兼用巻線ＰＳ１１の一端
と整流・平滑回路３２のマイナス直流電圧端、すなわ
ち、接地とにダイオードＤ１２のカソードとアノードと
が接続されている。さらに、スイッチングトランジスタ
Ｑ１１のエミッタが帰還・出力兼用巻線ＰＳ１１の他端
と接続され、この接続点と定電圧制御動作及び平滑用の
電解コンデンサＣ１２のプラス端とが接続されている。
また、この定電圧制御動作及び平滑用の電解コンデンサ
Ｃ１２のマイナス端と整流・平滑回路３２のマイナス直
流電圧端である接地とが接続されている。

【００２４】スイッチングトランジスタＱ１１のエミッ
タ及び電解コンデンサＣ１２のプラス端が接続される帰
還・出力兼用巻線ＰＳ１１の他端はプラス電圧出力端子
ＴＡ１に接続されており、このプラス電圧出力端子ＴＡ
１へ負荷ＲＬに供給するための、例えば、５〜２４Ｖの
プラスの低い出力直流電圧ＶO が出力される。なお、マ
イナス電圧出力端子ＴＡ２は、電解コンデンサＣ１２の
マイナス端、ダイオードＤ１２及びツェナーダイオード
Ｄ１１のそれぞれのアノード側が接続される。これらの
接続によって、この実施形態のリンギングチョークコン
バータ回路がプラス直流出力電源に構成されている。

【００２５】次に、この実施形態の動作について説明す
る。図１において、交流電源ＡＣから供給される交流を
整流・平滑回路３２で整流し、かつ、平滑化し、この入
力直流電圧をトランスＴ２の主巻線Ｐ１１及び起動抵抗
器Ｒ１１の一端に印加している。起動抵抗器Ｒ１１から
スイッチングトランジスタＱ１１のベースに起動電流が
流れ、このベース電流がエミッタを通じて負荷ＲＬに流
れる。ベース電流の増加とともにコレクタ電流も増加
し、トランスＴ２の主巻線Ｐ１１及び帰還・出力兼用巻
線ＰＳ１１の一端（・印）にプラス電圧が発生する。帰
還・出力兼用巻線ＰＳ１１の一端に発生した電圧がコン
デンサＣ１１を通じてベースに加わり、スイッチングト
ランジスタＱ１１のコレクタ電流が直線的に増加して完
全にオンする。

【００２６】このオンによってトランスＴ２の主巻線Ｐ
１１及び帰還・出力兼用巻線ＰＳ１１に電流が流れ、エ
ネルギーが蓄積される。そして、スイッチングトランジ
スタＱ１１は、ベース電流の不足やｈFEが不足してオフ
になる。すなわち、コレクタ電流が「ベース電流×ｈF
E」より大きくなるとオン状態を保持できなくなってオ
フになる。この結果、トランスＴ２で磁界が保持され、
主巻線Ｐ１１及び帰還・出力兼用巻線ＰＳ１１の一端
（・印）にマイナスの電圧が発生する。

【００２７】このマイナス電圧がダイオードＤ１２で整
流されて平滑用の電解コンデンサＣ１２に充電され、か
つ、放電してプラス電圧出力端子ＴＡ１へプラスの低い
直流電圧を出力する。プラス電圧出力端子ＴＡ１から負
荷ＲＬにプラスの低い直流電圧である出力直流電圧ＶO
を供給する。この低い直流電圧の出力直流電圧ＶO が安
定化される。すなわち、スイッチング動作時に、ダイオ
ードＤ１２を通じて平滑用の電解コンデンサＣ１２の充
電電圧がツェナーダイオードＤ１１のツェナー電圧を越
えると、スイッチングトランジスタＱ１１のベースに流
れる帰還・出力兼用巻線ＰＳ１１からの電流がツェナー
ダイオードＤ１１にも流れる。この結果、スイッチング
トランジスタＱ１１のベース電流が減少し、帰還・出力
兼用巻線ＰＳ１１の誘起電圧も低減する。

【００２８】この結果、帰還・出力兼用巻線ＰＳ１１の
巻線量及びツェナーダイオードＤ１１のツェナー電圧に
基づいて決定された定電圧のプラスの低い直流電圧であ
る出力直流電圧ＶO がプラス電圧出力端子ＴＡ１で得ら
れる。したがって、負荷ＲＬの値が変化する際にも、負
荷ＲＬに定電圧の出力直流電圧ＶO が供給される。この
ように、この実施形態では、従来から多用されているリ
ンギングチョークコンバータと同様に安定した所定の低
電圧及び高効率のプラス直流出力電源が得られる。この
ため、他の装置に組み込む際に、マイナス直流出力電源
とならずに、装置への内蔵や外部電源とした際の接続が
容易になり、その使用の自由度が向上する。

【００２９】また、トランスＴ２における帰還巻線及び
出力巻線が共用化され、特に従来のリンギングチョーク
コンバータのように、出力巻線、整流ダイオード及び平
滑用コンデンサなどを設ける必要がなくなる。したがっ
て、トランスＴ２が小型軽量化され、かつ、構成が簡素
化して、そのコスト低減が可能になる。なお、この実施
形態では、交流電源ＡＣから供給される交流を整流・平
滑回路３２で整流し、かつ、平滑化して入力直流電圧と
しているが、この交流電源ＡＣ及び整流・平滑回路３２
を用いずにバッテリーＥなどの直流電圧（入力直流電
圧）を出力直流電圧ＶO に変換するＤＣーＤＣコンバー
タとしても同様に動作する。また、スイッチング動作の
起動に起動抵抗器Ｒ１１を用いているが、トランジスタ
などを用いた定電流回路を用いても同様に動作する。さ
らに、スイッチングトランジスタＱ１１に代えて電界効
果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いても同様に動作する。
また、定電圧制御動作用にツェナーダイオードＤ１１に
代えてトランジスタなどを用いた定電圧回路を用いても
良い。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のリンギングチョークコンバータ回路によれば、スイッ
チング動作によるオン動作時のスイッチング素子に流れ
る電流及び、帰還・出力兼用巻線の一端に発生したマイ
ナス電圧を、ダイオードを通じて平滑用のコンデンサに
充電し、かつ、放電ししたプラスの低い直流電圧を出力
直流電圧として負荷に供給している。この場合、帰還・
出力兼用巻線の巻線量及び定電圧回路の設定電圧に基づ
いて決定される安定化したプラスの低い直流電圧を得て
いる。

【００３１】したがって、従来から多用されているリン
ギングチョークコンバータと同様に安定した所定の低電
圧及び高効率のプラス直流出力電源が得られる。このプ
ラス直流出力電源によって、装置への内蔵や外部電源と
した場合の接続が容易になり、その使用の自由度が向上
する。さらに、トランスにおける帰還巻線及び出力巻線
が共用化され、出力巻線、整流ダイオード及び平滑用コ
ンデンサなどが不要になる。この結果、小型軽量化さ
れ、かつ、構成が簡素化されてコスト低減が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリンギングチョークコンバータ回路の
実施形態の構成を示す回路図

【図２】従来例におけるチョッパ方式のスイッチングレ
ギュレータの構成を示す回路図

【図３】従来例におけるインバータ方式のスイッチング
レギュレータの構成を示す回路図

【図４】従来例における絶縁ＯＮーＯＦＦ式コンバータ
の回路の簡素化を説明するための図

【符号の説明】

ＡＣ：交流電源 Ｃ１１：コンデンサ Ｃ１２：電解コンデンサ Ｄ１１：ツェナーダイオード Ｄ１２：ダイオード Ｐ１１：主巻線 ＰＳ１１：帰還・出力兼用巻線 Ｑ１１：スイッチングトランジスタ Ｒ１１：起動抵抗器 ＲＬ：負荷 Ｔ２：トランス ＴＡ１：プラス電圧出力端子 ＴＡ２：マイナス電圧出力端子 ３２：整流・平滑回路

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力直流電圧におけるプラス電圧端が起動
   回路及びトランスの主巻線のそれぞれの一端に接続され
   て、プラス電圧を印加し、前記主巻線の他端がスイッチ
   ング素子の一端に接続され、かつ、前記主巻線と正結合
   する帰還・出力兼用巻線の一端と前記スイッチング素子
   の駆動端との間に帰還用コンデンサが接続されるととも
   に、入力直流電圧におけるマイナス電圧端にアノードを
   接続したダイオードのカソードが帰還・出力兼用巻線の
   一端に接続され、かつ、起動回路の他端が前記スイッチ
   ング素子の駆動端に接続されるとともに、この駆動端に
   定電圧回路の一端が接続され、かつ他端が入力直流電圧
   におけるマイナス電圧端と接続されるとともに、帰還・
   出力兼用巻線の他端が前記スイッチング素子の他端及び
   平滑用のコンデンサのプラス側に接続され、この接続点
   をプラス電圧出力端子とし、かつ、平滑用のコンデンサ
   のマイナス側が接続されるマイナス電圧端をマイナス電
   圧出力端子として安定化した低い出力直流電圧を負荷に
   供給することを特徴とするリンギングチョークコンバー
   タ回路。
2. 【請求項２】前記請求項１記載のリンギングチョークコ
   ンバータ回路において、 入力直流電圧として、交流電圧を整流かつ平滑化した直
   流電圧、直流電源からの直流電圧、電池の直流出力電圧
   のいずれかが供給されることを特徴とするリンギングチ
   ョークコンバータ回路。
3. 【請求項３】前記請求項１記載のリンギングチョークコ
   ンバータ回路において、 起動回路として、抵抗器、半導体素子を用いた定電流回
   路のいずれかを用いることを特徴とするリンギングチョ
   ークコンバータ回路。
4. 【請求項４】前記請求項１記載のリンギングチョークコ
   ンバータ回路において、 スイッチング素子として、ＮＰＮ型トランジスタ、電界
   効果トランジスタのいずれかを用いることを特徴とする
   リンギングチョークコンバータ回路。
5. 【請求項５】前記請求項１記載のリンギングチョークコ
   ンバータ回路において、 定電圧回路として、ツェナーダイオード、半導体素子を
   用いた安定化回路のいずれかを用いることを特徴とする
   リンギングチョークコンバータ回路。