JP5732842B2

JP5732842B2 - スイッチング電源装置

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Publication number: JP5732842B2
Application number: JP2010281555A
Authority: JP
Inventors: 聡樹今井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: JP2012130211A

Description

本発明は、電子機器の電源回路等に用いられるスイッチング電源装置に関する。

従来のスイッチング電源装置では、複数の出力電圧を得るために、トランスの１次巻線から伝送した電力を受け取る２次巻線を複数の巻線で構成するか、ＤＣ−ＤＣコンバータを設けて出力電圧の電圧を変換する必要があった。例えば、スイッチング電源装置が５Ｖの出力電圧と、１０Ｖの出力電圧とを得るためには、トランスの２次巻線を５Ｖ用の巻線と、１０Ｖ用の巻線とで構成するか、ＤＣ−ＤＣコンバータを設けて５Ｖの出力電圧と１０Ｖの出力電圧に変換する必要があった。特許文献１には、トランスの２次巻線が二つの巻線で構成されているスイッチング電源装置が開示されている。

実開平４−１２１１８１号公報

スイッチング電源装置が複数の出力電圧を得るために、特許文献１のようにトランスの２次巻線を複数の巻線で構成する場合、構成する巻線の数、巻線の長さ等に応じて、複数の巻線を巻き付けるピンの数、巻線を通すスリットの数等が増加する。しかし、トランスにおいて確保できるピンの数、スリットの数等は限られているため、２次巻線を構成する巻線の数、巻線の長さ等が制約され、スイッチング電源装置が得る出力電圧の数、出力電圧の大きさ等が制限されるという問題があった。

また、複数の巻線を何層にも重ねて２次巻線を構成するので、２次巻線が太くなり、トランスを形成するためのコア挿入が困難となる場合があった。また、２次巻線が太くなると、トランスが大型化するという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、トランスにおける制約によりスイッチング電源装置が得る出力電圧の数、出力電圧の大きさ等が制限されることなく、トランスを小型化することができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１発明に係るスイッチング電源装置は、１次巻線及び２次巻線を少なくとも有するトランスと、前記１次巻線に接続され、オン・オフを制御することで前記トランスの前記１次巻線から前記２次巻線に電力を伝送するスイッチング素子と、前記２次巻線に接続され、前記２次巻線から出力される交流電圧を第１出力電圧に平滑化する第１整流平滑化回路と、前記２次巻線に接続され、前記２次巻線から出力される交流電圧から第２出力電圧を生成する出力電圧生成回路とを備えるスイッチング電源装置であって、前記出力電圧生成回路は、前記２次巻線に接続し、振幅が接地電位と前記２次巻線から出力される交流電圧の正電圧との電位差である矩形波を生成する矩形波生成回路と、該矩形波生成回路に一端を接続し、前記矩形波を伝送するコンデンサと、該コンデンサの他端に接続し、前記コンデンサが伝送した前記矩形波の基準電位を設定する電位設定ダイオードと、前記コンデンサの他端に接続し、基準電位を設定した前記矩形波の電圧を第２出力電圧に平滑化する第２整流平滑化回路とを有する。

第１発明では、２次巻線に接続し、振幅が接地電位と２次巻線から出力される交流電圧の正電圧との電位差である矩形波を生成する矩形波生成回路と、矩形波生成回路に一端を接続し、矩形波を伝送するコンデンサと、コンデンサの他端に接続し、コンデンサが伝送した矩形波の基準電位を設定する電位設定ダイオードと、コンデンサの他端に接続し、基準電位を設定した矩形波の電圧を第２出力電圧に平滑化する第２整流平滑化回路とを有する出力電圧生成回路を備えているので、トランスの２次巻線を複数の巻線で構成することなく複数の出力電圧を得ることができ、トランスにおける制約によりスイッチング電源装置が得る出力電圧の数や出力電圧の大きさが制限されることがない。また、複数の出力電圧を得るためにトランスの２次巻線を複数の巻線で構成する必要がないので、トランスを小型化することができる。

また、第２発明に係るスイッチング電源装置は、第１発明において、前記出力電圧生成回路は、前記矩形波生成回路と、複数の前記コンデンサと、複数の前記電位設定ダイオードと、複数の前記第２整流平滑化回路とを有し、複数の前記コンデンサは、それぞれが並列となるように前記矩形波生成回路に一端を接続し、それぞれの前記コンデンサの他端に、前記電位設定ダイオード及び前記第２整流平滑化回路を接続してある。

第２発明では、出力電圧生成回路は、矩形波生成回路と、複数のコンデンサと、複数の電位設定ダイオードと、複数の第２整流平滑化回路とを有し、複数のコンデンサは、それぞれが並列となるように矩形波生成回路に一端を接続し、それぞれのコンデンサの他端に、電位設定ダイオード及び第２整流平滑化回路を接続してあるので、一つの矩形波生成回路で生成した矩形波を基に、複数の第２出力電圧を出力することができる。

また、第３発明に係るスイッチング電源装置は、第１発明において、前記出力電圧生成回路は、複数の前記矩形波生成回路と、複数の前記コンデンサと、複数の前記電位設定ダイオードと、複数の前記第２整流平滑化回路とを有し、複数の前記矩形波生成回路は、それぞれが並列となるように前記２次巻線に接続し、それぞれの前記矩形波生成回路に、一つ又は複数の前記コンデンサの一端を接続し、それぞれの前記コンデンサの他端に、前記電位設定ダイオード及び前記第２整流平滑化回路を接続してある。

第３発明では、出力電圧生成回路は、複数の矩形波生成回路と、複数のコンデンサと、複数の電位設定ダイオードと、複数の第２整流平滑化回路とを有し、複数の矩形波生成回路は、それぞれが並列となるように２次巻線に接続し、それぞれの矩形波生成回路に、一つ又は複数のコンデンサの一端を接続し、それぞれのコンデンサの他端に、電位設定ダイオード及び第２整流平滑化回路を接続してあるので、それぞれの矩形波生成回路で生成した矩形波を基に、複数の第２出力電圧を出力することができる。

また、第４発明に係るスイッチング電源装置は、第１乃至第３発明のいずれか一つにおいて、前記電位設定ダイオードの一端を前記コンデンサの他端に接続し、他端を接地電位の配線に接続する。

第４発明では、電位設定ダイオードの一端をコンデンサの他端に接続し、他端を接地電位の配線に接続したときに、第１出力電圧と同じ電圧の第２出力電圧を出力することができる。

また、第５発明に係るスイッチング電源装置は、第１乃至第３発明のいずれか一つにおいて、前記電位設定ダイオードの一端を前記コンデンサの他端に接続し、他端を前記第１出力電圧を出力する配線に接続する。

第５発明では、電位設定ダイオードの一端をコンデンサの他端に接続し、他端を第１出力電圧を出力する配線に接続したときに、第１出力電圧を略２倍にした電圧の第２出力電圧を出力することができる。

また、第６発明に係るスイッチング電源装置は、第１乃至第３発明のいずれか一つにおいて、前記電位設定ダイオードの一端を前記コンデンサの他端に接続し、他端を外部電源に接続する。

第６発明では、電位設定ダイオードの一端をコンデンサの他端に接続し、他端を外部電源に接続したときに、第１出力電圧に外部電源の出力電圧を加えた電圧の第２出力電圧を出力することができる。

また、第７発明に係るスイッチング電源装置は、第１乃至第６発明のいずれか一つにおいて、前記矩形波生成回路は、前記２次巻線に一端を、前記コンデンサの一端に他端をそれぞれ接続したダイオードと、前記２次巻線にベース端子を接続し、前記ダイオードの一端と接地電位とをコレクタ−エミッタ間で接続したトランジスタとを有し、前記トランジスタは、前記２次巻線から出力される交流電圧に従って前記ダイオードの出力電圧を制御して、振幅が接地電位と前記２次巻線から出力される交流電圧の正電圧との電位差である前記矩形波を生成する。

第７発明では、矩形波生成回路は、２次巻線に一端を、コンデンサの一端に他端をそれぞれ接続したダイオードと、２次巻線にベース端子を接続し、ダイオードの一端と接地電位とをコレクタ−エミッタ間で接続したトランジスタとを有し、トランジスタは、２次巻線から出力される交流電圧に従ってダイオードの出力電圧を制御して、振幅が接地電位と２次巻線から出力される交流電圧の正電圧との電位差である矩形波を生成するので、振幅が接地電位と２次巻線から出力される交流電圧の正電圧との電位差である矩形波を生成するための回路構成を、ダイオード及びトランジスタの簡単な回路構成で実現することができる。

上記構成によれば、２次巻線に接続し、振幅が接地電位と２次巻線から出力される交流電圧の正電圧との電位差である矩形波を生成する矩形波生成回路と、矩形波生成回路に一端を接続し、矩形波を伝送するコンデンサと、コンデンサの他端に接続し、コンデンサが伝送した矩形波の基準電位を設定する電位設定ダイオードと、コンデンサの他端に接続し、基準電位を設定した矩形波の電圧を第２出力電圧に平滑化する第２整流平滑化回路とを有する出力電圧生成回路を備えているので、トランスの２次巻線を複数の巻線で構成することなく複数の出力電圧を得ることができ、トランスにおける制約によりスイッチング電源装置が得る出力電圧の数や出力電圧の大きさが制限されることがない。また、複数の出力電圧を得るためにトランスの２次巻線を複数の巻線で構成する必要がないので、トランスを小型化することができる。

本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。本発明の実施の形態１に係る出力電圧生成回路の動作を説明するための電圧波形を示す図である。本発明の実施の形態２に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。本発明の実施の形態２に係るスイッチング電源装置の別の構成を示す回路図である。本発明の実施の形態３に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。本発明の実施の形態３に係るスイッチング電源装置の別の構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。図１に示すスイッチング電源装置１は、入力回路２、入力回路２からの入力電圧を変換するトランス３、オン・オフを制御することでトランス３の１次巻線３ａから２次巻線３ｂに電力を伝送するスイッチング素子４、２次巻線３ｂに接続され、２次巻線３ｂから出力される交流電圧を第１出力電圧に平滑化する第１整流平滑化回路５、及び２次巻線３ｂに接続され、２次巻線３ｂから出力される交流電圧から第２出力電圧を生成する出力電圧生成回路６を備えている。

入力回路２は、交流電源（図示せず）から交流電圧を入力端子２０を介して入力し、入力された交流電圧を整流するダイオードブリッジ２１、ノイズを除去するフィルタ２２、及びヒューズ２３を備えている。

トランス３は、１次巻線３ａ、２次巻線３ｂ、及び駆動巻線３ｃを備えている。１次巻線３ａ、２次巻線３ｂ、及び駆動巻線３ｃは、それぞれ一つの巻線からなる。入力回路２と、トランス３の１次巻線３ａとの間に接続されたコンデンサ３１は、入力回路２のダイオードブリッジ２１で整流された電圧を平滑化する。

スイッチング素子４は、トランス３の１次巻線３ａにドレイン端子を、入力回路２にソース端子をそれぞれ接続している。スイッチング素子４のゲート端子とソース端子の間には、抵抗４１が接続してある。また、スイッチング素子４のゲート端子には、電力伝送制御回路４２が接続してある。電力伝送制御回路４２には、フォトカプラのフォトトランジスタ４３が接続してあり、電力伝送制御回路４２は、フォトトランジスタ４３の検出電圧に応じてスイッチング素子４のオン時間又はオンデューティ比を設定している。つまり、電力伝送制御回路４２は、フォトカプラのフォトトランジスタ４３を介して入力されるフィードバック制御信号に応じてスイッチング素子４のオン時間又はオンデューティ比を設定している。フォトトランジスタ４３と、後述する発光ダイオード７２とでフォトカプラを構成している。

駆動巻線３ｃの両端間には、ダイオード３２とコンデンサ３３とからなる整流平滑回路が接続してある。スイッチング素子４のオン期間に１次巻線３ａに発生する電圧と逆極性で巻数比に比例した電圧が駆動巻線３ｃに発生する。コンデンサ３３には、スイッチング素子４のオフ期間に駆動巻線３ｃで発生した電圧が充電される。また、コンデンサ３３には、電力伝送制御回路４２が接続してあり、充電された電圧が電力伝送制御回路４２の駆動電圧として供給される。

第１整流平滑化回路５は、トランス３の２次巻線３ｂの出力側にアノード端子を接続したダイオード５１と、ダイオード５１のカソード端子に接続したコンデンサ５２とを有している。第１整流平滑化回路５は、２次巻線３ｂから出力される交流電圧を平滑化して、第１出力電圧（例えば、８Ｖ）を出力する。第１出力電圧を出力する配線５３には、出力電圧制御回路７が接続してある。

出力電圧制御回路７は、配線５３と接地配線（接地電位の配線）５４との間に接続してある抵抗７１、フォトカプラの発光ダイオード７２、及び電圧レギュレータであるシャントレギュレータ７３の直列回路と、配線５３と接地配線５４との間に接続してある抵抗７４、７５で構成される抵抗分圧回路と、シャントレギュレータ７３の電圧制御端子とリファレンス端子との間に接続される抵抗７６、コンデンサ７７で構成される負帰還回路とを有している。なお、抵抗分圧回路の分圧出力が、シャントレギュレータ７３のリファレンス端子に入力される。出力電圧制御回路７は、第１整流平滑化回路５から出力された第１出力電圧に基づいてフィードバック制御信号を生成し、生成したフィードバック制御信号をフォトカプラの発光ダイオード７２を介して電力伝送制御回路４２に出力する。

出力電圧生成回路６は、２次巻線３ｂに接続し、振幅が接地電位と２次巻線３ｂから出力される交流電圧の正電圧との電位差である矩形波を生成する矩形波生成回路６１と、矩形波生成回路６１に一端を接続し、生成された矩形波を伝送するコンデンサ６２と、コンデンサ６２の他端にカソード端子を接続し、伝送された矩形波の基準電位を設定する電位設定ダイオード６３と、コンデンサ６２の他端に接続し、基準電位が設定された矩形波の電圧を第２出力電圧に平滑化する第２整流平滑化回路６４とを有する。出力電圧生成回路６は、２次巻線３ｂから出力される交流電圧から、第１出力電圧とは別の第２出力電圧を生成し、出力する。なお、第２出力電圧は、第１出力電圧と同じ電圧であっても、異なる電圧であっても良い。

矩形波生成回路６１は、２次巻線３ｂの出力側にアノード端子を、コンデンサ６２の一端にカソード端子をそれぞれ接続したダイオード６１ａと、ダイオード６１ａのカソード端子にエミッタ端子を、接地配線（接地電位の配線）５５にコレクタ端子を、２次巻線３ｂの出力側にベース端子をそれぞれ接続したトランジスタ６１ｂとを有している。なお、ダイオード６１ａのカソード端子と、トランジスタ６１ｂのエミッタ端子との間に抵抗６１ｃ、２次巻線３ｂの出力側と、トランジスタ６１ｂのベース端子との間に抵抗６１ｄが接続してある。トランジスタ６１ｂは、２次巻線３ｂから出力される交流電圧に従ってダイオード６１ａの出力電圧を制御して、振幅が接地電位と２次巻線３ｂから出力される交流電圧の正電圧との電位差である矩形波を生成する。なお、矩形波生成回路６１は、ダイオード６１ａ及びトランジスタ６１ｂを有する回路構成に限定されるものではなく、振幅が接地電位と２次巻線３ｂから出力される交流電圧の正電圧との電位差である矩形波を生成することができる回路構成であれば良い。例えば、ダイオード６１ａ及びトランジスタ６１ｂをそれぞれスイッチング素子とし、振幅が接地電位と２次巻線３ｂから出力される交流電圧の正電圧との電位差である矩形波を生成することができる回路構成がある。

コンデンサ６２は、矩形波生成回路６１で生成した矩形波を伝送する。コンデンサ６２が伝送した矩形波は、振幅が接地電位（０Ｖ）と２次巻線３ｂから出力される交流電圧の正電圧（８Ｖ）との電位差である８Ｖの矩形波であるが、基準電位が設定されていない。そのため、電位設定ダイオード６３は、コンデンサ６２が伝送した矩形波の基準電位を設定する。電位設定ダイオード６３は、所望の電位を有する配線にアノード端子を接続することで、コンデンサ６２が伝送した矩形波の基準電位を所望の電位に設定することができる。図１に示す出力電圧生成回路６では、第１出力電圧を出力する配線５３に電位設定ダイオード６３のアノード端子を接続することで、コンデンサ６２が伝送した矩形波の基準電位を第１出力電圧に設定している。具体的に、第１出力電圧が８Ｖで、交流電圧の正電圧が８Ｖの場合、電位設定ダイオード６３は、矩形波の基準電位を８Ｖに設定し、振幅が８Ｖから１６Ｖまでの矩形波を生成する。

第２整流平滑化回路６４は、基準電位を設定した矩形波の電圧を第２出力電圧に平滑化する。第２整流平滑化回路６４は、コンデンサ６２の他端にアノード端子を接続したダイオード６４ａと、ダイオード６４ａのカソード端子に接続したコンデンサ６４ｂとを有している。具体的に、第２整流平滑化回路６４は、振幅が８Ｖから１６Ｖまでの矩形波の電圧を平滑化して、１６Ｖの第２出力電圧を出力する。

次に、本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置１の動作について説明する。なお、出力電圧生成回路６以外のスイッチング電源装置１の動作は、従来のスイッチング電源装置の動作と同じであるため、詳細な説明は省略し、出力電圧生成回路６の動作について説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る出力電圧生成回路６の動作を説明するための電圧波形を示す図である。図２（ａ）に示す電圧波形は、２次巻線３ｂから出力される交流電圧であり、振幅が負電圧から正電圧（８Ｖ）までの交流電圧である。なお、交流電圧の負電圧は、入力回路２に入力される入力電圧に比例した電圧（負電圧）である。

図２（ｂ）に示す電圧波形は、矩形波生成回路６１が生成した矩形波であり、振幅が接地電位（０Ｖ）と２次巻線３ｂから出力される交流電圧の正電圧（８Ｖ）との電位差である８Ｖの矩形波である。矩形波生成回路６１は、２次巻線３ｂから出力される交流電圧が正電圧（８Ｖ）のとき、トランジスタ６１ｂがオフ状態となり正電圧（８Ｖ）を出力し、２次巻線３ｂから出力される交流電圧が負電圧のとき、トランジスタ６１ｂがオン状態となり接地電位となるので、振幅が０Ｖから８Ｖまでの矩形波を生成することができる。生成した矩形波は、振幅が８Ｖの矩形波であるが、基準電位が設定されていない。

図２（ｃ）に示す電圧波形は、電位設定ダイオード６３が基準電位を８Ｖに設定した矩形波であり、振幅が８Ｖから１６Ｖまでの矩形波である。

図２（ｄ）に示す電圧波形は、第２整流平滑化回路６４が平滑化した第２出力電圧であり、１６Ｖの第２出力電圧である。第２出力電圧は、矩形波の基準電位を第１出力電圧としているので、第１出力電圧の略２倍の電圧となる。

以上のように、本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置１は、２次巻線３ｂに接続し、振幅が接地電位と２次巻線３ｂから出力される交流電圧の正電圧との電位差である矩形波を生成する矩形波生成回路６１と、矩形波生成回路６１に一端を接続し、矩形波を伝送するコンデンサ６２と、コンデンサ６２の他端に接続し、コンデンサ６２が伝送した矩形波の基準電位を設定する電位設定ダイオード６３と、コンデンサ６２の他端に接続し、基準電位を設定した矩形波の電圧を第２出力電圧に平滑化する第２整流平滑化回路６４とを有する出力電圧生成回路６を備えているので、トランス３の２次巻線３ｂを複数の巻線で構成することなく複数の出力電圧を得ることができ、トランス３における制約によりスイッチング電源装置１の出力電圧の数や出力電圧の大きさが制限されることがない。また、複数の出力電圧を得るためにトランス３の２次巻線３ｂを複数の巻線で構成する必要がないので、トランス３を小型化することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。なお、図３に示すスイッチング電源装置１０は、入力回路２からトランス３の１次巻線３ａまでの回路構成が、図１に示すスイッチング電源装置１の回路構成と同じであるため、図示を省略している。また、スイッチング電源装置１０は、図１に示すスイッチング電源装置１の構成要素と同じであるため、詳細な説明は省略する。

スイッチング電源装置１０は、第１出力電圧を出力する配線５３に電位設定ダイオード６３のアノード端子を接続するのではなく、接地配線５５に電位設定ダイオード６３のアノード端子を接続する。そのため、矩形波の基準電位は、接地電位に設定される。具体的に、交流電圧の正電圧が８Ｖの場合、電位設定ダイオード６３は、矩形波の基準電位を０Ｖに設定し、振幅が０Ｖから８Ｖまでの矩形波を生成する。第２整流平滑化回路６４は、振幅が０Ｖから８Ｖまでの矩形波の電圧を平滑化して、８Ｖの第２出力電圧を出力する。第２出力電圧は、矩形波の基準電位を接地電位としているので、第１出力電圧と同じ電圧となる。

以上のように、本発明の実施の形態２に係るスイッチング電源装置１０は、電位設定ダイオード６３のアノード端子を、接地配線５５に接続するので、第１出力電圧と同じ電圧の第２出力電圧を出力することができる。

電位設定ダイオード６３は、第１出力電圧を出力する配線５３や接地配線５５にアノード端子を接続する場合に限定されるものではなく、外部電源に接続しても良い。図４は、本発明の実施の形態２に係るスイッチング電源装置の別の構成を示す回路図である。なお、図４に示すスイッチング電源装置１１は、入力回路２からトランス３の１次巻線３ａまでの回路構成が、図１に示すスイッチング電源装置１の回路構成と同じであるため、図示を省略している。また、スイッチング電源装置１１は、図１に示すスイッチング電源装置１の構成要素と同じであるため、詳細な説明は省略する。

スイッチング電源装置１１は、接地配線５５に電位設定ダイオード６３のアノード端子を接続するのではなく、外部電源６３ａに電位設定ダイオード６３のアノード端子を接続する。そのため、矩形波の基準電位は、外部電源６３ａの出力電圧に設定される。具体的に、外部電源６３ａの出力電圧が５Ｖ、交流電圧の正電圧が８Ｖの場合、電位設定ダイオード６３は、矩形波の基準電位を５Ｖに設定し、振幅が５Ｖから１３Ｖまでの矩形波を生成する。第２整流平滑化回路６４は、振幅が５Ｖから１３Ｖまでの矩形波の電圧を平滑化して、１３Ｖの第２出力電圧を出力する。第２出力電圧は、矩形波の基準電位を外部電源６３ａの出力電圧としているので、第１出力電圧に外部電源６３ａの出力電圧（５Ｖ）を加えた電圧となる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。なお、図５に示すスイッチング電源装置１２は、入力回路２からトランス３の１次巻線３ａまでの回路構成が、図１に示すスイッチング電源装置１の回路構成と同じであるため、図示を省略している。また、スイッチング電源装置１２は、図１に示すスイッチング電源装置１の構成要素と同じであるため、詳細な説明は省略する。

スイッチング電源装置１２は、複数の第２出力電圧を出力することができる出力電圧生成回路６を備えている。出力電圧生成回路６は、矩形波生成回路６１と、複数のコンデンサ６２、６６と、複数の電位設定ダイオード６３、６７と、複数の第２整流平滑化回路６４、６８とを有している。複数のコンデンサ６２、６６は、それぞれが並列となるように矩形波生成回路６１に一端を接続し、コンデンサ６２の他端に、電位設定ダイオード６３及び第２整流平滑化回路６４を接続し、コンデンサ６６の他端に、電位設定ダイオード６７及び第２整流平滑化回路６８を接続してある。

矩形波生成回路６１で生成した矩形波は、コンデンサ６２、６６それぞれに伝送される。それぞれのコンデンサ６２、６６は、矩形波生成回路６１で生成した矩形波を伝送する。電位設定ダイオード６３は、コンデンサ６２が伝送した矩形波の基準電位を設定し、電位設定ダイオード６７は、コンデンサ６６が伝送した矩形波の基準電位を設定する。図５に示す出力電圧生成回路６では、第１出力電圧を出力する配線５３に電位設定ダイオード６３のアノード端子を接続することで、コンデンサ６２が伝送した矩形波の基準電位を第１出力電圧に設定している。具体的に、第１出力電圧が８Ｖで、交流電圧の正電圧が８Ｖの場合、電位設定ダイオード６３は、矩形波の基準電位を８Ｖに設定し、振幅が８Ｖから１６Ｖまでの矩形波を生成する。第２整流平滑化回路６４は、振幅が８Ｖから１６Ｖまでの矩形波の電圧を平滑化して、１６Ｖの第２出力電圧を出力する。

一方、第２整流平滑化回路６４で平滑化した第２出力電圧を出力する配線６ａに電位設定ダイオード６７のアノード端子を接続することで、コンデンサ６６が伝送した矩形波の基準電位を第２整流平滑化回路６４で平滑化した第２出力電圧に設定している。具体的に、第２整流平滑化回路６４で平滑化した第２出力電圧が１６Ｖで、交流電圧の正電圧が８Ｖの場合、電位設定ダイオード６７は、矩形波の基準電位を１６Ｖに設定し、振幅が１６Ｖから２４Ｖまでの矩形波を生成する。

第２整流平滑化回路６８は、基準電位を設定した矩形波の電圧を第２出力電圧に平滑化する。第２整流平滑化回路６８は、コンデンサ６６の他端にアノード端子を接続したダイオード６８ａと、ダイオード６８ａのカソード端子に接続したコンデンサ６８ｂとを有している。具体的に、第２整流平滑化回路６８は、振幅が１６Ｖから２４Ｖまでの矩形波の電圧を平滑化して、２４Ｖの第２出力電圧を出力する。

以上のように、本発明の実施の形態３に係るスイッチング電源装置１２は、出力電圧生成回路６が、矩形波生成回路６１と、複数のコンデンサ６２、６６と、複数の電位設定ダイオード６３、６７と、複数の第２整流平滑化回路６４、６８とを有し、複数のコンデンサ６２、６６は、それぞれが並列となるように矩形波生成回路６１に一端を接続し、それぞれのコンデンサ６２、６６の他端に、電位設定ダイオード６３、６７及び第２整流平滑化回路６４、６８を接続してあるので、一つの矩形波生成回路６１で生成した矩形波を基に、複数の第２出力電圧を出力することができる。なお、図５に示した出力電圧生成回路６では、一つの矩形波生成回路６１と、二つのコンデンサ６２、６６と、二つの電位設定ダイオード６３、６７と、二つの第２整流平滑化回路６４、６８とを有することで、二つの第２出力電圧を出力する構成を示したが、一つの矩形波生成回路６１と、三つ以上のコンデンサと、三つ以上の電位設定ダイオードと、三つ以上の第２整流平滑化回路とを有し、三つ以上の第２出力電圧を出力する構成でも良い。

また、出力電圧生成回路６は、一つの矩形波生成回路６１を有する構成に限定されるものではなく、複数の矩形波生成回路６１を有する構成であっても良い。図６は、本発明の実施の形態３に係るスイッチング電源装置の別の構成を示す回路図である。なお、図６に示すスイッチング電源装置１３は、入力回路２からトランス３の１次巻線３ａまでの回路構成が、図１に示すスイッチング電源装置１の回路構成と同じであるため、図示を省略している。また、スイッチング電源装置１３は、図１に示すスイッチング電源装置１の構成要素と同じであるため、詳細な説明は省略する。

スイッチング電源装置１３は、複数の第２出力電圧を出力することができる出力電圧生成回路６を備えている。出力電圧生成回路６は、複数の矩形波生成回路６１、６５と、複数のコンデンサ６２、６６と、複数の電位設定ダイオード６３、６７と、複数の第２整流平滑化回路６４、６８とを有している。複数の矩形波生成回路６１、６５は、それぞれが並列となるように２次巻線３ｂの出力側に接続し、矩形波生成回路６１に、コンデンサ６２の一端を接続し、コンデンサ６２の他端に電位設定ダイオード６３及び第２整流平滑化回路６４を接続し、矩形波生成回路６５に、コンデンサ６６の一端を接続し、コンデンサ６６の他端に、電位設定ダイオード６７及び第２整流平滑化回路６８を接続してある。

矩形波生成回路６１、６５で生成した矩形波は、コンデンサ６２、６６それぞれに伝送される。それぞれの矩形波生成回路６１、６５は、振幅が接地電位と２次巻線３ｂから出力される交流電圧の正電圧との電位差である矩形波を生成する。矩形波生成回路６１で生成した矩形波は、コンデンサ６２に、矩形波生成回路６５で生成した矩形波は、コンデンサ６６に伝送される。コンデンサ６２は、矩形波生成回路６１で生成した矩形波を伝送し、コンデンサ６６は、矩形波生成回路６５で生成した矩形波を伝送する。電位設定ダイオード６３は、コンデンサ６２が伝送した矩形波の基準電位を設定し、電位設定ダイオード６７は、コンデンサ６６が伝送した矩形波の基準電位を設定する。

図６に示す出力電圧生成回路６では、第１出力電圧を出力する配線５３に電位設定ダイオード６３のアノード端子を接続することで、コンデンサ６２が伝送した矩形波の基準電位を第１出力電圧に設定している。具体的に、第１出力電圧が８Ｖで、交流電圧の正電圧が８Ｖの場合、電位設定ダイオード６３は、矩形波の基準電位を８Ｖに設定し、振幅が８Ｖから１６Ｖまでの矩形波を生成する。第２整流平滑化回路６４は、振幅が８Ｖから１６Ｖまでの矩形波の電圧を平滑化して、１６Ｖの第２出力電圧を出力する。

一方、第２整流平滑化回路６４で平滑化した第２出力電圧を出力する配線６ａに電位設定ダイオード６７のアノード端子を接続することで、コンデンサ６６が伝送した矩形波の基準電位を第２整流平滑化回路６４で平滑化した第２出力電圧に設定している。具体的に、第２整流平滑化回路６４で平滑化した第２出力電圧が１６Ｖで、交流電圧の正電圧が８Ｖの場合、電位設定ダイオード６７は、矩形波の基準電位を１６Ｖに設定し、振幅が１６Ｖから２４Ｖまでの矩形波を生成する。第２整流平滑化回路６８は、振幅が１６Ｖから２４Ｖまでの矩形波の電圧を平滑化して、２４Ｖの第２出力電圧を出力する。

以上のように、図６に示す出力電圧生成回路６が、複数の矩形波生成回路６１、６５と、複数のコンデンサ６２、６６と、複数の電位設定ダイオード６３、６７と、複数の第２整流平滑化回路６４、６８とを有し、複数の矩形波生成回路６１、６５は、それぞれが並列となるように２次巻線３ｂの出力側に接続し、それぞれの矩形波生成回路６１、６５に、コンデンサ６２、６６の一端を接続し、それぞれのコンデンサ６２、６６の他端に、電位設定ダイオード６３、６７及び第２整流平滑化回路６４、６８を接続してあるので、それぞれの矩形波生成回路６１、６５で生成した矩形波を基に、複数の第２出力電圧を出力することができる。

なお、図６に示した出力電圧生成回路６では、二つの矩形波生成回路６１、６５と、二つのコンデンサ６２、６６と、二つの電位設定ダイオード６３、６７と、二つの第２整流平滑化回路６４、６８とを有することで、二つの第２出力電圧を出力する構成を示したが、三つ以上の矩形波生成回路と、三つ以上のコンデンサと、三つ以上の電位設定ダイオードと、三つ以上の第２整流平滑化回路とを有し、三つ以上の第２出力電圧を出力する構成でも良い。また、図６に示す出力電圧生成回路６は、それぞれの矩形波生成回路６１、６５に一つのコンデンサ６２、６６の一端を接続した構成を示したが、それぞれの矩形波生成回路６１、６５に複数の並列接続されたコンデンサの一端を接続した構成でも良い。

本発明の実施の形態１乃至３に係るスイッチング電源装置１０〜１２では、ダイオード及びトランジスタの接続を逆極性とすることで、出力電圧を負にすることができる。例えば、図３に示したスイッチング電源装置１０では、電位設定ダイオード６３及びダイオード６４ａの接続を逆極性とすることで、第２出力電圧を−８Ｖにすることができる。また、第１出力電圧が負の出力電圧で、例えば−８Ｖであれば、電位設定ダイオード６３、ダイオード６１ａ及びダイオード６４ａの接続を逆極性とし、トランジスタ６１ｂのコレクタ−エミッタ間の接続を逆にすることで、第２出力電圧を−８Ｖにすることができる。

１、１０、１１、１２、１３スイッチング電源装置
２入力回路
３トランス
４スイッチング素子
５第１整流平滑化回路
６出力電圧生成回路
６ａ、５３配線
２１ダイオードブリッジ
２２フィルタ
２３ヒューズ
３１、３３、５２、６２、６４ｂ、６６、６７、７７コンデンサ
３２、５１、６１ａ、６４ａ、６８ａダイオード
４１、６１ｃ、６１ｄ、７１、７４、７５、７６抵抗
４２電力伝送制御回路
４３フォトトランジスタ
５４、５５接地配線
６１、６５矩形波生成回路
６３、６７電位設定ダイオード
６４、６８第２整流平滑化回路
７２発光ダイオード
７３シャントレギュレータ

Claims

１次巻線及び２次巻線を少なくとも有するトランスと、
前記１次巻線に接続され、オン・オフを制御することで前記トランスの前記１次巻線から前記２次巻線に電力を伝送するスイッチング素子と、
前記２次巻線に接続され、前記２次巻線から出力される交流電圧を第１出力電圧に平滑化する第１整流平滑化回路と、
前記２次巻線に接続され、前記２次巻線から出力される交流電圧から第２出力電圧を生成する出力電圧生成回路と
を備えるスイッチング電源装置であって、
前記出力電圧生成回路は、
前記２次巻線に接続し、振幅が接地電位と前記２次巻線から出力される交流電圧の正電圧との電位差である矩形波を生成する矩形波生成回路と、
該矩形波生成回路に一端を接続し、前記矩形波を伝送するコンデンサと、
該コンデンサの他端に接続し、前記コンデンサが伝送した前記矩形波の基準電位を設定する電位設定ダイオードと、
前記コンデンサの他端に接続し、基準電位を設定した前記矩形波の電圧を第２出力電圧に平滑化する第２整流平滑化回路と
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。
前記出力電圧生成回路は、前記矩形波生成回路と、複数の前記コンデンサと、複数の前記電位設定ダイオードと、複数の前記第２整流平滑化回路とを有し、
複数の前記コンデンサは、それぞれが並列となるように前記矩形波生成回路に一端を接続し、それぞれの前記コンデンサの他端に、前記電位設定ダイオード及び前記第２整流平滑化回路を接続してあることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
前記出力電圧生成回路は、複数の前記矩形波生成回路と、複数の前記コンデンサと、複数の前記電位設定ダイオードと、複数の前記第２整流平滑化回路とを有し、
複数の前記矩形波生成回路は、それぞれが並列となるように前記２次巻線に接続し、
それぞれの前記矩形波生成回路に、一つ又は複数の前記コンデンサの一端を接続し、
それぞれの前記コンデンサの他端に、前記電位設定ダイオード及び前記第２整流平滑化回路を接続してあることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
前記電位設定ダイオードの一端を前記コンデンサの他端に接続し、他端を接地電位の配線に接続することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
前記電位設定ダイオードの一端を前記コンデンサの他端に接続し、他端を前記第１出力電圧を出力する配線に接続することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
前記電位設定ダイオードの一端を前記コンデンサの他端に接続し、他端を外部電源に接続することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。
前記矩形波生成回路は、
前記２次巻線に一端を、前記コンデンサの一端に他端をそれぞれ接続したダイオードと、
前記２次巻線にベース端子を接続し、前記ダイオードの一端と接地電位とをコレクタ−エミッタ間で接続したトランジスタと
を有し、
前記トランジスタは、前記２次巻線から出力される交流電圧に従って前記ダイオードの出力電圧を制御して、振幅が接地電位と前記２次巻線から出力される交流電圧の正電圧との電位差である前記矩形波を生成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。