JPS5914982B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数の直流出力が得られる多チャンネルのフラ
イバック式のスイッチング電源装置に関する。

１５本発明の理解を容易にするために従来のこの種のス
イッチング電源装置を第１図及び第２図の回路図に示し
てある。

第１図では２つの直流出力が得られ、１つの直流出力を
誤差増幅器１で基準電圧ＶＲＥ、と比較して２０その誤
差出力により制御回路２を介してスイッチングトランジ
スタＱ１が「オン」「オフ」するタイミングを制御して
１つの直流出力の電圧を安定化するようにしてある。

スイッチングトランジスタＱ１が「オフ」の時にフライ
バック出力電圧と２５してトランスの２次巻線の複数個
の端子に同じ時刻に発生する電圧は巻数に比例するから
、第１図の場合には１つの直流出力の電圧を安定化して
他の１つの直流出力の電圧も安定化するようにしてある
。しかしながらトランスの巻線、整流ダイオ３０−ド等
の損失や直流出力の負荷の変動が存在し、実際には他の
１つの直流出力の電圧を安定させることは難かしい。又
２次巻線の巻数は少くしてあり１回の巻数で電圧が大き
く変化する場合が多いから、目的の電圧が得られ難い。
さらに２つの直３５流出力の電圧の立上り又は立下りは
ほとんど同時になるから、いわゆるシーケンス動作がで
きない欠点もある。、ハ、 第２図は第１図における他の１つの直流出力の電圧をシ
リーズレギユレータを用いて安定化させている。

すなわち２次巻線に発生した電圧をダイオードで整流し
コンデンサに電荷を蓄えることにより直流電圧を得た後
に、直列トランジスタＱ２を介して誤差増幅器３で基準
電圧ＶＲＥ２と比較して得た誤差出力により直列トラン
ジスタＱ２を制御している。この場合２つの直流出力の
電圧の安定度と精度は良くなり、シリーズレギユレータ
により得られる直流出力が前記１つの直流出力より大幅
に少い場合には適する。しかし両方の直流出力の差が少
ない場合には、直列トランジスタＱ２による損失を無視
できない欠点がある。又シーケンス動作における立上り
はシリーズレギユレータにより得られる直流出力が早く
立下りは遅くなり逆にすることはできない。このように
従来のフライバツク式の電源装置として示した第１図、
第２図では直流出力が２つであつたが実際には３つ以上
の直流出力が得られる多チヤンネルのものが要求され、
しかも特定の１つの出力だけを大きくして他の出力を全
て小さくすることは少い。

従つてフライバツク式の電源装置は一般に回路構成は簡
単であるが直流電圧の安定度と精度が要求される多チヤ
ンネルでは種々の欠点を有していた。本発明は従来のフ
ライバツク式の電源装置のこのような欠点を除き、長所
を積極的に利用できるようにした電源装置にある。

本発明は直流電源、トランスの１次巻線、スイツチング
トランジスタから直列回路が構成されており、スイツチ
ングトランジスタを「オン」することにより１次巻線に
電流を流してトランスにエネルギを蓄え、「オフ」する
ことによりトランスの２次巻線からエネルギを取出して
整流、平滑した後に複数の直流出力を得ると共に第１の
直流出力を基準電圧と比較してその誤差出力により該ス
イツチングトランジスタを「オン」、「オフ」するタイ
ミングを制御して該第１の直流出力の電圧を安定化する
スイツチング電源装置において、第１の直流出力以外の
出力が得られる回路の少くとも１つの回路は夫々の直流
電圧を基準電圧と比較して得られた誤差出力により夫々
のスイツチングトランジスタを制御するようにしてあり
、又第１の直流出力が得られる２次巻線の巻数を該第１
の直流出力の電圧で除した値が第１の直流出力以外の直
流出力が得られる２次巻線の巻数を該第１の直流出力以
外の直流出力の電圧で除した値より小さいことを特徴と
する。

以下本発明の実施例を示す回路図である第３図により説
明する。

なお第１図、第２図と同一部分は同じ符号を付与してあ
る。第３図において、１，３は↓差増幅器、２，４は制
御回路、５，６は平滑回路、７は電圧がＶ，の直流電源
、８，９は出力端子、Ｔはトランス、Ｌｌ，Ｌ２は夫々
トランスＴの１次巻線と２次巻線、１０，１１は２次巻
線Ｌ２の端子、Ｑｌ，Ｑ３はスイツチングトランジスタ
、Ｄｌ，Ｄ２は整流ダイオード、ＶＲＥｌ，ＶＲＥ２は
基準電圧である。

直流電源７、ｌ次巻線Ｌｌ．トランジタＱ１により直列
回路が構成され、直流電源７の陰極側とトランジスタＱ
１のエミツタは接地されている。２次巻線Ｌ２の端子１
０は整流ダイオードＤ２、平滑回路６を介して出力端子
９に接続される。

出力端子９は誤差増幅器１、制御回路２を経てトランジ
スタＱ１のベースに接続される。端子１１は整流ダイオ
ードＤ１を介してトランジスタＱ３のコレクタに接続さ
れ、エミツタは平滑回路５を介して出力端子８に接続さ
れる。出力端子８は誤差増幅器３、制御回路４を経てト
ランジスタＱ３のベースに接続される。平滑回路５，６
はチヨークコイルとその両端に並列接続され片方を接地
されたコンデンサからなる。トランスＴの２次巻線Ｌ２
の一端は接地されている。２次巻線Ｌ２の巻数は、端子
１０では接地側からＮ２ｌ、端子１１では同じくＮ２２
である。

１次巻線Ｌ１の巻数はＮ１である。

そして出力端子９に得られる第１の直流出力の電圧をＶ
２ｌ、出力端子８に得られる直流出力の電圧をＶ２２と
した場合にＮ２２／Ｖ２２〉Ｎ２ｌ／Ｖ２ｌの関係にあ
る。このように構成された本発明のスイツチング電源装
置の継続する動作の１サイクルを第４図の電流、電圧波
形図を参照しながら次に説明する。

第４図は横軸を共通の時間軸とし、縦軸に１次電流１１
、トランジスタＱ１のコレクタ電圧Ｖ１、２次電流１２
２、２次電流１２１の夫々の変化が示してある。まず時
間ＴＯでトランジスタＱ１が「オン」すると１次巻線Ｌ
１を流れる１次電流１，は直線的に増加しトランスＴに
エネルギが蓄えられる。２次巻線Ｌ２の端子１０及端子
１１には電圧Ｖ２ｌ，Ｖ２２が発生するが整流ダイオー
ドＤｌ，Ｄ２は逆方向であるので電流は生じない。

時間ｔ１でトランジスタＱ１が「オフ」になると同時に
トランジスタＱ３が「オン］する。電圧Ｖ２２により電
流が生じ、整流ダイオードＤ１で整流された２次電流１
２２が平滑されて出力端子８に直流出力の電圧Ｖ２２を
得る。電圧２２は整流ダイオードＤｌ．トランジスタＱ
３、平滑回路５による電圧降下分だけ高くなつているが
ほぼ電圧Ｖ２２に等して。トランジスタＱ１のコレクタ
電圧Ｖ１は「オン」の期間はほぼゼロに等しいが、時間
ｔ１で電圧Ｖ２２が直流出力の電圧２２とほぼ等しくな
るので、１Ｎ１次巻線Ｌ１には−Ｖ２２の電圧が誘起さ
れて電圧Ｎ２２Ｎｌ Ｖｌと加算されるから＋一２２となる。

２次電Ｎ 流１２２は時間と共に減少する電流として流れるが、こ
のために出力端子８の電圧は少しずつ上昇し、時間Ｔ２
で電圧Ｖ２２を越えるある電圧に達すると誤差増幅器３
で基準電圧ＶＲＥ２と比較されて誤差出力が得られて制
御回路４によりトランジスタＱ３は「オフ」される。

そして２次電流１２２はゼロになる。なお、時間ｔ１と
時間Ｔ２の間では前記したＮ２２／２２〉Ｎ２ｌ／２１
の関係により電圧Ｖ２ｌは出力端子９に得られる第１の
直流出力の電圧２１よりも小さくなるので出力端子９へ
の電流は生じない。時間Ｔ２でトランジスタＱ３が「オ
フ」すると、トランスＴに残つたフライバツクエネルギ
により端子１０の電圧Ｖ２ｌは第１の直流出力の電圧Ｖ
２ｌとほぼ等しくなるが整流ダイオードＤ２と平滑回路
６の電圧降下分だけ第１の直流出力の電圧２１より高く
まで上昇し、整流ダイオードＤ２で整流された２次電流
１２１は時間と共に減少する電流となつて流れる。時間
Ｔ２でトランジスタＱ１のコレクタ電圧Ｖ１は時間ｔ１
と時間Ｔ２Ｎ，の期間よりも高い１＋−〜１２，となる
。

時間Ｔ３Ｎ２ｌで２次電流１２１はゼロとなり１サイク
ルは終る。

そして再びトランジスタＱ１が「オン」し、時間ＴＯの
状態にもどり同じ動作を繰返す。この過程でトランジス
タＱ１トランジスタＱ３の「オン」、「オフ」のタイミ
ングが制御されて安定な直流出力の電圧が得られる。本
発明はこのような構成によれは出力端子９に得られる第
１の直流出力の電圧２１も出力端子８に得られる直流出
力の電圧Ｖ２２も安定度と精度が良くなる。

しかもトランジスタＱ３はスイツチング動作をさせるだ
けなので損失は少く、両方の出力の電力関係に制限を設
ける必要もなくなる。３つの直流出力を得ようとする場
合には、そのために設けられる端子における２次巻線の
巻数をＮ２３、得られる直流出力の電圧をＶ２３として
Ｎ２３７Ｖ２３〉Ｎ２ｌ／Ｖ２ｌの条件を満足させて同
様の回路構成にすればよい。

２次電流については３つ目の直流出力を得るための回路
に流れる２次電流をＩ２２とすれば、Ｎ２２／Ｖ２２と
Ｎ２３／Ｖ２３の値の大きい方から流れ、次に小さい方
へ移り、最後に第１の直流出力を得るための２次電流１
２１が流れることになる。

Ｙ．Ｎ２２／Ｖ２２−Ｎ２３／Ｖ２３であれば２次電流
１２２と２次電流１２３は同時に流れ、２次電流１２１
が最後になる。従つてシーケンス動作は、第１の直流出
力の電圧Ｖ２ｌだけが必ず立上りは遅く、立下りは早く
なるが他の直流出力の電圧については２次巻線の巻数を
得られる直流出力の電圧で除した値の相対値により自由
に選択できる。このことは得られる直流出力を４つ以上
にしても同様である。第５図は本発明の他の実施例を示
す回路図である。

第３図と同じ部分は同じ符号を付与してある。第５図に
おいては、第３図と異りトランスＴの２次巻線Ｌ２の端
子１２に直流出力を得るための回路が共通に接続されて
いる。又第１の直流出力以外の直流出力は２つ得るよう
にしてあり、整流ダイオードＤ３、スイツチングトラン
ジスタＱ４平滑回路１６誤差増幅器１３、制御回路１４
が接続されており、直流出力の電圧Ｖ２４を出力端子１
５に得る。直流出力の電圧２４を得るための回路構成の
直流出力の電圧２２を得るための回路構成と全く同じで
ある。そして端子１２における２次巻線Ｌ２の巻線をＮ
２Ｏとした場合、Ｎ２Ｏ／Ｖ２，の値はＮ２Ｏ／Ｖ２２
，Ｎ２Ｏ／２４のいずれの値よりも小さくなるようにし
てある。従つて第５図では第１の直流出力の電圧Ｖ２ｌ
を他の直流出力の電圧よりも高くしておけば３つの安定
な直流出力の電圧が得られる。シーケンス動作としては
電圧の低い直流出力の電圧から順次得られる。端子１２
への接続点を点線のように延長してさらに多くの直流出
力が同じようにして得られることは言うまでもない。第
５図の実施例では２次巻線Ｌ２の端子１２を共通にして
複数個の異つた直流出力を得ることができる。

一般に多チヤンネルのスイツチング電源装置ではトラン
スの巻線は複雑になるが、このことにより巻線は単純に
なり全体の価格を安価にできる。さらに端子１２を共通
にした場合には２次巻線Ｌ２に流れる電流１２０を平均
化できる利点もある。第６図は得られる直流出力を４つ
にした場合の電流１２０の変化を示している。時間Ｔｌ
ｔ直流出力電圧の最も低い回路に流れ時間Ｔ２″，Ｔ３
″と順次高い直流出力電圧の回路に電流が流れ、Ｔ４′
で第１の直流出力が得られる回路に流れ時間Ｔ５′でゼ
ロになる。

一般にフライバツク式のスイツチング電源装置では、１
次巻線に直列接続するスイツチングトランジスタ（第５
図ではトランジスタＱ１に相当する）が「オフ」した時
間（第６図では時間ｔ１′に相当する）に最も多くの２
次電流が２次巻線に流れて時間と共に減少し、しかも２
次電流は時間と共に２次巻線を部分的に流れる。第５図
の実施例では、端子１２に直流出力を得る回路が共通に
接続されているから２次電流１２８は比較的ゆるやかに
減少しながら流れて平均化され２次巻線Ｌ２における損
失を少くすることができる。かくのごとき本発明は第１
の直流出力が得られる２次巻線の端子における巻数を該
第１の直流出力の電圧で除した値が、第１の直流出力以
外の直流出力が得られる２次巻線の端子における巻数を
該第１の直流出力以外の直流出力の電圧で除した値より
小さいことを特徴とする。

さらに第１の直流出力以外の直流出力を得るための回路
にもスイツチングトランジスタ、誤差増幅器を設けるこ
とにより電圧の安定化を行つている。従つて安定した精
度の良い直流出力が得られることは無論、損失も少なく
なり、複数の直流出力の相互間の大きさに制限を設ける
必要がなくなる。又シーケンス動作も幅広い選択が可能
である。さらに本発明の思想を拡張し、同じ２次巻線の
共通の端子に直流出力を得るための回路を接続するよう
にすればトランスの巻線が単純化される。

又整流ダイオードについては、２次電流が平均化され複
数の整流ダイオードを流れる最大電流の差も少くなるの
で、アノードを共通としてカソードを分離した集積回路
化も可能になる。本発明のこれらの多くの利点はスイツ
チング電源装置の小型化、高性能化、高信頼性、低価格
化に結びつくことは明らかである。

本発明は実施例に限定されることなく広い応用範囲を有
する。例えば実施例における２次巻線は１つであり、同
じ２次巻線の別の端子又は共通の端子に直流出力を得る
ための回路を接続するようにしたが、複数の直流出力ご
とに別々の２次巻線に接続するようにしてもよい。又所
望の複数の直流出力だけを同じ２次巻線から取出すよう
にしてもよい。これらはシーケンス動作を主に考慮して
選択されることであり本発明の範囲を離脱するものでは
ない。さらに又実施例では、第１の直流出力以外の直流
出力を得るための回路はすべて基準電圧と比較して得ら
れた誤差出力により夫々のスイツチングトランジスタを
制御するようにしてあるが、得られる直流出力の電圧の
精度に対する要求が低ければ１部を第１図、第２図に示
した回路構成にしてもよ゛いことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来のフライバツク式のスイツチング
電源装置の回路図であり、第３図は本発明のスイツチン
グ電源装置の実施例を示す回路図であり、第４図は第３
図の動作を説明するための電流電圧波形図であり、第５
図は本発明の他の実施例を示す回路図であり、第６図は
第５図の動作を説明をするための電流波形図である。 １，３，１３：誤差増幅器、２，４，１４：制御回路、
５，６，１６：平滑回路、８，９，１５：出力端子、７
：直流電源、Ｑｌ，Ｑ３，Ｑ４：スイツチングトランジ
スタ、Ｔ：トランス、Ｌ１：トランスＴの１次巻線、Ｌ
２：トランスＴの２次巻線、１０，１１，１２：トラン
スＴの端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流電源、トランスの１次巻線、スイッチングトラ
   ンジスタから直列回路が構成されており、スイッチング
   トランジスタを「オン」することにより１次巻線に電流
   を流してトランスにエネルギを蓄え、「オフ」すること
   によりトランスの２次巻線からエネルギを取出して整流
   、平滑した後に複数の直流出力を得ると共に第１の直流
   出力を基準電圧と比較してその誤差出力により該スイッ
   チングトランジスタを「オン」、「オフ」するタイミン
   グを制御して該第１の直流出力の電圧を安定化するスイ
   ッチング電源装置において、第１の直流出力以外の出力
   が得られる回路の少くとも１つの回路は夫々の直流出力
   電圧を基準電圧と比較して得られた誤差出力により夫々
   のスイッチングトランジスタを制御するようにしてあり
   、又第１の直流出力が得られる２次巻線の巻数の該第１
   の直流出力の電圧で除した値が第１の直流出力以外の直
   流出力が得られる２次巻線の巻数を該第１の直流出力以
   外の直流出力の電圧で除した値より小さいことを特徴と
   するスイッチング電源装置。 ２ 第１の直流出力が得られる２次巻線の巻数と該第１
   の直流出力以外の直流出力が得られる２次巻線の巻数を
   等しくしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のスイッチング電源装置。 ３ 同じ２次巻線の共通の端子に第１の直流出力と第１
   の直流出力以外の出力が得られる回路が接続されている
   特許請求の範囲第１項記載のスイツチング電源装置。 ４ 同じ２次巻線の共通の端子に第１の直流出力と第１
   の直流出力以外の出力が得られる回路が接続され、第１
   の直流出力以外の出力の電圧間に差を設けてある特許請
   求の範囲第１項記載のスイツチング電源装置。