JP2003033025A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁素子を介在させることなくフィードバッ
ク制御回路を構成し、フィードバック制御回路の補助電
源回路を不要とする。 【解決手段】 転流ダイオード６が導通するスイッチン
グ素子２のオフ時に、主巻線22に生じる誘導起電圧が出
力電圧Ｖｏと等しくなる。よって、電圧検出巻線23に
は、主巻線22との巻数比に比例した電圧が、主巻線22と
電気的に絶縁した状態で発生する。このときの電圧検出
巻線23に発生する電圧を利用すれば、出力電圧検出回路
27からパルス幅制御回路12に出力電圧Ｖｏの変動に依存
した検出電圧を供給でき、絶縁素子を介在させずに出力
電圧Ｖｏの安定化などを図ることができる。出力電圧検
出回路27をパルス幅制御回路12を動作させる補助電源と
して構成することによって、補助電源回路が不要にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、出力電圧の安定化
を図るための低出力電圧保護回路や高出力電圧保護回路
を含んだフィードバック制御回路を備えたスイッチング
電源装置に関する。 【０００２】 【発明が解決しようとする課題】図２は、従来のフォワ
ード式スイッチング電源装置の一般的な回路図である。
同図において、１は一次巻線１Ａと二次巻線１Ｂとを絶
縁するトランス、２は例えばＭＯＳ型ＦＥＴからなるス
イッチング素子であり、このトランス１の一次巻線１Ａ
とスイッチング素子２との直列回路が、直流電源３の両
端間に接続される。４はトランス１の二次巻線１Ｂに接
続される整流平滑回路で、この整流平滑回路４は周知の
ように、整流素子として設けられた整流ダイオード５
と、転流素子として設けられた転流ダイオード６と、平
滑用のチョークコイル７とコンデンサ８とにより構成さ
れ、コンデンサ８の両端間には負荷９に出力電圧Ｖｏを
供給するための一対の出力端子10，11が接続される。 【０００３】前記出力電圧Ｖｏを安定化させるための帰
還回路として、出力電圧Ｖｏの変動に応じてスイッチン
グ素子２のパルス導通幅を可変制御するフィードバック
制御回路に相当するパルス幅制御回路12が設けられる。
このパルス幅制御回路12は、出力電圧Ｖｏを分圧して得
た検出電圧と内蔵する基準電圧とを比較して、その比各
結果を出力する二次側制御回路13と、この二次側制御回
路13で得られた比較結果に基づき、スイッチング素子２
に供給する駆動信号のパルス導通幅を可変する一次側制
御回路14と、二次側制御回路13から一次側制御回路14へ
の信号伝送を電気的に絶縁する例えばフォトカプラなど
の絶縁素子15とにより構成される。 【０００４】31はトランス１の補助巻線32に接続される
補助電源回路で、この補助電源回路31は、補助巻線32か
らの電圧を平滑するダイオード33とコンデンサ34と、平
滑された補助巻線32からの電圧を入力としパルス幅制御
回路12の一次側制御回路14へ定電圧の動作電圧Ｖｃｃを
出力する三端子レギュレータ35と、動作電圧Ｖｃｃのリ
ップルを吸収するコンデンサ36から構成される。また、
41はパルス幅制御回路12の起動時に、その動作電圧Ｖｃ
ｃを直流電源３から得るための起動抵抗である。 【０００５】上記構成において、スイッチング素子２の
スイッチング動作により、トランス１の一次巻線１Ａに
直流電源３からの直流電圧Ｖｉを断続的に印加すると、
トランス１の二次巻線２より取出した交流電圧が整流平
滑回路４により整流平滑され、平滑コンデンサ８の両端
間から負荷９の両端に直流出力電圧Ｖｏが供給される。
具体的には、パルス幅制御回路12を構成する一次側制御
回路14からのパルスオン信号によりスイッチング素子２
がオンすると、トランス１の二次巻線１Ｂのドット側端
子に正極性の電圧が発生し、整流ダイオード５が導通す
る一方で、転流ダイオード６が非導通となる。これによ
り、トランス１の二次巻線１Ｂより整流ダイオード５を
通して、チョークコイル７や負荷９にエネルギーが供給
される。その後、一次側制御回路14からのパルスオフ信
号によりスイッチング素子２がオフすると、今度は整流
ダイオード５がオフする一方で、転流ダイオード６がオ
ンする。これにより、それまでチョークコイル７に蓄え
られていたエネルギーが、転流ダイオード６を通して負
荷９に供給される。なお、平滑コンデンサ８は出力電圧
Ｖｏのリップルを吸収するものである。 【０００６】また、パルス幅制御回路12を構成する二次
側制御回路13は、出力電圧Ｖｏを分圧して得た検出電圧
と基準電圧とを比較し、その比較結果に応じた電圧を絶
縁素子15を介して一次側制御回路14に伝送する。一次側
制御回路14は、二次側制御回路13からの比較結果に基づ
き、出力電圧Ｖｏが上昇している場合には、スイッチン
グ素子２への駆動信号の導通幅を狭め、逆に出力電圧Ｖ
ｏが低下している場合には、スイッチング素子２への駆
動信号の導通幅を広げて、出力電圧Ｖｏの安定化を図る
ようにしている。その他、ここには図示していないが、
フィードバック制御回路は電源装置を保護するための低
出力電圧保護回路や高出力電圧保護回路などを備えてい
る。 【０００７】また、補助電源回路31を構成する補助巻線
32には、トランス１の一次巻線１Ａへの直流電圧Ｖｉの
断続的な印加により交流電圧が生じ、この交流電圧がダ
イオード33，コンデンサ34により整流平滑され、三端子
レギュレータ35へ入力される。具体的には、スイッチン
グ素子２がオンしたときに補助巻線32のドット側端子に
正極性の電圧が発生し、ダイオード33が導通し、コンデ
ンサ34に電荷が蓄えられるとともに、三端子レギュレー
タ35に電圧が供給される。その後、スイッチング素子が
オフすると、ダイオード33は非導通となり、コンデンサ
34に蓄えられていた電荷が放出されて三端子レギュレー
タ35に電圧が供給される。そして、三端子レギュレータ
35からの出力電圧は、コンデンサ36によりリップルが吸
収されて安定化された後、パルス幅制御回路12の一次側
制御回路14へ動作電圧Ｖｃｃとして入力される。なお、
パルス幅制御回路12は、起動時においてはスイッチング
素子２が起動していないので、補助巻線32から動作電圧
Ｖｃｃを得ることができない。したがって、起動時のみ
直流電源３から起動抵抗41，三端子レギュレータ35を介
して動作電圧Ｖｃｃを得るようになっている。 【０００８】上記構成のパルス幅制御回路12は、トラン
ス１の二次側で分圧抵抗により出力電圧を検出し、その
検出電圧に基づきトランス１の一次側でスイッチング素
子２へのパルス駆動信号を制御している関係で、一次側
制御回路14と二次側制御回路13の２つに分割して、その
間に絶縁素子15を介在させなければならなかった。すな
わち、絶縁素子15がなければ、トランス１の二次側で発
生した短絡などの事故が、帰還回路であるパルス幅制御
回路12を通してトランス１の一次側に波及する虞れがあ
る。しかし、こうした絶縁素子を用いること自体、電源
装置としての信頼性を低下するだけでなく、部品点数ひ
いてはコストの増加を招いていた。 【０００９】また、上記構成のパルス幅制御回路12は、
一次側制御回路14へ動作電圧Ｖｃｃを与えるために、パ
ルス幅制御回路12とは別に補助電源回路31を設けなけれ
ばならなかった。このため、部品点数が多くなり、コス
トの増加を招いていた。そして、部品点数が多いことか
ら、電源装置としての信頼性を低下させることになって
いた。 【００１０】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、絶縁
素子を介在させることなくフィードバック制御回路を構
成することができるとともに、フィードバック制御回路
に動作電圧を供給する別の補助電源回路を必要としない
スイッチング電源装置を提供することをその目的とす
る。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明におけるスイッチ
ング電源装置は、スイッチング素子がオンすると、整流
素子が導通してトランスの二次巻線から平滑用のチョー
クコイルにエネルギーを供給し、前記スイッチング素子
がオフすると、転流素子が導通して前記チョークコイル
のエネルギーを負荷側に送り出すと共に、前記負荷の両
端間に供給する出力電圧が安定化するように、前記スイ
ッチング素子に供給するパルス駆動信号を制御するフィ
ードバック制御回路を備えたスイッチング電源装置にお
いて、前記チョークコイルに主巻線と絶縁して電圧検出
巻線を巻回し、前記転流素子の導通時に前記電圧検出巻
線に発生する電圧を利用して、前記フィードバック制御
回路に検出電圧を供給する出力電圧検出回路を備えると
ともに、前記出力電圧検出回路を前記フィードバック制
御回路を動作させる補助電源として構成した。 【００１２】この場合、スイッチング素子がオンする
と、整流素子が導通してトランスの二次巻線からチョー
クコイルの主巻線にエネルギーを供給する一方で、スイ
ッチング素子がオフすると、転流素子が導通してそれま
でチョークコイルに蓄えられたエネルギーが負荷に送り
出される。そして、特に転流素子が導通するスイッチン
グ素子のオフ時には、チョークコイルの主巻線に生じる
誘導起電圧が出力電圧と等しくなるので、同じチョーク
コイルの電圧検出巻線には、主巻線との巻数比に比例し
た電圧が、主巻線と電気的に絶縁した状態で発生する。
したがって、このときの電圧検出巻線に発生する電圧を
利用すれば、出力電圧検出回路からフィードバック制御
回路に出力電圧の変動に依存した検出電圧を供給するこ
とができ、フォトカプラのような絶縁素子をわざわざ介
在させることなく、フィードバック制御回路を構成する
ことができる。 【００１３】また、出力電圧検出回路からの検出電圧
は、フィードバック制御回路により安定化された出力電
圧によってほぼ一定の値を示すが、この検出電圧をフィ
ードバック制御回路を動作させる動作電圧として利用す
ることによって、フィードバック制御回路を動作させる
補助電源回路を別に設ける必要がなくなり、その結果、
電源装置の小型化、高信頼性化、低コスト化を実現する
ことができる。 【００１４】 【発明の実施形態】以下、本発明における好ましい実施
例について、添付図面を参照して詳細に説明する。な
お、従来例で示す図２と同一部分には同一符号を付し、
その共通する箇所の詳細な説明は重複するため省略す
る。 【００１５】図１は、発明の一実施例を示すフォワード
式スイッチング電源装置の回路図であり、同図におい
て、本実施例におけるチョークコイル21は、プラス側も
しくはマイナス側の直流電圧ラインに挿入接続される主
巻線22の他に、主巻線22と絶縁して別に巻装された電圧
検出巻線23とにより構成される。このチョークコイル21
の電圧検出巻線23を含めて、転流ダイオード６が導通し
てチョークコイル21の主巻線22に誘導起電力が生じたと
きに導通するダイオード25と、このダイオード25を通じ
て供給される電圧を充電するコンデンサ26とにより、コ
ンデンサ26の両端間に生じる充電電圧を、出力電圧Ｖｏ
の検出電圧としてパルス幅制御回路12や図示しない低出
力電圧保護回路および高出力保護回路にに供給する出力
電圧検出回路27が構成される。 【００１６】具体的には、主巻線22に誘導起電力が生じ
たときにダイオード25が導通する方向に、ダイオード25
とコンデンサ26との直列回路を電圧検出巻線23の両端間
に接続し、コンデンサ26と電圧検出巻線23の一端すなわ
ちドット側端子との接続点を、直流電源3のマイナス側
端子と同電位に接地すると共に、コンデンサ26の充電電
圧が発生するダイオード25とコンデンサ26との接続点
を、パルス幅制御回路12の入力側に接続して構成され
る。本実施例におけるパルス幅制御回路12は、主巻線22
と電圧検出巻線23が電気的に絶縁されている関係で、従
来例のように一次側制御回路14と二次側制御回路13とを
区画せずに構成している。したがって、パルス幅制御回
路12の内部には信号伝送用の絶縁素子は用いられていな
い。 【００１７】また、コンデンサ26の充電電圧は、パルス
幅制御回路12を動作させる動作電圧として構成され、起
動時にパルス幅制御回路12の動作電圧を直流電源３から
得るための起動抵抗41は、パルス幅制御回路12の入力側
に接続して構成される。 【００１８】次に、上記構成についてその作用を説明す
ると、パルス幅制御回路12からのパルスオン信号により
スイッチング素子２がオンすると、トランス１の一次巻
線１Ａに直流入力電圧Ｖｉが印加され、その二次巻線１
Ｂのドット側端子に正極性の電圧が発生し、整流ダイオ
ード５が導通する一方で、転流ダイオード６が非導通と
なる。これにより、トランス１の二次巻線１Ｂより整流
ダイオード５を通して、チョークコイル21や負荷９にエ
ネルギーが供給される。その後、一次側制御回路14から
のパルスオフ信号によりスイッチング素子２がオフする
と、トランス１の一次巻線１Ｂの非ドット側端子に正極
性の電圧が発生し、整流ダイオード５がオフする一方
で、転流ダイオード６がオンする。これにより、それま
でチョークコイル21に蓄えられていたエネルギーが、転
流ダイオード６を通して負荷９に供給される。その際、
平滑コンデンサ８は出力電圧Ｖｏのリップルを吸収す
る。以上の動作は従来例と同じである。 【００１９】スイッチング素子２がオンし、整流ダイオ
ード５が導通してチョークコイル21の主巻線21や負荷９
にエネルギーが供給される間は、主巻線22ひいては電圧
検出巻線23のドット側端子に正極性の電圧が発生するた
め、出力電圧検出回路27を構成するダイオード25は非導
通状態となる。すなわち、ここでの電圧検出巻線23の両
端間に発生する電圧は、出力電圧Ｖｏに比例したもので
はないので、出力電圧検出回路27は電圧検出巻線23とコ
ンデンサ26との間に介在するダイオード25を非導通状態
にして、コンデンサ26への充電を遮断する。 【００２０】一方、スイッチング素子２がオフし、転流
ダイオード６がオンしてチョークコイル21の主巻線22に
誘導起電力が発生すると、電圧検出巻線23の非ドット側
端子に正極性の電圧が発生し、出力電圧検出回路27を構
成するダイオード26が導通する。このとき、主巻線21の
両端間には出力電圧Ｖｏがそのまま印加されるので、出
力電圧検出回路27はダイオード26を通じてコンデンサ26
を充電する。その結果、コンデンサ26には次の数１に示
す充電電圧Ｖｃが発生する。 【００２１】 【数１】 【００２２】上記数１において、Ｎ１は主巻線22の巻
数、Ｎ２は電圧検出巻線23の巻数、Ｖｏは出力電圧、Ｖ
ｆはダイオード25の順方向電圧降下である。 【００２３】こうして得られたコンデンサ26の充電電圧
Ｖｃは、出力電圧Ｖｏに依存したものとなり、この充電
電圧Ｖｃを出力電圧Ｖｏの検出電圧として出力電圧検出
回路27からパルス幅制御回路12に供給する。パルス幅制
御回路12は、出力電圧Ｖｏひいてはコンデンサ26の充電
電圧Ｖｃが上昇すると、スイッチング素子２への駆動信
号の導通幅を狭め、逆に出力電圧Ｖｏひいてはコンデン
サ26の充電電圧Ｖｃが低下すると、スイッチング素子２
への駆動信号の導通幅を広げる。その際、主巻線22と電
圧検出巻線23が電気的に絶縁されているので、パルス幅
制御回路12にフォトカプラのような絶縁素子を介在させ
ずに、出力電圧Ｖｏの安定化を図ることができる。 【００２４】コンデンサ26の充電電圧Ｖｃは、パルス幅
制御回路12により安定化された出力電圧Ｖｏによってほ
ぼ一定の値を示すが、この充電電圧Ｖｃは、主巻線22の
巻数Ｎ１，電圧検出巻線23の巻数Ｎ２等を設定すること
によって、パルス幅制御回路12の動作電圧Ｖｃｃと略同
一の値になっている。そして、この充電電圧Ｖｃは、出
力電圧Ｖｏの検出電圧としてパルス幅制御回路12の入力
側に供給されると同時に、パルス幅制御回路12の動作電
圧Ｖｃｃとしてパルス幅制御回路12の入力側に供給され
る。なお、パルス幅制御回路12は、起動時においてはス
イッチング素子２が起動しておらず出力電圧Ｖｏは０な
ので、コンデンサ26の充電電圧Ｖｃから動作電圧Ｖｃｃ
を得ることができない。したがって、起動時のみ直流電
源３から起動抵抗41を介して動作電圧Ｖｃｃがパルス幅
制御回路12の入力側に供給される。 【００２５】以上のように本実施例によれば、スイッチ
ング素子２がオンすると、整流素子である整流ダイオー
ド５が導通してトランス１の二次巻線１Ｂから平滑用の
チョークコイル21にエネルギーを供給し、スイッチング
素子２がオフすると、転流素子である転流ダイオード６
が導通してチョークコイル21のエネルギーを負荷９側に
送り出すと共に、負荷９の両端間に供給する出力電圧Ｖ
ｏが安定化するように、スイッチング素子２に供給する
パルス駆動信号を制御するフィードバック制御回路とし
てのパルス幅制御回路12を備えたスイッチング電源装置
において、チョークコイル21に主巻線22と絶縁して電圧
検出巻線23を巻回し、転流ダイオード６の導通時に電圧
検出巻線23に発生する電圧を利用して、フィードバック
制御回路(低出力電圧保護回路，高出力電圧保護回路，
パルス幅制御回路12）に検出電圧（充電電圧Ｖｃ）を供
給する出力電圧検出回路27を備えるとともに、出力電圧
検出回路27をフィードバック制御回路など動作させる補
助電源として構成した。 【００２６】この場合、スイッチング素子２がオンする
と、整流ダイオード５が導通してトランス１の二次巻線
１Ｂからチョークコイル21の主巻線22にエネルギーを供
給する一方で、スイッチング素子２がオフすると、転流
ダイオード６が導通してそれまでチョークコイル21に蓄
えられたエネルギーが負荷９に送り出される。そして、
特に転流ダイオード６が導通するスイッチング素子２の
オフ時には、チョークコイル21の主巻線22に生じる誘導
起電圧が出力電圧Ｖｏと等しくなるので、同じチョーク
コイル21の電圧検出巻線23には、主巻線22との巻数比に
比例した電圧が、主巻線22と電気的に絶縁した状態で発
生する。したがって、このときの電圧検出巻線23に発生
する電圧を利用すれば、出力電圧検出回路27からパルス
幅制御回路12などに出力電圧Ｖｏの変動に依存した検出
電圧を供給することができ、フォトカプラのような絶縁
素子をわざわざ介在させることなく、低出力電圧保護回
路，高出力電圧保護回路およびパルス幅制御回路12を構
成することができる。そのため、従来懸念されていた絶
縁素子を用いることによる信頼性の低下や、部品点数ひ
いてはコストの増加を一掃することができる。 【００２７】また、出力電圧検出回路27からの検出電圧
（充電電圧Ｖｃ）は、パルス幅制御回路12により安定化
された出力電圧Ｖｏによってほぼ一定の値を示すが、こ
の検出電圧（充電電圧Ｖｃ）をパルス幅制御回路12を動
作させる動作電圧として利用することによって、補助電
源回路を別に設ける必要がなくなり、その結果、電源装
置の小型化、高信頼性化、低コスト化を実現することが
できる。 【００２８】また実施例上の効果として、本実施例の出
力電圧検出回路27は、前記電圧検出巻線23の他に、転流
ダイオード６が導通してチョークコイル21の主巻線22に
誘導起電力が生じたときに導通するダイオード25と、こ
のダイオード25を通じて供給される電圧を充電するコン
デンサ26とからなり、コンデンサ26の両端間に生じる充
電電圧Ｖｃを出力電圧Ｖｏの検出電圧としてパルス幅制
御回路12に供給するように構成している。 【００２９】このようにすると、整流ダイオード５が導
通する間は、ダイオード25が非導通状態となってコンデ
ンサ26への充電が遮断される一方、転流ダイオード６が
導通する間は、ダイオード25が導通してコンデンサ26へ
の充電が行なわれる。これにより、主巻線22の両端間電
圧が出力電圧Ｖｏと等しい期間にのみ、コンデンサ26へ
の充電が行われることになり、出力電圧検出回路27は出
力電圧Ｖｏを正確に検出できる。しかも出力電圧検出回
路27は、電圧検出巻線23とダイオード25とコンデンサ26
だけで構成されるので、簡単な回路構成で上記作用効果
を実現できる。 【００３０】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、実
施例では整流素子や転流素子としてダイオードを用いた
が、スイッチング素子２に同期してオン・オフする電界
効果トランジスタ（ＭＯＳ型ＦＥＴ）を利用してもよ
い。こうすると、転流ＭＯＳ型ＦＥＴのオン時における
電圧効果が小さくなり、転流ＭＯＳ型ＦＥＴの特性に左
右されることなく、出力電圧検出回路27がより正確に出
力電圧Ｖｏを検出することが可能になる。また本実施例
では、フィードバック制御回路としてＰＷＭ制御を実現
したパルス幅制御回路を利用したが、スイッチング素子
に供給するパルス駆動信号の周波数を制御するＰＦＭ制
御や、ＰＷＭ制御とＰＦＭ制御とを組み合わせた制御回
路を利用してもよい。また、本実施例ではコンデンサ26
の充電電圧Ｖｃをパルス幅制御回路の動作電圧Ｖｃｃの
値と略同一になるように設定した例を示したが、パルス
幅制制御回路12中にて充電電圧Ｖｃを動作電圧Ｖｃｃに
変換するように構成してもよい。 【００３１】 【発明の効果】本発明のスイッチング電源装置は、スイ
ッチング素子がオンすると、整流素子が導通してトラン
スの二次巻線から平滑用のチョークコイルにエネルギー
を供給し、前記スイッチング素子がオフすると、転流素
子が導通して前記チョークコイルのエネルギーを負荷側
に送り出すと共に、前記負荷の両端間に供給する出力電
圧が安定化するように、前記スイッチング素子に供給す
るパルス駆動信号を制御するフィードバック制御回路を
備えたスイッチング電源装置において、前記チョークコ
イルに主巻線と絶縁して電圧検出巻線を巻回し、前記転
流素子の導通時に前記電圧検出巻線に発生する電圧を利
用して、前記フィードバック制御回路に検出電圧を供給
する出力電圧検出回路を備えるとともに、前記出力電圧
検出回路を前記フィードバック制御回路を動作させる補
助電源として構成したものであり、フォトカプラのよう
な絶縁素子をわざわざ介在させることなく、フィードバ
ック制御回路を構成することができ、また、フィードバ
ック制御回路を動作させる補助電源回路を別に設ける必
要がなくなるので、その結果、電源装置の小型化、高信
頼性化、低コスト化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例におけるスイッチング電源装
置の回路図である。 【図２】従来例におけるスイッチング電源装置の回路図
である。 【符号の説明】 １ トランス ２ スイッチング素子 ５ 整流ダイオード（整流素子） ６ 転流ダイオード（転流素子） ９ 負荷 12 パルス幅制御回路（フィードバック制御回路） 21 チョークコイル 22 主巻線 23 電圧検出巻線 27 出力電圧検出回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 スイッチング素子がオンすると、整流素
   子が導通してトランスの二次巻線から平滑用のチョーク
   コイルにエネルギーを供給し、前記スイッチング素子が
   オフすると、転流素子が導通して前記チョークコイルの
   エネルギーを負荷側に送り出すと共に、前記負荷の両端
   間に供給する出力電圧が安定化するように、前記スイッ
   チング素子に供給するパルス駆動信号を制御するフィー
   ドバック制御回路を備えたスイッチング電源装置におい
   て、前記チョークコイルに主巻線と絶縁して電圧検出巻
   線を巻回し、前記転流素子の導通時に前記電圧検出巻線
   に発生する電圧を利用して、前記フィードバック制御回
   路に検出電圧を供給する出力電圧検出回路を備えるとと
   もに、前記出力電圧検出回路を前記フィードバック制御
   回路を動作させる補助電源として構成したことを特徴と
   するスイッチング電源装置。