JPH065387U - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力電圧の広範囲化と出力電圧の安定化が同
時に達成できるスイッチング電源装置を提供すること。 【構成】 第１一次巻線と第１二次巻線を有する第１ト
ランスと、第２一次巻線と第２二次巻線を有する第２ト
ランスと、この第１一次巻線と第２一次巻線を連結する
第３スイッチＳ３と、第１スイッチＳ１と、第２スイッ
チＳ２と、この第１二次巻線並びに第２二次巻線に誘起
されるスイッチング信号を整流平滑化して直流電流を供
給する整流平滑回路と、この整流平滑回路の出力電圧を
安定化するオンオフ制御信号を第１〜第３スイッチに送
るパルス幅制御回路と、高入力電圧であるときは第１及
び第２のスイッチにオフ信号を送り、低入力電圧である
ときは第３スイッチにオフ信号を送る電圧変換比切換回
路とを具備している。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は商用の交流電源等を入力電圧源とするスイッチング電源に係り、特に 入力電圧範囲を広範囲に許しても安定した出力電圧の供給できる改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図６は従来公知のフライバック型スイッチング電源の回路図である。商用の交 流電源から送られた交流電流を整流平滑化して入力電源Ｖinを得る。トランスＴ の一次巻線ｎ１にはこの入力電源Ｖinより直流電圧が印加されると共に、スイッ チング素子Ｓによりオンオフされている。するとトランスＴの二次巻線ｎ２には スイッチング信号が誘起されるので、ダイオードＤで整流しコンデンサＣで平滑 化して直流の出力電圧Ｖoutを負荷側に供給している。一次巻線ｎ１と二次巻線 ｎ２は相互インダクタンスが負となる方向に巻かれており、スイッチング素子が オフの時トランスに蓄えられた励磁エネルギが負荷側に送られる。この時、入力 電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの間には、トランスＴの巻線比ｎ(＝ｎ２／ｎ１）とデ ューティ比Ｄを用いると、次式の関係が成立している。 Ｖout＝Ｖin・Ｄ／[ｎ・(1−Ｄ)] （１）

【０００３】 図７はフォワード型スイッチング電源装置の回路図である。トランスＴの一次 側には補助巻線ｎ３が一次巻線ｎ１と直列に巻かれており、ダイオードＤ３を介 して一次巻線ｎ１とスイッチング素子Ｓの共通接続点に接続されている。二次巻 線ｎ２の陽極側にはダイオードＤ１のアノード端子が接続され、二次巻線ｎ２の 陰極側にはダイオードＤ２のアノード端子が接続されると共に、ダイオードＤ１ ，Ｄ２のカソード端子は突き合わせられてチョークコイルＬとコンデンサＣの平 滑回路と接続されている。

【０００４】 フォワード型では、一次巻線ｎ１と二次巻線ｎ２は相互インダクタンスが正と なる方向に巻かれており、スイッチング素子がオンの時トランスの励磁エネルギ が負荷側に送られる。この時、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの間には、次式の 関係が成立している。 Ｖout＝Ｖin・Ｄ／ｎ （２）

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、従来の回路によれば式(1),(2)で表されるように、入力電圧Ｖi nと出力電圧Ｖoutの間には比例関係のあることから、入力電圧が高くなればデュ ーティ比を小さくする必要がある。この場合、例えば固定のスイッチング周波数 を用いるパルス幅制御回路ではパルスのオン時間を短くすることになるが、あま れパルス幅が短くなると制御性が大幅に低下する。逆に入力電圧が低くなればデ ューティ比を大きくする必要があるが、励磁エネルギを流入・放出の関係でデュ ーティ比を高めるには限界があった。他方、商用の交流電源には100V系と200V系 が併存しており、単一のスイッチング電源で対処するために入力電圧の広範囲化 が望まれていた。

【０００６】 本考案はこのような課題を解決したもので、入力電圧の広範囲化と出力電圧の 安定化が同時に達成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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

このような目的を達成する本考案は、一端に直流電圧の印加される第１一次巻 線と、第１二次巻線を有する第１トランスと、一端が一次側コモンに接続された 第２一次巻線と、第２二次巻線を有する第２トランスと、この第１一次巻線の他 端と第２一次巻線の他端を連結する第３スイッチと、一端が第１一次巻線と第３ スイッチとの共通接続点に接続され、他端が一次側コモンに接続された第１スイ ッチと、一端が第１一次巻線の直流電圧の印加端と接続され、他端が第２一次巻 線と第３スイッチとの共通接続点に接続された第２スイッチと、この第１二次巻 線並びに第２二次巻線に誘起されるスイッチング信号を整流平滑化して直流電流 を負荷側に供給する整流平滑回路と、この整流平滑回路の出力電圧を基準電圧と 比較して誤差信号を出力する誤差アンプと、この誤差信号が小さくなる方向にデ ューティ比を制御して、前記第１〜第３スイッチにオンオフ制御信号を送るパル ス幅制御回路と、この第１一次巻線に印加される入力電圧を入力して、高入力電 圧であるときは第１及び第２のスイッチにオフ信号を送り、低入力電圧であると きは第３スイッチにオフ信号を送る電圧変換比切換回路とを具備している。

【０００８】

【作用】

第１スイッチと第２スイッチをオフして、第３スイッチにより一次巻線に流れ る電流をスイッチングすれば、入力電圧に対する出力電圧の変換比は比較的小さ くなるから、高い入力電圧に適している。他方、第３スイッチをオフして第１ス イッチと第２スイッチにより一次巻線に流れる電流をスイッチングすれば、入力 電圧に対する出力電圧の変換比は比較的大きくなるから、低い入力電圧に適して いる。従って、入力電圧に応じて電圧変換比切換回路によりスイッチングを担当 する素子を切り換えると、入力電圧の変動がパルス幅制御回路の制御するデュー ティ比に及ばないので、出力電圧の安定化が確実に行える。

【０００９】

【実施例】

以下図面を用いて、本考案を説明する。図１は本考案の一実施例を示す回路図 である。図において、第１トランスＴ１は、一端に直流電圧Ｖinの印加される第 １一次巻線ｎ11と、第１二次巻線ｎ12を有しており、巻線方向は相互インダクタ ンスは正方向に巻かれている。第２トランスＴ２は、一端が一次側コモンに接続 される第２一次巻線ｎ21と、第２二次巻線ｎ22を有しており、巻線方向は相互イ ンダクタンスは正方向に巻かれている。第３スイッチＳ３は、第１一次巻線ｎ11 の他端と第２一次巻線ｎ21の他端を連結するもので、ＦＥＴ等のスイッチング素 子が用いられる。第１スイッチＳ１は、一端が第１一次巻線ｎ11と第３スイッチ Ｓ３との共通接続点に接続され、他端が一次側コモンに接続されたもので、ＦＥ Ｔ等のスイッチング素子が用いられる。第２スイッチＳ２は、一端が第１一次巻 線ｎ11の直流電圧Ｖinの印加端と接続され、他端が第２一次巻線ｎ21と第３スイ ッチＳ３との共通接続点に接続されたもので、ＦＥＴ等のスイッチング素子が用 いられる。

【００１０】 整流平滑回路１０は、第１二次巻線ｎ12並びに第２二次巻線ｎ22に誘起される スイッチング信号を整流平滑化して直流電流を負荷側に供給するものである。誤 差アンプ２０は、整流平滑回路１０の出力電圧Ｖoutを基準電圧Ｖrefと比較して 誤差信号を出力するもので、例えばコンパレータが用いられる。パルス幅制御回 路３０は、誤差アンプ２０から送られる誤差信号が小さくなる方向にデューティ 比を制御して、第１〜第３スイッチＳ１〜Ｓ３にオンオフ制御信号を送るもので 、汎用のＰＷＭ制御用ＩＣを用いることができる。電圧変換比切換回路４０は、 第１一次巻線ｎ11に印加される入力電圧Ｖinを入力して、例えば200V系のように 高入力電圧であるときは第１及び第２のスイッチＳ１，Ｓ２にオフ信号を送り、 例えば100V系のように低入力電圧であるときは第３スイッチＳ３にオフ信号を送 る。電圧変換比切換回路４０の送るオフ信号はパルス幅制御回路３０の送るオン オフ制御信号に比較して優先度が高くなっている。

【００１１】 このように構成された装置においては、例えば200V系のように高入力電圧であ るときは電圧変換比切換回路４０から第１及び第２のスイッチＳ１，Ｓ２にオフ 信号を送り、第３スイッチＳ３によりスイッチング動作を行う。すると、各一次 巻線ｎ11,ｎ21には入力電圧Ｖinの半分の電圧が実質的に加わることから、各二 次巻線ｎ12,ｎ22に誘起されるスイッチング信号の電圧も半分になり、従って出 力電圧Ｖoutも低くなる。

【００１２】 他方、例えば100V系のように低入力電圧であるときは電圧変換比切換回路４０ から第３スイッチＳ３にオフ信号を送り、第１及び第２のスイッチＳ１，Ｓ２に よりスイッチング動作を行う。すると、各一次巻線ｎ11,ｎ21には入力電圧Ｖin が実質的に加わることから、各二次巻線ｎ12,ｎ22に誘起されるスイッチング信 号の電圧も入力電圧に応じたものになり、従って出力電圧Ｖoutも高くなる。そ こで、入力電圧に変動があってもデューティ比の変化は少なくて済むから、出力 電圧の安定化は確保される。

【００１３】 図２は本考案の第２実施例の説明図で、低入力電圧時のフライバック型スイッ チング電源を表している。低入力電圧であるから、電圧変換比切換回路４０から 第３スイッチＳ３にオフ信号を送り、第１及び第２のスイッチＳ１，Ｓ２はパル ス幅制御回路３０の送るオンオフ制御信号によりスイッチング動作を行う。整流 平滑回路１０は、第１二次巻線ｎ12の陰極側にアノード端子が接続されたダイオ ードＤ４と、第２二次巻線ｎ22の陰極側にアノード端子が接続されたダイオード Ｄ５を有しており、両ダイオードＤ４，Ｄ５のカソード端子は突き合わせられて コンデンサＣと接続される。

【００１４】 このように構成された装置において、第１及び第２のスイッチＳ１，Ｓ２がパ ルス幅制御回路３０の送るオンオフ制御信号に従って同相で駆動されると、前述 の(1)式が成立している。 Ｖout＝Ｖin・Ｄ／[ｎ・(1−Ｄ)] （１）

【００１５】 図３は本考案の第３実施例の説明図で、高入力電圧時のフライバック型スイッ チング電源を表している。高入力電圧であるから、電圧変換比切換回路４０から 第１及び第２のスイッチＳ１，Ｓ２にオフ信号を送り、第３スイッチＳ３はパル ス幅制御回路３０の送るオンオフ制御信号によりスイッチング動作を行う。する と、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの間には、次式の関係が成立している。 Ｖout＝Ｖin・Ｄ／[２ｎ・(1−Ｄ)] （３） この電圧変換比は(1)式を基準にすると半分の値になっている。

【００１６】 図４は本考案の第４実施例の説明図で、中低入力電圧時のフォワード型スイッ チング電源を表している。中低入力電圧であるから、電圧変換比切換回路４０か ら第３スイッチＳ３にオフ信号を送り、第１及び第２のスイッチＳ１，Ｓ２はパ ルス幅制御回路３０の送るオンオフ制御信号によりスイッチング動作を行う。整 流平滑回路１０は、第１二次巻線ｎ12の陽極側にアノード端子が接続されたダイ オードＤ６と、第２二次巻線ｎ22の陽極側にアノード端子が接続されたダイオー ドＤ７を有しており、両ダイオードＤ６，Ｄ７のカソード端子は突き合わせられ て、さらにダイオードＤ８のカソード端子と突き合わせられている。ダイオード Ｄ８のアノード端子は第１二次巻線ｎ12及び第２二次巻線ｎ22のコモン側に接続 されている。この突き合わせられたカソード端子はチョクークコイルＬを介して コンデンサＣに接続されている。

【００１７】 同相・逆相切換回路３５は、パルス幅制御回路３０の出力するオンオフ制御信 号を入力して、第１及び第２のスイッチＳ１，Ｓ２にスイッチング駆動信号を出 力するもので、切り換えは電圧変換比切換回路４０の切換信号に従う。同相駆動 は中入力電圧に対して行うもので、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの間には、前 述の(2)式の関係が成立している。 Ｖout＝Ｖin・Ｄ／ｎ （２） また、逆相駆動は低入力電圧に対して行うもので、チョークコイルＬに流れるリ ップル電流を最も小さくできるという性質があり、デューティ比Ｄは0.5以下に 制限される。逆相駆動では入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの間には、次の関係が 成立している。 Ｖout＝２Ｖin・Ｄ／ｎ （４） なお、同相・逆相切換回路３５を省略して、同相駆動または逆相駆動の一方だけ を行うようにしてもよい。

【００１８】 図５は本考案の第５実施例の説明図で、高入力電圧時のフォワード型スイッチ ング電源を表している。高入力電圧であるから、電圧変換比切換回路４０から第 １及び第２のスイッチＳ１，Ｓ２にオフ信号を送り、第３スイッチＳ３はパルス 幅制御回路３０の送るオンオフ制御信号によりスイッチング動作を行う。すると 、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutの間には、次式の関係が成立している。 Ｖout＝Ｖin・Ｄ／２ｎ （５） この電圧変換比は(2)式を基準にすると半分の値であり、(4)式を基準にすると1/ 4になっている。

【００１９】 尚、上記実施例においてはスイッチＳ１〜Ｓ３をトランス一次側に設けた事例 を説明したが、トランス二次側に設けても似たような効果をえることができる。

【００２０】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば二つのトランスについて３個のスイッチ を設け、入力電圧の高低に応じてスイッチング動作を行うスイッチを変更してい るので、出力電圧を安定化するためのパルス幅制御に入力電圧の影響が少なくな り、入力電圧の広範囲化にたいして容易に対処できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す回路図である。

【図２】本考案の第２実施例の説明図で、低入力電圧時
のフライバック型スイッチング電源を表している。

【図３】本考案の第３実施例の説明図で、高入力電圧時
のフライバック型スイッチング電源を表している。

【図４】本考案の第４実施例の説明図で、中低入力電圧
時のフォワード型スイッチング電源を表している。

【図５】本考案の第５実施例の説明図で、高入力電圧時
のフォワード型スイッチング電源を表している。

【図６】従来公知のフライバック型スイッチング電源の
回路図である。

【図７】フォワード型スイッチング電源装置の回路図で
ある。

【符号の説明】

Ｓ スイッチ Ｔ トランス ２０ 誤差アンプ ３０ パルス幅制御回路 ４０ 電圧変換比切換回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一端に直流電圧の印加される第１一次巻線
   と、第１二次巻線を有する第１トランス（Ｔ１）と、 一端が一次側コモンに接続された第２一次巻線と、第２
   二次巻線を有する第２トランス（Ｔ２）と、 この第１一次巻線の他端と第２一次巻線の他端を連結す
   る第３スイッチ（Ｓ３）と、 一端が第１一次巻線と第３スイッチとの共通接続点に接
   続され、他端が一次側コモンに接続された第１スイッチ
   （Ｓ１）と、 一端が第１一次巻線の直流電圧の印加端と接続され、他
   端が第２一次巻線と第３スイッチとの共通接続点に接続
   された第２スイッチ（Ｓ２）と、 この第１二次巻線並びに第２二次巻線に誘起されるスイ
   ッチング信号を整流平滑化して直流電流を負荷側に供給
   する整流平滑回路（１０）と、 この整流平滑回路の出力電圧を基準電圧と比較して誤差
   信号を出力する誤差アンプ（２０）と、 この誤差信号が小さくなる方向にデューティ比を制御し
   て、前記第１〜第３スイッチにオンオフ制御信号を送る
   パルス幅制御回路（３０）と、 この第１一次巻線に印加される入力電圧を入力して、高
   入力電圧であるときは第１及び第２のスイッチにオフ信
   号を送り、低入力電圧であるときは第３スイッチにオフ
   信号を送る電圧変換比切換回路（４０）と、 を具備することを特徴とするスイッチング電源装置。