JPS62173980A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はスイッチングレギュレータ、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ等のスイッチング回路を用いた電源装置に係り、特
に出力電圧の安定化手段に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、スイッチング回路を用いた電源装置は入力直流
電圧をスイッチング回路により高周波に変換してからト
ランスを介して取出し、さらに整流平滑を行なって負荷
へ伝達するものであり、非安定な電源から安定化された
出力電圧を発生するスイッチングレギュレータや、直流
電圧を昇圧または降圧するＤＣ／ＤＣコンバータとして
実用化されている。

このような電源装置においては、負荷特性（出力電流対
出力電圧特性）の安定化、すなわち負荷の変動に対して
出力電圧を安定化することが重要である。この出力電圧
安定化手段として、従来より大別して次の３つの方式が
知られている。

（１）゛出力電圧と基準電圧との差を誤差電圧として検
出し、それをトランスの一次側のスイッチング回路に帰
還してその導通パルス幅を制御することにより出力電圧
を安定化する方式（以下、ＰＷＭ式と呼ぶ）。

（２）誤差電圧をトランス二次側に設けられた磁気増幅
器に帰還し、磁気増幅器のリセット磁束を制御して出力
電圧を安定化する方式（以下、磁気増幅器方式と呼ぶ）
。

（３）トランスの二次側に鉄共振回路を配置して出力電
圧を安定化する方式（以下、高周波鉄共振式と呼ぶ）。

しかしながら、これらの方式はそれぞれ以下の欠点を宵
する。まず、ＰＷＭ式では誤差電圧をパルス幅に変換す
るために、誤差電圧検出回路、帰還制御回路およびトラ
ンスの一次側・二次側間の絶縁手段等に、通常２０索子
以上のディスクリート電子部品が用いられ、回路が非常
に複雑であるため、信頼性が低下し易く、また価格も高
くなる。

磁気増幅器式は二次側のみでの制御で安定化を行なうも
のであるため絶縁手段は不要となり、帰還制御回路もＰ
ＷＭ式よりも簡単になるものの、やはり通常１０索子以
上の電子部品を必要とし、回路も１夏雑であるため、価
格面でも好ましくない。

さらに、高周波鉄心式は誤差検出回路、帰還制御回路お
よび絶縁手段が不要であるため回路は簡単となるが、高
周波電力を可飽和インダクタとコンデンサからなる共振
回路に蓄えるために、コンデンサとして高周波損失が少
なく、且つ大電流に耐えるものが必要となることから、
装置が極めて大型で高価なものとなってしまい、現実に
は実用化には至っていない。

〔発明の目的〕

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、回路的に簡単で、且つ装置の大型化を伴わずに出力
電圧を安定化することができる電源装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明はこの目的を達成するため、入力直流電源に接続
されたスイッチング回路と、このスイッチング回路に一
次巻線が接続されたトランスと、このトランスの二次巻
線の出力を整流平滑して負荷に供給する整流平滑回路と
を備えた電源装置において、前記トランスの二次巻線と
前記整流回路との間に帰還制御回路が形成されていない
可飽和インダクタを挿入することによって、出力電圧を
安定化することを特徴とする。

本発明においては、可飽和インダクタの出力電流対イン
ピーダンス特性の非線形性によって出力電圧の安定化が
なされる。従って、可飽和インダクタとしては、角形特
性の良好なコア、特にスイッチング回路のスイッチング
周波数における角形比が０．９０以上のコアを用いたも
のであることが望ましい。また、本発明における可飽和
インダクタはトランスの二次巻線と整流平滑回路との間
の高周波回路に挿入される関係で、コア損失が大きいと
発熱が激しく実用上問題となるため、上記のような大き
い角形比を満足し得るコア材料のなかでも、特にコア損
失の小さいＣｏ基アモルファス合金が適している。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。第１図は本発明の一実
施例に係る電源装置の構成を示す回路図である。

第１図において、入力直流電源１にはスイッチング回路
２が接続されている。このスイッチング回路２はこの例
ではスイッチ素子としてのバイポーラトランジスタ３と
、このトランジスタ３をスイッチング制御する図示しな
い制御回路からなる井モ＝中フォワードコンバータ回路
であり、その出力端はトランス４の一次巻線５に接続さ
れている。

トランス４の二次巻線６には、本発明に基づく出力電圧
安定化のための可飽和インダクタ７を介して整流平滑回
路８が接続されている。整流平滑回路８は整流用ダイオ
ード９ａ、９ｂと、チョークコイル１０と、平滑用コン
デンサ１１および抵抗１２により構成され、その出力が
負荷１３に供給される。

ここで、可飽和インダクタ７に対しては帰還制御は施さ
れておらず、この点で前述した磁気増幅器式とは異なる
。可飽和インダクタ７は磁束が飽和するまでは高インピ
ーダンスを呈し、磁束が飽和するとインピーダンスが急
激に低下する特性を宵したものである。本発明によれば
可飽和インダクタ７としてコアの磁気特性、特に角形比
の良好なものを選ぶことによって、このような可飽和イ
ンダクタフの作用のみで、負荷１３の変動に伴なう整４
平滑回路８″出力電流０変イヒ（゛文ｔ　して出力　　
化電圧が効果的に安定化される。

本発明者らは、第１図に示す構成においてスイッチング
回路２のスイッチング周波数が５０　　　　丘ｋＨ２，
整流平滑回路８の定格出力電圧１５Ｖ。

定格出力電流２Ａ、出力電流の定格範囲内で出力電圧の
変動許容幅が±１０％の規格を持つ電源装置を試作した
。そして、可飽和インダクタ７として、下記の第１表に
示す各種の材料からなる磁気特性の異なる種々のコアを
用いたものを用意した。

なお、コアの寸法は外径７ｍｍ、内径６ｍｍ、高さ４．
５ｍｍのトロイダルコアであり、絶縁ケースに入れた上
で０．６φの銅線を４回巻いて可飽和インダクタとした
。

この−ような種々の材料のコアを用いた可飽和インダク
タを第１図のように接続して出力電流対出力電圧特性を
ｆｌｌｌｌ定した結果を、可飽和インダクタを用いない
場合の特性と併せて第２図に示す。この結果から明らか
なように、角形比の小さいフェライトやＦｅ基アモルフ
ァス合金をコア材料とする可飽和インダクタを用いた場
合は、出力電流対出力電圧特性が可飽和インダクタを用
いない場合と大差なく、出力電圧の安定化効果が充分で
ない。

これに対し、角形比が０．９以上と大きいパーマロイや
ＣＯ基アモルファス合金を°コア材料とした可飽和イン
ダクタを用いた場合は、出力電圧の安定化効果が顕著で
ある。

このように出力電圧の安定化効果を考えると、可飽和イ
ンダクタのコア材料としてはパーマロイおよびＣｏ基ア
モルファス合金が最適であるが、さらに発熱の問題も考
慮すると特にコア損失の小さいＣｏ基アモルファス合金
がより望ましい。すなわち、第１表に示したようにＣＯ
基アモルファスコアのコア損失は、パーマロイコアのそ
れに比べて非常に小さく、従って温度上昇も伜かである
。

従って、本発明における可飽和インダクタに使用するコ
ア材料としては、ＣＯ基アモルファス合金が最も適して
いることがわかる。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば帰還制御が施され
ていない可飽和インダクタをトランスの二次巻線と整流
平滑回路との間に挿入するという簡単な構成により、出
力電圧を安定化することが可能であり、同時に小型、低
価格、高信頼性という電源装置一般に対する要求にも充
分応えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る電源装置の回路図、第
２図は本発明による出力電圧安定化効果を説明するため
のコア材料の種々異なる可飽和インダクタを用いた場合
および可飽和インダクタを用いない場合の出力電流対出
力電圧特性を示す図である。 】・・・入力直流電源、２・・・スイッチング回路、３
・・・スイッチ素子、４・・・トランス、５・・・−次
巻線、６・・・二次巻線、７・・・可飽和インダクタ、
８・・・整流平滑回路、１３・・・負荷。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力直流電源に接続されたスイッチング回路と、
   このスイッチング回路に一次巻線が接続されたトランス
   と、このトランスの二次巻線の出力を整流平滑して負荷
   に供給する整流平滑回路と、この整流平滑回路と前記ト
   ランスの二次巻線との間に挿入され、帰還制御回路が形
   成されていない可飽和インダクタとを備えたことを特徴
   とする電源装置。
2. （２）前記可飽和インダクタは前記スイッチング回路の
   スイッチング周波数における角形比が０．９以上のコア
   を用いたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の電源装置。
3. （３）前記可飽和インダクタのコアはＣｏ基アモルファ
   ス合金からなるものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の電源装置。