JPH0311973A

JPH0311973A - スイッチング電源

Info

Publication number: JPH0311973A
Application number: JP1142368A
Authority: JP
Inventors: Shigetaka Maeyama; 前山　繁隆
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1989-06-05
Publication date: 1991-01-21
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JP2842891B2

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、複数の出力回路を有する多出力スイッチング
電源に関し、複数の出力回路うちの一つがパルス幅制御
系によって安定化された制御出力となっていて、他の出
力回路は非制御出力となっている場合に、制御出力を生
じる出力回路に、その電流を検出してスイッチング周波
数を制御する周波数制御系を備えさせることにより、制
御出力が軽負荷になったときに、スイッチング周波数を
上昇させて、チョークコイル等によるインダクタの電流
連続性を維持し、非制御出力を安定化できるようにした
ものである。

〈従来の技術〉多出力スイッチング電源においては、コスト低減、小型
化等の要望から、複数個ある出力回路のうちの一つに帰
還制御系を備え、帰還制御系によってメインのスイッチ
ング素子にパルス幅制御を加えることにより、安定した
直流出力電圧を得るようにすると共に、他は帰還制御系
を備えず、帰還制御系によるスイッチング素子の時比率
制御のもとで、変圧器の巻数比によって定まる直流出力
電圧を得る回路構成とするのが一般的である。

第６図は従来の多出力スイッチング電源の回路図である
。第６図において、１は商用交流電源を整流平滑する等
して得られた直流電源、２は電界効果トランジスタまた
はバイポーラトランジスタ等でなるスイッチング素子、
３は変圧器、４０．４１は出力回路、５は制御回路であ
る。

スイッチング素子２は変圧器３の入力巻線３１に接続し
てあり、そのスイッチング動作により直流入力電圧ＥＩ
Ｎをスイッチングし、スイッチング出力を変圧器３の複
数の出力巻線３２０．３２１に取出すようになっている
。

出力巻線３２０に接続された出力回路４０は、フォワー
ド整流用のダイオード４０１、フライホイール整流用の
ダイオード４０２、チョークコイル４０３及び平滑用の
コンデンサ４０４で構成されるチョークインプット型整
流平滑回路となっていて、出力端子４０５．４０６より
直流出力電圧ＥＯ＋を得るようになっている。出力回路
４０は、その直流出力電圧ＥＯＩの一部を、パルス幅変
調制御を行なう制御回路５に入力し、この制御回路５の
出力をスイッチング素子２の入力側に帰還させることに
より、スイッチング素子２の時比率を制御し、出力端子
４０５．４０６から出力される直流出力電圧ＥＯＩを、
高精度で安定化する回路となっている。

出力巻線３２１に接続された出力回路４１も、フォワー
ド整流用のダイオード４１１、フライホイール整流用の
ダイオード４１２、チョークコイル４１３及び平滑用の
コンデンサ４１４で構成されるチョークインプット型整
流平滑回路となっている。出力回路４１は帰還制御系を
持たず、帰還制御系によるスイッチング素子２のパルス
幅制御のもとで、変圧器３の出力巻線３２０と出力巻線
３２１との巻数比αで定まる直流出力電圧Ｅ。２を得る
ようになっている。

スイッチング素子のオン時間幅をＴ。Ｎ、オフ時間幅を
Ｔ。ｒＰ、変圧器３の入力巻線３１の巻き数をＮ１、出
力巻線３２０．３２１の各巻き数をＮ２　、　Ｎ３　、
直流電源１から与えられる直流入力電圧をＥＩＮとする
と、チョークコイル４０３．４１３の電流連続領域では
、次の式が成立する。

Ｅｏ＋＝（Ｎ２／Ｎ＋）・（ＴｏＮ／ＴｏＮ＋ＴｏｒＪ
・ＥＩＮ（１）Ｅ　ｏｘ＝　（Ｎ３／Ｎｌ）　・（τｏ
Ｎ／ＴｏＮ４−Ｔｏｒｒ）　・Ｅ＋ｓ　　　（２）パル
ス幅制御による出力安定化は、スイッチング素子２のオ
ン時間幅Ｔｏｓを制御することにより、直流出力電圧Ｅ
。１、Ｅｏ２を一定に保つものである。

第７図は別の従来例を示し、出力回路４０のチョークコ
イル４０３に、出力回路４１のチョークコイル４１３を
結合させて、出力回路４１の直流出力電圧Ｅ。２を安定
化する。

第６図及び第７図に示したスイッチング電源は、フォワ
ードコンバータ方式となっており、スイッチング素子２
のオン期間に、整流ダイオード４０１．４１１を通して
負荷側にエネルギーを伝送し、スイッチング素子２のオ
フ期間には、オン期間にチョークコイル４０３．４１３
に蓄積されたエネルギーを、整流ダイオード４０２．４
１２を通して負荷側に伝送する。

第８図はフライバック、コンバータ方式のスイッチング
電源を示している。フライバックコンバータ方式のスイ
ッチング電源は、変圧器３の出力巻線３２０．３２１を
チョークコイルとして利用し、スイッチング素子２のオ
ン期間に変圧器３に蓄積されたエネルギーを、スイッチ
ング素子２のオフ期間にダイオード４０７．４１７を通
して負荷側に伝送する。４０８．４１８は平滑用のコン
デンサである。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、第６図〜第８図の従来例には次のような
問題点がある。

（イ）第６図及び第７図に示したフォワード、コンバー
タ方式のスイッチング電源において、出力回路４０に接
続されている負荷が軽くなると、流れる電流がチョーク
コイルの臨界電流を割り、不連続モードになる。このと
き、制御回路５によるパルス幅制御系を有する出力回路
４０では、スイッチング素子２のオン幅Ｔ。Ｈが絞られ
て直流出力電圧ＥＯＩの安定化制御が行なわれるが、パ
ルス幅制御系を持たない出力回路４１では、チョーク電
流不連続モードのために、上記式（２）が成立しなくな
り、直流出力電圧ＥＯ２が極度に降下してしまう。

第８図に示したフライバック、コンバータ方式のスイッ
チング電源の場合は、変圧器３がチョークコイルの役割
を担っており、軽負荷時の電流不連続モードによる同様
の問題を生じる。

（ロ）出力回路４１の直流出力電圧Ｅ。２を安定化する
のに、ドロッパ回路等でなる電圧安定化回路を付加した
ものも知られているが、回路構成が複雑になると共に、
部品点数が増え、大型化やコストアップ等を招く。

そこで、本発明の課題は、上述する従来の問題点を解決
し、制御出力が軽負荷になったときにもチョークコイル
電流連続性を維持し、非制御出力を安定化し得る多出力
タイプのスイッチング電源を提供することである。

く課題を解決するための手段〉上述する課題解決のため、本発明は、入力巻線及び複数
の出力巻線を有する変圧器と、前記変圧器の前記入力巻
線に接続されたスイッチング素子と、前記変圧器の出力
巻線に生じるスイッチング出力を直流に変換して出力す
る複数の出力回路と、前記スイッチング素子を制御する
制御回路とを有するスイッチング電源であって、前記出力回路は、前記スイッチング素子のオン期間に蓄
積されたエネルギーを、次のオフ期間に放出するインダ
クタを含み、前記制御回路は、パルス幅制御系と周波数制御系とを含
み、前記パルス幅制御系は、前記出力回路の一つの直流出力
電圧を監視し、前記直流出力電圧が一定となるように、
前記スイッチング素子をパルス幅制御し、前記周波数制御系は、前記パルス幅制御系によって制御
されている前記出力回路の電流を検出し、電流検出信号
に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング周波数
を制御することを特徴とする。

〈作用〉出力回路の一つの直流出力電圧信号は、入力信号として
制御回路に与えられる。制御回路はこの入力信号に基づ
ぎ、スイッチング素子にパルス幅制御を与える。従って
、出力回路の一つは、従来より周知のパルス幅制御によ
って、高精度で安定化される。パルス幅制御において、
直流出力電圧は、式（１）から明らかなように、スイッ
チング素子２のスイッチング周期Ｔ　Ｓ　（”　Ｔ　ｏ
ｓ＋　Ｔ　０ＦＦ）と、オン時間幅Ｔ。Ｎとの比（Ｔ　
ｏｘ／　Ｔ　ｓ）によって定まり、スイッチング素子２
のスイッチング周波数には無関係である。

周波数制御系は、パルス幅制御系を備える出力回路の電
流を検出し、その検出信号を制御回路に与える。制御回
路は電流検出信号に基づき、スイッチング素子のスイッ
チング周波数を制御する。周波数制御方向は、負荷が軽
くなり、電流が減少するにつれて、スイッチング周波数
が高くなる方向に設定する。スイッチング周波数が高く
なると、チョークコイルの臨界電流値が低下し、電流不
連続となる電流値が低（なる。このため、パルス幅制御
系を持たない出力回路の直流出力電圧が軽負荷時に極度
に降下するのを防止できる。

パルス幅制御による電圧制御は、前述したように、スイ
ッチング周波数に無関係に行なわれる。

従って、パルス幅制御系を備える出力回路の直流出力電
圧は、スイッチング周波数制御とは無関係に、パルス幅
制御によって安定に制御される。

〈実施例〉第１図は本発明に係るスイッチング電源の電気回路図で
ある。図において、第６図と同一の参照符号は同一性あ
る構成部分を示している。６は電流検出回路である。

出力回路４０の直流出力電圧Ｅ。、の電圧信号は、入力
信号として制御回路５に与えられる。制御回路５はこの
入力信号に基づき、スイッチング素子２にパルス幅制御
を与える。従って、出力回路４０の直流出力電圧ＥＯＩ
は、従来より周知のパルス幅制御によって、高精度で安
定化される。

周波数制御系は、出力回路４０の電流を電流検出回路６
で検出し、その検出信号を制御回路５に与える。制御回
路５は電流検出信号に基づき、スイッチング素子２のス
イッチング周波数を制御する。この周波数制御により、
軽負荷時にスイッチング周波数が高くなる方向に制御さ
れ、チョークコイル４０３．４１３の臨界電流値が低下
し、電流不連続となる電流値が低くなるので、軽負荷時
に出力回路４１の直流出力電圧Ｅ。２が極度に降下する
ことがなくなる。

第２図はチョーク電流波形を示す図で、Ａを周波数ｆ１
のときの臨界波形とし、Ｂを周波数ｆ。

（＝２ｆｌ）のときの臨界波形とすると、周波数ｆ、の
ときの臨界電流は、周波数ｆ１のときの臨界電流の１／
２倍になる。すなわち、周波数ｆ１のときに△１１であ
った臨界Ｍ、電流値、周波数ｆ１の２倍である周波数ｆ
２になると、約半分の△Ｉ２になる。従って、周波数が
２倍になることにより、電流不連続となる電流値が１／
２に低下することとなり、軽負荷領域まで、上記式（２
）が成立するようになり、出力回路４１の直流出力電圧
Ｅ。２が安定化される。

パルス幅制御系を備える出力回路４０の直流出力電圧Ｅ
ＯＩは、周波数制御とは無関係に、パルス幅制御によっ
て安定に制御される。

第３図は本発明に係るスイッチング電源の具体的な回路
図である。制御回路５は、コントロールＩＣによって構
成されている。コントロールＩＣは、通常、発振回路を
内蔵する集積回路として構成されている。ＲＴは内蔵の
発振回路の発振周波数を外部から与えられる電圧信号に
よって制御するための周波数制御用端子、Ｖｓはパルス
幅制御用端子、ＤＲはスイッチング素子２にドライブ信
号を与えるための端子、ＶＣＣは電源入力端子である。

パルス幅制御系は、従来と同様の電圧検出回路７を備え
て構成されている。電圧検出回路７は、直流出力電圧Ｅ
ＯＩを抵抗７１．７２によって分割すると共に、分圧電
圧をシャントレギュレータ７３に供給し、フォトカブラ
を構成する発光ダイオード７４を駆動するようになって
いる。発光ダイオード７４とともにフォトカブラを構成
しているフォトトランジスタ７５は、エミッタを制御回
路５に備えられたパルス幅制御用端子Ｖｓに接続しであ
る。７６．７７は抵抗である。

周波数制御系を構成する電流検出回路６は、カレントト
ランス６１、トランジスタ６２．６３及び抵抗６４〜６
８等を備えて構成されている。

６９は発掘周波数を定めるコンデンサである。

カレントトランス６１は、巻線６１１を出力巻線３２０
の一端と、ダイオード４０２のアノードとを結ぶライン
に直列に挿入接続しである。カレントトランス６の巻線
６１２には、抵抗６１３、ダイオード６１４及びコンデ
ンサ６１５が接続されており、出力回路４０に流れる電
流を直流電圧信号として検出するようになっている。

トラジスタ６２．６３は、周波数制御用端子ＲＴで見た
抵抗を可変する可変インピーダンス回路を構成している
。出力回路４０に接続されている負荷が軽くなったため
に、電流が減少し、カレントトランス６１から出力され
る電圧信号が低くなると、トランジスタ６２がオフとな
り、トランジスタ６３がオンとなる。この結果、周波数
制御用端子ＲＴで見た抵抗値が低くなるので、制御回路
５に内蔵された発振回路の発振周波数が高くなる。発振
出力は端子ＤＲから抵抗８を通してスイッチング素子２
に供給されるので、スイッチング素子２のスイッチング
周波数が高くなる。これにより、チョークコイル４１３
．４０３の臨界電流値が低下し、式（２）の成立する電
流レベルが低下し、軽負荷時にも、直流出力電圧Ｅｏ２
が急落することがなくなる。

カレントトランス６１によって検出される電流検出信号
があるレベル以上の範囲では、トランジスタ６２がオン
となる。トランジスタ６２がオンになると、トランジス
タ６３がオフとなる。このため、周波数制御用端子ＲＴ
で見た抵抗が、実質的に抵抗６４による抵抗値となり、
発振周波数が低くなる方向に制御される。

実施例において、電流検出回路６は、カレントトランス
６１によって構成したので、電流が時間的に変化するラ
インに設ける必要がある。もし、電流検出回路６が直流
電流を検出できるものであれば、直流電流の流れるライ
ンに挿入することもできる。３３は変圧器３に備えられ
た補助電源用の巻線、９は整流用のダイオード、１０は
平滑用のコンデンサで、これらは制御回路５の動作に必
要な電源を作り出している。１１は起動用の抵抗、１２
はスイッチング素子の制御電極に接続された抵抗である
。

第４図は本発明に係るスイッチング電源の別の実施例に
おける電気回路図を示している。図において、第３図と
同一の参照符号は同一性ある構成部分を示している。こ
の実施例では、出力回路４０のチョークコイル４０３と
、出力回路４１のチョークコイル４１３とを結合させて
、出力回路４１の直流出力電圧を更に安定化するように
したものである。

第５図は本発明に係るスイッチング電源の更に別の実施
例における電気回路図を示している。この実施例は、フ
ライバックコンバータ方式となっている点で、第１図〜
第４図に示した実施例と異なっている。このように、本
発明は、フォワードコンバータ方式及びフライバックコ
ンバータ方式の何れにも適用が可能である。

図示では、２つの出力回路４０．４１を示すだけである
が、より多くの出力回路を備え得ることは言うまでもな
い。

〈発明の効果〉以上述べたように、本発明によれば、次のような効果が
得られる。

（ａ）制御回路は、パルス幅制御系と周波数制御系とを
含み、周波数制御系は、パルス幅制御系によって制御さ
れている出力回路の電流を検出し、電流検出回路に基づ
いてスイッチング素子のスイッチング周波数を制御する
ので、制御出力が軽負荷になったときに、スイッチング
周波数を上昇させて、チョークコイルの電流連続性を維
持し、非制御出力を安定化し得るようにしたスイッチン
グ電源を提供できる。

（ｂ）周波数制御系による影響を受けることなく、パル
ス幅制御による出力安定化を図り得るスイッチング電源
を提供できる。

（ｃ）周波数制御系は、パルス幅制御用として通常備え
られる制御回路を利用して構成できるので、簡単な回路
構成で非制御出力を安定化し得るスイッチング電源を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るスイッチング電源の電気回路図、
第２図は本発明の詳細な説明するためのチョークコイル
電流波形図、第３図〜第５図は本発明に係るスイッチン
グ電源の具体的な実施例を示す各電気回路図、第６図〜
第８図は従来のスイチング電源の各電気回路図である。・・・スイッチング素子　　３・・・変圧器１・・・入
力巻線２０．３２１・・・出力巻線０．４１・・・出力回路・・・制御回路　　　６・・・電流検出回路第６図第７１！！！第８７

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力巻線及び複数の出力巻線を有する変圧器と、
前記変圧器の前記入力巻線に接続されたスイッチング素
子と、前記変圧器の出力巻線に生じるスイッチング出力
を直流に変換して出力する複数の出力回路と、前記スイ
ッチング素子を制御する制御回路とを有するスイッチン
グ電源であって、前記出力回路は、前記スイッチング素子のオン期間に蓄
積されたエネルギーを、次のオフ期間に放出するインダ
クタを含み、前記制御回路は、パルス幅制御系と周波数制御系とを含
み、前記パルス幅制御系は、前記出力回路の一つの直流出力
電圧を監視し、前記直流出力電圧が一定となるように、
前記スイッチング素子をパルス幅制御し、前記周波数制御系は、前記パルス幅制御系によつて制御
されている前記出力回路の電流を検出し、電流検出信号
に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング周波数
を制御することを特徴とするスイッチング電源。