JPH02285963A - スイッチング電源装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、安定した出力電圧を得るためのスイッチン
グ電源装置に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、スイッチング電源装置において、絶縁トラ
ンスの１次巻線と２次巻線との結合関係を調整して、負
荷変動による出力電圧の変動を抑制できるようにしたも
のである。

〔従来の技術〕

直流入力電源をスイッチング制御し、直交トランスや電
源トランス等を介して、定電圧出力を得るスイッチング
電源装置が従来からある。

これは、例えば特開昭６２−６４２６６号公報に記載さ
れているように、直流入力電源を発振駆動回路のスイッ
チング素子によりスイッチング制御して、発振駆動回路
の発振周波数を制御するための直交トランスを介して電
源トランスの１次側に供給する。そして、この電源トラ
ンスの２次側からの出力電圧に応じて制御回路が直交ト
ランスのインダクタンスを制御し、発振駆動回路の発振
周波数を制御して、電源トランスの２次側出力電圧を安
定化するものである。

第７図は、上述したスイッチング電源装置の一例である
。

図において、ＰＳは直流電源、ＯＤは発振駆動回路であ
り、直流電源ＰＳは発振駆動回路ＯＤのスイッチングト
ランジスタＱ、のコレクタに接続され、このトランジス
タＱ１　　のコレクタ止ベースとは抵抗Ｒ２を介して接
続されており、エミッタとベースとはダイオードＤ、を
介して接続されている。そして、トランジスタＱ、　の
エミッタとダイオードＤ１　　との接続中点は、直交ト
ランスＰＲＴの２次巻線Ｎ　Ｂ　＋、抵抗Ｒ１及び駆動
回路ＯＤのコンデンサＣＩ　を介してトランジスタＱ、
のベースに接続される。また、トランジスタＱ、のコレ
クタと抵抗Ｒ１との接続中点は、抵抗Ｒ２を介してスイ
ッチングトランジスタＱ２　のベースに接続される。そ
して、このトランジスタＱ２　のエミッタは接地され、
コレクタはダイオードＤＩ　　と２次巻線Ｎ１との接続
中点に接続される。また、トランジスタＱ２　のベース
と抵抗Ｒ２，との接続中点はダイオードＤ２　を介して
接地されるとともに、コンデンサＣ２、直交トランスＰ
ＲＴの抵抗ＲＢ□及び２次巻線Ｎ１２を介して接地され
る。また、トランジスタＱ＋　　のエミッタは直交トラ
ンスＰＲＴの１次巻線ＮＡ　を介して、絶縁トランスＰ
ＩＴ０）１次巻線Ｎ、　の一端に接続される。そして、
この１次巻線Ｎ、の他端は共振用のコンデンサＣＩ　Ｏ
を介して接地される。

また、絶縁トランスＰＩＴの第１の２次巻線Ｎ２の一端
は出力整流回路ＯＲ，のダイオードＤ２１を介して出力
電圧１３５　Ｖ用の出力端子Ｔ、　　に接続される。そ
して、第１の２次巻線Ｎ２　の他端はダイオードＤ２４
を介して、ダイオードＤ２．と端子Ｔ。

との接続中点に接続される。また、この２次巻線Ｎ２　
はダイオードＤ　２２を介して出力電圧１５Ｖ用の出力
端子Ｔ２　に接続されるとともに、ダイオード［）２ｆ
ｆを介して同様に出力端子Ｔ２　に接続される。

また、絶縁トランスＰＩＴの第２の２次巻線Ｎ。

の一端はダイオードＤ！＋を介して出力電圧４５Ｖ用の
出力端子Ｔ３　に接続され、２次巻線Ｎ、の他端はダイ
オードＤ２２を介してダイオードＤ３１と出力端子Ｔ３
　との接続中点に接続される。また、この２次巻線Ｎ３
　の中点は端子Ｔ、に接続される。

そして、出力整流回路ＯＲ，のダイオードＤ２と出力端
子Ｔ１　との接続中点ならびにダイオードＤ２□と出力
端子Ｔ２　との接続中点は制御回路ＣＣに接続される。

そして、この制御回路ＣＣからの制御信号が、直交トラ
ンスＰＲＴの制御巻線Ｎ。

に供給され、直交トランスＰＲＴのインダクタンスが制
御されて、発振駆動回路ＯＤの発振周波数が制御される
。つまり、発振駆動回路ＯＤのスイッチングトランジス
タＱ、及びＱ２　のオン、オフのタイミングが制御され
、発振周波数が制御される。

さて、この第７図に示したスイッチング電源装置の絶縁
トランスＰＩＴの１次巻線Ｎｌ　、２次巻線Ｎ２及びＮ
、は、従来第８図に示すようにして、トランスＰＩＴの
コアに巻装されている。

つまり、第８図において、ＣＲは絶縁トランスＰＩＴの
コア、Ｂ’ｂ　はボビンであり、このボビンＢ’ｂ　は
コアＣＲの周縁に配置され、１次巻線Ｎ。

が巻装される１次巻線部ＦＷと、２次巻線Ｎ２　及びＮ
３　が巻装される２次巻線部ＳＷとを備えている。そし
て、２次巻線部ＳＷには第１及び第２の２次巻線Ｎ２　
及びＮ、が積み重ねられ、巻装されており、第２の２次
巻線Ｎ３　と１次巻線Ｎ１　　とは疎結合であり、第２
の２次巻線Ｎ、と第１の２次巻線Ｎ２　とは密結合とな
っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した従来のスイッチング電源装置を例え
ば大型のテレビジョン受像機に適用する場合、出力端子
Ｔ１　及びＴ２　を映像信号処理回路等のメイン負荷に
接続し、出力端子Ｔ３　を音声負荷に接続すればよい。

しかし、上述した従来のスイッチング電源装置において
は、絶縁トランスＰＩＴの第１及び第２の２次巻線Ｎ２
　とＮ３　とが密結合とされているので、以下に示すよ
うな不都合が生じる。

（１）音声負荷が最大の場合、例えば４５ＶＸ２．０Ａ
＝９０Ｗの場合、絶縁トランスＰＩＴの１次巻線Ｎ＋及
び共振用コンデンサＣＩＧに、例えば１０Ａｐ−ｐの大
電流が流れるので、発熱量が多くなってしまう。

（１１）音声負荷は、一般に変動し易く、最大値例えば
４５　Ｖ　Ｎ２．ＯＡ　＝９０Ｗから最小値例えば４５
Ｖ×０．１Δ−４，５Ｗに変化すると、メイン負荷への
出力が変動し、テレビジョン画面の明るさ等が変動して
しまう。

（ｉｉｉ　）上述の（１１）とは逆に、メイン負荷の例
えば明るさの変動によって、音声負荷への出力が変動し
、音声が不必要に小さくなったり、大きくなったりして
しまう。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、この発明は、絶縁トランスＰＩＴの１次巻線と
メイン負荷用の第１の２次巻線とが疎結合となり、上記
１次巻線と音声負荷用の第２の２次巻線とが密結合とな
るようにするとともに、第１の２次巻線と第２の２次巻
線とが疎結合となるように構成したものである。

また、この発明によれば、絶縁トランスＰＩＴをメイン
負荷用のトランスと音声負荷用のトランスの２つのトラ
ンスに分割して構成することもできる。

〔作用〕

音声負荷が最大の場合でも、発熱量が少なく、また、音
声負荷の変動によるメイン負荷への出力電圧の変動及び
メイン負荷の変動による音声負荷への出力電圧の変動を
抑制することができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例であり、スイッチング電
源装置の絶縁トランスＰＩＴの要部断面図である。

図において、絶縁トランスＰＩＴのコアＣＲの周縁にボ
ビンＢｌ］が配置される。そして、このボビンＢｂには
、１次巻線Ｎ、が巻装される１次巻線部ＰＷと、第１の
２次巻線Ｎ２　が巻装される第１の２次巻線部ＳＷ１　
と、第２の２次巻線Ｎ′、が巻装される第２の２次巻線
１５ｗ２　とが形成されている。そして、第２の２次巻
線部ＳＷ２は１次巻線部ＦＷと第１の２次巻線部Ｓ　Ｗ
　＋　　との間に形成されており、第２の２次巻線Ｎ’
ｓ　と１次巻線Ｎとは密結合となり、２次巻線Ｎ′、と
Ｎ２　　とは疎結合となる。また、１次巻線Ｎ１　　と
２次巻線Ｎ２　とは疎結合となる。

そして、１次巻線Ｎ１　　は第７図例と同様に直交トラ
ンスＰＲＴの１次巻線ＮＡ　及び共振用コンデンサＣＩ
Ｏに接続される。また、第１の２次巻線Ｎ２は出力整流
回路ＯＲ３に接続され、第２の２次巻線Ｎ’３　は出力
整流回路ＯＲ２に接続される。

そして、絶縁トランスＰＩＴを、第１図例のように構成
すると、直交トランスＰＲＴから絶縁トランスＰＩＴの
１次巻線Ｎ１　及び共振用のコンデンサＣ１゜に流れる
電流１１　　は、絶縁トランスＰＩＴの第１の２次巻線
Ｎ２　よりも、速いタイミングで第２の２次巻線Ｎ’３
　と結合して、この２次巻線Ｎ’３　に誘起起電力が発
生される。

このため、音声負荷最大時に発振駆動回路ＯＤのスイッ
チングトランジスタＱ１　　のコレクタに流れる電流１
ｃ　と、絶縁トランスＰＩＴの第２の２次巻線Ｎ’３　
に流れる電流Ｉ、と、絶縁トランスＰＩＴの１次巻線Ｎ
１　　に流れる電流■１　　とは、第２図Ａ、Ｃ，Ｄに
示すような波形となる。つまり、例えば音声負荷が４５
ＶＸ２，０Ａ＝９０Ｗで最大の時、電流■。は第２図Ａ
に示すような５Ａと４Ａとの２つのピーク点をもった波
形となり、電流■３　は第２図Ｃに示すようなピークが
８への波形となり、電流Ｉ、　　は第２図りに示すよう
な２つのピーク点をもち、第１のピーク点とピーク点と
の大きさは１０Ａで第２のピーク点とピーク点との大き
さは８Ａの波形となる。

これに対して、スイッチング電源装置の絶縁トランスが
、第８図に示すような従来の構成となっている場合、音
声負荷が９０Ｗで最大の時、スイッチングトランジスタ
Ｑ１　のコレクタに流れる電流Ｉ’ｃ　と、絶縁トラン
スの第２の２次巻線Ｎ３　に流れる電流１／、と、絶縁
トランスの１次巻線Ｎ１　　に流れる電流Ｉ１１　　と
は、第９図Ａ、Ｃ，Ｄに示すような波形となり、これら
は第２図のものとは異なっている。つまり、電流Ｉ’ｃ
　は第９図Ａに示すようなピークが５Ａの波形となり、
電流１／、は第９図Ｃに示すようなピークが３．５Ａの
波形となり、電流１／１　　は第９図りに示すようなピ
ークトウピークがＩＯＡの波形となる。

そして、コレクタ電流ＩＣは第２図へに示すような波形
となっているので、スイッチングトランジスタＱ１　　
がオンからオフとなる下降時間に発生するスイッチング
損失は、コレクタ電流が第９図へに示すような波形の１
１゜である場合のスイッチング損失と比較して、低減さ
れる。

また、絶縁トランスＰＩＴの１次巻線Ｎ、　　と第２の
２次巻線Ｎ′、とが従来のものよりも密結合としたため
、第２の２次巻線に必要な巻数を減少することができ、
巻面積を小さくすることが可能である。例えば、従来第
２の２次巻線Ｎ、の巻数が３６ターン必要であったもの
が第１図例の２次巻線Ｎ’３　の巻数は２０ターンとす
ることができる。さらに、１次巻線Ｎ、　　と第１の２
次巻線Ｎ２　　とは従来のものよりも疎結合としたため
、従来のものよりも漏洩インダクタンスが増加し、制御
感度が向上される。したがって、音声負荷の変動による
動作周波数の制御範囲が、例えば従来のものでは５Ｑｋ
Ｈｚ〜６６．６ｋｔ（ｚの１６．６ｋＨｚであったもの
が５０ｋ）ｌｚ　〜５５．５ｋ）Ｉｚ　の５．５ｋｔｌ
ｚとなり、従来の約１７３に減少することができる。

また、第１の２次巻線Ｎ２と第２の２次巻線Ｎ’ｓとは
従来のものよりも疎結合となっているので、音声負荷の
変動によるメイン負荷への出力電圧の変動及びメイン負
荷の変動による音声負荷への出力電圧の変動を抑制する
ことができる。

なお、メイン負荷の最大値を１３５Ｖｘ１．２Ａ＋１５
Ｖ　ｘｌ、５Ａ　〜１８４．５ｗ、最小値を１３５ＶＸ
Ｏ，５Ａ＋１５ＶＸ１，５Δ＝９０Ｗとし、音声負荷の
最大値を４５Ｖ　Ｎ２．ＯＡ　＝９０Ｗ、最小値を４５
Ｖ　ｘＯ，１Ａ＝４．５Ｗとし、絶縁トランスのコアを
Ｅ　Ｅ−５０，１次巻線Ｎ１　を３３ターン、第１の２
次巻線Ｎ２　を１０８ターン、共振用のコンデンサＣ＋
ａの容量値を０．１μＦとした場合、実験によると入力
端子９０Ｖから１２０Ｖまでの変動に対応するためには
、従来の装置における第２の２次巻線Ｎ３　は３６ター
ン必要であるが、この発明の一実施例の場合、第２の２
次巻線Ｎ′、は２０ターンで十分であった。

また、音声負荷が最大の場合のスイッチングトランジス
タＱ、及びＱ２　の発熱は、この一実施例のものは従来
例のものよりも約１０℃低く、音声負荷が最小の場合の
スイッチングトランジスタＱ１及びＱ２　の発熱はこの
一実施例のほうが約３℃低いものとなった。

さらに、メイン負荷の変動による音声負荷への出力電圧
の変動は、従来のものは±１０Ｖであったが、この一実
施例では±５Ｖであった。そして、音声負荷変動による
メイン負荷への出力電圧の変動は、従来のものは１５０
ｍＶ　であったが、この一実施例では８０ｍＶであった
。

第３図は、この発明の他の実施例の回路図であり、第７
図例と同等なものには同一の符号を付しである。そして
、この第３図例の場合には、絶縁トランスがメイン負荷
用のトランスＰＩＴ、　　と音声負荷用のトランスＰＩ
Ｔ２　との２つのトランスに分割されている。

つまり、メイン負荷用のトランスＰＩＴ、　の１次巻線
Ｎ’ｌ　　の一端は共振用のコンデンサＣ’ｌ。を介し
て直交トランスＰＲＴの１次巻線ＮＡ　に接続され、１
次巻線Ｎ′１　の他端は接地される。そして、１次巻線
Ｎ′１　　の漏洩インダクタンスとコンデンサＣ’ＩＯ
とにより直列共振回路が形成される。また、トランスＰ
ＩＴ、　の２次巻線Ｎ’２　は出力整流回路ＯＲ，に接
続される。

そして、音声負荷用のトランスＰＩＴｚ　の１次巻線Ｎ
′１　の一端は共振用のコンデンサＣ’ｌ。を介して直
交トランスＰＲＴの１次巻線ＮＡ　に接続され、１次巻
線Ｎ′１　の他端は接地される。そして、１次巻線Ｎ′
、の漏洩インダクタンスとコンデンサＣ’　Ｉ　Ｏとに
より直列共振回路が形成される。また、トランスＰＩＴ
２　の２次巻線Ｎ’　３は出力整流回路ＯＲ２に接続さ
れる。なお、１次巻線Ｎ’　＋と２次巻線Ｎ’　ｘとは
結合係数が約０．８５で密結合となっている。

そして、メイン負荷が最大の場合のメイン負荷へ出力電
圧は、周波数ｆによって、第４図の曲線（２）のように
変化し、メイン負荷が最小の場合のメイン負荷への出力
電圧は第４図の曲線（１）に示すように変化する。した
がって、メイン負荷の出力電圧を１３５　Ｖにするため
には、メイン負荷最大時には周波数ｆをｆＯとするよう
に制御し、メイン負荷最小時には周波数ｆをｆＯ＋Δｆ
１とすればよい。

そして、第４図の曲線（３）及び（４）のように、音声
負荷が最大の場合に周波数ｆＯで音声負荷への出力電圧
が４５Ｖとなり、音声負荷が最小の場合には周波数ｆＯ
＋Δ「、で音声負荷への出力電圧が４５Ｖとなるように
トランスＰＩＴ２　を調整すればよい。

つまり、上述のようになるように、共振用のコンデンサ
Ｃ’ｌ。の容量値と、トランスＰＩＴ２　のコアの断面
積と１次巻線Ｎ’　ｌ　の巻数を調整すればよい。

なお、第３図例において、メイン負荷の最大値を１８４
．５　Ｗ　、最小値を９０Ｗとし、音声負荷の最大値を
９０Ｗ１最小値を４．５Ｗとして、入力端子９０Ｖから
１２０Ｖまでの変動に対応するためには、実験によると
、絶縁トランスＰＩＴ、　のコアはＥＥ−４０で１次巻
線Ｎ′、の巻数５０ターン、２次巻線Ｎ′２の巻数は１
０８ターン、共振用のコンデンサＣ’ｌ。の容量値は０
．０３３μＦで、絶縁トランスＰＩＴ２　のコアはＵ−
１８で、１次巻線Ｎ’ｌ　の巻数は１２０ターン、２次
巻線Ｎ’３　の巻数は５０ターン、共振用のコンデンサ
Ｃ’ｌ。の容量値は０．０１μＦとなった。そして、こ
の時にトランスＰＩＴ、　０１次巻線Ｎ’ｌ　　に流れ
る電流Ｉ／１　の波形を第５図Ａに示し、トランスＰＩ
Ｔ２の１次巻線Ｎ’　ｌ　　に流れる電流１８１０波形
を第５Ｎ８に示し、発振駆動回路ＯＤのスイッチングト
ランジスタＱ１　　のコレクタ電流ｒｃ　を第５図Ｃに
示す。また、第６図に、音声負荷が最大の場合における
、音声負荷への出力電圧とメイン負荷への出力電流！＋
３５　との関係を実線の曲線（６）に示し、音声負荷が
最小の場合を実線の曲線（５）に示す。この場合、音声
負荷への出力電圧の変動は約±４Ｖとなっている。また
、第３図例の場合、入力端子が１００　Ｖで音声負荷及
びメイン負荷との合計負荷が最大の２７４．５　Ｗのと
きの必要な人力電力は３０４Ｗとなり、損失は２９．５
　Ｗで電力変換効率は約９０％であった。

これに対し、従来例の場合、実験によると、絶縁トラン
スＰＩＴのコアをＥ　Ｅ−５０で１次巻線Ｎの巻数は３
３ターン、第１の２次巻線Ｎ２　の巻数は１０８ターン
、第２の２次巻線Ｎ３　の巻数は３６ターン、共振用の
コンデンサＣ２の容量値は０．１μＦとなった。そして
、この時にトランスＰ■Ｔの１次巻線に流れる電流（１
１の波形は第９図りに示すようになり、共振駆動回路Ｏ
ＤのスイッチングトランジスタＱ、のコレクタ電流１／
ｃ　の波形は第９図Ａに示すようになった。また、第６
図に、従来例の場合の音声負荷が最大の時の音声負荷へ
の出力電圧とメイン負荷への出力電流ＩＩＳ　との関係
を破線の曲線（８）に示し、音声負荷が最小の場合を破
線の曲線（７）に示す。この場合、音声負荷への出力電
圧の変動は約±ＩＯＶとなっている。また、従来例の場
合、入力端子が１００ｖで、音声負荷及びメイン負荷と
の合計負荷が最大の２７４．５　Ｗのときの必要な人力
電力は３０８．５　Ｗとなり、損失は３４Ｗで電力変換
効率は約８９％であった。

したがって、第３図例の装置は、従来例に比較して、音
声負荷の変動によるメイン負荷への出力電圧の変動及び
メイン負荷の変動による音声負荷への出力電圧の変動が
抑制されるとともに、電力変換効率が改善される。

〔発明の効果〕

こうして、この発明によれば、絶縁トランスＰＩＴの１
次巻線Ｎ、とメイン負荷用の第１の２次巻線Ｎ２　とが
疎結合となり、上記１次巻線Ｎ１　　と音声負荷用の第
２の２次巻線Ｎ’ｊ　とが密結合となるようにするとと
もに、第１の２次巻線Ｎ２　と第２の２次巻線Ｎ′、と
が疎結合となるように構成したので、音声負荷が最大の
場合でも発熱量が少なく、また、音声負荷の変動による
メイン負荷への出力電圧の変動及びメイン負荷の変動に
よる音声負荷への出力電圧の変動が抑制されるので、大
負荷で大音声出力の例えば大型カラーテレビジョン受像
機やプロジェクタのスイッチング電源として容易に適用
することができる。

また、絶縁トランスＰＩＴをメイン負荷用のトランスＰ
ＩＴ、　　と音声負荷用のトランスＰＩＴ２の２つのト
ランスに分離しても、上述のような効果を奏することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の絶縁トランスの要部断
面図、第２図は信号の波形図、第３図はこの発明の他の
実施例の回路図、第４図は出力電圧と周波数との関係を
示す図、第５図は信号の波形図、第６図は電圧変動を示
す図、第７図は従来例の説明図、第８図は従来の絶縁ト
ランスの要部断面図、第９図は従来例の波形図である。 ＰＳは直流電源、ＯＤは発振駆動回路、ＰＲＴは直交ト
ランス、ＰＩＴは絶縁トランス、Ｐ　Ｉ　Ｔ。 は第１の絶縁トランス、ＰＩＴ２は第２の絶縁トランス
、Ｎ　ｌ＋　Ｎ’ｌ、　Ｎ’＋　　は１次巻線、Ｎ２　
は第１の２次巻線、Ｎ’ｊ　は第２の２次巻線、ＯＲ，
、ＯＲ２は出力整流回路、ＣＣは制御回路である。 代　　理　　人 松　　隈　　秀　　盛 一文力←竹゛１の尊−＃断酌凹 第１図 ？−却断酌凹 第８図 −￥虎例の濃形国

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１次巻線と、第１の２次巻線と、第２の２次巻線と
   を有し上記第２の２次巻線は、コアに巻かれた上記１次
   巻線と上記第１の２次巻線との間に巻かれ、上記１次巻
   線と上記第２の２次巻線とを密結合とし、上記第２の２
   次巻線と上記第１の２次巻線とを疎結合とした絶縁トラ
   ンスを備えたスイッチング電源装置。 ２、直流電源と、 上記直流電源に接続される発振駆動回路と、上記発振駆
   動回路の発振周波数を制御する発振周波数制御用のトラ
   ンスと、 第１の負荷に接続される第１の出力整流回路と、 第２の負荷に接続される第２の出力整流回路と、 上記発振周波数制御用のトランスの１次巻線に接続され
   る１次巻線と、上記第１の出力整流回路に接続される２
   次巻線とを有する第１の絶縁トランスと、 上記発振周波数制御用のトランスの１次巻線に接続され
   る１次巻線と、上記第２の出力整流回路に接続される２
   次巻線とを有する第２の絶縁トランスと、 上記第１の出力整流回路からの出力信号に従って、上記
   発振周波数制御用のトランスのインダクタンスを制御し
   て、上記発振駆動回路の発振周波数を制御する制御回路
   とを備えたスイッチング電源装置。