JPH04101664A - 多出力スイツチングレギユレータ - 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、多出力スイッチングレギュレータに関する
。

〔従来の技術〕

一般に、商用電源のような交流電源に接続して安定化直
流電力が得られる市販の、あるいは本体機器に内蔵され
た各種の直流電源装置がある。

最近は、これらの直流電源装置として、高周波スイッチ
ング方式のＤＣ−ＤＣコンバータを用いたスイッチング
レギュレータが、小型軽量で低コストであり電力効率が
優れている点で多用されている。

これらのスイッチングレギュレータは、大電力用は単一
出力型であるが、中電力、小電力用では同一電圧で極性
の異なる正負出力、あるいは電圧の異なる出力等が組合
された多出力型が多い。

量産される本体機器に内蔵されているものはその仕様に
合せて設計され、負荷やその時間的変化は予め分ってい
るが、独立に市販されているものはどの様な使われ方を
するか全く不明であるから。

より厳しい性能が求められる。

何れにしても、変化しない一定の負荷や変化範囲の比較
的少ない負荷もあれば、常時光んど０で負荷時には１０
０％近くまで変る（瞬間的には１００％を超える）よう
な負荷もある。また、例えば電子回路用のように厳しい
電圧安定性を求められるものもあれば、モータ、ソレノ
イド朴動用のように多少の電圧変動は許されるが電流容
量とその変動が大きい負荷もある。

第３図は、２出カスイツチングレギユレータの従来例を
示す回路図であり、公知のように、交流電源１から入力
する交流電力はダイオードブリッヂからなる整流器２で
整流され、平滑用のコンデンサＣｐを充電する。

コンデンサＣＰに充電された平滑直流電力は、制御部１
５からの駆動パルスでオン・オフするトランジスタＱに
より断続電流となってトランス１４の１次巻線Ｎｐを流
れ、その２次巻線Ｎｓ　１゜Ｎｓ２に電力を誘起する。

それらの誘起電力は、それぞれダイオードＤ１゜Ｄ２、
転流ダイオードＤＴＩ、ＤＴ２．チョークコイルＬｌ、
Ｌ２、コンデンサＣ１，Ｃ２により整流平滑され、コン
デンサＣ１，Ｃ２に充電された直流電力は、それぞれ出
力電圧Ｖｌ、Ｖ２の出力１．出力２として外部の負荷に
供給される。

出力２の出力電圧ｖ２は、抵抗Ｒ３，Ｒ４からなる分圧
器で分圧されて制御部１５ヘフイードバツクされ、制御
部１５はフィードバックされた分圧信号に応してトラン
ジスタＱに出力する駆動パルスのパルス幅を制御するこ
とにより、出力電圧ｖ２は所定の値に安定化される。

この時、トランス１４のクロスレギユレーションにより
、出力１の出力電圧ｖ１もほぼ一定の値に準安定化され
ている。

帰還系出力である出力２は、交流電源１の入力電圧変動
、出力電流工２の変動があっても、出力電圧■２は常に
安定化されている。

一方、非帰還系出力である出力１の出力電圧■１は入力
電圧変動に対しては安定であるが、出力電流工１の変動
によって多少変化するのみならず、第２図に示すように
出力２の出力電流Ｉ２の変動の影響も受ける。

第２図は、出力電流工１を一定とした時の出力電流工２
に対する出力電圧Ｖｌ、Ｖ２の特性の一例を示す線図で
ある。

すなわち、出力２の出力電圧Ｖ２はその出力電流Ｉ２に
関係なく一定であるが、出力１の出力電圧ｖ１は、８力
電流■２の増減に応じて駆動パルスのパルス幅が増減す
るため、緩い傾斜で増減する。

しかしながら、出力電流工２が成る閾値Ｉａ以下になる
と、駆動パルス幅が狭くなりすぎてスイッチングが不安
定になるから、出力電圧■１が急な傾斜で下降し始め、
さらに破線で示したようにＯに近づくと整流平滑回路の
作用が不円滑になることも加わって、出力電圧Ｖｌ、Ｖ
２が共に（脈動を供なう）不安定状態になる。

抵抗Ｒ１，Ｒ２は、それを防ぐために常に若干の電流を
流すブリーダ抵抗である。

しかしながら、帰還系出力である出力２の抵抗Ｒ２は、
非帰還系出力である出力１の出力電圧■１を準安定化す
るため、閾値Ｉａ以上の電流を流す必要があり、それだ
け無駄な電流が流れて出力電流■２の有効最大値が抑え
られることになる。

そのため、例えば特開昭６０−１９４７５６号公報に示
されたような提案があった。

すなわち、第３図に示したブリーダ用の抵抗Ｒ２の代り
に、第４図に示すようにダミー抵抗１８゜トランジスタ
１９．ツェナダイオードＺＤ、抵抗Ｒ５，Ｒ１５からな
るダミー負荷回路を設けたものである。

このダミー負荷回路は、トランジスタ１９を介してダミ
ー抵抗１８に流れるダミー算法Ｉｄと出力電流Ｉ２との
和である合成電流Ｉｃの抵抗Ｒ５による降下電圧＝Ｉｃ
ＸＲ５が、ツェナダイオードＺＤのツェナ電圧Ｖｚと等
しくなるように作用するから、合成電流Ｉｃは常に一定
になる。

抵抗Ｒ１５は、ツェナ電圧Ｖｚが安定化するように、ツ
ェナダイオードＺＤに若干の電流を流すためのものであ
る。

合成電流Ｉｃを、第２図に示したように、出力電流工２
の最大値（またはその近傍）に設定しておけば、出力電
流■２がＯから最大値まで変化しても、それに応じてダ
ミー電流Ｉｄが変化して合成電流ＩＣが変らないから、
出力１の出力電圧ｖ１は一定値Ｖｌｃに安定化される。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、特開昭６０−１９４７５６号公報に示され
た提案は、出力電圧ｖ１を安定化するためには有効であ
るが、出力１．出力２が無負荷状態であっても常に帰還
系出力（出力２）には最大電流またはそれに近い電流が
流れている。

例えば、制御用電源のように常時負荷がある場合は余り
問題にならないが、輛動用電源のように待機中は全く無
負荷であり、しかも作動時間に比へて待機時間が長い機
器内蔵の電源装置の場合は、効率の優れたスイッチング
レギュレータでありながら、長時間無駄な電力が消費さ
れていることになり、その電力はすべて電源装置内で熱
に変っているから放熱問題も無視し得ない。

また、第３図に示した従来例においても、出力２自身の
安定のためには、閾値１ａよりも少ない、スイッチング
が不安定にならないだけの電流が流れていればよく、出
力１に負荷が接続されていない時にも出力電圧ｖ１を安
定化するために帰還系出力に閾値Ｉａ以上の電流を流し
ているのは無、駄であり、さらにその分だけ出力２から
外部負荷に供給出来る出力電流Ｉ２の最大値が減少する
から、必要な時のみブリーダ電流またはダミー電流を流
せばよい。

この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、多出
力スイッチングレギュレータが、必要時のみ帰還系出力
のダミー抵抗に電流を流すことにより出力電圧を安定化
すると共に、省電力、高効率化することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記の目的を達成するため、交流電源から
入力する交流電力を整流平滑して得られた１次直流電力
を複数の外部出力用２次巻線を備えたトランスの１次巻
線とスイッチング素子との直列回路に入力し、そのスイ
ッチング素子をオン・オフすることにより各外部出力用
２次巻線に誘起される電力をそれぞれ整流平滑して外部
の負荷に出力すると共に、それらの出力のうちの何れか
を帰還系出力としてその出力電圧を検出し、その検出さ
れた出力電圧に応じてパルス幅変調される駆動パルスで
スイッチング素子を駆動することにより各外部出力の電
圧を安定化する多出力スイッチングレギュレータにおい
て、 帰還系出力の端子間に接続したダミー抵抗とダミースイ
ッチとの直列回路と、帰還系出力以外の非帰還系出力の
うち少くとも１つの出力電流を検出してその検出値が所
定値を超えた時にダミースイッチをオンにし、帰還系出
力の出力電流を検出してその検出値が予め設定した設定
値を超えた時にダミースイッチを強制的にオフにするダ
ミースイッチ制御手段とを設けたものである。

また、帰還系出力または非帰還系出力の少くとも１つの
出力電流を平滑する手段としてコンデンサと電流検出巻
線を備えたチョークコイルとからなるチョーク入力型の
平滑回路を設け、ダミースイッチ制御手段がチョークコ
イルの電流検出巻線に誘起される信号によりその又はそ
れらの出力電流を検出するようにするとよい。

〔作　用〕

上記のように構成した多出力スイッチングレギュレータ
は、ダミースイッチ制御手段が非帰還系出力のうち少く
とも１つの出力電流を検出し、その検出値が所定値を超
えた時すなわち外部の負荷に電流を出力した時にダミー
スイッチをオンにするから、帰還系出力の回路の中でダ
ミー抵抗を流れる電流が生じ、非帰還系出力の出力電圧
が安定化される。

さらに、ダミースイッチ制御手段が、帰還系出力の出力
電流を検出してその検出値が予め設定した設定値を超え
た時、すなわち帰還系出力の出力電流がダミー抵抗を流
れる電流よりも大きくなった時にはダミースイッチを強
制的にオフにするから、非帰還系出力の出力電圧を安定
化状態に保ったまま、ダミー抵抗を流れる余分になった
電流をカットし、その分帰還系出力の最大出力電流値を
大きくとることが出来る。

また、ダミースイッチ制御手段がチョークコイルの電流
検出巻線に誘起される信号によりその出力電流を検出す
れば、回路中に出力電流を検出するための抵抗を設ける
必要がなく、それによる電圧降下が無くなると共に、帰
還系出力と電流検出巻線を設けた非帰還系出力とは互に
独立にすることが出来る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面を参照して具体的に説
明する。

第１図は、この発明による２出カスイツチングレギユレ
ータの一実施例を示す回路図であり、第３図及び第４図
に示した従来例と同一部分には同一符号を付して説明を
省略する。

トランス４には、３個のフォーワード接続の２次巻線Ｎ
ｓ　１．Ｎｓ　２．Ｎｓ　３が設けられ、そのうちの２
次巻線Ｎｓｌ、Ｎｓ２は従来例と同じ外部出力用２次巻
線であり、２次巻１ｉＮｓ３はダイオードＤ３．コンデ
ンサＣ３からなる整流平滑回路を介して制御部５に電力
を供給し、外部には出力しない。

１次側の平滑用コンデンサＣｐの両端子間には抵抗Ｒ８
，Ｒ９からなる分圧器が接続され、その分圧点はダイオ
ードＤ４を介してコンデンサＣ３（の子端子）に接続さ
れているが、これはスイッチングレギュレータのスター
ト時に制御部５に電力を供給する電源であり、定常状態
になって２次巻４ＩＮ　ｓ　３から電力が供給されるよ
うになると、ダイオードＤ４は逆流防止用として作用し
、制御部５と無関係になる。

トランス４の１次巻線Ｎｐに並列に接続された抵抗Ｒ６
とコンデンサＣ４との直列回路はスナバ回路であり、１
次巻線Ｎｐを流れる１次電流のオン・オフ時に発生する
過渡的な電圧、特に電流オフ時に発生するフライバック
電圧を吸収してＦＥＴ３を保護する。

スイッチング素子であるＦＥＴ３は、トランス４の１次
巻線Ｎｐと直列回路を構成してコンデンサＣＰに接続さ
れ、制御部５の出力端子ＰＷから出力される駆動パルス
に応じて１次巻線Ｎｐに流れる１次電流をオン・オフす
る。

１次電流のオン・オフにより外部出力用２次巻線Ｎｓｌ
、Ｎｓ２にそれぞれ誘起された電力は、１次電流オン時
にダイオードＤｉ、Ｄ２およびチョークコイル７．１０
を通る電流となってコンデンサＣ１，Ｃ２を充電し、そ
の間その２次電流を平滑するためにそれぞれチョークコ
イル７．１０のコアに磁気エネルギとして蓄積された電
力は、１次電流オフの時に電流に再変換され、転流ダイ
オードＤＴＩ、ＤＴ２を通ってコンデンサＣ１゜Ｃ２を
充電する。

帰還系出力である出力２の出力電圧Ｖ２は、抵抗Ｒ３，
Ｒ４により分圧されて、抵抗Ｒ１６およびフォトカプラ
６の発光部６ａと直列回路を構成して出力端子間に接続
されたシャントレギュレータＤＺに出力される。

シャントレギュレータＤＺは入力する分圧信号（と内部
参照電圧との差）に応じてフォトカプラ６の発光部６ａ
を発光させ、その光信号は受光部６ｂを介して制御部５
にフィードバックされる。

制御部５は、フィードバックされた信号に応じて駐動パ
ルスをパルス幅変調し、出力２の出力電圧ｖ２を予め設
定された値になるように制御し、安定化する。

さらに、出力２の８力端子間には、ダミー抵抗８とダミ
ースイッチであるトランジスタ９との直列回路が接続さ
れている。

非帰還系出力である出力１のチョークコイル７（第３図
、第４図のチョークコイルＬ１に対応）には、電流検出
巻線７ａが設けられている。

この電流検出巻線７ａの端子間には、ダイオードＤ７を
介してコンデンサＣ７と抵抗Ｒ７との並列回路が接続さ
れ、出力１の電流検出回路が構成されている。

同様に、帰還系出力である出力２のチョークコイル１０
（第３図、第４図のチョークコイルＬ２に対応）には、
電流検出巻線１０ａが設けられ、その端子間には、ダイ
オードＤ１０を介してコンデンサＣＩＯと抵抗ＲＩＯと
の並列回路が接続され、出力２の電流検出回路が構成さ
れている。

これらの電流検出回路は、−見するとトランスの２次側
に誘起された電力を整流平滑して負荷に供給する回路と
類似しているが、この回路は電流検出巻線７ａに誘起さ
れた電力を取出すのではなく、誘起された電圧を信号と
して処理するもので電流は殆んど流れないから、チョー
クコイル７゜１０はトランスでなく１次側巻線と磁性体
コアからなるチョークコイルとして作用する。

このように、チョーク入力型平滑回路のチョークコイル
に電流検出巻線を設け、電流に応してそれに誘起される
電圧信号を検出すれば、一般に行なわれているような回
路中の電流検出用抵抗が不要になるから、それによる出
力電圧の電圧降下が生じない。

また、電流検出巻線７ａ、１０ａは直流的にも交流的に
もそれぞれ出力１．出力２に対して！縁されているから
、出力１と出力２とは互に独立した電源として使用する
ことが出来る。

それぞれのダイオードＤ７．ＤＩＯは電流検出巻線７ａ
、１０ａのフォーワード電圧信号を通過させ、コンデン
サＣ７，ＣＩＯはその脈動電圧のスイッチング周波数お
よびその高調波成分をバイパスし、抵抗Ｒ７，ＲＩＯの
両端にはそれぞれの直流成分に応じた電圧信号が発生す
る。

抵抗Ｒ７の両端に生した電圧信号は、抵抗Ｒ１１、Ｒ１
２からなる分圧器により分圧されてトランジスタ９のベ
ースに出力される。

抵抗ＲＩＯの両端に生じた電圧信号は、ツェナダイオー
ド１１を通過し、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４からなる分圧器に
より分圧されてトランジスタ１２のベースに出力される
。

エミッタが接地されたトランジスタ１２のコレクタは、
トランジスタ９のベースに接続されている。

上記のようにダミースイッチ制御手段を構成すれば、ト
ランジスタ９のベース・エミッタ間電圧特性と電流検出
巻線７ａの巻数および抵抗Ｒ１１゜Ｒ１，２の分圧比と
によって、それを超えた時にダミースイッチであるトラ
ンジスタ９がオンになる所定値が設定される。

この所定値を、例えばチョークコイル７を流れる電流が
抵抗Ｒ１を流れるブリーダ電流だけである時はトランジ
スタ９がオフであり、出力１の外部負荷に供給する外部
出力電流１１が流れた時、即ち負荷が発生した時にトラ
ンジスタ９がオンになるように設定する。

そうすれば、出力１．出力２が共に無負荷であり、仮り
に出力電圧Ｖｌ、Ｖ２が不安定であったとしても、出力
１に負荷が発生した時には直ちにトランジスタ９がオン
になってダミー抵抗８には（閾値Ｉａ以上の）電流が流
れ、出力電圧Ｖ１は準安定状態になる。

待機中のように出力１が無負荷であれば、ダミー抵抗８
には電流が流れないから、長時間待機状態にあっても無
駄な発熱がなく、省電力したがって実質的に高電力効率
が保たれる。

また、トランジスタ１２のベース・エミッタ間電圧特性
と、電流検出巻線１０ａの巻数、ツェナダイオード１１
のツェナ電圧および抵抗Ｒ１３゜Ｒ１４の分圧比とによ
って、それを超えた時にトランジスタ１２がオンになる
設定値が設定される。

この設定値を、例えばトランジスタ９がオンの時に閾値
Ｉａ以上にとったダミー抵抗８を流れるダミー電流の２
倍を超える電流がチョークコイル１０を流れた時に、ト
ランジスタ１２がオンになるように設定する。

ツェナダイオード１１は、その精度を上げて動作を確実
にするために設けたものであり、場合によっては省略す
ることも出来る。

このようにすることにより、出力２から負荷に出力する
出力電流■２が閾値１ａを超え、その出力電流工２だけ
でも出力１の８力電圧■１を準安定状態に出来る場合は
、トランジスタ１２がオンになってトランジスタ９のベ
ースを接地レベルに落し、ダミースイッチであるトラン
ジスタ９がオフになるからダミー抵抗８を流れている余
分になったダミー電流をカットし、無駄な電力消費と発
熱を抑制すると共に、その分帰還系出力である出力２の
最大出力電流値を大きくとることが出来る。

出力２の負荷が減少して出力電流■２が閾値Ｉａに近づ
くと、トランジスタ１２がオフになってトランジスタ９
のベースのレベルは出力１の電流検出回路の出力で制御
されるようになるから、出力１に負荷があればトランジ
スタ９はオンになってダミー電流が流れ、負荷がなけれ
ばオフのままである。

出力２の電流検出回路により制御されるトランジスタ１
２のオン・オフには一般に多少のヒステリシス特性が存
在しているためと、実際上は閾値Ｉａが余り大きくない
から、出力電流■２が増加してトランジスタ１２がオン
になりダミー電流がカットされるとその電流減少分でト
ランジスタ１２がオフになって再びダミー電流が流れ、
そのオン・オフが繰返される発振現象は生じない。

しかしながら、閾値Ｉａが比較的大きく、それに供って
ダミー電流が大きく設定されると、設定値の近傍で出力
電流工２が成る程度ゆっくりと変化する場合に、増減何
れの時も発振現象を起す恐れがある。

このような場合には、トランジスタ１２のベースに入力
する信号に予め適当なヒステリシス特性を与えておけば
よい。

以上、２出カスイツチングレギュレータ即ち非帰還系出
力が１つの場合を例として説明したが。

この発明は３出力以上の、即ち複数の非帰還系出力を有
するスイッチングレギュレータにも適用することが出来
る。

市販のスイッチングレギュレータのように、それ自体が
独立であり如何なる負荷条件で使われるか分らない場合
は、すへての非帰還系出力に電流検出回路を設け、どの
非帰還系出力に負荷があっても、ダミースイッチ制御手
段はそれを検出してダミースイッチをオンにするように
設定すればよい。

本体機器に内蔵されるスイッチングレギュレータであれ
ば、予め負荷条件が分っているから、特定の（少くとも
１個の）非帰還系出力に限定して電流検出回路を設けれ
ばよい場合が多い。

すなわち、待機時にも作動してオペレーションスタート
信号の有無を検出し、スタート信号に応して各部の制御
を開始する制御回路は帰還系出力（例えば出力２）に接
続して置き、待機中無負荷であり制御回路からの（シー
ケンシアル）制御信号に応して作動する負荷については
、最も作動時間が長く他の負荷の作動かすへてその間に
行なわれる負荷Ａがあれば、その負荷Ａが接続された非
帰還系出力にのみ電流検出回路を設ければよい。

また、１つの負荷では全作動時間がカバー出来なくとも
、負荷Ｂと負荷Ｃとでカバー出来るならばその負荷Ｂ、
Ｃが接続された非帰還系出力に電流検出回路を設けるよ
うにすれば、すべての非帰還系出力に電流検出回路を設
ける必要がない。

このように複数の非帰還系出力に電流検出回路を設ける
場合に、それらがすへて帰還系出力と独立でなく例えば
共通グランドでもよく、電流検出用抵抗による電圧降下
が問題にならなければ、共通グランドラインに電流検出
用抵抗を設け、待機時の（ブリーダ電流の和のような）
電流が少しでも増加すればそれを検出してダミースイッ
チをオン出来るように所定値を設定してもよい。

しかしながら、電流検出回路を設けた非帰還系出力のう
ち１つでも他の出力系から独立する必要があるか、ある
いは抵抗による電圧降下特に他の出力電流の影響による
電圧降下があってはならない場合には、チョークコイル
に電流検出巻線を設ける効果が大きい。

このような場合に、ダミースイッチを並列に複数設ける
必要はなく、第１図における抵抗Ｒ１２を共通として、
それぞれ抵抗Ｒ１１に相当する抵抗を介して抵抗Ｒ１２
（すなわちトランジスタ９のベース）に接続すれば、各
出力系は互に独立すると共に、それらの出力電圧は他の
出力系の出力電流の変動の影響を受けない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明による多出力スイッチン
グレギュレータは、必要時のみ帰還系出力のダミー抵抗
に電流を流して出力電圧を安定化し、それ以外にはダミ
ー抵抗に電流を流さないから、省電力、高効率化するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による多出力スイッチングレギュレー
タの一実施例を示す回路図、 第２図は帰還系出力の出力電流に対応する帰還系出力及
び非帰還系出力の出力電圧特性の一例を示す線図、 第３図及び第４図はそれぞれ従来例を示す回路図である
。 １・・・交流電源　　　　　　２・・整流器３・・・Ｆ
ＥＴ　（スイッチング素子）４・・・トランス ５・・制御部（駆動パルス幅変調装置）７．１０・・チ
ョークコイル ７ａ、１０ａ・・・電流検出巻線 ８・・ダミー抵抗 ９・トランジスタ（ダミースイッチ） １２・・・トランジスタ 出力１・・非帰還系出力　　出力２・・帰還系出力セ孔
うＳ ■ ○ Ｑ 第２ 図 Ｃ 第３図 第４ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　交流電源から入力する交流電力を整流平滑して得ら
   れた１次直流電力を複数の外部出力用２次巻線を備えた
   トランスの１次巻線とスイッチング素子との直列回路に
   入力し、そのスイッチング素子をオン・オフすることに
   より前記各外部出力用２次巻線に誘起される電力をそれ
   ぞれ整流平滑して外部の負荷に出力すると共に、それら
   の出力のうちの何れかを帰還系出力としてその出力電圧
   を検出し、その検出された出力電圧に応じてパルス幅変
   調される駆動パルスで前記スイッチング素子を駆動する
   ことにより前記各外部出力の電圧を安定化する多出力ス
   イッチングレギュレータにおいて、前記帰還系出力の端
   子間に接続したダミー抵抗とダミースイッチとの直列回
   路と、前記帰還系出力以外の非帰還系出力のうち少くと
   も１つの出力電流を検出してその検出値が所定値を超え
   た時に前記ダミースイッチをオンにし、前記帰還系出力
   の出力電流を検出してその検出値が予め設定した設定値
   を超えた時に前記ダミースイッチを強制的にオフにする
   ダミースイッチ制御手段とを設けたことを特徴とする多
   出力スイッチングレギュレータ。 ２　請求項１記載の多出力スイッチングレギュレータに
   おいて、前記帰還系出力または前記非帰還系出力の少く
   とも１つの出力電流を平滑する手段として、コンデンサ
   と電流検出巻線を備えたチョークコイルとからなるチョ
   ーク入力型の平滑回路を設け、前記ダミースイッチ制御
   手段が前記チョークコイルの電流検出巻線に誘起される
   信号によりその又はそれらの出力電流を検出するように
   したことを特徴とする多出力スイッチングレギュレータ
   。