JPH0488874A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、各種電子機器に用いられるスイッチング電源
装置に関する。

（従来の技術） 近年−１商用電源等より安定した直流電圧を得るべくス
イッチング素子に対するオンパルス幅制御をデジタル的
に行うスイッチング電源装置が各種の電子機器に用いら
れている。

第３図はこうしたスイッチング電源装置の−っであるフ
ォワード型のスイッチング電源装置の構成を示す回路図
である。

同図において、ユはＡＣ１００Ｖの商用電源、２はＡＣ
１００Ｖに含まれるノイズ成分を除去するフィルタ、３
はフィルタ２を通過したＡＣ１００Ｖを整流する整流器
、Ｃ１は整流電圧を平滑化する平滑用コンデンサ、４は
スイッチング用のパワートランジスタ、５はスナバ回路
、Ｔは重入力多出力型のトランスである。

また、Ｄ１〜Ｄ４はそれぞれ本装置の各二次側回路に介
挿された整流ダイオード、Ｌｌ　、Ｒ２およびＣ２、Ｃ
３は二次側入力電流のリップルを圧縮するための平滑回
路を構成するチョークコイルおよび平滑用コンデンサ、
Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ過電流検出用の低抵抗、Ｒ３、Ｒ
４はそれぞれ負荷抵抗である。

さらに、６は各二次側回路の出力電圧に基づくパワート
ランジスタ４のオンパルス幅制御や、過電流、過電圧お
よび過小電圧の検出等各種の制御を行うワンチップマイ
コン、７はパワートランジスタ４のベースに駆動パルス
を出力するドライバ、Ｒ５および８は一次側回路で得ら
れた整流平滑後の電圧からワンチップマイコン６に＋１
２Ｖの駆動電圧を供給するための抵抗およびツェナーダ
イオードである。

また９〜１２はそれぞれ一次側回路と二次側回路との絶
縁をとりながら各二次側回路における低抵抗Ｒ１、Ｒ２
（０，０１Ω）を挟んだ２点（Ａｌ、Ａ２およびＢｌ　
、Ｂ２　）の電圧をワンチップマイコン６に伝達する絶
縁用フォトカプラ、１３〜］６はそれぞれ低抵抗Ｒ１、
Ｒ２の抵抗値や絶縁用フォトカプラ９〜１２の変換効率
のバラツキを吸収して、調整試験時の規定定電圧の確保
や過電流検出点の設定等各種の調整に用いられるボリュ
ームである。

さらに、上述のワンチップマイコン６において、１７は
ワンチップマイコン６全体の制御を行うマイクロコンピ
ュータ、１８はマイクロコンピュータ１７の制御プログ
ラム等が記憶されたＲＯＭ。

１９はマイクロコンピュータ１７の作業用領域等として
用いられるＲＡＭ、２０は各絶縁用フォトカプラ９〜１
２からの入力電圧を８ビツトからなるデジタルデータに
変換するＡ／Ｄ変換器、２１はドライバ７に出力する信
号を含む各種の出力信号が保持される　８ビツトレジス
タである。

次にこのスイッチング電源装置の動作について説明する
。

まず一次側回路に商用ＡＣ１００Ｖ電源が投入されると
、その電流はフィルタ２を介して整流器３に人力されて
全波整流が行われる。これにより平滑用コンデンサＣＩ
に約１４１　Ｖに対する電荷が蓄積される。

平滑コンデンサ用Ｃ１に充分な電荷が蓄積されと、抵抗
Ｒ５、ツェナーダイオード８を通じてワンチップマイコ
ン６に＋　５ｖの駆動電圧が供給され、これによりワン
チップマイコン６はパワートランジスタ４に対するスイ
ッチング制御を開始する。

パワートランジスタ４がオンの状態において、平滑用コ
ンデンサＣ１に蓄積された電荷は、トランスＴの一次側
コイルに電流となって流れ、これによりトランスＴの各
二次側コイルに整流ダイオードＤｉ　、Ｃ３を導通する
方向の電流が流れる。

またパワートランジスタ４がオフの状態においては、ス
ナバ回路５による一次側コイルに蓄積されたエネルギの
消費により、二次側コイルに整流ダイオードＤ２　、Ｃ
４を導通する方向の電流が流れる。これにより各二次側
回路に継続的に電流か流れる。

この後、各二次側回路に流れた電流のリップルを、チョ
ークコイルＬｌ　、Ｒ２および平滑用コンデンサＣ２、
Ｃ３から構成された平滑回路において圧縮し、これによ
り得られた定電圧か負荷に与えられる。

一方、各二次側回路において得られた直流電圧は、それ
ぞれボリューム１３〜１６、絶縁用フォトカプラ９〜１
２を介してワンチップマイコン６に送られる。

ワンチップマイコン６は、各二次側回路から負荷に与え
られる電圧が常に一定になるよう各二次側回路からフィ
ードバックされた電圧値に基づいてパワートランジスタ
４のオンパルス幅を制御する。

ここで、二次側回路のＡ２点の電圧が規定の電圧（＋　
５Ｖ）より低くなり（例えば＋４．８Ｖ）、かつそのと
きの電流値、つまり （Ａ１点電圧−Ａ２点電圧）　／　０．０１Ωの値が過
電流判定値（例えばＢ０点以上）よりも低ければ、パワ
ートランジスタ６のオンパルス幅を広げて一次側回路か
ら二次側回路へ供給するエネルギを増大させ、逆にＡ２
点の電圧が規定の電圧よりも高くなった場合（例えば＋
５．ＩＶ）は、パワートランジスタ６のオンパルス幅を
狭めて一次側回路から二次側回路へ供給するエネルギを
低減させる。

また同時にワンチップマイコン６は、Ａ２点およびＢ２
点の電圧が過電圧（例えば＋　５．５Ｖ、＋１３Ｖ）ヤ
過小電圧（例えば＋４．５Ｖ、　＋１１Ｖ）　ニなって
いないか、過電流（＋５Ｖ側はＢ０点以上、＋１２Ｖ側
は５Ａ以上）になっていないかをチエツクしている。

ところで、このスイッチング電源装置では、ワンチップ
マイコン６によるパワートランジスタ６のオンパルス幅
制御や、過電圧、過小電圧および過電流検出を精度良く
行うために、低抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値および各絶縁用
フォトカプラ９〜１２の変換効率のバラツキをボリュー
ム１３〜１６の調整により吸収するようにしている。

しかしなから、これらのボリューム１３〜１６および絶
縁用フォトカプラ９〜１２は、一つの二次側回路に対し
てそれぞれ２つずつ必要であり、これら全てのボリュー
ム１３〜１６の調整は非常に手間がかかる作業であった
。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はこのような課題を解決するためのもので、二次
側回路の出力電圧を直接オンパルス幅制御回路に入力し
て読取ることができ、これによりボリューム等の調整作
業を要することなく正確にスイッチング素子に対するオ
ンパルス幅制御や過電圧、過小電圧および過電流の検出
を行うことができ、しかも二次側回路の数に関係無く絶
縁回路を一つで済ますことのできるスイッチング電源装
置の提供を目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のスイッチング電源装置は上記の目的を達成する
ために、変圧トランスと、この変圧トランスの一次側コ
イルへの電流供給をスイッチングするスイッチング素子
を有する一次側回路と、変圧トランスを介して一次側回
路より供給されたエネルギから直流定電圧を得る二次側
回路と、この二次側回路と電気的に接続され、二次側回
路で得た直流定電圧をデジタル的に読取りその電圧値に
基づいてスイッチング素子のオンパルス幅制御ヲ行うオ
ンパルス幅制御回路と、このオンパルス幅制御回路より
出力された信号に基づいてスイッチング素子を駆動する
駆動回路と、この駆動回路とオンパルス幅制御回路との
絶縁をとりながらこのパルスオン幅制御回路より出力さ
れた信号を駆動回路に伝達する絶縁回路とを具備してい
る。

（作　用） 本発明のスイッチング電源装置において、オンパルス幅
制御回路は二次側回路と電気的に接続されており、二次
側回路で得られた直流定電圧を直接取込んでデジタル的
に読取り、その電圧値に基づいてスイッチング素子に対
するオンパルス幅制御を行う。そしてこのオンパルス幅
制御回路より出力された信号は、絶縁回路を介してスイ
ッチング素子を駆動する駆動回路に伝達される。

したがって、この発明によれば、二次側回路の出力電圧
を直接オンパルス幅制御回路に入力することができ、こ
れによりボリューム等の調整作業を要することなく正確
にスイッチング素子に対するオンパルス幅制御や過電圧
、過小電圧および過電流の検出を行うことができる。ま
た二次側回路の数に関係無く絶縁回路は一つで済む。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明に係る一実施例のフォワード型スイッチ
ング電源装置の構成を説明するための回路図である。

同図において、３１はＡＣ１００Ｖの商用電源、３２は
ＡＣｊｏＯＶに含まれるノイズ成分を除去するフィルタ
、３３はフィルタ３２を通過したＡＣ１００Ｖを整流す
る整流器、Ｃ１は整流電圧を平滑化する平滑用コンデン
サ、３４はスイッチング用のノくワートランジスタ、３
５はスナバ回路、Ｔは重入力多出力型のトランスである
。

また、Ｄ１〜Ｄ４はそれぞれ本装置の各二次側回路に介
挿された整流ダイオード、Ｌｌ、Ｒ２およびＣ２、Ｃ３
は二次側入力電流のり・ンプルを圧縮するための平滑回
路を構成するチョークコイルおよび平滑用コンデンサ、
Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ過電流検出用の低抵抗、Ｒ３、Ｒ
４はそれぞれ負荷抵抗である。

さらに、３６は二次側回路と電気的に接続され、各二次
側回路の出力電圧に基づ＜ノクワートランジスタ３４の
オンパルス幅制御や、過電流、過電圧および過小電圧の
検出等各種の制御を行うワンチップマイコンである。

このワンチップマイコン３６において、３７は本装置の
制御を行うマイクロコンピュータ、３８はマイクロコン
ピュータ３７の制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ、
３９はマイクロコンピュータ３７の作業用領域等として
用いられるＲＡＭ、４０は各二次側回路の低抵抗Ｒ４、
Ｒ２を挟んた２点（Ａｔ　、Ａ２およびＢｌ　、Ｂ２　
）の電圧を８ビツトからなるデジタルデータに変換する
Ａ／Ｄ変換器、４１は上述のパワートランジスタ３４に
対するオンパルス幅制御に用いられるＬＳＢを含む各種
の出力信号か保持される　８ビツトレジスタであり、Ｌ
ＳＢに「１」をセットするとパワートランジスタ３４が
オフになり、「０」をセ・ソトするとパワートランジス
タ３４かオンになる。

また、４２はパワートランジスタ３４に駆動電圧を供給
するためのドライバ回路である。尚、このドライバ回路
４２とワンチップマイコン３６とは絶縁用フォトカプラ
４３０を介して絶縁接続されている。

さらに上記ドライバ回路４２において、４３はＡＣｌｏ
ｏ　Ｖ電源人力時のパワートランジスタ３４のスイッチ
ングに必要なパルスを発振する発振器、４４はフリップ
フロップ、４５．４６は第１および第２のＮＡＮＤゲー
ト、４７はドライバ、Ｒ５、Ｒ６は抵抗、Ｃ４はコンデ
ンサである。

さらに、Ｒ８，４８は一次側回路で得られた整流平滑後
の電圧からドライバ回路４２に＋　５Ｖの駆動電圧を供
給するための抵抗およびツェナーダイオード、Ｄ５、Ｒ
７、Ｃ５，４９は、各二次側回路で得られた直流電流か
らワンチ・ンプマイコン３６に＋１２Ｖの駆動電圧を供
給するための整流ダイオード、抵抗、平滑用コンデンサ
、ツェナーダイオードである。

次に以上のように構成されたスイ・ソチング電源装置の
動作を第２図を用いて説明する。

まず商用ＡＣ１００Ｖ電源３１よりＡＣｌｏｏ　Ｖが入
力されると、その電流はフィルタ３２を介して整流器３
３に人力されて全波整流が行われる。これにより平滑用
コンデンサＣ１に約１４１Ｖに対する電荷が蓄積される
。

平滑コンデンサ用Ｃ１に充分な電荷が蓄積されと、抵抗
Ｒ８を通じてツェナーダイオード４８に電流が流れ、ド
ライバ回路４２に＋　５■の駆動電圧が供給され、発振
器４３の発振が開始される。

このとき、ドライバ回路４２のフリップフロップ４４は
、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ４によってパワオンリセット
（１がセット）されるため、第１のＮＡＮＤゲート４５
を通じて発振器４３の発振パルスが第２のＮＡＮＤゲー
ト４６に出力される。

一方、この時点ではワンチップマイコン３６の動作か開
始されていないので（二次側出力かＯのため）、絶縁用
フォトカプラ４３０の８カは「０」である。したかって
、発振パルスは第２のＮＡＮＤゲート４６をそのまま通
過してドライバ４７に送られ、ドライバ４７からパワー
トランジスタ３４のベースに発振パルスに応じた駆動電
圧か供給される。尚、第２図中５１〜５２．５３〜５４
．５５〜５６．５７〜５８．５９〜６０はここまでの動
作におけるドライバ４７の出力パルスを示している。。

これにより一次側回路から二次側回路にエネルギが伝達
され、各二次側回路の出力電圧が徐々に上昇して行く。

一方、各二次側回路で得られた電流は整流ダイオードＤ
５、抵抗Ｒ７を通じて平滑用コンデンサＣ５に流れ、こ
の平滑用コンデンサＣ５に電荷となって蓄積された後、
ツェナーダイオード４９を通じて＋１２Ｖの電圧ＶＥ２
となってワンチップマイコン３６に供給される。これに
よりワンチップマイコン３６は、図中５９のタイミング
で動作を開始する。

ワンチップマイコン３６は、各二次側回路のＡｌ　、Ａ
２　、Ｂｌ　、Ｂ２の各点の電圧をＡ／Ｄ変換器４０で
直接入力して８ビツトのデジタルデータに変換した後、
マイクロコンピュータ３７により各電圧値のデータを読
取らせる。

ここで、Ａ２点、Ｂ２点の電圧値ＶＡ２、ＶＢ２が規定
の電圧値（＋５■、＋１２Ｖ）よりも低いことを知ると
、マイクロコンピュータ３７は、一次側回路から二次側
回路に伝達されるエネルギをさらに増大させて上記各点
の電圧か規定電圧に至るよう次のようにパワートランジ
スタ３４のオンパルス幅制御を開始する。

まず現在のドライバ出力パルスと重ならないタイミング
で最初のパルスを絶縁用フォトカプラ４３０を介してド
ライバ回路４２に投入する。これにより、フリップフロ
ップ４４に「０」がセットされて発振器４３の発振パル
スにゲートがかかり、パワートランジスタ３４のスイッ
チングはワンチップマイコン３６による制御に切替えら
れる。この後、ワンチップマイコン３６より絶縁用フォ
トカプラ４３０を通じて入力されたパルスは第２のＮＡ
ＮＤゲート４６を介してドライバ４７に送られ、図中６
３〜６４．６５〜６６のタイミングでパワートランジス
タ３４をオンにする駆動パルスとなって出力される。こ
れにより、一次側回路から二次側回路に伝達されるエネ
ルギか増大し、各二次側回路の出力電圧がさらに規定電
圧に向けて高まって行く。

そして各二次側回路のＡ２点、Ｂ２点の電圧ＶＡ２、Ｖ
Ｂ２か図中６６のタイミングで規定電圧に到達したなら
ば、図中６７〜６８．６９〜７０．７１〜７２に示すよ
うに、ドライバ出力パルス幅を狭め、以降、継続して規
定の出力電圧が得られるようオンパルス幅制御を行う。

かくしてこの実施例のスイッチング電源装置によれば、
ワンチップマイコン３６に各二次側回路の出力電圧を直
接入力することかできるので、ボリューム等の調整作業
を要することなく正確にパワートランジスタ３４のオン
パルス幅制御、過電流、過電圧および過小電圧の検出等
を行うことができる。また、絶縁用フォトカプラは、二
次側回路の数に関係無く一つで済むという効果もある。

尚、この実施例では、ワンチップマイコン３６と一次側
回路とを絶縁用フォトカプラ４３０を用いて絶縁接続し
たが、本発明はこれに限定されず、絶縁トランスやその
絶縁性を有する素子を用いてもよい。またこの実施例で
は、ワンチップマイコン３６・＼の駆動電圧を二次側回
路より取込んでいるが、専用バッテリを備えてこれから
駆動電圧を得るようにしてもよい。さらに本発明はＡＣ
電圧からＤＣ定電圧を得るスイッチング電源装置に限定
されず、ＤＣ電圧からＤＣ定電圧を得るスイッチング電
源装置にも適用できる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明のスイッチング電源装置によ
れば、二次側回路の出力電圧を直接オンパルス幅制御回
路に入力することができ、これによりボリューム等の調
整作業を要することなく正確にスイッチング素子に対す
るオンパルス幅制御や過電圧、過小電圧および過電流の
検出を行うことができる。しかも二次側回路の数に関係
無（絶縁回路を−って済ますことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例のスイッチング電源装置
の構成を説明するための回路図、第２図は第１図のスイ
ッチング電源装置の動作を説明するための図、第３図は
従来のスイッチング電源装置の構成を説明するための回
路図である。 Ｔ・・・トランス、３４・・・パワートランジスタ、３
５・・・ワンチップマイコン、４２・・・ドライバ回路
、４３０・・・絶縁用フォトカプラ。 出願人　　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　須　山　佐　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 変圧トランスと、 この変圧トランスの一次側コイルへの電流供給をスイッ
   チングするスイッチング素子を有する一次側回路と、 前記変圧トランスを介して前記一次側回路より供給され
   たエネルギから直流定電圧を得る二次側回路と、 この二次側回路と電気的に接続され、該二次側回路で得
   た直流定電圧をデジタル的に読取りその電圧値に基づい
   て前記スイッチング素子のオンパルス幅制御を行うオン
   パルス幅制御回路と、このオンパルス幅制御回路より出
   力された信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動す
   る駆動回路と、 この駆動回路と前記オンパルス幅制御回路との絶縁をと
   りながら該パルスオン幅制御回路より出力された信号を
   前記駆動回路に伝達する絶縁回路とを具備することを特
   徴とするスイッチング電源装置。