JPH07135771A - 2出力dc−dcコンバータ - Google Patents
2出力dc−dcコンバータInfo
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- JPH07135771A JPH07135771A JP5279279A JP27927993A JPH07135771A JP H07135771 A JPH07135771 A JP H07135771A JP 5279279 A JP5279279 A JP 5279279A JP 27927993 A JP27927993 A JP 27927993A JP H07135771 A JPH07135771 A JP H07135771A
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- H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
- H01F30/10—Single-phase transformers
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
- H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
- H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33561—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having more than one ouput with independent control
-
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
- H02M1/009—Converters characterised by their input or output configuration having two or more independently controlled outputs
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は小形パーソナル機器等に適用す
るために好適な薄形・軽量かつ低損失な2出力DC−D
Cコンバータを提供することにある。 【構成】ワイヤトランス等の薄形トランスの2次巻線に
ダイオードとコンデンサからなる回路を接続し、トラン
スのリセット時に放出される励磁エネルギーをコンデン
サに蓄積し、このコンデンサから電圧出力を得ることに
より、1つのトランスから2系統の直流電圧出力を得
る。 【効果】1組の1次巻線と2次巻線を有するワイヤトラ
ンス等の薄形トランスから2系統の直流電圧出力を得る
ことができるため、トランスの体積,重量を極力小さく
でき、搭載機器体積の小形薄形化に寄与できる。また、
トランスの巻数比を小さくすることによりトランスの銅
損を低減でき、搭載機器の消費電力を低減し、使用時間
を増やす効果がある。また、スイッチング周波数を特に
高く選ぶ必要がなく、DC−DCコンバータを安価に構
成できるという効果もある。
るために好適な薄形・軽量かつ低損失な2出力DC−D
Cコンバータを提供することにある。 【構成】ワイヤトランス等の薄形トランスの2次巻線に
ダイオードとコンデンサからなる回路を接続し、トラン
スのリセット時に放出される励磁エネルギーをコンデン
サに蓄積し、このコンデンサから電圧出力を得ることに
より、1つのトランスから2系統の直流電圧出力を得
る。 【効果】1組の1次巻線と2次巻線を有するワイヤトラ
ンス等の薄形トランスから2系統の直流電圧出力を得る
ことができるため、トランスの体積,重量を極力小さく
でき、搭載機器体積の小形薄形化に寄与できる。また、
トランスの巻数比を小さくすることによりトランスの銅
損を低減でき、搭載機器の消費電力を低減し、使用時間
を増やす効果がある。また、スイッチング周波数を特に
高く選ぶ必要がなく、DC−DCコンバータを安価に構
成できるという効果もある。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はDC−DCコンバータに
係わり、特に、携帯用情報機器の内蔵電源として使用で
きるように、DC−DCコンバータに用いるトランスや
他の部品を小形かつ薄形に構成するようにしたDC−D
Cコンバータに関する。
係わり、特に、携帯用情報機器の内蔵電源として使用で
きるように、DC−DCコンバータに用いるトランスや
他の部品を小形かつ薄形に構成するようにしたDC−D
Cコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ノートタイプのワープロやパーソ
ナルコンピュータを始めとする携帯用小形情報機器に用
いられる多出力電源には、公開実用新案公報「平4−649
88号公報」に記載されるような構成のスイッチングレギ
ュレータが広く用いられてきた。このスイッチングレギ
ュレータは、まず、直流入力をトランスの1次巻線とス
イッチング素子を直列にした回路に接続する。このトラ
ンスは2次側が多巻線形で複数の2次巻線を持ってお
り、スイッチング素子をオン,オフすることによりトラ
ンスの複数の2次巻線にスイッチング周波数と同じ周波
数の交流を得る。更にこれらの交流をそれぞれ整流し、
負荷に供給するものである。この方式における出力電圧
の制御は、主たる負荷電圧の上下に応じてトランス1次
側のスイッチング素子のパルス幅を変化させる制御方式
が一般的である。
ナルコンピュータを始めとする携帯用小形情報機器に用
いられる多出力電源には、公開実用新案公報「平4−649
88号公報」に記載されるような構成のスイッチングレギ
ュレータが広く用いられてきた。このスイッチングレギ
ュレータは、まず、直流入力をトランスの1次巻線とス
イッチング素子を直列にした回路に接続する。このトラ
ンスは2次側が多巻線形で複数の2次巻線を持ってお
り、スイッチング素子をオン,オフすることによりトラ
ンスの複数の2次巻線にスイッチング周波数と同じ周波
数の交流を得る。更にこれらの交流をそれぞれ整流し、
負荷に供給するものである。この方式における出力電圧
の制御は、主たる負荷電圧の上下に応じてトランス1次
側のスイッチング素子のパルス幅を変化させる制御方式
が一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】携帯用情報機器では電
源の小形・薄形化の要求が強い。ところが、電源部に使
用されるトランスが小形化の障害となっている。これに
対して、互いに絶縁された1次巻線と2次巻線を接触さ
せてこれを渦巻き形に巻回した構造を持つワイヤトラン
スと呼ばれる鉄心を持たないトランスや、このワイヤト
ランスに薄い鉄心を付加したタイプの薄形トランスを利
用すれば、トランスの厚さを2〜5mmにまで薄形化する
ことが可能となる。しかし、これらの薄形トランスを用
いて複数の出力を得ようとした場合には複数本の絶縁さ
れた2次巻線が必要となるため薄形化が妨げられるとい
う問題が生じる。
源の小形・薄形化の要求が強い。ところが、電源部に使
用されるトランスが小形化の障害となっている。これに
対して、互いに絶縁された1次巻線と2次巻線を接触さ
せてこれを渦巻き形に巻回した構造を持つワイヤトラン
スと呼ばれる鉄心を持たないトランスや、このワイヤト
ランスに薄い鉄心を付加したタイプの薄形トランスを利
用すれば、トランスの厚さを2〜5mmにまで薄形化する
ことが可能となる。しかし、これらの薄形トランスを用
いて複数の出力を得ようとした場合には複数本の絶縁さ
れた2次巻線が必要となるため薄形化が妨げられるとい
う問題が生じる。
【0004】本発明はこの問題点を除去するものであっ
て、その目的は複数のトランスを使用せず、また、複雑
な回路構成とすることなく、小形薄形化を達成する2出
力DC−DCコンバータを提供することにある。
て、その目的は複数のトランスを使用せず、また、複雑
な回路構成とすることなく、小形薄形化を達成する2出
力DC−DCコンバータを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は1次巻線及び2次巻線を有する薄形トラン
スと、入力直流電源と前記1次巻線との間に接続される
スイッチング素子と、薄形トランスの2次巻線の第1の
端子にアノード極が接続された第1のダイオードと、第
1のダイオードのカソード極に接続された平滑回路と、
トランスの2次巻線の第1の端子にカソード極が接続さ
れた第2のダイオードと、第2のダイオードのアノード
極とトランスの2次巻線の第2の端子の間に接続された
コンデンサと、このコンデンサの両端に接続された電圧
安定化回路を備える。そして、第1の出力を平滑回路か
ら、また、第2の出力をコンデンサからとる構成とす
る。また、前記他の目的のために、本発明はスイッチン
グ素子のオン期間の1周期に占める割合(デューティ)
を最大70%まで許容して回路を動作させる。
に、本発明は1次巻線及び2次巻線を有する薄形トラン
スと、入力直流電源と前記1次巻線との間に接続される
スイッチング素子と、薄形トランスの2次巻線の第1の
端子にアノード極が接続された第1のダイオードと、第
1のダイオードのカソード極に接続された平滑回路と、
トランスの2次巻線の第1の端子にカソード極が接続さ
れた第2のダイオードと、第2のダイオードのアノード
極とトランスの2次巻線の第2の端子の間に接続された
コンデンサと、このコンデンサの両端に接続された電圧
安定化回路を備える。そして、第1の出力を平滑回路か
ら、また、第2の出力をコンデンサからとる構成とす
る。また、前記他の目的のために、本発明はスイッチン
グ素子のオン期間の1周期に占める割合(デューティ)
を最大70%まで許容して回路を動作させる。
【0006】
【作用】直流電源から入力された直流電圧は、スイッチ
ング素子がオン状態の時には薄形トランスの1次巻線に
印加される。このときトランスの2次巻線に接続された
第1のダイオードを介して平滑回路に電流が通流し第1
の負荷に直流電力を供給する。
ング素子がオン状態の時には薄形トランスの1次巻線に
印加される。このときトランスの2次巻線に接続された
第1のダイオードを介して平滑回路に電流が通流し第1
の負荷に直流電力を供給する。
【0007】次に、前記スイッチング素子がオフ状態に
なるとトランスの2次巻線に接続された第2のダイオー
ドとコンデンサとを含む閉回路にトランスの励磁エネル
ギーのリセット電流が通流する。このとき、コンデンサ
には流れる電荷量に応じただけの直流電圧が発生する。
この直流電圧は電圧安定化回路により平滑化し、第2の
負荷に直流電力を提供するものである。
なるとトランスの2次巻線に接続された第2のダイオー
ドとコンデンサとを含む閉回路にトランスの励磁エネル
ギーのリセット電流が通流する。このとき、コンデンサ
には流れる電荷量に応じただけの直流電圧が発生する。
この直流電圧は電圧安定化回路により平滑化し、第2の
負荷に直流電力を提供するものである。
【0008】また、このような回路構成とすることによ
り、トランスのリセット時に入力電圧以上の電圧をトラ
ンス1次側に印加することが可能となり、従来のフォワ
ードコンバータでは1周期の50%必要であったトラン
スのリセット期間を30%以下にまで短縮し、スイッチ
ング素子のオン期間を70%にまで広げることが可能に
なる。この結果、トランスの1次側と2次側の巻数比を
従来よりも小さくすることができ、トランス体積の縮減
と共に巻線内部の銅損を低減することができる。
り、トランスのリセット時に入力電圧以上の電圧をトラ
ンス1次側に印加することが可能となり、従来のフォワ
ードコンバータでは1周期の50%必要であったトラン
スのリセット期間を30%以下にまで短縮し、スイッチ
ング素子のオン期間を70%にまで広げることが可能に
なる。この結果、トランスの1次側と2次側の巻数比を
従来よりも小さくすることができ、トランス体積の縮減
と共に巻線内部の銅損を低減することができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明構成の一実施例を図面に基づい
て説明する。
て説明する。
【0010】図1は、本発明による2出力DC−DCコ
ンバータの第1の実施例を示す回路構成図である。
ンバータの第1の実施例を示す回路構成図である。
【0011】図1において、1は入力直流を供給する外
部直流電源、2は入力平滑用コンデンサ、3は出力制御
回路、5aはNチャンネルMOSFET、6は薄形トラ
ンス、61a,61bは1次側端子、61c,61dは
2次側端子、4a,4b,4cは整流用ダイオード、8
は出力平滑用チョークコイル、9a,9bは出力平滑用
コンデンサ、10a,10bは外部負荷、11は出力電
圧安定化回路(3端子レギュレータ)、12はコンデン
サである。
部直流電源、2は入力平滑用コンデンサ、3は出力制御
回路、5aはNチャンネルMOSFET、6は薄形トラ
ンス、61a,61bは1次側端子、61c,61dは
2次側端子、4a,4b,4cは整流用ダイオード、8
は出力平滑用チョークコイル、9a,9bは出力平滑用
コンデンサ、10a,10bは外部負荷、11は出力電
圧安定化回路(3端子レギュレータ)、12はコンデン
サである。
【0012】そして、外部直流電源1の両端に平滑用コ
ンデンサ2と出力制御回路3とがそれぞれ接続される。
外部直流電源1の正極側は薄形トランス6の1次巻線の
1次側端子61aに接続される。外部直流電源1の負極
側はNチャンネルMOSFET5aのソース電極に接続され、
NチャンネルMOSFET5aのドレイン電極は薄形トランス
6の1次巻線の1次側端子61bに接続される。Nチャ
ンネルMOSFET5aのゲート電極は出力制御回路3に接続
される。また、この出力制御回路3は平滑用コンデンサ
2の両端にも接続される。ここで、薄形トランス6の1
次巻線と2次巻線との巻数比は1:2である。次に、薄
形トランス6の2次側端子61cには整流用ダイオード
4aのアノード電極が接続される。この整流用ダイオー
ド4aのカソード電極には整流用ダイオード4bのカソ
ード電極が接続され、この整流用ダイオード4bのアノ
ード電極は薄形トランス6の2次側端子61dに接続さ
れ、これらにより閉回路が構成される。また、出力平滑
用チョークコイル8と出力平滑用コンデンサ9aが直列
接続され、整流用ダイオード4bの両端に接続される。
出力平滑用コンデンサ9aの両端に外部負荷10aが接
続される。一方、2次側端子61cに整流用ダイオード
4cのカソード電極が接続される。この整流用ダイオー
ド4cのアノード電極はコンデンサ12の一端に接続さ
れ、コンデンサ12のもう一方の端子は2次側端子61
dに接続される。また、2次側端子61dは外部直流電
源1の負極側にも接続される。さらに、コンデンサ12
の両端に出力電圧安定化回路11が接続され、出力電圧
安定化回路11の出力端子と外部直流電源1の負極側と
の間に出力平滑用コンデンサ9bが接続され、出力平滑
用コンデンサ9bの両端に外部負荷10bが接続され
る。また、出力平滑用コンデンサ9aの正極側が出力制
御回路3に接続される。
ンデンサ2と出力制御回路3とがそれぞれ接続される。
外部直流電源1の正極側は薄形トランス6の1次巻線の
1次側端子61aに接続される。外部直流電源1の負極
側はNチャンネルMOSFET5aのソース電極に接続され、
NチャンネルMOSFET5aのドレイン電極は薄形トランス
6の1次巻線の1次側端子61bに接続される。Nチャ
ンネルMOSFET5aのゲート電極は出力制御回路3に接続
される。また、この出力制御回路3は平滑用コンデンサ
2の両端にも接続される。ここで、薄形トランス6の1
次巻線と2次巻線との巻数比は1:2である。次に、薄
形トランス6の2次側端子61cには整流用ダイオード
4aのアノード電極が接続される。この整流用ダイオー
ド4aのカソード電極には整流用ダイオード4bのカソ
ード電極が接続され、この整流用ダイオード4bのアノ
ード電極は薄形トランス6の2次側端子61dに接続さ
れ、これらにより閉回路が構成される。また、出力平滑
用チョークコイル8と出力平滑用コンデンサ9aが直列
接続され、整流用ダイオード4bの両端に接続される。
出力平滑用コンデンサ9aの両端に外部負荷10aが接
続される。一方、2次側端子61cに整流用ダイオード
4cのカソード電極が接続される。この整流用ダイオー
ド4cのアノード電極はコンデンサ12の一端に接続さ
れ、コンデンサ12のもう一方の端子は2次側端子61
dに接続される。また、2次側端子61dは外部直流電
源1の負極側にも接続される。さらに、コンデンサ12
の両端に出力電圧安定化回路11が接続され、出力電圧
安定化回路11の出力端子と外部直流電源1の負極側と
の間に出力平滑用コンデンサ9bが接続され、出力平滑
用コンデンサ9bの両端に外部負荷10bが接続され
る。また、出力平滑用コンデンサ9aの正極側が出力制
御回路3に接続される。
【0013】次に、図2は本実施例に用いられる薄形ト
ランス6の一例を示す構成図であって、ワイヤトランス
構造のものである。また、図3はこのワイヤトランスの
断面図である。
ランス6の一例を示す構成図であって、ワイヤトランス
構造のものである。また、図3はこのワイヤトランスの
断面図である。
【0014】図2、および図3において、61a,61
bは1次側端子、61c,61dは2次側端子であり、
これらは図1と対応している。また、62a,62bは
2次巻線接続端子である。次に、63a,63bは内部
にフェライト粉末を含有する磁性シートであり、64は
接続線である。65bは1次巻線で、平面に渦巻き状に
巻回される。その両端は1次側端子61aおよび61b
に接続される。65aは1次巻線65bに並行に接触さ
せながら平面に渦巻き状に巻回される第1の2次巻線
で、2次側端子61cおよび2次巻線接続端子62aに
接続される。65cも同様に1次巻線65bに並行に接触
させながら平面に渦巻き状に巻回される第2の2次巻線
で、2次側端子61dおよび2次巻線接続端子62bに
接続される。なお、図示されていないが、各巻線65
a,65b,65cにはそれぞれ表面に絶縁被覆が施さ
れ、その間で電気的絶縁がなされている。また、このト
ランスは上下から磁性シート63a,63bにより挟ま
れた構造になっており、この磁性シート63a,63b
は励磁インダクタンスを増加させる効果の他、トランス
から発生する損失を低減させる効果がある。なお、本実
施例では薄形トランス6の1次側励磁インダクタンスは
約5μHである。
bは1次側端子、61c,61dは2次側端子であり、
これらは図1と対応している。また、62a,62bは
2次巻線接続端子である。次に、63a,63bは内部
にフェライト粉末を含有する磁性シートであり、64は
接続線である。65bは1次巻線で、平面に渦巻き状に
巻回される。その両端は1次側端子61aおよび61b
に接続される。65aは1次巻線65bに並行に接触さ
せながら平面に渦巻き状に巻回される第1の2次巻線
で、2次側端子61cおよび2次巻線接続端子62aに
接続される。65cも同様に1次巻線65bに並行に接触
させながら平面に渦巻き状に巻回される第2の2次巻線
で、2次側端子61dおよび2次巻線接続端子62bに
接続される。なお、図示されていないが、各巻線65
a,65b,65cにはそれぞれ表面に絶縁被覆が施さ
れ、その間で電気的絶縁がなされている。また、このト
ランスは上下から磁性シート63a,63bにより挟ま
れた構造になっており、この磁性シート63a,63b
は励磁インダクタンスを増加させる効果の他、トランス
から発生する損失を低減させる効果がある。なお、本実
施例では薄形トランス6の1次側励磁インダクタンスは
約5μHである。
【0015】次いで、図4は、前記薄形トランス6の巻
線の接続を示す構成図であって、第1及び第2の2次導
体65aと65cは2次巻線接続端子62aと62bで
接続線64により接続される。これにより、61a,6
1bを1次側端子とし、61c,62dを2次側端子とす
る1:2の巻数比のトランスが形成される。
線の接続を示す構成図であって、第1及び第2の2次導
体65aと65cは2次巻線接続端子62aと62bで
接続線64により接続される。これにより、61a,6
1bを1次側端子とし、61c,62dを2次側端子とす
る1:2の巻数比のトランスが形成される。
【0016】次に、図5は本実施例の動作を説明するた
めの波形であり、上側は図1におけるNチャンネルMOSF
ET5aのオンオフ信号、下側は薄形トランス6の2次側
端子61c,62d間の電圧波形である。
めの波形であり、上側は図1におけるNチャンネルMOSF
ET5aのオンオフ信号、下側は薄形トランス6の2次側
端子61c,62d間の電圧波形である。
【0017】ここで、本実施例の動作を図1から図5を
用いて説明する。
用いて説明する。
【0018】外部直流電源1から入力される電圧は入力
平滑用コンデンサ2で平滑され、出力制御回路3に印加
される。ここでは外部直流電源1はバッテリあるいはA
C−DCコンバータの出力電圧を想定しており、その電
圧は直流4〜12V程度である。出力制御回路3はNチ
ャンネルMOSFET5aのゲート端子に接続されており、ゲ
ート端子の電位を入力平滑用コンデンサ2の正極側の電
位に上昇させることによりNチャンネルMOSFET5aがオ
ン状態となり、薄形トランス6の1次巻線に入力平滑用
コンデンサ2の電圧が印加される。このとき、薄形トラ
ンス6の1次巻線と2次巻線との巻数比が1:2である
ので、薄形トランス6の2次巻線の両端には入力平滑用
コンデンサ2の電圧の約2倍の電圧が誘起される。この
電圧は整流用ダイオード4aと4bの直列体に印加さ
れ、整流用ダイオード4aがオン状態になる。この結
果、薄形トランス6の2次側端子61c,61dの間に
は、整流用ダイオード4a,出力平滑用チョークコイル
8,出力平滑用コンデンサ9aの回路が直列に接続さ
れ、この経路で電流が通流する。そして、出力平滑用コ
ンデンサ9aの電圧が第1の出力として外部負荷10a
に供給される。
平滑用コンデンサ2で平滑され、出力制御回路3に印加
される。ここでは外部直流電源1はバッテリあるいはA
C−DCコンバータの出力電圧を想定しており、その電
圧は直流4〜12V程度である。出力制御回路3はNチ
ャンネルMOSFET5aのゲート端子に接続されており、ゲ
ート端子の電位を入力平滑用コンデンサ2の正極側の電
位に上昇させることによりNチャンネルMOSFET5aがオ
ン状態となり、薄形トランス6の1次巻線に入力平滑用
コンデンサ2の電圧が印加される。このとき、薄形トラ
ンス6の1次巻線と2次巻線との巻数比が1:2である
ので、薄形トランス6の2次巻線の両端には入力平滑用
コンデンサ2の電圧の約2倍の電圧が誘起される。この
電圧は整流用ダイオード4aと4bの直列体に印加さ
れ、整流用ダイオード4aがオン状態になる。この結
果、薄形トランス6の2次側端子61c,61dの間に
は、整流用ダイオード4a,出力平滑用チョークコイル
8,出力平滑用コンデンサ9aの回路が直列に接続さ
れ、この経路で電流が通流する。そして、出力平滑用コ
ンデンサ9aの電圧が第1の出力として外部負荷10a
に供給される。
【0019】出力制御回路3は一定の周波数でNチャン
ネルMOSFET5aをオン,オフさせる動作を行う。ここ
で、前記ワイヤトランス構造の薄形トランス6は、印加
される断続的な直流電圧の繰返し周波数が数10kHz
以上になると、その1次及び2次巻線の結合係数が急激
に上昇して良くなるので、NチャンネルMOSFET5aのス
イッチング信号(パルス)の周波数は100kHz以上
に選ぶのが好ましい。本実施例の周波数は約300kH
zである。
ネルMOSFET5aをオン,オフさせる動作を行う。ここ
で、前記ワイヤトランス構造の薄形トランス6は、印加
される断続的な直流電圧の繰返し周波数が数10kHz
以上になると、その1次及び2次巻線の結合係数が急激
に上昇して良くなるので、NチャンネルMOSFET5aのス
イッチング信号(パルス)の周波数は100kHz以上
に選ぶのが好ましい。本実施例の周波数は約300kH
zである。
【0020】次に、NチャンネルMOSFET5aがオフした
ときには、薄形トランス6の2次側ではコイルの励磁エ
ネルギーがコンデンサ12とダイオード4cの直列体に
よって形成された回路を通して放出される。コンデンサ
12には入力平滑用コンデンサ2の負極側が高電位にな
る方向に電荷が充電される。この電圧を出力電圧安定化
回路(3端子レギュレータ)11で安定化し、出力平滑
用コンデンサ9bに第2の出力が得られ、これが外部負
荷10bに供給される。
ときには、薄形トランス6の2次側ではコイルの励磁エ
ネルギーがコンデンサ12とダイオード4cの直列体に
よって形成された回路を通して放出される。コンデンサ
12には入力平滑用コンデンサ2の負極側が高電位にな
る方向に電荷が充電される。この電圧を出力電圧安定化
回路(3端子レギュレータ)11で安定化し、出力平滑
用コンデンサ9bに第2の出力が得られ、これが外部負
荷10bに供給される。
【0021】このとき、薄形トランス6から放出される
励磁エネルギーはトランスの励磁インダクタンスと励磁
電流の2乗およびスイッチング周波数の積に比例する。
ところが、励磁電流は励磁インダクタンスが増加すると
共に反比例して小さくなるため、励磁エネルギーは励磁
インダクタンスに反比例する関係を持つ。このため、出
力平滑用コンデンサ9bに発生する電圧は、薄形トラン
ス6の励磁インダクタンスとスイッチング周波数により
調整することが可能である。
励磁エネルギーはトランスの励磁インダクタンスと励磁
電流の2乗およびスイッチング周波数の積に比例する。
ところが、励磁電流は励磁インダクタンスが増加すると
共に反比例して小さくなるため、励磁エネルギーは励磁
インダクタンスに反比例する関係を持つ。このため、出
力平滑用コンデンサ9bに発生する電圧は、薄形トラン
ス6の励磁インダクタンスとスイッチング周波数により
調整することが可能である。
【0022】なお、NチャンネルMOSFET5aのオフ時に
は、出力平滑用チョークコイル8に蓄積されたエネルギ
ーは整流用ダイオード4bを通流して環流する。
は、出力平滑用チョークコイル8に蓄積されたエネルギ
ーは整流用ダイオード4bを通流して環流する。
【0023】この回路の出力制御は出力平滑用コンデン
サ9aの電圧を出力制御回路3に入力し、出力制御回路
3内部の基準電圧と比較することによってNチャンネル
MOSFET5aのオン,オフの割合(デューティ)を変化さ
せることにより行う。一般のフォワードコンバータでは
トランスのリセット時には別に設けたリセット巻線を用
いて、なおかつリセット期間を確保するためにMOSFETの
オン期間は50%以下としなければならなかった。
サ9aの電圧を出力制御回路3に入力し、出力制御回路
3内部の基準電圧と比較することによってNチャンネル
MOSFET5aのオン,オフの割合(デューティ)を変化さ
せることにより行う。一般のフォワードコンバータでは
トランスのリセット時には別に設けたリセット巻線を用
いて、なおかつリセット期間を確保するためにMOSFETの
オン期間は50%以下としなければならなかった。
【0024】本発明では、上述の回路方式としたことに
より、図5に示すようにトランスのリセット時にコンデ
ンサ12に発生する電圧をトランスの2次巻線に印加で
きる。本実施例の場合、コンデンサ12の両端にはリセ
ット期間を1周期の30%程度にまで短縮することが可
能となった。このため、NチャンネルMOSFET5aのオン
期間を1周期の50%を超えて70%まで許容すること
を可能とした。この結果として、従来の回路では薄形ト
ランス6の1次巻線と2次巻線の巻数比は1:3が必要
であったが、これを1:2に下げることを可能とし、2
次巻線内部で発生する銅損を低減できるようにした。
より、図5に示すようにトランスのリセット時にコンデ
ンサ12に発生する電圧をトランスの2次巻線に印加で
きる。本実施例の場合、コンデンサ12の両端にはリセ
ット期間を1周期の30%程度にまで短縮することが可
能となった。このため、NチャンネルMOSFET5aのオン
期間を1周期の50%を超えて70%まで許容すること
を可能とした。この結果として、従来の回路では薄形ト
ランス6の1次巻線と2次巻線の巻数比は1:3が必要
であったが、これを1:2に下げることを可能とし、2
次巻線内部で発生する銅損を低減できるようにした。
【0025】出力平滑用コンデンサ9bに現われる電圧
は入力平滑用コンデンサ2の負極側の電位に対して負電
圧であるため、特に可搬形情報機器等に用いられる液晶
ディスプレイ装置を駆動するための−22V電源として
好適である。
は入力平滑用コンデンサ2の負極側の電位に対して負電
圧であるため、特に可搬形情報機器等に用いられる液晶
ディスプレイ装置を駆動するための−22V電源として
好適である。
【0026】続く、図6は、本発明による2出力DC−
DCコンバータの第2の実施例を示す薄形トランスの構
成図であり、上の図は平面図,下の図は断面図である。
DCコンバータの第2の実施例を示す薄形トランスの構
成図であり、上の図は平面図,下の図は断面図である。
【0027】図6において、66a,66bはフェライ
トを用いたEE形の鉄心であり、67a,67b,67
cは鉄心間に設けるギャップである。その他、図2およ
び図3に示された構成要素と同じ構成要素には同じ符号
を付けている。
トを用いたEE形の鉄心であり、67a,67b,67
cは鉄心間に設けるギャップである。その他、図2およ
び図3に示された構成要素と同じ構成要素には同じ符号
を付けている。
【0028】この薄形トランスは第1の2次巻線65
a,1次巻線65b,第2の2次巻線65cが上下方向
に規則正しく密着して積層されている点は前述のワイヤ
トランスと同様であるが、これらの巻線を鉄心66a,
66bにより上下方向から挟み込んだ構成となっている
点が異なる。その際、薄い膜状のギャップ67a,67
b,67cを設けて励磁インダクタンスが10〜20μ
H程度になるように調整する。その他、これら3本の巻
線の接続は図4に示すと同様である。
a,1次巻線65b,第2の2次巻線65cが上下方向
に規則正しく密着して積層されている点は前述のワイヤ
トランスと同様であるが、これらの巻線を鉄心66a,
66bにより上下方向から挟み込んだ構成となっている
点が異なる。その際、薄い膜状のギャップ67a,67
b,67cを設けて励磁インダクタンスが10〜20μ
H程度になるように調整する。その他、これら3本の巻
線の接続は図4に示すと同様である。
【0029】そして、本実施例と第1の実施例との違い
は、薄形トランスの構成に関して、第1の実施例が、図
2および図3のワイヤトランスを用いているのに対し
て、本実施例が図6の鉄心付の薄形トランスを用いてい
る点のみであって、回路構成は図1をそのまま適用す
る。その他に本実施例と第1の実施例との間の相違はな
い。
は、薄形トランスの構成に関して、第1の実施例が、図
2および図3のワイヤトランスを用いているのに対し
て、本実施例が図6の鉄心付の薄形トランスを用いてい
る点のみであって、回路構成は図1をそのまま適用す
る。その他に本実施例と第1の実施例との間の相違はな
い。
【0030】本実施例では、薄形の鉄心66a,66b
が第1の2次巻線65a,1次巻線65b,第2の2次
巻線65c間の結合をさらに高める役割を果たす。この
ため、図2,図3のワイヤトランス構成よりも巻線の長
さを短くでき銅損を低減することが可能となる。
が第1の2次巻線65a,1次巻線65b,第2の2次
巻線65c間の結合をさらに高める役割を果たす。この
ため、図2,図3のワイヤトランス構成よりも巻線の長
さを短くでき銅損を低減することが可能となる。
【0031】ここで、一般に鉄心付のトランスはワイヤ
トランスに比べて励磁インダクタンスが大きくなる。例
えば、第1の実施例でのワイヤトランスの励磁インダク
タンスが約5μHであるのに対し、本実施例における鉄
心付の薄形トランスの励磁インダクタンスは10〜20
μHとなる。ところが第2の出力電圧は励磁インダクタ
ンスの大きさに反比例するため、本実施例では第1の実
施例よりも周波数を下げることにより同じ出力電圧を得
ることができる。
トランスに比べて励磁インダクタンスが大きくなる。例
えば、第1の実施例でのワイヤトランスの励磁インダク
タンスが約5μHであるのに対し、本実施例における鉄
心付の薄形トランスの励磁インダクタンスは10〜20
μHとなる。ところが第2の出力電圧は励磁インダクタ
ンスの大きさに反比例するため、本実施例では第1の実
施例よりも周波数を下げることにより同じ出力電圧を得
ることができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ワイヤトランス等の薄形トランスに蓄積された励磁エネ
ルギーを利用し、トランスの2次側から通常得られる電
圧出力とは別に、トランスの2次側に接続した簡単な回
路から電圧出力を得ることができる。このため、1組の
1次巻線と2次巻線のみを有するワイヤトランス等の薄
形トランスを用いることで、2系統の直流電圧出力を得
ることができ、トランスの体積、および重量を極力小さ
くすることが可能となり、コンバータを搭載する機器の
体積の小形薄形化ならびに軽量化に大きく寄与すること
ができるという効果がある。
ワイヤトランス等の薄形トランスに蓄積された励磁エネ
ルギーを利用し、トランスの2次側から通常得られる電
圧出力とは別に、トランスの2次側に接続した簡単な回
路から電圧出力を得ることができる。このため、1組の
1次巻線と2次巻線のみを有するワイヤトランス等の薄
形トランスを用いることで、2系統の直流電圧出力を得
ることができ、トランスの体積、および重量を極力小さ
くすることが可能となり、コンバータを搭載する機器の
体積の小形薄形化ならびに軽量化に大きく寄与すること
ができるという効果がある。
【0033】また、トランスの巻数比を小さく構成する
ことが可能となるためトランスの銅損を低減できる。こ
のため、パーソナルコンピュータ,ワードプロセッサ
等、過般形情報機器に搭載した場合には、これらの機器
の消費電力を低減し、使用時間を増やす効果がある。
ことが可能となるためトランスの銅損を低減できる。こ
のため、パーソナルコンピュータ,ワードプロセッサ
等、過般形情報機器に搭載した場合には、これらの機器
の消費電力を低減し、使用時間を増やす効果がある。
【0034】この他、DC−DCコンバータの小形化に
際して、スイッチング素子のスイッチング周波数を特に
高く選ぶ必要がないという効果があり、それと同時にD
C−DCコンバータを安価に構成できるという効果もあ
る。
際して、スイッチング素子のスイッチング周波数を特に
高く選ぶ必要がないという効果があり、それと同時にD
C−DCコンバータを安価に構成できるという効果もあ
る。
【図1】本発明による2出力DC−DCコンバータの第
1の実施例を示す回路構成図である。
1の実施例を示す回路構成図である。
【図2】図1の実施例に用いられるワイヤトランス構造
の薄形トランスの一例を示す斜視図である。
の薄形トランスの一例を示す斜視図である。
【図3】図2のワイヤトランス構造の薄形トランスの断
面図である。
面図である。
【図4】図1の実施例に用いられるワイヤトランス構造
の薄形トランスの接続状態を表す構成図である。
の薄形トランスの接続状態を表す構成図である。
【図5】図1の実施例のNチャンネルMOSFET5aのオ
ン,オフ信号と薄形トランス6の2次巻線に現われる電
圧波形とを示す図である。
ン,オフ信号と薄形トランス6の2次巻線に現われる電
圧波形とを示す図である。
【図6】本発明による第2の実施例に用いられる鉄心付
薄形トランスの一例を示す平面図および断面図である。
薄形トランスの一例を示す平面図および断面図である。
1…外部直流電源、2…入力平滑用コンデンサ、3…出
力制御回路、4a,4b,4c…ダイオード、5a…N
チャンネルMOSFET、6…薄形トランス、8…出力平滑用
チョークコイル、9a,9b…出力平滑用コンデンサ、
10a,10b…外部負荷、11…出力電圧安定化回路
(3端子レギュレータ)、12…コンデンサ、61a,
61b…1次側端子、61c,61d…2次側端子、6
2a,62b…2次巻線接続端子、63a,63b…磁
性シート、64…接続線、65a…第1の2次巻線、65
b…1次巻線、65c…第2の2次巻線、66a,66b
…鉄心、67a,67b,67c…ギャップ。
力制御回路、4a,4b,4c…ダイオード、5a…N
チャンネルMOSFET、6…薄形トランス、8…出力平滑用
チョークコイル、9a,9b…出力平滑用コンデンサ、
10a,10b…外部負荷、11…出力電圧安定化回路
(3端子レギュレータ)、12…コンデンサ、61a,
61b…1次側端子、61c,61d…2次側端子、6
2a,62b…2次巻線接続端子、63a,63b…磁
性シート、64…接続線、65a…第1の2次巻線、65
b…1次巻線、65c…第2の2次巻線、66a,66b
…鉄心、67a,67b,67c…ギャップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝沢 和広 岩手県水沢市真城字北野1番地 株式会社 日立水沢エレクトロニクス内 (72)発明者 小原 哲也 岩手県水沢市真城字北野1番地 株式会社 日立水沢エレクトロニクス内 (72)発明者 川村 誠 岩手県水沢市真城字北野1番地 株式会社 日立水沢エレクトロニクス内 (72)発明者 常楽 雅美 茨城県日立市東多賀町一丁目1番1号 株 式会社日立製作所情報映像メディア事業部 内 (72)発明者 宮本 良雄 茨城県日立市東多賀町一丁目1番1号 株 式会社日立製作所情報映像メディア事業部 内
Claims (8)
- 【請求項1】1組の1次巻線および2次巻線を有するト
ランスと、前記トランスの1次巻線に直列に接続された
少なくとも1個のスイッチング素子と、前記トランスの
2次巻線に接続された第1と第2の整流平滑回路とを備
え、前記スイッチング素子のオン時には前記第1の整流
平滑回路に電流を通流させることにより第1の出力を得
ると共に、前記スイッチング素子のオフ時には前記第2
の整流平滑回路に電流を通流させることにより第2の出
力を得るように構成することにより2種類の異なる出力
を同時に得ることを特徴とする2出力DC−DCコンバ
ータ。 - 【請求項2】前記トランスは、互いに絶縁された2本以
上の線状導体を密接させた渦巻状に巻回した構造である
ことを特徴とする請求項1記載の2出力DC−DCコン
バータ。 - 【請求項3】前記トランスは、互いに絶縁された2本以
上の線状導体を密接させた渦巻状に巻回した構成にする
と共に、この上下を磁性粉末を含有するシートで覆った
構造のトランスであることを特徴とする請求項1記載の
2出力DC−DCコンバータ。 - 【請求項4】前記トランスは、互いに絶縁された複数本
の線状導体を密接させた渦巻状に巻回した構成であっ
て、前記複数本の線状導体のうち一部を1次巻線、残り
を2次巻線とすると共に、前記巻回した構成を上下方向
から鉄心で挟んだことトランスであることを特徴とする
請求項1記載の2出力DC−DCコンバータ。 - 【請求項5】前記第2の出力は、前記トランスの1次巻
線に接続されトランスに電力を供給する直流電源の低電
位側を基準とした負電圧であることを特徴とする請求項
1乃至5記載の2出力DC−DCコンバータ。 - 【請求項6】前記第2の出力をもって液晶表示装置の駆
動を行うことを特徴とする請求項1乃至6記載の2出力
DC−DCコンバータ。 - 【請求項7】前記スイッチング素子を駆動するスイッチ
ング周期に対する前記スイッチング素子のオン期間の割
合の最大が60%以上であることを特徴とする請求項1
乃至7記載の2出力DC−DCコンバータ。 - 【請求項8】1組の1次巻線および2次巻線を有するト
ランスと、前記トランスの1次巻線に直列接続された少
なくとも1個のスイッチング素子と、前記トランスの2
次巻線の第1の端子にアノード極が接続された第1のダ
イオードと、前記第1の端子にカソード極が接続された
第2のダイオードと、前記第2のダイオードのアノード
極と前記トランスの2次巻線の第2の端子の間に接続さ
れた電荷蓄積手段とを備え、前記トランスの1次巻線に
蓄積された励磁エネルギーを前記スイッチング素子のオ
フ期間に前記第2のダイオードを介して前記電荷蓄積手
段に移すことにより、前記2次巻線から第1のダイオー
ドを介して得られる第1の出力とは異なる第2の出力を
前記電荷蓄積手段の両端から得ることを特徴とする2出
力DC−DCコンバータ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5279279A JPH07135771A (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | 2出力dc−dcコンバータ |
| TW083109985A TW310495B (ja) | 1993-11-09 | 1994-10-28 | |
| US08/338,197 US5642269A (en) | 1993-11-09 | 1994-11-09 | Power supply apparatus having separate plural outputs |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5279279A JPH07135771A (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | 2出力dc−dcコンバータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07135771A true JPH07135771A (ja) | 1995-05-23 |
Family
ID=17608957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5279279A Pending JPH07135771A (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | 2出力dc−dcコンバータ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5642269A (ja) |
| JP (1) | JPH07135771A (ja) |
| TW (1) | TW310495B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009193977A (ja) * | 2007-02-07 | 2009-08-27 | Zhejiang Univ | 集積装置及び、該集積装置を搭載したllc共振コンバータ |
| JP2010161868A (ja) * | 2009-01-08 | 2010-07-22 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | フォワードコンバータ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6281606B1 (en) * | 1998-04-07 | 2001-08-28 | Mike's Train House | Plural output electric train control station |
| FI19991677A7 (fi) * | 1999-08-06 | 2001-02-07 | Nokia Corp | Muuntajan palautus |
| US7839105B2 (en) * | 2006-09-26 | 2010-11-23 | Tai-Her Yang | Circuit installation capable of full voltage activation, division voltage operation and delayed breaking |
| CN101399498B (zh) * | 2007-09-26 | 2013-08-28 | 华为技术有限公司 | 直流转换电源装置及改进直流转换电源装置的方法 |
| US10727697B2 (en) * | 2016-09-14 | 2020-07-28 | Witricity Corporation | Power flow controller synchronization |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2537744A1 (fr) * | 1982-12-10 | 1984-06-15 | Radiotechnique | Procede pour modifier dans des rapports differents diverses tensions d'une alimentation, et alimentation a decoupage a deux etats |
| DE3575055D1 (de) * | 1985-01-24 | 1990-02-01 | Bull Hn Information Syst | Einfach geregelte stromversorgung mit lastkompensation von einem hilfsspannungsausgang. |
| US4672516A (en) * | 1985-02-25 | 1987-06-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Primary side clock single-ended forward converter with connectible secondary circuits and having switchable actual value feed for the output voltage control |
| US4685020A (en) * | 1985-05-06 | 1987-08-04 | International Business Machines Corp. | Shutdown circuit for blocking oscillator power supply |
| US4847742A (en) * | 1987-02-12 | 1989-07-11 | Hitachi Video Engineering, Inc. | Multi-channel inverter circuit |
| US4833582A (en) * | 1987-03-27 | 1989-05-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Frequency converter circuit including a single-ended blocking frequency converter |
| DE3731644A1 (de) * | 1987-09-19 | 1989-03-30 | Thomson Brandt Gmbh | Schaltungsanordnung fuer ein geregeltes schaltnetzteil |
| GB2252208B (en) * | 1991-01-24 | 1995-05-03 | Burr Brown Corp | Hybrid integrated circuit planar transformer |
| US5502430A (en) * | 1992-10-29 | 1996-03-26 | Hitachi, Ltd. | Flat transformer and power supply unit having flat transformer |
| US5400239A (en) * | 1992-12-11 | 1995-03-21 | Northern Telecom Limited | Power converter with plural regulated outputs |
-
1993
- 1993-11-09 JP JP5279279A patent/JPH07135771A/ja active Pending
-
1994
- 1994-10-28 TW TW083109985A patent/TW310495B/zh active
- 1994-11-09 US US08/338,197 patent/US5642269A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009193977A (ja) * | 2007-02-07 | 2009-08-27 | Zhejiang Univ | 集積装置及び、該集積装置を搭載したllc共振コンバータ |
| JP2010161868A (ja) * | 2009-01-08 | 2010-07-22 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | フォワードコンバータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5642269A (en) | 1997-06-24 |
| TW310495B (ja) | 1997-07-11 |
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