JPH0832171B2 - 多出力スイッチングレギュレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）産業上の利用分野 この発明は、複数の負荷に対してそれぞれ所定の直流
電圧を供給する多出力スイッチングレギュレータに関す
る。

（ｂ）従来の技術 比較的出力電力の大きなスイッチングレギュレータと
して、スイッチングトランジスタに流れるピーク電流お
よび平滑コンデンサに流れるリップル電流の少ないフォ
ワード型コンバータによるスイッチングレギュレータが
従来より用いられている。

また、複数の負荷に対して異なった電源電圧を供給す
る多出力スイッチングレギュレータとしては種々の構成
が採られているが、フォワード型コンバータを用いたも
のにおいては、部品点数を削減し、全体を小型軽量化す
る目的で、一般にトランスおよびチョークコイルが共用
されることが多い。

第４図にトランスとチョークコイルを共用した従来の
フォワード型コンバータによるスイッチングレギュレー
タの例を示す。同図に示すようにトランスT1の一次巻線
N1にはスイッチングトランジスタQ1が接続され、この一
次巻線N1に対してダイオードブリッジD8およびコンデン
サC4からなる整流平滑回路の出力電圧が印加される。ス
イッチング制御回路１はスイッチングトランジスタ１を
オンオフ制御する。トランスの第１の二次巻線N2には整
流ダイオードD1、フライホイールダイオードD2、チョー
クコイルL1の巻線W1および平滑コンデンサC1などが接続
されている。また第２の二次巻線N3には整流ダイオード
D3、フライホイールダイオードD4、チョークコイルL1の
巻線W2および平滑コンデンサC2などが接続されている。
さらに第３の二次巻線N4には整流ダイオードD5、フライ
ホイールダイオードD6、チョークコイルL1の巻線W3およ
び平滑コンデンサC3などが接続されている。電圧検出回
路２はコンデンサC1の電圧V1を検出し、その結果をフォ
トカプラPCを介してスイッチング制御回路１へ負帰還さ
せている。また、3,4はそれぞれシリーズドロッパ方式
の３端子レギュレータであり、コンデンサC2およびC3の
電圧を安定化させてそれぞれW2およびW3の電圧を出力す
る。

このようにトランスT1を共用するとともに、チョーク
コイルL1も共用することにより部品点数の削減および小
型軽量化を計っている。

（ｃ）発明が解決しようとする課題 ところが、第４図に示したように、フォワード型コン
バータのチョークコイルが多出力用に共用される場合、
そのチョークコイルL1には各出力毎にW1,W2およびW3で
示すそれぞれ別個の巻線が巻回される。このようなチョ
ークコイルを用いた場合、各負荷に流れる電流に応じて
各巻線に流れる電流が定まるため、負荷の状態によっ
て、例えば巻線W1にだけ電流が集中し、他の巻線W2,W3
には電流が流れない、といった状態等では、コアの巻き
枠内に巻回されている巻線の電流密度分布が不均一とな
り、巻線全体に流れる電流あたりの銅損が大きくなる。

また、巻き枠内に各巻線を別々に巻回しなければなら
ないため、巻線工程数が多いという問題もあった。

この発明の目的は、チョークコイルの巻線を全体とし
て１つの巻線から構成するとともに、巻線の電流密度分
布が平均化されるようにしてチョークコイルの銅損を減
少させ、このチョークコイルを用いることによって、小
型・高効率の多出力スイッチングレギュレータを提供す
ることにある。

（ｄ）課題を解決するための手段 この発明は、トランスの一次巻線にスイッチングトラ
ンジスタを接続し、上記トランスの二次巻線に整流ダイ
オード、フライホイールダイオード、チョークコイルお
よび平滑コンデンサを接続してなるフォワード型コンバ
ータにおいて、 前記チョークコイルを直列に接続された線径が異なる
複数の巻線を一つの巻線として巻回して構成し、接地ラ
イン側に設け、 各巻線の接続点と接地間との間に生じる電圧を取り出す
手段を備えるとともに、 前記各巻線の線径は、該巻線に流れる電流の大きさに略
比例していることを特徴とする。

（ｅ）作用 この発明の多出力スイッチングレギュレータの構成例
を第１図に示す。

第１図においてトランスT1の一次巻線N1にスイッチン
グトランジスタQ1を接続し、トランジスタの二次巻線N2
に整流ダイオードD1、フライホイールダイオードD2、チ
ョークコイルL1および平滑コンデンサC1を接続し、チョ
ークコイルL1の中間タップと接地間にフライホイールダ
イオードD4,D6および平滑コンデンサC2,C3を接続してフ
ォワード型コンバータによる多出力スイッチングレギュ
レータを構成する。ここでチョークコイルL1は巻線Wa,W
bおよびWcを直列接続した１つの巻線から構成し、この
チョークコイルを接地ライン（Ｇ）側に設けている。ま
た、中間タップは巻線Waと巻線Wbおよび巻線Wbと巻線Wc
との接続点である。すなわち、接地端子（Ｇ）と各巻線
の接続点との間に生じる電圧をそれぞれV1,V2およびV3
として取り出している。

ここで出力端子V1,V2およびV3からそれぞれ電流I1,I2
およびI3が流れるものとすると、チョークコイルL1の巻
線Waには電流I1が流れ、巻線Wbには電流（I1＋I2）が流
れ、巻線Wcには電流（I1＋I2＋I3）が流れる。ここで、
チョークコイルL1には直列に接続された巻線Wa、Wb、Wc
が一つの巻線として巻回されている。そして、各巻線W
a、Wb、Wcの線径をそれぞれ該巻線に流れる電流の大き
さに比例した大きさにしているため（この例において
は、巻線Wcの線径が最も大きく、巻線Waの線径が最も小
さくなる。）、全体が１つの巻線であるにも係わらず、
各巻線の電流密度は均一となる。仮に３つの負荷の内１
つの負荷に最大電流が流れ、他の２つの負荷に電流が流
れないような場合でも、負荷電流は必ず線径の大きな巻
線Wcを通るため、巻線の電流密度を有効に分散させるこ
とができる。その結果、チョークコイルによる電力損失
を低減することができ、チョークコイル自体の製造も容
易となる。

（ｆ）実施例 この発明の第１の実施例に係る多出力スイッチングレ
ギュレータの回路図を第２図に示す。

第２図に示すようにトランスT1の一次巻線N1にダイオ
ードブリッジD8およびコンデンサC4からなる整流平滑回
路およびスイッチングトランジスタQ1を接続している。
スイッチング制御回路１は出力電圧V1に応じてスイッチ
ングトランジスタQ1をPWM制御する。トランスT1には３
つの二次巻線N2,N3およびN4を設け、それぞれに整流ダ
イオードD1,D3,D5、フライホイールダイオードD2,D4,D
6、共用するチョークコイルL1および平滑コンデンサC1,
C2,C3等を接続している。チョークコイルL1は図に示す
ようにその巻線の一部を共用して各二次巻線N2,N3およ
びN4の接地ライン側に接続している。また、コンデンサ
C1の両端には出力電圧V1を検出してフォトカプラPCを駆
動する電圧検出回路２を設けている。これによりスイッ
チング制御回路１は出力電圧V1を安定化させる。コンデ
ンサC2およびC3の出力側にはシリーズドロッパ方式の３
端子レギュレータ3,4および平滑コンデンサC5,C6をそれ
ぞれ接続している。なお、トランスT1にはさらにリセッ
ト巻線N5を設け、これにフライホイールダイオードD7を
接続している。

第２図に示した回路の動作は次の通りである。先ず、
トランスの一次巻線N1にダイオードブリッジD8およびコ
ンデンサC4により整流平滑された直流電圧が印加され、
スイッチング制御回路１の制御によりスイッチングトラ
ンジスタQ1がオンされたとき、各二次巻線N2,N3,N4にそ
れぞれ巻数比に応じた電圧が発生する。巻線N2について
はチョークコイルL1の全ての巻線を通って電流I11が流
れ、巻線N2についてはチョークコイルL1の巻線Wcおよび
Wbを通って電流I21が流れ、さらに巻線N4についてはチ
ョークコイルL1の巻線Wcを通って電流I31が流れる。

その後、スイッチングトランジスタQ1がオフされる
と、ダイオードD2にはチョークコイルL1の全ての巻線を
通って電流I12が流れ、ダイオードD4にはチョークコイ
ルL1の巻線WcおよびWbを通って電流I22が流れ、さらに
ダイオードD6にはチョークコイルL1の巻線Wcを通って電
流I32が流れる。また、チョークコイルL1の各巻線Wa、W
b、Wcの線径はそれぞれ該巻線に流れる電流の大きさに
比例した大きさである。そして、巻線Wc,Wb,Waの順に流
れる電流が小さくなる。すなわち、この実施例では巻線
Wcの線径が最も大きく、巻線Waの線径が最も小さい。

スイッチングトランジスタQ1のオンオフにより上記の
動作が繰り返されるが、電圧検出回路２およびスイッチ
ング制御回路１の作用によりスイッチングトランジスタ
Q1のオンデューティ比が制御されて出力電圧V1が安定化
される。また出力電圧V2およびV3はそれぞれ３端子レギ
ュレータ３および４の作用により安定化される。

上記電圧V1,V2およびV3が供給される各負荷に流れる
電流に応じてチョークコイルL1の各巻線に流れる電流が
定まるが、電流は必ず最も線径が大きい巻線Wcを流れ、
しかも線径が大きい巻線ほど多くの電流が流れるため、
巻線の電流密度が有効に分散する。しかも第２図に示し
た例では、トランスT1に設けた複数の二次巻線からそれ
ぞれチョークコイルの各巻線に電流供給を行うようにし
たため、各負荷電流に対するクロスレギュレーションも
従来と同様に改善することができる。

次に、この発明の第２の実施例に係る多出力スイッチ
ングレギュレータの回路図を第３図に示す。

第３図に示す例は、トランスT1に単一の二次巻線N2を
設けるとともに、チョークコイルL1の各端子から直接第
2,第３の出力電圧を取り出すようにしたものである。こ
の回路は第２図に示した回路からトランスの二次巻線N
3,N4と整流ダイオードD3,D5を取り除いた回路と等価で
ある。

第３図に示した回路では、スイッチングトランジスタ
Q1のオン時にチョークコイルL1に蓄積されたエネルギー
がスイッチングトランジスタQ1のオフ時に放出される
際、チョークコイルL1の全ての巻線を通ってダイオード
D2に電流I1が流れ、チョークコイルL1の巻線WcおよびWb
を通ってダイオードD4に電流I2が流れ、さらにチョーク
コイルL1の巻線Wcを通ってダイオードD6に電流I3が流れ
る。この場合には第２図に示したようなトランスの複数
の二次巻線からの電流供給がないため、クロスレギュレ
ーションの改善効果はないが、負荷供給電流が小さく且
つ負荷電流の変動が小さな場合には有効である。

（ｇ）発明の効果 この発明によれば次のような効果を奏する。

各負荷毎に負荷電流が変動する場合でも、チョーク
コイルの巻線の電流密度が有効に分散されるため、チョ
ークコイル全体として銅損が減少し、発熱も少なくな
る。

チョークコイルの巻線工程では、最も巻き数の多い
回数分だけ巻数を巻回すればよく、その工程数が少なく
なり製造コストも下げることができる。

チョークコイルの巻線は全体として１つの巻線から
構成され、線間電位差が小さくなるため、各巻線間の絶
縁が容易になる。

チョークコイルの端子数も減少するため、チョーク
コイル自体さらに小型化することができる。

その結果、小型で高効率な多出力スイッチングレギュ
レータを構成することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の作用説明図である。第２図はこの発
明の第１の実施例に係る多出力スイッチングレギュレー
タの回路図である。第３図は第２の実施例に係る多出力
スイッチングレギュレータの回路図である。第４図は従
来の多出力スイッチングレギュレータの回路図である。 T1……トランス、N1……一次巻線、N2,N3,N4……二次巻
線、D1,D3,D5……整流ダイオード、D2,D4,D6……フライ
ホイールダイオード、L1……チョークコイル、Q1……ス
イッチングトランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トランスの一次巻線にスイッチングトラン
   ジスタを接続し、上記トランスの二次巻線に整流ダイオ
   ード、フライホイールダイオード、チョークコイルおよ
   び平滑コンデンサを接続してなるフォワード型コンバー
   タにおいて、 前記チョークコイルを直列に接続された線径が異なる複
   数の巻線を一つの巻線として巻回して構成し、接地ライ
   ン側に設け、 各巻線の接続点と接地間との間に生じる電圧を取り出す
   手段を備えるとともに、 前記各巻線の線径は、該巻線に流れる電流の大きさに略
   比例していることを特徴とする多出力スイッチングレギ
   ュレータ。