JPS591421Y2 - 多出力スイッチング方式の電源 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、多出力直流電源の各出力の平滑チョークを磁
気的に密結合してその電源の電圧配分と同一の変成比に
し、かつ流れる電流の方向は磁束に対し加える方向に接
続した多出力直流源において、前記平滑チョークの電圧
と巻数の関係を等しくするように補正することの可能な
多出力スイッチング方式の電源に関する。

相互に絶縁された多種類の直流電圧を出力する多出力電
源は、電子計算機、通信用機器、あるいはプラントの計
装等の電源として多く使用されるが、その負荷の性質上
前記多種類の直流電圧は正確でなければならず、また負
荷によって出力電圧が変動しないことが要求される。

この種の電源として、第１図に示すような多出力スイッ
チング方式め電源が知られている。

すなわち、コレクタが方形波パルストランスＴの１次側
コイルＴｃに接続されたスイッチング用トランジスタＱ
のベースに、図の如き連続した方形波パルスを入力して
、方形波パルストランスＴの１次コイルＴｃに方形波パ
ルス電流が供給される。

図において１次コイルＴｃに並列に接続された抵抗Ｒ１
、コンテ゛ンサＣ４、ダイオードＤ７はトランスＴから
のはね返り電流の吸収のためのものである。

トランスＴの１次コイルＴｃに流れるパルス電流により
互に別個に巻かれた２次巻線ＴＣ１，ＴＣ２，ＴＣ３に
はそれぞれ巻線に比例した電圧が発生し、この各発生電
圧をそれぞれダイオードＤ１．Ｄ２からなる整流回路、
ダイオードＤ３．Ｄ４からなる整流回路、ダイオードＤ
ｓ、Ｄｓからなる整流回路によって整流しそれぞれ脈流
直流電圧、Ｅ、、Ｅ２．’Ｅ３を得ている。

これらの電圧はパルス状であるので互に同一磁心Ｌ１で
磁気的に結合されたそれぞれの平滑チョークコイルＷ１
．Ｗ２ 、Ｗ３を通してそれぞれの出力端Ｐ１．Ｐ２．
Ｐ３に接続され、各出力端に接続されたコンテ゛ンサＣ
１，Ｃ２，Ｃ３とあいまって各出力を平滑している。

この場合平滑チョークコイルＷ、、Ｗ２．Ｗ３を前記の
ように同一磁心Ｌ１で磁気的に密結合し、かつその各平
滑チョークコイルＷ１．Ｗ２．Ｗ３の巻数（それぞれＷ
ｌ、Ｗ２ 、Ｗ３とする）と２次側コイ／Ｌ／ＴＣ１゜
Ｔｃ２．Ｔｃ３からのそれぞれの平滑チョークコイルヘ
の前記直流電圧Ｅ１．Ｅ２．Ｅ３との関係は、である。

とともに各平滑チョークコイルＷｌ、Ｗ２゜Ｗ３を流れ
る電流によって生ずる磁心Ｌ１内の磁束の方向が互に加
わるように各平滑チョークコイルＷ１．Ｗ２．Ｗ３を接
続する。

このようにすることにより、古くから知られている一般
チヨーク入力形平滑回路（各チョーク間に磁気結合がな
い）の特性が、第２図ａに示す縦軸を出力電圧Ｖとし、
横軸を負荷電流ｉとして、無負荷ないし軽負荷において
（図における矢印の部分）出力電圧が高くなる欠点を、
第２図すに示すようにかなり軽減することが出来る。

しかし実際には前記（１）式のような関係はＷｌ／ Ｅ
１の大きい比較的小形のチョークコイルの場合は満足
できる値を取り得るが、出力の大きい大形のチョークで
はコイルの巻数が１ターン以下の調節が必要となり単な
る巻数の増減では（１）式を満足できず、従って正確な
電圧配分の出力が得られないばかりでなく軽負荷におけ
る負荷特性も悪化する。

上述の問題点を第７図乃至第９図を参照して観点を変え
て説明する。

第９図に示す回路に入力電圧Ｅ１を加えると出力電圧Ｅ
。

と出力電流ｉｏの関係は第８図に示す特性を示す。

出力電流ｉ。が零の時は出力電圧は入力電圧の尖頭値ま
で上昇し、出力電流を増すに従って出力電圧は入力電圧
Ｅ、の平均電圧に接近する。

出力電流がｉ。

１まで増加すると出力電圧はＥ。１になりそれ以上電流
を増しても出力電圧はほぼ一定の値になる。

この出力電圧が一定の値を示す出力電流の値ｉ。

１は第９図のコイルＬのインダクタンスの値によって変
る。

又コイルＬとコンデンサＣと入力電圧の周期Ｔの関係は
、 とすると の関係で変化し、その平均電流が出力電流より少ない時
に出力電圧が入力電圧の平均値を示す。

出力電流が少なくなり出力電圧Ｅ。

に平均電圧を与えたのでは出力電流よりコイル電流ｉＬ
の平均電流の方が大きくなる時は出力電圧Ｅ。

が上昇して入力電流ｉＬの平均値と出力電流ｉ。

が平衡する。ゆえに出力電流がｉ。

１より少ない時には出力電圧Ｅ。が増加する。

出力電流ｉ。

１の時の入力電流は第７図のｉＬｌで示され、１０１よ
り大きい時はｉＬ２で示す入力電流ｉＬが流れる。

このような条件のもとて多出力電源の各チョークコイル
を一つのコアー（鉄心）に巻くと、各チョークコイル間
は電磁結合される（第１図参照）。

各コイルが電磁的に密結合されていると、その巻線数に
比例した電圧が各コイルに発生する。

第１図に示す電源では各コイルに電流が供給されるので
、その巻数当りの電圧を等しくしないと電圧の高い巻線
に大きな電流が流れて他の巻線に電流を与え電流を受け
た電圧の低い巻線は電流を受けた結果自身の電流の供給
は減少しバランスの上から好ましくない。

それゆえ各巻線に巻数当りの電圧が等しくなるようにし
である。

すなわち、前述の（１）式を満足するようにしである。

しかしながら、実際には巻線数は整数であり電圧は任意
の値をとり、各コイルの巻数当りの電圧を等しくするこ
とはできない。

なお、出力電流ｉ。

が少なくなると出力電圧が高くなるが、各コイルが電磁
的に結合されていると、一つのみの巻線に対する出力電
流が減少した場合、コイルを流れる電流は他のコイルに
電流を供給することになり、全体的に一つのコイルとし
た時の出力電流ｉ。

１以上の電流が他の巻線で流れていると電流はその巻線
に送られ出力電流が少ないのにもかかわらず出力電圧が
一定の値を保持できる（第２図す参照）。

本考案はこのような欠点を除去するためになされたもの
で、トランスの２次側からの出力電圧と巻数の関係を整
数の比でとれない平滑チョークコイルに直列に別のコイ
ルを介在させて、各出力電圧と各平滑チョークコイルの
巻数との比の相違を補正せんとするものである。

以下、本考案を実施例につき図面によって詳細に説明す
る。

本考案では、チョークを挿入することによってコイルＷ
、、Ｗ２．Ｗ３の巻線数と電圧Ｅｌ、Ｅ２．Ｅ３のアン
バランスを吸収する。

即ちコイルの巻線にかかる正味の電圧はチョークの電圧
を差し引いた値となり巻数当りの電圧の高い巻線にはそ
れに応じてチョークコイルを挿入し電圧のアンバランス
を改善する。

ここで゛、出力電圧Ｅ。

１は入力端子Ｅ１は尖頭電圧Ｅ。

２とする矩形波で周期をＴ、流通時間をｔとする。

回路のインダクタンスＬと容量Ｃは（第９図参照） Ｔ” ＜ ＬＣ とした時とする。

即ち入力電圧の一周期Ｔの間ではコンデンサに充電又は
放電によるコンテ゛ンサの出力電圧の変動は出力電圧Ｅ
。

１に比べて無視しえる値となり、等価的に出力電圧Ｅ。

は入力に平均入力電圧Ｅ。１を与えた時と等価に取扱え
得るり、Ｃの値であることが必要である。

第３図において、第１図に示したものと同一物同一機能
のものについては第１図のものと同一符号を付して一部
の説明を省略する。

第１図の回路と異なる所はトランスＴの２次側コイルの
うち、コイルＴＣ３の出力に接続されたチョークコイル
Ｗ３に直列に補正チョークコイルＬ２を接続して出力端
Ｐ３に出力するようにした点である。

例えば多出力スイッチング電源の２次側コイルの各出力
の平滑チョークコイル’Ｗ’１．Ｗ２ 、Ｗ３に入る前
の電圧をＥｌ、Ｅ２．Ｅ３とし、各平滑チョークコイル
Ｗ１．Ｗ２．Ｗ３の各巻線の巻数をＷ、、Ｗ２．Ｗ、と
じて、これら電圧と巻数の関係が、 となる場合は、平滑チョークコイルＷ３の巻線の巻数の
調節ではＥ３／Ｗ３はＥ□／Ｗ１に等しくなり得ないの
で、補正用チョークコイルＬ２を平滑チョークコイルＷ
３に直列に挿入することにより、平滑チョークコイルＷ
３にかかる電圧を変えて平滑チョークコイルＷ３の両端
の電圧をＥｗ３とし、Ｗ１／Ｅ１−Ｗ３／ＥＷ３にすれ
ばよい。

すなわち、補正用チョークコイルＬ２の両端の電圧をＥ
１２、平滑チョークコイルＷ３の等価インダクタンスを
Ｌｗ３、補正用チョークコイルＬ２のインダクタンスを
Ｌ２とすれは゛、 となるように補正チョークＬ２のインダクタンスＬ２を
調節することにより、 となり、各平滑チョークコイルへの入力電圧とそれに対
応する各平滑チョークコイルの巻数の関係が等しくなる
。

これを図示すると第４図ａに示す電圧Ｅ３は同図すに示
すように補正用チョークコイルＬ２にかかる電圧ＥＬ２
と平滑チョークコイルＷ３にかかる電圧Ｅｗ３が加算さ
れたものと等しくなる。

以上が本考案の基本的考え方であるが、第３図における
補正用チョークコイルＬ２を別個に挿入するのではなく
、各平滑チョークコイルＷｌ、Ｗ２゜Ｗ３の巻線間の結
合を粗にして、漏れインダクタンスを発生させ、前記電
圧、巻線の関係を所定の値に保つことができる。

第５図ａに示す回路図は１次側巻数と２次側巻数の比を
ｎとして、２次側に負荷抵抗Ｒ１、のついたトランスで
あるが、これは１次側よりみた等他回路として第５図す
に置き替えられる。

すなわち、第３図における磁心Ｌ１に巻かれた平滑チョ
ークコイルＷ１．Ｗ２．Ｗ３は互に磁気的に結合してい
るので回路的にはトランスであり、平滑チョークコイル
Ｗ３に直列に挿入した補正用チョークコイルＬ２を第５
図すに示した等他回路の漏れインダクタンスＬＲとし、
インダクタンスＬＰとこれに並列に接続された抵抗分ｎ
２Ｒと直列接続されたものとして扱ってもさしつかえな
い。

言替えれば第３図の平滑チョークコイルＷ３の巻線を他
の巻線よりも結合を少くすることにより漏れインダクタ
ンスを発生させて補正用チョークコイルＬ２の値と等価
にすればよいのである。

第６図ａ、ｌ）は前記補正用チョークコイルと等価な漏
れインダクタンスを発生させる巻線の方法を示したもの
で、ａは内鉄型のチョークで、巻線ＡとＢを離して結合
を粗にして鉄心Ｃに巻いたもの、ｂは外鉄型のチョーク
を示しておりＡ又は３巻線内に巻かれた巻線間では結合
は大きいが巻線Ａと巻線Ｂの相互間においては漏れイン
ダクタンスを太きくすることができる。

このように前記電圧と巻数の関係が一定の値をとれない
場合、他の巻線と分離することにより巻線間の結合係数
が減少し漏れインダクタンスが発生する。

漏れインダクタンスは等価的に結合されていないので、
独自のコイルを挿入した場合と等しくなり前記巻数と電
圧のバランスを是正する方向に動作するため外付のイン
ダクタンスを必要としないで本考案の目的を遠戚できる
。

以上においては多出力が３つの場合について述べたが多
出力の数はこれより多くても少ない場合でも同様の効果
が得られる。

以上から本考案によれば、トランスの２次側がらの出力
電圧と巻数の関係を整数の比にとれない平滑チョークコ
イルに直列に別のコイルを介在させたので、その比の相
違が補正されるようになり、各出力間の電圧配分を正確
にすることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の多出力スイッチング電源の回路図、第２
図ａは一般のチョーク入力形平滑回路の負荷特性図、同
じくｂは本考案を適用するチョーク入力形平滑回路の負
荷特性図、第３図は本考案の多出力スイッチング電源の
回路図、第４図は第３図における平滑チョークコイルＷ
３の電圧の配分と波形を示す図、第５図は巻線間の結合
を少なくして漏れインダクタンスを発生するようにした
回路とその等価回路図である。 第６図ａ、ｌ）は補正用チョーク用トランスの構造を示
す図である。 第７図ａ、ｂ、Ｃ１第８図及び第９図は従来技術の問題
点を説明するための説明図である。 ＤＩ、 Ｄ２． Ｄ３． Ｄ４． Ｄｓ、 Ｄ６・・・
・・・整流器、Ｅｌ、Ｃ２゜Ｃ３・・・・・・各出力電
圧、Ｃ２・・・・・・補正用チョークコイル、Ｗｌ、Ｗ
２．Ｗ３・・・・・・各平滑チョークコイル。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）各出力毎に設けられた各平滑チョークコイルが相
   互に磁気的に結合された多出力直流電源において、トラ
   ンジスタの各２次側巻線の出力を整流した各出力電圧と
   これらに対応する前記平滑チョークコイルの巻数との比
   を同一関係に調整し得ない平滑チョークコイルに直列に
   、別のコイルを介在させて各出力電圧と各平滑チョーク
   コイルの巻数との比の相違を補正したことを特徴とする
   多出力スイッチング方式の電源。
2. （２）前記別のコイルは、補正用チョークコイルで威る
   請求の範囲第１項の多出力スイッチング方式（３）前記
   別のコイルは、前記同一関係に調整し得ない平滑チョー
   クコイルの他の平滑チョークコイルに対する磁気的結合
   を粗にすることによって得た漏れインダクタンスによっ
   た請求の範囲第１項の多出力スイッチング方式の電源。