WO2005109618A1

WO2005109618A1 - 共振型スイッチング電源装置

Info

Publication number: WO2005109618A1
Application number: PCT/JP2005/007559
Authority: WO
Inventors: Hideki Nishihara; Akeyuki Komatsu
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2005-11-17
Also published as: US20080024094A1; JP4762134B2; CN1950997A; CN100472926C; JPWO2005109618A1; US7446512B2

Abstract

　スイッチング周波数を変化させて出力電圧可変範囲の広い共振型スイッチング電源装置を提供するために、共振回路がスイッチングトランスと、スイッチングトランスに対して直列に接続された第１の共振部と、スイッチングトランスに対して並列に接続された第２の共振部とを有し、直流負荷電流が大きい場合の共振周波数特性が、第１の共振部の直列接続素子により形成され、直流負荷電流が小さい場合の共振周波数特性は、第１の共振部とともに前記第２の共振部の第２の共振用コンデンサ及び前記スッチングトランスにより形成される。　

Description

明細書

共振型スイッチング電源装置

技術分野

[0001] 本発明は、共振型スイッチング電源装置に関し、特に入力電圧、出力電圧及び負荷電流に対応してスイッチング周波数を制御することができる共振型スイッチング電源装置に関する。

背景技術

[0002] 図 4は従来の共振型スイッチング電源回路の構成を示す回路図である。

[0003] 図 4において、 AC整流部 103はノイズフィルタ 102を介して商用電源 101に接続されている。この AC整流部 103からの整流出力は平滑コンデンサ 104により平滑されている。平滑コンデンサ 104により得られた直流出力は、スイッチング動作するスイツチング素子 105A, 105Bを有するスイッチング回路 105に供給される。このスィッチング回路 105の出力はトランス 107の 1次卷線 107Aと共振用コンデンサ 106Aとを直列接続して構成された共振回路 106に供給される。上記トランス 107の 2次卷線 1 07B〖こは、ダイオード 108A, 108B、及びコンデンサ 110により構成された整流'平滑回路 109が接続されている。この整流'平滑回路 109は、上記スイッチング回路 10 5のスイッチング動作を制御する制御回路 120が電圧帰還回路 113を介して接続され、外部に直流出力を供給する出力端子 112A, 112Bを有している。

[0004] 電圧帰還回路 113は抵抗 115を介して外部コントロ—ル端子 124に接続されて!ヽる。この外部コント口—ル端子 124からの制御信号が電圧帰還回路 113に入力されることにより、共振型スイッチング電源装置は所定の直流出力電圧が得られるよう調整される。

[0005] 通常、トランスにおいては、トランス二次側出力電圧が所望の最低電圧になるようその巻き数比が決められている。共振型スイッチング電源装置において安定的に最低出力直流電圧を下げようとすると、トランスの一次側巻き線の巻き数を増加する必要がある。

[0006] このように構成された従来の共振型スイッチング電源装置では、整流'平滑回路 10 9から出力端子 112A、 112Bを介して出力される電圧力電圧帰還回路 113内の電圧比較器 113Aに入力されて、基準電圧 Vrefと比較される。電圧比較器 113Aにお Vヽて基準電圧 Vrefと比較して得られた誤差電圧は、フォト力ブラ 113Bを介して制御回路 120に入力される。制御回路 120の制御出力はスイッチング回路 105のスィッチング素子 105A, 105Bに印加されて、スイッチング周波数を変化させる。外部コント口—ル端子 124には出力電圧を可変して得られる制御電圧、及び商用電源 101からの入力電圧変動や負荷変動に対して得られる制御信号が入力されよう構成されている。外部コントロール端子 124に入力される制御電圧や制御信号を利用して、従来の共振型スイッチング電源装置においては所定の直流出力電圧が生成されるよう制御している。

[0007] また、負荷電流を検出して、その負荷電流に応じてコンバータトランスのリーケージインダクタンスを制御する従来の共振型スイッチング電源装置は、例えば、日本の特開平 9— 163735号公報に開示されている。

特許文献 1 :特開平 9— 163735号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] しかしながら、前述のように構成された従来の共振型スイッチング電源装置の構成においては、最大直流電圧及び最小直流電圧の範囲内において、所望の最大負荷電流と最小負荷電流を安定に供給しょうとするとトランスの一次側の巻き線の巻き数を増やさなければならず、トランス及びその周辺の回路が大型化するという問題があつた o

[0009] さらに、従来の共振型スイッチング電源装置においては、負荷電流が大きい場合と小さ、場合にぉ、て、最大直流電圧出力時及び最小直流電圧出力時の!、ずれの時においても、共振周波数近辺で動作させることになる為、直流電圧出力範囲を広げると安定に制御することが難しくなるとともに損失が増え、効率も低下するという問題があった。

課題を解決するための手段

[0010] 前述のように構成された従来の共振型スイッチング電源装置における問題を解決するために、本発明に係る第 1の観点の共振型スイッチング電源装置は、直流電力を出力する電源回路、

前記電源回路の直流電力が入力され、相補的にスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路、

前記スイッチング回路の出力が入力され、第 1の共振用コンデンサと共振用コイルとの直列接続素子と、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスの 1次巻き線と並列に接続された第 2の共振用コンデンサとを有する共振回路、

前記スイッチングトランスの 2次側出力が入力され、整流平滑されて出力する整流平滑回路、

前記スイッチングトランスの 1次巻き線に流れる電流値と実質的に同じ電流値が流れる 1次巻き線を有する検出トランスと、前記検出トランスの 2次側出力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力を電圧変換する電流電圧変換回路とを有する電流検出回路、及び

前記電源回路と前記整流平滑回路と前記電流検出回路からの各出力が入力され、前記スイッチング回路における前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路、を具備する。

[0011] 本発明に係る第 2の観点の共振型スイッチング電源装置は、第 1の観点の構成において、前記整流平滑回路の出力側に接続された第 1の負荷装置をさらに具備し、当該共振型スイッチング電源装置の出力に応じて前記制御回路により前記第 1の負荷装置の負荷値を調整するよう構成してもよヽ。

[0012] 本発明に係る第 3の観点の共振型スイッチング電源装置は、第 1の観点の構成において、

前記整流平滑回路の出力の負側に正極が接続された調整電源と、前記調整電源の負極と前記整流平滑回路の出力の正側との間に接続された第 2の負荷装置とをさらに具備し、当該共振型スイッチング電源装置の出力に応じて前記制御回路により前記第 2の負荷装置の負荷値を調整するよう構成してもよヽ。

[0013] 本発明に係る第 4の観点の共振型スイッチング電源装置は、

負荷に供給される出力に応じてスイッチング周波数を制御して直流出力を出力する装置であって、

複数のスイッチング素子をスイッチング周波数でスイッチング動作するスイッチング回路、

前記スイッチング回路の出力が入力され、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスに対して直列に接続された第 1の共振部と、前記スイッチングトランスに対して並列に接続された第 2の共振部とを有する共振回路、

前記スイッチングトランスの出力を整流し平滑する整流平滑回路、

前記整流平滑回路からの直流出力電圧を検出する電圧検出回路、

前記スイッチングトランスの 1次側巻き線に流れる電流力負荷電流を検出する電流検出回路、及び

前記電圧検出回路と電流検出回路の各出力に応じて前記スイッチング回路のスィツチング周波数を制御する制御回路、を具備してもよヽ。

[0014] 本発明に係る第 5の観点の共振型スイッチング電源装置は、第 4の観点の構成において、前記制御回路が、前記スイッチング回路に入力される電圧の変動に応じてスイッチング周波数を制御するよう構成してもよ、。

[0015] 本発明に係る第 6の観点の共振型スイッチング電源装置は、第 4の観点の構成において、

第 1の共振部は前記スイッチング回路の出力に接続された第 1の共振用コンデンサと共振用コイルとの直列接続素子で構成され、第 2の共振部は前記スイッチングトランスの一次巻き線に並列に接続された第 2の共振用コンデンサで構成され、直流負荷電流が大きい場合の共振周波数特性は、前記第 1の共振部の直列接続素子により形成され、直流負荷電流が小さい場合の共振周波数特性は、前記第 1の共振部とともに前記第 2の共振部の第 2の共振用コンデンサ及び前記スッチングトランスにより形成されるよう構成してもよい。

[0016] 本発明に係る第 7の観点の共振型スイッチング電源装置は、第 4の観点の構成において、

前記共振回路が、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスの 1次側巻き線に直列に接続された第 1の共振部と、前記スイッチングトランスの 1次側巻き線に並列に接続された第 2の共振部とを有するよう構成してもよ、。

[0017] 本発明に係る第 8の観点の共振型スイッチング電源装置は、第 4の観点の構成において、

前記共振回路が、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスの 1次側巻き線に直列に接続された第 1の共振部と、前記スイッチングトランスの 2次側巻き線に並列に接続された第 2の共振部とを有するよう構成してもよ、。

[0018] 本発明に係る第 9の観点の共振型スイッチング電源装置は、第 6の観点の構成において、

負荷に出力を供給するための直流出力端子間に第 1の負荷装置を設け、前記第 1 の負荷装置が負荷に対する最大出力供給電力の 0. 1から 0. 2%の範囲内のダミー負荷量を有するよう構成してもよ、。

[0019] 本発明に係る第 10の観点の共振型スイッチング電源装置は、第 7の観点の構成において、

負荷に出力を供給するための直流出力端子間に第 2の負荷装置を設け、前記第 2 の負荷装置に対して負の電圧を供給する調整電源を直列接続し、前記第 2の負荷装置のダミー負荷量を前記制御回路により調整するよう構成してもよい。

[0020] 本発明に係る第 11の観点の共振型スイッチング電源装置は、第 6の観点の構成において、

前記共振回路の共振周波数の使用範囲における最大共振周波数 Z最小共振周波数の比は、 1. 2力ら 2. 5の範囲内であることが好ましい。

発明の効果

[0021] 本発明の共振型スイッチング電源装置によれば、出力電圧を広範囲に可変する場合においても、負荷に対して安定した出力電圧の供給を行うことができ、かつ電力損失の低減を図ることができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]図 1は本発明に係る実施例 1における共振型スイッチング電源装置の構成を示す回路図である。

[図 2]図 2は実施例 1の共振型スイッチング電源装置において形成される共振周波数特性の一例を示す波形図である。

[図 3]図 3は本発明に係る共振型スイッチング電源装置の他の構成を示す回路図である。

[図 4]図 4は従来の共振型スイッチング電源装置の構成を示す回路図である。符号の説明

1 商用電源

2 ノイズフィルタ

3 AC整流部

4 平滑コンデンサ

5 スイッチング回路

5A、 5B スイッチング素子

6 共振回路

6A、6B 共振用コンデンサ

6L 共振用コイル

7 スイッチングトランス

7 A 1次卷線

7B 2次卷線

8A、8B 整流ダイオード

9 整流 ·平滑回路

10 平滑コンデンサ

11 抵抗

12A, 12B 出力端子

16 電流検出回路

17 検出トランス

18A、 18B ダイオード

20 制御回路

21 第 1の負荷装置

22 コンデンサ 23 抵抗

24 外部コントロール端子

25 第 2の負荷装置

26 電源

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、本発明に係る共振型スイッチング電源装置の好適な実施の形態につ!ヽて添付の図面を参照しつつ説明する。

実施例 1

[0025] 図 1は本発明に係る実施例 1の共振型スイッチング電源装置の構成を示す回路図である。

図 1にお、て、 AC整流部 3はノイズフィルタ 2を介して商用電源 1に接続されており、この AC整流部 3からの整流された出力は平滑コンデンサ 4により平滑されている。この平滑コンデンサ 4により得られた直流出力は、相補的にスイッチング動作するスィツチング素子 5A, 5Bを有するスイッチング回路 5に供給される。このスイッチング回路 5の出力は、変圧器であるスイッチングトランス 7の 1次卷線 7A、 2つの共振用コンデンサ 6A, 6B、及び共振用コイル 6Lで構成されている共振回路 6に供給される。

[0026] 上記スイッチングトランス 7の 2次卷線 7Bには、ダイオード 8A, 8B、コンデンサ 10、及び電圧検出回路である抵抗 11により構成された整流 ·平滑回路 9が接続されてヽる。この整流 ·平滑回路 9には上記スイッチング回路 5のスイッチング動作を制御する制御回路 20が接続されている。また、整流'平滑回路 9には外部に直流出力を供給する出力端子 12A, 12Bが設けられている。

[0027] 図 1に示すように、共振回路 6においては第 1の共振用コンデンサ 6Aに共振用コィル 6Lが直列に接続されており、且つ、トランス 7の 1次卷線 7Aに並列に第 2の共振用コンデンサ 6Bが接続されている。直列接続された第 1の共振用コンデンサ 6Aと共振用コイル 6Lの値は、主に負荷が重い場合、即ち、直流出力負荷電流が大きい場合、実施例 1の共振型スイッチング電源装置におヽて使用するスイッチング周波数範囲における低いスイッチング周波数に対応して設定される。また、スイッチングトランス 7 の 1次卷線 7Aに並列に接続された第 2の共振用コンデンサ 6Bの値は、負荷が軽い場合、即ち、直流出力負荷電流が小さい場合、実施例 1の共振型スイッチング電源装置において使用するスイッチング周波数範囲における高いスイッチング周波数に対応して設定される。

[0028] 実施例 1の共振型スイッチング電源装置の共振回路 6における各要素の設定値の具体的な一例としては、第 1の共振用コンデンサ 6Aが 0. 022 /z Fであり、共振用コィル 6L力であり、第 2の共振用コンデンサ 6Bが 0. 022 /z Fである。そして、実施例 1の共振型スイッチング電源装置において、直流出力電圧を 40Vカゝら 0. 4Vまで可変にする場合、スイッチング周波数範囲における低、方のスイッチング周波数が約 85kHz、高い方のスイッチング周波数が約 120kHzである。

[0029] なお、高い方のスイッチング周波数をより高く設定して、後述するダミー負荷として負荷装置 21を設けることにより、実際に動作するスイッチング周波数を低くして、所定のスイッチング周波数の範囲内で動作させることも可能である。

[0030] 実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、低い方の共振周波数が約 85 kHz,高い方の共振周波数が約 120kHzであり、負荷電流、負荷電圧、及びスイツチングトランス 7への入力電圧に応じて、そして各要素の特性を総合した共振周波数特性に応じて、スイッチングトランス 7を介して整流 ·平滑回路 9に電力が入力され、所望の直流出力が負荷に供給される。

[0031] 実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、第 1の共振用コンデンサ 6Aと共振用コイル 6Lにより、低、方の共振周波数である約 85kHzにお、て共振ピークが形成されている。また、第 1の共振用コンデンサ 6Aと共振用コイル 6Lの他に、スイツチングトランス 7に並列に接続された第 2の共振用コンデンサ 6Bとスッチングトランス 7 により、高い方の共振周波数である約 120kHzにおいて共振ピークが形成されている。図 2は実施例 1の共振型スイッチング電源装置において形成される共振周波数特性の一例を示す波形図である。図 2において、縦軸が電圧 [V]であり、横軸が周波数 [kHz]である。図 2に示す波形図において、直流負荷電流が大きい場合の共振周波数特性においては 85kHzに共振ピークがある。また、直流負荷電流が小さい場合の共振周波数特性においては 120kHzに共振ピークがある。このように、実施例 1 の共振型スイッチング電源装置においては、負荷の大きさにより共振周波数特性が変わる。

[0032] 直流負荷電流が大きい場合の共振周波数特性は、主に第 1の共振用コンデンサ 6 Aと共振用コイル 6Lとの直列接続素子の特性により決定される。また、直流負荷電流力、さい場合の共振周波数特性は、第 1の共振用コンデンサ 6Aと共振用コイル 6L の他に、スイッチングトランス 7に並列に接続された第 2の共振用コンデンサ 6Bとスッチングトランス 7の特性により決定される。

[0033] 直流負荷電流が大き、場合、共振周波数特性における低、方の共振ピークが形成されるのは、スイッチングトランス 7のインピーダンスが低く、第 1の共振用コンデンサ 6Aと共振用コイル 6Lの直列接続素子が主となって約 85kHzの共振ピークを形成するカゝらである。また、直流負荷電流が小さい場合、共振周波数特性における高い方の共振ピークが形成されるのは、スイッチングトランス 7のインピーダンスが寄与してくるため、スイッチングトランス 7と並列接続された第 2の共振用コンデンサ 6Bのインピ一ダンスが関与し、第 1の共振用コンデンサ 6Aと共振用コイル 6Lとの直列接続素子とともに第 2の共振用コンデンサ 6Bとスイッチングトランス 7との並列接続素子との合成インピーダンスにより約 125kHzで共振ピークを形成する力もである。

[0034] 本発明においては、共振回路 6において実際に使用する共振周波数の帯域は、出力特性の安定性などを考慮して最大周波数と最小周波数の周波数比を 1. 2から 2. 5の範囲内となるように制御を行うことが好ましい。例えば、約 60kHzから 150kHzまでの範囲内の周波数帯域の特性を利用するのが好ましい。さらに好ましくは、前述のように、 85kHzから 120kHzまでの範囲内の周波数帯域の特性を利用するのが良く、この場合の周波数比は 1. 4となる。したがって、使用する共振用コンデンサ、共振用コイルの値を上記設定値以外でも、周波数比が約 1. 4程度となる範囲を使用領域として選択すれば安定して制御することができる。

[0035] 実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、出力電圧が高い場合であつて、負荷が重ヽ場合 (直流負荷電流が大きヽ場合)カゝら負荷が最も軽ヽ場合 (直流負荷電流が最小の場合)までの広い範囲、即ち、負荷への直流出力電力が大きい場合から出力電圧が低ぐ直流出力負荷電流が小さい場合までの広い範囲の変化に対して、負荷に応じて異なる共振ピークを有する周波数特性を有する装置を実現している。したがって、実施例 1の共振型スイッチング電源装置は、負荷に応じて異なるピークを有する共振周波数特性を有し、共振回路 6等の各要素の特性を総合した共振周波数特性は広帯域となる。この結果、実施例 1の共振型スイッチング電源装置は、 1つのピークのみを有する共振周波数特性の場合より安定的にスイッチング周波数を変化させて、直流出力を安定的に出力することができる。

[0036] なお、実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、要求された直流負荷電力に応じて、第 2の共振用コンデンサ 6Bの値を選択することにより 1つの共振ピークを有する 1つの共振周波数特性を有する装置とすることも可能である。

[0037] 本発明の実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、負荷の変化に応じて周波数特性のピーク位置が変化するよう構成されており、スイッチングトランス 7の 2 次側の負荷をも含めて総合的に共振周波数特性を広帯域に設定することにより、負荷が重く直流出力負荷電流が大きい場合力（出力電力が大)、負荷が軽く直流出力負荷電流が小さい場合 (出力電力が小)まで、広帯域化された共振周波数特性に応じて所望の直流電力を出力することができる。この結果、スイッチングトランス 7を大型化せずに、安定的に、スイッチング周波数を制御して負荷に直流電力を供給することができる。

[0038] 図 1に示すように、本発明の実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、出力端子 12A, 12B間に第 1の負荷装置 21が接続されている。また、第 2の負荷装置 25は出力端子 12Aと出力端子 12Bとの間に電源 26を介して接続されている。電源 26の正極がアース側の出力端子 12Bに接続されており、電源 26の負極が第 2の負荷装置 25を介して他方の出力端子 12Aに接続されている。第 1の負荷装置 21及び第 2の負荷装置 25は可変抵抗型であり制御回路 20により負荷値である抵抗値を制御するよう構成されて!、る。

[0039] また、本発明の実施例 1の共振型スイッチング電源装置において、外部コントロール端子 24により入力される制御信号は、制御回路 20の制御入力端子「Vcnt IN」に接続されている。第 1の負荷装置 21及び第 2の負荷装置 25は、それぞれ制御回路 20の出力端子「Vcnt OUT1J , 「Vcnt OUT2」に接続されている。

[0040] 第 1の負荷装置 21は、ダミー負荷として使用するものである。直流出力電圧が低く、且つ負荷が軽い場合において、スイッチング周波数を上昇させるより、ダミー負荷を使用するほうが、安定した出力電圧が得られるため、本発明の実施例 1の共振型スィツチング電源装置にぉ、ては、第 1の負荷装置 21が用いられて、る。

[0041] 実施例 1の共振型スイッチング電源装置の具体的な一例として、最高出力電圧が 4 OV及び出力電流が 20Aの場合について説明する。共振用コンデンサ 6Aが 0.022 μ Fであり、共振用コイル 6Lが 157 μ Ηであり、共振用コンデンサ 6Βが 0.022 μ Fである共振回路 6において、出力電圧を 40Vから 0. 4Vに可変した場合、制御回路 20 力も出力されるスイッチング周波数は約 60kHzから約 840kHzとなる。このように構成された共振回路 6では、スイッチング周波数が約 840kHzとなり、最高スイッチング周波数が高くなりすぎるため、実用的ではない。そこで、出力電圧の両端にダミー負荷として最大直流出カ40[¥] 20[八] =800[¥八]の0. 1%力 0. 2%程度のダミ一負荷を設ける。例えば、 0. 1% ( = 0. 8VA=0. 4VX 2A)程度の直流出力を有するダミー負荷を付加すると、スイッチング周波数としては約 300kHzとなり、実用的な周波数とになる。

当然、出力電圧が 0.4V以外の場合であっても、その出力電圧に対応するスィッチング周波数を実用的な周波数範囲とするようにダミー負荷を付加することができる。

[0042] 実施例 1の共振型スイッチング電源装置における第 1の負荷装置 21には、以下に述べる機能を有する。外部コントロール端子 24に入力された制御信号により、出力電圧を低下させていく時、負荷電流が OAの場合には、平滑コンデンサ 10等の影響により、応答性が悪くなる。そこで、出力電圧が目標電圧に達するまでは、第 1の負荷装置 21により負荷を増加することにより、外部コントロール端子 24からの信号に対して、ほぼ瞬時に、且つ安定して出力電圧を低下させることが可能となる。即ち、負荷が軽い場合には、スイッチング周波数を高くせずに、且つ応答性を改善するために、第 1の負荷装置 21の抵抗値を制御することにより対応することが可能である。

[0043] また、実施例 1の共振型スイッチング電源装置における第 2の負荷装置 25には、以下の述べる機能を有する。第 1の負荷装置 21の負荷制御により出力電圧を限りなく 0 Vにすることは可能である力 OVが最低設定電圧値である為、装置内の構成部品等のバラツキなどによっては、出力電圧が OVまで達しない場合がある。そのような場合において、第 2の負荷装置 25の一端に負電圧を印加して、第 2の負荷装置 25の負荷を調節することにより、出力電圧を 0Vまで下げることが可能となる。即ち、第 2の負荷装置 25からの出力を負電圧まで可変できるよう構成されているため、装置の構成部品等のバラツキがあっても、完全に出力電圧を OVまで下げることが可能となる。

[0044] 以上のように、実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、負の電圧を印加する調整電源である電源 26が第 2の負荷装置 25に直列に接続されているため、第 2の負荷装置 25の負荷を調整することにより、確実に直流出力電圧を OVにすることができる。なお、実施例 1の共振型スイッチング電源装置の構成においては、第 1 の負荷装置 21と第 2の負荷装置 25との 2つのブロックで構成した例で説明したが、 1 つのユニットにまとめて構成することも可能である。

[0045] 実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、出力端子 12A力もの直流出力電圧が抵抗 11を介して制御回路 20の端子「V—FB」に入力されている。このように、直流出力電圧が制御回路 20の端子「V— FB」に入力されているため、制御回路 20において直流出力電圧の変動を検出して、スイッチング周波数を制御している。このように、実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、電圧帰還回路が構成されている。

[0046] 次に、実施例 1の共振型スイッチング電源装置における電流検出回路 16について説明する。

電流検出回路 16はスイッチングトランス 7の 1次卷線 7Aに流れる電流を検出し、制御回路 20に供給している。具体的には、スイッチングトランス 7の 1次卷線 7Aに流れる電流を laとすると、スイッチングトランス 7に直列接続された電流検出用の検出トランス 17の 1次卷線 17Aにも実質的に同じ laの電流が流れる。例えば検出トランス 17の卷数比が 100 : 1とすると、検出トランス 17の 2次卷線 17Bには IaZlOOの電流が流れる。この 2次卷線 17Bに流れる電流 IaZlOOは、電流電圧変換回路である抵抗 19 により電圧に変換され、制御回路 20の端子「Ocv」に供給される。制御回路 20は端子「Ocv」に入力される電圧値に基づき電流検出を行う。ここで行われる電流検出は、主に過電流検出を行うものである。制御回路 20において、所定の過電流を検出すると電流制限モードに入り、電流制限を行う。 [0047] 電流検出回路 16から出力された電圧は、コンデンサ 22と抵抗 23の直列接続素子を介して電圧帰還回路に入力されている。即ち、電流検出回路 16の出力は、電圧検出回路である抵抗 11から制御回路 20の端子「V— FB」へのラインに接続されて!、る。このように、コンデンサ 22と抵抗 23の直列接続素子を介して電流検出回路 16からの出力を抵抗 11により構成された電圧帰還回路に入力するよう構成されてヽる。このため、電圧による制御に電流による制御を加算 (位相の違いによっては減算）する構成となっている。このように構成することにより、図 1に示した実施例 1の共振型スイツチング電源装置は、出力電圧の安定性を向上させることが可能となる。

[0048] 出力すべき設定電圧を急激に可変した場合等において、図 4に示した従来の共振型スイッチング電源装置では、電圧帰還回路のみで制御しているため、設定電圧よりオーバーシュート又はアンダーシュートを起こし、安定度が悪い場合がある。そこで、実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、電流検出回路 16により検出した電流を電圧変換して、その電圧をコンデンサ 22と抵抗 23を介して電圧帰還回路に加算して制御回路 20の端子「V— FB」に接続されて!、る。

したがって、本発明に係る実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、電圧を検出して制御することに加え、電流も同時に検出して制御する構成であるため、より精度の高い制御を行うことが可能となる。この結果、実施例 1の共振型スィッチング電源装置は、設定電圧よりのオーバーシュート又はアンダーシュートを無くし、出力電圧の安定性を向上させることが出来る。

[0049] なお、実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、コンデンサ 22と抵抗 23 を直列接続させた構成である力コンデンサのみ又は抵抗のみの構成や、若しくはコィル等に置き換えてもほぼ同等の性能が得られる。

[0050] 実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、平滑コンデンサ 4の両端が制御回路 20の入力端子「Vin」に接続されて、入力電圧が制御回路 20により監視されるよう構成されている。実施例 1の共振型スイッチング電源装置において、スィッチングトランス 7の入力側の電圧の制御は、あら力じめ定められた電圧力も外れた場合、制御回路 20により第 1のスイッチング素子 5Aと第 2のスイッチング素子 5Bのスィッチング周波数を制御することにより行っており、電源装置としての安全性の向上が図られている。

[0051] 以上のように、実施例 1の共振型スイッチング電源装置においては、第 1の共振用コンデンサ 6Aに直列に共振用コイル 6Lを接続し、且つスイッチングトランス 7の 1次卷線 7Aに並列に第 2の共振用コンデンサ 6Bを接続する構成を有している。このように構成されているため、実施例 1の共振型スイッチング電源装置は、出力電圧が高く且つ電流も大きい場合、即ち供給すべき負荷電力が大きい場合と、出力電圧が低く且つ電流も小さい場合、即ち供給すべき負荷電力が小さい場合において、複数の異なるピークを有する共振周波数特性を有している。この結果、実施例 1の共振型スィツチング電源装置は、負荷に対して安定した出力電力を供給できる共振型スィッチグ電源装置を提供することができる。

[0052] なお、実施例 1の共振型スイッチング電源装置の構成において、第 2の共振用コンデンサ 6Bを省略 (又は共振用コンデンサ 6Bに追加）してスイッチングトランス 7の 2次側卷線 7Bに並列に共振用コンデンサを接続して、その値を所望の値に設定して使用する構成においても、実施例 1の共振型スイッチング電源装置とほぼ同様の特性が得られる。図 3は本発明の共振型スイッチング電源装置の他の構成を示す回路図である。図 3に示すように、この共振型スイッチング電源装置は、図 1に示した共振型スイッチング電源装置の構成力第 2の共振用コンデンサ 6Bが削除され、新たにスィツチングトランス 7の 2次側出力に第 3の共振用コンデンサ 6Cと第 4の共振用コンデンサ 6Dが設けられた例である。図 3に示した共振型スイッチング電源装置の構成においても、前述の図 1に示した実施例 1の共振型スイッチング電源装置と同様の特性、及び効果が得られる。

[0053] 更に、実施例 1の共振型スイッチング電源装置の構成において、商用電源 1、ノィズフィルタ 2、 AC整流部 3に加えてアクティブフィルタ回路を接続することにより、商用電源がマルチタイプの共振電源装置が可能であり、且つ入力電圧が安定している為、出力電圧が更に安定した性能が得られる。

本発明に係る共振型スイッチング電源装置は、出力電圧を広範囲に可変可能で、且つ負荷に対して安定した出力電圧の供給を有し、汎用で小型の可変型安定化電源等として優れた効果を有する。産業上の利用可能性

本発明に係る共振型スイッチング電源装置は、出力電圧を広範囲に可変可能で、且つ負荷に対して安定した出力電圧の供給を有しており有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 直流電力を出力する電源回路、

前記電源回路と前記整流平滑回路と前記電流検出回路からの各出力が入力され、前記スイッチング回路における前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路、

を具備する共振型スイッチング電源装置。

[2] 前記整流平滑回路の出力側に接続された第 1の負荷装置をさらに具備し、当該共振型スイッチング電源装置の出力に応じて前記制御回路により前記第 1の負荷装置の負荷値を調整するよう構成された請求項 1に記載の共振型スイッチング電源装置。

[3] 前記整流平滑回路の出力の負側に正極が接続された調整電源と、前記調整電源の負極と前記整流平滑回路の出力の正側との間に接続された第 2の負荷装置とをさらに具備し、当該共振型スイッチング電源装置の出力に応じて前記制御回路により前記第 2の負荷装置の負荷値を調整するよう構成された請求項 1に記載の共振型スイッチング電源装置。

[4] 負荷に供給される出力に応じてスイッチング周波数を制御して直流出力を出力する共振型スイッチング電源装置にぉ、て、

前記電圧検出回路と電流検出回路の各出力に応じて前記スイッチング回路のスィツチング周波数を制御する制御回路、

を具備する共振型スイッチング電源装置。

[5] 前記制御回路が、前記スイッチング回路に入力される電圧の変動に応じてスィッチング周波数を制御するよう構成された請求項 4に記載の共振型スイッチング電源装置。

[6] 第 1の共振部は前記スイッチング回路の出力に接続された第 1の共振用コンデンサと共振用コイルとの直列接続素子で構成され、第 2の共振部は前記スイッチングトランスの一次巻き線に並列に接続された第 2の共振用コンデンサで構成され、直流負荷電流が大きい場合の共振周波数特性は、前記第 1の共振部の直列接続素子により形成され、直流負荷電流が小さい場合の共振周波数特性は、前記第 1の共振部とともに前記第 2の共振部の第 2の共振用コンデンサ及び前記スッチングトランスにより形成されるよう構成された請求項 4に記載の共振型スイッチング電源装置。

[7] 前記共振回路が、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスの 1次側巻き線に直列に接続された第 1の共振部と、前記スイッチングトランスの 1次側巻き線に並列に接続された第 2の共振部とを有するよう構成された請求項 4に記載の共振型スイツチング電源装置。

[8] 前記共振回路が、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスの 1次側巻き線に直列に接続された第 1の共振部と、前記スイッチングトランスの 2次側巻き線に並列に接続された第 2の共振部とを有するよう構成された請求項 4に記載の共振型スイツチング電源装置。

[9] 負荷に出力を供給するための直流出力端子間に第 1の負荷装置を設け、前記第 1 の負荷装置が負荷に対する最大出力供給電力の 0. 1から 0. 2%の範囲内のダミー負荷量を有する請求項 6に記載の共振型スイッチング電源装置。

[10] 負荷に出力を供給するための直流出力端子間に第 2の負荷装置を設け、前記第 2 の負荷装置に対して負の電圧を供給する調整電源を直列接続し、前記第 2の負荷装置のダミー負荷量を前記制御回路により調整するよう構成された請求項 7に記載の共振型スイッチング電源装置。

[11] 前記共振回路の共振周波数の使用範囲における最大共振周波数 Z最小共振周波数の比は、 1. 2から 2. 5の範囲内である請求項 6に記載の共振型スイッチング電源装置。