(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧が印加される１次巻線と複数の２次巻線を有する第１のトランスにて１次巻線に印加された交流電圧を変圧し、２次側で複数の直流に変換し、直流電力を得る多出力直流電源装置において、第１のトランスの複数の２次巻線の内、出力電圧を直接検出・制御しない従出力用の２次巻線に並列に第２のトランスの１次巻線を接続し、安定化制御される第１のトランスの他の直流出力と並列に前記第２のトランスの２次巻線を整流器を介して接続した多出力直流電源装置。
【請求項２】
第１のトランスの複数の２次巻線の内、出力電圧を直接検出・制御しない第１の従出力用の２次巻線に並列に第２のトランスの１次巻線を接続し、第１のトランスの２次巻線の電圧を局所的に安定化した第１のトランスの第２の従出力の直流出力と並列に前記第２のトランスの２次巻線を整流器を介して接続した請求項１記載の多出力直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として産業用に用いられる複数の直流出力を得る多出力直流電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の直流出力電圧を得る電源装置として図５に示す多出力直流電源装置が用いられていた。
【０００３】
同図によると、１は電源（Ｅｉ）、２は第１のトランスであり、この第１のトランス２は第１のトランス２の１次巻線２ａ（Ｗｐ）、第１のトランス２の従出力用２次巻線２ｃ（Ｗ２４）、第１のトランス２の安定化出力用２次巻線２ｄ（Ｗ５）、２次巻線２ｃに換算した等価リーケージインダクタンス２ｅ（Ｌｓ２４）、２次巻線２ｄに換算した等価リーケージインダクタンス２ｆ（Ｌｓ５）で構成されている（ただし２ｅ／２ｆは目に見えるものではない）。
【０００４】
３はスイッチング素子（Ｑ）、４は駆動パルス源（Ｐ）、５は第１の整流器（Ｄ２４）、６は第２の整流器（Ｄ５）、７は第１の容量（Ｃ２４）、８は第２の容量（Ｃ５）、９は従出力の負荷抵抗（Ｒ２４）、１０は安定化出力の負荷抵抗（Ｒ５）、１１は基準電圧（Ｖｒ）、１２は時比率制御回路（ＰＷＭ）であり、入力された信号と基準電圧１１（Ｖｒ）との差分に応じて駆動パルス源４（Ｐ）の時比率を制御する。
【０００５】
以下、同図の動作について説明する。電源１（Ｅｉ）から第１のトランス２の１次巻線２ａ（Ｗｐ）を通じてスイッチング素子３（Ｑ）に加えられた電圧は、スイッチング素子３（Ｑ）が駆動パルス源４（Ｐ）によって規定の時比率でＯＮ／ＯＦＦしているので、１次巻線２ａ（Ｗｐ）に断続的に印加され、スイッチング素子３（Ｑ）がＯＮしている時第１のトランス２に磁気エネルギーの形で蓄積され、スイッチング素子３（Ｑ）がＯＦＦになった時、蓄積された磁気エネルギーは、複数の２次巻線２ｃ（Ｗ２４），２ｄ（Ｗ５）から放出され、各整流器５（Ｄ２４），６（Ｄ５）で整流され、各容量７（Ｃ２４），８（Ｃ５）を充電する。各容量７（Ｃ２４），８（Ｃ５）にはそれぞれ負荷抵抗９（Ｒ２４），１０（Ｒ５）が負荷として接続されているので、希望の電力を取り出すことができる。
【０００６】
安定化出力の負荷抵抗１０（Ｒ５）に発生した電圧は規定の基準電圧１１（Ｖｒ）を有する時比率制御回路１２（ＰＷＭ）に入力され、基準電圧１１（Ｖｒ）との差分に応じた信号が駆動パルス源４（Ｐ）の時比率を変化するように負帰還されるので、安定化出力の負荷抵抗１０（Ｒ５）に発生する電圧は一定値に保たれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１のトランス２を構成する巻線２ａ，２ｃ，２ｄは完全に磁気結合している訳ではなく、第１のトランス２の形状や互いの巻線間の安全規格要求距離に起因して磁気結合が劣化している。ちなみに電気用品取締法や各国安全規格では１次巻線２ａ（Ｗｐ）が１００Ｖ等の商用電源に接続されている時、２次巻線との距離は数ミリ以上が要求され、どうしても各巻線間の磁気結合が劣化せざるを得ない。この劣化に起因して互いに鎖交しない磁束が発生し、従出力用２次巻線２ｃ（Ｗ２４）や安定化出力用２次巻線２ｄ（Ｗ５）には等価的にリーケージインダクタンス２ｅ（Ｌｓ２４），２ｆ（Ｌｓ５）が存在してしまう。
【０００８】
ここで一定の電圧値に保たれている安定化出力の負荷抵抗１０（Ｒ５）の抵抗値が減少した時（負荷電流が増大した時）、安定化出力用２次巻線２ｄ（Ｗ５）の等価リーケージインダクタンス２ｆ（Ｌｓ５）を通過する電流が増大するため、等価リーケージインダクタンス２ｆ（Ｌｓ５）の電圧降下は大きくなり、この電圧降下を補償するため、時比率制御回路１２の働きで駆動パルス源４（Ｐ）の時比率は増大し、全体的に出力電圧を上昇させ、安定化出力の電圧を一定値に保とうとする。
【０００９】
しかしながら従出力の負荷抵抗９（Ｒ２４）は変化していないので、上記した時比率の変化によって従出力の負荷抵抗９（Ｒ２４）に発生する電圧は増加してしまう課題があった。特に安定化出力の電圧が従主力の電圧より低い場合にこの現象は顕著に現れる。又従出力の負荷抵抗９（Ｒ２４）の抵抗値が増大した場合には等価リーケージインダクタンス２ｅ（Ｌｓ２４）での電圧降下が減少し、やはり従出力の負荷抵抗９（Ｒ２４）に発生する電圧は増加してしまう課題があった。
【００１０】
この現象を改善するために従出力や安定化出力に見かけの変動幅を減少させる目的のブリーダー抵抗を付加すれば常時電力を消費し、損失となって電源装置の効率を低下させていた。
【００１１】
ここでは等価リーケージインダクタンスの効果を述べたが、直流抵抗分についても同様の課題があることは明確である。
【００１２】
この課題を改善するため、特願平８−２９１０６７号ではトランス２において安全規格要求距離を満たす２次巻線を１つに限定している。２次側においては安全規格要求距離が緩やかなため、互いの巻線間の結合を向上できるので、複数の直流出力電圧を得ながら、その特性を改善できるが、トランスが２段直列に挿入される構成のため、巻線の抵抗が２段分影響し、損失が常時増加することや、１つの出力の負荷変動が他出力に影響することは避けられないものであった。
【００１３】
又、複数の直流出力電圧を得る第２の手段として、特願平５−１７３７６６号に示す例もあるが、この引例の場合は動作原理は図１に示す従来の技術と何ら変わるものではない。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の多出力直流電源装置は、交流電圧が印加される１次巻線と複数の２次巻線を有する第１のトランスにて１次巻線に印加された交流電圧を変圧し、２次側で複数の直流に変換し、直流電力を得る多出力直流電源装置において、第１のトランスの複数の２次巻線の内、出力電圧を直接検出・制御しない従出力用の２次巻線に並列に第２のトランスの１次巻線を接続し、安定化制御される第１のトランス２の他の直流出力と並列に前記第２のトランスの２次巻線を整流器を介して接続したものである。
【００１５】
この構成とすることにより、従出力の電圧安定度を改善することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の直流多出力電源装置は、交流電圧が印加される１次巻線と複数の２次巻線を有する第１のトランスにて１次巻線に印加された交流電圧を変圧し、２次側で複数の直流に変換し、直流電力を得る多出力直流電源装置において、第１のトランスの複数の２次巻線の内、出力電圧を直接検出・制御しない従出力用の２次巻線に並列に第２のトランスの１次巻線を接続し、安定化制御される第１のトランスの他の直流出力と並列に前記第２のトランスの２次巻線を整流器を介して接続したものであり、上記構成により、簡単な構成で、従出力の電圧上昇を抑制できるものである。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、第１のトランスの複数の２次巻線の内、出力電圧を直接検出・制御しない第１の従出力用の２次巻線に並列に第２のトランスの１次巻線を接続し、第１のトランスの２次巻線の電圧を局所的に安定化した第１のトランスの第２の従出力の直流出力と並列に前記第２のトランスの２次巻線を整流器を介して接続した構成であり、上記構成により、より第１の従出力電圧の安定化を図ることができる。
【００１８】
以下本発明の実施の形態について図１〜図４により説明する。なお、説明にあたっては従来技術と同一部分は同一番号を付し、説明を省略して説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
実施の形態１は特許請求の範囲の請求項１について説明するものである。図１は同極性の多出力直流電圧を得る場合の一回路図であり、図２は第１のトランスの複数の２次巻線が直列接続された回路図であり、図３は異極性の直流出力を得る様構成した回路図である。
【００２０】
図１において１５は第２のトランス（Ｔｓ０１）であり、１３は第２のトランス１５の１次巻線（Ｗｓ２４）、１４は第２のトランス１５の２次巻線（Ｗｓ５）で構成されている。１６は第３の整流器（Ｄｓ）である。
【００２１】
次に動作について説明する。一定の電圧値に保たれている安定化出力の負荷抵抗１０（Ｒ５）の抵抗値が減少した時、第１のトランス２の安定化出力用２次巻線２ｄ（Ｗ５）の等価リーケージインダクタンス２ｆ（Ｌｓ５）を通過する電流が増大するため、等価リーケージインダクタンス２ｆ（Ｌｓ５）の電圧降下は大きくなり、この電圧降下を補償するため、駆動パルス源４（Ｐ）の時比率は増大し、全体的に出力電圧を上昇させる。当然、第１のトランス２の従出力用２次巻線２ｃ（Ｗ２４）に発生する電圧も上昇するが、この２次巻線２ｃ（Ｗ２４）には第２のトランス１５の１次巻線１３（Ｗｓ２４）が並列に接続されているので、第２のトランス１５の２次巻線１４（Ｗｓ５）に発生する電圧も上昇する。
【００２２】
この発生電圧が（第３の整流器１６（Ｄｓ）の順方向降下電圧＋第２の容量８（Ｃ５）の充電電圧）を超えた時、第３の整流器１６（Ｄｓ）は導通するので、第２のトランス１５の１次巻線１３（Ｗｓ２４）に印加されている電圧もその値以上には上昇できない。このため、第１の容量７（Ｃ２４）の充電電圧も上昇できず、ある一定値になる。
【００２３】
第２のトランス１５は第１のトランス２の２次側に配置・接続されるため、安全規格上も要求距離が減少し、第１のトランス２よりも緩和されるので、第２のトランス１５の各巻線１３（Ｗｓ２４）・１４（Ｗｓ５）の磁気結合を向上させることができる。従って、第２のトランス１５に存在する等価リーケージインダクタンスを第１のトランス２の等価リーケージインダクタンス２ｅ（Ｌｓ２４），２ｆ（Ｌｓ５）に比して無視できる程度に減少させることができ、リーケージインダクタンスによる電圧降下がなく、単純に第２のトランスの変圧作用のみを考えれば良いので、従出力の電圧安定度を向上させる効果を得ることができる。
【００２４】
又、第２のトランス１５が変圧動作するのは安定化出力の電流が増加した時や従出力の電流が減少した場合等、従出力の電圧が上昇しようとした場合のみに限られるので、トランスが２段直列に挿入される構成でありながら常時損失を発生することがなく、高効率とすることができる。
【００２５】
図２は第１のトランス２の各２次巻線２ｃ（Ｗ２４），２ｄ（Ｗ５）を直列接続した多出力直流電源装置に適用した例で、２次巻線２ｃ（Ｗ２４）の巻回数を減少させて従出力の電圧安定度を改善しようとしたものであるが、図１と同様に第２のトランス１５を挿入することで従出力の電圧安定度をより改善できる。
【００２６】
図３は異極性の出力とした電源装置に適用した例で、第２のトランス１５の巻線の極性を選択することで極性に関係なく従出力の電圧安定度を改善できる。
【００２７】
（実施の形態２）
実施の形態２は特許請求の範囲の請求項２について説明するものであり、図４は回路図である。
【００２８】
図４において１７は第１のトランス２の第２の従出力用２次巻線（Ｗ１２）、１８は第２の従出力用２次巻線１７（Ｗ１２）に換算した等価のリーケージインダクタンス（Ｌｓ１２）、１９は第２従出力用の整流器（Ｄ１２）、２０は第２従出力用容量（Ｃ１２）、２１は局所安定化回路（Ｄ／Ｄ）、２２は第２従出力用負荷抵抗（Ｒ１２）である。
【００２９】
次に動作について説明する。第２従出力用の電圧は第２の従出力用２次巻線１７（Ｗ１２）に発生した電圧を第２従出力用の整流器１９（Ｄ１２）で整流し、第２従出力用容量２０（Ｃ１２）で平滑することで得られる。しかしこの電圧は実施の形態１で説明したように変動するので局所安定化回路２１（Ｄ／Ｄ）で安定化され、第２従出力用負荷抵抗２２（Ｒ１２）に供給される。ここで、局所安定化回路２１（Ｄ／Ｄ）は３端子レギュレータ等のシリーズレギュレータや、チョッピング型ＤＣ／ＤＣコンバータなどで構成される。
【００３０】
この場合、時比率制御回路１２の働きで全体の電圧が可変される場合であっても、局所安定化回路２１（Ｄ／Ｄ）の出力電圧は独立して安定化されているので、その影響を受けることなく第１の従出力電圧は安定化され、時比率制御回路１２の働きの影響は受けない。
【００３１】
以上述べてきたように、本発明は第１のトランスの２次巻線の極性と第２のトランス１５の極性を選択することや、第２のトランス１５の接続方法を選択することで多様の応用例があり、今回図示した例にこだわることなく、幅広く応用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明の多出力直流電源装置は、交流電圧が印加される１次巻線と複数の２次巻線を有する第１のトランスにて１次巻線に印加された交流電圧を変圧し、２次側で複数の直流に変換し、直流電力を得る多出力直流電源装置を有し、第１のトランスの複数の２次巻線の内、出力電圧を直接検出・制御しない従出力用の２次巻線に並列に第２のトランスの１次巻線を接続し、安定化制御される第１のトランスの他の直流出力と並列に前記第２のトランスの２次巻線を整流器を介して接続したものであり、簡単な構成でブリーダー抵抗を付加することなく、従出力の電圧安定度を改善できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多出力直流電源装置の一実施の形態による回路図
【図２】同他の実施の形態の回路図
【図３】同他の実施の形態の回路図
【図４】同他の実施の形態の回路図
【図５】従来の多出力直流電源装置の回路図
【符号の説明】
１  電源（Ｅｉ）
２  第１のトランス（Ｔ）
２ａ  トランス２の１次巻線（Ｗｐ）
２ｃ  トランス２の従出力用２次巻線（Ｗ２４）
２ｄ  トランス２の第２の２次巻線（Ｗ５）
２ｅ  第１の２次巻線に換算した等価のリーケージインダクタンス（Ｌｓ２４）
２ｆ  第１の２次巻線に換算した等価のリーケージインダクタンス（Ｌｓ５）
３  スイッチング素子（Ｑ）
４  駆動パルス源（Ｐ）
５  第１の整流器（Ｄ２４）
６  第２の整流器（Ｄ５）
７  第１の容量（Ｃ２４）
８  第２の容量（Ｃ５）
９  従出力の負荷抵抗（Ｒ２４）
１０  安定化出力の負荷抵抗（Ｒ５）
１１  基準電圧（Ｖｒ）
１２  時比率制御回路（ＰＷＭ）
１３  第２のトランス１５の１次巻線（Ｗｓ２４）
１４  第２のトランス１５の２次巻線（Ｗｓ５）
１５  第２のトランス（Ｔｓ０１）
１６  第３の整流器（Ｄｓ）
１７  第１のトランス２の第２の従出力用２次巻線（Ｗ１２）
１８  第２の従出力用２次巻線１７（Ｗ１２）に換算した等価のリーケージインダクタンス（Ｌｓ１２）
１９  第２従出力用の整流器（Ｄ１２）
２０  第２従出力用容量（Ｃ１２）
２１  局所安定化回路（Ｄ／Ｄ）
２２  第２従出力用負荷抵抗（Ｒ１２）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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