(57)【要約】  本発明は、スイッチモード電源（１０、２０）に関する。本発明の根本概念は、変圧器の電流が１次側から２次側へ変換される時に、電源変圧器に残存している剰余磁気エネルギーが、予備電圧出力（Ｖａｕｘ）に転送されることである。予備電圧出力は、変圧器の１次側にあるセンサー手段（１８、２８）により制御される。センサー手段は、変圧器を介して、予備出力の電圧を検知することにより、予備出力電圧を調整する。センサー手段に生じる電圧は、変圧器の剰余エネルギーに直接関係する。この電圧は、１次側の制御回路（１４、２４）へ伝えられ、第１のトランジスター（１３、２３）の導通時間を延長／短縮し、予備出力電圧を所望の値になるよう上昇／降下させる。このように、剰余エネルギーは調整され、よって主出力電圧（Ｖｏｕｔ）は所定の電位に調整される。
2007511995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチモード電源であって：
１次巻線及び２次巻線を備えるスイッチモード電源変圧器；
前記電源の１次側に備えられ、前記スイッチモード電源変圧器の前記１次巻線を流れる電流の導通を制御する第１のトランジスター；
前記第１のトランジスターを流れる電流の導通を制御するよう構成される１次側制御回路；及び
出力コンデンサーを充電し、それにより前記コンデンサーに電源の主出力電圧を生じるよう構成される、前記２次巻線と接続される第２のトランジスター
を有し；スイッチモード電源は：
前記電源の主出力電圧を測定し、前記第２のトランジスターを流れる電流の導通を制御し、それにより前記主出力電圧を制御するよう構成される２次側制御回路；
前記電源の主出力電圧が所定の電位に制御されている場合、変圧器の剰余エネルギーを転送する予備電圧出力；及び
センサー手段の電圧は変圧器の剰余エネルギー、及び従って予備出力電圧と直接関連する、スイッチモード電源変圧器のセンサー手段を有し、
前記センサー手段の電圧は、１次側制御回路を通じて、前記第１のトランジスターを流れる電流の導通、及び従って予備出力の電圧を制御するために利用され、これにより変圧器の剰余エネルギーを制御することを特徴とする、スイッチモード電源。
【請求項２】
前記予備出力は、前記予備出力電圧が前記変圧器の前記２次巻線から供給されるよう構成される、請求項１記載のスイッチモード電源。
【請求項３】
前記予備出力電圧は、２次側の素子に供給されるよう構成される、請求項２記載のスイッチモード電源。
【請求項４】
前記予備出力は、前記予備出力電圧が前記変圧器の前記センサー手段から供給されるよう構成される、請求項１記載のスイッチモード電源。
【請求項５】
前記予備出力電圧は、１次側の素子に供給されるよう構成される、請求項４記載のスイッチモード電源。
【請求項６】
前記予備電圧出力と直列に接続されるダイオードを更に有し、前記ダイオードは、前記第２のトランジスターがオフに切り替えられると、導通し始め、その結果前記予備電圧出力にエネルギーが供給されるよう構成される：前記請求項の何れか１つ記載のスイッチモード電源。
【請求項７】
前記センサー手段はセンサー巻線を有する、前記請求項の何れか１つ記載のスイッチモード電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチモード電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）では、オプトカプラが用いられ、ＳＭＰＳの出力を所望の値に調整する。
【０００３】
オプトカプラは、通常、ＳＭＰＳの２次側から１次側へフィードバック経路により接続され、１次側から２次側へのフィードバック経路と光学的に絶縁されている。フィードバック経路は、変圧器の１次巻線と直列に接続されるスイッチングトランジスターを制御する１次側制御回路と接続される。スイッチングトランジスターは、１次巻線を流れる電流の導通を制御する。フィードバック経路により、スイッチングトランジスターのオンとオフを切り替える周波数は、ＳＭＰＳの出力電圧が所定の電位に達した時に減少する。これにより、ＳＭＰＳの出力が制御される。また、デューティサイクル又はピーク電流等の他のパラメータは、ＳＭＰＳの出力の制御に利用されるかも知れない。この種のＳＭＰＳの主な欠点は、オプトカプラのコストである。特に、オプトカプラが厳しい要件を満たす必要がある場合、オプトカプラの価格は急激に上昇する。
【０００４】
オプトカプラの利用を避けるため、２つの代替案が用いられている。第１の代替案では、１次センサー手段が利用され、出力電圧は、変圧器の１次側で、変圧器のセンサー巻線を経由して測定される。この方法の主な欠点は、出力電圧の精度が悪いことである。出力電圧は、入力電圧と負荷条件の変化に伴い、大きく変化してしまう。電源に接続された装置がこれらの変化を処理できない場合、ポストレギュレーションとして知られる別の方法が利用される。１次側により制御される出力電圧は、制御可能な抵抗（トランジスターなど）により一定に保たれる。そして電源の２次側へ転送される余分な電力が無くなる。従って、高い安定性を有する出力電圧を得る。この方法の主な欠点は、効率が悪く、放熱板を含む部品コストが追加され、追加部品により装置が大型化し、及び全体の電力消費が増大することである。
【０００５】
特許文献1は、１次スイッチと電気的に接続される１次巻線及び２次スイッチ及びクランプコンデンサーを有する変圧器を含むスイッチモード電源を開示している。クランプコンデンサーは、１次スイッチがオフになると2次巻線からの磁気エネルギーを蓄える。そして変圧器の鉄心は、１次スイッチがオフの間の時間でリセットされる。コンバーターは、１次及び２次スイッチとしてＭＯＳＦＥＴを利用し、１次スイッチをオフに切り替えることにより、変圧器の２次巻線の電圧の変化が、自動的に２次スイッチのオンへの切り替えを引き起こすようにして良い。
【０００６】
特許文献1では、ＳＭＰＳの２次側から１次側へのフィードバック経路が無いので、出力電圧制御の精度が悪いことが問題である。
【特許文献１】米国特許第５，７８１，４２０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、上述の問題を解決し、高効率及び高精度の電源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスイッチモード電源は、１次巻線及び２次巻線を備えるスイッチモード電源変圧器、電源の１次側に配置されスイッチモード電源変圧器の１次巻線を流れる電流の導通を制御する第１のトランジスター、第１のトランジスターを流れる電流の導通を制御するよう構成される１次側制御回路、２次巻線に接続される第２のトランジスターを有し、第２のトランジスターは、出力コンデンサーを充電するよう構成され、そして電源に前記コンデンサーの両端に主出力電圧を生成させる。
【０００９】
本発明の目的は、請求項１記載のスイッチモード電源により達成される。
【００１０】
本発明の好適な実施例は、請求の範囲により定義される。
【００１１】
本発明の特長によると、２次側制御回路は、電源の主出力電圧を測定し、第２のトランジスターを流れる電流の導通を制御するよう構成される。これにより、主出力電圧は制御される。更に電源は、電源の主出力電圧が所定の電位に制御されている場合、変圧器の剰余エネルギーが転送される予備電圧出力を有する。また、スイッチモード電源変圧器は、センサー手段を備える。そしてセンサー手段に生じる電圧は、変圧器の剰余エネルギー、従って予備出力電圧に直接関連する。センサー手段に生じる電圧は、１次側制御回路を通じ、前記第１のトランジスターを流れる電流の導通、及び従って予備出力の電圧を制御するために利用される。これにより、変圧器の剰余エネルギーは、制御される。
【００１２】
本発明の根本概念は、第１に、変圧器にかかる電源の入力電圧を電源の主出力へ切り替えるために、第１のトランジスターは１次側制御回路によりオンに切り替えられる。これにより、１次側変圧器の電流は所定の値に上昇する。次に、第１のトランジスターはオフに切り替えられ、２次側を調整し、従って、変圧器の電流は２次側変圧器がオンに切り替えられ、出力コンデンサーを充電する。２次側制御回路により制御される時間間隔の後、第２のトランジスターはオフに切り替えられ、主電源出力電圧を所定の値に安定させる。次に、変圧器に残存する剰余磁気エネルギーは、予備出力コンデンサーの両端の予備電圧出力に転送される。
【００１３】
主出力へ転送されるエネルギーの量は、第２のトランジスターの導通時間に依存する。従って、第２のトランジスターは、充分なエネルギーが主出力へ転送された時に、２次側制御回路によりオフに切り替えられる。変圧器に残存するエネルギーは、整流を目的として小さい負荷がある予備出力へ送られなければならない。負荷は、予備出力コンデンサーの漏れ抵抗を有して良い。予備出力と直列に接続されるダイオードは、導通し始め、そして磁気変圧器のエネルギーの残りは、予備出力へ転送される。予備出力電圧は、変圧器の１次側にあるセンサー巻線等のセンサー手段により制御され、適正な駆動電圧を第２のトランジスターに提供するために利用されて良い。
【００１４】
センサー巻線は、変圧器を介して予備出力の電圧を検知することにより、予備出力電圧を調整する。センサー巻線に生じる電圧は、予備出力電圧に直接関連する。予備出力電圧が降下すると、検知電圧も同様に降下する。この電圧降下は、１次側制御回路へ伝わり、第１のトランジスターの導通時間を長くし、そして予備出力電圧を所望の値に上昇させる。予備出力電圧が高くなり過ぎた場合、センサー巻線に生じる電圧も上昇する。この電圧上昇は、１次側制御回路へ伝わり、第１のトランジスターの導通時間を短くし、そして予備出力電圧を所望の値に降下させる。このように剰余エネルギーは調整され、主出力電圧は所定の電位に調整される。
【００１５】
オプトカプラを利用せずに、オプトカプラを利用した場合と同様の安定動作が得られ、また１次側が２次側から絶縁されているので、本発明は、有利である。電圧出力の数は、巻線及び回路を追加することにより、任意に増加できる。必要に応じて、予備出力の数も同様に増加可能である。本発明の電源は、スイッチモード電源の出力電圧を調整するための、高コスト、大型及び大消費電力の回路を回避する。本発明に関連する有意な利点は、剰余エネルギーが予備出力へ転送され、種々の電子素子へ供給するために有利に利用できることである。
【００１６】
本発明の実施例によると、予備出力は、予備出力電圧が変圧器の２次巻線から供給されるよう構成される。予備出力電圧は、従って、２次側制御電子素子のような２次側電子素子に供給するために利用できる。
【００１７】
本発明の別の実施例によると、予備出力は、予備出力が接続されている巻線が前記変圧器のセンサー巻線であるよう構成される。予備出力電圧は、従って、第１のトランジスターのような１次側電子素子に供給するために利用でき、また第１のトランジスターを制御する電圧制御としても利用できる。
【００１８】
本発明の更なる特徴、及び利点は、請求の範囲及び以下の説明により明らかになるだろう。当業者は、本発明の異なる特徴は以下の説明以外の実施例を生成するために結合されて良いことを理解するだろう。
【実施例】
【００１９】
本発明の好適な実施例は、図を参照して説明される。
【００２０】
図１は、本発明の実施例によるスイッチモード電源の原理を示す。入力電圧Ｖｉｎは、電源１０に印加される。電圧は交流又は直流の何れでも良い。交流電圧の場合、電源は通常、全波ブリッジ整流器及び交流入力電圧をフィルタリング及び平滑化するフィルターを有する。しかしながら、図１は説明を目的とするので、交流に関する回路は図示されない。電源の入力電圧は、１次巻線１１及び２次巻線１２を有する変圧器を介し、電源の主出力Ｖｏｕｔへ切り替えられる。第１のトランジスター１３は、通常ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスター）であり、トランジスターの入力に基づき選択され、１次側制御回路１４により導通状態になる。１次側変圧器の電流は、従って、所定の値へ上昇する。１次側制御回路は、分圧器を構成する抵抗のような簡易な電子素子を用いて構成される。
【００２１】
第１のトランジスターは、次に１次側制御回路により非導通状態になり、従って、電流は１次巻線を流れなくなる。その結果、変圧器の電流は２次側に変換され、第２のトランジスターは導通状態になり、主出力電圧を取り出す出力コンデンサー１６を充電する。主出力電圧は、１次側制御回路と同様に簡易な素子により構成される２次側制御回路１７により測定される。主出力電圧に基づき、２次側制御回路は、第２のトランジスターを流れる電流の導通を制御する。これによりコンデンサーに蓄えられる電圧、つまり主出力電圧を制御する。主出力電圧が所定の電位に安定すると、第２のトランジスターは非導通状態になる。そして、変圧器に残存する剰余磁気エネルギーは、予備電圧出力Ｖａｕｘへ転送される。
【００２２】
予備出力と直列に接続されるダイオード１９は、導通し始め、磁気変圧器エネルギーの残存部、つまり変圧器に残存する剰余磁気エネルギーは、予備出力へ転送される。予備出力電圧は、センサー巻線１８により制御される。センサー巻線は、変圧器の磁束を検知することにより、予備出力電圧を調整する。センサー巻線に生じる電圧は、予備出力電圧に直接関連する。予備出力電圧が降下すると、検知電圧は降下する。逆も同様である。その結果生じるセンサー巻線の交流電圧は、１次側のダイオードにより矯正され、及びコンデンサー（図示されない）によりフィルターされ、又は直流基準電圧を与えるためにサンプリングされる。この基準電圧は、１次側制御回路を通じ、第１のトランジスターを流れる電流の導通、従って予備出力Ｖａｕｘを制御するために利用される。予備出力は、例えば、第２のトランジスター１５又は他の適切な２次側電子素子に電圧を供給するために用いられる。
【００２３】
予備出力が無負荷の場合、変圧器により供給される剰余エネルギーはゼロでなければならない。これは１次側のセンサー巻線１８及び１次側制御回路１４により調整される。上述のように、センサー巻線に生じる電圧は、予備出力電圧に直接関連する。そして予備出力電圧が降下又は上昇すると、検知電圧もそれぞれ降下又は上昇する。この電圧降下又は上昇は、第１のトランジスターを流れる電流の導通を増加又は減少させる。その結果、予備出力電圧は、所定の所望の電位に完全に調整される。従って、予備出力が無負荷の場合、予備出力からは如何なるエネルギーも引き出されず、予備出力電圧は第１のトランジスターにより設定された電位に維持される。この結果、予備出力に供給されるエネルギーはゼロになる。調整の目的で、小さい負荷が予備出力に接続される。
【００２４】
図２は、本発明の別の実施例によるスイッチモード電源の原理を示す。図１に関し、類似の参照符号は同一又は類似の要素を示す。
【００２５】
入力電圧Ｖｉｎは電源２０に印加される。第１のトランジスター２３は、１次側制御回路２４により、導通状態になる。従って、１次側変圧器の電流は所定の値に上昇する。第１のトランジスターは、次に１次側制御回路によりオフに切り替えられ、電流は電源変圧器の１次巻線２１を流れなくなる。変圧器の電流は、変圧器の２次巻線２２を調整し、第２のトランジスター２５はオンに切り替えられ、主出力電圧Ｖｏｕｔを取り出す出力コンデンサー２６を充電する。２次側制御回路２７は、主出力電圧を測定し、主出力電圧に基づき、２次側制御回路は、第２のトランジスターを流れる電流の導通を制御し、これによりコンデンサーに蓄えられる電圧、つまり主出力電圧を制御する。主出力電圧が所定の電位に安定すると、第２のトランジスターはオフに切り替えられ、変圧器に残存する剰余磁気エネルギーは予備電圧出力Ｖａｕｘへ転送される。この第２の実施例では、予備電圧出力は、電源の１次側にある。
【００２６】
予備出力と直列に接続されるダイオード２９は、導通し始め、磁気変圧器エネルギーの残存部は予備出力へ転送される。予備出力電圧はセンサー巻線２８により制御される。再び、センサー巻線に生じる電圧は、予備出力電圧に直接関連する。予備出力電圧が降下／上昇すると、検知電圧も降下／上昇する。検知電圧は、１次側制御回路を通じ、第１のトランジスターを流れる電流の導通、従って予備出力電圧を制御するために利用される。予備出力電圧は、例えば、第１のトランジスター２３又は如何なる他の適切な１次側電子素子への供給電圧として利用できる。
【００２７】
本発明の本実施例では、変圧器により供給される剰余エネルギーは、予備出力が無負荷の場合、ゼロでなければならない。これは１次側のセンサー巻線２８及び１次側制御回路２４により、上述の図１の説明のように調整される。
【００２８】
本発明は特定の実施例を参照して説明されたが、多くの異なる代替案、変更及び同様のものが、当業者には明らかであろう。上述の実施例は、従って、請求の範囲により定義される本発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例によるスイッチモード電源の図である。
【図２】本発明の別の実施例によるスイッチモード電源の図である。
【図１】
2007511995.tif 000003
【図２】
2007511995.tif 000004
【国際調査報告】
2007511995.tif 000005
2007511995.tif 000006