(57)【要約】  トランスの巻線を追加することなく、出力電圧を安定化することができるスイッチング電源装置を提供する。  １次巻線、２次巻線およびバイアス巻線を有するトランスを備え、電源を前記１次巻線を介してスイッチング素子に接続するとともに、前記バイアス巻線の出力により前記スイッチング素子を制御することにより、前記２次巻線から安定化した電圧を出力するスイッチング電源装置において、前記トランスのバイアス巻線を、他の１次巻線と同じ巻数の巻線とすることにより、同じ巻数の複数のバイアス巻線で構成でき、前記複数のバイアス巻線を並列に接続し、前記トランスの２次巻線を、前記複数のバイアス巻線で挟み込むように巻線した。
2015063870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次巻線、２次巻線およびバイアス巻線を有するトランスを備え、
電源を前記１次巻線を介してスイッチング素子に接続するとともに、前記バイアス巻線の出力により前記スイッチング素子を制御することにより、前記２次巻線から安定化した電圧を出力するスイッチング電源装置において、
前記トランスのバイアス巻線を、同じ巻数の複数のバイアス巻線で構成し、前記複数のバイアス巻線を並列に接続し、
前記トランスの２次巻線を、前記複数のバイアス巻線で挟み込むように巻線したスイッチング電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチング電源装置において、
前記トランスの２次巻線を、同じ巻数の複数の２次巻線で構成し、前記複数の２次巻線を並列に接続し、
前記トランスの複数の２次巻線と複数のバイアス巻線とを、交互に巻線したスイッチング電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載のスイッチング電源装置において、
前記トランスのバイアス巻線を、同じ巻数の２つのバイアス巻線で構成し、前記２つのバイアス巻線を並列に接続し、
前記トランスの２次巻線を、前記２つのバイアス巻線で挟み込むように巻線したスイッチング電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載のスイッチング電源装置において、
前記トランスの２次巻線を、同じ巻数の２つの２次巻線で構成し、前記２つの２次巻線を並列に接続し、
前記トランスの２つの２次巻線と２つのバイアス巻線とを、交互に巻線したスイッチング電源装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一つに記載のスイッチング電源装置において、
前記トランスのバイアス巻線に整流回路を接続し、直流を出力するスイッチング電源装置。
【請求項６】
請求項５記載のスイッチング電源装置において、
前記整流回路の出力を制御回路の電源としたスイッチング電源装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一つに記載のスイッチング電源装置において、
前記トランスの２次巻線に整流回路を接続し、直流を出力するスイッチング電源装置。
【請求項８】
１次巻線、２次巻線およびバイアス巻線を有するトランスを備え、
電源を前記１次巻線を介してスイッチング素子に接続するとともに、前記バイアス巻線の出力により前記スイッチング素子を制御することにより、前記２次巻線から安定化した電圧を出力するスイッチング電源装置において、
前記トランスは、更に、第２の１次巻線と同じ巻数の前記バイアス巻線を備え、
前記バイアス巻線と前記第２の１次巻線を並列に接続し、
前記トランスの２次巻線を、前記バイアス巻線と前記第２の１次巻線とで挟み込むように巻線したスイッチング電源装置。
【請求項９】
請求項８に記載のスイッチング電源装置において、
前記トランスの２次巻線を、同じ巻数の２つの２次巻線で構成し、前記２つの２次巻線を並列に接続し、
前記トランスの２次巻線と、前記バイアス巻線および前記第２の１次巻線とを、交互に巻線したスイッチング電源装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載のスイッチング電源装置において、
前記トランスのバイアス巻線に整流回路を接続し、制御回路の電源としたスイッチング電源装置。
【請求項１１】
請求項８〜１０の何れか一つに記載のスイッチング電源装置において、
前記トランスの２次巻線に整流回路を接続し、直流を出力するスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスを用いたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置として、トランスを用いて１次側の回路と２次側の回路とを絶縁して、パワーを伝送する、絶縁型と言われるものがある。そして、トランスを用いる方式として、２次側の出力を検出し、例えばフォトカプラを用いてフィードバックすることにより半導体素子のスイッチングを制御する方式、トランスに検出用の巻線を設け、その出力により半導体素子のスイッチングを制御する方式（一次側検出制御方式）などがある。フォトカプラを用いる方式の場合は、２次側の出力を直接検出しているため、出力の精度は良いが、高価なフォトカプラが必要であり、回路が複雑になる。これに対し、１次側検出制御方式の場合は、出力の安定度はあまり良くないが、回路が簡単となり、低コスト化できる。【０００３】
フォトカプラを用いることなくトランスの一次側のみで定電圧制御を行うスイッチング電源装置として、特許文献１には、一次巻線、二次巻線およびバイアス巻線を有するトランスと、このトランスの一次巻線に直列接続されたスイッチング素子とを備え、同トランスのバイアス巻線の一方端側をスイッチング素子の制御電極に接続し他方端側をグラウンドラインに接続し、トランスの一次側に特定の発振制御回路を設けることにより、二次側の出力電圧の定電圧制御を行う自励式のスイッチング電源装置が記載されている。【０００４】
また、特許文献２には、請求項１に「直流電圧もしくは交流電圧を整流平滑することにより得られる直流入力電圧と、少なくとも１次側制御回路とメインスイッチング素子を含む１次側回路と、１次側制御回路へ供給するバイアス回路を有するスイッチングトランスと、２次側整流平滑回路から成り、前記スイッチングトランスの１次巻線と２次巻線の間に密に巻けるように巻数に応じて線径を変えたり、巻数が少ない場合は数本の線を並列にしたものを巻いたバイアス巻線を設けたスイッチング式電源装置。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３０４７７８号公報
【特許文献２】特開平９−７４７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のスイッチング電源装置は、フォトカプラを用いることはないが、トランスの一次側に特定の発振制御回路を設ける必要がある。また、特許文献２のスイッチング電源装置は、スイッチングトランスの１次巻線と２次巻線の間にバイアス巻線を設けることにより、シールド巻線を設けることなく、スイッチングノイズを低減したものである。【０００７】
本発明は、トランスの巻線を追加することなく、出力電圧を安定化することができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は請求の範囲に記載の構成を採用する。【０００９】
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、本発明のスイッチング電源装置の一例を挙げるならば、１次巻線、２次巻線およびバイアス巻線を有するトランスを備え、電源を前記１次巻線を介してスイッチング素子に接続するとともに、前記バイアス巻線の出力により前記スイッチング素子を制御することにより、前記２次巻線から安定化した電圧を出力するスイッチング電源装置において、前記トランスのバイアス巻線を、同じ巻数の複数のバイアス巻線で構成し、前記複数のバイアス巻線を並列に接続し、前記トランスの２次巻線を、前記複数のバイアス巻線で挟み込むように巻線したものである。【００１０】
本発明のスイッチング電源装置の他の一例を挙げるならば、１次巻線、２次巻線およびバイアス巻線を有するトランスを備え、電源を前記１次巻線を介してスイッチング素子に接続するとともに、前記バイアス巻線の出力により前記スイッチング素子を制御することにより、前記２次巻線から安定化した電圧を出力するスイッチング電源装置において、前記トランスは、更に、第２の１次巻線と同じ巻数の前記バイアス巻線を備え、前記バイアス巻線と前記第２の１次巻線を並列に接続し、前記トランスの２次巻線を、前記バイアス巻線と前記第２の１次巻線とで挟み込むように巻線したものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、トランスの巻線構造を改良することにより、巻線を追加することなく、スイッチング電源装置の出力電圧を安定化することができ、トランスの小型化や低価格化、ひいては電源装置の小型化や低価格化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に至る過程で検討したスイッチング電源回路の回路図である。
【図２】本発明に至る過程で検討したスイッチング電源回路のトランス構造を示す図である。
【図３】本発明の実施例１のスイッチング電源回路のトランス構造を示す図である。
【図４】本発明の実施例２のスイッチング電源回路の回路図である。
【図５】本発明の実施例２のスイッチング電源回路のトランス構造を示す図である。
【図６】負荷電流と出力電圧との関係を示す図である（負荷電流あり）。
【図７】負荷電流と出力電圧との関係を示す図である（負荷電流無し）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態に至る過程で検討したスイッチング電源装置について説明する。
【００１４】
図１は、１次側検出制御方式（Primary Side Sensing Regulation）のスイッチング電源装置である。スイッチング電源装置の入力端子Ｖｉには、図示していないが、例えば１００Ｖの商用電源の交流をブリッジ整流回路で全波整流した直流が入力される。この直流は、平滑コンデンサ２２およびトランス１０の１次巻線Ｐ１を介して、スイッチングＩＣ２０内のスイッチングトランジスタに加えられる。トランスの２次巻線Ｓ１，Ｓ２の出力は、ダイオード２３および平滑コンデンサ２４から成る回路で整流および平滑され、例えば１２Ｖの直流として出力される。２次巻線は、図２で詳述するように、同じ巻数の２つの巻線であるＳ１とＳ２を並列に接続した構成である。トランス１０には、フィードバック用のバイアス巻線ＰＢが設けられており、その出力は、スイッチングＩＣ２０のフィードバック用の端子ＦＢに加えられるとともに、ダイオード２５および平滑コンデンサ２６からなる整流回路で直流化され、スイッチングＩＣ２０の電源端子Ｖｃｃに加えられる。トランス１０には、第２の１次巻線Ｐ２も設けられており、その出力は、ダイオード２７および平滑コンデンサ２８からなる整流回路で直流化され、例えば２０Ｖの直流として、１次側の制御用電源などに用いられる。
【００１５】
図２にトランス１０の巻線構造を示す。図は、トランスの片側の断面を示すものである。ボビン１６には、巻線１４として、順に１次巻線Ｐ１、２次巻線Ｓ１、バイアス巻線ＰＢ、２次巻線Ｓ２、第２の１次巻線Ｐ２を巻き付けている。ここで、２次巻線を、同じ巻数のＳ１とＳ２で構成し、バイアス巻線ＰＢを２次巻線Ｓ１とＳ２で挟むことにより、バイアス巻線と２次巻線との結合度を幾分上げることができる。これにより、フィードバック制御の感度を高めることができ、２次出力の出力電圧を安定化させることができる。図において、符号１２はトランスのコアを、符号１７は端子を示す。
【００１６】
以下に、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、実施の形態を説明するための各図において、同一の機能を有する要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。
【実施例１】
【００１７】
本発明者らの検討によれば、図１および図２の巻線構造では、２次巻線とバイアス巻線との結合度が必ずしも十分とはいえないことが分かった。そこで、本発明者らは、２次巻線とバイアス巻線との磁気的密着性を良くし、結合度を上げて、スイッチング電源回路の出力電圧を安定化することを実現した。【００１８】
図３に、本発明の実施例１のスイッチング電源回路のトランス巻線構造を示す。本実施例では、トランス１０の回路図に示すように、バイアス巻線を同じ巻数の２つの巻線、ＰＢ−１とＰＢ−２から構成し、２つの巻線を並列に接続する。そして、巻線構造に示すように、ボビン１６に、巻線１４として、順に１次巻線Ｐ１、２次巻線Ｓ１、バイアス巻線ＰＢ−１、２次巻線Ｓ２、バイアス巻線ＰＢ−２、第２の１次巻線Ｐ２を巻き付ける。そして、２次巻線Ｓ２を、２つのバイアス巻線ＰＢ−１とＰＢ−２とで挟み込む構造とする。【００１９】
なお、図３では、２次巻線を同じ巻数の２つの巻線で構成し、２次巻線とバイアス巻線とを交互に配置している。２次巻線を１つの巻線とし、この２次巻線を２つのバイアス巻線で挟み込む構造とすることにより、結合度を高めることができる。とりわけ、図３のように、２次巻線も同じ巻数の２つの巻線で構成し、互いに挟み込み合う構造とすることにより、さらに２次巻線とバイアス巻線の結合度を高くすることができる。また、バイアス巻線あるいは２次巻線の数を３つ以上とし、互いに挟み込み合う構造とすることにより、さらに結合度を高めることができる。【００２０】
本実施例によれば、バイアス巻線を同じ巻数の２つの巻線で構成し、２つのバイアス巻線を並列に接続するとともに、２次巻線を２つのバイアス巻線で挟み込むように巻き付けることにより、２次巻線とバイアス巻線との磁気的密着性を良くし、結合度を高めることができる。これにより、フィードバック制御の感度を高めることができ、出力電圧を安定化することができる。
【実施例２】
【００２１】
図３の実施例１によれば、バイアス巻線を２つの巻線で構成し、２次巻線を挟み込む構造とすることにより、結合度を高めることができる。しかし、バイアス巻線ＰＢ−２を追加することにより、トランスが大型化し、コストが高くなる。実施例２は、バイアス巻線を追加することなく、結合度を高くしたものである。【００２２】
図４に、本発明の実施例２のスイッチング電源装置の回路図を示す。スイッチング電源装置の入力端子Ｖｉには、例えば１００Ｖの商用電源の交流をブリッジ整流回路で全波整流した直流が入力される。この直流は、平滑コンデンサ２２およびトランス１０の１次巻線Ｐ１を介して、スイッチングＩＣ２０内のスイッチングトランジスタに加えられる。トランスの２次巻線Ｓ１，Ｓ２の出力は、ダイオード２３および平滑コンデンサ２４から成る回路で整流および平滑され、例えば１２Ｖの直流として出力される。２次巻線は、同じ巻数の２つの巻線であるＳ１とＳ２を並列に接続した構成である。トランス１０のバイアス巻線としては、同じ巻数の２つのバイアス巻線ＰＢ−１とＰＢ−２とで構成されており、２つのバイアス巻線ＰＢ−１とＰＢ−２とは並列に接続されている。バイアス巻線の出力は、スイッチングＩＣ２０のフィードバック用の端子ＦＢに加えられるとともに、ダイオード２５および平滑コンデンサ２６からなる整流回路で直流化され、スイッチングＩＣ２０の電源端子Ｖｃｃに加えられる。また、バイアス巻線の出力は、ダイオード２７および平滑コンデンサ２８からなる整流回路で直流化され、例えば２０Ｖの直流として、１次側の制御用電源などに用いられる。【００２３】
図４のスイッチング電源回路は、図１の回路において、バイアス巻線ＰＢを１次巻線Ｐ２と同じ巻数の巻線とすることによりバイアス巻線ＰＢ−１とし、１次巻線Ｐ２もバイアス巻線とみたてバイアス巻線ＰＢ−２とし、バイアス巻線ＰＢ−１とＰＢ−２とを並列に接続したものということができる。すなわち、１次巻線Ｐ２をバイアス巻線と兼用させたものということができる。なお、図３において、２つのバイアス巻線ＰＢ−１とＰＢ−２とはトランスの内部で並列に接続されているが、図４においては、２つのバイアス巻線ＰＢ−１とＰＢ−２とはトランスの外側で並列に接続されている。【００２４】
図５に、本発明の実施例２のトランス１０の巻線構造を示す。図は、トランスの片側の断面を示すものである。ボビン１６には、巻線１４として、順に１次巻線Ｐ１、２次巻線Ｓ１、バイアス巻線ＰＢ−１、２次巻線Ｓ２、バイアス巻線ＰＢ−２を巻き付けている。そして、２次巻線Ｓ２を、２つのバイアス巻線ＰＢ−１とＰＢ−２とで挟み込む構造とする。【００２５】
なお、図５では、２次巻線を同じ巻数の２つの巻線で構成し、２次巻線とバイアス巻線とを交互に配置している。２次巻線を１つの巻線とし、この２次巻線を２つのバイアス巻線で挟み込む構造とすることにより、結合度を高めることができるが、図５のように、２次巻線も同じ巻数の２つの巻線で構成し、互いに挟み込み合う構造とすることにより、さらに２次巻線とバイアス巻線の結合度を高くすることができる。また、バイアス巻線あるいは２次巻線の数を３つ以上とし、互いに挟み込み合う構造とすることにより、さらに結合度を高めることができる。【００２６】
本実施例によれば、バイアス巻線ＰＢを第２の１次巻線Ｐ２と同じ巻数の巻線としてバイアス巻線ＰＢ−１とし、１次巻線Ｐ２もバイアス巻線とみたてバイアス巻線ＰＢ−２とし、２つのバイアス巻線ＰＢ−１とＰＢ−２とを並列に接続するとともに、２次巻線を２つのバイアス巻線で挟み込むように巻き付けることにより、２次巻線とバイアス巻線との磁気的密着性を良くし、結合度を高めることができる。これにより、フィードバック制御の感度を高めることができ、出力電圧を安定化することができる。【００２７】
また、従来の１次巻線Ｐ２をバイアス巻線として用いることにより、バイアス巻線を追加する必要がないので、トランスが大型化することがなく、コストの増加を防ぐことができる。【００２８】
図６および図７に、スイッチング電源装置の特性を、図１，２に記載した改善前のスイッチング電源装置と、本実施例（改善後）のスイッチング電源装置とを比較して、示す。図６は、２０Ｖの負荷に５０ｍＡの電流を流したときの特性であり、図７は、２０Ｖの負荷をオープンとした特性である。両図において、横軸は負荷電流を、縦軸は出力電圧を示す。特に図６に見られるように、負荷電流を流した場合に、１２Ｖの出力電圧の変化が少なくなるとともに、２０Ｖの方の出力電圧も安定化している。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、トランスの巻線を追加することなく、スイッチング電源装置の出力電圧を安定化することができ、トランスひいては電源装置の小型化や低価格化を達成できる。本発明のスイッチング電源装置は、エアコン、冷蔵庫、洗濯機などの制御用の電源のほか、電源一般に利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１０  トランス
１２  コア
１４  巻線
１６  ボビン
１７  端子
２０  スイッチングＩＣ
２２  平滑コンデンサ
２３  ダイオード
２４  平滑コンデンサ
２５  ダイオード
２６  平滑コンデンサ
２７  ダイオード
２８  平滑コンデンサ
Ｐ１  １次巻線
Ｐ２  第２の１次巻線
Ｓ１，Ｓ２  ２次巻線
ＰＢ  バイアス巻線
ＰＢ−１，ＰＢ−２  バイアス巻線
【図１】
2015063870.tif 000003
【図２】
2015063870.tif 000004
【図３】
2015063870.tif 000005
【図４】
2015063870.tif 000006
【図５】
2015063870.tif 000007
【図６】
2015063870.tif 000008
【図７】
2015063870.tif 000009
【国際調査報告】
2015063870.tif 000010
2015063870.tif 000011
2015063870.tif 000012
2015063870.tif 000013