(57)【要約】【課題】コンバータ間のビート障害の問題を解決し、優れたクロスレギュレーション特性を有しながらも、回路構成が簡略化され小型化の実現可能な絶縁型多出力コンバータ回路を提供する。【解決手段】第１の直流電圧の電源から第２の直流電圧の電源を生成する第１の電圧コンバータと、前記第２の直流電圧の電源から第３の直流電圧の電源を生成する第２の電圧コンバータと、を備え、前記第２の電圧コンバータは、前記第１の電圧コンバータに備わる電源トランスの二次側から得られた同期信号を前記第３の直流電圧の制御のために利用する。【選択図】図１
2008295195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の直流電圧の電源から第２の直流電圧の電源を生成する第１の電圧コンバータと、
前記第２の直流電圧の電源から第３の直流電圧の電源を生成する第２の電圧コンバータと、
を備え、
前記第２の電圧コンバータは、前記第１の電圧コンバータに備わる電源トランスの二次側から得られた同期信号を前記第３の直流電圧の制御のために利用することを特徴とする絶縁型多出力コンバータ回路。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁型多出力コンバータ回路であって、
前記第２の電圧コンバータは、前記電源トランスの二次側に発生する信号を入力して、これを基に同期信号を生成する同期回路と、
２次側スイッチングレギュレータと、
を備え、
前記２次側スイッチングレギュレータは、前記同期信号に同期して動作することを特徴とする絶縁型多出力コンバータ回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の絶縁型多出力コンバータ回路であって、
前記第２の電圧コンバータは、同期回路と、２次側スイッチングレギュレータとを備えることを特徴とする絶縁型多出力コンバータ回路。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の絶縁型多出力コンバータ回路であって、
前記第１の電圧コンバータは、１次側入力電源を入力し、ＰＷＭ信号を生成する１次側スイッチングレギュレータと、前記ＰＷＭ信号を変圧する前記電源トランスと、前記電源トランスの出力を整流する整流平滑回路と、ＰＷＭ制御のための帰還用フォトカプラとを備えることを特徴とする絶縁型多出力コンバータ回路。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の絶縁型多出力コンバータ回路であって、
前記電源トランスは、２以上の２次巻線を備え、前記第２の直流電圧の基となる交流電圧と前記第２の電圧コンバータを制御する交流電圧は別々の２次巻線で発生するものであることを特徴とする絶縁型多出力コンバータ回路。
【請求項６】
第１の電圧コンバータが、第１の直流電圧の電源から第２の直流電圧の電源を生成するステップと、
第２の電圧コンバータが、前記第２の直流電圧の電源から第３の直流電圧の電源を生成するステップと、
前記第２の電圧コンバータが、前記第１の電圧コンバータに備わる電源トランスの二次側から得られた同期信号を前記第３の直流電圧の制御のために利用するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入出力が直流的に絶縁されており、入力直流電源から複数の出力直流電源を生成するための絶縁型多出力コンバータ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信装置や情報処理装置等に採用されるデバイスに関して、ＦＰＧＡに代表されるように、１つのデバイスでもコア電源用とインタフェース電源用に複数の電源電圧を必要とし、直流電源回路に対して多出力化が要求されている。また電源に対する負荷としてのデバイスの動作電流も一定ではなく、多出力コンバータについて、各出力間のクロスレギュレーションに関しても優れた特性が要求されている。
【０００３】
図１は関連する絶縁型多出力コンバータ回路の一構成例を示すブロック図である。説明の簡略化の為、２出力の例を示す。２つのコンバータに対して共通の１次巻線と、２つの２次巻線を備えた電源トランス１１を使用し、１次側スイッチングレギュレータ２によって安定化された１つの２次側出力を整流平滑する整流平滑回路４を介してコンバータ１出力端子５から出力を得る１つ目の１次側制御コンバータと、もう一方の２次側出力を可飽和リアクトルを使用して安定化を図る磁気増幅器１２と整流平滑回路４を介してコンバータ２出力端子８から出力を得る２つ目の２次側制御コンバータによって構成される。磁気増幅器１２では、コンバータ２出力端子８の出力電圧と基準電圧との差電圧によりトランジスタ等で可飽和リアクトルのリセット磁束量が制御され、コンバータ２出力端子８の出力電圧が安定化される。可飽和リアクトルによる磁気増幅器は公知の技術である為、それ自体の動作原理の詳細説明については省略する。
【０００４】
前記２つ目の２次側制御コンバータに関して、コンバータ２出力端子８に接続される負荷が軽負荷の場合には、磁気増幅器１２をシリーズレギュレータに置き換えた実施例もあるが、効率の面で劣る問題があり使用条件が限定される。
【０００５】
磁気増幅器１２の場合、複数の２次巻線を要する為に出力容量によってはトランスが大型化することと、回路構成部品が多いこと、更に大電流出力を実現するには可飽和リアクトルが大型となり、回路の小型化が図れない問題があった。
【０００６】
電源トランス１１には、１つ目の１次側制御コンバータ用とは別に、磁気増幅器１２による２次側制御コンバータ用に２次巻線を備えている。この為、１次側制御コンバータのコンバータ１出力端子５に接続される負荷の変動に対して、１次側スイッチングレギュレータ２のＰＷＭ制御によって、コンバータ１出力端子５の出力電圧は安定化されるが、その際、２次側制御コンバータのコンバータ２出力端子８に接続される負荷が一定でも、前記１次側スイッチングレギュレータ２のＰＷＭ制御によって磁気増幅器１２から成る２次側制御コンバータ用の２次巻線出力が変化する為、クロスレギュレーション特性に対して磁気増幅器１２の負担が増える構成になっていた。
【０００７】
近年では、必要な外部実装部品が少ない非絶縁型スイッチングレギュレータ用集積回路が市販されている。これらを使用し、降圧レギュレータや昇降圧レギュレータを構成することで容易に２次側での出力電圧安定化が実現できる環境にあり、前記問題を解決する目的から、磁気増幅器コンバータ回路よりも２次側スイッチングレギュレータによる多出力化が主流になりつつある。
【０００８】
しかしながら、２次側にスイッチングレギュレータを備える場合、１次側スイッチングレギュレータとは別に２次側で独立したスイッチング回路を有する為、１次側スイッチングレギュレータと発振が同期していないとビートが発生し、ビートによる出力リップルが発生する問題があった。ビート障害を回避する最も有効な方法として、１次側と２次側間の発振同期がある。
【０００９】
図２は２次側にスイッチングレギュレータを備えた関連する絶縁型多出力コンバータ回路における１次２次間発振同期実施形態の一構成例を示すブロック図である。絶縁型多出力コンバータの場合、電源トランス３の１次側と２次側は絶縁されており、絶縁を維持したままコンバータ間のスイッチングに同期を掛ける必要がある為、１次側スイッチングレギュレータ２のスイッチング用発振信号を、フォトカプラやパルストランス等による絶縁型パルス伝送回路１０を介して、２次側の同期回路９に伝送する構成としていた。前記従来技術の場合、フォトカプラやパルストランス等による絶縁型パルス伝送回路１０の実装と、絶縁の為に沿面距離を確保しつつ１次２次間接続を実現する基板のパターン配線も含めて回路が大型化するという問題があった。
【特許文献１】特許第２９０５９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来における絶縁型多出力コンバータは、出力毎に１次側スイッチングレギュレータ、トランス、及び整流平滑回路を有する独立コンバータ構成を採る場合、回路が大型となる為、一般的には、共通の１次巻線に対して複数の２次巻線を備えたトランスを使用し、１つの出力回路においては、２次側出力電圧を１次側スイッチングレギュレータに帰還して出力電圧の安定化を図り、別の出力回路においては、可飽和リアクトルを用いた磁気増幅器コンバータ回路によって出力電圧の安定化を図ることで、各出力毎に安定化を実現している。この場合、複数の２次巻線を要する為に出力容量によってはトランスが大型化することと、大電流出力を実現するには可飽和リアクトルが大型となり、回路の小型化が図れない問題があった。
【００１１】
近年では、必要な外部実装部品が少ない非絶縁型スイッチングレギュレータ用集積回路が市販されている。これらを使用し、降圧レギュレータや昇降圧レギュレータを構成することで容易に２次側での出力電圧安定化が実現できる環境にあり、磁気増幅器コンバータ回路よりも、２次側スイッチングレギュレータによる多出力化が主流になりつつある。
【００１２】
しかしながら、２次側にスイッチングレギュレータを備える場合、１次側スイッチングレギュレータとは別に２次側で独立したスイッチング回路を有する為、１次側スイッチングレギュレータと発振が同期していないとビートが発生し、ビートによる出力リップルが発生する問題があった。ビート障害を回避する１つの対策として、各スイッチングレギュレータ間の発振周波数を数１０ｋＨｚ以上離し、ビート成分を２次側のフィルタ回路で抑圧する方法があるが、２次側フィルタの大型化を伴う問題があった。ビート障害を回避する最も有効な方法として、１次側と２次側間の発振同期がある。ここで、絶縁型多出力コンバータの場合、電源トランスの１次側と２次側は絶縁されており、絶縁を維持したままコンバータ間のスイッチングに同期を掛けるには、フォトカプラやパルストランス等による絶縁型パルス伝送回路が必要で、更には絶縁の為に沿面距離を確保しつつ１次２次間接続を実現する基板のパターン配線も含めて回路が大型化するという問題があった。
【００１３】
また、特許文献１の発明では、メイン出力回路におけるスナバ回路からのスパイク電圧抽出のため、メイン出力回路の負荷条件などにより、スパイク電圧が無いか又はスパイク電圧が少ない場合に、チョッパ回路の同期が取れなくなる問題がある。
【００１４】
更に、特許文献１の発明では、メイン出力回路におけるスナバ回路から抽出したスパイク電圧を同期信号として利用しているので、ノイズや振動が発生する場合がある。
【００１５】
更に、特許文献１の発明では、同期信号が２次側スイッチングレギュレータの発信回路に接続されるため、ノイズや振動がある場合に２次側スイッチングレギュレータが発信異常を生じる問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、コンバータ間のビート障害の問題を解決し、優れたクロスレギュレーション特性を有しながらも、回路構成が簡略化され小型化の実現可能な絶縁型多出力コンバータ回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、第１の直流電圧の電源から第２の直流電圧の電源を生成する第１の電圧コンバータと、前記第２の直流電圧の電源から第３の直流電圧の電源を生成する第２の電圧コンバータと、を備え、前記第２の電圧コンバータは、前記第１の電圧コンバータに備わる電源トランスの二次側から得られた同期信号を前記第３の直流電圧の制御のために利用することを特徴とする絶縁型多出力コンバータ回路が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、第２の電圧コンバータが、第１の電圧コンバータに備わる電源トランスの二次側から得られた同期信号を第３の直流電圧の制御のために利用するため、スパイク電圧が無いか又はスパイク電圧が少ない場合に、チョッパ回路の同期が取れなくなるという問題を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明を実施するための実施例について詳細に説明する。
【００２０】
本発明は、通信装置や情報処理装置等に必要な直流電源回路を構成する絶縁型多出力コンバータ回路において、１次側で制御されるコンバータと、その２次側出力に直接接続され、且つ２次側単独で制御される非絶縁型スイッチングレギュレータによるコンバータを備え、それらコンバータ間の同期方法に係り、電源トランスの２次巻線出力に接続された同期回路によって、２次側のみで同期を掛ける手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
次に、本発明の実施例の構成について図面を参照して説明する。
【００２２】
従来技術に係る絶縁型多出力コンバータ回路構成は、後述の「発明の背景」に示す図１及び図２の通りである。
【００２３】
図３は、本発明による絶縁型多出力コンバータ回路の一実施例を示したブロック図である。尚、図３において、図１、図２に示した従来技術の例と同一部分には同一符号を付している。
【００２４】
本発明による絶縁型多出力コンバータ回路は、１次側入力電源１に接続された１次側スイッチングレギュレータ２と、１次側スイッチングレギュレータ２のスイッチング素子によって駆動される電源トランス３と、その２次側出力を整流平滑する整流平滑回路４を介してコンバータ１出力端子５から出力を得る１つ目の１次側制御コンバータと、新たに２次巻線を加えることなく前記１次側制御コンバータの出力に直接接続された非絶縁型の２次側スイッチングレギュレータ７によってコンバータ２出力端子８から出力を得る２つ目の２次側制御コンバータによって構成される。説明の簡略化の為、２出力の例を示すが、出力数は特に限定するものではない。
【００２５】
コンバータ１出力端子５からの２次側出力電圧を、フォトカプラ６を介して、１次、２次間の絶縁を維持しつつ、１次側スイッチングレギュレータ２に２次側出力電圧情報を帰還する構成とする。本構成は従来技術の例と同一である。
【００２６】
２次側スイッチングレギュレータ７は、電源トランス３の２次巻線出力に接続された同期回路９によって２次側のみでコンバータ間のスイッチングに同期を掛ける構成とする。
【００２７】
図３に示す実施例における動作を説明する。
【００２８】
１次側入力電源１に接続された１次側スイッチングレギュレータ２は、フォトカプラ６を介して、１次、２次間の絶縁を維持しつつコンバータ１出力端子５からの２次側出力電圧情報が帰還され、その帰還信号に基づいて１次側スイッチングレギュレータ２におけるスイッチング素子をＰＷＭ制御することで、１次側の入力電圧変動、及び負荷変動に対してコンバータ１出力端子５の出力電圧を安定化する。更に、コンバータ１出力端子５に直接接続された２次側スイッチングレギュレータ７は、コンバータ２出力端子８の出力電圧を帰還することで２次側単独制御を行い、コンバータ２出力端子８の出力電圧を安定化する。１次側の入力電圧変動に対しては、１次側スイッチングレギュレータ２によってコンバータ１出力端子５の出力電圧、すなわち２次側スイッチングレギュレータ７の入力が安定化されている為、２次側スイッチングレギュレータ７はコンバータ２出力端子８の負荷変動に対してのみ安定化を図れば良く、制御の負担が軽減できる。
【００２９】
電源トランス３の２次巻線出力は１次側のスイッチング周波数で動作している為、そこに接続された同期回路９は、１次側のスイッチング周波数に同期したパルス信号を生成可能である。生成された同期パルス信号は、２次側スイッチングレギュレータ７の制御用集積回路が同期信号入力端子を有する場合はその同期信号入力端子に入力し、同期信号入力端子を有していない場合には、２次側スイッチングレギュレータ７のＰＷＭ用発振回路にトランジスタを介して接続することで発振同期を実現する。以上の同期に関する具体的な手法は当業者にとって良く知られており実現は容易である。
【００３０】
本発明による絶縁型多出力コンバータ回路によれば、共通の２次巻線で、２次側出力電圧を１次側スイッチングレギュレータ２に帰還して１次側制御で出力電圧の安定化を図る１次側制御コンバータと、前記１次側制御コンバータの２次側出力に直接接続されて且つ２次側で安定化制御される非絶縁型の２次側スイッチングレギュレータ７による２次側制御コンバータを備え、且つ、２次側スイッチングレギュレータ７は電源トランス３の２次巻線出力に接続された同期回路９によって２次側のみでコンバータ間のスイッチングの同期を実現する構成とすることで、コンバータ間のビート障害の問題を解決し、且つ回路の小型化が実現できる。
【００３１】
また、２次側スイッチングレギュレータ７を、電源トランス３に新たに２次巻線を加えることなく、１次側制御コンバータの２次側出力に接続している為、１次側制御コンバータの負荷変動に伴う２次側スイッチングレギュレータ７の入力変動が抑圧され、簡略化された回路構成で、優れたクロスレギュレーション特性を実現できる。
【００３２】
電源トランスは１つの２次巻線ではなく、同期回路専用に別の２次巻線を備えても同一の機能を実現できる。
【００３３】
本実施例によれば、トランスの２次側の信号を同期信号として利用しているので、ノイズや振動が発生する場合が生じない。
【００３４】
更に、特許文献１の発明では、同期信号が２次側スイッチングレギュレータの発信回路に接続されないため、ノイズや振動がある場合に２次側スイッチングレギュレータが発信異常を生じる問題が生じない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、複数の直流電源を必要とする通信装置や情報処理装置等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】磁気増幅器を具備した、本発明に関連する多出力コンバータ回路（２出力の例）の一構成例を示すブロック図である。
【図２】２次側にスイッチングレギュレータを具備した、本発明に関連する多出力コンバータ回路（２出力の例）における同期回路の一構成例を示すブロック図である。
【図３】２次側にスイッチングレギュレータを具備した本発明による同期回路を有する多出力コンバータ回路（２出力の例）の実施例の一構成例を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１      １次側入力電源
２      １次側スイッチングレギュレータ
３      電源トランス
４      整流平滑回路
５      コンバータ１出力端子
６      フォトカプラ
７      ２次側スイッチングレギュレータ
８      コンバータ２出力端子
９      同期回路
１０    絶縁型パルス伝送回路
１１    電源トランス
１２    磁気増幅器
【図１】
2008295195.tif 000003
【図２】
2008295195.tif 000004
【図３】
2008295195.tif 000005