(57)【要約】【課題】製造コストを低減させながら、出力精度を向上させることが可能なスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】スイッチング電源装置内の基準電圧生成回路を、複数のツェナーダイオードを含む回路で構成し、この複数のツェナーダイオードにより、当該スイッチング電源装置の出力電圧を複数回に亘って低電圧化して、基準電圧とする。前段ツェナーダイオードの安定した出力電圧は、後段のツェナーダイオードの電源となっているため、終段のツェナーダイオードのツェナー電圧は、当該スイッチング電源装置の出力電圧の変動の影響を受けなくなる。そして、複数のツェナーダイオードのうち、基準電圧出力直前のツェナーダイオードを、そのツェナー電圧が略５Ｖのものを用いることにより、温度係数がプラスマイナスゼロに近い特性となり、使用温度環境の変化にも安定した性能を得ることができる。【選択図】    図１
2004208377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源を整流した後、スイッチングし、トランスを介して二次側に電力供給する一次側スイッチング手段と、
前記トランスにより一次側から伝達された電力を二次側で整流し、複数の電圧を出力する電圧出力手段と、
基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、
前記電圧出力手段から出力される複数の電圧のうちの１つの出力電圧と前記基準電圧生成手段により生成された基準電圧とを比較する電圧比較手段と、
該電圧比較手段の比較結果を前記一次側スイッチング手段に帰還する帰還手段と
を有し、
前記基準電圧生成手段の電源は、前記電圧出力手段から出力された複数の電圧のうち高い電圧を用い、
前記電圧比較手段が比較に用いる前記１つの出力電圧は、前記電圧出力手段から出力された複数の電圧のうち低い電圧であり、
前記基準電圧生成手段は、複数のツェナーダイオードを含み、該複数のツェナーダイオードを用いて、前記電圧出力手段から出力された前記高い電圧を複数回に亘り低電圧化することにより基準電圧を生成し、
前記複数のツェナーダイオードのうち、基準電圧出力直前のツェナーダイオードは、温度特性の絶対値が最小になるツェナー電圧略５Ｖの素子を用いる
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源を直流電圧に変換する電源装置に関し、特に内部で基準電圧を生成するスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スイッチング電源装置は、たとえば図５に示すような構成となっている。
【０００３】
同図において、電源ケーブル１０１は、商用電源に接続するものであり、回路１０２は、スイッチング電源の一次側回路であり、ここでは共振型を採用している。
【０００４】
電源トランス１０３の二次側には、高電圧系整流ダイオード１０４、低電圧系整流ダイオード１０５、高電圧系平滑コンデンサ１０６、低電圧系平滑コンデンサ１０７、高電圧系出力端子１０８、低電圧系出力端子１０９、シャントレギュレータ１１３、基準電圧を作るために減圧する抵抗器１１０、シャントレギュレータ１１３の動作電圧を決定する抵抗器１１１，１１２、低電圧系出力端子１０９の電圧と基準電圧とを比較するコンパレータ１１４、コンパレータ１１４の出力を一次側にフィードバックするフォトカプラ１１５からなる回路が接続されている。
【０００５】
この従来のスイッチング電源において、一次側回路１０２は、交流である商用電源を整流・平滑して直流とした後、高周波でスイッチングし、電源トランス１０３の一次側に印加することにより、二次側に電力を絶縁供給する。
【０００６】
電源トランス１０３の二次側においては、整流ダイオード１０４，１０５と平滑コンデンサ１０６，１０７とにより、それぞれ電源トランス１０３の巻数に応じた出力電圧を出力端子１０８および１０９に得ることができる。
【０００７】
しかし、このままでは出力端子に接続された負荷や商用電源の入力電圧に応じて出力電圧が変化してしまうため、コンパレータ１１４により出力端子１０９の電圧とシャントレギュレータ１１３の基準電圧出力とを比較し、その比較結果（電圧情報）を、フォトカプラ１１５を用いて一次側回路１０２へフィードバックしている。ここで、抵抗器１１２の両端電圧はシャントレギュレータ１１３の基準電圧となるので、所望の基準電圧を得られるように、抵抗器１１２と抵抗器１１３の各値を定めている。
【０００８】
コンパレータ１１４は、基準電圧と出力端子１０９の電圧とを比較し、出力端子１０９の電圧の方が高ければ、フォトカプラ１１５のＬＥＤをＯＮし、逆であればＬＥＤをＯＦＦする。その情報を一次側回路１０２が受信し、スイッチング周波数を変化させることにより、二次側の出力端子１０８，１０９の電圧を安定化させる。
【０００９】
なお、シャントレギュレータ１１３の代わりにツェナーダイオードを使用することもできる。たとえば、抵抗器１１１，１１２およびシャントレギュレータ１１３を削除し、不図示のツェナーダイオードをそのアノード側をＧＮＤに、そのカソード側をコンパレータ１１４の＋入力側に接続することにより、基準電圧を生成することができる。このときの基準電圧値はツェナーダイオードのツェナー電圧によるが、そのツェナー電圧は抵抗器１１０を通して流れるツェナー電流にも左右される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のスイッチング電源装置では、電圧精度の良いシャントレギュレータを用いることで電源装置の出力精度を保つことが可能であるものの、シャントレギュレータは高価な素子であるため、コストアップ要因となっていた。
【００１１】
また、シャントレギュレータの代わりにツェナーダイオードを用いた場合では、ツェナーダイオードの電源としている出力端子の負荷が増大したときには、出力に電圧降下が生じ、それによりツェナー電流が減少し、ツェナー電圧も下がるので、基準電圧が低くなる。基準電圧が低くなると、電源装置の二次側電圧が下がり、ツェナーダイオードの電源としている出力端子の出力もさらに降下する。このような悪循環により、電源装置の出力精度を保つことは困難であった。
【００１２】
本発明は、この点に着目してなされたものであり、製造コストを低減させながら、出力精度を向上させることが可能なスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、商用電源を整流した後、スイッチングし、トランスを介して二次側に電力供給する一次側スイッチング手段と、前記トランスにより一次側から伝達された電力を二次側で整流し、複数の電圧を出力する電圧出力手段と、基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、前記電圧出力手段から出力される複数の電圧のうちの１つの出力電圧と前記基準電圧生成手段により生成された基準電圧とを比較する電圧比較手段と、該電圧比較手段の比較結果を前記一次側スイッチング手段に帰還する帰還手段とを有し、前記基準電圧生成手段の電源は、前記電圧出力手段から出力された複数の電圧のうち高い電圧を用い、前記電圧比較手段が比較に用いる前記１つの出力電圧は、前記電圧出力手段から出力された複数の電圧のうち低い電圧であり、前記基準電圧生成手段は、複数のツェナーダイオードを含み、該複数のツェナーダイオードを用いて、前記電圧出力手段から出力された前記高い電圧を複数回に亘り低電圧化することにより基準電圧を生成し、前記複数のツェナーダイオードのうち、基準電圧出力直前のツェナーダイオードは、温度特性の絶対値が最小になるツェナー電圧略５Ｖの素子を用いることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。
【００１６】
同図において、電源ケーブル１０１は、商用電源に接続するものであり、回路１０２は、スイッチング電源の一次側回路であり、ここでは共振型を採用している。
【００１７】
電源トランス１０３の二次側には、高電圧系整流ダイオード１０４、低電圧系整流ダイオード１０５、高電圧系平滑コンデンサ１０６、低電圧系平滑コンデンサ１０７、高電圧系出力端子１０８、低電圧系出力端子１０９、初段ツェナーダイオード１のツェナー電流を決定するための抵抗器１１０、終段ツェナーダイオード３のツェナー電流を決定するための抵抗器２、低電圧系出力端子１０９の電圧と基準電圧とを比較するコンパレータ１１４、コンパレータ１１４の出力を一次側にフィードバックするフォトカプラ１１５からなる回路が接続されている。
【００１８】
なお、終段ツェナーダイオード３は、ツェナー電圧が略５Ｖのものである。
【００１９】
本実施の形態において、一次側回路１０２は、交流である商用電源を整流・平滑して直流とした後、高周波でスイッチングし、電源トランス１０３の一次側に印加することにより、二次側に電力を絶縁供給する。
【００２０】
電源トランス１０３の二次側においては、整流ダイオード１０４，１０５と平滑コンデンサ１０６，１０７とにより、それぞれ電源トランス１０３の巻数に応じた出力電圧を出力端子１０８および１０９に得ることができる。
【００２１】
しかし、このままでは出力端子に接続された負荷や商用電源の入力電圧に応じて出力電圧が変化してしまうため、コンパレータ１１４により出力端子１０９の電圧と、ツェナーダイオード１および３で生成された基準電圧出力とを比較し、その比較結果（電圧情報）を、フォトカプラ１１５を用いて一次側回路１０２へフィードバックしている。
【００２２】
基準電圧は、抵抗器１１０を通して初段ツェナーダイオード１で一旦安定化させた後、その電圧を抵抗器２と終段ツェナーダイオード３にて再度安定化させて生成している。
【００２３】
いま、本実施の形態のスイッチング電源装置に接続された負荷が変動した場合の出力電圧の変化を考える。
【００２４】
図２に示すように、高電圧系出力端子１０８の負荷電流が増大した場合、高電圧系出力端子１０８は電圧降下にて出力電圧が下がる。初段ツェナーダイオード１はツェナー電圧を保持しようとするので、抵抗器１１０の両端電位差が小さくなり電流は減少する。この結果、初段ツェナーダイオード１に流れる電流も減少するが、図３に示すように、たとえば２０Ｖツェナーダイオード特性のツェナー電流の変化による電圧変動はほとんどない。ここでは、ツェナー電流の変化の少ない特性の電圧範囲内で、初段ツェナーダイオードを選定することが重要である。たとえば、一般的な数百ｍＷ程度のツェナーダイオードにおいては、ツェナー電圧が１０Ｖ以上のもので、ツェナー電流が１μＡから１ｍＡ程度での使用時には、このような電圧変動に対して非常に安定した特性を持っている。あるいはツェナー電圧が１０Ｖ以下であっても、ツェナー電流によるツェナー電圧の変動が非常に少ない特性を持っているものであれば、問題なく使用できる。逆に、初段ツェナーダイオードの電圧変動特性が大きいものしか使えない場合、本回路の段数を増やすことにより同等の性能を得ることができる。図１において、抵抗器１１０、ツェナーダイオード１の後に、それらと同じように抵抗器とツェナーダイオードを各１個追加し、抵抗器２に接続する。このように、ハシゴのようにツェナーダイオードと抵抗器をつなぐことにより多段化し、電圧を少しずつ安定させることにより、最終段のツェナー電圧の変動を抑えることができる。たとえば、元電圧１０８が２２Ｖから２６Ｖで変動した場合、１段目では１８Ｖから２０Ｖ、２段目では１２Ｖから１２.５Ｖ、そして３段目で５.０Ｖといったように変動幅を順次小さくしていくことが可能である。
【００２５】
初段ツェナーダイオード１の安定した出力電圧は、抵抗器２と終段ツェナーダイオード３の電源となっているため、終段ツェナーダイオード３のツェナー電流は一定となりツェナー電圧は全く影響を受けない。
【００２６】
また、一般にツェナーダイオードのツェナー電圧温度係数は、５Ｖ以下がマイナス数ｍＶ／℃となり、５Ｖ以上はプラス数ｍＶ／℃からプラス数十ｍＶ／℃となっている。そこで、本実施の形態では、終段ツェナーダイオード３に５Ｖのものを使用することにより、温度係数がプラスマイナスゼロに近い特性となり、使用温度環境の変化にも安定した性能を得ることができる。
【００２７】
仮にツェナーダイオードが一段構成である場合を考えると、本実施の形態と同様の基準電圧を得るためには、ツェナーダイオードは５Ｖのものを使うことになる。そこで高圧系出力電圧１０８に電圧変動が発生した場合、ツェナー電流も変化し、図３の５Ｖツェナーダイオード特性を見れば分かるように、ツェナー電圧はツェナー電流に左右されてしまう。すなわち、負荷変動に弱く出力電圧が安定しない電源となってしまう。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。なお、第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００２９】
図４において、抵抗器１１〜１３は、それぞれ値の異なる抵抗器であり、パターン１４〜１６は、ジャンパ線を接続することができる基板上のプリントパターンである。１７は抵抗器である。
【００３０】
いま、終段ツェナーダイオード３により生成された電圧を、抵抗器１１〜１３のうち一つを選択し、選択した抵抗器につながるジャンパ線パターンをジャンパ線で短絡することにより、選択した抵抗器と抵抗器１７の値に応じて分圧された電圧が基準電圧となる。ここでは、終段ツェナーダイオード３の素子個別のバラツキを吸収するために、出力電圧が所望の値になるように、抵抗器１１〜１３を選択する。また、抵抗１１〜１３を選択する代わりに可変抵抗器を用いても良く、さらには抵抗器１７を含めて可変抵抗器にすることも可能であるが、本実施の形態のように、ジャンパ線により抵抗器を選択することにより、電源基板実装後の電圧調整の有無確認が容易となるため好適である。
【００３１】
以下、本発明の実施態様の例を列挙する。
【００３２】
（実施態様１）  商用電源を整流した後、スイッチングし、トランスを介して二次側に電力供給する一次側スイッチング手段と、
前記トランスにより一次側から伝達された電力を二次側で整流し、複数の電圧を出力する電圧出力手段と、
基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、
前記電圧出力手段から出力される複数の電圧のうちの１つの出力電圧と前記基準電圧生成手段により生成された基準電圧とを比較する電圧比較手段と、
該電圧比較手段の比較結果を前記一次側スイッチング手段に帰還する帰還手段と
を有し、
前記基準電圧生成手段の電源は、前記電圧出力手段から出力された複数の電圧のうち高い電圧を用い、
前記電圧比較手段が比較に用いる前記１つの出力電圧は、前記電圧出力手段から出力された複数の電圧のうち低い電圧であり、
前記基準電圧生成手段は、複数のツェナーダイオードを含み、該複数のツェナーダイオードを用いて、前記電圧出力手段から出力された前記高い電圧を複数回に亘り低電圧化することにより基準電圧を生成し、
前記複数のツェナーダイオードのうち、基準電圧出力直前のツェナーダイオードは、温度特性の絶対値が最小になるツェナー電圧略５Ｖの素子を用いる
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【００３３】
（実施態様２）  前記基準電圧生成手段によって生成される基準電圧出力は、該基準電圧出力直前のツェナーダイオードの出力電圧を複数の抵抗器で分圧したものであり、前記抵抗器の値を調整することにより出力電圧を微調整可能としたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【００３４】
（実施態様３）  前記抵抗器の値を調整するため、プリント基板上に複数個の値の異なる抵抗器を実装し、前記抵抗器に直列にそれぞれジャンパ線を実装可能となるようプリントパターンを形成し、すべての抵抗器とジャンパ線パターンを並列接続し、電源出力電圧の調整のためジャンパ線を選択的に１本のみ実装することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、スイッチング電源の基準電圧生成回路において、ツェナーダイオードを複数段設けることにより安定した電圧を出力することが可能である。
【００３６】
さらに、ツェナー電圧が５Ｖ前後のツェナーダイオードを用いることにより、使用環境温度に左右されない安定した電圧精度を保つことができる。
【００３７】
また、調整抵抗を設けることにより、製造時に電圧精度を追求することが可能である。このときの調整抵抗は、電源のプリント基板上に異なる値の抵抗器を複数実装し、ジャンパ線を１本のみ実装し、その実装位置を変えることで任意の抵抗値の抵抗器を選択することにより、部品実装後の目視検査が容易となる。
【００３８】
このように、本発明によれば、安価で精度が高く、負荷変動に影響されることなく出力電圧が安定した電源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る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１のスイッチング電源装置の負荷電流と電圧の関係を示す図である。
【図３】一般的なツェナーダイオードの特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。
【図５】従来の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  初段ツェナーダイオード
３  終段ツェナーダイオード
２，１１〜１３，１１０〜１１２  抵抗器
１４〜１６  ジャンパ線プリントパターン
１０２  一次側回路
１０３  電源トランス
１０４  高電圧系整流ダイオード
１０５  低電圧系整流ダイオード
１０６  高電圧系平滑コンデンサ
１０７  低電圧系平滑コンデンサ
１０８  高電圧系出力端子
１０９  低電圧系出力端子
１１３  シャントレギュレータ
１１４  コンパレータ
１１５  フォトカプラ
【図１】
2004208377.tif 000003
【図２】
2004208377.tif 000004
【図３】
2004208377.tif 000005
【図４】
2004208377.tif 000006
【図５】
2004208377.tif 000007