(57)【要約】【課題】シリーズレギュレータ回路を構成するオペアンプを駆動するための専用の負の電源を必要とせずに負の直流電圧を出力できるスイッチング電源装置を得る。【解決手段】直流電源１０からの直流電圧を断続させることにより第１交流電圧を生成するスイッチング回路２０と、このスイッチング回路２０で生成された第１交流電圧により誘起された第２交流電圧を整流及び平滑化して直流電圧を出力する第２整流平滑回路４０と、この第２整流平滑回路４０の出力端子に接続された電界効果トランジスタ５１のインピーダンスをオペアンプ５２で制御することにより第２整流平滑回路４０から出力される直流電圧を安定化させて負の直流電圧として出力するシリーズレギュレータ回路５０とを備え、オペアンプ５２の負の電源として、シリーズレギュレータ回路５０から出力される負の直流電圧が使用される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの直流電圧を断続させることにより第１交流電圧を生成するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路で生成された第１交流電圧により誘起された第２交流電圧を整流及び平滑化して直流電圧を出力する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の出力端子に接続された素子のインピーダンスをオペアンプで制御することにより前記整流平滑回路から出力される直流電圧を安定化させて負の直流電圧として出力するシリーズレギュレータ回路とを備え、
前記オペアンプの負の電源として、前記シリーズレギュレータ回路から出力される負の直流電圧が使用され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】
この発明は、各種電子機器の直流電源として用いられ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】
従来のスイッチング電源装置では、出力される直流電圧の電圧精度を高め、また、優れたＥＭＣ（ElectroMagnetic Compatibility)特性を得るために、例えば、整流及び平滑化された直流電圧を、別の専用電源で駆動されるシリーズレギュレータ回路を用いて、更に安定化された直流電圧に変換して出力することが行われている。
【０００３】
このシリーズレギュレータ回路は、３端子レギュレータを用いて構成できるが、近年は、シリーズレギュレータ回路における損失を低減するために、可変インピーダンス素子として例えば電界効果トランジスタを用い、この電界効果トランジスタをオペアンプで制御して所望の直流電圧を出力するものが開発されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、負の直流電圧を出力するスイッチング電源回路にオペアンプで制御するシリーズレギュレータ回路を用いた場合、オペアンプを駆動するために正の電源と負の電源が必要になる。正の電源としてはパルス幅変調のための制御回路に供給している電源を併用できるが、負の電源は別途必要になる。そのため、従来のスイッチング電源回路は、オペアンプを駆動するための専用の負の直流電圧を出力する手段を備えている。
【０００５】
以上のような構成が採用されることにより、負の直流電圧を出力する従来のスイッチング電源回路においても、そのスイッチング電源回路から出力される負の直流電圧の電圧精度の向上と優れたＥＭＣ特性を実現することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２３３８１０号公報（図１）
【特許文献２】
特開２００１−０７８４４５公報
【特許文献３】
特開平９−０６５６５３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のスイッチング電源装置では、シリーズレギュレータ回路に含まれるオペアンプを駆動するための負の直流電圧を出力する手段が必要になるために、製造コストの増加、消費電力の増加、回路規模の拡大、更には、電力変換効率の低下等を招くという問題がある。
【０００８】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、シリーズレギュレータ回路を構成するオペアンプを駆動するための専用の負の電源を必要とせずに負の直流電圧を出力できるスイッチング電源装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るスイッチング電源装置は、直流電源からの直流電圧を断続させることにより第１交流電圧を生成するスイッチング回路と、前記スイッチング回路で生成された第１交流電圧により誘起された第２交流電圧を整流及び平滑化して直流電圧を出力する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力端子に接続された素子のインピーダンスをオペアンプで制御することにより前記整流平滑回路から出力される直流電圧を安定化させて負の直流電圧として出力するシリーズレギュレータ回路とを備え、前記オペアンプの負の電源として、前記シリーズレギュレータ回路から出力される負の直流電圧が使用されるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。このスイッチング電源装置は、直流電源１０、スイッチング回路２０、第１整流平滑回路３０、第２整流平滑回路４０、シリーズレギュレータ回路５０、パルス幅変調制御回路６０及びゲート駆動回路７０から構成されている。
【００１１】
直流電源１０は、直流電圧Ｖを発生してスイッチング回路２０に印加する。
スイッチング回路２０は、トランス２１と、このトランス２１の一次巻線２２に直列に挿入された可変インピーダンス素子としての電界効果トランジスタ（ＴＲ）２３とから構成されている。トランス２１の一次巻線２２の両端には直流電源１０から直流電圧Ｖが印加される。
【００１２】
トランス２１は、第１巻線２４及び第２巻線２５といった２つの二次巻線を備えている。第１巻線２４は、第１整流平滑回路３０に接続され、第２巻線２５は、第２整流平滑回路４０に接続されている。
【００１３】
電界効果トランジスタ２３は、ゲート駆動回路７０からの駆動信号に応じてオン／オフする。この電界効果トランジスタ２３のオン／オフが繰り返されることにより、直流電源１０からの直流電圧Ｖが断続され、第１交流電圧としてトランス２１の一次巻線２２に印加される。
【００１４】
第１整流平滑回路３０は、トランス２１の第１巻線２４に誘起された交流電圧を整流及び平滑して直流電圧を生成する。この第１整流平滑回路３０の低圧側の出力端子Ｔ１２は接地されている。従って、第１整流平滑回路３０の高圧側の出力端子Ｔ１１からは正の直流電圧が出力され、シリーズレギュレータ回路５０及びパルス幅変調制御回路６０に供給される。この第１整流平滑回路３０は、詳細な説明は省略するが、ダイオード３１及び３２、インダクタ３３並びにコンデンサ３４から成る周知の回路から構成されている。
【００１５】
第２整流平滑回路４０は、トランス２１の第２巻線２５に誘起された交流電圧を整流及び平滑して直流電圧を生成する。この第２整流平滑回路４０の高圧側の出力端子Ｔ２１は、シリーズレギュレータ回路５０内の電界効果トランジスタ５１を介して接地されている。従って、第２整流平滑回路４０の低圧側の出力端子Ｔ２２から負の直流電圧が出力され、シリーズレギュレータ回路５０に供給される。この第２整流平滑回路４０は、詳細な説明は省略するが、ダイオード４１及び４２、インダクタ４３並びにコンデンサ４４から成る周知の回路から構成されている。
【００１６】
シリーズレギュレータ回路５０は、電界効果トランジスタ５１、オペアンプ５２、抵抗５３、抵抗５４、抵抗５５及びツェナーダイオード５６から構成されている。抵抗５３、抵抗５４及び抵抗５５は直列に接続され、第１整流平滑回路３０の出力端子Ｔ１１と第２整流平滑回路４０の出力端子Ｔ２２との間に挿入されている。また、ツェナーダイオード５６は、抵抗５３と抵抗５４の接続点と、第２整流平滑回路４０の出力端子Ｔ２２との間に接続されている。
【００１７】
電界効果トランジスタ５１のドレインは、第２整流平滑回路４０の出力端子Ｔ２１に接続され、ソースは接地されている。また、電界効果トランジスタ５１のゲートはオペアンプ５２の出力端子に接続されている。
【００１８】
オペアンプ５２の正の電源端子は、第１整流平滑回路３０の出力端子Ｔ１１に接続されている。この正の電源端子には、第１整流平滑回路３０から正の直流電圧が供給される。また、オペアンプ５２の負の電源端子は、第２整流平滑回路４０の出力端子Ｔ２２に接続されている。この負の電源端子には、第２整流平滑回路４０から負の直流電圧が供給される。このオペアンプ５２は、その非反転入力端子（−）に印加される電圧と等しくなるように反転入力端子（＋）に印加される電圧を制御するために負の電源を必要とする。
【００１９】
オペアンプ５２の反転入力端子は接地されており、この反転入力端子には接地電位が印加される。オペアンプ５２の非反転入力端子は、抵抗５４と抵抗５５の接続点に接続されている。この非反転入力端子には、正の直流電圧と負の直流電圧とが、抵抗５５と直列接続された抵抗５３及び抵抗５４とによって抵抗分割された電位が印加される。
【００２０】
このシリーズレギュレータ回路５０は、電界効果トランジスタ２３のドレイン及びソース間のインピーダンスが制御されることにより、第２整流平滑回路４０で生成された直流電圧が降下されて負の直流電圧が生成され、この負の直流電圧が負荷８０に印加されると共に、オペアンプ５２に負の電源として供給される。
【００２１】
負荷８０は、電界効果トランジスタ５１のソース（接地電位）と第２整流平滑回路４０の出力端子Ｔ２２との間に接続され、負の直流電圧が印加される。
【００２２】
パルス幅変調制御回路６０は、第１整流平滑回路３０から印加される正の直流電圧に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成し、ゲート駆動回路７０に送る。
【００２３】
ゲート駆動回路７０は、パルス幅変調制御回路６０からのパルス信号を増幅し、駆動信号として電界効果トランジスタ２３のゲートに送る。電界効果トランジスタ２３は、この駆動信号に応じてオン又はオフにされる。
【００２４】
次に、この発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置の動作を説明する。
パルス幅変調制御回路６０は、図示しないスタート回路からの起動指令を受けることにより始動してパルス信号の生成を開始する。即ち、パルス幅変調制御回路６０は、第１整流平滑回路３０からの正の直流電圧に応じたパルス幅でオン及びオフを繰り返すパルス信号を生成し、ゲート駆動回路７０に送る。
【００２５】
ゲート駆動回路７０は、パルス幅変調制御回路６０からのパルス信号を増幅して駆動信号を生成し、電界効果トランジスタ２３のゲートに供給する。これにより、電界効果トランジスタ２３は、パルス信号に従ってオン／オフを繰り返す。その結果、直流電源１０からの直流電圧Ｖが断続され、第１交流電圧としてトランス２１の一次巻線２２に印加される。
【００２６】
トランス２１の一次巻線２２に第１交流電圧が印加されると、第１巻線２４及び第２巻線２５には第３交流電圧及び第２交流電圧がそれぞれ誘起され、第１整流平滑回路３０及び第２整流平滑回路４０にそれぞれ供給される。二次巻線２４及び２５に誘起される交流電圧は、一次巻線２２と二次巻線２４及び２５との巻線比によってそれぞれ決定される。
【００２７】
第１整流平滑回路３０は、第１巻線２４に誘起された第３交流電圧を整流及び平滑化して得られた正の直流電圧を、パルス幅変調制御回路６０及びシリーズレギュレータ回路５０に印加する。この第１整流平滑回路３０の動作と並行して、第２整流平滑回路４０は、第２巻線２５に誘起された第２交流電圧を整流及び平滑化して直流電圧を生成し、シリーズレギュレータ回路５０に送る。
【００２８】
これにより、パルス幅変調制御回路６０は、第１整流平滑回路３０からの正の直流電圧に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成し、ゲート駆動回路７０に送る。以後は、上述したように、パルス幅変調制御回路６０、ゲート駆動回路７０、電界効果トランジスタ２３、トランス２１及び第１整流平滑回路３０といった閉経路で信号が流れることによりパルス信号のパルス幅が一定になるようにパルス幅変調制御され、このスイッチング電源装置は平衡状態に入る。
【００２９】
一方、シリーズレギュレータ回路５０は、第１整流平滑回路３０からの正の直流電圧及び第２整流平滑回路４０からの直流電圧がオペアンプ５２の正の電源端子及び負の電源端子に印加されることによりオペアンプ５２の動作が開始される。これにより、シリーズレギュレータ回路５０による直流電圧の安定化制御が開始される。
【００３０】
即ち、負の直流電圧が低くなると、オペアンプ５２の反転入力端子に印加される電位は、非反転入力端子に印加される正の電位より高くなる。そのため、オペアンプ５２の出力は低下し、電界効果トランジスタ５１のゲート及びソース間に印加される電圧が減少する。その結果、電界効果トランジスタ５１のドレイン及びソース間の電圧降下が大きくなるので、負の出力電圧を上昇させるように動作する。
【００３１】
一方、負の直流電圧が高くなるとオペアンプ５２の反転入力端子に印加される電位は、非反転入力端子に印加される電位よりも低くなるため、オペアンプ５２の出力は上昇し、電界効果トランジスタ５１のゲート及びソース間に印加される電圧が増加する。その結果、電界効果トランジスタ５１のドレイン及びソース間の電圧降下が小さくなるので、負の直流電圧を低下させるように動作する。以上の動作により、シリーズレギュレータ回路５０への入力電圧が変化したら、シリーズレギュレータ回路自身で出力電圧を連続的に増減させ、一定の直流電圧が出力されるように制御される。
【００３２】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置によれば、シリーズレギュレータ回路５０を介して負の直流電圧を生成し、その負の直流電圧をシリーズレギュレータ回路５０で使用されるオペアンプ５２の負の電源としても用いるように構成したので、オペアンプを駆動するための専用の負の電源を設ける必要がない。その結果、製造コストの増加、消費電力の増加、回路規模の拡大、更には、電力変換効率の低下等を招くことなく、出力される負の直流電圧の電圧精度の向上と優れたＥＭＣ特性を実現することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、スイッチング電源回路が、直流電源からの直流電圧を断続させることにより第１交流電圧を生成するスイッチング回路と、前記スイッチング回路で生成された第１交流電圧により誘起された第２交流電圧を整流及び平滑化して直流電圧を出力する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力端子に接続された素子のインピーダンスをオペアンプで制御することにより前記整流平滑回路から出力される直流電圧を安定化させて負の直流電圧として出力するシリーズレギュレータ回路とを備え、前記オペアンプの負の電源として、前記シリーズレギュレータ回路から出力される負の直流電圧が使用されるように構成したので、シリーズレギュレータ回路を構成するオペアンプを駆動するための専用の負の電源を必要とせずに負の直流電圧を出力できるスイッチング電源装置を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１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。
【符号の説明】
１０  直流電源、２０  スイッチング回路、２１  トランス、２２  一次巻線、２３  電界効果トランジスタ、２４  第１巻線、２５  第２巻線、３０  第１整流平滑回路、４０  第２整流平滑回路（整流平滑回路）、５０  シリーズレギュレータ回路、５１  電界効果トランジスタ（素子）、５２  オペアンプ、５３〜５５  抵抗、５６  ツェナーダイオード、６０  パルス幅変調制御回路、７０
ゲート駆動回路、８０  負荷。
【図１】
2004201478.tif 000003