(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を出力する電源回路、
前記電源回路の直流電力が入力され、相補的にスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路、
前記スイッチング回路の出力が入力され、第１の共振用コンデンサと共振用コイルとの直列接続素子と、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスの１次巻き線と並列に接続された第２の共振用コンデンサとを有する共振回路、
前記スイッチングトランスの２次側出力が入力され、整流平滑されて出力する整流平滑回路、
前記スイッチングトランスの１次巻き線に流れる電流値と実質的に同じ電流値が流れる１次巻き線を有する検出トランスと、前記検出トランスの２次側出力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力を電圧変換する電流電圧変換回路とを有する電流検出回路、
前記電源回路と前記整流平滑回路と前記電流検出回路からの各出力が入力され、前記スイッチング回路における前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路、及び
前記整流平滑回路の出力側に接続された第１の負荷装置、
を具備する共振型スイッチング電源装置であって、
当該共振型スイッチング電源装置の出力に応じて前記制御回路により前記第１の負荷装置の負荷値を調整するよう構成された共振型スイッチング電源装置。
【請求項２】
直流電力を出力する電源回路、
前記電源回路の直流電力が入力され、相補的にスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路、
前記スイッチング回路の出力が入力され、第１の共振用コンデンサと共振用コイルとの直列接続素子と、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスの１次巻き線と並列に接続された第２の共振用コンデンサとを有する共振回路、
前記スイッチングトランスの２次側出力が入力され、整流平滑されて出力する整流平滑回路、
前記スイッチングトランスの１次巻き線に流れる電流値と実質的に同じ電流値が流れる１次巻き線を有する検出トランスと、前記検出トランスの２次側出力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力を電圧変換する電流電圧変換回路とを有する電流検出回路、
前記電源回路と前記整流平滑回路と前記電流検出回路からの各出力が入力され、前記スイッチング回路における前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路、
前記整流平滑回路の出力の負側に正極が接続された調整電源、及び
前記調整電源の負極と前記整流平滑回路の出力の正側との間に接続された第２の負荷装置、
を具備する共振型スイッチング電源装置であって、
当該共振型スイッチング電源装置の出力に応じて前記制御回路により前記第２の負荷装置の負荷値を調整するよう構成された共振型スイッチング電源装置。
【請求項３】
負荷に供給される出力に応じてスイッチング周波数を制御して直流出力を出力する共振型スイッチング電源装置において、
複数のスイッチング素子をスイッチング周波数でスイッチング動作するスイッチング回路、
前記スイッチング回路の出力が入力され、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスに対して直列に接続された第１の共振部と、前記スイッチングトランスに対して並列に接続された第２の共振部とを有する共振回路、
前記スイッチングトランスの出力を整流し平滑する整流平滑回路、
前記整流平滑回路からの直流出力電圧を検出する電圧検出回路、
前記スイッチングトランスの１次側巻き線に流れる電流から負荷電流を検出する電流検出回路、及び
前記電圧検出回路と電流検出回路の各出力に応じて前記スイッチング回路のスイッチング周波数を制御する制御回路、
を具備する共振型スイッチング電源装置であって、
第１の共振部は前記スイッチング回路の出力に接続された第１の共振用コンデンサと共振用コイルとの直列接続素子で構成され、第２の共振部は前記スイッチングトランスの一次巻き線に並列に接続された第２の共振用コンデンサで構成され、
直流負荷電流が大きい場合の共振周波数特性は、前記第１の共振部の直列接続素子により形成され、直流負荷電流が小さい場合の共振周波数特性は、前記第１の共振部とともに前記第２の共振部の第２の共振用コンデンサ及び前記スッチングトランスにより形成されるよう構成され、
負荷に出力を供給するための直流出力端子間に第１の負荷装置を設け、前記第１の負荷装置が負荷に対する最大出力供給電力の０．１から０．２％の範囲内のダミー負荷量を有する共振型スイッチング電源装置。
【請求項４】
負荷に供給される出力に応じてスイッチング周波数を制御して直流出力を出力する共振型スイッチング電源装置において、
複数のスイッチング素子をスイッチング周波数でスイッチング動作するスイッチング回路、
前記スイッチング回路の出力が入力され、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスに対して直列に接続された第１の共振部と、前記スイッチングトランスに対して並列に接続された第２の共振部とを有する共振回路、
前記スイッチングトランスの出力を整流し平滑する整流平滑回路、
前記整流平滑回路からの直流出力電圧を検出する電圧検出回路、
前記スイッチングトランスの１次側巻き線に流れる電流から負荷電流を検出する電流検出回路、及び
前記電圧検出回路と電流検出回路の各出力に応じて前記スイッチング回路のスイッチング周波数を制御する制御回路、
を具備する共振型スイッチング電源装置であって、
前記共振回路が、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスの１次側巻き線に直列に接続された第１の共振部と、前記スイッチングトランスの１次側巻き線に並列に接続された第２の共振部とを有し、
負荷に出力を供給するための直流出力端子間に第２の負荷装置を設け、前記第２の負荷装置に対して負の電圧を供給する調整電源を直列接続し、前記第２の負荷装置のダミー負荷量を前記制御回路により調整するよう構成された共振型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、共振型スイッチング電源装置に関し、特に入力電圧、出力電圧及び負荷電流に対応してスイッチング周波数を制御することができる共振型スイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は従来の共振型スイッチング電源回路の構成を示す回路図である。
【０００３】
図４において、ＡＣ整流部１０３はノイズフィルタ１０２を介して商用電源１０１に接続されている。このＡＣ整流部１０３からの整流出力は平滑コンデンサ１０４により平滑されている。平滑コンデンサ１０４により得られた直流出力は、スイッチング動作するスイッチング素子１０５Ａ，１０５Ｂを有するスイッチング回路１０５に供給される。このスイッチング回路１０５の出力はトランス１０７の１次巻線１０７Ａと共振用コンデンサ１０６Ａとを直列接続して構成された共振回路１０６に供給される。上記トランス１０７の２次巻線１０７Ｂには、ダイオ−ド１０８Ａ，１０８Ｂ、及びコンデンサ１１０により構成された整流・平滑回路１０９が接続されている。この整流・平滑回路１０９は、上記スイッチング回路１０５のスイッチング動作を制御する制御回路１２０が電圧帰還回路１１３を介して接続され、外部に直流出力を供給する出力端子１１２Ａ，１１２Ｂを有している。
【０００４】
電圧帰還回路１１３は抵抗１１５を介して外部コントロ−ル端子１２４に接続されている。この外部コントロ−ル端子１２４からの制御信号が電圧帰還回路１１３に入力されることにより、共振型スイッチング電源装置は所定の直流出力電圧が得られるよう調整される。
【０００５】
通常、トランスにおいては、トランス二次側出力電圧が所望の最低電圧になるようその巻き数比が決められている。共振型スイッチング電源装置において安定的に最低出力直流電圧を下げようとすると、トランスの一次側巻き線の巻き数を増加する必要がある。
【０００６】
このように構成された従来の共振型スイッチング電源装置では、整流・平滑回路１０９から出力端子１１２Ａ、１１２Ｂを介して出力される電圧が、電圧帰還回路１１３内の電圧比較器１１３Ａに入力されて、基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。電圧比較器１１３Ａにおいて基準電圧Ｖｒｅｆと比較して得られた誤差電圧は、フォトカプラ１１３Ｂを介して制御回路１２０に入力される。制御回路１２０の制御出力はスイッチング回路１０５のスイッチング素子１０５Ａ，１０５Ｂに印加されて、スイッチング周波数を変化させる。外部コントロ−ル端子１２４には出力電圧を可変して得られる制御電圧、及び商用電源１０１からの入力電圧変動や負荷変動に対して得られる制御信号が入力されよう構成されている。外部コントロ−ル端子１２４に入力される制御電圧や制御信号を利用して、従来の共振型スイッチング電源装置においては所定の直流出力電圧が生成されるよう制御している。
【０００７】
また、負荷電流を検出して、その負荷電流に応じてコンバータトランスのリーケージインダクタンスを制御する従来の共振型スイッチング電源装置は、例えば、日本の特開平９−１６３７３５号公報に開示されている。
【特許文献１】特開平９−１６３７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述のように構成された従来の共振型スイッチング電源装置の構成においては、最大直流電圧及び最小直流電圧の範囲内において、所望の最大負荷電流と最小負荷電流を安定に供給しようとするとトランスの一次側の巻き線の巻き数を増やさなければならず、トランス及びその周辺の回路が大型化するという問題があった。
【０００９】
さらに、従来の共振型スイッチング電源装置においては、負荷電流が大きい場合と小さい場合において、最大直流電圧出力時及び最小直流電圧出力時のいずれの時においても、共振周波数近辺で動作させることになる為、直流電圧出力範囲を広げると安定に制御することが難しくなるとともに損失が増え、効率も低下するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述のように構成された従来の共振型スイッチング電源装置における問題を解決するために、本発明に係る第１の観点の共振型スイッチング電源装置は、
直流電力を出力する電源回路、
前記電源回路の直流電力が入力され、相補的にスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路、
前記スイッチング回路の出力が入力され、第１の共振用コンデンサと共振用コイルとの直列接続素子と、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスの１次巻き線と並列に接続された第２の共振用コンデンサとを有する共振回路、
前記スイッチングトランスの２次側出力が入力され、整流平滑されて出力する整流平滑回路、
前記スイッチングトランスの１次巻き線に流れる電流値と実質的に同じ電流値が流れる１次巻き線を有する検出トランスと、前記検出トランスの２次側出力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力を電圧変換する電流電圧変換回路とを有する電流検出回路、
前記電源回路と前記整流平滑回路と前記電流検出回路からの各出力が入力され、前記スイッチング回路における前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路、及び
前記整流平滑回路の出力側に接続された第１の負荷装置、
を具備する共振型スイッチング電源装置であって、
当該共振型スイッチング電源装置の出力に応じて前記制御回路により前記第１の負荷装置の負荷値を調整するよう構成されている。
【００１１】
本発明に係る第２の観点の共振型スイッチング電源装置は、
直流電力を出力する電源回路、
前記電源回路の直流電力が入力され、相補的にスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路、
前記スイッチング回路の出力が入力され、第１の共振用コンデンサと共振用コイルとの直列接続素子と、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスの１次巻き線と並列に接続された第２の共振用コンデンサとを有する共振回路、
前記スイッチングトランスの２次側出力が入力され、整流平滑されて出力する整流平滑回路、
前記スイッチングトランスの１次巻き線に流れる電流値と実質的に同じ電流値が流れる１次巻き線を有する検出トランスと、前記検出トランスの２次側出力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力を電圧変換する電流電圧変換回路とを有する電流検出回路、
前記電源回路と前記整流平滑回路と前記電流検出回路からの各出力が入力され、前記スイッチング回路における前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路、
前記整流平滑回路の出力の負側に正極が接続された調整電源、及び
前記調整電源の負極と前記整流平滑回路の出力の正側との間に接続された第２の負荷装置、
を具備する共振型スイッチング電源装置であって、
当該共振型スイッチング電源装置の出力に応じて前記制御回路により前記第２の負荷装置の負荷値を調整するよう構成されている。
【００１２】
本発明に係る第３の観点の共振型スイッチング電源装置は、
負荷に供給される出力に応じてスイッチング周波数を制御して直流出力を出力する共振型スイッチング電源装置において、
複数のスイッチング素子をスイッチング周波数でスイッチング動作するスイッチング回路、
前記スイッチング回路の出力が入力され、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスに対して直列に接続された第１の共振部と、前記スイッチングトランスに対して並列に接続された第２の共振部とを有する共振回路、
前記スイッチングトランスの出力を整流し平滑する整流平滑回路、
前記整流平滑回路からの直流出力電圧を検出する電圧検出回路、
前記スイッチングトランスの１次側巻き線に流れる電流から負荷電流を検出する電流検出回路、及び
前記電圧検出回路と電流検出回路の各出力に応じて前記スイッチング回路のスイッチング周波数を制御する制御回路、
を具備する共振型スイッチング電源装置であって、
第１の共振部は前記スイッチング回路の出力に接続された第１の共振用コンデンサと共振用コイルとの直列接続素子で構成され、第２の共振部は前記スイッチングトランスの一次巻き線に並列に接続された第２の共振用コンデンサで構成され、
直流負荷電流が大きい場合の共振周波数特性は、前記第１の共振部の直列接続素子により形成され、直流負荷電流が小さい場合の共振周波数特性は、前記第１の共振部とともに前記第２の共振部の第２の共振用コンデンサ及び前記スッチングトランスにより形成されるよう構成され、
負荷に出力を供給するための直流出力端子間に第１の負荷装置を設け、前記第１の負荷装置が負荷に対する最大出力供給電力の０．１から０．２％の範囲内のダミー負荷量を有する。
【００１３】
本発明に係る第４の観点の共振型スイッチング電源装置は、
負荷に供給される出力に応じてスイッチング周波数を制御して直流出力を出力する共振型スイッチング電源装置において、
複数のスイッチング素子をスイッチング周波数でスイッチング動作するスイッチング回路、
前記スイッチング回路の出力が入力され、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスに対して直列に接続された第１の共振部と、前記スイッチングトランスに対して並列に接続された第２の共振部とを有する共振回路、
前記スイッチングトランスの出力を整流し平滑する整流平滑回路、
前記整流平滑回路からの直流出力電圧を検出する電圧検出回路、
前記スイッチングトランスの１次側巻き線に流れる電流から負荷電流を検出する電流検出回路、及び
前記電圧検出回路と電流検出回路の各出力に応じて前記スイッチング回路のスイッチング周波数を制御する制御回路、
を具備する共振型スイッチング電源装置であって、
前記共振回路が、スイッチングトランスと、前記スイッチングトランスの１次側巻き線に直列に接続された第１の共振部と、前記スイッチングトランスの１次側巻き線に並列に接続された第２の共振部とを有し、
負荷に出力を供給するための直流出力端子間に第２の負荷装置を設け、前記第２の負荷装置に対して負の電圧を供給する調整電源を直列接続し、前記第２の負荷装置のダミー負荷量を前記制御回路により調整するよう構成されている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の共振型スイッチング電源装置によれば、出力電圧を広範囲に可変する場合においても、負荷に対して安定した出力電圧の供給を行うことができ、かつ電力損失の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る共振型スイッチング電源装置の好適な実施の形態について添付の図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明に係る実施例１の共振型スイッチング電源装置の構成を示す回路図である。
図１において、ＡＣ整流部３はノイズフィルタ２を介して商用電源１に接続されており、このＡＣ整流部３からの整流された出力は平滑コンデンサ４により平滑されている。この平滑コンデンサ４により得られた直流出力は、相補的にスイッチング動作するスイッチング素子５Ａ，５Ｂを有するスイッチング回路５に供給される。このスイッチング回路５の出力は、変圧器であるスイッチングトランス７の１次巻線７Ａ、２つの共振用コンデンサ６Ａ，６Ｂ、及び共振用コイル６Ｌで構成されている共振回路６に供給される。
【００２４】
上記スイッチングトランス７の２次巻線７Ｂには、ダイオード８Ａ，８Ｂ、コンデンサ１０、及び電圧検出回路である抵抗１１により構成された整流・平滑回路９が接続されている。この整流・平滑回路９には上記スイッチング回路５のスイッチング動作を制御する制御回路２０が接続されている。また、整流・平滑回路９には外部に直流出力を供給する出力端子１２Ａ，１２Ｂが設けられている。
【００２５】
図１に示すように、共振回路６においては第１の共振用コンデンサ６Ａに共振用コイル６Ｌが直列に接続されており、且つ、トランス７の１次巻線７Ａに並列に第２の共振用コンデンサ６Ｂが接続されている。直列接続された第１の共振用コンデンサ６Ａと共振用コイル６Ｌの値は、主に負荷が重い場合、即ち、直流出力負荷電流が大きい場合、実施例１の共振型スイッチング電源装置において使用するスイッチング周波数範囲における低いスイッチング周波数に対応して設定される。また、スイッチングトランス７の１次巻線７Ａに並列に接続された第２の共振用コンデンサ６Ｂの値は、負荷が軽い場合、即ち、直流出力負荷電流が小さい場合、実施例１の共振型スイッチング電源装置において使用するスイッチング周波数範囲における高いスイッチング周波数に対応して設定される。
【００２６】
実施例１の共振型スイッチング電源装置の共振回路６における各要素の設定値の具体的な一例としては、第１の共振用コンデンサ６Ａが０．０２２μＦであり、共振用コイル６Ｌが１５７μＨであり、第２の共振用コンデンサ６Ｂが０．０２２μＦである。そして、実施例１の共振型スイッチング電源装置において、直流出力電圧を４０Ｖから０．４Ｖまで可変にする場合、スイッチング周波数範囲における低い方のスイッチング周波数が約８５ｋＨｚ、高い方のスイッチング周波数が約１２０ｋＨｚである。
【００２７】
なお、高い方のスイッチング周波数をより高く設定して、後述するダミー負荷として負荷装置２１を設けることにより、実際に動作するスイッチング周波数を低くして、所定のスイッチング周波数の範囲内で動作させることも可能である。
【００２８】
実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、低い方の共振周波数が約８５ｋＨｚ、高い方の共振周波数が約１２０ｋＨｚであり、負荷電流、負荷電圧、及びスイッチングトランス７への入力電圧に応じて、そして各要素の特性を総合した共振周波数特性に応じて、スイッチングトランス７を介して整流・平滑回路９に電力が入力され、所望の直流出力が負荷に供給される。
【００２９】
実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、第１の共振用コンデンサ６Ａと共振用コイル６Ｌにより、低い方の共振周波数である約８５ｋＨｚにおいて共振ピークが形成されている。また、第１の共振用コンデンサ６Ａと共振用コイル６Ｌの他に、スイッチングトランス７に並列に接続された第２の共振用コンデンサ６Ｂとスッチングトランス７により、高い方の共振周波数である約１２０ｋＨｚにおいて共振ピークが形成されている。図２は実施例１の共振型スイッチング電源装置において形成される共振周波数特性の一例を示す波形図である。図２において、縦軸が電圧［Ｖ］であり、横軸が周波数［ｋＨｚ］である。図２に示す波形図において、直流負荷電流が大きい場合の共振周波数特性においては８５ｋＨｚに共振ピークがある。また、直流負荷電流が小さい場合の共振周波数特性においては１２０ｋＨｚに共振ピークがある。このように、実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、負荷の大きさにより共振周波数特性が変わる。
【００３０】
直流負荷電流が大きい場合の共振周波数特性は、主に第１の共振用コンデンサ６Ａと共振用コイル６Ｌとの直列接続素子の特性により決定される。また、直流負荷電流が小さい場合の共振周波数特性は、第１の共振用コンデンサ６Ａと共振用コイル６Ｌの他に、スイッチングトランス７に並列に接続された第２の共振用コンデンサ６Ｂとスッチングトランス７の特性により決定される。
【００３１】
直流負荷電流が大きい場合、共振周波数特性における低い方の共振ピークが形成されるのは、スイッチングトランス７のインピーダンスが低く、第１の共振用コンデンサ６Ａと共振用コイル６Ｌの直列接続素子が主となって約８５ｋＨｚの共振ピークを形成するからである。また、直流負荷電流が小さい場合、共振周波数特性における高い方の共振ピークが形成されるのは、スイッチングトランス７のインピーダンスが寄与してくるため、スイッチングトランス７と並列接続された第２の共振用コンデンサ６Ｂのインピーダンスが関与し、第１の共振用コンデンサ６Ａと共振用コイル６Ｌとの直列接続素子とともに第２の共振用コンデンサ６Ｂとスイッチングトランス７との並列接続素子との合成インピーダンスにより約１２５ｋＨｚで共振ピークを形成するからである。
【００３２】
本発明においては、共振回路６において実際に使用する共振周波数の帯域は、出力特性の安定性などを考慮して最大周波数と最小周波数の周波数比を１．２から２．５の範囲内となるように制御を行うことが好ましい。例えば、約６０ｋＨｚから１５０ｋＨｚまでの範囲内の周波数帯域の特性を利用するのが好ましい。さらに好ましくは、前述のように、８５ｋＨｚから１２０ｋＨｚまでの範囲内の周波数帯域の特性を利用するのが良く、この場合の周波数比は１．４となる。したがって、使用する共振用コンデンサ、共振用コイルの値を上記設定値以外でも、周波数比が約１．４程度となる範囲を使用領域として選択すれば安定して制御することができる。
【００３３】
実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、出力電圧が高い場合であって、負荷が重い場合（直流負荷電流が大きい場合）から負荷が最も軽い場合（直流負荷電流が最小の場合）までの広い範囲、即ち、負荷への直流出力電力が大きい場合から出力電圧が低く、直流出力負荷電流が小さい場合までの広い範囲の変化に対して、負荷に応じて異なる共振ピークを有する周波数特性を有する装置を実現している。したがって、実施例１の共振型スイッチング電源装置は、負荷に応じて異なるピークを有する共振周波数特性を有し、共振回路６等の各要素の特性を総合した共振周波数特性は広帯域となる。この結果、実施例１の共振型スイッチング電源装置は、１つのピークのみを有する共振周波数特性の場合より安定的にスイッチング周波数を変化させて、直流出力を安定的に出力することができる。
【００３４】
なお、実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、要求された直流負荷電力に応じて、第２の共振用コンデンサ６Ｂの値を選択することにより１つの共振ピークを有する１つの共振周波数特性を有する装置とすることも可能である。
【００３５】
本発明の実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、負荷の変化に応じて周波数特性のピーク位置が変化するよう構成されており、スイッチングトランス７の２次側の負荷をも含めて総合的に共振周波数特性を広帯域に設定することにより、負荷が重く直流出力負荷電流が大きい場合から（出力電力が大）、負荷が軽く直流出力負荷電流が小さい場合（出力電力が小）まで、広帯域化された共振周波数特性に応じて所望の直流電力を出力することができる。この結果、スイッチングトランス７を大型化せずに、安定的に、スイッチング周波数を制御して負荷に直流電力を供給することができる。
【００３６】
図１に示すように、本発明の実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、出力端子１２Ａ，１２Ｂ間に第１の負荷装置２１が接続されている。また、第２の負荷装置２５は出力端子１２Ａと出力端子１２Ｂとの間に電源２６を介して接続されている。電源２６の正極がアース側の出力端子１２Ｂに接続されており、電源２６の負極が第２の負荷装置２５を介して他方の出力端子１２Ａに接続されている。第１の負荷装置２１及び第２の負荷装置２５は可変抵抗型であり制御回路２０により負荷値である抵抗値を制御するよう構成されている。
【００３７】
また、本発明の実施例１の共振型スイッチング電源装置において、外部コントロール端子２４により入力される制御信号は、制御回路２０の制御入力端子「Ｖｃｎｔ  ＩＮ」に接続されている。第１の負荷装置２１及び第２の負荷装置２５は、それぞれ制御回路２０の出力端子「Ｖｃｎｔ  ＯＵＴ１」，「Ｖｃｎｔ  ＯＵＴ２」に接続されている。
【００３８】
第１の負荷装置２１は、ダミー負荷として使用するものである。直流出力電圧が低く、且つ負荷が軽い場合において、スイッチング周波数を上昇させるより、ダミー負荷を使用するほうが、安定した出力電圧が得られるため、本発明の実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、第１の負荷装置２１が用いられている。
【００３９】
実施例１の共振型スイッチング電源装置の具体的な一例として、最高出力電圧が４０Ｖ及び出力電流が２０Ａの場合について説明する。共振用コンデンサ６Ａが０.０２２μＦであり、共振用コイル６Ｌが１５７μＨであり、共振用コンデンサ６Ｂが０.０２２μＦである共振回路６において、出力電圧を４０Ｖから０．４Ｖに可変した場合、制御回路２０から出力されるスイッチング周波数は約６０ｋＨｚから約８４０ｋＨｚとなる。このように構成された共振回路６では、スイッチング周波数が約８４０ｋＨｚとなり、最高スイッチング周波数が高くなりすぎるため、実用的ではない。そこで、出力電圧の両端にダミー負荷として最大直流出力４０［Ｖ］×２０［Ａ］＝８００［ＶＡ］の０．１％から０．２％程度のダミー負荷を設ける。例えば、０．１％（＝０．８ＶＡ＝０．４Ｖ×２Ａ）程度の直流出力を有するダミー負荷を付加すると、スイッチング周波数としては約３００ｋＨｚとなり、実用的な周波数とになる。
当然、出力電圧が０.４Ｖ以外の場合であっても、その出力電圧に対応するスイッチング周波数を実用的な周波数範囲とするようにダミー負荷を付加することができる。
【００４０】
実施例１の共振型スイッチング電源装置における第１の負荷装置２１には、以下に述べる機能を有する。外部コントロール端子２４に入力された制御信号により、出力電圧を低下させていく時、負荷電流が０Ａの場合には、平滑コンデンサ１０等の影響により、応答性が悪くなる。そこで、出力電圧が目標電圧に達するまでは、第１の負荷装置２１により負荷を増加することにより、外部コントロール端子２４からの信号に対して、ほぼ瞬時に、且つ安定して出力電圧を低下させることが可能となる。即ち、負荷が軽い場合には、スイッチング周波数を高くせずに、且つ応答性を改善するために、第１の負荷装置２１の抵抗値を制御することにより対応することが可能である。
【００４１】
また、実施例１の共振型スイッチング電源装置における第２の負荷装置２５には、以下の述べる機能を有する。第１の負荷装置２１の負荷制御により出力電圧を限りなく０Ｖにすることは可能であるが、０Ｖが最低設定電圧値である為、装置内の構成部品等のバラツキなどによっては、出力電圧が０Ｖまで達しない場合がある。そのような場合において、第２の負荷装置２５の一端に負電圧を印加して、第２の負荷装置２５の負荷を調節することにより、出力電圧を０Ｖまで下げることが可能となる。即ち、第２の負荷装置２５からの出力を負電圧まで可変できるよう構成されているため、装置の構成部品等のバラツキがあっても、完全に出力電圧を０Ｖまで下げることが可能となる。
【００４２】
以上のように、実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、負の電圧を印加する調整電源である電源２６が第２の負荷装置２５に直列に接続されているため、第２の負荷装置２５の負荷を調整することにより、確実に直流出力電圧を０Ｖにすることができる。なお、実施例１の共振型スイッチング電源装置の構成においては、第１の負荷装置２１と第２の負荷装置２５との２つのブロックで構成した例で説明したが、１つのユニットにまとめて構成することも可能である。
【００４３】
実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、出力端子１２Ａからの直流出力電圧が抵抗１１を介して制御回路２０の端子「Ｖ−ＦＢ」に入力されている。このように、直流出力電圧が制御回路２０の端子「Ｖ−ＦＢ」に入力されているため、制御回路２０において直流出力電圧の変動を検出して、スイッチング周波数を制御している。このように、実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、電圧帰還回路が構成されている。
【００４４】
次に、実施例１の共振型スイッチング電源装置における電流検出回路１６について説明する。
電流検出回路１６はスイッチングトランス７の１次巻線７Ａに流れる電流を検出し、制御回路２０に供給している。具体的には、スイッチングトランス７の１次巻線７Ａに流れる電流をＩａとすると、スイッチングトランス７に直列接続された電流検出用の検出トランス１７の１次巻線１７Ａにも実質的に同じＩａの電流が流れる。例えば検出トランス１７の巻数比が１００：１とすると、検出トランス１７の２次巻線１７ＢにはＩａ／１００の電流が流れる。この２次巻線１７Ｂに流れる電流Ｉａ／１００は、電流電圧変換回路である抵抗１９により電圧に変換され、制御回路２０の端子「Ｏｃｖ」に供給される。制御回路２０は端子「Ｏｃｖ」に入力される電圧値に基づき電流検出を行う。ここで行われる電流検出は、主に過電流検出を行うものである。制御回路２０において、所定の過電流を検出すると電流制限モードに入り、電流制限を行う。
【００４５】
電流検出回路１６から出力された電圧は、コンデンサ２２と抵抗２３の直列接続素子を介して電圧帰還回路に入力されている。即ち、電流検出回路１６の出力は、電圧検出回路である抵抗１１から制御回路２０の端子「Ｖ−ＦＢ」へのラインに接続されている。このように、コンデンサ２２と抵抗２３の直列接続素子を介して電流検出回路１６からの出力を抵抗１１により構成された電圧帰還回路に入力するよう構成されている。このため、電圧による制御に電流による制御を加算（位相の違いによっては減算）する構成となっている。このように構成することにより、図１に示した実施例１の共振型スイッチング電源装置は、出力電圧の安定性を向上させることが可能となる。
【００４６】
出力すべき設定電圧を急激に可変した場合等において、図４に示した従来の共振型スイッチング電源装置では、電圧帰還回路のみで制御しているため、設定電圧よりオーバーシュート又はアンダーシュートを起こし、安定度が悪い場合がある。そこで、実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、電流検出回路１６により検出した電流を電圧変換して、その電圧をコンデンサ２２と抵抗２３を介して電圧帰還回路に加算して制御回路２０の端子「Ｖ−ＦＢ」に接続されている。
したがって、本発明に係る実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、電圧を検出して制御することに加え、電流も同時に検出して制御する構成であるため、より精度の高い制御を行うことが可能となる。この結果、実施例１の共振型スイッチング電源装置は、設定電圧よりのオーバーシュート又はアンダーシュートを無くし、出力電圧の安定性を向上させることが出来る。
【００４７】
なお、実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、コンデンサ２２と抵抗２３を直列接続させた構成であるが、コンデンサのみ又は抵抗のみの構成や、若しくはコイル等に置き換えてもほぼ同等の性能が得られる。
【００４８】
実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、平滑コンデンサ４の両端が制御回路２０の入力端子「Ｖｉｎ」に接続されて、入力電圧が制御回路２０により監視されるよう構成されている。実施例１の共振型スイッチング電源装置において、スイッチングトランス７の入力側の電圧の制御は、あらかじめ定められた電圧から外れた場合、制御回路２０により第１のスイッチング素子５Ａと第２のスイッチング素子５Ｂのスイッチング周波数を制御することにより行っており、電源装置としての安全性の向上が図られている。
【００４９】
以上のように、実施例１の共振型スイッチング電源装置においては、第１の共振用コンデンサ６Ａに直列に共振用コイル６Ｌを接続し、且つスイッチングトランス７の１次巻線７Ａに並列に第２の共振用コンデンサ６Ｂを接続する構成を有している。このように構成されているため、実施例１の共振型スイッチング電源装置は、出力電圧が高く且つ電流も大きい場合、即ち供給すべき負荷電力が大きい場合と、出力電圧が低く且つ電流も小さい場合、即ち供給すべき負荷電力が小さい場合において、複数の異なるピークを有する共振周波数特性を有している。この結果、実施例１の共振型スイッチング電源装置は、負荷に対して安定した出力電力を供給できる共振型スイッチグ電源装置を提供することができる。
【００５０】
なお、実施例１の共振型スイッチング電源装置の構成において、第２の共振用コンデンサ６Ｂを省略（又は共振用コンデンサ６Ｂに追加）してスイッチングトランス７の２次側巻線７Ｂに並列に共振用コンデンサを接続して、その値を所望の値に設定して使用する構成においても、実施例１の共振型スイッチング電源装置とほぼ同様の特性が得られる。図３は本発明の共振型スイッチング電源装置の他の構成を示す回路図である。図３に示すように、この共振型スイッチング電源装置は、図１に示した共振型スイッチング電源装置の構成から第２の共振用コンデンサ６Ｂが削除され、新たにスイッチングトランス７の２次側出力に第３の共振用コンデンサ６Ｃと第４の共振用コンデンサ６Ｄが設けられた例である。図３に示した共振型スイッチング電源装置の構成においても、前述の図１に示した実施例１の共振型スイッチング電源装置と同様の特性、及び効果が得られる。
【００５１】
更に、実施例１の共振型スイッチング電源装置の構成において、商用電源１、ノイズフィルタ２、ＡＣ整流部３に加えてアクティブフィルタ回路を接続することにより、商用電源がマルチタイプの共振電源装置が可能であり、且つ入力電圧が安定している為、出力電圧が更に安定した性能が得られる。
本発明に係る共振型スイッチング電源装置は、出力電圧を広範囲に可変可能で、且つ負荷に対して安定した出力電圧の供給を有し、汎用で小型の可変型安定化電源等として優れた効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る共振型スイッチング電源装置は、出力電圧を広範囲に可変可能で、且つ負荷に対して安定した出力電圧の供給を有しており有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は本発明に係る実施例１における共振型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２は実施例１の共振型スイッチング電源装置において形成される共振周波数特性の一例を示す波形図である。
【図３】図３は本発明に係る共振型スイッチング電源装置の他の構成を示す回路図である。
【図４】図４は従来の共振型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】
【００５４】
１  商用電源
２  ノイズフィルタ
３  ＡＣ整流部
４  平滑コンデンサ
５  スイッチング回路
５Ａ、５Ｂ  スイッチング素子
６  共振回路
６Ａ、６Ｂ  共振用コンデンサ
６Ｌ  共振用コイル
７  スイッチングトランス
７Ａ  １次巻線
７Ｂ  ２次巻線
８Ａ、８Ｂ  整流ダイオ−ド
９  整流・平滑回路
１０  平滑コンデンサ
１１  抵抗
１２Ａ，１２Ｂ  出力端子
１６  電流検出回路
１７  検出トランス
１８Ａ、１８Ｂ  ダイオ−ド
２０  制御回路
２１  第１の負荷装置
２２  コンデンサ
２３  抵抗
２４  外部コントロール端子
２５  第２の負荷装置
２６  電源
【図１】
0004762134.tif 000002
【図２】
0004762134.tif 000003
【図３】
0004762134.tif 000004
【図４】
0004762134.tif 000005