(57)【要約】【課題】ポータブルラジオやラジカセ（カセット録音テープ内蔵ラジオ）など、ラジオ受信機が内蔵された電子機器は、ノイズ発生が発生するために、スイッチング方式の電源回路は採用されない。珪素鋼板トランスのリニア方式が採用されている。  この珪素鋼板トランスのリニア方式は、待機時の消費電力を１Ｗ以下にすることが困難であった。このリニア方式の変換効率は４５％程度で悪かった。このリニア方式は交流電源の電圧が変動すると、負荷の直流電圧も比例して変動していた。【解決手段】正弦波の波形に近い電圧であるところの共振電圧成分と、直流電圧成分の電圧で動作させることで、発生ノイズを抑えたスイッチング電源回路。【効果】待機時の消費電力は０．３Ｗ以下に改善できる。変換効率は８０％以上に改善できる。交流電源が±１０％変動しても、負荷の電圧変動は±１％以内に安定できる。【選択図】図１
2009273341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を直流電圧に変換する電源回路において、ダイオードとコンデンサで構成の１次の整流平滑回路と、半導体スイッチと、リーケージトランスと、ダイオードとコンデンサで構成の２次の整流平滑回路を備えて、前記リーケージトランスの１次巻線電圧が、正弦波に近い電圧で動作することを特徴とした電源回路。
【請求項２】
誤差信号を増幅してパルス幅信号に変換する機能を有した制御回路を備えて、負荷電圧を安定化したことを特徴とする請求項１の電源回路。
【請求項３】
順位相と逆位相の２つ以上の２次巻線を有したリーケージトランスを備えることを特徴とする請求項１の電源回路。
【請求項４】
リーケージトランスの１次巻線にコンデンサを並列接続したことを特徴とする請求項１の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ポータブルラジオやラジカセ（カセット録音テープ内蔵ラジオ）のラジオ受信機が内蔵された電子機器など、ノイズ電波に敏感な機器に使用されている電源回路である。高調波ノイズを発生せずに、待機時消費電力を改善した電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、従来の電源のブロック回路図（図２）のスイッチング式の電源回路が採用されることが多い。
従来のスイッチング式の電源回路は、軽量、小型、高効率、低損失の利点があるものの、トランスの電圧に高調波を多く含んでいるため、ＡＭラジオ受信機内蔵機器には採用できずに、非スイッチング式の電源回路を採用していた。
しかし、非スイッチング方式の電源回路は、重く、大きく、効率が悪く、損失が多く、待機時でも消費電力が多いなどの問題があった。近年、特に環境問題より、待機時を含めて低損失の電源回路を強く求められている。【０００３】  図２に、従来の電源回路のブロック図を示す。交流電源８の電圧を、整流平滑回路９と半導体スイッチ１０とパルストランス１１と整流平滑回路１２で構成するスイッチング電源回路で、直流電圧を負荷１３に電力を供給する。
交流電源８の電圧を、ダイオードとコンデンサで構成した整流平滑回路９で、直流電圧に変換する。この直流電圧は半導体スイッチ１０を経由してパルストランス１１に接続する。半導体スイッチ１０が約５０ｋＨｚで開閉すると、パルストランス１１に半導体スイッチ１０の開閉周波数の交流電圧が発生する。
この交流電圧をパルストランス１１で変圧して、整流平滑回路１２で直流電圧に変換して、負荷１３に供給する。負荷１３の電圧を検知して、半導体スイッチ１０の開閉を制御すれば、負荷１３の電圧は安定する。【０００４】  図５に、従来の電源回路図を示す。図２と比較する。交流電源３７は、交流電源８である。ブリッジ構成のダイオード３８〜４２とコンデンサ４３は。整流平滑回路９である。半導体スイッチ４８は、半導体スイッチ１０である。抵抗４５とコンデンサ４６とダイオード４７は、余分な電圧を吸収するためのスナバー回路である。
トランス５２は、パルストランス１１である。ダイオード５３とコンデンサ５４は、整流回路１２である。負荷５５は、負荷１３である。
抵抗４４とダイオード５１とコンデンサ５０と集積回路４９は、負荷５５の電圧を安定化するための制御回路である。
図６を用いて、図５の動作を説明する。波形５６は半導体スイッチ４８のドレイン−ソース間電圧である。波形５７は半導体スイッチ４８のゲート−ソース間電圧である。波形５８は半導体スイッチ４８のドレイン電流である。波形５９はダイオード５３の電流である。波形６０は、トランス５２の２次巻線電圧をダイオード５３で整流した電圧である。【０００５】  ダイオード３８〜４２とコンデンサ４３の働きで、交流電源３７の電圧を直流電圧に変換する。コンデンサ４３の直流電圧を半導体スイッチ４８の開閉動作でトランス５２の１次巻線に波形５６の矩形波電圧を加える。
半導体スイッチ４８が閉しているとき、トランス５２は黒点が正の電圧になり、半導体スイッチ４８のドレイン電流は、波形５８の通り、トランス５２の１次巻線の励磁電流でもあり、時間に比例して上昇する電流である。半導体スイッチ４８が開すると、トランス５２の励磁電流は流れ続けようと、逆起電力で黒点が負の電圧が発生するため、トランス５２の２次巻線にダイオード５３を通して、コンデンサ５４と負荷５５に電流が転流する。【０００６】  このとき、トランス５２の構造上、１次巻線と２次巻線の結合は完全でないために、１次巻線に鋭く高い電圧が発生する。この鋭く高い電圧を吸収して、半導体スイッチ４８を保護するために、抵抗４５とコンデンサ４６とダイオード４７のスナバー回路がある。半導体スイッチ４８が開閉を続けると、コンデンサ５４と負荷５５の電圧が上昇する。トランス５２には補助巻線があり、ダイオード５１とコンデンサ５０にも同時に、トランス５２の逆起電力により、電流が転流する。その結果、コンデンサ５０の電圧は、コンデンサ５４の電圧に比例する。コンデンサ５０の電圧は、集積回路４９に電力を供給する。【０００７】  集積回路４９はコンデンサ５０の電圧を検知して、基準電圧と比較して、その誤差を増幅した信号をパルス幅信号に変換して、半導体スイッチ４８のゲートを駆動する。コンデンサ５０の電圧が基準電圧より高いとき、パルス幅信号は、狭くなるため、半導体スイッチ４８の閉時間が短くなり、トランス５２の励磁電流が少なくなる。この動作で、コンデンサ５０の電圧は、基準電圧に近い値に安定する。補助巻線と２次巻線は同じトランス５２の巻線であり、コンデンサ５０の電圧とコンデンサ５４の電圧は比例するため、コンデンサ５４の電圧と同じ負荷５５の電圧が安定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  従来のスイッチング電源回路は、シリーズドロッパ回路などのリニア動作電源に比較して、小型、軽量、高効率であるため、近年、採用する機器が増えている。
しかし、従来スイッチング電源回路は、半導体スイッチの開閉が原因で、不要な高調波ノイズを発生している。この高調波ノイズは、電源線などに伝導して伝わり、妨害電波として放射することで、ラジオ受信機に雑音として妨害していた。
また、デジタル機器に飛び込み誤動作させるなど、障害を与えていた。このため、高感度受信機や高機能オーディオ装置などには、従来のスイッチング電源回路は採用できなかった。【０００９】  近年、省エネルギー、省電力の要求が強まり、待機時の消費電力と変換効率の値を国際規格で「０．３Ｗ以下」に規制することになる。この規制値「０．３Ｗ」は従来のスイッチング電源回路でも厳しい値である。リニア動作（非スイッチング式）の電源回路は、この規制値を満足させることは不可能な値である。
特に、待機時の消費電力は、無負荷でも、トランスの１次巻線に交流電源が印加されているため、トランスの鉄損と励磁電流の銅損があり、１Ｗ以下は困難であった。従来のスイッチング電源回路は、トランスの電圧が正弦波でなく、矩形波電圧であったために、高調波電圧が多く含まれていた。この高調波電圧はノイズとして、周辺機器に、悪影響を与えていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明はトランスの１次巻線と２次巻線間の、リーケージインダクタンスを大きくした構造のリーケージトランスを採用することで、１次巻線電圧は、高調波成分が少ない電圧で動作させることができる。このため、高調波ノイズの発生を少ないスイッチング式の電源回路である。スイッチング式であるため、待機時の消費電力を軽減するとともに、負荷電圧も安定できるなどの特徴である電源回路を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】  本発明の伝導ノイズと不要輻射ノイズの測定値は、リーケージトランスの１次巻線の動作電圧は、近似正弦波の１周期と直流電圧成分の構成電圧であるため、高調波成分が極端に少ない電圧である。このため、従来のスイッチング電源回路と異なり、発生ノイズは、従来の非スイッチング式の電源回路に近い値である。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００１２】  図１に、本発明によるブロック回路図を示す。交流電源１の電圧を、整流平滑回路２と半導体スイッチ３とリーケージトランス５と整流平滑回路６で構成するスイッチング電源回路で、直流電圧に変換して負荷７に電力を供給する。
交流電源１の電圧を、ダイオードとコンデンサで構成した整流平滑回路２で、直流電圧に変換する。この直流電圧は半導体スイッチ３を経由して、リーケージトランス５に接続する。半導体スイッチ３が約５０ｋＨｚで開閉すると、リーケージトランス５に半導体スイッチ３の開閉周波数で交流電圧が発生する。
ここで、リーケージトランス５の１次巻線は電圧共振する。リーケージトランス５の２次巻線で変圧して、整流平滑回路６で直流電圧に変換して、負荷７に供給する。【００１３】  本発明実施例の回路図の図３と、本発明によるブロック回路図の図１を比較する。交流電源１４は、交流電源１である。ダイオード１５〜１８とコンデンサ１９は、整流平滑回路２である。半導体スイッチ２２は、半導体スイッチ３である。リーケージトランス２６は、リーケージトランス５である。ダイオード２７とダイオード２８とコンデンサ２９は、整流平滑回路６である。負荷３０は、負荷７である。抵抗２０とコンデンサ２５とダイオード２４と集積回路２３は、電圧安定化の制御回路である。コンデンサ２１は、共振用コンデンサである。【００１４】  図４に、本発明の動作説明チャート図を示す。波形３１は、半導体スイッチ２２のドレイン−ソース間電圧である。波形３２は、半導体スイッチ２２のゲート−ソース間電圧である。波形３３は、コンデンサ２１の電流である。波形３４は、半導体スイッチ２２のドレイン電流である。波形３５は、ダイオード２７の電流である。波形３６は、ダイオード２８の電流である。波形３１は、共振電圧（正弦波）に近い電圧で動作できる。共振電圧を妨げないために、リーケージトランス２６を備えている。リーケージトランス２６の１次巻線２６１とコンデンサ２１は、共振動作しているので、正弦波に近い電圧である。【００１５】  図４の動作説明チャート図を用いて、図３の本発明実施例回路図の動作を説明する。
交流電源１４の電圧をブリッジ構成のダイオード１５〜１８で全波整流してコンデンサ１９で平滑することで、直流電圧に変換する。半導体スイッチ２２が閉すると、コンデンサ１９の直流電圧が、コンデンサ２１とリーケージトランス２６の１次巻線２６１に印加されている。このとき、１次巻線２６１には、黒点が正の電圧が印加される。２次巻線２６２、２６３と補助巻線２６４にも、黒点が正の電圧が発生するものの、１次巻線２６１との間に、リーケージインダクタンスが存在するため、ダイオード２７の電流は、波形３５の通り、時間に比例して上昇する。【００１６】  同様に、半導体スイッチ２２の電流も、波形３４の通り、時間に比例して上昇する。波形３６は、リーケージトランス２６の２次巻線の逆起電力による電流を、ダイオード２８を経由してコンデンサ２９へ流している。半導体スイッチ２２のゲート端子電圧が低下して、閾値電圧まで降下したときに、半導体スイッチ２２が開する。半導体スイッチ２２が開すると、リーケージトランス２６の１次巻線２６１の電流は流れ続けようと、コンデンサ２１に転流することで、波形３１の通り、電圧が変化する。リーケージトランス２６の１次巻線２６１のインダクタンスとコンデンサ２１の共振電圧を示す。【００１７】  コンデンサ２５は、リーケージトランス２６の補助巻線２６４より、ダイオード２４を経由して接続している。集積回路２３は、コンデンサ２５の電圧を検知して、集積回路２３内部の基準電圧と比較して、その誤差増幅信号をパルス幅信号に変換して、半導体スイッチ２２のゲートを駆動する。コンデンサ２５の電圧が、基準電圧より低いときは、パルス幅を広くする。パルス幅が広くなれば、半導体スイッチ２２が閉する時間が長くなる。半導体スイッチ２２の閉時間が長くなれば、半導体スイッチ２２のドレイン電流が増える。半導体スイッチ２２のドレイン電流が増えると、リーケージトランス２６の電圧が高くなる。リーケージトランス２６の電圧が高くなれば、補助巻線２６４の電圧も高くなる。その結果、コンデンサ２５の電圧も高くなる。【００１８】  また、コンデンサ２５の電圧が基準電圧より高いときは、パルス幅を狭くする。パルス幅が狭くなれば、半導体スイッチ２２が閉する時間が短くなる。半導体スイッチ２２の閉時間が短くなれば、半導体スイッチ２２のドレイン電流が減る。半導体スイッチ２２のドレイン電流が減ると、リーケージトランス２６の電圧が低くなる。リーケージトランス２６の電圧が低くなれば、補助巻線２６４の電圧も低くなる。その結果、コンデンサ２５の電圧は低くなる。
上記ように制御するため、コンデンサ２５の電圧は、基準電圧に近い値に安定する。【００１９】  リーケージトランス２６の２次巻線２６２と補助巻線２６４の電圧は、比例しているため、コンデンサ２９の電圧は、コンデンサ２５の電圧に比例するため、コンデンサ２９の電圧も安定する。２次巻線２６３とダイオード２８は、逆起電力をコンデンサ２９へ転流させるためにある。２次巻線２６３とダイオード２８が無いと、ダイオード２７とダイオード２４に過大電圧が印加される。【００２０】  リーケージトランス２６の構造例を図７に示す。
Ｅ型コア６２に、１次巻線の巻線６５を巻く。Ｅ型コア６４に、２次巻線と補助巻線の巻線６６を巻く。巻線６５は、図３の１次巻線２６１である。巻線６６は、図３の２次巻線２６２と２次巻線２６３と補助巻線２６４である。巻線６５と巻線６６の間のＩ型コア６３とギャップ６７がある。Ｉ型コア６３は、漏れ磁束（リーケージ）の磁路用である。このため、Ｉ型コア６３の断面積は、Ｅ型コア６２、６３の断面積より、少ない必要がある。条件によっては、Ｉ型コア６３は、不要である。ギャップ６７は、巻線６５と巻線６６の間に必要な磁気抵抗を作っている。図７のような、リーケージトランスを使用しなくても、一般的トランスの２次巻線に直列にインダクタを接続し構成すれば、同様な効果が得られる。【００２１】  次に、図８の本発明実施例回路図の動作を説明する。交流電源６８（１４）と、ダイオード６９〜７２（１５〜１８）と、コンデンサ７３（１９）と、抵抗７４（２０）と、半導体スイッチ７６（２２）と、ダイオード７９（２４）と、コンデンサ７７（２５）と、リーケージトランス８０（２６）と、ダイオード８２（２７）と、ダイオード８３（２８）と、コンデンサ８４（２９）と、負荷８５（３０）は、図３と同じ構成で同じ動作をする。上記の（）内は、図３の番号を示している。【００２２】  定電圧ダイオード８７は、基準電圧である。コンデンサ８４の電圧が、定電圧ダイオード８７のツェナー電圧より高いときは、抵抗８６と定電圧ダイオード８７を経由して、抵抗８８とフォトカプラ８１に電流が流れる。フォトカプラ８１の発光ダイオード部分に電流が流れると、フォトカプラ８１は、フォトカプラ８１の発光ダイオード部分に電流は、誤差信号となり、集積回路７８に接続している。フォトカプラ８１は、絶縁して信号を伝達する部品である。集積回路７８は、誤差信号を受けて、パルス幅信号に変換して、半導体スイッチ７６のゲートを駆動する。【００２３】  図３のコンデンサ２１と、図８のコンデンサ７５は、共振用コンデンサである。この共振用コンデンサは、リーケージトランスの１次巻線の分布容量と半導体スイッチの出力容量で代用することも可能である。よって、共振コンデンサを備えなくても、同様な動作が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】  本発明によるブロック回路図である。
【図２】  従来のブロック回路図である。
【図３】  本発明の回路図である。
【図４】  本発明の動作説明チャート図である。
【図５】  従来の回路図である。
【図６】  従来の動作説明チャート図である。
【図７】  リーケージトランスの構造図である。。
【図８】  本発明の回路図である。
【符号の説明】
【００２５】  １：交流電源                    ２：整流平滑回路
３：半導体スイッチ              ５：リーケージトランス
６：整流平滑回路                ７：負荷
８：交流電源                    ９：整流平滑回路
１０：半導体スイッチ            １１：パルストランス
１２：整流平滑回路              １３：負荷
１４：交流電源                  １５〜１８：ダイオード
１９：コンデンサ                ２０：抵抗
２１；コンデンサ                ２２；半導体スイッチ
２３：集積回路                  ２４：ダイオード
２５：コンデンサ                ２６：リーケージトランス
２７、２８：ダイオード          ２９：コンデンサ
３０：負荷                      ３１〜３６：波形
３７：交流電源                  ３８〜４２：ダイオード
４３：コンデンサ                ４４、４５：抵抗
４６：コンデンサ                ４７：ダイオード
４８：半導体スイッチ            ４９：集積回路
５０：コンデンサ                ５１：ダイオード
５２：トランス                  ５３：ダイオード
５４：コンデンサ                ５５：負荷
５６〜６１：波形                ６２：Ｅ型コア
６３：Ｉ型コア                  ６４：Ｅ型コア
６５、６６：巻線                ６７：ギャップ
６８：交流電源                  ６９〜７２：ダイオード
７３：コンデンサ                ７４：抵抗
７５：コンデンサ                ７６：半導体スイッチ
７７：コンデンサ                ７８：集積回路
７９：ダイオード                ８０：リーケージトランス
８１：フォトカプラ              ８２、８３：ダイオード
８４：コンデンサ                ８５：負荷
８６：抵抗                      ８７：定電圧ダイオード
８８：抵抗                      ２６１：１次巻線
２６２、２６３：２次巻線        ２６４：補助巻線
【図１】
2009273341.tif 000003
【図２】
2009273341.tif 000004
【図３】
2009273341.tif 000005
【図４】
2009273341.tif 000006
【図５】
2009273341.tif 000007
【図６】
2009273341.tif 000008
【図７】
2009273341.tif 000009
【図８】
2009273341.tif 000010