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Title:
MULTI-OUTPUT SWITCHING POWER SUPPLY DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/105465
Kind Code:
A1
Abstract:
A multi-output switching power supply device includes: a series resonation circuit formed by a primary winding (P1) and a current resonation capacitor (Cri) which are connected in parallel to a switching element (Q2); a first rectification/smoothing circuit which rectifies/smoothes voltage generated in a secondary winding (S1) during an ON period of the switching element (Q2) and extracts an output voltage (Vo1); a series resonation circuit formed by the primary winding (P2) and the current resonation capacitor (Cri2) which are connected in parallel to the switching element (Q2); a second rectification/smoothing circuit which rectifies/smoothes voltage generated in the secondary winding (S2) during the ON period of the switching element (Q2) and extracts an output voltage (Vo2); and a control circuit (10a) which controls the ON period of the switching element (Q1) in accordance with the output voltage (Vo1), controls the ON period of the switching element (Q2) in accordance with the output voltage (Vo2), and limits the ON period of the switching element (Q1) if the output voltage (Vo2) exceeds a predetermined voltage.

Inventors:
KYONO YOICHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/053423
Publication Date:
September 04, 2008
Filing Date:
February 27, 2008
Export Citation:
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Assignee:
SANKEN ELECTRIC CO LTD (JP)
KYONO YOICHI (JP)
International Classes:
H02M3/28
Foreign References:
JPH0421359A1992-01-24
JPH09322533A1997-12-12
JP2004533198A2004-10-28
Attorney, Agent or Firm:
MIYOSHI, Hidekazu et al. (2-8 Toranomon 1-chome,Minato-k, Tokyo 01, JP)
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Claims:
 直流電源の両極間に直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
 前記第1スイッチング素子又は前記第2スイッチング素子に並列に接続された第1トランスの一次巻線と第1電流共振コンデンサからなる第1直列共振回路と、
 前記第1スイッチング素子のオン期間又は前記第2スイッチング素子のオン期間に前記第1トランスの二次巻線に発生する電圧を整流平滑して第1出力電圧を取り出す第1整流平滑回路と、
 前記第1スイッチング素子又は前記第2スイッチング素子に並列に接続された第2トランスの一次巻線と第2電流共振コンデンサからなる第2直列共振回路と、
 前記第1スイッチング素子のオン期間又は前記第2スイッチング素子のオン期間に前記第2トランスの二次巻線に発生する電圧を整流平滑して第2出力電圧を取り出す第2整流平滑回路と、
 前記第1出力電圧に基づき前記第1スイッチング素子のオン期間を制御し、前記第2出力電圧に基づき前記第2スイッチング素子のオン期間を制御する制御回路と、
 前記第2出力電圧が所定電圧を超える場合に前記第1スイッチング素子のオン期間を制限する制限回路と、
を有することを特徴とする多出力スイッチング電源装置。
 直流電源の両極間に直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
 前記第1スイッチング素子又は前記第2スイッチング素子に並列に接続された第1トランスの一次巻線と第1電流共振コンデンサからなる第1直列共振回路と、
 前記第1スイッチング素子のオン期間又は前記第2スイッチング素子のオン期間に前記第1トランスの二次巻線に発生する電圧を整流平滑して第1出力電圧を取り出す第1整流平滑回路と、
 前記第1スイッチング素子又は前記第2スイッチング素子に並列に接続された第2トランスの一次巻線と第2電流共振コンデンサからなる第2直列共振回路と、
 前記第1スイッチング素子のオン期間又は前記第2スイッチング素子のオン期間に前記第2トランスの二次巻線に発生する電圧を整流平滑して第2出力電圧を取り出す第2整流平滑回路と、
 前記第1出力電圧に基づき前記第2スイッチング素子のオン期間を制御し、前記第2出力電圧に基づき前記第1スイッチング素子のオン期間を制御する制御回路と、
 前記第2出力電圧が所定電圧を超える場合に前記第1スイッチング素子のオン期間を制限する制限回路と、
を有することを特徴とする多出力スイッチング電源装置。
 前記制限回路は、前記第2出力電圧と基準電圧との誤差電圧が所定値以上である場合に、前記第1スイッチング素子のオン期間を制限することを特徴とする請求項1記載の多出力スイッチング電源装置。
 前記制限回路は、前記第2出力電圧と基準電圧との誤差電圧が所定値以上である場合に、前記第1スイッチング素子のオン期間を制限することを特徴とする請求項2記載の多出力スイッチング電源装置。
 直流電源の両極間に直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
 前記第1スイッチング素子又は前記第2スイッチング素子に並列に接続された第1トランスの一次巻線と第1電流共振コンデンサからなる第1直列共振回路と、
 前記第1スイッチング素子のオン期間又は前記第2スイッチング素子のオン期間に前記第1トランスの二次巻線に発生する電圧を整流平滑して第1出力電圧を取り出す第1整流平滑回路と、
 前記第1スイッチング素子又は前記第2スイッチング素子に並列に接続された第2トランスの一次巻線と第2電流共振コンデンサからなる第2直列共振回路と、
 前記第1スイッチング素子のオン期間又は前記第2スイッチング素子のオン期間に前記第2トランスの二次巻線に発生する電圧を整流平滑して第2出力電圧を取り出す第2整流平滑回路と、
 前記第1出力電圧に基づき前記第1スイッチング素子のオンデューティを制御し、前記第2出力電圧に基づき前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とが交互にオンオフするスイッチング周波数を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする多出力スイッチング電源装置。
 前記第2直列共振回路は、前記第1トランスの一次巻線又は二次巻線又は三次巻線に並列に接続されることを特徴とする請求項1記載の多出力スイッチング電源装置。
 前記第2直列共振回路は、前記第1トランスの一次巻線又は二次巻線又は三次巻線に並列に接続されることを特徴とする請求項2記載の多出力スイッチング電源装置。
 前記第2直列共振回路は、前記第1トランスの一次巻線又は二次巻線又は三次巻線に並列に接続されることを特徴とする請求項5記載の多出力スイッチング電源装置。
Description:
多出力スイッチング電源装置

 本発明は、複数の出力を有する多出力ス ッチング電源装置に関する。

 図1は関連する共振型の多出力スイッチン グ電源装置の構成を示す回路図である。この 多出力スイッチング電源装置において、トラ ンスT1の一次側には、商用電源1からの交流電 圧を整流する全波整流回路2と、全波整流回 2の出力端子間に接続され且つ全波整流回路2 の出力を平滑する平滑コンデンサC3と、平滑 ンデンサC3の両端間に直列に接続され且つ 滑コンデンサC3の両端の電圧が直流入力電圧 Vinとして印加される、例えばMOSFETからなる第 1スイッチング素子Q1及び第2スイッチング素 Q2と、第1スイッチング素子Q1及び第2スイッ ング素子Q2のオンオフを制御する制御回路10 、第2スイッチング素子Q2に並列に接続され 電圧共振コンデンサCrvと、電圧共振コンデ サCrvの両端に接続された直列共振回路とが けられている。

 直列共振回路は、トランスT1の一次巻線P1 (巻数N1)、リアクトルLr及び電流共振コンデン サCriが直列に接続されて構成されている。な お、リアクトルLrは、例えば、トランスT1の 次―二次間のリーケージインダクタンスか なる。

 また、トランスT1の二次側には、トラン T1の一次巻線P1の電圧に対して逆相の電圧が 生するように巻回された第1の二次巻線S1(巻 数N2)に接続された第1整流平滑回路と、トラ スT1の一次巻線P1の電圧に対して逆相の電圧 発生するように巻回された第2の二次巻線S2( 巻数N3)に接続された第2整流平滑回路とが設 られている。

 第1整流平滑回路は、ダイオードD1と平滑 ンデンサC1とから構成され、トランスT1の第 1の二次巻線S1に誘起された電圧を整流及び平 滑し、第1出力端子から第1出力電圧Vo1として 力する。第2整流平滑回路は、ダイオードD2 平滑コンデンサC2とから構成されて、トラ スT1の第2の二次巻線S2に誘起された電圧を整 流及び平滑し、第2出力端子から第2出力電圧V o2として出力する。

 また、この多出力スイッチング電源装置 、トランスT1の二次側に発生された電圧に じた信号を一次側にフィードバックするた の帰還回路5を備えている。帰還回路5の入力 側は、第1出力端子に接続されている。この 還回路5は、平滑コンデンサC1の両端電圧と 定の基準電圧とを比較し、その誤差電圧を 電圧誤差信号として一次側の制御回路10にフ ィードバックする。

 制御回路10は、帰還回路5からフィードバ クされた電圧誤差信号に基づき第1スイッチ ング素子Q1と第2スイッチング素子Q2とを交互 オン/オフさせてPWM制御を行い、第1出力電 Vo1が一定になるように制御する。この場合 第1スイッチング素子Q1と第2スイッチング素 Q2の各ゲートには、制御信号として、数100ns 程度のデッドタイムを持たせるような電圧が 印加される。これにより、第1スイッチング 子Q1及び第2スイッチング素子Q2の各オン期間 が重複することなく交互にオン/オフされる

 次に、このように構成された関連する多 力スイッチング電源装置の動作を、図2に示 す波形図を参照しながら説明する。

 図2において、V Q2ds は第2スイッチング素子Q2のドレイン-ソース の電圧、I Q1 は第1スイッチング素子Q1のドレインに流れる 電流、I Q2 は第2スイッチング素子Q2のドレインに流れる 電流、I cri は電流共振コンデンサCriに流れる電流、V cri は電流共振コンデンサCriの両端電圧、I D1 はダイオードD1に流れる電流、V N2 は第1の二次巻線S1の両端電圧及びI D2 はダイオードD2に流れる電流を示している。

 第1出力電圧Vo1の制御は、第1整流平滑回 から帰還回路5を介して一次側にフィードバ クされる電圧誤差信号を受け取った制御回 10が第1スイッチング素子Q1をPWM制御するこ により行われる。この場合、第1スイッチン 素子Q1及び第2スイッチング素子Q2は、上述 たように、制御回路10からの制御信号に応じ て、数100ns程度のデッドタイムを有して交互 オン/オフする。

 まず、第1スイッチング素子Q1のオン期間( 例えば、時刻t11~t12)において、トランスT1の 次巻線P1の励磁インダクタンスとリアクトル Lr(トランスT1の一次-二次間のリーケージイン ダクタンス)を介して電流共振コンデンサCri エネルギーが蓄えられる。

 次に、第2スイッチング素子Q2のオン期間( 例えば、時刻t12~t14)において、電流共振コン ンサCriに蓄えられたエネルギーによりリア トルLrと電流共振コンデンサCriによる共振 流が流れ、エネルギーが二次側に送られる また、一次巻線P1の励磁インダクタンスの励 磁エネルギーがリセットされる。

 より詳しくは、第2スイッチング素子Q2のオ 期間において、一次巻線P1には、電流共振 ンデンサCriの両端電圧V cri を、一次巻線P1の励磁インダクタンスとリア トルLrとで分圧した電圧が印加される。そ て、一次巻線P1に印加された電圧が(Vo1+Vf)×N1 /N2となったところでクランプされ、電流共振 コンデンサCriとリアクトルLrによる共振電流 流れ、エネルギーが二次側に送られる。こ により、ダイオードD1に電流ID1が流れる。 次巻線P1の電圧が(Vo1+Vf)×N1/N2未満のときには 、トランスT1の二次側へはエネルギーは伝達 れず、トランスT1の一次巻線P1の励磁インダ クタンスとリアクトルLrと電流共振コンデン Criによる一次側のみの共振動作となる。

 第2スイッチング素子Q2のオン期間は、周 数固定で第1スイッチング素子Q1のオン期間 より決まる時間か、任意の一定時間とされ ことが一般的である。第1スイッチング素子 Q1のオン期間を変化させて第1スイッチング素 子Q1と第2スイッチング素子Q2とのデューティ を変えると電流共振コンデンサCriの電圧が 化するので、二次側に送られるエネルギー を制御することができる。

 また、第1の二次巻線S1と第2の二次巻線S2 は互いに同極性で結合しているので、第2ス イッチング素子Q2のオン期間に、第1の二次巻 線S1から得られたエネルギーが第1出力電圧Vo1 として出力されている間に、第2の二次巻線S2 から得られたエネルギーも第2出力電圧Vo2と て出力され、この第2出力電圧Vo2は、ほぼVo1 N3/N2となる。

 しかしながら、実際には、第1の二次巻線 S1及び第2の二次巻線S2に発生する電圧は、第1 出力電圧Vo1及び第2出力電圧Vo2よりもダイオ ドD1及びダイオードD2の順方向の降下電圧Vf け高いので、各出力の負荷変動によるVfの変 化によってクロスレギュレーションが悪化す る。また、出力電圧を可変できる仕様を有す る電源装置では、一方の出力電圧を変化させ ると、それに比例して他方の出力も変化して しまうため、巻線から複数の出力を直接に取 り出すことが不可能となる。

 図3は、関連する他の多出力スイッチング 電源装置の構成を示す回路図である。この多 出力スイッチング電源装置では、図1に示す 2整流平滑回路の代わりに、ドロッパーや降 チョッパーなどのレギュレータ12を設け、 のレギュレータ12を用いて第1出力電圧Vo1か 第2出力電圧Vo2を生成することにより出力の 定化を図っている。この多出力スイッチン 電源装置によれば、2つの出力のクロスレギ ュレーションの問題を解決することはできる が、レギュレータ12による損失の増大や、ス ッチング素子、チョークコイル、コントロ ルICといった部品の追加によるコスト及び 装面積の増大を招き、さらに、降圧チョッ ーなどのスイッチングレギュレータによる イズの発生を避けられない。

 また、多出力スイッチング電源装置とし 、日本国特許公開公報特開2003-259644号は、1 のコンバータで2種類の電圧を安定化するス イッチングコンバータ回路を開示している。 このスイッチングコンバータ回路では、第2 イッチング素子によるアクティブスナバを け、第1スイッチング素子のオンオフを制御 て第1の出力を安定化し、第1スイッチング 子がオフの期間に、第2スイッチング素子の ンオフを制御し第2の出力を安定化する。こ のスイッチングコンバータ回路によれば、1 のコンバータで2種類の出力を安定化するこ ができるが、第1の出力を得るための二次巻 線と第2の出力を得るための二次巻線とは極 を逆にする必要があるので、2つの二次巻線 必要になる。

 上述したように、関連する多出力スイッ ング電源装置では、各出力の負荷変動によ てクロスレギュレーションが悪化するとい 問題や出力電圧可変の仕様を有する電源で 巻線から複数の出力を直接に取り出すこと できないという問題がある。また、クロス ギュレーションの問題を解消するために、 次側にレギュレータを設ける構成では、レ ュレータによる損失が増大し、部品の追加 よるコスト及び実装面積が増大し、さらに レギュレータによるノイズが発生するとい 問題がある。また、特許文献1に開示された スイッチングコンバータ回路では、(電流共 が行われないので、2次側の整流ダイオード 電流が流れているときにコンバータが切り わることがある。このため、ノイズの発生 どの問題がある。

 本発明によれば、負荷変動があっても複 の出力の安定化を図ることができる多出力 イッチング電源装置を提供することができ 。

課題を解決するための手段
 上述した課題を達成するために、本発明の 1の技術的側面によれば多出力スイッチング 電源装置は、直流電源の両極間に直列に接続 された第1スイッチング素子及び第2スイッチ グ素子と、前記第1スイッチング素子又は前 記第2スイッチング素子に並列に接続された 1トランスの一次巻線と第1電流共振コンデン サからなる第1直列共振回路と、前記第1スイ チング素子のオン期間又は前記第2スイッチ ング素子のオン期間に前記第1トランスの二 巻線に発生する電圧を整流平滑して第1出力 圧を取り出す第1整流平滑回路と、前記第1 イッチング素子又は前記第2スイッチング素 に並列に接続された第2トランスの一次巻線 と第2電流共振コンデンサからなる第2直列共 回路と、前記第1スイッチング素子のオン期 間又は前記第2スイッチング素子のオン期間 前記第2トランスの二次巻線に発生する電圧 整流平滑して第2出力電圧を取り出す第2整 平滑回路と、前記第1出力電圧に基づき前記 1スイッチング素子のオン期間を制御し、前 記第2出力電圧に基づき前記第2スイッチング 子のオン期間を制御する制御回路と、前記 2出力電圧が所定電圧を超える場合に前記第 1スイッチング素子のオン期間を制限する制 回路と、を有することを特徴とする。

 本発明の第2の技術的側面によれば多出力 スイッチング電源装置は、直流電源の両極間 に直列に接続された第1スイッチング素子及 第2スイッチング素子と、前記第1スイッチン グ素子又は前記第2スイッチング素子に並列 接続された第1トランスの一次巻線と第1電流 共振コンデンサからなる第1直列共振回路と 前記第1スイッチング素子のオン期間又は前 第2スイッチング素子のオン期間に前記第1 ランスの二次巻線に発生する電圧を整流平 して第1出力電圧を取り出す第1整流平滑回路 と、前記第1スイッチング素子又は前記第2ス ッチング素子に並列に接続された第2トラン スの一次巻線と第2電流共振コンデンサから る第2直列共振回路と、前記第1スイッチング 素子のオン期間又は前記第2スイッチング素 のオン期間に前記第2トランスの二次巻線に 生する電圧を整流平滑して第2出力電圧を取 り出す第2整流平滑回路と、前記第1出力電圧 基づき前記第2スイッチング素子のオン期間 を制御し、前記第2出力電圧に基づき前記第1 イッチング素子のオン期間を制御する制御 路と、前記第2出力電圧が所定電圧を超える 場合に前記第1スイッチング素子のオン期間 制限する制限回路とを有することを特徴と る。

 本発明の第3の技術的側面によれば多出力 スイッチング電源装置は、直流電源の両極間 に直列に接続された第1スイッチング素子及 第2スイッチング素子と、前記第1スイッチン グ素子又は前記第2スイッチング素子に並列 接続された第1トランスの一次巻線と第1電流 共振コンデンサからなる第1直列共振回路と 前記第1スイッチング素子のオン期間又は前 第2スイッチング素子のオン期間に前記第1 ランスの二次巻線に発生する電圧を整流平 して第1出力電圧を取り出す第1整流平滑回路 と、前記第1スイッチング素子又は前記第2ス ッチング素子に並列に接続された第2トラン スの一次巻線と第2電流共振コンデンサから る第2直列共振回路と、前記第1スイッチング 素子のオン期間又は前記第2スイッチング素 のオン期間に前記第2トランスの二次巻線に 生する電圧を整流平滑して第2出力電圧を取 り出す第2整流平滑回路と、前記第1出力電圧 基づき前記第1スイッチング素子のオンデュ ーティを制御し、前記第2出力電圧に基づき 記第1スイッチング素子と前記第2スイッチン グ素子とが交互にオン/オフするスイッチン 周波数を制御する制御回路とを有すること 特徴とする。

図1は、関連する多出力スイッチング電 源装置の構成を示す回路図である。 図2は、関連する多出力スイッチング電 源装置の動作を示す波形図である。 図3は、関連する他の多出力スイッチン グ電源装置の構成を示す回路図である。 図4は、本発明の実施例1に係る多出力 イッチング電源装置の構成を示す回路図で る。 図5は、本発明の実施例1に係る多出力 イッチング電源装置の出力Vo2が重負荷の時 波形図である。 図6は、本発明の実施例1に係る多出力 イッチング電源装置の出力Vo2が軽負荷の時 波形図である。 図7は、本発明の実施例1に係る多出力 イッチング電源装置の制御回路の例を示す 路図である。 図8は、本発明の実施例1に係る多出力 イッチング電源装置の制御回路の例の動作 示す波形図である。 図9は、本発明の実施例2に係る多出力 イッチング電源装置の制御回路の例を示す 路図である。 図10は、本発明の実施例2に係る多出力 スイッチング電源装置の制御回路の例の動作 を示す波形図である。 図11は、本発明の実施例3に係る多出力 スイッチング電源装置の制御回路の例を示す 回路図である。 図12は、本発明の実施例3に係る多出力 スイッチング電源装置の制御回路の例の動作 を示す波形図である。

 以下、本発明の多出力スイッチング電源 置の実施例を図面を参照しながら詳細に説 する。なお、背景技術の欄で説明した多出 スイッチング電源装置と同一又は相当する 成部分には、背景技術の欄で使用した符号 同一の符号を付して説明する。

実施例1
 図4は本発明の実施例1に係る多出力スイッ ング電源装置の構成を示す回路図である。 の多出力スイッチング電源装置において、 1トランスT1aと第2トランスT2aとが設けられて いる。第1トランスT1a,第2トランスT2aの一次側 には、商用電源1からの交流電圧を整流する 波整流回路2と、全波整流回路2の出力端子間 に接続され全波整流回路2の出力を平滑する 滑コンデンサC3と、平滑コンデンサC3の両端 に直列に接続され且つ平滑コンデンサC3の 端の電圧が直流入力電圧Vinとして印加され 、例えばMOSFETからなる第1スイッチング素子Q 1及び第2スイッチング素子Q2と、第1スイッチ グ素子Q1及び第2スイッチング素子Q2のオン フを制御する制御回路10aと、第2スイッチン 素子Q2に並列に接続された電圧共振コンデ サCrvと、電圧共振コンデンサCrvの両端に接 された第1直列共振回路及び第2直列共振回路 とが設けられている。

 第1直列共振回路は、第1トランスT1aの一 巻線P1(巻数N1a)、第1共振リアクトルLr1及び第 1電流共振コンデンサCriが直列に接続される とにより構成されている。なお、第1共振リ クトルLr1は、例えば第1トランスT1aの一次- 次間のリーケージインダクタンスからなる

 第2直列共振回路は、第2トランスT2aの一 巻線P2(巻数N1b)、第2共振リアクトルLr2及び第 2電流共振コンデンサCri2が直列に接続される とにより構成されている。なお、第2共振リ アクトルLr2は、例えば第2トランスT2aの一次- 次間のリーケージインダクタンスからなる

 また、第1トランスT1aの二次側には、第1 ランスT1aの一次巻線P1の電圧に対して逆相の 電圧が発生するように巻回された二次巻線S1( 巻数N2a)に接続された第1整流平滑回路が設け れ、第1整流平滑回路は、ダイオードD1と平 コンデンサC1とから構成されている。ダイ ードD1のアノードは二次巻線S1の一端に接続 れ、カソードは第1出力端子に接続されてい る。平滑コンデンサC1は、ダイオードD1のカ ード(第1出力端子)と二次巻線S1の他端(GND端 )との間に接続されている。第1整流平滑回路 は、第1トランスT1aの二次巻線S1に誘起された 電圧を整流及び平滑し、第1出力端子から第1 力電圧Vo1として出力する。

 第2トランスT2aの二次側には、第2トラン T2aの一次巻線P2の電圧に対して逆相の電圧が 発生するように巻回された二次巻線S2(巻数N2b )に接続された第2整流平滑回路が設けられ、 2整流平滑回路は、ダイオードD2と平滑コン ンサC2とから構成されている。ダイオードD2 のアノードは二次巻線S2の一端に接続され、 ソードは第2出力端子に接続されている。平 滑コンデンサC2は、ダイオードD2のカソード( 2出力端子)と二次巻線S2の他端(GND端子)との に接続されている。第2整流平滑回路は、第 2トランスT2aの二次巻線S2に誘起された電圧を 整流及び平滑し、第2出力端子から第2出力電 Vo2として出力する。

 また、この多出力スイッチング電源装置 、第1トランスT1aの二次側に発生された電圧 を一次側にフィードバックする帰還回路5と 第2トランスT2aの二次側に発生された電圧を 次側にフィードバックするための帰還回路6 を備えている。帰還回路5は、第1出力端子に 力される第1出力電圧Vo1と所定の基準電圧と を比較し、その誤差電圧を、第1電圧誤差信 として一次側の制御回路10aにフィードバッ する。帰還回路6は、第2出力端子に出力され る第2出力電圧Vo2と所定の基準電圧とを比較 、その誤差電圧を、第2電圧誤差信号として 次側の制御回路10aにフィードバックする。

 制御回路10aは、帰還回路5からの第1電圧 差信号及び帰還回路6からの第2電圧誤差信号 に基づき第1スイッチング素子Q1と第2スイッ ング素子Q2とを交互にオン/オフさせてPWM制 を行い、第1出力電圧Vo1及び第2出力電圧Vo2が 一定になるように制御する。この場合、第1 イッチング素子Q1と第2スイッチング素子Q2の 各ゲートには、制御信号として、数100ns程度 デッドタイムを持たせるような電圧が印加 れる。これにより、第1スイッチング素子Q1 び第2スイッチング素子Q2の各オン期間が重 することなく交互にオン/オフされる。

 具体的には、制御回路10aは、帰還回路6か ら出力される第2電圧誤差信号に応じて第2ス ッチング素子Q2のオン期間を制御し、帰還 路5から出力される第1電圧誤差信号に応じて 第1スイッチング素子Q1のオン期間を制御する 。

 なお、制御回路10aは、出力電圧Vo1に基づ 第1電圧誤差信号により第2スイッチング素 Q2のオン期間を制御し、出力電圧Vo2に基づく 第2電圧誤差信号により第1スイッチング素子Q 1のオン期間を制御しても良い。

 次に、このように構成された本発明の実 例1に係る多出力スイッチング電源装置の動 作を、図5に示す出力Vo2が重負荷の時の波形 、図6に示す出力Vo2が軽負荷の時の波形図を 照しながら説明する。

 図5及び図6において、V Q2ds は第2スイッチング素子Q2のドレイン-ソース の電圧、I cri は第1電流共振コンデンサCriに流れる電流、V cri は第1電流共振コンデンサCriの両端電圧、I D1 はダイオードD1に流れる電流、I cri2 は第2電流共振コンデンサCri2に流れる電流、V cri2 は第2電流共振コンデンサCri2の両端電圧、及 I D2 はダイオードD2に流れる電流を示している。

 まず、第1スイッチング素子Q1のオン期間 おいて(時刻t1~t2)において、第1直列共振回 及び第2直列共振回路に入力電圧Vinが印加さ ると、第1直列共振回路及び第2直列共振回 が共振動作して、一次巻線P1及び一次巻線P2 励磁電流が流れて、第1電流共振コンデンサ Cri及び第2電流共振コンデンサCri2が充電され 。

 そして、第1スイッチング素子Q1がオフし 第2スイッチング素子Q2がオンすると(時刻t2~ t3)、第1及び第2電流共振コンデンサCri,Cri2の 圧が第1及び第2トランスT1a,T2aの1次巻線P1,P2 印加され、第1及び第2共振リアクトルLri1,Lri2 、第1及び第2電流共振コンデンサCri,Cri2によ 共振電流が二次側に伝達される。このため 二次巻線S1,S2に誘起する電圧がダイオードD1, D2により整流されて、第1及び第2出力端子か 第1及び第2出力電圧Vo1,Vo2として供給される

 このように多出力スイッチング電源装置 よれば、第1及び第2直列共振回路の動作は じ動作となるが、例えば第1直列共振回路で リーケージインダクタンスLriを小さく、第1 電流共振コンデンサCriの容量を大きくし、第 2直列共振回路ではリーケージインダクタン Lri2を大きく、第2電流共振コンデンサCri2の 量を小さくすると、出力電圧Vo1へ供給する 力と出力電圧Vo2へ供給する電力を変えるこ ができる。

 第1スイッチング素子Q1のオンデューティ Don1で、第1スイッチング素子Q1と第2スイッ ング素子Q2が交互にオン/オフすると、第1電 共振コンデンサCriと第2電流共振コンデンサ Cri2の電圧の平均値は、Vin×Don1となる。

 第1直列共振回路では、第1電流共振コン ンサCriの容量が大きいので、第1電流共振コ デンサCriの振幅が小さい。また、リーケー インダクタンスLriが小さいため、第1トラン スT1aの一次-二次間のインピーダンスが小さ 、第2スイッチング素子Q2のオン期間に、第1 ランスT1aの二次巻線S1に発生する電圧は、 第1電流共振コンデンサCriの電圧の巻数比倍 電圧となる。従って、出力電圧Vo1の電圧は 第1スイッチング素子Q1のオンデューティを 整することにより制御することができる。

 一方、第2直列共振回路では第2電流共振 ンデンサCri2の容量が小さいので、第2電流共 振コンデンサCri2の振幅が大きくなる。また リーケージインダクタンスLri2が大きいので 第2電流共振コンデンサCri2の電圧はリーケ ジインダクタンスLri2より制限されるため、 2トランスT2aの二次巻線S2に発生する電圧は 第2電流共振コンデンサCri2の巻数比倍とな ない。

 このため、二次側へ供給する電力を調整 るためには第2電流共振コンデンサCri2の電 振幅を調整する必要がある。第2電流共振コ デンサCri2の電圧振幅を調整する方法として は、スイッチング周波数を調整するか、ある いは第1スイッチング素子Q1のオン幅を調整す ることなどが考えられる。即ち、第1スイッ ング素子Q1のオンデューティを調整すること により出力電圧Vo1を制御し、第1スイッチン 素子Q1及び第2スイッチング素子Q2のスイッチ ング周波数を調整することにより出力電圧Vo2 を制御できる。

制御回路の具体例
 図4に示す多出力スイッチング電源装置の制 御回路の具体例について図7、図8を参照しな ら説明する。図7は図4に示す制御回路10aの を示す回路図である。図8は図7に示す制御回 路の動作を示す波形図である。

 図7に示す制御回路10aにおいて、基準電源 Vrefとグランド間には、抵抗R8とフォトカプラ PC1とが直列に接続された第1直列回路と、抵 R12と抵抗R13とフォトカプラPC2とが直列に接 された第2直列回路とが接続されている。フ トカプラPC1は帰還回路5の内部のフォトカプ ラであり、出力電圧Vo1からの帰還信号を制御 回路10aに伝達する。フォトカプラPC2は帰還回 路6の内部のフォトカプラであり、出力電圧Vo 2からの帰還信号を制御回路10aに伝達する。

 コンパレータCMP1の+端子は、抵抗R8とフォ トカプラPC1との接続点に接続され、コンパレ ータCMP1の-端子はコンデンサC10の一端とダイ ードD10のアノードと抵抗R10の一端に接続さ 、コンデンサC10の他端は接地されている。 イオードD10のカソードと抵抗R10の他端はデ レー回路13の出力端及びレベルシフト回路17 の入力端に接続されている。

 コンパレータCMP1は、+端子の電圧と-端子 電圧とを比較して比較出力をRSフリップフ ップ回路11(以下、RSF/F11)のリセット端子Rに 力する。

 コンパレータCMP2の+端子は、抵抗R12と抵 R13との接続点に接続され、コンパレータCMP2 -端子はコンデンサC11の一端とダイオードD11 のアノードと抵抗R11の一端に接続され、コン デンサC11の他端は接地されている。ダイオー ドD11のカソードと抵抗R11の他端はディレー回 路15の出力端及びスイッチング素子Q2のゲー に接続されている。

 コンパレータCMP2は、+端子の電圧と-端子 電圧とを比較して比較出力をRSF/F11のセット 端子Sに出力する。

 ディレー回路13は、RSF/F11の出力Qを所定時間 遅延させて、第1スイッチング素子Q1と第2ス ッチング素子Q2とが同時にオンすることを防 止するもので、レベルシフト回路17を介して 1スイッチング素子Q1のゲート端子に接続さ ている。ディレー回路15は、RSF/F11の反転出 Q I を所定時間遅延させて、第1スイッチング素 Q1と第2スイッチング素子Q2とが同時にオンす ることを防止するもので、その出力端がスイ ッチング素子Q2のゲート端子に接続されてい 。

 次にこのように構成された図7に示す制御 回路の動作を図8の波形図を参照しながら説 する。

 まず、RSF/F11の出力QがHレベルのとき(時刻 t0)、ディレー回路13とレベルシフト回路17を して第1スイッチング素子Q1のゲートにゲー 駆動信号が印加されることにより、第1スイ チング素子Q1がオンする。また、RSF/F11の出 QはHレベルであり、抵抗R10を介してコンデ サC10が徐々に充電されていく。

 そして、コンデンサC10の電圧がコンパレ タCMP1の+端子の電圧に達すると(時刻t1)、コ パレータCMP1の出力は反転し、RSF/F11のリセ ト端子R(本実施例では負論理)にLレベルの信 が入力される。

 すると、RSF/F11の出力が反転し、出力QがLレ ルになり、反転出力Q I がHレベルになる。すると、スイッチング素 Q1のゲート電圧が低下し、第1スイッチング 子Q1がオフとなるとともに、コンデンサC10は 放電して電圧が低下する。

 また、RSF/F11の反転出力Q I がHレベルであり、ディレー回路15を介して第 2スイッチング素子Q2にゲート駆動信号が印加 され、第2スイッチング素子Q2がオンするとと もに、抵抗R11を介してコンデンサC11が徐々に 充電されていく(時刻t1~t2)。

 コンデンサC11の電圧がコンパレータCMP2の+ 子の電圧に達すると(時刻t2)、コンパレータC MP2の出力は反転し、RSF/F11のセット端子S(本実 施例では負論理)にLレベルの信号が入力され 。すると、RSF/F11の出力が反転し、反転出力 Q I がLレベルになり、出力QがHレベルになる。す ると、第2スイッチング素子Q2のゲート電圧が 低下して第2スイッチング素子Q2がオフとなる とともに、コンデンサC10も放電により電圧が 低下する。

 また、ディレー回路13とレベルシフト回 17を介して第1スイッチング素子Q1にゲート駆 動信号が印加されることにより第1スイッチ グ素子Q1がオンする。以上の動作を繰り返す ことにより第1スイッチング素子Q1と第2スイ チング素子Q2が交互にオンオフを繰り返す。

 出力Vo1,Vo2の制御は、帰還回路5,6によりフ ォトカプラPC1,PC2の電圧を変えることにより 第1スイッチング素子Q1と第2スイッチング素 Q2のオン幅を制御し、オンデューティと周 数を調整して行われる。

 例えば、出力電圧Vo2の負荷が軽負荷に変 ると、帰還回路6からの帰還信号によりフォ トカプラPC2の電圧が低くなり、第2スイッチ グ素子Q2のオン幅が短くなる。

 これに伴い、第1スイッチング素子Q1のオ デューティが大きくなり、出力電圧Vo1が上 する方向に向かうため、帰還回路5からの帰 還信号によりフォトカプラPC1の電圧が低くな り、第1スイッチング素子Q1のオン幅も短くな り、第1スイッチング素子Q1のオンデューティ が制御される。

 これらの動作によりスイッチング周波数 変動し、出力Vo2が安定となる周波数に制御 れる。以上のように、図4に示す実施例1の 出力スイッチング電源装置では、一対のハ フブリッジ構成のコンバータにより、2つの 力電圧Vo1,Vo2を安定化することができる。

実施例2
 図4に示す多出力スイッチング電源装置では 、起動時などで例えば出力電圧Vo2が先に立ち 上がった場合、出力電圧Vo2の誤差信号が帰還 回路6により一次側の制御回路10aに伝達され 第2スイッチング素子Q2のオン幅を短くしよ とする。

 しかし、出力電圧Vo1は、設定電圧以下で るために帰還回路5からの帰還信号はなく、 第1スイッチング素子Q1のオン幅は最大に開い た状態となっている。このため、第2電流共 コンデンサCri2の電圧振幅は抑えられず、第2 スイッチング素子Q2のオン幅を狭めても出力 圧Vo2の制御が困難となる。また、第2スイッ チング素子Q2のオン幅を狭めているため、第1 スイッチング素子Q1のオンデューティが大き なり、第2電流共振コンデンサCri2の平均値 大きくなり、更に出力電圧Vo2が上昇する傾 となる。

 また、過負荷時などで出力電圧Vo1の出力 低下したときなども同様の問題が発生する このように、図4に示す多出力スイッチング 電源装置では、負荷のバランスにより起動時 や過負荷時に出力電圧Vo2が跳ね上がってしま う。

 そこで、本実施例の多出力スイッチング 源装置は、起動時や過負荷時などでも2つの 出力が設定電圧以上に跳ね上がることを防止 するものである。

 図9は本発明の実施例2に係る多出力スイ チング電源装置の制御回路の例を示す回路 である。図9に示す実施例2の多出力スイッチ ング電源装置は、図4に示す多出力スイッチ グ電源装置の制御回路に対して、さらに、 算増幅器OP1、ダイオードD12、抵抗R14、抵抗R1 5が追加され、これらは本発明の制限回路に 応する。

 演算増幅器OP1の非反転端子+は、フォトカ プラPC2のコレクタと抵抗R13との接続点に接続 され、演算増幅器OP1の反転端子-は、抵抗R14 一端と抵抗R15の一端に接続され、抵抗R15の 端は接地されている。演算増幅器OP1の出力 は、ダイオードD12のカソード及び抵抗R14の 端に接続され、演算増幅器OP1の出力電圧を 抗R14と抵抗R15とで分圧した電圧が演算増幅 OP1の-端子に帰還されるようになっている。 イオードD12のアノードはコンパレータCMP1の +端子及びフォトカプラPC1のコレクタと抵抗R8 との接続点に接続されている。

 図10は図9の制御回路のフォトカプラPC2の 圧に対する演算増幅器OP1の電圧波形を示す である。図10を参照しながら図9の制御回路 動作を説明する。なお、図10において、フ トカプラPC2は、電圧レベルLV1から電圧レベ LV2までの範囲において定常動作領域である

 演算増幅器OP1の出力は、演算増幅器OP1の 源電圧によりその上限値が制限される。演 増幅器OP1の-端子には、演算増幅器OP1の出力 電圧の上限値を抵抗R14と抵抗R15で分圧した電 圧が数100mV~1V程度と低い電圧となるように、 抗R14と抵抗R15との抵抗値を予め設定してお 。

 出力電圧Vo2が立ち上がる前(時刻t21前)な において、帰還回路6からの帰還信号がない きには、フォトカプラPC2の電圧が高く、演 増幅器OP1の+端子の電圧が-端子の電圧より 十分に高くなる。このため、演算増幅器OP1 出力は、出力の上限値LV3となる。

 出力電圧Vo2が立ち上がり、帰還回路6から の帰還信号が伝達されると、フォトカプラPC2 の電圧が徐々に低下する。出力電圧Vo2が設定 電圧よりも高くなると、帰還信号が更に増加 し、フォトカプラPC2の電圧は更に低下する。

 そして、フォトカプラPC2の電圧が演算増 器OP1の-端子の電圧以下になると、演算増幅 器OP1の出力電圧は、フォトカプラPC2の電圧に 比例して低下し(時刻t21~)、演算増幅器OP1は- 子と+端子の電圧が等しくなるように制御す 。

 さらに、フォトカプラPC2の電圧が低下し 、演算増幅器OP1の出力電圧がコンパレータC MP1の+端子の電圧以下になると(時刻t22)、ダイ オードD12がオンして、Vref,R8,D12,OP1の出力端子 ,グランドに沿って延在する経路を電流が流 る。このため、コンパレータCMP1の+端子電圧 は、電圧レベルLV4(このとき、フォトカプラPC 2は電圧レベルLV2である。)から低下して時刻t 23には電圧レベルLV5となり、演算増幅器OP1の- 端子の電圧は略ゼロとなる。このため、コン パレータCMP1は、第1スイッチング素子Q1のオ 幅を縮めるように制御する。

 また、定常動作時には、フォトカプラPC2 電圧が図10に示す定常動作領域の範囲で制 できるように設定し、起動時等には、出力 圧Vo2が異常に上昇するとき、第2スイッチン 素子Q2に加え、第1スイッチング素子Q1のオ 幅も狭め、スイッチング周波数を制御する とにより出力電圧Vo2の異常な上昇を回避で る。

 本実施例によれば、制限回路は第2出力電 圧と基準電圧を比較して得られた誤差電圧に 基づいて第2出力電圧が所定電圧以上になっ ことを検出するので、当該制限回路を制御 路に内蔵して小型化することができる。

実施例3
 図11は本発明の実施例3に係る多出力スイッ ング電源装置の制御回路の例を示す回路図 ある。

 図11において、基準電源Vrefとグランド間 は、抵抗R8とフォトカプラPC1とが直列に接 された第1直列回路と、フォトカプラPC2と抵 R17とコンデンサC12とが直列に接続された第2 直列回路とが接続されている。フォトカプラ PC2には抵抗R16が並列に接続されている。

 抵抗R17とコンデンサC12との接続点には、 ンパレータCMP1の-端子とコンパレータCMP2の- 端子とダイオードD13のアノードとが接続され ている。ダイオードD13のカソードはコンパレ ータCMP2の出力端とRSF/F11のセット端子Sとに接 続されている。コンパレータCMP2の+端子には 準電源Vref2が接続されている。

 コンパレータCMP1の+端子は、抵抗R8とフォ トカプラPC1との接続点に接続され、コンパレ ータCMP1の出力端はRSF/F11のリセット端子Rに接 続されている。

 なお、その他の構成は、図7に示す構成と 同一であるので、同一部分には同一符号を付 し、その説明は省略する。

 図12は本発明の実施例3に係る多出力スイ チング電源装置の制御回路の例の動作を示 波形図である。実施例3の多出力スイッチン グ電源装置の動作を図12を参照しながら説明 る。

 まず、時刻t0において、初期値としてRSF/F 11の出力QがHレベルであり、コンデンサC12の 圧が0Vとする。コンデンサC12の電圧は、フォ トカプラPC2と抵抗R16と抵抗R17を介して基準電 源Vrefにより充電されて徐々に上昇していく

 そして、時刻t1において、コンデンサC12の 圧がフォトカプラPC1の電圧に達すると、コ パレータCMP1の出力は反転し、RSF/F11のリセッ ト端子R(本実施例では負論理)にLレベルが入 される。このため、RSF/F11の出力QがLレベル なり、反転出力Q I がHレベルとなる。

 その後、コンデンサC12の電圧が更に上昇し 、時刻t2において、基準電源の電圧Vref2に達 すると、コンパレータCMP2の出力が反転し、RS F/F11のセット端子SにLレベルが入力される。 のため、RSF/F11の反転出力Q I がLレベルになり、出力QがHレベルとなる。同 時に、コンデンサC12の電圧は、ダイオードD13 を介して引き抜かれ、0Vとなり、最初の状態 戻る。以上の動作を繰り返すことにより、 1スイッチング素子Q1と第2スイッチング素子 Q2とが交互にオン/オフを繰り返す。

 出力電圧Vo2の負荷が軽くなると、帰還回 6からの帰還信号が増加し、フォトカプラPC2 に流れる電流が増加する。すると、コンデン サC12に充電される電圧の勾配が急になり、第 1スイッチング素子Q1のオン期間及び第2スイ チング素子Q2のオン期間が短くなる。

 即ち、出力電圧Vo2に基づいて、制御回路 、第1スイッチング素子Q1のオン期間及び第2 スイッチング素子Q2のスイッチング周波数を 御するので、出力電圧Vo2の電圧が安定化さ る。

 出力電圧Vo1の制御は、関連する制御回路 同様にフォトカプラPC1の電圧を変え、第1ス イッチング素子Q1のオンデューティを制御す ことにより行われる。この制御回路は、起 時に出力電圧Vo2が所定電圧に達し、帰還回 6からの帰還信号が伝達されるときには、第 2スイッチング素子Q2のオン幅と第1スイッチ グ素子Q1のオン幅とを狭めるので、出力電圧 Vo2の異常な上昇を回避できる。

 また、出力電圧Vo2の負荷変動において、 波数は変動しても第1スイッチング素子Q1と 2スイッチング素子Q2とのオンデューティは 化しないので、出力電圧Vo1への影響は少な て済み、関連する制御回路に比較して応答 も向上する利点もある。

 なお、本発明は前述した実施例1乃至実施 例3に限定されるものではない。実施例1乃至 施例3では、第2直列共振回路を電圧共振コ デンサCrvに並列に接続されたが、例えば、 2直列共振回路を第1トランスT1aの一次巻線P1 は二次巻線S1又は三次巻線に並列に接続さ ても第1スイッチング素子または第2スイッチ ング素子に並列に接続されたことと等価であ り同様な効果が得られる。

発明の効果
 本発明の第1および第2の技術的特徴によれ 、第2出力電圧が所定電圧を超えると、第1ス イッチング素子のオン期間を制限する制限回 路を設けたので、起動時又は過電流保護回路 が動作した後の復帰時に、第1出力電圧が所 電圧に達していない場合でも、第2出力電圧 所定電圧を超えると、第1スイッチング素子 のオン幅を制限し、第1電流共振コンデンサ 電圧上昇を抑制するので、第2出力電圧の異 な上昇を回避できる。

 本発明の第3の技術的側面によれば、制限 回路は、第1出力電圧に基づき第1スイッチン 素子のオンデューティを制御し、第2出力電 圧に基づき第1スイッチング素子と第2スイッ ング素子のスイッチング周波数を制御する で、請求項1の発明の動作と同様に動作する 。また、第2出力電圧に基づき第1スイッチン 素子と第2スイッチング素子が交互にオン/ フするスイッチング周波数を制御するので 起動時又は過電流保護回路が動作した後の 帰時に、第1出力電圧が所定電圧に達してい い場合でも、第2出力電圧が所定電圧を超え ると、第1スイッチング素子のオン幅を制限 、第1電流共振コンデンサの電圧上昇を抑制 るので、第2出力電圧の異常な上昇を回避で きる。

(米国指定)
 本国際特許出願は米国指定に関し、2007年2 28日に出願された日本国特許出願第2007-050207 (2007年2月28日出願)について米国特許法第119 (a)に基づく優先権の利益を援用し、当該開 内容を引用する。