JP2971952B2 - スイッチング電源 - Google Patents
スイッチング電源Info
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- JP2971952B2 JP2971952B2 JP41032490A JP41032490A JP2971952B2 JP 2971952 B2 JP2971952 B2 JP 2971952B2 JP 41032490 A JP41032490 A JP 41032490A JP 41032490 A JP41032490 A JP 41032490A JP 2971952 B2 JP2971952 B2 JP 2971952B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子機器等に可変の直流
電圧を供給するスイッチング電源に関する。
電圧を供給するスイッチング電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の電源の代表例としてＰＷＭ方式
（パルス幅変調方式）のスイッチング電源がある。この
電源は制御性が良好である上に設計が容易であるという
メリットがあり、この点であらゆる分野の電子機器に広
く使用されているものの、現状以上の高効率化、小型化
を図るためには、高速のスイッチング素子を使用して、
スイッチング周波数を高く設定することが必要不可欠で
ある。だが、スイッチング素子が高速になるとターンオ
ン、ターンオフに際して電流サージ、電圧サージが発生
し、このサージを抑えるための別の回路が必要となり、
現実問題としてスイッチング周波数の上限は５００ＫＨ
ｚ程度であった。
（パルス幅変調方式）のスイッチング電源がある。この
電源は制御性が良好である上に設計が容易であるという
メリットがあり、この点であらゆる分野の電子機器に広
く使用されているものの、現状以上の高効率化、小型化
を図るためには、高速のスイッチング素子を使用して、
スイッチング周波数を高く設定することが必要不可欠で
ある。だが、スイッチング素子が高速になるとターンオ
ン、ターンオフに際して電流サージ、電圧サージが発生
し、このサージを抑えるための別の回路が必要となり、
現実問題としてスイッチング周波数の上限は５００ＫＨ
ｚ程度であった。
【０００３】一方、数ＭＨｚ以上のスイッチング周波数
を得ることができるものとして共振形のスイッチング電
源がある。この電源は原理的には高周波化及び高効率化
に適しており、今後の主流になると考えられるものの、
実用化の段階では種々の技術的課題が残されている。数
ある中でもスイッチング素子にかかるストレスは大きな
問題である。即ち、電流共振形の場合には、共振電流の
ピーク値が負荷電流等とともに増加する一方、電圧共振
形の場合には、オフ時におけるスイッチング素子にかか
る電圧のピーク値が負荷電流等とともに増加するので、
この電流又は電圧に耐え得るスイッチング素子や周辺回
路を選定せねばならず、電源の小型化を図る上で大きな
障害となる。
を得ることができるものとして共振形のスイッチング電
源がある。この電源は原理的には高周波化及び高効率化
に適しており、今後の主流になると考えられるものの、
実用化の段階では種々の技術的課題が残されている。数
ある中でもスイッチング素子にかかるストレスは大きな
問題である。即ち、電流共振形の場合には、共振電流の
ピーク値が負荷電流等とともに増加する一方、電圧共振
形の場合には、オフ時におけるスイッチング素子にかか
る電圧のピーク値が負荷電流等とともに増加するので、
この電流又は電圧に耐え得るスイッチング素子や周辺回
路を選定せねばならず、電源の小型化を図る上で大きな
障害となる。
【０００４】そこで、部分共振形のスイッチング電源が
開発されるに至った。この電源は基本的には電圧共振形
であるものの、ＯＦＦ時におけるスイッチング素子の正
弦波のピーク電圧をクランプするため、スイッチング素
子にかかる電圧を共振電圧より低く抑えることができ、
上記の電圧共振形のものとは異なり低耐圧のスイッチン
グ素子や周辺回路を使用することができる。従って、ス
イッチング電源の高効率化、小型化を図る上では現在の
ところ部分共振形が一番優れた方式である。
開発されるに至った。この電源は基本的には電圧共振形
であるものの、ＯＦＦ時におけるスイッチング素子の正
弦波のピーク電圧をクランプするため、スイッチング素
子にかかる電圧を共振電圧より低く抑えることができ、
上記の電圧共振形のものとは異なり低耐圧のスイッチン
グ素子や周辺回路を使用することができる。従って、ス
イッチング電源の高効率化、小型化を図る上では現在の
ところ部分共振形が一番優れた方式である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、部分共
振形についてはＰＷＭ方式のものに比べて制御性の点で
劣るという本質的な欠点がある。従って、部分共振形に
よるスイッチング電源は負荷変動の大きいものには適用
できない。また、ゼロクロスを実現するため、付属部品
が必要で回路が複雑となり、タイミングに関する設計も
難しいという欠点がある。本発明は上記事情に鑑みて創
案されたものでありその目的とするところは高効率であ
りながら制御性も良好であるスイッチング電源を提供す
ることにある。
振形についてはＰＷＭ方式のものに比べて制御性の点で
劣るという本質的な欠点がある。従って、部分共振形に
よるスイッチング電源は負荷変動の大きいものには適用
できない。また、ゼロクロスを実現するため、付属部品
が必要で回路が複雑となり、タイミングに関する設計も
難しいという欠点がある。本発明は上記事情に鑑みて創
案されたものでありその目的とするところは高効率であ
りながら制御性も良好であるスイッチング電源を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１にかか
るスイッチング電源はパルス幅変調方式の第１のスイッ
チング電源と共振形の第２のスイッチング電源とを有し
ており、第１、第２のスイッチング電源の各出力端子を
接続してあり、出力電流を第１、第２のスイッチング電
源により分担して定電圧を生成するようにしてある。
るスイッチング電源はパルス幅変調方式の第１のスイッ
チング電源と共振形の第２のスイッチング電源とを有し
ており、第１、第２のスイッチング電源の各出力端子を
接続してあり、出力電流を第１、第２のスイッチング電
源により分担して定電圧を生成するようにしてある。
【０００７】本発明の請求項２にかかるスイッチング電
源は、上記した構成を有した上で、出力電流の大きさを
検出する電流検出手段と、電流検出手段による検出結果
に基づいて第２のスイッチング電源のみをオン・オフ動
作させる切り替え手段とを備えている。
源は、上記した構成を有した上で、出力電流の大きさを
検出する電流検出手段と、電流検出手段による検出結果
に基づいて第２のスイッチング電源のみをオン・オフ動
作させる切り替え手段とを備えている。
【０００８】
【実施例】以下、本発明のスイッチング電源の一実施例
を図面を参照して説明する。図１はスイッチング電源の
構成図である。
を図面を参照して説明する。図１はスイッチング電源の
構成図である。
【０００９】図中10は第１のスイッチング電源に相当す
るＰＷＭスイッチング電源である。この電源は出力電圧
をスイッチング素子のオン時間比に変換する負帰還回路
(図示せず）を内蔵しており、これで安定した直流電圧
を生成するような構成となっている。なお、ＰＷＭスイ
ッチング電源10はＰＷＭ方式であれば如何なる回路を使
用しても良い。また、この電源で制御し得る出力電流の
範囲は下限値が０〔Ａ〕であり、上限値がＬ〔Ａ〕であ
るとする。
るＰＷＭスイッチング電源である。この電源は出力電圧
をスイッチング素子のオン時間比に変換する負帰還回路
(図示せず）を内蔵しており、これで安定した直流電圧
を生成するような構成となっている。なお、ＰＷＭスイ
ッチング電源10はＰＷＭ方式であれば如何なる回路を使
用しても良い。また、この電源で制御し得る出力電流の
範囲は下限値が０〔Ａ〕であり、上限値がＬ〔Ａ〕であ
るとする。
【００１０】図中20は第２のスイッチング電源に相当す
る共振形スイッチング電源である。この電源は出力電圧
をスイッチング素子のオン時間又はオフ時間に変換する
負帰還回路(図示せず）を内蔵しており、これで安定し
た直流電圧を生成するような構成となっている。なお、
共振形スイッチング電源20は電圧共振形、電流共振形の
何れの方式を採ってもかまわない。また、この電源で制
御し得る出力電流の範囲は下限値がｎ〔Ａ〕であり、上
限値がｍ〔Ａ〕であるとする。
る共振形スイッチング電源である。この電源は出力電圧
をスイッチング素子のオン時間又はオフ時間に変換する
負帰還回路(図示せず）を内蔵しており、これで安定し
た直流電圧を生成するような構成となっている。なお、
共振形スイッチング電源20は電圧共振形、電流共振形の
何れの方式を採ってもかまわない。また、この電源で制
御し得る出力電流の範囲は下限値がｎ〔Ａ〕であり、上
限値がｍ〔Ａ〕であるとする。
【００１１】このようなＰＷＭスイッチング電源10と共
振形スイッチング電源20とは互いに並列に配置されてお
り、双方の出力端子は互いに接続されている。ＰＷＭス
イッチング電源10と共振形スイッチング電源20にて別々
に生成された出力電流αはシャント抵抗30を介して出力
端子50、負荷60に導かれるようになっている。
振形スイッチング電源20とは互いに並列に配置されてお
り、双方の出力端子は互いに接続されている。ＰＷＭス
イッチング電源10と共振形スイッチング電源20にて別々
に生成された出力電流αはシャント抵抗30を介して出力
端子50、負荷60に導かれるようになっている。
【００１２】シャント抵抗30は出力電流αの大きさを検
出する電流検出手段に相当するもので、ここでは出力電
流αを電圧に変換するようになっている。変換後の電圧
信号は次に説明するオン・オフ切り替え回路40に導かれ
ている。なお、電流検出手段としては出力電流αの大き
さを半導体センサー等を使用し磁気で検出するような形
態を採ってもよい。この場合には効率を高める点でメリ
ットがある。
出する電流検出手段に相当するもので、ここでは出力電
流αを電圧に変換するようになっている。変換後の電圧
信号は次に説明するオン・オフ切り替え回路40に導かれ
ている。なお、電流検出手段としては出力電流αの大き
さを半導体センサー等を使用し磁気で検出するような形
態を採ってもよい。この場合には効率を高める点でメリ
ットがある。
【００１３】オン・オフ切り替え回路40はオン・オフ切
り替え手段に相当するもので、ここではシャント抵抗30
の出力電圧と基準電圧発生器の基準電圧とをコンパレー
タ(何れも図示せず）で電圧比較し、コンパレータの出
力信号を共振形スイッチング電源20にオン・オフ制御信
号として出力するような回路構成となっている。即ち、
出力電流αの大きさに比例するシャント抵抗30の出力電
圧が基準電圧よりも小さければ、コンパレータの出力が
非アクティブ状態となって共振形スイッチング電源20が
オフ状態となる一方、シャント抵抗30の出力電圧が基準
電圧よりも大きければ、コンパレータの出力がアクティ
ブ状態となって共振形スイッチング電源20がオン状態と
なるようになっている。なお、共振形スイッチング電源
20がオフ状態からオン状態に切り替わるときの出力電流
αの大きさを決める基準電圧の電圧値、シャント抵抗30
の抵抗値については後述するものとする。また。出力電
流検出手段としてシャント抵抗以外のものが使用された
場合にはオン・オフ切り替え回路40の構成はこれに伴っ
て構成が変わり得る。
り替え手段に相当するもので、ここではシャント抵抗30
の出力電圧と基準電圧発生器の基準電圧とをコンパレー
タ(何れも図示せず）で電圧比較し、コンパレータの出
力信号を共振形スイッチング電源20にオン・オフ制御信
号として出力するような回路構成となっている。即ち、
出力電流αの大きさに比例するシャント抵抗30の出力電
圧が基準電圧よりも小さければ、コンパレータの出力が
非アクティブ状態となって共振形スイッチング電源20が
オフ状態となる一方、シャント抵抗30の出力電圧が基準
電圧よりも大きければ、コンパレータの出力がアクティ
ブ状態となって共振形スイッチング電源20がオン状態と
なるようになっている。なお、共振形スイッチング電源
20がオフ状態からオン状態に切り替わるときの出力電流
αの大きさを決める基準電圧の電圧値、シャント抵抗30
の抵抗値については後述するものとする。また。出力電
流検出手段としてシャント抵抗以外のものが使用された
場合にはオン・オフ切り替え回路40の構成はこれに伴っ
て構成が変わり得る。
【００１４】図２はスイッチング電源の出力電流αの大
きさＩと電力Ｐとの関係を示すグラフである。以下この
図をもとにスイッチング電源の動作原理について説明す
る。まず、電源自体が通電されると、ＰＷＭスイッチン
グ電源10、共振形スイッチング電源20により安定した直
流電圧が生成される。図１に示すように出力端子50に負
荷60が接続されている場合には、負荷60の有する抵抗値
に応じた出力電流αが負荷60に供給される。
きさＩと電力Ｐとの関係を示すグラフである。以下この
図をもとにスイッチング電源の動作原理について説明す
る。まず、電源自体が通電されると、ＰＷＭスイッチン
グ電源10、共振形スイッチング電源20により安定した直
流電圧が生成される。図１に示すように出力端子50に負
荷60が接続されている場合には、負荷60の有する抵抗値
に応じた出力電流αが負荷60に供給される。
【００１５】ここで、負荷60の有する抵抗値が一定でな
く大きく変化する場合について考える。負荷60の抵抗値
が非常に大きいときは、出力電流αの大きさは非常に小
さい。それ故、シャント抵抗30の出力電圧も小さく、オ
ン・オフ切り替え回路40の機能により、共振形スイッチ
ング電源20がオフ状態となり、出力電流αはＰＷＭスイ
ッチング電源10のみで生成される。
く大きく変化する場合について考える。負荷60の抵抗値
が非常に大きいときは、出力電流αの大きさは非常に小
さい。それ故、シャント抵抗30の出力電圧も小さく、オ
ン・オフ切り替え回路40の機能により、共振形スイッチ
ング電源20がオフ状態となり、出力電流αはＰＷＭスイ
ッチング電源10のみで生成される。
【００１６】その後、負荷60の抵抗値が徐々に小さくな
ると、これに伴って出力電流αも大きくなる。そして出
力電流αの大きさが図２中に示すａ〔Ａ〕になったとき
には、オン・オフ切り替え回路40の働きにより、共振形
スイッチング電源20がオフ状態からオン状態に切り替わ
る。即ち、出力電流αがａ〔Ａ〕以上である場合には、
ＰＷＭスイッチング電源10と共振形スイッチング電源20
の双方により出力電流αが生成されることになる。共振
形スイッチング電源20がオフ状態からオン状態に切り替
わった時点でＰＷＭスイッチング電源10にて生成される
電流は、共振形スイッチング電源20にて生成される電流
の分だけ小さくなる。またこのとき共振形スイッチング
電源20にて生成される電流がｎ〔Ａ〕となるようにオン
・オフ切り替え回路40の基準電圧及びシャント抵抗30の
抵抗値等が設定されている。
ると、これに伴って出力電流αも大きくなる。そして出
力電流αの大きさが図２中に示すａ〔Ａ〕になったとき
には、オン・オフ切り替え回路40の働きにより、共振形
スイッチング電源20がオフ状態からオン状態に切り替わ
る。即ち、出力電流αがａ〔Ａ〕以上である場合には、
ＰＷＭスイッチング電源10と共振形スイッチング電源20
の双方により出力電流αが生成されることになる。共振
形スイッチング電源20がオフ状態からオン状態に切り替
わった時点でＰＷＭスイッチング電源10にて生成される
電流は、共振形スイッチング電源20にて生成される電流
の分だけ小さくなる。またこのとき共振形スイッチング
電源20にて生成される電流がｎ〔Ａ〕となるようにオン
・オフ切り替え回路40の基準電圧及びシャント抵抗30の
抵抗値等が設定されている。
【００１７】出力電流αの大きさが図２中に示すｂ
〔Ａ〕になったときには、共振形スイッチング電源20か
らの電流がｍ〔Ａ〕となる。このときＰＷＭスイッチン
グ電源10からの電流はＬ〔Ａ〕未満で電流制御にまだ余
裕がある。従って、出力電流αの大きさがｂ〔Ａ〕より
大きくなったときには、ＰＷＭスイッチング電源10の電
流のみが増加して、共振形スイッチング電源20の電流の
大きさはｍ〔Ａ〕から変化しない。
〔Ａ〕になったときには、共振形スイッチング電源20か
らの電流がｍ〔Ａ〕となる。このときＰＷＭスイッチン
グ電源10からの電流はＬ〔Ａ〕未満で電流制御にまだ余
裕がある。従って、出力電流αの大きさがｂ〔Ａ〕より
大きくなったときには、ＰＷＭスイッチング電源10の電
流のみが増加して、共振形スイッチング電源20の電流の
大きさはｍ〔Ａ〕から変化しない。
【００１８】出力電流αの大きさが図２中に示すｃ
〔Ａ〕となったときには、ＰＷＭスイッチング電源10か
らの電流の大きさはＬ〔Ａ〕となる。このとき電源とし
ての最大電力が負荷60に供給されることになる。最大電
力供給時の出力電流αの大きさ、即ちｃ〔Ａ〕はＰＷＭ
スイッチング電源10にて生成されたＬ〔Ａ〕の電流と共
振形スイッチング電源20にて生成されたｍ〔Ａ〕の電流
との和に等しい。
〔Ａ〕となったときには、ＰＷＭスイッチング電源10か
らの電流の大きさはＬ〔Ａ〕となる。このとき電源とし
ての最大電力が負荷60に供給されることになる。最大電
力供給時の出力電流αの大きさ、即ちｃ〔Ａ〕はＰＷＭ
スイッチング電源10にて生成されたＬ〔Ａ〕の電流と共
振形スイッチング電源20にて生成されたｍ〔Ａ〕の電流
との和に等しい。
【００１９】なお、本発明にかかるスイッチング電源は
負荷の変動が小さいような対象とするときには、ＰＷＭ
スイッチング電源と共振形スイッチング電源とを並列接
続する単純な回路構成でもかまわない。また、大電力を
必要とする対象のときには、ＰＷＭスイッチング電源と
共振形スイッチング電源とを複数に並列接続するように
してもよい。
負荷の変動が小さいような対象とするときには、ＰＷＭ
スイッチング電源と共振形スイッチング電源とを並列接
続する単純な回路構成でもかまわない。また、大電力を
必要とする対象のときには、ＰＷＭスイッチング電源と
共振形スイッチング電源とを複数に並列接続するように
してもよい。
【００２０】
【発明の効果】以上、本発明の請求項１にかかるスイッ
チング電源による場合には、パルス幅変調方式の第１の
スイッチング電源と共振形の第２のスイッチング電源に
より出力電流を分担して定電圧を生成するような構成と
なっているので、第１のスイッチング電源及び第２のス
イッチング電源の有する欠点を双方で上手く打ち消しあ
い、全体として高効率で制御性も良好となるというメリ
ットがある。また、電源の高効率化を図る上で、共振形
の第２のスイッチング電源の回路を改良する必要があ
り、この延長線上として部分共振形があるということは
先に述べたが、この改良は技術的に困難である上に、困
難な割りには大きな成果を期待できないのに対して、本
案電源による場合には、大きな設計変更を伴わず既存の
スイッチング電源を十分に利用することができるので、
非常に実際的でありコストの点でも大きなメリットを期
待できる。
チング電源による場合には、パルス幅変調方式の第１の
スイッチング電源と共振形の第２のスイッチング電源に
より出力電流を分担して定電圧を生成するような構成と
なっているので、第１のスイッチング電源及び第２のス
イッチング電源の有する欠点を双方で上手く打ち消しあ
い、全体として高効率で制御性も良好となるというメリ
ットがある。また、電源の高効率化を図る上で、共振形
の第２のスイッチング電源の回路を改良する必要があ
り、この延長線上として部分共振形があるということは
先に述べたが、この改良は技術的に困難である上に、困
難な割りには大きな成果を期待できないのに対して、本
案電源による場合には、大きな設計変更を伴わず既存の
スイッチング電源を十分に利用することができるので、
非常に実際的でありコストの点でも大きなメリットを期
待できる。
【００２１】本発明の請求項２にかかるスイッチング電
源による場合には、出力電流の大きさに基づいて共振形
の第２のスイッチング電源がオン・オフ制御されるよう
な構成となっているので、第２のスイッチング電源にて
電流制御し得る範囲より出力電流が大きく変化しても電
流制御することが可能となる。即ち、負荷変動が大きく
変動するような対象でも対応できる。従って、小型であ
りながら高性能、低価格なスイッチング電源が提供され
ることになる。
源による場合には、出力電流の大きさに基づいて共振形
の第２のスイッチング電源がオン・オフ制御されるよう
な構成となっているので、第２のスイッチング電源にて
電流制御し得る範囲より出力電流が大きく変化しても電
流制御することが可能となる。即ち、負荷変動が大きく
変動するような対象でも対応できる。従って、小型であ
りながら高性能、低価格なスイッチング電源が提供され
ることになる。
【図１】本発明の実施例を示すスイッチング電源の構成
図である。
図である。
【図２】図１に示すスイッチング電源の出力電流と電力
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
10 ＰＷＭスイッチング電源 20 共振形スイッチング電源 30 シャント抵抗 40 オン・オフ切り替え回路 50 出力端子 60 負荷 α 出力電流
Claims (2)
- 【請求項１】 パルス幅変調方式の第１のスイッチング
電源と共振形の第２のスイッチング電源とを有してお
り、第１、第２のスイッチング電源の各出力端子を接続
し、出力電流を第１、第２のスイッチング電源により分
担して定電圧を生成するようにしてあることを特徴とす
るスイッチング電源。 - 【請求項２】 出力電流の大きさを検出する電流検出手
段と、電流検出手段による検出結果に基づいて第２のス
イッチング電源のみをオン・オフ動作させるオン・オフ
切り替え手段とを備えていることを特徴とする請求項１
記載のスイッチング電源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41032490A JP2971952B2 (ja) | 1990-12-13 | 1990-12-13 | スイッチング電源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41032490A JP2971952B2 (ja) | 1990-12-13 | 1990-12-13 | スイッチング電源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04210776A JPH04210776A (ja) | 1992-07-31 |
| JP2971952B2 true JP2971952B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=18519502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP41032490A Expired - Fee Related JP2971952B2 (ja) | 1990-12-13 | 1990-12-13 | スイッチング電源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2971952B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4626576B2 (ja) * | 2006-06-19 | 2011-02-09 | トヨタ自動車株式会社 | Ｄｃ−ｄｃコンバータおよびその制御方法 |
| US7710088B2 (en) | 2006-07-27 | 2010-05-04 | Fujitsu Ten Limited | Switching regulator with an adjustable output regulator circuit and a constant output regulator circuit |
| JP5020732B2 (ja) * | 2006-07-27 | 2012-09-05 | 富士通テン株式会社 | スイッチングレギュレータ |
| JP2009060747A (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-19 | Tdk-Lambda Corp | Ｄｃ−ｄｃコンバータ |
| JP5634327B2 (ja) * | 2011-05-24 | 2014-12-03 | 三菱電機株式会社 | Ｄｃ／ｄｃコンバータ装置 |
| CA2778322C (en) | 2011-07-06 | 2018-09-04 | Technologie Demtroys Inc. | Method of operating a remotely-controlled switching device of an energy management system |
-
1990
- 1990-12-13 JP JP41032490A patent/JP2971952B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04210776A (ja) | 1992-07-31 |
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