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公開番号2025163479
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-29
出願番号2024066769
出願日2024-04-17
発明の名称電源装置
出願人コーセル株式会社
代理人個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20251022BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】入力電圧に関係なく一定の出力電圧が得られ、且つ出力電圧の設定を容易に変更できる倍電圧整流平滑回路を備えた電源装置を提供する。
【解決手段】トランスは、グランド端子26gが第一のグランドライン36に接続され、振幅端子26sに、第一のグランドライン36を基準に正方向及び負方向に振幅する矩形波電圧Vsが発生する電圧生成用巻線26を備える。倍電圧整流平滑回路32の結合コンデンサ32aと直列の位置に挿入された補助スイッチ56を備える。少なくとも矩形波電圧Vsが負方向に振幅している期間Tbの中の特定期間、補助スイッチ56をオフ状態に保持させる制御を行うスイッチ制御回路58を備える。スイッチ制御回路58の制御により、結合コンデンサ32aの両端電圧Vcが一定以上に上昇するのが阻止され、倍電圧整流平滑回路32の平滑コンデンサ32dに発生する出力電圧Vo3が目標値Vrに保持される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
入力電圧を断続して入力断続電圧を発生させるスイッチング素子と、複数の巻線を有したトランスと、第一のグランドラインと、前記第一のグランドラインに対する電圧差Vg21［Vg21≧0］が一定値になるように制御されている第二のグランドラインと、倍電圧整流平滑回路とを備え、
前記複数の巻線の中に、前記入力断続電圧が印加される入力巻線と、グランド端子と振幅端子とを有する巻線であって、前記グランド端子が前記第一のグランドラインに接続され、前記振幅端子に、前記第一のグランドラインを基準に正方向及び負方向に振幅する矩形波電圧Vsが発生する電圧生成用巻線とが含まれ、前記矩形波電圧Vsは、正波高値＋Va［Va＞0］及び負波高値－Vb［Vb＞0］のうち、前記正波高値＋Vaが前記入力電圧の値に関係なく一定値になるように制御されており、
前記倍電圧整流平滑回路は、前記電圧生成用巻線の前記振幅端子に一端が接続された結合コンデンサと、アノードが前記第二のグランドラインに接続され、カソードが前記結合コンデンサの他端に接続された電位設定ダイオードと、アノードが前記結合コンデンサの他端に接続された整流ダイオードと、高電圧側の一端が前記整流ダイオードのカソードに接続され、低電圧側の一端が前記第一のグランドライン又は前記第二のグランドラインに接続された平滑コンデンサとを備えた電源装置において、
前記結合コンデンサと直列の位置に挿入された補助スイッチと、前記補助スイッチのオンオフを制御する回路であって、少なくとも前記矩形波電圧Vsが負方向に振幅している期間の中の特定期間、前記補助スイッチをオフ状態に保持させる制御を行うスイッチ制御回路とを備え、
前記スイッチ制御回路の制御により、前記結合コンデンサの両端電圧Vcが一定以上に上昇するのが阻止され、前記平滑コンデンサの高電圧側の一端の、前記第二のグランドラインに対する電圧差が目標値Vr［Va＜Vr＜Va＋Vb］に保持されることを特徴とする電源装置。
続きを表示（約 4,900 文字）【請求項２】
前記スイッチ制御回路は、前記矩形波電圧Vsを検出し、前記矩形波電圧Vsの瞬時値が＋Vaから低下して所定の閾値－Vx1［0＜Vx1＜Vb］に達した時に前記補助スイッチをオフさせ、その後、前記矩形波電圧Vsの瞬時値が－Vbから上昇して前記閾値－Vx1以上になると前記補助スイッチをオンさせる制御を行う請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記スイッチ制御回路は、前記結合コンデンサの両端電圧Vc及び前記補助スイッチの両端電圧Vswとを検出し、両端電圧Vcが上昇して所定の閾値Vx2［0＜Vx2＜Vb＋Vg21］に達した時に前記補助スイッチをオフさせ、その後、オフしている前記補助スイッチの前記両端電圧Vswがゼロになった時又は前記両端電圧Vswの正負が反転した時にオンさせる制御を行う請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
前記電圧差Vg21の設定は使用者が可変調節することができ、前記スイッチ制御回路は、前記電圧差Vg21が電圧差（Vg21＋ΔV）に変更されたことを検知すると、前記閾値Vx2の設定を能動的に（Vx2＋ΔV）に変更し、これによって、前記平滑コンデンサの高電圧側の一端の、前記第二のグランドラインに対する電圧差が目標値Vr［Va＜Vr＜Va＋Vb］に保持される請求項３記載の電源装置。
【請求項５】
入力電圧を断続して入力断続電圧を発生させるスイッチング素子と、複数の巻線を有したトランスと、第一のグランドラインと、前記第一のグランドラインに対する電圧差Vg21［Vg21≧0］が一定値になるように制御されている第二のグランドラインと、倍電圧整流平滑回路とを備え、
前記複数の巻線の中に、前記入力断続電圧が印加される入力巻線と、グランド端子と振幅端子とを有する巻線であって、前記グランド端子が前記第一のグランドラインに接続され、前記振幅端子に、前記第一のグランドラインを基準に正方向及び負方向に振幅する矩形波電圧Vsが発生する電圧生成用巻線とが含まれ、前記矩形波電圧Vsは、正波高値＋Va［Va＞0］及び負波高値－Vb［Vb＞0］のうち、前記負波高値－Vbが前記入力電圧の値に関係なく一定値になるように制御されており、
前記倍電圧整流平滑回路は、前記電圧生成用巻線の前記振幅端子に一端が接続された結合コンデンサと、アノードが前記第二のグランドラインに接続され、カソードが前記結合コンデンサの他端に接続された電位設定ダイオードと、アノードが前記結合コンデンサの他端に接続された整流ダイオードと、高電圧側の一端が前記整流ダイオードのカソードに接続され、低電圧側の一端が前記第一のグランドライン又は前記第二のグランドラインに接続された平滑コンデンサとを備えた電源装置において、
前記結合コンデンサと直列の位置に挿入された補助スイッチと、前記補助スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御回路とを備え、
前記スイッチ制御回路は、前記矩形波電圧Vsを検出し、前記矩形波電圧Vsの瞬時値が－Vbから上昇して所定の閾値Vx3［0＜Vx3＜Va］に達した時に前記補助スイッチをオフさせ、その後、前記矩形波電圧Vsの瞬時値が＋Vaから低下して前記閾値Vx3以下になると前記補助スイッチをオンさせる制御を行い、
前記スイッチ制御回路の制御により、前記第一のグランドラインの電位を基準電位とした時の前記整流ダイオードのアノードの電圧である整流前電圧Ve1が一定以上に上昇するのが阻止され、前記平滑コンデンサの高電圧側の一端の、前記第二のグランドラインに対する電圧差が目標値Vr［Va＜Vr＜Va＋Vb］に保持されることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
入力電圧を断続して入力断続電圧を発生させるスイッチング素子と、複数の巻線を有したトランスと、第一のグランドラインと、前記第一のグランドラインに対する電圧差Vg21［Vg21≧0］が一定値になるように制御されている第二のグランドラインと、倍電圧整流平滑回路とを備え、
前記複数の巻線の中に、前記入力断続電圧が印加される入力巻線と、グランド端子と振幅端子とを有する巻線であって、前記グランド端子が前記第一のグランドラインに接続され、前記振幅端子に、前記第一のグランドラインを基準に正方向及び負方向に振幅する矩形波電圧Vsが発生する電圧生成用巻線とが含まれ、前記矩形波電圧Vsは、正波高値＋Va［Va＞0］及び負波高値－Vb［Vb＞0］のうち、前記正波高値＋Vaが前記入力電圧の値に関係なく一定値になるように制御されており、
前記倍電圧整流平滑回路は、前記電圧生成用巻線の前記振幅端子に一端が接続された結合コンデンサと、アノードが前記第二のグランドラインに接続され、カソードが前記結合コンデンサの他端に接続された電位設定ダイオードと、アノードが前記結合コンデンサの他端に接続された整流ダイオードと、高電圧側の一端が前記整流ダイオードのカソードに接続され、低電圧側の一端が前記第一のグランドライン又は前記第二のグランドラインに接続された平滑コンデンサとを備えた電源装置において、
前記結合コンデンサと前記電圧生成用巻線の前記振幅端子との間に挿入されたトランジスタであって、エミッタが前記結合コンデンサの一端に接続され、コレクタが前記電圧生成用巻線の一端に接続されたＰＮＰトランジスタと、前記ＰＮＰトランジスタのベースに対し、前記第一のグランドラインの電位を基準電位とする直流バイアスVbiを印加するバイアス回路と、アノードが前記ＰＮＰトランジスタのコレクタに接続され、カソードが前記ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続された補助ダイオードとを備え、
前記矩形波電圧Vsが負方向に振幅している期間の中の特定期間、前記ＰＮＰトランジスタは、エミッタの電位が前記直流バイアスVbiに対応した電位に保持されることによって非導通状態になり、これによって、前記結合コンデンサの両端電圧Vcが一定以上に上昇するのが阻止されて、前記平滑コンデンサの高電圧側の一端の、前記第二のグランドラインに対する電圧差が目標値Vr［Va＜Vr＜Va＋Vb］に保持されることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
入力電圧を断続して入力断続電圧を発生させるスイッチング素子と、複数の巻線を有したトランスと、第一のグランドラインと、前記第一のグランドラインに対する電圧差Vg21［Vg21≧0］が一定値になるように制御されている第二のグランドラインと、倍電圧整流平滑回路とを備え、
前記複数の巻線の中に、前記入力断続電圧が印加される入力巻線と、グランド端子と振幅端子とを有する巻線であって、前記グランド端子が前記第一のグランドラインに接続され、前記振幅端子に、前記第一のグランドラインを基準に正方向及び負方向に振幅する矩形波電圧Vsが発生する電圧生成用巻線とが含まれ、前記矩形波電圧Vsは、正波高値＋Va［Va＞0］及び負波高値－Vb［Vb＞0］のうち、前記負波高値－Vbが前記入力電圧の値に関係なく一定値になるように制御されており、
前記倍電圧整流平滑回路は、前記電圧生成用巻線の前記振幅端子に一端が接続された結合コンデンサと、アノードが前記第二のグランドラインに接続され、カソードが前記結合コンデンサの他端に接続された電位設定ダイオードと、アノードが前記結合コンデンサの他端に接続された整流ダイオードと、高電圧側の一端が前記整流ダイオードのカソードに接続され、低電圧側の一端が前記第一のグランドライン又は前記第二のグランドラインに接続された平滑コンデンサとを備えた電源装置において、
前記結合コンデンサと前記電圧生成用巻線の前記振幅端子との間に挿入されたトランジスタであって、エミッタが前記結合コンデンサの一端に接続され、コレクタが前記電圧生成用巻線の一端に接続されたＰＮＰトランジスタと、前記ＰＮＰトランジスタのベースに対し、前記矩形波電圧Vsが正波高値＋Vaになっている時の前記振幅端子の電位を基準電位とする直流バイアスVbiを印加するバイアス回路と、アノードが前記ＰＮＰトランジスタのコレクタに接続され、カソードが前記ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続された補助ダイオードとを備え、
前記矩形波電圧Vsが負方向に振幅している期間の中の特定期間、前記ＰＮＰトランジスタは、エミッタの電位が前記直流バイアスVbiに対応した電位に保持されることによって非導通状態になり、これによって、前記結合コンデンサの両端電圧Vcが一定以上に上昇するのが阻止されて、前記平滑コンデンサの高電圧側の一端の、前記第二のグランドラインに対する電圧差が目標値Vr［Va＜Vr＜Va＋Vb］に保持されることを特徴とする電源装置。
【請求項８】
前記ＰＮＰトランジスタがＰチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴに置き換えられた請求項６又は７記載の電源装置。
【請求項９】
前記補助ダイオードが前記ＭＯＳ型ＦＥＴのドレインソース間の寄生ダイオードで代用されている請求項８記載の電源装置。
【請求項１０】
スイッチング素子と、複数の巻線を有したトランスと、第一のグランドラインと、前記第一のグランドラインに対する電圧差Vg21［Vg21≧0］が一定値になるように制御されている第二のグランドラインと、倍電圧整流平滑回路とを備え、
前記複数の巻線の中に、前記スイッチング素子がオンオフすることによって入力電圧を断続した断続電圧が印加される入力巻線と、グランド端子と振幅端子とを有する巻線であって、前記グランド端子が前記第一のグランドラインに接続され、前記振幅端子に、前記第一のグランドラインを基準に正方向及び負方向に振幅する矩形波電圧Vsが発生する電圧生成用巻線とが含まれ、前記矩形波電圧Vsは、正波高値＋Va［Va＞0］及び負波高値－Vb［Vb＞0］のうち、前記正波高値＋Vaが前記入力電圧の値に関係なく一定値になるように制御されており、
前記倍電圧整流平滑回路は、前記電圧生成用巻線の前記振幅端子に一端が接続された結合コンデンサと、アノードが前記第二のグランドラインに接続され、カソードが前記結合コンデンサの他端に接続された電位設定ダイオードと、アノードが前記結合コンデンサの他端に接続された整流ダイオードと、高電圧側の一端が前記整流ダイオードのカソードに接続され、低電圧側の一端が前記第一のグランドライン又は前記第二のグランドラインに接続された平滑コンデンサとを備えた電源装置において、
前記電位設定ダイオード及び前記整流ダイオードの接続点と前記結合コンデンサとの間に挿入されたトランジスタであって、エミッタが前記結合コンデンサの一端に接続され、コレクタが前記電位設定ダイオード及び前記整流ダイオードの接続点に接続されたＮＰＮトランジスタと、前記ＮＰＮトランジスタのベースに対し、前記矩形波電圧Vsが負波高値－Vbになっている時の前記振幅端子の電位を基準電位とする直流バイアスVbiを印加するバイアス回路と、アノードが前記ＮＰＮトランジスタのエミッタに接続され、カソードが前記ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続された補助ダイオードとを備え、
前記矩形波電圧Vsが負方向に振幅している期間の中の特定期間、前記ＮＰＮトランジスタは、エミッタの電位が前記直流バイアスVbiに対応した電位に保持されることによって非導通状態になり、これによって、前記結合コンデンサの両端電圧Vcが一定以上に高くなるのが阻止されて、前記平滑コンデンサの高電圧側の一端の、前記第二のグランドラインに対する電圧差が目標値Vr［Va＜Vr＜Va＋Vb］に保持されることを特徴とする電源装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスの巻線の発生電圧を整流して直流電圧を生成する倍電圧整流平滑回路を備えた電源装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
＜従来の電源装置１０＞
従来、図２５に示す電源装置１０のように、外部負荷１６（ユーザ装置等）に一定の出力電圧Vo1を出力する主ＤＣ－ＤＣコンバータ１２と、内部負荷１８ａ，１８ｂ（電源装置１０内の制御回路等）に出力電圧Vo2，Vo3を出力する補助ＤＣ－ＤＣコンバータ１４とを備えた電源装置があった。
【０００３】
主ＤＣ－ＤＣコンバータ１２は、入力電源２０から供給された入力電圧Viを一定の出力電圧Vo1に変換する装置で、出力電圧Vo1を一定の値（目標値）に保持する動作を行う。主ＤＣ－ＤＣコンバータ１２は、スイッチングレギュレータとシリーズレギュレータのどちらでもよい。
【０００４】
補助ＤＣ－ＤＣコンバータ１４は、スイッチングレギュレータであり、入力電圧Viを断続して入力断続電圧を発生させるスイッチング素子２２と、入力巻線２４及び電圧生成用巻線２６（出力巻線）を有したトランス２８とを備えている。さらに、電圧生成用巻線２６に発生する矩形波電圧Vsを整流平滑して出力電圧Vo2を生成する整流平滑回路３０と、矩形波電圧Vsを整流平滑して出力電圧Vo3を生成する倍電圧整流平滑回路３２と、出力電圧Vo2が一定の値（目標値）になるようにスイッチング素子２２をオンオフさせる駆動回路３４とを備えている。
【０００５】
補助ＤＣ－ＤＣコンバータ１４の、トランス２８を挟んで出力側の回路は、出力電圧Vo1，Vo2の基準電位となる第一のグランドライン３６と、出力電圧Vo3の基準電位となる第二のグランドライン３８とを有している。補助ＤＣ－ＤＣコンバータ１４の場合、第二のグランドライン３８は、主ＤＣ－ＤＣコンバータ１２の出力電圧Vo1が出力されるラインであり、第一のグランドライン３６に対して一定の電圧差Vg21（＝Vo1）が発生している。
【０００６】
トランス２８の電圧生成用巻線２６は、振幅端子２６ｓとグランド端子２６ｇとを有し、グランド端子２６ｇが第一のグランドライ３６に接続されている。そして、整流平滑回路３０が振幅端子２６ｓと第一のグランドライン３６との間に接続され、振幅端子２６ｓと第二のグランドライン３８との間に倍電圧整流平滑回路３２が接続されている。
【０００７】
整流平滑回路３０は、ダイオード３０ａとコンデンサ３０ｂとで構成され、スイッチング素子２２がオフして矩形波電圧Vsが正方向に振幅している期間Taに、矩形波電圧Vsの正波高値＋Va［Va＞0］をピークホールドして出力電圧Vo2を生成する。出力電圧Vo2は、駆動回路３４が動作することによって一定の値に保持されるので、正波高値＋Vaは一定の値となる。反対に、スイッチング素子２２がオンして矩形波電圧Vsが負方向に振幅している期間Tbに発生する負波高値－Vb［Vb＞0］は、入力電圧Viに略比例して変動することになる。
【０００８】
倍電圧整流平滑回路３２は、電圧生成用巻線２６の振幅端子２６ｓに一端が接続された結合コンデンサ３２ａと、アノードが第二のグランドライン３８に接続されカソードが結合コンデンサ３２ａの他端に接続された電位設定ダイオード３２ｂと、アノードが結合コンデンサ３２ａの他端に接続された整流ダイオード３２ｃとを備える。さらに、高電圧側の一端が整流ダイオード３２ｂのカソードに接続され、低電圧側の一端が第二のグランドライン３８に接続された平滑コンデンサ３２ｄとを備え、平滑コンデンサ３２ｄの両端に出力電圧Vo3が発生する。
【０００９】
次に、倍電圧整流平滑回路３２及びその周辺回路の動作について、図２６（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。ここで、第一のグランドライン３６の電位を基準電位とした時の、整流ダイオード３２ｃのアノードの電圧を整流前電圧Ve1と称し、整流ダイオード３２ｃのカソードの電圧を整流後電圧Ve2と称する。また、各ダイオードの順方向電圧は十分小さいと想定して説明する。この想定は、後述する本発明の各実施形態の説明においても同様である。
【００１０】
まず、期間Tb(k)の動作を説明するが、期間Tb(k)の前の期間Ta(k-1)が終了する直前のタイミングで、結合コンデンサ３２ａの両端電圧Vcは定常時の値よりも少し低くなっているとする。
（【００１１】以降は省略されています）

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