JP3571959B2

JP3571959B2 - Switching power supply

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Publication number: JP3571959B2
Application number: JP12744999A
Authority: JP
Inventors: 徹志大竹
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2019-05-07
Also published as: JP2000324814A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の出力電圧を得るためのスイッチング電源装置において、主スイッチング素子を含む制御系のフィードバック制御動作によって電圧の安定化が直接には行われない出力電圧を安定化させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器はその内部に数多くの機能回路や装置を備え、これら機能回路や装置に供給すべき駆動電圧が２以上の種類（電圧値）となることは当然のようになった。
例えば、電圧値の異なる複数の電圧を得るには、その電圧の必要数だけの電源回路を備えた電源装置を使用することも考えられる。しかし、電源回路の数が多くなるとコストは上昇し、形状も大きくなるといった問題がある。このため、電子機器に内蔵する電源装置には、一つの電源から電圧値の異なる複数の出力電圧が得られるマルチ出力型のスイッチング電源装置が要求されることが多い。
このようなマルチ出力型のスイッチング電源装置の一例として、従来においては図３に示すような構成のスイッチング電源装置が存在した。
【０００３】
図３に示す回路は、先ず、高電位側の入力端子１とアースとの間にトランスＴ１の１次巻線Ｎ１と主スイッチングトランジスタＱ１の主電流路を直列に接続し、主スイッチングトランジスタＱ１のベースに制御回路４を接続する。なお、アースは図３に示す回路の基準電位点であり、低電位側の入力端子および低電位側の各出力端子は図示を省略してあるがアースに接続されているものとする。
トランスＴ１の２次巻線Ｎ２の一端ａはダイオードＤ１を介して高電位側の第１の出力端子２に接続し、その出力端子２とアースとの間にコンデンサＣ２を接続し、このダイオードＤ１と出力コンデンサＣ２により電源装置の第１の出力回路５ｂを形成する。
【０００４】
また、２次巻線Ｎ２のタップＣＴはダイオードＤ４を介して高電位側の第２の出力端子３に接続し、その出力端子３とアースとの間にコンデンサＣ６を接続し、このダイオードＤ４とコンデンサＣ６により電源装置の第２の出力回路６ｂを形成する。なお２次巻線Ｎ２の他端ｂはアースに接続する。
そして、入力端子１とアースとの間にはフィルタ用のコンデンサＣ１を接続する。出力端子２とアースとの間には出力電圧検出用の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の直列回路を接続し、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点に現れた電圧を制御回路４に入力する、回路構成としている。
【０００５】
このような構成とした図３の回路では、制御回路４が出力する駆動信号に従ってスイッチングトランジスタＱ１がオン、オフ動作を繰り返す。すると、スイッチングトランジスタＱ１の動作に伴ってトランスＴ１の２次巻線Ｎ２に交番電圧が発生する。ここで、２次巻線Ｎ２の一端ａと他端ｂの間に現れた交番電圧は第１の出力回路５ｂにおいて整流、平滑され、これにより、第１の出力端子２の位置に第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１が出現する。また、２次巻線Ｎ２のタップＣＴと他端ｂの間に現れた交番電圧は第２の出力回路６ｂにおいて整流、平滑され、これにより、第２の出力端子３の位置に第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２が出現する。
【０００６】
ところで、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点に現れる電圧信号は第１の出力端子２に出現した第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１の電圧値に応じた大きさとなる。何らかの理由によって第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１が所定の値から変動した場合、制御回路４は抵抗Ｒ１とＲ２の接続点に現れた電圧信号に応じて駆動信号のパルス幅を変化させ、スイッチングトランジスタＱ１のオン、オフ期間の比率、すなわちオンディーティを変化させる。スイッチングトランジスタＱ１のオンデューティが変化すると１次巻線Ｎ１を通過する電流の単位時間当たりの流量が変化し、トランスＴ１の１次側から２次側へ伝達されるエネルギー量が変化する。すると第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１は、変化した伝達エネルギー量に応じてその電圧値を元の所定の電圧値に復元するような作用を受ける。
【０００７】
以上のような出力電圧の大きさに基づくスイッチング動作の制御、いわゆるフィードバック制御によって、図３に示す回路の第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１は所定の値に安定化される。
なお、第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２については、第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１の電圧値がほぼ一定の値で安定していれば、外部要因、すなわち各出力端子にそれぞれ接続された外部負荷の状態や入力電圧Ｖ_ＩＮが変化しない限り、その電圧値はほぼ一定の値で安定することになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示す回路で、出力端子２または３に接続された外部負荷の状態、あるいは入力電圧Ｖ_ＩＮなどが変化した時、第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１については先のフィードバック制御動作によって安定化されているため、電圧値の変動はほとんど起こらない。しかし第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２については、仮令、第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１の電圧値が安定していても、様々な外部要因の変化によって電圧値が変動してしまう。これは、電源回路を構成するトランスＴ１の各巻線間の磁気的結合が完全（結合係数が１．０）ではないこと、各巻線に存在する電気抵抗とそこを流れる電流によって電圧降下を生じること等が原因と考えられている。
【０００９】
そのため、図３に示す回路構成としたスイッチング電源装置は、入力電圧Ｖ_ＩＮや外部負荷の状態が大きく変化するような場合、第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２の電圧値に高い安定度は望めない、換言すると、フィードバック制御が作用する第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１の一つしか安定度の高い電圧が得られないとの問題があった。
そこで本発明は、外部要因の変化に対して安定度が高い出力電圧が複数得られるスイッチング電源装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるスイッチング電源装置は、主スイッチング素子のオン、オフ動作に伴ってインダクタンス部品の所定の巻線端に現れた電圧から少なくとも一つの出力電圧を得るスイッチング電源装置において、主電流路の一端が直流電圧が得られる回路位置に接続され、その制御端子にはインダクタンス部品の所定の巻線位置に現れた電圧による同期駆動信号が供給される補助スイッチング素子と、補助スイッチング素子の主電流路の他端と電源出力端子との間に接続された平滑回路と、その主電流路がコンデンサを介して補助スイッチング素子の制御端子に接続され、電源出力端子に現れた出力電圧に応じて動作する制御トランジスタとを具備する降圧回路を設けたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
主スイッチング素子、インダクタンス部品、ダイオードおよび出力コンデンサを相互に接続して電源回路を構成する。さらに当該電源回路に制御回路等を組み込み、出力コンデンサの端子間電圧を安定化するためのにフィードバック制御系を形成しておく。
安定化された直流電圧が得られる出力コンデンサの一端と所定の電源出力端子との間に補助スイッチング素子と平滑回路を接続する。補助スイッチング素子の制御端子はインピーダンス回路を介してインダクタンス部品の所定の巻線位置に接続し、補助スイッチング素子に同期駆動信号を供給する。補助スイッチング素子の制御端子と基準電位点との間にコンデンサと制御トランジスタの主電流路を直列に接続する。制御トランジスタの制御端子は定電圧素子を介して電源出力端子に接続し、制御トランジスタを出力電圧に応じて動作させる。制御トランジスタの主電流路に対してダイオードを並列に接続し、コンデンサの放電路を確保する。
【００１２】
【実施例】
外部要因の変化に対して安定度が高い出力電圧が複数得られる、本発明の第１の実施例によるスイッチング電源装置の回路を図１に示した。
図１に示す回路は以下のような回路構成としている。
入力端子１とアースとの間にチョークコイルＬ１と主スイッチングトランジスタＱ１を直列に接続し、主スイッチングトランジスタＱ１のベースに制御回路４を接続する。入力端子１とアースとの間にはフィルタ用のコンデンサＣ１を接続する。チョークコイルＬ１の主スイッチングトランジスタＱ１側の一端をダイオードＤ１を介して出力コンデンサＣ２の一端に接続し、出力コンデンサＣ２の他端はアースに接続する。出力コンデンサＣ２の一端はさらに第１の出力端子２に接続し、このダイオードＤ１と出力コンデンサＣ２とにより第１の出力回路５ａを構成する。
【００１３】
出力コンデンサＣ２の一端にＰＮＰ型バイポーラトランジスタによる補助スイッチングトランジスタＱ２のエミッタを接続し、補助スイッチングトランジスタＱ２のコレクタをチョークコイルＬ２を介して第２の出力端子３に接続する。チョークコイルＬ２の両端にはそれぞれ他端がアースに接続された転流ダイオードＤ２とコンデンサＣ３を接続し、平滑回路を構成する。補助スイッチングトランジスタＱ２のベースを抵抗Ｒ３とコンデンサＣ４の並列回路を介してチョークコイルＬ１の主スイッチングトランジスタＱ１側の一端に接続し、さらに補助スイッチングトランジスタＱ２のベースをコンデンサＣ５を介してＮＰＮ型バイポーラトランジスタによる制御トランジスタＱ３のコレクタに接続する。
【００１４】
制御トランジスタＱ３のエミッタはアースに接続し、制御トランジスタＱ３のベースは定電圧ダイオードＤＺ１を介して第２の出力端子３に接続する。制御トランジスタＱ３のコレクタ、エミッタ間に、その順方向が制御トランジスタＱ３と逆となるようにダイオードＤ３を接続する。この補助スイッチングトランジスタＱ２、制御トランジスタＱ３、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ３、Ｃ４、チョークコイルＬ２、転流ダイオードＤ２、ダイオードＤ３および定電圧ダイオードＤＺ１により第２の出力回路６ａを構成する。
そして、第１の出力端子２とアースとの間に抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２を直列に接続し、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点に現れた電圧信号を制御回路４に入力する。
このような構成とした図１の回路の概略の動作は以下のようになる。
【００１５】
主スイッチングトランジスタＱ１がオン状態になると、主スイッチングトランジスタＱ１のコレクタ電圧はほぼ零となり、入力端子１からチョークコイルＬ１に電流が流入する。この間、チョークコイルＬ１にはエネルギーが蓄積される。そして、主スイッチングトランジスタＱ１がオフ状態に転換すると、チョークコイルＬ１にはフライバック電圧が発生し、入力電圧Ｖ_ＩＮとフライバック電圧の合成電圧が主スイッチングトランジスタＱ１のコレクタに現れる。この合成電圧はダイオードＤ１を介して出力コンデンサＣ２に供給され、出力コンデンサＣ２が充電される。この時に出力コンデンサＣ２の端子間に現れた電圧が、第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１として第１の出力端子２より外部の負荷に供給されることになる。なお、第１の出力電圧Ｖ_Ｏ１は、その電圧値に応じて主スイッチングトランジスタＱ１のオン期間を変化させるといった制御動作を成す、抵抗Ｒ１、Ｒ２と制御回路４、そして主スイッチングトランジスタＱ１によって構成されるフィードバック制御系により安定化される。
【００１６】
一方、第２の出力回路６ａについては、主スイッチングトランジスタＱ１の動作と第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２の電圧値に応じて、以下のような動作を行う。
主スイッチングトランジスタＱ１がオン状態となると、補助スイッチングトランジスタＱ２のベースから抵抗Ｒ３とコンデンサＣ４の並列回路を介して主スイッチングトランジスタＱ１のコレクタへ向けて電流が流れ出す。すると補助スイッチングトランジスタＱ２は順方向バイアスを受け、オン状態となる。補助スイッチングトランジスタＱ２がオン状態となると、チョークコイルＬ２とコンデンサＣ３には、出力コンデンサＣ２から補助スイッチングトランジスタＱ２を介してエネルギーが供給され、第２の出力端子３に第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２が出現する。
【００１７】
やがて、主スイッチングトランジスタＱ１がオフ状態となると、主スイッチングトランジスタＱ１のコレクタには入力電圧Ｖ_ＩＮとチョークコイルＬ１のフライバック電圧との合成電圧が出現する。すると、補助スイッチングトランジスタＱ２のエミッタにはダイオードＤ１を介して、ベースには抵抗Ｒ３とコンデンサＣ４の並列回路を介して、それぞれ同一の合成電圧が供給される。このため、補助スイッチングトランジスタＱ２のベース、エミッタ間には順方向バイアスが供給されなくなり、補助スイッチングトランジスタＱ２はオフ状態へ移行する。補助スイッチングトランジスタＱ２がオフ状態となると出力コンデンサＣ２からのエネルギー供給が途絶え、第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２はチョークコイルＬ２およびコンデンサＣ３にそれまでに蓄積されたエネルギーによって維持されることになる。
【００１８】
このようにして補助スイッチングトランジスタＱ２が主スイッチングトランジスタＱ１のスイッチング動作に対して受動的にオン、オフ動作をすることにより第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２が得られる。
実際の回路においては、補助スイッチングトランジスタＱ２がオン、オフ動作を継続すると第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２の電圧値は徐々に上昇していく。ここで、第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２の電圧値が定電圧ダイオードＤＺ１のツェナー電圧よりも高くなると、第２の出力端子３から制御トランジスタＱ３のベースに定電圧ダイオードＤＺ１を介して電流が流れ込み、制御トランジスタＱ３はオン状態となる。制御トランジスタＱ３がオン状態となると補助スイッチングトランジスタＱ２のベースはコンデンサＣ５を介してアースに接続されることになる。
【００１９】
この時、コンデンサＣ５の充電が完了するまでは、補助スイッチングトランジスタＱ２のベース電流がコンデンサＣ５と制御トランジスタＱ３を介してアースに流れ込み、補助スイッチングトランジスタＱ２はオン状態となる。しかし、所定の遅れ時間（図２中のｔ１）を経てコンデンサＣ５の充電が完了すると、補助スイッチングトランジスタＱ２のベース電流の流通は停止し、補助スイッチングトランジスタＱ２はオフ状態となる。
制御トランジスタＱ３がオン状態にある間、補助スイッチングトランジスタＱ２は、仮令、主スイッチングトランジスタＱ１がオン状態となっても、充電状態にあるコンデンサＣ５の端子間電圧（Ｖ_Ｃ５）によって順方向バイアスが受けられず、図２に示すようにオフ状態を維持する。その結果、第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２は、外部負荷による電力の消費によって徐々に電圧値が低下していく。
【００２０】
やがて第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２の電圧値が定電圧ダイオードＤＺ１のツェナー電圧より低くなると、制御トランジスタＱ３のベースへの電流の流入は停止し、制御トランジスタＱ３はオフ状態となる。制御トランジスタＱ３がオフ状態となると、コンデンサＣ５はダイオードＤ３を介して放電を行うようになる。
この時、補助スイッチングトランジスタＱ２は、コンデンサＣ５の端子間電圧によって、ほぼオフ状態を維持している。しかし、所定の遅れ時間（ｔ２）を経てコンデンサＣ５の放電が完了すると、補助スイッチングトランジスタＱ２は従前の通り、主スイッチングトランジスタＱ１のスイッチング動作に対して受動的にオン、オフ動作を行うようになる。
【００２１】
その結果、オン、オフ動作を繰り返す補助スイッチングトランジスタＱ２を介して、出力コンデンサＣ２からチョークコイルＬ２、コンデンサＣ３に対してエネルギーが供給され、第２の出力回路６ａには、再び、第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２の電圧値を上昇させようとする作用が働く。
以上のように、主スイッチングトランジスタＱ１の継続したスイッチング動作に対して補助スイッチングトランジスタＱ２が間欠的にオン、オフ動作をすることにより、補助スイッチングトランジスタＱ２を通過するエネルギー量が制御され、第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２が安定化される。このため、スイッチング電源装置を図１に示すような回路構成とすれば、第２の出力電圧Ｖ_Ｏ２に補助スイッチングトランジスタＱ２の間欠動作に伴うリップルは現れるものの、外部の負荷の状態や入力電圧Ｖ_ＩＮなどの外部要因の変化に対して安定度の高い出力電圧が複数（２つ）得られることになる。
【００２２】
なお、図１に示す本発明の実施例では、第１と第２の２つの出力電圧を得るための電源装置に本発明を適用したものであるが、３以上の出力電圧を得る構成の電源装置に本発明を適用しても構わない。また、実施例の回路では、チョークコイルＬ１と主スイッチングトランジスタＱ１と第１の出力回路５ａが昇圧チョッパコンバータの回路構成となっているが、図３のようにトランスを使用した構成としても構わない。さらに実施例では、本発明を昇圧型のスイッチング電源装置に適用したものを例示しているが、昇降圧型のスイッチング電源装置に本発明を適用しても良く、また補助スイッチング素子を含む第２の出力回路の回路部分を降圧チョッパ回路の構成ではなく、極性反転の回路の構成としても構わない。そして、図１の回路では補助スイッチングトランジスタＱ２のエミッタを安定化された直流電圧が現れる出力コンデンサＣ２の一端に接続しているが、非安定の直流電圧が現れる入力端子１に接続しても構わない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によるスイッチング電源装置は、主スイッチング素子を含むフィードバック制御系の制御動作によってその端子間電圧が安定化される出力コンデンサに対し、補助スイッチング素子と平滑回路を接続する。補助スイッチング素子の制御端子に対して主スイッチング素子と接続されたインダクタンス部品より同期駆動信号を供給する。そして、前記平滑回路に得られる出力電圧に応じてオンオフ動作をする制御トランジスタを設け、補助スイッチング素子の制御端子をコンデンサを介して制御トランジスタの主電流路に接続する構成を特徴としている。
このような本発明によれば、外部の負荷の状態や入力電圧Ｖ_ＩＮなどの外部要因の変化に対して安定度の高い出力電圧が複数得られる、マルチ出力型のスイッチング電源装置を構成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるスイッチング電源装置の回路図。
【図２】図１に示す回路の各部の電圧波形と、２つのスイッチング素子の動作タイミングを示す図。
【図３】従来のマルチ出力型のスイッチング電源装置の一例の回路図。
【符号の説明】
１：入力端子２：第１の出力端子３：第２の出力端子４：制御回路５ａ、５ｂ：第１の出力回路６ａ、６ｂ：第２の出力回路
Ｃ２：出力コンデンサＣ５：コンデンサＤ２：転流ダイオード
Ｄ３：ダイオードＤＺ１：定電圧ダイオードＬ１：チョークコイルＱ１：主スイッチングトランジスタ（主スイッチング素子）
Ｑ２：補助スイッチングトランジスタ（補助スイッチング素子）Ｑ３：制御トランジスタＶ_ＩＮ：入力電圧Ｖ_Ｏ１：第１の出力電圧Ｖ_Ｏ２：第２の出力電圧[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for stabilizing an output voltage in which a voltage is not directly stabilized by a feedback control operation of a control system including a main switching element in a switching power supply device for obtaining a plurality of output voltages. .
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices have a large number of functional circuits and devices therein, and it is natural that drive voltages to be supplied to these functional circuits and devices are two or more types (voltage values).
For example, in order to obtain a plurality of voltages having different voltage values, it is conceivable to use a power supply device having a required number of power supply circuits. However, when the number of power supply circuits increases, the cost increases and the shape increases. For this reason, a power supply device incorporated in an electronic device is often required to be a multi-output type switching power supply device capable of obtaining a plurality of output voltages having different voltage values from one power supply.
As an example of such a multi-output type switching power supply device, there has conventionally been a switching power supply device having a configuration as shown in FIG.
[0003]
In the circuit shown in FIG. 3, first, the primary current path of the primary winding N1 of the transformer T1 and the main switching transistor Q1 is connected in series between the input terminal 1 on the high potential side and the ground. The control circuit 4 is connected to the base. The ground is the reference potential point of the circuit shown in FIG. 3, and the input terminal on the low potential side and each output terminal on the low potential side are not shown, but are connected to the ground.
One end a of the secondary winding N2 of the transformer T1 is connected to the first output terminal 2 on the high potential side via the diode D1, and a capacitor C2 is connected between the output terminal 2 and the ground. And the output capacitor C2 form a first output circuit 5b of the power supply device.
[0004]
The tap CT of the secondary winding N2 is connected to a second output terminal 3 on the high potential side via a diode D4, and a capacitor C6 is connected between the output terminal 3 and the ground. The second output circuit 6b of the power supply device is formed by the capacitor C6. The other end b of the secondary winding N2 is connected to the ground.
Then, a filter capacitor C1 is connected between the input terminal 1 and the ground. A series circuit of an output voltage detecting resistor R1 and a resistor R2 is connected between the output terminal 2 and the ground, and a voltage appearing at a connection point between the resistors R1 and R2 is input to the control circuit 4. .
[0005]
In the circuit of FIG. 3 having such a configuration, the switching transistor Q1 repeats the ON / OFF operation in accordance with the drive signal output from the control circuit 4. Then, an alternating voltage is generated in the secondary winding N2 of the transformer T1 with the operation of the switching transistor Q1. Here, the alternating voltage appearing between one end a and the other end b of the secondary winding N2 is rectified and smoothed in the first output circuit 5b, whereby the first output terminal 2 is located at the position of the first output terminal 2. The output voltage _VO1 appears. Further, the alternating voltage appearing between the tap CT and the other end b of the secondary winding N2 is rectified and smoothed in the second output circuit 6b, whereby the second output terminal 3 is located at the position of the second output terminal 3. The voltage _VO2 appears.
[0006]
Incidentally, the voltage signal appearing at the connection point between the resistors R1 and R2 has a magnitude corresponding to the voltage value of the first output voltage _VO1 appearing at the first output terminal 2. If the first output voltage _VO1 fluctuates from a predetermined value for any reason, the control circuit 4 changes the pulse width of the drive signal in accordance with the voltage signal appearing at the connection point between the resistors R1 and R2, and switches the switching transistor Q1. , The ratio of the on and off periods, that is, the on-duty is changed. When the on-duty of the switching transistor Q1 changes, the flow rate of the current passing through the primary winding N1 per unit time changes, and the amount of energy transmitted from the primary side to the secondary side of the transformer T1 changes. Then, the first output voltage _VO1 is subjected to an operation of restoring the voltage value to the original predetermined voltage value according to the changed transmitted energy amount.
[0007]
By controlling the switching operation based on the magnitude of the output voltage as described above, that is, so-called feedback control, the first output voltage _VO1 of the circuit shown in FIG. 3 is stabilized at a predetermined value.
Note that the second output voltage V _O2, if the voltage value of the first output voltage V _O1 is stabilized at a substantially constant value, external factors, namely the external load connected to each output terminal state As long as the input voltage _VIN does not change, the voltage value is stabilized at a substantially constant value.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the circuit shown in FIG. 3, when the state of the external load connected to the output terminal 2 or 3 or the input voltage _VIN changes, the first output voltage _VO1 is stabilized by the previous feedback control operation. Therefore, the voltage value hardly fluctuates. However, for the second output voltage V _O2, if, even if the voltage value of the first output voltage V _O1 is stabilized, the voltage value varies due to changes in various external factors. This is because the magnetic coupling between the windings of the transformer T1 constituting the power supply circuit is not perfect (coupling coefficient is 1.0), and a voltage drop occurs due to the electric resistance existing in each winding and the current flowing therethrough. It is thought that this is the cause.
[0009]
Therefore, the switching power supply device having the circuit configuration shown in FIG. 3 cannot expect high stability in the voltage value of the second output voltage _VO2 when the input voltage _VIN or the state of the external load greatly changes. in other words, the feedback control is a problem with only one voltage high stability of the first output voltage V _O1 is not obtained to act.
Therefore, an object of the present invention is to provide a switching power supply device capable of obtaining a plurality of output voltages having high stability with respect to changes in external factors.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A switching power supply according to the present invention is a switching power supply that obtains at least one output voltage from a voltage that appears at a predetermined winding end of an inductance component in accordance with ON / OFF operations of a main switching element. An auxiliary switching element connected to a circuit position where a DC voltage is obtained, a control terminal of which is supplied with a synchronous drive signal by a voltage appearing at a predetermined winding position of the inductance component; and a main current path of the auxiliary switching element. A smoothing circuit connected between the terminal and the power output terminal, and a control transistor whose main current path is connected to the control terminal of the auxiliary switching element via a capacitor and operates according to the output voltage appearing at the power output terminal And a step-down circuit comprising:
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The main switching element, the inductance component, the diode and the output capacitor are interconnected to form a power supply circuit. Further, a control circuit or the like is incorporated in the power supply circuit, and a feedback control system is formed in order to stabilize the voltage between the terminals of the output capacitor.
An auxiliary switching element and a smoothing circuit are connected between one end of an output capacitor from which a stabilized DC voltage is obtained and a predetermined power output terminal. The control terminal of the auxiliary switching element is connected to a predetermined winding position of the inductance component via an impedance circuit, and supplies a synchronous drive signal to the auxiliary switching element. A main current path of the capacitor and the control transistor is connected in series between the control terminal of the auxiliary switching element and the reference potential point. The control terminal of the control transistor is connected to a power output terminal via a constant voltage element, and operates the control transistor according to the output voltage. A diode is connected in parallel with the main current path of the control transistor to secure a discharge path for the capacitor.
[0012]
【Example】
FIG. 1 shows a circuit of the switching power supply according to the first embodiment of the present invention, which can obtain a plurality of output voltages having high stability against changes in external factors.
The circuit shown in FIG. 1 has the following circuit configuration.
The choke coil L1 and the main switching transistor Q1 are connected in series between the input terminal 1 and the ground, and the control circuit 4 is connected to the base of the main switching transistor Q1. A filter capacitor C1 is connected between the input terminal 1 and the ground. One end of the choke coil L1 on the main switching transistor Q1 side is connected to one end of an output capacitor C2 via a diode D1, and the other end of the output capacitor C2 is connected to ground. One end of the output capacitor C2 is further connected to the first output terminal 2, and the diode D1 and the output capacitor C2 constitute a first output circuit 5a.
[0013]
One end of the output capacitor C2 is connected to the emitter of the auxiliary switching transistor Q2 formed of a PNP bipolar transistor, and the collector of the auxiliary switching transistor Q2 is connected to the second output terminal 3 via the choke coil L2. A commutating diode D2 and a capacitor C3, the other ends of which are connected to the ground, are connected to both ends of the choke coil L2 to form a smoothing circuit. The base of the auxiliary switching transistor Q2 is connected to one end of the choke coil L1 on the main switching transistor Q1 side through a parallel circuit of a resistor R3 and a capacitor C4, and the base of the auxiliary switching transistor Q2 is connected to the NPN bipolar transistor via a capacitor C5. To the collector of the control transistor Q3.
[0014]
The emitter of the control transistor Q3 is connected to the ground, and the base of the control transistor Q3 is connected to the second output terminal 3 via the constant voltage diode DZ1. A diode D3 is connected between the collector and the emitter of the control transistor Q3 such that the forward direction is opposite to that of the control transistor Q3. The second output circuit 6a is constituted by the auxiliary switching transistor Q2, the control transistor Q3, the resistor R3, the capacitors C3 and C4, the choke coil L2, the commutation diode D2, the diode D3, and the constant voltage diode DZ1.
Then, a resistor R1 and a resistor R2 are connected in series between the first output terminal 2 and the ground, and a voltage signal appearing at a connection point between the resistors R1 and R2 is input to the control circuit 4.
The schematic operation of the circuit of FIG. 1 having such a configuration is as follows.
[0015]
When the main switching transistor Q1 is turned on, the collector voltage of the main switching transistor Q1 becomes substantially zero, and a current flows from the input terminal 1 to the choke coil L1. During this time, energy is stored in the choke coil L1. Then, when the main switching transistor Q1 is turned off, a flyback voltage is generated in the choke coil L1, and a combined voltage of the input voltage _VIN and the flyback voltage appears at the collector of the main switching transistor Q1. This combined voltage is supplied to the output capacitor C2 via the diode D1, and the output capacitor C2 is charged. At this time, the voltage appearing between the terminals of the output capacitor C2 is supplied to the external load from the first output terminal 2 as the first output voltage _VO1 . The first output voltage _VO1 is constituted by resistors R1 and R2, a control circuit 4, and a main switching transistor Q1, which perform a control operation of changing the ON period of the main switching transistor Q1 according to the voltage value. It is stabilized by the feedback control system.
[0016]
On the other hand, the second output circuit 6a performs the following operation according to the operation of the main switching transistor Q1 and the voltage value of the second output voltage _VO2 .
When the main switching transistor Q1 is turned on, a current flows from the base of the auxiliary switching transistor Q2 to the collector of the main switching transistor Q1 via the parallel circuit of the resistor R3 and the capacitor C4. Then, the auxiliary switching transistor Q2 receives a forward bias and is turned on. When the auxiliary switching transistor Q2 is turned on, energy is supplied from the output capacitor C2 to the choke coil L2 and the capacitor C3 via the auxiliary switching transistor Q2, and the second output voltage _VO2 is supplied to the second output terminal 3. Appear.
[0017]
Eventually, when the main switching transistor Q1 is turned off, a composite voltage of the input voltage _VIN and the flyback voltage of the choke coil L1 appears at the collector of the main switching transistor Q1. Then, the same combined voltage is supplied to the emitter of the auxiliary switching transistor Q2 via the diode D1 and to the base via the parallel circuit of the resistor R3 and the capacitor C4. Therefore, no forward bias is supplied between the base and the emitter of the auxiliary switching transistor Q2, and the auxiliary switching transistor Q2 shifts to the off state. When the auxiliary switching transistor Q2 is turned off, the supply of energy from the output capacitor C2 is stopped, and the second output voltage _VO2 is maintained by the energy stored so far in the choke coil L2 and the capacitor C3.
[0018]
In this way, the second output voltage _VO2 is obtained by the auxiliary switching transistor Q2 being passively turned on and off with respect to the switching operation of the main switching transistor Q1.
In an actual circuit, when the auxiliary switching transistor Q2 continues the on / off operation, the voltage value of the second output voltage _VO2 gradually increases. Here, the voltage value of the second output voltage V _O2 is higher than the Zener voltage of the constant voltage diode DZ1, current flows through the constant-voltage diode DZ1 to the base of the control transistor Q3 from the second output terminal 3, The control transistor Q3 is turned on. When the control transistor Q3 is turned on, the base of the auxiliary switching transistor Q2 is connected to the ground via the capacitor C5.
[0019]
At this time, until the charging of the capacitor C5 is completed, the base current of the auxiliary switching transistor Q2 flows to the ground via the capacitor C5 and the control transistor Q3, and the auxiliary switching transistor Q2 is turned on. However, when the charging of the capacitor C5 is completed after a predetermined delay time (t1 in FIG. 2), the base current of the auxiliary switching transistor Q2 stops flowing and the auxiliary switching transistor Q2 is turned off.
While the control transistor Q3 is in the on state, the auxiliary switching transistor Q2 is forward biased by the terminal voltage (V _C5 ) of the charged capacitor C5 even if the main switching transistor Q1 is in the on state. However, the off state is maintained as shown in FIG. As a result, the voltage value of the second output voltage _VO2 gradually decreases due to power consumption by the external load.
[0020]
Eventually the voltage value of the second output voltage V _O2 is lower than the Zener voltage of the constant voltage diode DZ1, the inflow of the current to the base of the control transistor Q3 is stopped, the control transistor Q3 is turned off. When the control transistor Q3 is turned off, the capacitor C5 discharges via the diode D3.
At this time, the auxiliary switching transistor Q2 is substantially kept off by the voltage between the terminals of the capacitor C5. However, when the discharge of the capacitor C5 is completed after a predetermined delay time (t2), the auxiliary switching transistor Q2 passively turns on and off the switching operation of the main switching transistor Q1 as before. .
[0021]
As a result, energy is supplied from the output capacitor C2 to the choke coil L2 and the capacitor C3 via the auxiliary switching transistor Q2 that repeats the ON / OFF operation, and the second output circuit 6a again outputs the second output. The effect of increasing the voltage value of voltage _VO2 works.
As described above, the intermittent ON / OFF operation of the auxiliary switching transistor Q2 in response to the continuous switching operation of the main switching transistor Q1 controls the amount of energy passing through the auxiliary switching transistor Q2, The output voltage _VO2 is stabilized. For this reason, if the switching power supply device has a circuit configuration as shown in FIG. 1, although a ripple accompanying the intermittent operation of the auxiliary switching transistor Q2 appears in the second output voltage _VO2 , the state of the external load and the input voltage V _A plurality (two) of output voltages having high stability with respect to a change in an external factor such as _IN can be obtained.
[0022]
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the present invention is applied to a power supply device for obtaining first and second output voltages. The present invention may be applied to an apparatus. Further, in the circuit of the embodiment, the choke coil L1, the main switching transistor Q1, and the first output circuit 5a have a circuit configuration of a step-up chopper converter, but may have a configuration using a transformer as shown in FIG. . Further, in the embodiment, the present invention is applied to a step-up type switching power supply device. However, the present invention may be applied to a step-up / step-down type switching power supply device. The circuit portion of the output circuit may have a configuration of a polarity inversion circuit instead of the configuration of the step-down chopper circuit. In the circuit of FIG. 1, the emitter of the auxiliary switching transistor Q2 is connected to one end of the output capacitor C2 where a stabilized DC voltage appears, but may be connected to the input terminal 1 where an unstable DC voltage appears. Absent.
[0023]
【The invention's effect】
In the switching power supply according to the present invention, the auxiliary switching element and the smoothing circuit are connected to the output capacitor whose terminal voltage is stabilized by the control operation of the feedback control system including the main switching element. A synchronous drive signal is supplied to a control terminal of the auxiliary switching element from an inductance component connected to the main switching element. A control transistor that performs an on / off operation according to the output voltage obtained in the smoothing circuit is provided, and a control terminal of the auxiliary switching element is connected to a main current path of the control transistor via a capacitor.
According to the present invention, there is provided a multi-output switching power supply device capable of obtaining a plurality of output voltages having high stability with respect to changes in external factors such as an external load state and an input voltage _VIN. Will be able to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching power supply according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing voltage waveforms at various parts of the circuit shown in FIG. 1 and operation timings of two switching elements.
FIG. 3 is a circuit diagram of an example of a conventional multi-output type switching power supply device.
[Explanation of symbols]
1: input terminal 2: first output terminal 3: second output terminal 4: control circuit 5a, 5b: first output circuit 6a, 6b: second output circuit C2: output capacitor C5: capacitor D2: inverter Current diode D3: diode DZ1: constant voltage diode L1: choke coil Q1: main switching transistor (main switching element)
Q2: auxiliary switching transistor (auxiliary switching element) Q3: control transistor _VIN : input voltage _VO1 : first output voltage _VO2 : second output voltage

Claims

In a switching power supply device that obtains at least one output voltage from a voltage that appears at a predetermined winding end of an inductance component with an on / off operation of a main switching element,
One end of the main current path is connected to a circuit position where a DC voltage is obtained, and its control terminal is supplied with a synchronous drive signal by a voltage appearing at a predetermined winding position of the inductance component.
A smoothing circuit connected between the other end of the main current path of the auxiliary switching element and a power output terminal,
The main current path is connected to the control terminal of the auxiliary switching element through a capacitor, and a control transistor which operates in accordance with the output voltage appearing on the power supply output terminal, and characterized in that a step-down circuit having a Switching power supply.

The switching power supply device according to claim 1, further comprising a diode connected in parallel to a main current path of the control transistor.

The circuit position at which the DC voltage is obtained is one end of an output capacitor connected to a predetermined winding end of the inductance component via a rectifying element, according to claim 1 or 2, wherein: Switching power supply.

The switching power supply according to claim 3, wherein the voltage appearing at both ends of the output capacitor is stabilized by a feedback control operation of a control system including the main switching element.

5. A multi-output type wherein a voltage appearing at both ends of the output capacitor is used as a first output voltage, and a voltage appearing at the output terminal is used as a second output voltage. The switching power supply device described in the above.

The switching power supply device according to claim 5, wherein a supplied input voltage is lower than the first output voltage, and the power supply device is a boost type.