JP2002136110A - 非絶縁チョッパコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な回路構成の自励式非絶縁チョッパコンバ
ータを提供する。 【解決手段】複合チョークコイル１は、チョークコイル
１１と、チョークコイル１１に結合した補助巻線１２と
を含む。第１の駆動回路４１は、スイッチング素子２の
オン期間に、補助巻線１２に誘起される電圧で、スイッ
チング素子２の制御電極を導通方向にバイアスするとと
もに、第１の時定数回路４１１のコンデンサＣ１が所定
値まで充電されたときにオフ駆動スイッチＱ１をオン
し、前記スイッチング素子２を遮断する。第２の駆動回
路４２は、スイッチング素子２のオフ期間に、第２の時
定数回路４２２のコンデンサＣ２が所定値まで放電され
たときにオン駆動スイッチＱ２をオンし、スイッチング
素子２を導通する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チョークコイルを
用いた非絶縁チョッパコンバータに関し、チョークコイ
ルに補助巻線を付加し、その補助巻線に生じる電圧を利
用して、スイッチング素子にオン、オフ信号を与え、Ｉ
Ｃ等の発振器を備えない簡単な回路構成で自励式のスイ
ッチング動作をさせ得る、非絶縁チョッパコンバータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング電源装置は、メインのスイ
ッチング素子にスイッチング動作をさせる発振回路の構
成方法によって、自励式と他励式とに分けることができ
る。他励式をとるスイッチング電源では、メインのスイ
ッチング素子を、ＩＣ等で構成される別に設けられた発
振器によって駆動するため、多くの回路部品を必要と
し、小形で低コストのものを実現することが困難であ
る。また、自励式としてよく知られているリンギング．
チョーク．コンバータ方式のスイッチング電源は、スイ
ッチング素子の利用効率が低く、小電力用にしか使用で
きないという問題点を有している。

【０００３】このような問題点の解決を目的とした従来
技術としては、本発明者により提案された実公平６−１
９３２８号公報に記載されたものが知られている。この
従来技術では、電力変換用変圧器に、第３の巻線、第１
の駆動回路及び第２の駆動回路を備え、第３の巻線によ
り、メインのスイッチング素子のオン期間にその制御電
極を正方向にバイアスし、第１の駆動回路により、前記
スイッチング素子の入力側を短絡して該スイッチング素
子をオフさせ、更に、第２の駆動回路により前記スイッ
チング素子をオンさせる。これにより、発振回路を備え
ることなく、自励式でスイッチング動作を継続するよう
にしてある。

【０００４】しかしながら、上述した従来技術は、電力
変換用の変圧器を用いた絶縁型スイッチング電源装置を
対象にしており、非絶縁チョッパコンバータと比較し
て、構成が複雑になるという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、簡単
な回路で構成し得る自励式非絶縁チョッパコンバータを
提供することである。

【０００６】本発明のもう一つの課題は、簡単な回路構
成で、損失の少ない同期整流回路を備えた自励式非絶縁
チョッパコンバータを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る非絶縁チョッパコンバータは、複数
巻チョークコイルと、スイッチング素子と、出力整流平
滑回路と、第１の駆動回路と、第２の駆動回路とを含
む。

【０００８】前記複数巻チョークコイルは、チョークコ
イルと、前記チョークコイルに結合した補助巻線とを含
む。

【０００９】前記スイッチング素子は、供給される直流
電圧をスイッチングし、断続した電圧を前記チョークコ
イルに印加して前記チョークコイルと前記補助巻線とに
電圧を誘起する。

【００１０】前記出力整流平滑回路は、整流素子と、平
滑コンデンサとを含み、前記チョークコイルの電圧を整
流平滑して出力する。

【００１１】前記第１の駆動回路は、抵抗とコンデンサ
との直列回路を含む第１の時定数回路と、前記第１の時
定数回路に並列接続されたオフ駆動スイッチとを含み、
前記補助巻線の両端間に接続され、前記スイッチング素
子のオン期間に、前記補助巻線に誘起する電圧で、前記
スイッチング素子の制御電極を導通方向にバイアスする
とともに、前記第１の時定数回路のコンデンサを充電
し、前記第１の時定数回路のコンデンサが所定値まで充
電されたときに前記オフ駆動スイッチをオンし、前記ス
イッチング素子の入力側を短絡して、前記スイッチング
素子を遮断する。

【００１２】前記第２の駆動回路は、抵抗とコンデンサ
との直列回路を含む第２の時定数回路と、前記スイッチ
ング素子の制御電極に接続されたオン駆動スイッチとを
含み、前記第２の時定数回路が、前記補助巻線の両端間
に接続され、前記スイッチング素子のオン期間に、前記
補助巻線に誘起する電圧で、前記第２の時定数回路のコ
ンデンサを充電し、前記スイッチング素子のオフ期間
に、前記第２の時定数回路のコンデンサが所定値まで放
電されたときに前記オン駆動スイッチをオンし、前記ス
イッチング素子の制御電極を付勢して、前記スイッチン
グ素子を導通する。

【００１３】上述した非絶縁チョッパコンバータにおい
て、前記複数巻チョークコイルは、チョークコイルと、
前記チョークコイルに結合した補助巻線とを含む。前記
スイッチング素子は、供給される直流電圧をスイッチン
グし、断続した電圧を前記チョークコイルに印加して前
記チョークコイルと前記補助巻線とに電圧を誘起する。
前記出力整流平滑回路は、整流素子と、平滑コンデンサ
とを含み、前記チョークコイルの電圧を整流、平滑して
出力するから、入力直流電圧とは別の任意の直流電圧を
出力することができる。コンバータの型式は、前記チョ
ークコイル、前記スイッチング素子、前記出力整流平滑
回路の配置によって、昇圧型、降圧型、反転型等種々の
型式に構成できる。

【００１４】前記第１の駆動回路は、抵抗とコンデンサ
との直列回路を含む第１の時定数回路と、前記第１の時
定数回路に並列接続されたオフ駆動スイッチとを含み、
前記補助巻線の両端間に接続され、前記スイッチング素
子のオン期間に、前記補助巻線に誘起する電圧で、前記
スイッチング素子の制御電極を導通方向にバイアスする
とともに、前記第１の時定数回路のコンデンサを充電
し、前記第１の時定数回路のコンデンサが所定値まで充
電されたときに前記オフ駆動スイッチをオンし、前記ス
イッチング素子の入力側を短絡して、前記スイッチング
素子を遮断する。

【００１５】前記第２の駆動回路は、抵抗とコンデンサ
との直列回路を含む第２の時定数回路と、前記スイッチ
ング素子の制御電極に接続されたオン駆動スイッチとを
含み、前記第２の時定数回路が、前記補助巻線の両端間
に接続され、前記スイッチング素子のオン期間に、前記
補助巻線に誘起する電圧で、前記第２の時定数回路のコ
ンデンサを充電し、前記スイッチング素子のオフ期間
に、前記第２の時定数回路のコンデンサが所定値まで放
電されたときに前記オン駆動スイッチをオンし、前記ス
イッチング素子の制御電極を付勢して、前記スイッチン
グ素子を導通する、このため、前記スイッチング素子が
オンすると、前記補助巻線に誘起する電圧で前記スイッ
チング素子が完全にオンとなる。同時に、前記第１、第
２の時定数回路のコンデンサの電位が上昇を開始する。
その後、前記第１の時定数回路のコンデンサが所定値ま
で充電されると前記オフ駆動スイッチがオンとなり前記
スイッチング素子がオフとなり、オン期間が終了する。
前記スイッチング素子がオフとなると、前記第１、第２
の時定数回路のコンデンサが放電を開始する。その後、
前記第２の時定数回路のコンデンサが所定値まで放電さ
れると前記オン駆動スイッチがオンとなり前記スイッチ
ング素子の制御電極が付勢されて、前記スイッチング素
子が再びオンとなる。前記スイッチング素子は、この繰
り返しにより、自励的にオン、オフ駆動され、供給され
る直流電圧をスイッチングし、断続した電圧を前記チョ
ークコイルに印加して前記チョークコイルと前記補助巻
線とに継続的に高周波電圧を誘起する。

【００１６】このように、上述の構成によれば、簡単な
回路構成で、自励式非絶縁チョッパコンバータを提供す
ることができる。また、チョークコイルに休止期間がな
く、直流重畳型に構成でき、効率の高い自励式非絶縁チ
ョッパコンバータとすることができる。

【００１７】前記補助巻線は、第１の補助巻線と、第２
の補助巻線とを含む構成とすることができる。前記第１
の駆動回路を、前記第１の補助巻線間に接続し、前記第
２の時定数回路を、前記第２の補助巻線間に接続すれ
ば、スイッチング素子のオン、オフがより適切に制御可
能となり、また、設計の自由度が高まり、安定度の高い
自励式非絶縁チョッパコンバータとすることができる。

【００１８】本発明の自励式非絶縁チョッパコンバータ
は、出力安定化回路を含むことができる。前記出力安定
化回路を出力電圧検出回路と、時定数制御回路とを含む
構成とし、前記出力電圧検出回路が、前記出力整流平滑
回路の出力を検出し、前記時定数制御回路が、前記出力
整流平滑回路の出力に応じて、前記第１の時定数回路の
時定数を制御する構成とすれば、直流出力電圧が設定値
より高いときは、前記第１の時定数回路の時定数を小さ
く制御して、前記スイッチング素子のオン期間を短く
し、前記直流出力電圧が設定値より低いときは、前記第
１の時定数回路の時定数を大きく制御して、前記スイッ
チング素子のオン期間を長くすることにより、前記直流
出力電圧を設定値に安定化することができる。

【００１９】本発明は、更に、同期整流回路を備えた自
励式非絶縁チョッパコンバータについても開示する。自
励式非絶縁チョッパコンバータでは、チョークコイルの
休止期間を無くすことができる。このため、チョークコ
イルに結合して同期整流素子駆動巻線を設け、前記同期
整流素子駆動巻線に発生する電圧を同期整流素子の駆動
電圧に用いれば、前記同期整流素子の損失発生を抑制で
きる利点がある。

【００２０】本発明の他の目的、構成及び利点について
は、添付図面を参照して、更に詳しく説明する。図面は
単なる例示に過ぎない。

【００２１】

【発明実施の形態】図１は、本発明に係る非絶縁チョッ
パコンバータの一実施例を示す電気回路図であって、昇
圧型の非絶縁チョッパコンバータに適用した例を示して
いる。

【００２２】図示された非絶縁チョッパコンバータは、
複数巻チョークコイル１と、スイッチング素子２と、出
力整流平滑回路３と、第１の駆動回路４１と、第２の駆
動回路４２と、出力安定化回路５とを含んでいる。Ｅは
直流電圧源、Ｌは負荷である。直流電圧源Ｅは、本発明
の内部要素であっても、外部要素であってもよく、バッ
テリや、その他の直流電圧源、あるいは交流電圧を整流
回路を介して直流に変換した電圧の何れでも利用でき
る。直流電圧源Ｅは、直流入力端子Ｔｉに接続される。

【００２３】複数巻チョークコイル１は、チョークコイ
ル１１と、補助巻線１２とを含んでいる。チョークコイ
ル１１とスイッチング素子２とは直列に接続され、直流
電圧源Ｅの両端間に接続される。スイッチング素子２
は、供給される直流入力電圧Ｖｉｎをスイッチングし、
断続した電圧をチョークコイル１１に印加して前記チョ
ークコイルと前記補助巻線とに電圧を誘起する。スイッ
チング素子２は、供給された直流入力電圧Ｖｉｎを高周
波でスイッチングできればよく、典型的には、バイポー
ラトランジスタや、電界効果トランジスタ等の半導体素
子が用いられる。本実施例では電界効果トランジスタで
構成される。

【００２４】出力整流平滑回路３は、整流ダイオードで
構成される整流素子３１と、平滑コンデンサ３２とを含
み、整流素子３１と平滑コンデンサ３２とが直列に接続
されてスイッチング素子２に並列に接続される。出力整
流平滑回路３は、スイッチング素子２がオンのときチョ
ークコイル１１に蓄えられたエネルギーを、スイッチン
グ素子２がオフのとき整流、平滑し、直流入力電圧Ｖｉ
ｎに重畳して出力する。

【００２５】第１の駆動回路４１は、抵抗Ｒ１とコンデ
ンサＣ１との直列回路を含む第１の時定数回路４１１
と、第１の時定数回路４１１に並列接続されたオフ駆動
スイッチＱ１とを含んでいる。オフ駆動スイッチＱ１は
ＮＰＮトランジスタで構成され、そのコレクタとエミッ
タがスイッチング素子２のゲート、ソース間に接続さ
れ、ベースが抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との接続点に接
続される。第１の駆動回路４１は、複数巻チョークコイ
ル１の補助巻線１２の両端間に接続され、スイッチング
素子２のオン期間に、補助巻線１２に誘起される電圧
で、スイッチング素子２の制御電極（ゲート）を正方向
にバイアスするとともに、第１の時定数回路４１１のコ
ンデンサＣ１を充電し、第１の時定数回路４１１のコン
デンサＣ１の電圧がオフ駆動スイッチＱ１のＶＢＥ
（０．６Ｖ）まで充電されたときにオフ駆動スイッチＱ
１をオンし、スイッチング素子２のゲート、ソース間を
短絡して、スイッチング素子２をオフ駆動する。

【００２６】第２の駆動回路４２は、抵抗Ｒ２とコンデ
ンサＣ２との直列回路を含む第２の時定数回路４２２
と、オン駆動スイッチＱ２とを含んでいる。オン駆動ス
イッチＱ２はＰＮＰトランジスタで構成され、そのエミ
ッタとコレクタが直流入力ラインａとスイッチング素子
２の制御電極（ゲート）間に接続され、ベースが抵抗Ｒ
２とコンデンサＣ２との接続点に接続される。

【００２７】第２の時定数回路４２２は、複数巻チョー
クコイル１の補助巻線１２の両端間に接続され、スイッ
チング素子２のオン期間に、補助巻線１２に誘起される
電圧で、第２の時定数回路４２２のコンデンサＣ２を充
電し、スイッチング素子２のオフ期間に、第２の時定数
回路４２２のコンデンサＣ２の電圧がオン駆動スイッチ
Ｑ２のＶＢＥ以下まで放電されたときにオン駆動スイッ
チＱ２をオンし、スイッチング素子２の制御電極（ゲー
ト）を付勢して、スイッチング素子２をオン駆動する。

【００２８】出力安定化回路５は、出力電圧検出回路５
１と、時定数制御回路５２とを含んでいる。出力電圧検
出回路５１は、出力端子Ｔｏ間に接続された抵抗分圧回
路で構成される。時定数制御回路５２は抵抗５２１とＮ
ＰＮトランジスタ５２２とを含んでいる。トランジスタ
５２２はベースが出力電圧検出回路５１の分圧点に接続
され、コレクタが抵抗５２１を介して直流入力ラインａ
に接続され、エミッタが、第１の時定数回路４１１の抵
抗Ｒ１とコンデンサＣ１の接続点に接続される。

【００２９】次に、図２を参照して本実施例のスイッチ
ング電源装置の動作を説明する。図２は図１に図示した
本実施例の非絶縁チョッパコンバータの各部の波形図で
ある。

【００３０】直流入力電圧Ｖｉｎが印加されると、起動
抵抗Ｒ０を介してスイッチング素子２のゲート電極が付
勢され、時刻ｔ１でスイッチング素子２がオンとなり、
複数巻チョークコイル１のチョークコイル１１を介して
図２（Ａ）に示すドレイン電流Ｉｄｓが流れ、図２
（Ｂ）に示すドレイン電圧Ｖｄｓが発生する。ドレイン
電流Ｉｄｓは、チョークコイル１１の両端に電圧を発生
するとともに、補助巻線１２に図２（Ｃ）に示す電圧Ｖ
ｎｆｂを誘起する。補助巻線１２に誘起した電圧Ｖｎｆ
ｂは、コンデンサ及びバイアス抵抗を介してスイッチン
グ素子２のゲート電極に印加され、スイッチング素子２
を完全にオンにするとともに、第１、第２の時定数回路
４１１、４２２のコンデンサＣ１、Ｃ２を充電する。第
１、第２の時定数回路４１１、４２２のコンデンサＣ
１、Ｃ２は、図２（Ｄ）、（Ｅ）に示すごとく、それぞ
れの時定数にしたがい上昇を開始する。時刻ｔ２に至
り、第１の時定数回路４１１のコンデンサＣ１の電圧が
オフ駆動スイッチＱ１のＶＢＥ（０．６Ｖ）まで充電さ
れると、オフ駆動スイッチＱ１がオンとなって、スイッ
チング素子２のゲート、ソース間を短絡し、スイッチン
グ素子２がオフとなる。スイッチング素子２がオフとな
ると、補助巻線１２の電圧Ｖｎｆｂが反転し、第１、第
２の時定数回路４１１、４２２のコンデンサＣ１、Ｃ２
は、図２（Ｄ）、（Ｅ）に示すごとく、それぞれの時定
数にしたがい放電を開始する。時刻ｔ３に至り、第２の
時定数回路４２２のコンデンサＣ２の電圧がオン駆動ス
イッチＱ２のＶＢＥまで放電されると、オン駆動スイッ
チＱ２がオンとなって、スイッチング素子２のゲートを
付勢し、スイッチング素子２がオンとなる。以降これら
の繰り返しで発振が継続する。

【００３１】出力整流平滑回路３は、整流ダイオードで
構成される整流素子３１と、平滑コンデンサ３２とを含
み、整流素子３１と平滑コンデンサ３２とが直列に接続
されてスイッチング素子２と並列に接続される。出力整
流平滑回路３は、スイッチング素子２がオンのとき複数
巻チョークコイル１に蓄えられたエネルギーを、スイッ
チング素子２がオフのとき整流、平滑し、直流入力電圧
Ｖｉｎに重畳して出力する。

【００３２】上述の構成によれば、簡単な回路構成で自
励式非絶縁チョッパコンバータを提供することができ
る。またチョークコイル１１は図２（Ｆ）のチョークコ
イル電圧Ｖｎｐに示すごとく、休止期間が発生せず、チ
ョークコイル１１及びスイッチング素子２の利用効率が
高く、更に、第１、第２の駆動回路４１、４２を適切に
構成することにより、本実施例で示すごとく、チョーク
コイル１１に流れる電流が連続した直流重畳型の自励式
非絶縁チョッパコンバータを構成することができる。

【００３３】本実施例の自励式非絶縁チョッパコンバー
タは出力安定化回路５を含んでいる。

【００３４】出力安定化回路５は、出力電圧検出回路５
１と、時定数制御回路５２とを含む。出力電圧検出回路
５１は、出力端子Ｔｏ間に接続された抵抗分圧回路で構
成される。時定数制御回路５２は抵抗５２１とＮＰＮト
ランジスタ５２２とを含む。トランジスタ５２２はベー
スが出力電圧検出回路５１の分圧点に接続され、コレク
タが抵抗５２１を介して直流入力ラインａに接続され、
エミッタが、第１の時定数回路４１１の抵抗Ｒ１とコン
デンサＣ１の接続点に接続される。

【００３５】このように構成された出力安定化回路５に
おいて、出力電圧が設定値より高いと、出力電圧検出回
路５１の抵抗分圧回路の分圧点電圧が高くなる。このた
め、時定数制御回路５２のトランジスタ５２２のインピ
ーダンスが低下し、第１の時定数回路４１１の時定数が
小さくなり、オフ駆動スイッチＱ１のオンタイミングが
早くなる。この結果、スイッチング素子２のオン期間が
短くなる方向に制御され、出力電圧が低くなる方向に制
御される。

【００３６】他方、出力電圧が設定値より低い場合は、
出力電圧検出回路５１の抵抗分圧回路の分圧点電圧が低
くなる。このため、時定数制御回路５２のトランジスタ
５２２のインピーダンスが高くなり、第１の時定数回路
４１１の時定数が大きくなって、オフ駆動スイッチＱ１
のオンタイミングが遅くなる。この結果、スイッチング
素子２のオン期間が長くなる方向に制御され、出力電圧
が高くなる方向に制御されて出力電圧が安定化する。本
実施例の非絶縁チョッパコンバータは、スイッチング素
子２のオン期間を制御して出力電圧を安定化する方式の
ため、特別な回路を付加することなく、軽負荷時あるい
は無負荷時の出力電圧のはね上がりを防ぐことも可能と
なる。

【００３７】図３は、本発明に係る非絶縁チョッパコン
バータの別の実施例を示す電気回路図であって、降圧型
の非絶縁チョッパコンバータに適用した例を示してい
る。図において、図１に現れた構成部分と同一の構成部
分については、同一の参照符号を付してある。

【００３８】図示された非絶縁チョッパコンバータは、
複数巻チョークコイル１と、スイッチング素子２と、出
力整流平滑回路３と、第１の駆動回路４１と、第２の駆
動回路４２と、出力安定化回路５とを含んでいる。これ
らの構成要素は、図１に図示した実施例と同様である
が、チョークコイル１１と、スイッチング素子２と、出
力整流平滑回路３との接続関係を異にしている。

【００３９】チョークコイル１１とスイッチング素子２
と、平滑コンデンサ３２とが直列に接続され、直流電圧
源Ｅの両端間に接続される。スイッチング素子２は、供
給される直流入力電圧Ｖｉｎをスイッチングし、断続し
た電圧をチョークコイル１１に印加してチョークコイル
１１と補助巻線１２とに電圧を誘起する。整流素子３１
は、チョークコイル１１と平滑コンデンサ３２との直列
回路に並列に接続される。第１、第２の駆動回路４１、
４２と、出力安定化回路５とは、図１に図示した実施例
と同様に構成される。

【００４０】このように構成された本実施例の非絶縁チ
ョッパコンバータにおいて、チョークコイル１１は、ス
イッチング素子２がオンのとき励磁電流が流れてエネル
ギーを蓄えるとともに、平滑コンデンサ３２を充電し、
負荷Ｌに電力を供給する。スイッチング素子２がオフに
なると、チョークコイル１１に蓄えられていたエネルギ
ーが整流素子３１を介して流れ、負荷Ｌに電力を供給す
る。

【００４１】第１、第２の駆動回路４１、４２と、出力
安定化回路５の動作は、図１に図示した実施例と同様で
あり、スイッチング素子２は自励的にオン、オフを継続
し、出力安定化回路５も同様に出力電圧を安定化する。

【００４２】図４は、本発明に係る非絶縁チョッパコン
バータの更に別の実施例を示す電気回路図であって、反
転型の非絶縁チョッパコンバータに適用した例を示して
いる。図において、図１乃至図３に現れた構成部分と同
一の構成部分については、同一の参照符号を付してあ
る。

【００４３】図示された非絶縁チョッパコンバータは、
複数巻チョークコイル１と、スイッチング素子２と、出
力整流平滑回路３と、第１の駆動回路４１と、第２の駆
動回路４２と、出力安定化回路５とを含んでいる。これ
らの構成要素は、図１、図３に図示した実施例と同様で
あるが、スイッチング素子２と、チョークコイル１１
と、出力整流平滑回路３との接続関係を異にしている。

【００４４】スイッチング素子２とチョークコイル１１
とが直列に接続され、直流電圧源Ｅの両端間に接続され
る。スイッチング素子２は、供給される直流入力電圧Ｖ
ｉｎをスイッチングし、断続した電圧をチョークコイル
１１に印加して、チョークコイル１１と補助巻線１２と
に電圧を誘起する。整流素子３１と平滑コンデンサ３２
とは直列に接続され、その直列回路が、チョークコイル
１１に並列に接続される。第１、第２の駆動回路４１、
４２と、出力安定化回路５とは、図１に図示した実施例
と同様に構成される。

【００４５】このように構成された本実施例の非絶縁チ
ョッパコンバータにおいて、チョークコイル１１は、ス
イッチング素子２がオンのとき励磁電流が流れてエネル
ギーを蓄える。スイッチング素子２がオフになると、チ
ョークコイル１１に蓄えられていたエネルギーが整流素
子３１を介して流れ、平滑コンデンサ３２を充電すると
ともに、負荷Ｌに電力を供給する。この時の出力電圧の
極性は入力電圧の極性に対し反転する。

【００４６】第１、第２の駆動回路４１、４２と、出力
安定化回路５の動作は、図１乃至図２に図示した実施例
と同様であり、スイッチング素子２は自励的にオン、オ
フを継続し、出力安定化回路５も同様に出力電圧を安定
化する。

【００４７】次に、同期整流回路を備えた本発明に係る
非絶縁チョッパコンバータについて説明する。

【００４８】図５は、同期整流回路を備えた本発明に係
る非絶縁チョッパコンバータの一実施例を示す電気回路
図であって、昇圧型の非絶縁チョッパコンバータに適用
した例を示している。図において、図１乃至図４に現れ
た構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符
号を付してある。

【００４９】図示された非絶縁チョッパコンバータの概
略は、図１に図示した実施例と同様であるが、整流素子
に同期整流素子を用いその駆動巻線を備える点で異なっ
ている。具体的には、同期整流素子３３として電界効果
トランジスタを用い、複数巻チョークコイル１は、チョ
ークコイル１１と、補助巻線１２と、更に同期整流素子
駆動巻線１３とを含んでいる。電界効果トランジスタで
なる同期整流素子３３は、図１に図示した実施例の整流
素子３２が配置されていた位置すなわち、チョークコイ
ル１１とスイッチング素子２との接続点と、平滑コンデ
ンサ３２との間に接続される。同期整流素子駆動巻線１
３はチョークコイル１１と磁気結合し、スイッチング素
子２がオフしたとき、同期整流素子３３のゲートを正方
向にバイアスするよう方向付けられ、同期整流素子３３
のゲート、ソース間に抵抗を介して接続される。

【００５０】次に、図６を参照して本実施例の非絶縁チ
ョッパコンバータの動作を説明する。図６は、図５に図
示した本実施例の非絶縁チョッパコンバータの各部の波
形図である。

【００５１】入力直流電圧Ｖｉｎが印加されると、起動
抵抗Ｒ０を介してスイッチング素子２のゲート電極が付
勢され、時刻ｔ１でスイッチング素子２がオンとなり、
チョークコイル１１を介して図６（Ａ）に示すドレイン
電流Ｉｄｓが流れ、図６（Ｂ）に示すドレイン電圧Ｖｄ
ｓが発生する。ドレイン電流Ｉｄｓは、チョークコイル
１１、補助巻線１２、同期整流素子駆動巻線１３の各巻
線に、黒丸で示す極性マークを正極性とした電圧を発生
させる。このため、図６（Ｃ）に示すごとく、補助巻線
１２に発生した電圧は、スイッチング素子２のゲート電
極を正方向にバイアスし、スイッチング素子２を完全に
オンにするとともに、コンデンサＣ１、Ｃ２を充電し、
図６（Ｄ）、（Ｅ）に示すごとく、その電圧を上昇させ
る。この間、同期整流素子駆動巻線１３の電圧により、
同期整流素子３３のゲート、ソース間電圧Ｖｇｓは、図
６（Ｆ）に示すごとく、負極性にバイアスされる。

【００５２】時刻ｔ２に至って、第１の駆動回路４１に
よりスイッチング素子２がオフとなると、チョークコイ
ル１１の電圧が反転し、補助巻線１２、同期整流素子駆
動巻線１３の各巻線電圧も反転する。このため、同期整
流素子３３のゲート、ソース間電圧Ｖｇｓは、図６
（Ｆ）に示すごとく、正極性にバイアスされ同期整流素
子３３がオンとなる。チョークコイル１１に蓄えられて
いたエネルギーは同期整流素子３３を介して平滑コンデ
ンサ３２を充電するとともに、負荷Ｌに供給される。

【００５３】本実施例の非絶縁チョッパコンバータも、
チョークコイル１１に休止期間がないため、チョークコ
イル１１からエネルギーが供給されている間は同期整流
素子３３がオン状態に維持される。このため、同期整流
素子３３の内臓ダイオードを介して流れる電流を低減で
きるので、同期整流回路の損失を低く抑えることができ
る。

【００５４】図７は、同期整流回路を備えた本発明に係
る非絶縁チョッパコンバータの別の実施例を示す電気回
路図であって、降圧型の非絶縁チョッパコンバータに適
用した例を示している。図８は、同期整流回路を備えた
本発明に係る非絶縁チョッパコンバータの更に別の実施
例を示す電気回路図であって、反転型の非絶縁チョッパ
コンバータに適用した例を示している。図７及び図８に
おいて、図１乃至図６に現れた構成部分と同一の構成部
分については、同一の参照符号を付してある。

【００５５】図７及び図８に図示された非絶縁チョッパ
コンバータの概略は、それぞれ図３または図４に図示し
た実施例と同様であるが、整流素子に同期整流素子を用
いその駆動巻線を備える点で異なっている。具体的に
は、図５に図示した実施例と同様、同期整流素子３３と
して電界効果トランジスタを用い、複数巻チョークコイ
ル１は、チョークコイル１１と、補助巻線１２と、更に
同期整流素子駆動巻線１３とを含んでいる。同期整流素
子３３は整流素子３２の代わって、同じ位置に配置さ
れ、スイッチング素子２がオフしたときオンするように
同期整流素子駆動巻線１３が接続される。

【００５６】以上、好ましい実施例を参照して本発明の
内容を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定される
ものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想及
び教示にもとづき、種々の変形例を想到できることは自
明である。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば次の
ような効果を得ることができる。 （Ａ）簡単な回路で構成し得る自励式非絶縁チョッパコ
ンバータを提供することができる。 （Ｂ）簡単な回路構成で、損失の少ない同期整流回路を
備えた自励式非絶縁チョッパコンバータを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非絶縁チョッパコンバータの一実
施例を示す電気回路図であって、昇圧型の非絶縁チョッ
パコンバータに適用した例を示している。

【図２】図１に図示した本実施例の非絶縁チョッパコン
バータの各部の波形図である。

【図３】本発明に係る非絶縁チョッパコンバータの別の
実施例を示す電気回路図であって、降圧型の非絶縁チョ
ッパコンバータに適用した例を示している。

【図４】本発明に係る非絶縁チョッパコンバータの更に
別の実施例を示す電気回路図であって、反転型の非絶縁
チョッパコンバータに適用した例を示している。

【図５】同期整流回路を備えた本発明に係る非絶縁チョ
ッパコンバータの一実施例を示す電気回路図であって、
昇圧型の非絶縁チョッパコンバータに適用した例を示し
ている。

【図６】図５に図示した本実施例の非絶縁チョッパコン
バータの各部の波形図である。

【図７】同期整流回路を備えた本発明に係る非絶縁チョ
ッパコンバータの別の実施例を示す電気回路図であっ
て、降圧型の非絶縁チョッパコンバータに適用した例を
示している。

【図８】同期整流回路を備えた本発明に係る非絶縁チョ
ッパコンバータの更に別の実施例を示す電気回路図であ
って、反転型の非絶縁チョッパコンバータに適用した例
を示している。

【符号の説明】 １ 複数巻チョークコイル １１ チョークコイル１２ １２ 補助巻線 １３ 同期整流素子駆動巻線 ２ スイッチング素子 ３ 出力整流平滑回路 ３１ 整流素子 ３２ 平滑コンデンサ ３３ 同期整流素子 ４１ 第１の駆動回路 ４１１ 第１の時定数回路 ４２ 第２の駆動回路 ４２２ 第２の時定数回路 Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ Ｑ１ オフ駆動スイッチ Ｑ２ オン駆動スイッチ Ｒ１、Ｒ２ 抵抗

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数巻チョークコイルと、スイッチング
   素子と、出力整流平滑回路と、第１の駆動回路と、第２
   の駆動回路とを含む非絶縁チョッパコンバータであっ
   て、 前記複数巻チョークコイルは、チョークコイルと、前記
   チョークコイルに結合した補助巻線とを含み、 前記スイッチング素子は、供給される直流電圧をスイッ
   チングし、断続した電圧を前記チョークコイルに印加し
   て前記チョークコイルと前記補助巻線とに電圧を誘起
   し、 前記出力整流平滑回路は、整流素子と、平滑コンデンサ
   とを含み、前記チョークコイルの電圧を整流、平滑して
   出力し、 前記第１の駆動回路は、抵抗とコンデンサとの直列回路
   を含む第１の時定数回路と、前記第１の時定数回路に並
   列接続されたオフ駆動スイッチとを含み、前記補助巻線
   の両端間に接続され、前記スイッチング素子のオン期間
   に、前記補助巻線に誘起する電圧で、前記スイッチング
   素子の制御電極を導通方向にバイアスするとともに、前
   記第１の時定数回路のコンデンサを充電し、前記第１の
   時定数回路のコンデンサが所定値まで充電されたときに
   前記オフ駆動スイッチをオンし、前記スイッチング素子
   の入力側を短絡して、前記スイッチング素子を遮断し、 前記第２の駆動回路は、抵抗とコンデンサとの直列回路
   を含む第２の時定数回路と、前記スイッチング素子の制
   御電極に接続されたオン駆動スイッチとを含み、前記第
   ２の時定数回路が、前記補助巻線の両端間に接続され、
   前記スイッチング素子のオン期間に、前記補助巻線に誘
   起する電圧で、前記第２の時定数回路のコンデンサを充
   電し、前記スイッチング素子のオフ期間に、前記第２の
   時定数回路のコンデンサが所定値まで放電されたときに
   前記オン駆動スイッチをオンし、前記スイッチング素子
   の制御電極を付勢して、前記スイッチング素子を導通す
   る非絶縁チョッパコンバータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された非絶縁チョッパコ
   ンバータであって、 前記補助巻線は、第１の補助巻線と、第２の補助巻線と
   を含み、 前記第１の駆動回路は、前記第１の補助巻線の両端間に
   接続され、 前記第２の時定数回路は、前記第２の補助巻線の両端間
   に接続されている非絶縁チョッパコンバータ。
3. 【請求項３】 請求項１または２の何れかに記載された
   非絶縁チョッパコンバータであって、 出力安定化回路を含み、 前記出力安定化回路は、出力電圧検出回路と、時定数制
   御回路とを含み、 前記出力電圧検出回路は、前記出力整流平滑回路の出力
   を検出し、 前記時定数制御回路は、前記出力整流平滑回路の出力に
   応じて、前記第１の時定数回路の時定数を制御する非絶
   縁チョッパコンバータ。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３の何れかに記載された非
   絶縁チョッパコンバータであって、 前記チョークコイルと前記スイッチング素子とが直列に
   接続され、 前記整流素子と前記平滑コンデンサとが直列に接続され
   て前記スイッチング素子に並列に接続されている昇圧型
   非絶縁チョッパコンバータ。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３の何れかに記載された非
   絶縁チョッパコンバータであって、 前記スイッチング素子と前記チョークコイルと前記平滑
   コンデンサとが直列に接続され、 前記整流素子が、前記チョークコイルと前記平滑コンデ
   ンサとの直列回路に並列に接続されている降圧型非絶縁
   チョッパコンバータ。
6. 【請求項６】 請求項１乃至３の何れかに記載された非
   絶縁チョッパコンバータであって、 前記スイッチング素子と前記チョークコイルとが直列に
   接続され、 前記整流素子と前記平滑コンデンサとが直列に接続され
   て前記チョークコイルに並列に接続されている反転型非
   絶縁チョッパコンバータ。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６の何れかに記載された非
   絶縁チョッパコンバータであって、 前記整流素子は、電界効果トランジスタで構成された同
   期整流素子でなり、 前記複数巻チョークコイルは、更に、前記チョークコイ
   ルに結合した同期整流素子駆動巻線を含み、 前記同期整流素子が、前記同期整流素子駆動巻線により
   駆動される非絶縁チョッパコンバータ。