JP2821893B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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JP2821893B2
JP2821893B2 JP1001157A JP115789A JP2821893B2 JP 2821893 B2 JP2821893 B2 JP 2821893B2 JP 1001157 A JP1001157 A JP 1001157A JP 115789 A JP115789 A JP 115789A JP 2821893 B2 JP2821893 B2 JP 2821893B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、無負荷や軽負荷時に於ける平滑用チョーク
コイルの電流不連続を防止したスイッチング電源装置に
関するものである。
スイッチング電源装置には、平滑用チョークコイルと
平滑用コンデンサとからなる平滑回路が設けられてお
り、無負荷や軽負荷時には、平滑用チョークコイルに流
れる電流が不連続的になり、パルス幅制御によるスイッ
チング動作が不安定となる。従って、ダミー負荷を接続
して平滑用チョークコイルに流れる電流が連続的となる
ように構成されているが、ダミー負荷による損失によっ
て効率が低下する。その為に、ダミー負荷を設けずに、
平滑用チョークコイルの電流不連続を防止することが要
望されている。
〔従来の技術〕
従来例の例えば1石式コンバータからなるスイッチン
グ電源装置は、第4図に示すように、直流電源21からト
ランス22の一次巻線に供給する電流を、駆動回路23によ
り制御されるトランジスタ24によりオン,オフし、その
トランス22の二次巻線に誘起する電圧をダイオード25に
より整流し、チョークコイル27とコンデンサ28とからな
る平滑回路により平滑化し、トランジスタ24がオフの期
間にフライホイールダイオード26を介して電流が流れ
る。
又制御回路29は、直流出力電圧V1を設定基準値と比較
して誤差増幅し、その誤差増幅信号と内蔵発振器の発振
波形とを比較器により比較してパルス幅制御信号を形成
し、そのパルス幅制御信号を駆動回路23に加えて、トラ
ンジスタ24のオン期間を制御することにより、直流出力
電圧の安定化を図るものである。
第5図は従来例の動作説明図であり、(a)はトラン
ジスタ24のオン(ON),オフ(OFF)の動作、(b)は
チョークコイル27の電圧VLと電流I3及び負荷電流I0
(c)は整流用のダイオード25に流れるI1、(d)はフ
ライホイールダイオード26に流れる電流I2を示す。
トランジスタ24がオンとなると、ダイオード25に
(c)に示す電流I1が流れ、又トランジスタ24がオフに
なると、チョークコイル27に蓄積されたエネルギによっ
てフライホイールダイオード26に(d)に示す電流I2
流れる。従って、チョークコイル27には、I1+I2=I3
電流が(b)に示すように流れ、この電流I3は変動する
が、コンデンサ28により平均化されて鎖線で示す負荷電
流I0となる。
軽負荷時には、負荷電流I0が小さくなり、それに伴っ
て各電流I1,I2が小さくなる。その場合、チョークコイ
ル27に流れる電流I3の変化ピーク・ピーク値IP-Pの1/2
より負荷電流I0が小さくなると、チョークコイル27に流
れる電流I3は、例えば、(b)に於けるtの時間零とな
る。即ち、チョークコイル27に流れる電流I3が不連続と
なる。
このように電流I3が不連続になると、制御回路29によ
りパルス幅制御を行っても、直流出力電圧V1安定に維持
することが困難となる。
そこで、従来は、ダミー抵抗をコンデンサ28と並列に
接続し、無負荷時でも、IP-P/2以上の電流がチョークコ
イル27に流れるように構成していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
チョークコイル27に流れる電流が不連続となると、前
述のように、直流出力電圧V1を安定化することが困難と
なり、又チョークコイル27が振動音を発生する場合もあ
る。従って、前述のように、ダミー負荷をコンデンサ28
と並列に接続することになるが、このダミー抵抗により
常時電力が消費されることになり、スイッチング電源装
置の効率が低下する欠点があった。
本発明はダミー抵抗を接続することなく、チョークコ
イルに流れる電流の不連続を防止し、且つ該チョークコ
イルを介して補助電源の電力を安定に取り出すことを目
的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のスイッチング電源装置は、平滑用チョークコ
イルに連続的に電流が流れるようにし、且つその平滑用
チョークコイルの蓄積エネルギを補助電源等に利用し得
るようにしたものであり、第1図を参照して説明する。
直流電源からトランス2の一次巻線に供給する電流
を、駆動回路3からのパルス幅制御によりオン,オフ制
御する第1のトランジシスタ4と、トランス2の二次巻
線に接続した整流用のダイオード5と、そのダイオード
5の出力側に接続したフライホイールダイオード6と、
平滑用チョークコイル7及び平滑用コンデンサ8と、平
滑出力電圧を検出して駆動回路3を制御する制御回路9
とを備えたスイッチング電源装置に於いて、フライホイ
ールダイオード6に並列に第2のトランジスタ10を接続
し、平滑用チョークコイル7に二次巻線を付加して、そ
の二次巻線にダイオード11とコンデンサ12とを接続し、
第2のトランジスタ10を駆動回路3により第1のトラン
ジスタ4と相補的に制御するものである。
〔作用〕
制御回路9により直流出力電圧を検出して駆動回路3
を制御し、トランス2の一次巻線に接続されたトランジ
スタ4をオン,オフ制御して、直流出力電圧を安定化す
るスイッチング電源装置に於いて、第2のトランジスタ
10は、第1のトランジスタ4がオンの期間にオフとな
り、反対に第1のトランジスタ4がオフの期間にオンと
なるように駆動回路3により制御される。
平滑用チョークコイル7に流れる電流が不連続となる
ような軽負荷時に於いて、第1のトランジスタ4がオ
フ、第2のトランジスタ10がオンとなった期間内に、平
滑用チョークコイル7にフライホイールダイオード6を
介して流れる電流が零となる。その場合に、平滑用コン
デンサ8の端子電圧により第2のトランジスタ10を介し
て平滑用チョークコイル7に逆方向に電流が流れる。即
ち、平滑用チョークコイル7に流れる電流の方向は反転
するが、連続的に流れるものとなる。
次に第1のトランジスタ4がオン、第2のトランジス
タ10がオフとなると、平滑用チョークコイル7には黒点
印(巻線の巻き始め側を示す)側を正とする電圧が発生
し、二次巻線によりダイオード11を介してコンデンサ12
が充電される。即ち、平滑用チョークコイル7の逆蓄電
エネルギはコンデンサ12に吸収され、コンデンサ12の充
電電圧は補助電源電圧として利用することができる。平
滑用チョークコイル7の逆蓄積エネルギが放出される
と、第1のトランジスタ4はオンになっているので、整
流用のダイオード5を介して平滑用チョークコイル7に
電流I3が正方向に流れる。
そして、平滑用チョークコイル7の二次巻線には、高
負荷時に於いても又軽負荷時に於いても電圧が誘起され
るから、ダイオード11を介してコンデンサ12に充電し、
このコンデンサ12の充電電圧V2を補助電源の電圧として
利用するものである。
〔実施例〕
以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。
第1図は本発明の実施例の要部回路図であり、1石式
コンバータによるスイッチング電源装置を示し、チョー
クコイル7に二次巻線を付加し、この二次巻線にダイオ
ード11とコンデンサ12とを接続し、又フライホイールダ
イオード6と並列に第2のトランジスタ10を接続し、こ
の第2のトランジスタ10を、トランス2と一次巻線に接
続した第1のトランジスタ4と相補的に駆動回路3から
制御するものである。従って、駆動回路3は、従来例の
構成に信号の反転器等を付加するだけで容易に実現する
ことができる。又整流用のダイオード5,フライホイール
ダイオード6,平滑用コンデンサ8,制御回路9等は従来例
と同様の構成であり、又直流電源1は、交流電圧を整流
平滑化する構成とすることも可能である。
第2図は本発明の実施例の動作説明図であり、(a)
は第1のトランジスタのオン(ON),オフ(OFF)動
作、(b)は平滑用チョークコイル7の電圧VLと電流I3
と負荷電流I0、(c)は整流用のダイオード5を流れる
電流I1、(d)はフライホイールダイオード6を流れる
電流I2、(e)は第2のトランジスタ10のオン(ON),
オフ(OFF)動作、(f)は第2のトランジスタ10を流
れる電流I4、(g)はダイオード11を流れる電流I5の一
例を示し、第1図に於ける各部の電流の矢印方向を正方
向として示すものである。
負荷電流I0が大きく、平滑用チョークコイル7に連続
的に電流が流れる場合は、第2のトランジスタ10がオン
となっても、それに流れる電流I4は零である。従って、
平滑用チョークコイル7に逆方向に電流が流れないか
ら、この逆方向電流に対応した平滑用チョークコイル7
の二次巻線の電流I5は零となる。しかし、平滑用チョー
クコイル7に流れる電流I3は、第1のトランジスタ4の
オン期間とオフ期間とに於いて変化するから、その変化
分に対応して平滑用チョークコイル7の二次巻線に正負
の電圧が***し、ダイオード11を介してコンデンサ12に
充電される。又平滑用コンデンサ8の端子電圧に対応す
る直流出力電圧V1が設定値となるように、第1のトラン
ジスタ4のオン期間が、制御回路9によるパルス幅制御
に従った駆動回路3からの駆動によって制御される。
負荷電流I0が小さくなり、第1のトランジスタ4がオ
フで、第2のトランジスタ10がオンの期間に於いてフラ
イホイールダイオード6を流れる電流I2が零となり、平
滑用チョークコイル7に流れる電流I3が零となると、第
2のトランジスタ10のオンにより平滑用コンデンサ8の
端子電圧が平滑用チョークコイル7に加えられ、第2の
トランジスタ10に電流I4が、第2図の(f)に示すよう
に流れる。この電流I4は、平滑用チョークコイル7にそ
れまでフライホイールダイオード6を介して流れていた
電流I2=I3と反対方向であるが、零の期間を生じること
なく連続的に電流が流れることになる。
次に第1のトランジスタ4がオン、第2のトランジス
タ10がオフとなると、平滑用チョークコイル7に第2の
トランジスタ10を介して流れていた電流I4=I3が急激に
遮断され、平滑用チョークコイル7の二次巻線に電圧が
誘起されて、ダイオード11に第2図の(g)に示すよう
にコンデンサ12を充電する電流I5が流れる。即ち、平滑
用チョークコイル7の逆励磁によるエネルギがコンデン
サ12に放出され、その端子電圧V2を補助電源電圧等に利
用することができる。
次に第1のトランジスタ4がオンであるので、ダイオ
ード5を介して平滑用チョークコイル7に電流I1が流
れ、励磁される。
第3図は平滑用チョークコイルのB−H特性説明図で
あり、B−H曲線上のa〜d点は、第2図の(c)に於
けるA〜D点に対応している。即ち、ダイオード5を介
して平滑用チョークコイル7に流れる電流が零から増加
を始めるA点では、B−H曲線のa点(励磁磁界H=
0)となる。そして、ダイオード5を介して平滑用チョ
ークコイル7に流れる電流が最大となったB点では、B
−H曲線のb点となる。そして、フライホイールダイオ
ード6を介して平滑用チョークコイル7に流れる電流が
次第に減少して0となるC点では、B−H曲線のc点と
なる。次に第2のトランジスタ10を介して平滑用チョー
クコイル7に電流が流れ、その電流が最大となるD点で
は、B−H曲線のd点となる。
更に、ダイオード11を介して平滑用チョークコイル7
の二次巻線によりコンデンサ12を充電し、充電終了する
A点ではB−H曲線のa点に戻ることになる。
又負荷電流I0が大きい場合、平滑用チョークコイル7
に流れる電流I3は、方向が反転することもないので、B
−H曲線は第1象限の右上方向に移ることになるが、前
述のように、正方向に流れる電流I3は第1のトランジス
タ4のオン,オフに従って変化するから、平滑用チョー
クコイル7の二次巻線に電圧が誘起する。それによっ
て、コンデンサ12をダイオード11に介して充電すること
ができる。
即ち、負荷電流I0が大きい場合は、第1のトランジス
タ4のオン,オフ期間に従った電流変化に対応した二次
巻線の誘起電圧によって、ダイオード11を介してコンデ
ンサ12を充電し、又負荷電流I0が小さい場合は、平滑用
チョークコイル7に逆方向電流が流れることにより、二
次巻線に誘起電圧が生じるから、ダイオード11を介して
コンデンサ12を充電することができる。従って、負荷電
流の大小に拘らず、コンデンサ12を充電することができ
るから、その端子電圧V2を補助電源の電圧として利用す
るものである。
本発明は、前述の実施例にのみ限定されるものではな
く、種々変更を加えることができるものである。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、フライホイールダイ
オード6と並列に第2のトランジスタ10を接続して、ト
ランス2の一次巻線に接続した第1のトランジスタ4と
相補的に駆動回路3によりオン,オフ制御し、平滑用チ
ョークコイル7に二次巻線を付加し、その二次巻線にダ
イオード11とコンデンサ12とを接続したものであり、軽
負荷時に平滑用チョークコイル7に流れる電流が不連続
となるような状態になると、第2のトランジスタ10を介
して平滑用チョークコイル7に電流が流れるから、不連
続となることを防止することができる。従って、直流出
力電圧を安定化することができる。
又第2のトランジスタ10を介して平滑用チョークコイ
ル7に流れていた電流と、整流用のダイオード5を介し
て流れる電流とが反対方向となるが、第2のトランジス
タ10を介して平滑用チョークコイル7の逆励磁のエネル
ギを平滑用チョークコイル7の二次巻線からコンデンサ
12に吸収させることができ、平滑用チョークコイル7の
鉄心の磁気飽和等を防止し、平滑化作用を継続させるこ
とができる。更にこのコンデンサ12の端子電圧を補助電
源の電圧として利用するもので、負荷電流の大小に拘ら
ず、平滑用チョークコイル7の二次巻線に電圧を誘起さ
せることができるから、安定な補助電源となる利点があ
る。従って、スイッチング電源装置の効率向上に寄与す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の要部回路図、第2図は本発明
の実施例の動作説明図、第3図は平滑用チョークコイル
のB−H特性説明図、第4図は従来例の説明図、第5図
は従来例の動作説明図である。 1は直流電源、2はトランス、3は駆動回路、4は第1
のトランジスタ、5は整流用のダイオード、6はフライ
ホイールダイオード、7は平滑用チョークコイル、8は
平滑用コンデンサ、9は制御回路、10は第2のトランジ
スタ、11はダイオード、12はコンデンサである。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電源(1)からトランス(2)の一次
    巻線に供給する電流を、駆動回路(3)からのパルス幅
    制御によりオン,オフ制御する第1のトランジスタ
    (4)と、 前記トランス(2)の二次巻線に接続した整流用のダイ
    オード(5)と、 該整流用のダイオード(5)の出力側に接続したフライ
    ホイールダイオード(6)と、 前記整流用のダイオード(5)の出力側に接続した平滑
    用チョークコイル(7)及び該平滑用チョークコイル
    (7)を介して充電される平滑用コンデンサ(8)と、 平滑出力電圧を検出して前記駆動回路(3)を制御する
    制御回路(9)とを備えたスイッチング電源装置に於い
    て、 前記平滑用チョークコイル(7)に二次巻線を設け、且
    つ前記フライホイールダイオード(6)と並列に第2の
    トランジスタ(10)を接続し、 該第2のトランジスタ(10)を、前記第1のトランジス
    タ(4)と相補的にオン,オフ制御するように前記駆動
    回路(3)に接続し、 前記平滑用チョークコイル(7)の前記二次巻線に、ダ
    イオード(11)を介して充電するコンデンサ(12)を接
    続した ことを特徴とするスイッチング電源装置。
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