JP3217279B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
子機器に安定化された直流電圧を供給するスイッチング
電源装置に関する。
性能化・省エネルギー化に伴い、スイッチング電源装置
はより小型で出力の安定性が高く高効率なものが強く求
められている。
置について説明する。図13は第1の従来例のハーフブ
リッジコンバータタイプのスイッチング電源装置1Aの
回路図である。図13において、直流電源1の電圧をV
INとする。スイッチング電源装置1Aの入力端子2A、
2Bに直流電源1が接続される。第1のスイッチング素
子3と第2のスイッチング素子5は前記入力端子2Aと
2Bの間に直列に接続され、交互にオンオフを繰り返
す。
は入力端子2Aと2Bの間に直列に接続される。第1の
コンデンサ7と第2のコンデンサ8の接続点7Aの電位
をVCとする。トランス9は1次巻線9A、第1の2次
巻線9B及び第2の2次巻線9Cを有する。1次巻線9
A、第1の2次巻線9B及び第2の2次巻線9Cの巻数
比をn:1:1とする(nは実数)。トランスの1次巻
線9Aは第1のスイッチング素子3と第2のスイッチン
グ素子5の接続点5Aに一端を接続し、他端を第1のコ
ンデンサ7と第2のコンデンサ8の接続点7Aに接続す
る。第1の整流ダイオード14と第2の整流ダイオード
15はそれぞれのアノードをトランス9の第1の2次巻
線9Bと第2の2次巻線9Cに接続している。カソード
は共通に接続されている。
17は直列に接続され、インダクタンス素子16の一端
を、第1の整流ダイオード14と第2の整流ダイオード
15の接続点に接続し、他端をトランス9の第1の2次
巻線9Bと第2の2次巻線9Cの接続点9Eに接続して
いる。これによって、第1の整流ダイオード14と第2
の整流ダイオード15で整流された電圧を平滑する。平
滑コンデンサ17の静電容量は十分大きく、出力端子1
8A、18Bへは直流出力電圧VOUTが出力される。負
荷19は、出力端子18A、18Bに接続され、電力を
消費する。出力端子18A、18Bは制御回路20の入
力端子に接続されて、直流出力電圧VOU Tが制御回路2
0によって検出される。制御回路20は、出力直流電圧
VOUTを安定化すべく第1のスイッチング素子3と第2
のスイッチング素子5を所定のオンオフ比で制御する。
装置について、図14の波形図を参照して以下その動作
を説明する。図14において駆動パルス信号vG1、vG2
はそれぞれ第1のスイッチング素子3と第2のスイッチ
ング素子5のオンオフの制御信号である。電圧vDは第
1のスイッチング素子3に印加される電圧である。電流
iD1、iD2はそれぞれ第1のスイッチング素子3と第2
のスイッチング素子5に流れる。
ンになると、トランス9の1次巻線9Aには電圧VCが
印加され、第1の2次巻線9Bに電圧VC/nが発生す
る。その結果、第1の整流ダイオード14はオン、第2
の整流ダイオード15はオフとなり、インダクタンス素
子16には、電圧(VC/n−VOUT)が印加される。第
1のスイッチング素子3には、トランス9の励磁電流
と、インダクタンス素子16の励磁電流の1次側換算電
流との和の電流iD1が流れる。
フになると、トランス9の励磁エネルギーが連続となる
ように、トランス9の2次電流は、第1の2次巻線9B
と第2の2次巻線9Cに分割されて流れる。その結果第
1の整流ダイオード14と第2の整流ダイオード15は
オンとなり第1の2次巻線9Bと第2の2次巻線9Cの
誘起電圧はゼロになる。そしてインダクタンス素子16
には電圧VOUTが印加される。
ンになると、トランス9の1次巻線9Aには電圧(VIN
−VC)が印加され、トランス9の第2の2次巻線9C
に電圧(VIN−VC)/nが発生する。その結果、整流
ダイオード14はオフ、第2の整流ダイオード15はオ
ンとなる。インダクタンス素子16には、電圧[(VIN
−VC)/n−VOUT]が印加される。第2のスイッチン
グ素子5にはトランス9の励磁電流と、インダクタンス
素子16の励磁電流の1次側換算電流との和の電流iD2
が流れる。
フになると、トランス9の励磁エネルギーが連続となる
ように、トランス9の2次電流は、第1の2次巻線9B
と第2の2次巻線9Cに分割されて流れる。その結果第
1の整流ダイオード14と第2の整流ダイオード15は
オンとなり第1の2次巻線9Bと第2の2次巻線9Cの
誘起電圧はゼロになる。そしてインダクタンス素子16
には第2のスイッチング素子5がオンの場合に対して逆
向きに電圧VOUTが印加される。
ンになると、トランス9の1次巻線9Aには、電圧VC
が印加される。以後上記の動作を繰り返す。
素子3のオン期間(T1〜T2)と第2のスイッチング素
子5のオン期間(T3〜T4)を等しくし、それをPONと
する。同様にしてオフ期間(T2〜T3)、(T4〜T5)
を等しくし、それをPOFFとする。PON/POFFをオンオ
フ比とする。上記のようにオンとオフの期間を設定する
と、安定動作状態において、トランス9の磁束の状態は
一周期(T1〜T5)毎に初期状態にもどってリセットさ
れる。状態のリセットをリセット条件と呼ぶ。このリセ
ット条件から、次式(1)が成立する。
る。
状態にもどるリセット条件により、式(2)が成立す
る。
れる。
イッチング素子5のオンオフ比PON/POFFを調整する
ことにより、出力電圧VOUTを、安定化することができ
る。図13の回路構成では第1のスイッチング素子3と
第2のスイッチング素子5には入力電圧を越える電圧は
印加されず、トランス9は直流励磁されない。
置31Aについて説明する。図15は第2の従来例のプ
ッシュプルコンバータタイプのスイッチング電源装置3
1Aの回路図である。図15において、直流電源1の電
圧をVINとする。スイッチング電源装置31Aの入力端
子2A、2Bに直流電源1が接続される。トランス27
は第1の1次巻線27A、第2の1次巻線27B、第1
の2次巻線27C及び第2の2次巻線27Dを有してい
る。前記第1の1次巻線27A、第2の1次巻線27
B、第1の2次巻線27C及び第2の2次巻線27Dの
巻数比をn:n:1:1とする。トランス27の第1の
1次巻線27Aと第1のスイッチング素子3の直列回路
が入力端子2Aと2Bの間に接続される。また前記第2
の1次巻線27Bと第2のスイッチング素子5の直列回
路が入力端子2Aと2Bの間に接続される。
ダイオード15のアノードをそれぞれ前記トランス27
の第1の2次巻線27Cと第2の2次巻線27Dの一端
に接続している。第1及び第2の整流ダイオード14、
15のカソードは共通に接続される。インダクタンス素
子16と平滑コンデンサ17は直列に接続され、インダ
クタンス素子16の端部を前記第1の整流ダイオード1
4と前記第2の整流ダイオード15のカソードに接続し
ている。平滑コンデンサ17の端部を前記トランス27
の第1の2次巻線27Cと前記第2の2次巻線27Dの
接続点27Eに接続している。前記第1の整流ダイオー
ド14と前記第2の整流ダイオード15で整流された電
圧はインダクタンス素子16と平滑コンデンサ17で平
滑され、出力端子18A、18Bに出力される。平滑コ
ンデンサ17の静電容量は十分大きく、出力端子18
A、18Bへは直流出力電圧VOUTが出力される。負荷
19は前記出力端子18A、18Bに接続され、電力を
消費する。
し、この出力電圧VOUTを安定化すべく第1のスイッチ
ング素子3と第2のスイッチング素子5を所定のオンオ
フ比で制御する。
装置について、以下その動作を説明する。図16に動作
の波形図を示す。図16において駆動パルス信号vG1、
vG2はそれぞれ第1のスイッチング素子3と第2のスイ
ッチング素子5のオンオフの制御信号である。電圧vD1
は第1のスイッチング素子3に印加される。 電圧vD 2
は第2のスイッチング素子5に印加される。電流i1、
i2はそれぞれ第1のスイッチング素子3と第2のスイ
ッチング素子5を流れる電流を示している。
ンになると、トランス27の第1の1次巻線27Aには
入力電圧VINが印加され、第1の2次巻線27Cに電圧
VIN/nが発生する。その結果第1の整流ダイオード1
4はオン、第2の整流ダイオード15はオフとなる。イ
ンダクタンス素子14には、電圧(VIN/n−VOUT)
が印加される。第1のスイッチング素子3にはトランス
27の励磁電流と、インダクタンス素子14の励磁電流
の1次側換算電流との和の電流i1が流れる。
フになると、トランス27の励磁エネルギーが連続とな
るように、2次電流は、第1の2次巻線27Cと第2の
2次巻線27Dに分割されて流れる。その結果第1の整
流ダイオード14と第2の整流ダイオード15はオンと
なり第1の2次巻線27Cと第2の2次巻線27Dの誘
起電圧はゼロになる。そしてインダクタンス素子16に
は第1のスイッチング素子3がオンの場合に対して逆向
きに電圧VOUTが印加される。
ンになると、トランス27の第2の1次巻線27Bには
電圧VINが印加され、第2の2次巻線27Dに電圧VIN
/nが発生する。その結果第1の整流ダイオード14は
オフ、第2の整流ダイオード15はオンとなり、インダ
クタンス素子16には、電圧(VIN/n−VOUT) が印
加される。第2のスイッチング素子5にはトランス27
の励磁電流と、インダクタンス素子16の励磁電流の1
次側換算電流との和の電流i2が流れる。
フになると、トランス27の励磁エネルギーが連続とな
るように、2次電流は、第1の2次巻線27Cと第2の
2次巻線27Dに分割されて流れる。その結果第1の整
流ダイオード14と第2の整流ダイオード15はオンと
なり第1の2次巻線27Cと第2の2次巻線27Dの誘
起電圧はゼロになる。そしてインダクタンス素子16に
は第2のスイッチング素子5がオンの場合に対して逆向
きに電圧VOUT が印加される。第1のスイッチング素子
3のオン期間(T1〜T2)と第2のスイッチング素子5
のオン期間(T3〜T4)を等しい値のPONとする。同様
にオフ期間(T2〜T3)、(T4〜T5)を等しい値のP
OFF とする。上記のように、オンとオフの期間を設定す
ると、インダクタンス素子14のリセット条件により、
式(3)が成立する。
れる。
イッチング素子5のオンオフ比PON/POFFを調整する
ことにより、出力電圧VOUTを安定化することができ
る。
来例の構成では、第1のスイッチング素子3又は第2の
スイッチング素子5はターンオン時にスイッチング素子
3又は4の図13又は図15で点線で示す寄生容量やト
ランス9の分布容量を短絡し、それらに充電された電荷
を放電する。そのため図14に示すサージ電流SIが発
生し、電力損失およびノイズを生じる。また、第1のス
イッチング素子3および第2のスイッチング素子5のタ
ーンオフ時にトランスの漏れインダクタンスや配線に寄
生するインダクタンスに保持された励磁エネルギーによ
りサージ電圧SVが発生する。サージ電流SIは第1及び
第2のスイッチング素子3及び5のターンオン時に発生
するので、スイッチング周波数に比例して発生回数も増
加する。その結果スイッチング周波数の増加によって電
力損失が増加するとともに、ノイズも増加する。
イッチング周波数を上げるのが困難であった。スイッチ
ング電源装置では、スイッチング周波数は高い方が望ま
しい。それは、スイッチング周波数を上げると、トラン
ス9、コンデンサ7、8等の容量を減らすことができる
ので、スイッチング電源を小型化することができるから
である。
ージ電圧の発生を防止して電力損失を減らし、効率を向
上するとともに低ノイズ化を実現したスイッチング電源
装置を提供することを目的とする。
源の端子間に接続され、交互にオンオフする第1のスイ
ッチング手段と第2のスイッチング手段の直列接続体、
前記直流電源の端子間に接続された第1のコンデンサと
第2のコンデンサの直流接続体、1次巻線と少なくとも
1個の2次巻線を有し、前記1次巻線の一端を前記第1
及び第2のコンデンサの接続点に接続し、前記1次巻線
の他端を前記第1及び第2のスイッチング手段の直列接
続体の接続点に接続し、前記第1及び第2のスイッチン
グ手段がオンの時にエネルギーを蓄積するトランス、前
記トランスの1次巻線に並列に接続した双方向スイッチ
ング手段、前記トランスの2次巻線に接続された整流平
滑手段、及び前記整流平滑手段の出力が印加され、前記
第1及び第2のスイッチング手段が共にオフの期間に、
前記第1又は第2のスイッチング手段がオフになった後
所定の期間を経て前記双方向スイッチング手段をオンに
して前記トランスの前記1次巻線を短絡し、前記1次巻
線の電流が連続して流れるようにして前記トランスに蓄
積されたエネルギーを保持し、前記第1もしくは第2の
スイッチング手段がオンになる前に前記双方向スイッチ
ング手段をオフにして、前記第1及び第2のスイッチン
グ手段と前記双方向スイッチング手段と前記トランスに
等価的に並列接続される寄生コンデンサを充放電するよ
うに、前記第1及び第2のスイッチング手段と前記双方
向スイッチング手段を制御する制御手段、を有する。
は、直流電源の端子間に接続され、交互にオンオフを繰
返す第1のスイッチング手段と第2のスイッチング手段
の直列接続体、前記直流電源の端子間に接続された第1
のコンデンサと第2のコンデンサの直流接続体、1次巻
線及び補助巻線と少なくとも1個の2次巻線を有し、前
記1次巻線の一端を前記第1及び第2のコンデンサの接
続点に接続し、前記1次巻線の他端を前記第1及び第2
のスイッチング手段の直列接続体の接続点に接続し、前
記第1及び第2のスイッチング手段がオンの時にエネル
ギーを蓄積するトランス、前記トランスの補助巻線に並
列に接続した双方向スイッチング手段、前記トランスの
2次巻線に接続した整流平滑手段、及び前記整流平滑手
段の出力が印加され、前記第1及び第2のスイッチング
手段が共にオフの期間に、前記第1又は第2のスイッチ
ング手段がオフになった後所定の期間を経て前記双方向
スイッチング手段をオンにして前記トランスの前記1次
巻線を短絡し、前記1次巻線の電流が連続して流れるよ
うにして前記トランスに蓄積されたエネルギーを保持
し、前記第1もしくは第2のスイッチング手段がオンに
なる前に前記双方向スイッチング手段をオフにして、前
記第1及び第2のスイッチング手段と前記トランスに等
価的に並列に接続される寄生コンデンサを充放電するよ
うに、前記第1及び第2のスイッチング手段と前記双方
向スイッチング手段を制御する制御手段、を有する。
は、直流電源の一方の端子にそれぞれの一端が接続され
た第1の1次巻線と第2の1次巻線、及び少なくとも1
個の2次巻線を有し、エネルギーを蓄積するトランス、
前記第1の1次巻線に直列に接続され、端部が前記直流
電源の他方の端子に接続されてオンオフを繰り返す第1
のスイッチング手段、前記第2の1次巻線に直列に接続
され、端部が前記直流電源の他方の端子に接続されて、
前記第1のスイッチング手段と交互にオンオフを繰り返
す第2のスイッチング手段、前記第1の1次巻線と前記
第1のスイッチング手段の接続点と、前記第2の1次巻
線と前記第2のスイッチング手段の接続点との間に接続
された双方向スイッチング手段、前記2次巻線の電流を
整流平滑する整流平滑手段、及び前記整流平滑手段の出
力が印加され、前記第1及び第2のスイッチング手段が
共にオフの期間に前記第1または第2のスイッチング手
段がオフになった後所定の期間を経て前記双方向スイッ
チング手段をオンにし、前記トランスの蓄積エネルギー
を連続に保つようにして前記トランスに蓄積されたエネ
ルギーを保持し、前記第1もしくは第2のスイッチング
手段がオンになる前に前記双方向スイッチング手段をオ
フにして、前記第1及び第2のスイッチング手段と前記
トランスに等価的に並列接続される寄生コンデンサが充
放電するように、前記第1及び第2のスイッチング手段
及び前記双方向スイッチング手段を制御する制御手段、
を有する。本発明の他の観点のスイッチング電源装置
は、直流電源の一方の端子にそれぞれの一端が接続され
た第1の1次巻線と第2の1次巻線、少なくとも1個の
2次巻線及び補助巻線を有し、エネルギーを蓄積するた
めのトランス、前記第1の1次巻線に直列に接続され、
端部が前記直流電源の他方の端子に接続されてオンオフ
を繰り返す第1のスイッチング手段、前記第2の1次巻
線に直列に接続され、端部が直流電源の他方の端子に接
続されて、前記第1のスイッチング手段と交互にオンオ
フを繰り返す第2のスイッチング手段、前記補助巻線に
並列に接続された双方向スイッチング手段、前記2次巻
線の電流を整流平滑する整流平滑手段、及び前記整流平
滑手段の出力が印加され、前記第1及び第2のスイッチ
ング手段が共にオフの期間に前記第1または第2のスイ
ッチング手段がオフになった後所定の期間を経て前記双
方向スイッチング手段をオンにし、前記トランスの蓄積
エネルギーを連続に保つようにして前記トランスに蓄積
されたエネルギーを保持し、前記第1もしくは第2のス
イッチング手段がオンになる前に前記双方向スイッチン
グ手段をオフにして、前記第1及び第2のスイッチング
手段と前記トランスに等価的に並列接続される寄生コン
デンサが充放電するように、前記第1及び第2のスイッ
チング手段及び前記双方向スイッチング手段を制御する
制御手段、を有する。双方向スイッチング手段をオンに
することにより、第1のスイッチング手段のターンオフ
から第2のスイッチング手段のターンオンの直前までの
期間中と、第2のスイッチング手段のターンオフから第
1のスイッチング手段のターンオンの直前までの期間
中、トランスに蓄えられたエネルギーを保持することが
できる。またターンオン直前に各スイッチング手段に等
価的に並列に接続される寄生コンデンサの電荷を放電
し、その後でターンオンする。従ってサージ電流の発生
がない。
ンスの1次巻線を短絡するクランプ作用により、第1お
よび第2のスイッチング手段のターンオフ時のトランス
の漏れインダクタンスの影響によるサージ電圧の発生も
ない。
段のターンオン時のサージ電圧とターンオフ時のサージ
電圧の発生もない。したがって、電力損失が減少して効
率が高くなるとともにノイズが減少する。またスイッチ
ング周波数の高いより小型のスイッチング電源装置を実
現できる。
ないし図4を参照しながら説明する。図1は本発明の第
1実施例におけるスイッチング電源装置の回路図であ
る。
ング電源装置1Bの入力端子2A、2Bは直流電源1に
接続されている。第1のスイッチング素子3と第1のダ
イオード4の並列接続体で第1のスイッチングユニット
34を構成する。第2のスイッチング素子5と第2のダ
イオード6の並列接続体で第2のスイッチングユニット
56を構成する。第1のスイッチングユニット34と第
2のスイッチングユニット56は直列接続され入力端子
2A、2B間に接続される。
は直列に接続され入力端子2A、2B間に接続される。
第1のコンデンサ7と第2のコンデンサ8の接続点7A
の電圧をVCとする。トランス9は1次巻線9A、第1
の2次巻線9B及び第2の2次巻線9Cを有する。1次
巻線9A、2次巻線9B及び2次巻線9Cの巻数比は
n:1:1とする(nは実数)。1次巻線9Aは第1の
コンデンサ7と第2のコンデンサ8の接続点7Aと第1
のスイッチングユニット34と第2のスイッチングユニ
ット56の接続点5Aに接続される。
ランス9の第1の2次巻線9Bの一端に接続される。第
2の整流ダイオード15のアノードはトランス9の第2
の2次巻線9Cの一端に接続される。第1の整流ダイオ
ード14と第2の整流ダイオード15のカソードは共通
に接続される。インダクタンス素子16と平滑コンデン
サ17は直列接続され、インダクタンス素子16の端部
が第1の整流ダイオード14と第2の整流ダイオード1
5のカソードの接続点14Aに接続される。平滑コンデ
ンサ17の端部が第1の2次巻線9Bと第2の2次巻線
9Cの接続点9Eに接続される。トランス9の2次巻線
9A、9Bに発生する電圧は整流平滑されて、出力電圧
Voutが出力端子18A、18Bを経て負荷19に供給
される。以上は従来のハーフブリッジコンバータの構成
と同じである。
オード11の並列接続体と第4のスイッチング素子12
と第4のダイオード13の並列接続体とを、第3のダイ
オード11のアノードと第4のダイオード13のアノー
ドとが接続されるように、直列に接続して双方向スイッ
チングユニット25を構成する。双方向スイッチングユ
ニット25は、第3のスイッチング素子10をオンにす
ることで、第4のダイオード13を通して、第一の方向
のみ導通可能にする。逆に第4のスイッチング素子12
をオンにすると第3のダイオード11を通して、上記と
は逆の第2の方向のみの導通を可能にする。第3のスイ
ッチング素子10と第4のスイッチング素子12の両方
をオンにすると、双方向に導通可能になる。双方向スイ
ッチングユニット25はトランス9の1次巻線9Aに並
列に接続される。
の出力電圧を検出する。そして出力電圧VOUTが一定に
なるように第1のスイッチング素子3、第2のスイッチ
ング素子5、第3のスイッチング素子10及び第4のス
イッチング素子12のオンオフ比を変えて制御する制御
信号を発生する。スイッチング素子3、5、10、12
は半導体素子で構成するのが望ましい。半導体素子は例
えばバイポーラトランジスタ又はFETが用いられる。
FETの場合は、並列に接続されたダイオードを内蔵し
ているので、ダイオード4、6、11、13は不要とな
る。
装置について、以下にその動作を図4を参照しながら説
明する。
路40から第1のスイッチング素子3に印加される。駆
動パルス信号vG2は制御回路40から第2のスイッチン
グ素子5に印加される。駆動パルス信号vG3は制御回路
40から第3のスイッチング素子10に印加される。駆
動パルス信号vG4は制御回路40から第4のスイッチン
グ素子12に印加される。電圧vDは第1のスイッチン
グユニット34に印加される電圧を示している。電流i
D1は第1のスイッチングユニット34に流れる電流を示
している。電流iD2は第2のスイッチングユニット56
を流れる電流を示している。電流iPはトランス9の1
次巻線9Aの電流を示している。電流iLはインダクタ
ンス素子16を流れる電流を示している。
vG1により第1のスイッチング素子3がオンになると、
トランス9の1次巻線9Aに電圧VCが印加される。こ
の時トランス9の第1の2次巻線9Bに電圧VC/nが
発生し整流ダイオード14をターンオンする。インダク
タンス素子16には、電圧(VC/n−VOUT)が印加さ
れ、インダクタンス素子16を流れる電流は直線状に増
加する。トランス9の1次巻線9Aの電流iPはトラン
ス9の励磁電流と、第1の2次巻線9Bを流れる電流の
1次側換算電流との和となる。従って、電流iPは直線
状に増加し、トランス9およびインダクタンス素子16
に励磁エネルギーが蓄積される。このとき制御回路40
により第2のスイッチング素子5はオフ、第3のスイッ
チング素子10はオフ、第4のスイッチング素子12は
オンであるが、第2のダイオード6と第3のダイオード
11は逆バイアスされオフであるため、回路動作に影響
は無い。
vG1はオフとなり第1のスイッチング素子3がオフにな
る。トランス9の1次巻線9Aを流れていた電流iPは
トランス9の漏れインダクタンスの影響で連続的に流れ
ようとする。そのため電流iPは第1のスイッチングユ
ニット34、第2のスイッチングユニット56、双方向
スイッチングユニット25内の第3のスイッチング素子
10及びトランス9にそれぞれ等価的に並列に接続され
る点線で示した寄生コンデンサを充放電する。その結果
第1のスイッチングユニット56に印加される電圧vD
は上昇する。電圧VDが電圧vCを越えると、オンである
第4のスイッチング素子12を通して印加される電圧に
より第3のダイオード11はターンオンし、双方向スイ
ッチングユニット25はオンとなる。
vG3により第3のスイッチング素子10がオンになる。
電流は第3のダイオード11と第3のスイッチング素子
10を流れる。オン電流が第3のダイオード11を流れ
ても第3のスイッチング素子10を流れても動作に差は
ない。このとき、トランス9の1次巻線電流iPは、ト
ランス9に蓄えられたエネルギーが前記寄生コンデンサ
の充放電によって消費されるので一旦減少するが、第3
のダイオード11または第3のスイッチング素子10が
オンになるとトランス9の1次巻線9Aは短絡され、ト
ランス9の漏れインダクタンスと励磁インダクタンスに
蓄えられたエネルギーは保持される。以下、エネルギー
と称する場合はトランスの漏れインダクタンスと励磁イ
ンダクタンスに蓄えられたエネルギーを示す。その結果
トランス9の第1の2次巻線9Bと第2の2次巻線9C
に誘起される電圧はゼロとなり、インダクタンス素子1
6に印加される電圧は、VOUTとなる。トランス9の第
1の2次巻線9Bと第2の2次巻線9Cには、励磁エネ
ルギーを連続に保つように、電流が分割されて流れる。
従って第1の整流ダイオード14と第2の整流ダイオー
ド15はオンとなる。
オフすることで、双方向スイッチングユニット25をオ
フすると、トランス9に保持されていたエネルギーによ
り、第1のスイッチングユニット34、第2のスイッチ
ングユニット56、双方向スイッチングユニット25内
の第4のスイッチング素子12及びトランス9に等価的
に並列接続される寄生コンデンサが充放電する。その結
果第1のスイッチングユニット34に印加される電圧v
Dは上昇する。電圧VDが入力電圧VINに達すると、第2
のダイオード6をターンオンさせる。時刻T5で制御回
路40の駆動パルス信号vG2で第2のスイッチング素子
5をオンする。オン電流が第2のダイオード6を流れて
も第2のスイッチング素子5を流れても動作に変化はな
い。
Pは、前記寄生容量の充放電のために一旦減少するが、
第2のスイッチング手段56がオンになると、トランス
9の1次巻線9Aに電圧(VC−VIN)が印加され、1
次巻線電流iPは急激に減少する。トランス9の1次巻
線9Aに十分な逆電流が供給されると第1の整流ダイオ
ード14がオフし第2の2次巻線9Cに電圧(VIN−V
C)/nが発生する。その結果インダクタンス素子16
に電圧[(VIN−VC)/n−VOUT]が印加され、イン
ダクタンス素子16を流れる電流iLは直線状に増加す
る。トランス9の1次巻線9Aの電流iPはトランス9
の励磁電流と2次巻線9Bを流れる電流の1次側換算電
流の和となるために直線状に減少する。そのためトラン
ス9およびインダクタンス素子16に励磁エネルギーが
蓄積される。このとき制御回路40により第1のスイッ
チング素子3はオフ、第3のスイッチング素子10はオ
ン、第4のスイッチング素子12はオフであるが、第1
のダイオード6と第4のダイオード13は逆バイアスさ
れオフであるため、回路動作に影響は無い。
vG2が消滅して第2のスイッチング素子5がオフになる
と、トランス9の1次巻線9Aを流れる電流iPはトラ
ンス9の漏れインダクタンスの影響で連続して流れよう
とする。電流iPは第1のスイッチングユニット34、
第2のスイッチングユニット56、双方向スイッチング
ユニット25内の第3のスイッチング素子10及びトラ
ンス9に等価的に並列接続される寄生コンデンサを充放
電する。その結果第1のスイッチングユニット34に印
加される電圧vDは下降する。電圧VDが電圧vCに達す
ると、オンである第3のスイッチング素子10を通して
印加される電圧により第4のダイオード13がターンオ
ンし、双方向スイッチングユニット25はオンとなる。
vG4で第4のスイッチング素子12がオンになる。オン
電流が第4のダイオード13を流れても第4のスイッチ
ング素子12を流れても双方向スイッチングユニット2
5の動作に変化はない。トランス9の1次巻線電流iP
は、トランス9に蓄えられたエネルギーが前記寄生コン
デンサの充放電に負極性のエネルギーとして消費されて
一旦増加する。第4のダイオード13または第4のスイ
ッチング素子12がオンになると、トランス9の1次巻
線9Aは短絡され、トランスの漏れインダクタンスと励
磁インダクタンスに蓄えられた負極性のエネルギーは保
持される。
第1の2次巻線9Bと第2の2次巻線9Cに誘起される
電圧もゼロとなる。その結果インダクタンス素子16に
印加される電圧は、VOUTとなる。トランス9の第1の
2次巻線9Bと第2の2次巻線9Cには、トランス9の
励磁エネルギーを連続に保つように、2次電流が分割さ
れて流れる。従って第1の整流ダイオード14と第2の
整流ダイオード15はオンとなる。
オフにすることで双方向スイッチングユニット25をオ
フにする。トランス9に保持されていたエネルギーによ
り、第1のスイッチングユニット34と第2のスイッチ
ングユニット56と第4のスイッチング素子12とトラ
ンス9に等価的に並列に接続される寄生コンデンサが充
放電される。その結果第1のスイッチングユニット34
に印加される電圧vDは下降する。ゼロに達すると、第
1のダイオード4をターンオンさせる。
vG1により第1のスイッチング素子3がオンとなる。オ
ン電流iD1が第1のダイオード4を流れても第1のスイ
ッチング素子3を流れても動作に変化はない。
Pは、前記寄生容量の充放電のために一旦増加するが、
第1のスイッチングユニット34がオンになると、トラ
ンス9の1次巻線9Aに電圧VCが印加され、1次巻線
電流iPは急激に増加する。トランス9の1次巻線9A
に十分な電流が供給されると、第2の整流ダイオード1
5がオフし第1の2次巻線9Bに電圧VC/nが発生す
る。従ってインダクタンス素子16に電圧[(VIN−V
C)/n−VOUT]が印加される。以後上記の動作を繰り
返す。
間T1〜T2と第2のスイッチングユニット56のオン期
間T5〜T6を等しい値のPONとする。第1のスイッチン
グユニット34がターンオフしてから第2のスイッチン
グユニット56がターンオンするまでのオフ期間T2〜
T5と第2のスイッチングユニット56がターンオフし
てから第1のスイッチングユニット34がオンするまで
のオフ期間T6〜T9を等しい値のPOFF とする。そして
オンオフ比をPON/POFFで表わす。トランス9及びイ
ンダクタンス素子16の磁束は一周期(T1〜T9)で初
期状態にもどってリセットされる。このことを以後リセ
ット条件と称する。このトランス9リセット条件により
式(3)が成り立つ。
〜T9は短いので無視すると、インダクタンス素子16
のリセット条件から、式(4)が成り立つ。
以下のように表わされる。
34および第2のスイッチングユニット56のオンオフ
比PON/POFFを調節することにより出力電圧VOUTが制
御できる。δを表す式は従来のハーフブリッジコンバー
タと同じ変換式となる。期間T2〜T3、T4〜T5、T6
〜T7、T8〜T9を考慮すると、出力電圧VOUTが低くな
るが、その分δを大きくすることで所定の電圧を得るこ
とができる。この構成の上記の動作によって第1のスイ
ッチング素子3、第2のスイッチング素子5、第3のス
イッチング素子10及び第4のスイッチング素子12の
ターンオン直前にスイッチング素子3、5、10、12
の寄生容量及びトランス9の分布容量に充電された電荷
を放電する。その結果短絡によるサージ電流の発生を低
減でき、ノイズの発生を抑えることが可能である。
少するのでスイッチング電源の効率が改善される。さら
に、またトランス9の漏れインダクタンスに起因する第
1のスイッチング素子3および第2のスイッチング素子
5のターンオフ時のサージ電圧が、双方向スイッチング
ユニット25内の第3のダイオード11および第4のダ
イオード12がターンオンする事により、第1のコンデ
ンサ7と第2のコンデンサ8および入力直流電源1に効
果的に吸収される。従ってサージ電圧は発生しない。
第3のスイッチング素子10と第4のスイッチング素子
12のターンオフ時に発生するサージ電圧も、第1のダ
イオード4と第2のダイオード6のターンオンによっ
て、第1のコンデンサ7と第2のコンデンサ8および直
流電源1に吸収される。従ってサージ電圧は発生しな
い。
スの励磁インダクタンスと漏れインダクタンスに蓄えら
れたエネルギーに依存している。漏れインダクタンスが
比較的小さく、寄生容量を充放電するためのエネルギー
が不足する場合は、トランス9の1次巻線9Aまたは2
次巻線9Bに直列にインダクタンス素子を接続し、漏れ
インダクタンスを故意に増加させてもよい。漏れインダ
クタンスの増加により寄生容量の充放電エネルギーを大
きくすることができる。またトランス9の励磁インダク
タンス値を小さくして、トランスを逆励磁させることに
より第1および第2のスイッチングユニット34、56
の寄生容量とトランス9の分布容量の電荷の放電を補助
することもできる。
す。本実施例の図1の構成では、直流入力電圧VINを第
1のコンデンサ7と第2のコンデンサ8の直列接続体に
より、分圧している。図2に示すように、第1のコンデ
ンサ7のみを入力端子2Aと1次巻線9A間に接続した
場合、または図3に示すように第2のコンデンサ8のみ
を入力端子2Bと1次巻線9A間に接続した場合でも、
本発明のスイッチング電源装置は正常に動作する。また
図1ないし図3の構成において、第1のスイッチングユ
ニット34、第2のスイッチングユニット56、双方向
スイッチングユニット25及びトランス9に等価的に並
列接続される寄生コンデンサに加えて外付けでコンデン
サを追加しても、基本動作に影響がない。追加されたコ
ンデンサはスナバー回路として働くので、電流の立ち上
がりがゆるくなり、ノイズが減少する。またスイッチン
グ素子3、5、10、12のターンオフ時に印加される
電圧の傾きが小さくなるので、スイッチング時に発生す
る損失をさらに小さくできる効果もある。また各スイッ
チングユニットに印加される電圧は入力電圧VINを超え
ることはなく、トランス9が直流励磁されることはない
のは従来のハーフブリッジコンバータと同様である。
第4のスイッチング素子3、5、10、12のターンオ
ン直前に、それらの寄生容量及びトランスの分布容量に
充電された電荷を放電するので、サージ電流が減少す
る。従ってノイズが減少するとともに電力損失も減少し
て効率が改善される。またサージ電流が減少するのでス
イッチング周波数を上げることができる。高効率、低ノ
イズで、高周波化が可能なスイッチング電源装置を実現
できる。
ついて、図5ないし図8を参照しながら説明する。図5
は本発明の第2実施例におけるスイッチング電源装置1
Cの回路図である。
のスイッチングユニット34及び56、第1及び第2の
コンデンサ7及び8及び双方向スイッチングユニット2
5の構成は図1に示す第1実施例と同じであるので説明
を省略する。
次巻線21B、第2の2次巻線21C及び補助巻線21
Dを有する。1次巻線21A、2次巻線21B、2次巻
線21C及び補助巻線21Dの巻数比はn:1:1:n
とする(nは実数)。1次巻線21Aは第1のコンデン
サ7と第2のコンデンサ8の接続点7Aと第1のスイッ
チングユニット34と第2のスイッチングユニット56
の接続点5Aに接続される。
ランスの第1の2次巻線21Bの一端に接続される。第
2の整流ダイオード15のアノードはトランス21の第
2の2次巻線21Cの一端に接続される。第1の整流ダ
イオード14と前記第2の整流ダイオード15のカソー
ドは共通に接続される。
17は直列接続され、インダクタンス素子16の端部は
第1の整流ダイオード14と第2の整流ダイオード15
のカソードの接続点14Aに接続される。また平滑コン
デンサ17の端部は、第1の2次巻線21Bと第2の2
次巻線21Cの接続点21Eに接続される。トランスの
2次巻線に発生する電圧は整流平滑されて出力電圧V
OUTが出力端子18A、18Bを経て負荷19に供給さ
れる。
補助巻線21Dの両端に接続される。
の電圧を検出し出力電圧が一定になるように第1のスイ
ッチング素子3、第2のスイッチング素子5、第3のス
イッチング素子10及び第4のスイッチング素子12の
オンオフ比を変えて制御する制御信号を発生する。
装置1Cについて、以下にその動作を図8を参照しなが
ら説明する。
回路41から第1のスイッチング素子3に印加される。
駆動パルス信号vG2は制御回路41から第2のスイッチ
ング素子5に印加される。駆動パルス信号vG3は制御回
路41から第3のスイッチング素子10に印加される。
駆動パルス信号vG4は制御回路41から第4のスイッチ
ング素子12に印加される。電圧vDは第1のスイッチ
ングユニット34に印加される。電流iD1は第1のスイ
ッチングユニット34を流れる電流であり、電流iD2は
第2のスイッチングユニット56を流れる電流である。
電流iPは1次巻線21Aを流れる電流である。電流iA
はトランス21の補助巻線21Dを流れる電流であり、
電流iLはインダクタンス素子16を流れる電流であ
る。
号vG1により第1のスイッチング素子3がオンになり、
トランス21の1次巻線21Aに電圧VCが印加され
る。この時トランス21の第1の2次巻線21Bに電圧
VC/nが発生し整流ダイオード14をターンオンす
る。インダクタンス素子16には、電圧(VC/n−V
OUT)が印加され、インダクタンス素子16を流れる電
流iLは直線状に増加する。トランス21の1次巻線2
1Aの電流iPはトランス21の励磁電流と、第1の2
次巻線21Bを流れる電流の1次側換算電流との和であ
るので、直線状に増加し、トランス21およびインダク
タンス素子16に励磁エネルギーが蓄積される。このと
き制御回路41の出力に基づいて、第2及び第3のスイ
ッチング素子5及び10はオフであり第4のスイッチン
グ素子12はオンであるが、第2のダイオード8と第3
のダイオード11は逆バイアスされオフであるので回路
動作に影響は無い。
vG1が消滅し、第1のスイッチング素子3がオフになる
と、トランス21の1次巻線21Aを流れていた電流i
Pはトランスの漏れインダクタンスの影響で連続的に流
れようとする。そのため電流iPは、第1のスイッチン
グ手段ユニット34、第2のスイッチングユニット56
及びトランス9に等価的に並列に接続された寄生コンデ
ンサを充放電する。その結果第1のスイッチングユニッ
ト34に印加される電圧vDは上昇し、トランス21の
1次巻線21Aに印加される電圧は小さくなる。同時に
補助巻線21Dに誘起する電圧も小さくなる。この電圧
がゼロに達すると、オンである第4のスイッチング素子
12を通して印加される電圧で第3のダイオード11を
ターンオンさせ、双方向スイッチングユニット25はオ
ンとなる。
vG3により第3のスイッチング素子10がオンとなる。
オン電流が第3のダイオード11を流れても第3のスイ
ッチング素子10を流れても動作に変化はない。トラン
ス21に蓄えられた励磁エネルギーは、前記寄生コンデ
ンサの充放電によって消費され一旦減少するが、第3の
ダイオード11または第3のスイッチング素子10がオ
ンになると、トランス21の補助巻線21Dは双方向ス
イッチングユニット25で短絡され、トランスの漏れイ
ンダクタンスと励磁インダクタンスに蓄えられた励磁エ
ネルギーは保持される。トランス21の第1の2次巻線
21Bと第2の2次巻線21Cに誘起される電圧はゼロ
となり、インダクタンス素子16に印加される電圧は、
VOUTとなる。トランス21の第1の2次巻線21Bと
第2の2次巻線21Cには、励磁エネルギーを連続に保
つように、二次電流が分割されて流れる。従って第1の
整流ダイオード14と第2の整流ダイオード15はオン
となる。
オフになり、双方向スイッチングユニット25がオフに
なると、トランス21に保持されていた励磁エネルギー
により、第1のスイッチングユニット34、第2のスイ
ッチングユニット56及びトランス21に等価的に並列
に接続された寄生コンデンサが充放電する。そのため第
1のスイッチングユニット34に印加される電圧vDは
上昇する。電圧vDが入力電圧VINに達すると、第2の
ダイオード6がターンオンする。
号vG2により第2のスイッチング素子5がオンとなる。
オン電流iD2が第2のダイオード6を流れても第2のス
イッチング素子5を流れても動作に変化はない。
ると、トランス21の1次巻線21Aに電圧(VC−V
IN)が印加され、トランス21の1次巻線21Aの電流
iPは急激に減少する。トランス21の1次巻線21A
に十分な逆電流が供給されると、第1の整流ダイオード
14がオフし第2の2次巻線21Cに電圧(VIN−
VC)/nが発生する。インダクタンス素子16には電
圧[(VIN−VC)/n−VOU T]が印加され、インダクタ
ンス素子16を流れる電流iLは直線状に増加する。ト
ランス21の1次巻線21Aの電流iPはトランス21
の励磁電流と、2次巻線21Bを流れる電流の1次側換
算電流との和となるために直線状に減少する。トランス
21およびインダクタンス素子16に励磁エネルギーが
蓄積される。このとき制御回路41の出力により第1の
スイッチング素子3はオフ、第3のスイッチング素子1
0はオン、第4のスイッチング素子12はオフとなって
いるが、第1のダイオード6と第4のダイオード13は
逆バイアスされオフであるので回路動作に影響は無い。
vG2が消滅して第2のスイッチング素子5がオフになる
と、1次巻線21Aの電流iPはトランス21の漏れイ
ンダクタンスの影響で連続して流れようとする。そのた
め電流iPは第1のスイッチングユニット34と第2の
スイッチングユニット56とトランス21に等価的に並
列に接続される寄生コンデンサを充放電する。その結果
第1のスイッチングユニット34に印加される電圧vD
は下降し、トランス21の1次巻線21Aに印加される
電圧は小さくなる。同時に補助巻線21Dに誘起する電
圧も小さくなる。この電圧がゼロに達すると、オンであ
る第3のスイッチング素子10を通して印加される電圧
により第4のダイオード13をターンオンさせ、双方向
スイッチングユニット25はオンとなる。
vG4で第4のスイッチング素子12がオンになる。オン
電流が第4のダイオード13を流れても第4のスイッチ
ング素子12を流れても動作に変化はない。このとき、
トランス21に蓄えられた負極性の励磁エネルギーは前
記寄生コンデンサの充放電によって消費される。そのた
め1次巻線21Aの電流iPは一旦増加する。第4のダ
イオード13または第4のスイッチング素子12がオン
すると、トランス21の補助巻線21Dは短絡され、ト
ランス21の漏れインダクタンスと励磁インダクタンス
に蓄えられた負極性のエネルギーは保持される。その結
果トランス21の第1の2次巻線21Bと第2の2次巻
線21Cに誘起される電圧はゼロとなり、インダクタン
ス素子16に印加される電圧は、VOUTとなる。トラン
ス21の第1の2次巻線21Bと第2の2次巻線21C
には、励磁エネルギーを連続に保つように、二次電流が
分割されて流れるために、第1の整流ダイオード14と
第2の整流ダイオード15はオンとなる。
オフにして双方向スイッチングユニット25をオフにす
ると、トランス21に保持されていたエネルギーによ
り、第1のスイッチングユニット34、第2のスイッチ
ングユニット56及びトランス21に等価的に並列に接
続される寄生コンデンサは充放電され、第1のスイッチ
ングユニット34に印加される電圧vDは下降する。電
圧vDがゼロに達すると、第1のダイオード4をターン
オンさせる。
vG1により第1のスイッチング素子3がオンになる。オ
ン電流iD1が第1のダイオード4を流れても第1のスイ
ッチング素子3を流れても動作に変化はない。トランス
21の1次巻線21Aを流れる電流iPは、前記寄生容
量の充放電のために一旦増加する。第1のスイッチング
ユニット34がオンになると、トランス21の1次巻線
21Aに電圧VCが印加され、1次巻線電流iPは急激に
増加する。トランス21の1次巻線21Aに十分な電流
が供給されると第2の整流ダイオード15がオフにな
る。第1の2次巻線21Bに電圧VC/nが発生するた
め、インダクタンス素子16に電圧[(VIN−VC)/n
−VOUT]が印加される。以後は上記の動作を繰り返す。
スイッチングユニット56のオン期間を等しい値の
PON、とする。第1のスイッチングユニット34がター
ンオフしてから第2のスイッチングユニット56がター
ンオンするまでのオフ期間と第2のスイッチングユニッ
ト56がターンオフしてから第1のスイッチングユニッ
ト34がオンするまでのオフ期間を等しい値のPOFF と
する。上記のようにオン期間とオフ期間を設定すると、
トランス21のリセット条件により式(5)が成り立
つ。
ら、期間T2〜T3、T4〜T5、T6〜T7、T8〜T9は短
いので無視すると式(6)が成り立つ。
以下のように表わされる。
よび第2のスイッチング素子5のオンオフ比PON/P
OFFの調節により直流出力電圧VOUTが制御できる。期間
T2〜T3、T4〜T5、T6〜T7、T8〜T9を考慮に入れ
ると、直流出力電圧VOUTが低くなる。その分δを大き
くすることで所定の直流出力電圧VOUTを得ることがで
きる。
イッチング素子3、5、10及び12のターンオン直前
に各スイッチング素子の寄生容量及びトランス21の分
布容量に充電された電荷を放電し、放電後にターンオン
する。従って短絡によるサージ電流の発生を低減でき、
ノイズの発生を抑えることができる。サージ電流による
電力損失が減少するので効率が改善される。またトラン
ス21の漏れインダクタンスに起因する第1及び第2の
スイッチング素子3および5のターンオフ時のサージ電
圧が、双方向スイッチングユニット25内の第3及び第
4のダイオード11および12をターンオンする事によ
り第1及び第2のコンデンサ7と8および直流電源1に
効果的に吸収される。従ってサージ電圧の発生はない。
また双方向スイッチングユニット25内の第3及び第4
のスイッチング素子10及び12のターンオフ時に発生
するサージ電圧も、第1及び第2のダイオード4と6の
ターンオンによって第1及び第2のコンデンサ7と8お
よび直流電源1に吸収される。従ってサージ電圧の発生
はない。
ス21の励磁インダクタンスと漏れインダクタンスに蓄
えられたエネルギーに依存している。トランス21の1
次巻線21Aまたは2次巻線21Bに直列にインダクタ
ンス素子を直列に接続し、漏れインダクタンスを故意に
増加させることができる。漏れインダクタンスの増加に
より寄生容量の放電エネルギーを大きくすることができ
る。またトランス21の励磁インダクタンス値を小さく
して、トランス21を逆励磁させることにより第1およ
び第2のスイッチングユニット34、56の寄生容量と
トランス21の分布容量の放電を補助することができ
る。第2実施例の他の例を図6及び図7に示す。本実施
例の図5の構成では、入力電圧VINを第1のコンデンサ
7と第2のコンデンサ8の直列接続により分圧してい
る。図6に示すように、第1のコンデンサ7のみを入力
端子2Aと1次巻線21A間に接続した場合、または図
7に示すように第2のコンデンサ8のみを入力端子2B
と1次巻線21A間に接続した場合でも、本発明のスイ
ッチング電源装置は正常に動作する。
グユニット25の第3のスイッチング素子10と第4の
スイッチング素子12の接続点10Aが直流電源1の負
極端子2B(回路接地)に接続されている。従って制御
回路41の駆動パルス信号vG3、vG4の電圧レベルの設
定の自由度が増し、制御回路41の構成が簡単になる特
徴がある。図5の構成では、第1及び第2のスイッチン
グユニット34及び56、双方向スイッチングユニット
25及びトランス21に等価的に並列に接続される寄生
コンデンサに加えてさらに外付けでコンデンサを付加し
ても、基本的動作に影響しない。このようなコンデンサ
を付加すると、各スイッチング素子のターンオフ時に印
加される電圧の立上りの傾きが小さくなるので、スイッ
チング時に発生する電力損失をさらに小さくできる効果
もある。第1及び第2のスイッチングユニット34、5
6に印加される電圧は減少しない。第1及び第2のスイ
ッチングユニット34及び56に印加される電圧は入力
電圧VINである。トランス21が直流励磁されない特徴
は維持されて、高効率、低ノイズで、高いスイッチング
周波数のスイッチング電源装置を実現できる。 《第3実施例》
び図10を参照しながら説明する。図9は第3実施例に
おけるスイッチング電源装置31Bの回路図である。図
9において、図1と同じものは同一の符号を付し説明は
省略する。スイッチング電源装置31Bの入力端子2
A、2Bは直流電源1に接続されている。第1及び第2
のスイッチングユニット34及び56、及び双方向スイ
ッチングユニット25の構成は図1のものと同様であ
る。トランス27は第1の1次巻線27A、第2の1次
巻線27B、第1の2次巻線27C及び第2の2次巻線
27Dを有する。第1の1次巻線27A、第2の1次巻
線27B、第1の2次巻線27C及び第2の2次巻線2
7Dの巻数比はn:n:1:1とする。前記第1の1次
巻線27Aと第1のスイッチングユニット34の直列回
路を前記入力端子2A、2Bに接続する。前記第2の1
次巻線27Bと第2のスイッチングユニット56の直列
回路も前記入力端子2A、2Bに接続する。前記トラン
ス27の第1の1次巻線27Aと第2の1次巻線27B
は、電流の転流がスムーズに行えるように、密に結合さ
れている。
の1次巻線27Aと第1のスイッチングユニット34の
接続点34Aと、第2の1次巻線27Bと第2のスイッ
チングユニット56の接続点56Aとの間に接続され
る。第1の整流ダイオード14のアノードが前記トラン
ス27の第1の2次巻線27Cの一端に接続されてい
る。第2の整流ダイオード15はアノードが前記トラン
ス27の第2の2次巻線27Dの一端に接続されてい
る。前記第1の整流ダイオード14と第2の整流ダイオ
ード15のカソードは共通に接続される。インダクタン
ス素子16と前記平滑コンデンサ17は直列接続され、
インダクタンス素子16の端部が第1の整流ダイオード
14と第2の整流ダイオード15のカソードの接続点に
接続されている。そして平滑コンデンサ17の端部は第
1の2次巻線27Cと第2の2次巻線27Dの接続点2
7Eに接続されている。トランス27の第1及び第2の
2次巻線27C、27Dに発生する電圧は前記の第1及
び第2の整流ダイオード14及び15で整流され、イン
ダクタンス素子16及び平滑コンデンサ17で平滑され
出力端子18A、18Bに出力される。負荷19が出力
端子18A、18Bに接続されている。
8Bの間の出力電圧VOUTを検出し出力電圧VOUTが一定
になるように、第1のスイッチング素子3、第2のスイ
ッチング素子5、第3のスイッチング素子10及び第4
のスイッチング素子12のオンオフ比を制御する制御信
号を発生する。
装置について、以下にその動作を図10の動作の波形図
を参照しながら説明する。図10において、駆動パルス
信号vG1は制御回路42から第1のスイッチング素子3
に印加される。駆動パルス信号vG2は制御回路42から
第2のスイッチング素子5に印加される。駆動パルス信
号vG3は制御回路42から第3のスイッチング素子10
に印加される。駆動パルス信号vG4は制御回路42から
第4のスイッチング素子12に印加される。電流iP1は
トランス27の第1の1次巻線27Aを流れる。電流i
P2はトランス27の第2の1次巻線27Bを流れる。電
流iD1は第1のスイッチングユニット34を流れる。電
流iD2は第2のスイッチングユニット56を流れる。電
圧vD1は第1のスイッチングユニット34に印加され
る。電圧vD2は第2のスイッチングユニット56に印加
される。電圧vS は整流ダイオード14と整流ダイオー
ド15のカソードと接続点27E間に印加される。電流
iLはインダクタンス素子16を流れる電流を示してい
る。
信号vG1が入力され、第1のスイッチング素子3がオン
になると、トランス27の第1の1次巻線27Aに入力
電圧VINが印加される。トランス27の第1の2次巻線
27Cに電圧VIN/nが発生し、整流ダイオード14が
ターンオンする。インダクタンス素子16には、電圧
(VIN/n−VOUT) が印加され、インダクタンス素子
16を流れる電流iLは直線状に増加する。トランス2
7の第1の1次巻線27Aの電流iP1は、トランス27
の励磁電流と、第1の2次巻線27Cを流れる電流の1
次側換算電流との和となるために直線状に増加する。ト
ランス27およびインダクタンス素子16に励磁エネル
ギーが蓄積される。このとき制御回路42の制御によっ
て第2のスイッチング素子5はオフ、第3のスイッチン
グ素子10はオン、第4のスイッチング素子12はオフ
であるが、第2のダイオード6と第4のダイオード13
は逆バイアスされオフであるため、回路動作に影響は無
い。
号vG1が消滅して第1のスイッチング素子3がオフにな
ると、第1のスイッチング素子3を流れていた電流iD1
はトランス27の漏れインダクタンスの影響で連続して
流れようとするので、第1のスイッチングユニット3
4、第2のスイッチングユニット56及びトランス27
に等価的に並列接続される寄生コンデンサを充放電す
る。その結果第1のスイッチングユニット34に印加さ
れる電圧vD1は増加し、第2のスイッチングユニット5
6印加される電圧vD2は減少する。電圧vD1が増加し電
圧VINに達すると、トランス27の第1の1次巻線27
Aと第2の1次巻線27Bに印加される電圧はゼロとな
る。その結果オンである第3のスイッチング素子10を
通して電圧が印加され第4のダイオード13がターンオ
ンして、双方向スイッチングユニット25はオンとな
る。第4のダイオード13がオンの間の時刻T3 で、制
御回路42の駆動パルス信号vG4によって第4のスイッ
チング素子12がオンになる。オン電流が第4のダイオ
ード13を流れても第4のスイッチング素子12を流れ
ても動作に変化はない。
なると、トランス27の第1の1次巻線27Aと第2の
1次巻線27Bの直列回路は短絡され、トランス27の
漏れインダクタンスと励磁インダクタンスに蓄えられた
エネルギーは保持される。双方向スイッチングユニット
25がオンとなって、第1の1次巻線27Aと第2の1
次巻線27Bが直列に接続されるので、1次巻線の巻数
は等価的に2倍になる。その結果トランス27の第1の
1次巻線27Aの電流iP1は、半分になる。
の2次巻線27Cと第2の2次巻線27Dに誘起される
電圧はゼロとなり、インダクタンス素子16に印加され
る電圧は、VOUT となる。トランス27の第1の2次巻
線27Cと第2の2次巻線27Dには、励磁エネルギー
を連続に保つように、二次電流が分割されて流れる。従
って第1の整流ダイオード14と第2の整流ダイオード
15はオンとなる。
オフになって双方向スイッチングユニット25がオフに
なると、トランス27に保持されていたエネルギーによ
り、第1のスイッチングユニット34、第2のスイッチ
ングユニット56及びトランス27に等価的に並列接続
される寄生コンデンサが充放電する。第1のスイッチン
グユニット34に印加される電圧vD1は増加し、第2の
スイッチングユニット56に印加される電圧vD2は減少
する。電圧vD2が減少しゼロに達すると、第2のダイオ
ード6がターンオンする。第2のダイオード6のオンの
期間に、時刻T5 で制御回路42の駆動パルス信号vG2
によって第2のスイッチング素子5がオンとなる。オン
電流iD2が第2のダイオード6を流れても第2のスイッ
チング素子5を流れても動作に変化はない。
なると、トランス27の第2の1次巻線27Bに入力電
圧VINが印加され、第2の1次巻線27Bを流れる電流
iP2は、急激に増加する。トランス27の第2の2次巻
線27Dに十分な電流が供給されると、第1の整流ダイ
オード14がオフし第2の2次巻線27Dに電圧VIN/
nが発生する。そのためインダクタンス素子16に電圧
(VIN/n−VOUT) が印加され、インダクタンス素子
16を流れる電流iLは直線状に増加する。トランス2
7の第2の1次巻線27Bの電流iP2はトランス27の
励磁電流と第1の2次巻線27Cを流れる電流の1次側
換算電流との和となるために直線状に増加する。その結
果トランス27およびインダクタンス素子16に励磁エ
ネルギーが蓄積される。このとき制御回路42によっ
て、第1のスイッチング素子3はオフ、第3のスイッチ
ング素子10はオフ、第4のスイッチング素子12はオ
ンであるが、第1のダイオード4と第3のダイオード1
1は逆バイアスされオフであるため、回路動作に影響は
無い。
vG2が消滅して第2のスイッチング素子5がオフになる
と、第2のスイッチング素子5を流れていた電流iD2は
トランスの漏れインダクタンスの影響で連続して流れよ
うとするので、第1のスイッチングユニット34、第2
のスイッチングユニット56及びトランス27に等価的
に並列接続される寄生コンデンサを充放電する。そのた
め第2のスイッチングユニット56に印加される電圧v
D2は増加し、第1のスイッチングユニット34に印加さ
れる電圧vD1は減少する。電圧vD2が入力電圧VINに達
すると、トランス27の第1の1次巻線27Aと第2の
1次巻線27Bに印加される電圧はゼロとなる。オンで
ある第4のスイッチング素子10を通して印加される電
圧により第3のダイオード11がターンオンし、双方向
スイッチングユニット25はオンとなる。第3のダイオ
ード11がオンの期間に、T7 で制御回路42からの駆
動パルス信号vG3により第3のスイッチング素子10が
オンになる。オン電流が第3のダイオード11を流れて
も第4のスイッチング素子12を流れても動作に変化は
ない。
なると、トランス27の第1の1次巻線27Aと第2の
1次巻線27Bの直列回路が形成され、トランス27の
漏れインダクタンスと励磁インダクタンスに蓄えられた
エネルギーは保持される。双方向スイッチングユニット
25がオンとなって、第1の1次巻線27Aと第2の1
次巻線27Bが直列に接続されるので、1次巻線の巻数
は等価的に2倍になる。その結果第1の1次巻線27A
の電流iP1は半分になる。
2次巻線27Cと第2の2次巻線27Dに誘起される電
圧はゼロとなり、インダクタンス素子16に印加される
電圧は、VOUTとなる。トランス27の第1の2次巻線
27Cと第2の2次巻線27Dには、励磁エネルギーを
連続に保つように、二次電流が分割され流れる。従って
第1の整流ダイオード14と第2の整流ダイオード15
はオンとなる。
オフになって、双方向スイッチングユニット25がオフ
になると、トランス27に保持されていたエネルギーに
より、第1のスイッチングユニット34、第2のスイッ
チングユニット56及びトランス27に等価的に並列接
続される寄生コンデンサが充放電する。第1のスイッチ
ング素子3に印加される電圧vD1は減少し、ゼロに達す
ると、第1のダイオード4がターンオンする。第1のダ
イオード4がオンの期間に、制御回路42の駆動パルス
信号vG1によって第1のスイッチング素子3がオンにな
る。オン電流iD1が第1のダイオード4を流れても第1
のスイッチング素子3を流れても動作に変化はない。
れる電流iP1は、前記寄生容量の充放電のために一旦減
少するが、第1のスイッチングユニット34がオンにな
ると、トランス27の第1の1次巻線27Aに入力電圧
VINが印加され、第1の1次巻線27Aの電流iP1は急
激に増加する。トランス27の第1の2次巻線27Cに
十分な電流が供給されると、第2の整流ダイオード15
がオフとなり、第1の2次巻線27Cに電圧VIN/nが
発生する。その結果インダクタンス素子16に電圧(V
IN/n−VOUT) が印加される。以後はこの動作を繰り
返す。
スイッチングユニット56のオン期間を等しい値の
PON、とする。第1のスイッチングユニット34がター
ンオフしてから第2のスイッチングユニット56がター
ンオンするまでのオフ期間と、第2のスイッチングユニ
ット56がターンオフしてから第1のスイッチングユニ
ット34がターンオンするまでのオフ期間を等しい値の
POFF とする。インダクタンス素子16のリセット条件
から、期間T2〜T3、T4〜T5、T6〜T7及びT8〜T9
は短いので無視すると式(8)が成立する。
ように表わされる。
よび第2のスイッチング素子5のオンオフ比(PON/P
OFF)を調節して出力電圧VOUTを制御できる。期間 T2
〜T3、T4〜T5、T6〜T7及びT8〜T9を考慮に入れ
ると、出力電圧VOUTが低くなるが、その分δを大きく
することによって所定の電圧を得ることができる。
チング素子3、5、10及び12のターンオン直前にこ
れらのスイッチング素子3、5、10及び12の寄生容
量及びトランス27の分布容量の電荷を放電する。従っ
てスパイク状の短絡電流の発生を低減でき、効率の改
善、ノイズの発生を抑えることが可能である。またトラ
ンス27の漏れインダクタンスに起因する第1及び第2
のスイッチング素子3および5のターンオフ時のスパイ
ク電圧は、双方向スイッチングユニット25内の第3の
ダイオード11および第4のダイオード13がターンオ
ンする事によりトランス27を介して効果的に吸収され
る。従ってスパイク電圧の発生は少なくなる。また双方
向スイッチングユニット25内の第3のスイッチング素
子10と第4のスイッチング素子12のターンオフ時に
発生するサージ電圧も第1のダイオード4と第2のダイ
オード6がターンオンすることでトランス27を介して
直流電源1に吸収され、サージ電圧の発生はない。
オン直前の第1および第2のスイッチングユニット34
及び56の寄生容量とトランス27の分布容量の放電の
エネルギーはトランス27の励磁インダクタンスと漏れ
インダクタンスに蓄えられたエネルギーに依存してい
る。トランス27の第1の2次巻線27Cと第2の2次
巻線27Dに直列にインダクタンス素子を直列に接続
し、この放電エネルギーをさらに大きくすることもでき
る。またトランス27のインダクタンス値を小さくし
て、トランス27を逆励磁させることにより第1および
第2のスイッチングユニット34及び56の寄生容量と
トランス27の分布容量の放電を補助することができ
る。
スイッチングユニット56、双方向スイッチングユニッ
ト25及びトランス27に等価的に並列接続される寄生
コンデンサに加えて外付けでコンデンサを追加しても、
基本動作に影響がない。追加のコンデンサによってスイ
ッチングユニット34、56のターンオフ時に印加され
る電圧の傾きが小さくなるので、スイッチング時に発生
する損失をさらに小さくできる効果がある。その結果、
高効率、低ノイズで、高周波化が可能なスイッチング電
源装置を実現できる。 《第4実施例》
及び図12を参照しながら説明する。図11は第4実施
例におけるスイッチング電源の回路図である。図11に
おいて、図9と同じものは同一の符号を付し説明は省略
する。トランス39は第1の1次巻線39A、第2の1
次巻線39B、第1の2次巻線39C、第2の2次巻線
39D及び補助巻線39Eを有する。前記第1の1次巻
線39A、前記第2の1次巻線39B、前記第1の2次
巻線39C、前記第2の2次巻線39D、及び前記補助
巻線39Eの巻数比をn:n:1:1:nとする。前記
第1の1次巻線39Aと第1のスイッチングユニット3
4との直列回路は入力端子2A及び2B間に接続され
る。前記第2の1次巻線39Bと第2のスイッチングユ
ニット56との直列回路も前記入力端子2A及び2B間
に接続される。第1のスイッチング素子3と第2のスイ
ッチング素子5は交互にオンオフを繰り返す。また前記
トランス39の第1の1次巻線39Aと第2の1次巻線
39Bと補助巻線39Eは、電流の転流がスムーズに行
えるように密に結合されている。
記トランス39の第1の2次巻線39Cの一端に接続す
る。第2の整流ダイオード15のアノードを前記トラン
ス39の第2の2次巻線39Dの一端に接続する。前記
第1の整流ダイオード14と前記第2の整流ダイオード
15のカソードは共通に接続される。インダクタンス素
子16と平滑コンデンサ17は直列接続され、インダク
タンス素子16の端部が前記第1の整流ダイオード14
と前記第2の整流ダイオード15のカソードの接続点2
4Aに接続される。平滑コンデンサ17の端部が第1の
2次巻線39Cと第2の2次巻線39Dの接続点39F
に接続される。トランス39の2次巻線39C、39D
に発生する電圧は整流平滑されて出力端子18A、18
Bに出力される。負荷19が出力端子18A、18B間
に接続される。
示すものと同じ構成を有する。双方向スイッチユニット
25は前記トランス39の補助巻線39Eの両端に接続
される。第3及び第4のスイッチング素子10及び12
の接続点45Aは直流電源1の負極端子2Bに接続され
ている。制御回路43は前記出力端子18A、18B間
の電圧を検出し、出力電圧VOUTが一定になるように前
記第1のスイッチング素子3、前記第2のスイッチング
素子5、前記第3のスイッチング素子10及び前記第4
のスイッチング素子12を制御する制御信号を発生す
る。
装置について、以下にその動作を図12の動作の波形図
を参照しながら説明する。
回路43から第1のスイッチング素子3に印加される。
駆動パルス信号vG2は制御回路43から第2のスイッチ
ング素子5に印加される。駆動パルス信号vG3は制御回
路43から第3のスイッチング素子10に印加される。
駆動パルス信号vG4は制御回路43から第4のスイッチ
ング素子12に印加される。電流i1 は第1のスイッチ
ングユニット34及びトランス39の第1の1次巻線3
9Aを流れる。電流i2 は第2のスイッチングユニット
56及びトランス39の第2の1次巻線39Bを流れ
る。電流i3 はトランス39の補助巻線39Eを流れ
る。電圧vD1は第1のスイッチングユニット34に印加
される。電圧vD2は第2のスイッチングユニット56に
印加される。
信号vG1の入力により第1のスイッチング素子3がオン
になると、トランス39の第1の1次巻線39Aに電圧
VINが印加される。この時トランス39の第1の2次巻
線39Cに電圧VIN/nが発生し整流ダイオード14が
ターンオンする。インダクタンス素子16には、電圧
(VIN/n−VOUT ) が印加され、インダクタンス素子
16を流れる電流iLは直線状に増加する。トランス3
9の第1の1次巻線39Aの電流i1 は、トランス39
の励磁電流と第1の2次巻線39Cを流れる電流の1次
側換算電流との和となるために直線状に増加する。その
結果トランス39およびインダクタンス素子16に励磁
エネルギーが蓄積される。このとき制御回路43によっ
て、第2のスイッチング素子5はオフ、第3のスイッチ
ング素子10はオン、第4のスイッチング素子12はオ
フであるが、第2のダイオード6と第4のダイオード1
3は逆バイアスされオフであるため、回路動作に影響は
無い。
vG1が消滅して第1のスイッチング素子3がオフになる
と、トランス39の第1の1次巻線39Aを流れていた
電流iP1は、トランス39の漏れインダクタンスの影響
で連続になる。この電流iP1は第1のスイッチングユニ
ット34、第2のスイッチングユニット56及びトラン
ス39に等価的に並列接続される寄生コンデンサを充放
電する。その結果第1のスイッチングユニット34に印
加される電圧vD1は増加し、第2のスイッチングユニッ
ト56に印加される電圧vD2は減少する。同時に補助巻
線39Eに誘起する電圧も減少してゼロに達すると、オ
ンである第3のスイッチング素子10を通して電圧が印
加され第4のダイオード13がターンオンし、双方向ス
イッチングユニット45はオンとなる。
3で制御回路43からの駆動パルス信号vG4により第4
のスイッチング素子12がオンになる。オン電流i3が
第4のダイオード13を流れても第4のスイッチング素
子12を流れても動作に変化はない。双方向スイッチン
グユニット45がオンになると、トランス39の補助巻
線39Eは短絡され、トランス39の漏れインダクタン
スと励磁インダクタンスに蓄えられたエネルギーは保持
される。
の2次巻線39Cと第2の2次巻線39Dに誘起される
電圧はゼロとなり、インダクタンス素子16に印加され
る電圧はVOUTとなる。トランス39の第1の2次巻線
39Cと第2の2次巻線39Dには、励磁エネルギーを
連続に保つように、二次電流が分割されて流れるため
に、第1の整流ダイオード14と第2の整流ダイオード
15はオンとなる。
オフになって、双方向スイッチングユニット45がオフ
になると、トランス39に保持されていたエネルギーに
より、第1のスイッチングユニット34、第2のスイッ
チングユニット56及びトランス39に等価的に並列接
続される寄生コンデンサが充放電して、第1のスイッチ
ングユニット34に印加される電圧vD1は増加する。同
時に第2のスイッチングユニット56に印加される電圧
vD2は減少する。電圧vD2がゼロに達すると、第2のダ
イオード6がターンオンする。第2のダイオード6がオ
ンである時刻T 5 で制御回路43からの駆動パルス信号
vG2により第2のスイッチング素子5がオンとなる。オ
ン電流i2が第2のダイオード6を流れても第2のスイ
ッチング素子5を流れても動作に変化はない。
なると、トランス39の第2の1次巻線39Bに電圧V
INが印加され、第2の1次巻線39Bの電流i2 は急激
に増加する。トランス39の第2の1次巻線39Bに十
分な電流が供給されると、第1の整流ダイオード14が
オフとなり第2の2次巻線39Dに電圧VIN/nが発生
する。従ってインダクタンス素子16に電圧(VIN/n
−VOUT) が印加され、インダクタンス素子16を流れ
る電流iLは直線状に増加する。トランス39の第2の
1次巻線39Bの電流i2 はトランス39の励磁電流
と、第2の2次巻線39Dを流れる電流の1次側換算電
流との和となるために直線状に増加する。従ってトラン
ス39およびインダクタンス素子16に励磁エネルギー
が蓄積される。このとき制御回路43により第1のスイ
ッチング素子3はオフ、第3のスイッチング素子10は
オフ、第4のスイッチング素子12はオンであるが、第
1のダイオード4と第3のダイオード11は逆バイアス
されオフであるため、回路動作に影響は無い。
vG2が消滅して第2のスイッチング素子5がオフになる
と、第1の1次巻線39Aの電流i1 はトランス39の
漏れインダクタンスの影響で連続して流れようとするの
で、第1のスイッチングユニット34と第2のスイッチ
ングユニット56とトランス39に等価的に並列接続さ
れる寄生コンデンサを充放電する。その結果第2のスイ
ッチングユニット56に印加される電圧vD2は増加す
る。同時に第1のスイッチングユニット34に印加され
る電圧vD1は減少し、トランス39の第1の1次巻線3
9Aに印加される電圧は減少する。補助巻線39Eに誘
起する電圧も減少してゼロに達すると、オンである第4
のスイッチング素子12を通して電圧が印加され第3の
ダイオード11がターンオンし、双方向スイッチングユ
ニット45はオンとなる。第3のダイオード11がオン
である時刻T7 で制御回路43からの駆動パルス信号v
G3により第3のスイッチング素子10がオンになる。オ
ン電流が第3のダイオード11を流れても第3のスイッ
チング素子10を流れても動作に変化はない。双方向ス
イッチングユニット25がオンになるとトランス39の
補助巻線39Eは短絡され、トランス39の漏れインダ
クタンスと励磁インダクタンスに蓄えられたエネルギー
は保持される。
2の2次巻線39Dに誘起される電圧はゼロとなり、イ
ンダクタンス素子16に印加される電圧はVOUTとな
る。トランス39の第1の2次巻線39Cと第2の2次
巻線39Dには、励磁エネルギーを連続に保つように、
二次電流が分割されて流れるために、第1の整流ダイオ
ード14と第2の整流ダイオード15はオンとなる。
オフとなり、双方向スイッチングユニット25がオフに
なると、トランス39に保持されていたエネルギーによ
り、第1のスイッチングユニット34、第2のスイッチ
ングユニット56及びトランス39に等価的に並列接続
される寄生コンデンサが充放電する。第1のスイッチン
グユニット34に印加される電圧vD1は減少する。ゼロ
に達すると、第1のダイオード4がターンオンする。第
1のダイオード4がオンである時刻T9で制御回路43
の駆動パルス信号vG1により第1のスイッチング素子3
をオンになる。オン電流が第1のダイオード4を流れて
も第1のスイッチング素子3を流れても動作に変化はな
い。
れる電流i1 は、前記寄生容量の充放電のために一旦減
少するが、第1のスイッチングユニット34がオンにな
ると、トランス39の第1の1次巻線39Aに電圧VIN
が印加され、1次巻線39Aの電流i1 は急激に増加す
る。トランス39の第1の1次巻線39Aに十分な電流
が供給されると、第2の整流ダイオード15がオフとな
り第1の2次巻線39Cに電圧VIN/nが発生する。従
ってインダクタンス素子16に電圧(VIN/n−VOUT)
が印加される。以後はこの動作を繰り返す。第1のス
イッチングユニット34と第2のスイッチングユニット
56のオン期間を等しい値のPONとする。第1のスイッ
チングユニット34がターンオフしてから第2のスイッ
チングユニット56がターンオンするまでのオフ期間
と、第2のスイッチングユニット56がターンオフして
から第1のスイッチングユニット34がターンオンする
までのオフ期間を等しい値のPOFF とする。インダクタ
ンス素子16のリセット条件から、期間T2〜T3、T4
〜T5、T6〜T7及びT8〜T9は短いので無視すると式
(9)が成り立つ。
のように表わされる。
よび第2のスイッチング素子5のオンオフ比(PON/P
OFF)を調整することにより出力電圧VOUTが制御でき
る。期間T2〜T3、T4〜T5、T6〜T7、T8〜T9を考
慮すると、出力電圧VOUTが低くなる。その分δを大き
くすることで所定の電圧を得ることができる。この構成
では、第1ないし第4のスイッチング素子3、5、10
及び12のターンオン直前にこれらのスイッチング素子
3、5、10及び12の寄生容量及びトランス39の分
布容量の電荷を放電する。従って短絡によるサージ電流
の発生を低減でき、効率の改善、ノイズの発生を抑える
ことが可能である。
起因する第1及び第2のスイッチング素子3および5の
ターンオフ時のサージ電圧が、双方向スイッチングユニ
ット25内の第3のダイオード11および第4のダイオ
ード13がターンオンする事によりトランス39を介し
て効果的に吸収される。従ってサージ電圧の発生は少な
い。また双方向スイッチングユニット25内の第3のス
イッチング素子10と第4のスイッチング素子12のタ
ーンオフ時に発生するサージ電圧も第1のダイオード4
と第2のダイオード6がターンオンすることでトランス
39を介して入力直流電源1に吸収される。従ってサー
ジ電圧の発生はない。
ス39の励磁インダクタンスと漏れインダクタンスに蓄
えられたエネルギーに依存している。トランス39の第
1の2次巻線39Cと第2の2次巻線39Dに直列にイ
ンダクタンス素子を接続し、この放電エネルギーをさら
に大きくすることもできる。またトランス39のインダ
クタンス値を小さくして、トランスを逆励磁させること
により、第1および第2のスイッチングユニット34及
び56の寄生容量とトランス39の分布容量の放電を補
助することもできる。
ングユニット25の第3のスイッチング素子10と第4
のスイッチング素子12の接続点45Aを直流電源1の
負極端子2Bに接続している。従って制御回路43の出
力の駆動パルス信号VG3及びVG4のレベル設定の自由度
が増す。接続点45Aを直流電源1の正極端子2Aに接
続してもよい。さらに接続点45Aに、電圧VINを分圧
した所望の電圧を与えてもよい。このように接続点45
Aの電圧設定に自由度があるので、制御回路43の設計
が容易になる。
グユニット34、第2のスイッチングユニット56、双
方向スイッチングユニット25及びトランス39に等価
的に並列接続される寄生コンデンサに加えて外付けでコ
ンデンサを追加しても、基本動作に影響がない。コンデ
ンサの追加により第1ないし第4のスイッチング素子
3、5、10、12のターンオフ時に印加される電圧の
変化の傾きが小さくなるので、スイッチング時に発生す
る損失をさらに小さくできる効果もある。その結果、高
効率、低ノイズで、高周波化が可能なスイッチング電源
装置を実現できる。
ニットをオンにすることで、第1のスイッチングユニッ
トのターンオフから第2のスイッチングユニットのター
ンオンの直前までと、第2のスイッチングユニットのタ
ーンオフから第1のスイッチングユニットのターンオン
までの期間に、トランスに蓄えられたエネルギーを保持
することができる。第1及び第2のスイッチングユニッ
トのターンオン直前に、両スイッチングユニットに等価
的に並列接続される寄生コンデンサの電荷を放電し、そ
の後にターンオンするので、サージ電流が発生しない。
また、双方向スイッチングユニットによるクランプ作用
により、第1および第2のスイッチングユニットのター
ンオフ時のトランスの漏れインダクタンスの影響による
サージ電圧の発生も少ない。また、双方向スイッチング
ユニットのターンオン時のサージ電圧とターンオフ時の
サージ電圧の発生もない。したがって、高効率、低ノイ
ズで、高い周波数でスイッチングを行なう小型のスイッ
チング電源装置を実現できる。
回路図。
源装置の回路図。
ング電源装置の回路図。
回路図。
源装置の回路図。
ング電源装置の回路図。
回路図。
の回路図。
図。
を示す波形図。
図。
一次巻線 9B、9C、21B、21C、27C、27D、39
C、39D 二次巻線 7、8 コンデンサ 10 第3のスイッチング素子 11 第3のダイオード 12 第4のスイッチング素子 13 第4のダイオード 14 第1の整流ダイオード 15 第2の整流ダイオード 16 インダクタンス素子 17 平滑コンデンサ 18A、18B出力端子 19 負荷 21D、39E 補助巻線 25、45 双方向スイッチングユニット 34 第1のスイッチングユニット 40、41、42、43 制御回路 56 第2のスイッチングユニット
Claims (4)
- 【請求項1】 直流電源の端子間に接続され、交互にオ
ンオフする第1のスイッチング手段と第2のスイッチン
グ手段の直列接続体、 前記直流電源の端子間に接続された第1のコンデンサと
第2のコンデンサの直流接続体、 1次巻線と少なくとも1個の2次巻線を有し、前記1次
巻線の一端を前記第1及び第2のコンデンサの接続点に
接続し、前記1次巻線の他端を前記第1及び第2のスイ
ッチング手段の直列接続体の接続点に接続し、前記第1
及び第2のスイッチング手段がオンの時にエネルギーを
蓄積するトランス、 前記トランスの1次巻線に並列に接続した双方向スイッ
チング手段、 前記トランスの2次巻線に接続された整流平滑手段、及
び前記整流平滑手段の出力が印加され、前記第1及び第
2のスイッチング手段が共にオフの期間に、前記第1又
は第2のスイッチング手段がオフになった後所定の期間
を経て前記双方向スイッチング手段をオンにして前記ト
ランスの前記1次巻線を短絡し、前記1次巻線の電流が
連続して流れるようにして前記トランスに蓄積されたエ
ネルギーを保持し、前記第1もしくは第2のスイッチン
グ手段がオンになる前に前記双方向スイッチング手段を
オフにして、前記第1及び第2のスイッチング手段と前
記双方向スイッチング手段と前記トランスに等価的に並
列に接続される寄生コンデンサを充放電するように、前
記第1及び第2のスイッチング手段と前記双方向スイッ
チング手段を制御する制御手段、 を有するスイッチング電源装置。 - 【請求項2】 直流電源の端子間に接続され、交互にオ
ンオフを繰返す第1のスイッチング手段と第2のスイッ
チング手段の直列接続体、 前記直流電源の端子間に接続された第1のコンデンサと
第2のコンデンサの直流接続体、 1次巻線及び補助巻線と少なくとも1個の2次巻線を有
し、前記1次巻線の一端を前記第1及び第2のコンデン
サの接続点に接続し、前記1次巻線の他端を前記第1及
び第2のスイッチング手段の直列接続体の接続点に接続
し、前記第1及び第2のスイッチング手段がオンの時に
エネルギーを蓄積するトランス、 前記トランスの補助巻線に並列に接続した双方向スイッ
チング手段、 前記トランスの2次巻線に接続した整流平滑手段、及び
前記整流平滑手段の出力が印加され、前記第1及び第2
のスイッチング手段が共にオフの期間に、前記第1又は
第2のスイッチング手段がオフになった後所定の期間を
経て前記双方向スイッチング手段をオンにして前記トラ
ンスの前記1次巻線を短絡し、前記1次巻線の電流が連
続して流れるようにして前記トランスに蓄積されたエネ
ルギーを保持し、前記第1もしくは第2のスイッチング
手段がオンになる前に前記双方向スイッチング手段をオ
フにして、前記第1及び第2のスイッチング手段と前記
トランスに等価的に並列に接続される寄生コンデンサを
充放電するように、前記第1及び第2のスイッチング手
段と前記双方向スイッチング手段を制御する制御手段、 を有するスイッチング電源装置。 - 【請求項3】 直流電源の一方の端子にそれぞれの一端
が接続された第1の1次巻線と第2の1次巻線、及び少
なくとも1個の2次巻線を有し、エネルギーを蓄積する
トランス、 前記第1の1次巻線に直列に接続され、端部が前記直流
電源の他方の端子に接続されてオンオフを繰り返す第1
のスイッチング手段、 前記第2の1次巻線に直列に接続され、端部が前記直流
電源の他方の端子に接続されて、前記第1のスイッチン
グ手段と交互にオンオフを繰り返す第2のスイッチング
手段、 前記第1の1次巻線と前記第1のスイッチング手段の接
続点と、前記第2の1次巻線と前記第2のスイッチング
手段の接続点との間に接続された双方向スイッチング手
段、 前記2次巻線の電流を整流平滑する整流平滑手段、及び
前記整流平滑手段の出力が印加され、前記第1及び第2
のスイッチング手段が共にオフの期間に前記第1または
第2のスイッチング手段がオフになった後所定の期間を
経て前記双方向スイッチング手段をオンにし、前記トラ
ンスの蓄積エネルギーを連続に保つようにして前記トラ
ンスに蓄積されたエネルギーを保持し、前記第1もしく
は第2のスイッチング手段がオンになる前に前記双方向
スイッチング手段をオフにして、前記第1及び第2のス
イッチング手段と前記トランスに等価的に並列接続され
る寄生コンデンサが充放電するように、前記第1及び第
2のスイッチング手段及び前記双方向スイッチング手段
を制御する制御手段、 を有するスイッチング電源装置。 - 【請求項4】 直流電源の一方の端子にそれぞれの一端
が接続された第1の1次巻線と第2の1次巻線、少なく
とも1個の2次巻線及び補助巻線を有し、エネルギーを
蓄積するためのトランス、 前記第1の1次巻線に直列に接続され、端部が前記直流
電源の他方の端子に接続されてオンオフを繰り返す第1
のスイッチング手段、 前記第2の1次巻線に直列に接続され、端部が直流電源
の他方の端子に接続されて、前記第1のスイッチング手
段と交互にオンオフを繰り返す第2のスイッチング手
段、 前記補助巻線に並列に接続された双方向スイッチング手
段、 前記2次巻線の電流を整流平滑する整流平滑手段、及び
前記整流平滑手段の出力が印加され、前記第1及び第2
のスイッチング手段が共にオフの期間に前記第1または
第2のスイッチング手段がオフになった後所定の期間を
経て前記双方向スイッチング手段をオンにし、前記トラ
ンスの蓄積エネルギーを連続に保つようにして前記トラ
ンスに蓄積されたエネルギーを保持し、前記第1もしく
は第2のスイッチング手段がオンになる前に前記双方向
スイッチング手段をオフにして、前記第1及び第2のス
イッチング手段と前記トランスに等価的に並列接続され
る寄生コンデンサが充放電するように、前記第1及び第
2のスイッチング手段及び前記双方向スイッチング手段
を制御する制御手段、を有するスイッチング電源装置。
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