JP3221185B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
器に直流安定化電圧を供給するスイッチング電源装置に
関するものである。
の低価格化・小型化・高性能化・省エネルギー化に伴
い、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。
て説明する。図9は従来のスイッチング電源装置で、ハ
ーフブリッジコンバータの回路構成図である。図9にお
いて、1は入力直流電源であり、その電圧をVINとす
る。2−2’は入力端子であり、前記入力直流電源1が
接続される。3は第1のスイッチング素子であり、5は
第2のスイッチング素子であり、前記第1のスイッチン
グ素子3と前記第2のスイッチング素子5は交互にオン
オフを繰り返し、前記入力端子2−2’に直列に接続さ
れる。18は第1のコンデンサであり、19は第2のコ
ンデンサであり、前記入力端子2−2’に直列に接続さ
れ、前記第1のコンデンサ18と前記第2のコンデンサ
19の接続点の電位をVCとする。20はトランスであ
り1次巻線20aと第1の2次巻線20bと第2の2次
巻線20cを有し、前記1次巻線20aと前記第1の2
次巻線20bの巻数比と前記1次巻線20aと前記第2
の2次巻線20cの巻数比を同じくn:1とし、前記ト
ランスの1次巻線20aは前記第1のスイッチング素子
3と前記第2のスイッチング素子5の接続点に一端を接
続し、他端を前記第1のコンデンサ18と前記第2のコ
ンデンサ19の接続点に接続する。21は第1の整流ダ
イオードであり、22は第2の整流ダイオードであり、
それぞれのアノードを前記トランスの第1の2次巻線2
0bと第2の2次巻線20cに接続し、カソードは互い
に接続される。11はインダクタンス素子であり、12
は平滑コンデンサであり、前記インダクタンス素子11
と前記平滑コンデンサ12は直列に接続され一端を、前
記第1の整流ダイオード21と前記第2の整流ダイオー
ド22の接続点に接続し、他端を前記トランス20の第
1の2次巻線20bと前記第2の2次巻線20cの接続
点に接続し、前記第1の整流ダイオード21と前記第2
の整流ダイオード22で整流された電圧を平滑し、出力
電圧とする。13−13’は出力端子である。平滑コン
デンサ12の静電容量は十分大きく、出力端子13−1
3’へは出力電圧VO が出力される。14は負荷であ
り、前記出力端子13−13’に接続され、電力を消費
する。15は制御回路であり、出力直流電圧VO を安定
化すべく前記第1のスイッチング素子3と前記第2のス
イッチング素子5を所定のオンオフ比で駆動する。
装置について、以下その動作を説明する。まず、第1の
スイッチング素子3がオンの時、トランスの1次巻線2
0aには電圧VCが印加され、トランスの第1の2次巻
線20bに電圧VC/nが発生し、第1の整流ダイオー
ド21をオン、第2の整流ダイオード22をオフとし
て、インダクタンス素子11には、電圧VC/n−VOが
印加される。第1のスイッチング素子3にはトランス2
0の励磁電流とインダクタンス素子11の励磁電流の1
次側換算電流の和の電流が流れる。第1のスイッチング
素子3がオフすると、トランス20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20b
と第2の2次巻線20cに分割して流れ、第1の整流ダ
イオード21と第2の整流ダイオード22をオンとして
第1の2次巻線20bと第2の2次巻線20cの誘起電
圧はゼロになるとともに、インダクタンス素子11には
電圧−VOが印加される。次に第2のスイッチング素子
5がオンすると、トランスの1次巻線20aには電圧V
IN−VCが印加され、トランスの第2の2次巻線20c
に電圧(VIN−VC)/nが発生し、第1の整流ダイオ
ードをオフ、第2の整流ダイオード22をオンとして、
インダクタンス素子11には、電圧(VIN−VC)/n
−VOが印加される。第2のスイッチング素子5にはト
ランス20の励磁電流とインダクタンス素子11の励磁
電流の1次側換算電流の和の電流が流れる。第2のスイ
ッチング素子5がオフすると、トランス20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20bと第2の2次巻線20cに分割して流れ、第1
の整流ダイオード21と第2の整流ダイオード22をオ
ンとして第1の2次巻線20bと第2の2次巻線20c
の誘起電圧はゼロになるとともに、インダクタンス素子
11には逆向きに電圧VOが印加される。第1のスイッ
チング素子3のオン期間と第2のスイッチング素子5の
オン期間を等しくTONとし、オフ期間を等しくTOFFと
なるように、オンオフ比を設定すると、安定動作状態に
おいてはトランス20の磁束は一周期でリセットされる
から、次式が成立する。
より、 (VIN/2−VO)×TON=VO×TOFF したがって VO=δ×VIN/2 但し δ=TON/(TON+TOFF) となる。即ち出力電圧VO 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のオンオフ比を調整する
ことにより、安定化することができる。図10に各部動
作波形を示しておく。
と第2のスイッチング素子5には入力電圧以上の電圧は
印加されず、トランス20は直流励磁されないという特
徴がある。
の構成では、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のターンオン時にスイッチング素子の寄生
容量やトランスの分布容量を短絡するために、サージ電
流が発生し、電力損失を生じるという問題点を有してい
た。
で、スイッチング素子のターンオン時の電圧を低く抑
え、サージ電圧の発生と電力損失の発生を抑え、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。
に本発明のスイッチング電源装置は、少なくともオンオ
フを繰り返す第1のスイッチング手段と、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
ッチング手段の直列回路を入力電圧に接続し、前記第2
のスイッチング手段に並列に、1次巻線と1つ以上の2
次巻線を有するトランスの1次巻線と、第1のコンデン
サの直列回路を接続し、前記トランスの2次巻線に第2
のコンデンサと整流ダイオードの直列回路を接続し、前
記整流ダイオードの両端に、インダクタンス素子と平滑
コンデンサの直列回路を接続し、前記平滑コンデンサの
両端の電圧を出力に供給し、前記第1のスイッチング手
段と第2のスイッチング手段のオン期間の比で出力電圧
を調整し、前記トランスの1次巻線と2次巻線を介して
結合される前記第1及び第2のコンデンサ、前記整流ダ
イオード、前記第2のスイッチング手段からなるループ
において、前記第1のコンデンサまたは前記第2のコン
デンサまたはそれらの組合せと前記トランスの漏れイン
ダクタンスまたは外付けのインダクタンスとで共振し、
前記第2のスイッチング手段がオンの時に前記トランス
の2次巻線電流を共振電流とする構成を有している。
ング手段のターンオン時には、スイッチング手段の寄生
コンデンサおよびトランスの分布容量に蓄えられたエネ
ルギーを放電してからターンオンするためスパイク電流
の発生もなく、第1および第2のスイッチング手段のタ
ーンオフ時には、トランスの漏れインダクタンスの影響
によるスパイク電圧の発生もない。トランスの漏れイン
ダクタンスと第1または第2のコンデンサと共振させて
2次側の整流ダイオードのゼロ電流スイッチングを達成
でき、ターンオフリカバリの発生がなく、第2のスイッ
チング手段のターンオフ電流を小さくできるためターン
オフスイッチングロスも小さくできるという効果があ
る。また従来のハーフブリッジコンバータと同様に、第
1および第2のスイッチング手段には、入力電圧しか印
加されず、トランスが直流励磁されない特徴は損なわれ
ない。
いて、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の第
1の実施例におけるスイッチング電源の構成を示すもの
である。図1において、図9と同じものは同一の符号を
記し説明は省略する。
する。2−2’は入力端子であり、3は第1のスイッチ
ング素子であり、4は第1のダイオードであり、前記第
1のスイッチング素子3と前記第1のダイオード4で第
1のスイッチング手段を構成する。5は第2のスイッチ
ング素子であり、6は第2のダイオードであり、前記第
2のスイッチング素子5と前記第2のダイオード6で第
2のスイッチング手段を構成する。前記第1のスイッチ
ング手段と前記第2のスイッチング手段は直列接続され
前記入力端子2−2’に接続される。7は第1のコンデ
ンサであり、直流電圧VC1を保持する。8はトランスで
1次巻線8aと1つ以上の2次巻線8bを有し、前記1
時巻線8aと前記2次巻線8bの巻数比はn:1とし、
1次巻線8aは前記コンデンサ7を介して前記第2のス
イッチング手段の両端に接続される。9は第2のコンデ
ンサであり、直流電圧VC2を保持する。10は整流ダイ
オードであり、アノードを前記トランスの2次巻線8b
の一端に接続しカソードを前記第2のコンデンサ9を介
して前記トランスの2次巻線8bの他端に接続される。
11はインダクタンス素子であり、12は平滑コンデン
サである。前記インダクタンス素子11と前記平滑コン
デンサ12は直列接続され、前記整流ダイオード10の
両端に接続される。13−13’は出力端子であり、1
4は負荷である。15は制御回路であり前記出力端子1
3−13’間の電圧を検出し出力電圧が一定になるよう
に前記第1のスイッチング素子3と前記第2のスイッチ
ング素子5のオンオフ比を変え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2の各部動作波形を
参照しながら説明する。
のスイッチング素子3の駆動パルス波形vG1を示してお
り、(b)は制御回路15の第2のスイッチング素子5
の駆動パルス波形vG2を示しており、(c)はトランス
8の1次巻線電流波形iPを示しており、(d)は第1
のスイッチング手段に印加される電圧波形vDを示して
おり、(e)は整流ダイオード10を流れる電流波形i
Sを示しており、(f)は整流ダイオード10に印加さ
れる電圧波形vSを示しており、(g)はインダクタン
ス素子11を流れる電流波形iLを示している。
を図中に記している。時刻t1 で制御回路15のオン信
号により第1のスイッチング素子3がオンし同時に第2
のスイッチング素子5がオフすると、トランス8の1次
巻線8aに電圧VIN−VC1が印加される。この時トラン
ス8の2次巻線8bに電圧(VIN−VC1)/nが発生し
整流ダイオード10をターンオフする。インダクタンス
素子11には、電圧(VIN−VC1)/n+VC2−VOが
印加され、インダクタンス素子11を流れる電流は直線
状に増加する。トランス8の1次巻線8aの電流iPは
トランス8の励磁電流と2次巻線8b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増加し、トラン
ス8およびインダクタンス素子11に励磁エネルギーが
蓄積される。
のスイッチング素子がオフすると、第1のスイッチング
素子3を流れていた電流は第2のダイオード6をターン
オンさせる。同時に制御回路15のオン信号で第2のス
イッチング素子5がオンするが、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。第2のダイオード6または第2の
スイッチング素子5がオンするとトランス8の1次巻線
8aに第1のコンデンサ7に保持されている直流電圧V
C1が印加され、同時にトランス8の2次巻線8bに電圧
VC1/nが発生し、整流ダイオード10を順バイアス
し、オンとする。整流ダイオード10の電流iSは、ト
ランスの漏れインダクタンスの影響でゼロから増加し、
2次巻線8bの電流は次第に減少する。1次巻線8aの
電流はトランス8の励磁電流減少と2次巻線8bの電流
減少にともない、正の値から次第に減少し負の電流とな
る。整流ダイオード10はオンであるために、インダク
タンス素子11には逆向きに出力電圧VOが印加され
る。第2のスイッチング素子5に負電流が流れていると
きに制御回路15のオフ信号により第2のスイッチング
素子5がターンオフすると、トランス8の漏れインダク
タンスの働きで、負の電流は連続となるために、第1の
ダイオード4をオンとする。同時に制御回路15のオン
信号により第1のスイッチング素子3がオンとなるが第
1のスイッチング手段を流れる電流が第1のスイッチン
グ素子3を流れても第1のダイオード4を流れても動作
に変化は生じない。第1のスイッチング素子3がオンし
同時に第2のスイッチング素子5がオフすると、トラン
ス8の1次巻線8aに電圧VIN−VC1が印加される。ト
ランス8の2次巻線8bには、整流ダイオード10をオ
ンとする電流が流れているが、急激に減少してゼロとな
り。整流ダイオード10はオフとなる。1次巻線8aの
電流は、2次巻線8bの電流の減少に伴い増加する。整
流ダイオード10がオフすると、インダクタンス素子1
1に、電圧(VIN−VC1)/n+VC2−VOが印加さ
れ、トランス8とインダクタンス素子11に励磁エネル
ギーが蓄積される。この動作を繰り返す。
TON、オフ期間をTOFF とすると、トランス8のリセッ
ト条件により (VIN−VC1)×TON=VC1×TOFF が成り立ちインダクタンス素子11のリセット条件か
ら、t3〜t4(t0〜t1)の期間は短いので無視すると {(VIN−VC1)/n+VC2−VO}×TON=VO×TOFF となる。電圧VC1と電圧VC2の関係は VC1/n=VC2 であるから電圧VC1と電圧VC2を求めると VC1=δ×VIN VC2=δ×VIN/n VO =δ×VIN/n となり、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のオンオフ比により出力電圧VOが制御で
きる。t3〜t4(t0〜t1)を考慮すると、出力電圧が
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のターンオン直前にス
イッチング素子の寄生容量及びトランス8の分布容量を
放電してからターンオンするために、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のターンオフ時のスパイク電圧が第
1のダイオード4および第2のダイオード6がターンオ
ンする事により効果的に第1のコンデンサ7および入力
直流電源1に吸収され、スパイク電圧の発生はない。
尚、第1のスイッチング手段のターンオン直前の第1お
よび第2のスイッチング手段の寄生容量とトランス8の
分布容量の放電はトランス8の漏れインダクタンスによ
るとしたが、トランス8の1次巻線8aまたは2次巻線
8bに直列にインダクタンス素子を直列に接続し、放電
エネルギーを大きくすることもできるのは言うまでもな
い。またトランス8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
イッチング手段の寄生容量とトランス8の分布容量の放
電の補助をさせることもできる。またスイッチング手段
に印加される電圧は入力電圧VINで、トランスが直流励
磁されないのは従来のハーフブリッジコンバータと同様
であり、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、図面を参照しながら説明する。図3は本発明の
第2の実施例におけるスイッチング電源の構成を示すも
のである。図3において、図9と同じものは同一の符号
を記し説明は省略する。
する。2−2’は入力端子であり、3は第1のスイッチ
ング素子であり、4は第1のダイオードであり、前記第
1のスイッチング素子3と前記第1のダイオード4で第
1のスイッチング手段を構成する。5は第2のスイッチ
ング素子であり、6は第2のダイオードであり、前記第
2のスイッチング素子5と前記第2のダイオード6で第
2のスイッチング手段を構成する。前記第1のスイッチ
ング手段と前記第2のスイッチング手段は直列接続され
前記入力端子2−2’に接続される。7は第1のコンデ
ンサであり、直流電圧VC1を保持する。8はトランスで
1次巻線8aと1つ以上の2次巻線8bを有し、前記1
時巻線8aと前記2次巻線8bの巻数比はn:1とし、
1次巻線8aは前記コンデンサ7を介して前記第2のス
イッチング手段の両端に接続される。9は第2のコンデ
ンサであり、直流電圧VC2を保持する。10は整流ダイ
オードであり、アノードを前記トランスの2次巻線8b
の一端に接続しカソードを前記第2のコンデンサ9を介
して前記トランスの2次巻線8bの他端に接続される。
11はインダクタンス素子であり、12は平滑コンデン
サである。前記インダクタンス素子11と前記平滑コン
デンサ12は直列接続され、前記整流ダイオード10の
両端に接続される。13−13’は出力端子であり、1
4は負荷である。15は制御回路であり前記出力端子1
3−13’間の電圧を検出し出力電圧が一定になるよう
に前記第1のスイッチング素子3と前記第2のスイッチ
ング素子5のオンオフ比を変える制御信号を発生する。
16は第3のコンデンサであり、第1のスイッチング素
子3の両端に接続され、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に印加される電圧の急峻な
変化を抑える。なお前記第1のスイッチング素子3と第
2のスイッチング素子5は同時にオフの期間を持つよう
に制御回路15のオンオフ信号は設定されている。
装置について、以下にその動作を図4の各部動作波形を
参照しながら説明する。
のスイッチング素子3の駆動パルス波形vG1を示してお
り、(b)は制御回路15の第2のスイッチング素子5
の駆動パルス波形vG2を示しており、(c)はトランス
8の1次巻線電流波形iPを示しており、(d)は第1
のスイッチング手段に印加される電圧波形vDを示して
おり、(e)は整流ダイオード10を流れる電流波形i
Sを示しており、(f)は整流ダイオード10に印加さ
れる電圧波形vSを示しており、(g)はインダクタン
ス素子11を流れる電流波形iLを示している。
同じであるが、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は同時にオフの期間を持ち、その期間に
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
に印加される電圧が変化するように設定されている。第
1のスイッチング素子3の両端には第3のコンデンサ1
6が接続されているため第1のスイッチング素子3のタ
ーンオフおよびターンオフ時の電圧波形の急峻な立ち上
がり立ち下がりは緩和され、また第3のコンデンサ16
に蓄えられた電荷を入力直流電源1に回生してから、第
1のスイッチング素子3をターンオンできるため、第1
のスイッチング素子3のターンオン損失にならない。同
様な効果は第2のスイッチング素子5にもある。
説明した実施例と同様であるので省略する。またこれら
のコンデンサを付加した場合、過渡時においてトランス
8の各巻線の出力インピーダンスが変化し、特に第1の
スイッチング素子3のオフ時の各巻線電流の初期電流値
が変化するが制御動作そのものへの影響は少なく、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に印
加される電圧波形は急峻でないために、ノイズの発生が
抑えられ、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のスイッチング損失の発生も抑えられる効果
がある。また第3のコンデンサ16を追加しても、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のタ
ーンオン直前に蓄積電荷を放電するため、ターンオン時
のスパイク電流の発生はない。
グ素子3と第2のスイッチング素子5のターンオン直前
にスイッチング素子の寄生容量及びトランス8の分布容
量を放電してからターンオンするために、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のターンオフ時のスパイク電圧
が第1のダイオード4および第2のダイオード6がター
ンオンする事により効果的に第1のコンデンサ7および
入力直流電源1に吸収され、スパイク電圧の発生はな
い。尚、第1のスイッチング手段のターンオン直前の第
3のコンデンサ16および第1および第2のスイッチン
グ手段の寄生容量とトランス8の分布容量の放電はトラ
ンス8の漏れインダクタンスによるとしたが、トランス
8の1次巻線8aまたは2次巻線8bに直列にインダク
タンス素子を直列に接続し、放電エネルギーを大きくす
ることもできるのは言うまでもない。またトランス8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3のコンデンサ16および第1および第
2のスイッチング手段の寄生容量とトランス8の分布容
量の放電の補助をさせることもできる。またスイッチン
グ手段に印加される電圧は入力電圧VINで、トランスが
直流励磁されないのは従来のハーフブリッジコンバータ
と同様であり、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、図面を参照しながら説明する。図5は本発明の
第3の実施例におけるスイッチング電源の構成を示すも
のである。図5において、図9と同じものは同一の符号
を記し説明は省略する。
する。2−2’は入力端子であり、3は第1のスイッチ
ング素子であり、4は第1のダイオードであり、前記第
1のスイッチング素子3と前記第1のダイオード4で第
1のスイッチング手段を構成する。5は第2のスイッチ
ング素子であり、6は第2のダイオードであり、前記第
2のスイッチング素子5と前記第2のダイオード6で第
2のスイッチング手段を構成する。前記第1のスイッチ
ング手段と前記第2のスイッチング手段は直列接続され
前記入力端子2−2’に接続される。7は第1のコンデ
ンサであり、直流電圧VC1を保持する。8はトランスで
1次巻線8aと1つ以上の2次巻線8bを有し、前記1
時巻線8aと前記2次巻線8bの巻数比はn:1とし、
1次巻線8aは前記コンデンサ7を介して前記第2のス
イッチング手段の両端に接続される。9は第2のコンデ
ンサであり、直流電圧VC2を保持する。10は整流ダイ
オードであり、アノードを前記トランスの2次巻線8b
の一端に接続しカソードを前記第2のコンデンサ9を介
して前記トランスの2次巻線8bの他端に接続される。
11はインダクタンス素子であり、12は平滑コンデン
サである。前記インダクタンス素子11と前記平滑コン
デンサ12は直列接続され、前記整流ダイオード10の
両端に接続される。13−13’は出力端子であり、1
4は負荷である。15は制御回路であり前記出力端子1
3−13’間の電圧を検出し出力電圧が一定になるよう
に前記第1のスイッチング素子3と前記第2のスイッチ
ング素子5のオンオフ比を変える制御信号を発生する。
タンス素子であり、前記トランス8の1次巻線8aに直
列に接続され前記第2のスイッチング素子5のオン期間
に前記第1のコンデンサ7と共振し、前記トランス8の
2次巻線8bに伝達される出力電流を共振電流とする。
装置について、以下にその動作を図6の各部動作波形を
参照しながら説明する。
のスイッチング素子3の駆動パルス波形vG1を示してお
り、(b)は制御回路15の第2のスイッチング素子5
の駆動パルス波形vG2を示しており、(c)はトランス
8の1次巻線電流波形iPを示しており、(d)は第1
のスイッチング手段に印加される電圧波形vDを示して
おり、(e)は整流ダイオード10を流れる電流波形i
Sを示しており、(f)は整流ダイオード10に印加さ
れる電圧波形vSを示しており、(g)はインダクタン
ス素子11を流れる電流波形iLを示している。動作状
態の時間的変化を示すためt1〜t4を図中に記してい
る。
同じであるが、第2のスイッチング素子5がオンのと
き、第1のコンデンサ7と漏れインダクタンスまたはイ
ンダクタンス素子17は共振し、共振周波数を十分小さ
く設定されているので、トランス8の2次巻線電流は正
弦波状となりゼロから立ち上がり、t3 で再びゼロとな
る。従って整流ダイオード10はゼロ電流スイッチング
となりリカバリは発生しない。
電流が負となるように十分小さく設定されているために
第2のスイッチング手段がターンオフするときに、入力
直流電源1に電力が回生するように、電流が逆向きに流
れるように設定されるので、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の寄生容量とトランス8の
分布容量を放電することが可能となる。
分と共振電圧である変動分の和電圧となるが、共振電圧
による変動分は十分小さく設定できため、入力電圧と出
力電圧の変換比は実施例1の場合とほとんど変わらな
い。
説明した実施例と同様であるので省略する。
グ素子3と第2のスイッチング素子5のターンオン直前
にスイッチング素子の寄生容量及びトランス8の分布容
量を放電してからターンオンするために、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のターンオフ時のスパイク電圧
が第1のダイオード4および第2のダイオード6がター
ンオンする事により効果的に第1のコンデンサ7および
入力直流電源1に吸収され、スパイク電圧の発生はな
い。またスイッチング手段に印加される電圧は入力電圧
VINで、トランスが直流励磁されないのは従来のハーフ
ブリッジコンバータと同様であり、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、図面を参照しながら説明する。図7は本発明の
第4の実施例におけるスイッチング電源の構成を示すも
のである。図7において、図9と同じものは同一の符号
を記し説明は省略する。
する。2−2’は入力端子であり、3は第1のスイッチ
ング素子であり、4は第1のダイオードであり、前記第
1のスイッチング素子3と前記第1のダイオード4で第
1のスイッチング手段を構成する。5は第2のスイッチ
ング素子であり、6は第2のダイオードであり、前記第
2のスイッチング素子5と前記第2のダイオード6で第
2のスイッチング手段を構成する。前記第1のスイッチ
ング手段と前記第2のスイッチング手段は直列接続され
前記入力端子2−2’に接続される。7は第1のコンデ
ンサであり、直流電圧VC1を保持する。8はトランスで
1次巻線8aと1つ以上の2次巻線8bを有し、前記1
時巻線8aと前記2次巻線8bの巻数比はn:1とし、
1次巻線8aは前記コンデンサ7を介して前記第2のス
イッチング手段の両端に接続される。9は第2のコンデ
ンサであり、直流電圧VC2を保持する。10は整流ダイ
オードであり、アノードを前記トランスの2次巻線8b
の一端に接続しカソードを前記第2のコンデンサ9を介
して前記トランスの2次巻線8bの他端に接続される。
11はインダクタンス素子であり、12は平滑コンデン
サである。前記インダクタンス素子11と前記平滑コン
デンサ12は直列接続され、前記整流ダイオード10の
両端に接続される。13−13’は出力端子であり、1
4は負荷である。15は制御回路であり前記出力端子1
3−13’間の電圧を検出し出力電圧が一定になるよう
に前記第1のスイッチング素子3と前記第2のスイッチ
ング素子5のオンオフ比を変える制御信号を発生する。
タンス素子であり、前記トランス8の1次巻線8aに直
列に接続され前記第2のスイッチング素子5のオン期間
に前記第1のコンデンサ7と共振し、前記トランス8の
2次巻線8bに伝達される出力電流を共振電流とする。
のスイッチング素子3の両端に接続され、前記第1のス
イッチング素子3および前記第2のスイッチング素子5
に印加される電圧の急峻な変化を抑える。なお前記第1
のスイッチング素子3と前記第2のスイッチング素子5
は同時にオフの期間を持つように制御回路15のオンオ
フ信号は設定されている。
装置について、以下にその動作を図8の各部動作波形を
参照しながら説明する。
のスイッチング素子3の駆動パルス波形vG1を示してお
り、(b)は制御回路15の第2のスイッチング素子5
の駆動パルス波形vG2を示しており、(c)はトランス
8の1次巻線電流波形iPを示しており、(d)は第1
のスイッチング手段に印加される電圧波形vDを示して
おり、(e)は整流ダイオード10を流れる電流波形i
Sを示しており、(f)は整流ダイオード10に印加さ
れる電圧波形vSを示しており、(g)はインダクタン
ス素子11を流れる電流波形iLを示している。
同じであるが、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は同時にオフの期間を持ち、その期間に
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
に印加される電圧が変化するように設定されている。第
1のスイッチング素子3の両端には第3のコンデンサ1
6が接続されているため第1のスイッチング素子3のタ
ーンオフ時の電圧波形の急峻な立ち上がり立ち下がりは
緩和され、また第3のコンデンサ16に蓄えられた電荷
を前記入力直流電源1に回生してから、第1のスイッチ
ング素子3をターンオンできるため、第1のスイッチン
グ素子3のターンオン損失にならない。同様な効果は第
2のスイッチング素子5にもある。
説明した実施例と同様であるので省略する。またこれら
のコンデンサを付加した場合、過渡時において第1のト
ランス3の各巻線の出力インピーダンスが変化し、特に
第1のスイッチング素子3のオフ時の各巻線電流の初期
電流値が変化するが制御動作そのものへの影響は少な
く、2次巻線電流波形を共振電流とする効果に加えて、
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
に印加される電圧波形は急峻でないために、ノイズの発
生が抑えられ、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のスイッチング損失の発生も抑えられる
効果がある。
グ素子3と第2のスイッチング素子5のターンオン直前
にスイッチング素子の寄生容量及びトランス8の分布容
量を放電してからターンオンするために、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のターンオフ時のスパイク電圧
が第1のダイオード4および第2のダイオード6がター
ンオンする事により効果的に第1のコンデンサ7および
入力直流電源1に吸収され、スパイク電圧の発生はな
い。またスイッチング手段に印加される電圧は入力電圧
VINで、トランスが直流励磁されないのは従来のハーフ
ブリッジコンバータと同様であり、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。
イッチング手段のターンオン時には、スイッチング手段
の寄生コンデンサおよびトランスの分布容量に蓄えられ
たエネルギーを放電してからターンオンするためスパイ
ク電流の発生もなく、第1および第2のスイッチング手
段のターンオフ時には、トランスの漏れインダクタンス
の影響によるスパイク電圧の発生もない。また電流共振
とすることで2次側の整流ダイオードのゼロ電流スイッ
チングを達成でき、ターンオフリカバリの発生がなく、
第2のスイッチング手段のターンオフ電流を小さくでき
る為ターンオフスイッチングロスも小さくできる。また
スイッチング手段に印加される電圧は入力電圧VINで、
トランスが直流励磁されないのは従来のハーフブリッジ
コンバータと同様であり、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。
源装置を示す回路構成図
明図
源装置を示すの回路構成図
明図
源装置を示すの回路構成図
明図
源装置を示すの回路構成図
明図
回路構成図
明図
Claims (2)
- 【請求項1】少なくともオンオフを繰り返す第1のスイ
ッチング手段と、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の直列回路
を入力電圧に接続し、前記第2のスイッチング手段に並
列に、1次巻線と1つ以上の2次巻線を有するトランス
の1次巻線と、第1のコンデンサの直列回路を接続し、
前記トランスの2次巻線に第2のコンデンサと整流ダイ
オードの直列回路を接続し、前記整流ダイオードの両端
に、インダクタンス素子と平滑コンデンサの直列回路を
接続し、前記平滑コンデンサの両端の電圧を出力に供給
し、前記第1のスイッチング手段と第2のスイッチング
手段のオン期間の比で出力電圧を調整し、前記トランス
の1次巻線と2次巻線を介して結合される前記第1及び
第2のコンデンサ、前記整流ダイオード、前記第2のス
イッチング手段からなるループにおいて、前記第1のコ
ンデンサまたは前記第2のコンデンサまたはそれらの組
合せと前記トランスの漏れインダクタンスまたは外付け
のインダクタンスとで共振し、前記第2のスイッチング
手段がオンの時に前記トランスの2次巻線電流を共振電
流とすることを特徴としたスイッチング電源装置。 - 【請求項2】 第1のスイッチング手段の両端または第
2のスイッチング手段の両端またはその両方にコンデン
サを接続し、前記第1のスイッチング手段と第2のスイ
ッチング手段の両方ともオフとなる期間を持ち、交互に
オンオフを繰り返すようにした請求項1記載のスイッチ
ング電源装置。
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JP26870693A JP3221185B2 (ja) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | スイッチング電源装置 |
US08/325,928 US5644479A (en) | 1993-10-27 | 1994-10-18 | Switching power supply device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26870693A JP3221185B2 (ja) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | スイッチング電源装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07123717A JPH07123717A (ja) | 1995-05-12 |
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Family
ID=17462245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26870693A Expired - Lifetime JP3221185B2 (ja) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | スイッチング電源装置 |
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---|---|
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KR100387943B1 (ko) * | 1998-08-06 | 2003-06-18 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 고주파 가열장치 |
US6021055A (en) * | 1998-09-24 | 2000-02-01 | International Rectifier Corporation | Intentional cross conduction of converter circuit to ignite high ignition voltage loads |
KR100591034B1 (ko) * | 2000-04-28 | 2006-06-22 | 주식회사 아이디코리아 | 하프 브리지형 전력 컨버터 |
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US6552917B1 (en) | 2001-11-05 | 2003-04-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | System and method for regulating multiple outputs in a DC-DC converter |
FR2884075A1 (fr) * | 2005-04-04 | 2006-10-06 | Thomson Licensing Sa | Convertisseur de tension continue a commutation douce |
TWI301351B (en) * | 2005-10-31 | 2008-09-21 | Delta Electronics Inc | Switching power supply and zvs method thereof |
KR100704976B1 (ko) * | 2005-11-07 | 2007-04-09 | 삼성전기주식회사 | 전압 클램프 회로를 포함한 하프 브릿지 방식의 dc-dc컨버터 |
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WO2014116641A1 (en) * | 2013-01-24 | 2014-07-31 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Inrush current control during starting of resonant converters |
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---|---|---|---|---|
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DE4313359A1 (de) * | 1992-04-24 | 1993-10-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Schaltnetzteil |
-
1993
- 1993-10-27 JP JP26870693A patent/JP3221185B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-10-18 US US08/325,928 patent/US5644479A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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