JPH01114369A - スイッチングレギュレータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は産業用や民生用の機器に直流安定化電圧を供給
するスイッチングレギュレータ装置に関するものである
。

従来の技術 従来、この種のスイッチングレギュレータ装置は、第６
−に示すような構成であった。第６図を参照して、従来
技術としてのスイッチングレギュレータ装置を説明する
。１は直流入力電源であり、２は制御回路１７の信号に
より相補的にオンオフするスイッチング素子３および４
より主に構成されるスイッチング回路、９はコンデンサ
、１ｏは抵抗でトランス１１の１次巻線１１ａ、１１ｂ
に直列に接続され１次巻線１１４．１１ｂに発生するス
パイク電圧が前記スイッチング回路２に印加されるのを
防止するスナバ−回路、１１はトランスで１次巻線１１
ａ、１１ｂと２次巻線を有しており、前記１次巻線に印
加されるパルス電圧を２次巻線に誘起するとともに所定
の電圧に変圧し、ダイオード１２および１３、チョーク
トランス１４、コンデンサ１５より構成される出力平滑
回路により直線に変換され、出力端子１６．１６’より
負荷に供給される。制御回路１７は出力端子１６　、１
６’の直流電圧が絶えず一定になるように、スイッチン
グ回路２に印加する制御信号を変化させることで調整す
る。

、さらにコンデンサ９および抵抗１０より構成される前
記スナバ−回路の動作について、第７図を参照して詳細
に説明する。第７図（！Ｌ）はスイッチング回路２のス
イッチング素子３または４に印加されるスイッチング電
圧波形人を示す。ｔ１〜ｔ２間は一方のスイッチング素
子がオンしている期間で１２〜１５間は一方のスイッチ
ング素子がオフしている期間で、ｔ５〜ｔ４間は他方の
スイッチング素子がオンしている期間でｔ、〜ｔ３．ｔ
４〜ｔ５間は他方のスイッチング素子がオフしている期
間である。スイッチング電圧波形人に示すスパイク電圧
Ｂは、主にトランス１１の１次巻線１１２Ｌ、１１ｂの
り一ケージインダクタンスおよび１次巻線と２次巻線の
り一ケージインダクタンスに蓄、ｔられだエネルギーに
より発生する。第７図（ｂ）は、前記スナバ−回路に流
れる電流波形Ｂを示しており、前記スイッチング電圧波
形ムが急峻に変化する時電流を流し電力を消費している
ことがわかる。この作用により前記リーケージインダク
タンスに蓄えられたエネルギーをスナバ−回路で消費す
ることで、前記スパイク電圧Ｂを低く抑える。尚、もう
一方のスイッチング素子には第７図（２Ｌ）の電圧波形
と同様な波形が半周期ずれて発生していることになる。

第８図に従来の他のスイッチングレギュレータ装置を示
す。第７図において第６図と同じものは同一の符号を記
し説明は省略する。７．８はダイオードでトランス１１
の１次巻線１１ａ、１１ｂに発生するスパイク電圧をコ
ンデンサ９に充電する。１ｏは抵抗でコンデンサ９に蓄
えられた電荷を放電する。

さらに前記ダイオード７および８、抵抗１０、コンデン
サ９により構成されるスナバ−回路の動作について第９
図も参照して詳細に説明する。第９図（ａ）において第
７図と同じものは同一の符号を記し説明は省略する。第
９図（ｆＬ）はスイッチング回路２のスイッチング素子
３または４に印加されるスイッチング電圧波形Ａ′を示
し、Ｂ′はスパイク電圧を示す。第９図（ｂ）はコンデ
ンサ９に流れる電流波形Ｃ／を示しており、前記スパイ
ク電圧Ｂ′のみに選択的に電流を流し電力を消費してい
ることがわかる。これは、ダイオード７および８を介し
てコンデンサ９がスイッチング電圧波形Ａ′により充電
されるが、一方でコンデンサ９に並列に接続された抵抗
１０により放電されるため、コンデンサ９０両端電圧が
ほぼ一定となり、スイッチング素子３または４に印加さ
れるスパイク電圧Ｂ′を一定値でクランプする。尚、ク
ランプ電圧は°、コンデンサ９の容量、抵抗９の抵抗値
によりある程度任意に設定できる。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、第６図に示すスナバ−回路
においてスパイク電圧以外のスイッチング電圧波形の急
峻な変化にも電力を消費するだめ、スパイク電圧を低く
抑えるためスナバ−回路の電力消費を増加させると大き
な損失が発生し、電源効率の低下およびスナバ−回路の
損失増加に伴なう部品の大型化と放熱処理問題が発生し
、さらにスイッチング素子のターンオン時のピーク電流
も大きくなるなどの問題があり、スパイク電圧を十分抑
制することができない。

そこで、第８図に示すスナバ−回路が上記問題点を解決
する手段として有効であるが、電源の起動開始時（制御
回路の動作時）にスイッチング素子に過大な短絡電流が
流れる問題がある。第１０図、第１１図にその様子を示
す。

第１０図（２Ｌ）はスナバ−回路を構成するコンデンサ
９の両端電圧ｖ０波形を示し、（ｂ）はスイッチング素
子３または４に流れる電流ＩＤ波形を示し、第１１図は
動作説明図を示す。起動開始前はスイッチング素子３お
よび４は両方共オフしているためコンデンサ９の両端電
圧Ｖ。は０．である。起動開始時に、たとえばスイッチ
ング素子４がオンすると、トランス１１の１次巻線１１
ｂには直流入力電圧１より電圧Ｅが印加されると同時に
１次巻線１１＆にも同一な電圧Ｅが誘起されるため、ダ
イオード７を介してコンデンサ９の両端に電圧Ｅが印加
されるため、コンデンサ９を急速に充電するための過大
な短絡電流工。が１次巻線１１＆を介して流れる。１次
巻線１１！Ｌと１１ｂは互いに結合しているため、短絡
電流Ｉ０　と同一な電流がスイッチング素子４に流れる
。短絡電流工。は、コンデンサ９の両端電圧が直流入力
電圧１と同じ電圧Ｅに充電されるまで流れ続けるため、
コンデンサ容量が大きなほど長時間流れる。このような
起動開始時のスイッチング素子に流れる過大電流はスイ
ッチング素子を破壊したり、信頼性を著しく悪下させた
りするため、過大電流に耐える大容量スイッチング素子
が必要となるなどの問題があった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、コンデン
サに起動開始前より直流入力電源の電圧Ｅと同一な電圧
を充電しておくことで、起動開始時のコンデンサに流れ
る過大な充電電流を無くすことで、スイッチング素子に
流れる過大電流を無くし、スイッチング素子の信頼性向
上と、小容量スイッチング素子の使用を可能とすること
で安価なスイッチングレギュレータ装置を構成すること
を目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、直流入力電源の
一端に接続され制御回路の信号により相補的にオンオフ
する第１および第２のスイッチング素手と、少なくとも
前記第１および第２のスイッチング素子間に直列に接続
される巻線を有するトランスと、前記直流入力電源の両
端に接続された第１のダイオードと前記制御回路が動作
するとオンまだはオフするスイッチ回路の直列回路と、
前記巻線の中間タップに前記直流入力電源の他端を接続
し、前記巻線の両端に第２および第３のダイオードの直
列回路を接続し、前記第２および第３のダイオードの接
続点と前記第１のダイオードと前記スイッチ回路の接続
点に抵抗とコンデンサの並列接続回路を接続した構成と
したものである。

作用 この構成とすることにより、電源の起動開始前にコンデ
ンサの両端電圧を直流入力電源と同一レベルに充電を行
うことができ、起動開始時のコンデンサへの過大な充電
電流を防止することが可能となり、トランスを介してス
イッチング素子に伝達される前記コンデンサの過大な充
電電流と同一な電流を無くすことが可能となる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例によるスイッチングレギュレ
ータ装置の回路構成図であり、第１図において第７図と
同じものは同一符号を記し詳細な説明は省略する。１は
直流入力電源であり、２はスイッチング素子３および４
より主に構成されるスイッチング回路、７および８はダ
イオードでカソードを互に接続し、アノードはトランス
１１の１次巻線１１１Ｌ、１１ｂの一端にそれぞれ接続
され、さらに前記カソードはコンデンサ９と抵抗１０の
並列回路を介してダイオード６のアノードに接続され、
ダイオード６のカソードはトランス１１の１次巻線１１
１Ｌ、１１ｂの接続点と直流入力電源の正電圧に接続さ
れている。スイッチング回路２０オンオフ動作により発
生するトランス１１の１次巻線１１１Ｌ、ｊｌｂに発生
するスパイク電圧は、ダイオード７．８および６を介し
てコンデンサ９を充電することで前記スパイク電圧を吸
収し、抵抗１０でコンデンサ９の電荷を放電することで
コンデンサ９の両端電圧を一定に保ち、前記１次巻線１
１＆、１１ｂに発生するスパイク電圧が前記スイッチン
グ回路２に印加されるのを防止するスナバ−回路を構成
する。６はスイッチ回路で一方をダイオード６のアノー
ドとコンデンサ９、抵抗１ｏの接続点に接続し、他方を
直流入力電源１の負電圧に接続し、制御回路１７が動作
開始するとオフする。１２および１３はダイオードであ
り、１４はチョークトランスであり、１６はコンデンサ
であり、１６−１６’は出力端子である。

さらにダイオード７．８および６、コンデンサ９、抵抗
１０より構成されるスナバ−回路とスイッチ回路６の動
作について、第４図、第６図を参照して詳細に説明する
。第４図（＆）はスナバ−回路を構成するコンデンサ９
の両端電圧ｖ０波形を示し、（ｂ）はスイッチング素子
３または４に流れる電流工、波形を示し、第６図は起動
開始前の動作説明図を示す。直流入力電源１の電圧Ｅが
印加されると第５図に示すように、スイッチ素子３およ
び４は共にオフしており直流入力電源１の正電圧、トラ
ンス１１の１次巻線１１１Ｌ、１１ｂ、ダイオード７お
よび８、コンデンサ９、オン状態にあるスイッチ回路６
を介して直流入力電源１の負電圧に電流が流れ、コンデ
ンサ９０両端は直流入力電源１と同じ電圧Ｘに充電され
る。ダイオード６は直流入力電源１がスイッチ回路６に
より短絡するのを防止する。次に制御回路１７が動作を
開始して起動開始するとスイッチ回路６はオフし、同時
にスイッチング素子３および４がオンオフを開始する。

前記起動開始時に、たとえばスイッチング素子４がオン
するとトランス１１の１次巻線１１ｂには直流入力電源
１の電圧Ｅが印加されると同時に１次巻線１１１Ｌにも
同一な電圧Ｅを誘起するが、すでにコンデンサ９の両端
電圧ｖ０は直流入力電源１と同じ電圧Ｅが蓄えられてい
るため特に充電電流は流れない。制御回路１７が動作し
てスイッチング回路２がオンオフしている間は、スイッ
チ回路６はオフを続けるため、スナバ−回路の動作には
影響を与えることはなく、従来通りトランス１１の１次
巻線１１１Ｌ、１１ｂに発生するスパイク電圧のみに選
択的に電力を消費することで、効率よくスイッチング回
路２に印加されるスパイク電圧をクランプする。

第２図は、本発明の他の実施例を示すものである。この
実施例の回路ではトランス１１の１次巻。

線１１１Ｌ、１１ｂにそれぞれ別々にスナバ−回路を接
続し、スイッチ回路６およびダイオード６を共用したも
のである。さらにトランス１１の１次巻線１１１Ｌ、１
１ｂにそれぞれ別々にスナバ−回路およびスイッチ回路
６を接続した構成も可能であり、トランス１１の１次巻
線数が２巻線以上のものでも同様に適用可能であること
は容易にわかる。また、スイッチ回路６に流れる電流を
制限するために制限回路を入れても同様な効果が得られ
ることも容易にわかる。さらに、前記スナバ−回路に使
用ダイオードのスピードを早めるため、ダイオードに並
列にコンデンサを接続する場合もある。

第３図は、本発明の実施例に使用した制御回路１７およ
びスイッチ回路６の具体的な回路例を示している。第３
図において、スイッチ回路６はトランジスタ２ｏおよび
２１、抵抗２４および２３より構成され、制御回路１７
はバイアス電源２６、起動開始回路２６、制御部３４よ
り構成され、制御部３４は発振回路２７、基準電圧２８
、誤差増幅器２９、ＰＷｌｉコンパレータ３０、τフィ
ッグフロップ３１、ＯＲ回路３２および３３より構成さ
れている。

発明の効果 以上のように本発明によれば、トランスのリーケージイ
ンダクタンスにより発生するスパイク電圧を効率よく吸
収し消費してクランプするダイオードとコンデンサと抵
抗により構成されるスナバ−回路における最大の欠点で
ある、起動開始時のスイッチング回路に流れる過大な電
流を防止することが安価な回路で可能となり、スイッチ
ング回ング素子を使用しなくてもよく、信頼性も著しく
向上し、しかも前記スナバ−回路が使用可能となること
から、スイッチング素子の耐圧も低いものが使用でき、
スナバ−損失が小さい効率の良いスイツチングレギュレ
ータ装置が得られ産業的価値の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるスイッチングレギュレ
ータ装置の回路構成図、第２図は本発明の他の実施例に
よる回路構成図、第３図は本発明の実施例に使用してい
る回路ブロックの具体的回路図、第４図は本発明の動作
波形図、第６図は本発明の動作説明図、第６図は従来の
スイッチングレギュレータ装置の回路構成図、第７図は
従来の動作波形図、第８図は他の従来の回路構成図、第
９図は他の従来の動作波形図、第１０図は従来の動作波
形図、第１１図は従来の動作説明図である。 １・・・・・・直流入力電源、２・・・・・・スイッチ
ング回路、３．４・・・・・・スイッチング素子、６・
・・・・・スイッチ回路、６，７，８，１２．１３・・
・・・・ダイオード、９．１５・・・・・コンデンサ、
１０・・・・・・抵抗、１１・・・・・・トランス、１
４・・・・・・チョークトランス、１６゜１６′・・・
・・・出力端子、１７・・・・・・制御回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｌ−
づ直う気入力電源 ？−スイッチング回路 ３、４−−−スイッチング系子 Ｓ−一一スイッチング回路 ６　、７．５．　／２．　／３−５１”イｆ　−）”９
、１６−−−コンヂンブ １０−ｍ−抵抗 １１−）ランス 袖−チョークトランス Ｚ　ｌ　図　　　　　　　／ｌ、　／６’−巴−！ｊ瑞
子Ｉ７−　　制＃回路 第　３　口 第　４［１ 筒　５　図 ｌ７ 第７図 第８図 篤　９　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流入力電源の一端に接続され制御回路の信号に
   より相補的にオンオフする第１および第２のスイッチン
   グ素子と、少なくとも前記第１および第２のスイッチン
   グ素子間に直列に接続される巻線を有するトランスと、
   前記直流入力電源の両端に接続された第１のダイオード
   と前記制御回路が動作するとオンまたはオフするスイッ
   チ回路の直列回路と、前記巻線の中間タップに前記直流
   入力電源の他端を接続し、前記巻線の両端に第２および
   第３のダイオードの直列回路を接続し、前記第２および
   第３のダイオードの接続点と前記第１のダイオードと前
   記スイッチ回路の接続点に抵抗とコンデンサの並列接続
   回路を接続したことを特徴とするスイッチングレギュレ
   ータ装置。
2. （２）トランス巻線の両端には、第２のダイオードおよ
   び第１のコンデンサと抵抗の並列接続回路および第２の
   コンデンサと抵抗の並列接続回路および第３のダイオー
   ドより成る直列接続回路を接続し、前記第１および第２
   のコンデンサと抵抗の並列接続回路の接続点と前記第１
   のダイオードと前記スイッチ回路の接続点を接続したも
   のである特許請求の範囲第１項記載のスイッチングレギ
   ュレータ装置。