JPH05168234A - 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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JPH05168234A
JPH05168234A JP35034691A JP35034691A JPH05168234A JP H05168234 A JPH05168234 A JP H05168234A JP 35034691 A JP35034691 A JP 35034691A JP 35034691 A JP35034691 A JP 35034691A JP H05168234 A JPH05168234 A JP H05168234A
Authority
JP
Japan
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turn
capacitor
voltage
switch element
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP35034691A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Haga
浩之 芳賀
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 従来のフライバックコンバ−タでは、スイッ
チ素子に入力電圧が印加された状態でタ−ンオンする
為、これによるロスおよびノイズが発生した。本発明の
目的は、それらのロスとノイズを低減することである。 【構成】 コンバ−タの制御回路の一部分に、ディレイ
回路を組込み頭初の目的を達成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は低ノイズのスイッチング
電源装置を提供する事にある。
【0002】
【従来の技術】図1は従来のフライバックコンバ−タの
一例であり、1は直流電源、2はキャパシタ、3はダイ
オ−ド、4はスイッチ素子、5は変換トランスで5−1
はその1次巻線、5−2は2次巻線、5−3は補助巻線
である。6はダイオ−ド、7はキャパシタである。図1
の回路の動作波形を図3に示す。この図のVDS波形に
示されるように、スイッチ素子トル4は入力電圧Vin
を印加された状態でタ−ンオンする。
【0003】何故ならスイッチ素子トル4のゲ−トには
補助巻線電圧Vsubが印加されており、この電圧がゼ
ロから正になる瞬間にスイッチ素子トル4はタ−ンオン
するからである。巻線電圧がゼロという事はスイッチ素
子トル4には直流電源1の電圧が印加されている事を意
味する。
【0004】
【従来技術の問題点】以上に述べた如く、従来回路では
スイッチ素子4は、電圧を持ちつつタ−ンオンする為キ
ャパシタ2を短絡する事による損失およびスイッチング
ノイズを発生するという問題がある。
【0005】
【発明の目的】本発明は以上の様な従来技術の問題点を
解決して低ノイズのスイッチング電源装置を提供するも
のである。
【0006】
【実施例】図2は、本発明の一実施例であって1は直流
電源、2はキャパシタ、3はダイオ−ド、4はスイッチ
素子、5は変換トランスで5−1はその1次巻線、5−
2は2次巻線、5−3は3次巻線、6はダイオ−ド、7
はキャパシタ、8はディレイ回路である。
【0007】ディレイ回路8の一実施例は図2−1に示
す。また図2に係る各部波形を図4に示す。図4におい
て、時刻t1でトランス2次電流I2がゼロになると、逆
電流はダイオ−ド6によって阻止される為流れず2次側
はオ−プンとなる。従って1次側で変換トランス5の励
磁インダクタンスとキャパシタ2とでLC共振回路が構
成され、スイッチ素子4の電圧VDSは余弦波状に下が
る。
【0008】この時の等価回路を図6に示す。直流電源
1は交流的にはインピ−ダンスを持たないので、ここで
キャパシタ2は変換トランス5の励磁インダクタンスと
並列に接続されていても等価である。次に、VDSがVin
まで下がるまでは従来回路と同じ動作である。VDSがV
inより下がるという事はVSUBに正の電圧が現われる事
を意味するが、ディレイ回路8によって、スイッチ素子
4のゲ−トにこの電圧が印加される事は阻止されて、ス
イッチ素子4はタ−ンオンしない。従って、VDSはさら
に下がり続け回路中の抵抗分を無視すると図7に示すよ
うにVinを中心として(初期電圧−Vin)の振幅で振動
する。このことは、図6の等価回路より明らかである。
トランスの巻数をnとし、図2に示すようにトランスの
巻数比をn:1、入力電圧をVin、出力電圧をVoとす
ると、LC共振開始時のVDSの初期電圧はVin+nVoで
表される。これは、2次電流が流れている間は2次巻線
電圧がVoにクランプされる為、1次巻線はnVoにクラ
ンプされる事から明らかである。
【0009】図4に示す様にVDSが下がり切った点(時
刻t2)でスイッチ素子4をタ−ンオンさせる事によ
り、従来型と比べnVoも低い電圧でスイッチ素子4をタ
−ンオンさせる事が可能となり、タ−ンオンロス及びこ
の時発生するノイズを低減できる。次に、VDSはキャパ
シタ2に印加されている電圧でもあり、VDSが下がるこ
とは、キャパシタ2の持つエネルギ−1/2CV2が減
少することを意味する。減った分のエネルギ−は直流電
源1に帰還される為全くロスにならない。つまり、図2
に示す回路では従来スイッチ素子4で消費されていたエ
ネルギ−を直流電源1に帰還させる動作をしている。
【0010】以上から明らかな様にnVo>Vinの条件を
満たせば、VDSをゼロまで下げる事が可能である。図5
はその場合の波形であって完全なゼロ電圧でスイッチ素
子4がタ−ンオンしている。この場合、原理的にタ−ン
オンロス及びノイズは全く発生しない。
【0011】図2−1はディレイ回路の一実施例であっ
て11はキャパシタ、12は抵抗、13は第1のトラン
ジスタ、14は抵抗、15は第2のトランジスタ、16
および17は抵抗、18は第3のトランジスタ、19は
ダイオ−ドである。本ディレイ回路は端子A−B間に印
加される電圧の微分値がゼロになる点を検出して端子A
−C間を非導通状態から導通状態にするという動作をす
るものである。図2のVDSは入力電圧と1次巻線電圧の
和で表される。入力電圧は一定であるからその微分値は
常にゼロであり、VDSの微分値がゼロになる点を検出す
るには1次巻線電圧の微分値を検出すればよい。各巻線
電圧の波形は相似であるので、3次巻線電圧を検出して
も同様の結果が得られる。つまり、図2−1の端子AB
を補助巻線に接続する事により、VDSの微分値がゼロに
なる点を検出し、その後端子A−C間を非導通状態から
導通状態にする動作をする。A−C間が導通する事によ
り3次巻線電圧が図2のスイッチ素子トル4のゲ−トに
印加され、スイッチ素子トル4がタ−ンオンする。
【0012】図2による回路のメリットは入力電圧Vi
n、トランスの巻線比n:1、出力電圧Voの値によら
ず、常に最適のタイミングでタ−ンオンできる事にあ
る。図4の様にVDSがゼロまで下がらない場合は、VDS
が最も小さい時にタ−ンオンし、図5の様にゼロ迄下が
った時はゼロになった瞬間にタ−ンオンする。これはVD
Sの微分値がゼロになった点でタ−ンオンする事から明
らかである。
【0013】次に図2−1による回路の動作を具体的に
説明する。図2−1において端子ABの電圧をVAB、キ
ャパシタ11の電圧をVC、トランジスタ13のベ−ス
・エミッタ電圧をVBEと図の様に決める。トランジスタ
13のベ−ス電流をIBとし、抵抗12の抵抗値をR、
キャパシタ11の容量をCとすると、 IB=C dVc/dt−VBE/R =C d(VAB−VBE)/dt−VBE/R =C dVAB/dt−C dVBE/ dt−VBE/R トランジスタ13がオンしている間はトランジスタの性
質よりVBEは一定であるから dVBE/dt=0 ∴IB=C dVAB/dt−VBE/R VBE/Rは微少なので無視すると、dVAB/dtがゼロ
になるとIBもゼロになる事になる。IBがゼロになると
第1のトランジスタ13はタ−ンオフし、抵抗14を通
して第2のトランジスタ15のベ−スに電流が流れ、第
2のトランジスタ15がタ−ンオンする。すると第3の
トランジスタ18にベ−ス電流が流れ、第3のトランジ
スタ18がタ−ンオンし、端子A−C間が導通状態にな
る。
【0014】この様に図2−1のディレイ回路はVABの
電圧変化がゼロになる点を検出し、端子A−C間を非導
通状態から導通状態にする動作をするものである。一般
にスイッチ素子はタ−ンオン時のみならずタ−ンオフ時
にもノイズを発生するが、並列にキャパシタを付ける事
によって電圧の立ち上がりをゆるやかにすることにより
タ−ンオフノイズを低減できる。一般のコンバ−タでも
同様の事が言えるが、単にキャパシタを付けただけでは
タ−ンオフノイズが改善されるのと引き換えに、タ−ン
オン時のロスが増えてしまい現実的ではない。本発明の
回路では充分なキャパシタを付けてタ−ンオフノイズを
低減しつつ、キャパシタに蓄積されたエネルギ−を入力
電源に帰還する事によってタ−ンオンロスの増大を抑え
ているので、タ−ンオン時、タ−ンオフ時共ノイズを低
減する事ができ、全体として低ノイズのコンバ−タを実
現する事ができる。
【0015】図2−2はディレイ回路の別の実施例であ
って30はキャパシタ、31は抵抗、32はトランジス
タである。本ディレイ回路は端子A−B間に印加される
電圧の微分値がゼロになる点を検出した後、端子A−B
間の電圧を端子C−B間に伝えるものである。本ディレ
イ回路のトランジスタの動作は図2−1のディレイ回路
の第1のトランジスタと全く同様で、端子A−B間の電
圧の微分値が正の間導通状態となり、これがゼロとなっ
た時非導通となる。トランジスタが導通すれば端子B−
C間の電圧はゼロとなって、図2のスイッチ素子は導通
せずトランジスタが非導通となれば端子A−B間の電圧
が端子C−B間に現われ、図2のスイッチ素子は導通す
る。この様に本ディレイ回路は図2−1のディレイ回路
と全く同じ動作をするものである。図2−1と図2−2
によるそれぞれの実施例を比較すると、図2−2と図2
−1との実施例を比べると、図2−2のものは部品点数
が約1/3と少ないメリットがあるが、一方図2−2ト
ランジスタ32の短絡によるロスが発生するデメリット
がある。従って、その目的に応じて適宜に使いわける必
要がある。
【0016】次に実際にどれだけのノイズ低減効果があ
るのかを、実験により得られたデ−タを基に説明する。
図8が実験で用いた回路図である。原理的には図2と同
じ回路である。入力電圧は216〜390VDC出力は
15V2ADCで、ディレイ回路8として図2−1の回
路を用いた。キャパシタ22を削除し、ディレイ回路を
短絡すると従来のリンギング・チョ−クコンバ−タ(R
CC)と同じ回路となる。従来のRCC回路と、キャパ
シタとディレイ回路を付加した状態とで入力帰還ノイズ
を比較する。実験パラメ−タとして、直流入力電圧39
0V、直流出力15V2Aとして、従来のRCCと、図8
に示す如くキャパシタ22(1000PF)を付加し、
さらにディレイ回路8を挿入した場合とで入力帰還ノイ
ズを比較すると、キャパシタを付加し、ディレイ回路を
挿入した場合には、周波数1MHZ−30MHZ帯域で、20
−30dBノイズが低減され、著しいノイズ低減効果が
あることがわかる。
【0017】次にロスの低減効果を計算により求めてみ
る。入力電圧200VAC、出力100Wのコンバ−タ
を想定する。効率を80%とすると、総ロスは25Wと
なる。さて、図2のキャパシタ2を1000PF、周波
数を100KHZとすると、キャパシタ2を入力電圧を
持った状態で短絡する事によるロスは、 ロス=1/2CV2f =1/2×1000×10-12×(√2×200)2×100×10-3 =4W ここで、 C:キャパシタの容量 V:キャパシタに印加される電圧 f:周波数 このロスを低減できるのであるから、総ロスの16%を
低減する事が可能になる計算になる。この時の効率は8
2.6%で2.6%上昇する。また、従来のRCCでは、
軽負荷時周波数が上がる為にスイッチ素子のロスが増加
して温度が上昇するという問題があった。これを解決す
る為に出力にダミ−抵抗を付けて周波数が上がるのを抑
えると、ダミ−抵抗のロスで全体の効率が下がってしま
う。図2の回路では元々スイッチ素子のロスは低減され
ている為この様な問題はなく、この点からも高効率化に
寄与する。
【0018】
【発明の効果】スイッチング電源装置の制御回路にディ
レイ回路を付加する事によってタ−ンオン時のノイズを
低減し、スイッチ素子に並列にキャパシタを接続する事
でタ−ンオフ時のノイズを低減できるので、本発明は小
形且つ低ノイズの電源が強く要求される通信機器用、E
DP用そしてOA機器用の電源としての使用が有効であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のフライバックコンバ−タの回路例
【図2】本発明の一実施例
【図2−1】ディレイ回路の一実施例
【図2−2】ディレイ回路の別の一実施例
【図3】従来のフライバックコンバ−タ(図1)の動作
波形
【図4】本発明の一実施例(図2)の動作波形
【図5】nVo>Vin時のVDSの波形
【図6】図2に係る時刻t1−t2間における等価回路
【図7】図2に係るスイッチ素子4のタ−ンオンを遅ら
せた場合のVDS波形
【図8】本発明の効果を確認するために実験で使用した
回路
【符号の説明】
1 直流電源 2 キャパシタ 3 ダイオ−ド 4 スイッチ素子 5 変換トランス 5−1 変換トランスの1次巻線 5−2 変換トランスの2次巻線 5−3 変換トランスの3次巻線 6 ダイオ−ド 7 キャパシタ 8 ディレイ回路 11 キャパシタ 12 抵抗 13 第1のトランジスタ 14 抵抗 15 第2のトランジスタ 16 抵抗 17 抵抗 18 第3のトランジスタ 19 ダイオ−ド 21 直流電源 22 キャパシタ 23 ダイオ−ド 24 トランジスタ 25 変換トランス 26 ダイオ−ド 27 キャパシタ 30 キャパシタ 31 抵抗 32 トランジスタ Vin 直流入力 Vo 直流出力 A 端子 B 端子 C 端子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源に変換トランスの1次巻線とス
    イッチ素子を直列に接続し、かつ前記スイッチ素子と並
    列にダイオ−ド及びキャパシタを接続し、前記変換トラ
    ンスの2次巻線には整流平滑回路を接続して直流出力を
    得るようにしたコンバ−タにおいて、前記変換トランス
    の3次巻線と、前記スイッチ素子のゲ−ト端子の間にデ
    ィレイ回路を設ける事により、前記スイッチ素子と並列
    に接続されたキャパシタに蓄積されたエネルギ−の一部
    または全部を前記直流電源に帰還させる事を特徴とする
    スイッチング電源装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、スイッチ素子と並列
    に接続されるダイオ−ドの代わりに、スイッチ素子に寄
    生的に存在する寄生ダイオ−ドを用いる事を特徴とする
    スイッチング電源装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、スイッチ素子と並列
    に接続されるキャパシタの代わりにスイッチ素子に寄生
    的に存在する寄生容量を用いるか、或いは前記1次巻線
    に並列にキャパシタを接続するか、或いは前記キャパシ
    タを任意に併用する事を特徴とするスイッチング電源装
    置。
JP35034691A 1991-12-09 1991-12-09 スイッチング電源装置 Pending JPH05168234A (ja)

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JP35034691A JPH05168234A (ja) 1991-12-09 1991-12-09 スイッチング電源装置

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040043350A (ko) * 2002-11-18 2004-05-24 현대모비스 주식회사 자동차의 오디오 시스템
US8077488B2 (en) 2007-10-17 2011-12-13 Kawasaki Microelectronics, Inc. Switching-type power-supply unit and a method of switching in power-supply unit

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KR20040043350A (ko) * 2002-11-18 2004-05-24 현대모비스 주식회사 자동차의 오디오 시스템
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