JPH0678537A - 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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JPH0678537A
JPH0678537A JP22560392A JP22560392A JPH0678537A JP H0678537 A JPH0678537 A JP H0678537A JP 22560392 A JP22560392 A JP 22560392A JP 22560392 A JP22560392 A JP 22560392A JP H0678537 A JPH0678537 A JP H0678537A
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JP
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voltage
transformer
capacitor
primary winding
switching
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JP22560392A
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English (en)
Inventor
幸司 ▲吉▼田
Koji Yoshida
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 本発明は産業用や民生用の電子機器に直流安
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、Cukコンバータの基本特性を損なうことなく、ス
イッチング時に伴うスパイク電圧スパイク電流の発生を
なくす。 【構成】 オンの時入力電圧VINを第1のトランス3の
1次巻線3aに印加し同時に第1のコンデンサ6に保持
されていた直流電圧と第2のコンデンサ9に保持されて
いた直流電圧の差電圧V C1−VC2を第2のトランス10
の1次巻線10aに印加する第1のスイッチング手段
と、この第1のスイッチング手段と交互にオンオフを繰
り返し、オンの時に第1のコンデンサ6に保持された直
流電圧と入力電圧の差電圧VC1−V INを第1のトランス
3の1次巻線3aに印加し同時に第2のコンデンサ9に
保持されていた直流電圧VC2を第2のトランス10の1
次巻線10aに印加する第2のスイッチング手段を有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は産業用や民生用の電子機
器の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。
【0002】
【従来の技術】近年、スイッチング電源装置は電子機器
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。
【0003】以下に従来のスイッチング電源装置につい
て説明する。図15は従来のスイッチング電源装置でい
わゆるCukコンバータである。図15において1は入
力直流電源で交流電圧を電流平滑することで、もしくは
電池などで構成されるものであり、入力端子2−2′に
入力電圧を供給し正電圧を入力端子2に接続し、負電圧
を入力端子2′に接続している。22はインダクタンス
素子であり一端を入力端子2に接続し、一端をスイッチ
ング素子4を介して入力端子2′に接続している。4は
スイッチング素子であり、制御回路27のオンオフ信号
によりオンオフされ、入力電圧を前記インダクタンス素
子22に印加したり遮断したりする。6はコンデンサで
あり、直流電圧を保持し、一端を前記インダクタンス素
子22とスイッチング素子4の接続点に接続し他端をダ
イオード23のアノードに接続している。23はダイオ
ードでありアノードをコンデンサ6とインダクタンス素
子24の接続点に接続し、カソードを出力端子26−2
6′の正端子26に接続している。
【0004】24はインダクタンス素子であり、一端を
ダイオード23のアノードに他端を出力端子26−2
6′の負端子26′に接続している。インダクタンス素
子22とインダクタンス素子24は結合され、リップル
電流をインダクタンス素子22またはインダクタンス素
子24に集中させることが可能である。入力端子2−
2′の負端子2′と出力端子26−26′の正端子26
は接続されている。25は平滑コンデンサであり前記出
力端子26−26′間に接続され出力電圧を保持する。
【0005】27は制御回路であり、出力端子26−2
6′間の電圧を検出し、出力電圧を一定に保つようにス
イッチング素子4のオンオフ比を変化させる。
【0006】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について図16も参照して詳しく動作説明を行う。
図16(a)〜(g)は、図15の従来のスイッチング
電源装置の各部動作波形を示しており、(a)はスイッ
チング素子4に印加される制御回路27のオンオフ信号
Gであり、(b)はインダクタンス素子22を流れる
電流IL1であり、(c)はインダクタンス素子24を流
れる電流IL2であり、(d)はスイッチング素子4に印
加される電圧波形VDSであり、(e)はスイッチング素
子4に流れる電流波形IQであり、(f)はダイオード
23に印加される電圧VDであり、(g)はダイオード
23に流れる電流波形IDである。
【0007】動作状態の時間的変化を示すためt1〜t3
を図中に記している。時刻t1でオンオフ信号VGにより
ターンオンすると、スイッチング素子4にはVDSの電圧
変動に伴ってスパイク電流が流れる。これはインダクタ
ンス素子22とインダクタンス素子24の各巻線間に存
在する線間容量および層間容量などの分布容量への充放
電電流やスイッチング素子4に関連する寄生容量の放電
電流によるものである。このスパイク電流はノイズの増
加や信頼性の低下および損失の増加を招く。
【0008】スイッチング素子4がオンとなりVDSが十
分に小さくなると、インダクタンス素子22に入力電圧
INが印加され、同時にインダクタンス素子24にコン
デンサ6に保持されている直流電圧VCと出力電圧VOUT
の差電圧VC−VOUTが印加される。スイッチング素子4
にはインダクタンス素子22に流れる電流IL1とインダ
クタンス素子24に流れる電流IL2の和電流が流れる。
時刻t2でスイッチング素子4がオフとなると、スイッ
チング素子4に流れていた電流によりダイオード23を
オンとし、インダクタンス素子22には入力電圧VIN
コンデンサ6に保持されていた電圧VCの差電圧VC−V
INが印加されインダクタンス素子24には出力電圧V
OUTが印加される。時刻t3でスイッチング素子4がター
ンオンすると、インダクタンス素子22にVINが印加さ
れインダクタンス素子24にVC−VOUTが印加される。
これを繰り返す。
【0009】スイッチング素子4のオン期間をTON、オ
フ期間をTOFFとすると、インダクタンス素子22のリ
セット条件から VIN×TON=(VC−VIN)×TOFF、 インダクタンス素子24のリセット条件から (VC−VOUT)×TON=VOUT×TOFF となり VC=VIN+VOUTOUT=(TON/TOFF)×VIN が導ける。
【0010】したがって出力電圧VOUTはスイッチング
素子4のオンオフ比を変化させることにより制御可能で
ある。またコンデンサ5に印加される電圧VCは入力電
圧と出力電圧の和電圧となるため、スイッチング素子4
がオンの時はインダクタンス素子22とインダクタンス
素子24の両端には共に入力電圧VINが印加される。ス
イッチング素子4がオフの時はインダクタンス素子22
とインダクタンス素子24の両端には共に出力電圧V
OUTが印加される。従ってインダクタンス素子22とイ
ンダクタンス素子24を結合させ、インダクタンス素子
4のインダクタンス値をL1とインダクタンス素子24
のインダクタンス値をL2としそれらの相互インダクタ
ンス値を誘導をM12とすると L1=M12 と設定することによりインダクタンス素子24の電流を
ゼロリップルにできまた L2=M12 と設定することによりインダクタンス素子22の電流を
ゼロリップルとすることが可能である。図16に示され
る波形はインダクタンス素子22の電流をゼロリップル
としたときのものである。
【0011】しかしながらこのような構成では入力電圧
と出力電圧は反転の非絶縁型となる。
【0012】図17は従来のスイッチング電源装置でい
わゆる絶縁型のCukコンバータである。図17におい
て図15と同じものは同一の符号を記し説明は省略す
る。図17において、1は入力直流電源であり、2−
2′は入力端子であり、22はインダクタンス素子であ
り、28は直流電圧を保持するコンデンサであり、29
はトランスで1次巻線29aと2次巻線29bを有す
る。
【0013】4はスイッチング素子であり、オンの時に
入力電圧をインダクタンス素子22に印加し、同時にコ
ンデンサ28に保持されていた直流電圧をトランス29
の1次巻線29aに印加する。オフの時は入力直流電
圧、インダクタンス素子22、コンデンサ28、トラン
ス29の1次巻線29aがループを構成するように接続
される。
【0014】トランス29の2次巻線29bには直流電
圧を保持するコンデンサ30を介してダイオード31が
接続され、スイッチング素子4がオフの時、トランス2
9の2次巻線29bに誘起される電圧でオンとなるよう
に接続される。24はインダクタンス素子であり、一端
をコンデンサ30とダイオード31の接続点に接続し、
他端を出力端子26′に接続される。トランス29とイ
ンダクタンス素子22とインダクタンス素子24は互い
に結合される。25は平滑コンデンサであり出力端子2
6−26′間に接続され出力電圧を維持平滑する。26
−26′は出力端子であり、27は制御回路である。
【0015】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について図18も参照して詳しく動作説明を行う。
図18(a)〜(i)は、図17の従来のスイッチング
電源装置の各部動作波形を示しており、(a)スイッチ
ング素子4に印加される制御回路27のオンオフ信号V
Gであり、(b)はインダクタンス素子22を流れる電
流波形IL1であり、(c)はインダクタンス素子24を
流れる電流波形IL2であり、(d)はトランス29の1
次巻線29aを流れる電流波形IPであり、(e)はト
ランス29の2次巻線29bを流れる電流波形ISであ
り、(f)はスイッチング素子4に印加される電圧波形
DSであり、(g)はスイッチング素子4に流れる電流
波形IQであり、(h)はダイオード31に印加される
電圧波形VDであり、(i)はダイオード31に流れる
電流波形IDである。
【0016】動作状態の時間的変化を示すためt1〜t3
を図中に記している。時刻t1でオンオフ信号VGにより
スイッチング素子4がターンオンすると、スイッチング
素子4にはVDSの電圧変動に伴ってスパイク電流が流れ
る。これはトランス29とインダクタンス素子22とイ
ンダクタンス素子24の各巻線間に存在する線間容量お
よび層間容量などの分布容量への充放電電流やスイッチ
ング素子4に関連する寄生容量の放電電流によるもので
ある。このスパイク電流はノイズの増加や信頼性の低下
および損失の増加を招く。
【0017】スイッチング素子4がオンとなりVDSが十
分に小さくなると、インダクタンス素子22に入力電圧
INが印加され、同時にトランス29の1次巻線29a
にコンデンサ28に保持されていた直流電圧VC1が印加
される。この時ダイオード31はオフであるように接続
されている。
【0018】時刻t2でオンオフ信号VGによりスイッチ
ング素子4がターンオフすると、トランス29の漏れイ
ンダクタンスに伴うスパイク電圧が発生する。このスパ
イク電圧の発生はノイズや損失の発生を招く。
【0019】スイッチング素子4がオフとなるとダイオ
ード31がオンとなり、インダクタンス素子24には出
力電圧VOUTが印加され、トランス29の2次巻線29
bにはコンデンサ30に保持されていた直流電圧VC2
印加される。時刻t3でスイッチング素子4がターンオ
ンすると、インダクタンス素子22にVINが印加されイ
ンダクタンス素子24にVC2−VOUTが印加される。こ
れを繰り返す。
【0020】スイッチング素子4がオフの時トランス2
9の1次巻線29aに誘起される電圧をVOFFとしスイ
ッチング素子4のオン期間をTON、オフ期間をTOFF
ると、インダクタンス素子22のリセット条件から、 VIN×TON=(VC1−VIN−VOFF)×TOFF トランス29のリセット条件から VC1×TON=VOFF×TOFF となるためVC1は VC1=VIN 同様な考察で VC2=VOUT となる。トランス29の1次巻線29aと2次巻線29
bの巻数比をn:1とすると出力電圧は VOUT=n×VOFF=n×(TON/TOFF)×VIN となり、スイッチング素子4のオンオフ比を変えること
で出力電圧の制御が可能である。
【0021】またトランス29の1次巻線29aのイン
ダクタンス値をLP、トランス29の2次巻線29bのイ
ンダクタンス値をLS、トランス29の1次巻線29a
と2次巻線29b間の相互インダクタンスをMPS、トラ
ンス29の1次巻線29aとインダクタンス素子22と
の相互インダクタンスをM1P、トランス29の1次巻線
29aとインダクタンス素子24との相互インダクタン
スをM2P、トランス29の2次巻線29bとインダクタ
ンス素子22との相互インダクタンスをM1S、トランス
29の2次巻線29bとインダクタンス素子24との相
互インダクタンスをM2Sとすると、 LP=M1PS=M2SPS=M1S=M2P のように設定することにより、リップル電流をトランス
29の1次巻線29aと2次巻線29bに集中させるこ
とができ、入出力電流をゼロリップルにできる。
【0022】しかしながら従来の構成では、スイッチン
グに伴う、スパイク電圧およびスパイク電流の発生があ
るという問題点があった。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記の従
来のCukコンバータの構成では、絶縁型とするとスイ
ッチング素子4のターンオン時のスパイク電流およびタ
ーンオフ時のスパイク電圧の発生があるため、変換効率
の低下や他出力時のレギュレーションの悪化という問題
点を有していた。
【0024】本発明は以上のような従来の欠点を除去
し、スパイク電流、電圧の発生もなく、入力電流をゼロ
リップルにできるスイッチング電源装置を提供すること
を目的とするものである。
【0025】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明のスイッチング電源装置は、少なくとも1次巻
線と1つ以上の2次巻線を有する第1のトランスと、1
次巻線と1つ以上の2次巻線を有する第2のトランス
と、直流電圧を保持するための第1のコンデンサと、直
流電圧を保持するための第2のコンデンサと、オンオフ
を繰り返しオンの時入力電圧を前記第1のトランスの1
次巻線に印加し同時に前記第1のコンデンサに保持され
ていた直流電圧と前記第2のコンデンサに保持されてい
た直流電圧の差電圧を前記第2のトランスの1次巻線に
印加する第1のスイッチング手段と、この第1のスイッ
チング手段と交互にオンオフを繰り返し、オンの時に前
記第1のコンデンサに保持された直流電圧と入力電圧の
差電圧を前記第1のトランスの1次巻線に印加し同時に
前記第2のコンデンサに保持されていた直流電圧を前記
第2のトランスの1次巻線に印加する第2のスイッチン
グ手段を有し、前記第1のトランスまたは前記第2のト
ランスまたはその両方の2次巻線に誘起する電圧を整流
平滑手段を介して出力に供給する構成を有している。
【0026】
【作用】この構成によって、第1および第2のスイッチ
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。また入力電流をゼロ
リップルにできるという特徴もある。
【0027】
【実施例】(実施例1)以下本発明の第1の実施例につ
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装置の構成を示す
ものである。図1において、図15と同じものは同一の
符号を記し説明は省略する。
【0028】1は入力直流電源であり、2−2′は入力
端子であり、3は第1のトランスで1次巻線3aと1つ
以上の2次巻線3bを有し、1次巻線3aの一端を入力
端子2に接続し他端をスイッチング素子4を介して入力
端子2′に接続し、2次巻線3bは整流ダイオード11
を介して出力端子13−13′に接続されている。4は
スイッチング素子であり、制御回路17によりオンオフ
される。5はダイオードでありスイッチング素子4とダ
イオード5で第1のスイッチング手段を構成する。
【0029】6は直流電圧を保持するコンデンサであ
り、7はスイッチング素子であり、制御回路17により
オンオフされスイッチング素子4がオフの時オンとなり
トランス3の1次巻線3aに入力電圧とコンデンサ6の
保持する直流電圧の差電圧を印加する。8はダイオード
でありスイッチング素子7とダイオード8で第2のスイ
ッチング手段を構成する。9は直流電圧を保持するコン
デンサでありトランス10の1次巻線10aを介してス
イッチング素子7の両端に接続されている。10はトラ
ンスであり1次巻線10aと1つ以上の2次巻線10b
を有し、2次巻線10bは整流ダイオード14を介して
第2の出力端子16−16′に接続されている。
【0030】11は整流ダイオードであり、12は平滑
コンデンサであり、整流ダイオード11と平滑コンデン
サ12とで第1の整流平滑手段を構成し、トランス3の
2次巻線3bの誘起電圧を整流平滑して出力端子13−
13′に電圧を供給する。13−13′は第1の出力端
子である。14は整流ダイオードであり、15は平滑コ
ンデンサであり、整流ダイオード14と平滑コンデンサ
15とで第2の整流平滑手段を構成し、トランス10の
2次巻線10bの誘起電圧を整流平滑して出力端子16
−16′に電圧を供給する。16−16′は第2の出力
端子である。17は制御回路であり出力端子16−1
6′間の電圧を検出し出力電圧が一定になるようにスイ
ッチング素子4とスイッチング素子7のオンオフ比を変
える制御信号を発生する。
【0031】以上のように構成されたスイッチング電源
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。
【0032】図2において(a)は制御回路17のスイ
ッチング素子4の駆動パルス波形V G1を示しており、
(b)は制御回路17のスイッチング素子7の駆動パル
ス波形VG2を示しており、(c)はトランス3の1次巻
線電流IL1を示しており、(d)はトランス10の1次
巻線電流IL2を示しており、(e)は第1のスイッチン
グ手段に印加される電圧VDS1を示しており、(f)は
第1のスイッチング手段に流れる電流IQ1を示してお
り、(g)は第2のスイッチング手段に印加される電圧
DS2を示しており、(h)は第2のスイッチング手段
に流れる電流IQ2を示しており、(i)は整流ダイオー
ド11を流れる電流ID1を示しており、(j)は整流ダ
イオード14を流れる電流ID2を示している。
【0033】動作状態の時間的変化を示すためt1〜t3
を図中に記している。時刻t1で制御回路17のオン信
号によりスイッチング素子4がオンし同時にスイッチン
グ素子7がオフすると、トランス3の1次巻線3aに入
力電圧VINが印加され、同時にトランス10の1次巻線
10aにコンデンサ6の保持している直流電圧VC1とコ
ンデンサ9の保持している直流電圧VC2の差電圧VC1
C2が印加される。この時トランス3の2次巻線3bに
接続される整流ダイオード11およびトランス10の2
次巻線10bに接続される整流ダイオード14はオフし
ているように接続されている。トランス3の1次巻線3
aの電流IL1およびトランス10の1次巻線10aの電
流は直線状に増加し、トランス3およびトランス10に
励磁エネルギーが蓄積される。
【0034】時刻t2で制御回路17のオフ信号でスイ
ッチング素子4がオフすると、スイッチング素子4を流
れていた電流はダイオード8をターンオンさせる。同時
に制御回路17のオン信号でスイッチング素子7がオン
するが、オン電流IQ2がダイオード8を流れてもスイッ
チング素子7を流れても動作に変化はない。ダイオード
8またはスイッチング素子7がオンするとトランス3の
1次巻線3aに入力電圧VINとコンデンサ6に保持され
ている直流電圧VC1の差電圧VC1−VINが印加され、同
時にトランス10の1次巻線10aにコンデンサ9に保
持されている直流電圧VC2が印加される。
【0035】この時トランス3の2次巻線3bに接続さ
れる整流ダイオード11はオンとなり、出力端子13−
13′に電流が供給される。またトランス10の2次巻
線に接続される整流ダイオード14もオンとなり、出力
端子16−16′にも電流が供給される。この時第2の
スイッチング手段を流れる電流IQ2はトランス3および
トランス10の励磁エネルギーの減少とトランス3の2
次巻線3bから放出される出力電流の増加およびトラン
ス10の2次巻線10bから放出する出力電流の増加に
伴い、次第に減少し負の値となる。
【0036】スイッチング素子7に負電流が流れている
ときに制御回路17のオフ信号によりスイッチング素子
7がターンオフすると、この電流によりダイオード5を
オンとする。同時に制御回路17のオン信号によりスイ
ッチング素子4がオンとなるが第1のスイッチング手段
を流れる電流IQ1がスイッチング素子4を流れてもダイ
オード5を流れても動作に変化は生じない。スイッチン
グ素子4がオンし同時にスイッチング素子7がオフする
と、トランス3の1次巻線3aに入力電圧VINが印加さ
れ、同時にトランス10の1次巻線10aにコンデンサ
6の保持している直流電圧Vc1とコンデンサ9の保持し
ている直流電圧Vc2の差電圧VC1−VC2が印加される。
この動作を繰り返す。
【0037】スイッチング素子4のオン期間をTON、オ
フ期間をTOFFとすると、トランス3のリセット条件に
より VIN×TON=(VC1−VIN)×TOFF が成り立ちトランス10のリセット条件から (VC1−VC2)×TON=VC2×TOFF となる。以上からVC1、VC2を求めると VC1=(TON+TOFF)/TOFF×VINC2=TON/TOFF×VIN となる。
【0038】トランス3の1次巻線3aと2次巻線3b
の巻数比をn1:1、トランス10の1次巻線10aと
2次巻線10bの巻数比n2:1とすると出力端子13
−13′の出力電圧VOUT1は VOUT1=(VC1−VIN)/n1=TON/TOFF/n1×VIN 出力端子16−16′の出力電圧VOUT2は VOUT2=−VC2/n2=TON/TOFF/n2 ×VIN となり、VOUT1とVOUT2は比例した出力電圧が得られ、
スイッチング素子4およびスイッチング素子7のオンオ
フ比により出力電圧が制御できる。この構成ではトラン
スの漏れインダクタンスに起因するスイッチング素子4
およびスイッチング素子7のターンオフ時のスパイク電
圧がダイオード5およびダイオード8がターンオンする
ことにより効果的にコンデンサ6およびコンデンサ9に
吸収され、スパイク電圧の発生はない。
【0039】また2つの出力を別々のトランスから取り
出しているためトランスの励磁電流も小さくなり、イン
ダクタンス値を比較的大きくできる。これは高周波化す
る上で有利となる。
【0040】(実施例2)以下本発明の第2の実施例に
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装置の構成を示
すものである。図3において、図15と同じものは同一
の符号を記し説明は省略する。
【0041】1は入力直流電源であり、2−2′は入力
端子であり、3は第1のトランスで1次巻線3aと1つ
以上の2次巻線3bを有する。4はスイッチング素子で
あり、制御回路17によりオンオフされる。5はダイオ
ードでありスイッチング素子4とダイオード5で第1の
スイッチング手段を構成する。
【0042】6は直流電圧を保持するコンデンサであ
り、7はスイッチング素子であり、8はダイオードであ
りスイッチング素子7とダイオード8で第2のスイッチ
ング手段を構成する。9は直流電圧を保持するコンデン
サであり、10はトランスであり1次巻線10aと1つ
以上の2次巻線10bを有する。11は整流ダイオード
であり、12は平滑コンデンサであり、整流ダイオード
11と平滑コンデンサ12とで第1の整流平滑手段を構
成し、13−13′は第1の出力端子である。14は整
流ダイオードであり、15は平滑コンデンサであり、整
流ダイオード14と平滑コンデンサ15とで第2の整流
平滑手段を構成し、16−16′は第2の出力端子であ
る。17は制御回路であり出力端子16−16′間の電
圧を検出し出力電圧が一定になるようにスイッチング素
子4とスイッチング素子7のオンオフ比を変える制御信
号を発生する。
【0043】18はコンデンサであり、スイッチング素
子4の両端に接続され、スイッチング素子4およびスイ
ッチング素子7に印加される電圧の急峻な変化を抑え
る。なお前記スイッチング素子4とスイッチング素子7
は同時にオフの期間を持つように制御回路17のオンオ
フ信号は設定されている。
【0044】以上のように構成されたスイッチング電源
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。
【0045】図4において(a)は制御回路17のスイ
ッチング素子4の駆動パルス波形V G1を示しており、
(b)は制御回路17のスイッチング素子7の駆動パル
ス波形VG2を示しており、(c)はトランス3の1次巻
線電流IL1を示しており、(d)はトランス10の1次
巻線電流IL2を示しており、(e)は第1のスイッチン
グ手段に印加される電圧VDS1を示しており、(f)は
第1のスイッチング手段に流れる電流IQ1を示してお
り、(g)は第2のスイッチング手段に印加される電圧
DS2を示しており、(h)は第2のスイッチング手段
に流れる電流IQ2を示しており、(i)は整流ダイオー
ド11を流れる電流ID1を示しており、(j)は整流ダ
イオード14を流れる電流ID2を示している。
【0046】基本的な動作は第1の実施例の回路構成と
同じであるが、スイッチング素子4とスイッチング素子
7は同時にオフの期間を持ち、その期間にスイッチング
素子4とスイッチング素子7に印加される電圧が変化す
るように設定されている。スイッチング素子4の両端に
はコンデンサ18が接続されているためスイッチング素
子4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、またコンデンサ1
8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、スイッチング素子4をターンオンできるため、スイ
ッチング素子4のターンオフ損失にならない。同様な効
果はスイッチング素子7にもある。
【0047】これらのような過渡時以外の動作は図1で
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18を付加した場合、過渡時においてトラ
ンス3の各巻線の出力インピーダンスが変化し、特にス
イッチング素子4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、スイッ
チング素子4とスイッチング素子7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、スイ
ッチング素子4とスイッチング素子7のスイッチング損
失の発生も抑えられる効果がある。さらに本構成ではト
ランスの漏れインダクタンスに起因するスイッチング素
子4およびスイッチング素子7のターンオフ時のスパイ
ク電圧がダイオード5およびダイオード8がターンオン
することにより効果的にコンデンサ6およびコンデンサ
9に吸収され、スパイク電圧の発生はない。
【0048】また2つの出力を別々のトランスから取り
出しているためトランスの励磁電流も小さくなり、イン
ダクタンス値を比較的大きくできる。これは高周波化す
る上で有利となる。
【0049】(実施例3)以下本発明の第3の実施例に
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流装置の構成を示
すものである。図5において、図15と同じものは同一
の符号を記し説明は省略する。
【0050】1は入力直流電源であり、2−2′は入力
端子であり、3は第1のトランスで1次巻線3aと1つ
以上の2次巻線3bを有する。4はスイッチング素子で
あり、制御回路17によりオンオフされる。5はダイオ
ードでありスイッチング素子4とダイオード5で第1の
スイッチング手段を構成する。
【0051】6は直流電圧を保持するコンデンサであ
り、7はスイッチング素子であり、8はダイオードであ
りスイッチング素子7とダイオード8で第2のスイッチ
ング手段を構成する。9は直流電圧を保持するコンデン
サであり、10はトランスであり1次巻線10aと1つ
以上の2次巻線10bを有する。11は整流ダイオード
であり、12は平滑コンデンサであり、整流ダイオード
11と平滑コンデンサ12とで第1の整流平滑手段を構
成し、13−13′は第1の出力端子である。14は整
流ダイオードであり、15は平滑コンデンサであり、整
流ダイオード14と平滑コンデンサ15とで第2の整流
平滑手段を構成し、16−16′は第2の出力端子であ
る。17は制御回路であり出力端子16−16′間の電
圧を検出し出力電圧が一定になるようにスイッチング素
子4とスイッチング素子7のオンオフ比を変える制御信
号を発生する。
【0052】19は漏れインダクタンスまたはインダク
タンス素子であり、トランス3の1次巻線3aに直列に
接続されスイッチング素子7のオン期間にコンデンサ6
と共振し、トランス3の2次巻線3bに伝達される出力
電流を共振電流とする。20は漏れインダクタンスまた
はインダクタンス素子であり、トランス10の1次巻線
10aに直列に接続されスイッチング素子7のオン期間
にコンデンサ9と共振し、トランス10の2次巻線10
bに伝達される出力電流を共振電流とする。
【0053】以上のように構成されたスイッチング電源
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。
【0054】図6において(a)は制御回路17のスイ
ッチング素子4の駆動パルス波形V G1を示しており、
(b)は制御回路17のスイッチング素子7の駆動パル
ス波形VG2を示しており、(c)はトランス3の1次巻
線電流IL1を示しており、(d)はトランス10の1次
巻線電流IL2を示しており、(e)は第1のスイッチン
グ手段に印加される電圧VDS1を示しており、(f)は
第1のスイッチング手段に流れる電流IQ1を示してお
り、(g)は第2のスイッチング手段に印加される電圧
DS2を示しており、(h)は第2のスイッチング手段
に流れる電流IQ2を示しており、(i)は整流ダイオー
ド11を流れる電流ID1を示しており、(j)は整流ダ
イオード14を流れる電流ID2を示している。動作状態
の時間的変化を示すためt1〜t6を図中に記している。
【0055】基本的な動作は第1の実施例の回路構成と
同じであるが、スイッチング素子7がオンとなり出力に
電流を供給するとき、コンデンサ6と漏れインダクタン
スまたはインダクタンス素子19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3の2次巻
線電流ID1は正弦波状となりゼロから立ち上がり、t 4
で再びゼロとなる。従って整流ダイオード11はゼロ電
流スイッチングとなりリカバリは発生しない。同様に、
コンデンサ9と漏れインダクタンスまたはインダクタン
ス素子20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10の2次巻線電流ID2は正弦波
状となりゼロから立ち上がり、t2で再びゼロとなる。
従って整流ダイオード14はゼロ電流スイッチングとな
りリカバリは発生しない。また入力電流は連続にするこ
とで可能である。
【0056】これらのような過度時以外の動作は図1で
説明した実施例と同様であるので省略する。
【0057】さらにスイッチング素子4とスイッチング
素子7のターンオフ電流を小さくでき、スイッチングロ
スを小さくできるという効果もある。
【0058】直流電圧VCは実際は直流電圧分と共振電
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るため、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。
【0059】さらに本構成ではトランスの漏れインダク
タンスに起因するスイッチング素子4およびスイッチン
グ素子7のターンオフ時のスパイク電圧がダイオード5
およびダイオード8がターンオンすることにより効果的
にコンデンサ6およびコンデンサ9に吸収され、スパイ
ク電圧の発生はない。
【0060】また2つの出力を別々のトランスから取り
出しているためトランスの励磁電流も小さくなり、イン
ダクタンス値を比較的大きくできる。これは高周波化す
る上で有利となる。
【0061】(実施例4)以下本発明の第4の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。図7は本発明の
第3の実施例におけるスイッチング電源装置の構成を示
すものである。図7において、図15と同じものは同一
の符号を記し説明は省略する。
【0062】1は入力直流電源であり、2−2′は入力
端子であり、3は第1のトランスで1次巻線3aと1つ
以上の2次巻線3bを有する。4はスイッチング素子で
あり、制御回路17によりオンオフされる。5はダイオ
ードでありスイッチング素子4とダイオード5で第1の
スイッチング手段を構成する。
【0063】6は直流電圧を保持するコンデンサであ
り、7はスイッチング素子であり、8はダイオードであ
りスイッチング素子7とダイオード8で第2のスイッチ
ング手段を構成する。9は直流電圧を保持するコンデン
サであり、10はトランスであり1次巻線10aと1つ
以上の2次巻線10bを有する。11は整流ダイオード
であり、12は平滑コンデンサであり、整流ダイオード
11と平滑コンデンサ12とで第1の整流平滑手段を構
成し、13−13′は第1の出力端子である。14は整
流ダイオードであり、15は平滑コンデンサであり、整
流ダイオード14と平滑コンデンサ15とで第2の整流
平滑手段を構成し、16−16′は第2の出力端子であ
る。17は制御回路であり出力端子16−16′間の電
圧を検出し出力電圧が一定になるようにスイッチング素
子4とスイッチング素子7のオンオフ比を変える制御信
号を発生する。
【0064】19は漏れインダクタンスまたはインダク
タンス素子であり、トランス3の1次巻線3aに直列に
接続されスイッチング素子7のオン期間にコンデンサ6
と共振し、トランス3の2次巻線3bに伝達される出力
電流を共振電流とする。20は漏れインダクタンスまた
はインダクタンス素子であり、トランス10の1次巻線
10aに直列に接続されスイッチング素子7のオン期間
にコンデンサ9と共振し、トランス10の2次巻線10
bに伝達される出力電流を共振電流とする。
【0065】18はコンデンサであり、スイッチング素
子4の両端に接続され、スイッチング素子4およびスイ
ッチング素子7に印加される電圧の急峻な変化を抑え
る。なお前記スイッチング素子4とスイッチング素子7
は同時にオフの期間を持つように制御回路17のオンオ
フ信号は設定されている。
【0066】以上のように構成されたスイッチング電源
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。
【0067】図8において(a)は制御回路17のスイ
ッチング素子4の駆動パルス波形V G1を示しており、
(b)は制御回路17のスイッチング素子7の駆動パル
ス波形VG2を示しており、(c)はトランス3の1次巻
線電流IL1を示しており、(d)はトランス10の1次
巻線電流IL2を示しており、(e)は第1のスイッチン
グ手段に印加される電圧VDS1を示しており、(f)は
第1のスイッチング手段に流れる電流IQ1を示してお
り、(g)は第2のスイッチング手段に印加される電圧
DS2を示しており、(h)は第2のスイッチング手段
に流れる電流IQ2を示しており、(i)は整流ダイオー
ド11を流れる電流ID1を示しており、(j)は整流ダ
イオード14を流れる電流ID2を示している。
【0068】基本的な動作は第3の実施例の回路構成と
同じであるが、スイッチング素子4とスイッチング素子
7は同時にオフの期間を持ち、その期間にスイッチング
素子4とスイッチング素子7に印加される電圧が変化す
るように設定されている。スイッチング素子4の両端に
はコンデンサ18が接続されているためスイッチング素
子4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、またコンデンサ1
8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、スイッチング素子4をターンオンできるため、スイ
ッチング素子4のターンオン損失にならない。同様な効
果はスイッチング素子7にもある。また入力電源は連続
にすることが可能である。
【0069】これらのような過渡時以外の動作は図5で
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18を付加した場合、過渡時においてトラ
ンス3の各巻線の出力インピーダンスが変化し、特にス
イッチング素子4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、スイッチン
グ素子4とスイッチング素子7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、スイッチ
ング素子4とスイッチング素子7のスイッチング損失の
発生も抑えられる効果がある。さらに本構成ではトラン
スの漏れインダクタンスに起因するスイッチング素子4
およびスイッチング素子7のターンオフ時のスパイク電
圧がダイオード5およびダイオード8がターンオンする
ことにより効果的にコンデンサ6およびコンデンサ9に
吸収され、スパイク電圧の発生はない。
【0070】また2つの出力を別々のトランスから取り
出しているためトランスの励磁電流も小さくなり、イン
ダクタンス値を比較的大きくできる。これは高周波化す
る上で有利となる。
【0071】(実施例5)以下本発明の第5の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。図9は本発明の
第5の実施例におけるスイッチング電源装置の構成を示
すものである。図9において、図15と同じものは同一
の符号を記し説明は省略する。
【0072】1は入力直流電源であり、2−2′は入力
端子であり、21はトランスで第1の1次巻線21aと
第2の1次巻線21bと1つ以上の2次巻線21cを有
し、第1の1次巻線21aの一端を入力端子2に接続し
他端をスイッチング素子4を介して入力端子2′に接続
し、第2の1次巻線21bは一端を入力端子2′に接続
し他端をコンデンサ6およびコンデンサ9を介して第1
の1次巻線21aとスイッチング素子4の接続点に接続
し、2次巻線3cは整流ダイオード11を介して出力端
子13−13′に接続される。4はスイッチング素子で
あり、制御回路17によりオンオフされる。5はダイオ
ードでありスイッチング素子4とダイオード5で第1の
スイッチング手段を構成する。
【0073】6は直流電圧を保持するコンデンサであ
り、7はスイッチング素子であり、制御回路17により
オンオフされスイッチング素子4がオフの時オンとなり
トランス21の第1の1次巻線21aに入力電圧とコン
デンサ6の保持する直流電圧の差電圧を印加する。8は
ダイオードでありスイッチング素子7とダイオード8で
第2のスイッチング手段を構成する。9は直流電圧を保
持するコンデンサでありトランス21の第2の1次巻線
21bを介してスイッチング素子7の両端に接続され
る。11は整流ダイオードであり、12は平滑コンデン
サであり、整流ダイオード11と平滑コンデンサ12と
で整流平滑手段を構成し、トランス21の2次巻線21
cの誘起電圧を整流平滑して出力端子13−13′に電
圧を供給する。13−13′は出力端子である。17は
制御回路であり出力端子13−13′間の電圧を検出し
出力電圧が一定になるようにスイッチング素子4とスイ
ッチング素子7のオンオフ比を変える制御信号を発生す
る。
【0074】またトランス21の第2の1次巻線21b
のインダクタンスL2、第1の1次巻線21aと第2の
1次巻線21b間の相互インダクタンス素子M12、第1
の1次巻線21aと2次巻線21c間の相互インダクタ
ンスをM1S、第2の1次巻線21bと2次巻線21c間
の相互インダクタンスをM2Sとして、 L2=M121S=M1S が成り立つように構成されている。
【0075】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、以下にその動作を図10の各部動作波形
を参照しながら説明する。
【0076】図10において(a)は制御回路17のス
イッチング素子4の駆動パルス波形VG1を示しており、
(b)は制御回路17のスイッチング素子7の駆動パル
ス波形VG2を示しており、(c)はトランス21の第1
の1次巻線電流IL1を示しており、(d)はトランス2
1の第2の1次巻線電流IL2を示しており、(e)は第
1のスイッチング手段に印加される電圧VDS1を示して
おり、(f)は第1のスイッチング手段に流れる電流I
Q1を示しており、(g)は第2のスイッチング手段に印
加される電圧VDS2を示しており、(h)は第2のスイ
ッチング手段に流れる電流IQ2を示しており、(i)は
整流ダイオード11を流れる電流IDを示している。
【0077】動作状態の時間的変化を示すためt1〜t3
を図中に記している。時刻t1で制御回路17のオン信
号によりスイッチング素子4がオンし同時にスイッチン
グ素子7がオフすると、トランス21の第1の1次巻線
21aに入力電圧VINが印加され、同時に第2の1次巻
線21bにコンデンサ6の保持している直流電圧VC1
コンデンサ9の保持している直流電圧VC2の差電圧VC1
−VC2が印加される。この時トランス21の2次巻線2
1cに接続される整流ダイオード11はオフしているよ
うに接続されている。トランス21の第1の1次巻線2
1aの電流IL1およびトランス21の第2の1次巻線2
1bの電流IL2の和電流は直線状の増加し、トランス2
1に励磁エネルギーが蓄積される。
【0078】時刻t2で制御回路17のオフ信号でスイ
ッチング素子4がオフすると、スイッチング素子4を流
れていた電流はダイオード8をターンオンさせる。同時
に制御回路17のオン信号でスイッチング素子7がオン
するが、オン電流IQ2がダイオード8を流れてもスイッ
チング素子7を流れても動作に変化はない。ダイオード
8またはスイッチング素子7がオンするとトランス21
の第1の1次巻線21aに入力電圧VINとコンデンサ6
に保持されている直流電圧VC1の差電圧VC1−VINが印
加され、同時にトランス21の第2の1次巻線21bに
コンデンサ9に保持されている直流電圧VC2が印加され
る。
【0079】この時トランス21の2次巻線21cに接
続される整流ダイオード11はオンとなり、出力端子1
3−13′に電流が供給される。この時第2のスイッチ
ング手段を流れる電流IQ2はトランス21の励磁エネル
ギーの減少とトランス21の2次巻線21cから放出さ
れる出力電流の増加に伴い、次第に減少し負の値とな
る。スイッチング素子7に負電流が流れているときに制
御回路17のオフ信号によりスイッチング素子7がター
ンオフすると、この電流によりダイオード5をオンとす
る。同時に制御回路17のオン信号によりスイッチング
素子4がオンとなるが第1のスイッチング手段を流れる
電流IQ1がスイッチング素子4を流れてもダイオード5
を流れても動作に変化は生じない。スイッチング素子4
がオンし同時にスイッチング素子7がオフすると、トラ
ンス21の第1の1次巻線21aに入力電圧VINが印加
され、同時にトランス21の第2の1次巻線21bにコ
ンデンサ6の保持している直流電圧VC1とコンデンサ9
の保持している直流電圧VC2の差電圧VC1−VC2が印加
される。この動作を繰り返す。
【0080】スイッチング素子4のオン期間をTON、オ
フ期間をTOFFとすると、トランス21の第1の1次巻
線21aのリセット条件により VIN×TON=(VC1−VIN)×TOFF が成り立ちトランス21の第2の1次巻線21bのリセ
ット条件から (VC1−VC2)×TON=VC2×TOFF となる。以上からVC1,VC2を求めると VC1=(TON+TOFF)/TOFF×VINC2=TON/TOFF×VIN となる。トランス21の第1の1次巻線21aと2次巻
線21cの巻数比をn:1とすると出力端子13−1
3′の出力電圧VOUTは VOUT=(VC1−VIN)/n=TON/TOFF/n1×VIN となるため、スイッチング素子4およびスイッチング素
子7のオンオフ比により出力電圧が制御できる。この構
成ではトランス21の漏れインダクタンスに起因するス
イッチング素子4およびスイッチング素子7のターンオ
フ時のスパイク電圧がダイオード5およびダイオード8
がターンオンすることにより効果的にコンデンサ6およ
びコンデンサ9に吸収され、スバイク電圧の発生はな
い。
【0081】またコンデンサ6とコンデンサ9の容量値
が十分大きく、保持している直流電圧の変動が無視でき
るとき、トランス21の第1の1次巻線21aの電流波
形をゼロリップルにできるというCukコンバータ本来
の特徴もある。
【0082】(実施例6)以下本発明の第6の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。図11は本発明
の第6の実施例におけるスイッチング電源装置の構成を
示すものである。図11において、図15と同じものは
同一の符号を記し説明は省略する。
【0083】1は入力直流電源であり、2−2′は入力
端子であり、21はトランスで第1の1次巻線21aと
第2の1次巻線21bと1つ以上の2次巻線21cを有
し、第1の1次巻線21aの一端を入力端子2に接続し
他端をスイッチング素子4を介して入力端子2′に接続
し、第2の1次巻線21bは一端を入力端子2′に接続
し他端をコンデンサ6およびコンデンサ9を介して第1
の1次巻線21aとスイッチング素子4の接続点に接続
し、2次巻線3cは整流ダイオード11を介して出力端
子13−13′に接続される。4はスイッチング素子で
あり、制御回路17によりオンオフされる。5はダイオ
ードでありスイッチング素子4とダイオード5で第1の
スイッチング手段を構成する。
【0084】6は直流電圧を保持するコンデンサであ
り、7はスイッチング素子であり、制御回路17により
オンオフされスイッチング素子4がオフの時オンとなり
トランス21の第1の1次巻線21aに入力電圧とコン
デンサ6の保持する直流電圧の差電圧を印加する。8は
ダイオードでありスイッチング素子7とダイオード8で
第2のスイッチング手段を構成する。9は直流電圧を保
持するコンデンサでありトランス21の第2の1次巻線
21bを介してスイッチング素子7の両端に接続され
る。11は整流ダイオードであり、12は平滑コンデン
サであり、整流ダイオード11と平滑コンデンサ12と
で整流平滑手段を構成し、トランス21の2次巻線3c
の誘起電圧を整流平滑して出力端子13−13′に電圧
を供給する。13−13′は出力端子である。17は制
御回路であり出力端子13−13′間の電圧を検出し出
力電圧が一定になるようにスイッチング素子4とスイッ
チング素子7のオンオフ比を変える制御信号を発生す
る。
【0085】18はコンデンサであり、スイッチング素
子4の両端に接続され、スイッチング素子4およびスイ
ッチング素子7に印加される電圧の急峻な変化を抑え
る。なお前記スイッチング素子4とスイッチング素子7
は同時にオフの期間を持つように制御回路17のオンオ
フ信号は設定されている。またトランス21の第2の1
次巻線21bのインダクタンスL2、第1の1次巻線2
1aと第2の1次巻線21b間の相互インダクタンスM
12、第1の1次巻線21aと2次巻線21c間の相互イ
ンダクタンスをM1S、第2の1次巻線21bと2次巻線
21c間の相互インダクタンスをM2Sとして、 L2=M121S=M1S が成り立つように構成されている。
【0086】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、以下にその動作を図12の各部動作波形
を参照しながら説明する。
【0087】図12において(a)は制御回路17のス
イッチング素子4の駆動パルス波形VG1を示しており、
(b)は制御回路17のスイッチング素子7の駆動パル
ス波形VG2を示しており、(c)はトランス21の第1
の1次巻線電流IL1を示しており、(d)はトランス2
1の第2の1次巻線電流IL2を示しており、(e)はス
イッチング素子4に印加される電圧VDS1を示してお
り、(f)はスイッチング手段1に流れる電流IQ1を示
しており、(g)はスイッチング手段1に印加される電
圧VDS2を示しており、(h)はスイッチング手段2に
流れる電流IQ2を示しており、(i)は整流ダイオード
11を流れる電流IDを示している。
【0088】基本的な動作は第5の実施例の回路構成と
同じであるが、スイッチング素子4とスイッチング素子
7は同時にオフの期間を持ち、その期間にスイッチング
素子4とスイッチング素子7に印加される電圧が変化す
るように設定されている。スイッチング素子4の両端に
はコンデンサ18が接続されているためスイッチング素
子4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、またコンデンサ1
8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、スイッチング素子4をターンオンできるため、スイ
ッチング素子4のターンオン損失にならない。同様な効
果はスイッチング素子7にもある。
【0089】これらのような過渡時以外の動作は図9で
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18を付加した場合、過渡時においてトラ
ンス21の各巻線の出力インピーダンスが変化し、特に
スイッチング素子4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、スイ
ッチング素子4とスイッチング素子7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、ス
イッチング素子4とスイッチング素子7のスイッチング
損失の発生も抑えられる効果がある。
【0090】さらにこの構成ではトランス21の漏れイ
ンダクタンスに起因するスイッチング素子4およびスイ
ッチング素子7のターンオフ時のスパイク電圧がダイオ
ード5およびダイオード8がターンオンすることにより
効果的にコンデンサ6およびコンデンサ9に吸収され、
スパイク電圧の発生はないという効果もある。
【0091】またコンデンサ6とコンデンサ9の容量値
が十分大きく、保持している直流電圧の変動が無視でき
るとき、トランス21の第1の1次巻線21aの電流波
形をゼロリップルにできるというCukコンバータ本来
の特徴もある。
【0092】(実施例7)以下本発明の第7の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。回路構成は図9
の第5の実施例と同じであるが、トランス21の2次巻
線21cの有する実効的な漏れインダクタンスは、スイ
ッチング素子7のオン期間に平滑コンデンサ12と共振
し、トランス21の2次巻線21cに伝達される出力電
流を共振電流とするように設定されている。
【0093】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、以下にその動作を図13の各部動作波形
を参照しながら説明する。
【0094】図13において(a)は制御回路17のス
イッチング素子4の駆動パルス波形VG1を示しており、
(b)は制御回路17のスイッチング素子7の駆動パル
ス波形VG2を示しており、(c)はトランス21の第1
の1次巻線電流IL1を示しており、(d)はトランス2
1の第2の1次巻線電流IL2を示しており、(e)は第
1のスイッチング手段に印加される電圧VDS1を示して
おり、(f)は第1のスイッチング手段に流れる電流I
Q1を示しており、(g)は第2のスイッチング手段に印
加される電圧VDS2を示しており、(h)は第2のスイ
ッチング手段に流れる電流IQ2を示しており、(i)は
整流ダイオード11を流れる電流IDを示している。動
作状態の時間的変化を示すためt1〜t6を図中に記して
いる。
【0095】基本的な動作は第5の実施例の回路構成と
同じであるが、スイッチング素子7がオンとなり出力に
電流を供給するとき、平滑コンデンサ12とトランス2
1の2次巻線21cの実効的な漏れインダクタンスは共
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21の2次巻線電流IDは正弦波状となりゼロか
ら立ち上がり、t4で再びゼロとなる。従って整流ダイオ
ード11はゼロ電流スイッチングとなりリカバリは発生
しない。
【0096】これらのような過渡時以外の動作は図9で
説明した実施例と同様であるので省略する。
【0097】本構成では、2次側整流ダイオードがゼロ
電流スイッチングとなり、リカバリの発生を無くするこ
とが可能である。さらにスイッチング素子7のターンオ
フ電流を小さくでき、スイッチングロスを小さくできる
という効果もある。
【0098】直流電圧VCは実際は直流電圧分と共振電
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るため、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。
【0099】さらにこの構成ではトランス21の漏れイ
ンダクタンスに起因するスイッチング素子4およびスイ
ッチング素子7のターンオフ時のスパイク電圧がダイオ
ード5およびダイオード8がターンオンすることにより
効果的にコンデンサ6およびコンデンサ9に吸収され、
スパイク電圧の発生はないという効果もある。
【0100】またコンデンサ6とコンデンサ9の容量値
が十分大きく、保持している直流電圧の変動が無視でき
るとき、トランス21の第1の1次巻線21aの電流波
形をゼロリップルにできるというCukコンバータ本来
の特徴もある。
【0101】(実施例8)以下本発明の第8の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。回路構成は図9
の第5の実施例と同じであるが、トランス21の2次巻
線21cの有する実効的な漏れインダクタンスは、スイ
ッチング素子7のオン期間に平滑コンデンサ12と共振
し、トランス21の2次巻線21cに伝達される出力電
流を共振電流とするように設定されている。
【0102】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、以下にその動作を図14の各部動作波形
を参照しながら説明する。
【0103】図14において(a)は制御回路17のス
イッチング素子4の駆動パルス波形VG1を示しており、
(b)は制御回路17のスイッチング素子7の駆動パル
ス波形VG2を示しており、(c)はトランス21の第1
の1次巻線電流IL1を示しており、(d)はトランス2
1の1次巻線電流IL2を示しており、(e)は第1のス
イッチング手段に印加される電圧VDS1を示しており、
(f)は第1のスイッチング手段に流れる電流IQ2を示
しており、(g)は第2のスイッチング手段に印加され
る電圧VDS2を示しており、(h)は第2のスイッチン
グ手段に流れる電流IQ2を示しており、(i)は整流ダ
イオード11を流れる電流IDを示している。
【0104】基本的な動作は第7の実施例の回路構成と
同じであるが、スイッチング素子4とスイッチング素子
7は同時にオフの期間を持ち、その期間にスイッチング
素子4とスイッチング素子7に印加される電圧が変化す
るよにう設定されている。スイッチング素子4の両端に
はコンデンサ18が接続されているためスイッチング素
子4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、またコンデンサ1
8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、スイッチング素子4をターンオンできるため、スイ
ッチング素子4のターンオン損失にならない。同様な効
果はスイッチング素子7にもある。
【0105】これらのような過渡時以外の動作は図13
で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18を付加した場合、過渡時においてト
ランス21の各巻線の出力インピーダンスが変化し、特
にスイッチング素子4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、スイッ
チング素子4とスイッチング素子7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、スイ
ッチング素子4とスイッチング素子7のスイッチング損
失の発生も抑えられる効果がある。
【0106】さらにこの構成ではトランス21の漏れイ
ンダクタンスに起因するスイッチング素子4およびスイ
ッチング素子7のターンオフ時のスパイク電圧がダイオ
ード5およびダイオード8がターンオンすることにより
効果的にコンデンサ6およびコンデンサ9に吸収され、
スパイク電圧の発生はないという効果もある。
【0107】またコンデンサ6とコンデンサ9の容量値
が十分大きく、保持している直流電圧の変動が無視でき
るとき、トランス21の第1の1次巻線21aの電流波
形をゼロリップルにできるというCukコンバータ本来
の特徴もある。
【0108】
【発明の効果】以上のような構成によって、第1および
第2のス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が
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
入力電流をゼロリップルにできるという特徴もある。
【0109】したがって小型、高効率、低ノイズの優れ
たスイッチング電源装置を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるスイッチング電
源装置を示す回路図
【図2】本発明の図1の回路図の動作波形を示す説明図
【図3】本発明の第2の実施例におけるスイッチング電
源装置を示す回路図
【図4】本発明の図3の回路図の動作波形を示す説明図
【図5】本発明の第3の実施例におけるスイッチング電
源装置を示す回路図
【図6】本発明の図5の回路図の動作波形を示す説明図
【図7】本発明の第4の実施例におけるスイッチング電
源装置を示す回路図
【図8】本発明の図7の回路図の動作波形を示す説明図
【図9】本発明の第5の実施例におけるスイッチング電
源装置を示す回路図
【図10】本発明の図9の回路図の動作波形を示す説明
【図11】本発明の第6の実施例におけるスイッチング
電源装置を示す回路図
【図12】本発明の図11の回路図の動作波形を示す説
明図
【図13】本発明の第7の実施例における動作波形を示
す説明図
【図14】本発明の第8の実施例における動作波形を示
す説明図
【図15】第1の従来例におけるスイッチング電源装置
の回路図
【図16】従来の図15の回路図の動作波形を示す説明
【図17】第2の従来例におけるスイッチング電源装置
の回路図
【図18】従来の図17の回路図の動作波形を示す説明
【符号の説明】
1 入力直流電源 2−2′ 入力端子 3 トランス 4 スイッチング素子 5 ダイオード 6 コンデンサ 7 スイッチング素子 8 ダイオード 9 コンデンサ 10 トランス 11 整流ダイオード 12 平滑コンデンサ 13−13′ 出力端子 14 整流ダイオード 15 平滑コンデンサ 16−16′ 出力端子 17 制御回路 18 コンデンサ 19 漏れインダクタンスまたはインダクタンス素子 20 漏れインダクタンスまたはインダクタンス素子 21 トランス

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも1次巻線と1つ以上の2次巻線
    を有する第1のトランスと、1次巻線と1つ以上の2次
    巻線を有する第2のトランスと、直流電圧を保持するた
    めの第1のコンデンサと、直流電圧を保持するための第
    2のコンデンサと、オンオフを繰り返しオンの時入力電
    圧を前記第1のトランスの1次巻線に印加し同時に前記
    第1のコンデンサに保持されていた直流電圧と前記第2
    のコンデンサに保持されていた直流電圧の差電圧を前記
    第2のトランスの1次巻線に印加する第1のスイッチン
    グ手段と、この第1のスイッチング手段と交互にオンオ
    フを繰り返し、オンの時に前記第1のコンデンサの保持
    された直流電圧と入力電圧の差電圧を前記第1のトラン
    スの1次巻線に印加し同時に前記第2のコンデンサに保
    持されていた直流電圧を前記第2のトランスの1次巻線
    に印加する第2のスイッチング手段を有し、前記第1の
    トランスまたは前記第2のトランスまたはその両方の2
    次巻線に誘起する電圧を整流平滑手段を介して出力に供
    給するスイッチング電源装置。
  2. 【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
    チング手段を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。
  3. 【請求項3】少なくとも1次巻線と1つ以上の2次巻線
    を有する第1のトランスと、1次巻線と1つ以上の2次
    巻線を有する第2のトランスと、直流電圧を保持するた
    めの第1のコンデンサと、直流電圧を保持するための第
    2のコンデンサと、オンオフを繰り返しオンの時入力電
    圧を前記第1のトランスの1次巻線に印加し同時に前記
    第1のコンデンサに保持されていた直流電圧と前記第2
    のコンデンサに保持されていた直流電圧の差電圧を前記
    第2のトランスの1次巻線に印加する第1のスイッチン
    グ手段と、この第1のスイッチング手段と交互にオンオ
    フを繰り返し、オンの時に前記第1のコンデンサに保持
    された直流電圧と入力電圧の差電圧を前記第1のトラン
    スの1次巻線に印加し同時に前記第2のコンデンサに保
    持されていた直流電圧を前記第2のトランスの1次巻線
    に印加する第2のスイッチング手段を有し、前記第1の
    トランスまたは前記第2のトランスまたはその両方の2
    次巻線に誘起する電圧を整流平滑手段を介して出力に供
    給し、前記第1のトランスまたは前記第2のトランスの
    1次巻線と2次巻線を介して結合される前記入力電源、
    前記第1及び第2のコンデンサ、整流平滑手段、前記第
    1及び第2のスイッチング手段からなるループにおい
    て、前記コンデンサまたは入力電源または整流平滑手段
    またはそれらの組合せと前記第1及び第2のトランスの
    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、第1または第2のトランスの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。
  4. 【請求項4】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
    チング手段を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3記載のスイッチン
    グ電源装置。
  5. 【請求項5】少なくとも第1の1次巻線と第2の1次巻
    線と1つ以上の2次巻線を有するトランスと、直流電圧
    を保持するための第1のコンデンサと、直流電圧を保持
    するための第2のコンデンサと、オンオフを繰り返しオ
    ンの時入力電圧を前記トランスの第1の1次巻線に印加
    し同時に前記第1のコンデンサに保持されていた直流電
    圧と前記第2のコンデンサに保持されていた直流電圧の
    差電圧を前記トランスの第2の1次巻線に印加する第1
    のスイッチング手段と、この第1のスイッチング手段と
    交互にオンオフを繰り返し、オンの時に前記第1のコン
    デンサに保持された直流電圧と入力電圧の差電圧を前記
    トランスの第1の1次巻線に印加し同時に前記第2のコ
    ンデンサに保持されていた直流電圧を前記トランスの第
    2の1次巻線に印加する第2のスイッチング手段を有
    し、前記トランスの2次巻線に誘起する電圧を整流平滑
    手段を介して出力に供給するスイッチング電源装置。
  6. 【請求項6】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
    チング手段を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5記載のスイッチン
    グ電源装置。
  7. 【請求項7】少なくとも第1の1次巻線と第2の1次巻
    線と1つ以上の2次巻線を有するトランスと、直流電圧
    を保持するための第1のコンデンサと、直流電圧を保持
    するための第2のコンデンサと、オンオフを繰り返しオ
    ンの時入力電圧を前記トランスの第1の1次巻線に印加
    し同時に前記第1のコンデンサに保持されていた直流電
    圧と前記第2のコンデンサに保持されていた直流電圧の
    差電圧を前記トランスの第2の1次巻線に印加する第1
    のスイッチング手段と、この第1のスイッチング手段と
    交互にオンオフを繰り返し、オンの時に前記第1のコン
    デンサに保持された直流電圧と入力電圧の差電圧を前記
    トランスの第1の1次巻線に印加し同時に前記第2のコ
    ンデンサに保持されていた直流電圧を前記トランスの第
    2の1次巻線に印加する第2のスイッチング手段を有
    し、前記トランスの2次巻線に誘起する電圧を整流平滑
    手段を介して出力に供給し、前記第1のトランスまたは
    前記第2のトランスの1次巻線と2次巻線を介して結合
    される前記入力電源、前記第1及び第2のコンデンサ、
    整流平滑手段、前記第1及び第2のスイッチング手段か
    らなるループにおいて、前記コンデンサまたは入力電源
    または整流平滑手段またはそれらの組合せと前記第1及
    び第2のトランスのリーケージ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、第1または第2のト
    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。
  8. 【請求項8】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
    チング手段を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7記載のスイッチン
    グ電源装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000308271A (ja) * 1999-04-21 2000-11-02 Nagano Japan Radio Co エネルギー移送装置、充電装置および電源装置
JP2001076765A (ja) * 1999-09-08 2001-03-23 Nagano Japan Radio Co エネルギー移送装置
WO2005107052A1 (ja) * 2004-04-30 2005-11-10 Minebea Co., Ltd. Dc−dcコンバータ
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