JPH02179272A - 電圧変換装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、各種電子装置の電源として使用されるスイ
ッチング電圧変換装置、謂わゆるスイッチング素子に関
する。

（従来の技術） 従来、この種の用途には矩形波駆動のスイッチング電圧
変換装置が広く使用されてきた。

周知のように矩形波駆動のスイッチング電圧変換装置に
はスイッチング損失が大きい、ノイズの発生が大きいと
いう問題があり、電圧または電流のどちらかを正弦波に
する共振式スイッチング電圧変換装置の出現が待たれて
いた。

しかし、共振式スイッチング電圧変換装置は、出力電圧
の制御が困難であるという問題を有していた。

〈発明が解決しようとする問題点） この発明は、前記事情に基づいてなされたものであり、
スイッチング損失及びノイズ発生が少なく、且つ出力制
御の容易な共振式スイッチング電圧変換装置を提供しよ
うとするものである。

［発明の精成］ く問題点を解決するための手段） この発明は、電圧変成器、スイッチング素子、整流回路
、発振回路及び制御回路からなるスイッチングミ正変換
装置において電圧変成器の一次側にＬＣ共振回路を接続
し、電圧変成器の一次側に正弦波の共振電圧を発生させ
、且つスイッチング素子のＯＦＦ期間をほぼＬＣ回路の
共振波長の１／２に等くとる事によりゼロクロススイッ
チングを行わせ、出力電圧の制御はスイッチング素子の
ＯＮ時間を変える事により行わせようとするものである
。

（作用） 前述したように、電圧変成器の一次側に挿入したＬＣ共
振回路により、電圧波形を正弦波とし、且つスイッチン
グ素子のＯＦＦ期間を前記ＬＣ共振回路の共振波長の１
／２に取る事によりゼロクロススイッチングを実現し、
スイッチング損失とノイズの発生を低く抑え、スイッチ
ング素子のＯＮ時間を変える事により、出力の制御を可
能にした。

〈実施例） 以下、この発明の一実施例に付いて図面を参照して説明
する。

第一図は、この発明によるフォワードコンバータ一方式
のスイッチング電圧変換装置の一実施例を示す回路図で
ある。

図において、Ｐは電源であり、装置え電力を供給する。

Ｄｌはトリガーダイオードであり、抵抗Ｒ１、Ｒ２及び
コンデンサーＣ２とともに発振回路を形成する。

この発振回路の発振波形は第二図ａ、ｂに示す様にトリ
ガーダイオードのアノードには鋸歯状波を、カソードに
は鋭いパルス波形を発生する。

しかし実際に観測されるカソード側の波形はトランジス
タＱ１の蓄積効果により第２図Ｃに示す様な矩形波にな
る。

トランジスタＱ１は前述した様に矩形波を発生する。

バイポーラ−のトランジスタでは周知の様にベスに十分
なキャリヤーが注入されると、蓄積効果により入力が取
りさられれた後も暫く電流が流れつづける、その結果ト
ランジスタＱ１のコレクタには第二Ｉｇｄに示すような
矩形波を出力する。

この矩形波のパルス幅はトランジスタＱｌの蓄積効果に
よろて決まり、トランジスタの種類が決まれば、はぼ一
定である。

トランジスタＱ２はスイッチングトランジスタであり、
そのコレクタに電圧変換用の変成器（トランス）Ｔと、
共振回路を形成するチョウクコイルＬ１とコンデンサＣ
１が接続されている。

チョウクコイルＬ１の両端に現れる共振波形を第二図ｅ
に示し、トランジスタＱ２のコレクタに現れる電圧波形
をｆに示す。

そしてトランジスタＱ２を流れる電流波形を第二図ｇに
示す。

電圧変成器Ｔの二次巻線に接続されているダイオードＤ
２、Ｄ３、チョウクコイルＬ２及びコンデンサＣ３はそ
れぞれ整流回路及び平滑回路を形成し、負荷りに直流出
力を供給する。

ダイオードＤ４はツェナーダイオードであり、要求出力
電圧に見合った電圧値を持つものが使用される。

ダイオードＤ５はＬＥＤでありホトトランジスタＱ３と
ホトカプラーを形成する。

出力電圧が規程値を超えツェナーダイオードＤ４が通電
するとＬＥＤＤ５が発光し、その結果ホトトランジスタ
Ｑ３が導通する。

そして、その結果発振回路の発振周波数が高くなる、前
述した様にトランジスタＱ１のＯＮ期間は蓄積効果によ
って決まるので発振回路の発振周波数によって影響され
ない。

従ってスイッチングトランジスタＱ２のＯＦＦ期間も一
定であるから、発振回路の発振周波数が高くなる事によ
りトランジスタＱ１のＯＦＦ期間及びトランジスタＱ２
のＯＮ期間のみが短かくなり出力電圧が制御される事に
なる。

この実施例の場合にはトランジスタＱ２のコレクタには
常に正弦波の１／２波形しか現れない。

また電流波形と電圧波形が交差する期間も極めて少ない
。

次ぎに第三図にセンタータップ方式の実施例を示す。

図に於いて電源Ｐ、抵抗Ｒ１，Ｒ２コンデンサＣ２トラ
ンジスタＱ１．Ｃ３からなる発振回路と波形整形回路及
びダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５チョウクコイルＬ
２コンデンサｃ３負荷りから成る二次回路の機能、動作
は第一図の場合とほぼ同様である。

センタータップ方式の特徴はスイッチングトランジスタ
が２個用いられプッシュプル動作を行うところにある。

トランジスタＱ２．Ｑ２’がそれで、さらにこの方式で
は共振用コンデンサがトランスＴの一次巻線の両端に挿
入される。

またベース駆動用三次巻線Ｎｂが追加され、トランジス
タＱ２、Ｃ２°へそれぞれ正帰還となるように接続され
る。

トランジスタＱｌがＯＦＦすると、トランジスタＱ２の
ベースに接続されている起動用抵抗Ｒ３によりトランジ
スタＱ２がＯＮＬ、その結果三次巻線Ｎｂに電圧が発生
しＣ２はさらに深く駆動される、しかしトランスＴには
共振用コンデンサＣＩ’が接続されているのでトランジ
スタＱ２のコレクタ電圧は正弦波を描いて上昇し再び下
降し零点に達する。

従って三次巻線Ｎｂの電圧も零となりトランジスタＱ２
はＯＦＦする。

またトランジスタＱ１もほぼ同じ時期にＯＮする様に設
定されている。

トランジスタＱ２のコレクタ電圧は零点を超えさらに下
降をつづける、従ってトランスＴの一次巻線の反対側に
接続されているトランジスタＱ２’のコレクタ電圧は逆
に上昇をはじめる、その結果トランジスタＱ２’のベー
スには三次巻線Ｎｂを通じて電圧が加えられＯＮする。

そしてトランジスタＱ２°のコレクタ電圧は正弦波を描
いて上昇し下降し再び零点に達する。

しかし今度はトランジスタＱ１がＯＮ状態にあり、トラ
ンジスタＱ２のベースが接地されているのでトランジス
タＱ２はＯＮに入る事が出来ず、共振は停止する。

トリガーダイオードＤ１が次ぎのパルスを発生すると装
置は再び共振を一回だけくりがえす。

この時のトランスＴの一次巻線の両端の電圧波形を第四
図ｆ゛にトランジスタＱ２、Ｃ２’の電流波形を第四図
ｇ’、ｇ”に示す。

出力電力は共振期間と休止期間の比で決まり、その比は
トリガーダイオードＤｉとＲ１，Ｒ２゜Ｃ２よりなる発
振回路の発振周波数に依って決まる。

発振回路の発振周波数はツェナーダイオードＤ４とホト
カプラ−Ｄ５、Ｃ３に依って制御されることは前回と同
様である。

ここではバイポーラトランジスタを使用した場合につい
て説明したが、ＦＥＴを用いても同様に実施できる。

その他、この発明の要旨を変えない範囲において１種々
変形可能なことは勿論である。

［発明の効果］ 以上、詳述した様にこの発明に依れば、スイッチング損
失とノイズの発生が少なく、且つ出力制御の容易な共振
式スイッチング電圧変換装置を提供する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第一図はこの発明によるフォワードコンバータ方式の電
圧変換装置の回路図であり、第二図はその各部の電圧、
電流波形である。 第三図はこの発明によるセンタータップ方式の電圧変換
装置の回路図を示し、第四図はその各部の電圧、電流波
形である。 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４・抵抗 Ｐ・・・・・・・・・・・電源 Ｃ１，Ｃ１°、Ｃ２、Ｃ３・・コンデンサＬ１．．Ｌ２
・・・・・・・・ナララフコイルＤｉ、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ
４、Ｄ５・ダイオードＱ１．Ｑ２．Ｑ２°、Ｑ３・・ト
ランジスタＴ・・・・・・・・・・・・・トランスし・
・・・・・・・・・・・・負荷

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電圧変成器、スイッチング素子、整流回路、発振回路お
   よび制御回路からなる電圧変換回路において電圧変成器
   の一次巻線に直列にＬＣ共振回路を接続し、スイッチン
   グ素子のＯＦＦ期間に電圧変成器の一次側に共振電圧を
   発生させ、且つスイッチング素子のＯＦＦ期間をほぼ前
   記ＬＣ共振回路の共振波長の１／２に等しく取り、出力
   電圧の制御をスイッチング素子のＯＮ時間を変える事に
   より行う事を特徴とする電圧変換装置。