JP2001054279A - スナバ回路 - Google Patents

スナバ回路

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JP2001054279A JP2000028567A JP2000028567A JP2001054279A JP 2001054279 A JP2001054279 A JP 2001054279A JP 2000028567 A JP2000028567 A JP 2000028567A JP 2000028567 A JP2000028567 A JP 2000028567A JP 2001054279 A JP2001054279 A JP 2001054279A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 その目的は、抵抗を使わないLCスナバによる
損失の低減が可能な電力変換器のスナバ回路を提供する
ことにある。 【解決手段】 第1のスイッチング手段3のオン期間内
で第2のスイッチング手段16をオンすることにより、
第1のスイッチング手段3のオフ期間に第1のコンデン
サ14に充電された電荷を、第1のコンデンサ14とリ
アクトル15との共振現象を利用して直流電源1に回生
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換器のスナ
バ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図32は、例えば「スイッチングコンバ
ータの基礎」(1992年2月25日発行、コロナ社、
原田、二宮、顧著)の104頁に示された従来のRCDス
ナバ回路付きのフォワード形DC/DCコンバータを示す回
路図である。図32において、1は直流電源、2はトラ
ンスであり、2aは第1の巻線、2bは第2の巻線、2c
はリセット巻線、3はスイッチング素子、4は整流用ダ
イオード、5は電流の環流手段としての環流用ダイオー
ド、6はチョークコイル、7は平滑コンデンサであり、
チョークコイル6と平滑コンデンサ7とで出力LCフィル
タを構成している。8はトランスのリセット用のダイオ
ードであり、9はスナバ用ダイオード、10はスナバ用
コンデンサ、11はスナバ用の放電抵抗である。スナバ
用ダイオード9とスナバ用コンデンサ10、およびスナ
バ用放電抵抗11でRCDスナバ回路12を構成してい
る。
【0003】次に動作について説明する。RCDスナバ回
路12はスイッチング素子3をターンオフすると、スナ
バ用ダイオード9が導通状態となり、配線の寄生インダ
クタンスやトランスの漏れインダクタンスに蓄積された
エネルギーをスナバ用コンデンサ10に充電し、スイッ
チング素子3に発生するスパイク電圧を抑制する。スイ
ッチング素子3の電圧がスナバ用コンデンサ10の電圧
より低くなると、スナバ用コンデンサ10に充電された
エネルギー、即ちスナバエネルギーがスナバ用放電抵抗
11により放電される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、
トランスの漏れインダクタンスや配線の寄生インダクタ
ンスに蓄積されたエネルギーをスナバ用コンデンサ10
に充電した後、スナバ用放電抵抗11により消費するこ
とになるため、損失が大きくなり、効率が低下し、発熱
が増加する問題があった。
【0005】また、スイッチング素子3のターンオフ時
の電圧上昇率を抑制することによりスイッチング損失や
発生ノイズを低減するためには、スナバ用コンデンサ1
0の容量値を大きくする必要があるが、容量値を大きく
すればするほどますますRCDスナバ回路12での損失が
大きくなり、効率低下、発熱増加を招くという問題があ
った。
【0006】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたもので、その目的は、抵抗を使わないLC
スナバによる損失の低減が可能な電力変換器のスナバ回
路を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係るスナバ回
路は、第1のスイッチング手段を有し直流電源間で電力
の変換を行う電力変換手段の当該第1のスイッチング手
段の極間に接続された、第1のダイオードと第1のコン
デンサとの直列接続体を備えたスナバ回路において、上
記第1のダイオードと第1のコンデンサとの接続点と上
記直流電源との間に接続された、誘導性素子と第2のス
イッチング手段との直列接続体を備え、上記第1のスイ
ッチング手段のオン期間内で上記第2のスイッチング手
段をオンすることにより、上記第1のスイッチング手段
のオフ期間に上記第1のコンデンサに充電された電荷
を、上記第1のコンデンサと誘導性素子との共振現象を
利用して上記直流電源に回生するようにしたものであ
る。
【0008】この発明に係るスナバ回路は、第1のスイ
ッチング手段を有し第1の直流電源からの電力を変換し
て第2の直流電源に出力する電力変換手段の当該第1の
スイッチング手段の極間に接続された、第1のダイオー
ドと第1のコンデンサとの直列接続体を備えたスナバ回
路において、上記第1のダイオードと第1のコンデンサ
との接続点と上記直流電源との間に接続された、誘導性
素子と第2のスイッチング手段との直列接続体を備え、
上記第1のスイッチング手段のオン期間内で上記第2の
スイッチング手段をオンすることにより、上記第1のス
イッチング手段のオフ期間に上記第1のコンデンサに充
電された電荷を、上記第1のコンデンサと誘導性素子と
の共振現象を利用して上記直流電源に回生するようにし
たものである。
【0009】この発明に係るスナバ回路は、その誘導性
素子と第2のスイッチング手段との直列接続体を第1の
ダイオードと第1のコンデンサとの接続点と第1の直流
電源との間に接続し、第1のスイッチング手段のオフ期
間に上記第1のコンデンサに充電された電荷を、上記第
1のコンデンサと誘導性素子との共振現象を利用して上
記第1の直流電源に回生するようにしたものである。
【0010】この発明に係るスナバ回路は、その誘導性
素子と第2のスイッチング手段との直列接続体を第1の
ダイオードと第1のコンデンサとの接続点と第2の直流
電源との間に接続し、第1のスイッチング手段のオフ期
間に上記第1のコンデンサに充電された電荷を、上記第
1のコンデンサと誘導性素子との共振現象を利用して上
記第2の直流電源に回生するようにしたものである。
【0011】この発明に係るスナバ回路は、その第1の
ダイオードと第1のコンデンサとの直列接続体および誘
導性素子と第2のスイッチング手段との直列接続体をそ
れぞれ一対づつ設け、上記各誘導性素子と第2のスイッ
チング手段との直列接続体を上記各第1のダイオードと
第1のコンデンサとの接続点と第1および第2の直流電
源との間に接続し、第1のスイッチング手段のオフ期間
に上記第1のコンデンサに充電された電荷を、上記第1
のコンデンサと誘導性素子との共振現象を利用して上記
第1およびまたは第2の直流電源に回生するようにした
ものである。
【0012】この発明に係るスナバ回路は、直流電源
と、低電位側端子が上記直流電源の低電位側端子に接続
された第1のスイッチング手段とを備えた電力変換手段
のスナバ回路において、アノード端子が上記第1のスイ
ッチング素子の高電位側端子に接続された第1のダイオ
ードと、一方の端子が上記第1のダイオードのカソード
端子に接続され他方の端子が上記第1のスイッチング手
段の低電位側端子に接続された第1のコンデンサと、上
記第1のダイオードおよび第1のコンデンサの接続点と
上記直流電源の高電位側端子との間に接続された、誘導
性素子と第2のスイッチング手段との直列接続体とを備
えたものである。
【0013】この発明に係るスナバ回路は、そのアノー
ド端子が上記第1のスイッチング手段の低電位側端子に
接続されカソード端子が第1のスイッチング手段の高電
位側端子に接続された第2のダイオードを備えたもので
ある。
【0014】この発明に係るスナバ回路は、そのアノー
ド端子が上記第1のスイッチング手段の低電位側端子に
接続されカソード端子が第1のコンデンサの一方の端子
に接続された第2のダイオードを備えたものである。
【0015】この発明に係るスナバ回路は、その第1の
スイッチング手段のターンオン直前の第1のコンデンサ
の電圧を直流電源の電圧の2倍以下としたものである。
【0016】この発明に係るスナバ回路は、その第1の
スイッチング手段の高電位側端子と直流電源の高電位側
端子との間に電力変換手段のトランスの巻線が挿入され
たものである。
【0017】この発明に係るスナバ回路は、直流電源
と、低電位側端子が上記直流電源の低電位側端子に接続
された第1のスイッチング手段とを備えた電力変換手段
のスナバ回路において、アノード端子が上記第1のスイ
ッチング素子の高電位側端子に接続された第1のダイオ
ードと、一方の端子が上記第1のダイオードのカソード
端子に接続され他方の端子が上記第1のスイッチング手
段の低電位側端子に接続された第1のコンデンサと、一
方の端子が上記第1のダイオードおよび第1のコンデン
サの接続点に接続された第2のスイッチング手段と、上
記第2のスイッチング手段の他方の端子と上記直流電源
の高電位側端子との間に接続された誘導性素子と、アノ
ード端子が上記第1のスイッチング手段の低電位側端子
に接続されカソード端子が上記第2のスイッチング手段
および誘導性素子の接続点に接続された第2のダイオー
ドとを備えたものである。
【0018】この発明に係るスナバ回路は、その第1の
スイッチング手段の高電位側端子と直流電源の高電位側
端子との間に電力変換手段のトランスの巻線が挿入され
たものである。
【0019】この発明に係るスナバ回路は、直流電源
と、高電位側端子が上記直流電源の高電位側端子に接続
された第1のスイッチング手段とを備えた電力変換手段
のスナバ回路において、カソード端子が上記第1のスイ
ッチング素子の低電位側端子に接続された第1のダイオ
ードと、一方の端子が上記第1のダイオードのアノード
端子に接続され他方の端子が上記第1のスイッチング手
段の高電位側端子に接続された第1のコンデンサと、上
記第1のダイオードおよび第1のコンデンサの接続点と
上記直流電源の低電位側端子との間に接続された、誘導
性素子と第2のスイッチング手段との直列接続体とを備
えたものである。
【0020】この発明に係るスナバ回路は、そのアノー
ド端子が上記第1のスイッチング手段の低電位側端子に
接続されカソード端子が第1のスイッチング手段の高電
位側端子に接続された第2のダイオードを備えたもので
ある。
【0021】この発明に係るスナバ回路は、そのカソー
ド端子が上記第1のスイッチング手段の高電位側端子に
接続されアノード端子が第1のコンデンサの一方の端子
に接続された第2のダイオードを備えたものである。
【0022】この発明に係るスナバ回路は、その第1の
スイッチング手段のターンオン直前の第1のコンデンサ
の電圧を直流電源の電圧の2倍以下としたものである。
【0023】この発明に係るスナバ回路は、その第1の
スイッチング手段の低電位側端子と直流電源の低電位側
端子との間に電力変換手段のトランスの巻線が挿入され
たものである。
【0024】この発明に係るスナバ回路は、直流電源
と、高電位側端子が上記直流電源の高電位側端子に接続
された第1のスイッチング手段とを備えた電力変換手段
のスナバ回路において、カソード端子が上記第1のスイ
ッチング素子の低電位側端子に接続された第1のダイオ
ードと、一方の端子が上記第1のダイオードのアノード
端子に接続され他方の端子が上記第1のスイッチング手
段の高電位側端子に接続された第1のコンデンサと、一
方の端子が上記第1のダイオードおよび第1のコンデン
サの接続点に接続された第2のスイッチング手段と、上
記第2のスイッチング手段の他方の端子と上記直流電源
の低電位側端子との間に接続された誘導性素子と、カソ
ード端子が上記第1のスイッチング手段の高電位側端子
に接続されアノード端子が上記第2のスイッチング手段
および誘導性素子の接続点に接続された第2のダイオー
ドとを備えたものである。
【0025】この発明に係るスナバ回路は、その第1の
スイッチング手段の低電位側端子と直流電源の低電位側
端子との間に電力変換手段のトランスの巻線が挿入され
たものである。
【0026】この発明に係るスナバ回路は、その第1の
スイッチング手段に電界効果型トランジスタを使用する
ことにより、その寄生ダイオードを第2のダイオードと
して機能させるようにしたものである。
【0027】この発明に係るスナバ回路は、その第1の
スイッチング手段のオン期間内において第2のスイッチ
ング手段をオン状態にし、かつ、上記第2のスイッチン
グ手段のオン時間を第1のコンデンサと誘導性素子とで
決まる共振周期の1/2以上としたものである。
【0028】この発明に係るスナバ回路は、その第2の
スイッチング手段の電流を検出し、オン状態から上記電
流が零になった後上記第2のスイッチング手段をオフ状
態にするようにしたものである。
【0029】この発明に係るスナバ回路は、その第2の
スイッチング手段を極性を有するものとし、オン状態か
ら電流が零になると自動的にオフするようにしたもので
ある。
【0030】この発明に係るスナバ回路は、その第1の
スイッチング手段のオン、オフ動作と、第2のスイッチ
ング手段のオン、オフ動作をそれぞれ同期させるもので
ある。
【0031】この発明に係るスナバ回路は、その第1の
スイッチング手段の最小オン時間が第1のコンデンサと
誘導性素子とで決まる共振周期の1/2未満で、かつ、
上記第1のスイッチング手段のオン期間内において第2
のスイッチング手段をオン状態にするものである。
【0032】この発明に係るスナバ回路は、その第1の
スイッチング手段のオン、オフ動作と、第2のスイッチ
ング手段のオン、オフ動作をそれぞれ同期させるもので
ある。
【0033】この発明に係るスナバ回路は、第2のスイ
ッチング手段は、電界効果型トランジスタと逆流防止用
のダイオードとの直列接続体としたものである。
【0034】この発明に係るスナバ回路は、その第2の
スイッチング手段がターンオンしたときに誘導性素子に
かかる電圧値VLを、上記誘導性素子のインダクタンス
値Lを第1のコンデンサの容量値Cで割った値の平方根
で表される特性インピーダンスで割って得られる電流値
(VL/√(L/C))において、上記誘導性素子が磁
気飽和を起こさないようにしたものである。
【0035】この発明に係るスナバ回路は、その第2の
スイッチング手段がターンオンしたときに誘導性素子に
かかる電圧値VLを、上記誘導性素子のインダクタンス
値Lを第1のコンデンサの容量値Cで割った値の平方根
で表される特性インピーダンスで割って得られる電流値
(VL/√(L/C))が、上記第2のスイッチング手
段の許容可能な繰り返しピーク電流値以下となるように
したものである。
【0036】
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
一実施例を図について説明する。図1はこの発明の実施
の形態1によるスナバ回路を示す構成図である。従来の
図32で説明したものと同様、例えばフォワード形DC
/DCコンバータ等の電力変換器に適用されるもので、
1はその直流電源、また1’は直流電源と同様に機能す
る第2のコンデンサである。3は上記コンバータの主回
路要素である、例えば、トランジスタやIGBT等の第
1のスイッチング手段である。13は第1のダイオー
ド、14は第1のコンデンサであり、これらは直列接続
されており、第1のスイッチング手段3と並列に接続さ
れている。15は誘導性素子としてのリアクトル、16
は補助スイッチング手段である第2のスイッチング手段
でありこれらは直列接続され、その一端は第1のダイオ
ード13と第1のコンデンサ14との接続点に接続され
ている。また、その他端側は直流電源1の高電位側端
子、または平滑コンデンサなどの第2のコンデンサ1’
の高電位側端子に接続されている。直流電源1の低電位
側端子、または第2のコンデンサ1’の低電位側端子は
第1のスイッチング手段3の低電位側端子に接続されて
おり、第1のスイッチング手段3の高電位側端子には第
1のダイオード13のアノード端子が接続されている。
また、第1のスイッチング手段3と逆並列に第2のダイ
オード17が接続され、スナバ回路18が構成されてい
る。
【0037】なお、図1で直流電源1と別に第2のコン
デンサ1’を表示しているのは、以下に詳述するよう
に、本願発明になるスナバ回路18において、第1のス
イッチング手段3のオフ期間中に第1のコンデンサ14
に蓄積された電荷を回生する回生先が、図1の直流電源
1に限られるものではないことを意味している。即ち、
第1のスイッチング手段3を備えて動作する電力変換器
が、入力側直流電源(第1の直流電源)からの電力を変
換して出力側トランス(第2の直流電源)に出力する場
合、上記した回生は、上記いずれかの直流電源また、そ
の双方に行うことができる。但し、この回生先の具体的
な変形例については、後段の実施の形態15以降で説明
し、それに至る形態例では、回生先としては、第2のコ
ンデンサ1’を直流電源1とほぼ同様の扱いにして説明
するものとする。
【0038】次に動作について説明する。図2は本発明
のスナバ回路動作の一実施例を示す動作波形図である。
図中の図(a)は第1のスイッチング手段3の駆動波
形、図(b)は第2のスイッチング手段16の駆動波
形、図(c)は第1のコンデンサ14の電圧波形Vc、図
(d)はリアクトル15または第2のスイッチング手段
16に流れる電流iLの波形、図(e)は第2のダイオー
ド17に流れる電流iDの波形、図(f)はリアクトル1
5の電圧VLの波形である。
【0039】電力変換器の第1のスイッチング手段3が
ターンオフすると、電力変換器の配線の寄生インダクタ
ンス等に蓄積されていたエネルギーが第1のダイオード
13を介して、第1のコンデンサ14に充電され、第1
のスイッチング手段3にかかる電圧を緩やかに上昇させ
て、ターンオフ時のスパイク電圧を吸収する。また、タ
ーンオフ時の第1のスイッチング手段3の電圧・電流の
重なりが少なくなってスイッチング損失が低減され、ス
イッチングノイズも低減される。第1のコンデンサ14
に充電されたエネルギーは第1のスイッチング手段3の
オフ期間中保持される。
【0040】図2(a)(b)に示すように第1のスイッ
チング手段3がターンオンしたと同時に、第2のスイッ
チング手段16をターンオンすると、第1のコンデンサ
14に蓄積され保持されていたエネルギーが図2(c)
のように放電を開始する。この放電は第1のコンデンサ
14とリアクトル15との共振により行なわれ、リアク
トル15や第2のスイッチング手段16に流れる電流波
形は図2(d)のように正弦波状となる。第1のコンデ
ンサ14に蓄積されていたスナバエネルギーは第1のコ
ンデンサ14→リアクトル15→第2のスイッチング手
段16→直流電源1または第2のコンデンサ1’→第1
のコンデンサ14の経路で直流電源1または第2のコン
デンサ1’に回生される。
【0041】図2(c)に示すように第1のコンデンサ
14の電圧Vcが零になると、第2のダイオード17がオ
ン状態になり、リアクトル15に残っているエネルギー
をリアクトル15→第2のスイッチング手段16→直流
電源1または第2のコンデンサ1’→第2のダイオード
17→第1のダイオード13→リアクトル15の経路で
直流電源1または第2のコンデンサ1’に引き続き回生
する。図2(c)および図2(d)に示すようにリアクト
ル15または第2のスイッチング手段16に流れる電流
iLが零になった後に、第2のスイッチング手段16をオ
フする。
【0042】以上のように電力変換器の配線の寄生イン
ダクタンス等に蓄積されたエネルギーを第1のコンデン
サ14に充電し、そのエネルギーを直流電源1や第2の
コンデンサ1’に回生するので、損失にはならず、効率
の低下を防ぎ、発熱を防止する。また、第1のコンデン
サ14により第1のスイッチング手段3にかかる電圧が
緩やかに変化し、ターンオフ時のスパイク電圧が吸収さ
れ、ターンオフ時の第1のスイッチング手段の電圧・電
流の重なりが少なくなってスイッチング損失が低減さ
れ、スイッチングノイズも低減される。
【0043】更に、上記第2のスイッチング手段16が
ターンオンした時に上記リアクトル15にかかる電圧値
VLを、上記リアクトル15のインダクタンス値Lを上記
第1のコンデンサ14の容量値Cで割った値の平方根√
(L/C)で表わされる特性インピーダンスで割った値VL
/√(L/C)とほぼ等価な電流値において、上記リアク
トル15が磁気飽和を起こさないようにすることによ
り、過大な電流による第2のスイッチング素子16の破
壊を防止し、効率良く第1のコンデンサ14に蓄積され
たエネルギーを直流電源1や第2のコンデンサ1’に回
生できる効果がある。
【0044】また更に、上記第2のスイッチング手段1
6がターンオンした時に上記リアクトル15にかかる電
圧値VLを、上記リアクトル15のインダクタンス値Lを
上記第1のコンデンサ14の容量値Cで割った値の平方
根√(L/C)で表わされる特性インピーダンスで割った
値VL/√(L/C)とほぼ等価な電流値が、上記第2のス
イッチング手段16の許容可能な繰り返しピーク電流値
以下にすることにより、第2のスイッチング素子16の
破壊を防止できる効果がある。
【0045】なお、リアクトル15と第2のスイッチン
グ手段16との接続関係は逆であっても良い。また、第
2のスイッチング手段16のターンオンは、第1のスイ
ッチング手段3のターンオンと同時でなくても第1のス
イッチング手段3のターンオン後であれば同様の動作、
効果を得ることができる。
【0046】また、上記の説明では、第1のコンデンサ
14の電圧Vcが零になった後の、リアクトル15に残っ
ているエネルギーの回生は、第2のダイオード17を経
由して行うとしているが、次の条件が成立する場合は、
第2のダイオード17を省略しても上記リアクトル15
の残留エネルギーの回生が可能となる。即ち、第1のス
イッチング手段3がそのオンの期間に流れる電流の絶対
値が、上記したリアクトル15の残留エネルギーの回生
時に流れる電流の絶対値より大きければ、第2のダイオ
ード17がなくても、リアクトル15→第2のスイッチ
ング手段16→直流電源1または第2のコンデンサ1’
→第1のスイッチング手段3→第1のダイオード13→
リアクトル15の経路が成立して回生動作が可能となる
からである。
【0047】実施の形態2.上記実施の形態1ではリア
クトル15または第2のスイッチング手段16に流れる
電流iLが零になったのを検出し、その後に第2のスイッ
チング手段16をオフするものについて示したが、電流
検出手段を用いずに第1のスイッチング手段3の最小オ
ン時間以内で、第2のスイッチング手段16のオン時間
を第1のコンデンサ14とリアクトル15との共振周期
のほぼ半分以上の時間にあらかじめ設定しておいても良
く、上記実施の形態1と同様の効果を奏すると共に、電
流検出手段が不要になり低コスト化できる効果がある。
【0048】図3はこの発明の実施の形態2によるスナ
バ回路動作を示す動作波形図である。図中の図(a)〜
(e)は上記図2と同一部分の波形である。この図を用
いて動作を説明する。
【0049】上記図1の第1のスイッチング手段3のオ
フ期間の動作は上記実施の形態1と全く同様であり、説
明は省略する。第1のスイッチング手段3がターンオン
した後、あらかじめ設定された時刻Td後に図3(b)の
ように第2のスイッチング手段16をターンオンする。
第1のコンデンサ14とリアクトル15との共振周期の
ほぼ半分の時間が、第1のスイッチング手段3の最小オ
ン時間Ton1以内になるように、あらかじめ第1のコンデ
ンサ14の容量値Cとリアクトル15のインダクタンス
値Lとを設定しておき、第1のコンデンサ14とリアク
トル15との共振周期のほぼ半分の時間以上に第2のス
イッチング手段16のオン時間Ton2を設定しておく。第
2のスイッチング手段16がターンオンすると、第1の
コンデンサ14に蓄積され保持されていたエネルギーが
図3(c)のように放電を開始する。この放電は第1の
コンデンサ14とリアクトル15との共振により行なわ
れ、リアクトル15や第2のスイッチング手段16に流
れる電流波形は図3(d)のように正弦波状となる。第
1のコンデンサ14に蓄積されていたスナバエネルギー
は第1のコンデンサ14→リアクトル15→第2のスイ
ッチング手段16→直流電源1または第2のコンデンサ
1’→第1のコンデンサ14の経路で直流電源1または
第2のコンデンサ1’に回生される。
【0050】図3(c)に示すように第1のコンデンサ
14の電圧Vcが零になると、第2のダイオード17がオ
ン状態になり、リアクトル15の残りのエネルギーをリ
アクトル15→第2のスイッチング手段16→直流電源
1または第2のコンデンサ1’→第2のダイオード17
→第1のダイオード13→リアクトル15の経路で直流
電源1または第2のコンデンサ1’に引き続き回生す
る。第1のコンデンサ14とリアクトル15との共振周
期のほぼ半分以上の時間が経過すると、図3(d)に示
すようにリアクトル15または第2のスイッチング手段
16に流れる電流iLが零になっており、あらかじめ設定
された第2のスイッチング手段16のオン時間Ton2で第
2のスイッチング手段16をオフする。この動作によ
り、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができ
る。
【0051】第1のスイッチング手段3と第2のスイッ
チング手段16とは、ハードウエアとしては一般に、異
なったものとなり、通常、前者の容量は後者のそれより
大きくなる。従って図示しない制御系から両スイッチン
グ手段3,16に対し、同時にターンオンの信号を送出
すると、両者のハードウエアの相違に基づくターンオン
動作特性の差から第2のスイッチング手段16が第1の
スイッチング手段3より先にターンオンする可能性が否
定できない。この場合には、第2のスイッチング手段1
6のターンオンにより、電力変換器の主回路動作への影
響が発生しうる。ところが、図3(b)に示すように、
第2のスイッチング手段16のターンオンのタイミング
を、第1のスイッチング手段3のそれより時間Tdだけ遅
らせるよう設定し、このTdの値を両者の特性を考慮して
適当に選定すれば、第2のスイッチング手段16のター
ンオンのタイミングが第1のスイッチング手段3のそれ
より必ず遅くなり、上述した不具合の懸念が解消される
訳である。
【0052】なお、上記実施の形態2では第1のスイッ
チング手段3がターンオンした後、あらかじめ設定され
た時刻Td後に第2のスイッチング手段16をターンオン
するものについて示したが、上記実施例1と同様に、第
1のスイッチング手段3がターンオンと同時に第2のス
イッチング手段16をターンオンしても同様の効果が得
られる。
【0053】実施の形態3.上記実施の形態2では第1
のコンデンサ14とリアクトル15との共振周期のほぼ
半分の時間以上に第2のスイッチング手段16のオン時
間Ton2をあらかじめ設定しておくものについて示した
が、共振周期のほぼ半分の時間以上であれば良いので、
第1のスイッチング手段3のターンオフに同期して第2
のスイッチング手段16をターンオフするものであって
も良く、上記実施の形態2と同様の効果を奏する。
【0054】図4はこの発明の実施の形態3によるスナ
バ回路動作を示す動作波形図である。図中の図(a)〜
(e)は上記図2および図3と同一部分の波形である。
この図を用いて動作について説明する。
【0055】第1のスイッチング手段3のオフ期間の動
作は上記実施の形態1および実施の形態2と全く同様で
あり、説明は省略する。上記図1の第1のスイッチング
手段3がターンオンした後、あらかじめ設定された時刻
Td後に図4(b)のように第2のスイッチング手段16
をターンオンする。第1のコンデンサ14とリアクトル
15との共振周期のほぼ半分の時間が、第1のスイッチ
ング手段3の最小オン時間Ton1以内になるように、あら
かじめ第1のコンデンサ14の容量値Cとリアクトル1
5のインダクタンス値Lを設定しておく。第1のスイッ
チング手段3の最小オン時間Ton1と第1のスイッチング
手段3のターンオンから第2のスイッチング手段16を
ターンオンするまでの遅延時間Tdの差の時間Ton2が、第
1のコンデンサ14とリアクトル15との共振周期のほ
ぼ半分の時間以上になるようにあらかじめ遅延時間Tdを
設定しておく。エネルギーの回生動作は上記実施の形態
2と同様の動作をするので詳細説明は省略するが、第2
のスイッチング手段16のターンオン後、第1のコンデ
ンサ14とリアクトル15との共振周期のほぼ半分以上
の時間が経過すると、図4(d)に示すようにリアクト
ル15または第2のスイッチング手段16に流れる電流
iLが零になっており、第1のスイッチング手段3のター
ンオフに同期して第2のスイッチング手段16をターン
オフしても、上記実施の形態1あるいは実施の形態2と
同様の効果を得ることができる。
【0056】実施の形態4.上記実施の形態2と実施の
形態3では、第1のスイッチング手段3のターンオンか
ら遅延時間Tdを設けて第2のスイッチング手段16をタ
ーンオンするものについて示したが、第2のスイッチン
グ手段16のオン時間Ton2は第1のコンデンサ14とリ
アクトル15との共振周期のほぼ半分の時間以上であれ
ば良いので、第1のスイッチング手段3のオン、オフ動
作に同期して第2のスイッチング手段16をオン、オフ
動作させるものであっても良く、上記実施の形態2、実
施の形態3と同様の効果を奏すると共に、第1のコンデ
ンサ14の容量値Cとリアクトル15のインダクタンス
値Lをより広い範囲で選定できる効果がある。
【0057】図5はこの発明の実施の形態4によるスナ
バ回路動作を示す動作波形図である。図中の図(a)〜
(e)は上記図2〜図4と同一部分の波形である。この
図を用いて動作について説明する。
【0058】第1のスイッチング手段3のオフ期間の動
作は上記実施の形態1〜3と全く同様であり、説明は省
略する。上記図1の第1のスイッチング手段3のターン
オンに同期して、図5(b)のように第2のスイッチン
グ手段16をターンオンする。第1のコンデンサ14と
リアクトル15との共振周期のほぼ半分の時間が、第1
のスイッチング手段3の最小オン時間Ton1以内になるよ
うに、あらかじめ第1のコンデンサ14の容量値Cとリ
アクトル15のインダクタンス値Lとを設定しておく。
エネルギーの回生動作は上記実施の形態2、実施の形態
3と同様の動作をするので詳細説明は省略するが、第2
のスイッチング手段16のターンオン後、第1のコンデ
ンサ14とリアクトル15との共振周期のほぼ半分以上
の時間が経過すると、図5(c)に示すように第1のコ
ンデンサ14の電圧Vcは零になっており、また図5
(d)に示すようにリアクトル15または第2のスイッ
チング手段16に流れる電流iLが零になっているので、
第1のスイッチング手段3のターンオフに同期して第2
のスイッチング手段16をターンオフすることができ
る。これにより容易に上記実施の形態2、実施の形態3
と同様の効果を得ることができると共に、第2のスイッ
チング手段16のオン時間Ton2が許容可能な最大時間に
したので、第1のコンデンサ14の容量値Cとリアクト
ル15のインダクタンス値Lをより広い範囲で選定でき
る効果が得られる。
【0059】なお、第2のスイッチング手段16のター
ンオフのタイミングについては、第2のスイッチング手
段16自体を極性を有するものとし、第1のスイッチン
グ手段3のターンオフのタイミングと関連させることな
く、第2のスイッチング手段16の電流が零となったタ
イミングでオフさせるようにしてもよいことは勿論であ
る。
【0060】実施の形態5.上記実施の形態1〜4では
第1のスイッチング手段3の低電位側端子が直流電源1
の低電位側端子、または第2のコンデンサ1’の低電位
側端子に接続されたものについて示したが、第1のスイ
ッチング手段3の高電位側端子が直流電源1の高電位側
端子、または第2のコンデンサ1’の高電位側端子に接
続されたものでも良く、上記実施の形態1〜4と同様の
効果を奏する。
【0061】図6はこの発明の他の実施の形態を示す図
である。図において、13〜17は上記図1に示した実
施の形態1の構成要素と同等のものである。14は第1
のコンデンサ、13は第1のダイオードであり、これら
は直列接続されており、第1のスイッチング手段3と並
列に接続されている。15はリアクトル、16は補助ス
イッチング手段である第2のスイッチング手段でありこ
れらは直列接続され、その一端は第1のコンデンサ14
と第1のダイオード13との接続点に接続されている。
また、その他端側は直流電源1の低電位側端子、または
平滑コンデンサなどの第2のコンデンサ1’の低電位側
端子に接続されている。直流電源1の高電位側端子、ま
たは第2のコンデンサ1’の高電位側端子は第1のスイ
ッチング手段3の高電位側端子に接続されており、第1
のスイッチング手段3の低電位側端子には第1のダイオ
ード13のカソード端子が接続されている。また、第1
のスイッチング手段3と逆並列に第2のダイオード17
が接続され、スナバ回路19が構成されている。なお、
リアクトル15と第2のスイッチング手段16の接続関
係は逆であっても良い。
【0062】次に動作について説明する。基本的な動作
は、上記実施の形態1〜4とほぼ同様の動作をするので
詳細な説明は省略する。異なる点は、第2のスイッチン
グ手段16をターンオンした時の第1のコンデンサ14
に蓄積され保持されていたエネルギーの放電経路であ
り、第1のコンデンサ14→直流電源1または第2のコ
ンデンサ1’→第2のスイッチング手段16→リアクト
ル15→第1のコンデンサ14の経路で直流電源1また
は第2のコンデンサ1’にスナバエネルギーが回生され
る。
【0063】また、第1のコンデンサ14の電圧Vcが零
になった後の電流経路は、リアクトル15→第1のダイ
オード13→第2のダイオード17→直流電源1または
第2のコンデンサ1’→第2のスイッチング手段16→
リアクトル15の上記実施の形態1〜4と逆向きの経路
で直流電源1または第2のコンデンサ1’に引き続き回
生する。
【0064】なお、第1のスイッチング手段3のオン期
間における通電状態の条件によっては、第2のダイオー
ド17を省略し得ることは実施の形態1で説明したと同
様である。
【0065】実施の形態6.上記実施の形態1〜4では
第1のスイッチング手段3と逆並列に第2のダイオード
17が接続されたものについて示したが、第2のダイオ
ードが第1のコンデンサ14と並列に接続されたもので
も良く、上記実施の形態1〜4と同様の効果を奏すると
共に、第1のコンデンサ14の電圧が零になった後の電
流経路に第1のダイオード13が含まれず、回生時に第
1のダイオード13の導通損失分のエネルギー損失が発
生せず、その分、有効に直流電源1または第2のコンデ
ンサ1’に回生できる効果がある。
【0066】図7はこの発明の他の実施の形態を示す図
である。図において、13〜16は上記図1に示した実
施の形態1の構成要素と同等のものである。異なる点
は、第1のスイッチング手段3と逆並列に接続された第
2のダイオード17の代わりに、第1のコンデンサ14
と並列に第2のダイオード20が接続され、スナバ回路
21が構成されているところである。
【0067】次に動作について説明する。基本的な動作
は、上記実施の形態1〜4とほぼ同様の動作をするので
詳細な説明は省略する。異なる点は、第1のコンデンサ
14の電圧Vcが零になった後の電流経路であり、リアク
トル15→第2のスイッチング手段16→直流電源1ま
たは第2のコンデンサ1’→第2のダイオード20→リ
アクトル15の経路で第1のダイオード13を通らずに
直流電源1または第2のコンデンサ1’に回生するとこ
ろであり、第1のダイオード13の導通損失分のエネル
ギーを有効に直流電源1または第2のコンデンサ1’に
回生できる。
【0068】実施の形態7.上記実施の形態5では第1
のスイッチング手段3と逆並列に第2のダイオード17
が接続されたものについて示したが、上記実施の形態6
と同様に第2のダイオード20が第1のコンデンサ14
と並列に接続されたものでも良く、上記実施の形態6と
同様の効果を奏する。
【0069】図8はこの発明の他の実施の形態を示す図
である。図において、13〜16は上記図6に示した実
施の形態5の構成要素と同等のものである。異なる点
は、第1のスイッチング手段3と逆並列に接続された第
2のダイオード17の代わりに、第1のコンデンサ14
と並列に第2のダイオード20が接続され、スナバ回路
22が構成されているところである。
【0070】次に動作について説明する。基本的な動作
は、上記実施の形態5とほぼ同様の動作をするので詳細
な説明は省略する。異なる点は、第1のコンデンサ14
の電圧Vcが零になった後の電流経路であり、リアクトル
15→第2のダイオード20→直流電源1または第2の
コンデンサ1’→第2のスイッチング手段16→リアク
トル15の経路で第1のダイオード13を通らずに直流
電源1または第2のコンデンサ1’に回生するところで
あり、第1のダイオード13の導通損失分のエネルギー
を有効に直流電源1または第2のコンデンサ1’に回生
できる。
【0071】実施の形態8.ところで、第1のスイッチ
ング手段3のターンオン直前の第1のコンデンサ14の
電圧は、回路の寄生インダクタンスや漏れインダクタン
スの大きさや流れる電流により決まる。従って、回路の
構成や電力変換器としての定格が決まれば上記した第1
のコンデンサ14の電圧はほぼ決定される。既述した実
施の形態1〜7では、第1のスイッチング手段3のター
ンオン直前の第1のコンデンサ14の電圧は、直流電源
1の電圧Eの2倍以上であり、原理上、第2のスイッチ
ング手段16のターンオンで減少し始める第1のコンデ
ンサ14の電圧Vcが零までになるケースについて説明し
たが、第1のスイッチング手段3のターンオン直前の第
1のコンデンサ14の電圧が直流電源1の電圧または第
2のコンデンサ1’の電圧の2倍未満である場合には、
第1のコンデンサ14の電圧が零にならず、第2のダイ
オード17および20の無いスナバ回路であっても良
く、上記実施の形態1〜7と同様の効果を奏すると共
に、部品点数を低減でき低コスト化できる効果がある。
【0072】図9はこの発明の他の実施の形態を示す図
である。図において、13〜16は上記図1あるいは図
7に示した構成要素と同等のものである。異なる点は、
第2のダイオード17または20を使用せずにスナバ回
路23が構成されているところである。
【0073】図10はこの発明の実施の形態8によるス
ナバ回路動作の一例を示す動作波形図である。図中の図
(a)〜(d)は上記図2〜図5と同一部分の波形であ
る。この図を用いて動作を説明する。基本的な動作は、
上記実施の形態1〜4や実施の形態6とほぼ同様の動作
をするので詳細な説明は省略する。異なる点は、第1の
スイッチング手段3のターンオン直前の第1のコンデン
サ14の電圧が直流電源1の電圧または第2のコンデン
サ1’の電圧の2倍未満である場合には、図10(c)
に示すように第1のコンデンサ14の電圧Vcが零になら
ずに、図10(d)に示すようにリアクトル15の電流
が零となってスナバエネルギーの回生が終了するところ
である。なお、第1のスイッチング手段3のターンオン
直前の第1のコンデンサ14の電圧が直流電源1の電圧
または第2のコンデンサ1’の電圧のちょうど2倍の場
合に、抵抗成分を無視するとリアクトル15の電流が零
となると同時に、第1のコンデンサ14の電圧Vcが零に
なるため、少なくとも2倍以下迄は第2のダイオード1
7または20を不要にできる。
【0074】なお、図10(c)で第1のコンデンサ1
4の電圧Vcが零にならず残留した電荷量は、直流電源1
への回生の対象外となる。
【0075】実施の形態9.上記実施の形態8では第1
のスイッチング手段3の低電位側端子が直流電源1の低
電位側端子、または第2のコンデンサ1’の低電位側端
子に接続されたものについて示したが、第1のスイッチ
ング手段3の高電位側端子が直流電源1の高電位側端
子、または第2のコンデンサ1’の高電位側端子に接続
されたものでも良く、上記実施の形態8と同様の効果を
奏する。
【0076】図11はこの発明の他の実施の形態を示す
図である。図において、13〜16は上記図6あるいは
図8に示した構成要素と同等のものである。異なる点
は、第2のダイオード17または20を使用せずにスナ
バ回路24が構成されているところである。
【0077】基本的な動作は、上記実施の形態5や実施
の形態7とほぼ同様の動作をするので詳細な説明は省略
する。異なる点は、上記実施の形態8と同様に第1のス
イッチング手段3のターンオン直前の第1のコンデンサ
14の電圧が直流電源1の電圧または第2のコンデンサ
1’の電圧の2倍未満である場合には、上記図10
(c)に示すように第1のコンデンサ14の電圧Vcが零
にならずに、上記図10(d)に示すようにリアクトル
15の電流が零となってスナバエネルギーの回生が終了
するところである。なお、第1のスイッチング手段3の
ターンオン直前の第1のコンデンサ14の電圧が直流電
源1の電圧または第2のコンデンサ1’の電圧のちょう
ど2倍の場合に、抵抗成分を無視するとリアクトル15
の電流が零となると同時に、第1のコンデンサ14の電
圧Vcが零になるため、少なくとも2倍以下迄は第2のダ
イオード17または20を不要にできる。
【0078】実施の形態10.ところで、第1のスイッ
チング手段3の最小オン時間が例えば電力変換器の無負
荷時や軽負荷時等で非常に短い時間になる場合がある
が、一方において第1のスイッチング手段3のターンオ
フ時のスパイク電圧の抑制、スイッチングノイズの低
減、スイッチング損失の低減をするために第1のコンデ
ンサ14の容量値をある程度大きくする必要から、第1
のコンデンサ14とリアクトル15との共振周期の半分
の時間が第1のスイッチング手段3の最小オン時間より
長くなってしまう場合が起こりうる。この場合、リアク
トル15に電流が流れている状態、即ちエネルギーが残
っている状態で第2のスイッチング手段16をオフする
ことになり、第2のスイッチング手段16にはそのター
ンオフ時に過大なスパイク電圧が発生し、ノイズの増
加、効率の低下、あるいは発熱を引き起こす問題があ
り、第2のスイッチング手段16が破壊に到る場合もあ
ると言った問題もある。
【0079】この実施の形態10はこの問題を解消する
ために検討されたもので、第1のコンデンサ14の電圧
Vcが零になった後、第2のスイッチング手段16を経由
することなくリアクトル15のエネルギーを直流電源1
に回生することを可能とするものである。
【0080】図12はこの発明の他の実施の形態を示す
図である。図において、13〜16は上記図7に示した
構成要素と同等のものである。電力変換器の第1のスイ
ッチング手段3と並列に、直列接続した第1のダイオー
ド13と第1のコンデンサ14とを接続し、第1のダイ
オード13と第1のコンデンサ14との接続点に第2の
スイッチング手段16、リアクトル15を順に直列に接
続し、リアクトル15の他端側を直流電源1の高電位側
端子、または第2のコンデンサ1’の高電位側端子に接
続し、また直流電源1の低電位側端子、または上記第2
のコンデンサ1’の低電位側端子は第1のスイッチング
手段3の低電位側端子に接続した回路であり、第2のス
イッチング手段16とリアクトル15との接続点と直流
電源1の低電位側端子、または第2のコンデンサ1’の
低電位側端子との間に第2のダイオード25を接続して
スナバ回路26が構成されている。
【0081】基本的な動作は、上記実施の形態6とほぼ
同様の動作をするので詳細な説明は省略する。異なる点
は、第1のコンデンサ14の電圧Vcが零になった後の電
流経路が、リアクトル15→直流電源1または第2のコ
ンデンサ1’→第2のダイオード25→リアクトル15
の経路となり第2のスイッチング手段16を通らずに、
第2のスイッチング手段16の導通損失分のエネルギー
を有効に直流電源1または第2のコンデンサ1’に回生
できるところである。
【0082】以上のように、第2のスイッチング手段1
6をオフした後の電流経路が、リアクトル15→直流電
源1または第2のコンデンサ1’→第2のダイオード2
5→リアクトル15の経路となるようにすることによ
り、リアクトル15に残ったエネルギーが上記経路で直
流電源1または第2のコンデンサ1’に回生できる効果
があり、第2のスイッチング手段16にはターンオフ時
のスパイク電圧の防止、ノイズ発生の防止、効率低下の
防止、あるいは発熱防止、第2のスイッチング手段16
の破壊防止の効果がある。この場合、第2のスイッチン
グ手段16のオン時間は第1のスイッチング手段3のオ
ン時間以内にする。
【0083】また、第1のスイッチング手段3の最小オ
ン時間が、第1のコンデンサ14と誘導性素子15との
共振周期の半分の時間より短い場合においては、第2の
スイッチング手段16をオフした後の電流経路が、リア
クトル15→直流電源1または第2のコンデンサ1’→
第2のダイオード25→リアクトル15の経路となり、
リアクトル15に残ったエネルギーが直流電源1または
第2のコンデンサ1’に回生できる。
【0084】また、第1のスイッチング手段3の最小オ
ン時間が、第1のコンデンサ14と誘導性素子15との
共振周期の半分の時間より短い場合においては、第1の
スイッチング手段3のオン、オフ動作に、第2のスイッ
チング手段16のオン、オフを同期させることにより、
第2のスイッチング手段16のオン時間が第1のスイッ
チング手段3のオン時間と同一の、許容できる最大オン
時間にできるため、第1のコンデンサ14に蓄積したエ
ネルギーを最大限、直流電源1または第2のコンデンサ
1’に回生でき、第1のコンデンサ14の残留電荷を最
小にすることができる。
【0085】実施の形態11.上記実施の形態10では
第1のスイッチング手段3の低電位側端子が直流電源1
の低電位側端子、または第2のコンデンサ1’の低電位
側端子に接続されたものについて示したが、第1のスイ
ッチング手段3の高電位側端子が直流電源1の高電位側
端子、または第2のコンデンサ1’の高電位側端子に接
続されたものでも良く、上記実施の形態10と同様の効
果を奏する。
【0086】図13はこの発明の他の実施の形態を示す
図である。図において、13〜16は上記図8に示した
構成要素と同等のものである。電力変換器の第1のスイ
ッチング手段3と並列に、直列接続した第1のコンデン
サ14と第1のダイオード13とを接続し、第1のコン
デンサ14と第1のダイオード13との接続点に第2の
スイッチング手段16、リアクトル15を順に直列に接
続し、リアクトル15の他端側を直流電源1の低電位側
端子、または第2のコンデンサ1’の低電位側端子に接
続し、また直流電源1の高電位側端子、または上記第2
のコンデンサ1’の高電位側端子は第1のスイッチング
手段3の高電位側端子に接続した回路であり、第2のス
イッチング手段16とリアクトル15との接続点と直流
電源1の高電位側端子、または第2のコンデンサ1’の
高電位側端子との間に第2のダイオード25を接続して
スナバ回路27が構成されている。
【0087】基本的な動作は、上記実施の形態7とほぼ
同様の動作をするので詳細な説明は省略する。異なる点
は、第1のコンデンサ14の電圧Vcが零になった後の電
流経路が、リアクトル15→第2のダイオード25→直
流電源1または第2のコンデンサ1’→リアクトル15
の経路となり第2のスイッチング手段16を通らずに、
第2のスイッチング手段16の導通損失分のエネルギー
を有効に直流電源1または第2のコンデンサ1’に回生
できるところである。
【0088】また、第1のスイッチング手段3の最小オ
ン時間が、第1のコンデンサ14とリアクトル15との
共振周期の半分の時間より短い場合においては、第2の
スイッチング手段16をオフした後の電流経路が、リア
クトル15→第2のダイオード25→直流電源1または
第2のコンデンサ1’→リアクトル15の経路となり、
リアクトル15に残ったエネルギーが直流電源1または
第2のコンデンサ1’に回生できる。
【0089】また、上記実施の形態10と同様に、第1
のスイッチング手段3の最小オン時間が、第1のコンデ
ンサ14とリアクトル15との共振周期の半分の時間よ
り短い場合においては、第1のスイッチング手段3のオ
ン、オフ動作に、第2のスイッチング手段16のオン、
オフを同期させることにより、第2のスイッチング手段
16のオン時間が許容できる最大オン時間にできるた
め、第1のコンデンサ14に蓄積したエネルギーを最大
限、直流電源1または第2のコンデンサ1’に回生で
き、第1のコンデンサ14の残留電荷を最小にすること
ができる。
【0090】実施の形態12.上記実施の形態1〜11
では配線の寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギー
を第1にコンデンサ14に吸収し、直流電源1、または
第2のコンデンサ1’に回生するものについて示した
が、配線の寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギー
だけでなく、トランスの漏れインダクタンスに蓄積され
たエネルギーも第1のコンデンサ14に吸収し、直流電
源1、または第2のコンデンサ1’に回生するものであ
っても良く、上記実施の形態1〜11と同様の効果を奏
すると共に、トランスの漏れインダクタンスに蓄積され
たエネルギーも直流電源1、または第2のコンデンサ
1’に回生するので、損失にはならず、効率の低下を防
ぎ、発熱を防止する。また、第1のコンデンサ14によ
り第1のスイッチング手段3にかかる電圧が緩やかに変
化し、ターンオフ時のスパイク電圧が吸収され、ターン
オフ時の第1のスイッチング手段の電圧・電流の重なり
が少なくなってスイッチング損失が低減され、スイッチ
ングノイズも低減される。
【0091】図14はこの発明の他の実施の形態を示す
図である。図において、1〜3は上記従来例の図32に
示した構成要素と同等のものであり、13〜18は上記
図1に示した構成要素と同等のものである。異なる点
は、直流電源1とトランスの巻線2aと第1のスイッチ
ング手段3とからなる直列回路における、第1のスイッ
チング手段3にスナバ回路18が接続されているところ
である。基本的な動作は、上記実施の形態1〜4とほぼ
同様の動作をするので詳細な説明は省略する。異なる点
は、トランス2の漏れインダクタンスに蓄積されたエネ
ルギーも第1にコンデンサ14に吸収し、直流電源1に
回生するところである。
【0092】図15はこの発明の他の実施の形態を示す
図である。図において、1〜3は上記従来例の図32に
示した構成要素と同等のものであり、13〜17、およ
び19は上記図6に示した構成要素と同等のものであ
る。異なる点は、直流電源1とトランスの巻線2aと第
1のスイッチング手段3とからなる直列回路における、
第1のスイッチング手段3にスナバ回路19が接続され
ているところである。基本的な動作は、上記実施の形態
5とほぼ同様の動作をするので詳細な説明は省略する。
異なる点は、トランス2の漏れインダクタンスに蓄積さ
れたエネルギーも第1にコンデンサ14に吸収し、直流
電源1に回生するところである。
【0093】図16はこの発明の他の実施の形態を示す
図である。図において、1〜3は上記従来例の図32に
示した構成要素と同等のものであり、13〜16および
20、21は上記図7に示した構成要素と同等のもので
ある。異なる点は、直流電源1とトランスの巻線2aと
第1のスイッチング手段3とからなる直列回路におけ
る、第1のスイッチング手段3にスナバ回路21が接続
されているところである。基本的な動作は、上記実施の
形態6とほぼ同様の動作をするので詳細な説明は省略す
る。異なる点は、トランス2の漏れインダクタンスに蓄
積されたエネルギーも第1にコンデンサ14に吸収し、
直流電源1に回生するところである。
【0094】図17はこの発明の他の実施の形態を示す
図である。図において、1〜3は上記従来例の図32に
示した構成要素と同等のものであり、13〜16および
20、22は上記図8に示した構成要素と同等のもので
ある。異なる点は、直流電源1とトランスの巻線2aと
第1のスイッチング手段3とからなる直列回路におけ
る、第1のスイッチング手段3にスナバ回路22が接続
されているところである。基本的な動作は、上記実施の
形態7とほぼ同様の動作をするので詳細な説明は省略す
る。異なる点は、トランス2の漏れインダクタンスに蓄
積されたエネルギーも第1にコンデンサ14に吸収し、
直流電源1に回生するところである。
【0095】図18はこの発明の他の実施の形態を示す
図である。図において、1〜3は上記従来例の図32に
示した構成要素と同等のものであり、13〜16は上記
図14に示した構成要素と同等のものである。異なる点
は、第1のスイッチング手段3が電界効果型トランジス
タであって、第2のダイオード17の代わりに電界効果
型トランジスタ3の寄生ダイオード28が使用されて、
スナバ回路29が構成されているところである。16
a、16bは第2のスイッチング手段であり、ダイオード
16bは逆流を防止して一方向のスイッチング手段を構
成している。なお、リアクトル15、ダイオード16
b、電界効果型トランジスタ16aの接続順序は任意にで
きる。
【0096】基本的な動作は、上記図14に示した実施
の形態とほぼ同様の動作をするので詳細な説明は省略す
る。異なる点は、第2のダイオード17の代わりに電界
効果型トランジスタ3の寄生ダイオード28が使用して
いるところで、これにより部品点数の削減ができ、低コ
スト化ができる効果がある。
【0097】図19はこの発明の他の実施の形態を示す
図である。図において、1〜3は上記従来例の図32に
示した構成要素と同等のものであり、13〜16は上記
図15に示した構成要素と同等のものである。異なる点
は、上記図18と同様に第1のスイッチング手段3が電
界効果型トランジスタであって、第2のダイオード17
の代わりに電界効果型トランジスタ3の寄生ダイオード
30が使用されて、スナバ回路31が構成されていると
ころである。16a、16bは第2のスイッチング手段で
あり、ダイオード16bは逆流を防止して一方向のスイ
ッチング手段を構成している。なお、リアクトル15、
ダイオード16b、電界効果型トランジスタ16aの接続
順序は任意にできる。
【0098】基本的な動作は、上記図15に示した実施
の形態とほぼ同様の動作をするので詳細な説明は省略す
る。異なる点は、第2のダイオード17の代わりに電界
効果型トランジスタ3の寄生ダイオード30が使用して
いるところで、これにより部品点数の削減ができ、低コ
スト化できる効果がある。
【0099】図20、図21はこの発明の他の実施の形
態を示す図である。図において、1〜3は上記従来例の
図32に示した構成要素と同等のものであり、13〜1
6、および23、24は上記図9または図11に示した
構成要素と同等のものである。異なる点は、直流電源1
とトランスの巻線2aと第1のスイッチング手段3とか
らなる直列回路における、第1のスイッチング手段3に
スナバ回路23または24が接続されているところであ
る。基本的な動作は、上記実施の形態8または実施の形
態9とほぼ同様の動作をするので詳細な説明は省略す
る。異なる点は、トランス2の漏れインダクタンスに蓄
積されたエネルギーも第1にコンデンサ14に吸収し、
直流電源1に回生するところである。
【0100】図22、図23はこの発明の他の実施の形
態を示す図である。図において、1〜3は上記従来例の
図32に示した構成要素と同等のものであり、13〜1
6および25〜27は上記図12または図13に示した
構成要素と同等のものである。異なる点は、直流電源1
とトランスの巻線2aと第1のスイッチング手段3とか
らなる直列回路における、第1のスイッチング手段3に
スナバ回路26または27が接続されているところであ
る。基本的な動作は、上記実施の形態10または実施の
形態11とほぼ同様の動作をするので詳細な説明は省略
する。異なる点は、トランス2の漏れインダクタンスに
蓄積されたエネルギーも第1にコンデンサ14に吸収
し、直流電源1に回生するところである。
【0101】実施の形態13.図24は、この発明の他
の実施の形態としてフォワード形DC/DCコンバータに適
用したスナバ回路を示す構成図である。図において、1
〜8は上記従来例の図32に示した構成要素と同等のも
のであり、13〜16および25、26は上記実施の形
態12の図22に示した構成要素と同等のものである。
16a、16bは第2のスイッチング手段であり、ダイオ
ード16bは逆流を防止して一方向のスイッチング手段
を構成している。なお、ダイオード16bはリアクトル
15と直列に接続しても良いし、電界効果型トランジス
タ16aと接続関係が逆でも良い。
【0102】次に動作について説明する。図25は本発
明のスナバ回路26を適用したフォワード形DC/DCコン
バータとスナバ回路の動作の一実施の形態を示す図であ
る。図中の図(a)は第1のスイッチング手段3の駆動
波形、図(b)は第2のスイッチング手段16aの駆動波
形、図(c)は第1のスイッチング手段3の電流idと電
圧vdsの波形、図(d)は第1のコンデンサ14に流れる
電流波形、図(e)は第1のコンデンサ14の電圧波
形、図(f)はリアクトル15に流れる電流波形であ
る。
【0103】第1のスイッチング手段3がターンオフす
ると、配線の寄生インダクタンスとトランス2の漏れイ
ンダクタンスに蓄積されていたエネルギーが第1のダイ
オード13を介して、第1のコンデンサ14に充電さ
れ、第1のスイッチング手段3にかかる電圧を緩やかに
上昇させて、ターンオフ時のスパイク電圧を吸収する。
また、ターンオフ時の第1のスイッチング手段3の電圧
・電流の重なりが少なくなってスイッチング損失が低減
され、スイッチングノイズも低減される。第1のコンデ
ンサ14に充電されたエネルギーは第1のスイッチング
手段3のオフ期間中保持される。
【0104】図25(a)(b)に示すように第1のスイ
ッチング手段3がターンオンしたと同時に、第2のスイ
ッチング手段16aをターンオンすると、第1のコンデ
ンサ14に蓄積され保持されていたエネルギーが図25
(e)のように放電を開始する。この放電は第1のコン
デンサ14とリアクトル15との共振により行なわれ、
リアクトル15や第2のスイッチング手段16aに流れ
る電流波形は図25(f)のように正弦波状となる。第
1のコンデンサ14に蓄積されていたスナバエネルギー
は第1のコンデンサ14→第2のスイッチング手段16
a、16b→リアクトル15→直流電源1→第1のコンデ
ンサ14の経路で直流電源1に回生される。
【0105】図25(e)に示すように第1のコンデン
サ14の電圧Vcが零になると、第2のダイオード25が
オン状態になり、リアクトル15の残りのエネルギーを
リアクトル15→直流電源1→第2のダイオード25→
リアクトル15の経路で直流電源1に引き続き回生す
る。図25(e)および図25(f)に示すようにリアク
トル15または第2のスイッチング手段16aに流れる
電流が零になった後に、第2のスイッチング手段16a
を第1のスイッチング手段3と同期してオフする。
【0106】以上のように配線の寄生インダクタンスと
トランスの漏れインダクタンスに蓄積されたエネルギー
を第1のコンデンサ14に充電し、そのエネルギーを直
流電源1に回生するので、損失にはならず、効率の低下
を防ぎ、発熱を防止する。また、第1のコンデンサ14
により第1のスイッチング手段3にかかる電圧が緩やか
に変化し、ターンオフ時のスパイク電圧が吸収され、タ
ーンオフ時の第1のスイッチング手段の電圧・電流の重
なりが少なくなってスイッチング損失が低減され、スイ
ッチングノイズも低減される。
【0107】また、第1のスイッチング手段3の最小オ
ン時間が、第1のコンデンサ14とリアクトル15との
共振周期の半分の時間より短い場合においては、第2の
スイッチング手段16をオフした後の電流経路が、リア
クトル15→直流電源1→第2のダイオード25→リア
クトル15の経路となり、リアクトル15に残ったエネ
ルギーが直流電源1に回生できる。
【0108】実施の形態14.図26は、この発明の他
の実施の形態としてブーストフォワード形DC/DCコンバ
ータに適用したスナバ回路を示す構成図である。図にお
いて、1〜3および8は上記従来例の図32に示した構
成要素と同等のものであり、13〜16および25、2
6は上記実施の形態13の図24に示した構成要素と同
等のものである。33は整流用ダイオード、34は環流
用ダイオード、35はチョークコイル、36は出力平滑
コンデンサである。
【0109】基本的な動作は、上記図24に示した実施
の形態13とほぼ同様の動作をし、同様の効果を奏する
ので詳細な説明は省略する。
【0110】実施の形態15.以下の形態例では、先に
直流電源1と同様に扱った第2のコンデンサ1’の変形
例、即ち、先の形態例とは異なる直流電源を回生先とす
るスナバ回路について説明する。先ず、図27はAC/
DC/DCコンバータに適用したスナバ回路を示す構成
図である。このコンバータは、交流電源50の電圧を整
流用ダイオードブリッジ51a〜51dで整流しその出
力電圧が入力平滑コンデンサ52で平滑される。この入
力平滑コンデンサ52が後段のDC/DCコンバータの
直流電源として機能する。
【0111】このDC/DCコンバータの部分は、先の
実施の形態13の図24の構成と全く同一であり説明は
省略する。ここでは、第1のスイッチング手段3のオフ
期間に第1のコンデンサ14に充電された電荷は、第1
のコンデンサ14とリアクトル15との共振現象を利用
して直流電源である入力平滑コンデンサ52に回生され
る。即ち、この入力平滑コンデンサ52が既述した第2
のコンデンサ1’に相当する訳である。
【0112】実施の形態16.図28はこの発明の実施
の形態16におけるスナバ回路を示す構成図で、スナバ
回路の回生先の更なる変形例を示すものである。これは
非絶縁形のDC/DCコンバータである降圧形のチョッ
パ装置である。チョッパとしての動作は周知であるので
説明は省略するが、第1のスイッチング手段3のオンオ
フ動作により、直流電源(第1の直流電源)1の電圧が
変換(降圧)されて平滑コンデンサ(第2の直流電源)
7に出力される。
【0113】第1のスイッチング手段3の両極間に接続
された、第1のダイオード13と第1のコンデンサ14
との直列接続体、およびこの第1のダイオード13と第
1のコンデンサ14との接続点とリアクトル6と平滑コ
ンデンサ7との接続点との間に接続された、リアクトル
15と第2のスイッチング手段16との直列接続体から
スナバ回路60を構成している。
【0114】ここでは、第1のスイッチング手段3のオ
フ期間に第1のコンデンサ14に充電された電荷は第1
のコンデンサ14とリアクトル15との共振現象を利用
して第2の直流電源である平滑コンデンサ7に回生され
る、即ち、この平滑コンデンサ7が既述した第2のコン
デンサ1’の相当する。
【0115】実施の形態17.図29はこの発明の実施
の形態17におけるスナバ回路を示す構成図で、スナバ
回路の回生先の更なる変形例を示すものである。先の実
施の形態13の図24で説明したフォワード形DC/D
Cコンバータのトランス2に補助電源用巻線2dを追設
したものである。直流電源1からの電力を変換して平滑
コンデンサ7に出力する主たる変換動作は先の図24と
同一であるので説明を省略する。補助電源用巻線2dの
電圧は整流用ダイオード71で整流されその出力電圧が
平滑コンデンサ72で平滑される。そして、この平滑コ
ンデンサ72が第1のスイッチング手段3の駆動回路7
3の直流電源として機能する。
【0116】第1のスイッチング手段3の両極間に接続
された第1のダイオード13と第1のコンデンサ14と
の直列接続体、およびこの第1のダイオード13と第1
のコンデンサ14との接続点と整流用ダイオード71と
平滑コンデンサ72との接続点との間に接続された、リ
アクトル15と第2のスイッチング手段16との直列接
続体からスナバ回路70を構成している。
【0117】ここでは、第1のスイッチング手段3のオ
フ期間に第1のコンデンサ14に充電された電荷は第1
のコンデンサ14とリアクトル15との共振現象を利用
して補助電源(第2の直流電源)である平滑コンデンサ
72に回生される。即ち、この平滑コンデンサ72が既
述した第2のコンデンサ1’に相当する。
【0118】実施の形態18.図30はこの発明の実施
の形態18におけるスナバ回路を示す構成図で、スナバ
回路の回生先の更なる変形例を示すものである。昇降圧
形のチョッパに適用したもので、チョッパとしての動作
は周知であるので説明を省略するが、ここでは、第1の
ダイオード13a、第1のコンデンサ14a、リアクト
ル15a、第2のスイッチング手段16aからなり第1
のコンデンサ14aに充電された電荷を出力側の第2の
直流電源である出力平滑コンデンサ82に回生するスナ
バ回路80aと、第1のダイオード13b、第1のコン
デンサ14b、リアクトル15b、第2のスイッチング
手段16bからなり第1のコンデンサ14bに充電され
た電荷を入力側の第1の直流電源1に回生するスナバ回
路80bとを備えている。
【0119】入力直流電源1の電圧が出力平滑コンデン
サ82の電圧より低い、昇圧動作の場合には、入力直流
電源1に回生するスナバ回路80bがメインのスナバと
して動作する。逆に、入力直流電源1の電圧が出力平滑
コンデンサ82の電圧より高い、降圧動作の場合には、
出力平滑コンデンサ82に回生するスナバ回路80aが
メインのスナバとして動作する。これにより、入力電圧
の変動に対して、スナバエネルギーを回生し易い方に自
動的に回生することができる。即ち、この形態例では、
第1の直流電源(直流電源1)と第2の直流電源(出力
平滑コンデンサ82)との両者への回生が可能となる訳
である。
【0120】実施の形態19.図31はこの発明の実施
の形態19におけるスナバ回路を示す構成図で、スナバ
回路の回生先の更なる変形例を示すものである。DC/
AC変換装置に適用したもので、直流電源1からの電力
を交流に変換してランプ93を点灯するものである。9
2はランプ93と直列に接続されたリアクトル、94は
ランプ93と並列に接続されたコンデンサである。91
a、91bは平滑コンデンサで、直流電源1からの電力
が一旦この平滑コンデンサ91a、91bに変換される
形となる。
【0121】そして、第1のスイッチング手段3aの両
極間に接続された第1のダイオード13aと第1のコン
デンサ14aとの直列接続体とこの第1のダイオード1
3aと第1のコンデンサ14aとの接続点とランプ93
と平滑コンデンサ91aとの接続点との間に接続された
リアクトル15aと第2のスイッチング手段16aとの
直列接続体からスナバ回路90aを構成し、第1のスイ
ッチング手段3bの両極間に接続された第1のダイオー
ド13bと第1のコンデンサ14bとの直列接続体とこ
の第1のダイオード13bと第1のコンデンサ14bと
の接続点とランプ93と平滑コンデンサ91bとの接続
点との間に接続されたリアクトル15bと第2のスイッ
チング手段16bとの直列接続体からスナバ回路90b
を構成する。
【0122】ここでは、第1のスイッチング手段3aの
オフ期間に第1のコンデンサ14aに充電された電荷は
第1のコンデンサ14aとリアクトル15aとの共振現
象を利用して平滑コンデンサ91aに回生され、第1の
スイッチング手段3bのオフ期間に第1のコンデンサ1
4bに充電された電荷は第1のコンデンサ14bとリア
クトル15bとの共振現象を利用して平滑コンデンサ9
1bに回生される。
【0123】以上、各実施の形態で説明したように、こ
の発明によるスナバ回路は、直流電源を有する各種の電
力変換手段に適用することができ、第1のスイッチング
手段のオフ期間にそのスナバ回路のコンデンサに充電さ
れた電荷の回生先も、入力側の直流電源に限らず、出力
側の直流電源(コンデンサ)、更には、入力/出力両側
の直流電源に設定することができる。
【0124】
【発明の効果】以上のように、この発明に係るスナバ回
路は、第1のスイッチング手段を有し直流電源間で電力
の変換を行う電力変換手段の当該第1のスイッチング手
段の極間に接続された、第1のダイオードと第1のコン
デンサとの直列接続体を備えたスナバ回路において、上
記第1のダイオードと第1のコンデンサとの接続点と上
記直流電源との間に接続された、誘導性素子と第2のス
イッチング手段との直列接続体を備え、上記第1のスイ
ッチング手段のオン期間内で上記第2のスイッチング手
段をオンすることにより、上記第1のスイッチング手段
のオフ期間に上記第1のコンデンサに充電された電荷
を、上記第1のコンデンサと誘導性素子との共振現象を
利用して上記直流電源に回生するようにしたので、損
失、発熱を伴うことなく、第1のスイッチング手段のタ
ーンオフ時のスパイク電圧が吸収でき、ターンオフ時の
電圧・電流の重なりが少なくなってスイッチング損失・
スイッチングノイズが低減できる。
【0125】また、この発明に係るスナバ回路は、第1
のスイッチング手段を有し第1の直流電源からの電力を
変換して第2の直流電源に出力する電力変換手段の当該
第1のスイッチング手段の極間に接続された、第1のダ
イオードと第1のコンデンサとの直列接続体を備えたス
ナバ回路において、上記第1のダイオードと第1のコン
デンサとの接続点と上記直流電源との間に接続された、
誘導性素子と第2のスイッチング手段との直列接続体を
備え、上記第1のスイッチング手段のオン期間内で上記
第2のスイッチング手段をオンすることにより、上記第
1のスイッチング手段のオフ期間に上記第1のコンデン
サに充電された電荷を、上記第1のコンデンサと誘導性
素子との共振現象を利用して上記直流電源に回生するよ
うにしたので、損失、発熱を伴うことなく、第1のスイ
ッチング手段のターンオフ時のスパイク電圧が吸収で
き、ターンオフ時の電圧・電流の重なりが少なくなって
スイッチング損失・スイッチングノイズが低減できる。
【0126】また、この発明に係るスナバ回路は、その
誘導性素子と第2のスイッチング手段との直列接続体を
第1のダイオードと第1のコンデンサとの接続点と第1
の直流電源との間に接続し、第1のスイッチング手段の
オフ期間に上記第1のコンデンサに充電された電荷を、
上記第1のコンデンサと誘導性素子との共振現象を利用
して上記第1の直流電源に回生するようにしたので、電
力変換手段の入力側の第1の直流電源へのスナバエネル
ギーの回生が確実になされる。
【0127】また、この発明に係るスナバ回路は、その
誘導性素子と第2のスイッチング手段との直列接続体を
第1のダイオードと第1のコンデンサとの接続点と第2
の直流電源との間に接続し、第1のスイッチング手段の
オフ期間に上記第1のコンデンサに充電された電荷を、
上記第1のコンデンサと誘導性素子との共振現象を利用
して上記第2の直流電源に回生するようにしたので、電
力変換手段の出力側の第2の直流電源へのスナバエネル
ギーの回生が確実になされる。
【0128】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第1のダイオードと第1のコンデンサとの直列接続体お
よび誘導性素子と第2のスイッチング手段との直列接続
体をそれぞれ一対づつ設け、上記各誘導性素子と第2の
スイッチング手段との直列接続体を上記各第1のダイオ
ードと第1のコンデンサとの接続点と第1および第2の
直流電源との間に接続し、第1のスイッチング手段のオ
フ期間に上記第1のコンデンサに充電された電荷を、上
記第1のコンデンサと誘導性素子との共振現象を利用し
て上記第1およびまたは第2の直流電源に回生するよう
にしたので、電力変換手段の入力側、出力側のいずれか
または双方へスナバエネルギーを回生することができ
る。
【0129】また、この発明に係るスナバ回路は、直流
電源と、低電位側端子が上記直流電源の低電位側端子に
接続された第1のスイッチング手段とを備えた電力変換
手段のスナバ回路において、アノード端子が上記第1の
スイッチング素子の高電位側端子に接続された第1のダ
イオードと、一方の端子が上記第1のダイオードのカソ
ード端子に接続され他方の端子が上記第1のスイッチン
グ手段の低電位側端子に接続された第1のコンデンサ
と、上記第1のダイオードおよび第1のコンデンサの接
続点と上記直流電源の高電位側端子との間に接続され
た、誘導性素子と第2のスイッチング手段との直列接続
体とを備えたので、簡便な構成により、損失、発熱を伴
うことなく、第1のスイッチング手段のターンオフ時の
スパイク電圧が吸収でき、ターンオフ時の電圧・電流の
重なりが少なくなってスイッチング損失・スイッチング
ノイズが低減できるスナバ回路を実現できる。
【0130】また、この発明に係るスナバ回路は、その
アノード端子が上記第1のスイッチング手段の低電位側
端子に接続されカソード端子が第1のスイッチング手段
の高電位側端子に接続された第2のダイオードを備えた
ので、第1のスイッチング手段のオン期間における電流
の如何にかかわらず、第1のコンデンサの電圧が零にな
った後の直流電源への回生動作が実現される。
【0131】また、この発明に係るスナバ回路は、その
アノード端子が上記第1のスイッチング手段の低電位側
端子に接続されカソード端子が第1のコンデンサの一方
の端子に接続された第2のダイオードを備えたので、第
1のダイオードを経由することなく、直流電源への回生
動作が可能となり、その分回生の効率が向上する。
【0132】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第1のスイッチング手段のターンオン直前の第1のコン
デンサの電圧を直流電源の電圧の2倍以下としたので、
第2のダイオードが無い簡便な構成としても、一旦誘導
性素子に蓄えられたエネルギーをすべて直流電源に回生
することができる。
【0133】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第1のスイッチング手段の高電位側端子と直流電源の高
電位側端子との間に電力変換手段のトランスの巻線が挿
入されたので、トランスの漏れインダクタンスに蓄積さ
れたエネルギーも第1のコンデンサに吸収し、直流電源
に回生することができる。
【0134】また、この発明に係るスナバ回路は、直流
電源と、低電位側端子が上記直流電源の低電位側端子に
接続された第1のスイッチング手段とを備えた電力変換
手段のスナバ回路において、アノード端子が上記第1の
スイッチング素子の高電位側端子に接続された第1のダ
イオードと、一方の端子が上記第1のダイオードのカソ
ード端子に接続され他方の端子が上記第1のスイッチン
グ手段の低電位側端子に接続された第1のコンデンサ
と、一方の端子が上記第1のダイオードおよび第1のコ
ンデンサの接続点に接続された第2のスイッチング手段
と、上記第2のスイッチング手段の他方の端子と上記直
流電源の高電位側端子との間に接続された誘導性素子
と、アノード端子が上記第1のスイッチング手段の低電
位側端子に接続されカソード端子が上記第2のスイッチ
ング手段および誘導性素子の接続点に接続された第2の
ダイオードとを備えたので、第1のコンデンサの電圧が
零になった後、第2のスイッチング手段を経由せずに直
流電源へのエネルギー回生が可能となり、その分回生効
率が向上するとともに、第1のスイッチング手段の最小
オン時間が短い場合にも第2のスイッチング手段の破壊
を防止する効果がある。
【0135】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第1のスイッチング手段の高電位側端子と直流電源の高
電位側端子との間に電力変換手段のトランスの巻線が挿
入されたので、トランスの漏れインダクタンスに蓄積さ
れたエネルギーも第1のコンデンサに吸収し、直流電源
に回生することができる。
【0136】また、この発明に係るスナバ回路は、直流
電源と、高電位側端子が上記直流電源の高電位側端子に
接続された第1のスイッチング手段とを備えた電力変換
手段のスナバ回路において、カソード端子が上記第1の
スイッチング素子の低電位側端子に接続された第1のダ
イオードと、一方の端子が上記第1のダイオードのアノ
ード端子に接続され他方の端子が上記第1のスイッチン
グ手段の高電位側端子に接続された第1のコンデンサ
と、上記第1のダイオードおよび第1のコンデンサの接
続点と上記直流電源の低電位側端子との間に接続され
た、誘導性素子と第2のスイッチング手段との直列接続
体とを備えたので、簡便な構成により、損失、発熱を伴
うことなく、第1のスイッチング手段のターンオフ時の
スパイク電圧が吸収でき、ターンオフ時の電圧・電流の
重なりが少なくなってスイッチング損失・スイッチング
ノイズが低減できるスナバ回路を実現できる。
【0137】また、この発明に係るスナバ回路は、その
アノード端子が上記第1のスイッチング手段の低電位側
端子に接続されカソード端子が第1のスイッチング手段
の高電位側端子に接続された第2のダイオードを備えた
ので、第1のスイッチング手段のオン期間における電流
の如何にかかわらず、第1のコンデンサの電圧が零にな
った後の直流電源への回生動作が実現される。
【0138】また、この発明に係るスナバ回路は、その
カソード端子が上記第1のスイッチング手段の高電位側
端子に接続されアノード端子が第1のコンデンサの一方
の端子に接続された第2のダイオードを備えたので、第
1のダイオードを経由することなく、直流電源への回生
動作が可能となり、その分回生の効率が向上する。
【0139】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第1のスイッチング手段のターンオン直前の第1のコン
デンサの電圧を直流電源の電圧の2倍以下としたので、
第2のダイオードが無い簡便な構成としても、一旦誘導
性素子に蓄えられたエネルギーをすべて直流電源に回生
することができる。
【0140】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第1のスイッチング手段の低電位側端子と直流電源の低
電位側端子との間に電力変換手段のトランスの巻線が挿
入されたので、トランスの漏れインダクタンスに蓄積さ
れたエネルギーも第1のコンデンサに吸収し、直流電源
に回生することができる。
【0141】また、この発明に係るスナバ回路は、直流
電源と、高電位側端子が上記直流電源の高電位側端子に
接続された第1のスイッチング手段とを備えた電力変換
手段のスナバ回路において、カソード端子が上記第1の
スイッチング素子の低電位側端子に接続された第1のダ
イオードと、一方の端子が上記第1のダイオードのアノ
ード端子に接続され他方の端子が上記第1のスイッチン
グ手段の高電位側端子に接続された第1のコンデンサ
と、一方の端子が上記第1のダイオードおよび第1のコ
ンデンサの接続点に接続された第2のスイッチング手段
と、上記第2のスイッチング手段の他方の端子と上記直
流電源の低電位側端子との間に接続された誘導性素子
と、カソード端子が上記第1のスイッチング手段の高電
位側端子に接続されアノード端子が上記第2のスイッチ
ング手段および誘導性素子の接続点に接続された第2の
ダイオードとを備えたので、第1のコンデンサの電圧が
零になった後、第2のスイッチング手段を経由せずに直
流電源へのエネルギー回生が可能となり、その分回生効
率が向上するとともに、第1のスイッチング手段の最小
オン時間が短い場合にも第2のスイッチング手段の破壊
を防止する効果がある。
【0142】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第1のスイッチング手段の低電位側端子と直流電源の低
電位側端子との間に電力変換手段のトランスの巻線が挿
入されたので、トランスの漏れインダクタンスに蓄積さ
れたエネルギーも第1のコンデンサに吸収し、直流電源
に回生することができる。
【0143】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第1のスイッチング手段に電界効果型トランジスタを使
用することにより、その寄生ダイオードを第2のダイオ
ードとして機能させるようにしたので、第1のスイッチ
ング手段に外部から並列に接続する第2のダイオードが
不要となり、その分コストが低減する。
【0144】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第1のスイッチング手段のオン期間内において第2のス
イッチング手段をオン状態にし、かつ、上記第2のスイ
ッチング手段のオン時間を第1のコンデンサと誘導性素
子とで決まる共振周期の1/2以上としたので、常に、
第1のコンデンサに蓄積されたエネルギーの直流電源へ
の回生が確実になされる。
【0145】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第2のスイッチング手段の電流を検出し、オン状態から
上記電流が零になった後上記第2のスイッチング手段を
オフ状態にするようにしたので、第2のスイッチング手
段の適切なオフ動作が確実になされる。
【0146】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第2のスイッチング手段を極性を有するものとし、オン
状態から電流が零になると自動的にオフするようにした
ので、電流検出手段を必要とすることなく、第2のスイ
ッチング手段のオフ動作が確実になされる。
【0147】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第1のスイッチング手段のオン、オフ動作と、第2のス
イッチング手段のオン、オフ動作をそれぞれ同期させる
ので、スイッチング手段を駆動する構成が簡便となり、
第1のコンデンサの容量値と誘導性素子のインダクタン
ス値をより広い範囲で選定することができる。
【0148】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第1のスイッチング手段の最小オン時間が第1のコンデ
ンサと誘導性素子とで決まる共振周期の1/2未満で、
かつ、上記第1のスイッチング手段のオン期間内におい
て第2のスイッチング手段をオン状態にするので、第1
のスイッチング手段の最小オン時間が極めて小さくなる
場合にも、本発明になるスナバ回路を適用することがで
きる。
【0149】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第1のスイッチング手段のオン、オフ動作と、第2のス
イッチング手段のオン、オフ動作をそれぞれ同期させる
ので、スイッチング手段を駆動する構成が簡便となり、
第1のコンデンサの容量値と誘導性素子のインダクタン
ス値をより広い範囲で選定することができる。
【0150】また、この発明に係るスナバ回路は、第2
のスイッチング手段は、電界効果型トランジスタと逆流
防止用のダイオードとの直列接続体としたので、第2の
スイッチング手段の適切なオフ動作が確実になされる。
【0151】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第2のスイッチング手段がターンオンしたときに誘導性
素子にかかる電圧値VLを、上記誘導性素子のインダク
タンス値Lを第1のコンデンサの容量値Cで割った値の
平方根で表される特性インピーダンスで割って得られる
電流値(VL/√(L/C))において、上記誘導性素
子が磁気飽和を起こさないようにしたので、誘導性素子
の磁気飽和による過大な電流の発生を未然に防止して第
2のスイッチング手段の安定した動作が確保される。
【0152】また、この発明に係るスナバ回路は、その
第2のスイッチング手段がターンオンしたときに誘導性
素子にかかる電圧値VLを、上記誘導性素子のインダク
タンス値Lを第1のコンデンサの容量値Cで割った値の
平方根で表される特性インピーダンスで割って得られる
電流値(VL/√(L/C))が、上記第2のスイッチ
ング手段の許容可能な繰り返しピーク電流値以下となる
ようにしたので、第2のスイッチング手段の使用条件が
適正化され、その信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1によるスナバ回路を
示す回路図である。
【図2】 図1のスナバ回路の各部動作波形図である。
【図3】 この発明の実施の形態2によるスナバ回路の
各部動作波形図である。
【図4】 この発明の実施の形態3によるスナバ回路の
各部動作波形図である。
【図5】 この発明の実施の形態4によるスナバ回路の
各部動作波形図である。
【図6】 この発明の実施の形態5によるスナバ回路を
示す回路図である。
【図7】 この発明の実施の形態6によるスナバ回路を
示す回路図である。
【図8】 この発明の実施の形態7によるスナバ回路を
示す回路図である。
【図9】 この発明の実施の形態8によるスナバ回路を
示す回路図である。
【図10】 図9のスナバ回路の各部動作波形図であ
る。
【図11】 この発明の実施の形態9によるスナバ回路
を示す回路図である。
【図12】 この発明の実施の形態10によるスナバ回
路を示す回路図である。
【図13】 この発明の実施の形態11によるスナバ回
路を示す回路図である。
【図14】 この発明の実施の形態12によるスナバ回
路を示す回路図である。
【図15】 この発明の実施の形態12によるスナバ回
路を示す他の回路図である。
【図16】 この発明の実施の形態12によるスナバ回
路を示す他の回路図である。
【図17】 この発明の実施の形態12によるスナバ回
路を示す他の回路図である。
【図18】 この発明の実施の形態12によるスナバ回
路を示す他の回路図である。
【図19】 この発明の実施の形態12によるスナバ回
路を示す他の回路図である。
【図20】 この発明の実施の形態12によるスナバ回
路を示す他の回路図である。
【図21】 この発明の実施の形態12によるスナバ回
路を示す他の回路図である。
【図22】 この発明の実施の形態12によるスナバ回
路を示す他の回路図である。
【図23】 この発明の実施の形態12によるスナバ回
路を示す他の回路図である。
【図24】 この発明の実施の形態13によるスナバ回
路を適用したフォワード形DC/DCコンバータを示す回路
図である。
【図25】 図24のスナバ回路の各部動作波形図であ
る。
【図26】 この発明の実施の形態14によるスナバ回
路を適用したブーストフォワード形DC/DCコンバータを
示す回路図である。
【図27】 この発明の実施の形態15におけるスナバ
回路を示す構成図である。
【図28】 この発明の実施の形態16におけるスナバ
回路を示す構成図である。
【図29】 この発明の実施の形態17におけるスナバ
回路を示す構成図である。
【図30】 この発明の実施の形態18におけるスナバ
回路を示す構成図である。
【図31】 この発明の実施の形態19におけるスナバ
回路を示す構成図である。
【図32】 従来のスナバ回路を示す回路図である。
【符号の説明】
1 直流電源、2 トランス、2a トランス2の第1
の巻線、3,3a,3b 第1のスイッチング手段、4
a 補助電源用巻線、7,72,91a,91b 平滑
コンデンサ、13,13a,13b 第1のダイオー
ド、14,14a,14b 第1のコンデンサ、15,
15a,15b リアクトル、16,16a,16b
第2のスイッチング手段、17,20,25 第2のダ
イオード、18,19,21,22,23,24,2
6,27,29,31,60,70,80a,80b,
90a,90b スナバ回路、28,30 電界効果型
トランジスタの寄生ダイオード、52 入力平滑コンデ
ンサ、82 出力平滑コンデンサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 純一 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5H007 AA03 AA06 BB01 CA02 CB07 CB12 CC07 DA06 FA01 FA13 FA20 5H730 AA02 AA20 BB15 BB23 BB57 BB65 CC01 DD04 DD26 DD42 EE02 EE08 FG01 5H740 BA12 BB01 BB02 BB04 BB07 BB08 MM03 NN17 NN18

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のスイッチング手段を有し直流電源
    間で電力の変換を行う電力変換手段の当該第1のスイッ
    チング手段の極間に接続された、第1のダイオードと第
    1のコンデンサとの直列接続体を備えたスナバ回路にお
    いて、 上記第1のダイオードと第1のコンデンサとの接続点と
    上記直流電源との間に接続された、誘導性素子と第2の
    スイッチング手段との直列接続体を備え、上記第1のス
    イッチング手段のオン期間内で上記第2のスイッチング
    手段をオンすることにより、上記第1のスイッチング手
    段のオフ期間に上記第1のコンデンサに充電された電荷
    を、上記第1のコンデンサと誘導性素子との共振現象を
    利用して上記直流電源に回生するようにしたことを特徴
    とするスナバ回路。
  2. 【請求項2】 第1のスイッチング手段を有し第1の直
    流電源からの電力を変換して第2の直流電源に出力する
    電力変換手段の当該第1のスイッチング手段の極間に接
    続された、第1のダイオードと第1のコンデンサとの直
    列接続体を備えたスナバ回路において、 上記第1のダイオードと第1のコンデンサとの接続点と
    上記直流電源との間に接続された、誘導性素子と第2の
    スイッチング手段との直列接続体を備え、上記第1のス
    イッチング手段のオン期間内で上記第2のスイッチング
    手段をオンすることにより、上記第1のスイッチング手
    段のオフ期間に上記第1のコンデンサに充電された電荷
    を、上記第1のコンデンサと誘導性素子との共振現象を
    利用して上記直流電源に回生するようにしたことを特徴
    とする請求項1記載のスナバ回路。
  3. 【請求項3】 誘導性素子と第2のスイッチング手段と
    の直列接続体を第1のダイオードと第1のコンデンサと
    の接続点と第1の直流電源との間に接続し、第1のスイ
    ッチング手段のオフ期間に上記第1のコンデンサに充電
    された電荷を、上記第1のコンデンサと誘導性素子との
    共振現象を利用して上記第1の直流電源に回生するよう
    にしたことを特徴とする請求項2記載のスナバ回路。
  4. 【請求項4】 誘導性素子と第2のスイッチング手段と
    の直列接続体を第1のダイオードと第1のコンデンサと
    の接続点と第2の直流電源との間に接続し、第1のスイ
    ッチング手段のオフ期間に上記第1のコンデンサに充電
    された電荷を、上記第1のコンデンサと誘導性素子との
    共振現象を利用して上記第2の直流電源に回生するよう
    にしたことを特徴とする請求項2記載のスナバ回路。
  5. 【請求項5】 第1のダイオードと第1のコンデンサと
    の直列接続体および誘導性素子と第2のスイッチング手
    段との直列接続体をそれぞれ一対づつ設け、上記各誘導
    性素子と第2のスイッチング手段との直列接続体を上記
    各第1のダイオードと第1のコンデンサとの接続点と第
    1および第2の直流電源との間に接続し、第1のスイッ
    チング手段のオフ期間に上記第1のコンデンサに充電さ
    れた電荷を、上記第1のコンデンサと誘導性素子との共
    振現象を利用して上記第1およびまたは第2の直流電源
    に回生するようにしたことを特徴とする請求項2記載の
    スナバ回路。
  6. 【請求項6】 直流電源と、低電位側端子が上記直流電
    源の低電位側端子に接続された第1のスイッチング手段
    とを備えた電力変換手段のスナバ回路において、 アノード端子が上記第1のスイッチング素子の高電位側
    端子に接続された第1のダイオードと、一方の端子が上
    記第1のダイオードのカソード端子に接続され他方の端
    子が上記第1のスイッチング手段の低電位側端子に接続
    された第1のコンデンサと、上記第1のダイオードおよ
    び第1のコンデンサの接続点と上記直流電源の高電位側
    端子との間に接続された、誘導性素子と第2のスイッチ
    ング手段との直列接続体とを備えたことを特徴とするス
    ナバ回路。
  7. 【請求項7】 アノード端子が上記第1のスイッチング
    手段の低電位側端子に接続されカソード端子が第1のス
    イッチング手段の高電位側端子に接続された第2のダイ
    オードを備えたことを特徴とする請求項6記載のスナバ
    回路。
  8. 【請求項8】 アノード端子が上記第1のスイッチング
    手段の低電位側端子に接続されカソード端子が第1のコ
    ンデンサの一方の端子に接続された第2のダイオードを
    備えたことを特徴とする請求項6記載のスナバ回路。
  9. 【請求項9】 第1のスイッチング手段のターンオン直
    前の第1のコンデンサの電圧を直流電源の電圧の2倍以
    下としたことを特徴とする請求項6記載のスナバ回路。
  10. 【請求項10】 第1のスイッチング手段の高電位側端
    子と直流電源の高電位側端子との間に電力変換手段のト
    ランスの巻線が挿入されたことを特徴とする請求項6な
    いし9のいずれかに記載のスナバ回路。
  11. 【請求項11】 直流電源と、低電位側端子が上記直流
    電源の低電位側端子に接続された第1のスイッチング手
    段とを備えた電力変換手段のスナバ回路において、 アノード端子が上記第1のスイッチング素子の高電位側
    端子に接続された第1のダイオードと、一方の端子が上
    記第1のダイオードのカソード端子に接続され他方の端
    子が上記第1のスイッチング手段の低電位側端子に接続
    された第1のコンデンサと、一方の端子が上記第1のダ
    イオードおよび第1のコンデンサの接続点に接続された
    第2のスイッチング手段と、上記第2のスイッチング手
    段の他方の端子と上記直流電源の高電位側端子との間に
    接続された誘導性素子と、アノード端子が上記第1のス
    イッチング手段の低電位側端子に接続されカソード端子
    が上記第2のスイッチング手段および誘導性素子の接続
    点に接続された第2のダイオードとを備えたことを特徴
    とするスナバ回路。
  12. 【請求項12】 第1のスイッチング手段の高電位側端
    子と直流電源の高電位側端子との間に電力変換手段のト
    ランスの巻線が挿入されたことを特徴とする請求項11
    記載のスナバ回路。
  13. 【請求項13】 直流電源と、高電位側端子が上記直流
    電源の高電位側端子に接続された第1のスイッチング手
    段とを備えた電力変換手段のスナバ回路において、 カソード端子が上記第1のスイッチング素子の低電位側
    端子に接続された第1のダイオードと、一方の端子が上
    記第1のダイオードのアノード端子に接続され他方の端
    子が上記第1のスイッチング手段の高電位側端子に接続
    された第1のコンデンサと、上記第1のダイオードおよ
    び第1のコンデンサの接続点と上記直流電源の低電位側
    端子との間に接続された、誘導性素子と第2のスイッチ
    ング手段との直列接続体とを備えたことを特徴とするス
    ナバ回路。
  14. 【請求項14】 アノード端子が上記第1のスイッチン
    グ手段の低電位側端子に接続されカソード端子が第1の
    スイッチング手段の高電位側端子に接続された第2のダ
    イオードを備えたことを特徴とする請求項13記載のス
    ナバ回路。
  15. 【請求項15】 カソード端子が上記第1のスイッチン
    グ手段の高電位側端子に接続されアノード端子が第1の
    コンデンサの一方の端子に接続された第2のダイオード
    を備えたことを特徴とする請求項13記載のスナバ回
    路。
  16. 【請求項16】 第1のスイッチング手段のターンオン
    直前の第1のコンデンサの電圧を直流電源の電圧の2倍
    以下としたことを特徴とする請求項13記載のスナバ回
    路。
  17. 【請求項17】 第1のスイッチング手段の低電位側端
    子と直流電源の低電位側端子との間に電力変換手段のト
    ランスの巻線が挿入されたことを特徴とする請求項13
    ないし16のいずれかに記載のスナバ回路。
  18. 【請求項18】 直流電源と、高電位側端子が上記直流
    電源の高電位側端子に接続された第1のスイッチング手
    段とを備えた電力変換手段のスナバ回路において、 カソード端子が上記第1のスイッチング素子の低電位側
    端子に接続された第1のダイオードと、一方の端子が上
    記第1のダイオードのアノード端子に接続され他方の端
    子が上記第1のスイッチング手段の高電位側端子に接続
    された第1のコンデンサと、一方の端子が上記第1のダ
    イオードおよび第1のコンデンサの接続点に接続された
    第2のスイッチング手段と、上記第2のスイッチング手
    段の他方の端子と上記直流電源の低電位側端子との間に
    接続された誘導性素子と、カソード端子が上記第1のス
    イッチング手段の高電位側端子に接続されアノード端子
    が上記第2のスイッチング手段および誘導性素子の接続
    点に接続された第2のダイオードとを備えたことを特徴
    とするスナバ回路。
  19. 【請求項19】 第1のスイッチング手段の低電位側端
    子と直流電源の低電位側端子との間に電力変換手段のト
    ランスの巻線が挿入されたことを特徴とする請求項18
    記載のスナバ回路。
  20. 【請求項20】 第1のスイッチング手段に電界効果型
    トランジスタを使用することにより、その寄生ダイオー
    ドを第2のダイオードとして機能させるようにしたこと
    を特徴とする請求項7または14に記載のスナバ回路。
  21. 【請求項21】 第1のスイッチング手段のオン期間内
    において第2のスイッチング手段をオン状態にし、か
    つ、上記第2のスイッチング手段のオン時間を第1のコ
    ンデンサと誘導性素子とで決まる共振周期の1/2以上
    としたことを特徴とする請求項6ないし20のいずれか
    に記載のスナバ回路。
  22. 【請求項22】 第2のスイッチング手段の電流を検出
    し、オン状態から上記電流が零になった後上記第2のス
    イッチング手段をオフ状態にするようにしたことを特徴
    とする請求項6ないし21のいずれかに記載のスナバ回
    路。
  23. 【請求項23】 第2のスイッチング手段を極性を有す
    るものとし、オン状態から電流が零になると自動的にオ
    フするようにしたことを特徴とする請求項6ないし21
    のいずれかに記載のスナバ回路。
  24. 【請求項24】 第1のスイッチング手段のオン、オフ
    動作と、第2のスイッチング手段のオン、オフ動作をそ
    れぞれ同期させることを特徴とする請求項21記載のス
    ナバ回路。
  25. 【請求項25】 第1のスイッチング手段の最小オン時
    間が第1のコンデンサと誘導性素子とで決まる共振周期
    の1/2未満で、かつ、上記第1のスイッチング手段の
    オン期間内において第2のスイッチング手段をオン状態
    にすることを特徴とする請求項11、12、18または
    19のいずれかに記載のスナバ回路。
  26. 【請求項26】 第1のスイッチング手段のオン、オフ
    動作と、第2のスイッチング手段のオン、オフ動作をそ
    れぞれ同期させることを特徴とする請求項25記載のス
    ナバ回路。
  27. 【請求項27】 第2のスイッチング手段は、電界効果
    型トランジスタと逆流防止用のダイオードとの直列接続
    体であることを特徴とする請求項1ないし26のいずれ
    かに記載のスナバ回路。
  28. 【請求項28】 第2のスイッチング手段がターンオン
    したときに誘導性素子にかかる電圧値VLを、上記誘導
    性素子のインダクタンス値Lを第1のコンデンサの容量
    値Cで割った値の平方根で表される特性インピーダンス
    で割って得られる電流値(VL/√(L/C))におい
    て、上記誘導性素子が磁気飽和を起こさないようにした
    ことを特徴とする請求項1ないし27のいずれかに記載
    のスナバ回路。
  29. 【請求項29】 第2のスイッチング手段がターンオン
    したときに誘導性素子にかかる電圧値VLを、上記誘導
    性素子のインダクタンス値Lを第1のコンデンサの容量
    値Cで割った値の平方根で表される特性インピーダンス
    で割って得られる電流値(VL/√(L/C))が、上
    記第2のスイッチング手段の許容可能な繰り返しピーク
    電流値以下となるようにしたことを特徴とする請求項1
    ないし28のいずれかに記載のスナバ回路。
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