JP2001298948A - シングルフォワードコンバータの平滑回路 - Google Patents

シングルフォワードコンバータの平滑回路

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JP2001298948A
JP2001298948A JP2000111977A JP2000111977A JP2001298948A JP 2001298948 A JP2001298948 A JP 2001298948A JP 2000111977 A JP2000111977 A JP 2000111977A JP 2000111977 A JP2000111977 A JP 2000111977A JP 2001298948 A JP2001298948 A JP 2001298948A
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capacitor
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Tatsuya Bano
達也 万尾
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Cosel Co Ltd
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Cosel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的簡単な回路で出力リップル電圧及び出力
リップルノイズを小さくする。 【解決手段】入力チョークコイルに続いて複数の平滑用
のコンデンサを並列接続したチョーク入力形となるシン
グルフォワードコンバータの平滑回路であって、入力チ
ョークコイルL2に続いて並列接続した入力側コンデン
サC1と出力側コンデンサC2との間にインダクタンス
L1を接続してπ型フィルタ回路3を形成する。π型フ
ィルタ回路3のインダクタンスL1は、入力側コンデン
サC1と出力側コンデンサC2のリップル電流の電流比
(ir2/ir1)を、1未満で数分の1以上の範囲に設定
する小さなインダクタンスとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、出力リップル電圧
および出力リップルノイズを低減するチョーク入力形と
なるシングルフォワードコンバータ回路の平滑回路に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、一般的なシングルフォワードコン
バータは、第5図に示すものがある。
【0003】図5において、シングルフォワードコンバ
ータは、トランスT1、MOS−FET等のスイッチ素
子SW、整流回路を構成するダイオードD1,D2、及
びLC低周波フィルタによる平滑回路を構成する入力チ
ョークコイルL2とコンデンサC3を備える。
【0004】このシングルフォワードコンバータの動作
は、入力端子1a,1bに直流電圧が印加された状態で
スイッチ素子SWを図示しない制御回路によりオン、オ
フ動作すると、トランスT1の2次側の平滑回路(LC
低周波フィルタ)にスイッチ素子SWのオン時間の幅を
もつ矩形波の電圧が加えられ、この矩形派電圧の平均値
が直流出力電圧となる。
【0005】このとき入力チョークコイルL2には、大
きな直流電流の上にスイッチングによる交流電流(リッ
プル電流)を重畳した形の電流が流れる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のシン
グルフォワードコンバータの出力リップル電圧の大きさ
は、出力コンデンサC3に流れる電流と、スイッチング
周波数で決まる出力コンデンサC3の交流インピーダン
ス(Z=1/jωC3)により、おおよそ決定される。
【0007】この出力リップル電圧を小さくするには、
出力コンデンサC3の容量を大きくしてインピーダンス
を小さくするか、入力チョークコイルL2のインダクタ
ンス値を大きくして出力コンデンサC3に流れるリップ
ル電流を少なくする方法が考えられる。
【0008】ここで、出力コンデンサC3のインピーダ
ンスを小さくする方法では、出力コンデンサC3の本数
を増やしてインピーダンスを小さくするか、インピーダ
ンスの小さなコンデンサに変更する必要がある。
【0009】また入力チョークコイルL2のインダクタ
ンス値を大きくする方法では、インダクタンスを上げる
ためには大きなチョークコイルが必要となり、また、入
力チョークコイルL2の大きさを変えないでインダクタ
ンスを上げると入力チョークL2の抵抗値が大きくな
り、入力チョークコイルL2が発熱して結果的にコンバ
ータの効率を下げることとなる。さらにいずれの方法
も、製品価格の大きな上昇につながる。
【0010】本発明は、比較的簡単な回路で出力リップ
ル電圧を小さくできるシングルフォワードコンバータの
平滑回路を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。本発明は、入力チョーク
コイルに続いて複数の平滑用のコンデンサを並列接続し
たチョーク入力形となるシングルフォワードコンバータ
の平滑回路であって、入力チョークコイルに続いて並列
接続した入力側コンデンサと出力側コンデンサとの間に
インダクタンスを接続してπ型フィルタ回路を形成した
ことを特徴とする。
【0012】このπ型フィルタ回路のインダクタンス
は、入力側コンデンサに流れるリップル電流に対する出
力側コンデンサに流れるリップル電流の電流比を、1未
満で数分の1以上の範囲、即ち、 1>(電流比)≧(数分の1) の範囲に設定する小さなインダクタンスとする。
【0013】またπ型フィルタ回路の入力側コンデンサ
と出力側コンデンサとの各々は、複数のコンデンサの並
列接続としてもよい。更に、入力チョークコイル及びπ
型フィルタ回路のインダクタンスは、出力端子に対する
プラス側のライン又はマイナス側のラインに設ける。
【0014】このように本発明は、入力チョークコイル
に続いて並列接続している2つのコンデンサの間に小さ
なインダクタンスを接続してπ型フィルタ回路を形成し
たことで、入力チョークコイルからのリップル電流はπ
形フィルタ回路のインダクタンスにより制限されるため
出力側コンデンサに流れるリップル電流が抑制される。
これにより出力リップル電圧および出力リップルノイズ
をコストアップすることなく簡単に例えば1/2〜1/
5程度に小さくすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は本発明の平滑回路を備えた
シングルフォワードコンバータの第1実施形態の回路図
である。
【0016】図1において、シングルフォワードコンバ
ータは、トランスT1の1次巻線と直列にMOS−FE
Tなどのスイッチ素子SWを接続して入力端子1a,1
bに直流電圧を入力する。スイッチ素子SWは、図示し
ない制御回路により所望のスイッチング周波数でオン,
オフ動作される。
【0017】トランスT1の2次側には整流ダイオード
D1とD2が接続される。この整流ダイオードD1,D
2に続いては平滑回路が設けられる。平滑回路はチョー
ク入力型であることから、まず入力チョークコイルL2
が設けられ、続いて平滑コンデンサC1を接続してい
る。
【0018】この平滑回路において、本発明にあっては
平滑用の入力側コンデンサC1に対し、インダクタンス
L1を介して出力側コンデンサC2を接続することでπ
型フィルタ回路3を構成している。出力端子2a,2b
は、π型フィルタ回路3の出力側コンデンサC2の両端
から取り出される。
【0019】図2は図1のシングルフォワードコンバー
タの各部の動作波形のタイムチャートであり、図2を参
照して図1の動作を説明すると次のようになる。スイッ
チ素子SWは一定のスイッチング周波数による周期でオ
ン,オフ動作されている。
【0020】スイッチ素子SWがオンすると、その両端
電圧Vsはほぼ0ボルトとなり、トランスT1の1次巻
線に電流が流れることで2次巻線に同極性の2次電圧V
aが発生する。この2次電圧VaはダイオードD1で整
流され、チョークコイルL2に流れることでエネルギを
蓄える。
【0021】続いてスイッチ素子SWがオフするとトラ
ンスT1の2次巻線の電圧Vaは0ボルトとなり、この
ときチョークコイルL2に蓄積されたエネルギが出力電
流として出力側に供給される。
【0022】このスイッチ素子SWのオン,オフ動作に
おける入力チョークコイルL2のチョーク電流IL は、
スイッチ素子SWのオン期間でダイオードD1を流れる
整流電流iS のように増加し、スイッチ素子SWのオフ
期間でエネルギの放出によるダイオードD2を流れるダ
イオード電流iD のように低下し、これを繰り返す。
【0023】そして、このダイオード電流iS とiD
平均化した電流が直流電流として得られる。いまπ型フ
ィルタ回路3のインダクタンスL1が無く、コンデンサ
C1とC2のみが並列接続されていたすると、入力チョ
ークコイルL2の電流IL の内の直流電流Io を除いた
交流電流Ic がリップル電流として流れ、このリップル
電流とコンデンサC1とC2の並列インピーダンスによ
り決まるリップル電圧ΔEがコンデンサ両端に発生す
る。
【0024】次にπ型フィルタ回路3を説明する。π型
フィルタ回路3はチョークコイルL2から流れる電流I
L に含まれるリップル電流が、インダクタンスL1のイ
ンピーダンスによって制限されるため、出力側コンデン
サC2に流れるリップル電流が抑制される。このため、
出力端子2a,2b間に発生するリップル電圧を低減す
ることができる。
【0025】ここで例として、出力リップル電圧を従来
の半分にしたいと考えたとき、従来の方法だと、出力コ
ンデンサのインピーダンスを半分にするか、もしくは、
出力チョークコイルのインダクタンスを倍にする方法が
考えられる。この場合、どちらの方法でも、大きなコス
トアップにつながる。
【0026】本発明では、入力側コンデンサC1に流れ
るリップル電流ir1と出力側コンデンサC2に流れるリ
ップル電流ir2の電流比(ir2/ir1)を、1以下で数
分の1以上の範囲、即ち、 1>(ir2/ir1)≧(1/5〜1/6) の範囲に設定するような小さなインダクタンスL1をコ
ンデンサC1とC2の間に入れることで、出力リップル
電圧を簡単に小さくすることができる。
【0027】特に、本発明が対象とするシングルフォー
ワードコンバータにあっては、元来、リップル電圧が小
さいことから、コンデンサC1とC2の間に小さなイン
ダクタンスL1を入れることで、入力側コンデンサC1
と出力側コンデンサC2に流れるリップル電流比(ir2
/ir1)を1以下で数分の1以上の範囲とすることで、
リップル電圧が従来に比べ例えば半分から数分の1程度
に小さくできれば、必要にして十分なリップル電圧の低
減効果が得られる。
【0028】図3は本発明によるシングルフォワードコ
ンバータの第2実施形態の回路図である。この第2実施
形態にあっては、π型フィルタ回路3のインダクタンス
L1の前後に設ける入力側コンデンサ及び出力側コンデ
ンサとして、入力側コンデンサについてはコンデンサC
11〜C1nのn個のコンデンサを並列接続し、同様に
出力側コンデンサについてもコンデンサC21〜C2n
のn個のコンデンサを並列接続したことを特徴とする。
【0029】このように入力側コンデンサ及び出力側コ
ンデンサとして複数のコンデンサを並列接続すること
で、π型フィルタ回路3における入力側コンデンサ及び
出力側コンデンサの容量を増加させてリップルに対する
インピーダンスを下げることができ、これによって、よ
り一層、出力電圧に含まれるリップル電圧を小さくする
ことができる。
【0030】図4は本発明によるシングルフォワードコ
ンバータの平滑回路の第3実施形態の回路図である。こ
の第3実施形態にあっては、図3の第2実施形態が平滑
回路における入力のチョークコイルL2とπ型フィルタ
回路3におけるインダクタンスL1を出力端子2a,2
bの内のプラス側の出力端子2aに対するプラスライン
に設けていたものを、出力端子2b側のマイナスライン
にチョークコイルL2とインダクタンスL1を設けるよ
うにしたことを特徴とする。このようにマイナスライン
にチョークコイルL2とインダクタンスL1を設けて
も、その平滑動作は基本的に同じになる。
【0031】尚、上記の実施形態はシングルフォワード
コンバータの平滑回路を例にとっているが、このような
シングルフォワードコンバータは通常、降圧コンバータ
としてスイッチングレギュレータなどの直流安定化電源
装置に使用されており、スイッチングレギュレータに使
用した場合には、図1,図4及び図5の各実施形態にお
ける出力端子2a,2bの出力電圧を制御回路に入力し
て出力電圧を一定電圧に保つようにスイッチング素子S
Wをフィードバック制御する回路構成をとることにな
る。
【0032】また上記の実施形態におけるπ型フィルタ
回路3に使用する入力側コンデンサ及び出力側コンデン
サとしては、コンバータのスイッチング周波数及びリッ
プル電流を考慮して、市販されているセラミックコンデ
ンサ、フィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ、アル
ミコンデンサなど適宜のコンデンサを使用することがで
き、使用するコンデンサの種類による制限は受けない。
【0033】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、入力チョークコイルに続いて複数の並列接続された
複数のコンデンサの間に小さなインダクタンスを接続し
てπ型フィルタ回路を形成したことで、入力チョークコ
イルへのリップル電流はπ型フィルタ回路のインダクタ
ンスにより制限されて出力側コンデンサにほとんど流れ
ず、従来の入力チョークコイルのインダクタンスを大き
くしたり、平滑コンデンサのインピーダンスを大きくし
ていた場合に比べコストを大幅に低減でき、比較的簡単
な構成で出力リップル電圧及び出力リップルノイズを例
えば1/3乃至1/4程度といった必要にして十分な程
度に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の回路図
【図2】図1の各部の動作波形のタイムチャート
【図3】本発明の第2実施形態の回路図
【図4】本発明の第3実施形態の回路図
【図5】従来例の回路図
【符号の説明】
1a,1b:入力端子 2a,2:出力端子 3:π型フィルタ回路 T1:トランス SW:スイッチ素子 D1,D2:整流ダイオード L2:入力チョークコイル L1:インダクタンス C1,C11〜C1n:入力側コンデンサ C2,C21〜C2n:出力側コンデンサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力チョークコイルに続いて複数の平滑用
    のコンデンサを並列接続したシングルフォワードコンバ
    ータの平滑回路に於いて、 入力チョークコイルに続いて並列接続した入力側コンデ
    ンサと出力側コンデンサとの間にインダクタンスを接続
    してπ型フィルタ回路を形成したことを特徴とするシン
    グルフォワードコンバータの平滑回路。
  2. 【請求項2】請求項1記載のシングルフォワードコンバ
    ータの平滑回路に於いて、前記π型フィルタ回路のイン
    ダクタンスを、入力側コンデンサに流れるリップル電流
    に対する出力側コンデンサに流れるリップル電流の電流
    比を、1未満で数分の1以上の範囲に設定する小さなイ
    ンダクタンスとしたことを特徴とするシングルフォワー
    ドコンバータの平滑回路。
  3. 【請求項3】請求項1記載のシングルフォワードコンバ
    ータの平滑回路に於いて、前記π型フィルタ回路の入力
    側コンデンサと出力側コンデンサとの各々を、複数のコ
    ンデンサの並列接続としたことを特徴とするシングルフ
    ォワードコンバータの平滑回路。
  4. 【請求項4】請求項1記載のシングルフォワードコンバ
    ータの平滑回路に於いて、前記入力チョークコイル及び
    π型フィルタ回路のインダクタンスを、出力端子に対す
    るプラス側のライン又はマイナス側のラインに設けたこ
    とを特徴とするシングルフォワードコンバータの平滑回
    路。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1633038A2 (en) * 2004-09-03 2006-03-08 BIFFI ITALIA S.r.L. Wide voltage range stabilized switching power supply for valve actuators
KR100644327B1 (ko) 2005-01-18 2006-11-10 주식회사 엘씨케이전자 외부기기의 강력한 전파 간섭으로 인한 에스엠피에스의피드백 계통의 오동작을 방지하기 위한 회로장치
KR100701504B1 (ko) 2005-06-25 2007-04-02 국방과학연구소 호모폴 발전기용 평활필터와 그 제작방법
JP2007194565A (ja) * 2006-01-23 2007-08-02 Denso Corp チョークコイル及びノイズフィルタ
JP2015510208A (ja) * 2012-03-12 2015-04-02 韓亜蘭HAN,Yalan 自然続流可能な交流チョッパ主電気回路構造
CN113258772A (zh) * 2021-05-11 2021-08-13 西安科技大学 一种采用开关电感的二次型升降压变换器

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