JP2003009530A - スイッチング電源安定化回路 - Google Patents
スイッチング電源安定化回路Info
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- JP2003009530A JP2003009530A JP2001187602A JP2001187602A JP2003009530A JP 2003009530 A JP2003009530 A JP 2003009530A JP 2001187602 A JP2001187602 A JP 2001187602A JP 2001187602 A JP2001187602 A JP 2001187602A JP 2003009530 A JP2003009530 A JP 2003009530A
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- Japan
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- switching power
- power supply
- capacitor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ブーストハーフブリッジ方式（ＢＨＢ方式）ス
イッチング電源を大容量出力に使用する場合において、
高速応答が可能で安定な出力を備えた小型スイッチング
電源を提供する。 【解決手段】ブーストハーフブリッジ方式のスイッチン
グ電源において、スイッチング素子とコンデンサを並列
に配置しトランスの入力とする入力側のスイッチング素
子とコンデンサのそれぞれの接続点間に抵抗とコンデン
サを直列に接続し、Ｑを小さくすることによって入力端
子に接続されたインダクタンスと１次側のハーフブリッ
ジを形成するハイサイド側の出力コンデンサに起因する
大きなＱによる急激な位相の変化を回避でき広範囲入力
電圧の低電圧で大容量出力に高速応答が可能な、安定し
た出力を得るスイッチング電源を提供できる。
イッチング電源を大容量出力に使用する場合において、
高速応答が可能で安定な出力を備えた小型スイッチング
電源を提供する。 【解決手段】ブーストハーフブリッジ方式のスイッチン
グ電源において、スイッチング素子とコンデンサを並列
に配置しトランスの入力とする入力側のスイッチング素
子とコンデンサのそれぞれの接続点間に抵抗とコンデン
サを直列に接続し、Ｑを小さくすることによって入力端
子に接続されたインダクタンスと１次側のハーフブリッ
ジを形成するハイサイド側の出力コンデンサに起因する
大きなＱによる急激な位相の変化を回避でき広範囲入力
電圧の低電圧で大容量出力に高速応答が可能な、安定し
た出力を得るスイッチング電源を提供できる。
Description
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、ブーストハーフブリッ
ジ方式（BHB方式）スイッチング電源の大容量出力にお
ける、高速応答性を改善したスイッチング電源の安定化
回路に関するものである。
ジ方式（BHB方式）スイッチング電源の大容量出力にお
ける、高速応答性を改善したスイッチング電源の安定化
回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来広い入力電圧範囲で低電圧出力のオ
ンボード電源に適したブーストハーフブリッジ方式（BH
B方式）のスイッチング電源が使用され、この方式は昇
圧チョッパ回路と非対称制御のハーフブリッジ回路を一
体化した回路で広い入力範囲で自己駆動型の同期整流MO
SFETを駆動することが可能であり、主スイッチ素子及び
同期整流素子とし低耐圧でオン抵抗の小さいMOSFETを使
用した直流入力の高効率電源である。この回路図の一例
を図４に示す。
ンボード電源に適したブーストハーフブリッジ方式（BH
B方式）のスイッチング電源が使用され、この方式は昇
圧チョッパ回路と非対称制御のハーフブリッジ回路を一
体化した回路で広い入力範囲で自己駆動型の同期整流MO
SFETを駆動することが可能であり、主スイッチ素子及び
同期整流素子とし低耐圧でオン抵抗の小さいMOSFETを使
用した直流入力の高効率電源である。この回路図の一例
を図４に示す。
【０００３】BHB方式スイッチング電源において、小容
量出力に用いられる場合は特に問題とされなかったが、
大容量出力で用いられる場合にはクロスオーバー周波数
以下に急激な位相遅れを生じ、出力電圧が一定化しない
という問題が発生した。
量出力に用いられる場合は特に問題とされなかったが、
大容量出力で用いられる場合にはクロスオーバー周波数
以下に急激な位相遅れを生じ、出力電圧が一定化しない
という問題が発生した。
【０００４】ＢＨＢ方式の昇圧コンバータが特徴的なの
はハイサイド側の出力コンデンサＣ１の容量が小さいこ
とであり、この結果、大容量出力においては昇圧用イン
ダクタンスＬ１とＣ１に起因する急激な位相の遅れがク
ロスオーバー周波数以下に生じ、位相補償回路でも補償
できない範囲となる。
はハイサイド側の出力コンデンサＣ１の容量が小さいこ
とであり、この結果、大容量出力においては昇圧用イン
ダクタンスＬ１とＣ１に起因する急激な位相の遅れがク
ロスオーバー周波数以下に生じ、位相補償回路でも補償
できない範囲となる。
【０００５】一般にクロスオーバー周波数を高周波にす
ることによって入出力の過渡的変動に対して高速な応答
が可能であり、できるだけ高周波にクロスオーバー周波
数を設定することが望まれる。図２に示す様に、従来の
ＢＨＢ方式スイッチング電源の位相ゲイン特性において
は、クロスオーバー周波数を上げると位相が急激に変化
する領域があり、高周波にすることが難しくなる。
ることによって入出力の過渡的変動に対して高速な応答
が可能であり、できるだけ高周波にクロスオーバー周波
数を設定することが望まれる。図２に示す様に、従来の
ＢＨＢ方式スイッチング電源の位相ゲイン特性において
は、クロスオーバー周波数を上げると位相が急激に変化
する領域があり、高周波にすることが難しくなる。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来
技術の問題点を鑑みてなされたもので、その目的は、ブ
ーストハーフブリッジ方式（ＢＨＢ方式）スイッチング
電源を大電流出力に使用する場合において、高速応答が
可能で安定な出力を備えた小型スイッチング電源を提供
できる。
技術の問題点を鑑みてなされたもので、その目的は、ブ
ーストハーフブリッジ方式（ＢＨＢ方式）スイッチング
電源を大電流出力に使用する場合において、高速応答が
可能で安定な出力を備えた小型スイッチング電源を提供
できる。
【０００７】
【課題を解決しようとする手段】上記目的を達成するた
めになされた請求項記載の発明は、ＢＨＢ方式のスイッ
チング電源の有効性を活かして、さらに低電圧大電流出
力に適用できることを特徴とするスイッチング電源の安
定化回路を提供するものである。
めになされた請求項記載の発明は、ＢＨＢ方式のスイッ
チング電源の有効性を活かして、さらに低電圧大電流出
力に適用できることを特徴とするスイッチング電源の安
定化回路を提供するものである。
【０００８】すなわちＢＨＢ方式のスイッチング電源は
広入力電圧範囲で低電圧出力のオンボード電源に適した
直流入力高効率電源として提供されているが、低電圧で
大電流出力においても位相補償が可能で、急激な位相の
変化を回避し、安定した出力を提供するものである。
広入力電圧範囲で低電圧出力のオンボード電源に適した
直流入力高効率電源として提供されているが、低電圧で
大電流出力においても位相補償が可能で、急激な位相の
変化を回避し、安定した出力を提供するものである。
【０００９】ＢＨＢ方式のスイッチング電源は昇圧コン
バータとハーフブリッジコンバータを複合化したブース
トハーフブリッジ型スイッチング電源であって、スイッ
チング素子とコンデンサを並列に配置しトランスの入力
とする入力側のスイッチング素子とコンデンサのそれぞ
れの接続点間に抵抗とコンデンサを直列に接続し、Ｑを
小さくすることによって入力端子に接続されたインダク
タンスと１次側のハーフブリッジを形成するハイサイド
側の出力コンデンサによる大きなＱに起因する急激な位
相の変化を回避できる。
バータとハーフブリッジコンバータを複合化したブース
トハーフブリッジ型スイッチング電源であって、スイッ
チング素子とコンデンサを並列に配置しトランスの入力
とする入力側のスイッチング素子とコンデンサのそれぞ
れの接続点間に抵抗とコンデンサを直列に接続し、Ｑを
小さくすることによって入力端子に接続されたインダク
タンスと１次側のハーフブリッジを形成するハイサイド
側の出力コンデンサによる大きなＱに起因する急激な位
相の変化を回避できる。
【００１０】BHB方式の昇圧コンバータが特徴的なのは
１次側ハーフブリッジのハイサイド側に接続されている
出力コンデンサの容量が小さいことであるが、これをそ
のままにして抵抗とコンデンサを付加することでＱを小
さくすることが可能で、入力端子に接続されたインダク
タンスとハーフブリッジのハイサイド側出力コンデンサ
による大きなＱに起因する急激な位相の変化を回避でき
る。
１次側ハーフブリッジのハイサイド側に接続されている
出力コンデンサの容量が小さいことであるが、これをそ
のままにして抵抗とコンデンサを付加することでＱを小
さくすることが可能で、入力端子に接続されたインダク
タンスとハーフブリッジのハイサイド側出力コンデンサ
による大きなＱに起因する急激な位相の変化を回避でき
る。
【００１１】図２は従来の位相・ゲイン特性を示してあ
り、この場合高周波での位相特性が極端に悪くなってい
るが、抵抗とコンデンサを付加することによって、図３
に示すように高周波領域での位相特性が改善されている
ため低電圧高出力においても安定で効率の良いスイッチ
ング電源を提供できる。
り、この場合高周波での位相特性が極端に悪くなってい
るが、抵抗とコンデンサを付加することによって、図３
に示すように高周波領域での位相特性が改善されている
ため低電圧高出力においても安定で効率の良いスイッチ
ング電源を提供できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明に
係る半導体スイッチング装置の実施形態を説明する。な
お、図面の説明において同一部材には同じ符号を付し、
重複する説明は省略する。
係る半導体スイッチング装置の実施形態を説明する。な
お、図面の説明において同一部材には同じ符号を付し、
重複する説明は省略する。
【００１３】図１は本発明の実施形態を示しており、図
１はその回路図である。この回路図は図４に示す従来の
ＢＨＢ方式のスイッチング電源において、１次側ハーフ
ブリッジ回路のハイサイド出力コンデンサＣ１とロウサ
イド出力コンデンサＣ２に並列に抵抗Ｒ１とコンデンサ
Ｃ３を接続したものである。
１はその回路図である。この回路図は図４に示す従来の
ＢＨＢ方式のスイッチング電源において、１次側ハーフ
ブリッジ回路のハイサイド出力コンデンサＣ１とロウサ
イド出力コンデンサＣ２に並列に抵抗Ｒ１とコンデンサ
Ｃ３を接続したものである。
【００１４】図４に示される回路のQをQ１とするとＣ１
の容量がＣ２に比べて小さい時Ｑ１は次式で計算され
る。
の容量がＣ２に比べて小さい時Ｑ１は次式で計算され
る。
【数式１】
ここでＲはトランスによって入力側に変換された出力側
の抵抗分である。一例としてＣ１＝０．１μＦ、Ｌ１＝
７００μＨ、Ｒ＝１ｋΩの時、Q１は約１２と計算され
る。図１に示される回路のQをQ２とするとQ２は概略次
式で計算され、C３の容量はC１の容量の１０倍以上、R
１の値は次式で計算されるQ２の値が1以下になるように
設定する。
の抵抗分である。一例としてＣ１＝０．１μＦ、Ｌ１＝
７００μＨ、Ｒ＝１ｋΩの時、Q１は約１２と計算され
る。図１に示される回路のQをQ２とするとQ２は概略次
式で計算され、C３の容量はC１の容量の１０倍以上、R
１の値は次式で計算されるQ２の値が1以下になるように
設定する。
【数式２】
一例としてＣ１＝０．１μＦ、Ｌ１＝７００μＨ、Ｒ１
＝２２Ωの時、Q２は約０．２７であり１以下とするこ
とができる。
＝２２Ωの時、Q２は約０．２７であり１以下とするこ
とができる。
【００１５】上記のようにQ２の値を１以下にすること
で、図４の回路の昇圧インダクタンスL１と入力コンデ
ンサC１とC２の合成容量に起因する高いQ１を図１の回
路による上記の低いQ２で置き換えることができるの
で、前記Q１に起因する急激な位相の遅れを回避するこ
とができ、安定な制御系を構成することが可能になる。
で、図４の回路の昇圧インダクタンスL１と入力コンデ
ンサC１とC２の合成容量に起因する高いQ１を図１の回
路による上記の低いQ２で置き換えることができるの
で、前記Q１に起因する急激な位相の遅れを回避するこ
とができ、安定な制御系を構成することが可能になる。
【００１６】すなわちQが大きい程ゲインのピークが高
くなり、さらにQは位相の遅れに関係し、Qが大きい程位
相が急激に変化するため、制御系にQが大きなこの要素
を含んでいると系は不安定になる。抵抗Ｒ１とコンデン
サＣ３を付加することで、電流の交流高周波成分に対し
てトランスによって変換される出力側の抵抗成分と付加
したＲ１が並列になるので、抵抗成分が減って数式２で
計算されるようにＱを小さくすることができる。
くなり、さらにQは位相の遅れに関係し、Qが大きい程位
相が急激に変化するため、制御系にQが大きなこの要素
を含んでいると系は不安定になる。抵抗Ｒ１とコンデン
サＣ３を付加することで、電流の交流高周波成分に対し
てトランスによって変換される出力側の抵抗成分と付加
したＲ１が並列になるので、抵抗成分が減って数式２で
計算されるようにＱを小さくすることができる。
【００１７】さらに、請求項２記載の発明のように、ハ
ーフブリッジ用コンデンサＣ１、Ｃ２の両端にコンデン
サＣ３と抵抗Ｒ１を接続し、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１
及び昇圧用のインダクタンスＬ１で構成されるＬＣＲ回
路でＱがおおよそ１以下であれば、急激な位相の遅れや
ゲインの急激な増加がなく、Ｌ１、Ｃ１による急激な位
相の変化を回避でき、位相ゲイン特性の改善に有効であ
る。
ーフブリッジ用コンデンサＣ１、Ｃ２の両端にコンデン
サＣ３と抵抗Ｒ１を接続し、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１
及び昇圧用のインダクタンスＬ１で構成されるＬＣＲ回
路でＱがおおよそ１以下であれば、急激な位相の遅れや
ゲインの急激な増加がなく、Ｌ１、Ｃ１による急激な位
相の変化を回避でき、位相ゲイン特性の改善に有効であ
る。
【００１８】
【発明の効果】ＢＨＢ方式のスイッチング電源におい
て、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２とコンデンサＣ１、Ｃ
２を並列に配置しトランスＴの入力とする入力側のスイ
ッチング素子Ｓ１、Ｓ２とコンデンサＣ１、Ｃ２のそれ
ぞれの接続点間に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ３を直列に接
続し、Ｑを小さくすることによって入力１端子に接続さ
れたインダクタンスＬ１と１次側のハーフブリッジを形
成するハイサイド側の出力コンデンサＣ１に起因する大
きなＱによる急激な位相の変化を回避でき広範囲入力電
圧の低電圧で大容量出力に高速応答が可能な、安定した
出力を得るスイッチング電源を提供できる。
て、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２とコンデンサＣ１、Ｃ
２を並列に配置しトランスＴの入力とする入力側のスイ
ッチング素子Ｓ１、Ｓ２とコンデンサＣ１、Ｃ２のそれ
ぞれの接続点間に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ３を直列に接
続し、Ｑを小さくすることによって入力１端子に接続さ
れたインダクタンスＬ１と１次側のハーフブリッジを形
成するハイサイド側の出力コンデンサＣ１に起因する大
きなＱによる急激な位相の変化を回避でき広範囲入力電
圧の低電圧で大容量出力に高速応答が可能な、安定した
出力を得るスイッチング電源を提供できる。
【００１９】
【図１】本発明の実施形態を示すスイッチング電源安定
化回路の実施例である。
化回路の実施例である。
【図２】本発明の位相ゲイン特性を示す実施例である。
【図３】従来方式の位相ゲイン特性を示す実施例であ
る。
る。
【図４】従来のＢＨＢ方式スイッチング電源を示す図で
ある。
ある。
１、入力
２、出力
Ｃ１〜Ｃ４、コンデンサ
Ｓ１〜Ｓ４、スイッチ素子
Ｌ１、Ｌ２、インダクタンス
Ｒ１、抵抗
Ｔ、トランス
Claims (2)
- 【請求項１】昇圧コンバータとハーフブリッジコンバー
タを複合化したブーストハーフブリッジ型スイッチング
電源において、スイッチング素子とコンデンサを並列に
配置しトランスの入力とする入力側のスイッチング素子
とコンデンサのそれぞれの接続点間に抵抗とコンデンサ
を直列に接続したことを特徴とするスイッチング電源安
定化回路。 - 【請求項２】請求項１に記載のスイッチング電源安定化
回路において前記直列に接続した抵抗とコンデンサと昇
圧用に入力端子に接続されているインダクタンス及びト
ランスによって変換された出力側の抵抗で形成されるLC
R回路のQが１以下であることを特徴とするスイッチング
電源安定化回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001187602A JP2003009530A (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | スイッチング電源安定化回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001187602A JP2003009530A (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | スイッチング電源安定化回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003009530A true JP2003009530A (ja) | 2003-01-10 |
Family
ID=19026869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001187602A Pending JP2003009530A (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | スイッチング電源安定化回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003009530A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101969224A (zh) * | 2009-07-27 | 2011-02-09 | 罗基研究公司 | 具有备用电力的暖通空调及制冷系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08168267A (ja) * | 1994-12-09 | 1996-06-25 | Kikusui Electron Corp | スイッチング方式交流電源装置 |
| JPH11262263A (ja) * | 1998-03-09 | 1999-09-24 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | スイッチング電源装置 |
-
2001
- 2001-06-21 JP JP2001187602A patent/JP2003009530A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08168267A (ja) * | 1994-12-09 | 1996-06-25 | Kikusui Electron Corp | スイッチング方式交流電源装置 |
| JPH11262263A (ja) * | 1998-03-09 | 1999-09-24 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | スイッチング電源装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101969224A (zh) * | 2009-07-27 | 2011-02-09 | 罗基研究公司 | 具有备用电力的暖通空调及制冷系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080219 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100831 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100928 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110208 |