JP2003164149A - スイッチング電源装置 - Google Patents
スイッチング電源装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スイッチング損失を低減しつつ入力力率を向
上させる。 【解決手段】 主スイッチング素子８に並列にスナバコ
ンデンサ７を接続し、整流回路２の出力端子とダイオー
ド９との間に変圧器１７の一次巻線１７ａを直列に接続
し、ダイオード９と前記一次巻線１７ａとの接続点と接
地点との間にコンデンサ１８とリアクトル１９と補助ス
イッチング素子６とを順次直列に接続する。変圧器１１
の一次巻線１１ａと主スイッチング素子８との接続点
と、コンデンサ１８とリアクトル１９との接続点との間
に、通流方向に沿ってダイオード５と変圧器１７の二次
巻線１７ａとを順次直列に接続する。スナバコンデンサ
７の電荷を放電させるために、補助スイッチング素子６
を、主スイッチング素子８がオンする前にオンさせ、か
つ、主スイッチング素子８がオフする前にオフさせる。
上させる。 【解決手段】 主スイッチング素子８に並列にスナバコ
ンデンサ７を接続し、整流回路２の出力端子とダイオー
ド９との間に変圧器１７の一次巻線１７ａを直列に接続
し、ダイオード９と前記一次巻線１７ａとの接続点と接
地点との間にコンデンサ１８とリアクトル１９と補助ス
イッチング素子６とを順次直列に接続する。変圧器１１
の一次巻線１１ａと主スイッチング素子８との接続点
と、コンデンサ１８とリアクトル１９との接続点との間
に、通流方向に沿ってダイオード５と変圧器１７の二次
巻線１７ａとを順次直列に接続する。スナバコンデンサ
７の電荷を放電させるために、補助スイッチング素子６
を、主スイッチング素子８がオンする前にオンさせ、か
つ、主スイッチング素子８がオフする前にオフさせる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、交流電源からブ
リッジ整流回路、変圧器及びスイッチング素子を介して
負荷側に直流電力を供給する絶縁形のスイッチング電源
装置に関し、詳しくは、スイッチング電源装置における
入力力率の改善及びスイッチング損失の低減技術に関す
るものである。
リッジ整流回路、変圧器及びスイッチング素子を介して
負荷側に直流電力を供給する絶縁形のスイッチング電源
装置に関し、詳しくは、スイッチング電源装置における
入力力率の改善及びスイッチング損失の低減技術に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、この種の一石式スイッチング電
源装置（またはフライバックコンバータともいう）の従
来技術を示す回路図であり、図６は、図５の動作を説明
する波形図である。図５において、１は交流電源であ
り、その両端にはダイオードブリッジからなる整流回路
２が接続されている。整流回路２の出力端子と接地点と
の間にはリアクトル３、ダイオード９、変圧器１１の一
次巻線１１ａ、スイッチング素子８が順次直列に接続さ
れており、スイッチング素子８にはダイオード１６が逆
並列に接続されている。
源装置（またはフライバックコンバータともいう）の従
来技術を示す回路図であり、図６は、図５の動作を説明
する波形図である。図５において、１は交流電源であ
り、その両端にはダイオードブリッジからなる整流回路
２が接続されている。整流回路２の出力端子と接地点と
の間にはリアクトル３、ダイオード９、変圧器１１の一
次巻線１１ａ、スイッチング素子８が順次直列に接続さ
れており、スイッチング素子８にはダイオード１６が逆
並列に接続されている。
【０００３】また、ダイオード９のアノードとスイッチ
ング素子８の一端との間にはコンデンサ１８が接続さ
れ、ダイオード９のカソードと接地点との間にはコンデ
ンサ１０が接続されている。一方、変圧器１１の二次巻
線１１ｂにはダイオード１２とコンデンサ１３とが直列
に接続され、コンデンサ１３の両端には負荷１４が接続
されている。
ング素子８の一端との間にはコンデンサ１８が接続さ
れ、ダイオード９のカソードと接地点との間にはコンデ
ンサ１０が接続されている。一方、変圧器１１の二次巻
線１１ｂにはダイオード１２とコンデンサ１３とが直列
に接続され、コンデンサ１３の両端には負荷１４が接続
されている。
【０００４】この従来技術の動作を、図６を参照しつつ
説明する。概略的な動作としては、スイッチング素子８
のオン時に変圧器１１の一次巻線１１ａにエネルギーを
蓄積し、このエネルギーをスイッチング素子８のオフ時
に変圧器１１の二次巻線１１ｂから放出して負荷１４に
直流電圧を供給するフライバック動作を行う。
説明する。概略的な動作としては、スイッチング素子８
のオン時に変圧器１１の一次巻線１１ａにエネルギーを
蓄積し、このエネルギーをスイッチング素子８のオフ時
に変圧器１１の二次巻線１１ｂから放出して負荷１４に
直流電圧を供給するフライバック動作を行う。
【０００５】以下では、変圧器１１の一次側に着目して
その動作を述べる。まず、図６の時刻Ｔ１でスイッチン
グ素子８がオンすると同時に、コンデンサ１８の放電電
流がスイッチング素子８に流れ、スイッチング素子８の
電圧が立ち下がってくる。このため、図６に示す斜線部
分の電力がスイッチング素子８のオン時のスイッチング
損失となる。
その動作を述べる。まず、図６の時刻Ｔ１でスイッチン
グ素子８がオンすると同時に、コンデンサ１８の放電電
流がスイッチング素子８に流れ、スイッチング素子８の
電圧が立ち下がってくる。このため、図６に示す斜線部
分の電力がスイッチング素子８のオン時のスイッチング
損失となる。
【０００６】スイッチング素子８がオンしているＴ１〜
Ｔ２の期間に、コンデンサ１８のエネルギーはコンデン
サ１８→スイッチング素子８→整流回路２（及び交流電
源１）→リアクトル３の経路でリアクトル３に蓄えられ
る。この電流の経路には交流電源１があり、コンデンサ
１８の電圧が交流電源電圧より低い場合でも整流回路２
のダイオードが導通するため、整流回路２のダイオード
の導通角が広がり、力率が改善される。
Ｔ２の期間に、コンデンサ１８のエネルギーはコンデン
サ１８→スイッチング素子８→整流回路２（及び交流電
源１）→リアクトル３の経路でリアクトル３に蓄えられ
る。この電流の経路には交流電源１があり、コンデンサ
１８の電圧が交流電源電圧より低い場合でも整流回路２
のダイオードが導通するため、整流回路２のダイオード
の導通角が広がり、力率が改善される。
【０００７】同時に、このＴ１〜Ｔ２の期間にスイッチ
ング素子８は変圧器１１の一次巻線１１ａにエネルギー
を蓄える。時刻Ｔ２においてスイッチング素子８がオフ
すると、変圧器１１の二次巻線１１ｂに発生した電圧が
コンデンサ１３を充電すると共に、一次巻線１１ａに発
生した電圧によりコンデンサ１８が充電される。このた
め、スイッチング素子８の電圧は図６に示すように上昇
してその後、一定値となる。
ング素子８は変圧器１１の一次巻線１１ａにエネルギー
を蓄える。時刻Ｔ２においてスイッチング素子８がオフ
すると、変圧器１１の二次巻線１１ｂに発生した電圧が
コンデンサ１３を充電すると共に、一次巻線１１ａに発
生した電圧によりコンデンサ１８が充電される。このた
め、スイッチング素子８の電圧は図６に示すように上昇
してその後、一定値となる。
【０００８】また、Ｔ２〜Ｔ３の期間では、リアクトル
３に蓄積されていたエネルギーがリアクトル３→ダイオ
ード９→コンデンサ１０→整流回路２の経路でコンデン
サ１０に移る。この電流経路にも交流電源１があり、コ
ンデンサ１０の電圧が交流電源電圧より低い場合でも整
流回路２のダイオードが導通するため、整流回路２のダ
イオードの導通角が広がり、力率が改善される。
３に蓄積されていたエネルギーがリアクトル３→ダイオ
ード９→コンデンサ１０→整流回路２の経路でコンデン
サ１０に移る。この電流経路にも交流電源１があり、コ
ンデンサ１０の電圧が交流電源電圧より低い場合でも整
流回路２のダイオードが導通するため、整流回路２のダ
イオードの導通角が広がり、力率が改善される。
【０００９】時刻Ｔ３においてリアクトル３の電流がゼ
ロになると、コンデンサ１８、一次巻線１１ａ及びコン
デンサ１０による直列共振によりスイッチング素子８の
電圧は振動しながら低下し、その後、時刻Ｔ４において
スイッチング素子８を再度オンすると、前述した時刻Ｔ
１以後と同様の動作が繰り返される。
ロになると、コンデンサ１８、一次巻線１１ａ及びコン
デンサ１０による直列共振によりスイッチング素子８の
電圧は振動しながら低下し、その後、時刻Ｔ４において
スイッチング素子８を再度オンすると、前述した時刻Ｔ
１以後と同様の動作が繰り返される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術で
は、時刻Ｔ１やＴ４でスイッチング素子８がオンする際
のスイッチング損失が大きいという問題がある。そこで
本発明は、スイッチング素子８のスイッチング損失を小
さくしながら入力力率の改善を可能にしたスイッチング
電源装置を提供しようとするものである。
は、時刻Ｔ１やＴ４でスイッチング素子８がオンする際
のスイッチング損失が大きいという問題がある。そこで
本発明は、スイッチング素子８のスイッチング損失を小
さくしながら入力力率の改善を可能にしたスイッチング
電源装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、交流電源をブリッジ整流回
路を介して一方向の電流に整流し、このブリッジ整流回
路の出力端子と接地点との間に、通流方向に沿って第１
のダイオードと第１の変圧器の一次巻線と主スイッチン
グ素子とを順次直列に接続すると共に、前記一次巻線と
主スイッチング素子との直列回路に並列に第１のコンデ
ンサを接続し、主スイッチング素子のオンオフにより第
１の変圧器の二次巻線から直流電圧を出力するようにし
たスイッチング電源装置において、主スイッチング素子
に並列にスナバコンデンサとフリーホイーリングダイオ
ードを接続し、前記ブリッジ整流回路の出力端子と第１
のダイオードとの間に第２の変圧器の一次巻線を直列に
接続し、第１のダイオードと第２の変圧器の一次巻線と
の接続点と接地点との間に第２のコンデンサとリアクト
ルと補助スイッチング素子とを順次直列に接続し、か
つ、第１の変圧器の一次巻線と主スイッチング素子との
接続点と、第２のコンデンサと前記リアクトルとの接続
点との間に、通流方向に沿って第２のダイオードと第２
の変圧器の二次巻線とを順次直列に接続してなり、前記
スナバコンデンサの電荷を放電させるために、補助スイ
ッチング素子を、主スイッチング素子がオンする前にオ
ンさせ、かつ、主スイッチング素子がオフする前にオフ
させるものである。
め、請求項１記載の発明は、交流電源をブリッジ整流回
路を介して一方向の電流に整流し、このブリッジ整流回
路の出力端子と接地点との間に、通流方向に沿って第１
のダイオードと第１の変圧器の一次巻線と主スイッチン
グ素子とを順次直列に接続すると共に、前記一次巻線と
主スイッチング素子との直列回路に並列に第１のコンデ
ンサを接続し、主スイッチング素子のオンオフにより第
１の変圧器の二次巻線から直流電圧を出力するようにし
たスイッチング電源装置において、主スイッチング素子
に並列にスナバコンデンサとフリーホイーリングダイオ
ードを接続し、前記ブリッジ整流回路の出力端子と第１
のダイオードとの間に第２の変圧器の一次巻線を直列に
接続し、第１のダイオードと第２の変圧器の一次巻線と
の接続点と接地点との間に第２のコンデンサとリアクト
ルと補助スイッチング素子とを順次直列に接続し、か
つ、第１の変圧器の一次巻線と主スイッチング素子との
接続点と、第２のコンデンサと前記リアクトルとの接続
点との間に、通流方向に沿って第２のダイオードと第２
の変圧器の二次巻線とを順次直列に接続してなり、前記
スナバコンデンサの電荷を放電させるために、補助スイ
ッチング素子を、主スイッチング素子がオンする前にオ
ンさせ、かつ、主スイッチング素子がオフする前にオフ
させるものである。
【００１２】請求項２記載の発明は、交流電源をブリッ
ジ整流回路を介して一方向の電流に整流し、このブリッ
ジ整流回路の出力端子と接地点との間に、通流方向に沿
って第１のダイオードと第１の変圧器の一次巻線と主ス
イッチング素子とを順次直列に接続すると共に、前記一
次巻線と主スイッチング素子との直列回路に並列に第１
のコンデンサを接続し、主スイッチング素子のオンオフ
により第１の変圧器の二次巻線から直流電圧を出力する
ようにしたスイッチング電源装置において、主スイッチ
ング素子に並列にスナバコンデンサとフリーホイーリン
グダイオードを接続し、前記ブリッジ整流回路の出力端
子と第１のダイオードとの間に第２の変圧器の一次巻線
を直列に接続し、第１のダイオードと第２の変圧器の一
次巻線との接続点と接地点との間に、通流方向に沿って
第３のダイオードとリアクトルと補助スイッチング素子
とを順次直列に接続し、かつ、第１の変圧器の一次巻線
と主スイッチング素子との接続点と、第３のダイオード
と前記リアクトルとの接続点との間に、通流方向に沿っ
て第２のダイオードと第２の変圧器の二次巻線とを順次
直列に接続してなり、前記スナバコンデンサの電荷を放
電させるために、補助スイッチング素子を、主スイッチ
ング素子がオンする前にオンさせ、かつ、主スイッチン
グ素子がオフする前にオフさせるものである。
ジ整流回路を介して一方向の電流に整流し、このブリッ
ジ整流回路の出力端子と接地点との間に、通流方向に沿
って第１のダイオードと第１の変圧器の一次巻線と主ス
イッチング素子とを順次直列に接続すると共に、前記一
次巻線と主スイッチング素子との直列回路に並列に第１
のコンデンサを接続し、主スイッチング素子のオンオフ
により第１の変圧器の二次巻線から直流電圧を出力する
ようにしたスイッチング電源装置において、主スイッチ
ング素子に並列にスナバコンデンサとフリーホイーリン
グダイオードを接続し、前記ブリッジ整流回路の出力端
子と第１のダイオードとの間に第２の変圧器の一次巻線
を直列に接続し、第１のダイオードと第２の変圧器の一
次巻線との接続点と接地点との間に、通流方向に沿って
第３のダイオードとリアクトルと補助スイッチング素子
とを順次直列に接続し、かつ、第１の変圧器の一次巻線
と主スイッチング素子との接続点と、第３のダイオード
と前記リアクトルとの接続点との間に、通流方向に沿っ
て第２のダイオードと第２の変圧器の二次巻線とを順次
直列に接続してなり、前記スナバコンデンサの電荷を放
電させるために、補助スイッチング素子を、主スイッチ
ング素子がオンする前にオンさせ、かつ、主スイッチン
グ素子がオフする前にオフさせるものである。
【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載のスイッチング電源装置において、補助スイッチン
グ素子のオン期間を固定時間としたものである。
記載のスイッチング電源装置において、補助スイッチン
グ素子のオン期間を固定時間としたものである。
【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１または２
記載のスイッチング電源装置において、補助スイッチン
グ素子を、主スイッチング素子がオフするタイミングの
一定期間前にオフさせ、かつ、補助スイッチング素子の
オン期間を、主スイッチング素子がオフするタイミング
に応じて可変としたものである。
記載のスイッチング電源装置において、補助スイッチン
グ素子を、主スイッチング素子がオフするタイミングの
一定期間前にオフさせ、かつ、補助スイッチング素子の
オン期間を、主スイッチング素子がオフするタイミング
に応じて可変としたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態を示す回
路図であり、図５と同一の構成要素には同一の参照符号
を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説
明する。この実施形態は、請求項１の発明に相当するも
のである。
態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態を示す回
路図であり、図５と同一の構成要素には同一の参照符号
を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説
明する。この実施形態は、請求項１の発明に相当するも
のである。
【００１６】図１において、１７は一次巻線１７ａ及び
二次巻線１７ｂを有する第２の変圧器であり、前記一次
巻線１７ａは整流回路２の出力端子とダイオード９のア
ノードとの間に接続されている。また、図５と同様に、
ダイオード９のアノードにはコンデンサ１８の一端が接
続されている。前記コンデンサ１８の他端と接地点との
間には、リアクトル１９と補助スイッチング素子６とが
直列に接続されている。
二次巻線１７ｂを有する第２の変圧器であり、前記一次
巻線１７ａは整流回路２の出力端子とダイオード９のア
ノードとの間に接続されている。また、図５と同様に、
ダイオード９のアノードにはコンデンサ１８の一端が接
続されている。前記コンデンサ１８の他端と接地点との
間には、リアクトル１９と補助スイッチング素子６とが
直列に接続されている。
【００１７】第１の変圧器１１の一次巻線１１ａと主ス
イッチング素子８との接続点と、前記コンデンサ１８の
他端との間には、ダイオード５と第２の変圧器１７の二
次巻線１７ｂとが直列に接続されている。なお、主スイ
ッチング素子８にはダイオード１６と共にスナバコンデ
ンサ７が並列に接続され、補助スイッチング素子６には
ダイオード１５が並列に接続されている。
イッチング素子８との接続点と、前記コンデンサ１８の
他端との間には、ダイオード５と第２の変圧器１７の二
次巻線１７ｂとが直列に接続されている。なお、主スイ
ッチング素子８にはダイオード１６と共にスナバコンデ
ンサ７が並列に接続され、補助スイッチング素子６には
ダイオード１５が並列に接続されている。
【００１８】なお、上記構成において、ダイオード９は
請求項１における第１のダイオードに、ダイオード５は
第２のダイオードに、コンデンサ１０は第１のコンデン
サに、コンデンサ１８は第２のコンデンサに、それぞれ
対応している。
請求項１における第１のダイオードに、ダイオード５は
第２のダイオードに、コンデンサ１０は第１のコンデン
サに、コンデンサ１８は第２のコンデンサに、それぞれ
対応している。
【００１９】ここで、第１の変圧器１１、主スイッチン
グ素子８、ダイオード１２、コンデンサ１３及び負荷１
４は従来技術と同様にフライバック電源動作を行い、主
スイッチング素子８は、そのオンオフにより第１の変圧
器１１の一次側のエネルギーを二次側から負荷１４へ供
給する。また、補助スイッチング素子６は、主スイッチ
ング素子８のスイッチング損失を低減すると共に、スイ
ッチング電源装置の入力力率を改善するように動作す
る。
グ素子８、ダイオード１２、コンデンサ１３及び負荷１
４は従来技術と同様にフライバック電源動作を行い、主
スイッチング素子８は、そのオンオフにより第１の変圧
器１１の一次側のエネルギーを二次側から負荷１４へ供
給する。また、補助スイッチング素子６は、主スイッチ
ング素子８のスイッチング損失を低減すると共に、スイ
ッチング電源装置の入力力率を改善するように動作す
る。
【００２０】以下、この実施形態の詳細な動作を、図２
を参照しつつ説明する。図２において、実線で示した波
形が本実施形態の動作波形である。
を参照しつつ説明する。図２において、実線で示した波
形が本実施形態の動作波形である。
【００２１】図２の期間Ｔ１〜Ｔ２において、主スイッ
チング素子８がオンするよりも前のＴ１の時点で補助ス
イッチング素子６をオンさせると、主スイッチング素子
８及び補助スイッチング素子６がオフの状態でそれまで
にスナバコンデンサ７に蓄えられた電荷がダイオード５
→第２の変圧器１７の二次巻線１７ｂ→リアクトル１９
→補助スイッチング素子６の経路で放電し、リアクトル
１９に励磁エネルギーとして蓄積される。この放電によ
り、後述する時刻Ｔ２以後に主スイッチング素子８をオ
ンさせる際は主スイッチング素子８の電圧がゼロである
ため、ゼロ電圧スイッチングを可能にしてスイッチング
損失が低減される。なお、補助スイッチング素子６のオ
ンと同時に前記放電により主スイッチング素子８の電圧
は立ち下がっていき、スナバコンデンサ７がゼロ電圧と
なった時刻Ｔ２以後に主スイッチング素子８をオンさせ
ている。
チング素子８がオンするよりも前のＴ１の時点で補助ス
イッチング素子６をオンさせると、主スイッチング素子
８及び補助スイッチング素子６がオフの状態でそれまで
にスナバコンデンサ７に蓄えられた電荷がダイオード５
→第２の変圧器１７の二次巻線１７ｂ→リアクトル１９
→補助スイッチング素子６の経路で放電し、リアクトル
１９に励磁エネルギーとして蓄積される。この放電によ
り、後述する時刻Ｔ２以後に主スイッチング素子８をオ
ンさせる際は主スイッチング素子８の電圧がゼロである
ため、ゼロ電圧スイッチングを可能にしてスイッチング
損失が低減される。なお、補助スイッチング素子６のオ
ンと同時に前記放電により主スイッチング素子８の電圧
は立ち下がっていき、スナバコンデンサ７がゼロ電圧と
なった時刻Ｔ２以後に主スイッチング素子８をオンさせ
ている。
【００２２】また、上述したスナバコンデンサ７の放電
電流はリアクトル１９とスナバコンデンサ７との直列共
振電流であり、この電流の変化はリアクトル１９により
緩やかになるため、補助スイッチング素子６のオンはソ
フトスイッチング（いわゆるゼロ電流スイッチング）と
なり、スイッチング損失が低減される。すなわち、補助
スイッチング素子６のオン時はリアクトル１９にスナバ
コンデンサ７の放電電流に対して逆向きに電圧が発生す
るため、放電電流の増加が緩やかになってソフトスイッ
チング（ゼロ電流スイッチング）が達成されるものであ
る。
電流はリアクトル１９とスナバコンデンサ７との直列共
振電流であり、この電流の変化はリアクトル１９により
緩やかになるため、補助スイッチング素子６のオンはソ
フトスイッチング（いわゆるゼロ電流スイッチング）と
なり、スイッチング損失が低減される。すなわち、補助
スイッチング素子６のオン時はリアクトル１９にスナバ
コンデンサ７の放電電流に対して逆向きに電圧が発生す
るため、放電電流の増加が緩やかになってソフトスイッ
チング（ゼロ電流スイッチング）が達成されるものであ
る。
【００２３】コンデンサ１８は、主スイッチング素子８
と補助スイッチング素子６が共にオフの時に第１の変圧
器１１の一次巻線１１ａと第２の変圧器１７の二次巻線
１７ｂとによってリアクトル１９側が正となるように充
電されており、補助スイッチング素子６がオン状態にな
ると、コンデンサ１８はリアクトル１９→補助スイッチ
ング素子６→整流回路２→第２の変圧器１７の一次巻線
１７ａの経路で放電し、この一次巻線１７ａにはコンデ
ンサ１８のエネルギーが蓄積される。
と補助スイッチング素子６が共にオフの時に第１の変圧
器１１の一次巻線１１ａと第２の変圧器１７の二次巻線
１７ｂとによってリアクトル１９側が正となるように充
電されており、補助スイッチング素子６がオン状態にな
ると、コンデンサ１８はリアクトル１９→補助スイッチ
ング素子６→整流回路２→第２の変圧器１７の一次巻線
１７ａの経路で放電し、この一次巻線１７ａにはコンデ
ンサ１８のエネルギーが蓄積される。
【００２４】次に、期間Ｔ２〜Ｔ３において、時刻Ｔ２
でスナバコンデンサ７の電圧がゼロ電圧まで低下した後
に主スイッチング素子８をオンさせる。なお、補助スイ
ッチング素子６は時刻Ｔ３までオンさせておくものとす
る。期間Ｔ１〜Ｔ２でリアクトル１９に蓄積された励磁
エネルギーは、リアクトル１９を電源としてリアクトル
１９→補助スイッチング素子６→ダイオード１６→ダイ
オード５→第２の変圧器１７の二次巻線１７ｂの経路を
流れる電流により放出され、補助スイッチング素子６の
電流が減少していく。ここで、ダイオード１６は、いわ
ゆるフリーホイーリングダイオードの役目を果たす。
でスナバコンデンサ７の電圧がゼロ電圧まで低下した後
に主スイッチング素子８をオンさせる。なお、補助スイ
ッチング素子６は時刻Ｔ３までオンさせておくものとす
る。期間Ｔ１〜Ｔ２でリアクトル１９に蓄積された励磁
エネルギーは、リアクトル１９を電源としてリアクトル
１９→補助スイッチング素子６→ダイオード１６→ダイ
オード５→第２の変圧器１７の二次巻線１７ｂの経路を
流れる電流により放出され、補助スイッチング素子６の
電流が減少していく。ここで、ダイオード１６は、いわ
ゆるフリーホイーリングダイオードの役目を果たす。
【００２５】この二次巻線１７ｂに流れる電流により、
一次巻線１７ａはアンペアターン則に従い誘起され、リ
アクトル１９→補助スイッチング素子６→整流回路２→
第２の変圧器１７の一次巻線１７ａ→コンデンサ１８の
経路で放電し、交流電源１側に回生される。その放電が
終わると、第２の変圧器１７の一次巻線１７ａ→コンデ
ンサ１８→リアクトル１９→補助スイッチング素子６→
整流回路２の経路で電流が流れ、リアクトル１９に励磁
エネルギーとして、コンデンサ１８に静電エネルギーと
して蓄えられる。この電流経路には交流電源１があるた
め、整流回路２の導通角が広がり、力率が改善される。
一次巻線１７ａはアンペアターン則に従い誘起され、リ
アクトル１９→補助スイッチング素子６→整流回路２→
第２の変圧器１７の一次巻線１７ａ→コンデンサ１８の
経路で放電し、交流電源１側に回生される。その放電が
終わると、第２の変圧器１７の一次巻線１７ａ→コンデ
ンサ１８→リアクトル１９→補助スイッチング素子６→
整流回路２の経路で電流が流れ、リアクトル１９に励磁
エネルギーとして、コンデンサ１８に静電エネルギーと
して蓄えられる。この電流経路には交流電源１があるた
め、整流回路２の導通角が広がり、力率が改善される。
【００２６】次に、期間Ｔ３〜Ｔ４において、時刻Ｔ３
で補助スイッチング素子６がオフすると、補助スイッチ
ング素子６には交流電源電圧と第２の変圧器１７の一次
巻線１７ａの電圧とコンデンサ１８の電圧との和が印加
される。この期間にリアクトル１９に蓄えられた励磁エ
ネルギーとコンデンサ１８に蓄えられた静電エネルギー
は、ダイオード９→コンデンサ１０→整流回路２の経路
で放電し、コンデンサ１０の電圧を昇圧する。この昇圧
動作によりコンデンサ１０の電圧を交流電源電圧のピー
ク値より高くすることができ、主スイッチング素子８の
オン期間に流れる実効電流を小さくして主スイッチング
素子８の導通損失を低減することができる。
で補助スイッチング素子６がオフすると、補助スイッチ
ング素子６には交流電源電圧と第２の変圧器１７の一次
巻線１７ａの電圧とコンデンサ１８の電圧との和が印加
される。この期間にリアクトル１９に蓄えられた励磁エ
ネルギーとコンデンサ１８に蓄えられた静電エネルギー
は、ダイオード９→コンデンサ１０→整流回路２の経路
で放電し、コンデンサ１０の電圧を昇圧する。この昇圧
動作によりコンデンサ１０の電圧を交流電源電圧のピー
ク値より高くすることができ、主スイッチング素子８の
オン期間に流れる実効電流を小さくして主スイッチング
素子８の導通損失を低減することができる。
【００２７】更に、この電流経路には交流電源１がある
ため、コンデンサ１０の電圧が交流電源１の電圧より低
い場合でも整流回路２のダイオードが導通するため整流
回路２の導通角が広がり、力率が改善される。この放電
が終わると、補助スイッチング素子６にはコンデンサ１
０の電圧がかかる。
ため、コンデンサ１０の電圧が交流電源１の電圧より低
い場合でも整流回路２のダイオードが導通するため整流
回路２の導通角が広がり、力率が改善される。この放電
が終わると、補助スイッチング素子６にはコンデンサ１
０の電圧がかかる。
【００２８】そして、期間Ｔ４〜Ｔ６において、時刻Ｔ
４で主スイッチング素子８がオフするとスナバコンデン
サ７が充電され、主スイッチング素子８にかかる電圧が
緩やかに上昇することとなるので、主スイッチング素子
８のオフ時点はゼロ電圧スイッチングである。また、コ
ンデンサ１８→ダイオード９→第１の変圧器１１の一次
巻線１１ａ→ダイオード５→第２の変圧器１７の二次巻
線１７ｂの経路でコンデンサ１８と前記一次巻線１１ａ
の励磁インダクタンスとによる直列共振電流が流れる。
その電流がダイオード９及び５で逆阻止されることによ
って止まり、その後、ダイオード１２の電流が流れ終わ
ると、コンデンサ７と第１の変圧器１１の一次巻線１１
ａの励磁インダクタンスとによる直列共振が始まり、コ
ンデンサ７→一次巻線１１ａ→コンデンサ１０の経路で
電流が流れる。このダイオード１２の電流がゼロとなる
時刻Ｔ５以後に主スイッチング素子８及び補助スイッチ
ング素子６の電圧が振動を始め、その後、時刻Ｔ６で補
助スイッチング素子６をオンすることにより、時刻Ｔ１
以後の動作を繰り返す。
４で主スイッチング素子８がオフするとスナバコンデン
サ７が充電され、主スイッチング素子８にかかる電圧が
緩やかに上昇することとなるので、主スイッチング素子
８のオフ時点はゼロ電圧スイッチングである。また、コ
ンデンサ１８→ダイオード９→第１の変圧器１１の一次
巻線１１ａ→ダイオード５→第２の変圧器１７の二次巻
線１７ｂの経路でコンデンサ１８と前記一次巻線１１ａ
の励磁インダクタンスとによる直列共振電流が流れる。
その電流がダイオード９及び５で逆阻止されることによ
って止まり、その後、ダイオード１２の電流が流れ終わ
ると、コンデンサ７と第１の変圧器１１の一次巻線１１
ａの励磁インダクタンスとによる直列共振が始まり、コ
ンデンサ７→一次巻線１１ａ→コンデンサ１０の経路で
電流が流れる。このダイオード１２の電流がゼロとなる
時刻Ｔ５以後に主スイッチング素子８及び補助スイッチ
ング素子６の電圧が振動を始め、その後、時刻Ｔ６で補
助スイッチング素子６をオンすることにより、時刻Ｔ１
以後の動作を繰り返す。
【００２９】次に、図３は本発明の第２実施形態を示す
回路図である。この実施形態は、請求項２の発明に相当
するものであり、図１におけるコンデンサ１８の代わり
にダイオード２０を接続した以外は図１と同一の構成で
ある。ここで、ダイオード２０は請求項２における第３
のダイオードに相当する。
回路図である。この実施形態は、請求項２の発明に相当
するものであり、図１におけるコンデンサ１８の代わり
にダイオード２０を接続した以外は図１と同一の構成で
ある。ここで、ダイオード２０は請求項２における第３
のダイオードに相当する。
【００３０】以下、本実施形態の動作を図２を参照しつ
つ説明する。この実施形態では、図２における補助スイ
ッチング素子６の電圧波形、ダイオード１２の電流波形
の一部がそれぞれ点線のようになり、これら以外の動作
波形は第１実施形態と同一（図２における実線の波形）
である。なお、当然ながら、本実施形態ではコンデンサ
１８の電流波形に相当するものはない。
つ説明する。この実施形態では、図２における補助スイ
ッチング素子６の電圧波形、ダイオード１２の電流波形
の一部がそれぞれ点線のようになり、これら以外の動作
波形は第１実施形態と同一（図２における実線の波形）
である。なお、当然ながら、本実施形態ではコンデンサ
１８の電流波形に相当するものはない。
【００３１】期間Ｔ１〜Ｔ３の動作は第１実施形態と同
じであるため、それ以外の期間について以下に説明す
る。期間Ｔ３〜Ｔ４において、補助スイッチング素子６
がオフすると、このスイッチング素子６には交流電源電
圧と第２の変圧器１７の一次巻線１７ａの電圧との和が
印加される。また、時刻Ｔ３以前に第２の変圧器１７の
一次巻線１７ａに蓄えられた励磁エネルギーは、ダイオ
ード９→コンデンサ１０→整流回路２の経路を流れる電
流により放出され、コンデンサ１０の電圧を昇圧する。
このとき、補助スイッチング素子６の電圧は、点線で示
すように第１実施形態の実線と比べて図１のコンデンサ
１８の蓄積エネルギー分だけ低下する。上記電流経路に
は交流電源１があるため、整流回路２のダイオードの導
通角が広がり、入力力率が改善される。一次巻線１７ａ
に蓄えられた励磁エネルギーの放出が終わると、補助ス
イッチング素子６にはコンデンサ１０の電圧がかかる。
じであるため、それ以外の期間について以下に説明す
る。期間Ｔ３〜Ｔ４において、補助スイッチング素子６
がオフすると、このスイッチング素子６には交流電源電
圧と第２の変圧器１７の一次巻線１７ａの電圧との和が
印加される。また、時刻Ｔ３以前に第２の変圧器１７の
一次巻線１７ａに蓄えられた励磁エネルギーは、ダイオ
ード９→コンデンサ１０→整流回路２の経路を流れる電
流により放出され、コンデンサ１０の電圧を昇圧する。
このとき、補助スイッチング素子６の電圧は、点線で示
すように第１実施形態の実線と比べて図１のコンデンサ
１８の蓄積エネルギー分だけ低下する。上記電流経路に
は交流電源１があるため、整流回路２のダイオードの導
通角が広がり、入力力率が改善される。一次巻線１７ａ
に蓄えられた励磁エネルギーの放出が終わると、補助ス
イッチング素子６にはコンデンサ１０の電圧がかかる。
【００３２】期間Ｔ４〜Ｔ５において、主スイッチング
素子８がオフするとスナバコンデンサ７が充電され、主
スイッチング素子８にかかる電圧が緩やかに上昇するこ
ととなるので、主スイッチング素子６のオフ時点はゼロ
電圧スイッチングである。その後、ダイオード１２の電
流が時刻Ｔ５で流れ終わると、コンデンサ７と第１の変
圧器１１の一次巻線１１ａの励磁インダクタンスとによ
る直列共振が始まり、コンデンサ７→一次巻線１１ａ→
コンデンサ１０の経路で電流が流れ、主スイッチング素
子８及び補助スイッチング素子６の電圧が振動を始め
る。更に、時刻Ｔ６で補助スイッチング素子６をオンす
ることにより、時刻Ｔ１以後の動作を繰り返す。
素子８がオフするとスナバコンデンサ７が充電され、主
スイッチング素子８にかかる電圧が緩やかに上昇するこ
ととなるので、主スイッチング素子６のオフ時点はゼロ
電圧スイッチングである。その後、ダイオード１２の電
流が時刻Ｔ５で流れ終わると、コンデンサ７と第１の変
圧器１１の一次巻線１１ａの励磁インダクタンスとによ
る直列共振が始まり、コンデンサ７→一次巻線１１ａ→
コンデンサ１０の経路で電流が流れ、主スイッチング素
子８及び補助スイッチング素子６の電圧が振動を始め
る。更に、時刻Ｔ６で補助スイッチング素子６をオンす
ることにより、時刻Ｔ１以後の動作を繰り返す。
【００３３】なお、時刻Ｔ４以後の補助スイッチング素
子６の電圧波形、ダイオード１２の電流波形が第１，第
２実施形態で異なるのは、第１の変圧器１１の一次巻線
１１ａとコンデンサ１８とによる直列共振電流の有無に
起因している。
子６の電圧波形、ダイオード１２の電流波形が第１，第
２実施形態で異なるのは、第１の変圧器１１の一次巻線
１１ａとコンデンサ１８とによる直列共振電流の有無に
起因している。
【００３４】また、上述した第１，第２実施形態におい
て、補助スイッチング素子６のオン期間（図２における
Ｔ１〜Ｔ３の期間）を固定することで、第２の変圧器１
７の一次巻線１７ａによる交流電源電圧尖頭値に対する
コンデンサ１０の電圧の昇圧値を交流電源電圧に比例し
た値にすることができる。このように補助スイッチング
素子６のオン期間を固定期間とすることは、請求項３の
発明の実施形態（本発明の第３実施形態）に相当する。
この交流電源電圧とコンデンサ１０の昇圧値との関係
を、図４に実線で示す。
て、補助スイッチング素子６のオン期間（図２における
Ｔ１〜Ｔ３の期間）を固定することで、第２の変圧器１
７の一次巻線１７ａによる交流電源電圧尖頭値に対する
コンデンサ１０の電圧の昇圧値を交流電源電圧に比例し
た値にすることができる。このように補助スイッチング
素子６のオン期間を固定期間とすることは、請求項３の
発明の実施形態（本発明の第３実施形態）に相当する。
この交流電源電圧とコンデンサ１０の昇圧値との関係
を、図４に実線で示す。
【００３５】更に、補助スイッチング素子６を主スイッ
チング素子８がオフするタイミングの一定期間前にオフ
させるとともに、補助スイッチング素子６のオン期間を
主スイッチング素子８のオフタイミングに応じて可変と
することにより、図４に点線で示すように交流電源電圧
が低い時と高い時での昇圧値の差を小さくすることがで
きる。
チング素子８がオフするタイミングの一定期間前にオフ
させるとともに、補助スイッチング素子６のオン期間を
主スイッチング素子８のオフタイミングに応じて可変と
することにより、図４に点線で示すように交流電源電圧
が低い時と高い時での昇圧値の差を小さくすることがで
きる。
【００３６】つまり、主スイッチング素子８のオフタイ
ミングが変化しても、図２における期間Ｔ３〜Ｔ４を常
に一定とすることで、交流電源電圧が低い場合にはコン
デンサ１０の昇圧率を相対的に大きくし、交流電源電圧
が高い場合にはコンデンサ１０の昇圧率を相対的に小さ
くする。これにより、主スイッチング素子８の実効電流
を大幅に低減でき、しかも交流電源電圧の高いときには
昇圧率が小さいためにコンデンサ１０として耐圧の低い
安価なものを使用することが可能となる。なお、上記の
事項は請求項４の発明の実施形態（本発明の第４実施形
態）に相当する。
ミングが変化しても、図２における期間Ｔ３〜Ｔ４を常
に一定とすることで、交流電源電圧が低い場合にはコン
デンサ１０の昇圧率を相対的に大きくし、交流電源電圧
が高い場合にはコンデンサ１０の昇圧率を相対的に小さ
くする。これにより、主スイッチング素子８の実効電流
を大幅に低減でき、しかも交流電源電圧の高いときには
昇圧率が小さいためにコンデンサ１０として耐圧の低い
安価なものを使用することが可能となる。なお、上記の
事項は請求項４の発明の実施形態（本発明の第４実施形
態）に相当する。
【００３７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、絶縁形の
スイッチング電源装置において、スイッチング損失を低
減しつつその入力力率を改善することができ、従来より
も低損失かつ高効率のスイッチング電源装置を提供する
ことができる。
スイッチング電源装置において、スイッチング損失を低
減しつつその入力力率を改善することができ、従来より
も低損失かつ高効率のスイッチング電源装置を提供する
ことができる。
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の第１，第２実施形態の動作を示す波形
図である。
図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図４】本発明の第３，第４実施形態の動作説明図であ
る。
る。
【図５】従来技術を示す回路図である。
【図６】従来技術の動作を示す波形図である。
１ 交流電源
２ 整流回路
５，９，１２，１５，１６，２０ ダイオード
６，８ スイッチング素子
７，１０，１３，１８ コンデンサ
１１，１７ 変圧器
１１ａ，１７ａ 一次巻線
１１ｂ，１７ｂ 二次巻線
１４ 負荷
１９ リアクトル
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H006 AA02 CA00 CA07 CA12 CA13
CB01 CC02 DA02
5H730 AA02 AA14 AA18 BB43 BB57
BB86 CC04 DD01 DD41 EE02
EE07 FG01
Claims (4)
- 【請求項１】交流電源をブリッジ整流回路を介して一方
向の電流に整流し、このブリッジ整流回路の出力端子と
接地点との間に、通流方向に沿って第１のダイオードと
第１の変圧器の一次巻線と主スイッチング素子とを順次
直列に接続すると共に、前記一次巻線と主スイッチング
素子との直列回路に並列に第１のコンデンサを接続し、
主スイッチング素子のオンオフにより第１の変圧器の二
次巻線から直流電圧を出力するようにしたスイッチング
電源装置において、 主スイッチング素子に並列にスナバコンデンサとフリー
ホイーリングダイオードを接続し、 前記ブリッジ整流回路の出力端子と第１のダイオードと
の間に第２の変圧器の一次巻線を直列に接続し、第１の
ダイオードと第２の変圧器の一次巻線との接続点と接地
点との間に第２のコンデンサとリアクトルと補助スイッ
チング素子とを順次直列に接続し、かつ、 第１の変圧器の一次巻線と主スイッチング素子との接続
点と、第２のコンデンサと前記リアクトルとの接続点と
の間に、通流方向に沿って第２のダイオードと第２の変
圧器の二次巻線とを順次直列に接続してなり、 前記スナバコンデンサの電荷を放電させるために、補助
スイッチング素子を、主スイッチング素子がオンする前
にオンさせ、かつ、主スイッチング素子がオフする前に
オフさせることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 【請求項２】交流電源をブリッジ整流回路を介して一方
向の電流に整流し、このブリッジ整流回路の出力端子と
接地点との間に、通流方向に沿って第１のダイオードと
第１の変圧器の一次巻線と主スイッチング素子とを順次
直列に接続すると共に、前記一次巻線と主スイッチング
素子との直列回路に並列に第１のコンデンサを接続し、
主スイッチング素子のオンオフにより第１の変圧器の二
次巻線から直流電圧を出力するようにしたスイッチング
電源装置において、 主スイッチング素子に並列にスナバコンデンサとフリー
ホイーリングダイオードを接続し、 前記ブリッジ整流回路の出力端子と第１のダイオードと
の間に第２の変圧器の一次巻線を直列に接続し、第１の
ダイオードと第２の変圧器の一次巻線との接続点と接地
点との間に、通流方向に沿って第３のダイオードとリア
クトルと補助スイッチング素子とを順次直列に接続し、
かつ、 第１の変圧器の一次巻線と主スイッチング素子との接続
点と、第３のダイオードと前記リアクトルとの接続点と
の間に、通流方向に沿って第２のダイオードと第２の変
圧器の二次巻線とを順次直列に接続してなり、 前記スナバコンデンサの電荷を放電させるために、補助
スイッチング素子を、主スイッチング素子がオンする前
にオンさせ、かつ、主スイッチング素子がオフする前に
オフさせることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 【請求項３】請求項１または２記載のスイッチング電源
装置において、 補助スイッチング素子のオン期間を固定時間としたこと
を特徴とするスイッチング電源装置。 - 【請求項４】請求項１または２記載のスイッチング電源
装置において、 補助スイッチング素子を、主スイッチング素子がオフす
るタイミングの一定期間前にオフさせ、かつ、補助スイ
ッチング素子のオン期間を、主スイッチング素子がオフ
するタイミングに応じて可変としたことを特徴とするス
イッチング電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001358837A JP3748058B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | スイッチング電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001358837A JP3748058B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | スイッチング電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003164149A true JP2003164149A (ja) | 2003-06-06 |
| JP3748058B2 JP3748058B2 (ja) | 2006-02-22 |
Family
ID=19169949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001358837A Expired - Fee Related JP3748058B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | スイッチング電源装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3748058B2 (ja) |
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
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| KR101308419B1 (ko) * | 2012-10-02 | 2013-09-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 다이오드 조명 시스템 |
| US20140152208A1 (en) * | 2012-12-05 | 2014-06-05 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Power factor correction device, power supply, and motor driver |
| WO2018072987A1 (de) * | 2016-10-18 | 2018-04-26 | Robert Bosch Gmbh | Gleichspannungswandler und verfahren zum betrieb eines gleichspannungswandlers |
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-
2001
- 2001-11-26 JP JP2001358837A patent/JP3748058B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN103477716A (zh) * | 2011-02-21 | 2013-12-25 | Lg伊诺特有限公司 | 发光二极管照明系统 |
| CN105050260B (zh) * | 2011-02-21 | 2018-03-09 | Lg伊诺特有限公司 | 发光二极管照明系统 |
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| KR101496810B1 (ko) | 2012-12-05 | 2015-02-27 | 삼성전기주식회사 | 역률 보정 장치, 전원 장치 및 모터 구동 장치 |
| JP2014113020A (ja) * | 2012-12-05 | 2014-06-19 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 力率補正装置、電源装置及びモーター駆動装置 |
| CN103856035A (zh) * | 2012-12-05 | 2014-06-11 | 三星电机株式会社 | 功率因数校正装置、电源及电机驱动器 |
| US9331598B2 (en) | 2012-12-05 | 2016-05-03 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Power factor correction device, power supply, and motor driver |
| US20140152208A1 (en) * | 2012-12-05 | 2014-06-05 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Power factor correction device, power supply, and motor driver |
| WO2018072987A1 (de) * | 2016-10-18 | 2018-04-26 | Robert Bosch Gmbh | Gleichspannungswandler und verfahren zum betrieb eines gleichspannungswandlers |
| US11128225B2 (en) | 2016-10-18 | 2021-09-21 | Robert Bosch Gmbh | DC-to-DC converter and method for operating a DC-to-DC converter |
| WO2019092000A1 (en) * | 2017-11-09 | 2019-05-16 | Cet Power Luxembourg Sa | Inverter with ac forward bridge and improved dc/dc topology |
| US11088634B2 (en) | 2017-11-09 | 2021-08-10 | Ce+T Power Luxembourg Sa | Inverter with AC forward bridge and improved DC/DC topology |
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|---|---|
| JP3748058B2 (ja) | 2006-02-22 |
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