JP2008061370A - 自励式プッシュプル電源 - Google Patents

Abstract

【課題】入力電源に直列に挿入されたインダクタに発生する電気エネルギによるパルス状の高い過度電圧からスイッチング素子の破損を防止する自励式プッシュプル電源を提供するものである。
【解決手段】直流電源の一端に接続された一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、中間タップｔ１を有する１次巻線Ｎ１及び負荷が接続される中間タップｔ２を有する２次巻線Ｎ２、帰還発振用の３次巻線Ｎ３を備えたトランスＴと、１次巻線Ｎ１に並列接続された共振コンデンサＣｏを備えた自励式プッシュプル電源において、インダクタＬと並列にコンデンサＣ３とダイオードＤ３の直列回路を接続し、前記コンデンサＣ３とダイオードＤ３の接続点から２次巻線Ｎ２の中間タップｔ２に接続する。
【選択図】 図１

Description

自励式プッシュプル電源の回路技術に関する。

ＣＣＦＬの駆動用インバータやＤＣ/ＤＣコンバータ等の電源として、図３に示した共振型の自励式プッシュプル回路が一般的に知られている。
トランスＴの１次巻線Ｎ１の両端に接続されたスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をオンオフさせて、２次巻線に誘起される電圧をダイオードＤ１、Ｄ２によって整流し、コンデンサＣ２によって直流出力を得るものである。特許文献１および特許文献２の図２参照。

Ｃ1 は入力端子１に接続された電源電圧平滑用のコンデンサ、Ｑ１、Ｑ２はエミッタを共通に接地しプッシュプル接続されたスイッチング・トランジスタである。トランスＴは、１次巻線Ｎ１及び２次巻線Ｎ２、３次巻線Ｎ３を備えており、１次巻線Ｎ１の両端はそれぞれトランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタに接続されている。入力端子１とトランジスタＱ１のベース間にはバイアス抵抗Ｒ１が接続され、トランジスタＱ１、Ｑ２のそれぞれのベースは帰還発振用の３次巻線Ｎ３の両端に接続されている。

Ｃｏは１次巻線Ｎ１に並列接続された共振コンデンサであり、１次巻線Ｎ１の中間タップｔ１はインダクタＬを介して入力端子１に接続されている。２次巻線Ｎ２は、両端をそれぞれダイオードＤ１、Ｄ２を介して出力端子２に接続し、２次巻線Ｎ２の中間タップｔ２は接地してあり、出力端子２は平滑用のコンデンサＣ２を介して接地されている。

このように構成された電源回路は、入力端子１に直流電圧Ｖinを加えることにより、３次巻線Ｎ３によって自励発振させ、トランジスタＱ１、Ｑ２を交互にスイッチングして２次巻線Ｎ２に交流電圧を発生させる。そして、この交流電圧を、ダイオードＤ１、Ｄ２によって全波整流し、コンデンサＣ２で平滑して出力端子２に直流電圧Ｖｏを出力するものである。

上記に示した回路は回路構成が極めてシンプルであり、低コストで構成できるという特徴を有している。しかし、入力電源Ｖｉｎに直列にインダクタＬを必要とするため、入力電源ＶｉｎのスイッチＳをオフした際、入力電源Ｖｉｎがオン時にインダクタＬに蓄えられた電磁エネルギが電気エネルギに変換され、インダクタＬの両端にはパルス状の高い過度電圧を発生しスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を破損させる場合があった。

特開２００１−０７８４５１号公報 特開２００３−３０９９７２号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、入力電源のオンオフにより、入力電源に直列に挿入されたインダクタに発生する電気エネルギによるパルス状の高い過度電圧からスイッチング素子の破損を防止する自励式プッシュプル電源を提供するものである。

本発明は、インダクタを介して入力電源を供給する自励式プッシュプル電源において、該インダクタに発生するパルス状過度電圧を整流平滑もしくは整流器を介して、該パルス状過度電圧の波高値を抑制低減させて、上記の課題を解決するものである。

すなわち、直流電源の一端に接続された一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、中間タップｔ１を有する１次巻線Ｎ１及び負荷が接続される中間タップｔ２を有する２次巻線Ｎ２、帰還発振用の３次巻線Ｎ３を備えたトランスＴと、１次巻線Ｎ１に並列接続された共振コンデンサＣｏを備え、１次巻線Ｎ１の両端をそれぞれスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を接続するとともに、１次巻線Ｎ１の中間タップｔ１にインダクタＬを介して直流電源の他端に接続し、３次巻線Ｎ３の両端をスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のベースにそれぞれ接続して、３次巻線Ｎ３によりスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２が交互に導通するように自励発振させ、１次巻線Ｎ１の中間タップｔ１から１次巻線Ｎ１の一方に流れる電流と１次巻線Ｎ１の他方に流れる電流を交互に断続させて２次巻線Ｎ２に交流電圧を供給する自励式プッシュプル電源において、インダクタＬと並列にコンデンサＣ３とダイオードＤ３の直列回路を接続し、前記コンデンサＣ３とダイオードＤ３の接続点ａから２次巻線Ｎ２の中間タップｔ２に接続したことを特徴とする。

本発明によれば、入力電源Ｖｉｎをオフした直後にインダクタＬに発生するパルス状の高い過度電圧（誘起起電力）をダイオードＤ３、コンデンサＣ３によって整流平滑してパルス状の高い過度電圧の波高値を抑制したため、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に異常な高電圧が印加されることがなくなり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の耐電圧破壊を防止することができる。また、誘起起電力を出力電力の一部として利用することにより、効率を向上することができる。

図１に本発明の自励式プッシュプル電源の一実施例を示す。本発明は図２のスイッチング電源回路におけるインダクタＬに整流平滑回路を付加したことを特徴とするもので、図２の従来例と対応する部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

入力端子１と接続されたインダクタＬに、コンデンサＣ３の一端とダイオードＤ３のカソードを接続した直列回路からなる整流平滑回路を並列に接続し、前記コンデンサＣ３とダイオードＤ３の接続点ａから二次巻線Ｎ２の中間タップｔ２に接続したものである。その他の構成は、図２の回路と同じであるため詳細な説明を省略する。

この電源回路は、入力端子１に直流電圧Ｖinが加えられたとき、３次巻線Ｎ３により一対のトランジスタＱ１、Ｑ２を自励発振させ、１次巻線Ｎ１の中間タップｔ１から１次巻線Ｎ１の片側に流れる電流と１次巻線Ｎ１の他方の片側に流れる電流を交互に断続させる。そして、２次巻線Ｎ２に現れた交流電圧を整流平滑して出力端子２に直流電圧Ｖｏを出力するものである。

例えば、入力端子１に直流電圧Ｖinがオンの状態からオフしたとき、オン状態の時にインダクタＬに誘起した電気エネルギはダイオードＤ３とコンデンサＣ３の整流平滑作用により、高電圧となる波高値（パルス状の高い過度電圧）を抑制する。また、同時に該電気エネルギをトランスＴの２次巻線Ｎ２の中間タップｔ２に印加することによって、その電力を出力電力の一部として利用することができる。このことにより、変換効率を向上させることができる。

また、インダクタンスＬに発生したエネルギを出力電力の一部として利用しない、あるいは、利用する必要がない場合は、図２に示すように、該電気エネルギをコンデンサＣ３と並列に抵抗Ｒ３を設けて、その抵抗Ｒ３にエネルギを消費させてもよい。この場合、当該自励式プッシュプル電源が作動することによって、入力電源側に発生するリップル電圧は、出力電圧に影響与えないため入力側コンデンサＣ１を省略することもできる。
また、コンデンサＣ３を短絡し、ダイオードＤ３を介してインダクタンスＬに発生した電圧を入力電源に重畳することによって、インダクタンスＬに発生したエネルギを回生させることもできる。

実施例では、直流電圧Ｖｏを出力する自励式プッシュプル電源の例で説明したが、ＣＣＦＬの駆動用インバータのように直流電圧を必要としない場合やインダクタＬに誘起した電気エネルギを出力電力の一部として利用しない場合は、接続点ａとトランスＴの二次巻線Ｎ２の中間タップｔ２を接続しなくとも良い。また、整流平滑せずにそのまま交流電圧を出力するインバータに構成してもよい。

本発明の一実施例を示す自励式プッシュプル電源 本発明の他の実施例を示す部分回路 従来の自励式プッシュプル回路

符号の説明

１ 入力端子
２ 出力端子
Ｑ１、Ｑ２ スイッチング素子
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ ダイオード
Ｃｏ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ コンデンサ
Ｌ インダクタ
Ｒ１、Ｒ３ 抵抗
Ｔ トランス

Claims (3)

1. インダクタを介して入力電源を供給する自励式プッシュプル電源において、
   該インダクタに発生するパルス状過度電圧を整流平滑回路もしくは整流器を介して、該パルス状過度電圧の波高値を抑制低減させたことを特徴とする自励式プッシュプル電源。
2. インダクタを介して入力電源を供給する自励式プッシュプル電源において、
   該インダクタと並列に整流・平滑用のコンデンサとダイオードの直列回路を接続し、該コンデンサの一端と該ダイオードの一端の接続点からトランスの２次巻線の中間タップに接続したことを特徴とする自励式プッシュプル電源。
3. 前記整流・平滑用のコンデンサに並列に抵抗を設けたことを特徴とする請求項２記載の自励式プッシュプル電源。

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