JP2008148477A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】二次巻線にセンタータップが設けられたトランスを用い、２つのダイオードを組み合わせることにより形成された全波整流回路について、整流ダイオードにサージ電圧が発生することを抑えることができる電源回路を提供する。
【解決手段】スナバ回路３５は、第１接続点にアノードが接続された第１のダイオードＤ３と、第１のダイオードのカソードに一端が接続されたコンデンサＣ１と、コンデンサの他端にアノードが接続され第２接続点にカソードが接続された第２のダイオードＤ２と、第２接続点にアノードが接続されコンデンサの一端にカソードが接続された第３のダイオードＤ５と、コンデンサの他端にアノードが接続され第１接続点にカソードが接続された第４のダイオードＤ６と、を有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電源回路に関する。

一般に、いわゆるスイッチ回路等の電源回路において、スイッチをオン状態からオフ状態に切り替えたときに、電源回路の寄生インダクタンス成分等に起因して発生するサージ電圧を吸収するため、スナバ回路が用いられている。

特許文献１には、１次側回路にスナバ回路を備えたスイッチング電源装置が開示されている。このスイッチング電源装置においては、１次側回路のメインスイッチング素子のドレイン側に接続されたサージ吸収ダイオードを備えており、コンデンサと抵抗素子とが並列接続されたスナバ回路を介し、前記サージ吸収ダイオードが、直流入力の陽極に接続されている。

上記のスイッチング電源装置は、重負荷時や軽負荷時には、次のように動作する。このスイッチング電源装置においては、重負荷時に、スイッチングトランスの１次巻線に発生するフライバック電圧が、サージ吸収ダイオードの電圧以上になると、サージ吸収ダイオードを通してスナバ回路に電流を流すことができる。そこで、上記のスイッチング電源装置においては、スナバ回路によって、前記フライバック電圧（サージ電圧）を抑制することができる。

また、上記のスイッチング電源装置においては、サージ吸収ダイオードの電圧が、軽負荷時において前記１次巻線に発生するサージ電圧よりも少し高めに設定されている。このため、上記のスイッチング電源装置においては、軽負荷時に、サージ吸収ダイオードを通じてスナバ回路に、電流が流れることがない。そこで、上記のスイッチング電源装置においては、サージ吸収ダイオード及びスナバ回路に通電して生じる熱損失を抑え、軽負荷時の消費電力を低減している。
特開２００６−８１２３４号公報

ところで、二次巻線にセンタータップが設けられたトランスを用いる場合には、前記トランスと２つのダイオードとを組み合わせることにより、全波整流回路を形成している。しかしながら、この全波整流回路のダイオ−ドには、該ダイオードのリカバリータイムの間に、逆回復電流が流れてしまう。そこで、上記の全波整流回路では、リカバリータイムの間においては、単位時間当たりの電流の変化が増大し、逆回復電流が通電する経路のインダクタンス成分の影響を受けて、サージ電圧が発生してしまうことが懸念されていた。

この発明は、このような状況に鑑み提案されたものであって、二次巻線にセンタータップが設けられたトランスを用い、２つのダイオードを組み合わせることにより形成された全波整流回路について、整流ダイオードにサージ電圧が発生することを抑えることができる電源回路を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、直流電力を交流電力に変換し、一次巻線と、センタータップが設けられた二次巻線とがトランスによって絶縁されて、前記一次巻線に印加された前記交流電力を、前記二次巻線の両端に接続された複数の整流用ダイオードによって形成された全波整流回路を介して負荷に供給する電源回路において、前記整流用ダイオードのうちの一方の整流ダイオードと前記二次巻線の一端との接続点である第１接続点と、前記整流ダイオードのうちの他方の整流ダイオードと前記二次巻線の他端との接続点である第２接続点との間にスナバ回路を有し、前記スナバ回路は、前記第１接続点にアノードが接続された第１のダイオードと、前記第１のダイオードのカソードに一端が接続されたコンデンサと、前記コンデンサの他端にアノードが接続され前記第２接続点にカソードが接続された第２のダイオードと、前記第２接続点にアノードが接続され前記コンデンサの一端にカソードが接続された第３のダイオードと、前記コンデンサの他端にアノードが接続され前記第１接続点にカソードが接続された第４のダイオードと、前記コンデンサと並列接続された抵抗と、を有することを特徴とする。

請求項１の発明に係る電源回路によれば、例えば、電源電圧の半周期の内の正の波形の周期において、一方の整流用ダイオードのリカバリータイムの間に、該整流用ダイオードに逆方向電流が流れる。このとき、逆方向電流が通電する経路上のインダクタンス成分の影響を受けて、サージ電圧が発生し、第１接続点にアノードが接続された第１ダイオード及び第２のダイオードを通じて、スナバ回路が有するコンデンサに、サージエネルギーが蓄えられる。さらに、コンデンサと並列接続されて、スナバ回路が有する抵抗によって、コンデンサに蓄えられたサージエネルギーを、消費することができる。よって、請求項１の発明によれば、スナバ回路を備えることにより、サージエネルギーを消費して、サージ電圧が発生することを抑えることができる。
また、請求項１の発明によれば、例えば、電源電圧の半周期の内の負の波形の周期において、他方の整流用ダイオードのリカバリータイムの間に、該整流用ダイオードに逆方向電流が流れる。このとき、逆方向電流が通電する経路上のインダクタンス成分の影響を受けて、サージ電圧が発生し、第２接続点にアノードが接続された第３のダイオード及び第４のダイオードを通じて、スナバ回路が有するコンデンサに、サージエネルギーが蓄えられる。さらに、コンデンサと並列接続されて、スナバ回路が有する抵抗によって、コンデンサに蓄えられたサージエネルギーを、消費することができる。よって、請求項１の発明によれば、スナバ回路が、前記第３及び第４のダイオードと、前記コンデンサと、前記抵抗とを有することにより、サージエネルギーを消費して、サージ電圧が発生することを抑えることができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電源回路において、前記コンデンサと前記抵抗とからなる時定数は、交流電力を発生させる電圧の半周期よりも短く設定されていることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、コンデンサと抵抗とからなる時定数は、交流電力を発生させる電圧の半周期よりも短く設定されているから、交流電力を発生させる電圧の半周期に間に、コンデンサに蓄えられたサージエネルギーの放出を完了させることができる。そこで、請求項２の発明によれば、電圧の半周期が、正の波形の周期から負の波形の周期に変化する時や、電圧の半周期が、負の波形の周期から正の波形の周期に変化する時には、コンデンサに蓄えられたサージエネルギーの放出が完了している。したがって、コンデンサにそれぞれ接続された第１のダイオードのカソード側の電位や第３のダイオードのカソード側の電位が上昇することを防ぐことができ、該第１及び第３のダイオードのターンオン遅れが生じることを抑制することができる。

本発明の電源回路によれば、スナバ回路が有するコンデンサに、サージエネルギーが蓄えられる。さらに、スナバ回路が有する抵抗によって、コンデンサに蓄えられたサージエネルギーを、消費することができる。よって、サージ電圧が発生することを抑えることができる。

本発明の実施形態を、図１ないし図３を参照しつつ説明する。本実施形態では、センタータップ整流回路を備えた電源装置１を例に挙げて、本発明の電源回路を説明する。図１は、電源装置１の回路構成図である。電源装置１は、直流電源Ｖと、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０と、トランス２０と、整流回路３０と、平滑回路４０とを備えている。ＤＣ／ＡＣコンバータ１０は、直流電力を交流電力に変換するものである。ＤＣ／ＡＣコンバータ１０の出力は、本発明の交流電力に相当する。

トランス２０は、一次巻線２１及び二次巻線２２を有する。トランス２０は、一次巻線２１と二次巻線２２とを絶縁している。一次巻線２１の両端には、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０が接続されている。二次巻線２２には、センタータップ２３が設けられている。

整流回路３０は、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２及びスナバ回路３５を有する。ダイオードＤ１のアノードは、出力端子（ＯＵＴ２）に接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、二次巻線２２のセンタータップされていない側の一方の端部Ｅ１に接続されている。なお、端部Ｅ１は、本発明の二次巻線の他端に相当する。二次巻線２２のセンタータップ２３は、平滑回路４０のチョークコイルＬ１の一端に接続されている。

ダイオードＤ２のアノードは、出力端子（ＯＵＴ２）に接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、二次巻線２２のセンタータップされていない側の他方の端部Ｅ２に接続されている。なお、端部Ｅ２は、本発明の二次巻線の一端に相当する。

スナバ回路３５は、４つのダイオードＤ３〜Ｄ６と、コンデンサＣ１と、放電抵抗Ｒ１とを有する。ダイオードＤ３のアノードは、前記端部Ｅ２に接続されている。ダイオードＤ３のカソードは、コンデンサＣ１の一端に接続されている。コンデンサＣ１の他端は、ダイオードＤ４のアノードに接続されている。ダイオードＤ４のカソードは、前記端部Ｅ１に接続されている。ダイオードＤ３のカソードとダイオードＤ４のアノードとの間には、放電抵抗Ｒ１が、コンデンサＣ１と並列接続されている。

ダイオードＤ５のアノードは、前記端部Ｅ１に接続されている。ダイオードＤ５のカソードは、前記コンデンサＣ１の一端に接続されている。コンデンサＣ１の他端は、ダイオードＤ６のアノードに接続されている。ダイオードＤ６のカソードは、前記端部Ｅ２に接続されている。

平滑回路４０は、チョークコイルＬ１及びコンデンサＣ２を有する。チョークコイルＬ１の他端は、出力端子（ＯＵＴ１）に接続されている。コンデンサＣ２の一端は、チョークコイルＬ１の他端に接続され、コンデンサＣ２の他端は、出力端子（ＯＵＴ２）に接続されている。なお、図示の電源装置１では、出力端子（ＯＵＴ１）と出力端子（ＯＵＴ２）との間に、負荷５０が接続されている。

次に、本実施形態の電源装置１の動作を説明する。電源装置１においては、センタータップ２３が設けられた二次巻線２２及び２つのダイオードＤ１、Ｄ２によって、全波整流回路が形成されている。ダイオードＤ１、Ｄ２は、本発明の整流用ダイオードに相当する。ダイオードＤ１は、本発明の他方の整流用ダイオードに相当し、ダイオードＤ２は、本発明の一方の整流用ダイオードに相当する。端部Ｅ２とダイオードＤ２との接続点が第１接続点に相当し、端部Ｅ１とダイオードＤ１との接続点が第２接続点に相当する。

電源装置１においては、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０の交流電圧波形の半周期の内の正の波形の周期では、ダイオードＤ１がターンオンする。これにより、図２に図示するように、センタータップ２３から、チョークコイルＬ１及び負荷５０を介してダイオードＤ１に向かい、センタータップ２３に至る経路に従って、電流Ｉ１が流れる。また、電源装置１においては、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０の交流電圧波形の半周期の内の負の波形の周期では、ダイオードＤ２がターンオンする。これにより、センタータップ２３から、チョークコイルＬ１及び負荷５０を介してダイオードＤ２に向かい、センタータップ２３に至る経路に従って、電流Ｉ２が流れる。図示するように、電流Ｉ１及び電流Ｉ２は、同一方向に流れる。そこで、電源装置１の出力電圧の波形は、正の波形の周期が連続したものになる。

図３は、ダイオードＤ１、Ｄ２の両端電圧の波形図である。図中の（１）の期間は、ダイオードＤ１がターンオンの状態であり、ダイオードＤ２がターンオフの状態である。また、図中の（２）の期間は、ダイオードＤ２がターンオンの状態であり、ダイオードＤ１がターンオフの状態である。

最初に、ダイオードＤ２の両端電圧の波形について説明する。図中の（２）の期間においては、ダイオードＤ２がターンオンし、電流Ｉ２が流れる。その後、二次巻線２２に誘起される電圧の極性が、負から正に反転すると、ダイオードＤ２は、リカバリータイムを経て、ターンオフする。ダイオードＤ２のリカバリータイムの間（図中の（３）の期間）には、二次巻線２２に誘起された電圧に応じて、逆回復電流Ｉ３が流れる（図２参照）。逆回復電流とは、いわゆるダイオードのリカバリー特性において、該ダイオードの逆方向に流れる電流である。

逆回復電流Ｉ３は、ダイオードＤ２の逆方向に急激に流れ、逆回復電流Ｉ３の電流値が、ピーク値に到達する。その後、逆回復電流Ｉ３の電流値は、ピーク値から零に戻る。スナバ回路３５がない場合には、図３中の破線で示すように、二次巻線２２のインダクタンス成分や逆回復電流Ｉ３が流れる経路上の寄生インダクタンス成分の影響を受けて、スナバ回路３５を設けた場合よりも大きいサージ電圧（逆起電力）が発生する。なお、逆回復電流Ｉ３は、逆方向電流に相当する。

本実施形態ではスナバ回路３５があるので、サージ電圧が発生すると、図２中の経路Ｓ１によって、サージエネルギーが、コンデンサＣ１に蓄積される。これにより、図３中の（３）の期間に示すように、サージ電圧が抑制される。なお、経路Ｓ１は、前記端部Ｅ２から、ダイオードＤ３及びコンデンサＣ１を介し、ダイオードＤ４に至るものである。

本実施形態では、時定数（Ｃ１×Ｒ１）が、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０の交流電圧波形の半周期よりも短くなるように、コンデンサＣ１の容量値及び放電抵抗Ｒ１の抵抗値が、それぞれ設定されている。そこで、コンデンサＣ１に蓄積されたサージエネルギーは、図中の（１）の期間が終了するまでに、コンデンサＣ１から放出される。コンデンサＣ１から放出されたサージエネルギーは、放電抵抗Ｒ１によって、消費される。

次に、ダイオードＤ１の両端電圧の波形について説明する。図３中の（１）の期間においては、ダイオードＤ１がターンオンし、電流Ｉ１が流れる。その後、二次巻線２２に誘起される電圧の極性が、正から負に反転すると、ダイオードＤ１は、リカバリータイムを経て、ターンオフする。ダイオードＤ１のリカバリータイムの間（図３中の（４）の期間）には、二次巻線２２に誘起された電圧に応じて、逆回復電流Ｉ４が流れる。

逆回復電流Ｉ４は、ダイオードＤ１の逆方向に急激に流れ、逆回復電流Ｉ４の電流値が、ピーク値に到達する。その後、逆回復電流Ｉ４の電流値は、ピーク値から零に戻る。スナバ回路３５がない場合には、図３中の一点鎖線で示すように、二次巻線２２のインダクタンス成分や逆回復電流Ｉ４が流れる経路上の寄生インダクタンス成分の影響を受けて、スナバ回路３５を設けた場合よりも大きいサージ電圧（逆起電力）が発生する。なお、逆回復電流Ｉ４は、逆方向電流に相当する。

本実施形態ではスナバ回路３５があるので、サージ電圧が発生すると、図中の経路Ｓ２によって、サージエネルギーが、コンデンサＣ１に蓄積される。これにより、図中の（４）の期間に示すように、サージ電圧が抑制される。なお。経路Ｓ２は、前記端部Ｅ１から、ダイオードＤ５及びコンデンサＣ１を介し、ダイオードＤ６に至るものである。

コンデンサＣ１に蓄積されたサージエネルギーは、図中の（２）の期間内が終了するまでに、コンデンサＣ１から放出される。コンデンサＣ１から放出されたサージエネルギーは、放電抵抗Ｒ１によって、消費される。

本実施形態においては、ダイオードＤ３が、本発明の第１のダイオードに相当する。また、ダイオードＤ４は、本発明の第２のダイオードに相当する。さらに、ダイオードＤ５は、本発明の第３のダイオードに相当する。ダイオードＤ６は、本発明の第４のダイオードに相当する。

本実施形態の電源装置１では、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０の交流電圧波形の半周期の内の正の波形の周期において、ダイオードＤ２のリカバリータイムの間に、逆回復電流Ｉ３が流れる。このとき、二次巻線２２のインダクタンス成分や逆回復電流Ｉ３が流れる経路上の寄生インダクタンス成分の影響を受けて、サージ電圧が発生する。サージ電圧が発生すると、二次巻線２２の端部Ｅ２に接続されたダイオードＤ３からコンデンサＣ１を介してダイオードＤ４に至る経路により、サージエネルギーを、コンデンサＣ１に蓄積することができる。さらに、本実施形態の電源装置１においては、コンデンサと並列接続されて、スナバ回路３５が有する放電抵抗Ｒ１によって、コンデンサＣ１に蓄積されたサージエネルギーを、消費することができる。そこで、本実施形態の電源装置１によれば、スナバ回路３５を備えることにより、サージエネルギーを消費して、サージ電圧が発生することを抑えることができる。

本実施形態の電源装置１では、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０の交流電圧波形の半周期の内の負の波形の周期において、ダイオードＤ１のリカバータイムの間に、逆回復電流Ｉ４が流れる。このとき、二次巻線２２のインダクタンス成分や逆回復電流Ｉ４が流れる経路上の寄生インダクタンス成分の影響を受けて、サージ電圧が発生する。サージ電圧が発生すると、二次巻線２２の端部Ｅ１に接続されたダイオードＤ５からコンデンサＣ１を介してダイオードＤ６に至る経路により、サージエネルギーを、コンデンサＣ１に蓄積することができる。さらに、本実施形態の電源装置１においては、コンデンサＣ１と並列接続されて、スナバ回路３５が有する放電抵抗Ｒ１によって、コンデンサＣ１に蓄積されたサージエネルギーを、消費することができる。そこで、本実施形態の電源装置１によれば、スナバ回路３５が、ダイオードＤ５、Ｄ６と、コンデンサＣ１と、放電抵抗Ｒ１とを有することにより、サージエネルギーを消費して、サージ電圧が発生することを抑えることができる。

本実施形態の電源装置１では、時定数（Ｃ１×Ｒ１）が、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０の交流電圧波形の半周期よりも短くなるように、コンデンサＣ１の容量値及び放電抵抗Ｒ１の抵抗値が、それぞれ設定されている。そこで、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０の交流電圧波形の半周期の間に、コンデンサＣ１に蓄積されたサージエネルギーの放出を完了させることができる。このため、本実施形態の電源装置１によれば、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０の交流電圧波形の半周期が、正の波形の周期から負の波形の周期に変化する時や、前記交流電圧波形の半周期が、負の波形の周期から正の波形の周期に変化する時には、コンデンサＣ１に蓄積されたサージエネルギーの放出が完了している。したがって、コンデンサＣ１にそれぞれ接続されたダイオードＤ３のカソード側の電位やダイオードＤ５のカソード側の電位が上昇することを防ぐことができる。そこで、ダイオードＤ３及びダイオードＤ５のターン遅れが生じることを抑制することができる。
また、本実施形態においては、一つのスナバ回路３５によって、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０の交流電圧波形が正の波形の周期において発生するサージエネルギー及び前記交流電圧波形が負の波形の周期において発生するサージエネルギーを、それぞれ消費することができる。したがって、前記交流電圧波形が正の波形の周期において発生するサージエネルギーを消費するスナバ回路と、前記交流電圧波形が負の波形の周期において発生するサージエネルギーを消費するスナバ回路とを、それぞれ別個に設ける必要がない。よって、本実施形態においては、サージエネルギーを消費するスナバ回路を構成する部品点数を、減らすことができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において構成の一部を適宜変更して実施することができる。例えば、上述した全波整流回路を、ダイオードＤ１、Ｄ２の方向を共に反転させて構成してもよい。

また、放電抵抗Ｒ１によって発生する熱損失を抑えながら、時定数が、ＤＣ／ＡＣコンバータ１０の交流電圧波形の半周期よりも短くなるように、コンデンサＣ１の容量値を変化させてもよい。

本発明の実施形態の電源装置の回路構成図である。 実施形態の電源回路の動作説明図である。 ダイオードＤ１、Ｄ２の両端電圧の波形図である。

符号の説明

２２ 二次巻線
３５ スナバ回路
Ｃ１ コンデンサ
Ｄ３〜Ｄ６ ダイオード
Ｅ１ 二次巻線の他端
Ｅ２ 二次巻線の一端
Ｉ３、Ｉ４ 逆回復電流
Ｒ１ 抵抗

Claims (2)

1. 直流電力を交流電力に変換し、一次巻線と、センタータップが設けられた二次巻線とがトランスによって絶縁されて、前記一次巻線に印加された前記交流電力を、前記二次巻線の両端に接続された複数の整流用ダイオードによって形成された全波整流回路を介して負荷に供給する電源回路において、
   前記整流用ダイオードのうちの一方の整流ダイオードと前記二次巻線の一端との接続点である第１接続点と、前記整流ダイオードのうちの他方の整流ダイオードと前記二次巻線の他端との接続点である第２接続点との間にスナバ回路を有し、
   前記スナバ回路は、前記第１接続点にアノードが接続された第１のダイオードと、前記第１のダイオードのカソードに一端が接続されたコンデンサと、前記コンデンサの他端にアノードが接続され前記第２接続点にカソードが接続された第２のダイオードと、前記第２接続点にアノードが接続され前記コンデンサの一端にカソードが接続された第３のダイオードと、前記コンデンサの他端にアノードが接続され前記第１接続点にカソードが接続された第４のダイオードと、前記コンデンサと並列接続された抵抗と、を有することを特徴とする電源回路。
2. 前記コンデンサと前記抵抗とからなる時定数は、交流電力を発生させる電圧の半周期よりも短く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。

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