JP2538361B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、DC−DCコンバータ、DC−ACコンバータ等の
スイッチング電源装置に関し、更に詳細には、低損失の
スイッチング電源装置に関する。

［従来の技術］ 直流電圧を断続することによって制御された直流出力
を得るスイッチングレギュレータ即ちDC−DCコンバータ
として第３図の回路が知られている。このDC−DCコンバ
ータにおいては、直流電源10に接続されている第１及び
第２の電源端子11、12の間に、トランス13の１次巻線14
が第１及び第２のスイッチングトランジスタ15、16を介
して接続されている。トランス13の２次巻線17は、ダイ
オード18、19とリアクトル20とコンデンサ21とから成る
出力整流平滑回路22を介して出力端子23、24に接続され
ている。直流断続用スイッチング素子としての第１及び
第２のスイッチングトランジスタ15、16のベースにはこ
れをオン・オフ制御するための制御回路25が接続されて
いる。第１及び第２のダイオード26、27はトランス13の
１次巻線14に蓄積されたエネルギを電源に戻すためのも
のであり、第１のダイオード26は１次巻線14の左端と第
１の電源端子11との間に接続され、第２のダイオード27
は第２の電源端子12とトランス14の右端との間に接続さ
れている。

このDC−DCコンバータでは第１及び第２のスイッチン
グトランジスタ15、16が同時にオンになった時に電源電
圧が１次巻線14に印加され、２次巻線17に出力電圧が得
られ、これが整流平滑回路22で整流されて直流出力とな
る。一対のトランジスタ15、16のオフの期間に発生する
フライバック電圧によるサージは、第１及び第２のダイ
オード26、27を通して電源10で吸収される。なお、電源
10は一般には整流平滑回路から成り、平滑用コンデンサ
を含んでいるので、サージ電圧を吸収することができ
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、電源10に含まれているコンデンサは、ほぼ一
定の電源電圧に充電されているので、これよりも高い電
圧を吸収するのみである。従って、電源10に含まれてい
るコンデンサによって第１及び第２のスイッチングトラ
ンジスタ15、16の両端子間電圧（コレクタ・エミッタ間
電圧）の立上りを緩やかにする効果を十分に得ることが
できない。なお、第１及び第２のスイッチングトランジ
スタ15、16のオンからオフに転換する時のコレクタ・エ
ミッタ間電圧の立上りを緩慢にすれば、周知のようにス
イッチング損失が小さくなる。

コレクタ・エミッタ間電圧の立上りを緩やかにさせる
ために、第３図で破線で示すようにコンデンサC1、C2を
トランジスタ15、16に並列に接続することが考えられ
る。このようにコンデンサC1、C2を接続すると、オフ転
換時にコンデンサC1、C2が徐々に充電され、コレクタ・
エミッタ間電圧も徐々に高くなる。しかし、コンデンサ
C1、C2のエネルギがトランジスタ15、16を介して放出さ
れ、電力損失が生じる。

そこで、本発明の目的は、サージ吸収及びスイッチン
グ損失低減を良好に行うことができるスイッチング電源
装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、直流電圧を供給
するための直流電源と、出力を得るためのトランスと、
前記直流電源の一方の端子と前記トランスの一端との間
に接続された第１のスイッチング素子と、前記トランス
の他端と前記直流電源の他方の端子との間に接続された
第２のスイッチング素子と、前記トランスの他端と前記
直流電源の一方の端子との間に接続された第１のダイオ
ードと、前記直流電源の他方の端子と前記トランスの一
端との間に接続された第２のダイオードと、前記トラン
スに結合された出力回路と、前記第１及び第２のスイッ
チング素子を同時にオン・オフ制御するための制御回路
とを備えたスイッチング電源装置において、一端が前記
トランスの他端に接続された第１のコンデンサと、前記
第１のコンデンサの他端と前記直流電源の一方の端子と
の間に接続された第３のダイオードと、一端が前記トラ
ンスの一端に接続された第２のコンデンサと、前記直流
電源の他方の端子と前記第２のコンデンサの他端との間
に接続された第４のダイオードと、前記第２のコンデン
サの他端と前記第１のコンデンサの他端との間に接続さ
れたリアクトルと第５のダイオードとの直列回路とを備
えていることを特徴とするスイッチング電源装置に係わ
るものである。なお、前記出力回路はトランスの２次巻
線又は２次巻線と整流平滑回路の組み合せ等から成る。

［作 用］ 上記発明において、第１及び第２のスイッチング素子
15、16のオン期間に第１及び第２のコンデンサは、それ
迄とは逆の極性に充電される。従って、第１及び第２の
スイッチング素子15、16がオンからオフに転換する時に
電源電圧よりも低い電圧を吸収する効果が生じる。この
結果、スイッチング素子の両端子間電圧の立上りを緩や
かにしてスイッチング損失を低減させることができる。
また、サージ電圧を良好に吸収することができる。な
お、電源とトランスとの間に第１及び第２のスイッチン
グ素子が接続されているので、オフ期間の電圧を第１及
び第２のスイッチング素子で半分ずつ分担することにな
るので、１つのスイッチング素子のみで直流を断続する
回路に比べて第１及び第２のスイッチング素子の耐圧を
低くすることができる。

［実施例］ 次に、第１図及び第２図を参照して本発明の実施例に
係わるDC−DCコンバータを説明する。但し、第１図にお
いて、符号10〜27で示すものは、第３図で同一符号で示
すものと実質的に同一であるので、その説明を省略す
る。

このDC−DCコンバータは第３図の回路に、第１及び第
２のコンデンサ28、29と、第３、第４及び第５のダイオ
ード30、31、32と、リアクトル33とを付加することによ
って構成されている。第１のコンデンサ28の一端は１次
巻線14の左端に接続され、他端は第３のダイオード30を
介して第１の電源端子11に接続されている。第２のコン
デンサ29の一端は１次巻線14の右端に接続され、他端は
第４のダイオード31を介して第２の電源端子12に接続さ
れている。リアクトル33と第５のダイオード32との直列
回路は第２のコンデンサ29の他端（下端）と第１のコン
デンサ28の他端（上端）との間に接続されている。

［動 作］ 第１及び第２のスイッチングトランジスタ15、16が同
時にオン・オフし、これに基づいてトランス13の１次巻
線14に断続的に電圧が印加され、２次巻線17に交流が発
生し、これが整流平滑回路22で直流に変換される主動作
は、第３図と同一である。

第２図（Ｂ）のt1時点よりも前に示すように、第１及
び第２のスイッチングトランジスタ15、16がオンの期間
には、第１及び第２のコンデンサ28、29が上側の端子が
正となるように夫々充電されている。第２図のt1時点に
第１及び第２のスイッチングトランジスタ15、16がオフ
制御されると、１次巻線14のフライバック電圧に基づい
て１次巻線14と第１のコンデンサ28と第３のダイオード
30とコンデンサ又は蓄電池を含む電源10と第４のダイオ
ード31と第２のコンデンサ29とから成る閉回路に第２図
（Ｃ）に示す電流I1が流れ、第１及び第２のコンデンサ
28、29がこれ迄とは逆の方向に充電される。この時、第
１のスイッチングトランジスタ15には、電源10と第４の
ダイオード31とを介して第２のコンデンサ29が並列に接
続され、また第２のスイッチングトランジスタ16には、
第３のダイオード30と電源10とを介して第１のコンデン
サ28が並列に接続されるために、各スイッチングトラン
ジスタ15、16のコレクタ・エミッタ間電圧ＶCEが第２図
（Ａ）に示すように緩やかに上昇する。サージ電圧が良
好にコンデンサ28、29で吸収される。

第２図のt2時点で第１及び第２のコンデンサ28、29の
逆充電が飽和した後においてもサージ電圧が残っていれ
ば、第１及び第２のダイオード26、27を通る電流I3が第
２図（Ｅ）に示すように流れる。

しかる後、t3時点で第１及び第２のスイッチングトラ
ンジスタ15、16がオン制御されると、１次巻線14と第２
のコンデンサ29とリアクトル33とダイオード32と第１の
コンデンサ28とから成る閉回路で第２図（Ｄ）に示す共
振電流I2が流れ、第１及び第２のコンデンサ28、29が今
迄と逆の極性（上端が正）に充電される。従って、第１
及び第２のコンデンサ28、29のエネルギの損失が発生し
ない。

以上の説明から明らかなように、本実施例のDC−DCコ
ンバータは次の利点を有する。

（１） 第１及び第２のコンデンサ28、29がオン期間に
これ迄と逆の向きに充電されているので、オンからオフ
転換時のサージ電圧の吸収及び第１及び第２のスイッチ
ングトランジスタ15、16のコレクタ・エミッタ間電圧の
緩やかな立上りによる損失の低減を良好に達成すること
ができる。

（２） コンデンサ28、29のエネルギは共振による逆充
電に使用されるので、損失が少ない。

（３） １次巻線14に２つのスイッチングトランジスタ
15、16が直列に接続されているで、各スイッチングトラ
ンジスタ15、16が分担する電圧が半分になる。

［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例え
ば次の変形が可能なものである。

（１） 出力整流平滑回路21を省いてDC−DCコンバータ
（インバータ）とすることができる。

（２） 出力を取り出すためのトランス13を単巻トラン
スに構成することができる。

（３） トランジスタ15、16の代りに、電界効果トラン
ジスタ等の他のスイッチング素子を使用することができ
る。

［発明の効果］ 本発明によれば、サージ電圧の吸収及びスイッチング
損失の低減が良好に達成され、損失の少ないスイッチン
グ電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のDC−DCコンバータを示
す回路図、 第２図は第１図のDC−DCコンバータの各部の状態を原理
的に示す波形図、 第３図は従来のDC−DCコンバータを示す回路図である。 10……直流電源、11……第１の電源端子、12……第２の
電源端子、13……トランス、14……１次巻線、15……第
１のトランジスタ、16……第２のトランジスタ、22……
出力整流平滑回路、28……第１のコンデンサ、29……第
２のコンデンサ、30……第３のダイオード、31……第４
のダイオード、32……第５のダイオード、33……リアク
トル。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電圧を供給するための直流電源と、出
   力を得るためのトランスと、 前記直流電源の一方の端子と前記トランスの一端との間
   に接続された第１のスイッチング素子と、 前記トランスの他端と前記直流電源の他方の端子との間
   に接続された第２のスイッチング素子と、 前記トランスの他端と前記直流電源の一方の端子との間
   に接続された第１のダイオードと、 前記直流電源の他方の端子と前記トランスの一端との間
   に接続された第２のダイオードと、 前記トランスに結合された出力回路と、 前記第１及び第２のスイッチング素子を同時にオン・オ
   フ制御するための制御回路と を備えたスイッチング電源装置において、 一端が前記トランスの他端に接続された第１のコンデン
   サと、 前記第１のコンデンサの他端と前記直流電源の一方の端
   子との間に接続された第３のダイオードと、 一端が前記トランスの一端に接続された第２のコンデン
   サと、 前記直流電源の他方の端子と前記第２のコンデンサの他
   端との間に接続された第４のダイオードと、 前記第２のコンデンサの他端と前記第１のコンデンサの
   他端との間に接続されたリアクトルと第５のダイオード
   との直列回路と を備えていることを特徴とするスイッチング電源装置。