JP2596142Y2 - フライバック型コンバータ - Google Patents

フライバック型コンバータ

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JP2596142Y2
JP2596142Y2 JP1992069284U JP6928492U JP2596142Y2 JP 2596142 Y2 JP2596142 Y2 JP 2596142Y2 JP 1992069284 U JP1992069284 U JP 1992069284U JP 6928492 U JP6928492 U JP 6928492U JP 2596142 Y2 JP2596142 Y2 JP 2596142Y2
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switching element
transformer
turned
capacitor
energy
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JP1992069284U
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Inventor
正明 井佐
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ネミック・ラムダ株式会社
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、第1のスイッチング素
子の両端にスナバーコンデンサを接続してなるフライバ
ック型コンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、この種の他励式フライバック型
コンバータの一例を示すものであり、同図において、1
は一次側と二次側とを絶縁するトランスであり、このト
ランス1の一次巻線1AとMOS型FETからなる第1
のスイッチング素子Q1との直列回路が直流電圧源2に
接続されることで、直流入力電圧VINが断続的にトラン
ス1の一次巻線1Aに印加される。また、このトランス
1の一次巻線1Aの両端には、コンデンサ3、抵抗4、
およびダイオード5により構成される周知のスナバー回
路6が接続されるとともに、前記スイッチング素子Q1
の両端にスナバーコンデンサー7が接続される。一方、
トランス1の二次巻線1B側には、ダイオード8および
平滑コンデンサ9が接続され、出力端子+V,−V間に
所定の直流出力電圧VOUT が供給される。この直流出力
電圧VOUT の変動は電圧検出回路10により検出され、こ
の検出信号がフォトカプラの発光ダイオード11を介して
フォトトランジスタ12に絶縁伝達される。そして、パル
ス幅制御回路13がフォトトランジスタ12の出力信号に基
づき、スイッチング素子Q1に供給される駆動信号のパ
ルス導通幅を制御することにより、安定した直流出力電
圧VOUT を得ることが可能となる。
【0003】上記構成のフライバック型コンバータにお
いては、スイッチング素子Q1がオンの時に、トランス
1の一次巻線1Aにエネルギーを蓄え、スイッチング素
子Q1がオフの時に、トランス1の二次巻線1Bよりダ
イオード8を介してエネルギーを送り出すようにしてい
る。このとき、スイッチング素子Q1のターンオフ時に
は、トランス1の一次巻線1Aに発生するフライバック
エネルギーが、ダイオード5を介してコンデンサ3に吸
収されると同時に、コンデンサ7にも吸収され、一方、
スイッチング素子Q1がターンオンすると、コンデンサ
3に蓄えられたエネルギーは抵抗4により消費されると
ともに、コンデンサ7に蓄えられたエネルギーがスイッ
チング素子Q1を介して直流電圧源2に戻される。この
一連の動作によって、スイッチング素子Q1がオフした
瞬間における急激なスイッチング素子Q1のドレイン・
ソース間電圧VDSの上昇を防ぐことができる。
【0004】
【考案が解決しようとする課題】上記従来技術のコンバ
ータにおいて、スイッチング素子Q1がターンオンする
直前には、コンデンサ7にエネルギーが蓄えられている
ため、図4におけるスイッチング素子Q1のドレイン・
ソース間電圧VDSおよびドレイン電流ID の波形図に示
すように、スイッチング素子Q1がターンオンした瞬間
に、コンデンサ7に蓄えられたエネルギーが放電し、急
峻なピーク電流IP としてドレイン電流ID に発生す
る。しかも、このピーク電流IP の発生時には、スイッ
チング素子Q1のドレイン・ソース間電圧VDSがゼロボ
ルトまで低下していないため、前記ドレイン電流ID と
ドレイン・ソース間電圧VDSとの積により表わされるス
イッチング素子Q1の電力損失が著しく増加するといっ
た問題点を有していた。
【0005】そこで、本考案は上記問題点を解決して、
第1のスイッチング素子のターンオン時における電力損
失をなくすことの可能なフライバック型コンバータを提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本考案は、一次側と二次
側とを絶縁するトランスと、このトランスの一次巻線に
直流入力電圧を断続的に印加する第1のスイッチング素
子とを備え、前記第1のスイッチング素子がオンの時に
前記トランスにエネルギーを蓄え、前記第1のスイッチ
ング素子がオフの時に前記トランスの二次巻線よりエネ
ルギーを送り出すとともに、前記トランスに発生するフ
ライバックエネルギーを吸収するスナバーコンデンサを
前記第1のスイッチング素子の両端に接続したフライバ
ック型コンバータにおいて、前記トランスの一次巻線に
接続されるコンデンサと第2のスイッチング素子との直
列回路と、前記第1および第2のスイッチング素子を交
互にターンオンさせ、かつその間に一定のデッドタイム
が存在する駆動信号を供給する制御回路とを備えたもの
である。
【0007】
【作用】上記構成により、第1のスイッチング素子がタ
ーンオフすると、各コンデンサにトランスの一次巻線よ
り発生するフライバックエネルギーが吸収され、次い
で、所定のデッドタイムを経て第2のスイッチング素子
がターンオンすると、この第2のスイッチング素子と直
列回路をなすコンデンサが、トランスの一次巻線を介し
て放電する。その後、第2のスイッチング素子がターン
オフすると、トランスの一次巻線は電流の連続性を維持
するために、スナバーコンデンサを放電させ、第1のス
イッチング素子の両端電圧はゼロボルトに低下する。こ
の状態で第1のスイッチング素子をターンオンさせるよ
うにデッドタイムを設定すれば、第1のスイッチング素
子において無損失スイッチングが達成される。
【0008】
【実施例】以下、本考案の一実施例につき、図1および
図2を参照して説明する。なお、図1において、前記従
来例における図3の回路図と同一部分には同一符号を付
し、その共通する部分の詳細なる説明は省略する。
【0009】図1は、本考案におけるフライバック型コ
ンバータの回路図を示すものである。同図において、ト
ランス1の一次巻線1Aには、従来例におけるスナバー
回路6に代わり、フライバックエネルギーをクランプす
るためのコンデンサ21と、MOS型FETからなる第2
のスイッチング素子Q2との直列回路が接続される。ま
た、スイッチング素子Q2の両端には外付けのダイオー
ド22が接続されているが、スイッチング素子Q2がMO
S型FETにより構成される場合、内蔵するボディダイ
オードを利用することも可能である。そして、制御回路
たるパルス幅制御回路13が、各スイッチング素子Q1,
Q2を交互にターンオンさせるとともに、スイッチング
素子Q1がターンオフした後スイッチング素子Q2がタ
ーンオンするまでの間と、スイッチング素子Q2がター
ンオフした後スイッチング素子Q1がターンオンするま
での間に、それぞれ一定のデッドタイムt1,t2が存
在するような駆動信号を、スイッチング素子Q1,Q2
のゲートに供給する点以外は、前記図3と同一の回路構
成となっている。
【0010】次に、上記構成に付き、その作用を図2の
波形図に基づいて説明する。なお、図2は、スイッチン
グ素子Q2のゲート・ソース間電圧VGS、スイッチング
素子Q1のゲート・ソース間電圧VGS、スイッチング素
子Q1のドレイン・ソース間電圧VDS、並びにトランス
1の一次巻線1Aを流れるインダクタ電流I1の各波形
を、上段より順に示している。
【0011】先ず、図1に示すコンバータが、図2にお
けるモード1の状態にあるものと仮定する。モード1に
おいて、スイッチング素子Q1はオン、スイッチング素
子Q2はオフ状態であり、スイッチング素子Q1のドレ
イン・ソース間電圧VDSはゼロボルトに低下する。この
とき、トランス1の一次巻線1Aに直流入力電圧VINが
印加され、かつ、二次巻線1Bから誘起される電圧がダ
イオード8に対して逆方向に加わるため、スイッチング
素子Q1のオン時間に比例してトランス1にエネルギー
が蓄えられるとともに、インダクタ電流I1は所定の割
合で傾斜上昇する。次に、モード2において、スイッチ
ング素子Q1がターンオフすると、トランス1に蓄えら
れたエネルギーは、二次巻線1Bよりダイオード8を介
して出力端子+V,−V側に送り出され、また、トラン
ス1の一次巻線1Aからのフライバックエネルギーは、
ダイオード22を介してコンデンサ21に吸収されると同時
にコンデンサ7にも吸収される。そして、このエネルギ
ーの移動に伴って、インダクタ電流I1は所定の割合で
傾斜下降するとともに、スイッチング素子Q1のドレイ
ン・ソース間電圧VDSが傾斜上昇する。
【0012】上記モード2において、所定のデッドタイ
ムt2が経過した後、モード3に移行し、パルス幅制御
回路13からの駆動信号によりスイッチング素子Q2をタ
ーンオンさせる。このモード3では、トランス1の一次
巻線1Aからのフライバックエネルギーはコンデンサ21
に吸収され続け、インダクタ電流I1はモード2に引き
続き所定の割合で傾斜下降する。そして、次のモード4
において、コンデンサ21へのエネルギーの移動が完了す
ると、このコンデンサ21に蓄えられたエネルギーがスイ
ッチング素子Q2を通過してトランス1の一次巻線1A
側に移動するため、モード3とは逆方向のインダクタ電
流I1が流れ出し、コンデンサ21は放電する。
【0013】次いで、モード5に移行し、スイッチング
素子Q2がターンオフすると、インダクタ電流I1の連
続性を維持するために、コンデンサ7に蓄えられていた
エネルギーがトランス1の一次巻線1A側に移動する。
このとき、コンデンサ7は放電して、スイッチング素子
Q1のドレイン・ソース間電圧VDSは傾斜下降するとと
もに、逆方向に流れるインダクタ電流I1は次第に減少
する。そして、スイッチング素子Q2がターンオフした
後、デッドタイムt1を経て、スイッチング素子Q1は
ターンオンし、モード6に移行する。このモード6にお
いては、既にスイッチング素子Q1のドレイン・ソース
間電圧VDSがゼロボルトに低下しているため、スイッチ
ング素子Q1の電力損失は皆無となり、いわゆる無損失
スイッチングが達成される。また、インダクタ電流I1
の流れは逆方向より順方向に転じるが、ダイオード8を
流れる二次巻線1Bからの二次電流がゼロに達し、リカ
バリー電流が発生する状態になると、再び前記モード1
に移行し、この一連の動作を一定周期で繰返すことで、
所定の直流出力電圧VOUT が出力端子+V,−V間に供
給される。
【0014】以上のように、上記実施例によれば、スイ
ッチング素子Q1のドレイン・ソース間電圧VDSが略台
形波状になるように、コンデンサ21と第2のスイッチン
グ素子Q2との直列回路をトランス1の一次巻線1Aに
接続するとともに、各スイッチング素子Q1,Q2に対
して、一定のデッドタイムt1,t2を有する駆動信号
を交互に供給し、かつ、このスイッチング素子Q1のド
レイン・ソース間電圧VDSがゼロボルトになった後に、
スイッチング素子Q1をターンオンさせるようにデッド
タイムt1を設定すれば、スナバーコンデンサ7の影響
を受けることなく、スイッチング素子Q1のターンオン
時における電力損失をゼロにすることができる。また、
同時に、ダイオード8のリカバリー電流によるスイッチ
ング素子Q1のスイッチング損失をも阻止することが可
能となる。
【0015】なお、本考案は上記実施例に限定されるも
のではなく、本考案の要旨の範囲において種々の変形実
施が可能である。例えば、第1および第2のスイッチン
グ素子は、実施例中におけるMOS型FETに限らず、
スイッチングトランジスタを用いることも可能である。
【0016】
【考案の効果】本考案は、一次側と二次側とを絶縁する
トランスと、このトランスの一次巻線に直流入力電圧を
断続的に印加する第1のスイッチング素子とを備え、前
記第1のスイッチング素子がオンの時に前記トランスに
エネルギーを蓄え、前記第1のスイッチング素子がオフ
の時に前記トランスの二次巻線よりエネルギーを送り出
すとともに、前記トランスの一次巻線からのフライバッ
クエネルギーを吸収するスナバーコンデンサを前記第1
のスイッチング素子の両端に接続したフライバック型コ
ンバータにおいて、前記トランスの一次巻線に接続され
るコンデンサと第2のスイッチング素子との直列回路
と、前記第1および第2のスイッチング素子を交互にタ
ーンオンさせ、かつその間に一定のデッドタイムが存在
する駆動信号を供給する制御回路とを備えたものであ
り、第1のスイッチング素子のターンオン時における電
力損失をなくすことの可能なフライバック型コンバータ
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の一実施例を示すフライバック型コンバ
ータの回路図である。
【図2】同上各部の波形図である。
【図3】従来例を示すフライバック型コンバータの回路
図である。
【図4】同上各部の波形図である。
【符号の説明】 1 トランス 7 スナバーコンデンサ 13 パルス幅制御回路(制御回路) 21 コンデンサ Q1 第1のスイッチング素子 Q2 第2のスイッチング素子
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−56638(JP,A) 特開 平3−56069(JP,A) 特開 平3−21567(JP,A) 特開 昭59−44177(JP,A) 特開 平4−271268(JP,A) 実開 平5−48587(JP,U) 実開 平4−72882(JP,U) 特公 昭63−67428(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02M 3/00 - 3/44

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一次側と二次側とを絶縁するトランス
    と、このトランスの一次巻線に直流入力電圧を断続的に
    印加する第1のスイッチング素子とを備え、前記第1の
    スイッチング素子がオンの時に前記トランスにエネルギ
    ーを蓄え、前記第1のスイッチング素子がオフの時に前
    記トランスの二次巻線よりエネルギーを送り出すととも
    に、前記トランスの一次巻線からのフライバックエネル
    ギーを吸収するスナバーコンデンサを前記第1のスイッ
    チング素子の両端に接続したフライバック型コンバータ
    において、前記トランスの一次巻線に接続されるコンデ
    ンサと第2のスイッチング素子との直列回路と、前記第
    1および第2のスイッチング素子を交互にターンオンさ
    せ、かつその間に一定のデッドタイムが存在する駆動信
    号を供給する制御回路とを備えたことを特徴とするフラ
    イバック型コンバータ。
JP1992069284U 1992-10-05 1992-10-05 フライバック型コンバータ Expired - Lifetime JP2596142Y2 (ja)

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