JP2816895B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はスナバ回路を有するスイッチング電源装置に
関する。
[従来の技術] トランスとスイッチとの直列回路を有するスイッチン
グ電源装置のトランスに対して並列にダイオードを介し
てコンデンサを接続することによってスナバ回路を形成
することは既に行われている。スナバ回路のダイオード
はスイッチのターンオフ時にトランスに発生するフライ
バック電圧によって導通し、コンデンサはサージ電圧を
吸収する。
[発明が解決しようとする課題] ところで、コンデンサがサージ電圧を吸収した周期の
次の周期で再びサージ電圧を吸収するためには、コンデ
ンサの電荷を次の周期までに放出しなければならない。
従来のスナバ回路ではコンデンサに並列に接続された抵
抗を使用して電荷を放出した。従って、必然的に電力損
失が生じた。
そこで、本発明の目的はスナバ回路における電力損失
を軽減する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、直流電源の一端
と他端との間に接続されたトランスと第1のスイッチと
の直列回路と、前記第1のスイッチをオン・オフ制御す
る第1の制御回路と、前記トランスに接続された出力整
流平滑回路と、前記第1のスイッチのターンオフ時に発
生するサージ電圧を吸収するように前記トランスに並列
に接続されたダイオードと第1のコンデンサとの直列回
路と、前記第1のコンデンサに並列に接続された例えば
抵抗のようなインピーダンスとを備えたスイッチング電
源装置において、前記ダイオードに第2のスイッチを介
して並列に接続された第2のコンデンサと、前記第1の
スイッチのオフ期間の少なくとも一部において前記第2
のスイッチをオン制御するための第2の制御回路とが設
けられ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、第1及び/又は第2のスイッチをオン・オフ制
御素子とダイオードとの逆並列回路又はダイオード内蔵
のFETで構成することが望ましい。
また、第2のスイッチは第2のコンデンサの電圧に基
づいて制御することが望ましい。
更にまた、第2のスイッチは出力電圧に比例して制御
することが望ましい。
[作 用] 本発明によれば、サージ吸収したエネルギーの少なく
とも一部を第2のコンデンサと第2のスイッチの働きに
よってトランスに戻し、更に電源又は出力に戻すことが
可能になる。これにより、スナバ回路の電力損失が小さ
くなる。
[第1の実施例] 次に第1図及び第2図を参照して本発明の第1の実施
例に係わるオン・オフ型のスイッチング電源装置を説明
する。
第1図において、整流器と平滑用コンデンサとから成
る直流電源1の一端と他端との間にトランス2の1次巻
線3と第1のスイッチ4との直列回路が接続されてい
る。第1のスイッチ4はソースをサブレストレートに接
続した形式のnチャンネル絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタから成り、FET4aとこれに逆並列接続されたダイ
オード4bとで等価的に示されている。
トランス2は2次巻線5及び3次巻線6を有する。ダ
イオード7とコンデンサ8とから成る整流平滑回路9は
2次巻線5と一対の出力端子10、11との間に接続されて
いる。一対の出力端子10、11間に接続された負荷13は整
流平滑回路9から安定化された直流電圧の供給を受け
る。
3次巻線6は制御回路14を介してFET4aのゲートとソ
ースとの間に接続されている。制御回路14には起動抵抗
15を介して電源1が接続され、且つ出力電圧検出回路16
が接続されている。なお、制御回路14は特開昭62−1666
7号公報に開示されている回路と実質的に同一に構成さ
れており、FET4aを出力電圧が一定になるようにオン・
オフ制御する。
スナバ回路は1次巻線3にダイオード17を介して並列
接続された第1のコンデンサ18と、第1のコンデンサ18
に並列接続された抵抗19とダイオード17に第2のスイッ
チ20を介して並列接続された第2のコンデンサ21と、第
2のスイッチ20を制御するための制御回路22とから成
る。
第2のスイッチ20はソースをサブストレートに接続し
た形式のnチャンネル絶縁ゲート型電界効果トランジス
タから成り、FET20aとこれに逆並列接続された内蔵ダイ
オード20bとの等価回路で示されている。
制御回路22は、比較器23と基準電源24とから成る。比
較器23の一方の入力端子は基準電源24を介して第2のコ
ンデンサ21の下端に接続され、他方の入力端子は第2の
コンデンサ21の上端に接続されているので、第2のコン
デンサ21の電圧が基準電圧24の基準電圧よりも高くなっ
た時にFET20aのゲートにオン制御信号が付与される。
[動 作] 電源1が接続され、起動抵抗15に基づいて制御回路14
が動作し、FET4aにゲート信号が与えられてこれがオン
になると、電源1とトランス1次巻線3とFET4aとから
成る閉回路が形成される。この時2次巻線5に誘起する
電圧は下向きであるので、ダイオード7がオフに保た
れ、コンデンサ8の充電電流は流れない。3次巻線6の
電圧はFET4aを正帰還駆動するように制御回路14に与え
られる。
制御回路14からFET4aに与えられていたオン制御信号
が消滅すると、FET4aはオフに転換する。この時、1次
巻線3に基づいて発生しようとするサージ電圧が第1及
び第2のコンデンサ18、21に基づいて吸収される。その
後、第2のスイッチ20のFET20aのオン期間に第1及び第
2のコンデンサ18、21と1次巻線3の漏洩インダクタン
スとから成る閉回路に基づく共振動作によってコンデン
サ18、21のエネルギーの少なくとも一部が1次巻線3に
移り、このエネルギーが1次巻線3と電源1と第1のス
イッチ4のダイオード4bとから成る回路で電源に帰還さ
れる。
第2図は共振によって第2のコンデンサン21が第1図
に示すように充電された後の動作を示す。第2のコンデ
ンサ21が第1図に示すように上側が正極に充電されてい
る状態でFET4aがt1時点でオフに制御されると、1次巻
線3のフライバック電圧と第2のコンデンサ21の電圧と
に基づいて第2のスイッチ20のダイオード20bがオンに
なり、1次巻線3と第2のコンデンサ21とダイオード20
bと第1のコンデンサ18とから成る閉回路に第2図
(C)のt2〜t3期間に示す電流Ifが流れる。これによ
り、サージ電圧が抑制され、第1のスイッチ4の両端電
圧Vdsが第2図(A)に示すように制限される。
第2のコンデンサ21がフライバック電圧で充電される
ことによって第1図とは逆の極性の充電電圧が基準電源
24の電圧よりも高くなると、比較器23からFET20aにゲー
ト信号が印加され、FET20aは第2図のt2時点の直後にオ
ンになる。
t3時点で第2のコンデンサ21の充電が完了すると、ダ
イオード20bがオフになり、代ってダイオード17がオン
になり、第2図(B)に示すように電流Idが第1のコン
デンサ18に流れる。これと同時に2次側のダイオード7
がオンになり、第2図(E)に示すように電流I2が流れ
る。即ち、オン期間にトランス2に蓄積されたエネルギ
ーがオフ期間にダイオード7を通って平滑コンデンサ8
及び負荷13に放出される。コンデンサ8の電圧は定電圧
化されているので、ダイオード7のオン期間における1
次及び3次巻線3及び6の電圧にほぼ一定である。
t4時点でトランス2の蓄積エネルギーの放出が終了す
ると、第1のコンデンサ18とFET20aと第2のコンデンサ
21と1次巻線3とから成る閉回路による第1及び第2の
コンデンサ18、21の放電が可能になり、共振動作で第2
のコンデンサ21のエネルギーが1次巻線3に移り、第2
のコンデンサ21は更に第1のコンデンサ18の電圧で第1
図に示す極性に逆充電される。t4〜t5期間は1次巻線3
に移ったエネルギーは、t5〜t6期間に1次巻線3と電源
1とダイオード4bとから成る閉回路で電源1のコンデン
サ(図示せず)に帰還される。なお、FET20aは第2のコ
ンデンサ21の電圧の低下で自動的にオフになる。t5〜t6
において1次巻線3と電源1とダイオード4bとの閉回路
に共振動作が生じると、3次巻線6にも振動電圧が発生
し、この時点でFET4aをオン制御することが可能にな
る。第1のスイッチ4のオン期間t6〜t7では第2図
(D)に示すように第1のスイッチ4を通って電流Ilが
流れる。この期間に第1のコンデンサ18のエネルギーは
抵抗19に放出される。
本実施例は次の効果を有する。
(1) コンデンサ18、21で吸収されたサージ電圧吸収
エネルギーの全部を抵抗19に放出することなく、電源1
に戻すので、電力損失を低減させることができる。
(2) 損失を従来と同一にした場合には、サージ吸収
作用を高めてサージによる高周波ノイズを低減させるこ
とができる。
(3) 共振動作が生じるので、3次巻線6の振動電圧
でFET4aを確実にターンオフさせることが可能になる。
(4) 第2のコンデンサ21の電圧に基づいてFET20aを
制御することによって、FET20aのオン期間を容易に決定
することができる。
[第2の実施例] 次に、第3図を参照して本発明の別の実施例に係わる
スイッチング電源装置を説明する。但し、第3図におい
て第1図と共通する部分には同一の符号を付してその説
明を省略する。
第3図はFET20aの制御回路において第1図と相違す
る。FET20aのゲート電圧を出力電圧に比例させて与える
ために、巻線31が設けられ、この巻線31にダイオード32
とコンデンサ33とから成る整流平滑回路が接続されてい
る。コンデンサ33の一端は第2のコンデンサ21の下端に
接続され、コンデンサ33の他端は抵抗34を介してFET20a
のゲートに接続されている。なお、第2のコンデンサ21
の下端とFET20aのゲートとの間にも抵抗35が接続されて
いる。
第3図の回路で第1のスイッチ4がターンオフする
と、第2のコンデンサ21が第1図と同様に充電され、こ
の電圧とコンデンサ33の電圧との和でFET20aのゲートが
制御される。正常動作中のオフ期間の巻線31の電圧はほ
ぼ一定であるので、コンデンサ33が一定電圧に充電され
ている。従って、第3図の回路は第1図の回路と実質的
に同一に動作する。
ところで、負荷13の短絡で出力電圧が低下すると、巻
線31及びコンデンサ33の電圧が低下し、FET20aのオン時
間幅が狭くなる。即ち、第2図(C)の電流Ifがt5時点
より前に零になる。この結果、第1のスイッチ4のFET4
aと第2のスイッチ20のFET20aとが同時にオンになるこ
とを防ぐことができる。もし、誤まって2つのFET4a、2
0aが同時にオンになると、第1のコンデンサ18とFET20a
と第2のコンデンサ21とFET4aとから成る回路が形成さ
れ、電圧制御が不能になる。
なお、第1図の回路において、負荷13の短絡で出力電
圧が低下し、オフ期間の1次巻線3の電圧も低下し、第
1のコンデンサ18の電圧と第2のコンデンサ21の電圧と
の和が1次巻線3の電圧よりも高くなり、3次巻線6に
FET4aをオン駆動する電圧が第2のスイッチ20のFET20a
のオン期間中に発生し、2つのFET4a、20aが同時にオン
するおそれがある。しかし、第3図にように出力電圧に
比例した電圧でFET20aを制御すると、2つのFET4a、20a
の同時オンが阻止される。
[変形例] 本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、例
えば次の変形が可能なものである。
(1) 第1及び第2のスイッチ4及び20をバイポーラ
トランジスタとダイオードとの逆並列回路で構成するこ
と、又は双方向スイッチで構成すること、又は一方向ス
イッチの逆並列回路で構成することができる。
(2) トランス2を単巻トランス構成にして出力電圧
を得ることができる。
(3) 第1のスイッチ4の制御回路14を、特開昭62−
166777号公報、特開昭62−2722867号公報、特開昭61−6
668号公報等に開示されている種々のオン・オフ制御回
路に置き換えることができる。
[発明の効果] 上述から明らかなように本発明によれば、スナバ回路
の電力損失の小さ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の実施例に係わるスイッチング電
源装置を示す回路図、 第2図は第1図の各部の状態を示す波形図、 第3図は第2の実施例のスイッチング電源装置を示す回
路図である。 1……直流電源、2……トランス、3……1次巻線、4
……第1のスイッチ、17……ダイオード、18……第1の
コンデンサ、20……第2のスイッチ、21……第2のコン
デンサ。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電源の一端と他端との間に接続された
    トランスと第2のスイッチとの直列回路と、 前記第1のスイッチをオン・オフ制御する第1の制御回
    路と、 前記トランスに接続された出力整流平滑回路と、 前記第1のスイッチのターンオフ時に発生するサージ電
    圧を吸収するように前記トランスに並列に接続されたダ
    イオードと第1のコンデンサとの直列回路と 前記第1のコンデンサに並列に接続されたインピーダン
    スと、 を備えたスイッチング電源装置において、 前記ダイオードに第2のスイッチを介して並列に接続さ
    れた第2のコンデンサと、 前記第1のスイッチのオフ期間の少なくとも一部におい
    て前記第2のスイッチをオン制御するための第2の制御
    回路と が設けられていることを特徴とするスイッチング電源装
    置。
  2. 【請求項2】前記第1及び/又は第2のスイッチがオン
    ・オフ制御素子と前記オン・オフ制御素子に逆並列接続
    されたダイオードとから成ることを特徴とする請求項1
    記載のスイッチング電源装置。
  3. 【請求項3】前記第1及び/又は第2のスイッチがソー
    ス・ドレイン間に接続されたダイオードを内蔵する絶縁
    ゲート型電界効果トランジスタである請求項1記載のス
    イッチング電源装置。
  4. 【請求項4】前記第2の制御回路は前記第2のコンデン
    サの電圧が前記第1のスイッチのターンオフによって発
    生するサージ電圧を吸収したことに基づいて所定値より
    も高くなっている期間に前記オン・オフ制御素子又は前
    記電界効果トランジスタをオン制御する回路である請求
    項2又は3記載のスイッチング電源装置。
  5. 【請求項5】前記第2の制御回路は、前記第2のコンデ
    ンサの電圧と前記整流平滑回路の出力電圧に対応する電
    圧との和によって前記オン・オフ制御素子又は前記電界
    効果トランジスタを制御する回路である請求項2又は3
    記載のスイッチング電源装置。
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