JP2821893B2

JP2821893B2 - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JP2821893B2
Application number: JP1001157A
Authority: JP
Inventors: 勝彦西村
Original assignee: 富士通電装株式会社
Priority date: 1989-01-09
Filing date: 1989-01-09
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JPH02184264A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、無負荷や軽負荷時に於ける平滑用チョーク
コイルの電流不連続を防止したスイッチング電源装置に
関するものである。

スイッチング電源装置には、平滑用チョークコイルと
平滑用コンデンサとからなる平滑回路が設けられてお
り、無負荷や軽負荷時には、平滑用チョークコイルに流
れる電流が不連続的になり、パルス幅制御によるスイッ
チング動作が不安定となる。従って、ダミー負荷を接続
して平滑用チョークコイルに流れる電流が連続的となる
ように構成されているが、ダミー負荷による損失によっ
て効率が低下する。その為に、ダミー負荷を設けずに、
平滑用チョークコイルの電流不連続を防止することが要
望されている。

〔従来の技術〕

従来例の例えば１石式コンバータからなるスイッチン
グ電源装置は、第４図に示すように、直流電源21からト
ランス22の一次巻線に供給する電流を、駆動回路23によ
り制御されるトランジスタ24によりオン，オフし、その
トランス22の二次巻線に誘起する電圧をダイオード25に
より整流し、チョークコイル27とコンデンサ28とからな
る平滑回路により平滑化し、トランジスタ24がオフの期
間にフライホイールダイオード26を介して電流が流れ
る。

又制御回路29は、直流出力電圧V₁を設定基準値と比較
して誤差増幅し、その誤差増幅信号と内蔵発振器の発振
波形とを比較器により比較してパルス幅制御信号を形成
し、そのパルス幅制御信号を駆動回路23に加えて、トラ
ンジスタ24のオン期間を制御することにより、直流出力
電圧の安定化を図るものである。

第５図は従来例の動作説明図であり、（ａ）はトラン
ジスタ24のオン（ON），オフ（OFF）の動作、（ｂ）は
チョークコイル27の電圧V_Lと電流I₃及び負荷電流I₀、
（ｃ）は整流用のダイオード25に流れるI₁、（ｄ）はフ
ライホイールダイオード26に流れる電流I₂を示す。

トランジスタ24がオンとなると、ダイオード25に
（ｃ）に示す電流I₁が流れ、又トランジスタ24がオフに
なると、チョークコイル27に蓄積されたエネルギによっ
てフライホイールダイオード26に（ｄ）に示す電流I₂が
流れる。従って、チョークコイル27には、I₁＋I₂＝I₃の
電流が（ｂ）に示すように流れ、この電流I₃は変動する
が、コンデンサ28により平均化されて鎖線で示す負荷電
流I₀となる。

軽負荷時には、負荷電流I₀が小さくなり、それに伴っ
て各電流I₁,I₂が小さくなる。その場合、チョークコイ
ル27に流れる電流I₃の変化ピーク・ピーク値I_P-Pの1/2
より負荷電流I₀が小さくなると、チョークコイル27に流
れる電流I₃は、例えば、（ｂ）に於けるｔの時間零とな
る。即ち、チョークコイル27に流れる電流I₃が不連続と
なる。

このように電流I₃が不連続になると、制御回路29によ
りパルス幅制御を行っても、直流出力電圧V₁安定に維持
することが困難となる。

そこで、従来は、ダミー抵抗をコンデンサ28と並列に
接続し、無負荷時でも、I_P-P/2以上の電流がチョークコ
イル27に流れるように構成していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

チョークコイル27に流れる電流が不連続となると、前
述のように、直流出力電圧V₁を安定化することが困難と
なり、又チョークコイル27が振動音を発生する場合もあ
る。従って、前述のように、ダミー負荷をコンデンサ28
と並列に接続することになるが、このダミー抵抗により
常時電力が消費されることになり、スイッチング電源装
置の効率が低下する欠点があった。

本発明はダミー抵抗を接続することなく、チョークコ
イルに流れる電流の不連続を防止し、且つ該チョークコ
イルを介して補助電源の電力を安定に取り出すことを目
的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のスイッチング電源装置は、平滑用チョークコ
イルに連続的に電流が流れるようにし、且つその平滑用
チョークコイルの蓄積エネルギを補助電源等に利用し得
るようにしたものであり、第１図を参照して説明する。

直流電源からトランス２の一次巻線に供給する電流
を、駆動回路３からのパルス幅制御によりオン，オフ制
御する第１のトランジシスタ４と、トランス２の二次巻
線に接続した整流用のダイオード５と、そのダイオード
５の出力側に接続したフライホイールダイオード６と、
平滑用チョークコイル７及び平滑用コンデンサ８と、平
滑出力電圧を検出して駆動回路３を制御する制御回路９
とを備えたスイッチング電源装置に於いて、フライホイ
ールダイオード６に並列に第２のトランジスタ10を接続
し、平滑用チョークコイル７に二次巻線を付加して、そ
の二次巻線にダイオード11とコンデンサ12とを接続し、
第２のトランジスタ10を駆動回路３により第１のトラン
ジスタ４と相補的に制御するものである。

〔作用〕

制御回路９により直流出力電圧を検出して駆動回路３
を制御し、トランス２の一次巻線に接続されたトランジ
スタ４をオン，オフ制御して、直流出力電圧を安定化す
るスイッチング電源装置に於いて、第２のトランジスタ
10は、第１のトランジスタ４がオンの期間にオフとな
り、反対に第１のトランジスタ４がオフの期間にオンと
なるように駆動回路３により制御される。

平滑用チョークコイル７に流れる電流が不連続となる
ような軽負荷時に於いて、第１のトランジスタ４がオ
フ、第２のトランジスタ10がオンとなった期間内に、平
滑用チョークコイル７にフライホイールダイオード６を
介して流れる電流が零となる。その場合に、平滑用コン
デンサ８の端子電圧により第２のトランジスタ10を介し
て平滑用チョークコイル７に逆方向に電流が流れる。即
ち、平滑用チョークコイル７に流れる電流の方向は反転
するが、連続的に流れるものとなる。

次に第１のトランジスタ４がオン、第２のトランジス
タ10がオフとなると、平滑用チョークコイル７には黒点
印（巻線の巻き始め側を示す）側を正とする電圧が発生
し、二次巻線によりダイオード11を介してコンデンサ12
が充電される。即ち、平滑用チョークコイル７の逆蓄電
エネルギはコンデンサ12に吸収され、コンデンサ12の充
電電圧は補助電源電圧として利用することができる。平
滑用チョークコイル７の逆蓄積エネルギが放出される
と、第１のトランジスタ４はオンになっているので、整
流用のダイオード５を介して平滑用チョークコイル７に
電流I₃が正方向に流れる。

そして、平滑用チョークコイル７の二次巻線には、高
負荷時に於いても又軽負荷時に於いても電圧が誘起され
るから、ダイオード11を介してコンデンサ12に充電し、
このコンデンサ12の充電電圧V₂を補助電源の電圧として
利用するものである。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。

第１図は本発明の実施例の要部回路図であり、１石式
コンバータによるスイッチング電源装置を示し、チョー
クコイル７に二次巻線を付加し、この二次巻線にダイオ
ード11とコンデンサ12とを接続し、又フライホイールダ
イオード６と並列に第２のトランジスタ10を接続し、こ
の第２のトランジスタ10を、トランス２と一次巻線に接
続した第１のトランジスタ４と相補的に駆動回路３から
制御するものである。従って、駆動回路３は、従来例の
構成に信号の反転器等を付加するだけで容易に実現する
ことができる。又整流用のダイオード5,フライホイール
ダイオード6,平滑用コンデンサ8,制御回路９等は従来例
と同様の構成であり、又直流電源１は、交流電圧を整流
平滑化する構成とすることも可能である。

第２図は本発明の実施例の動作説明図であり、（ａ）
は第１のトランジスタのオン（ON），オフ（OFF）動
作、（ｂ）は平滑用チョークコイル７の電圧V_Lと電流I₃
と負荷電流I₀、（ｃ）は整流用のダイオード５を流れる
電流I₁、（ｄ）はフライホイールダイオード６を流れる
電流I₂、（ｅ）は第２のトランジスタ10のオン（ON），
オフ（OFF）動作、（ｆ）は第２のトランジスタ10を流
れる電流I₄、（ｇ）はダイオード11を流れる電流I₅の一
例を示し、第１図に於ける各部の電流の矢印方向を正方
向として示すものである。

負荷電流I₀が大きく、平滑用チョークコイル７に連続
的に電流が流れる場合は、第２のトランジスタ10がオン
となっても、それに流れる電流I₄は零である。従って、
平滑用チョークコイル７に逆方向に電流が流れないか
ら、この逆方向電流に対応した平滑用チョークコイル７
の二次巻線の電流I₅は零となる。しかし、平滑用チョー
クコイル７に流れる電流I₃は、第１のトランジスタ４の
オン期間とオフ期間とに於いて変化するから、その変化
分に対応して平滑用チョークコイル７の二次巻線に正負
の電圧が隆起し、ダイオード11を介してコンデンサ12に
充電される。又平滑用コンデンサ８の端子電圧に対応す
る直流出力電圧V₁が設定値となるように、第１のトラン
ジスタ４のオン期間が、制御回路９によるパルス幅制御
に従った駆動回路３からの駆動によって制御される。

負荷電流I₀が小さくなり、第１のトランジスタ４がオ
フで、第２のトランジスタ10がオンの期間に於いてフラ
イホイールダイオード６を流れる電流I₂が零となり、平
滑用チョークコイル７に流れる電流I₃が零となると、第
２のトランジスタ10のオンにより平滑用コンデンサ８の
端子電圧が平滑用チョークコイル７に加えられ、第２の
トランジスタ10に電流I₄が、第２図の（ｆ）に示すよう
に流れる。この電流I₄は、平滑用チョークコイル７にそ
れまでフライホイールダイオード６を介して流れていた
電流I₂＝I₃と反対方向であるが、零の期間を生じること
なく連続的に電流が流れることになる。

次に第１のトランジスタ４がオン、第２のトランジス
タ10がオフとなると、平滑用チョークコイル７に第２の
トランジスタ10を介して流れていた電流I₄＝I₃が急激に
遮断され、平滑用チョークコイル７の二次巻線に電圧が
誘起されて、ダイオード11に第２図の（ｇ）に示すよう
にコンデンサ12を充電する電流I₅が流れる。即ち、平滑
用チョークコイル７の逆励磁によるエネルギがコンデン
サ12に放出され、その端子電圧V₂を補助電源電圧等に利
用することができる。

次に第１のトランジスタ４がオンであるので、ダイオ
ード５を介して平滑用チョークコイル７に電流I₁が流
れ、励磁される。

第３図は平滑用チョークコイルのＢ−Ｈ特性説明図で
あり、Ｂ−Ｈ曲線上のａ〜ｄ点は、第２図の（ｃ）に於
けるＡ〜Ｄ点に対応している。即ち、ダイオード５を介
して平滑用チョークコイル７に流れる電流が零から増加
を始めるＡ点では、Ｂ−Ｈ曲線のａ点（励磁磁界Ｈ＝
０）となる。そして、ダイオード５を介して平滑用チョ
ークコイル７に流れる電流が最大となったＢ点では、Ｂ
−Ｈ曲線のｂ点となる。そして、フライホイールダイオ
ード６を介して平滑用チョークコイル７に流れる電流が
次第に減少して０となるＣ点では、Ｂ−Ｈ曲線のｃ点と
なる。次に第２のトランジスタ10を介して平滑用チョー
クコイル７に電流が流れ、その電流が最大となるＤ点で
は、Ｂ−Ｈ曲線のｄ点となる。

更に、ダイオード11を介して平滑用チョークコイル７
の二次巻線によりコンデンサ12を充電し、充電終了する
Ａ点ではＢ−Ｈ曲線のａ点に戻ることになる。

又負荷電流I₀が大きい場合、平滑用チョークコイル７
に流れる電流I₃は、方向が反転することもないので、Ｂ
−Ｈ曲線は第１象限の右上方向に移ることになるが、前
述のように、正方向に流れる電流I₃は第１のトランジス
タ４のオン，オフに従って変化するから、平滑用チョー
クコイル７の二次巻線に電圧が誘起する。それによっ
て、コンデンサ12をダイオード11に介して充電すること
ができる。

即ち、負荷電流I₀が大きい場合は、第１のトランジス
タ４のオン，オフ期間に従った電流変化に対応した二次
巻線の誘起電圧によって、ダイオード11を介してコンデ
ンサ12を充電し、又負荷電流I₀が小さい場合は、平滑用
チョークコイル７に逆方向電流が流れることにより、二
次巻線に誘起電圧が生じるから、ダイオード11を介して
コンデンサ12を充電することができる。従って、負荷電
流の大小に拘らず、コンデンサ12を充電することができ
るから、その端子電圧V₂を補助電源の電圧として利用す
るものである。

本発明は、前述の実施例にのみ限定されるものではな
く、種々変更を加えることができるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、フライホイールダイ
オード６と並列に第２のトランジスタ10を接続して、ト
ランス２の一次巻線に接続した第１のトランジスタ４と
相補的に駆動回路３によりオン，オフ制御し、平滑用チ
ョークコイル７に二次巻線を付加し、その二次巻線にダ
イオード11とコンデンサ12とを接続したものであり、軽
負荷時に平滑用チョークコイル７に流れる電流が不連続
となるような状態になると、第２のトランジスタ10を介
して平滑用チョークコイル７に電流が流れるから、不連
続となることを防止することができる。従って、直流出
力電圧を安定化することができる。

又第２のトランジスタ10を介して平滑用チョークコイ
ル７に流れていた電流と、整流用のダイオード５を介し
て流れる電流とが反対方向となるが、第２のトランジス
タ10を介して平滑用チョークコイル７の逆励磁のエネル
ギを平滑用チョークコイル７の二次巻線からコンデンサ
12に吸収させることができ、平滑用チョークコイル７の
鉄心の磁気飽和等を防止し、平滑化作用を継続させるこ
とができる。更にこのコンデンサ12の端子電圧を補助電
源の電圧として利用するもので、負荷電流の大小に拘ら
ず、平滑用チョークコイル７の二次巻線に電圧を誘起さ
せることができるから、安定な補助電源となる利点があ
る。従って、スイッチング電源装置の効率向上に寄与す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の要部回路図、第２図は本発明
の実施例の動作説明図、第３図は平滑用チョークコイル
のＢ−Ｈ特性説明図、第４図は従来例の説明図、第５図
は従来例の動作説明図である。１は直流電源、２はトランス、３は駆動回路、４は第１
のトランジスタ、５は整流用のダイオード、６はフライ
ホイールダイオード、７は平滑用チョークコイル、８は
平滑用コンデンサ、９は制御回路、10は第２のトランジ
スタ、11はダイオード、12はコンデンサである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源（１）からトランス（２）の一次
巻線に供給する電流を、駆動回路（３）からのパルス幅
制御によりオン，オフ制御する第１のトランジスタ
（４）と、前記トランス（２）の二次巻線に接続した整流用のダイ
オード（５）と、該整流用のダイオード（５）の出力側に接続したフライ
ホイールダイオード（６）と、前記整流用のダイオード（５）の出力側に接続した平滑
用チョークコイル（７）及び該平滑用チョークコイル
（７）を介して充電される平滑用コンデンサ（８）と、平滑出力電圧を検出して前記駆動回路（３）を制御する
制御回路（９）とを備えたスイッチング電源装置に於い
て、前記平滑用チョークコイル（７）に二次巻線を設け、且
つ前記フライホイールダイオード（６）と並列に第２の
トランジスタ（10）を接続し、該第２のトランジスタ（10）を、前記第１のトランジス
タ（４）と相補的にオン，オフ制御するように前記駆動
回路（３）に接続し、前記平滑用チョークコイル（７）の前記二次巻線に、ダ
イオード（11）を介して充電するコンデンサ（12）を接
続したことを特徴とするスイッチング電源装置。