JP3303753B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、直流電源をトラ
ンス等を介して負荷に電力を供給するスイッチング電源
装置に関する。
ンス等を介して負荷に電力を供給するスイッチング電源
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図９に、フライバック形スイッチング電
源の従来例を示す。すなわち、入力リアクトルＬ１とト
ランス一次巻線Ｎ１とスイッチＱ１との直列回路を、直
流電源としての整流器Ｒｅｃに対して並列に接続し、ス
イッチＱ１にはスナバコンデンサＣｓを並列に接続して
構成される。その動作は、スイッチＱ１がオンのときに
一次巻線Ｎ１にエネルギーを蓄積し、Ｑ１がオフのとき
に蓄積されたエネルギーを二次巻線Ｎ２から放出する。
このＱ１のオン，オフを調整することにより出力電圧を
調整する。さらに、この回路では、トランス一次巻線Ｎ
１の漏れインダクタンスと、スイッチＱ１に並列に接続
されているスナバコンデンサＣｓを共振させることで、
スナバコンデンサＣｓの電圧が最も低くなった時にスイ
ッチＱ１をオンさせる、いわゆるソフトスイッチング
（零電圧スイッチング）を実現している。なお、ソフト
スイッチングを行なうのは、損失を低減し発生ノイズを
抑えるためである。
源の従来例を示す。すなわち、入力リアクトルＬ１とト
ランス一次巻線Ｎ１とスイッチＱ１との直列回路を、直
流電源としての整流器Ｒｅｃに対して並列に接続し、ス
イッチＱ１にはスナバコンデンサＣｓを並列に接続して
構成される。その動作は、スイッチＱ１がオンのときに
一次巻線Ｎ１にエネルギーを蓄積し、Ｑ１がオフのとき
に蓄積されたエネルギーを二次巻線Ｎ２から放出する。
このＱ１のオン，オフを調整することにより出力電圧を
調整する。さらに、この回路では、トランス一次巻線Ｎ
１の漏れインダクタンスと、スイッチＱ１に並列に接続
されているスナバコンデンサＣｓを共振させることで、
スナバコンデンサＣｓの電圧が最も低くなった時にスイ
ッチＱ１をオンさせる、いわゆるソフトスイッチング
（零電圧スイッチング）を実現している。なお、ソフト
スイッチングを行なうのは、損失を低減し発生ノイズを
抑えるためである。
【０００３】また、力率改善用スイッチＱ３をオンする
ことにより、入力リアクトルＬ１を介して入力電源を短
絡し、入力電流を流す。力率改善用スイッチＱ３をオフ
すると、入力リアクトルＬ１に蓄えられたエネルギー
は、コンデンサ（電解コンデンサ）Ｃ１に放出される。
このとき、力率改善用スイッチＱ３を全領域でオン，オ
フすることにより、入力電圧が低いときにも入力電流を
流すことができるので、力率改善ができる。
ことにより、入力リアクトルＬ１を介して入力電源を短
絡し、入力電流を流す。力率改善用スイッチＱ３をオフ
すると、入力リアクトルＬ１に蓄えられたエネルギー
は、コンデンサ（電解コンデンサ）Ｃ１に放出される。
このとき、力率改善用スイッチＱ３を全領域でオン，オ
フすることにより、入力電圧が低いときにも入力電流を
流すことができるので、力率改善ができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９の
ようなスイッチング電源装置では、トランス一次巻線Ｎ
１の漏れインダクタンスと、スナバコンデンサＣｓとの
共振によりソフトスイッチングを行なっているため、ス
イッチＱ１のオフ期間は、トランス一次巻線Ｎ１の漏れ
インダクタンスと、スナバコンデンサＣｓの共振周期に
より決定される一定時間にしなければならない。その結
果、出力電圧を調整するのにオン期間のみ調整すること
となり、スイッチング周波数が一定しないという問題が
生じる。また、テレビ（ＴＶ），ディスプレイ用電源と
して用いる場合には、スイッチング周波数を偏向周波数
と同期させるようにしているが、このような周波数可変
電源には適用できないという問題もある。
ようなスイッチング電源装置では、トランス一次巻線Ｎ
１の漏れインダクタンスと、スナバコンデンサＣｓとの
共振によりソフトスイッチングを行なっているため、ス
イッチＱ１のオフ期間は、トランス一次巻線Ｎ１の漏れ
インダクタンスと、スナバコンデンサＣｓの共振周期に
より決定される一定時間にしなければならない。その結
果、出力電圧を調整するのにオン期間のみ調整すること
となり、スイッチング周波数が一定しないという問題が
生じる。また、テレビ（ＴＶ），ディスプレイ用電源と
して用いる場合には、スイッチング周波数を偏向周波数
と同期させるようにしているが、このような周波数可変
電源には適用できないという問題もある。
【０００５】また、従来の方式では、力率改善用スイッ
チＱ３と主スイッチＱ１をそれぞれ個別にスイッチング
するため、スイッチング電源装置より発生するノイズが
増加するという問題が生じる。さらに、変換器が２直列
になるため効率が低下するといった問題がある。したが
って、この発明の課題は、ソフトスイッチング方式を維
持しつつ設定した任意の周波数でのスイッチングを可能
とし、かつ簡易な方法で力率改善を図ることにある。
チＱ３と主スイッチＱ１をそれぞれ個別にスイッチング
するため、スイッチング電源装置より発生するノイズが
増加するという問題が生じる。さらに、変換器が２直列
になるため効率が低下するといった問題がある。したが
って、この発明の課題は、ソフトスイッチング方式を維
持しつつ設定した任意の周波数でのスイッチングを可能
とし、かつ簡易な方法で力率改善を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、トランスの一次巻線と直
列に半導体スイッチを接続した直列回路には、これと並
列に電解コンデンサと交流電圧を直流電圧にする整流器
とを接続し、トランスの二次巻線には整流・平滑回路を
接続し、前記半導体スイッチをオン，オフして負荷に直
流電力を供給するスイッチング電源装置において、前記
整流器と電解コンデンサとの接続点間にトランスの三次
巻線と逆回復用のダイオードの直列回路を接続するよう
にしている。こうすることで、半導体スイッチがオンし
たとき、トランス三次巻線には逆回復用のダイオードと
逆極性の電圧が発生し、その結果、逆回復用のダイオー
ドが逆回復し、電流を遮断するので、整流器としては一
般の整流ダイオードで構成でき、低コスト化が図れる。
るため、請求項１の発明では、トランスの一次巻線と直
列に半導体スイッチを接続した直列回路には、これと並
列に電解コンデンサと交流電圧を直流電圧にする整流器
とを接続し、トランスの二次巻線には整流・平滑回路を
接続し、前記半導体スイッチをオン，オフして負荷に直
流電力を供給するスイッチング電源装置において、前記
整流器と電解コンデンサとの接続点間にトランスの三次
巻線と逆回復用のダイオードの直列回路を接続するよう
にしている。こうすることで、半導体スイッチがオンし
たとき、トランス三次巻線には逆回復用のダイオードと
逆極性の電圧が発生し、その結果、逆回復用のダイオー
ドが逆回復し、電流を遮断するので、整流器としては一
般の整流ダイオードで構成でき、低コスト化が図れる。
【０００７】請求項２の発明では、トランスの一次巻線
と直列に第１の半導体スイッチを接続した直列回路に
は、これと並列に電解コンデンサと交流電圧を直流電圧
にする整流器とを接続し、トランスの二次巻線には整流
・平滑回路を接続し、前記第１の半導体スイッチをオ
ン，オフして負荷に直流電力を供給するスイッチング電
源装置において、前記電解コンデンサと直列にトランス
の四次巻線とダイオードとの直列回路を接続し、電解コ
ンデンサと並列にトランスの三次巻線と第２の半導体ス
イッチとの直列回路を接続するようにしている。
と直列に第１の半導体スイッチを接続した直列回路に
は、これと並列に電解コンデンサと交流電圧を直流電圧
にする整流器とを接続し、トランスの二次巻線には整流
・平滑回路を接続し、前記第１の半導体スイッチをオ
ン，オフして負荷に直流電力を供給するスイッチング電
源装置において、前記電解コンデンサと直列にトランス
の四次巻線とダイオードとの直列回路を接続し、電解コ
ンデンサと並列にトランスの三次巻線と第２の半導体ス
イッチとの直列回路を接続するようにしている。
【０００８】請求項２のようにすることで、トランスの
四次巻線の放電は、ダイオード，電解コンデンサ，整流
器，交流電源を介して行なわれるため、入力電圧が電解
コンデンサ電圧より低い場合でも入力電流が流れ、その
結果、導通角が広がり力率が改善される。このとき、電
解コンデンサには電源電圧とトランスの四次巻線に発生
した電圧が加わるので、電解コンデンサを電源電圧ピー
ク値よりも高い電圧で充電できる。さらに、電源電圧が
低くトランスの四次巻線に発生する電圧を加えても電解
コンデンサの電圧に達せず、その充電が行なわれない期
間においても、トランスの一次巻線と第１の半導体スイ
ッチとの直列回路は整流器に直接接続されているため、
電流を流すことができ、その結果、導通角を広げること
ができる。
四次巻線の放電は、ダイオード，電解コンデンサ，整流
器，交流電源を介して行なわれるため、入力電圧が電解
コンデンサ電圧より低い場合でも入力電流が流れ、その
結果、導通角が広がり力率が改善される。このとき、電
解コンデンサには電源電圧とトランスの四次巻線に発生
した電圧が加わるので、電解コンデンサを電源電圧ピー
ク値よりも高い電圧で充電できる。さらに、電源電圧が
低くトランスの四次巻線に発生する電圧を加えても電解
コンデンサの電圧に達せず、その充電が行なわれない期
間においても、トランスの一次巻線と第１の半導体スイ
ッチとの直列回路は整流器に直接接続されているため、
電流を流すことができ、その結果、導通角を広げること
ができる。
【０００９】請求項３の発明では、直流電源と直列にト
ランスの一次巻線と半導体スイッチとを接続したスイッ
チング電源装置の前記半導体スイッチに、その駆動，制
御を行なう制御用集積回路を接続して運転中の電力供給
を行なうメイン電源と、同じく直流電源と直列にトラン
スの一次巻線と半導体スイッチとを直列に接続したスイ
ッチング電源装置の前記半導体スイッチに、その駆動，
制御を行なう制御用集積回路を接続して待機時の電力供
給を行なうサブ電源とを設け、前記メイン電源，サブ電
源の少なくとも一方のスイッチング電源装置として前記
請求項１または２のいずれかに記載のスイッチング電源
装置を用い、かつ、前記メイン電源の半導体スイッチと
その制御用集積回路および前記サブ電源の半導体スイッ
チとその制御用集積回路を集積化して同一のパッケージ
に収納するようにしている。
ランスの一次巻線と半導体スイッチとを接続したスイッ
チング電源装置の前記半導体スイッチに、その駆動，制
御を行なう制御用集積回路を接続して運転中の電力供給
を行なうメイン電源と、同じく直流電源と直列にトラン
スの一次巻線と半導体スイッチとを直列に接続したスイ
ッチング電源装置の前記半導体スイッチに、その駆動，
制御を行なう制御用集積回路を接続して待機時の電力供
給を行なうサブ電源とを設け、前記メイン電源，サブ電
源の少なくとも一方のスイッチング電源装置として前記
請求項１または２のいずれかに記載のスイッチング電源
装置を用い、かつ、前記メイン電源の半導体スイッチと
その制御用集積回路および前記サブ電源の半導体スイッ
チとその制御用集積回路を集積化して同一のパッケージ
に収納するようにしている。
【００１０】請求項４の発明では、直流電源と直列にト
ランスの一次巻線と半導体スイッチとを接続したスイッ
チング電源装置をメイン電源，サブ電源として設け、こ
れらメイン電源，サブ電源の少なくとも一方のスイッチ
ング電源装置として前記請求項１または２のいずれかに
記載のスイッチング電源装置を用い、かつ、前記メイン
電源の半導体スイッチと前記サブ電源の半導体スイッチ
とを制御する共通の制御用集積回路を、これらの半導体
スイッチとともに集積化して同一のパッケージに収納す
るようにしている。
ランスの一次巻線と半導体スイッチとを接続したスイッ
チング電源装置をメイン電源，サブ電源として設け、こ
れらメイン電源，サブ電源の少なくとも一方のスイッチ
ング電源装置として前記請求項１または２のいずれかに
記載のスイッチング電源装置を用い、かつ、前記メイン
電源の半導体スイッチと前記サブ電源の半導体スイッチ
とを制御する共通の制御用集積回路を、これらの半導体
スイッチとともに集積化して同一のパッケージに収納す
るようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す回路図である。同図の回路は、交流電圧を直流
電圧にする整流器Ｒｅｃに接続されたトランス三次巻線
Ｎ３と高速な逆回復（リカバリー）用ダイオードＤ２の
直列回路と、トランス一次巻線Ｎ１とトランス三次巻線
Ｎ３とダイオードＤ２の直列回路の間に接続された電解
コンデンサＣ１と、トランス一次巻線Ｎ１と直列に接続
された半導体スイッチＱ１と、この半導体スイッチＱ１
に逆並列に接続されたダイオードＤ１とから構成され
る。
態を示す回路図である。同図の回路は、交流電圧を直流
電圧にする整流器Ｒｅｃに接続されたトランス三次巻線
Ｎ３と高速な逆回復（リカバリー）用ダイオードＤ２の
直列回路と、トランス一次巻線Ｎ１とトランス三次巻線
Ｎ３とダイオードＤ２の直列回路の間に接続された電解
コンデンサＣ１と、トランス一次巻線Ｎ１と直列に接続
された半導体スイッチＱ１と、この半導体スイッチＱ１
に逆並列に接続されたダイオードＤ１とから構成され
る。
【００１２】その動作につき、説明する。図１で半導体
スイッチＱ１がオンすると、トランス三次巻線Ｎ３には
高速なリカバリーダイオードＤ２と逆極性に電圧が発生
し、これによってダイオードＤ２が逆回復し、電流を遮
断する。そのため、整流器Ｒｅｃには、ダイオードＤ２
の逆回復によって電流が流れず、したがって、整流器Ｒ
ｅｃとしては高速な逆回復特性を持たせる必要がなくな
り、一般的な低速の整流ダイオードで十分となり、コス
トダウンを図ることができる。
スイッチＱ１がオンすると、トランス三次巻線Ｎ３には
高速なリカバリーダイオードＤ２と逆極性に電圧が発生
し、これによってダイオードＤ２が逆回復し、電流を遮
断する。そのため、整流器Ｒｅｃには、ダイオードＤ２
の逆回復によって電流が流れず、したがって、整流器Ｒ
ｅｃとしては高速な逆回復特性を持たせる必要がなくな
り、一般的な低速の整流ダイオードで十分となり、コス
トダウンを図ることができる。
【００１３】図２はこの発明の第２の実施の形態を示す
回路図である。同図の回路は、トランス一次巻線Ｎ１と
直列に接続された第１の半導体スイッチＱ１と、この半
導体スイッチＱ１に逆並列に接続されたダイオードＤ１
と、トランス一次巻線Ｎ１と第１の半導体スイッチＱ１
との直列回路に並列に接続されたトランス四次巻線Ｎ４
とダイオードＤ３と電解コンデンサＣ１の直列回路と、
電解コンデンサＣ１に並列に接続されたトランス三次巻
線Ｎ３と第２の半導体スイッチＱ２との直列回路と、第
２の半導体スイッチＱ２に逆並列に接続されたダイオー
ドＤ２とから構成される。
回路図である。同図の回路は、トランス一次巻線Ｎ１と
直列に接続された第１の半導体スイッチＱ１と、この半
導体スイッチＱ１に逆並列に接続されたダイオードＤ１
と、トランス一次巻線Ｎ１と第１の半導体スイッチＱ１
との直列回路に並列に接続されたトランス四次巻線Ｎ４
とダイオードＤ３と電解コンデンサＣ１の直列回路と、
電解コンデンサＣ１に並列に接続されたトランス三次巻
線Ｎ３と第２の半導体スイッチＱ２との直列回路と、第
２の半導体スイッチＱ２に逆並列に接続されたダイオー
ドＤ２とから構成される。
【００１４】まず、半導体スイッチＱ１のスイッチング
による動作について、説明する。トランス一次巻線Ｎ１
と直列に接続された第１の半導体スイッチＱ１をオンす
ると、トランス一次巻線Ｎ１にエネルギーが蓄積され
る。このとき、トランス四次巻線Ｎ４には、整流器Ｒｅ
ｃ側を正，電解コンデンサＣ１側を負とする極性に電圧
が発生し、電解コンデンサＣ１の充電を妨げる。半導体
スイッチＱ１をオフすると、トランス一次巻線Ｎ１に蓄
積されたエネルギーは、トランスＴｒの二次巻線Ｎ２と
四次巻線Ｎ４に放出される。そして、トランス二次巻線
Ｎ２に放出されたエネルギーは、整流器Ｒｅｃ１を介し
て負荷に供給される。また、トランス四次巻線Ｎ４に
は、整流器Ｒｅｃ側を負，電解コンデンサＣ１側を正と
する極性に電圧が発生し、ダイオードＤ３を介して電解
コンデンサＣ１にエネルギーを放出し、これを充電す
る。
による動作について、説明する。トランス一次巻線Ｎ１
と直列に接続された第１の半導体スイッチＱ１をオンす
ると、トランス一次巻線Ｎ１にエネルギーが蓄積され
る。このとき、トランス四次巻線Ｎ４には、整流器Ｒｅ
ｃ側を正，電解コンデンサＣ１側を負とする極性に電圧
が発生し、電解コンデンサＣ１の充電を妨げる。半導体
スイッチＱ１をオフすると、トランス一次巻線Ｎ１に蓄
積されたエネルギーは、トランスＴｒの二次巻線Ｎ２と
四次巻線Ｎ４に放出される。そして、トランス二次巻線
Ｎ２に放出されたエネルギーは、整流器Ｒｅｃ１を介し
て負荷に供給される。また、トランス四次巻線Ｎ４に
は、整流器Ｒｅｃ側を負，電解コンデンサＣ１側を正と
する極性に電圧が発生し、ダイオードＤ３を介して電解
コンデンサＣ１にエネルギーを放出し、これを充電す
る。
【００１５】次に、第２の半導体スイッチＱ２のスイッ
チングによる動作について、説明する。半導体スイッチ
Ｑ２をオンすると、電解コンデンサＣ１はトランス三次
巻線Ｎ３を介して放電される。この放電電流により、ト
ランス三次巻線Ｎ３にエネルギーが蓄積される。このと
き、トランス四次巻線Ｎ４には、整流器Ｒｅｃ側を正，
電解コンデンサＣ１側を負とする極性に電圧が発生し、
電解コンデンサＣ１の充電を妨げる。半導体スイッチＱ
２をオフすると、トランス三次巻線Ｎ３に蓄積されたエ
ネルギーは、トランスＴｒの二次巻線Ｎ２と四次巻線Ｎ
４に放出される。そして、トランス二次巻線Ｎ２に放出
されたエネルギーは、整流器Ｒｅｃ１を介して負荷に供
給される。また、トランス四次巻線Ｎ４には、整流器Ｒ
ｅｃ側を負，電解コンデンサＣ１側を正とする極性に電
圧が発生し、ダイオードＤ３を介して電解コンデンサＣ
１にエネルギーを放出し、これを充電する。
チングによる動作について、説明する。半導体スイッチ
Ｑ２をオンすると、電解コンデンサＣ１はトランス三次
巻線Ｎ３を介して放電される。この放電電流により、ト
ランス三次巻線Ｎ３にエネルギーが蓄積される。このと
き、トランス四次巻線Ｎ４には、整流器Ｒｅｃ側を正，
電解コンデンサＣ１側を負とする極性に電圧が発生し、
電解コンデンサＣ１の充電を妨げる。半導体スイッチＱ
２をオフすると、トランス三次巻線Ｎ３に蓄積されたエ
ネルギーは、トランスＴｒの二次巻線Ｎ２と四次巻線Ｎ
４に放出される。そして、トランス二次巻線Ｎ２に放出
されたエネルギーは、整流器Ｒｅｃ１を介して負荷に供
給される。また、トランス四次巻線Ｎ４には、整流器Ｒ
ｅｃ側を負，電解コンデンサＣ１側を正とする極性に電
圧が発生し、ダイオードＤ３を介して電解コンデンサＣ
１にエネルギーを放出し、これを充電する。
【００１６】第１の半導体スイッチＱ１または第２の半
導体スイッチＱ２のスイッチングによるトランス四次巻
線Ｎ４の放電は、トランス四次巻線Ｎ４→ダイオードＤ
３→電解コンデンサＣ１→整流器Ｒｅｃ→交流電源ＡＣ
の経路を介して行なわれるため、交流電源ＡＣの電圧が
電解コンデンサＣ１より低い場合でも入力電流が流れる
結果、導通角が広がり力率を改善することができる。こ
のとき、電解コンデンサＣ１には、入力電圧にトランス
四次巻線Ｎ４に発生した電圧が加わり、電解コンデンサ
Ｃ１を入力電圧ピーク値よりも高い電圧で充電すること
ができる。また、交流電源ＡＣの電圧が低く、トランス
四次巻線Ｎ４に発生する電圧を加えても、電解コンデン
サＣ１の電圧に達せず、電解コンデンサＣ１の充電が行
なわれない期間においても、トランス一次巻線Ｎ１と第
１の半導体スイッチＱ１の直列回路は、整流器Ｒｅｃに
直接接続しているため、電流を流すことができ、その結
果、導通角を広げることが可能となる。なお、第１の半
導体スイッチＱ１と第２の半導体スイッチＱ２のスイッ
チング動作を個別に説明したが、第１の半導体スイッチ
Ｑ１と第２の半導体スイッチＱ２を同時にスイッチング
（オン，オフ）させても、何ら問題ないものである。
導体スイッチＱ２のスイッチングによるトランス四次巻
線Ｎ４の放電は、トランス四次巻線Ｎ４→ダイオードＤ
３→電解コンデンサＣ１→整流器Ｒｅｃ→交流電源ＡＣ
の経路を介して行なわれるため、交流電源ＡＣの電圧が
電解コンデンサＣ１より低い場合でも入力電流が流れる
結果、導通角が広がり力率を改善することができる。こ
のとき、電解コンデンサＣ１には、入力電圧にトランス
四次巻線Ｎ４に発生した電圧が加わり、電解コンデンサ
Ｃ１を入力電圧ピーク値よりも高い電圧で充電すること
ができる。また、交流電源ＡＣの電圧が低く、トランス
四次巻線Ｎ４に発生する電圧を加えても、電解コンデン
サＣ１の電圧に達せず、電解コンデンサＣ１の充電が行
なわれない期間においても、トランス一次巻線Ｎ１と第
１の半導体スイッチＱ１の直列回路は、整流器Ｒｅｃに
直接接続しているため、電流を流すことができ、その結
果、導通角を広げることが可能となる。なお、第１の半
導体スイッチＱ１と第２の半導体スイッチＱ２のスイッ
チング動作を個別に説明したが、第１の半導体スイッチ
Ｑ１と第２の半導体スイッチＱ２を同時にスイッチング
（オン，オフ）させても、何ら問題ないものである。
【００１７】ところで、ＴＶや携帯機器などには、定格
負荷の１／１００程度以下の待機モードと呼ばれる非常
に小さい負荷条件がある。このような軽負荷の条件にお
いて図９に示すような従来の回路で電力を調整すると、
下記のような問題により、変換装置の軽負荷時の効率が
著しく低下する。定格負荷相当のスイッチで駆動する
ため、１／１００程度の負荷に対してはスイッチの駆動
電力が大きい。定格負荷時と同じようにトランスを矩
形波で励磁するため、オン期間の短いピーク値の大きい
電流が流れるため、トランスの銅損失などが１／１００
程度の負荷に対しては大きくなる。以上のように、従来
回路の待機モードにおける駆動電力や銅損失が大きくな
ると、携帯機器の場合などではバッテリの消耗が激し
く、動作期間が短くなる。また、ＴＶなどの機器の場
合、消費電力規制を満足しないなどの問題がある。
負荷の１／１００程度以下の待機モードと呼ばれる非常
に小さい負荷条件がある。このような軽負荷の条件にお
いて図９に示すような従来の回路で電力を調整すると、
下記のような問題により、変換装置の軽負荷時の効率が
著しく低下する。定格負荷相当のスイッチで駆動する
ため、１／１００程度の負荷に対してはスイッチの駆動
電力が大きい。定格負荷時と同じようにトランスを矩
形波で励磁するため、オン期間の短いピーク値の大きい
電流が流れるため、トランスの銅損失などが１／１００
程度の負荷に対しては大きくなる。以上のように、従来
回路の待機モードにおける駆動電力や銅損失が大きくな
ると、携帯機器の場合などではバッテリの消耗が激し
く、動作期間が短くなる。また、ＴＶなどの機器の場
合、消費電力規制を満足しないなどの問題がある。
【００１８】図３は上記のような問題に対処可能な第３
の実施の形態を示す回路図である。この例は、スイッチ
Ｑ１に対して並列に共振リアクトルＬ１，共振コンデン
サＣ２および補助スイッチＱ２の直列回路を接続した点
が特徴である。この補助スイッチＱ２としては、主スイ
ッチＱ１の定格の１／１０程度のものを使用することと
する。その動作につき、説明する。すなわち、定格負荷
運転時には、トランスＴｒへの電力の蓄積は主スイッチ
Ｑ１のスイッチングにより行なう。その際、補助スイッ
チＱ２を主スイッチＱ１のオンより先にオンさせること
により、主スイッチＱ１に並列に接続されたコンデンサ
Ｃｓの電荷を共振コンデンサＣ２および共振リアクトル
Ｌ１を介して放電させることができるため、主スイッチ
Ｑ１を電圧のない状態からオンさせることができる。
の実施の形態を示す回路図である。この例は、スイッチ
Ｑ１に対して並列に共振リアクトルＬ１，共振コンデン
サＣ２および補助スイッチＱ２の直列回路を接続した点
が特徴である。この補助スイッチＱ２としては、主スイ
ッチＱ１の定格の１／１０程度のものを使用することと
する。その動作につき、説明する。すなわち、定格負荷
運転時には、トランスＴｒへの電力の蓄積は主スイッチ
Ｑ１のスイッチングにより行なう。その際、補助スイッ
チＱ２を主スイッチＱ１のオンより先にオンさせること
により、主スイッチＱ１に並列に接続されたコンデンサ
Ｃｓの電荷を共振コンデンサＣ２および共振リアクトル
Ｌ１を介して放電させることができるため、主スイッチ
Ｑ１を電圧のない状態からオンさせることができる。
【００１９】待機モードなどの軽負荷時には、補助スイ
ッチＱ２のみスイッチングを行ない、主スイッチＱ１は
オフしたままとする。このとき、補助スイッチＱ２に
は、トランスＴｒの一次巻線Ｎ１に加え共振コンデンサ
Ｃ２と共振リアクトルＬ１との直列回路を通して電流が
流れる。この場合、共振コンデンサＣ２が補助スイッチ
Ｑ２と直列に接続された運転となるため、電流共振回路
での運転となる。そして、補助スイッチＱ２がオンする
と、トランス一次巻線Ｎ１→共振リアクトルＬ１→共振
コンデンサＣ２→補助スイッチＱ２の経路で電流が流れ
る。このとき、共振コンデンサＣ２の電圧上昇に伴いト
ランス一次巻線Ｎ１の電圧が減少する。コンデンサＣ２
の電圧が入力電圧より上昇すると電流が現象し始め、ト
ランス一次巻線Ｎ１への印加電圧極性が反転する。トラ
ンス二次電圧が出力電圧Ｖｏよりも大きくなるとダイオ
ードＤ１が導通し、トランスに蓄えられたエネルギーが
負荷に放出される。
ッチＱ２のみスイッチングを行ない、主スイッチＱ１は
オフしたままとする。このとき、補助スイッチＱ２に
は、トランスＴｒの一次巻線Ｎ１に加え共振コンデンサ
Ｃ２と共振リアクトルＬ１との直列回路を通して電流が
流れる。この場合、共振コンデンサＣ２が補助スイッチ
Ｑ２と直列に接続された運転となるため、電流共振回路
での運転となる。そして、補助スイッチＱ２がオンする
と、トランス一次巻線Ｎ１→共振リアクトルＬ１→共振
コンデンサＣ２→補助スイッチＱ２の経路で電流が流れ
る。このとき、共振コンデンサＣ２の電圧上昇に伴いト
ランス一次巻線Ｎ１の電圧が減少する。コンデンサＣ２
の電圧が入力電圧より上昇すると電流が現象し始め、ト
ランス一次巻線Ｎ１への印加電圧極性が反転する。トラ
ンス二次電圧が出力電圧Ｖｏよりも大きくなるとダイオ
ードＤ１が導通し、トランスに蓄えられたエネルギーが
負荷に放出される。
【００２０】主スイッチＱ１がオンする定格運転時は、
トランス一次巻線Ｎ１には入力電圧がそのまま印加さ
れ、三角波の電流を流す。補助スイッチＱ２のみ運転の
場合は、共振コンデンサＣ２とトランス励磁インダクタ
ンスと共振リアクトルＬ１のインピーダンスで決まる電
流に抑えられる。この方式の場合、共振コンデンサは、
１／１００倍程度の負荷に合わせた小さな容量のものに
することで、三角波のピーク値よりも小さな電流を流す
ことができる。したがって、主スイッチを用いるよりピ
ーク値の小さな電流で出力できることから、トランスの
損失，素子の通電損失を小さくすることが可能となる。
また、補助スイッチＱ２の定格は主スイッチの定格１／
１０倍程度のため、この軽負荷運転時における駆動電力
は、定格運転時の１／１０倍程度で済むことになる。
トランス一次巻線Ｎ１には入力電圧がそのまま印加さ
れ、三角波の電流を流す。補助スイッチＱ２のみ運転の
場合は、共振コンデンサＣ２とトランス励磁インダクタ
ンスと共振リアクトルＬ１のインピーダンスで決まる電
流に抑えられる。この方式の場合、共振コンデンサは、
１／１００倍程度の負荷に合わせた小さな容量のものに
することで、三角波のピーク値よりも小さな電流を流す
ことができる。したがって、主スイッチを用いるよりピ
ーク値の小さな電流で出力できることから、トランスの
損失，素子の通電損失を小さくすることが可能となる。
また、補助スイッチＱ２の定格は主スイッチの定格１／
１０倍程度のため、この軽負荷運転時における駆動電力
は、定格運転時の１／１０倍程度で済むことになる。
【００２１】図４は第４の実施の形態を示す回路図であ
る。図３との相違点は、共振リアクトルＬ１の代わりに
トランスの三次巻線Ｎ３に置き換えた点にある。この回
路の動作は図３とほぼ同じであるが、異なる点は補助ス
イッチＱ２をオンした時、トランス一次巻線Ｎ１と三次
巻線Ｎ３が直列となる点である。すなわち、励磁インダ
クタンスは巻数の二乗に比例するので、三次巻線をわず
かに巻くだけで励磁インダクタンスが大幅に増加し、こ
れによって電流ピーク値を簡単に軽減できることを利用
するものである。つまり、図３の場合、Ｌ１は軽負荷運
転時の共振リアクトルとしての部品であるが、図４では
これをトランスに数回の巻線を追加するだけで代用で
き、部品を軽減できることになる。
る。図３との相違点は、共振リアクトルＬ１の代わりに
トランスの三次巻線Ｎ３に置き換えた点にある。この回
路の動作は図３とほぼ同じであるが、異なる点は補助ス
イッチＱ２をオンした時、トランス一次巻線Ｎ１と三次
巻線Ｎ３が直列となる点である。すなわち、励磁インダ
クタンスは巻数の二乗に比例するので、三次巻線をわず
かに巻くだけで励磁インダクタンスが大幅に増加し、こ
れによって電流ピーク値を簡単に軽減できることを利用
するものである。つまり、図３の場合、Ｌ１は軽負荷運
転時の共振リアクトルとしての部品であるが、図４では
これをトランスに数回の巻線を追加するだけで代用で
き、部品を軽減できることになる。
【００２２】図３，図４は１つの回路で軽負荷（待機モ
ード）運転も可能な例であるが、一般的には２つの回路
が利用される。図５はかかる例を示す回路図である。こ
れは、整流器Ｒｅｃの出力にコンデンサＣ１、トランス
Ｔｒ１、集積回路（パワーＩＣ１ともいう）、ダイオー
ドＤ５，Ｄ６、コンデンサＣ３，Ｃ４からなるメイン電
源と、コンデンサＣ１１、トランスＴｒ２、パワーＩＣ
２、ダイオードＤ７、コンデンサＣ４からなるサブ電源
とから構成したものである。なお、パワーＩＣ１はＭＯ
ＳＦＥＴＱ１と制御用ＩＣ１とから構成され、パワーＩ
Ｃ２はＭＯＳＦＥＴＱ１１と制御用ＩＣ２とから構成さ
れる。
ード）運転も可能な例であるが、一般的には２つの回路
が利用される。図５はかかる例を示す回路図である。こ
れは、整流器Ｒｅｃの出力にコンデンサＣ１、トランス
Ｔｒ１、集積回路（パワーＩＣ１ともいう）、ダイオー
ドＤ５，Ｄ６、コンデンサＣ３，Ｃ４からなるメイン電
源と、コンデンサＣ１１、トランスＴｒ２、パワーＩＣ
２、ダイオードＤ７、コンデンサＣ４からなるサブ電源
とから構成したものである。なお、パワーＩＣ１はＭＯ
ＳＦＥＴＱ１と制御用ＩＣ１とから構成され、パワーＩ
Ｃ２はＭＯＳＦＥＴＱ１１と制御用ＩＣ２とから構成さ
れる。
【００２３】上記のような構成において、図示されない
装置が動作しているときはＭＯＳＦＥＴＱ１をオン，オ
フし、トランスＴｒ１に交流電圧を印加してダイオード
Ｄ５とコンデンサＣ３とからなる主回路電源と、ダイオ
ードＤ６とコンデンサＣ４とからなるＣＰＵ電源に直流
電源を供給する。なお、制御用ＩＣ１は出力電圧を検出
し、その指令値との比較結果にもとづきＭＯＳＦＥＴＱ
１のオン，オフ比を調整することで、主回路電源を一定
に制御する。一方、装置が動作せずＣＰＵのみが動作し
ている待機モード時には、ＭＯＳＦＥＴＱ１は駆動せず
にＭＯＳＦＥＴＱ１１のみをオン，オフし、トランスＴ
ｒ２に交流電圧を印加して、ダイオードＤ７とコンデン
サＣ５とからなるＣＰＵ電源にのみ直流電力を供給す
る。このようにすることで、ＣＰＵのみが動作している
待機モード時の消費電力を数Ｗ以下とし、種々のエネル
ギー規制などをクリアするようにしている。
装置が動作しているときはＭＯＳＦＥＴＱ１をオン，オ
フし、トランスＴｒ１に交流電圧を印加してダイオード
Ｄ５とコンデンサＣ３とからなる主回路電源と、ダイオ
ードＤ６とコンデンサＣ４とからなるＣＰＵ電源に直流
電源を供給する。なお、制御用ＩＣ１は出力電圧を検出
し、その指令値との比較結果にもとづきＭＯＳＦＥＴＱ
１のオン，オフ比を調整することで、主回路電源を一定
に制御する。一方、装置が動作せずＣＰＵのみが動作し
ている待機モード時には、ＭＯＳＦＥＴＱ１は駆動せず
にＭＯＳＦＥＴＱ１１のみをオン，オフし、トランスＴ
ｒ２に交流電圧を印加して、ダイオードＤ７とコンデン
サＣ５とからなるＣＰＵ電源にのみ直流電力を供給す
る。このようにすることで、ＣＰＵのみが動作している
待機モード時の消費電力を数Ｗ以下とし、種々のエネル
ギー規制などをクリアするようにしている。
【００２４】図６に図５のパワーＩＣの構成例を示す。
同図（ａ）はパワーＩＣ１、同（ｂ）はパワーＩＣ２を
それぞれ示すが、絶縁基板上に銅パターンを形成したチ
ップを搭載している。この例では、端子台とチップ，ケ
ースとチップの絶縁を各パッケージ毎に行なう必要があ
る。そこで、図７のようにする。図７はこの発明による
パワーＩＣの構成例を示す。同図からも明らかなよう
に、パワーＩＣ１とパワーＩＣ２とを同一の絶縁基板上
に構成して絶縁基板を共通化し、小形にして低価格化を
図るようにしたものである。図７ではパワーＩＣ１とパ
ワーＩＣ２とを同一の絶縁基板上に構成するようにした
が、図８のようにすることができる。すなわち、制御用
ＩＣ１，ＩＣ２は機能的にはほぼ同じ構成にし得ること
に着目し、制御用ＩＣ１，ＩＣ２をまとめて１つに（共
通化）したものである。
同図（ａ）はパワーＩＣ１、同（ｂ）はパワーＩＣ２を
それぞれ示すが、絶縁基板上に銅パターンを形成したチ
ップを搭載している。この例では、端子台とチップ，ケ
ースとチップの絶縁を各パッケージ毎に行なう必要があ
る。そこで、図７のようにする。図７はこの発明による
パワーＩＣの構成例を示す。同図からも明らかなよう
に、パワーＩＣ１とパワーＩＣ２とを同一の絶縁基板上
に構成して絶縁基板を共通化し、小形にして低価格化を
図るようにしたものである。図７ではパワーＩＣ１とパ
ワーＩＣ２とを同一の絶縁基板上に構成するようにした
が、図８のようにすることができる。すなわち、制御用
ＩＣ１，ＩＣ２は機能的にはほぼ同じ構成にし得ること
に着目し、制御用ＩＣ１，ＩＣ２をまとめて１つに（共
通化）したものである。
【００２５】上記では集積化の対象となる電源を、図５
に示すような一般的なスイッチング電源としたが、図１
〜図４で説明した各種のスイッチング電源を利用できる
ことは言うまでもない。また、図３，４のように補助ス
イッチで待機モード運転ができる場合は、制御用ＩＣを
主スイッチと補助スイッチに対応して設けたり、これら
と共通に設けたりして対処できるのは勿論である。
に示すような一般的なスイッチング電源としたが、図１
〜図４で説明した各種のスイッチング電源を利用できる
ことは言うまでもない。また、図３，４のように補助ス
イッチで待機モード運転ができる場合は、制御用ＩＣを
主スイッチと補助スイッチに対応して設けたり、これら
と共通に設けたりして対処できるのは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、トランス一次
側は高速リカバリーダイオード１個で構成でき、整流器
は一般の整流ダイオードで構成できる。その結果、安価
となる。請求項２の発明によれば、全領域で入力電流を
流すことができ、力率を改善できる。また、電解コンデ
ンサ電圧を入力電圧ピーク値よりも高くできるため、瞬
停時の出力電圧補償が容易にできる。
側は高速リカバリーダイオード１個で構成でき、整流器
は一般の整流ダイオードで構成できる。その結果、安価
となる。請求項２の発明によれば、全領域で入力電流を
流すことができ、力率を改善できる。また、電解コンデ
ンサ電圧を入力電圧ピーク値よりも高くできるため、瞬
停時の出力電圧補償が容易にできる。
【００２７】請求項３，４の発明によれば、メイン電源
用スイッチとその制御用ＩＣおよびサブ電源用スイッチ
とその制御用ＩＣを同一のパッケージに収納するように
したので、個別に設ける場合に比べて絶縁基板などのパ
ッケージ部材が省略でき、小形化と低価格化が実現でき
る。また、制御用ＩＣを１つとしメイン電源用とサブ電
源用で共用することで、請求項１及び２による上記効果
のほかに、小形化，低価格化も可能となる。
用スイッチとその制御用ＩＣおよびサブ電源用スイッチ
とその制御用ＩＣを同一のパッケージに収納するように
したので、個別に設ける場合に比べて絶縁基板などのパ
ッケージ部材が省略でき、小形化と低価格化が実現でき
る。また、制御用ＩＣを１つとしメイン電源用とサブ電
源用で共用することで、請求項１及び２による上記効果
のほかに、小形化，低価格化も可能となる。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す回路図であ
る。
る。
【図２】この発明の第２の実施の形態を示す回路図であ
る。
る。
【図３】補助スイッチを用いた形態を示す回路図であ
る。
る。
【図４】補助スイッチを用いた形態を示す回路図であ
る。
る。
【図５】軽負荷運転を行なうスイッチング電源の一般的
な例を示す回路図である。
な例を示す回路図である。
【図６】図５の集積化例を示す構成図である。
【図７】この発明による集積化例を示す構成図である。
【図８】この発明による集積化の他の例を示す構成図で
ある。
ある。
【図９】従来例を示す回路図である。
Ｒｅｃ，Ｒｅｃ１…整流器、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…リアク
トル、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ１１，Ｃｓ…
コンデンサ、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ１１…半導体スイッ
チ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７…ダイ
オード、Ｔｒ，Ｔｒ１，Ｔｒ２…トランス、Ｎ１…トラ
ンス一次巻線、Ｎ２…トランス二次巻線、Ｎ３…トラン
ス三次巻線、Ｎ４…トランス四次巻線、ＤＣ…直流電
源。
トル、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ１１，Ｃｓ…
コンデンサ、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ１１…半導体スイッ
チ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７…ダイ
オード、Ｔｒ，Ｔｒ１，Ｔｒ２…トランス、Ｎ１…トラ
ンス一次巻線、Ｎ２…トランス二次巻線、Ｎ３…トラン
ス三次巻線、Ｎ４…トランス四次巻線、ＤＣ…直流電
源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 3/28 H02M 7/21
Claims (4)
- 【請求項１】トランスの一次巻線と直列に半導体スイッ
チを接続した直列回路には、これと並列に電解コンデン
サと交流電圧を直流電圧にする整流器とを接続し、トラ
ンスの二次巻線には整流・平滑回路を接続し、前記半導
体スイッチをオン，オフして負荷に直流電力を供給する
スイッチング電源装置において、 前記整流器と電解コンデンサとの接続点間にトランスの
三次巻線と逆回復用のダイオードの直列回路を接続した
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 【請求項２】トランスの一次巻線と直列に第１の半導体
スイッチを接続した直列回路には、これと並列に電解コ
ンデンサと交流電圧を直流電圧にする整流器とを接続
し、トランスの二次巻線には整流・平滑回路を接続し、
前記第１の半導体スイッチをオン，オフして負荷に直流
電力を供給するスイッチング電源装置において、 前記電解コンデンサと直列にトランスの四次巻線とダイ
オードとの直列回路を接続し、電解コンデンサと並列に
トランスの三次巻線と第２の半導体スイッチとの直列回
路を接続したことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 【請求項３】直流電源と直列にトランスの一次巻線と半
導体スイッチとを接続したスイッチング電源装置の前記
半導体スイッチに、その駆動，制御を行なう制御用集積
回路を接続して運転中の電力供給を行なうメイン電源
と、同じく直流電源と直列にトランスの一次巻線と半導
体スイッチとを接続したスイッチング電源装置の前記半
導体スイッチに、その駆動，制御を行なう制御用集積回
路を接続して待機時の電力供給を行なうサブ電源とを設
け、前記メイン電源，サブ電源の少なくとも一方のスイ
ッチング電源装置として前記請求項１または２のいずれ
かに記載のスイッチング電源装置を用い、かつ、前記メ
イン電源の半導体スイッチとその制御用集積回路および
前記サブ電源の半導体スイッチとその制御用集積回路を
集積化して同一のパッケージに収納したことを特徴とす
るスイッチング電源装置。 - 【請求項４】直流電源と直列にトランスの一次巻線と半
導体スイッチとを接続したスイッチング電源装置をメイ
ン電源，サブ電源として設け、これらメイン電源，サブ
電源の少なくとも一方のスイッチング電源装置として前
記請求項１または２のいずれかに記載のスイッチング電
源装置を用い、かつ、前記メイン電源の半導体スイッチ
と前記サブ電源の半導体スイッチとを制御する共通の制
御用集積回路を、これらの半導体スイッチとともに集積
化して同一のパッケージに収納したことを特徴とするス
イッチング電源装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33282097A JP3303753B2 (ja) | 1997-08-21 | 1997-12-03 | スイッチング電源装置 |
| DE19855615A DE19855615A1 (de) | 1997-12-03 | 1998-12-02 | Schaltnetzteil |
| US09/204,456 US6061253A (en) | 1997-12-03 | 1998-12-03 | Variable frequency soft switching power supply with reduced noise and improved power factor |
| US09/527,359 US6339262B1 (en) | 1997-12-03 | 2000-03-17 | Switching power supply using an input DC power supply |
| US09/854,079 US20010019490A1 (en) | 1997-12-03 | 2001-05-11 | Switching power supply |
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22489197 | 1997-08-21 | ||
| JP26944897 | 1997-10-02 | ||
| JP30400697 | 1997-11-06 | ||
| JP9-269448 | 1997-11-06 | ||
| JP9-224891 | 1997-11-06 | ||
| JP9-304006 | 1997-11-06 | ||
| JP33282097A JP3303753B2 (ja) | 1997-08-21 | 1997-12-03 | スイッチング電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11196572A JPH11196572A (ja) | 1999-07-21 |
| JP3303753B2 true JP3303753B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=27477150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33282097A Expired - Lifetime JP3303753B2 (ja) | 1997-08-21 | 1997-12-03 | スイッチング電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3303753B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1583086A3 (en) | 1999-09-21 | 2006-04-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | An optical pickup with improved optical properties, and a method for manufacturing the optical pickup |
| KR20030022424A (ko) * | 2001-07-31 | 2003-03-17 | 이현우 | 고역률 패널 에어컨용 전력변환장치 |
| JP4450169B2 (ja) | 2003-02-06 | 2010-04-14 | 富士電機システムズ株式会社 | スイッチング電源装置 |
| JP2006115600A (ja) * | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | スイッチング電源装置 |
| KR102464959B1 (ko) * | 2015-02-23 | 2022-11-09 | 주식회사 솔루엠 | 전원공급장치 및 그를 이용한 전원공급방법 |
-
1997
- 1997-12-03 JP JP33282097A patent/JP3303753B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11196572A (ja) | 1999-07-21 |
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