JP3390902B2 - 共振スナバ回路 - Google Patents

共振スナバ回路

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守男 佐藤
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大平電子株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、部分共振型スイッチン
グ電源装置に関し、特にそのスイッチング回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の部分共振型電源技術として、図3
に示したような、一般的なスイッチング電源に共振スイ
ッチ回路と遅延回路を付加したものが提供されていた
(特開平4−210775図3)。図3に示した回路に
おいて、主スイッチ素子101の制御電極には、共振ス
イッチ回路のインダクタ103とスナバコンデンサ10
4によって決まる共振周期の4分の1だけターンオンを
遅らせる遅延回路が付いている。主スイッチ素子101
がターンオンするまえに共振スイッチ素子102が早く
ターンオンして、スナバコンデンサ104の電圧を引き
下げる。スナバコンデンサの電圧は共振周期の4分の1
が経過したところでゼロになるので、主スイッチ素子1
01は両端の電圧がゼロのときにターンオンすることに
なり、これによってゼロボルトスイッチを可能にした。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の部分
共振型電源は、主スイッチ素子とは別に共振スイッチ素
子を用いており、また、主スイッチ素子の制御電極には
論理回路やタイマー回路を応用した遅延回路が付けられ
ている。
【0004】共振スイッチ素子に流れる電流と加わる電
圧のピーク値は、主スイッチ素子のそれらと変わりない
ために、1つの電源に必要とするスイッチ素子のコスト
は2倍近くになってコスト負担が大きい。
【0005】また、主スイッチ素子の制御電極に加わる
パルス信号は電源装置の効率を左右するので、遅延回路
は時間の精度が良く、かつスルーレートの大きい特性を
持つことが求められ、その結果回路が複雑となる。
【0006】本発明は、コストアップと複雑な回路を解
消するもので、簡単な回路構成でゼロボルトスイッチが
実現できる共振スナバ回路を提供することを目的として
いる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、スナバコンデ
ンサが充電されるときはダイオードを流れ、放電すると
きにはスナバコンデンサと直列に共振回路を構成するイ
ンダクタと、この共振回路を流れる電流をエネルギーと
して取り出すためのカレントトランスを流れるようにす
ることによって、スナバコンデンサの放電によるロスを
なくした。
【0008】そして、これによってスナバコンデンサと
して大容量のものを用いても、スイッチ素子がターンオ
ンする際のロスが増えず、むしろ、ターンオフ時のスイ
ッチ素子に加わる電圧の立上がりが遅れることによって
ソフトスイッチング化がなされ、これによってターンオ
フ時のロスが小さくなることを可能にした。
【0009】請求項1の発明において、カレントトラン
スの2次側に得られる電流によって、出力側の平滑コン
デンサが充電される。
【0010】請求項2の発明において、カレントトラン
スの2次側に得られる電流によって、入力側の平滑コン
デンサが充電される。
【0011】
【作用】スイッチ素子がターンオフすると、主トランス
の1次巻線に流れた励磁電流のピーク値と等しい電流で
スナバコンデンサが充電される。従って、スナバコンデ
ンサの容量が大きい程、スナバコンデンサ両端の電圧が
ゆっくり上昇する。この電圧は、スイッチ素子両端の電
圧にほぼ等しい。一方、スイッチ素子の電流がゼロにな
るまでの時間は、スナバコンデンサの容量に関係なくス
イッチ素子の特性と制御回路に依存するので、スイッチ
素子両端の電圧がまだ十分小さいところで、スイッチ素
子の電流がゼロに達するようなターンオフができる。ス
イッチングロスは、スイッチ素子両端の電圧とスイッチ
素子を流れる電流の積を積分した値であるが、スイッチ
素子に電流が流れている間にスイッチ素子両端の電圧
は、ゼロからごくわずかしか上昇しないので小さな値と
なる。
【0012】第1のダイオードは、スイッチ素子のター
ンオフ時にスナバコンデンサを充電する電流を流し、タ
ーンオン時にはスナバコンデンサが放電する電流をイン
ダクタとカレントトランスに流す作用をしている。
【0013】カレントトランスの巻数比を2次側がより
多くなるように選べば、スナバコンデンサが放電する電
流によって、カレントトランス1次巻線でドロップする
電圧を低く抑えることができる。
【0014】スナバコンデンサとインダクタによる共振
電流はサイン波を描いて立ち上がり、スナバコンデンサ
の電圧はコサイン波を描いて下がる。下降するスナバコ
ンデンサの電圧が、ほぼゼロに達したとき、共振は止ま
る。一方、スナバコンデンサの電圧がゼロになる位相で
は、共振電流はピークに達するのでインダクタに蓄積さ
れるエネルギーは、カレントトランスと第1のダイオー
ドを流れる環状の電流となって、一定の傾きでゼロまで
下がる。第1のダイオードは、フライホイールダイオー
ドの働きを兼ねている。
【0015】
【実施例】図1は、本発明の請求項1の発明をフォワー
ドコンバータに応用した実施例を示す回路図である。
【0016】図2は、請求項2の発明を昇圧チョッパー
に応用した実施例を示す回路図である。
【0017】以下、図1に示した回路図に基づいて動作
を説明する。スイッチ素子12がターンオフすると、主
トランス11の1次巻線11aによって主トランス11
内に蓄積された励磁エネルギーは、第1のダイオード1
をとおりスナバコンデンサ13を充電する電流となって
放出される。この電流の値は、スイッチ素子12がター
ンオフ直前に流れていた励磁電流のピーク値と同じであ
るため、スナバコンデンサ13は、ほぼ定電流に近い電
流で充電され、両端の電圧は、1次関数に近いカーブで
上昇する。スイッチ素子12に加わる電圧は、スナバコ
ンデンサ13の両端の電圧に第1のダイオード1の順方
向電圧を加えた値である。スイッチ素子12の電圧と電
流のターンオフ前後の変化は、図4に示した波形とな
り、電圧と電流の積の積分値が小さいことがわかる。
【0018】次に、スイッチ素子12がターンオンする
と、スナバコンデンサ13に充電されているエネルギー
は、インダクタ3とカレントトランス2を流れる電流と
なって放出される。この電流は、スナバコンデンサ13
の容量とインダクタ3のインダクタンスによって決まる
共振周期を持つ共振電流となるが、電流は必ずゼロから
立ち上がるので、スイッチ素子12がターンオンして、
その電圧がゼロになったときの共振電流の値はまだ小さ
い。スイッチ素子12の電圧と電流のターンオン前後の
変化は、図5に示した波形となり、電圧と電流の積の積
分値が小さいことがわかる。
【0019】スナバコンデンサの電圧はコサイン波を描
いて下がるが、ゼロ付近になると、スイッチ素子12の
電圧もほぼゼロであるため、第1のダイオード1の順方
向電圧より更に低くなることができない。すなわち、第
1のダイオード1の順方向電圧によってクランプされる
ことになる。一方、このときインダクタ3の電流がピー
クに達しているため、このインダクタ3のエネルギーは
カレントトランス2の1次巻線2aと第1のダイオード
1が作る環状回路内を流れるフライホイール電流となっ
て放出される。
【0020】カレントトランス2の1次巻線2aには、
共振電流が流れその後に続いてフライホイール電流も流
れ、2次巻線2bと第2のダイオード4を介して平滑コ
ンデンサ16に充電される。その充電電流は、図6に示
した波形となる。
【0021】このようにして、スナバコンデンサ13に
充電されたエネルギーは、各々の部品によるロスを除き
大部分が回生される。
【0022】図2に示した請求項2の発明の実施例で
は、カレントトランス2の2次巻線2bに生じる電流を
入力側の平滑コンデンサに回生する方法をとっている。
この点を除けば図1の実施例の動作と同じである。
【0023】請求項1の発明の実施例ではフォワードコ
ンバータに、そして、請求項2の発明の実施例では昇圧
チョッパーに、各々応用した回路図を示したが、いずれ
の発明も、その他のフライバックコンバータや降圧チョ
ッパーに応用することができる。
【0024】
【発明の効果】本発明は、ダイオードとインダクタとカ
レントトランスの3つの部品を追加することにより、ス
ナバコンデンサによってターンオン時に消費していたロ
スをなくすことができた。また、それによってスナバコ
ンデンサの容量を大きくすることができ、結果としてタ
ーンオフ時に消費していたロスも小さくすることがで
き、電源装置の効率を上げることができた。また、スナ
バコンデンサの容量を大きくすることによってノイズの
発生を小さくすることもできた。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1記載の発明の実施例を示す回路図であ
る。
【図2】請求項2記載の発明の実施例を示す回路図であ
る。
【図3】従来例の構成を示す回路例である。
【図4】図1に示す回路図のスイッチ素子がターンオフ
するときの電圧と電流の波形図である。
【図5】図1に示す回路図のスイッチ素子がターンオン
するときの電圧と電流の波形図である。
【図6】図1に示す回路図のカレントトランス2次巻線
を流れる電流波形図である。
【符号の説明】
1 第1のダイオード 2 カレントトランス 2a カレントトランスの1次巻線 2b カレントトランスの2次巻線 3 インダクタ 4 第2のダイオード 11 主トランス 11a 主トランスの1次巻線 11b 主トランスの2次巻線 12 スイッチ素子 13 スナバコンデンサ 14、15 整流ダイオード 16、17 平滑コンデンサ 101 主スイッチ素子 102 共振スイッチ素子 103 インダクタ 104 スナバコンデンサ 107,108 ダイオード 109 パルス幅制御回路 110 遅延回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1次巻線と2次巻線を備えた主トランス
    と、前記主トランスの1次巻線に直列に接続されたスイ
    ッチ素子と、前記スイッチ素子に並列に接続されたスナ
    バコンデンサと、前記主トランスの2次巻線に直列に接
    続された整流ダイオードと、前記主トランスの2次巻線
    と前記整流ダイオードからなる直列回路に流れるスイッ
    チング電流のリップル成分を吸収する平滑コンデンサを
    有するスイッチング電源装置において、前記スナバコン
    デンサに直列に挿入され前記スイッチ素子の両端の電圧
    が前記スナバコンデンサ両端の電圧より低くなるときに
    非導通になる第1のダイオードと、その1次巻線が前記
    第1のダイオードに並列に接続されその2次巻線が前記
    平滑コンデンサに並列に接続されたカレントトランス
    と、前記カレントトランスの1次巻線に直列に挿入され
    たインダクタと、前記カレントトランスの2次巻線に直
    列に挿入され前記平滑コンデンサの電圧が前記カレント
    トランスの2次巻線両端の電圧より高いときに非導通に
    なる第2のダイオードとを付加したことを特徴とする共
    振スナバ回路。
  2. 【請求項2】 主トランスの1次巻線に直列に接続され
    たスイッチ素子と、前記スイッチ素子に並列に接続され
    たスナバコンデンサと、前記主トランスの1次巻線と前
    記スイッチ素子とからなる直列回路に流れるスイッチン
    グ電流のリップル成分を吸収する平滑コンデンサを有す
    るスイッチング電源装置において、前記スナバコンデン
    サに直列に挿入され前記スイッチ素子の両端の電圧が前
    記スナバコンデンサ両端の電圧より低くなるときに非導
    通になる第1のダイオードと、その1次巻線が前記第1
    のダイオードに並列に接続されその2次巻線が前記平滑
    コンデンサに並列に接続されたカレントトランスと、前
    記カレントトランスの1次巻線に直列に挿入されたイン
    ダクタと、前記カレントトランスの2次巻線に直列に挿
    入され前記平滑コンデンサの電圧が前記カレントトラン
    スの2次巻線両端の電圧より高いときに非導通になる第
    2のダイオードとを付加したことを特徴とする共振スナ
    バ回路。
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