JP3463560B2 - 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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JP3463560B2
JP3463560B2 JP11313998A JP11313998A JP3463560B2 JP 3463560 B2 JP3463560 B2 JP 3463560B2 JP 11313998 A JP11313998 A JP 11313998A JP 11313998 A JP11313998 A JP 11313998A JP 3463560 B2 JP3463560 B2 JP 3463560B2
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capacitor
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switching
transformer
power supply
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一樹 森田
貴士 宇野
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Panasonic Holdings Corp
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Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器の電源
として利用されるスイッチング電源装置に関するもので
ある。 【0002】 【従来の技術】従来のスイッチング電源装置について図
2により動作と共に構成を説明する。図2においては1
はトランス、1aは1次巻線、1bは2次巻線、1cは
バイアス巻線、2はスイッチング素子としてのMOSF
ET、3はダイオード、4,5は抵抗、6,7,10,
11はコンデンサ、8は制御回路、9は電圧検出回路、
15は基準電圧、16は直流電源、17は負荷である。 【0003】従来は図2に示すようなスナバ回路が用い
られていた。その動作は、制御回路8の出力によってス
イッチング素子であるMOSFET2がオンのときコン
デンサ10よりトランス1にエネルギーが蓄えられ、M
OSFET2がオフのときトランス1に蓄えられたエネ
ルギーは2次巻線1bより放出され、ダイオード3、コ
ンデンサ11で平滑され直流電圧となる。さらに負荷1
7の出力電圧を検出して電圧検出回路9において基準電
圧15と比較し増幅して制御回路8に帰還する。この帰
還信号によってMOSFET2のオン期間を制御し常に
負荷17にかかる電圧を一定に保つ。 【0004】この回路において、オフ期間にスナバコン
デンサ7に充電された電圧はオン期間でゼロボルトにな
るまで放電される。しかし、大部分のエネルギーはMO
SFET2を流れるためパワーロスを生ずる。このよう
に、スナバコンデンサ7の充放電によるパワーロスが大
きく、効率を低下させるという問題点があった。 【0005】そこで、このような問題を簡単な回路で解
消することができるスイッチング電源装置がすでに提案
されている。図3は他の従来例を示すものであり、図3
においては12は可飽和インダクタであり、他は図2に
示す従来例のものと同一であり、ここでは同一箇所に同
一番号を付与して説明は省略する。 【0006】図3に示す回路において、トランス1のバ
イアス巻線1cの信号をMOSFET2の制御電極に送
る回路上に可飽和インダクタ12を直列に挿入すること
によりMOSFET2のオフからオンに移行する時間を
遅らせ、その期間に充電されているスナバコンデンサ7
をトランス1の1次巻線1aとの間で半波共振させてそ
のエネルギーを入力側に回生する。可飽和インダクタ1
2によるオフからオンへの遅れは、可飽和インダクタ1
2に電圧を加えたときに一定期間高いインピーダンスを
維持するという性質を利用している。この期間は可飽和
インダクタ12の特性の一つである電圧時間積を用いて
計算されるが、スナバコンデンサ7と1次巻線1aの共
振周期の約半分程になるように設定している。ただし、
可飽和インダクタ12は高価であり、かつ形状が大型に
なるという欠点があった。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、MOSFET2のしきい値のバラツキが
大きいため、スイッチングのタイミングの最適化を図る
のが難しく、MOSFET2がターンオンするときに両
端子電圧がある状態で電流が流れるのでスイッチング損
失が生じる。特にスイッチング素子であるMOSFET
2に並列にコンデンサ7が接続されていると、MOSF
ET2のターンオン時にコンデンサ7の電荷がMOSF
ET2を介して放出されるために電力損失が大きくな
る。 【0008】また、MOSFET2の制御電極に可飽和
インダクタ12を接続してスイッチングロスの低減とノ
イズの軽減を図った回路方式においては、可飽和インダ
クタ12が高価であり形状が大型になるという欠点があ
った。 【0009】本発明はかかる点に鑑みてなされたもの
で、高効率で小型・安価なスイッチング電源装置を提供
することを目的としている。 【0010】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明のスイッチング電源装置は、トランスの1次巻
線にスイッチング素子と直流電源を直列に接続し、上記
トランスのバイアス巻線の両端に抵抗とコンデンサを有
する時定数回路を設け、この時定数回路の出力に直列に
定電圧素子スイッチング素子の制御電極を正帰還駆
動するように接続し、上記トランスの1つ以上の2次巻
線にダイオードとコンデンサからなる整流平滑回路を介
して出力端子を接続し、上記出力端子の出力電圧を検出
することによって上記スイッチング素子をオフさせる制
御回路をを設けて構成されている。 【0011】前記構成により、簡単な回路構成でありな
がら時定数回路によりスイッチング素子のスイッチング
のタイミングの最適化が図れ、スイッチングロスを軽減
することができる。 【0012】また、定電圧素子を付け加えることによっ
てスイッチング素子の制御電極のしきい値電圧のバラツ
キによるスイッチングのタイミングのずれを極力抑える
ことができ、高効率で小型・安価なスイッチング電源装
置が提供できるものである。 【0013】 【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、トランスの1次巻線にスイッチング素子と直流電源
を直列に接続し、上記トランスのバイアス巻線の両端に
抵抗とコンデンサを有する時定数回路を設け、この時定
数回路の出力に直列に定電圧素子スイッチング素子の
制御電極を正帰還駆動するように接続し、上記トラン
スの1つ以上の2次巻線にダイオードとコンデンサから
なる整流平滑回路を介して出力端子を接続し、上記出力
端子の出力電圧を検出することによって上記スイッチン
グ素子をオフさせる制御回路をを設けた構成で、簡単な
回路構成でありながら時定数回路によりスイッチング素
子のスイッチングのタイミングの最適化が図れ、スイッ
チングロスを軽減することができる。 【0014】また、定電圧素子を付け加えることによっ
てスイッチング素子の制御電極のしきい値電圧のバラツ
キによるスイッチングのタイミングのずれを極力抑える
ことができるものである。 【0015】以下、本発明のスイッチング電源装置の実
施の形態について図1を用いて説明する。 【0016】本発明の実施の形態について図1の回路図
を用いて説明する。図1において13は時定数回路用の
コンデンサ、14はツェナーダイオードからなる定電圧
素子であり、他は図2に示す従来例のものと同一であ
り、ここでは同一箇所に同一番号を付与して説明は省略
する。 【0017】次に、動作について説明する。図1におい
てバイアス巻線1cに発生する電圧は、抵抗5とコンデ
ンサ13によって構成される時定数回路によって時間遅
れを持たせ、さらにその後段にあるコンデンサ6を介
し、定電圧素子14においてもこの定電圧素子14が導
通するまでMOSFET2がオン状態になるのを遅らせ
ることができる。 【0018】このようにコンデンサ13と定電圧素子1
4を挿入することによりMOSFET2のオフからオン
に移行する時間を遅らせその期間に、充電されているス
ナバコンデンサ7をトランス1の1次巻線1aとの間で
半波共振させてそのエネルギーを入力側に回生させ、ス
ナバコンデンサ7に蓄えられたエネルギーがMOSFE
T2を通過することによるスイッチングロスを軽減させ
ることができる。 【0019】また、トランス1の1次巻線1aとスナバ
コンデンサ7による共振周波数はトランス1のインダク
タンスとスナバコンデンサ7の容量などによって決まる
が、共振周波数が変わった場合でもMOSFET2の制
御電極にかかる電圧を抵抗5とコンデンサ13から構成
される時定数回路と定電圧素子14を共振周期の半分程
の時間遅れを持たせるように再設定することで容易に最
適なスイッチングのタイミングを得ることができるもの
である。 【0020】 【発明の効果】以上のように本発明は、トランスの1次
巻線にスイッチング素子と直流電源を直列に接続し、同
トランスのバイアス巻線の両端に抵抗とコンデンサを有
する時定数回路を設け、この時定数回路の出力に定電圧
素子と直列にスイッチング素子の制御電極を正帰還駆動
するように接続し、上記トランスの1つ以上の2次巻線
またはバイアス巻線にダイオードとコンデンサの整流平
滑回路を介して出力端子を接続し、上記出力端子電圧を
検出することによってスイッチング素子をオフさせる制
御回路を設けた構成になっているので、簡単な回路構成
でありながら時定数回路によりスイッチング素子のスイ
ッチングのタイミングの最適化が図れ、スイッチングロ
スを軽減することができ、定電圧素子を付け加えること
によってスイッチング素子の制御電極のしきい値電圧の
バラツキによるスイッチングのタイミングのずれを極力
抑えることができる。 【0021】また、時定数回路を構成する抵抗とコンデ
ンサの定数によってMOSFETがオフからオンに移行
する時間遅れの幅を自由にかつ容易に設定することがで
きるものである。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のスイッチング電源装置の一実施の形態
における回路図 【図2】従来のスイッチング電源装置の回路図 【図3】他の従来のスイッチング電源装置の回路図 【符号の説明】 1 トランス 1a 1次巻線 1b 2次巻線 1c バイアス巻線 2 スイッチング素子(MOSFET) 3 ダイオード 4 抵抗 5 抵抗 6 コンデンサ 7 コンデンサ 8 制御回路 9 電圧検出回路 10 コンデンサ 11 コンデンサ 13 コンデンサ 14 定電圧素子 15 基準電圧 16 直流電源 17 負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/338

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 トランスの1次巻線にスイッチング素子
    と直流電源を直列に接続し、上記トランスのバイアス巻
    線の両端に抵抗とコンデンサを有する時定数回路を設
    け、この時定数回路の出力に直列に定電圧素子スイッ
    チング素子の制御電極を正帰還駆動するように接続
    し、上記トランスの1つ以上の2次巻線にダイオードと
    コンデンサからなる整流平滑回路を介して出力端子を接
    続し、上記出力端子の出力電圧を検出することによって
    上記スイッチング素子をオフさせる制御回路を設けたス
    イッチング電源装置。
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