JP3557139B2 - 電源装置 - Google Patents
電源装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3557139B2 JP3557139B2 JP37383099A JP37383099A JP3557139B2 JP 3557139 B2 JP3557139 B2 JP 3557139B2 JP 37383099 A JP37383099 A JP 37383099A JP 37383099 A JP37383099 A JP 37383099A JP 3557139 B2 JP3557139 B2 JP 3557139B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transistor
- current
- voltage
- current path
- power supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源装置に関し、特に、損失の少ない整流器及びスイッチング電源に関する。
【0002】
【従来の技術】
交流電力の整流を行うときに生じる電力損失や電圧降下を軽減するため、整流素子としてショットキーダイオードを用いる手法や、同期整流を行う手法がある。
ショットキーダイオードは、順方向電圧が0.4ボルト程度であるため、順方向電圧が0.6ボルト程度である通常のシリコンダイオードを用いる場合よりも、整流により得られる直流電圧の低下量が軽減される。
【0003】
また、同期整流は、印加された交流電圧の極性の反転に同期して、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等のトランジスタをオン及びオフすることにより、トランジスタに整流作用を行わせる手法である。トランジスタがオンしているときのトランジスタの電流路の両端間(例えば、バイポーラトランジスタのエミッタ−コレクタ間や、電界効果トランジスタのソース−ドレイン間)の電圧は、数十ミリボルト程度となる。
従って、同期整流の手法によれば、整流素子としてシリコンダイオードを用いる場合よりも、整流により得られる直流電圧の低下量が軽減される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来は、同期整流を行う場合、トランジスタのオン及びオフのタイミングの決定が困難であり、タイミングを決定する装置の構成は複雑で、消費電力も大きかった。
【0005】
また、整流する対象の交流電圧の極性が、出力すべき直流電圧の極性と一致しているにもかかわらずトランジスタがオンせずに整流の効率が悪化したり、整流する対象の交流電圧の極性が出力すべき直流電圧の極性と一致していないにもかかわらずトランジスタがオンしてしまう危険が大きかった。
【0006】
また、複数のトランジスタを用いて同期整流の手法により全波整流を行う場合、複数のトランジスタが同時にオフすることにより整流の効率が悪化する危険があった。また、複数のトランジスタが同時にオンすることにより、負荷に流れることなく同時にオンした各トランジスタの電流路に貫通電流が流れ、極めて大きな電力損失を発生する危険もあった。
更に、複数のトランジスタが同時にオンする場合は、負荷が容量性負荷であるなどのため負荷からトランジスタの電流路へと電流が逆流する危険もあった。
【0007】
この発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、簡単で消費電力の少ない構成で、貫通電流の発生や負荷からの電流の逆流が防止される電源装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の電源装置は、一対の入力端と、前記一対の入力端から供給される電流を外部の負荷に流すための第1の電流路と、前記一対の入力端の一方の電位を基準とした他方の電圧の極性を判別し、所定の極性であると判別したときに前記第1の電流路を導通させる第1の判別手段と、前記第1の電流路が導通しているか否かを判別し、導通していないと判別したときに起電力を発生する第2の判別手段と、前記第2の判別手段が発生する起電力により発生する電流を、前記第1の電流路が導通したときに前記負荷に流れる電流と同一の向きで該負荷に流すための第2の電流路と、前記第2の判別手段が起電力を発生したか否かを判別し、発生したと判別したときに前記第2の電流路を導通させ、発生していないと判別したときに前記第2の電流路を遮断する第3の判別手段と、を備え、前記第1の電流路は、自身の一端と第1の制御端との間に所定のバイアス電圧が印加されたときにオン動作し、印加されないときにオフ動作する第1のスイッチング素子で構成され、前記第1の判別手段は、前記一対の入力端の前記一方の電位を基準とした前記他方の電圧の極性が前記所定の極性であるときに前記一対の入力端から供給される電流の一部を前記バイアス用負荷に導く第1の初期電流供給手段と、前記第1のスイッチング素子の前記一端と前記第1の制御端との間に接続され、前記第1の初期電流供給手段から導かれた電流に基づいて前記所定のバイアス電圧を発生させるバイアス用負荷と、を備えたことを特徴とする。
【0009】
このような電源装置の構成は簡単であり、また、このような電源装置では、負荷電流が第1の電流路に供給されていないときも、第2判別手段が発生した起電力による電流が負荷に流れる。そして、第2判別手段が起電力を生じていないときは第2の電流路が遮断されるので、第2の電流路に貫通電流が流れることによる電力消費の発生も少なく、また、負荷からの電流が第2の電流路へと逆流する事態も防止される。
【0010】
前記第1判別手段は、たとえば、
第1の制御端及び前記第1の電流路を備え、前記第1の電流路の一端と前記第1の制御端との間の電圧が所定の条件に合致したとき前記第1の電流路を飽和領域でオンし、合致しないとき実質的にオフする第1のスイッチング素子と、
前記第1の電流路の前記一端と前記第1の制御端との間に接続されたバイアス用負荷と、
各前記入力端の前記一方の電位を基準とした前記他方の電圧の極性が前記所定の極性であるとき、前記入力端から供給される電流を前記バイアス用負荷に流す第1の初期電流供給手段と、を備えることにより、第1の電流路をオン及びオフする。
第1のスイッチング素子は飽和領域でオンするので、第1のスイッチング素子がオンしているときの第1の電流路内での電圧降下は実質的に発生せず、従って電力消費が実質的に発生しない。
【0011】
前記第1のスイッチング素子は、たとえば、前記第1の制御端として機能するゲートと、前記第1の電流路の両端として機能するドレイン及びソースを備えるエンハンスメント型電界効果トランジスタより構成されていればよい。
【0012】
前記第2判別手段は、前記第1の電流路に流れる電流を自己に通過させる第1のインダクタより構成されていてもよい。この場合、前記第1のインダクタの両端間に前記起電力を発生させる。
【0013】
前記第3判別手段は、
第2の制御端及び前記第2の電流路を備え、前記第2の電流路の一端と前記第2の制御端との間の電圧が所定の条件に合致したとき前記第2の電流路を飽和領域でオンし、合致しないとき実質的にオフする第2のスイッチング素子と、
前記第2の電流路に並列に接続されており、前記第1のインダクタが起電力を発生したとき前記第1のインダクタに電流を流す第2の初期電流供給手段と、
前記第1のインダクタに誘導結合された第2のインダクタと、
前記第2のインダクタが発生した電圧を前記第2の電流路の一端と前記第2の制御端との間に印加するバイアス電圧印加手段と、を備えることにより、第2の電流路をオン及びオフし、第1の電流路がオフしている間、負荷に電流を供給する。
第2のスイッチング素子は飽和領域でオンするので、第2のスイッチング素子がオンしているときの第2の電流路内での電圧降下は実質的に発生せず、従って電力消費が実質的に発生しない。
【0014】
前記バイアス電圧印加手段は、前記起電力の大きさが所定の値を超えたか否かを判別し、超えたと判別したとき、前記第2のインダクタが発生した電圧を前記第2の電流路の一端と前記第2の制御端との間に印加するものとすれば、負荷に印加される電圧が過小な値となる事態が防止され、また、負荷から電流が逆流する事態も防止される。
【0015】
前記第2のスイッチング素子は、たとえば、前記第2の制御端として機能するゲートと、前記第2の電流路の両端として機能するドレイン及びソースを備えるエンハンスメント型電界効果トランジスタより構成されていればよい。
【0016】
前記電源装置は、
一次巻線と、前記一次巻線に誘導結合された二次巻線とを備える変成器と、
外部より供給される直流電圧を、前記一次巻線の両端間に周期的に断続して印加する手段と、を備えていてもよく、
この場合、前記二次巻線の両端は、各前記入力端に1対1に接続されていれば、この電源装置は、外部より供給される直流電圧の電圧を変換する直流−直流変換装置として機能する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を、整流器を例として説明する。
図1は、この発明の実施の形態にかかる整流器の構成を示す回路図である。図示するように、この整流器は、変成器T1と、トランジスタTR1、TR2、FET1及びFET2と、ダイオードD1及びD2と、抵抗器R1〜R4と、コンデンサCとより構成されており、一対の入力端と、正極及び負極からなる出力端とを備えている。
【0018】
変成器T1は、パルストランス等より構成され、互いに巻数が実質的に等しい一次巻線w1及び二次巻線w2を備える。
変成器T1の一次巻線w1の一端は、この整流器の入力端の一方に接続されており、他端は、この整流器の出力端の正極に接続されている。
変成器T1の二次巻線w2の一端は、トランジスタFET1の後述するソースに接続されており、他端は、トランジスタTR2の後述するエミッタに接続されている。
【0019】
ただし、変成器T1の二次巻線w2の両端のうちトランジスタFET1のソースに接続される方の端は、一次巻線w1に交流電流が流れたとき、一次巻線w1の両端のうちこの整流器の入力端に接続されている方の端の電圧と同相で電圧が変化するように選ばれている。
【0020】
トランジスタTR1は、PNP型バイポーラトランジスタより構成され、ベース、エミッタ及びコレクタを備える。
トランジスタTR1のベースは、抵抗器R2を介して、この整流器の出力端の正極に接続されている。トランジスタTR1のエミッタは、この整流器の入力端の一方と変成器T1の一次巻線w1の一端との接続点に接続されている。トランジスタTR1のコレクタは、抵抗器R1を介して、この整流器の出力端の負極に接続されている。
【0021】
トランジスタTR2は、PNP型バイポーラトランジスタより構成され、ベース、エミッタ及びコレクタを備える。
トランジスタTR2のベースは、抵抗器R4を介して、この整流器の出力端の正極に接続されている。トランジスタTR2のエミッタは、変成器T1の二次巻線w2の両端のうちトランジスタFET2のソースに接続されていない方の端に接続されている。トランジスタTR2のコレクタは、抵抗器R3を介して、この整流器の出力端の負極に接続されている。
【0022】
トランジスタFET1は、nチャネルエンハンスメント型MOSFET(Metal−Oxide−Silicon Field Effect Transistor)より構成され、ゲート、ソース及びドレインを備える。
トランジスタFET1のゲートは、トランジスタTR1のコレクタに接続されている。トランジスタFET1のソースは、この整流器の出力端の負極に接続されており、ドレインは、この整流器の入力端の他方(すなわち、変成器T1の一次巻線w1に接続されていない方)に接続されている。
【0023】
トランジスタFET2は、nチャネルエンハンスメント型MOSFETより構成され、ゲート、ソース及びドレインを備える。
トランジスタFET2のゲートは、トランジスタTR2のコレクタに接続されている。トランジスタFET2のソースは、この整流器の出力端の負極に接続されている。トランジスタFET2のドレインは、この整流器の入力端の上述の一方と変成器T1の一次巻線w1の一端との接続点に接続されている。
【0024】
そして、トランジスタFET1のドレインとソースとの間には、ソースからドレインに向かう向きが順方向になるようにして、ダイオードD1が接続されている。また、トランジスタFET2のドレインとソースとの間には、ソースからドレインに向かう向きが順方向になるようにして、ダイオードD2が接続されている。
【0025】
抵抗器R1は、トランジスタFET1のゲート−ソース間にバイアス電圧を印加するためのものであり、また、トランジスタTR1のコレクタ−エミッタ間に流れる電流の大きさを制限するためのものでもある。抵抗器R1は、上述の通り、トランジスタTR1のコレクタとこの整流器の出力端の負極との間に接続されている。(換言すれば、トランジスタFET1のゲートとソースとの間に接続されている。)
【0026】
抵抗器R1の抵抗値は、後述する動作においてトランジスタTR1のエミッタ−コレクタ間に電流が流れたとき、抵抗器R1の両端間に、トランジスタFET1を飽和領域でオンさせるに足る電圧が発生するよう選ばれている。
【0027】
抵抗器R2は、トランジスタTR1のベースにバイアス電流を供給するためのものであり、上述の通り、トランジスタTR1のベースと、この整流器の出力端の正極との間に接続されている。
【0028】
抵抗器R3は、トランジスタFET2のゲート−ソース間にバイアス電圧を印加するためのものであり、また、トランジスタTR2のコレクタ−エミッタ間に流れる電流の大きさを制限するためのものでもある。抵抗器R3は、上述の通り、トランジスタTR2のコレクタとこの整流器の出力端の負極との間に接続されている。(換言すれば、トランジスタFET2のゲートとソースとの間に接続されている。)
【0029】
抵抗器R4は、トランジスタTR2のベースにバイアス電流を供給するためのものであり、上述の通り、トランジスタTR2のベースと、この整流器の出力端の正極との間に接続されている。
【0030】
コンデンサCは、この整流器の出力端の正極及び負極の間に接続されている。
【0031】
この整流器の一対の入力端に、図1に示すように、整流する対象の交流電圧を発生する外部の交流電源ACVの一対の出力端を1対1に接続し、この整流器の出力端の両極間に、直流電流を供給する対象の外部の負荷Zを接続したとする。この場合、変成器T1の一次巻線w1の両端のうちこの整流器の入力端に接続されている方の端は交流電源ACVに接続され、この整流器の出力端の正極に接続されている方の端は負荷Zに接続される。
【0032】
そして、この整流器の各入力端のうち、変成器T1の一次巻線w1に接続されている方の端が他方の端に比べて高電位になると、交流電源ACVから、変成器T1の一次巻線w1、コンデンサC、ダイオードD1のアノード及びカソードを順に経て交流電源ACVに戻る電流が流れるようになる。
【0033】
この結果、変成器T1の一次巻線w1の両端間には、交流電源ACVに接続されている方の端が他方の端に比べて正極性となる向きに電圧が発生する。このため、交流電源ACVと変成器T1の一次巻線w1との接続点に接続されているトランジスタTR1のエミッタは、抵抗器R2を介してこの整流器の出力端の正極に接続されたトランジスタTR1のベースに比べて正極性となる。従って、トランジスタTR1がオンする。
【0034】
トランジスタTR1がオンすると、交流電源ACVから、トランジスタTR1のエミッタ及びコレクタ、抵抗器R1、ダイオードD1のアノード及びカソードを順に経て交流電源ACVに戻る電流が流れるようになる。この結果、抵抗器R1の両端間には、トランジスタFET1のゲートをトランジスタFET1のソースに比べて高電位とする向きの電圧降下が発生する。従って、トランジスタFET1がオンし、トランジスタFET1のドレイン−ソース間の電圧は実質的に0となる(すなわち、トランジスタFET1は飽和領域でオンする)。
【0035】
この結果、交流電源ACVから、変成器T1の一次巻線w1、この整流器の出力端の正極、負荷Z、この整流器の出力端の負極、トランジスタFET1のソース及びドレインを順に経て交流電源ACVに戻る電流が流れるようになり、負荷Zに電流が供給される。また、負荷Zに並列に接続されているコンデンサCにも電流が流れ、コンデンサCが充電される。
【0036】
一方、交流電源ACVから変成器T1の一次巻線w1を経てコンデンサCに向かう電流が流れる結果、変成器T1の二次巻線w2の両端間には、トランジスタTR2のエミッタに接続されている方の端が他方の端に比べて負極性となる向きに電圧が発生する。この結果、トランジスタTR2のエミッタは、この整流器の出力端の負極より低電位となる。
【0037】
一方、トランジスタTR2のベースは、抵抗器R4を介してこの整流器の出力端の正極に接続されている。また、交流電源ACVから変成器T1の一次巻線w1に向かう電流は、この整流器の出力端の正極から、負荷ZやコンデンサCを経てこの整流器の出力端の負極に流れ込んでいる。従って、トランジスタTR2のベースは、この整流器の出力端の負極より高電位である。従って、トランジスタTR2のエミッタはベースより低電位となり、トランジスタTR2はオフする。
【0038】
そして、トランジスタTR2がオフしていると、抵抗器R3に電流を供給する経路は実質的に断たれるので、抵抗器R3の両端間には実質的に電圧降下が発生しない。このため、トランジスタFET2のゲート−ドレイン間の電圧はほぼ0となり、従って、トランジスタFET2はオフ状態を保つ。これにより、交流電源ACVからトランジスタFET2のドレイン−ソース間を経て交流電源ACVに戻る貫通電流が発生することが防止される。
【0039】
次に、交流電源ACVの両端のうち、変成器T1の一次巻線w1に接続されている方の端の電位が他方の端の電位以下になったとする。
この場合、この整流器の出力端の各極の電位は、充電されたコンデンサCがこの整流器の出力端の両端間に接続されているため、交流電源ACVの両端のうち変成器T1の一次巻線w1に接続されている方の端の電位が他方の端の電位以下になる直前の電位を実質的に保つ。従って、交流電源ACVと変成器T1の一次巻線w1との接続点の電位は、整流器の出力端の正極の電位以下になる。
【0040】
すると、トランジスタTR1のベースの電位はトランジスタTR1のエミッタの電位以上となり、トランジスタTR1にベース電流が実質的に流れなくなる。従って、トランジスタTR1はオフする。
この結果、抵抗器R1には実質的に電流が流れなくなるので、抵抗器R1の両端間には実質的に電圧降下が発生しない。従って、トランジスタFET1もオフする。
【0041】
トランジスタFET1がオフする結果、交流電源ACVには実質的に電流が流れなくなり、変成器T1の一次巻線w1からコンデンサC及び負荷Zへ電流が流れることも実質的になくなる。
【0042】
一方、変成器T1の一次巻線w1への電流の供給が断たれると、変成器T1の一次巻線w1の両端間には逆起電力が生じる。この結果、変成器T1の一次巻線w1の両端のうち交流電源ACVに接続されている方の端は、他方の端に比べて負極性となる。すると、変成器T1の一次巻線w1から、コンデンサC、ダイオードD2のアノード及びカソードを順に経て変成器T1の一次巻線w1に戻る電流が流れるようになる。
【0043】
そして、変成器T1の二次巻線w2にも、相互誘導によって、トランジスタTR2のエミッタをこの整流器の出力端の負極より高電位とする向きの起電力が誘起される。変成器T1の一次巻線w1及び二次巻線w2の巻数は互いに実質的に等しいので、変成器T1の二次巻線w2に生じる起電力の大きさは、一次巻線w1に生じる逆起電力の大きさに実質的に等しい。
【0044】
従って、変成器T1の一次巻線w1に生じる逆起電力の大きさが、この整流器の出力端の両極間の電圧の大きさを超えると、トランジスタTR2のエミッタは、抵抗器R4を介してこの整流器の出力端の正極に接続されているトランジスタTR2のベースより高電位となり、従ってトランジスタTR2はオンする。
【0045】
そして、トランジスタTR2がオンすると、変成器T1の二次巻線w2から、トランジスタTR2のエミッタ及びコレクタ、抵抗器R3を順に経て変成器T1の二次巻線w2に戻る電流が流れるようになる。このため、抵抗器R3の両端間には、トランジスタFET2のゲートをソースより高電位とする向きの電圧降下が生じる。
このため、トランジスタFET2は飽和領域でオンし、トランジスタFET2のドレイン−ソース間の電圧はほぼ0となる。
【0046】
この結果、変成器T1の一次巻線w1から、この整流器の出力端の正極、負荷Z、この整流器の出力端の負極、トランジスタFET2のソース及びドレインを順に経て変成器T1の一次巻線w1に戻る電流が流れるようになり、引き続き負荷Zに電流が供給される。
【0047】
その後、変成器T1の一次巻線w1に発生した逆起電力が減衰して、この整流器の出力端の両極間の電圧の大きさ以下になると、トランジスタTR2のエミッタは、トランジスタTR2のベースより低電位となり、従ってトランジスタTR2はオフする。この結果、抵抗器R3の両端間には実質的に電圧降下が生じなくなるので、トランジスタFET2もオフする。
【0048】
トランジスタFET1がオフしており、交流電源ACVから負荷Zへの電流の供給が実質的に行われていない状態で、トランジスタFET2もオフすれば、例えば負荷Zが容量性負荷であるために、負荷Zからこの整流器の出力端の正極に正極性の電圧が印加されても、コンデンサCを充電する電流がコンデンサCに流れる他は、この整流器内部に、負荷Zから供給される電流が流れることは実質的にない。
【0049】
以下、交流電源ACVの各端の極性が反転する度に、この整流器は以上説明した動作を繰り返し、自己の出力端の正極から負荷Zを経て自己の出力端の負極へと電流が流れるように、負荷Zに電流を供給する。すなわち、この整流器は整流作用を行う。
【0050】
なお、この発明の実施の形態にかかる整流器の構成は上述のものに限られない。
例えば、ダイオードD1は、トランジスタFET1が有する寄生ダイオードであってもよく、同様に、ダイオードD2は、トランジスタFET2が有する寄生ダイオードであってもよい。
【0051】
また、一次巻線w1の巻数と二次巻線w2の巻数とは互いに等しい値である必要はない。一次巻線w1と二次巻線w2との巻数比は、一次巻線w1の両端間に発生する上述の逆起電力の大きさがこの整流器の両端間の電圧の大きさを超える値になったとき、トランジスタTR2をオンさせるに足る電圧が発生するように選ばれていればよい。
例えば、トランジスタTR2をオンさせるためにトランジスタTR2のベース−エミッタ間に印加させるべき電圧が大きく、一次巻線w1と二次巻線w2との巻数比が1対1の場合では一次巻線w1の両端間の逆起電力の大きさがこの整流器の両端間の電圧の大きさを超えてもトランジスタTR2をオンしない、という場合は、二次巻線w2の巻数を、一次巻線w1の巻数より多くすればよい。
また、変成器T1の一次巻線w1に生じる起電力が大きく、一次巻線w1と二次巻線w2との巻数比が1対1の場合では二次巻線w2の両端間に生じた起電力によりトランジスタTR2が破壊されるおそれがある、という場合は、二次巻線w2の巻数を、一次巻線w1の巻数より少なくすればよい。
【0052】
なお、変成器T1の一次巻線w1に発生した逆起電力が減衰してトランジスタFET2がオフした後、交流電源ACVから変成器T1の一次巻線w1への電流の供給が開始されると、供給開始の瞬間、変成器T1の一次巻線w1の両端間には起電力が発生する。この起電力の向きは、一次巻線w1の両端のうち交流電源ACVに接続されている方の端を他方の端に比べて正極性とするような向きとなる。従って、変成器T1の二次巻線w2には、トランジスタTR2のエミッタをこの整流器の出力端の負極より低電位とする向きの起電力が誘起される。一方、充電されたコンデンサCによって、この整流器の出力端の正極は負極より高電位に保たれる。このため、トランジスタTR2のエミッタ−ベース間には、この整流器の出力端の両極間の電圧と、変成器T1の二次巻線w2の両端間の電圧との和にあたる電圧が印加され、トランジスタTR2の破壊を招くおそれがある。
【0053】
そこで、図1の整流器は、この整流器の出力端の両極間の電圧と、変成器T1の二次巻線w2の両端間の電圧との和にあたる電圧によるトランジスタTR2の破壊を防止するため、保護用のダイオードを備えるようにしてもよい。この場合、変成器T1の二次巻線w2の両端のうちトランジスタFET2のソースに接続されていない方の端は、トランジスタTR2のエミッタではなく保護用のダイオードのアノードに接続され、トランジスタTR2のエミッタは、保護用のダイオードのカソードに接続されるものとする。
図1の整流器が保護用のダイオードを備える場合、変成器T1の二次巻線w2に、トランジスタTR2のエミッタをこの整流器の出力端の負極より低電位とする向きの起電力が誘起されると、保護用のダイオードが逆バイアスされる。このため、トランジスタTR2のエミッタ−ベース間に、この整流器の出力端の両極間の電圧と変成器T1の二次巻線w2の両端間の電圧との和にあたる電圧が印加されるという事態が防止される。従って、トランジスタTR2の破壊が防止される。
【0054】
また、図2に示すように、トランジスタFET1及びFET2はpチャネルエンハンスメント型MOSFETより構成されていてもよい。
ただし、この場合、図2に示すように、トランジスタTR1及びTR2はいずれもNPN型バイポーラトランジスタより構成されているものとする。また、ダイオードD1は、トランジスタFET1のドレインからソースに向かう向きが順方向になるようにしてトランジスタFET1のドレイン−ソース間に接続されるものとし、ダイオードD2は、トランジスタFET2のドレインからソースに向かう向きが順方向になるようにしてトランジスタFET2のドレイン−ソース間に接続されるものとする。
また、図2に示すように、トランジスタFET1及びFET2はpチャネルエンハンスメント型MOSFETより構成されている場合、図1の構成においてこの整流器の出力端の正極に接続されていた箇所はこの整流器の負極に接続され、図1の構成においてこの整流器の出力端の負極に接続されていた箇所はこの整流器の正極に接続されるものとする。
【0055】
図2の整流器の動作は、この整流器の各部を流れる電流の向きが図1の構成における向きと逆になる点を除き、実質的に図1の構成の動作と同一である。
すなわち、図2の整流器の各入力端に交流電源ACVの各出力端を1対1に接続し、この整流器の出力端の両極間に負荷Zを接続したとすると、この整流器の各入力端のうち、変成器T1の一次巻線w1に接続されている方の端が他方の端に比べて低電位になったとき、交流電源ACVから、ダイオードD1のアノード及びカソード、コンデンサC、変成器T1の一次巻線w1を順に経て交流電源ACVに戻る電流が流れる。この結果、トランジスタTR1のエミッタはトランジスタTR1のベースに比べて負極性となり、従ってトランジスタTR1がオンする。
【0056】
トランジスタTR1がオンすると、交流電源ACVから、ダイオードD1のアノード及びカソード、抵抗器R1、トランジスタTR1のコレクタ及びエミッタを順に経て交流電源ACVに戻る電流が流れるようになる。この結果、抵抗器R1の両端間には、トランジスタFET1のゲートをトランジスタFET1のソースより低電位とするような向きの電圧降下が発生する。従って、トランジスタFET1が飽和領域でオンする。従って、交流電源ACVから、トランジスタFET1のドレイン及びソース、この整流器の出力端の正極、負荷Z、この整流器の出力端の負極、変成器T1の一次巻線w1を順に経て交流電源ACVに戻る電流が流れる。
【0057】
一方、一次巻線w1に流れる電流により変成器T1の二次巻線w2の両端間に誘起される電圧により、トランジスタTR2のエミッタは、この整流器の出力端の負極より高電位となる。また、トランジスタTR2のベースは、この整流器の出力端の負極より低電位である。従って、トランジスタTR2のエミッタはベースより高電位となり、トランジスタTR2はオフする。このため、トランジスタFET2はオフ状態を保つ。
【0058】
次に、交流電源ACVの両端のうち、変成器T1の一次巻線w1に接続されている方の端が他方の端より高電位になったとすると、交流電源ACVには実質的に電流が流れなくなる。一方、変成器T1の一次巻線w1の両端間には逆起電力が生じる。
この結果、変成器T1の一次巻線w1の両端のうち交流電源ACVに接続されている方の端は、他方の端に比べて正極性となる。すると、変成器T1の一次巻線w1から、ダイオードD2のアノード及びカソード及びコンデンサCを順に経て変成器T1の一次巻線w1に戻る電流が流れ、二次巻線w2には、トランジスタTR2のエミッタをこの整流器の出力端の正極より低電位とする向きの起電力が誘起される。変成器T1の一次巻線w1に生じる逆起電力の大きさがこの整流器の出力端の両極間の電圧の大きさを超えると、トランジスタTR2のエミッタはこの整流器の出力端の負極より低電位となり、トランジスタTR2はオンする。
【0059】
そして、トランジスタTR2がオンすると、変成器T1の二次巻線w2から、抵抗器R3、トランジスタTR2のコレクタ及びエミッタを順に経て変成器T1の二次巻線w2に戻る電流が流れ、抵抗器R3の両端間には、トランジスタFET2のゲートをソースより低電位とする向きの電圧降下が生じる。このため、トランジスタFET2は飽和領域でオンし、トランジスタFET2のドレイン−ソース間の電圧はほぼ0となる。この結果、変成器T1の一次巻線w1から、トランジスタFET2のドレイン及びソース、整流器の出力端の正極、負荷Z及びこの整流器の出力端の負極を順に経て変成器T1の一次巻線w1に戻る電流が流れる。
その後、変成器T1の一次巻線w1に発生した逆起電力が減衰して、この整流器の出力端の両極間の電圧の大きさ以下になるとトランジスタTR2はオフし、更にトランジスタFET2もオフする。
図2の整流器も、以上説明した動作を繰り返すことにより整流作用を行う。
【0060】
なお、図2の整流器も、保護用のダイオードを備えるようにしてもよい。この場合、変成器T1の二次巻線w2の両端のうちトランジスタFET2のソースに接続されていない方の端は、トランジスタTR2のエミッタではなく保護用のダイオードのカソードに接続され、トランジスタTR2のエミッタは、保護用のダイオードのアノードに接続されるものとする。
【0061】
図2の整流器が保護用のダイオードを備える場合、変成器T1の二次巻線w2に、トランジスタTR2のエミッタをこの整流器の出力端の負極より高電位とする向きの起電力が誘起されると、保護用のダイオードが逆バイアスされる。このため、トランジスタTR2のエミッタ−ベース間に、この整流器の出力端の両極間の電圧と変成器T1の二次巻線w2の両端間の電圧との和にあたる電圧が印加されるという事態が防止され、トランジスタTR2の破壊が防止される。
【0062】
また、図3に示すように、この整流器は、図1の構成に加え、更に変成器T2と、トランジスタTR3と、トリガ発振器TRGとを備えていてもよい。図3の構成を有することにより、後述するように、この構成は直流−直流変換器として機能する。
【0063】
変成器T2は、パルストランス等より構成され、一次巻線及び二次巻線を備える。変成器T2の一次巻線は、トランジスタTR3の後述するコレクタ及びエミッタを両端とする電流路に直列に接続され、直列回路を形成している。変成器T2の二次巻線の両端は、図1の構成における両入力端に1対1に接続される。
【0064】
トランジスタTR3は、NPN型バイポーラトランジスタより構成され、ベース、エミッタ及びコレクタを備える。
トランジスタTR3のベースは、トリガ発振器TRGの後述する出力端に接続されている。トランジスタTR3のコレクタ及びエミッタを両端とする電流路は、上述の通り、変成器T2の一次巻線に直列に接続され、直列回路を形成している。
【0065】
トリガ発振器TRGは、無安定マルチバイブレータ等より構成されており、出力端を備え、矩形波を自己の出力端より発生する。トリガ発振器TRGが発生する矩形波がハイレベルにあるとき、トランジスタTR3のエミッタの電位を基準とした場合のこの矩形波の電圧は、トランジスタTR3がオンするような値である。一方、この矩形波がローレベルにあるとき、トランジスタTR3のエミッタの電位を基準とした場合のこの矩形波の電圧は、トランジスタTR3がオフするような値である。
トリガ発振器TRGの出力端は、上述の通り、トランジスタTR3のベースに接続されている。
【0066】
変成器T2の一次巻線とトランジスタTR3のコレクタ−エミッタ間の電流路とが形成する直列回路の両端のうち、トランジスタTR3のコレクタに近い方の端に、図3に示すように、電圧の変換を行う対象の直流電圧を発生する外部の直流電源DCVの正極を接続し、他方の端に直流電源DCVの負極を接続したとする。そして、トリガ発振器TRGが自己の出力端より矩形波を出力したとする。
このとき、トランジスタTR3は、トリガ発振器TRGが発生する矩形波の周期でオン及びオフを繰り返す。
【0067】
変成器T2の一次巻線の両端のうち、トランジスタQ1がオンしているとき高電位になる方の端(つまり、直流電源DCVの正極に近い方の端)は、トランジスタQ1がオフすると、変成器T2の一次巻線に生じる逆起電力のため、他方の端(つまり、直流電源DCVの負極に近い方の端)に比べて低電位となる。
【0068】
従って、トランジスタQ1が周期的にオン及びオフを繰り返すことにより、変成器T2の一次巻線の各端の電圧の極性は周期的に反転する。この結果、変成器T2の二次巻線にも起電力が誘起され、変成器T2の二次巻線の各端の電圧の極性も、周期的に反転する。
そして、図3の構成の直流−直流変換器のうち、図1の構成と実質的に同一である部分は、図1の構成と実質的に同一の動作を行うことにより、変成器T2の二次巻線に発生した電圧を整流する。
【0069】
図3の直流−直流変換器の出力端の両極間に発生する電圧は、直流電源DCVが発生する電圧や、トランジスタQ1がオン及びオフする周期や、1周期当たりでオンする期間とオフする期間の長さの比や、変成器T2の一次巻線と二次巻線の巻数比や、変成器T1の一次巻線w1の自己インダクタンス等により決まる。
なお、図3の直流−直流変換器において、図1の構成と共通する部分の構成は、図2の構成と実質的に同一であってもよい。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、簡単で消費電力の少ない構成で、貫通電流の発生や負荷からの電流の逆流が防止される電源装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の実施の形態にかかる整流器の構成を示す回路図である。
【図2】図1の整流器の変形例の構成を示す回路図である。
【図3】図1の構成の変形例である直流−直流変換器を示す回路図である。
【符号の説明】
ACV 交流電源
C コンデンサ
D1、D2 ダイオード
DCV 直流電源
T1、T2 変成器
TR1〜TR3、FET1、FET2 トランジスタ
R1〜R4 抵抗器
w1 一次巻線
w2 二次巻線
Z 負荷
Claims (7)
- 一対の入力端と、
前記一対の入力端から供給される電流を外部の負荷に流すための第1の電流路と、
前記一対の入力端の一方の電位を基準とした他方の電圧の極性を判別し、所定の極性であると判別したときに前記第1の電流路を導通させる第1の判別手段と、
前記第1の電流路が導通しているか否かを判別し、導通していないと判別したときに起電力を発生する第2の判別手段と、
前記第2の判別手段が発生する起電力により発生する電流を、前記第1の電流路が導通したときに前記負荷に流れる電流と同一の向きで該負荷に流すための第2の電流路と、
前記第2の判別手段が起電力を発生したか否かを判別し、発生したと判別したときに前記第2の電流路を導通させ、発生していないと判別したときに前記第2の電流路を遮断する第3の判別手段と、
を備え、
前記第1の電流路は、
自身の一端と第1の制御端との間に所定のバイアス電圧が印加されたときにオン動作し、印加されないときにオフ動作する第1のスイッチング素子で構成され、
前記第1の判別手段は、
前記一対の入力端の前記一方の電位を基準とした前記他方の電圧の極性が前記所定の極性であるときに前記一対の入力端から供給される電流の一部を前記バイアス用負荷に導く第1の初期電流供給手段と、
前記第1のスイッチング素子の前記一端と前記第1の制御端との間に接続され、前記第1の初期電流供給手段から導かれた電流に基づいて前記所定のバイアス電圧を発生させるバイアス用負荷と、
を備えたことを特徴とする電源装置。 - 前記第1のスイッチング素子は、前記第1の制御端として機能するゲートと、前記第1の電流路の両端として機能するドレイン及びソースを備えるエンハンスメント型電界効果トランジスタにて構成されたことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記第2の判別手段は、前記第1の電流路に流れる電流を自身に通過させる第1のインダクタにて構成され、前記第1のインダクタの両端間に前記起電力を発生させることを特徴とする請求項1または2に記載の電源装置。
- 前記第2の電流路は、
自身の一端と第2の制御端との間に所定の第2バイアス電圧が印加されたときにオン動作し、印加されないときにオフ動作する第2のスイッチング素子で構成され、
前記第3の判別手段は、
前記第2のスイッチング素子に接続されてなり、前記第1のインダクタが前記起電力を発生したときに前記第1のインダクタに電流を導く第2の初期電流供給手段と、
前記第1のインダクタに誘導結合された第2のインダクタと、
前記第2のインダクタが発生した電圧を前記第2のスイッチング素子の前記一端と前記第2の制御端との間に印加するバイアス電圧印加手段と、
を備えたことを特徴とする請求項3に記載の電源装置。 - 前記バイアス電圧印加手段は、前記起電力の大きさが所定の値を超えたか否かを判別し、超えたと判別したときに前記第2のインダクタが発生した電圧を前記第2のスイッチング素子の前記一端と前記第2の制御端との間に印加することを特徴とする請求項4に記載の電源装置。
- 前記第2のスイッチング素子は、前記第2の制御端として機能するゲートと、前記第2の電流路の両端として機能するドレイン及びソースを備えるエンハンスメント型電界効果トランジスタにて構成されたことを特徴とする請求項4または5に記載の電源装置。
- 一次巻線と、前記一次巻線に誘導結合された二次巻線とを備える変成器と、
外部より供給される直流電圧を、前記一次巻線の両端間に周期的に断続して印加する手段と、
を備え、
前記二次巻線の両端は、前記一対の入力端に1対1に接続されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP37383099A JP3557139B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP37383099A JP3557139B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 電源装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001190065A JP2001190065A (ja) | 2001-07-10 |
JP3557139B2 true JP3557139B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=18502832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP37383099A Expired - Fee Related JP3557139B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3557139B2 (ja) |
-
1999
- 1999-12-28 JP JP37383099A patent/JP3557139B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001190065A (ja) | 2001-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4347423B2 (ja) | 同期整流を用いる電源 | |
JP4158054B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP3391384B2 (ja) | Dc−dcコンバータ | |
JPH11146640A (ja) | スイッチング電源用整流回路およびこの整流回路を用いたスイッチング電源 | |
EP0736959B1 (en) | Low dissipation power controller | |
JP3691498B2 (ja) | 自励式スイッチング電源回路 | |
JP3557139B2 (ja) | 電源装置 | |
JP4172569B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP2001292571A (ja) | 同期整流回路 | |
JP4013952B2 (ja) | Dc−dcコンバータ | |
JP4484006B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
TW202130102A (zh) | 用於在次級同步整流器中產生控制訊號和充電直流電源的方法與裝置 | |
JP3294794B2 (ja) | 電源装置 | |
JP4409076B2 (ja) | 多出力同期整流式スイッチング電源装置 | |
JP2001286130A (ja) | 力率改善回路 | |
JP6942040B2 (ja) | 絶縁型スイッチング電源 | |
JP3664630B2 (ja) | 電源装置 | |
JP2004015901A (ja) | 電力変換装置 | |
JP2003304684A (ja) | フォワードコンバータ | |
JP3694292B2 (ja) | 同期整流型dc−dcコンバータ | |
EP1360559A2 (en) | Switching power supply | |
JPH11206118A (ja) | 同期整流回路およびフォワード型コンバータ電源 | |
JP2000050625A (ja) | スイッチング電源回路 | |
JP3623765B2 (ja) | スイッチングコンバータ | |
JP3693876B2 (ja) | 整流器及び整流装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040127 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040203 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040402 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040511 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040514 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |