JP3800387B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電源から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。
【0002】
【従来の技術】
図2に従来例を示す。
この回路は、交流を直流に整流する整流器Rec1と、この整流器Rec1に接続されたコンデンサC4と、このコンデンサC4に接続されたリアクトルL1と第1のスイッチQ1との直列回路と、このスイッチQ1と並列に接続されたコンデンサC1と、上記リアクトルL1と第1のスイッチQ1との接続点に接続された第1のダイオードD1と、このダイオードD1に接続されたコンデンサC3と、このコンデンサC3に接続されたトランス一次巻線N1と第2スイッチQ2との直列回路と、このスイッチQ2と並列に接続されたコンデンサC2と、トランス二次巻線N2と、整流平滑回路Rec2とを有する構成となっている。
【0003】
この回路の動作は、第1のスイッチQ1をオンすることにより、リアクトルL1を短絡し、力率改善と直流中間電圧調整を行なっている。また、第2のスイッチQ2をオンすることにより、トランスT1にエネルギーを蓄積し、Q2をオフすることにより、T1に蓄えられたエネルギーをトランス二次巻線N2より放出し、負荷に電力を供給している。
さらに、この回路では、リアクトルL1とコンデンサC1,C4を共振させ、スナバコンデンサC1の電圧が最も低くなったときにスイッチQ1をオンすることにより、Q1のソフト(零電圧)スイッチングを実現している。また、トランス一次巻線N1とコンデンサC2,C3を共振させ、スナバコンデンサC2の電圧が最も低くなったときにスイッチQ2をオンすることにより、Q2のソフト(零電圧)スイッチングを実現している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図2のような回路では、リアクトルL1とコンデンサC1,C4によって共振を行なっているため、スイッチQ1のオフ期間はリアクトルL1とコンデンサC1,C4の値で決定される時間にしなければならず、そのため直流電圧を一定にするためには、オン期間を可変させることになり、Q1のスイッチング周波数が変化してしまうという問題を生じる。
同様に、トランス一次巻線N1とコンデンサC2,C3によって共振を行なっているため、スイッチQ2のオフ期間はトランス一次巻線N1とコンデンサC2,C3の値で決定される時間にしなければならず、そのため直流電圧を一定にするためには、オン期間を可変させることになり、Q1のスイッチング周波数が変化してしまうという問題を生じる。
【0005】
また、図2のような電源回路をテレビやディスプレイ用電源に用いる場合には、スイッチング周波数を偏向周波数と同期させる方式があるが、このような用途には適用できないという問題もある。
したがって、この発明の課題は力率改善用スイッチ,直流−直流変換用スイッチとも、任意のタイミングでソフトスイッチング可能とすることにある。
【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、この発明では、一次巻線,二次巻線をもつトランスと、このトランスの二次巻線に接続された整流平滑回路とからスイッチング電源装置において、
交流入力を直流に整流する整流器と、この整流器に接続されたリアクトルと第1のスイッチとの直列回路と、この第1のスイッチと並列に接続された第1のコンデンサと、前記リアクトルと第1のスイッチとの接続点に接続された第1のダイオードと、この第1のダイオードと整流器との間に接続された第2のコンデンサと、この第2のコンデンサに対して並列に接続された前記トランス一次巻線と第2のスイッチとの直列回路と、この第2のスイッチと並列に接続された第3のコンデンサと、前記リアクトルと第1のスイッチとの接続点に接続された第2のダイオードと、この第2のダイオード接続されたトランス三次巻線と、このトランス三次巻線と整流器との間に接続された第3のスイッチと、この第3のスイッチと逆並列に接続された第3のダイオードとからなることを特徴とする。
【0007】
この発明では、スナバコンデンサの電荷を放電するため、新たに第3スイッチを設けた点が特徴である。そして、力率改善用の第1スイッチ,スイッチング用の第2スイッチがオンする以前に第3スイッチをオンすることにより、第1スイッチのスナバコンデンサの電荷をトランス三次巻線を介して放電し、第1スイッチのスナバコンデンサの電圧が零電圧になった時第1スイッチをオンすることにより、ソフトスイッチングを実現している。このとき、トランス一次巻線には、直流中間コンデンサ側を正とする極性の電圧が発生し、これにより、第1スイッチのスナバコンデンサの電荷が、直流中間コンデンサに回生される。その後、第2スイッチのスナバコンデンサの電圧が零電圧になった時第2スイッチをオンすることにより、ソフトスイッチングを行なう。また、第1スイッチのスナバコンデンサの電荷は、トランスを介して負荷または直流中間コンデンサに回生される。その結果、第3スイッチのスイッチングにより、任意のタイミングでスナバコンデンサの放電が可能となり、第1スイッチ,第2スイッチは任意のタイミングでソフトスイッチングが可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の実施の形態を示す構成図である。
この回路は、交流を直流に整流する整流器Rec1と、この整流器Rec1に接続されたリアクトルL1と第1のスイッチQ1の直列回路と、このスイッチQ1と並列に接続されたコンデンサC1と、上記リアクトルL1と第1のスイッチQ1の接続点に接続された第1のダイオードD1と、このダイオードD1に接続されたコンデンサC3と、このコンデンサC3に接続されたトランス一次巻線N1と第2のスイッチQ2との直列回路と、このスイッチQ2と並列に接続されたコンデンサC2と、上記リアクトルL1と第1のスイッチQ1の接続点に接続された第2のダイオードD2と、この第2のダイオードD2に接続されたトランス三次巻線N3と、このトランス三次巻線N3に接続された第3のスイッチQ3と、この第3のスイッチQ3と逆並列に接続されたダイオードD5と、トランス二次巻線N2と、整流平滑回路Rec2とを有する構成となっている。すなわち、図2に示すものに対し、第3のスイッチQ3をダイオードD2およびトランス三次巻線N3とともに付加した点が特徴である。
【0009】
動作について、以下に説明する。
まず、第1のスイッチQ1,第2のスイッチQ2をオンする以前に、第3のスイッチQ3をオンする。第3のスイッチQ3がオンすると、第1のスイッチQ1のスナバコンデンサC1は第2のダイオードD2,トランス三次巻線N3を介して放電される。この時、スナバコンデンサC1,C2の電荷は、トランスT1を介して負荷またはコンデンサC3に回生される。そして、スナバコンデンサC1の電圧が零電圧になったとき第1のスイッチQ1をオンすれば、第1のスイッチQ1は零電圧スイッチング(オン)になる。
【0010】
次に、第1のスイッチQ1がオフすると、第1のスイッチQ1に流れていた電流はスナバコンデンサC1に流れ、スナバコンデンサC1の電圧、すなわち、第1のスイッチQ1の電圧は緩やかに上昇し、零電圧スイッチング(オフ)になる。リアクトルL1に蓄えられたエネルギーは、第1のダイオードD1を介してコンデンサC3に放電される。
同様に、スナバコンデンサC2の電圧が零電圧になったとき第2のスイッチQ2をオンすれば、第2のスイッチQ2は零電圧スイッチング(オン)になる。第2のスイッチQ2がオンすればトランス一次巻線に電流が流れ、トランスT1にエネルギーが蓄積される。
【0011】
第2のスイッチQ2がオンすると、トランス三次巻線N3には、第3のスイッチQ3に逆並列に接続されたダイオードD5の順方向に電圧が発生し、ダイオードD5がオンする。この期間に第3のスイッチQ3をオフすると、第3のスイッチQ3は零電圧スイッチング(オフ)になる。
第2のスイッチQ2がオフすると、第2のスイッチQ2に流れていた電流はスナバコンデンサC2に流れ、スナバコンデンサC2の電圧、すなわち、第2のスイッチQ2の電圧は緩やかに上昇し、零電圧スイッチング(オフ)になる。トランスT1に蓄えられたエネルギーは、トランス二次巻線N2を介して負荷に供給される。
なお、この発明におけるスイッチ素子としては、MOSFETの他にIGBT,トランジスタといった自励素子などが適用可能である。また、スイッチQ3はスナバコンデンサの放電のみ行えればよいので、電流定格はスイッチQ1,Q2より小さいものを用いても良い。
【0012】
【発明の効果】
この発明によれば、力率改善のためのスイッチおよび直流−直流変換のためのスイッチとも、任意のタイミングでソフトスイッチングさせるようにしたので、下記のような効果を期待することができる。
(a)ソフトスイッチングのため、スイッチング損失を低減できる。
(b)ソフトスイッチング時の電圧変化率(dv/dt)が小さくなるため、ノイズを低減できる。
(c)テレビ,ディスプレイ用電源などの、スイッチング周波数を偏向周波数と同期させる電源においても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態を示す回路図である。
【図2】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
AC…交流電源、Rec1,Rec2…整流器、L1…リアクトル、C1,C2,C3,C4…コンデンサ、Q1,Q2,Q3…スイッチ、D1,D2,D3,D4,D5…ダイオード、T…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。
Claims (1)
- 一次巻線,二次巻線をもつトランスと、このトランスの二次巻線に接続された整流平滑回路とからスイッチング電源装置において、
交流入力を直流に整流する整流器と、この整流器に接続されたリアクトルと第1のスイッチとの直列回路と、この第1のスイッチと並列に接続された第1のコンデンサと、前記リアクトルと第1のスイッチとの接続点に接続された第1のダイオードと、この第1のダイオードと整流器との間に接続された第2のコンデンサと、この第2のコンデンサに対して並列に接続された前記トランス一次巻線と第2のスイッチとの直列回路と、この第2のスイッチと並列に接続された第3のコンデンサと、前記リアクトルと第1のスイッチとの接続点に接続された第2のダイオードと、この第2のダイオード接続されたトランス三次巻線と、このトランス三次巻線と整流器との間に接続された第3のスイッチと、この第3のスイッチと逆並列に接続された第3のダイオードとからなることを特徴とするスイッチング電源装置。
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