JP3963095B2

JP3963095B2 - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JP3963095B2
Application number: JP2001374867A
Authority: JP
Inventors: 一治北谷
Original assignee: デンセイ・ラムダ株式会社
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: JP2003180076A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子のオフ時にトランスの一次巻線に発生する誘導起電圧を抑制するためのリセット巻線を備えたスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
図２は、従来のフォワード型スイッチング電源装置における一般的な回路図である。同図において、１は電源本体２の入力端子＋Ｖ，−Ｖ間に直流入力電圧Ｖｉを供給する直流電源、３は一次巻線３Ａと二次巻線３Ｂとを絶縁するトランスで、トランス３の一次巻線３Ａには例えばＭＯＳ型ＦＥＴからなるスイッチング素子４が直列に接続され、このスイッチング素子４をスイッチングすることにより、前記入力電圧Ｖｉが一次巻線３Ａに断続的に印加される。また５は、トランス１の二次巻線１Ｂに誘起される電圧を整流平滑する整流平滑回路で、この整流平滑回路５から負荷７を接続する出力端子＋Ｖｏ，−Ｖｏに、所定の直流出力電圧Ｖｏを供給するようになっている。
【０００３】
一方、前記出力電圧Ｖｏを安定化させるために、出力電圧Ｖｏの変動に応じてスイッチング素子４のパルス導通幅を可変制御するフィードバック制御回路９が設けられる。このフィードバック制御回路９は、出力端子＋Ｖｏ，−Ｖｏとは別個に設けられたリモートセンシング端子＋Ｓ，−Ｓの両端間電圧を分圧する直列接続された分圧抵抗11，12，13と、分圧抵抗11，12の接続点に発生する検出電圧と基準電源16からの基準電圧とを比較するオペアンプ14と、オペアンプ14からの比較結果に基づいてスイッチング素子４に供給する駆動信号のパルス導通幅を可変制御するＰＷＭ制御用ＩＣ15とにより構成される。そして、リモートセンシング端子＋Ｓ，−Ｓの両端間電圧が上昇すると、フィードバック制御回路９はスイッチング素子４に供給する駆動信号のパルス導通幅を狭め、逆にリモートセンシング端子＋Ｓ，−Ｓの両端間電圧が低下すると、フィードバック制御回路９はスイッチング素子４に供給する駆動信号のパルス導通幅を広げて、このリモートセンシング端子＋Ｓ，−Ｓの両端間電圧が出力電圧Ｖｏに等しくなるように制御する。なお、リモートセンシング端子＋Ｓ，−Ｓは、出力端子＋Ｖｏ，−Ｖｏから負荷７に至る線間の電圧降下（ラインドロップ）を考慮して設けられたもので、この線間のラインドロップが無視できない場合は、図２に示すようにリモートセンシング端子＋Ｓ，−Ｓと負荷７の両端との間を線材で接続すれば、フィードバック制御回路９は負荷７の両端間電圧が出力電圧Ｖｏに等しくなるように、スイッチング素子４のパルス導通幅を制御することができる。
【０００４】
21は、直流電源１からトランス３の一次巻線３Ａへの一次側電流Ｉｉを検出する電流検出器としてのカレントトランスで、これは直流電源１からトランス３の一次巻線３Ａとスイッチング素子４との直列回路に至る入力電圧ラインの一方に挿入接続された一次巻線21Ａと、この一次巻線21Ａと電気的に絶縁された二次巻線21Ｂとを備えている。二次巻線21Ｂの両端間には、整流ダイオード22と平滑コンデンサ23との直列が接続されると共に、コンデンサ23と並列に抵抗24が接続され、一次側電流Ｉｉに見合う電圧が抵抗24の両端間に発生するようになっている。そして、抵抗24の一端を接続したプラス側電圧ラインが、前記分圧抵抗12，13の接続点に接続され、一次側電流Ｉに応じてオペアンプ14の反転入力端子に印加する検出電圧の基準レベルが変動する。さらに抵抗13とコンデンサ18との直列回路が、前記抵抗24の両端間に接続される。
【０００５】
ここでは、複数台の電源本体２による並列運転を行なう際に、各電源本体２の負荷電流を均等に分担するための電流バランス端子ＰＣが設けられている。この電流バランス端子ＰＣは、各電源本体２の内部で抵抗24の他端に接続されるもので、各電源本体２の出力端子＋Ｖｏ，−Ｖｏを共通の負荷７に並列接続する並列運転時に、電流バランス端子ＰＣどうしを接続すると、抵抗12，13の接続点の電圧レベルが各電源本体２の一次側電流Ｉｉを考慮したものとなり、出力電圧Ｖｏひいては負荷電流のバランスが各電源本体２どうしで保たれる。すなわち、各電源本体２毎の負荷電流をカレントトランス21で検出し、この電流検出値をＰＣ端子により全てつき合わせて、出力電圧Ｖｏを分圧して得た検出電圧のレベルを変化させることにより、並列運転時における各電源本体２からの負荷電流を均等にすることができる。
【０００６】
前記トランス３の一次側には、直流電源１の両端間に接続するコンデンサ31と、一次巻線３Ａの一端にその一端が接続されるリセット巻線３Ｃと、アノードをスイッチング素子４から直流電源１に至るマイナス側入力電圧ラインに接続し、カソードをリセット巻線３Ｃの他端に接続したダイオード32とからなるスナバ回路が設けられる。これにより、スイッチング素子４のオフ時にはトランス３の一次巻線３Ａに誘導起電圧が発生して、スイッチング素子４の両端間電圧が上昇するが、リセット巻線３Ｃの両端間電圧が入力電圧Ｖｉ以上に達すると、ダイオード32が導通してリセット巻線３Ｃからコンデンサ31にエネルギーが戻され、スイッチング素子４の両端間電圧はもはやそれ以上に上昇しなくなる。したがって、スイッチング素子４のターンオフ損失や外部に出る不要ノイズを減少させることができる。
【０００７】
ところで上記構成においては、リセット巻線３Ｃの一端（非ドット側端子）と、一次巻線３Ａの一端（ドット側端子）が通常は同電位となるため、トランス３の構造上、一次巻線３Ａに引続いてリセット巻線３Ｃを同じボビンに巻装し、この一連に巻回した一次巻線３Ａとリセット巻線３Ｃの途中からプラス側入力電圧ラインとなるタップを引出すのが製造的に好ましい。しかし、こうして得られたトランス３の一次側にカレントトランス21を接続すると、ダイオード31の導通時において、リセット巻線３Ｃ→カレントトランス21の一次巻線21Ａ→コンデンサ31→ダイオード32→リセット巻線３Ｃの順で電流が流れ、ダイオード22が導通している限り、リセット巻線３Ｃからのエネルギー移動に伴なう不必要な電流がカレントトランス21で検出される。そのため、トランス３の二次側に変換するエネルギーに相当する一次側電流Ｉｉだけを、電流検出器であるカレントトランス21が正確に検出できない問題を生じる。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、リセット巻線を流れる電流を電流検出器が検出しないようにできるスイッチング電源装置を提供することをその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明におけるスイッチング電源装置は、直流電源の両端間にトランスの一次巻線とスイッチング素子との直列回路を接続し、前記直流電源から前記トランスの一次巻線に至るプラス側入力電圧ラインに電流検出器を挿入接続すると共に、前記トランスに巻装されるリセット巻線と、このリセット巻線の他端と前記直流電源から前記スイッチング素子に至るマイナス側入力電圧ラインとの間に接続されるダイオードとを備え、前記スイッチング素子のオフ時に前記ダイオードが導通して、前記リセット巻線の一端から直流電源側にエネルギーを戻すスイッチング電源装置において、前記リセット巻線の一端を前記直流電源から前記電流検出器に至るプラス側入力電圧ラインに接続したことを特徴とする。
【００１０】
この場合、スイッチング素子がターンオフし、トランスの一次巻線に誘導起電圧が発生すると、同じトランスに巻装するリセット巻線の両端間電圧が上昇し、ダイオードが導通する。こうなると、ダイオードを通してリセット巻線から直流電源側にエネルギーが戻され、スイッチング素子の両端間電圧はそれ以上に上昇しなくなる。この時のリセット巻線からの電流は、直流電源から電流検出器に至るプラス側入力電圧ラインにリセット巻線の一端が接続される関係で、電流検出器を通らず直流電源側に流れ込む。したがって、電流検出器はリセット巻線を流れる電流を検出することなく、トランスの二次側に変換するエネルギーに相当する一次側電流のみを、正確に検出することが可能になる。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下、本発明における好ましい実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、従来例で示す図２と同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の詳細な説明は重複するため省略する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施例を示すフォワード式スイッチング電源装置の回路図である。同図において、本実施例では、トランス３に巻装されるリセット巻線３Ｃと、直流電源１の両端間に接続するコンデンサ31と、リセット巻線３Ｃの他端（ドット側端子）と直流電源１からスイッチング素子４に至るマイナス側入力電圧ラインとの間に接続されるダイオード32とからなり、スイッチング素子４のオフ時にダイオード32が導通して、リセット巻線３Ｃの一端（非ドット側端子）から直流電源１側にエネルギーを戻すスナバ回路が設けられている。但し、ここではトランス３を構成する一次巻線３Ａとリセット巻線３Ｃが同一のボビンに各々の引出しが異なる状態で巻装されており、コンデンサ31からカレントトランス21を構成する一次巻線21Ａの非ドット側端子に至るプラス側入力電圧ラインに、リセット巻線３Ｃの一端が接続される。なお、それ以外の構成は図２に示す従来例と共通している。
【００１３】
上記構成において、スイッチング素子４のスイッチングにより、直流電源１からの入力電圧Ｖｉが一次巻線３Ａに断続的に印加され、これに伴って、二次巻線１Ｂに誘起される電圧が整流平滑回路５で整流平滑され、負荷７に所定の直流出力電圧Ｖｏが供給されるようになっている。また、この出力電圧Ｖｏは、フィードバック制御回路９を構成する抵抗11，12，13により分圧され、出力電圧Ｖｏの検出電圧としてオペアンプ14で基準電源16からの基準電圧と比較される。そして、基準電圧に対し検出電圧が上昇すれば、ＰＷＭ制御用ＩＣ15はスイッチング素子４に供給する駆動信号のパルス導通幅を狭め、逆に基準電圧に対し検出電圧が低下すれば、ＰＷＭ制御用ＩＣ15はスイッチング素子４に供給する駆動信号のパルス導通幅を広げて、負荷７の両端間において出力電圧Ｖｏの安定化を図っている。
【００１４】
スイッチング素子４がオンすると、直流電源１からトランス３Ａの一次巻線３Ａに向けて、負荷電流に見合う一次側電流Ｉｉが流れる。このときカレントトランス21の二次巻線21Ｂはドット側端子に正極性の電圧が発生し、ダイオード22が導通して二次巻線21Ｂからのエネルギーがコンデンサ23や抵抗24に移動する。このとき、トランス３のリセット巻線３Ｃにはドット側端子に正極性の電圧が発生するので、ダイオード32は導通せず、リセット巻線３Ｃからの電流の流れ込みは生じない。
【００１５】
一方、スイッチング素子４がオフし、トランス３の一次巻線３Ａに誘導起電圧が発生すると、一次側電流Ｉｉは減少してゼロになり、カレントトランス21の二次巻線21Ｂに接続したダイオード22も非導通状態となる。このとき、トランス３のリセット巻線３Ｃには非ドット側端子に正極性の電圧が発生し、この電圧が入力電圧Ｖｉ以上になるとダイオード32が導通するため、リセット巻線３Ｃから直流電源１側にエネルギーが戻され、トランス３の一次巻線３Ａの両端間電圧はもはやそれ以上に上昇しなくなる。その際、リセット巻線３Ｃ→コンデンサ31→ダイオード32→リセット巻線３Ｃの順で電流が流れるが、この電流はカレントトランス21の一次巻線21Ａを通過しないので、リセット巻線３Ｃからのエネルギー移動に伴なう電流は、カレントトランス21では検出されない。カレントトランス21は、トランス３の二次側に変換するエネルギーに相当する一次側電流Ｉｉだけを正確に検出できる。
【００１６】
したがって、複数台の電源本体２を並列運転する際に、各電源本体２のＰＣ端子どうしを接続すれば、各電源本体２のカレントトランス21で得られた正確な一次側電流Ｉｉの検出によって、各電源本体２毎の負荷電流のバランスが図られるようになる。
【００１７】
以上のように本実施例では、直流電源１の両端間にトランス３の一次巻線３Ａとスイッチング素子４との直列回路を接続し、直流電源１からトランス３の一次巻線３Ａに至るプラス側入力電圧ラインに、電流検出器としてのカレントトランス21を挿入接続すると共に、トランス３に巻装されるリセット巻線３Ｃと、このリセット巻線３Ｃの他端と直流電源１からスイッチング素子４に至るマイナス側入力電圧ラインとの間に接続されるダイオード32とを備え、スイッチング素子４のオフ時にダイオード32が導通して、リセット巻線３Ｃの一端から直流電源１側にエネルギーを戻すように構成したものにおいて、リセット巻線３Ｃの一端を直流電源１からカレントトランス21に至るプラス側入力電圧ラインに接続している。
【００１８】
この場合、スイッチング素子４がターンオフし、トランス３の一次巻線３Ａに誘導起電圧が発生すると、同じトランス３に巻装するリセット巻線３Ｃの両端間電圧が上昇し、ダイオード32が導通する。こうなると、ダイオード32を通してリセット巻線３Ｃから直流電源１側にエネルギーが戻され、スイッチング素子４の両端間電圧はそれ以上に上昇しなくなる。この時のリセット巻線３Ｃからの電流は、直流電源１からカレントトランス21に至るプラス側入力電圧ラインにリセット巻線３Ｃの一端が接続される関係で、カレントトランス21を通らず直流電源１側に直接流れ込む。したがって、カレントトランス21はリセット巻線３Ｃを流れる電流を検出することなく、トランス３の二次側に変換するエネルギーに相当する一次側電流Ｉｉのみを、正確に検出することが可能になる。
【００１９】
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、実施例ではカレントトランス21からの検出結果に基づき、並列運転時における各電源本体２からの負荷電流を均等にするように構成したが、負荷電流が定格値以上に流れた時に、これをカレントトランス21で検出して、出力のディレイシャットダウンを行なう構成を採用してもよい。また、電流検出器としてはカレントトランスに限らず、例えば抵抗などを利用することも可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のスイッチング電源装置によれば、リセット巻線を流れる電流を電流検出器が検出しないようにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】従来例におけるスイッチング電源装置の回路図である。
【符号の説明】
１直流電源
３トランス
３Ａ一次巻線
３Ｃリセット巻線
４スイッチング素子
21 カレントトランス
32 ダイオード

Claims

直流電源の両端間にトランスの一次巻線とスイッチング素子との直列回路を接続し、前記直流電源から前記トランスの一次巻線に至るプラス側入力電圧ラインに電流検出器を挿入接続すると共に、前記トランスに巻装されるリセット巻線と、このリセット巻線の他端と前記直流電源から前記スイッチング素子に至るマイナス側入力電圧ラインとの間に接続されるダイオードとを備え、前記スイッチング素子のオフ時に前記ダイオードが導通して、前記リセット巻線の一端から直流電源側にエネルギーを戻すスイッチング電源装置において、前記リセット巻線の一端を前記直流電源から前記電流検出器に至るプラス側入力電圧ラインに接続したことを特徴とするスイッチング電源装置。