JP4780547B2 - 部分共振型他励式スイッチング電源装置 - Google Patents
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図7に示した波形は上からスイッチ素子23の電流と電圧、それにスナバコンデンサ24の電流を指している。スナバコンデンサ24の電流の負の部分はスナバコンデンサ24と1次巻線21の直列共振によるもので、それによってスイッチ素子23の電圧はゼロまで下がり、ゼロでターンオンして電流が立上がることを示している。
図9は図8の回路の波形図である。図の(1)と(2)は2つのスイッチ素子のオンとオフの位相の関係を示している。(3)は主スイッチ素子47の電圧波形である。(4)と(5)は2つのスナバコンデンサの各々の電圧波形であるが、互いに向き合っている電圧であるから、2つのコンデンサの合成電圧はそれらの差になる。主スイッチ素子47がターンオンする直前に差はゼロになっている。
パルス発生回路7は信号入力端子74がフライバック電圧の立下がる信号を受信するとパルスを発生して第1のスイッチ素子2をターンオンさせる。そして、1次巻線1aに励磁電流が流れる。巻線にはドットマークを付けた側と反対側が正の電位になる電圧が発生し、信号入力端子74には負の電圧が加わっている。第1のスイッチ素子2がターンオフすると巻線にはドットマークを付けた側が正の電位になる電圧が発生し、励磁エネルギは2次巻線1bから整流平滑されて負荷側に供給される。また、信号入力端子74には正の電圧が加わる。励磁エネルギがなくなると、巻線の電圧はゼロに戻るが、このとき信号入力端子74の電圧が立下がるので、それによってにパルス発生回路7がパルスを発生し、以下同じ動作を繰り返す。パルスの幅はパルス幅制御端子75の電圧によって制御されているので負荷に加わる電圧は一定に制御される。
図1において、第2のスイッチ素子13は、第2の帰還巻線1dのドットマーク側が正の電位のときにオンになるので第1のスイッチ素子2がオン状態の時はオフで、第1のスイッチ素子2がオフ状態のときはオンになる。すなわち、第1のスイッチ素子2と第2のスイッチ素子13のオン・オフの位相は互いに反転している。
トランス1の励磁エネルギがゼロになると全ての巻線の電圧も下がるがそのとき、第1のコンデンサ14の電圧が直流電源8の電圧より高いため、第1のコンデンサ14と1次巻線1aによって共振が起き、各巻線の電圧は三角関数の波形を描いて下がる。第2の帰還巻線1dの電圧が下がることによって第2のスイッチ素子13はオン状態からターンオフする。このとき第1のスイッチ素子2はオフ状態からターンオンするが、第1の帰還巻線1cの電圧の変化は抵抗11とコンデンサ12からなる回路によって遅れてパルス発生回路7に伝わるため、第2のスイッチ素子13がターンオフしてから遅れて第1のスイッチ素子2がターンオンする。
図4は第1のスイッチ素子2がオフ状態からターンオンするときの第1のスイッチ素子2の両端の電圧波形をとらえたもので、(a)は第2のスイッチ素子13のターンオフの遅れが小さいときの波形、(b)はその遅れがほぼ理想のときの波形である。
図中のt1はトランス1の励磁エネルギがゼロになって、第1のコンデンサ14と1次巻線1aの共振が始まる時刻である。t2は第2のスイッチ素子13がターンオフして、第1のコンデンサ14と第2のコンデンサ15の直列回路と1次巻線1aの共振が始まる時刻である。t3は第1のスイッチ素子2がターンオンする時刻である。v1は直流電源8の電圧であり、波形(a)と(b)がv1に等しくなるときは巻線の電圧がゼロになっている。t1で始まった共振がそのまま続けば4分の1周期後にv1に達し、そのとき1次巻線1aを流れる共振電流はピークに達している。
図5は第1のスイッチ素子2がターンオフしてオフ状態に入った後、再びターンオンするまでの第1のスイッチ素子2の両端の電圧波形をとらえたもので、(a)は可飽和インダクタ17が付いていないときの波形で(b)は可飽和インダクタ17が付いているときのものである。
図中t0は第1のスイッチ素子2のターンオフの時刻であり、その少し後に第2のスイッチ素子13がターンオンする時刻でもある。t1はトランス1の励磁エネルギがゼロになる時刻、t2は第2のスイッチ素子13がターンオフする時刻、t3は第1のスイッチ素子2がターンオンする時刻である。v1は直流電源8の電圧である。波形(a)において、第2のスイッチ素子13は制御電極の電圧がしきい値を下まわるまでオン状態を続けるので、t1とt2の間が長く、その間に1次巻線1aを流れる共振電流はそれなりに大きくなっている。そのため、第2のスイッチ素子13がターンオフしたときは、第1のコンデンサ14と第2のコンデンサ15の直列回路の両端の電圧はゼロまで達した後も1次巻線1aには電流が残っていて、その電流はターンオンした第1のスイッチ素子2を逆に流れる。その電流は共振電流ではなくフライホイール電流であるが、電流のエネルギは直流電源8に回生される。
波形(a)のt1とt2の間、t2とt3の間の共振電流とt3以降のフライホイール電流はいずれも回生電流となってエネルギは再生されるが、電流が流れる部品の抵抗成分によるロスが大きくなる短所を持っている。
波形(b)において、第2のスイッチ素子13は可飽和インダクタ17が飽和すれば制御電極の電圧がゼロになってターンオフする。所定の時間で飽和する可飽和インダクタ17を選ぶことにより、第2のスイッチ素子13をt1を過ぎた適当な時刻t2でターンオフさせることができる。t2において、1次巻線1aを流れる電流が適当な値に達していれば、第1のコンデンサ14と第2のコンデンサ15の直列回路の電圧をゼロまで下げることが可能である。
波形(b)のt1とt2の間が短縮されるので1次巻線1aを流れる共振電流も小さくなり、回生の際に部品の抵抗成分によって失われるロスを小さくすることができる。
1a 1次巻線
1b 2次巻線
1c 第1の帰還巻線
1d 第2の帰還巻線
2 第1のスイッチ素子
3 整流ダイオード
4 平滑コンデンサ
7 パルス発生回路
8 直流電源
9 負荷
11 抵抗
12 コンデンサ
13 第2のスイッチ素子
14 第1のコンデンサ
15 第2のコンデンサ
16 抵抗
17 可飽和インダクタ
21 1次巻線
22 帰還巻線
23 スイッチ素子
24 スナバコンデンサ
25 可飽和インダクタ
26 直流電源
41 補助スイッチ素子
42 巻線
43 可飽和インダクタ
44 第2のスナバコンデンサ
46 1次巻線
47 主スイッチ素子
48 巻線
49 第1のスナバコンデンサ
50 第1の可飽和インダクタ
54 直流電源
61 補助スイッチ素子
62 第2の帰還巻線
64 第2の可飽和インダクタ
65 第2のスナバコンデンサ
67 1次巻線
68 主スイッチ素子
69 第1の帰還巻線
71 直流電源入力端子
72 グランド端子
73 出力端子
74 信号入力端子
75 制御端子
80 第1のスナバコンデンサ
81 第1の可飽和インダクタ
86 2次巻線
Claims (3)
- トランスの1次巻線と前記1次巻線に直列に接続された第1のスイッチ素子と前記1次巻線に電磁的に結合した第1の帰還巻線と前記1次巻線に電磁的に結合した2次巻線と前記2次巻線に生じるフライバック電圧を直流電圧に変換する整流平滑回路と前記第1の帰還巻線に生じる電圧を検出してフライバック電圧が立下がるときにパルスを立上げかつ前記整流平滑回路によって変換される直流電圧を一定に保つために前記パルスの幅を制御することができるパルス発生回路を備えた他励式スイッチング電源装置において、前記第1の帰還巻線に生じる電圧を検出する回路に検出を所定の期間遅らせる遅延回路を挿入し、前記第1のスイッチ素子に並列に第2のスイッチ素子と第1のコンデンサからなる直列回路を接続し、前記第2のスイッチ素子の制御電極に前記第2のスイッチ素子を前記第1のスイッチ素子のオン・オフの位相と逆の位相でオン・オフする前記1次巻線に電磁的に結合した第2の帰還巻線を接続し、前記第2のスイッチ素子に並列に第2のコンデンサを接続したことを特徴とするソフトスイッチング電源装置。
- 前記第2のスイッチ素子の制御電極に直列に可飽和インダクタを挿入したことを特徴とする請求項1記載のソフトスイッチング電源装置。
- 前記第2のスイッチ素子の制御電極に並列に可飽和インダクタを接続したことを特徴とする請求項1記載のソフトスイッチング電源装置。
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