JP5183303B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
トランジスタ技術SPECIAL No.57"最新・スイッチング電源技術のすべて"、CQ出版株式会社、1997年1月1日、p.17〜18
また、スイッチング素子がON状態となった際にスナバコンデンサから放電される放電電流は、スイッチング素子、補助巻線、および第1ダイオードを通じて流れる。すなわち、放電電流の流通方向に対して逆方向に接続された第2ダイオードの存在により、放電電流は平滑コンデンサを通じて流れることはなく、必ず補助巻線に流れる。このため、放電電流は補助巻線のインダクタンスによって波高値が抑えられ、スイッチング素子の導通損失が低減される。
その結果、本発明に係るスイッチング電源装置は、高効率であり、かつスイッチング動作に伴って発生するノイズを低減させることができる。
図1に、本発明に係るスイッチング電源装置を示す。このスイッチング電源装置1は、整流ダイオードD1と平滑コンデンサC1とを備え、交流電源2から入力される交流電圧VINを整流および平滑する。また、スイッチング電源装置1は、トランスTと、その一次巻線T1に接続されたスイッチング素子Q(本実施形態では、FET)と、そのスイッチング動作を制御する制御部3とを備える。制御部3がスイッチング素子Qをスイッチング動作させると、トランスTの二次側に設けられた二次巻線T2および一次側に設けられた補助巻線T3に、それぞれ、交流電圧が誘起され、誘導電流が流れる。
次に、図2を参照して、スイッチング素子Qをスイッチング動作させた際のスイッチング電源装置1の動作を説明する。図2において、波形Aはスイッチング素子Qのドレイン−ソース間電圧VDS、波形Bは整流ダイオードD2の順方向電流、波形CはスナバコンデンサCおよび補助電源部5からなるスナバ回路を省略した場合の、スイッチング素子Qのドレイン電流ID’、波形DはスナバコンデンサCの充放電電流ION/IOFF、そして、波形Eはスナバ回路による影響を加味した実際のドレイン電流IDを示す。
なお、波形Dに示す電流IOFFの下側への変動は、図1に示す回路図において矢印方向に流れる電流IOFFが増加することに対応し、電流IONの上側への変動は、矢印方向に流れる電流IONが増加することに対応している。
また、以下では、出力負荷電流が比較的少ない“不連続動作モード”における動作を例に挙げて説明する。
ここで、本実施形態では、スイッチング素子QがON状態に切替わった際に、スナバコンデンサCの放電電流である電流IONが、補助巻線T3の一端側(●が付された側)から他端側に向かって流れる。したがって、電流IONはトランスTの駆動電流に流用されていることになる。
また、本発明に係るスイッチング電源装置1では、補助巻線T3のインダクタンスによって電流IONの波高値を下げることができるので、スイッチング素子Qのドレイン電流IDも減少し、スイッチング素子Qの導通損失を低減することができる。その結果、ノイズの低減とスイッチング電源装置の高効率化を図ることができる。
図1に示す本発明に係るスイッチング電源装置1(実施例)と、図4に示す従来のスイッチング電源装置1’(従来例)について、同一条件の下で入力電力と変換効率を測定した結果を示す。なお、いずれの電源装置においても、交流電圧VINはAC100V、出力条件は16V/1.8A、スイッチング周波数は70kHz、スナバコンデンサCは220pFとした。また、従来例におけるスナバ抵抗Rは47Ωとした。
これにより、図3に示すように、スイッチング素子Qのドレイン−ソース間電圧VDSの立ち上がりを緩やかにし、振動周波数を低くすることができるので、OFF状態に切替わる際に発生するノイズをさらに抑制することができる。すなわち、実施例に係るスイッチング電源装置では、主として一次巻線T1の漏れインダクタンスとスナバコンデンサCとで共振している振動波形の振動周波数、および主として一次巻線T1の本来のインダクタンスとスナバコンデンサCとで共振している振動波形の振動周波数を低下させるとともに、その振幅を小さくすることができる。これにより、図3(A)(B)に示すように、スイッチング素子Qのドレイン−ソース間電圧VDSの波形と、ドレイン電流IDの波形との重複部分の面積で表されるスイッチングロスを増加させることなく、ノイズを低減することができる。
したがって、本発明によれば、高効率で、かつスイッチング動作に伴って発生するノイズを低減することができるスイッチング電源装置を提供することができる。
2 交流電源
3 制御部
4 出力電圧検出部
5 補助電源部
Claims (4)
- トランスの一次巻線に接続されたスイッチング素子と、当該スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部とを備え、前記スイッチング素子のスイッチング動作によって前記トランスの二次巻線に誘起される交流電圧を整流および平滑して出力電圧を生成するとともに、当該出力電圧を前記制御部にフィードバックすることにより、前記出力電圧が一定に保たれるスイッチング電源装置であって、
前記トランスの一次側に設けられた補助巻線と、
前記補助巻線の一端にアノードが接続された第1ダイオード、および当該第1ダイオードのカソードにアノードが接続された第2ダイオードを含み、前記補助巻線に誘起される交流電圧を整流する整流部と、
一端が前記第2ダイオードのカソードに接続されるとともに他端が前記補助巻線の他端に接続され、前記整流部によって整流された前記交流電圧を平滑する平滑コンデンサと、
前記一次巻線および前記スイッチング素子の接続点と、前記第1ダイオードおよび第2ダイオードの接続点の間に介装されたスナバコンデンサと、
を有し、
前記補助巻線の他端が、前記スイッチング素子の端部のうち前記一次巻線と接続されている端部とは反対側の端部に接続され、
前記スイッチング素子がOFF状態となった際に、前記スナバコンデンサを充電する充電電流が前記第2ダイオードおよび前記平滑コンデンサを介して流れ、前記スイッチング素子がON状態となった際に、前記スナバコンデンサから放電される放電電流が前記スイッチング素子、前記補助巻線および前記第1ダイオードを介して流れることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記スイッチング素子がON状態となった際に、前記補助巻線に流れる誘導電流の向きと、前記スイッチング素子を通って前記補助巻線に流れ出す前記スナバコンデンサの放電電流の向きとが同一であることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
- 前記スイッチング素子はFETであり、前記FETのドレインが前記一次巻線に接続され、前記FETのソースが前記補助巻線の他端に接続され、
前記FETのドレイン−ソース間に前記スナバコンデンサと前記平滑コンデンサとが前記第2ダイオードを挟んで介装されていることを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチング電源装置。 - 前記補助巻線、前記第1ダイオード、前記第2ダイオード、および前記平滑コンデンサが補助電源部を構成し、当該補助電源部が、前記平滑コンデンサで平滑された後の電圧を前記制御部の電源電圧として供給することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
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