JPH01164268A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は産業用や民生用の機器に直流安定化電圧を供給
するスイッチング電源装置に関するものである。

従来の技術 従来、この種のスイッチング電源装置は、第５図に示す
ような構成であった。第５図を参照して、従来技術とし
てのスイッチング電源装置を説明する。１は直流入力電
源であり、２は制御回路の信号によりオンオフするスイ
ッチング素子３より主に構成されるスイッチング回路、
７はコンデンサ、６は抵抗でトランス９０１次巻線９ａ
の両端にダイオード８を介して並列に接続され、前記１
次巻線９ａに発生するフライバック電圧を維持し前記ト
ランス９の磁束をリセットすると同時に、トランス９の
リーケージイングクタンスにより発生する前記フライバ
ック電圧に重畳されるスパイク電圧をカットするスナバ
−回路、９はトランスで１次巻線９ａと２次巻線９ｂを
有しており、１次巻線９ａに印加されるパルス電圧を２
次巻線９ｂに誘起するとともに所定の電圧に変圧し、ダ
イオード１０および１°１、チョークトランス１２、コ
ンデンサ１３より構成される出力平滑回路により直流に
変換され、出力端子１４　、１４’　　より負荷に供給
される。制御回路１６は出力端子１４．１４’の直流電
圧が絶えず一定になるように、スイッチング回路２に印
加する制御信号を変化させることで調整する。

さらにダイオード８および抵抗６とコンデンサ７の並列
接続回路よシ構成される前記スナバ−回路の動作につい
て、第６図を参照して詳細に説明する。第６図ａはスイ
ッチング回路２に印加される電圧波形Ｔａｓ　ｋ示して
おり、第６図すはスイッチング回路に流れる電流波形”
ｏ’ｔ−示し、第６図Ｃはトランス９の磁束密度の変化
を各周期毎に示したＢ−Ｈ曲線で、第６図ｄは前記スナ
バ−回路のコンデンサ７の両端電圧ｖｃを示している。

スイッチング回路２が制御信号によりオンするＴ。、期
間にトランス９には磁束が蓄えられ、前記スイッチング
回路２が制御信号によりオフするＴ。、。

期間にトランス９に蓄えられた磁束のエネルギーは１次
巻線９ａに接続された前記スナバ−回路のダイオード８
と抵抗６とからなる閉回路で消費されると共にコンデン
サ７の両端電圧ｖ０の電圧値にフライス・ンク電圧値ｖ
Ｒがクランプされ、スイッチング回路２の電圧波形ｖＤ
ｓ　　が上昇するのが制限されると同時に、トランス９
が磁気的にリセットされる。スイッチング回路２のＴｏ
、２期間におけるリセット電圧ｖＲの発生期間はＴＲ期
間であり、トランス９がリセットされた後には直流入力
電圧１の電圧Ｖ□　がスイッチング回路２に印加される
。トランス９が飽和しないためには、次の関係を満足さ
せなければならない。

ＶｘＴ　　＝ｖｘ’ｒ　　　、ＴＲ≦Ｔ０．。

ＩＩ　　　　　　１　　　　　１Ｎ　　　　ＯＮさらに
従来回路を改良したものに、前記抵抗６を定電圧回路な
どの非線形素子回路にしたものが実公昭６２−１９１０
４号公報としてすでに考案されており、前記コンデンサ
７の両端電圧を絶えず一定電圧とすることで、負荷電流
の急激な変化によるトランス９のリセット不能を防止す
ることが可能である。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、直流入力電圧が印加されス
イッチング回路が動作する起動開始時に発生するトラン
ス９に蓄えられた磁束のエネルギーはコンデンサ７に吸
収されるが、起動開始前のコンデンサ８の両端電圧ｖａ
はゼロボルトのため、徐々にしか前記コンデンサ７の両
端電圧ｖ０は上昇シなく、そのためスイッチング回路２
がオフした時の１次巻線９１Ｌに発生するフライバック
電圧値ｖＲは低い電圧でクランプされることになる。

第７図は、起動開始時の各部の波形を示し、各波形は第
６図と同一のため詳細な説明は省略するが、コンデンサ
７の両端電圧ｖ０が徐々にしか上昇しないため、ｖＲｘ
ＴＲくｖ□ＸＴｏＨの期間が続くことでトランス９は飽
和してスイッチング回路２に過大な電流が流れ、スイッ
チング素子３が破壊するのを防止するためトランス９の
磁束密度を低く設計しなければならずトランスが大型化
し、スイッチング素子３も必要以上に大容量なものが必
要となるなどコストがアップし形状も大型化する。尚、
コンデンサ７の容量を小さくすることで前記両端電圧ｖ
０の上昇を早めることは可能だが、１次巻線９１Ｌに発
生するフライス・ンク電圧に重畳されるスパイク電圧に
よりコンデンサ７が高い電圧に充電されるため、前記ス
パイク電圧をクランプする電圧が高くなり、スナバ−と
しての効果が小さくなり、スイッチング回路２に高い電
圧が印加されるため、スイッチング素子３に高耐圧なも
のが必要になる。さらに、制御回路１５の制御信号を起
動開始時にはオン期間を狭くして、徐々に広げることで
起動させるソフトスタート機能を付加することでトラン
ス９の飽和を防止することが可能であるが、出力電圧の
立上り時間が遅くなり負荷の電子回路の誤動作やシーケ
ンスなどで立上り時間に規制がある場合に問題があった
。

本発明はこのような問題点を解決するもので、コンデン
サ７に起動開始前より直流入力電源と同一な電圧まであ
らかじめ充電しておくことで、起動開始前のフライバッ
ク電圧ｖＲを確保し、トランスの飽和を防止するととも
に、スパイク電圧のクランプも十分に行うことを可能と
することを目的とするものである。

問題点を解決するだめの手段 この問題点を解決するために本発明は、直流入力電源の
一端に接続され制御回路の信号によりオンオフするスイ
ッチング素子と、少なくとも前記スイ・ソチング素子と
前記直流入力電源の他端に直列に接続される巻線を有す
るトランスと、前記直流入力電源の両端に接続された第
１のダイオードと前記制御回路が動作するとオンまたは
オフするスイ・ソチ回路の直列回路と、前記巻線と前記
スイッチング素子の接続点より第２のダイオードを介し
てコンデンサと非線形素子回路の並列接続回路を前記ス
イヮチ回路と前記第１のダイオードの接続点に接続した
構成とするものである。

作用 この構成により、起動開始前にコンデンサを充電するこ
とで、起動開始時よりトランスの１次巻線に発生するフ
ライバック電圧を確保することで、トランスの飽和を防
止することが可能となる。

実施例 第１図は本発明の一実施例によるスイッチング電源装置
の回路構成図であり、第１図において第６図と同じもの
は同一符号を記し詳細な説明は省略する。１は直流入力
電源であり、２はスイッチング素子３より主に構成され
るスイッチング回路、６および８はダイオードでトラン
ス９の１次巻線９ａの一端にダイオード６のアノードが
接続され、他端にダイオード８のカソードが接続され、
ダイオード５０カソードはコンデンサ７と非線形素子回
路６の並列回路を介してダイオード８のアノードに接続
されており、さらにダイオード８のアノードは抵抗４を
介して直流入力電源１の負電位に接続されている。ダイ
オード８のカソードと１次巻線９ａの接続点は直流入力
電源１の正電位が接続され、ダイオード６のアノードと
１次巻線９ａの接続点はスイッチング回路２を介して直
流入力電源１の負電位に接続されている。制御回路１６
が動作してスイッチング回路２が制御信号でオンすると
トランス９には磁束が蓄えられ、前記スイッチング回路
２が制御信号でオフするとトランス９に蓄えられた磁束
のエネルギーは１次巻線９１Ｌに接続されたダイオード
５と非線形素子回路６とダイオード８とからなる閉回路
で消費されると共にコンデンサ７の両端電圧にフライバ
ック電圧を維持し前記トランス９の磁束をリセットする
と同時にトランス９のリーケージイングクタンスにより
発生する前記フライバック電圧に重畳されるスパイク電
圧をも前記コンデンサ７の両端電圧にカットする。１０
および１１はダイオードであり、１２はチゴークトラン
ス、１３はコンデンサであり、１４−１４’　　は出力
端子である。

さらに制御回路１５が動作を開始する起動開始時のダイ
オード６および８、非線形素子回路６、コンデンサ７、
抵抗４の動作について、第２図を参照して詳細に説明す
る。第２図は、起動開始時の各部の波形ギ示し、各波形
は第６図、第７図と同一のため詳細な説明は省略する。

直流入力電源１の電圧ｖｘＮ　　が印加されると、直流
入力電源１の正電位よりトランス９の１次巻線９ａ、ダ
イオード５、コンデンサ７、抵抗４を介して前記直流入
力電源１の負電位に電流が流れるため、コンデンサ７０
両端電圧ｖ０は直流入力電源１又は非線形素子回路６の
クランプ電圧と同一電圧まで充電される。ダイオード８
は直流入力電源１が抵抗４により短絡されるのを防止す
る。次に制御回路１５が動作を開始して起動開始すると
スイッチング回路２がオンオフを開始する。前記起動開
始時に発生するトランス９に蓄えられた磁束のエネルギ
ーはコンデンサ７に吸収されるが、起動開始前のコンデ
ンサ７の両端電圧ｖｃは直流入力電源１と同−電圧又は
非線形素子回路６のクランプ電圧にすでになっているた
め、１次巻線９２Ｌに発生するフライパック電圧値ｖＲ
は直流入力電源１又は非線形素子回路６のクランプ電圧
とほぼ同一の電圧値まで上昇し維持され、トランス９の
磁束をリセットすることが可能となり、トランス９は飽
和することなく安定に起動することができる。

第３図は、本発明の他の実施例を示すものである。この
実施例の回路では、トランス９０１次巻線９ａに接続さ
れる非線形素子回路６とコンデンサ７の並列回路とダイ
オード８の直列接続回路の接続点にダイオード１６と抵
抗４の直列回路を接続し直流入力電源１の負電位に接続
した構成のもので、動作的には第１図の回路とまったく
同一となるため詳細は省略する。

また、前記ダイオード５および８のダイオードの動作遅
れによるスパイク電圧のクランプ動作遅れを防止するた
めにダイオードと並列にコンデンサを接続する場合もあ
る。

第４図は、本発明の実施例に使用した非線形素子回路６
の具体的な抵抗値および電流特性例を示している。

発明の効果 以上のように本発明によれば、起動開始時にもスイッチ
ング回路がオフした時に発生するフライバラク電圧を高
い電圧に維持することが可能となることから、ｖＲｘＴ
Ｒ＞ｖＸＮｘＴｏ、ｌ　　の期間が十分に確保でき（た
だし、非線形素子回路のクランプ電圧を直流入力電源の
最大値より高く設定しても最大、ＴＯＦＦ≧ＴＯＨの範
囲で）、トランスの磁束を確実にリセットすることが可
能となり飽和を防止できる。尚、Ｔ　ＯＦＦ≧ＴＯＨの
範囲は、通常フィードフォワード方式およびフライバ・
ツク方式で一般に広く使用されているトランスの帰還巻
線による磁束エネルギーの回生を行う場合に、帰還巻線
と１次巻線の結合を良くする必要からパイファイラー巻
きを行うため同−巻線数となることから、Ｔｏア、≧Ｔ
ＯＨの使用制限が加わるため実用上はほとんどさしつか
えはない。

このことから、起動開始時のトランスの飽和に対する対
策が不要となり、必要以上の大容量スイッチング素子を
使用する必要がなく、トランスの磁束密度も高く設計可
能となり、ソフトスタート等の特別な回路も不要となり
、コスト低減、小形化が可能となるなどの効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるスイッチング電源装置
の回路構成図、第２図は本発明の動作波形図、第３図は
本発明の他の実施例の回路構成図、第４図は本発明の実
施例で使用した非線形素子回路の特性図、第５図は従来
のスイッチング電源装置の回路構成図、第６図は従来回
路の動作波形図、第７図は従来回路の起動開始時の動作
波形図である。 １・・・・・・直流入力電源、２・・・・・・スイッチ
ング回路、３・・・・・・スイッチング素子、４・・・
・・・抵抗、５．８゜１０．１１・・・・・・ダイオー
ド、６・・・・・・非線形素子回路、７．１３・・・・
・・コンデンサ、−９・・・・・・トランス、１２・・
・・・・チョークトランス、１４　、１４’・・・・・
・出力端子、１６・・・・・・制御回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１−
　直流入力電源 ２−　スイッチング回路 ３−　スイヅ＋素子 ４−　底　杭 ５．８．１０．Ｈ−−−グイオート ９−）−ランス ！２−　　夫ヨークトランス １４、Ｊ４’−一一出力鍋子 Ｉ５−ｍ−氷り　即　Ｅｌ　路 第１図 第２図 直流入力電圧印加 第３図 笥４図 印加電圧　Ｖｚ 第５図 第６図 ＤＳ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流入力電源の一端に接続され制御回路の信号に
   よりオンオフするスイッチング素子と、少なくとも前記
   スイッチング素子と前記直流入力電源の他端に直列に接
   続される巻線を有するトランスと、前記直流入力電源の
   両端に接続された第１のダイオードと前記制御回路が動
   作するとオンまたはオフするスイッチ回路の直列回路と
   、前記巻線と前記スイッチング素子の接続点より第２の
   ダイオードを介してコンデンサと非線形素子回路の並列
   接続回路を前記スイッチ回路と前記第１のダイオードの
   接続点に接続したことを特徴とするスイッチング電源装
   置。
2. （２）直流入力電源の両端に接続された第１のダイオー
   ドと第２のダイオードの直列接続回路と前記制御回路が
   動作するとオンまたはオフするスイッチ回路の直列回路
   と、前記巻線と前記スイッチング素子の接続点よりコン
   デンサと非線形素子回路の並列接続回路を介して前記第
   １および第２のダイオードの接続点に接続したものであ
   る特許請求の範囲第１項記載のスイッチング電源装置。