JPH02241360A - スイッチングレギュレータ - 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、スイッチングレギュレータの改良に関する。

特に、スイッチングレギュレータに付属するスナバ回路
を、電力損失をほとんど発生させないでスパイク電圧を
吸収することのできるようにする改良に関する。

〔従来の技術〕

従来技術に係るＬＣスナバ回路を有するスイッチングレ
ギュレータについての１例を第２図を参照して説明する
。

第２図参照 図において、＋■または一部は直流電源の正極または負
極であり、Ｔは変圧器であり、Ｔ、はその一次巻線であ
り、Ｔ２はその二次巻線であり、Ｑはトランジスタ等ス
イッチング手段であり、ａ・ｂまたはＣは上記部材の図
示する接続点であり、−点鎖線をもって囲まれたＬＣ３
はＬＣスナバ回路であり、チョッパ制御Ｂされる前記の
変圧器Ｔに不所望に過大な電圧が発生することを防止す
る機能を有する。Ｃはキャパシタであり、Ｌはインダク
タンスであり、Ｄｌ及びＤ！はダイオードである。

スイッチング手段Ｑがオンした状態では変圧器Ｔからス
イッチング手段Ｑに電流が流れている。

この後、スイッチング手段Ｑがオフになると、変圧器Ｔ
に流れていた電流は、キャパシタＣ・第１のダイオード
Ｄ、の直流回路を介して、スイッチング手段Ｑがオンし
た状態と同一の方向に流れるので、変圧器Ｔの一次巻線
Ｔ１の電圧は異常に上昇することはなく、スイッチング
手段Ｑへの印加電圧の上昇は制限される。この結果、キ
ャパシタＣは実線の矢印で示す方向の電圧に充電される
。

スイッチング手段Ｑが再びオンすると、キャパシタＣの
電荷はＣ−Ｑ−Ｄｔ　−Ｌ−Ｃの回路で放電し、キャパ
シタＣに蓄積されていたエネルギーがインダクタンスし
に伝達される。インダクタンスＬを流れる電流がさらに
流れ続けると、キャパシタＣは初めとは逆の極性（破線
の矢印で示す方向）に充電され始める。このキャパシタ
Ｃに充電される逆極性の電圧の大きさはキャパシタＣに
当初蓄積されていたエネルギーの大きさにより決定され
る。もし、キャパシタＣが初めに持っていたエネルギー
が充分に大きいと、キャパシタＣに充電される逆極性の
電圧は電源電圧以上になろうとするため、これ以後はイ
ンダクタンスしに流れている電流は電源に戻ること−な
る。この後、スイッチング手段Ｑがオフになった場合の
動作は前述の通りであるが、キャパシタＣに逆極性の電
圧が充電されていると、スイッチング手段Ｑがオフにな
った後もキャパシタＣから第１のダイオードＤ１を介し
て変圧器Ｔに電力を与えることになる。キャパシタＣの
電圧がＯ（零）■になった後、すなわち、変圧器Ｔの両
端の電圧が０（零）■になった後は、前述の通り、変圧
器Ｔに流れていた電流はキャパシタＣ・第１のダイオー
ドＤ１の経路で流れるので、スイッチング手段Ｑへの印
加電圧の上昇は制限されること−となる０以上のように
動作して、上記のスナバ回路ＬＣ３はスイッチングレギ
ュレータを過電圧から保護する機能を発揮する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記したとおり、従来技術に係るＬＣスナバ回路を有す
るスイッチングレギュレータにおいては、スパイク電圧
をキャパシタＣにより吸収し、キャパシタＣとインダク
タンスＬとの相互作用によりキャパシタＣは逆極性に充
電され、場合によってインダクタンスＬのエネルギーの
一部が電源に戻るが、この時第２のダイオードＤ８を電
流が通るため、キャパシタＣへの充電または電源への逆
流によりインダクタンスＬを流れている電流が減衰して
いってＯ（零）Ａになった後も、第２のダイオードＤｔ
の逆回復時間の間はそれまでとは逆方向の電流が流れる
こと＼なる。この電流は第２のダイオードＤ、の逆回復
時間経過後は直ちに０（零）Ａになるためインダクタン
スＬには第２のダイオードＤ２側を正に、キャパシタＣ
側を負にする極性の電圧が発生する。この電圧の大きさ
は、第２のダイオードＤ！の逆回復時間に関連しており
、通常電源電圧より相当太き（なる、このため、第２の
ダイオードＤｔは、この電圧に耐えるように充分な逆耐
電圧が必要となる。また、前記インダクタンスＬの両端
に発生する電圧の立ち上りは警、峰なため、インダクタ
ンスＬの両端には、インダクタンスＬの浮遊容量とイン
ダクタンスによる高周波振動が発生し、ノイズ発生の原
因となる。

このノイズが制御系に侵入して、制御系の機能を阻害し
、制御不調を起こすこともある。

本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、前記
の第２のダイオードＤ８の所要耐圧を大幅に低減させ、
これによって、第２のダイオードＤ２の小形化、低廉化
を図り、またＬＣＣナナ回路におけるノイズ発生を抑制
してこのノイズによる制御不調を排除できるＬＣＣナナ
回路を有するスイッチングレギュレータを提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段〕 上記の目的は、直流電源の一方の電極例えば第１図に＋
■をもって示す正電極に一次巻線（Ｔ１）が接続される
変圧器（Ｔ）の前記の一次巻線（Ｔ１）と前記の直流電
源の他方の電極例えば第１図に−Ｖをもって示す負電極
にその出力側（第１図においてはエミッタ）が接続され
るトランジスタ等スイッチング手段（Ｑ８）との直列回
路と、前記の変圧器（Ｔ）の一次巻線（’ｒ＋　）と前
記のスイッチング手段（Ｑ）との接続点（ａ）と前記の
変圧器（Ｔ）の一次巻線（Ｔ１）と前記の一方の電極と
の接続点（ｂ）との間に接続される、キャパシタ（Ｃ）
と前記の接続点（ｂ）側を負側とする第１のダイオ〒ド
（Ｄ１）との直列回路と、前記のスイッチング手段（Ｑ
）の出力側（Ｃ）と前記のキャパシタ（Ｃ）と前記の第
１のダイオード（Ｄｌ）との間に接続される、前記のス
イッチング手段（Ｑ）の出力側（ｃ）を正側とする第２
のダイオード（Ｄｚ　）とインダクタンス（Ｌ）との直
列回路とを存し、前記の第２のダイオード（Ｄ鵞）とイ
ンダクタンス（Ｌ）との間と、前記の変圧器（Ｔ）の一
次巻線（Ｔ１）の前記の一方の電極との接続点（ｂ）と
の間に、前記の接続点（ｂ）側を負側とするダイオード
（Ｄ１）が接続されているスイッチングレギュレータよ
って達成される。

〔作用〕

本発明に係るスイッチングレギュレータは従来技術に係
るＬＣＣナナ回路の一部すなわち前記の第２のダイオー
ドＤｔとインダクタンスＬとの間と、前記の変圧器Ｔの
一次巻線Ｔ１の前記の一方の電極との接続点すとの間に
、前記の接続点す側を負側とするダイオードＤ、が接続
されている。

このため、ダイオードＤ、の逆回復時間の間、第２のダ
イオードＤ！に流れていた逆方向電流が逆回復時間経過
後、急速にＯ（零）Ａになった際、それまでインダクタ
ンスしに流れていた電流が流れ得る回路がダイオードＤ
、によって新たに形成されているので、インダクタンス
Ｌの両端に異常に高い電圧が発生することはなく、従っ
て前記の第２のダイオードＤｔにも異常に高い逆方向電
圧は印加されず、またＬＣＣナナ回路におけるノイズ発
生を抑制することもできる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつ一１本発明の一実施例に係るスイ
ッチングレギュレータについて説明する。

第１図参照 図において、Ｄ、が、本発明の要旨に係る第３のダイオ
ードであり、他の記号は従来技術に係る一実施例を示し
た第２図と同一である。

スイッチング手段（例えばスイッチングトランジスタ）
Ｑがオンした状態では、変圧器Ｔからスイッチング手段
Ｑに電流が流れている。この後、スイッチング手段Ｑが
オフになると、変圧器Ｔに流れていた電流はキャパシタ
Ｃ・第１のダイオードＤ１の経路で流れるので、変圧器
Ｔの一次巻線Ｔ１の電圧は異常に上昇することはなく、
スイッチング手段Ｑへの印加電圧の上昇は制限されてス
イッチング手段Ｑは充分保護される。この結果、キャパ
シタＣは実線の矢印で示す方向の電圧に充電される。ス
イッチング手段Ｑが再びオンすると、キャパシタＣの電
流はＣ−Ｑ−Ｄｇ　−Ｌ−Ｃの回路で放電し、キャパシ
タＣが持っていたエネルギーがインダクタンスしに伝達
される。インダクタンスＬを流れる電流がさらに流れ続
けると、キャパシタＣは初めとは逆の橿性（破線の矢印
で示す方向）に充電され始める。キャパシタＣが初めに
持っていたエネルギーの大きさによりキャパシタＣに充
電される逆極性の電圧の大きさが決まる。もし、キャパ
シタＣが初めに持っていたエネルギーが充分に大きいと
、キャパシタＣに充電される逆極性の電圧は電源以上に
なろうとするため、これ以後はインダクタンスしに流れ
ている電流はｔｆＸに戻ること−なる。インダクタンス
Ｌを流れている電流は第２のダイオードＤ、を通るため
キャパシタＣへの充電あるいは電源への逆流によりイン
ダクタンスＬの電流が減衰していってＯ（零）Ａとなっ
た後も、第２のダイオードＤ２の逆回復時間の間はそれ
までとは逆方向の電流が流れること−なる。この電流は
第２のダイオードＤ、の逆回復時間経過後急速にＯ（零
）Ａとなるため、それまでインダクタンスしに流れてい
た電流は、本発明の要旨に係る第３のダイオードＤ。

を通って電源に戻ること＼なり、ダイオードＤｔに印加
される電圧は電源電圧にクランプされる。

従って、第２のダイオードＤ２の所要逆耐電圧は電源電
圧を若干上履る値であればよいことになり、大幅に低減
される。また、第３のダイオードＤ３のアノード側は第
２のダイオードＤ、によって直流電源の負極電位にクラ
ンプされるので第３のダイオードＤ、の逆耐電圧も電源
電圧を若干上履る値であればよく、さして高い逆耐電圧
を有することを必要としない、第３のダイオードＤ、を
流れる電流は、第２のダイオードＤ、の逆電流と同じ大
きさであり、且つ、通電期間が極めて短いので、第３の
ダイオードＤ、の所要電流容量は非常に小さくて済み、
小形のダイオードで充分である。インダクタンスＬの両
端の電圧が制限されているので、インダクタンスＬの浮
遊容量とインダクタンスによる高周波振動の大きさも制
限され、ノイズの発生が抑制されると云う効果もある。

この後、スイッチング手段Ｑがオフになった場合の動作
は前述の通りであるが、キャパシタＣに逆極性の電圧が
充電されていると、スイッチング手段Ｑがオフになった
後も、キャパシタＣから第１のダイオードＤ＋を通って
変圧器Ｔに電力を与えること−なる。キャパシタＣの電
圧が０（零）■すなわち変圧器Ｔの両端の電圧がＯ（零
）■になった後は、前述の通り変圧器Ｔに流れていた電
流はキャパシタＣ・ダイオードＤＩの経路で流れるので
スイッチング手段Ｑに印加される電圧の上昇は制限され
る。

〔発明の効果〕

以上、説明せるとおり、本発明に係るスイッチングレギ
ュレータにおいては、ＬＣスナバ回路のインダクタンス
しに発生する電圧を抑制することが可能であるので、第
２のダイオードＤ、の所望逆耐電圧は電源電圧を若干上
履る値であればよいことになり、従来技術に係るＬＣス
ナバ回路の場合に回路条件によっては電源電圧の２倍程
度の逆耐電圧が第２のダイオードＤ、に要求されたのに
比べれば、本発明の効果は極めて顕著である。このこと
により、ダイオードＤ２の小形化・低廉化が図れると云
う効果が発現する。

また、インダクタンスしに発生する電圧を抑制できたこ
とに基因する他の効果は、インダクタンスＬの浮遊容量
とインダクタンスとによって発生する高周波振動による
ノイズを軽減できることである。実測例として、従来技
術に係るＬＣＣナナ回路使用の場合に比べ、本発明に係
るＬＣスナバ験約定確認されている。

本発明の場合、従来技術の場合に比べ第３のダイオード
Ｄ、が追加されているが、この第３のダイオードＤ、の
所要逆耐電圧は電源電圧を若干上履る程度で充分であり
、所要電流容量はダイオードの逆電流程度であれば充分
である。従って、第３のダイオードＤ、は極めて小形の
ダイオードで充分であり、ダイオードＤ３追加の経済的
・寸法的デメリットは橿めて少なく、無視しうる程度で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るスイッチングレギュレータの回
路図である。 第２図は、従来技術に係るスイッチングレギュレータの
回路図である。 ＋Ｖ　・ −Ｖ　・ Ｔ　　・ Ｔ　　・ Ｔ８　・ 直流電源の正極、 直流電源の負極、 変圧器、 １次巻線、 ２次巻線、 Ｑ　　・　・ ａ、　　ｂ。 ＬＣＳ　　・ Ｃ・　・　・ Ｌ　・　・　・ Ｄ、　　・　・ Ｄ！　・　・ Ｄ、　・　・ ・スイッチング手段、 Ｃ・・・接続点、 ・・ＬＣスナバ回路、 キャパシタ、 インダクタンス、 ・第１のダイオード、 ・第２のダイオード、 ・第３のダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流電源の一方の電極に一次巻線（Ｔ＿１）が接続され
   る変圧器（Ｔ）の前記一次巻線（Ｔ＿１）と前記直流電
   源の他方の電極にその出力側（ｃ）が接続されるスイッ
   チング手段（Ｑ）との直列回路と、 前記変圧器（Ｔ）の一次巻線（Ｔ＿１）と前記スイッチ
   ング手段（Ｑ）との接続点（ａ）と前記変圧器（Ｔ）の
   一次巻線（Ｔ＿１）と前記一方の電極との接続点（ｂ）
   との間に接続されるキャパシタ（Ｃ）と前記接続点（ｂ
   ）側を負側とする第１のダイオード（Ｄ＿１）との直列
   回路と、 前記スイッチング手段（Ｑ）の出力側（ｃ）と前記キャ
   パシタ（Ｃ）と前記第１のダイオード（Ｄ＿１）との間
   に接続される、前記スイッチング手段（Ｑ）の出力側（
   ｃ）を正側とする第２のダイオード（Ｄ＿２）とインダ
   クタンス（Ｌ）との直列回路と を有するスイッチングレギュレータにおいて、前記第２
   のダイオード（Ｄ＿２）と前記のインダクタンス（Ｌ）
   との間と、前記変圧器（Ｔ）の一次巻線（Ｔ＿１）の前
   記一方の電極との接続点（ｂ）との間に、前記接続点（
   ｂ）側を負側とする第３のダイオード（Ｄ＿３） を有することを特徴とするスイッチングレギュレータ。