JPH0274156A - フライバック型直流−直流変換器 - 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、直流電圧を所定電圧に昇圧（又は降圧）する
フライバック型の直流−直流変換器に関する。

［従来の技術］ 従来、直流−直流変換器では、二次巻線に接続された整
流回路のダイオードがターンオフするとき、ダイオード
のキャリアの移動によって一時的に逆回復電流が流れ、
キャリアの移動完了後、ダイオードに逆電圧阻止機能が
働き、ダイオードに加わる逆電圧が急激に上昇して、ス
パイクノイズが発生するといったことがあり、ダイオー
ドにコンデンサと抵抗器との直列回路（ＣＲスナバ）を
並列接続することにより、スパイクノイズを抑制するこ
とが行われている。

ところが、こうしたＣＲスナバは、上記スイッチング周
波数が低い場合には、ある程度効果が得られるものの、
電力損失、発熱及び能率の点で問題があり、スイッチン
グ周波数が高い場合にはＣＲスナバの装着は不可能であ
った。

そこで近年では、スイッチング周波数が高い場合であっ
ても充分なスパイクノイズの抑制効果が得られるように
するため、電気学会研究会資料ＭＡＧ−８７−１２９に
開示されているように、ダイオードに直列に磁気スナバ
としての可飽和リアクトルを設けることが考えられてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし上記のようにダイオード等の整流素子に可飽和リ
アクトルを直列接続した場合、フォワード型コンバータ
、或はプッシュプルコンバータ等のように、変圧器の一
次巻線通電時に二次巻線側の整流回路が作動する所謂オ
ン／オン式の直流−直流変換器においては、整流素子に
逆回復電流が流れるのを抑制してスパイクノイズの発生
を良好に抑制することができるようになるのであるが、
変圧器の一次巻線非通電時に二次巻線側の整流回路が作
動するフライバック型（所謂オン／オフ式）の直流−直
流変換器では良好な効果が得られないといった問題があ
った。

これはフライバック型の直流−直流変換器では、−次巻
線の通電を遮断したときに可飽和リアクトルが二次側の
負荷となり、フライバック電圧が異常に上昇して、−次
側のスイッチング素子に異常が生じる可能性があるため
である。

従って従来のフライバック型の直流−直流変換器におい
ては、特開昭６２−２６２６５９号公報に記載の如く、
二次側の整流素子（ダイオード）に流れる逆電流を抑制
するためのスナバは何も装着していないのが現状である
。

そこで本発明は、フライバック型直流−直流変換器にお
いても、可飽和リアクトルによる磁気スナバの効果が得
られるようにすることを目的としてなされた。

［課題を解決するための手段］ 即ち上記目的を達するためになされた本発明は、フライ
バック型の直流−直流変換器において、整流素子に対し
て直列に可飽和リアクトルの主巻線を設けると共に、 スイ・ンチング素子が変圧器の一次巻線と直流電源とを
接続しているときに可飽和リアクトルの制御巻線を通電
して可飽和リアクトルを磁気飽和させる通電回路を設け
てなることを要旨としている。

［作用コ 以上のように構成された本発明のフライバック型直流−
直流変換器においては、スイッチング素子がオンして変
圧器の一次巻線が通電されているとき、変圧器のギャッ
プに磁気エネルギが蓄えられ、その後スイッチング素子
がオフして一次巻線の通電が遮断されると、ギャップに
蓄えられた磁気エネルギにより整流素子を介して電流が
流れ、コンデンサが充電される。

また本発明では、整流素子に直列に可飽和リアクトルの
主巻線が設けられているが、可飽和リアクトルは、スイ
ッチング素子オン時に、通電回路により磁気飽和される
ため、スイッチング素子がオフされ、整流素子が作動す
る際には主巻線は負荷とならず、整流素子には可飽和リ
アクトルのない従来装置と同様に電流が流れ、コンデン
サが充電される。

一方コンデンサの充電終了後、整流素子がターンオフす
る際には、整流素子内部のキャリア移動によって整流素
子に逆回復電流が流れようとするが、可飽和リアクトル
の主巻線はこの逆回復電流に対しては大きなインダクタ
ンスをもったりアクドルとなるので、この逆電流は抑制
される。

従って本発明によれば、整流素子がターンオフする際に
流れる逆回復電流を抑制することができ、整流素子両端
に異常な逆電圧が発生してスパイクノイズとなるのを防
止できる。

ｒ実施例コ 以下に本発明の一実施例を図面と共に説明する。

第１図に示す如く、本実施例のフライバック型直流−直
流変換器には、従来と同様、変圧器２と、変圧器２の一
次巻線Ｌ１と直流電源４との接続を断続して、−次巻線
Ｌ１の通電・非通電を切り替える、スイッチング素子と
してのトランジスタＴＲと、トランジスタＴＲがオンか
らオフに切り替わったときに変圧器２の二次巻線Ｌ２に
発生する電圧に対して順方向となるよう、変圧器２の二
次巻線Ｌ２に設けられた整流素子としてのダイオードＤ
１と、ダイオードＤ１を介して二次巻線Ｌ２に発生した
高電圧が充電されるコンデンサＣ１と、が備えられてい
る。

また本実施例では、第２図に示すように、アモルファス
、フェライト等からなるトロイダルコアＴＣに、主巻線
Ｑ１及び制御巻線Ｑ２を巻き付けることにより形成され
、第３図に示す如き磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）を有する可
飽和リアクトル６が備えられており、第１図に示す如く
、その主巻線Ｑ１がダイオードＤ１とコンデンサＣ１と
の間に直列接続され、制御巻！ＩＡＱ２がダイオードＤ
２゜抵抗器Ｒ１を介して変圧器２の二次巻線Ｌ２に並列
に接続されている。

尚このダイオードＤ２は、スイッチング素子ＴＲのオン
状態で変圧器２の二次巻線Ｌ２に発生する電圧に対して
順方向に設けられ、−次巻線Ｌ１１定時に制御巻線Ｑ２
を通電して、可飽和リアクトル６を磁気飽和させること
ができるようにされている。また制御巻線Ｑ２の通電方
向は、可飽和リアクトル６の磁気飽和によって、ダイオ
ードＤ１の順方向電流に対して主巻線Ｑ１のインダクタ
ンスが低下する方向に設定されている。

このように構成された本実施例のフライバック型直流−
直流変換器では、第４図に示す如く、まずトランジスタ
ＴＲがオンして、変圧器２の一次巻線Ｌ１と直流電源４
とが接続されると、−次巻線Ｌ１に一次電流１１が流れ
、変圧器２のギャップに磁気エネルギが蓄積する。する
とこの磁気エネルギの一部は、変圧器２の二次巻ｇＬ　
２、ダイオードＤ２、抵抗器Ｒ１を介した電流として、
可飽和リアクトル６の制御巻線Ｑ２に流れる。このとき
可飽和リアクトルの動作点は、第３図に示す磁気特性の
ａ点に移行し、可飽和リアクトル６が１気飽和される。

次にトランジスタＴＲがオンからオフに切り替えられる
と、変圧器２のギャップに蓄積された磁気エネルギによ
り二次巻線Ｌ２に二次電流■２が流れ始める。このとき
可飽和リアクトル６は既に磁気飽和され、主巻線Ｑ１の
インダクタンスは充分小さくなっているため、主巻線Ｑ
１は負荷とならず、可飽和リアクトルを備えていない従
来装置と同様、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１
が充電される。またこのとき制御巻線Ｑ２の電流は遮断
されるが、主巻線Ｑ１に二次電流Ｉ２が流れるので、可
飽和リアクトル６の動作点は第３図のｂ点の方へ移動す
る。

このように二次巻線Ｌ２に流れ始めた電流は、磁気エネ
ルギの低下にともない徐々に減少し、可飽和リアクトル
６の動作点は再び第３図に示すａ点に移行し、その後二
次電流Ｉ２がわずかに負の値（Ｉｏ）になった時点でＣ
点へと移行する。このとき、可飽和リアクトルを備えて
いない従来装置では、第４図に点線で示す如く、ダイオ
ードＤ１の逆回復電流が流れて、その復帰時にスパイク
ノイズが発生するようになるのであるが、本実施例では
、可飽和リアクトル６が備えられているため、可飽和リ
アクトルの動作点が第３図に示すＣ点からｅ点に達する
までの間、その逆回復電流が大幅に緩和され、従って逆
回復電流による損失、及びノイズの発生を抑制できるよ
うになる。

ここでダイオードＤＩの逆回復電流を第４図に示す如く
時間Ｔｏの間抑制するには、可飽和リアクトル６の動作
点が第３図に示すＣ点からｅ点に移行するまでの時間（
保持時間）ＴをＴｏ以上にする必要があり、このために
は、第３図に示す保磁力ＨＯ及び飽和磁束密度Ｂｏと、
主巻線Ｑ工の巻数Ｎｍとを決定しなければならない。

まず保磁力Ｈａ及び飽和磁束密度Ｂｏは、トロイダルコ
アＴＣの特性から決定される。

また可飽和リアクトル６の動作点が第３図のＣ点からｅ
点に移行する際に主巻ｇＱｉに流れる逆電流Ｉｏと保磁
力Ｈａとの関係は次式（１）で与えられ、 Ｈｏ　＜　Ｉ　ｏ−Ｎｍ／　Ｑ　　　　　＝（１）（但
し、ＱニドロイダルコアＴＣの平均磁路長）また可飽和
リアクトルの飽和磁束密度Ｂｏと保持時間Ｔの関係は次
式（２）で与えられる。

Ｅ＋Ｔ＜２　　・　Ｎｍ　　−Ｂｏ＊Ａ　　　−（２）
（但し、Ｅ：印加電圧、ＡニドロイダルコアＴＣの断面
積） そこで本実施例では、上記（１）及び（２）式に所定の
条件を加えることで、主巻線Ｑ１の巻数Ｎｍ、トロイダ
ルコアＴＣの平均磁路長Ｑ及び断面積Ａを決定し、これ
によってダイオードＤ１の逆回復電流を完全に抑制でき
るように（即ちＴ≧ＴＯとなるように）されている。

また次にトランジスタＴＲがオンしている間に制御巻線
Ｑ２を通電して可飽和リアクトルを磁気飽和させるため
には、次式（３）及び（４）を満足させる必要があり、 Ｅｓ＊Ｔｓ≦２・Ｎｓ−ＢＯ◆Ａ　　・・・（３）Ｈｏ
＜　Ｉ　ｓ−Ｎ　ｓ／　Ｑ　　　　　　　　”（４）（
但し、Ｅｓ：　）ランラスタＴＲオン時に二次巻線に誘
起される電圧、Ｔｓ：）ランジメタＴＲオン時間、Ｉｓ
：制御巻線の通電電流、Ｎｓ：制御巻線Ｑ２の巻数） これら（３）及び（４）式より、次式（５）が得られる
。

Ｅｓ−ＴＳ／２会ＢＯ◆Ａ ≧Ｎｓ＞Ｈｏ番１２／Ｉｓ　　　＝（５）一方通電電流
Ｉｓは、抵抗器Ｒ１の抵抗値をＲ６、制御巻線Ｑ２のイ
ンダクタンスをＬｓとすると、次式（６）の如く記述で
きる。

この通電電流■ｓは、可飽和リアクトルを飽和させるた
めの消費電力を考慮すると、できるだけ小さな値にする
ことが望ましい。

そこで本実施例では、まず制御巻線Ｑ２の巻数Ｎｓを、
上記（５）式を満足する範囲内で最も大きくなるよう設
定し、その後Ｉｓを正確な値に設定したのち、（６）式
により抵抗器Ｒ１の抵抗値Ｒｓを決定するといった手順
で、制御巻線Ｑ２の巻数Ｎｓ及び抵抗器Ｒ１が設定され
ている。

以上説明したように、本実施例においては、トランジス
タＴＲオン時に可飽和リアクトルを磁気飽和させている
ため、フライバック型の直流−直流変換器に磁気スナバ
を応用することが可能となり、ダイオードＤ１の逆回復
電流を大幅に緩和し、整流素子の損失の低減、スパイク
ノイズの低減を図ることが可能となる。

ここで上記実施例では、可飽和リアクトル６を磁気飽和
させるために、可飽和リアクトル６０制弾巻線Ｑ２をダ
イオードＤ２．抵抗器Ｒ１を介して、変圧器２の二次巻
線Ｌ２に並列接続したが、例えば第５図に示す如く、制
御巻線Ｑ２を、ダイオードＤ２及び抵抗器Ｒ１を介して
変圧器２０１次巻線Ｌ１に並列接続するようにしてもよ
い。この場合、制御巻Ｌ’Ａ　Ｑ　２は、直流電源４か
ら直接電源供給されることとなるので、電源電圧を昇圧
する直流−直流変換器においては、抵抗器に耐圧の小さ
いものを使用することが可能となり、より安価に作成で
きる。

またこの他、例えば第６図に示す如く、可飽和リアクト
ル６の制御巻線Ｑ２を、抵抗器Ｒ１及びトランジスタＴ
Ｒｘを介して、直流型Ｒ４に直接接続するようにしても
よい。この場合には、制御巻線Ｑ２の通電制御をより効
率的に行うことができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明のフライバック型直流−直流
変換器においては、整流素子に直列に可飽和リアクトル
の主巻線が設けられ、スイッチング累子オン時にこの可
飽和リアクトルを磁気飽和させるように構成されている
ため、スイッチング素子がオフした際に整流素子をその
まま作動させ、整流素子がターンオフする際に流れる逆
回復電流を抑制することができる。この結果本発明によ
れば、フライバック型の直流−直流変換器に磁気スナバ
を応用することが可白しとなり、ダイオードＤ１の逆回
復電流を大幅に緩和して、整流素子の損失の低減、スパ
イクノイズの低減を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のフライバック型直流−直流変換器全体
の構成を表す電気回路図、第２図は可飽和リアクトルの
構成を表す説明図、第３図は可飽和リアクトルの磁気特
性を表す線図、第４図は実施例の動作を説明するタイム
チャート、第５図及び第６図は夫々フライバック型直流
直流変換器の他の構成例を表す電気回路図、である。 ２・・・変圧器　　４・・・直流電源 ６・・・可飽和リアクトル　　Ｌｌ・・・−次巻線Ｌ２
・・・二次巻線　　Ｑｌ・・・主巻線Ｑ２・・・制御巻
線　　Ｃ１・・・コンデンサＤ１・・・ダイオード（整
流素子） Ｄ２・・・ダイオード　　Ｒ１・・・抵抗器ＴＲ・・・
トランジスタ 代理人　　弁理士　　定立　勉（ほか２名）第１図 第３図 第２図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 変圧器と、該変圧器の一次巻線と直流電源との接続を断
   続するスイッチング素子と、上記変圧器の二次巻線に接
   続され、上記スイッチング素子が変圧器の一次巻線と直
   流電源との接続を遮断したとき、上記変圧器に蓄えられ
   た磁気エネルギにより電流を流してコンデンサを充電す
   る整流素子と、を備えたフライバック型の直流−直流変
   換器において、 上記整流素子に対して直列に可飽和リアクトルの主巻線
   を設けると共に、 上記スイッチング素子が変圧器の一次巻線と直流電源と
   を接続しているときに上記可飽和リアクトルの制御巻線
   を通電して可飽和リアクトルを磁気飽和させる通電回路
   を設けてなること、を特徴とするフライバック型直流−
   直流変換器。