JPH0313830B2 - - Google Patents

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JPH0313830B2
JPH0313830B2 JP59159167A JP15916784A JPH0313830B2 JP H0313830 B2 JPH0313830 B2 JP H0313830B2 JP 59159167 A JP59159167 A JP 59159167A JP 15916784 A JP15916784 A JP 15916784A JP H0313830 B2 JPH0313830 B2 JP H0313830B2
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JP
Japan
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power supply
terminal
absorption
voltage
absorption capacitor
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JP59159167A
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English (en)
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JPS6142274A (ja
Inventor
Shunichi Nezu
Nobuo Matsumoto
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPS6142274A publication Critical patent/JPS6142274A/ja
Publication of JPH0313830B2 publication Critical patent/JPH0313830B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、スイツチング電源装置のスイツチン
グ・トランジスタをスパイク電圧から保護するた
めのスパイク電圧吸収回路(スナバ回路)に関す
るものである。
(従来例の構成とその問題点) 従来、電力効率が高く、小型化し易い等の長所
を有するスイツチング方式の安定化直流電源、所
謂、スイツチング電源は、電源装置におけるその
使用比率が急速に高まつている。ところが、スイ
ツチング電源には、しばしば問題となるスイツチ
ングノイズの問題に加えて、スイツチング・トラ
ンジスタのコレクタ端子に現れる高圧のスパイク
電圧の問題がある。近年ではスイツチングに用い
られるトランジスタやFETに比較的高耐圧のも
のが開発されたり、変成器の1次側と2次側との
結合度を高めてスパイク電圧を小さくする工夫が
なされてはいるが、やはり何等かの保護回路がな
くては、トランジスタの破壊を防ぐことはできな
い。即ち、スイツチング・トランジスタの最大導
通時間比率を1/2とすると、そのコレクタ端子
に印加される直流電圧の最大値は、理想的には電
源電圧の2倍になる。しかし、実際にはスパイク
電圧が発生するため、保護回路が挿入されていな
い状態では、コレクタ電圧は電源電圧の3〜5倍
にもなつてしまう。
第1図は、従来のスパイク電圧吸収回路の構成
を示すもので、1はスイツチング用の主トランジ
スタ、2は主トランジスタ1のベース駆動回路、
3は1次側を1次側直流電源〔以下直流電源とい
う(図示しない)〕に接続し、2次側を整流回路
(図示しない)に接続した変成器、4はダイオー
ド5と、吸収用コンデンサ6と、抵抗器7とから
なるスパイク電圧吸収回路で、このスパイク電圧
吸収回路4に入力したスパイク電圧は、ダイオー
ド5を経て吸収用コンデンサ6に充電、吸収され
た上、抵抗器7によつて放電される。
このように構成された従来例では、1次側直流
電源電圧(以下電流電圧という)を140V(交流
100Vを両波整流したときの値)、主トランジスタ
1の導通時間比率を1/3とすれば、主トランジ
スタ1が遮断状態での安定後のコレクタ電圧は
210Vとなり、ダイオード5のカソード電圧は、
スパイク波形によりコレクタ電圧より少なくとも
30V程度上昇して(スパイク電圧は完全にはなく
ならない)、240V程度になり、抵抗器7には、ダ
イオード5のカソード電圧と電源電圧との差の
100V程度が常時印加されることになる。この関
係を図示すると、第2図のようになる。
今、抵抗7の抵抗値を5kΩとすると、電力損
失WLは、 WL=1002/5000=2(W) と極めて大きな値となり、スイツチング電源装置
の電力効率の向上を妨げたり、放熱設計を困難に
する上、抵抗器7の許容電力損失が大きくなると
共に、抵抗器7の形状が大きくなつて、装置の小
型化を阻害し、更には、抵抗器7の抵抗値を上げ
て許容電力損失を低下させると、スパイク電圧の
吸収効果も低下させてしまう欠点があつた。
(発明の目的) 本発明の目的は、抵抗器の許容電力損失を生じ
ることなくスパイク電圧を吸収すると共に、電力
効率が良く、発熱の少ないスパイク電圧吸収回路
を提供することにある。
(発明の構成) 本発明は、スパイク電圧を充電するときには、
吸収用コンデンサが1次側直流電源の高電位側端
子と主トランジスタのコレクタ端子の間に接続さ
れ、吸収用コンデンサから放電するときには、吸
収用コンデンサが1次側直流電源の低電位側端子
と1次側直流電源の高電位側端子との間に接続さ
れるように、吸収用コンデンサの接続をスイツチ
ング素子によつて切り換えることにより、スパイ
ク電圧を吸収して得たエネルギーを無損失で直流
電源に帰還させるようにしたものである。
(実施例の説明) 第3図は、本発明の一実施例の回路構成を示す
もので、第1図の符号と同一符号のものは同一部
分を示しており、又、8は商用の交流電源、9は
整流用のダイオード10,11,12及び13か
らなる整流回路、14は平滑コンデンサで、交流
電源8、整流回路9及び平滑用コンデンサ14で
1次側直流電源(以下直流電源という)を構成し
ており、交流電源8から出力された交流電圧は、
整流回路9において整流された後、平滑用コンデ
ンサ14によつて平滑されて、1次側直流電源電
圧(以下電源電圧という)となる。15はダイオ
ード5と、吸収用コンデンサ6と、スイツチング
素子16及び17とからなるスパイク電圧吸収回
路で、このスパイク電圧吸収回路15は主トラン
ジスタ1のコレクタ端子に接続されており、スイ
ツチング素子16及び17の可動接点が第3図に
示した位置にあるときには、直流電源のプラス側
が低電位に、主トランジスタ1のコレクタ端子側
が高電位になつて、吸収用コンデンサ6は充電状
態になり、スイツチング素子16及び17の可動
接点が第3図に示した位置と反対側にあるときに
は、直流電源のマイナス側が低電位に、そのプラ
ス側が高電位になつて、吸収用コンデンサ6は放
電状態になる。
このように構成された本実施例では、吸収用コ
ンデンサ6の充放電のタイミング、即ち、スイツ
チング素子16及び17の切り替わるタイミング
は、主トランジスタ1のスイツチングのタイミン
グと同期しており、主トランジスタ1がスパイク
電圧を発生する遮断時は吸収用コンデンサ6への
充電期間となり、又、主トランジスタ1のコレク
タ端子の電圧が下がる導通時は放電期間となる。
即ち、主トランジスタ1が導通しているときに
は、吸収用コンデンサ6の一方の端子は直流電源
のプラス側に、吸収用コンデンサ6の他方の端子
は直流電源のマイナス側にそれぞれ接続されるの
で、吸収用コンデンサ6の端子間の電位差は、当
然、電源電圧と等しくなる。そして、主トランジ
スタ1が遮断された瞬間は、吸収用コンデンサ6
が充電状態に切り替わつて、吸収用コンデンサ6
の高電位側の端子が主トランジスタ1のコレクタ
に接続され、吸収用コンデンサ6の低電位側の端
子が直流電源のプラス側に接続されるため、吸収
用コンデンサ6の高電位側の端子の電圧は更に電
源電圧分だけ上積みされて、電源電圧の2倍とな
る。このとき、主トランジスタ1は大きなスパイ
ク電圧を発生しようとするが、主トランジスタ1
のコレクタ端子の電圧が電源電圧の2倍まで上が
ると、それ以降は吸収用コンデンサ6に充電電流
が流れて、スパイク電圧の上昇は小さく押えられ
る。従つて、吸収用コンデンサ6の両端子間の電
位差は、電源電圧よりやや高い値まで上昇した以
降、充電電流が停止すると、その値のまま保持さ
れる。次に、主トランジスタ1が再び導通する
と、吸収用コンデンサ6が放電状態に切り替わつ
て、吸収用コンデンサ6の両端子間の電位差が電
源電圧に戻るまで放電され、この放電電流は平滑
用コンデンサ14に流れ込む。詰り、スパイク電
圧のエネルギーが直流電源に無損失で帰還された
ことになる。この場合、平滑用コンデンサ14の
容量は、吸収用コンデンサ6に比べて十分大きい
ので(通常1000倍以上)、平滑用コンデンサ14
の両端子間電位差に与える影響は無視できる。以
上の動作によつて、主トランジスタ1のコレクタ
端子の最大電圧は、電源電圧の2倍よりやや高い
程度の値で押えることができる。例えば、電源電
圧が140Vであれば、コレクタ端子での最大電圧
は、140V×2+αとなり、αの値として、第1
図の従来例の説明で用いた30Vを代入すれば、最
大電圧は310Vとなる。そこで、この関係を図示
すると、第4図のようになる。但し、第4図から
分かるように、主トランジスタ1の遮断時におけ
るコレクタ電圧の定常値が、電源電圧の2倍以上
となるような場合には、本発明は利用できない。
換言すると、主トランジスタ1の最大導通時間比
率を1/2とする必要があることを意味する。何
故ならば、導通時間比率をrで表せば、前述のコ
レクタ電圧の定常値は、電源電圧の1/(1−
r)倍となるからである。ところで、通常のスイ
ツチング電源装置では、原理上スイツチング・ト
ランジスタの導通時間比率は最大1/2であり、
大半の製品においてはやや余裕をとつて、最大導
通時間比率を40%程度としている。従つて、上記
の1/2以下という条件は実用上、本発明の適用
範囲を狭めるものではないことがわかる。
第5図は、本発明の他の実施例の具体例を示す
もので、第3図の符号と同一符号のものは同一部
分を示しており、又、18は、主トランジスタ1
の制御信号を偏移させたバイアス電圧を信号とし
て出力するバイアス変換回路19と、コレクタを
ダイオード5と吸収用コンデンサ6との間に接続
し、エミツタを直流電源のプラス側に接続し、ベ
ースをバイアス変換回路19に接続した、スイツ
チング素子として機能する放電用トランジスタ2
0と、吸収用コンデンサ6と直流電源のプラス側
との間に接続したダイオード21と、吸収用コン
デンサ6と直流電源のマイナス側との間に接続し
たダイオード22とからなるスパイク電圧吸収回
路で、主トランジスタ1と放電用トランジスタ2
0とは同時に導通或いは遮断するように動作す
る。
このように構成された本具体例では、主トラン
ジスタ1が遮断されているときには、吸収用コン
デンサ6の高電位側の端子がダイオード5を介し
て主トランジスタ1のコレクタに接続されると共
に、吸収用コンデンサ6の低電位側の端子がダイ
オード21を介して直流電源のプラス側に接続さ
れて、吸収用コンデンサ6が充電状態になり、ス
パイク電圧が吸収用コンデンサ6に充電される。
又、主トランジスタ1が導通しているときには、
吸収用コンデンサ6の一方の端子は放電用トラン
ジスタ20を介して直流電源のプラス側に接続さ
れると共に、吸収用コンデンサ6の他方の端子は
ダイオード22を介して直流電源のマイナス側に
接続されて、吸収用コンデンサ6が放電状態にな
り、吸収用コンデンサ6の両端子間の電位差が電
源電圧に戻るまで放電され、この放電電流は平滑
用コンデンサ14に流れ込む。但し、このスパイ
ク電圧吸収回路18では、ダイオード5,21,
22の順方向電圧降下及び放電用トランジスタ2
0のコレクタ、エミツタ間の飽和電圧によつて多
少の損失が発生するが、従来の方式による本質的
な損失と比較すれば、極めて小さい。又、放電用
トランジスタ20は、比較的小容量(0.01〜
0.1μF)の吸収用コンデンサ6の放電を行うだけ
なので、許容コレクタ損失の小さいものでもよ
い。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、スパイ
ク電圧吸収回路を吸収用コンデンサとスイツチと
で構成し、且つ、充電時と放電時とで電流の経路
が切り換わるように吸収用コンデンサを接続する
ことによつて、損失を発生することなくスパイク
電圧によるエネルギーを電源に帰還することがで
きると共に、スパイク波形の制限電圧を電源電圧
の2倍付近に設定できる利点がある。又、損失が
低減されたことにより、スイツチング電源自体の
小型化や、放熱設計の簡素化ができる利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のスパイク電圧吸収回路の構成
図、第2図は従来のスパイク電圧吸収回路の各部
の出力波形図、第3図は本発明の一実施例の回路
構成図、第4図は本発明の一実施例の各部の出力
波形図、第5図は本発明の他の具体例の構成図で
ある。 1……主トランジスタ、5,21,22……ダ
イオード、6……吸収用コンデンサ、16,17
……スイツチング素子(20……放電用トランジ
スタ)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 スイツチング電源装置の1次側直流電源電圧
    をスイツチングする主トランジスタのコレクタに
    現れるスパイク電圧を吸収して、前記主トランジ
    スタを保護するスパイク電圧吸収回路において、
    前記主トランジスタのコレクタ端子に発生したス
    パイク電圧を充電、吸収する吸収用コンデンサが
    具備され、前記スパイク電圧を充電するときに
    は、前記吸収用コンデンサが1次側直流電源の高
    電位側端子と前記主トランジスタのコレクタ端子
    の間に接続され、前記吸収用コンデンサから放電
    するときには、前記吸収用コンデンサが前記1次
    側直流電源の低電位側端子と前記1次側直流電源
    の高電位側端子との間に接続されるように、前記
    吸収用コンデンサの接続をスイツチング素子によ
    つて切り換えることを特徴とするスパイク電圧吸
    収回路。 2 前記主トランジスタは導通時間比率が1/2
    以下に設定されることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載のスパイク電圧吸収回路。 3 前記吸収用コンデンサは、アノード端子を前
    記主トランジスタのコレクタ端子に接続し、カソ
    ード端子を前記吸収用コンデンサの一方の端子と
    接続した第1のダイオードと、アノード端子を前
    記吸収用コンデンサの他方の端子と接続し、カソ
    ード端子を前記1次側直流電源の高電位側の端子
    と接続した第2のダイオードと、アノード端子を
    前記1次側直流電源の低電位側の端子と接続し、
    カソード端子を前記吸収用コンデンサと前記第2
    のダイオードとの接続点に接続した第3のダイオ
    ードと、前記第1のダイオードと前記吸収用コン
    デンサとの接続点と前記1次側電源電圧の高電位
    側の端子との間に設置された前記スイツチング素
    子とで構成された回路によつて充放電が制御され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    スパイク電圧吸収回路。 4 前記スイツチング素子は、前記主トランジス
    タの制御信号によつて制御されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第2項記載のスパイク電圧吸収
    回路。
JP15916784A 1984-07-31 1984-07-31 スパイク電圧吸収回路 Granted JPS6142274A (ja)

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