JPH03164066A - 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（戴　直流電圧を所定電圧に昇圧（又は降圧）す
る直流一直流変換器に関する。

［従来の技術］ 従来より、直流一直流変換器の一つとして、変圧器の一
次側に、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を設け、変圧器の二次巻線側に（友
　一次巻線の通電時に導通する整流ダイオードと一次巻
線の電流遮断時に導通するフライホイールダイオードと
からなる整流回路と、リアクトルとコンデンサとからな
る平滑回路とを設けたフォワード型コンバータ（いわゆ
る、オン／オン式の直流一直流変換器）が知られている
。このフォワード型コンバータで｛上　フライホイール
ダイオードがターンオフするとき、フライホイールダイ
オードのキャリアの移動によって時的に逆回復電流（リ
カバリ電流）が流れるが、キャリアの移動完了後１二は
、フライホイールダイオードに逆電圧阻止機能が働き、
フライホイールダイオードに加わる逆電圧が急激に上昇
すると共にリカバリ電流が急峻に零になるために、スパ
イクノイズが発生する。

そこで、例えば第３図に示すように、フライホイールダ
イオードＤＦに直列に磁気スナバとしての周知の可飽和
リアクトルＳＲを設けてスパイクノイズを抑えるフォワ
ード型コンバータ１０が開発されている。このフォワー
ド型コンバータ１０においては、フライホイールダイオ
ードＤＦのターンオフ時に、可飽和リアクトルＳＲのイ
ンダクタンスの作用で、フライホイールダイオードＤＦ
のリカバリ電流が抑制されると共に、逆電圧の大半が可
飽和リアクトルＳＲに印加されフライホイールダイオー
ドＯＦの逆電圧が低減されることで、スパイクノイズの
発生が抑えられる。

なお、第３図において、Ｔｒはスイッチング素子、ＣＮ
Ｔはスイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路
、Ｔは変圧器、ＢＡＴは直流電源ＤＲは整流ダイオード
、Ｃはコンデンサ、　しはりアクトルを表す。

し発明が解決しようとする課題］ しかし、上記コンパータ１０で（よ　フライホイールダ
イオードＤＦのターンオン時に１よ　可飽和ノアクトル
ＳＲのインダクタンスにより、リアクトルしに流れる電
流ＩＬが一時的に阻止される。

つまり、可飽和リアクトルＳＲが磁気飽和する（インダ
クタンスがきわめて小さくなる）までのは電流ＩＬｈ＜
遮断され、　この電流遮断によって出力側にノイズが発
生してしまう。

このよう］：．従来の直流一直流変換器に｛九　フライ
ホイールダイオードのターンオフ時に発生するスパイク
ノイズを良好に抑えることができるものの、ターンオン
時にノイズを発生するという欠点があっ乙 そこで本発明（戴　直流一直流変換器において、出力ノ
イズをより低減することを目的としてなされム ［課題を解決するための手段］ すなわち、本発明の要旨とするところ（友変圧器と、 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を接続したとき導
通して該二次巻線からの電流を通す第１の整流素子及び
遮断したとき導通して転流電流を通す第２の整流素子と
、 該第１の整流素子及び第２の整流素子の出力を平滑する
平滑回路と、 上記第２の整流素子に対して巻線が直列に接続された可
飽和リアクトルと、 を備えた直流一直流変換器１二おいて、上記可飽和リア
クトルに制御巻線を設け、かつ該制御巻線に上記第２の
整流素子の導通時に導通して該制御巻線を短絡する第３
の整流素子を設けたこと、 を特徴とする直流一直流変換器にある。

［作用］ 以上のように構成された本発明の直流一直流変換器にお
いて（よ　スイッチング素子が変圧器の一次巻線と直流
ｔ源とを接続すると、二次巻線からの電流が第１の整流
素子から平滑回路１二流れると共に、第２の整流素子に
逆方向の電圧が印加される。すると、第２の整流素子内
部のキャリアの移動によって第２の整流素子にリカバリ
電流が流れようとするが、可飽和リアクトルの巻線はこ
のリカバリ電流に対しては大きなインダクタンスをもっ
たりアクトルとなるので、リカバリ電流は抑制されると
共１：第２の整流素子１二くわわる逆電圧が抑えられる
。このとき、第３の整流素子は導通しないので制御巻線
は開放されており何の作用も果たさない。

一方、スイッチング素子が変圧器の一次巻線と直流電源
とを遮断したときには、可飽和リアクトルの巻線のイン
ダクタンスのために可飽和リアクトルの巻線の電圧が上
昇するが、このとき第３の整流素子が導通して制御巻線
に電流が流れるので、制御巻線の電圧は第３の整流素子
の順バイアス電圧にクランプされると共に巻線の電圧も
所定電圧にクランプされる。その後、制御巻線１二印加
される電圧によって可飽和リアクトルが磁化されること
で巻線のインダクタンスが低減するので、可飽和リアク
トルの巻線から第２の整流素子及び平滑回路へと電流が
転流することができる。

このように、スイッチング素子が変圧器の一次巻線と直
流電源とを接続するときにも遮断するときにも、電流が
、途絶えることなく平滑回路に流れる。

［実施例１ 以下に本発明の一実施例を図面と共に説明する。

まず第１図（上　本発明が適用された実施例のフォーワ
ード型直流一直流変換器を示す電気回路図である。

図に示すように、フォーワード型直流一直流変換器１（
よ　一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２とが同極性に巻回され
た変圧器３と、変圧器３の一次巻線Ｌ１と直流電源５と
の接続を断続して、一次巻線Ｌ１の通電・非通電を切り
換える、スイッチング素子としての電界効果トランジス
タＴＲと、電界効果トランジスタＴＲのオン／オフ色所
定周期に制御するコントロール回路７と、電界効果トラ
ンジスタＴＲがオンするときに、変圧器３の二次巻線Ｌ
２に誘起される電圧に対して順方向及び逆方向となるよ
うに、二次巻線Ｌ２に設けられた整流用ダイオードＤ１
及びフライホイールダイオードＤ２と、フライホイール
ダイオードＤ２１二主巻線１が直列接続された可飽和リ
アクトル９と、変圧器３の二次側出力を平滑するための
リアクトルし及びコンデンサＣと、が備えられている。

可飽和リアクトル９｛よ　主巻線Ｑ］と制御巻線Ｑ２と
がトロイダルコア（図示略）に同極性に巻かれた磁気増
幅器である。　トロイダルコアに｛よ比透磁率が大きく
磁化曲線（いわゆるＢ−口曲線）の立ち上がりが急峻な
角形ヒステリシスをもつ磁性体が用いられているので、
可飽和リアクトル９ＩＬ　　主巻線Ｑ１を流れる電流が
零付近のとき１二は巻線Ｑ１のインダクタンスが非常に
大きく、その流れる電流が少し大きくなると巻線Ｑ］の
インダクタンスが非常に小さくなるという特性をもって
いる。さらに、可飽和リアクトル９｛よ　その磁気飽和
するまでの時間（変圧器３の二次巻線Ｌ２の電圧が印加
される場合の磁気飽和するまでの時間）が後述のフライ
ホイールダイオードＤ２のリカバノタイムと等しくなる
よう１：，　　トロイダルコアの平均磁路長及び断面積
、主巻線Ｑ１の巻数が定められている。したがって、主
巻線Ｑ１のインダクタンス｛上　リカバリタイムのａ　
　非常に大きい状態に保持される。

また、制御巻線Ｑ２にはクランプダイオードＤ３が設け
られている。このクランブダイオードＤ３（社　主巻線
Ｑ１に印加される所定方向の電圧（フライホイールダイ
オードＤ２の順方向電圧と同じ方向の電圧）により制御
巻線Ｑ２に誘起された電圧に対して、順方向となるよう
に設けられている。したがって、クランプダイオードＤ
　３　Ｆ　　フライホイールダイオードＤ２に順方向電
圧が印加されるときにはオンし、逆方向に印加されると
きにはオフする。

ｌｕ下に、第２図に沿ってフオーワード型直流一直流変
換器１の動作を説明する。

フォーワード型直流一直流変換器１で｛よ　電界効果ト
ランジスタＴＲがオンしたときに｛よ　変圧器３の一次
巻線Ｌ１と直流電源５とが接続されて一次巻線Ｌｌｌ二
電流１が流れると共１二、変圧器３の二次側では二次巻
線Ｌ２一整流用ダイオードＤ］一リアクトルし−コンデ
ンサＣの方向に電流１１が流れて、コンデンサＣが充電
される。一方、電界効果トランジスタＴＲがオンからオ
フしたときに（よ　クランブダイオードＤ３−リアクト
ルＬへと電流１２がフライバックするように流れる。

この電界効果トランジスタＴＲのオン／オフを所定周期
で繰り返すことで、フオーワード型直流一直流変換器１
｛よ　外部負荷（図示略）に直流電力を出力する。

一方、電界効果トランジスタＴＲのターンオン時に｛表
　フライホイールダイオードＤ２に逆方向に電圧が加わ
り、一時的に（リカバリタイムの間）逆方向の電流（リ
カバリ電流）が整流用ダイオードＤ１−フライホイール
ダイオードＤ２一可飽和ノアクトル９の主巻線Ｑ］と流
れる。このとき、可飽和リアクトル９の制御巻線Ｑ２に
｛上　クランプダイオードＤ３の逆方向に電圧が発生す
るが、クランプダイオードＤ３がオフしたままなので電
流は流れない。つまり、可飽和リアクトル９（九制御巻
線Ｑ２がない場合と同じように作動する。

したがって、可飽和リアクトル９の主巻線Ｑ１のインダ
クタンスが大きいため、リカバリ電流が抑制されると共
に　逆電圧の大半が可飽和リアクトル９に印加されフラ
イホイールダイオードＤ２に印加される逆電圧が低減さ
れるので、スパイクノイズの発生が抑えられる。

また、電界効果トランジスタＴＲのターンオフ時に（よ
　可飽和リアクトル９はリカバリ電流によって磁気飽和
状態にあるが、電流１２に対しては主巻線Ｑ１のインダ
クタンスは非常に大きいので、巻線Ｑ１にかかる電圧は
上昇する。　しかし、制御巻線Ｑ２に誘起された電圧に
よってクランブダイオードＤ３がオンして制御巻線Ｑ２
に電流１３が流れるので、制御巻線Ｑ２の電圧は、クラ
ンプダイオードＤ３の順バイアス電圧にクランプされる
。

このために、可飽和リアクトル９は電流＋３によって磁
化されて主巻線Ｑ１のインダクタンスが急速に小さくな
ると共に、主巻線Ｑ１の電圧も所定電圧（主巻線Ｑ１と
制御巻線Ｑ２の巻数比とクランプのダイオードＤ３のバ
イアス電圧との積で定まる）にクランプされる。

したがって、電流ｉ２ｆ九　可飽和リアクトル９が磁気
飽和する以前に、主巻線Ｑ１−フライホイールダイオー
ドＤ２−リアクトルＬと流れることができる。つまり、
リアクトルＬを流れる電流は１から１２へと途絶するこ
となく切り替わって流れ続けることができるので、電流
遮断によるノイズ発生を抑えることができる。

以上説明したよう１：，本実施例において（上　電界効
果トランジスタＴＲのターンオフ時に、リアクトルＬを
流れる電流が途絶しないので、電界効果トランジスタＴ
Ｒのターンオン時に発生するスパイクノイズのみならず
電界効果トランジスタＴ穴のターンオフ時に発生するノ
イズも抑えることができる。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように本発明の直流一直流変換器に
よれ｛ヱ　可飽和リアクトルに制御巻線を設け、かつ制
御巻線に第２の整流素子の導通時に導通ずる第３の整流
素子を設けたので、スパイクノイズと共に電流遮断によ
るノイズも抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の直流一直流変換器の構成を表す電気回
路は　第２図は実施例の動作を説明する説明は　第３図
は従来の直流一直流変換器の構成を表す電気回路図であ
る。 １・−・フォーワード型直流一直流変換器３・・・変圧
器　　　　　５・・・直流電源９・・・可飽和リアクト
ル Ｑ１・・・主巻線　　　　　Ｑ２・・・制御巻線Ｄ１・
・・整流用ダイオード Ｄ２・・・フライホイールダイオード

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を接続したとき導通
   して該二次巻線からの電流を通す第１の整流素子及び遮
   断したとき導通して転流電流を通す第２の整流素子と、 該第１の整流素子及び第２の整流素子の出力を平滑する
   平滑回路と、 上記第２の整流素子に対して巻線が直列に接続された可
   飽和リアクトルと、 を備えた直流−直流変換器において、 上記可飽和リアクトルに制御巻線を設け、かつ該制御巻
   線に上記第２の整流素子の導通時に導通して該制御巻線
   を短絡する第３の整流素子を設けたこと、 を特徴とする直流−直流変換器。