JPH04271275A - 整流器用スナバ回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は整流器用スナバ回路に関
し、例えば、高周波スイッチング回路、変圧器、整流回
路及び平滑回路により直流電源から絶縁変換された直流
出力を得るＤＣ／ＤＣ変換器用のスナバ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来のＤＣ／ＤＣ変換器を示して
いる。同図において、直流電源１の両極には、トランジ
スタ２１〜２４及び逆並列のダイオードからなるスイッ
チング素子をブリッジ接続したスイッチング回路２が接
続されている。このスイッチング回路２はインバータと
して作用するもので、その交流側出力端子は変圧器３の
１次巻線の両端に接続されている。変圧器３の２次巻線
の端部出力端子３１，３２にはダイオード４，５のアノ
ードがそれぞれ接続され、これらのカソードは平滑リア
クトル６及び負荷７を介して前記２次巻線の中間出力端
子（センタータップ）３３に接続されている。また、各
ダイオード４，５には、スナバ回路としてコンデンサ４
１及び抵抗４２の直列回路、コンデンサ５１及び抵抗５
２の直列回路がそれぞれ接続されている。

【０００３】このような回路構成において、トランジス
タ２１，２４をオン、トランジスタ２２，２３をオフ→
トランジスタ２２，２３をオン、トランジスタ２１，２
４をオフとする動作を高周波にて交互に繰り返すことに
より、スイッチング回路２の出力端子から交流電圧Ｖ１
を得ることができる。この交流電圧Ｖ１を変圧器３に入
力することで、変圧器３の各出力端子３１，３３間、３
３，３２間には交流電圧Ｖ２が発生する。そして、交流
電圧Ｖ２が正の期間（トランジスタ２１，２４がオンの
期間）にはダイオード４が導通し、また、交流電圧Ｖ２
が負の期間（トランジスタ２２，２３がオンの期間）に
はダイオード５が導通するので、負荷７には平滑リアク
トル６を介して直流電力が供給されることになる。

【０００４】図７は、図６の回路の動作波形を示してい
る。図７において、トランジスタ２１〜２４がすべてオ
フの期間（期間■）には、平滑リアクトル６に流れてい
た電流Ｉ０は、負荷７→端子３３→２次巻線→端子３１
→ダイオード４→平滑リアクトル６の経路と、負荷７→
端子３３→２次巻線→端子３２→ダイオード５→平滑リ
アクトル６の経路とに分流する。この期間■から交流電
圧Ｖ２が負の期間（期間■）になると、ダイオード４に
流れていた電流は変圧器３の漏れインダクタンスと交流
電圧Ｖ２の値により決まる傾斜で減少し、これに応じて
ダイオード５の電流は増加する。ダイオード４の電流が
ダイオードの逆回復特性によって決まる負の電流値Ｉｒ
ｐ（逆回復電流尖頭値）に達した時からダイオード４は
オフを開始し、短時間でオフ状態に移行する。この時、
変圧器３の漏れインダクタンスにもこの逆回復電流が流
れ、Ｉｒｐに達した時点で電流方向が変わり、ダイオー
ド４の電圧を高める方向の電圧が漏れインダクタンスに
誘起される。これに対し、期間■から交流電圧Ｖ２が正
の期間（期間■）に移行するときには、ダイオード５の
電圧を高める方向の電圧が漏れインダクタンスに誘起さ
れることになる。ここで、図６に示したコンデンサ４１
及び抵抗４２、並びにコンデンサ５１及び抵抗５２から
なるスナバ回路は、上述したダイオード４，５に印加さ
れる電圧を許容値以下に抑えるためのものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この方式の場合、上記
スナバ回路に印加される電圧は、図７に示したダイオー
ド４，５の電圧波形と同様になる（なお、この電圧波形
において、ΔＥは変圧器３によりダイオード４，５に印
加される電圧２×Ｖ２を越えるはね上がり電圧を意味し
ている）。このため、コンデンサ４１，５１の容量をＣ
、変圧器３の各２次電圧をＶ２、スイッチング回路２の
出力周波数をｆとすると、抵抗４２，５２における損失
Ｐｒは、それぞれＰｒ＝（１／２）×Ｃ×（２×Ｖ２＋
ΔＥ）２×ｆとなる。一方、この方式の場合、抵抗４２
，５２において本来処理すべき電力は、変圧器３の洩れ
インダクタンスをｌｔとすると、（１／２）×ｌｔ×Ｉ
ｒｐ２×ｆ＝（１／２）×Ｃ×ΔＥ２×ｆである。すな
わち、スナバ回路により処理するべき電力は本来的に（
１／２）×Ｃ×ΔＥ２×ｆであるにも関わらず、従来で
はそれより大きい（１／２）×Ｃ×（２×Ｖ２＋ΔＥ）
２×ｆの電力を処理している。このため、発生損失が大
きく、スナバ回路が大形化すると共に、装置全体の電力
変換効率が低くなるという問題があった。また、抵抗４
２，５２の値によっては、変圧器３の洩れインダクタン
スｌｔとコンデンサ容量Ｃとの振動電圧によりダイオー
ド４，５に過大な電圧が印加されるおそれがあり、これ
らのダイオード４，５に高耐圧の素子を使用しなければ
ならない。しかるに、通常、高耐圧素子は低圧素子より
も順電圧が大きいため発生損失が大きくなり、変換効率
の低下を招く。また、高耐圧素子は一般に高価であるた
め、装置全体の価格を上昇させるといった問題もある。 本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、発生損失を少なくして小形化
、低価格化を図り、しかも装置の電力変換効率の向上に
も寄与することができる整流器用スナバ回路を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、第１の発明は、スナバ用ダイオード及びコンデンサの
直列回路を整流用ダイオードに対して並列に各々接続し
、スイッチング素子及び放電用リアクトルの直列回路を
前記スナバ用ダイオード及びコンデンサの接続点と前記
整流用ダイオードの出力側との間に各々接続すると共に
、環流用ダイオードを前記スイッチング素子及び放電用
リアクトルの接続点と変圧器２次巻線のセンタータップ
との間に各々接続して構成されるもので、前記スイッチ
ング素子を前記変圧器の出力電圧極性に合わせてオン／
オフさせるものである。

【０００７】第２の発明は、スナバ用ダイオード及びコ
ンデンサの直列回路を前記整流用ダイオードに対して並
列に各々接続し、スイッチング素子の入力側を前記スナ
バ用ダイオード及びコンデンサの接続点に各々接続する
と共に、これらのスイッチング素子の出力側を短絡して
放電用リアクトルを介し負荷に接続し、環流用ダイオー
ドを前記スイッチング素子の短絡点と前記センタータッ
プとの間に接続して構成されるもので、第１の発明と同
様に、前記スイッチング素子を前記変圧器の出力電圧極
性に合わせてオン／オフさせるものである。

【０００８】なお、前記変圧器に補助巻線を設け、この
補助巻線に誘起される電圧を適宜な構成の駆動回路を介
して前記スイッチング素子の制御端子に加えることによ
り、スイッチング素子をオン／オフさせることが可能で
ある。

【０００９】

【作用】第１または第２の発明において、スナバ用ダイ
オードとコンデンサとの直列回路は、一方のダイオード
の逆回復時に変圧器の洩れインダクタンスに蓄えられた
エネルギーを吸収する。同時に、この期間にオンとなる
スイッチング素子を介して放電用リアクトルにそのエネ
ルギーを放出し、他方のダイオードが導通している期間
に上記放電用リアクトルに蓄えられたエネルギーを負荷
に放出する。第１または第２の発明によれば、上記コン
デンサの電圧は変圧器２次電圧（２×Ｖ２）にクランプ
されるため、スナバ回路は変圧器の洩れインダクタンス
ｌｔ及びダイオード逆回復電流Ｉｒｐによるエネルギー
（１／２）×ｌｔ×Ｉｒｐ２のみを吸収、放出すれば足
り、スナバ回路が小形化される。また、抵抗等の電力消
費部品が不要になるため、損失がほとんど発生しない。 更に、整流用ダイオードに加わる跳上り電圧も低い値に
抑制されるので、高耐圧素子を使用する必要がない。ま
た、第２の発明では、コンデンサの放電経路及び放電用
リアクトルの電流環流経路が各整流用ダイオードに対し
て一部共用されるため、第１の発明に比べて回路構成を
簡略化することができる。

【００１０】

【実施例】以下、図に沿って第１の発明の一実施例を説
明する。図１はこの実施例の構成を示しており、図６と
同一の構成要素には同一番号を付してその説明を省略し
、以下、異なる部分を中心に説明する。この実施例では
、図６におけるコンデンサ４１，５１及び抵抗４２，５
２を除去し、コンデンサ１０１とスナバ用ダイオード１
０３との直列回路、及びコンデンサ１０２とスナバ用ダ
イオード１０４との直列回路を整流用ダイオード４，５
の両端にそれぞれ接続すると共に、トランジスタ１０５
と放電用リアクトル１０９との直列回路、及びトランジ
スタ１０６と放電用リアクトル１１０との直列回路をダ
イオード１０３，１０４の両端にそれぞれ接続し、更に
、トランジスタ１０５のエミッタと変圧器３の中間出力
端子３３との間、及びトランジスタ１０６のエミッタと
中間出力端子３３との間に、環流用ダイオード１０７，
１０８をそれぞれ接続したものである。なお、上記構成
において、コンデンサ１０１，１０２、ダイオード１０
３，１０４，１０７，１０８、トランジスタ１０５，１
０６及びリアクトル１０９，１１０がスナバ回路を構成
する。

【００１１】次に、この実施例の動作を図２を参照しつ
つ説明する。この実施例においても、スイッチング回路
２のトランジスタ２１〜２４は、図６の回路と同様に動
作する。まず、トランジスタ２１〜２４が全てオフして
いる期間（期間■）から交流電圧Ｖ２が正の期間（期間
■）になると、ダイオード５に流れていた電流は変圧器
３の洩れインダクタンスと交流電圧Ｖ２の値とによって
決まる傾斜で減少し、これに応じてダイオード４に流れ
ていた電流は増加する。ダイオード５の電流が負の電流
値Ｉｒｐに達した時からダイオード５はオフを開始する
。 この時、変圧器３の洩れインダクタンスｌｔに蓄えられ
たエネルギー（（１／２）×ｌｔ×Ｉｒｐ２）は、ダイ
オード５に並列に接続されたコンデンサ１０２にダイオ
ード１０４を介して吸収されるため、ダイオード５の電
圧はＶｃ１０２＝２×Ｖ２＋ΔＥの値に抑制される。こ
こで、ΔＥは次の数式１によって表される。

【００１２】

【数１】

【００１３】この期間■にトランジスタ１０６をオンさ
せることにより、コンデンサ１０２に蓄えられた電荷は
コンデンサ１０２→トランジスタ１０６→リアクトル１
１０→リアクトル６→負荷７→端子３３→変圧器３の２
次巻線→端子３２→コンデンサ１０２の経路で負荷７に
放電する。この時、ダイオード４が導通しているため、
コンデンサ１０２の電圧は変圧器３の端子３１と端子３
２間の電圧（２×Ｖ２）にクランプされる。従って、リ
アクトル１１０にかかる電圧は、はね上がり電圧ΔＥの
みである。次に、期間■に移行してからトランジスタ１
０６をオフさせることにより、リアクトル１１０の電流
はリアクトル１１０→リアクトル６→負荷７→ダイオー
ド１０８→リアクトル１１０の経路に環流する。そして
、交流電圧Ｖ２が負の期間（期間■）になると変圧器３
の２次電圧Ｖ２がリアクトル１１０の電流を減少させる
方向に働き、リアクトル１１０の電流は零になる。なお
、期間■から期間■に移行するときはダイオード５側で
同様な動作を行なう。

【００１４】以上の動作により、スナバ回路に吸収され
るエネルギーは（１／２）×ｌｔ×Ｉｒｐ２のみとなり
、このエネルギーはリアクトル１０９または１１０を介
して負荷７に放出される。従って、スナバ回路において
抵抗等の電力消費部品が不要になり、スナバ回路の小形
化が図れると共に発生損失の減少により装置の電力変換
効率を大幅に高めることができる。

【００１５】次に、図３は第２の発明の一実施例を示し
ている。図１と同一の構成要素には同一番号を付して詳
述を省略する。この実施例が図１と相違するのは、図１
におけるリアクトル１０９，１１０及びダイオード１０
７，１０８を省き、トランジスタ１０５，１０６の出力
側（エミッタ）を短絡すると共に、その短絡点とリアク
トル６の出力側との間に放電用リアクトル１１１を接続
し、かつ環流用ダイオード１１２を前記短絡点と変圧器
３の中間出力端子３３間に各々接続した点である。ここ
で、コンデンサ１０１，１０２、ダイオード１０３，１
０４，１１２、トランジスタ１０５，１０６及びリアク
トル１１１がスナバ回路を構成している。

【００１６】この動作を図４に従って説明する。期間■
から期間■に移行したとき、変圧器３の洩れインダクタ
ンスに蓄えられたエネルギーは、図１の回路と同様にコ
ンデンサ１０２に吸収される。ダイオード５の電圧も前
記同様にＶｃ１０２＝２×Ｖ２＋ΔＥの値に抑制される
。この期間■においてトランジスタ１０６をオンさせる
ことにより、コンデンサ１０２に蓄えられた電荷は、コ
ンデンサ１０２→トランジスタ１０６→リアクトル１１
１→負荷７→端子３３→変圧器３の２次巻線→端子３２
→コンデンサ１０２の経路で負荷７に放電する。次に、
期間■に移行してからトランジスタ１０６をオフさせる
ことにより、リアクトル１１１の電流はリアクトル１１
１→負荷７→ダイオード１１２→リアクトル１１１の経
路に環流する。期間■から期間■に移行するときは、ダ
イオード４側の回路の動作によってリアクトル１１１に
同様な電流が流れる。

【００１７】この回路において、変圧器３の２次電圧Ｖ
２と出力電圧（負荷７の電圧）ＶＬとの関係は、ＶＬ＝
Ｖ２×期間■／（期間■＋期間■）となる。なお、定常
時は期間■＝期間■、期間■＝期間■である。コンデン
サ１０１，１０２の電圧ＶＣは、１周期（期間■＋期間
■＋期間■＋期間■）のうち期間■（または期間■）の
みしかトランジスタ１０５，１０６がオンしないため、
ＶＣ＝ＶＬ×１周期／期間■＝２×Ｖ２となる。従って
この実施例においても、図１の回路と同様にコンデンサ
１０１，１０２の電圧は（２×Ｖ２）にクランプされ、
スナバ回路に吸収されるエネルギーは（１／２）×ｌｔ
×Ｉｒｐ２のみとなり、そのエネルギーはリアクトル１
１１を介して負荷７に放出される。これにより、図１の
実施例と同様に、スナバ回路において抵抗等の電力消費
部品が不要になり、スナバ回路の小形化、発生損失の低
減が図れると共に、電力変換効率の向上が可能になる。

【００１８】なお、図５は図１の回路のトランジスタ１
０５，１０６のスイッチングを変圧器３の補助巻線を利
用して行なう例を示している。すなわち、図１の変圧器
３に補助巻線８１，８２を設け、これらの補助巻線８１
，８２がベース駆動回路２０１，２０２を介してトラン
ジスタ１０５，１０６のベースにそれぞれ接続されてい
る。ベース駆動回路２０１，２０２は、ダイオード２０
３，２０４と抵抗２０５，２０６との直列回路によりそ
れぞれ構成されている。このような回路構成により、電
圧Ｖ２が正である期間■にはトランジスタ１０６をオン
させ、電圧Ｖ２が負である期間■にはトランジスタ１０
５をオンさせることができ、図１の実施例の動作を確保
することができる。なお、上記のように補助巻線８１，
８２及びベース駆動回路２０１，２０２を用いてトラン
ジスタ１０５，１０６を駆動する方法は、図３の回路に
も適用可能である。

【００１９】上記各実施例において、変圧器３の１次側
のスイッチング回路２の構成は図示例に何ら限定されず
、要は交流電圧を発生させ得るものであればよい。また
、本発明のスナバ回路に用いられるスイッチング素子は
、トランジスタに限らずサイリスタ等であってもよい。 更に、図示されていないが、本発明にかかるスナバ回路
はブリッジ形の整流器にも適用することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように第１または第２の発明によ
れば、スナバ用のコンデンサ電圧が変圧器２次電圧（２
×Ｖ２）にクランプされるため、スナバ回路としては洩
れインダクタンスｌｔとダイオード逆回復電流Ｉｒｐに
よるエネルギー（１／２）×ｌｔ×Ｉｒｐ２のみを吸収
、放出すれば足りることになる。これに加え、従来の抵
抗等の電力消費部品が不要になるため、回路の小形化、
低価格化を図ることができる。また、損失がほとんど発
生しないため、整流器等の装置の電力変換効率を向上さ
せることが可能である。更に、整流用ダイオードに加わ
る跳上り電圧もダイオード逆回復電流Ｉｒｐのみによる
値に抑制されると共に、変圧器の洩れインダクタンスｌ
ｔとコンデンサ容量Ｃとの振動電圧により整流用ダイオ
ードに過大な電圧が印加されることがない。従って、整
流用ダイオードとして順電圧が大きく高価かつ高耐圧な
素子を使用する必要がないので、装置の高効率化、低価
格化を達成することができる。

【００２１】第２の発明によれば、スナバ用コンデンサ
の放電経路及び放電用リアクトルの電流環流経路が各整
流用ダイオードに対して一部共用されるため、第１の発
明に比べて回路構成を一層簡略化することができる。ま
た、変圧器の補助巻線に誘起される電圧を利用してスナ
バ回路を駆動することにより、新たな駆動電源やインタ
ーフェイスが不要となり、部品点数の増加を防いで装置
の信頼性向上や低価格化に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】図１の動作波形図である。

【図３】第２の発明の一実施例を示す回路図である。

【図４】図３の動作波形図である。

【図５】第１の発明の他の実施例を示す回路図である。

【図６】従来の技術を示す回路図である。

【図７】図６の動作波形図である。

【符号の説明】

１　　直流電源 ２　　スイッチング回路 ３　　変圧器 ４，５，１０３，１０４，１０７，１０８，１１２　　
ダイオード ６，１０９，１１０，１１１　　リアクトル７　　負荷 ３１，３２，３３　　出力端子 ８１，８２　　補助巻線 １０１，１０２　　コンデンサ １０５，１０６　　トランジスタ ２０１，２０２　　ベース駆動回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　変圧器のセンタータップ付き２次巻線
   の両端部出力端子に整流用ダイオードを各々接続し、こ
   れらの整流用ダイオードの出力側を短絡して前記センタ
   ータップとの間に直流出力を得る整流器に接続されたス
   ナバ回路であって、スナバ用ダイオード及びコンデンサ
   の直列回路を前記整流用ダイオードに対して並列に各々
   接続し、スイッチング素子及び放電用リアクトルの直列
   回路を前記スナバ用ダイオード及びコンデンサの接続点
   と前記整流用ダイオードの出力側との間に各々接続する
   と共に、環流用ダイオードを前記スイッチング素子及び
   放電用リアクトルの接続点と前記センタータップとの間
   に各々接続して構成され、前記スイッチング素子を前記
   変圧器の出力電圧極性に合わせてオン／オフさせること
   を特徴とした整流器用スナバ回路。
2. 【請求項２】　　変圧器のセンタータップ付き２次巻線
   の両端部出力端子に整流用ダイオードを各々接続し、こ
   れらの整流用ダイオードの出力側を短絡して前記センタ
   ータップとの間に直流出力を得る整流器に接続されたス
   ナバ回路であって、スナバ用ダイオード及びコンデンサ
   の直列回路を前記整流用ダイオードに対して並列に各々
   接続し、スイッチング素子の入力側を前記スナバ用ダイ
   オード及びコンデンサの接続点に各々接続すると共に、
   これらのスイッチング素子の出力側を短絡して放電用リ
   アクトルを介し負荷に接続し、環流用ダイオードを前記
   スイッチング素子の短絡点と前記センタータップとの間
   に接続して構成され、前記スイッチング素子を前記変圧
   器の出力電圧極性に合わせてオン／オフさせることを特
   徴とした整流器用スナバ回路。
3. 【請求項３】　　変圧器の補助巻線に誘起される電圧に
   よりスイッチング素子をオン／オフさせる請求項１また
   は２記載の整流器用スナバ回路。