JPH0442772A - スィツチング電源装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、昇圧型のスイッチング電源装置に関し、更に
詳細には、共振を利用してスイッチング損失を低減させ
ることかできるスイッチング電源装置に関する。

［従来の技術］ 直流電源に対して並列にリアクトルとスイッチとの直列
回路を接続し、スイッチに対して並列にダイオードとコ
ンデンサとの直列回路を接続し、コンデンサの両端から
出力電圧を得るように構成した昇圧型スイッチングレギ
ュレータは既に知られている。

［発明が解決しようとする課題］ この種のスイッチングレギュレータにおいて、スイッチ
のターンオフ時のスイッチの電圧を緩やかに変化させる
ために、スイッチに並列にコンデンサ又は浮遊容量を接
続することが考えられる。

しかし、コンデンサ又は浮遊容量で吸収したエネルギー
かスイッチのオン期間にスイッチを介して放出され、電
力損失となる。

そこで、本発明の目的は、ターンオン時とターンオフ時
との両方のスイッチング損失の少ない昇圧型スイッチン
グ電源装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、直流電源と、前記
直流電源の一端と他端との間に接続されたリアクトルと
第１のスイッチとの直列回路と、前記第１のスイッチに
対して並列に接続された整流ダイオードと第１のコンデ
ンサとの直列回路と、前記第１のスイッチをオン・オフ
制御するための第１の制御回路と、前記リアクトルと共
振回路を形成するように接続された共振用コンデンサ又
は浮遊容量と、前記整流ダイオードに対して並列に接続
された第２のコンデンサと第２のスイッチとの直列回路
と、前記第１のスイッチがオンに転換する前に前記第１
のスイッチの電圧が前記リアクトルと前記共振用コンデ
ンサ又は浮遊容量との共振動作に基づいて徐々に立下る
ことができるように前記第２のスイッチを制御する第２
の制御回路とを備えていることを特徴とするスイッチン
グ電源装置に係わるものである。

なお、第２のスイッチは制御スイッチとダイオードとの
逆並列接続されたものであることが望ましい。

また、第２のスイッチは第２のコンデンサの電圧検出に
基づいてオン・オフ制御することが望ましい。

また、第２のコンデンサの電圧の検出レベルを変えるこ
とによって第２のスイッチに含まれる制御スイッチのオ
ン時間幅を変え、出力電圧を制御することができる。

［作　用コ 本発明によれば、第２のコンデンサに流れる充電電流に
よってリアクトルにエネルギーが蓄積され、このエネル
ギーに基づいてリアクトルと共振用コンデンサ又は浮遊
容量との電圧共振動作が生じ、共振用コンデンサ又は浮
遊容量の電荷が放出される。従って、第１のスイッチの
オン期間に共振用コンデンサ又は浮遊容量の電荷の放出
が発生せず、電力損失が小さくなる。

［実施例］ 次に、第１図〜第３図を参照して本発明の実施例に係わ
る昇圧型スイッチング電源装置を説明する。

直流電源１か接続されている第１及び第２の電源端子２
．３の間にはリアクトル４と第１のスイッチ５との直列
回路か接続されている。第１のスイッチ５はソースをサ
ブストレートに接続した形式のＮチャンネル絶縁ゲート
型電界効果トランジスタから成り、第１の制御スイッチ
５ａとこれに逆並列接続された第１のダイオード５ｂと
て等価的に示すことかできる。この第１のスイッチ５は
ドレイン・ソース間に点線で示す浮遊容量６を有してい
る。

第１のスイッチ５に対して並列に整流ダイオード７と第
１のコンデンサ８とから成る直列回路が接続されている
。第１のコンデンサ８に接続された一対の出力端子９．
１０間には負荷１１が接続されている。

第１の制御スイッチ５ａの制御端子（ゲート）に接続さ
れた第１の制御回路１２は、第１の制御スイッチ５にオ
ン・オフ制御信号を供給するものであって、出力端子９
．１０に接続された電圧検出回路１３で検出した電圧と
第１のスイッチ５の両端電圧検出回路１４て検出した電
圧とに基づいて所望の制御パルスを出力する。第２図は
この制御回路１２を具体的に示すものであり、スイッチ
電圧検出回路１４から与えられるトリが信号に応答して
パルスを発生する可変モノマルチバイブレタ１５と駆動
回路１６とから成る。可変モノマルチバイブレータ１５
は出力電圧検出回路１３によって制御され、パルス幅が
出力電圧に対して反比例的に変化する出力パルスを送出
する。

第２のダイオード７に対して並列に本発明に係わる第２
のコンデンサ１７と第２のスイッチ１８との直列回路が
接続されている。第２のスイッチ１８はソースをサブス
トレートに接続した形式のＰチャンネル絶縁ゲート型ト
ランジスタ（ＦＥＴ）から成り、第２の制御スイッチ１
８ａとこれに逆並列接続された第２のダイオード１８ｂ
とて等測的に示すことができる。第２の制御スイッチ１
８ａを制御するために、一対の出力端子９．１０間に接
続された第１及び第２の抵抗１９．２０から成る第２の
制御回路２１が設けられている。第１及び第２の接続中
点は第２の制御スイッチ１８ａのゲートに接続されてい
る。

［動　作コ 第１図の回路において、第１の制御スイッチ５ａのオン
の期間には、電源１とリアクトル４と第１の制御スイッ
チ５ａとから成る閉回路が形成され、ここに電流１ｑに
よってリアクトル４にエネルギーか蓄積される。第１の
制御スイッチ５ａのオフ期間には電源１の電圧にリアク
トル４の電圧が加算された電圧が整流ダイオード７を介
して第１のコンデンサ８及び負荷１１に供給される。第
１の制御スイッチ５ａのオン時間幅とオフ時間幅との割
合（デユーティ）を変えると出力電圧が変化する。

第３図によって各部の動作を更に詳しく説明する。

第３図（Ｂ）に示すようにｔｏで第１の制御スイッチ５
ａがオフ制御されると、ｔｏよりも前の第１の制御スイ
ッチ５ａのオン期間にリアクトル４に蓄えられたエネル
ギーに基づいてリアクトル４のインダクタンスと浮遊容
量６との電圧共振が生じ、浮遊容量６の充電が生じ、こ
の電圧即ち第１のスイッチ５の電圧Ｖｑか第３図（Ｃ）
に示すように徐々に高くなる。この電圧Ｖｑが第１のコ
ンデンサ８の電圧ＶＯと第２のコンデンサ１７の電圧Ｖ
ｅと第２のダイオード１８ｂの順方向立上り電圧Ｖｆと
の和よりも高くなると、第２のダイオード１８ｂが導通
して第３図（Ｆ）のｔ１〜ｔ２期間に示すように電流Ｉ
ｃ２が第２のコンデンサ１７に流れ、これか逆充電（放
電）される。第２のコンデンサ１７の放電によってこの
電圧Ｖｃが低下すると、第２の制御スイッチ１８Ｈのゲ
ート電位がソース電位よりも低くなり、第２の制御スイ
ッチ１８ａかオン制御される。第２のコンデンサ１７の
充電電圧の向きが第１図と逆になると、第２のダイオー
ド１８ｂがオフになる。これとほぼ同時に整流ダイオー
ド７が導通し、第３図（Ｅ）に示すように電流１ｄｌが
流れる。なお、第２のダイオード１８ｂは第２のコンデ
ンサ１７でバイアスされているので、整流ダイオード７
よりも先にオンになる。

リアクトル４のエネルギーの放出動作が終了してｔ８で
整流ダイオード７の電流が零になると、第１のコンデン
サ８と第２のコンデンサ１７と第２の制御スイッチ１８
ａとリアクトル４と電源１とから成る閉回路が形成され
、第３図（Ｆ）のｔ３〜ｔ４に示すように第２のコンデ
ンサ１７の充電電流（第１図のＩｃ２と逆向きの電流）
が流れる。

これにより、第２のコンデンサ１７の電圧Ｖｃは再び第
２の制御スイッチ１８ａをオフ制御するレベルに戻り、
ｔ４時点て第２の制御スイッチ１８ａがオフに転換する
。

ｔ３〜ｔ４期間にリアクトル４に蓄積されたエネルギー
に基づいてリアクトル４と浮遊容量６との共振動作が生
じ、浮遊容量６の電荷は、浮遊容量６とリアクトル４と
電源１とから成る閉回路で放出され、第１のスイッチ５
の電圧は第３図（Ｃ）のｔ４〜ｔ５期間に示すように徐
々に低下する。

第１のスイッチ５の電圧零点はスイッチ電圧検出回路１
４で検出され、第３図（Ａ）に示すトリガパルスがｔ５
で発生し、第２図の可変モノマルチバイブレータ１５が
トリガされ、所望幅（ｔ５〜ｔ６）の制御パルスが第３
図（Ｂ）に示すように発生し、第１の制御スイッチ５ａ
がオンになる。

第１の制御スイッチ５ａがオンに転換する前に浮遊容−
量６の電荷の放出が終了しているので、第１の制御スイ
ッチ５ａと浮遊容量６との閉回路でのエネルギー損失は
生じない。

第１の制御スイッチ５ａがオンになると、再びリアクト
ル４にエネルギーが蓄積される。しかる後、ｔＢ時点で
第１の制御スイッチ５ａがオフ制御されると、ｔＯ〜ｔ
６期間と同一の動作が繰返して生じる。

出力電圧を制御する時には、第３図（Ｂ）のｔ５〜ｔ６
期間のパルス幅を可変モノマルチバイブレータ１５で変
える。

上述から明らかなようにこの実施例によれば、第１の制
御スイッチ５ａのターンオフ時とターンオン時との両方
でスイッチング損失を低減させることができる。

［変形例コ 本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、例え
ば次の変形が可能なものである。

（１）　第１のスイッチ５及び／又は第２のスイッチ１
８をバイポーラトランジスタとダイオードとの逆並列回
路で構成してもよい。また、第１及び第２のスイッチ５
．１８の代りに制御スイッチを接続し、この制御スイッ
チをダイオード５ｂ。

１８ｂが導通する期間に対応させてオン制御してもよい
。

（２）　浮遊容量６の代りに個別のコンデンサを接続し
てもよい。また、共振用のコンデンサ又は浮遊容量を第
１のスイッチ５に並列に接続させずに、リアクトル４に
並列に接続することもてきる。

（３）　第２の制御スイッチ１８ａをｔ３〜ｔ４期間の
みでオン制御するように構成してもよい。

（４）　第４図に示すように第２の制御回路２１に可変
抵抗又は制御素子１９ａを接続し、これを出力電圧で制
御することによって第２のコンデンサ１７の電圧の検出
レベルを変えて第３図のｔ３〜ｔ４期間を変え、出力電
圧を制御してもよい。

（５）　第１のスイッチ５の電圧が零になる時点ｔ５を
直接に検出せずに、ｔｓ時点、ｔ４時点等から予測して
検知してもよい。

［発明の効果］ 上述のように、各請求項の発明によれば、昇圧型スイッ
チング電源装置のターンオフ時とターンオン時の両方で
共振動作を生じさせてスイッチング損失を低減させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の昇圧型スイッチング電源装置
を示す回路図、 第２図は第１図の制御回路を詳しく示すブロック図、 第３図は第１図の各部の状態を示す波形図、第４図は第
２の制御回路の変形例を示す回路図である。 １・・・電源、４・・・リアクトル、５・・・第１のス
イッチ、５ａ・・・第１の制御スイッチ、５ｂ・・第１
のダイオード、６・・・浮遊容量、７・・・整流ダイオ
ード、８・・・第１のコンデンサ、９．１０・・・出力
端子、１２・・・制御回路、１７・・・第２のコンデン
サ、１８０．。 第２のスイッチ、１８ａ・・・第２の制御スイッチ、１
８ｂ・・・第２のダイオード。 代　　理　　人　　　高　　野　　則　　次第２図 第４図 第８図 ｔ□ｔ１　ｔ２ ３　ｔ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］直流電源と、 前記直流電源の一端と他端との間に接続されたリアクト
   ルと第１のスイッチとの直列回路と、前記第１のスイッ
   チに対して並列に接続された整流ダイオードと第１のコ
   ンデンサとの直列回路と、 前記第１のスイッチをオン・オフ制御するための第１の
   制御回路と、 前記リアクトルと共振回路を形成するように接続された
   共振用コンデンサ又は浮遊容量と、前記整流ダイオード
   に対して並列に接続された第２のコンデンサと第２のス
   イッチとの直列回路と、 前記第１のスイッチがオンに転換する前に前記第１のス
   イッチの電圧が前記リアクトルと前記共振用コンデンサ
   又は浮遊容量との共振動作に基づいて徐々に立下ること
   ができるように前記第２のスイッチを制御する第２の制
   御回路と を備えていることを特徴とするスイッチング電源装置。 ［２］前記第２のスイッチが、制御スイッチと、この制
   御スイッチに内蔵又は外部接続され且つ逆並列に接続さ
   れているダイオードとから成ることを特徴とする請求項
   １記載のスイッチング電源装置。 ［３］前記第２の制御回路は、前記第２のコンデンサの
   電圧に基づいて前記第２のスイッチに含まれる前記制御
   スイッチをオン・オフ制御する回路である請求項２記載
   のスイッチング電源装置。 ［４］前記第２のコンデンサの検出レベルを変えて前記
   第２のスイッチに含まれる前記制御スイッチのオン時間
   幅を変えるようにしたことを特徴とする請求項３記載の
   スイッチング電源装置。