JPH05103462A - スイツチモード電源を具えた回路配置 - Google Patents

スイツチモード電源を具えた回路配置

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JPH05103462A
JPH05103462A JP4079903A JP7990392A JPH05103462A JP H05103462 A JPH05103462 A JP H05103462A JP 4079903 A JP4079903 A JP 4079903A JP 7990392 A JP7990392 A JP 7990392A JP H05103462 A JPH05103462 A JP H05103462A
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switching means
voltage
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drive
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JP4079903A
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Franciscus Hubertus T Lammers
フベルタス テオドラス ラメルス フランシスカス
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 主スイッチング手段HSの高周波数スイッチン
グ動作により脈動入力電流を発生するスイッチモード電
源を具えた回路配置であって、その主スイッチング手段
HSには駆動回路が設けられ、該駆動回路が少なくとも駆
動スイッチング手段SSを具えると共に帰電流線に接続さ
れている回路配置のスイッチング損失を減少させること
にある。 【構成】 自己誘導性手段(61)を駆動回路内、特に主ス
イッチング手段HSと駆動スイッチング手段SSとの間に挿
入する。これによりコンパクトな構成の高速レベルシフ
タが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主スイッチング手段HS
の高周波数スイッチング動作により脈動入力電流を発生
するスイッチモード電源を具えた回路配置であって、そ
の主スイッチング手段HSには駆動回路が設けられ、該駆
動回路が少なくとも駆動スイッチング手段SSを具える共
に帰電流線に接続されている回路配置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】上述した種類の回路配置はUSP4,132,925
号から既知であり、この既知の回路配置ではスイッチモ
ード電源を整流回路を経て公共供給幹線に接続されるダ
ウンコンバータとして構成している。このスイッチモー
ド電源は電気的付加として作用する放電ランプを給電す
る。このスイッチモード電源は、例えば供給幹線から引
き出す電流に課された要件(幹線電流要件)を満たすた
めに、前置調整器を経て給電することが益々一般的にな
ってきている。幹線電圧はこのような前置調整器におい
て380 〜400 Vの直流電圧に変換される。前置調整器は
スイッチモード電源を具えた回路配置の一部とするのが
好ましい。
【0003】このように構成されたスイッチモード電源
は、多くの種類の電気的負荷、特に放電ランプの他に例
えば小形の家庭用電気機器を動作させる回路配置として
の用途がある。このスイッチモード電源はコミュテータ
回路網、例えばブリッジ回路とすることもできる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】既知の回路配置ではス
イッチング手段HS及びSSにバイポーラトランジスタを用
いている。しかし、上述した前置調整器を用いる用途に
おいてはバイポーラトランジスタの使用は不利である。
例えば、380 V以上の供給電圧において生ずるスイッチ
ング損失は許容し得ないほど大きい。このような状態の
下では(MOS)FETを使用するのが有利且つ実際的である。
スイッチング素子として使用する際のバイポーラトラン
ジスタと(MOS)FETとの重要の差は、バイポーラトランジ
スタを導通状態に維持するには連続的なベース電流が必
要とされるのに対し、(MOS)FETの場合にはゲート及びソ
ース間に10V程度の電圧を維持すればよい点にある。
【0005】電気負荷用の電源として作用するスイッチ
モード電源における主スイッチング手段HSの導通及び非
導通状態へのスイッチングは18KHz以上の繰り返し周波
数で行なうのが好ましく、これは低い繰り返し周波数で
は音響妨害を生ずる惧れがあるためである。このような
高い繰り返し周波数では、主スイッチング手段HSのスイ
ッチング動作が極めて急速に、たかだか1μs の時間内
に生じ、好ましくはもっと急速に生ずる必要がある。し
かし、既知の回路配置ではこのことが比較的大きなスイ
ッチング損失に寄与する。この点は次のように説明する
ことができる。
【0006】既知の回路配置では高及び低電圧を駆動ス
イッチング手段SSとして作用するバイポーラトランジス
タのエミッタに交互に供給する。レベルシフタとして作
用するこの駆動回路は電流制限器として抵抗を含んでい
る。しかし、主スイッチング手段HSのスイッチングを比
較的急速に生じさせる必要がある場合にはこの抵抗を小
さい値にする必要があるため、スイッチング動作が比較
的大きな電流で生じ、従って比較的大きな損失を伴う。
【0007】スイッチング手段HS及びSSとして(MOS)FET
を使用する場合には、この損失は駆動回路にパルス変成
器を使用することにより抑えられる。これにより主スイ
ッチング手段HSとして作用する(MOS)FETのゲートの比較
的高い電圧レベルと比較的低い駆動電圧レベルとの間の
永久的な電気的絶縁が達成される。しかし、変成器は集
積することができないと共に一般に重く、かさばり、且
つ満足に動作させるには別個の駆動回路を必要とするた
めに変成器の使用は不利である。本発明の目的は上述し
た既知の回路配置の欠点を解消する手段を提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明は頭書に記載した回路配置において、前記駆動回路は
自己誘導性手段を具えることを特徴とする。一時的な電
力蓄積手段として作用する自己誘導性手段の使用によ
り、スイッチモード電源に(MOS)FET素子を装備すること
ができると同時にレベルシフタとして作用する部分を電
気的に絶縁しなくてもよくなるという驚くべき事実が確
かめられた。
【0009】自己誘導性手段は主スイッチング手段HSと
駆動スイッチング手段SSとの間にマイクロチョークの形
で含めるのが好ましい。本発明の手段はダウンコンバー
タ及び例えば半ブリッジ回路のようなコミュテータ回路
網に対し用いるのが特に好適である。駆動回路の一つの
可能な変形例では、駆動スイッチング手段SS及び誘導性
手段をもってアップコンバータ回路の一部を構成し、そ
の出力端子をダイオードを経て主スイッチング手段HSに
接続する。アップコンバータ回路の給電は低電圧補助電
源から行なう。前置調整器電圧より十分高い主スイッチ
ング手段HSの駆動電圧を得るためには、この変形例では
補助電源から比較的大きな電流を流すか、或いは自己誘
導性手段に比較的高い値を持たせる必要がある。
【0010】自己誘導性手段の使用は既知の回路配置と
比較して、駆動スイッチング手段SSのスイッチング瞬時
に対し主スイッチング手段HSのスイッチング瞬時にある
程度の遅れを生ずる。しかし、この遅れは位相シフトと
みなせるほど大きくなく、主スイッチング手段HSのスイ
ッチングが極めて急速に生ずる所期の利点を損なうもの
でない。
【0011】主スイッチング手段HSとして(MOS)FETを具
える本発明回路配置においては、電圧源としてこの(MO
S)FETのゲート及びソース間に周期的に接続される容量
性手段を設けることにより他の利点を得ることができ
る。この容量性手段は主スイッチング手段HSとして作用
する(MOS)FETが非導通状態にスイッチされる期間中に補
助電圧供給点から所望の電圧に充電することができる。
このように充電された容量性手段はこの(MOS)FETが導通
状態にスイッチされる期間中、そのゲートとソースとの
間に所要の電圧差を与える。この容量性手段の値を適切
に選択することによりこの容量性手段をゲート電圧用の
電圧源として作用させることができる。このようにする
と(MOS)FETのゲート‐ソース間の所要の電圧が有利に得
られると共に、補助電圧供給点自体をレベルシフタとし
て作用する部分の一部とする必要がなくなる。
【0012】
【実施例】図面を参照して本発明回路配置の実施例を詳
細に説明する。図1に示す本発明回路配置は電源、例え
ば220 V、50Hzの公共供給幹線に接続するための接続端
子1を有する。この回路配置は前置調整器Iとスイッチ
モード電源IIとを具える。このスイッチモード電源IIは
電気的負荷Lを給電する。このスイッチモード電源IIは
図2に詳細に示すダウンコンバータとして構成され、(M
OS)FET3として構成された主スイッチング手段HSの高周
波数スイッチング動作により脈動入力電流を発生する。
主スイッチング周波数HS(3) には駆動回路6を設け、こ
の駆動回路はMOSFET60の形態の駆動スイッチング手段SS
を具えると共に帰電流線7に接続される。
【0013】このダウンコンバータは更に自己インダク
タンス4及びダイオード5を具える。主スイッチング手
段HSの駆動回路6はスイッチング手段HS及びSS間に接続
されたスイッチングトランジスタ63及び自己誘導性手段
61を具える。駆動回路6は、更に、キャパシタ62の形態
の容量性手段を、(MOS)FET3のゲート3g及びソース3sと
の間に周期的に接続される電圧源として具える。このキ
ャパシタ62を一方ではダイオード67を経て補助電圧供給
点V+に接続し、他方ではMOSFET3のソース3sに接続す
る。スイッチングトランジスタ63を一方ではダイオード
67を経て補助電圧供給点V+に接続し、他方ではゲート3g
に接続し、且つそのベース63b を抵抗64及びダイオード
67を経て補助電圧供給点V+に接続すると共に自己誘導性
手段61に接続する。
【0014】10Vの高周波数電圧パルスから成るパルス
状電圧Vsをスイッチング手段SS(60)のゲート60g に接続
する。スイッチング手段SSはこれにより高周波数で周期
的に導通及び非導通になる。パルス状電圧Vsは電気的負
荷の動作を制御する制御回路の一部を構成する関数発生
器(図示せず)から取り出される。駆動スイッチング手
段60に固有の寄生容量を60c で示す。このダウンコンバ
ータの駆動回路6の動作は次のように理解することがで
きる。回路が動作状態にあるものとすると、電圧パルス
VsがMOSFET60のゲート60g に存在する場合電流がブラン
チ60, 61を流れる。寄生容量60c は短絡される。スイッ
チングトランジスタ63のベース63b は低電圧であるた
め、トランジスタ63は非導通であり、MOSFET3のゲート
3gはソース3sの電圧より低い約0.7 Vに等しい電圧を有
する。この結果、MOSFET3は非導通である。補助電圧供
給点V+がキャパシタ62を充電すると共にブランチ64, 6
1, 60を流れる電流を供給する。
【0015】ゲート60g の電圧パルスが終了すると、MO
SFET60が非導通になる。このときマイクロチョーク61を
流れる電流が寄生容量60c を充電する。同時にベース63
b の電圧が上昇してスイッチングトランジスタ63が導通
し、キャパシタ62間の電圧をMOSFET3のゲート3g及びソ
ース3s間に接続するため、キャパシタ62がMOSFET3を導
通状態にスイッチングするための電圧源として作用す
る。特に、MOSFET60が非導通になるたびにMOSFET60の寄
生容量60c を周期的に充電することが絶対に必要であ
り、これがMOSFETのスイッチング速度に影響する。
【0016】既知の回路配置では、このような充電を抵
抗チェーンを経て行っており、この抵抗チェーンは十分
に急速な充電を得るために比較的大きな電流を流す必要
があり、このため比較的大きな損失を生ずる。本発明の
手段は誘導性手段61の電力蓄積作用を利用し、これによ
り寄生容量60c の急速充電が達成されると共に駆動回路
における損失を極めて小さく維持することが達成され
る。次の電圧パルスVs中、MOSFET60が導通する。MOSFET
3のゲート3gにある電荷がマイクロチョーク61を経て流
出する。MOSFET3が遮断する明確な瞬時を得ると共にマ
イクロチョーク61を流れる電流の明確な制限を得るため
にはトランジスタ69を使用するのが好ましいことが確か
められた。この場合、抵抗68の値がトランジスタ69の導
通瞬時を決定し、従ってこの抵抗値がマイクロチョーク
61を流れる電流の値を決定する。
【0017】マイクロチョーク61と寄生容量60c との共
通接続点と点Aとの間に電圧制限手段を設けてMOSFET60
間の不所望な高電圧保護と共にマイクロチョーク61及び
寄生容量60c の組合せの不減衰振動も阻止するのが好ま
しいことが確かめられた。一実施例ではこの手段は抵抗
70とツェナーダイオード71とダイオード70の電圧制限回
路網から成る。上述した実施例では回路配置を電気負荷
として放電ランプを動作させる回路として構成してい
る。
【0018】この場合にはこの回路配置は220 V,50Hz
の電源に接続する。この電源電圧はアップコンバータと
して構成された前置調整器Iにおいて380 Vの直流電圧
に変換され、この電圧がダウンコンバータとして構成さ
れたスイッチモード電源IIの点Aに供給される。電流源
として作用するこのダウンコンバータは負荷Lを給電
し、この負荷は放電ランプであり、コミュテータ(図示
せず)内に含まれる。この放電ランプは定格電力70W及
びランプ電圧85Vの高圧メタルハライドランプである。
低周波数でランプを流れる電流を整流するコミュテータ
はランプ内にカタフォレシスが発生するのを阻止する作
用をなす。
【0019】ダウンコンバータの主スイッチング手段HS
(3) はBUK454型MOSFETであり、駆動スイッチング手段SS
(60)はSGS P239型MOSFETである。補助電圧供給点V+は10
V直流電圧源である。パルス状電圧Vsは実際のランプ電
流およびランプ電圧に依存して駆動される単安定マルチ
バイブレータにより発生される10Vの電圧パルスであ
る。スイッチングトランジスタ63はバイポーラBC847c型
である。自己誘導性手段61はTDK 製の3mHのマイクロチ
ョークとして構成する。キャパシタ62は100nF 、抵抗64
は1KΩである。ダイオード65はBAT85 型、ツェナーダ
イオード66は18Vのツェナー電圧を有するBZX79C18型で
ある。トランジスタ69はBC807c型、抵抗68は27Ωであ
る。電圧制限回路網内の抵抗70は1KΩ、ツェナーダイ
オード71は24Vのツェナー電圧を有するBZX79C24型、ダ
イオード72はRGP 10J 型である。
【0020】このダウンコンバータはランプの動作状態
に応じて18KHz 〜100KHzの繰り返し周波数で動作する。
ランプの安定動作状態ではその繰り返し周波数は約45KH
z である。MOSFET3は各スイッチングサイクルの約30%
の期間導通する。MOSFET3を非導通状態へスイッチする
のに約40nsを要し、導通状態へスイッチするのに約50ns
を要する。マイクロチョーク61はMOSFET60の寄生容量60
c とともに550KHzの周波数を有する振動回路を構成す
る。マイクロチョーク61を流れる最大電流は40mAであ
り、導通状態のトランジスタ63を流れる電流は100mA で
ある。MOSFET60のスイッチング瞬時とMOSFET3のスイッ
チング瞬時との間には、導通状態へのスイッチング及び
非導通状態へのスイッチングの双方の場合に270ns の遅
れが測定された。
【図面の簡単な説明】
【図1】負荷を駆動するスイッチモード電源を具えた回
路配置の簡略図である。
【図2】図1のスイッチモード電源の詳細回路図であ
る。
【符号の説明】
I 前置調整器 II スイッチモード電源 3 主スイッチング手段HS 6 駆動回路 60 駆動スイッチング手段SS 61 自己誘導性手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主スイッチング手段HSの高周波数スイッ
    チング動作により脈動入力電流を発生するスイッチモー
    ド電源を具えた回路配置であって、その主スイッチング
    手段HSには駆動回路が設けられ、該駆動回路が少なくと
    も駆動スイッチング手段SSを具える共に帰電流線に接続
    されている回路配置において、前記駆動回路は自己誘導
    性手段を具えていることを特徴とする回路配置。
  2. 【請求項2】 前記自己誘導性手段は主スイッチング手
    段HSと駆動スイッチング手段SSとの間に接続されている
    ことを特徴とする請求項1記載の回路配置。
  3. 【請求項3】 主スイッチング手段HSとしてMOSFETを具
    える請求項1又は2記載の回路配置において、このMOSF
    ETのゲートとソースとの間に電圧源として周期的に接続
    される容量性手段を具えていることを特徴とする回路配
    置。
JP4079903A 1991-04-04 1992-04-01 スイツチモード電源を具えた回路配置 Pending JPH05103462A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP91200782 1991-04-04
NL912007820 1991-04-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05103462A true JPH05103462A (ja) 1993-04-23

Family

ID=8207592

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4079903A Pending JPH05103462A (ja) 1991-04-04 1992-04-01 スイツチモード電源を具えた回路配置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5404095A (ja)
EP (1) EP0507398B1 (ja)
JP (1) JPH05103462A (ja)
KR (1) KR920020846A (ja)
AT (1) ATE162672T1 (ja)
DE (1) DE69224097T2 (ja)

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