JPH0525985U - スイツチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】平滑用チョ−クコイルを省略して、小型で効率
のよいスイッチング電源を可能とする。 【構成】スイッチング素子を介してフォワ−ドトランス
と直列に平滑用チョ−クコイルの機能を有するリバ−ス
トランスを設ける。１次側の印加電圧がフォワ−ドトラ
ンスとリバ−ストランスに分割されるので、フォワ−ド
トランスの磁束密度幅や鉄損等が減少し、フォワ−ドト
ランスが小形化される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はスイッチング電源装置、特に小型化が可能なスイッチング電源装置に 関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図６に示すように、従来のフォワ−ド方式スイッチング電源装置では、制御回 路１３からスイッチング素子としてのトランジスタ７のベ−スに制御パルスが付 与されたとき、トランジスタ７がオンとなり、直流電源１の正側端子からフォワ −ドランス５の１次巻線及びトランジスタ７を通り直流電源１の負側端子に電流 が流れる。このとき、フォワ−ドトランス５の２次巻線には整流用ダイオ−ド８ を順方向にバイアスする電圧が誘起され、この電圧により平滑用チョ−クコイル １０と平滑用コンデンサ１１を通して負荷１２に電流が供給される。トランジス タ７がオフのときは、トランジスタ７がオンのときに平滑用チョ−クコイル１０ に蓄積されたエネルギ−が整流用ダイオ−ド９を介して負荷１２に放出される。 制御回路１３において、２０はＰＷＭパルス形成回路、１８、１９はフォトカプ ラ、１７は誤差増幅器、１６は基準電源１４、１５は分圧抵抗を示し、誤差増幅 器１７は抵抗１５に印加される電圧と基準電源１６の電圧との誤差出力を発生し 、フォトカプラ１８、１９を介してＰＷＭパルス形成回路２０からトランジスタ ７に制御パルスを付与するものである。なお、コンデンサ２、抵抗３、ダイオ− ド４はトランス５のリセット回路である。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

前記従来のフォワ−ド式スイッチング電源では、トランジスタ７のオン時に、 入力電圧Ｖinの全てがフォワ−ドトランス５に印加される。フォワ−ドトランス ５の定常動作時には、フォワ−ドトランス５に発生する磁束密度幅△Ｂは入力電 圧Ｖinに比例する。また、ｆを発振周波数とすると、鉄損の大部分を占めるヒス テリシス損は△Ｂ²×ｆに比例する。したがって、ヒステリシス損の大きさに対 応する温度上昇がフォワ−ドトランス５に発生する。そこで、従来では磁束密度 幅△Ｂを小さくすることにより損失による温度上昇を防止することが必要であり 、このため、フォワ−ドトランス５の小型化が制限されていた。 本考案は、フォワ−ドトランスと直列にリバ−ストランスを設けて小型で効率 のよいスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案によるスイッチング電源装置は直流電源とフォワ−ドトランスの１次巻 線に直列に接続されたスイッチング素子をオン・オフして前記フォワ−ドトラン スの２次巻線から負荷に直流出力を供給するスイッチング電源装置において、前 記フォワ−ドトランスの１次巻線と直列にリバ−トランスの１次巻線を接続し、 前記スイッチング素子のオン時間に前記フォワ−ドトランスの２次巻線から前記 負荷に電力を供給すると同時に前記リバ−ストランスにエネルギ−を蓄積し、前 記スイッチング素子のオフ時間に前記リバ−ストランスに蓄積されたエネルギ− を前記リバ−ストランスの２次巻線から前記負荷に供給する。

【０００５】

【作用】

１次側の印加電圧がフォワ−ドトランスとリバ−ストランスに分割されるので 、フォワ−ドトランスの磁束密度幅や鉄損等が大幅に減少し、フォワ−ドトラン スが小型化される。

【０００６】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１〜図５について説明する。これらの図面では図６ に示す箇所と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。 図１は本考案の第１の実施例を示す。図６と異なるところは、フォワ−ドトラ ンス５と直列にリバ−ストランス６が設けられ、かつ平滑用チョ−クコイル１０ が省略されている点である。すなわち、フォワ−ドトランス５の１次巻線、リバ −ストランス６の１次巻線及びスイッチング素子としてのトランジスタ２は直列 に接続され、フォワ−ドトランス５の２次巻線の一端は整流用ダイオ−ド８を介 して負荷１２の一端に接続され、フォワ−ドトランス５の２次巻線の他端は負荷 １１の他端に接続される。さらにリバ−ストランス６の２次巻線の一端はフォワ −ドトランス６の２次巻線の他端及び負荷１２の他端に接続され、リバ−ストラ ンス６の２次巻線の他端は整流用ダイオ−ド９を介して整流用ダイオ−ド８と負 荷１２の一端との間に接続される。 次に、図２に示す動作波形図とともに図１の回路の動作を説明する。図２では 、トランジスタ７のオン時及びオフ時をそれぞれＴon及びＴoffで表す。フォワ −ドトランス５の１次巻線のインダクタンスをＬp₁、リバ−ストランス６の１次 巻線のインダクタンスをＬp₂で表し、Ｌp₁はＬp₂より十分に大きく、Ｌp₁≫Ｌp₂ とする。制御回路１３からトランジスタ７に制御パルスが付与されると、トラン ジスタ７がオンし、フォワ−ドトランス５の１次巻線とリバ−トランス６の１次 巻線に励磁電流が流れる。この励磁電流によりリバ−ストランス６の１次側に誘 起される電圧は、Ｌp₁≫Ｌp₂よりほとんど無視できる。この励磁電流によりフォ ワ−ドトランス５の２次側に電圧が誘起されると、整流用ダイオ−ド８が順方向 にバイアスされるため、フォワ−ドトランス５の２次巻線に電流Ｉs₁が流れる。 しかし、電流Ｉs₁は、リバ−ストランス６の１次側のインダクタンスＬp₂の影響 で図２に示すような三角波になる。かくして、フォワ−ドトランス５の１次側に もそれに相応した電流Ｉcが流れる。この電流Icによりリバ−ストランス６の２ 次側にも電圧が誘起されるが、整流用ダイオ−ド９が逆方向のため、電流は流れ ず、リバ−ストランス６は単なるインダクタンスとして働く。そして、電流Ｉc はリバ−ストランス６にＬp₂Ｉc²／２なるエネルギを蓄積する。実際には励磁電 流と電流Ｉcは同時に流れる。 次に、制御回路１３からの制御パルスが停止すると、トランジスタ７はオフに なり、整流用ダイオ−ド８がオフになる。これにより、リバ−ストランス６の２ 次側に逆起電力が生ずる。したがって、整流用ダイオ−ド９を介してリバ−スト ランス６に蓄積されたエネルギ−は電流Ｉs₂として放出される。電流Ｉs₁とＩs₂ はいずれも平滑用コンデンサ１１で平滑され、負荷１２に送られる。トランジス タ７には制御回路１３からパルス幅変調（ＰＷＭ）された制御パルスが付与され 、出力電圧はほぼ一定に制御される。即ち、負荷１３への出力電圧が高いと、パ ルス幅の狭い制御パルスがトランジスタ７に付与され、逆に、負荷１３への出力 電圧が低いとパルス幅の広い制御パルスがトランジスタ７に付与される。 また、図２には、フォワ−ドトランス５及びリバ−ストランス６の各１次巻線 に印加される電圧Ｖp₁、Ｖp₂の波形を示す。トランジスタ７のオン時は、Ｖin＝ Ｖp₁＋Ｖp₂である。フォワ−ドトランス５のある動作点でＶp₁＝Ｖp₂＝Ｖin／２ となるように設計し、他の条件に変更がなければ、フォワ−ドトランス５の磁束 密度幅△Ｂは１／２となる。さらに鉄損の大部分を占めるヒステリシス損Ｗhは Ｗh∝△Ｂ²fより１／４に減少する。つまり、１次電圧分割比のほぼ２乗に比例 して鉄損が減少する点で有利になる。 なお、本考案の上記実施例では、従来のフォワ−ド方式スイッチング電源にお ける平滑用チョ−クコイルがリバ−ストランスによって省略されるので、部品数 が増加することはない。また、リバ−ストランスの大きさは平滑用チョ−クコイ ルとほとんど同じ大きさであるので、リバ−ストランスによって装置が大型にな ることはない。

【０００７】 本考案の実施態様は種々の変更が可能である。例えば、図３に示すように、フ ォワ−ドトランス５とリバ−ストランス６を置きかえた形でもよい。 図４は本考案のプッシュプル方式への応用例である。７a、７bはスイッチング 素子としてのトランジスタ、５はフォワ−ドトランス、６はリバ−ストランス、 ８、９、２０は整流用ダイオ−ドを示す。動作原理は同様なので割愛する。 図５は本考案のフルブリッジ方式への応用例である。７a〜７dはスイッチング 素子としてのトランジスタ、５はフォワ−ドトランス、６はリバ−ストランス、 ８、９、２０は整流用ダイオ−ド、２１、２２、２３、２４は保護用ダイオ−ド を示す。動作原理は同様なので割愛する。 本考案は更に変更が可能である。スイッチング素子はバイポ−ラトランジスタ に限らず、ＦＥＴトランジスタ、サイリスタ等でもよい。また、スイッチング電 源装置は前記他励式のほか、自励式でもよい。また、定電圧電源のほか定電流電 源として構成することもできる。また、リセット回路はフォワ−ドトランス５の みに設けることも可能である。

【０００８】

【考案の効果】

以上説明したように、フォワ−ドトランスとリバ−ストランスにより、１次印 加電圧が分割される。その分割比分、磁束密度幅△Ｂは比例して減少し、さらに 鉄損の大部分を占めるヒステリシス損はほぼ２乗に比例して減少するので、フォ ワ−ドトランスの大幅な小型化低損失化を達成できる。更に、付随する利点とし て、２次側巻線の巻きスペ−スに余裕ができ、銅損が減少され、また２次側ダイ オ−ドのカソ−ド点がコ−ルドエンドになるためカソ−ドコモンのセンタタップ ダイオ−ドを使う場合、ノイズ対策上優利になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のスイッチング電源装置の第１実施例を
示す回路図

【図２】出力波形を示すタイムチャ−ト

【図３】本考案のスイッチング電源装置の第２実施例を
示す回路図

【図４】本考案のスイッチング電源装置の第３実施例を
示す回路図

【図５】本考案のスイッチング電源装置の第４実施例を
示す回路図

【図６】従来のスイッチング電源装置を示す回路図

【符号の説明】

７．．トランジスタ（スイッチング素子）、５．．フォ
ワ−ドトランス、６．．リバ−ストランス

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【手続補正書】

【提出日】平成３年３月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源とフォワ−ドトランスの１次巻線
   に直列に接続されたスイッチング素子をオン・オフして
   前記フォワ−ドトランスの２次巻線から負荷に直流出力
   を供給するスイッチング電源装置において、 前記フォワ−ドトランスの１次巻線と直列にリバ−トラ
   ンスの１次巻線を接続し、前記スイッチング素子のオン
   時間に前記フォワ−ドトランスの２次巻線から前記負荷
   に電力を供給すると同時に前記リバ−ストランスにエネ
   ルギ−を蓄積し、前記スイッチング素子のオフ時間に前
   記リバ−ストランスに蓄積されたエネルギ−を前記リバ
   −ストランスの２次巻線から前記負荷に供給することを
   特徴とするスイッチング電源装置。