JPH0549248A - スイツチングレギユレータ - Google Patents

スイツチングレギユレータ

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JPH0549248A
JPH0549248A JP20297891A JP20297891A JPH0549248A JP H0549248 A JPH0549248 A JP H0549248A JP 20297891 A JP20297891 A JP 20297891A JP 20297891 A JP20297891 A JP 20297891A JP H0549248 A JPH0549248 A JP H0549248A
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JP
Japan
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capacitor
voltage
main
coil
main transformer
Prior art date
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Pending
Application number
JP20297891A
Other languages
English (en)
Inventor
Yosuke Shinada
洋介 品田
Tokimune Kitajima
時宗 北島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH0549248A publication Critical patent/JPH0549248A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電圧変換トランスを有するスイッチングレギ
ュレータにおいて、主トランジスタ及び整流ダイオード
のスイチングロスを低減し、更に、スイッチングノイズ
を低減することにより、回路構成を簡単にし、レギュレ
ータを小型、低価格にする。 【構成】 電圧変換トランスを有するスイッチングレギ
ュレータにおいて、入力コンデンサ3の両端にコイル2
と主トランス6の1次巻線及び主トランジスタ4とから
なる直列回路が接続され、主トランス6の2次巻線に
は、主トランス6自身のリーケージインダクタンスによ
るものあるいは外付けされたコイル7とダイオード8と
コンデンサ9とからなる直列回路が接続され、更にコン
デンサ9の両端には負荷抵抗10が接続される。尚、ダ
イオード8は主トランス6の1次巻線に電圧印加された
時に導通する向きに接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスイチングレギュレータ
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来,この種のシングルエンドスイッチ
ングレギュレ―タとして、図6に示す様なフォワ―ドコ
ンバ―タが広く知られている。このフォワ―ドコンバ―
タでは、主トランジスタ4のスイッチング動作によっ
て、入力コンデンサ3の両端電圧から変換された矩形波
パルス電圧を主トランス6によって電圧変換した後、コ
イル17とコンデンサ9とからなる平滑回路に印加し
て、その平均直流電圧を出力として取り出している。
【0003】ここで、入力コンデンサ3の両端電圧、出
力電圧、スイッチング周期、主トランジスタ4のオン
幅、主トランス6の1次、2次巻線数を、それぞれ、V
i (V)、Vo (V)、T(秒)、TON(秒)、N
1 (回)、N2 (回)とすると、これらの間には、下記
の数式1の関係がある。
【0004】
【数1】
【0005】数式1において、出力電圧Vo は、パルス
幅制御回路18により、スイッチング周期Tを固定し、
主トランジスタ4のオン幅TONを可変制御することによ
って、安定化される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のフォワ
―ドコンバ―タの場合、主トランジスタ4の負荷が誘導
負荷であり、タ―ンオン及びタ―ンオフ時に急激に大電
流をスイッチングする。そのため、主トランジスタ4及
び整流ダイオ―ド8のスイッチングロスが大きくなる。
更に、電圧・電流の急変に対応したスイッチングノイズ
が過大なため、図6に示されるように、主トランジスタ
4、整流ダイオ―ド8の両端にCRスナバ―13、14
を、又、入力ラインにLCフィルタ12を設ける等のノ
イズ低減素子が必要であり、回路構成が複雑で形状が大
きく、高価格になるという欠点があった。
【0007】また、これらの欠点は、スイッチング動作
の高周波化と共に顕著になるため、高周波化による電源
の小形化を阻害する基本的な要因であった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によるスイッチン
グレギュレータは、電圧変換トランスを有するスイッチ
ングレギュレータにおいて、入力コンデンサの両端に
は、コイルと主トランスの1次巻線と主トランジスタと
からなる第1の直列回路が接続され、前記主トランスの
2次巻線には、当該主トランス自身のリ―ケ―ジインダ
クタンス或いは外付けコイルとダイオ―ドと出力コンデ
ンサとからなる第2の直列回路が接続され、前記ダイオ
―ドは、前記主トランスの1次巻線に電圧が印加された
ときに導通する向きに接続され、前記出力コンデンサは
出力電圧を発生し、該出力コンデンサの両端には負荷抵
抗が接続され、前記主トランジスタと並列に接続された
当該主トランジスタ自身の出力容量あるいはコンデンサ
と、前記出力電圧に応答して、前記主トランジスタを、
オフ幅を一定でオン幅を制御する周波数制御手段とを有
することを特徴とする。
【0009】
【実施例】以下,本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0010】図1において、点線A内で囲んだ部分が本
発明の特徴となる部分である。入力コンデンサ3の両端
にコイル2と主トランス6の1次巻線及び主トランジス
タ4とからなる直列回路が接続されている。主トランジ
スタ4と並列にコンデンサ5が接続されている。また、
主トランス6の2次側巻線には、主トランス6自身のリ
―ケ―ジインダクタンスによるものあるいは外付された
コイル7とダイオ―ド8とコンデンサ9とからなる直列
回路が接続されている。コンデンサ9の両端には負荷抵
抗10が接続されている。
【0011】尚、ダイオ―ド8は主トランス6の1次巻
線に電圧印加された時に導通する向きに接続されてい
る。また、主トランジスタ4は、オフ幅一定で、出力電
圧に応じてオン幅を制御可能な周波数制御回路11によ
り駆動される。
【0012】さて、ダイオ―ド8のオンオフの一周期に
おいて、ダイオ―ド8がタ―ンオンした時刻tを零とす
る(t=0)と、ダイオ―ド8のオン期間(以降、オン
期間、オフ期間とはダイオ―ド8の状態を言う)の主ト
ランス6の出力側の等価回路は、図2の様になる。
【0013】図2において、ダイオ―ド8は導通状態の
ため、順方向ドロップ電圧を無視して省略しており、出
力コンデンサ9の容量値は十分大きいとし、定電圧源2
0に置換している。また、定電圧源19は、主トランス
6のオン期間の2次側巻線誘起電圧である。また、コイ
ル21は、コイル2を1次側から2次側へ換算したもの
である。
【0014】ここで、入力コンデンサ3の両端電圧をE
1 ,コイル2のインダクタンスL2 、主トランス6の1
次巻線と2次巻線の巻数をそれぞれN1 、N2 、定電圧
源19の電圧をE2 、コイル21のインダクタンスをL
21とすると、E2 、L21は、それぞれ、下記の数式2、
数式3で表わされる。
【0015】
【数2】
【0016】
【数3】
【0017】又、コイル7のインダクタンスをL7 、出
力電圧即ち定電圧源20の電圧をV0 とすると、コイル
7を流れる電流IL7は、下記の数式4で表わされる。
【0018】
【数4】
【0019】図4にコンデンサ5の両端電圧Vc 、主ト
ランス6の1次巻線電流IT1、コイル7の電流IL7のオ
ン、オフ両期間の波形を示す。オン時間をTon、オフ時
間をToff とすると、コイル7の電流IL7の平均値、即
ち、出力電流I0 は、下記の数式5で表わされる。
【0020】
【数5】
【0021】負荷抵抗10の抵抗値をRとすると、出力
電圧V0 は、下記の数式6で表わされる。
【0022】
【数6】
【0023】数式6に数式5を代入し、整理すると、出
力電圧V0 は、下記の数式7で表わされる。
【0024】
【数7】
【0025】数式7より、直流入力電圧E1 及び負荷抵
抗10の変化に対し、オン時間TONを制御することによ
り出力電圧V0 を安定化できることがわかる。
【0026】次に、オフ期間の主トランス6周辺の等価
回路を図3に示す。主トランジスタ4及びダイオード8
はカットオフするが、ダイオード8には漏れ電流が流れ
るため、主トランス6の2次側回路はある抵抗24と等
価となり、抵抗24はコイル23と並列に接続される。
【0027】ターンオフ時点での主トランス6の1次側
から見た励磁電流Imoは、主トランス6の1次側インダ
クタンスをL1 とすると、下記の数式8で表わされる。
【0028】
【数8】
【0029】したがって、図3におけるコイル23の初
期電流をImo、コンデンサ5の初期電圧を零とすると、
図4に示す通り、回路はコイル2とコイル23とコンデ
ンサ5と抵抗24による振動を呈し、コンデンサ5の両
端電圧Vc 及びコイル23の電流Iは、それぞれ、下
記の数式9および数式10で表わされる。
【0030】
【数9】
【0031】
【数10】
【0032】ここで、図5に、コイル2と抵抗24が無
い場合(A)、コイル2が無く抵抗24がある場合
(B)、コイル2と抵抗24が有る場合(C)のそれぞ
れにおけるコンデンサ5の両端電圧Vc の波形比較を示
す。
【0033】(A)の場合は回路はコイル23とコンデ
ンサ5による自由振動を呈するため、コンデンサ5の両
端電圧Vc は再び零に戻れるが、(B)の場合は抵抗2
4により振動が減衰し、再び零に戻れない。
【0034】そこで、(C)に示すように、コイル2を
回路に接続することにより、コンデンサ5の両端電圧V
c の振幅を大きくしてコンデンサ5の両端電圧Vc が再
び零に戻れるようにする。
【0035】コイル2を回路に接続することにより、コ
ンデンサ5の両端電圧Vc の振幅が大きくなる理由は、
オン期間にコイル7に流れる電流IL7の傾きが小さくな
るため、オン時間TONが長くなり、ターンオフ時点での
主トランス6の1次側から見た励磁電流Imoによる励磁
エネルギが大きくなるためである。
【0036】図4において、コンデンサ5の両端電圧V
c が再び零にもどった時点で主トランス6の2次側には
再び出力電圧に相応じた電圧が発生し、ダイオ―ド8は
オンとなり、オン期間に入る。
【0037】ダイオ―ド8がオンした直後、即、t=0
〜Tcpのクランプ期間は、主トランス6の励磁電流が入
力コンデンサ3への電力帰還と出力コンデンサ9への電
力供給を受け持つ。この期間、主トランス6の1次電流
T1には主トランジスタ4の内部ダイオ―ドを介しても
逆方向に1次傾斜で減衰する電流が流れるが、もし主ト
ランジスタ4がオフ状態であると、逆方向電流が零にな
った時点からコンデンサ5の充電が始まり、主トランジ
スタ4に電圧を生じる。したがって、0<t<Tcpの期
間内に主トランジスタ4をオン状態にしておけば、ダイ
オ―ド8のオン期間に電圧を生じることはない。
【0038】さて、タ―ンオフにおいては、主トランジ
スタ4の電流は即カットオフされ、また、主トランス6
の励磁電流はコンデンサ5に流れ込む。主トランジスタ
4の両端電圧、即ちVc は、タ―ンオフ後、正弦波状に
増大してゆく。このため、主トランジスタ4にタ―ンオ
フの電圧・電流クロスにスイッチングロスは発生しな
い。さらに、主トランジスタ4のタ―ンオンにおいて
は、主トランス6のクランプ期間内の適当な時刻にタ―
ンオンすれば、電圧は零状態のため、電圧・電流クロス
のスイッチングロスは生じない。
【0039】さらに、電圧の正弦波化により、寄生容量
と寄生インダクタンスのリンギングによるスイッチング
ノイズも生じない。したがって、図6の従来回路で必要
であった入力ラインフィルタ12、CRスナバ―13、
14、16等を削除することも可能となる。
【0040】尚、図1に示すコンデンサ5、コイル7
は、高周波スイッチング時には、それぞれ、主トランジ
スタ4の空之層容量、主トランス6のリ―ケ―ジインダ
クタンスを利用することも可能である。
【0041】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明は、主トラン
スのリ―ケ―ジインダクタンスあるいは外付されたコイ
ルのインダクタンス作用を利用して主トランジスタのオ
フ幅制御により、従来の大形平滑コイルや転流ダイオ―
ドがなくても、出力電圧の安定化が可能となる。また、
主トランスの1次巻線に直接接続されたコイルのインダ
クタンス及び主トランスのインダクタンスと主トランジ
スタに並列接続されたコンデンサとの共振作用により、
主トランジスタに印加される電圧波形を正弦波化し、低
損失・高効率化を達成すると共に、低ノイズ化のための
ノイズフィルタやスナバ―回路を削除することが可能と
なる。さらに、回路構成が簡素で、小形・高信頼なスイ
ッチングレギュレ―タを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるスイッチングレギュレ
―タを示す回路図である。
【図2】図1の回路の動作を説明するための等化回路図
である。
【図3】図1の回路の動作を説明するための等化回路図
である。
【図4】図1の回路の動作を説明するための波形図であ
る。
【図5】図1の回路の動作を説明するための波形図であ
る。
【図6】従来のスイッチングレギュレ―タを示す回路図
である。
【符号の説明】
1 入力端子 2 コイル 3 入力コンデンサ 4 主トランジスタ 5 コンデンサ又は主トランジスタの寄生容量 6 主トランス 7 コイル又は主トランス6のリ―ケ―ジインダクタン
ス 8 ダイオ―ド 9 出力コンデンサ 10 負荷抵抗 11 周波数制御回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電圧変換トランスを有するスイッチング
    レギュレータにおいて、入力コンデンサの両端には、コ
    イルと主トランスの1次巻線と主トランジスタとからな
    る第1の直列回路が接続され、前記主トランスの2次巻
    線には、当該主トランス自身のリ―ケ―ジインダクタン
    ス或いは外付けコイルとダイオ―ドと出力コンデンサと
    からなる第2の直列回路が接続され、前記ダイオ―ド
    は、前記主トランスの1次巻線に電圧が印加されたとき
    に導通する向きに接続され、前記出力コンデンサは出力
    電圧を発生し、該出力コンデンサの両端には負荷抵抗が
    接続され、前記主トランジスタと並列に接続された当該
    主トランジスタ自身の出力容量あるいはコンデンサと、
    前記出力電圧に応答して、前記主トランジスタを、オフ
    幅を一定でオン幅を制御する周波数制御手段とを有する
    ことを特徴とするスイッチングレギュレ―タ。
JP20297891A 1991-08-13 1991-08-13 スイツチングレギユレータ Pending JPH0549248A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11196571A (ja) * 1997-12-26 1999-07-21 Toshiba Corp スイッチング電源装置
JP2009303474A (ja) * 2008-05-14 2009-12-24 Fuji Electric Device Technology Co Ltd スイッチング電源
WO2022168199A1 (ja) * 2021-02-03 2022-08-11 住友電気工業株式会社 電力変換回路、及び電力変換器の製造方法

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20000105