JPH0574309B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気制御形スイツチングレギユレー
タに係り、特に高周波化に好適な磁気制御形スイ
ツチングレギユレータに関する。

〔従来の技術〕

磁気制御形スイツチングレギユレータは、変圧
器２次側に可飽和リアクトルを設けて、そのリセ
ツト電流を制御することにより出力を安定化させ
る方式がとられている。

この方式では、鉄心特性で定まる制御不能な磁
束密度を有し、この磁束密度が変化する期間は定
電圧制御に利用できない。これを制御不能期間
（またはデツドアングル）と呼称する。

実機では、磁気制御用の可飽和リアクトルが整
流ダイオードと直列に構成されるので、そのリカ
バリ電流によつて不要なリセツト磁束を生じ、デ
ツドアングルが増大する。

従来の磁気制御形スイツチングレギユレータ
は、文献MAG−85−201（電気学会マグネテツク
ス研究会、昭和60年12月）の第57頁から第64頁に
記載されているように、可飽和リアクトルと並列
にPNPトランジスタとダイオードの直列回路を
接続して、リカバリ電流をバイパスさせる対策が
なされている。

しかし、この方式ではリカバリ電流をベースの
バイアス電流としているため、トランジスタがタ
ーンオンする期間は、可飽和リアクトルにフライ
バツク電圧が印加されて、リセツト磁束を生ずる
欠点がある。また整流ダイオードのリカバリ期間
は、トランジスタの飽和電圧とダイオードの順電
圧降下分が可飽和リアクトルに印加される。これ
らによつて生ずるデツドアングルは、文献中にも
指摘されているように高周波になるほどその値が
大きくなる。

別な対策としては、文献PE85−27（信学技報昭
和60年２月）の第19頁から第26頁に記載のものが
あげられる。この方式は、ダイオードのスパイク
低減に関するもので、磁気制御方式に必須となる
リセツト回路を有していないが、別巻線と補助電
源を設け常時直流電流を流しているので、デツド
アングル抑制される。しかし、直流励磁回路の損
失が大きくなる欠点がある。特に、可飽和リアク
トルの主巻線にリセツト電流を流す期間は先の直
流励磁回路が変圧器作用で負荷回路となつてさら
に回路損失が増大する。したがつて、リセツトに
要する電力損失も大きなものとなる。

また別巻線には、補助電源を有しているため、
電源投入時に、補助電源が立上がるまでの期間リ
カバリ電流が抑制できない。このめ、最大負荷で
電源が投入された時、出力精度が阻害される。

一方、軽負荷時には、大きなリセツト電流を流
して下飽和磁心の磁束変化を大きくとるが、別巻
線で偏磁されている分だけ余分なリセツト電流を
流す必要がある。このため、直流励磁回路と合わ
せた回路損失と、これによる効率低下がさけられ
ない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、可飽和リアクトルにリカバリ
電流が流れる条件で回路が構成されるため、回路
部品が多くなり、直流励磁回路の損失とリセツト
電力が大きくなる問題があつた。

また、リセツト電流がない条件で別回路に整流
ダイオードのリカバリ電流をバイパスさせるもの
では、トランジスタがターンオンする期間に大き
なリカバリ電流が流れてしまい、その降下が半減
する欠点があつた。

本発明の目的は、整流ダイオードのリカバリ電
流によつて生じるデツドアングルを抑え、磁気制
御形スイツチングレギユレータの出力制御範囲を
広くさせることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、直流電源の両端子間に変圧器の一次
巻線と主スイツチング素子とを直列接続し、前記
変圧器の二次巻線の両端子間に少なくとも可飽和
リアクトルと整流ダイオードとチヨークコイルと
コンデンサを直列接続し、該チヨークコイルに蓄
積されるエネルギーを還流ダイオードにより前記
コンデンサに転送する回路と、前記可飽和リアク
トルのリセツト電流を制御する制御回路とを備
え、前記主スイツチング素子のオン、オフ動作に
よつて前記変圧器の二次巻線に出力される電力
を、前記可飽和リアクトルの磁気飽和量の制御に
よつて出力電力を制御する磁気制御形スイツチン
グレギユレータにおいて、前記可飽和リアクトル
に磁気結合してなる別巻線と、前記整流ダイオー
ドのリカバリ期間だけ閉ループとなるように、前
記別巻線と前記整流ダイオードと同極性のダイオ
ードの直列回路を前記整流ダイオードの両端に並
列接続してなる短絡回路とを備えたことに特徴が
ある。

〔作用〕

スイツチング素子のオン期間では、可飽和リア
クトルが所定の期間だけ変圧器巻線の電圧を阻止
する方向に電圧をもち、別巻線にも電圧が誘起さ
れるが、直列に接続されたダイオードがこれを阻
止すので、別巻線は開放状態となる。

次にスイツチング素子がターンオフすると、整
流ダイオードのリカバリ電流が可飽和リアクトル
の主巻線を介して流れるが、変圧器作用により別
巻線に短絡電流が流れて可飽和リアクトルは低イ
ンピーダンスとなり、電圧が誘起されない。した
がつて、可飽和磁心の磁化が起らない。

スイツチング阻止のオフ期間は、従来回路と同
様に、可飽和リアクトル主巻線にリセツト電流が
流れるが、この期間には整流ダイオードがオフし
ているので、短絡回路が開放状態となる。

このように、本発明で構成される短絡回路は、
整流ダイオードのリカバリ期間だけ閉ループとな
るように動作する。このため制御されるリセツト
電流のみで、可飽和磁心をリセツトすることがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明す
る。本発明は、変圧器２次側に回路の特長があり
１次側は通常の構成で示してある。入力電源１の
両端子間には変圧器２の１次巻線n₁と主スイツチ
ング素子であるトランジスタ３とが直列接続され
る。４はトランジスタ３をオンオフ動作させる駆
動回路である。駆動回路４は、自励式で動作させ
る方法と、特定の出力電圧を検出してフイードバ
ツク制御をかける等種々の方法があるが、詳細説
明は省略する。

次に変圧器２の２次巻線n₂には、可飽和リアク
トル５と整流ダイオード７とチヨークコイル１２
とコンデンサ１３が直列接続される。また、チヨ
ークコイルに蓄積されたエネルギーを前記トラン
ジスタがオフ期間にコンデンサに転送するための
還流ダイオード８が、直列接続されたチヨークコ
イル１２とコンデンサ１３との両端に接続され
る。

可飽和リアクトルは、主巻線n₃がn₂の正極側と
整流ダイオード７のアノード間に接続される。こ
れのリセツト電流i_rは、ダイオード１０、トラン
ジスタ１１、制御回路駆動部１４で構成される制
御回路により、出力を安定化するように制御され
た電流が供給される。

本発明は、可飽和リアクトルに短絡回路６を設
けてある。これは、可飽和リアクトル５に磁気結
合してなる別巻線n₄とダイオード９の直流回路で
構成され、整流ダイオード７をスイツチとして動
作することができる。

すなわち、トランジスタ３がターンオフした
時、変圧器巻線に誘器されるフライバツク電圧に
よつて整流ダイオード７のリカバリ電流i_dが巻線
n₃に流れようとする。この時、巻線n₃に図示黒丸
と反対側を正極性とする電圧が誘起するので、変
圧器作用によりn₄側に短絡電流i_sが流れて短絡モ
ードを呈し可飽和磁心の磁束変化が起らない。

したがつて、本発明では可飽和リアクトル側か
らみた時、整流ダイオード７が理想化したダイオ
ードとしてみることができる点が大きな特長とな
つている。

またトランジスタ３のオフ期間には、リカバリ
電流i_dと同一方向にリセツト電流が流れるが、電
流ダイオード７がオフしているので短絡電流i_sは
流れない。

一方、トランジスタ３がターンオンした時に
は、所定の期間だけ変圧器２次巻線n₂の電圧を阻
止する方向、すなわち図示黒丸側を正極性とする
電圧が誘起される。この時、n₄側ではダイオード
９でこの電圧が阻止されるので、磁気制御特性に
影響を与えない。

このように、本発明では整流ダイオード７のリ
カバリ時のわずかな期間だけ短絡回路６を動作さ
せ、かつリセツト電流の有無に関わらずi_sが流れ
ることができる。したがつて従来技術のように別
巻線に別電源と高インピーダンス素子を用いる
他、リカバリ電流が流れることを前提条件とする
方式に比して、回路部品及び損失の低減と出力の
安定化が良好となる。

次に、第２図において別な実施例を説明する。
変圧器１次側は第１図と一に構成されるので省略
してある。本発明は、可飽和リアクトル５にリセ
ツト用巻線n₅を設ける構成でも実施できる。

この場合には、リセツト電流が変圧器巻線n₂に
流れることがないので、変圧器を偏磁さる欠点を
排除できる。

また、整流ダイオード７にスナバ回路を付けて
di／dtを小さくすることにより、リカバリ電流並
びにスパイク電圧を低減が計れる効果が得られ
る。

従来技術で構成される回路では、整流ダイオー
ド７にCRスナバ回路を設けると、トランジスタ
３のオフ期間にコンデンサの充電々荷が主巻線n₃
を介して放電するために、図示黒丸を正極性とす
る電圧が誘起し磁束変化が生じて可飽和磁心の温
度上昇が大きくなる。このため高周波化が阻害さ
れている。

第２図の実施例では、リセツト巻線n₅側でこの
電流を吸収できるので、スナバ回路の放電々流に
よる磁束変化がない。

第３図に本実施例による静的出力特性曲線
（）と短絡回路を用いない場合の特性、曲線
（）を比較して示す。これは、A.C.100V入力、
12V4A出力、100KHzで設計したスイツチングレ
ギユレータで行なつたものである。曲線（）の
場合は、リカバリ電流でデツドアングルが大きく
なり出力制御範囲が十分得られず50KHz以下でな
いと定格出力が得られない。

この結果は、本発明が高周波化に好適であるこ
とを示している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、整流ダイオードのリカバリ電
流をそのリカバリ期間に短絡回路で吸収できるの
で、簡単な回路構成で不要なデツドアングルを排
除できるので、磁気制御形スイツチングレギユレ
ータの出力制御範囲を広くできる効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例を示す回路
図、第３図は静的出力特性の比較を示すグラフで
ある。 １……入力電源、２……変圧器、３……トラン
ジスタ、４……駆動回路、５……可飽和リアクト
ル、６……短絡回路、７……整流ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流電源の両端子間に変圧器の一次巻線と主
   スイツチング素子とを直列接し、前記変圧器の二
   次巻線の両端子間に少なくとも可飽和リアクトル
   と整流ダイオードとチヨークコイルとコンデンサ
   を直列接続し、該チヨークコイルに蓄積されるエ
   ネルギーを還流ダイオードにより前記コンデンサ
   に転送する回路と、前記可飽和リアクトルのリセ
   ツト電流を制御する制御回路とを備え、前記主ス
   イツチング素子のオン、オフ動作によつて前記変
   圧器の二次巻線に出力される電力を、前記可飽和
   リアクトルの磁気飽和量の制御によつて出力電力
   を制御する磁気制御形スイツチングレギユレータ
   において、 前記可飽和リアクトルに磁気結合してなる別巻
   線と、 前記整流ダイオードのリカバリ期間だけ閉ルー
   プとなるように、前記別巻線と前記整流ダイオー
   ドと同極性のダイオードの直列回路を前記整流ダ
   イオードの両端に並列接続してなる短絡回路 とを備えることを特徴とする磁気制御形スイツチ
   ングレギユレータ。