JPH06261541A - 直流−直流変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波電源部に起動直流電源を供給する起動
用電源回路の通常運転時における電力損失をなくすよう
にする。 【構成】 直流電源部１の直流電源を高周波電源に変換
する高周波電源部１１を高周波トランス５の一次巻線５
Ｐ及びＭＯＳ形ＦＥＴ６を含んで構成し、そのＦＥＴ６
に起動時に起動直流電源を供給する起動用電源回路１６
を設け、ＦＥＴ６に通常運転時に制御電源を供給する制
御用電源回路１２を高周波トランス５の二次巻線５Ｓｄ
を含んで構成する。そして、制御用電源回路１２の制御
電源電圧Ｖ１２を検出し、これに基づいて起動から通常
運転に移行したときに前記起動用電源回路１６をオフさ
せるべく接合形ＦＥＴ２７を含む起動制御回路２６を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流電源を高周波電源
に変換した後に再に直流電源に変換する直流−直流変換
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に従来の直流−直流変換装置の一例
を示す。即ち、直流電源部１は、商用交流電源を整流し
且つ平滑して直流電源を出力するもので、その正端子は
電源スイッチ２を介して直流母線３に接続され、負端子
は電源母線４に接続されている。

【０００３】高周波トランス５は、一次巻線５Ｐと４つ
の二次巻線５ａ乃至５ｄとを有するるものである。一次
巻線５Ｐの一方の端子は直流母線３に接続され、一次巻
線５Ｐの他方の端子はスイッチング素子たるＭＯＳ形Ｆ
ＥＴ６のドレイン，ソース間を介して直流母線４に接続
されている。そして、一次巻線５Ｐには、これと並列に
接続されたコンデンサ７及びダイオード８の直列回路
と、コンデンサ７に並列に接続された抵抗９とからなる
サージ吸収回路１０が設けられ、以て、高周波電源部１
１が構成されている。

【０００４】制御用電源回路１２は、高周波トランス５
の二次巻線５Ｓｄの両端子間にダイオード１３及びコン
デンサ１４の直列回路が接続されて構成され、その二次
巻線５Ｓｄとコンデンサ１４との共通接続点は直流母線
４に接続されている。そして、前記直流母線３とダイオ
ード１３のカソードとの間には起動用抵抗１５が接続さ
れ、以て、起動用電源回路１６が構成されている。

【０００５】高周波電源部１１のＦＥＴ６をオンオフ制
御する制御回路１７は、制御用ＩＣからなるもので、そ
の正電源端子はダイオード１３のカソードに接続され、
負電源端子は直流母線４に接続されているとともに、出
力端子は抵抗１８を介してＦＥＴ６のゲートに接続され
ている。

【０００６】高周波トランス５の二次巻線５Ｓａ乃至５
Ｓｃの各両端子間には、ダイオード１９ａ乃至１９ｃ及
びコンデンサ２０ａ乃至２０ｃの直列回路からなる出力
直流電源回路２１ａ乃至２１ｃが接続されている。そし
て、一つの出力直流電源回路２１ｃの出力端子間には、
フォトカプラ２２のフォトダイオード２２ａ，抵抗２３
及びツェナーダイオード２４の直列回路からなる出力電
圧検出回路２５が接続され、そのフォトカプラ２２のフ
ォトトランジスタ２２ｂは、前記制御回路１７の入力端
子に接続されている。

【０００７】次に、上記従来構成の作用につき、図８を
も参照して説明する。電源スイッチ２がオフ（起動前）
のときには、制御用電源回路１２の出力電圧たる制御電
源電圧Ｖ１２は０Ｖである。今、電源スイッチ２がオン
されると（時刻Ｔ０）、直流電源部１の直流電源電圧Ｖ
１が直流母線３，４間に印加される（電源投入〜起
動）。このように、電源が投入されると、直流電源部１
の直流電源が起動用抵抗１５を介して制御用電源回路１
２に起動用直流電源として供給され、そのコンデンサ１
４が充電される。

【０００８】この場合、通常、直流電源電圧Ｖ１は制御
回路１７が必要とする制御電源電圧Ｖ１２よりも著しく
大であるので、図８（ｃ）で示すように、起動用抵抗１
５に流れる電流、即ち、起動電流Ｉは、時間が経過して
も略一定になり、従って、図８（ｂ）に示すように、制
御電源電圧Ｖ１２は直線的に上昇する。その後、制御電
源電圧Ｖ１２が制御回路１７の動作開始電圧に達すると
（時刻Ｔ１）、制御回路１７はＦＥＴ６にオンオフ信号
を出力する。従って、図８（ｄ）に示すように、ＦＥＴ
６は、オフ状態からオンオフのスイッチング状態に切換
わる。

【０００９】そして、ＦＥＴ６がオンオフ制御される
と、高周波トランス５の一次巻線５Ｐを含む高周波電源
部１１に高周波が生成されて二次巻線５Ｓａ乃至５Ｓｄ
に高周波電源が誘起される。二次巻線５Ｓａ乃至５Ｓｃ
に誘起された高周波電源は出力直流電源回路２１ａ乃至
２１ｃによって出力直流電源に変換される。又、二次巻
線５Ｓｄに誘起された高周波電源はダイオード１３によ
り半波整流され且つコンデンサ１４により平滑されて制
御電源となる。

【００１０】尚、ＦＥＴ６がスイッチング状態（時刻Ｔ
１）になってから二次巻線５Ｓｄに高周波電源が誘起さ
れるまで（時刻Ｔ２）の間は、制御回路１７の消費電流
は起動用抵抗１５の起動電流Ｉによってまかなうように
なるが、その消費電流は、制御回路１７の電源用電流の
みならずＦＥＴ６のオン信号（ゲート電圧）を得るため
のドライブ用電流も含むものであるから、起動電流Ｉの
みではまかないきれずにコンデンサ１４からも供給され
るようになり、従って、図８（ｂ）で示すように、制御
用電源回路１２の制御電源電圧Ｖ１２は若干低下する。
しかしながら、制御回路１７は、動作開始電圧と動作停
止電圧との間にヒステリシスをもっているので、問題は
ない。その後、二次巻線５Ｓｄに高周波電源が誘起され
ると、制御電源電圧Ｖ１２は、一次巻線５Ｐと二次巻線
５Ｓｄとの巻数比で定まる電圧まで急激に上昇する（時
刻Ｔ２）。

【００１１】ところで、高周波トランス５の二次巻線５
Ｓｃに高周波電源が誘起されて出力直流電源回路２１ｃ
の出力端子間に出力直流電源電圧が出力されると、出力
電圧検出回路２５の発光ダイオード２２ａがその出力直
流電源電圧のレベルに応じた発光度合で発光するように
なり、これをフォトトランジスタ２２ｂが受光して制御
回路１７に検出電圧レベル信号として入力する。制御回
路１７は、この検出電圧レベル信号が設定値となるよう
にＦＥＴ６のオン信号（ゲート電圧）をＰＷＭ制御す
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の構成では、起動
時に制御回路１７に起動直流電源を供給するための起動
用電源回路１４は、高周波電源部１１の通常運転時にお
いてもその起動用抵抗１５に電流が流れるようになる。
この場合、前述したように、直流電源電圧Ｖ１と制御電
源電圧Ｖ１２との間には著しい電圧差があるために、起
動用抵抗１５による電力損失は極めて大になって、変換
効率が低下し、しかも、起動用抵抗１５の電力損失によ
る発熱が大になることにより、放熱面積を大にする必要
が生じて、全体として大形化する不具合がある。

【００１３】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、通常運転時における起動用電源回路の
電力損失をなくすことができ、若しくは、極力少なくす
ることができる直流−直流変換装置を提供するにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の直流−直
流変換装置は、直流電源部からの直流電源をスイッチン
グ素子を備えた高周波電源部によって高周波電源に変換
し、更に、高周波トランスによって絶縁した後、直流電
源に再変換するようにしたものにおいて、前記高周波電
源部のスイッチング素子をオンオフ制御する制御回路を
設け、前記高周波トランスの二次側出力に基づいて前記
制御回路に制御電源を供給する制御用電源回路を設け、
起動にともなって前記制御回路に前記直流電源部の直流
電源から起動直流電源を供給する起動用電源回路を設
け、通常運転時には、その起動用電源回路をオフさせる
か、若しくは、前記起動用電源回路の電流を低減させる
起動制御回路を設ける構成に特徴を有する。

【００１５】請求項２記載の直流−直流変換装置は、起
動制御回路に接合形ＦＥＴを用いるようにしたところに
特徴を有する。

【００１６】請求項３記載の直流−直流変換装置は、起
動制御回路にＭＯＳ形ＦＥＴを用いたところに特徴を有
する。

【００１７】請求項４記載の直流−直流変換装置は、起
動制御回路としてチョッパ回路を設けるようにしたとこ
ろに特徴を有する。

【００１８】

【作用】請求項１記載の直流−直流変換装置によれば、
起動制御回路によって、起動時に高周波電源部に起動直
流電源を供給する起動用電源回路がオフされるか、若し
くは、起動用電源回路の電流が低減されるので、通常運
転時に起動用電源回路による電力損失をなくし得、若し
くは、極力少なくし得る。

【００１９】請求項２，請求項３記載の直流−直流変換
装置によれば、起動制御回路に接合形ＦＥＴ，ＭＯＳ形
ＦＥＴを用いるようにしたので、動作時の消費電流が少
なくて済む。

【００２０】請求項４記載の直流−直流変換装置によれ
ば、通常運転に移行した時には、起動制御回路たるチョ
ッパ回路によって起動用電源回路の電流が確実に低減さ
れるようになる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例につき、図１乃
至図４を参照して説明するに、本実施例においては、前
記図１及び図２に示す従来例と同一部分には同一符号を
付して説明を省略し、以下、異なる部分について説明す
る。

【００２２】即ち、起動制御回路２６は、接合形ＦＥＴ
（ディプレッション形）２７，抵抗２８及び２９からな
るものである。そして、このＦＥＴ２７において、ドレ
インは起動用電源回路１６を構成すべく起動用抵抗１５
を介して直流母線３に接続され、ソースはダイオード１
３のカソードに接続され、そして、ゲートは抵抗２８を
介してソースに接続されているとともに抵抗２９を介し
て直流母線４に接続されている。

【００２３】次に、本実施例の作用につき、図２乃至図
４をも参照して説明する。電源スイッチ２がオンされる
ことによる電源投入（時刻Ｔ０）の直後においては、制
御用電源回路１２のコンデンサ１４の端子間電圧即ち制
御電源電圧Ｖ１２は０Ｖである。接合形ＦＥＴ２７は、
図４に示すディプレッション形の特性を呈するもので、
図３に示すゲート・ソース間電圧ＶGSが０Ｖであっても
オンしているので、起動用抵抗１５を介してコンデンサ
１４に充電電流が流れる。コンデンサ１４の端子間電圧
たる制御電源電圧Ｖ１２が上昇してくると、この制御電
源電圧Ｖ１２を抵抗２８，２９で分圧した電圧がＦＥＴ
２７のゲートに加えられるので、ＦＥＴ２７のソース・
ゲート間電圧ＶGSは負（−）方向に移行する。

【００２４】ＦＥＴ２７は、ソース，ゲート間電圧ＶGS
が負方向に移行するに従ってドレイン電流ＩD が減少す
る特性を有するので、図２（ｃ）に示すように、起動電
流Ｉは徐々に下降し、図２（ｂ）に示すように、コンデ
ンサ１４の端子間電圧たる制御電源電圧Ｖ１２は非直線
的に上昇する。そして、図２（ｂ）に示すように、制御
電源電圧Ｖ１２が制御回路１７の動作開始電圧に達する
と（時刻Ｔ１）、その制御回路１７は動作してＦＥＴ６
にオンオフ信号を与えるようになり、図２（ｄ）に示す
ように、ＦＥＴ６はスイッチング状態になる。従って、
従来と同様に、高周波電源部１１に高周波が生成され
て、高周波トランス５の二次巻線５Ｓａ乃至５Ｓｄに高
周波電源が誘起される。

【００２５】高周波トランス５の二次巻線５Ｓｄに誘起
される高周波電源は、ダイオード１３によって整流され
且つコンデンサ１４によって平滑されて制御電源に変換
されるようになり、従って、図２（ｂ）に示すように、
制御電源電圧Ｖ１２は一次巻線５Ｐと二次巻線５Ｓｄと
の巻数比で定まる電圧まで急激に上昇する（時刻Ｔ
２）。この時、ＦＥＴ２７のソース・ゲート間電圧ＶGS
はドレイン電流ＩD が０となるような負電圧となり、Ｆ
ＥＴ２７はオフすることになって、起動電流Ｉは流れな
くなる。尚、その他の動作は、従来と同様である。

【００２６】このように、本実施例によれば、制御用電
源回路１２の制御電源電圧Ｖ１２を検出する起動制御回
路２６を設けて、その検出電圧が高周波電源部１１の通
常運転状態の電圧となったときに、その起動制御回路２
６によって、起動時に高周波電源部１１に起動直流電源
を供給する起動用直流電源回路１６をオフさせるように
したので、通常運転時に起動用抵抗１５に電流が流れる
ことを防止し得、従って、電力損失がなくなって、変換
効率がよくなるものである。

【００２７】そして、通常運転時には、起動用抵抗１５
による電力損失がないことにより、その起動用抵抗１５
が発熱することはなく、従って、従来とは異なり、放熱
面積を大とする必要はなく、全体の小形化を図ることが
できる。

【００２８】しかも、起動制御回路２６のスイッチング
素子として電圧駆動形素子たる接合形ＦＥＴ２７を用い
るようにしたので、通常のトランジスタの如きベース電
流は流れず、従って、動作時の消費電流が少なくて済む
利点がある。

【００２９】尚、上記実施例では、制御電源電圧Ｖ１２
が高周波トランス５の一次巻線５Ｐと二次巻線５Ｓｄと
の巻数比で定まる電圧に急上昇したときに（図２時刻Ｔ
２）、ＦＥＴ２７をオフさせるようにしたが、これに限
らず、ＦＥＴ２７にわずかにドレイン電流ＩD が流れる
ように設定してもよく、この場合には、起動用抵抗１５
に流れる電流を低減し得て、電力損失を極力少なくする
ことができる。

【００３０】図５及び図６は本発明の第２の実施例であ
り、前記第１の実施例と同一部分には同一符号を付して
示し、以下、異なる部分について説明する。即ち、図５
において、前記起動制御回路２６に代わる起動制御回路
３０は、ＭＯＳ形ＦＥＴ（エンハンスメント形）３１，
３２，ツェナーダイオード３３及び抵抗３４乃至３６か
らなる。

【００３１】そして、ＦＥＴ３１において、ドレインは
起動用直流電源回路１６を構成する起動用抵抗１５を介
して直流母線３に接続され、ソースはダイオード１３の
カソードに接続され、ゲートは三分岐されて、一つは抵
抗３４を介して直流母線３に接続され、もう一つはツェ
ナーダイオード３３を介してダイオード１３のアノード
に接続され、残りの一つはＦＥＴ３２のドレインに接続
されている。そして、抵抗３５及び３６は直列にしてコ
ンデンサ１４に並列に接続され、その抵抗３５，３６の
共通接続点はＦＥＴ３２のゲートに接続されているとと
もに、ＦＥＴ３２のソースは直流母線４に接続されてい
る。

【００３２】而して、図６をも参照するに、電源スイッ
チ２がオンされることによる電源投入（時刻Ｔ０）の直
後においては、制御用電源回路１２のコンデンサ１４の
端子間電圧たる制御電源電圧Ｖ１２は０Ｖである。しか
しながら、電源投入により、ツェナーダイオード３３が
導通することによってＦＥＴ３１のソース・ゲート間に
は正（＋）の一定電圧が印加されることになる。ＭＯＳ
形ＦＥＴ３１は、図４に示すように、ノーマルオフ形の
もので、ソース・ゲート間電圧ＶGSが正（＋）のときに
はオン状態となるものであり、従って、コンデンサ１４
に充電電流が流れる。

【００３３】この場合、起動制御回路３０のＦＥＴ３１
は通常のスイッチング素子のオン状態として作用するの
で、図６（ｃ）に示すように、起動用抵抗１５に流れる
電流、即ち、起動電流Ｉは時間の経過によらず略一定と
なり、従って、図６（ｂ）に示すように、コンデンサ１
４の端子間電圧たる制御電源電圧Ｖ１２は直線的に上昇
する。

【００３４】その後、制御回路１７が動作を開始し（時
刻Ｔ１）、高周波トランス５の二次巻線５Ｓｄに高周波
電源が誘起されて制御電源電圧Ｖ１２が急上昇すると
（時刻Ｔ２）、図６（ｃ）に示すように、ＦＥＴ３２が
オン状態となり、これによって、ＦＥＴ３１がオフ状態
となる。従って、起動用抵抗１５に流れる電流はなくな
るのである。

【００３５】この場合、抵抗３４及びＦＥＴ３２を介し
て電流が流れ続けることになるが、この抵抗３４の抵抗
値は、ツェナーダイオード３３が導通し得るだけのもの
でよいので、起動用電源回路１６の起動用抵抗１５に比
し著しく大のものでよいものである。即ち、起動用抵抗
１５は、起動時にコンデンサ１４に短時間で制御回路１
７の動作開始電圧に達するような抵抗値に設定しなけれ
ばならないので、それほど高抵抗値に設定することはで
きないのであるが、抵抗３４はこのような制約はないの
である。

【００３６】これにより、起動制御回路３０の抵抗によ
る電力損失は微々たるものとなり、従って、この第２の
実施例によっても、前記実施例同様の効果を得ることが
できる。

【００３７】尚、上記各実施例では、夫々ＦＥＴ２７及
び３１，３２を用いた起動制御回路２６及び３０を設け
るようにしたが、代りに、制御電源電圧Ｖ１２に応じて
起動用抵抗１５及びコンデンサ１４に印加される電圧を
チョッピングするチョッパ回路を設けて、制御電源電圧
Ｖ１２が急上昇する通常運転に移行したとき（図２，図
６の時刻Ｔ２）、その印加電圧を起動時より小となるよ
うに制御し、以て、起動用抵抗１５に流れる電流を減少
させるようにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、以上説明した通りであるの
で、次のような効果を奏する。請求項１記載の直流−直
流変換装置によれば、通常運転時に、高周波電源部のス
イッチング素子をオンオフ制御する制御回路に起動直流
電源を供給する起動用電源回路をオフし、若しくは、起
動用電源回路に流れる電流を低減させる起動制御回路を
設けるようにしたので、通常運転時における起動用電源
回路の電力損失をなくし得、若しくは、電力損失を極力
少なくし得て、発熱をなくし得、若しくは、極力小にす
ることができ、従って、交換効率をよくすることができ
るとともに、発熱による放熱面積を大とする必要がなく
なって、全体として小形化を図ることができる。

【００３９】請求項２，請求項３の直流−直流変換装置
によれば、起動制御回路に接合形ＦＥＴ，ＭＯＳ形ＦＥ
Ｔを用いるようにしたので、動作時の消費電流を少なく
なし得る。

【００４０】請求項４記載の直流−直流変換装置によれ
ば、起動制御回路としてチョッパ回路を設けるようにし
たので、通常運転時に起動用電源回路に流れる電流を極
力小に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す電気回路図

【図２】作用説明用の各部の波形図

【図３】ＦＥＴの説明図

【図４】ＦＥＴの特性図

【図５】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【図６】図２相当図

【図７】従来例を示す図１相当図

【図８】図２相当図

【符号の説明】

図面中、１は直流電源部、５は高周波トランス、５Ｓは
一次巻線、５Ｓａ乃至５Ｓｄは二次巻線、６はＭＯＳ形
ＦＥＴ（スイッチング素子）、１０はサージ吸収回路、
１１は高周波電源部、１２は制御用電源回路、１５は起
動用抵抗、１６は起動用電源回路、１７は制御回路、２
１ａ乃至２１ｃは出力直流電源回路、２６は起動制御回
路、２７は接合形ＦＥＴ、３０は起動制御回路、３１及
び３２はＭＯＳ形ＦＥＴを示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源部からの直流電源をスイッチン
   グ素子を備えた高周波電源部によって高周波電源に変換
   し、更に、高周波トランスによって絶縁した後、直流電
   源に再変換するようにした直流−直流変換装置におい
   て、 前記高周波電源部のスイッチング素子をオンオフ制御す
   る制御回路と、 前記高周波トランスの二次側出力に基づいて前記制御回
   路に制御電源を供給する制御用電源回路と、 起動にともなって前記制御回路に前記直流電源部の直流
   電源から起動直流電源を供給する起動用電源回路と、 通常運転時には、前記起動用電源回路をオフさせ、若し
   くは、前記起動用電源回路の電流を低減させる起動制御
   回路とを具備してなる直流−直流変換装置。
2. 【請求項２】 起動制御回路に接合形ＦＥＴを用いるよ
   うにしたことを特徴とする請求項１記載の直流−直流変
   換装置。
3. 【請求項３】 起動制御回路にＭＯＳ形ＦＥＴを用いた
   ことを特徴とする請求項１記載の直流−直流変換装置。
4. 【請求項４】 起動制御回路としてチョッパ回路を設け
   るようにしたことを特徴とする請求項１記載の直流−直
   流変換装置。