JPH069380U - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スイッチング素子のターンオン時の損失やサ
ージの少なく低損失のスイッチング電源装置を提供する
こと。 【構成】 トランスの一次巻線に流れるパルス電流によ
りスイッチング信号の誘起される二次巻線ｎ３と、この
二次巻線の一端に接続されたコンデンサＣc、このコン
デンサと直列に接続されたスイッチング素子Ｓ、第１の
ダイオードＤ１、並びに第２のダイオードＤ２を有する
整流回路１０と、この第２のダイオードのカソード端子
に一端が接続されたチョークコイルＬo、このチョーク
コイルの他端と接続されたコンデンサＣoとを有する低
域フィルタ２０と、第１のダイオードのオン状態を検出
してスイッチング素子にターンオン信号を与えると共
に、低域フィルタの出力電圧が所定の電圧となるように
スイッチング素子にターンオフ信号を制御してパルス幅
制御を行うスイッチング制御回路とを具備している。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は多出力のスイッチング電源装置に係り、特にスイッチング素子が零電 圧でターンオンすることにより低損失化をはかる改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

本出願人は、例えば特開昭６３−２８３４６７号公報等で多出力のスイッチン グ電源装置を提案している。このような装置では、主力電圧については一次側に 設けた主スイッチング素子に対して出力電圧の安定化をはかっている。他方従出 力電圧については二次側に設けたマグアンプ等のスイッチング素子により安定化 をはかっている。

【０００３】 図５は従来の二次側回路にスイッチング素子を有する電源の回路図である。図 において、トランスＴの一次巻線ｎ１にはパルス性信号が流れているので、二次 巻線ｎ３にはスイッチング信号Ｖ_n3が誘起されている。このスイッチング信号Ｖ _n3 は二次側誘起電圧とも呼ばれている。この二次巻線ｎ３の一端にはスイッチン グ素子Ｓが接続されており、このスイッチング素子Ｓの他端にダイオードＤ１の アノード端子が接続されている。ダイオードＤ２は、アノード端子が二次巻線ｎ ３の他端に接続されており、カソード端子がダイオードＤ１のカソード端子と突 き合わせられてチョークコイルＬoに接続されている。チョークコイルＬoの他端 には平滑コンデンサＣoが接続されていて、直流化された出力電圧Ｖoutが負荷側 に供給されている。

【０００４】 このように構成された装置の動作について説明する。図６は図５の回路の動作 波形図で、（Ａ）はスイッチング信号Ｖ_n3、（Ｂ）はスイッチング素子Ｓのオン オフを表している。スイッチング周期をＴ、スイッチング素子Ｓがオンでスイッ チング電圧Ｖ_n3が正である時間をＤuＴとしている。尚、図中斜線部はスイッチ ング素子Ｓがオンでもオフでも差し支えない領域である。すると、スイッチング 電圧Ｖ_n3と出力電圧Ｖoutの間には、デューティ比Ｄを用いると、次式の関係が 成立している。 Ｖout＝Ｖ_n3・Ｄu （１） ここで、出力電圧Ｖoutはスイッチング素子Ｓのターンオンによって、パルス幅 制御されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、従来の回路によればスイッチング素子Ｓは電圧が加わっている 状態でターンオンしているので、ターンオン損失とターンオンサージが大きいと いう課題があった。またスイッチング素子ＳとダイオードＤ１が直列に接続され ているので、オン時の順方向電圧効果やオン抵抗が大きく損失が大きいという課 題もあった。

【０００６】 本考案はこのような課題を解決したもので、スイッチング素子のターンオン時 の損失やサージの少なく低損失のスイッチング電源装置を提供することを目的と する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

このような目的を達成する本考案は、トランスの一次巻線に流れるパルス電流 によりスイッチング信号の誘起される二次巻線ｎ３と、この二次巻線の一端に接 続されたコンデンサＣc、このコンデンサと直列に接続されたスイッチング素子 Ｓ、このスイッチング素子と並列に接続されカソード端子が当該コンデンサと接 続される第１のダイオードＤ１、並びにアノード端子が当該二次巻線の他端に接 続されカソード端子がこの第１のダイオードのアノード端子と接続された第２の ダイオードＤ２を有する整流回路１０と、この第２のダイオードのカソード端子 に一端が接続されたチョークコイルＬo、このチョークコイルの他端と接続され たコンデンサＣoとを有する低域フィルタ２０と、前記第１のダイオードのオン 状態を検出して前記スイッチング素子にターンオン信号を与えると共に、前記低 域フィルタの出力電圧が所定の電圧となるように前記スイッチング素子にターン オフ信号を制御してパルス幅制御を行うスイッチング制御回路３０とを具備して いる。

【０００８】

【作用】

整流回路では、第１及び第２のダイオードが共にオンした状態でコンデンサに 充電電流が流れると共に、このタイミングでスイッチング素子をオンすると零電 圧ターンオンが実現する。次に二次巻線に誘起される電圧の変化により、第２の ダイオードがオフして低域フィルタに電荷が送られる。出力電圧が所定の電圧と なるようにパルス幅制御されて、前記スイッチング素子がオフすると共に第２の ダイオードがオンして次の周期を待つ。低域フィルタは直流電圧化して負荷側に 供給する。

【０００９】

【実施例】

以下図面を用いて、本考案を説明する。図１は本考案の一実施例を示す回路図 である。図において、トランスＴの一次巻線ｎ１にはパルス性信号が流れている ので、二次巻線ｎ３にはスイッチング信号Ｖ_n3が誘起されている。この場合、ス イッチング電源装置がフォワード形の場合には一次側がオンのとき二次側がオン となり、フライバック形の場合には一次側がオフのとき二次側がオンとなる。整 流回路１０は、二次巻線ｎ３の一端（スイッチング電圧Ｖ_n3の＋側）に接続され たコンデンサＣcを有しており、蓄電される電圧をＶcとする。スイッチング素子 Ｓは、コンデンサＣcと直列に接続されたもので、トランジスタやＦＥＴが用い られる。ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｓと並列に接続されたもので、カ ソード端子がコンデンサＣcと接続されている。ダイオードＤ２は、アノード端 子が二次巻線ｎ３の他端（スイッチング電圧Ｖ_n3の−側）に接続され、カソード 端子がダイオードＤ１のアノード端子と接続されている。低域フィルタ２０は、 ダイオードＤ２のカソード端子に一端が接続されたチョークコイルＬoと、この チョークコイルＬoの他端と接続されたコンデンサＣoとを有し、直流出力電圧Ｖ outを負荷側に供給している。スイッチング制御回路３０は、ダイオードＤ１が オンである時にスイッチング素子Ｓにターンオン信号を与えると共に、スイッチ ング素子Ｓにターンオフ信号を与えるタイミングでパルス幅制御を行い出力電圧 を安定化している。

【００１０】 このように構成された装置の動作を次に説明する。図２は図１の装置の動作を 説明する波形図で、（Ａ）はスイッチング電圧Ｖ_n3、（Ｂ）はスイッチング素子 Ｓのオンオフを表している。スイッチング電圧Ｖ_n3はコンデンサＣcの作用でオ ン電圧はＶ_n−Ｖc、オフ電圧は−Ｖcになっている。スイッチング素子Ｓはダイ オードＤ１のオンの状態を検出してターンオンする。出力電圧Ｖoutは次の関係 にある。 Ｖout＝Ｖ_n・Ｄu （２） 従って、出力電圧が所定の値となるように、スイッチング素子のターンオフを制 御して、パルス幅制御をおこなっている。

【００１１】 図３は図１の回路を具体化した回路図である。ここでは従出力電圧Ｖoutに図 １の回路を用いている。なお、コンデンサＣcに蓄電される電圧は(n₃/n₁)・Ｄ_U1 Ｖinになっている。主出力電圧Ｖ１を安定化するために、一次側に設けたスイッ チング素子Ｓ１，Ｓ２をオンオフ制御する回路が設けてある。図において、入力 電源Ｖinは直流電流を供給するもので、例えば商用の交流電源から送られた交流 電流を整流平滑化する回路を有している。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は入力電 源Ｖinに対して直列に接続されたもので、相補的にオンオフする。各スイッチン グ素子Ｓ１，Ｓ２には、並列にダイオードＤ３，Ｄ４が接続されている。コンデ ンサＣ１の一端はスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の共通接続点に接続され、他端は トランスＴの一次巻線ｎ１に接続されている。スイッチング素子Ｓ１のデューテ ィ比をＤ_U1とすると、コンデンサＣ１には蓄電圧としてＤ_U1Ｖinが発生し、一次 巻線ｎ１にはスイッチング電圧としてＶ_n1が発生している。コンデンサＣ１はト ランスが偏磁するのを防止するものであり、その電圧はスイッチング動作に応じ て変化する。

【００１２】 するとトランスＴの二次巻線ｎ２にはスイッチング信号が誘起される。二次巻 線ｎ２の一端にはコンデンサＣ２の一端が接続されており、他端にはダイオード Ｄ５のアノード端子が接続されると共に、カソード端子はコンデンサＣ２の他端 に接続されている。コンデンサＣ２に蓄電される電圧は(n₂/n₁)・Ｄ_U1Ｖinになっ ている。そしてチョークコイルＬ１とコンデンサＣ３の低域フィルタにより主出 力電圧Ｖ１が出力される。主出力電圧Ｖ１と安定化するために誤差アンプ４０と パルス幅制御回路５０が設けられている。誤差アンプ４０は主出力電圧Ｖ１と基 準電圧とを比較して、この誤差電圧に応じた誤差信号を出力する。パルス幅制御 回路５０は、例えば汎用のＰＷＭ制御用ＩＣであり、この誤差信号を入力して誤 差が小さくなる方向にデューティ比Ｄ_U1を制御して、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ ２のオンオフを制御している。

【００１３】 このように構成された装置の動作を次に説明する。図４は図３の装置の動作を 説明する波形図で、（Ａ）はスイッチング素子Ｓ１のオンオフ、（Ｂ）はスイッ チング素子Ｓ２のオンオフ、（Ｃ）はスイッチング素子Ｓのオンオフ、（Ｄ）は スイッチング電圧Ｖ_n1を表している。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓの関して ３状態が存在するので以下分説する。

【００１４】 （１）スイッチング素子Ｓ１，Ｓがオンで、スイッチング素子Ｓ２のみオフで ある状態 このとき二次側のダイオードＤ２，Ｄ５はオフである。スイッチング素子Ｓをオ フすると次の状態に移行する。

【００１５】 （２）スイッチング素子Ｓ１のみオンで、スイッチング素子Ｓ２，Ｓがオフで ある状態 このとき二次側のダイオードＤ１，Ｄ５はオフであり、ダイオードＤ２はオンと なる。スイッチング素子Ｓ１をオフして、スイッチング素子Ｓ２をオンすれば次 の状態に移行する。このとき、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２が共にオフとなる期 間を設けると、スイッチング素子Ｓ１が零電圧でターンオンする。

【００１６】 （３）スイッチング素子Ｓ１がオフ、スイッチング素子Ｓ２がオンで、スイッ チング素子Ｓがオフ（またはオン）である状態 このとき二次側のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ５はオンであり、スイッチング素子 Ｓが零電圧でターンオンする。スイッチング素子Ｓ２をオフして、スイッチング 素子Ｓ１をオンすれば最初の状態に移行する。このとき、スイッチング素子Ｓ１ ，Ｓ２が共にオフとなる期間を設けると、スイッチング素子Ｓ２が零電圧でター ンオンする。 この装置では以上の３状態が周期的に繰り返される。

【００１７】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば二次側回路に設けたスイッチング素子を 零電圧でターンオンしているので、ターンオン損失やサージを減少させることが でき、スイッチング電源装置として好ましい。また図３に示す実施例のように、 一次側回路に二個のスイッチング素子を直列に設け、両者を共にオフする期間を 設けながら相補的にオンオフすると、一次側と二次側の全てのスイッチング素子 について零電圧でターンオンできるので、低損失であると共に多出力電源に容易 に対処できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す回路図である。

【図２】図１の装置の動作を説明する波形図である。

【図３】図１の回路を具体化した回路図である。

【図４】図３の装置の動作を説明する波形図である。

【図５】従来装置の二次側回路の回路図である。

【図６】図５の装置の動作を説明する波形図である。

【符号の説明】

１０ 整流回路 ２０ 低域フィルタ ３０ スイッチング制御回路 ４０ 誤差アンプ ５０ パルス幅制御回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】トランスの一次巻線に流れるパルス電流に
   よりスイッチング信号の誘起される二次巻線（ｎ３）
   と、 この二次巻線の一端に接続されたコンデンサ（Ｃc)、こ
   のコンデンサと直列に接続されたスイッチング素子
   （Ｓ）、このスイッチング素子と並列に接続されカソー
   ド端子が当該コンデンサと接続される第１のダイオード
   （Ｄ１）、並びにアノード端子が当該二次巻線の他端に
   接続されカソード端子がこの第１のダイオードのアノー
   ド端子と接続された第２のダイオード（Ｄ２）を有する
   整流回路１０と、 この第２のダイオードのカソード端子に一端が接続され
   たチョークコイル（Ｌo)、このチョークコイルの他端と
   接続されたコンデンサ（Ｃo)とを有する低域フィルタ２
   ０と、 前記第１のダイオードのオン状態を検出して前記スイッ
   チング素子にターンオン信号を与えると共に、前記低域
   フィルタの出力電圧が所定の電圧となるように前記スイ
   ッチング素子にターンオフ信号を制御してパルス幅制御
   を行うスイッチング制御回路３０と、 を具備することを特徴とするスイッチング電源装置。