JPH07203678A - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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JPH07203678A
JPH07203678A JP1315494A JP1315494A JPH07203678A JP H07203678 A JPH07203678 A JP H07203678A JP 1315494 A JP1315494 A JP 1315494A JP 1315494 A JP1315494 A JP 1315494A JP H07203678 A JPH07203678 A JP H07203678A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
transformer
power supply
capacitance
main
Prior art date
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Pending
Application number
JP1315494A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Haga
浩之 芳賀
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP1315494A priority Critical patent/JPH07203678A/ja
Publication of JPH07203678A publication Critical patent/JPH07203678A/ja
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 本発明の目的は、主電源に整流回路を接続
し、前記整流回路の出力に並列に第一のチョ−ク、トラ
ンスの三次コイル、第一の静電容量の直列回路を接続
し、前記第一の静電容量には並列に前記トランスの四次
コイルと第一の整流素子の直列回路を接続するととも
に、前記第一の静電容量とトランスの一次コイルの直列
回路を主スイッチング素子でオンオフし、前記トランス
の出力電圧を整流平滑して負荷に電力を供給するスイッ
チング電源装置の低損失化と低ノイズ化にある。 【構成】 本発明は上記スイッチング電源装置の第一の
整流素子を補助スイツチング素子に置き換え、前記補助
スイッチング素子を主スイッチング素子のタ−ンオン以
前にタ−ンオフさせることにより、主スイッチング素子
のオフ時主スイッチング素子の寄生静電容量、またはこ
れに代わる静電容量に充電されていた電荷を放電するこ
とにより目的の達成を図ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】(2)
【産業上の利用分野】本発明はスイッチング電源装置の
スイッチング損失、スイッチングノイズの低減、及び力
率改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4、図5は従来回路図及びその各部動
作波形図で図において、PS1は入力電源、RF1は整
流回路、L1はチョ−ク、C1はコンデンサ、SW1はM
OSFET等のスイッチング素子、D3はダイオ−ド、
DFは整流平滑回路、N1、N2、N3、N4はそれぞれト
ランスT1の一次、二次、三次、四次巻線である。この
スイッチング電源装置は、コンデンサC1の電圧をスイ
ッチンク素子SW1のスイッチングによりトランスの一
次コイルN1に印加し、これにより二次コイルN2に生じ
た交流出力を、整流平滑回路DFにより直流に変換して
出力すると同時に、チョ−クL1、三次コイルN3の働き
により、入力電流波形を入力電圧波形に近づけ、入力力
率を改善するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで一般によく知
られるように主スイッチング素子SW1のタ−ンオンお
よびタ−ンオフに際しては損失を発生する。そこでスイ
ッチング時間を短くしてその低減を図ることが行われる
が、この方法ではスイッチング時間が短くなるほどトラ
ンスTのリ−ケ−ジインダクタンスに基づくサ−ジ電圧
を発生し、これに伴いスイッチングノイズも大きくな
る。またこれを軽減するため例えば図4に点線で示すよ
うに、主スイッチング素子SW1と並列に接続された、
抵抗R1とコンデンサC2の直列回路からなるサ−ジ吸収
回路、いわゆるスナバ回路の使用が提案されている。し
かしこの回路そのものにも損失が発生するばかりか、主
スイッチング素子SW1における損失の増大をまぬがれ
得ない。これに加えてFETトランジスタのような主ス
イッチング素子は、そのタ−ンオフ時、主電源PS1に
よ (3) って充電される寄生静電容Csを持つ。このため主スイ
ッチング素子SW1のタ−ンオン時におけるCsの放電に
より、Viを主電源の電圧としたとき、1/2CsVi2の
損失を発生する難点があり変換効率を低下させる。
【0004】
【発明の目的】本発明の目的とするところは、上記従来
技術の問題点を解決した、低損失、低ノイズのスイッチ
ング電源装置の提供にある。
【0005】
【課題を解決するための本発明の手段】図1は本発明の
原理説明用の回路図であって、図4と同一符号部分は同
等部分を示す。図4により前記した従来の回路におい
て、ダイオ−ドD3を補助スイッチング素子SW2に置き
換え、またT1の二次コイルN2と直列に補助スイッチン
グ素子SW2のオフ時リアクタンスが大となって、二次コ
イルN2を開放状態とするリアクトル、例えば可飽和リ
アクトルL2を設ける。そしてこれらの回路とMOSF
ETによる主スイッチング素子SW1、補助スイッチン
グ素子SW2のもつ寄生静電容量Cs、Cs2及び寄生整流
素子Ds、Ds2の利用により低損失化と低ノイズ化を達成
しようとするもので、寄生整流素子Ds等を持たないス
イッチング素子が用いられる場合にはDs、Ds2、Cs、
Cs2に相当する素子が接続される。
【0006】
【作用】説明を容易にするため、N1とN3、N4の巻数
は等しいとする。またトランスT1の励磁インダクタン
スをLmとする。図2は図1の回路の動作波形を示した
図である。まず時刻t0においてSW1をタ−ンオンさせ
ると、二次側に電力が伝達されると同時にLmに励磁エ
ネルギ−が蓄積される。この時SW2はオフしており、
t0の時点ではCs2の充電が完了しているので四次巻線
N4に電流は流れない。またこの時チョ−クL1には入力
電圧が印加される。これは一次巻線N1と三次巻線N3の
電圧が (4) 相殺するためである。従ってチョ−クL1の電流は直線
的に増加し、その電流のピ−ク値は入力電圧に比例す
る。
【0007】時刻t1においてSW1をタ−ンオフさせる
とトランスT1の各巻線電圧が反転しLmとCs、Cs2に
より共振現象が発生する。この時Csは充電されCs2は
放電される。Cs2がゼロまで放電されると次のモ−ドへ
移行する。Cs2の電圧がゼロに達した時点をt2とす
る。この時点でDs2が導通し、四次巻線N4の電圧がク
ランプされる。従ってトランスT1の各巻線もクランプ
され、Cs、Cs2の電圧(つまりSW1、SW2の電
圧)も一定となる。またこの時チョ−クL1の電圧は巻
線電圧の反転にともない反転し、その電流は直線的に減
少する。チョ−クのインダクタンスをうまく選ぶことに
より、次にSW1がタ−ンオンするまでに、チョ−ク電
流をゼロとすることができる。ゼロに達してから電流が
反転しようとしても、DF1が逆電流を阻止するため、
電流はゼロでクランプされる。
【0008】一方、この時トランスT1の励磁インダク
タンスLmの電圧は一定となっているので、その電流は
直線的に変化しやがて反転する。反転する時刻をt4と
する。時刻t2〜t4ではSW2の電圧はゼロであるか
ら、この間にSW2を導通させることによりSW2はゼロ
電圧スイッチングとなる。SW2がタ−ンオンする時刻
をt3とする。Lmの電流が反転するのを待ってSW2
をタ−ンオフさせる。この時刻をt5とする。LmとC
s、Cs2により再び共振現象が発生するが、この時は時
刻t1〜t2の時とは逆にCsは放電され、Cs2は充電さ
れる。Csが放電されると一次巻線N1に正の電圧が印加
されるが、この時L2の働きにより二次側は開放されて
いるので二次側の回路は無いものとして考えて良い。C
sが放電されて電圧がゼロになり、DSが導通する時刻を
t6とする。LmはコンデンサC1の電圧でクランプさ
れ、電流は直線的に変化する。電流が反転するまではS
W1の電圧はゼロであるから、それまでにSW1をタ (5) −ンオンさせればSW1もゼロ電圧スイッチングとな
る。こうしてSW1、SW2共にタ−ンオン時ゼロ電圧
スイッチングとなる。
【0009】次に主スイッチング素子SW1が、時刻t
1においてタ−ンオフしたときの動作について詳しく説
明する。時刻t0からt1の主スイッチング素子SW1の
オン期間においては、寄生静電容量Csには電流が流れ
ず、またその電圧はほぼ零である。時刻t1においてス
イッチング素子SW1がオフ動作を開始すると、それま
で主スイッチング素子SW1を介して一次コイルN1に
流れていた主電源PS1からの電流は、図2のように寄
生静電容量Csの充電電流として流れる。ここで寄生静
電容量Csが充分大きい場合には、主スイッチング素子
SW1の電圧がほぼ零に近い状態のもとに主スイッチン
グ素子SW1の電流がゼロになる事になり、タ−ンオン
時と同様にタ−ンオフ時においても零電圧スイッチング
になる。なお図1の回路の場合、寄生静電容量Csを大
きくしても、主スイッチング素子SW1のタ−ンオン時
ゼロ電圧スイッチングが可能であるため、タ−ンオン時
の損失を増加させることなくタ−ンオフ時の損失を減少
させる事ができる。
【0010】従ってタ−ンオフ時の主スイッチング素子
SW1の電圧波形は、リ−ケ−ジインダクタンスに比べ
て充分大きなCsを付けることが出来るため、サ−ジの
ない滑らかな波形となり、スイッチングノイズも軽減さ
れる。全く同様のことがSW2に関しても言え、従って
SW1、SW2共タ−ンオン、タ−ンオフ時にゼロ電圧
スイッチングとなり、低損失、低ノイズなコンバ−タを
実現する事が可能となる。また、チョ−クL1の電流は
インダクタンスの選び方によって不連続にすることが可
能である。チョ−ク電流が不連続であれば、その電流の
ピ−ク値は入力電圧に比例するので、これを適当なフィ
ルタで高周波分を除去することにより入力電流を入力電
圧に比例した波形とする事が可能となる。つまり入力力
率を改善することができるのである。 (6) 次に本発明の実施例について説明する。
【0011】
【実施例】図3は定電圧制御機能を持たせた本発明の一
実施例の回路図であって、図においてPS1は交流電
源、T1はトランス、N1はその一次コイル、N2は二次
コイル、N3は三次コイル、N4は四次コイルである。L
1はチョ−ク、L2は可飽和リアクトル、C1、C2はコ
ンデンサ、C3は高周波吸収用のフィルタコンデンサ、
D4〜D7はダイオ−ドで、この四つのダイオ−ドで整
流回路を構成する。DFは整流平滑回路で、ダイオ−ド
D1、D2、チョ−クLo、コンデンサCoなどから形成さ
れる。DVは出力電圧検出回路であって、このうちR
2、R3は出力電圧の分圧抵抗、A4は誤差増幅器、V
rは出力電圧設定用基準電圧源であって、誤差増幅器A
4の出力には基準電圧と出力電圧との誤差電圧が送出さ
れる。PCは光カップラ、R4は電流制限抵抗、A3は
スイッチング素子の駆動信号発生回路であって、光カッ
プラPCにより伝送される誤差信号を受け、各スイッチ
ング素子の駆動信号を送出する。Q1は主スイッチング
素子であるFETトランジスタであって、Csはその寄
生静電容量、Dsは寄生整流素子である。Q1のゲ−ト
には、駆動信号発生回路A3からの信号を受けてQ1を
駆動する駆動回路A1が接続される。Q2は補助スイッ
チング素子であるFETトランジスタであって、Cs2
はその寄生静電容量、Ds2は寄生整流素子である。Q2
のゲ−トには、駆動信号発生回路A3からの信号を受け
てQ2を駆動する駆動回路A2が接続される。
【0012】
【発明の効果】以上から明らかなように本発明によれば
入力力率を改善し、かつ低スイッチング損失、低ノイズ
のスイッチング電源装置を得る事ができ、通信回路、コ
ンピュ−タなどの分野に好適する高効率、低ノイズの電
源を提供する事ができる。 (7)
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例回路図である。
【図2】本発明の動作波形図である。
【図3】本発明の一実施例図である。
【図4】従来回路図である。
【図5】従来回路の動作波形図である。
【符号の説明】
A1 駆動回路 A2 駆動回路 A3 駆動信号発生回路 A4 誤差増幅器 C1 コンデンサ C2 コンデンサ C3 コンデンサ Cs コンデンサ Cs2 コンデンサ Co コンデンサ D1 ダイオ−ド D2 ダイオ−ド D3 ダイオ−ド D4 ダイオ−ド D5 ダイオ−ド D6 ダイオ−ド (8) D7 ダイオ−ド Ds2 ダイオ−ド DF 整流平滑回路 DV 出力電圧検出回路 L1 チョ−ク L2 可飽和リアクトル Lo チョ−ク N1 T1の一次コイル N2 T1の二次コイル N3 T1の三次コイル N4 T1の四次コイル PC 光カップラ PS1 主電源 Q1 FETトランジスタ Q2 FETトランジスタ R1 抵抗 R2 抵抗 R3 抵抗 R4 抵抗 SW1 主スイッチング素子 SW2 補助スイッチング素子 T1 トランス Vr 出力電圧設定用基準電源

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主電源に整流回路を接続し、前記整流回
    路の出力に並列に第一のチョ−ク、トランスの三次コイ
    ル、第一の静電容量の直列回路を接続し、前記第一の静電
    容量と並列に前記トランスの一次コイルと主スイッチン
    グ素子の直列回路を接続し、前記主スイッチング素子を
    オンオフすることにより、第一の静電容量から一次コイ
    ルを介して、二次コイルに現われた電圧を整流平滑して
    負荷に電力を供給するスイッチング電源装置において、
    前記トランスに設けた四次コイルと補助スイッチング素
    子の直列回路を前記第一の静電容量に並列に接続し、前
    記主スイッチング素子および補助スイッチング素子とし
    て寄生整流素子と寄生静電容量を備えるか、またはこれ
    に代わる整流素子と静電容量を接続した素子を使用する
    と共に、前記トランスの二次コイルと整流平滑回路間に
    は二次コイル開放用のリアクタンスを設けて、前記主ス
    イッチング素子のタ−ンオン以前における補助スイッチ
    ング素子のタ−ンオフ時、前記主スイッチング素子の寄
    生静電容量またはこれに代えて接続された静電容量の充
    電電荷を放電する事を特徴とするスイッチング電源装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、第二の静電容量を設
    け、トランスの四次コイルと補助スイッチング素子の直
    列回路を前記第二の静電容量に並列に接続したことを特
    徴とするスイッチング電源装置。
  3. 【請求項3】 請求項1あるいは請求項2において、二
    次コイル開放用リアクタンスとして、トランスのリ−ケ
    −ジインダクタンスを調整して用いる事を特徴とするス
    イッチング電源装置。
  4. 【請求項4】 請求項1あるいは請求項2、請求項3に
    おいて、第一のチョ−クの電流を不連続状態にして使用
    することにより入力電流波形を入力電圧波形に近づけ、
    力率を改善することを特徴とするスイッチング電源装
    置。
JP1315494A 1994-01-11 1994-01-11 スイッチング電源装置 Pending JPH07203678A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000116126A (ja) * 1998-10-05 2000-04-21 Fuji Electric Co Ltd Ac/dcコンバータ
CN109862653A (zh) * 2018-09-14 2019-06-07 苏州瑞铬优电子科技有限公司 一种用于高功率因数led的照明驱动电路

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