JPH07231652A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スイッチングトランス２の一次巻線２ａに供
給する直流電力を断続し、負荷１２に直流電力を得るス
イッチング電源装置において、一次巻線２ａの励磁エネ
ルギーを有効利用できるとともに、スイッチング素子の
耐電圧容量の低減化を図って電力損失をなくす。 【構成】 直流電源側の電解コンデンサ１の正、負極間
にスイッチング素子３１、一次巻線２ａおよび前記素子
３１と同一タイミングでオン、オフ制御されるスイッチ
ング素子３２を接続する。スイッチング素子３１，３２
のオフ時において、スイッチング素子３１，３２、一次
巻線２ａの各両端電圧は直流入力電圧Ｖ_INにクランプさ
れるとともに、一次巻線２ａの励磁エネルギーによる逆
起電力は、高速リカバリーダイオード３４→直流電源の
正極、負極→高速リカバリーダイオード３３→一次巻線
２ａなるループを通り、直流入力電源側に回生される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフォワード型のスイッチ
ング電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、スイッチングトランスを用いたＡ
Ｃ−ＤＣ電源（交流電圧から直流電圧を作る装置）や、
ＤＣ−ＤＣ電源（直流電圧から異なる直流電圧を作る装
置）は図２，図３に示す方式の装置が普及している。

【０００３】図２において、１は直流電源電圧（直流入
力電圧Ｖ_IN）が印加される電解コンデンサである。電解
コンデンサ１の正、負極端間にはスイッチングトランス
２の一次巻線２ａおよびスイッチング素子３が直列に接
続されている。前記一次巻線２ａの両端間には、コンデ
ンサ４および抵抗５からなる並列回路に図示極性のダイ
オード６を直列接続して成る逆起電力吸収回路７が接続
されている。スイッチングトランス２の二次巻線２ｂの
両端間には、ダイオード８，９からなる整流回路と、リ
アクトル１０およびコンデンサ１１からなるフィルタ回
路を介して負荷１２が接続されている。

【０００４】図２の装置では、スイッチング素子３をオ
ン、オフ制御して直流電流を間欠的に一次巻線２ａに供
給し、二次巻線２ｂに誘起する電力を整流、平滑して負
荷１２に直流電力を供給するものである。尚スイッチン
グ素子３のオフ時に一次巻線２ａに発生する逆起電力は
逆起電力吸収回路７によって吸収、放電される。

【０００５】また図３において図２と同一部分は同一符
号をもって示している。図３において図２と異なる点
は、逆起電力吸収回路７を除去するとともに一次巻線２
ａに中間タップＸを設け、電解コンデンサ１の正極端を
中間タップＸに接続し、一次巻線２ａの一端を図示極性
のダイオード２１を介して電解コンデンサ１の負極端に
接続したことにあり、その他の部分は図２と同一に構成
されている。

【０００６】図３の装置においても、スイッチング素子
３をオン、オフ制御して直流電流を間欠的に一次巻線２
ａに供給し、二次巻線２ｂに誘起する電力を整流、平滑
して負荷１２に直流電力を供給するものである。尚スイ
ッチング素子３のオフ時に一次巻線２ａに発生する逆起
電力は図示矢印のようにダイオード２１を介して直流電
源側に回生される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図２の装置は、スイッ
チングトランス２が一次、二次側ともに各々１巻線で構
成することができるため小型化を図られる。しかしなが
ら、スイッチング素子３のオフ時に一次側励磁電流の蓄
積エネルギー（励磁エネルギー）が逆起電力として現れ
るので、それを吸収、放電するための逆起電力吸収回路
７が必要となる。この逆起電力は抵抗５によって消費さ
れるので、無効電力となり、前記励磁エネルギーを無駄
にしてしまう。

【０００８】また前述した一次巻線２ａの逆起電圧Ｖ_r
の大きさが直流入力電圧Ｖ_INに等しいとすると、スイッ
チング素子３の両端電圧は図４に示すように２Ｖ_INとな
る。尚図４（ａ）はデューティ５０％のときの一次巻線
２ａの電圧波形を示し、図４（ｂ）はスイッチング素子
３の両端電圧波形を示している。このためスイッチング
素子３には直流入力電圧Ｖ_INの２倍以上の耐電圧が要求
される。しかし高耐圧スイッチング素子は低圧用に比べ
て、順方向電圧降下が大きく、また高価である。

【０００９】したがって図２の装置は、励磁エネルギー
を無駄にするとともに、大きな順方向電圧降下による損
失が生じるという欠点がある。

【００１０】また図３の装置では、スイッチング素子３
のオフ時に生じる励磁エネルギーによる逆起電圧Ｖ
_r1は、中間タップＸからみてダイオード２１側の巻線２
ａに伝わり（図示Ｖ_r2）、Ｖ_r1＝Ｖ_r2＝Ｖ_INとなり、図
示矢印の電流Ｉ_rが流れることにより励磁エネルギーが
直流電源側へ回生される。しかしながら、前記オフ時の
スイッチング素子３の両端電圧は図２の装置の場合と同
様に２Ｖ_INとなり、スイッチング素子３には直流入力電
圧Ｖ_INの２倍以上の耐電圧が要求される。このため前記
同様に大きな順方向電圧降下による損失が生じるといる
欠点がある。

【００１１】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
その目的は、励磁エネルギーを有効利用できるととも
に、スイッチング素子の耐電圧容量の低減化を図って電
力損失をなくしたスイッチング電源装置を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、スイッチング
トランスの一次巻線に供給する直流電力を断続し、負荷
に直流電力を得るスイッチング電源装置において、前記
スイッチングトランスの一次巻線の正極端と直流電源の
正極母線の間に接続された第１のスイッチング素子と、
前記スイッチングトランスの一次巻線の負極端と直流電
源の負極母線の間に接続された第２のスイッチング素子
と、カソードが前記スイッチングトランスの一次巻線の
正極端に、アノードが前記直流電源の負極母線に各々接
続された第１のダイオードと、アノードが前記スイッチ
ングトランスの一次巻線の負極端に、カソードが前記直
流電源の正極母線に各々接続された第２のダイオードと
を備えたことを特徴としている。

【００１３】

【作用】第１および第２のスイッチング素子がオン制御
されると、直流電源の正極母線から第１のスイッチング
素子、スイッチングトランスの一次巻線および第２のス
イッチング素子を介して負極母線に励磁電流が流れる。

【００１４】次に第１および第２のスイッチング素子が
オフ制御されると、前記励磁電流によって蓄積された励
磁エネルギーによる逆起電力は、一次巻線の負極端から
第２のダイオードのアノード、カソードを介して直流電
源側へ回生される。このため励磁エネルギーを無駄にす
ることなく有効に利用することができる。

【００１５】前記第１および第２のスイッチング素子の
オフ時において、第１のスイッチング素子の一端は前記
正極母線に、他端は第２のダイオードを介して前記負極
母線に接続された状態になるので、該第１のスイッチン
グ素子の両端電圧は直流電源の入力電圧にクランプされ
る。

【００１６】また前記第１および第２のスイッチング素
子のオフ時において、第２のスイッチング素子の一端は
第２のダイオードを介して正極母線に、他端は前記負極
母線に接続された状態になるので、該第２のスイッチン
グ素子の両端電圧は直流電源の入力電圧にクランプされ
る。

【００１７】このため第１および第２のスイッチング素
子の耐電圧容量は、直流入力側電圧分のみ保証すればよ
く、安価な低圧素子で済む。これによってスイッチング
素子の順方向電圧降下による損失を低減することができ
る。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
を説明する。図１において図２、図３と同一部分は同一
符号をもって示している。前記スイッチングトランス２
の一次巻線２ａの正極端と電解コンデンサ１の正極の間
には、直流入力電圧Ｖ_INを保証する耐電圧容量を有した
スイッチング素子３１が接続されている。前記一次巻線
２ａの負極端と電解コンデンサ１の負極の間には、前記
スイッチング素子３１と同一タイミングでオン、オフ制
御され、且つ直流入力電圧Ｖ_INを保証する耐電圧容量を
有したスイッチング素子３２が接続されている。

【００１９】前記一次巻線２ａの正極端には高速リカバ
リーダイオード３３のカソードが接続され、該ダイオー
ド３３のアノードは電解コンデンサ１の負極に接続され
ている。前記一次巻線２ａの負極端には高速リカバリー
ダイオード３４のアノードが接続され、該ダイオード３
４のカソードは電解コンデンサ１の正極に接続されてい
る。

【００２０】上記のように構成された装置において、ス
イッチング素子３１，３２がオン制御されると、直流入
力電圧Ｖ_INによってスイッチング素子３１、一次巻線２
ａおよびスイッチング素子３２を通して励磁電流が流れ
る。

【００２１】次にスイッチング素子３１，３２がオフ制
御されると、前記励磁電流によって一次巻線２ａに蓄積
された励磁エネルギーによる逆起電力は、一次巻線２ａ
の負極端から高速リカバリーダイオード３４→直流電源
の正極、負極→高速リカバリーダイオード３３→一次巻
線２ａの正極端なるループを通り、直流入力電源側に回
生される。このため励磁エネルギーを無駄にすることな
く有効に利用することができる。

【００２２】また前記励磁エネルギーにより一次巻線２
ａに生じる逆起電圧は入力電圧Ｖ_INにクランプされ、ス
イッチング素子３１，３２の各端子電圧も入力電圧Ｖ_IN
にクランプされる。このためスイッチング素子３１，３
２の耐電圧容量は入力電圧Ｖ_INを保証すればよく、従来
の装置（例えば図２、図３の装置）のスイッチング素子
の半分程度まで低減することができる。

【００２３】このようにＶ_INを保証した低電圧スイッチ
ング素子を採用することにより、順方向電圧降下による
損失を低減することができる（一般的に耐圧の低いスイ
ッチング素子は順方向電圧降下が小さい）。これによっ
て安価なスイッチング素子を使用することができ、装置
全体を低廉化することができる。

【００２４】尚本発明のスイッチング電源装置はＡＣ−
ＤＣ電源、ＤＣ−ＤＣ電源のいずれにも適用することが
できる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、スイッチ
ングトランスの励磁電流供給路に同一タイミングでオ
ン、オフ制御される２個のスイッチング素子を介挿し、
励磁エネルギーによる逆起電力を２個のダイオードで直
流電源側へ回生するように構成したので、次のような優
れた効果が得られる。

【００２６】（１）従来のような励磁エネルギー吸収回
路が不要となり、しかもスイッチング素子の端子電圧を
直流入力電圧にクランプして、該素子オフ時の逆起電力
を容易に直流電源側へ回生することができる。このため
電力の有効利用ができる。

【００２７】（２）スイッチング素子の端子電圧が直流
入力電圧にクランプされるので、該素子の耐電圧容量は
直流入力電圧を保証するものであればよく、低電圧スイ
ッチング素子を採用することができる。このため装置全
体の低廉化を図ることができる。

【００２８】（３）耐電圧容量の小さいスイッチング素
子を用いることができるので、該素子の順方向電圧降下
による損失を低減することができる。

【００２９】（４）ＡＣ−ＤＣ電源、ＤＣ−ＤＣ電源の
いずれにも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図。

【図２】従来のスイッチング電源装置の一例を示す回路
図。

【図３】従来のスイッチング電源装置の他の例を示す回
路図。

【図４】従来のスイッチング電源装置における要部の電
圧波形を示し、（ａ）はスイッチングトランス一次側の
電圧波形図、（ｂ）はスイッチング素子の両端の電圧波
形図。

【符号の説明】

１…電解コンデンサ ２…スイッチングトランス １２…負荷 ３１，３２…スイッチング素子 ３３，３４…高速リカバリーダイオード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチングトランスの一次巻線に供給
   する直流電力を断続し、負荷に直流電力を得るスイッチ
   ング電源装置において、 前記スイッチングトランスの一次巻線の正極端と直流電
   源の正極母線の間に接続された第１のスイッチング素子
   と、 前記スイッチングトランスの一次巻線の負極端と直流電
   源の負極母線の間に接続された第２のスイッチング素子
   と、 カソードが前記スイッチングトランスの一次巻線の正極
   端に、アノードが前記直流電源の負極母線に各々接続さ
   れた第１のダイオードと、 アノードが前記スイッチングトランスの一次巻線の負極
   端に、カソードが前記直流電源の正極母線に各々接続さ
   れた第２のダイオードとを備えたことを特徴とするスイ
   ッチング電源装置。