JPH07236270A - 電圧変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 フォワードコンバーター形式の高周波電圧変
換装置において、コァーのリセットによる電力損失を防
止し、且つ、電圧共振動作を実現して、変換効率が高
く、ノイズ発生の少ない電圧変換装置を提供する。 【構成】 電圧変成器６及び二次整流回路を構成するチ
ョークコイル１０にそれぞれ巻き方向が反対の、一出力
当たり２つの巻き線８，８’及び１１，１１’を設け、
正方向の巻き線８及び１１は、従来のフォワードコンバ
ーター技術と同様に、スイッチング素子がＯＮ動作中に
電圧変換動作を行ない、逆方向巻き線８’及び１１’
は、スイッチング素子がＯＦＦ状態にある期間中に、電
圧変成器６及びチョークコイル１０のコァーのリセット
に伴って発生する電力を出力電力として、取り出す動作
を行なう様にした。

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］この発明は、電子機器等の電力供
給装置として、広く用いられている、スイッチング方式
の電圧変換装置に関する。

【０００１】［従来の技術］従来の、フォワードコンバ
ター形式のスイッチング電圧変換装置では、電圧変成器
の二次巻き線及び出力整流回路を構成するチョークコイ
ルの巻き線は１出力当たり、１つであった。また、スイ
ッチング素子がＯＮ動作中に電圧変成器のコァーに発生
した磁束はスナバー回路等により、利用される事なく消
滅させられたいた。更に、入力電力が交流電力である場
合に設けられる、整流回路では、平滑コンデンサーは、
耐電圧を高める必要がある場合以外は、直列に接続され
る事はなかった。

【０００２】［解決すべき課題］従来のフォワードコン
バター形式のスイッチング電圧変換装置では、スイッチ
ング素子がＯＮ期間中に電圧変成器のコァーに形成され
た磁束は、次のＯＦＦ期間中に消滅させなければならな
いので（コァーのリセットと言う、）、スナバー回路等
により、熱等に変換して消滅させていた。また、従来の
方式では、スイッチング素子に電圧が印加された状態で
スイッチング動作が行なわれていた。これらの現象は、
共に電力の損失を伴い、効率の低下とノイズの発生の原
因となっていた。また、入力電力か交流電力の場合に設
けられる、従来の整流回路では、整流器の導通角か狭
く、力率低下の原因になっていた。

【０００３】［問題を解決する為の手段］この発明で
は、電圧変成器の二次巻き線及び二次整流回路を構成す
るチョークコイルに、正逆２方向に巻かれた、２っの巻
き線をそれぞれ設け、且っ、電圧変成器の一次回路に共
振用コンデンサーを接続した。また、入力電力が交流電
力である場合に設けられる、入力整流回路では、平滑コ
ンデンサーは、直列に接続された、許容リップル電流値
は小さいが静電容量の大きいコンデンサーと、許容リッ
プル電流値は大きいが静電容量の小さいコンデンサーに
よって構成され、且っ、前記許容リップル電流値が大き
く静電容量の小さいコンデンサーに並列に定電圧回路を
接続した。

【０００４】［作用］この発明による装置では、スイッ
チング素子のＯＮ動作中は、正方向に巻かれた二次巻き
線に発生した電力が、同様に正方向に巻かれたチョーク
コイルの巻き線を通り整流器を経て出力端子に供給され
る。次にスイッチング素子がＯＦＦ状態に入ると、チョ
ークコイルに発生したフライバック電圧は、逆方向に巻
かれた、巻き線により位相を変換されて、もう一つの整
流器を経て出力電力として、出力端子に供給される。同
時に、電圧変成器のコァーの磁束消滅に伴う電圧が逆方
向に巻かれた二次巻き線に発生し、チョークコイルの逆
方向巻き線と整流器を通って出力端子に電力として供給
される。この場合、共振コンデンサーの存在により、電
圧変成器の一次巻き線には、正弦波の共振電圧が発生す
る。従って、スイッチング素子のＯＦＦ期間を共振波長
に同期させ、印加電圧が最低になった点でスイッチング
動作を行なう様にすれば、スイッチング損失及びノイズ
の発生を低減する事が出来る。ここで、スイッチング素
子の寄生容量が、充分に大きい場合には、前記共振コン
デンサーは省略する事が出来る。また、入力電力が交流
電力である場合に設けられる、入力整流回路において、
平滑コンデンサーは、直列に接続された、許容リップル
電流値が小さく、静電容量の大きいコンデンサーと許容
リップル電流値が大きく、静電容量の小さく、且っ、定
電圧素子が並列に接続された、コンデンサーによって構
成されているので入力の最初の１サイクルで、静電容量
の大きいコンデンサーは、最大入力電圧マイナス定電圧
素子で決まる電圧で、静電容量の小さいコンデンサー
は、定電圧素子で決まる電圧で、それぞれほぼ充電され
る。そして、次のサイクルからは、各コンデンサーの静
電容量に逆比例したリップル電圧が発生する。従って、
各コンデンサーの静電容量を適当に選べば、各コンデン
サーの許容リップル電流値の範囲内で大きなリップル電
圧を発生させる事が出来る。その結果、整流器の導通角
を広げ、力率の低下を防ぐ事が出来る。

【０００５】［実施例］次に、この発明の一実施例を図
面を参照して、説明する。［図１］は、この発明によ
る、電圧変換装置のブロック回路図である。図におい
て、１，１’は入力端子であり、この端子を経て直流電
力が供給される。２は起動回路であり、装置起動時に制
御回路３に電力を供給するが、装置起動後は、電圧変成
器６の補助巻き線９、ダイオード１７及びコンデンサー
１８により構成される、補助電源による、制御回路３へ
の電力供給に切替えられる。５は共振コンデンサーであ
り、電圧変成器６の一次巻き線７と共に共振回路を形成
し、スイッチング素子４がＯＦＦ状態にある期間に共振
電圧波形を発生する。電圧変成器６には、２っの、互い
に逆方向に巻かれた、二次巻き線８，８’が設けられ、
直列に接続されている。電圧変成器６の２っの二次巻き
線８，８’のもう一方の端子は，チョークコイル１０
の、互いに逆方向に巻かれた巻き線１１，１１’及び２
っの整流器１２，１３ヲ経て出力端子１６，１６’に接
続される。ここで、１４は、二次整流回路を構成する、
平滑コンデンサーであり、１５は出力電圧値を検出する
センサーである。センサー１５の情報は制御回路３に送
られ、スイッチング素子のＯＮ期間を制御する事によ
り、出力電圧を一定に保つ。

【０００６】次に、各部の動作を図面を参照して説明す
る。今、スイッチング素子４がＯＮ動作に入つたとする
と、電圧変成器６の一次巻き線７に電流が流れ、コァー
に磁束変化が生じる。その結果、２つの二次巻き線８及
び８’にそれぞれ正及び負の電圧が発生する。二次巻き
線８に発生した正の電力は、チョークコイル１０の巻き
線１１、整流器１２及び平滑コンデンサー１４を経て出
力端子１６及び１６’に導かれるが、巻き線８’に発生
した負の電力は、整流器１３によりブロックされるの
で、出力として取り出される事は無い。

【０００７】次に、スイッチング素子４がＯＦＦ状態に
入つたとすると、一次巻き線７を流れる電流は途切れ、
電圧変成器６及びチョークコイル１０のコァーに発生し
た磁束は、消滅しようとする。その結果、二次巻き線
８，８’及びチョークコイルの２つの巻き線１１，１
１’にそれぞれ負及び正の電圧が発生する。二次巻き線
８及びチョークコイルの巻き線１１に発生した負の電圧
は、整流器１２によりブロックされるので、出力として
取り出される事は無い。一方、二次巻き線８’及びチョ
ークコイルの巻き線１１’に発生した正の電圧は、整流
器１３と平滑コンデンサー１４を経て出力電力として、
出力端子１６、１６’から取り出される事になる。その
結果、電圧変成器６及びチョークコイル１０のコァーが
リセットされ、次のＯＮ動作に入る事が出来る様にな
る。この際、電圧は、コンデンサー５と一次巻き線７と
で形成される、共振回路の特性に従って、正弦波を描い
て上昇し、下降する。従って、スイッチング素子４のＯ
ＦＦ期間を共振波長に同期させ、スイッチング素子のド
レイン電圧が最低となった点でスイッチング動作を行な
わせる事により、スイッチング損失の発生とノイズの発
生を低減させる事が出来る。この発明においては、スイ
ッチング素子がＯＦＦ状態の時、そのドレイン端子に共
振電圧波形が発生するので、従来の技術に比較すると、
若干高い電圧がスイッチング素子に印加される事にな
る。特に、最高入力電圧で、最大出力で動作する場合に
は、可成りの電圧が発生する。この様な場合には、［図
４］に示す様なクランプ回路を追加する事によって発生
電圧が、スイッチング素子の耐圧を越える事を防止する
事ができる。この場合、最高電圧は、電圧変成器の一次
巻き線７とクランプ巻き線３３の巻き数比で決まる。な
お、図において、３２はクランプダイオードである。

【０００８】［図２］は、入力電力が交流である場合に
用いられる、入力整流回路のブロック回路図である。図
において、２０はフイルター回路であり、装置で発生し
た、ノイズの外部への放射を防止する。２１は整流ブリ
ッジであり、交流入力を直流脈流に変換する。２２は大
容量の平滑コンデンサーであり、通常電解コンデンサー
が用いられるが、、その許容リップル電流値余り大きく
無い。そして、そのマイナス端子は、静電容量は、余り
大きくないが、許容リップル電流値の大きいコンデンサ
ー（例えばフイルムコンデンサー等）２３を経てグラン
ド配線に接続されている。また、コンデンサー２３に
は、ツェナーダイオード２５、トランジスタ２４及び抵
抗器２６，２７で構成される定電圧回路が並列に接続さ
れている。

【０００９】いま、入力端子１，１’に交流電力が供給
されたとすると、交流電力は、整流ブリッジ２１によっ
て、整流され半波の脈流となる。この脈流がコンデンサ
ー２２，２３の両端に加えられると、最初の１サイクル
の最高電圧点で、コンデンサー２３は、定電圧回路で決
まる電圧で充電され、コンデンサー２２は、印加電圧か
ら定電圧分を差し引いた電圧で充電される。それ以降
は、各コンデンサーの静電容量に逆比例したリップル電
圧が、各コンデンサーの両端に発生し、その和のリップ
ル電圧を持つ電力がスイッチング回路に供給される事に
なる。例えば、コンデンサー２２と２３の静電容量の比
が３０対１であり、コンデンサー２２の両端に１ボルト
のリップル電圧が発生したとすると、コンデンサー２３
の両端には３０ボルトのリップル電圧が発生する。従っ
て、合計３１ボルトのリップル電圧を含む電力がスイッ
チング回路に供給される事になるが、装置全体として
は、その最低電圧でも、充分に定格電力が得られる様に
設定されているので、問題が発生する事は無く、且っ、
各コンデンサーを、その許容特性内で動作させる事が出
来る。この、入力整流回路の直流整流電圧波形を［図
３］に示す。図において、脈流の前縁では、整流器は常
に導通状態にあり、その導通角は従来の技術に比べ、可
成り大きくなり、力率の低下を防ぐ事ができる。

【００１０】この実施例では、チョークコイルが、二次
整流回路のプラス配線に接続されている場合に付いて説
明したが、チョークコイルをグランド配線に接続して
も、同様に機能する。又、一次整流回路は、通常の回路
の場合に付いて説明したが、倍電圧整流回路等に付いて
も同様に機能する。その他、この発明の主旨を変えない
範囲で種々変更可能な事は、言うまでも無い。

【００１１】［効果］以上、詳述した様に、この発明に
よれば、特殊な技術、部品等を用いる事無く，効率が高
く、ノイズの発生の少ない電圧変換装置を提供する事が
できる。又、入力電力が交流電力である場合には、大幅
な価格上昇を伴う事無く、入力整流器の導通角が広く、
力率の高い電圧変換装置を提供する事が出来る。

【００１２】

【図面の簡単な説明】

【図１】は、この発明による電圧変換装置の一実施例の
ブロック回路図である。

【図２】は、この発明による、入力整流回路のブロック
回路図である。

【図３】は、入力整流回路の整流電圧波形である。

【図４】は、電圧クランプ同路図である。

【符号の説明】

１，１’ 入力端子 ２ 起動回路 ３ 制御回路 ４ スイッチング素子 ５，１４，１８，２２，２３ コンデンサー ６ 電圧変成器 ７ 一次巻き線 ８，８’ 二次巻き線 ９ 補助巻き線 １０ チョークコイル １１， １１’ チョークコイルの巻き線 １２，１３，１７，３２ 整流器 １５ 電圧センサー １６，１６’ 出力端子 ２０ フイルター回路 ２１ 整流ブリッジ ２４， トランジスタ ２６，２７ 抵抗器 ２５ ツェナーダイオード ３３ クランプ巻き線

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【手続補正書】

【提出日】平成６年４月１１日

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御回路、スイッチング素子、電圧変成
   器、出力整流回路等から成る、フォワード、コンバータ
   ー形式の電圧変換装置において、電圧変成器の二次巻き
   線及び出力整流回路を構成する、チョークコイルが、一
   つの出力当たり、それぞれ正逆二方向に巻かれた２つの
   巻き線を持ち、スイッチング素子がＯＮ動作中は、それ
   ぞれの正方向巻き線が動作に関与し、スイッチング素子
   がＯＦＦ状態の期間には、それぞれの逆方向巻き線が、
   フライホイル動作及びリセット動作を行ない、且っ、電
   圧変成器の一次回路に挿入された、コンデンサーによ
   り、スイッチング素子がＯＦＦ状態の期間中、電圧変成
   器の一次側に共振電圧波形が発生し、この共振波長とス
   イッチング素子のＯＦＦ期間が同期されている事を特徴
   とする、電圧変換装置。
2. 【請求項２】 入力電力が、交流電力である場合に設け
   られる、入力フイルター、整流ブリッジ及び平滑コンデ
   ンサー等で構成される、入力整流回路において前記平滑
   コンデンサーが直列に接続された、許容リップル電流値
   が小さく大容量のコンデンサーと、許容リップル電流値
   が大きく容量の小さいコンデンサーで構成され、前記許
   容リップル電流値が大きく、静電容量の小さいコンデン
   サーに並列に、定電圧回路が接続されている事を特徴と
   する、電圧変換装置。