JPH0799936B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、昇圧型のスイッチング電源装置に関し、更に
詳細には、サージ吸収及びスイッチング損失低減のため
の回路を有するスイッチング電源装置に関する。

［従来の技術］ 入力直流電圧を昇圧することができるスイッチングレギ
ュレータは第５図に示すように構成されている。即ち、
第１及び第２の電源端子11、12を有する直流電源10と、
一端が第１の電源端子11に接続された昇圧用リアクトル
13と、このリアクトル13の他端と第２の電源端子12との
間に接続されたスイッチング素子としてのトランジスタ
14と、トランジスタ14をオン・オフ制御するための制御
回路15と、リアクトル13の他端と一対の出力端子16、17
の内の一方との間に接続された整流用ダイオード18と、
一対の出力端子16、17の相互間に接続された平滑用コン
デンサ19とから成る。なお、電源端子12及び出力端子17
は共通に接続されたグランド端子である。

このスイッチングレギュレータでは、トランジスタ14の
オン期間にリアクトル13にエネルギを蓄積させ、トラン
ジスタ14のオフ期間に電源電圧にリアクトル13の電圧を
加算して出力する。これにより、平滑用コンデンサ19に
電源電圧以上の電圧が得られ、これを負荷20に印加する
ことができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、トランジスタ14をオンからオフに転換する際
にリアクトル13に基づいてサージ電圧が発生する。トラ
ンジスタ14にはダイオード18を介してコンデンサ19が並
列に接続されているので、コンデンサ19の電圧よりも高
いサージ電圧は吸収することができる。従って、オフ転
換時におけるトランジスタ14に対する高い電圧の印加が
阻止される。しかし、オフ転換時におけるトランジスタ
14の端子間電圧（コレクタ・ベース間電圧）の立上りを
緩やかにして電力損失を低減させることはほとんどでき
ない。この種の問題は、昇圧用リアクトルの出力段にイ
ンバータ回路を接続する場合にも生じる。

そこで、本発明の目的はスイッチング損失の少ないスイ
ッチング電源装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、直
流電圧を供給するための直流電源と、一端が前記直流電
源の一方の端子に接続された昇圧用リアクトルと、前記
昇圧用リアクトルの他端と前記直流電源の他方の端子と
の間に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチン
グ素子をオン・オフ制御するための制御回路と、前記ス
イッチング素子に対して整流用ダイオードを介して並列
に接続された平滑用コンデンサとを備えた昇圧型のスイ
ッチング電源装置において、一端が前記昇圧用リアクト
ルの他端に接続されたサージ吸収用コンデンサと、前記
サージ吸収用コンデンサの他端と前記直流電源の一方の
端子との間に接続されたサージ吸収用ダイオードと、前
記サージ吸収用コンデンサを介して前記スイッチング素
子に並列に接続された共振用リアクトルと逆流阻止用ダ
イオードとの直列回路とを備えていることを特徴とする
昇圧型のスイッチング電源装置に係わるものである。

なお、請求項２に示すように、スイッチング素子の代り
にインバータ回路を接続することもできる。

［作用］ 請求項１及び２のいずれにおいても、スイッチング素子
のオン期間中に、サージ吸収用コンデンサは逆の極性に
充電されている。この状態でスイッチング素子がオフに
転換すると、サージ吸収用コンデンサとサージ吸収用ダ
イオードとの回路に電流が流れ、サージ電圧が吸収さ
れ、且つスイッチング素子の両端子間電圧の立上りが緩
やかになる。スイッチング素子がオンに転換すると、エ
ネルギ放出用コンデンサとスイッチング素子と共振用リ
アクトル24と逆流阻止用ダイオード23とから成る閉回路
に電流が流れ、エネルギ放出用コンデンサの逆向きの充
電が行われ、この充電が飽和した状態で共振用リアクト
ルにエネルギが残っている場合にはこのエネルギがサー
ジ吸収用ダイオードを介して電源に戻される。

［第１の実施例］ 次に、第１図及び第２図を参照して本発明の第１の実施
例に係わる昇圧型のスイッチング電源装置を説明す。但
し、第１図において、符号10〜20で示すものは、第５図
で同一符号で示すものと実質的に同一であるので、その
説明を省略する。

第１図の昇圧型のスイッチング電源装置は、一端が昇圧
用リアクトル13の出力端に接続されたエネルギ放出用コ
ンデンサ21と、このコンデンサ21の他端と昇圧用リアク
トル13の入力端との間に接続されたサージ吸収用ダイオ
ード22と、コンデンサ21を介してトランジスタ14に並列
に接続された逆流阻止用ダイオード23と共振用リアクト
ル24との直列回路を備えている。

第１図の回路の主動作は第５図の従来の回路と同一であ
る。第２図のt1時点よりも前のトランジスタ14のオフ期
間には第２図（Ｂ）に示すようにコンデンサ21が正の極
性に充電されている。この状態でトランジスタ14がオン
制御されると、コンデンサ21とトランジスタ14と共振用
リアクトル24とダイオード23とから成る閉回路に第２図
（Ｄ）に示すように共振電流が流れる。これにより、コ
ンデンサ21の逆向きの充電が行われる。t2時点でコンデ
ンサ21の電圧が飽和した状態で共振用リアクトル24にエ
ネルギが余っていれば、これが第２図（Ｃ）のt2〜t3期
間に示すようにダイオード22を通る電流I1が流れ、余っ
たエネルギがコンデンサを含む電源10に戻される。t4時
点でトランジスタ14がオフ制御されると、サージ電圧が
発生するが、昇圧用リアクトル13とコンデンサ21とダイ
オード22との閉回路に、第２図（Ｃ）のt4〜t5期間に示
すように電流I1が流れ、コンデンサ21が逆向きに充電さ
れ、サージが吸収される。

上述から明らかなように本実施例では、コンデンサ21に
よってサージを吸収すると共に、トランジスタ14のコレ
クタ・ベース間電圧の立上りを緩やかにしてスイッチン
グ損失を低減することができる。

［第２の実施例］ 次に、第３図に示す第２の実施例の昇圧型のスイッチン
グ電源装置を説明する。但し、第１図及び第５図と実質
的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略
する。この実施例では、昇圧用リアクトル13の出力端子
と第２の電源端子12との間にインバータ回路25が接続さ
れている。インバータ回路25は、ブリッジ接続された第
１、第２、第３及び第４のトランジスタ14a、14b、14
c、14dと、これ等の制御回路15aと、絶縁トランス26と
から成る。トランス26の１次巻線27はトランジスタ14a
のエミッタとトランジスタ14cのエミッタとの間に接続
されている。２次巻線28は、センタタップを有し、一対
の整流用ダイオード18a、18bとコンデンサ19とから成る
整流平滑回路を介して出力端子16、17に接続されてい
る。

このスイッチング電源装置を動作させる時には、まず、
４つのトランジスタ14a、14b、14c、14dを同時にオンに
なす。これにより、第１図のトランジスタ14をオンにし
たと等価な状態になり、昇圧用リアクトル13にエネルギ
が蓄積される。次に、第１のトランジスタ14aをオン、
第２のトランジスタ14bをオフ、第３のトランジスタ14c
をオフ、第４のトランジスタ14dをオンに制御する。こ
れにより、昇圧用リアクトル13がトランス26を介してダ
イオード18a、18bとコンデンサ19とから成る整流平滑回
路に接続され、電源電圧とリアクトル13の電圧との和の
電圧がトランス26を介してコンデンサ19に与えられる。
次に、再び第１〜第４のトンラジスタ14a〜14dを同時に
オンになし、昇圧用リアクトル13にエネルギを蓄積す
る。しかる後、第２及び第３のトランジスタ14b、14cを
オン、第１及び第４のトランジスタ14a、14dをオフ制御
し、電源電圧と昇圧用リアクトル13の電圧との和の電圧
をトランス26を介してコンデンサ19に与える。

この第３図の回路における第１〜第４のトランジスタ14
a〜14bは、第１図のトランジスタ14と同様な働きをする
ものであるので、コンデンサ21とダイオード22、23と共
振用リアクトル24とから成る回路は第１図と同様に働
く。なお、共振動作時には、コンデンサ21、第１のトラ
ンジスタ14aと１次巻線27と第４のトランジスタ14d又は
第３のトランジスタ14cと１次巻線27と第２のトランジ
スタ14b、リアクトル24、ダイオード23から成る閉回路
で共振電流が流れる。

［第３の実施例］ 次に、第４図を参照して第３の実施例に係わる昇圧型ス
イッチング電源装置を説明する。但し、第１図、第３
図、第５図と共通する部分には同一の符号を付してその
説明を省略する。

この実施例では、昇圧用リアクトル13と第２の電源端子
12との間に並列型インバータ回路25aが接続されてい
る。インバータ回路25aは第１及び第２のトランジスタ1
4a、14bと、トランス26と、制御回路15bとから成る。ト
ランス26の１次巻線27のセンタタップは昇圧用リアクト
ル13の出力端子に接続され、１次巻線27の両端と第２の
電源端子12との間には第１及び第２のトランジスタ14
a、14bがそれぞれ接続されている。２次巻線28もセンタ
タップを有し、２つの整流用ダイオード18a、18bと平滑
用コンデンサ19とから成る整流平滑回路を介して出力端
子16、17に接続されている。

このスイッチング電源装置を動作させる時には、まず、
第１及び第２のトランジスタ14a、14bを同時にオンにす
る。これにより、第１図と同様に昇圧用リアクトル13に
エネルギが蓄積される。次に、第１のトランジスタ14a
をオン、第２のトランジスタ14bをオフにする。これに
より、１次巻線27の上半分に電源電圧にリアクトル13の
電圧を加算した電圧が印加され、これに応じた電圧が２
次巻線28に得られる。次に、再び第１及び第２のトラン
ジスタ14a、14bを同時にオンにし、リアクトル13にエネ
ルギを蓄積させる。次に、第２のトランジスタ14bをオ
ン、第１のトランジスタ14aをオフに制御する。この結
果、電源電圧にリアクトル13の電圧を加算した電圧が１
次巻線27の下半分に印加され、２次巻線28に前とは逆方
向の電圧が得られる。

サージ吸収動作は、第１図と実質的に同一である。共振
時には、コンデンサ21、１次巻線27の上半分と第１のト
ランジスタ14a及び１次巻線27の下半分と第２のトラン
ジスタ14b、リアクトル24、ダイオード23の閉回路で電
流が流れる。

［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば
トランジスタ14、14a〜14dを電界効果トランジスタ等の
別のスイッチング素子に置き換えることができる。

［発明の効果］ 上述のように、本発明によれば、昇圧型スイッチング電
源装置におけるサージ電圧の吸収、及びスイッチング損
失の低減を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のスイッチング電源装置
を示す回路図、 第２図は第１図の各部の状態を示す波形図、 第３図は第２の実施例のスイッチング電源装置を示す回
路図、 第４図は第３の実施例のスイッチング電源装置を示す回
路図、 第５図は従来の昇圧型スイッチング電源装置を示す回路
図である。 10……直流電源、11……第１の電源端子、12……第２の
電源端子、13……昇圧用リアクトル、14……トランジス
タ、15……制御回路、16,17……出力端子、18……整流
用ダイオード、19……平滑用コンデンサ、21……サージ
吸収用コンデンサ、22……エネルギ放出用ダイオード、
23……逆流阻止用ダイオード、24……共振用リアクト
ル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電圧を供給するための直流電源と、 一端が前記直流電源の一方の端子に接続された昇圧用リ
   アクトルと、 前記昇圧用リアクトルの他端と前記直流電源の他方の端
   子との間に接続されたスイッチング素子と、 前記スイッチング素子をオン・オフ制御するための制御
   回路と、 前記スイッチング素子に対して整流用ダイオードを介し
   て並列に接続された平滑用コンデンサとを備えた昇圧型
   のスイッチング電源装置において、 一端が前記昇圧用リアクトルの他端に接続されたサージ
   吸収用コンデンサと、 前記サージ吸収用コンデンサの他端と前記直流電源の一
   方の端子との間に接続されたサージ吸収用ダイオード
   と、 前記サージ吸収用コンデンサを介して前記スイッチング
   素子に並列に接続された共振用リアクトルと逆流阻止用
   ダイオードとの直列回路と を備えていることを特徴とする昇圧型のスイッチング電
   源装置。
2. 【請求項２】直流電圧を供給するための直流電源と、 一端が前記直流電源の一方の端子に接続された昇圧用リ
   アクトルと、 前記昇圧用リアクトルと前記直流電源の他方の端子との
   間に接続され且つ少なくとも２つのスイッチング素子と
   トランスとを含んでいるインバータ回路と、 前記インバータ回路に接続された整流平滑回路と を備えた昇圧型のスイッチング電源装置において、 一端が前記昇圧用リアクトルの他端に接続されたサージ
   吸収用コンデンサと、 前記サージ吸収用コンデンサの他端と前記直流電源の一
   方の端子との間に接続されたサージ吸収用ダイオード
   と、 前記サージ吸収用コンデンサを介して前記インバータ回
   路に並列に接続された共振用リアクトルと逆流阻止用ダ
   イオードとの直列回路と を備えていることを特徴とする昇圧型のスイッチング電
   源装置。