JPH08116663A - スイッチングコンバータ用スナバ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロスが極めて少なく、しかも外部からの制御
信号を制御する回路が不要なスイッチングコンバータ用
スナバ回路を提供することにある。 【構成】 直流電源１に負荷２を接続した回路に、スイ
ッチングコンバータ用の半導体スイッチ素子３と、発生
するサージ電圧を吸収するスナバ用コンデンサ４と、ス
ナバ用ダイオード５と、半導体スイッチ素子３がオフの
時にスナバ用コンデンサ４の電荷を負荷２を通じて直流
電源１に回生するための補助半導体スイッチ素子６と、
コンデンサ電圧の上昇を検出するコンデンサ電圧検出用
ツェナーダイオード７と、該コンデンサ電圧検出用ツェ
ナーダイオード７の保護抵抗８と、前記補助半導体スイ
ッチ素子６のゲート電極を過電圧から保護するゲート電
極保護用ツェナーダイオード９とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は直流電力の変換を中心と
する産業用に広く利用されているスイッチングコンバー
タに用いるスイッチングコンバータ用スナバ回路に関す
るものである。

【０００１】

【従来の技術】スイッチングコンバータは直流電力を大
きさの異なる他の直流に変換する電源回路装置として産
業用に広く利用されている。一般的に直流電力の変換制
御は電力用の半導体スイッチ素子のオンオフの比率を変
更制御することにより行われるが、制御される電流が大
きいと半導体スイッチ素子のオンオフ時には大きなサー
ジ電圧が発生し、サージ電圧による過電圧が半導体スイ
ッチ素子に印加されて半導体スイッチ素子を破壊するこ
とがある。特にオフ時に発生するサージ電圧は大きくこ
れを防止するために、通常コンデンサ、ダイオード、放
電抵抗等より構成されるスナバ回路を素子の両端に接続
したり、他の電源回路中に接続し、半導体スイッチ素子
に印加されるサージ電圧をコンデンサに吸収することが
行われている。しかしコンデンサに蓄積された電荷はス
ナバ回路の放電抵抗を通して放電されるため、放電抵抗
における損失が大で、変換効率が大幅に低下するという
問題があった。特に、応用範囲の拡大につれて一石型ス
イッチングコンバータで制御する電力が数百ワットを越
えた大容量の装置への適用では、放電抵抗が大型化して
効率の大幅な低下が生じるため、一石型スイッチングコ
ンバータを大容量の装置に用いることはできないという
問題があった。

【０００２】そこで、前記のような問題を解決し、一石
型スイッチングコンバータの効率を高めるために、自己
消弧型の補助半導体スイッチ素子をスナバ用ダイオード
と逆並列に接続し、半導体スイッチ素子の信号回路と共
用して半導体スイッチ素子がオンの時は補助半導体スイ
ッチ素子がオフ、半導体スイッチ素子がオフの時は補助
半導体スイッチ素子をオンとし、コンデンサに充電され
た電荷を補助半導体スイッチ素子を通じて直流電源に回
生する方法が提案されている。しかし、前記方法では、
補助半導体スイッチ素子は半導体スイッチ素子と信号回
路を共用できるとはいえ、外部からの制御信号が不可欠
であった。このため、半導体スイッチ素子がＮ型の場合
は、一般的に補助半導体スイッチ素子には品揃えの少な
いＰ型を用いねばならず回路設計が厄介となる。例えば
補助半導体スイッチ素子にＮ型を用いるよう回路設計す
る場合には、別の信号回路が必要となり、スナバ回路と
しては回路が煩雑となり実用化は難しいという問題があ
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
問題を解決し、ロスが極めて少なく、しかも外部からの
制御信号を制御する回路が不要なスイッチングコンバー
タ用スナバ回路を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、直流電源に負
荷を接続した回路に、スイッチングコンバータ用の半導
体スイッチ素子と、該半導体スイッチ素子がオフの時に
発生するサージ電圧を吸収するスナバ用コンデンサと、
該スナバ用コンデンサに充電された電荷が前記半導体ス
イッチ素子がオンの時に放電されることを阻止するスナ
バ用ダイオードと、半導体スイッチ素子がオフの時にス
ナバ用コンデンサの電荷を負荷を通じて直流電源に回生
するための補助半導体スイッチ素子と、コンデンサ電圧
の上昇を検出するコンデンサ電圧検出用ツェナーダイオ
ードと、該コンデンサ電圧検出用ツェナーダイオードの
保護抵抗と、前記補助半導体スイッチ素子のゲート電極
を過電圧から保護するゲート電極保護用ツェナーダイオ
ードとを設けたことを特徴とするものである。

【０００５】

【作用】本発明のスイッチングコンバータ用スナバ回路
は、半導体スイッチ素子のオフ時に発生するサージ電圧
をスナバ用コンデンサにより吸収し、該半導体スイッチ
素子がオンの時にはスナバ用ダイオードによりスナバ用
コンデンサに充電された電荷が放電されることを阻止
し、半導体スイッチ素子がオフの時、保護抵抗を介した
コンデンサ電圧検出用ツェナーダイオードによるコンデ
ンサ電圧に基づき、ゲート電極保護用ツェナーダイオー
ドにより過電圧から保護された補助半導体スイッチ素子
によりスナバ用コンデンサに蓄積された電荷を負荷を通
じて直流電源に回生するものである。

【０００６】

【実施例】次に、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。３は直流電源１に負荷２を接続した回路に
設けられる半導体スイッチ素子、４は半導体スイッチ素
子３のオフによりサージ電圧を吸収するスナバ用コンデ
ンサで、回路の線路インダクタンスには逆方向の起電力
が発生し、オフ状態の半導体スイッチ素子３には順方向
電圧（サージ電圧）が印加される。このサージ電圧は直
流電源１との直列回路で前記スナバ用コンデンサ４に充
電される。５は前記半導体スイッチ素子３のオンの時、
スナバ用コンデンサ４に充電された電荷の放電を阻止す
るスナバ用ダイオード、６はスナバ用コンデンサ４に蓄
積された電荷を負荷２を通じて直流電源１に回生するた
めの補助半導体スイッチ素子、７はスナバ用コンデンサ
４のコンデンサ電圧ｅｃの上昇を検出するコンデンサ電
圧検出用ツェナーダイオード、８はコンデンサ電圧検出
用ツェナーダイオード７の保護抵抗、９は補助半導体ス
イッチ素子６のゲート電極の過電圧から保護するゲート
電極保護用ツェナーダイオードである。

【０００７】このように構成された回路において、はじ
めに半導体スイッチ素子３を通電し、負荷２に電圧Ｅを
出力する。そして所定時間後、半導体スイッチ素子３が
オフされると、回路の線路インダクタンスにより逆方向
の起電力が発生し、オフの半導体スイッチ素子３には順
方向電圧すなわちサージ電圧が印加される。このサージ
電圧は直流電圧１との直列回路でスナバ用ダイオード５
を通じてスナバ用コンデンサ４を充電する。

【０００８】そして、線路インダクタンス等に蓄積され
たエネルギーは半導体スイッチ素子３のオフ時に順方向
電圧としてスナバ用コンデンサ４に蓄積される。スナバ
用コンデンサ４の充電回路はスナバ用ダイオード５を通
した一方向の経路となっているため、スナバ用コンデン
サ４には電荷が蓄積され続け、過電圧となってスナバ用
コンデンサ４や半導体スイッチ素子３を破壊する恐れが
生じることとなる。しかし補助半導体スイッチ素子６は
スナバ用ダイオード５と逆並列に接続されているが、コ
ンデンサ電圧ｅｃが設定値以下の場合は動作しない。保
護抵抗８の抵抗値のためコンデンサ電圧ｅｃはコンデン
サ電圧検出用ツェナーダイオード７およびゲート電極保
護用ツェナーダイオード９を通した回路で急には放電せ
ず、ツェナーダイオード７の設定値に達するまで上昇し
てスナバ用コンデンサ４にサージエネルギーがすべて吸
収されることとなる。

【０００９】そして、コンデンサ電圧ｅｃが設定値に達
すると、スナバ用コンデンサ４、ゲート電極保護用ツェ
ナーダイオー９、コンデンサ電圧検出用ツェナーダイオ
ード７、保護抵抗８を通したバイパス回路が形成され
る。このとき、補助半導体スイッチ素子６のゲート電圧
はゲート電極保護用ツェナーダイオード９により設定さ
れるツェナー電圧に保持されて補助半導体スイッチ素子
６はオン状態となり、スナバ用コンデンサ４の電荷は補
助半導体スイッチ素子６及び負荷２を通じて直流電源１
に回生されることとなる。

【００１０】このようにしてスナバ用コンデンサ４が放
電されてコンデンサ電圧ｅｃが低下するとスナバ用コン
デンサ４、ゲート電極保護用ツェナーダイオード９、コ
ンデンサ電圧検出用ツェナーダイオード７及び保護抵抗
８を通したバイパス回路は解消され、、補助半導体スイ
ッチ素子６のゲート電圧は低下し、該補助半導体スイッ
チ素子６はオフされ、再び、半導体スイッチ素子３がオ
フの時、前記と同様にしてスナバ用コンデンサ４に充電
が行われ、コンデンサ電圧ｅｃが所定値に達するとスナ
バ用コンデンサ４の電荷の放電が行われ直流電源１への
回生が繰り返されることとなる。

【００１１】また、本発明においてはスナバ用コンデン
サ４とスナバ用ダイオード５と、該スナバ用ダイオード
５と逆並列に接続される補助半導体スイッチ素子６及び
該補助半導体スイッチ素子６を動作させるコンデンサ電
圧検出用ツェナーダイオード７とゲート電極保護用ツェ
ナーダイオード９により外部からの制御信号を不要とす
ることができることから、図２に示される第２の実施例
のように、スナバ用コンデンサ４とスナバ用ダイオード
５の位置を第１の実施例と入れ換えても他の信号回路を
付加することなく、スナバ回路が容易に構成できるもの
で、この場合、品揃えが豊富で回路設計が容易なＮ型の
補助半導体スイッチ素子６及び半導体スイッチ素子３を
用いることとなり、補助半導体スイッチ素子６の動作の
制御電圧極性が異なることになる以外は第１の実施例と
同じ作用のため、同一符号を付して説明を省略する。

【００１２】さらに、図３は本発明の第３の実施例を示
すもので、スナバ用コンデンサ４を設けた第１の実施例
と同様の回路に該スナバ用コンデンサ４と並列にスナバ
用コンデンサ１７を付加したもので、半導体スイッチ素
子３のオフ時に発生するサージ電圧をスナバ用コンデン
サ４、１７の並列回路で吸収することにより、第１、第
２の実施例と比較して大幅にサージ発生を抑制すること
ができるもので、従来のように負荷２にもスナバ回路を
付与して２個のスナバ回路によるサージ発生の抑制と同
様のサージ発生抑制効果を簡単で安価な回路により達成
することができる。なお、図３には補助半導体スイッチ
素子６の制御回路が省略されているが、図１に示す第１
の実施例と同様の制御回路が設けられるものであり、ま
たスナバ用コンデンサ１７を付加した点以外は第１の実
施例と同じため同一符号を付して説明を省略する。

【００１３】

【発明の効果】本発明は前記説明によって明らかなよう
に、半導体スイッチ素子のオフ時に発生するサージ電圧
をスナバ用コンデンサに充電し、スナバ用コンデンサの
電荷をコンデンサ電圧検出ツェナーダイオード、ゲート
電極保護用ツェナーダイオード、保護抵抗よりなるバイ
パス回路を通じて直流電源に回生させるので、損失が少
なく極めて効率のよいものとなる。また補助半導体スイ
ッチ素子をコンデンサ電圧検出用ツェナーダイオードと
ゲート電極保護用ツェナーダイオードにより動作させる
ことができるので、外部の制御信号の入力を不要とし、
品揃えの豊富なＮ型の補助半導体スイッチ素子も利用で
きるため回路設計が容易にでき、且つ回路を簡単で安価
なものとすることができる。従って、本発明は従来の問
題点を解決したロスレスのスイッチングコンバータ用ス
ナバ回路で、単に２端子で、非常に汎用的であるため他
の電力変換回路への応用も充分考えられ、業界の発展に
寄与するところ極めて大なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す回路図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す回路図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 直流電源 ２ 負荷 ３ 半導体スイッチ素子 ４ スナバ用コンデンサ ５ スナバ用ツェナダイオード ６ 補助半導体スイッチ素子 ８ 保護抵抗 ９ コンデンサ電圧検出用ツェナーダイオード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源(1) に負荷(2) を接続した回路
   に、スイッチングコンバータ用の半導体スイッチ素子
   (3) と、該半導体スイッチ素子(3) がオフの時に発生す
   るサージ電圧を吸収するスナバ用コンデンサ(4) と、該
   スナバ用コンデンサ(4) に充電された電荷が前記半導体
   スイッチ素子(3) がオンの時に放電されることを阻止す
   るスナバ用ダイオード(5) と、半導体スイッチ素子(3)
   がオフの時にスナバ用コンデンサ(4) の電荷を負荷(2)
   を通じて直流電源(1) に回生するための補助半導体スイ
   ッチ素子(6) と、コンデンサ電圧の上昇を検出するコン
   デンサ電圧検出用ツェナーダイオード(7) と、該コンデ
   ンサ電圧検出用ツェナーダイオード(7) の保護抵抗(8)
   と、前記補助半導体スイッチ素子(6) のゲート電極を過
   電圧から保護するゲート電極保護用ツェナーダイオード
   (9) とを設けたことを特徴とするスイッチングコンバー
   タ用スナバ回路。