JPH08149809A - スイッチング電源回路 - Google Patents

スイッチング電源回路

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JPH08149809A
JPH08149809A JP23225995A JP23225995A JPH08149809A JP H08149809 A JPH08149809 A JP H08149809A JP 23225995 A JP23225995 A JP 23225995A JP 23225995 A JP23225995 A JP 23225995A JP H08149809 A JPH08149809 A JP H08149809A
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JP
Japan
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switching element
turn
main switching
power supply
supply circuit
Prior art date
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Application number
JP23225995A
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English (en)
Inventor
Ichiro Nomura
一郎 野村
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】主スイッチング素子のスイッチング損失(ター
ンオン損失又はターンオフ損失)を低減したスイッチン
グ電源回路を提供する。 【解決手段】整流回路2からの直流入力電圧を主スイッ
チング素子3によりスイッチングされるトランス1及び
整流平滑回路4を介して直流出力電圧に変換して負荷9
に供給するスイッチング電源回路において、放電抵抗1
2が並列接続されたコンデンサ11と主スイッチング素子
3のターンオン期間又はターンオフ期間を含む所定期間
の間オンされる補助スイッチング素子13との直列回路を
主スイッチング素子3に並列接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、DC−DCコンバ
ータからなるスイッチング電源回路に関する。
【従来の技術】図3は従来のスイッチング電源回路を簡
略化して示す回路構成図であり、商用の交流電源8の交
流電圧を整流回路2を介して全波整流し、その整流され
た脈流電圧からなる直流入力電圧を直流出力電圧に変換
して負荷9に供給するスイッチング電源回路は、整流回
路2から直流入力電圧が1次巻線の一側に印加されるト
ランス(インダクタンス素子)1と、その1次巻線の他
側に直列接続されたMOSFETからなる主スイッチン
グ素子3と、トランス1の2次巻線側に接続されたダイ
オード4D及び平滑コンデンサ4Cからなる整流平滑回
路4とを備え、主制御回路5によって主スイッチング素
子3を例えば所定の時比率でオンオフ制御するよう構成
される。このように構成されたスイッチング電源回路に
おいて、トランス1の巻線の極性を図のように選ぶと、
主スイッチング素子3がオンのとき、2次巻線側出力は
ダイオード4Dでブロックされるので、負荷9にはコン
デンサ4Cの蓄積電荷による直流出力電圧が供給され、
主スイッチング素子3がオフすると1次巻線に生じた逆
起電力が2次巻線側に伝達されてダイオード4Dを介し
てコンデンサ4Cを充電すると共に、その電圧が直流出
力電圧として負荷9に供給される。
【発明が解決しようとする課題】図4はこのスイッチン
グ電源回路の主スイッチング素子3の動作波形を示すタ
イムチャートであり、主制御回路5が主スイッチング素
子としてのMOSFET3を駆動するゲート電圧VG3
理想的な方形波であると仮定すると、MOSFET3が
OFFからONに切り換わる際には、ドレイン電圧VD3
が直流入力電圧レベルから零レベルにまで立ち下がるま
でにtONなるターンオン期間を必要とし、この間にドレ
イン電流ID3は零レベルから所定レベルにまで増加する
ので、ターンオン期間tONの間には、VD3×ID3の時間
積分に相当するターンオン損失が発生する。また、MO
SFET3がONからOFFに切り換わる際には、ドレ
イン電圧V D3が零レベルから直流入力電圧レベルにまで
立ち上がるまでにtOFF なるターンオフ期間を必要と
し、この間にドレイン電流ID3は所定レベルから零レベ
ルにまで減少するので、ターンオフ期間tOFF の間に
も、VD3×ID3の時間積分に相当するターンオフ損失が
発生する。本発明は、上述の点に鑑み、主スイッチング
素子のスイッチング損失(ターンオン損失又はターンオ
フ損失)を低減したスイッチング電源回路を提供するこ
とを目的とする。
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するため、直流入力電圧を主スイッチング素子によ
りスイッチングされるインダクタンス素子及び整流平滑
回路を介して直流出力電圧に変換して負荷に供給するス
イッチング電源回路において、前記主スイッチング素子
に当該主スイッチング素子のターンオン期間又はターン
オフ期間を含む所定期間の間オンされる補助スイッチン
グ素子とコンデンサの直列回路を並列接続したことを特
徴としている。また、前記インダクタンス素子は、1次
巻線側に前記直流入力電圧が印加されて前記主スイッチ
ング素子によりスイッチングされ2次巻線側が前記整流
平滑回路に接続されたトランスからなるものとすること
ができ、前記コンデンサに当該コンデンサを前記主スイ
ッチング素子及び補助スイッチング素子のオフ期間に放
電するための放電抵抗を並列接続することが好ましい。
本発明においては、主スイッチング素子のターンオン操
作に先立って補助スイッチング素子がオンされると、主
スイッチング素子の両端にコンデンサが接続された状態
になるので、インダクタンス素子を介して直流入力電圧
が印加される主スイッチング素子の両端の電圧は、一旦
零となり、その後、インダクタンス素子とコンデンサの
共振によって緩やかに上昇し始める。従って、この主ス
イッチング素子の両端の電圧が零になった直後に主スイ
ッチング素子をターンオン操作することにより、ターン
オン期間の間の主スイッチング素子の両端の電圧は小さ
なものとなり、その電圧と主スイッチング素子に流れる
電流の積の時間積分に比例するターンオン損失が低減さ
れる。また、主スイッチング素子のターンオフ操作に先
立って補助スイッチング素子がオンされた状態で主スイ
ッチング素子がターンオフ操作されると、主スイッチン
グ素子の両端にコンデンサが接続された状態になってい
るので、主スイッチング素子のオン状態により零となっ
ていた主スイッチング素子の両端の電圧は、インダクタ
ンス素子とコンデンサの共振によって緩やかに上昇し始
める。従って、主スイッチング素子がターンオフした直
後に補助スイッチング素子をオフすることにより、ター
ンオフ期間の間の主スイッチング素子の両端の電圧は小
さなものとなり、その電圧と主スイッチング素子に流れ
る電流の積の時間積分に比例するターンオフ損失が低減
される。そして、主スイッチング素子のターンオン時の
補助スイッチング素子のオン期間に充電されたコンデン
サは、主スイッチング素子のオンにより放電されてリセ
ットされるが、主スイッチング素子のターンオフ時の補
助スイッチング素子のオン期間に充電されたコンデンサ
は、そのままではリセットされないので、主スイッチン
グ素子及び補助スイッチング素子のオフ期間に放電抵抗
等により放電してリセットすることにより、ターンオフ
時及びターンオン時に連続して対応することができる。
【発明の実施の形態】本発明においては、直流入力電圧
としては、商用の交流電圧を全波整流した脈流電圧や電
池電圧とすることができ、インダクタンス素子として
は、周知のトランスやコイルを、主スイッチング素子及
び補助スイッチング素子としては、周知のMOSFE
T,IGBT,バイポーラトランジスタ等を、整流平滑
回路としては、周知のダイオード及びコンデンサからな
るものを、それぞれ使用することができる。
【実施例】図1は本発明の実施例のスイッチング電源回
路を簡略化して示す回路構成図であり、図3と同一の機
能を持つ部分には同一の参照符号を付してある。図1に
示す実施例のスイッチング電源回路は、図3のものに対
し、放電抵抗12が並列接続されたコンデンサ11と補
助制御回路14によりオンオフ制御されるMOSFET
からなる補助スイッチング素子13との直列回路を、M
OSFET3の両端(ドレイン・ソース間)に並列接続
したものである。図2はこの実施例の動作波形を示すタ
イムチャートであり、主制御回路5が主スイッチング素
子3を駆動するゲート電圧VG3及び補助制御回路14が
補助スイッチング素子13を駆動するゲート電圧vg
理想的な方形波と仮定し、そのオン期間を主スイッチン
グ素子3のターンオン期間tON, ターンオフ期間tOFF
よりそれぞれ前後に幾分長いTON, OFF とする。い
ま、主スイッチング素子3のゲート電圧VG3をHレベル
とするターンオン操作に先立ってゲート電圧vg をHレ
ベルとして補助スイッチング素子13がオンされると、
主スイッチング素子3のドレイン・ソース間にコンデン
サ11が接続された状態になるので、トランス1の1次
巻線を介して整流回路2から直流入力電圧が印加された
主スイッチング素子3の両端の電圧(ドレイン電圧)V
D3は、一旦零レベルとなり、その後、トランス1のイン
ダクタンスとコンデンサ11の共振によってv0 で示す
ように緩やかに上昇し始める。そして、その補助スイッ
チング素子13のオンによりドレイン電圧VD3が零レベ
ルになった直後にゲート電圧VG3をHレベルとして主ス
イッチング素子3をターンオン操作すると、主スイッチ
ング素子3は、ドレイン電圧VD3がその小さな電圧v0
の状態でターンオンすると共にコンデンサ11を放電す
るので、このターンオンの完了後にゲート電圧vg をL
レベルとして補助スイッチング素子13をオフにする。
従って、ターンオン期間tONの間の主スイッチング素子
3のドレイン電圧VD3は直流入力電圧レベルと比較して
小さなものとなり、その電圧VD3とドレイン電流ID3
積の時間積分に比例するターンオン損失が低減される。
また、主スイッチング素子3のターンオフ操作に先立っ
てゲート電圧vg をHレベルとして補助スイッチング素
子13がオンされた状態で主スイッチング素子3がゲー
ト電圧VG3をLレベルとされてターンオフ操作される
と、主スイッチング素子3のソース・ドレイン間にコン
デンサ11が接続された状態になっているので、主スイ
ッチング素子3のオン状態により零レベルとなっていた
主スイッチング素子3のドレイン電圧VD3は、トランス
1のインダクタンスとコンデンサ11の共振によってv
0 で示すように緩やかに上昇し始める。そして、ドレイ
ン電流ID3が零レベルになってスイッチング素子3がタ
ーンオフした直後にゲート電圧vg をLレベルとして補
助スイッチング素子13をオフにする。これにより、タ
ーンオフ期間tOFF の間の主スイッチング素子のドレイ
ン電圧VD3は直流入力電圧レベルと比較して小さなもの
となり、その電圧VD3とドレイン電流ID3の積の時間積
分に比例するターンオン損失が低減される。なお、主ス
イッチング素子3のターンオン時の補助スイッチング素
子13のオン期間TONに充電されたコンデンサ11は、
主スイッチング素子3のオンにより放電されてリセット
されるが、主スイッチング素子3のターンオフ時の補助
スイッチング素子13のオン期間TOFF に充電されたコ
ンデンサ11は、そのままではリセットされないので、
主スイッチング素子3と補助スイッチング素子13が共
にオフである期間に放電抵抗12により放電してリセッ
トすることにより、ターンオフ及びターンオンを連続し
てそれらのスイッチグ損失の低減に対応することができ
る。このように、コンデンサ11と補助スイッチング素
子13の直列回路を主スイッチング素子3のドレイン・
ソース間に並列接続することにより、ターンオン及時び
ターンオフ時の主スイッチング素子3のドレイン電圧V
D3を直流入力電圧レベルより遙に低い電圧に抑制できる
ので、ドレイン電圧VD3とドレイン電流ID3の積の時間
積分に比例するターンオン損失及びターンオフ損失が低
減されると共に、高周波ノイズ、特にターンオン時の高
周波ノイズが低減される。
【発明の効果】以上のような本発明によれば、主スイッ
チング素子に当該主スイッチング素子のターンオン期間
又はターンオフ期間を含む所定期間の間オンされる補助
スイッチング素子とコンデンサの直列回路を並列接続す
ることにより、主スイッチング素子のスイッチング損失
を低減するようにしたので、スイッチング電源回路の電
力変換効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のスイッチング電源回路を簡略
化して示す回路構成図
【図2】実施例のスイッチング電源回路の動作波形を示
すタイムチャート
【図3】従来のスイッチング電源回路を簡略化して示す
回路構成図
【図4】従来のスイッチング電源回路の動作波形を示す
タイムチャート
【符号の説明】
1 トランス 2 整流回路 3 主スイッチング素子 4 整流平滑回路 5 主制御回路 11 コンデンサ 12 放電抵抗 13 補助スイッチング素子 14 補助制御回路 VD3 主スイッチング素子のドレイン電圧 ID3 主スイッチング素子のドレイン電流 VG3 主スイッチング素子のゲート電圧 vg 補助スイッチング素子のゲート電圧 tON 主スイッチング素子のターンオン期間 tOFF 主スイッチング素子のターンオフ期間 TON ターンオン時の補助スイッチング素子のオン期間 TOFF ターンオフ時の補助スイッチング素子のオン期間

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流入力電圧を主スイッチング素子により
    スイッチングされるインダクタンス素子及び整流平滑回
    路を介して直流出力電圧に変換して負荷に供給するスイ
    ッチング電源回路において、前記主スイッチング素子に
    当該主スイッチング素子のターンオン期間又はターンオ
    フ期間を含む所定期間の間オンされる補助スイッチング
    素子とコンデンサの直列回路を並列接続したことを特徴
    とするスイッチング電源回路。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のスイッチング電源回路に
    おいて、前記インダクタンス素子は、1次巻線側に前記
    直流入力電圧が印加されて前記主スイッチング素子によ
    りスイッチングされ2次巻線側が前記整流平滑回路に接
    続されたトランスからなることを特徴とするスイッチン
    グ電源回路。
  3. 【請求項3】請求項1に記載のスイッチング電源回路に
    おいて、前記コンデンサに当該コンデンサを前記主スイ
    ッチング素子及び補助スイッチング素子のオフ期間に放
    電するための放電抵抗を並列接続したことを特徴とする
    スイッチング電源回路。
JP23225995A 1994-09-19 1995-09-11 スイッチング電源回路 Pending JPH08149809A (ja)

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JP23225995A JPH08149809A (ja) 1994-09-19 1995-09-11 スイッチング電源回路

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JP22234194 1994-09-19
JP6-222341 1994-09-19
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016225101A (ja) * 2015-05-29 2016-12-28 三菱電機株式会社 電磁操作機構の駆動回路
WO2018037547A1 (ja) * 2016-08-26 2018-03-01 三菱電機株式会社 電磁操作機構の駆動回路

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CN109690718A (zh) * 2016-08-26 2019-04-26 三菱电机株式会社 电磁操作机构的驱动电路

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