JPH09261960A - インバータ回路 - Google Patents

インバータ回路

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JPH09261960A
JPH09261960A JP8069570A JP6957096A JPH09261960A JP H09261960 A JPH09261960 A JP H09261960A JP 8069570 A JP8069570 A JP 8069570A JP 6957096 A JP6957096 A JP 6957096A JP H09261960 A JPH09261960 A JP H09261960A
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JP
Japan
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main switch
switch
main
circuit
voltage
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JP8069570A
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English (en)
Inventor
Katsuhiko Nishimura
勝彦 西村
Takahiro Niikura
高広 新倉
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Fujitsu Telecom Networks Ltd
Original Assignee
Fujitsu Telecom Networks Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09261960A publication Critical patent/JPH09261960A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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  • Electronic Switches (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】フォワードコンバータ型のスイッチング電源装
置に関し、スイッチング損失を低減したインバータ回路
を提供する。 【解決手段】主トランスTの一次巻線n1 に直列に挿入
された主スイッチQM をパルス幅制御して入力電圧Ein
をスイッチングするとともに、主スイッチQM と並列に
サージ吸収用コンデンサCS と補助スイッチQS の直列
回路を備えることによって、ターンオフ時のゼロ電圧ス
イッチングを行うようにしたフォワードコンバータ型ス
イッチング電源装置における直流交流変換を行うインバ
ータ回路において、主トランスTの一次側における、主
スイッチQM とサージ吸収用コンデンサCS と補助スイ
ッチQS の直列回路との並列回路以外の部分に、直列に
付加インダクタンスL2 を挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
装置に関し、特にスイッチング損失を低減したインバー
タ回路に関するものである。
【0002】フォワードコンバータ型のスイッチング電
源装置においては、パルス幅制御されたインバータ回路
を備えて直流を交流に変換し、これを整流して所望の直
流電源を得るようにしている。
【0003】このようなインバータ回路においては、ス
イッチングの高周波化による、スイッチング損失の増加
を防止することが必要である。
【0004】
【従来の技術】図3は、従来のインバータ回路を示した
ものである。図中、Tは主トランスであって、n1 はそ
の一次巻線、n2 は二次巻線である。QM は一次電流を
断続する主スイッチ、CS は主スイッチQM のターンオ
フ時の電圧サージを吸収するためのサージ吸収用コンデ
ンサ、QS はサージ吸収用コンデンサCS に直列に設け
られた補助スイッチである。また、D1,2 は二次側整
流ダイオード、L1 は出力平滑チョークコイル、C1
出力平滑コンデンサ、Einは入力電圧である。
【0005】主スイッチQM と補助スイッチQS は、例
えば、主スイッチQM がnチャネルMOSFETからな
り、補助スイッチQS がpチャネルMOSFETからな
っていて、同一の励振パルスによって駆動することによ
って、通常、同一のタイミングで逆の論理で動作するよ
うになっている。整流ダイオードD1,2 としては、一
般にショットキーバリアダイオードが用いられる。
【0006】図3において、主スイッチQM は図示され
ない励振部からの励振パルスに応じて入力電圧Einをス
イッチングする。主スイッチQM のオン時に一次巻線n
1 の励磁インダクタンスに蓄えられたエネルギーによっ
て、主スイッチQM のオフ時に二次巻線n2 に得られた
電圧を、ダイオードD1,2 によって整流し、出力平滑
チョークコイルL1,出力平滑コンデンサC1 によって平
滑して、所望の直流出力を得る。
【0007】この際、主スイッチQM と並列に、サージ
吸収用コンデンサCS と補助スイッチQS の直列回路を
設けて、主スイッチQM のターンオフ時の電圧サージを
吸収するようになっている。
【0008】図4は、従来回路の各部波形を示したもの
であって、軽負荷時を示している。VDS(QM )は、主
スイッチQM のドレイン−ソース間電圧、ID (QM
は、主スイッチQM のドレイン電流、VDS(QS )は、
補助スイッチQS のドレイン−ソース間電圧、ID (Q
S )は、補助スイッチQS のドレイン電流である。以
下、図3および図4を参照して、従来回路の動作を説明
する。
【0009】主スイッチQM のオンによって、主トラン
スTは、入力電源Einから、一次巻線n1 の端子1を+
とし、端子2を−として励磁される。また、主トランス
Tを経て、二次側に直流分をエネルギー伝達する。
【0010】主スイッチQM がターンオフすると、主ト
ランスTの一次巻線n1 に、端子2を+とし、端子1を
−とする逆電圧が発生し、サージ吸収用コンデンサCS
は、補助スイッチQS の内蔵ダイオードを経て充電され
る。このとき、主トランスTの漏れインダクタンスおよ
び配線のインダクタンスによるサージ電圧は、サージ吸
収用コンデンサCS によって吸収される。
【0011】次に主トランスTの漏れインダクタンスお
よび配線のインダクタンスの蓄積エネルギーが発生終了
すると、一次巻線n1 のインダクタンスに基づく逆電圧
によって、サージ吸収用コンデンサCs が充電し続けら
れる。
【0012】このとき、補助スイッチQS をオンさせる
と、サージ吸収用コンデンサCS に充電された電圧VCS
と入力電圧Einの差分VCS−Einの電圧が、主トランス
Tに対して、一次巻線n1 の端子2を+とし端子1を−
として印加され、主トランスTを逆励磁する。
【0013】次に補助スイッチQS がオフすると、主ト
ランスTの逆励磁に基づく逆電圧が、一次巻線n1 の端
子1を+とし端子2を−として発生する。この逆電圧
が、入力電圧Einより大きい状態では、主スイッチQM
の内蔵ダイオードが導通し、主スイッチQM のドレイン
−ソース間電圧を0にする(主スイッチQM の内蔵ダイ
オードの電圧降下を無視すると)。
【0014】その後、主スイッチQM をオンにすること
によって、主スイッチQM のターンオン時のゼロ電圧ス
イッチングが達成される。
【0015】主スイッチQM のターンオフ時には、主ス
イッチQM の出力容量または強制的に付加した外部出力
容量によって、ターンオフ時の発生電圧の傾斜dV/d
tを抑制することによって、ターンオフ時のスイッチン
グ損失を低減することができる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】図3に示された従来回
路では、主トランスTの一次巻線n1 の逆励磁電流が主
トランスTの二次側伝達直流電流より大きい軽負荷(無
負荷)時には、ゼロ電圧スイッチングが行われるが、主
トランスTの二次側伝達直流電流が大きい重負荷時に
は、ターンオン時に、主スイッチQM の電圧が0になる
前に、主スイッチの電流が流れるため、ゼロ電圧スイッ
チングが成立しないようになり、無損失スイッチングを
実現することができない。
【0017】図5は、従来回路の重負荷時における各部
波形を示したものであって、図4の場合と同じものを同
じ記号で示している。図5においては、二次側伝達直流
電流が大きいため、主スイッチQM のターンオン時に、
主スイッチQM の電圧VDS(QM )が0になる前に、電
流ID (QM )が流れるため、電圧,電流がともに0で
ない期間t1 を生じ、スイッチング損失を発生すること
が示されている。
【0018】このようなスイッチング損失があると、特
に、インバータ回路の動作周波数が高くなった場合にこ
れに基づく損失が増加して、コンバータ回路の効率を低
下させることになるという問題がある。
【0019】本発明は、このような従来技術の課題を解
決しようとするものであって、フォワードコンバータ型
の電源装置における、パルス幅制御されたインバータ回
路において、重負荷時においても、主スイッチのターン
オン時のゼロ電圧スイッチングを可能にする、インバー
タ回路を提供することを目的としている。
【0020】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明のインバータ回路においては、以下のような
具体的解決手段を備えている。
【0021】(1) 主トランスTの一次巻線n1 に直列に
挿入された主スイッチQM をパルス幅制御して入力電圧
inをスイッチングするとともに、主スイッチQM と並
列にサージ吸収用コンデンサCS と補助スイッチQS
直列回路を備えることによって、ターンオフ時のゼロ電
圧スイッチングを行うようにしたフォワードコンバータ
型スイッチング電源装置における直流交流変換を行うイ
ンバータ回路において、主トランスTの一次側におけ
る、主スイッチQM とサージ吸収用コンデンサC S と補
助スイッチQS の直列回路との並列回路以外の部分に直
列に付加インダクタンスL2 を挿入する。
【0022】(2) (1) の場合に、付加インダクタンスL
2 を、主スイッチQM の電流ID (QM )に対して、主
スイッチQM の電圧VDS(QM )0の状態で立ち上がる
ような遅れ時間t2 を与えるものとする。
【0023】(3) (1) または(2) の場合に、付加インダ
クタンスL2 に代えて、可飽和インダクタンスを用い
る。
【0024】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施形態を示
したものであって、図3の場合と同じものを同じ番号で
示し、L2 は主トランスTの一次巻線に直列に挿入され
た付加インダクタンスである。
【0025】図1に示された回路における、主スイッチ
M,補助スイッチQS の動作、およびサージ吸収用コン
デンサCS の作用は、図3に示された従来回路の場合と
同様である。
【0026】図1に示された回路においては、主スイッ
チQM と、補助スイッチQS とサージ吸収用コンデンサ
S との直列回路とを並列に接続した回路以外の部分に
おいて、主トランスTの一次側におけるスイッチングラ
インに、付加インダクタンスL2 を挿入したことによっ
て、主スイッチQM のターンオン, ターンオフ時におけ
る、電流の立ち上がり, 立ち下がりを、主トランスTの
一次側洩れインダクタンスと付加インダクタンスL2
の和によって抑制して、時間的に遅れを持たせるように
する。
【0027】図2は、本発明回路の各部波形を示したも
のであって、図4および図5の場合と同じものを同じ記
号で示している。図中において、t2 は主トランスTの
一次側洩れインダクタンスと付加インダクタンスL2
の和に基づく、主スイッチQ M の電流ID (QM )の立
ち上がりの時間遅れを示している。
【0028】本発明のインバータ回路においては、重負
荷時等のように、主トランスTの二次側に伝達される直
流電流が大きい場合、すなわち、直流電流が主トランス
Tの一次巻線n1 の逆励磁電流よりも大きい場合でも、
主スイッチQM のターンオン時の、主スイッチのドレイ
ン電流ID (QM )の立ち上がりの時間を遅らせるた
め、直流電流が流れる始める前に、主スイッチQM のド
レイン−ソース間電圧V DS(QM )を0にすることがで
きる。
【0029】従って、図1に示されたインバータ回路に
よれば、全負荷時においても、主スイッチQM のターン
オン時のゼロ電圧スイッチングを行うことが可能とな
り、インバータ回路における、ターンオン時の無損失ス
イッチングを実現することができる。
【0030】図1の回路における付加インダクタンスL
2 の大きさは、回路条件によって異なり、実験的に最適
値を求めることができるが、一例として、動作周波数2
00kHzの場合、1.5μH程度である。
【0031】また、付加インダクタンスとして、固定イ
ンダクタンスに代えて、可飽和型インダクタンス(S
R)を用いることも可能である。この場合は、スイッチ
ング終了後における、インダクタンスの電圧降下を除去
して、回路効率を向上させることができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンバータ回路において、主トランスの一次側に直列に挿
入した付加インダクタンスによって、主スイッチの電流
立ち上がりに時間的遅れを与えて、主スイッチのドレイ
ン電流が流れる以前に、主スイッチのドレイン−ソース
間電圧がゼロになるようにしたので、負荷電流が増加し
た場合でも、主スイッチのゼロ電圧スイッチングを実現
することができる。
【0033】このように本発明によれば、インバータ回
路において、主スイッチのターンオン時における無損失
スイッチングを実現することができ、従って、パルス幅
制御されたインバータ回路を備えたフォワードコンバー
タ型の電源装置等における、高効率化が可能となる。こ
のような効果は、インバータ回路を高周波化した場合
に、特に顕著になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す図である。
【図2】本発明回路の各部波形を示す図である。
【図3】従来のインバータ回路を示す図である。
【図4】従来回路の各部波形を示す図である。
【図5】従来回路の重負荷時における各部波形を示す図
である。
【符号の説明】
T 主トランス QM 主スイッチ CS サージ吸収用コンデンサ QS 補助スイッチ L2 付加インダクタンス

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主トランスの一次巻線に直列に挿入され
    た主スイッチをパルス幅制御して入力電圧をスイッチン
    グするとともに、該主スイッチと並列にサージ吸収用コ
    ンデンサと補助スイッチの直列回路を備えることによっ
    て、ターンオフ時のゼロ電圧スイッチングを行うように
    したフォワードコンバータ型スイッチング電源装置にお
    ける直流交流変換を行うインバータ回路において、 前記主トランスの一次側における、前記主スイッチとサ
    ージ吸収用コンデンサと補助スイッチの直列回路との並
    列回路以外の部分に直列に付加インダクタンスを挿入し
    たことを特徴とするインバータ回路。
  2. 【請求項2】 前記付加インダクタンスL2 が、主スイ
    ッチの電流に対して、主スイッチの電圧0の状態で立ち
    上がるような遅れ時間を与えるものであることを特徴と
    する請求項1に記載のインバータ回路。
  3. 【請求項3】 前記付加インダクタンスに代えて、可飽
    和インダクタンスを用いることを特徴とする請求項1ま
    たは2に記載のインバータ回路。
JP8069570A 1996-03-26 1996-03-26 インバータ回路 Pending JPH09261960A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100512402B1 (ko) * 2001-09-28 2005-09-07 산켄덴키 가부시키가이샤 스위칭 전원 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100512402B1 (ko) * 2001-09-28 2005-09-07 산켄덴키 가부시키가이샤 스위칭 전원 장치

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