JPH10257757A - スイッチング電源回路 - Google Patents

スイッチング電源回路

Info

Publication number
JPH10257757A
JPH10257757A JP6094497A JP6094497A JPH10257757A JP H10257757 A JPH10257757 A JP H10257757A JP 6094497 A JP6094497 A JP 6094497A JP 6094497 A JP6094497 A JP 6094497A JP H10257757 A JPH10257757 A JP H10257757A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
switching
capacitor
mosfet
diode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP6094497A
Other languages
English (en)
Inventor
Kouichi Makinose
公一 牧野瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyoda Automatic Loom Works Ltd filed Critical Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Priority to JP6094497A priority Critical patent/JPH10257757A/ja
Publication of JPH10257757A publication Critical patent/JPH10257757A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は共振形スイッチング電源においてP
WM制御を実現したスイッチング電源回路に関し、特に
スイッチング損出の少ないPWM制御を行い、ノイズの
発生を防止したスイッチング電源回路を提供するもので
ある。 【解決手段】 直流電源10の出力は、トランジスタQ
2、コイル11、12を介してコンデンサ14に蓄積さ
れ、このように蓄積された電荷は負荷15に供給され、
一定の電圧を負荷15に供給する。このようなスイッチ
ング電源回路において、MOSFETQ1をターンオフ
することによりコンデンサ16に電荷を蓄積し、ダイオ
ード13をオンしてMOSFETQ2に流れる電流をな
くし、MOSFETQ2をターンオフする。また、MO
SFETQ2のターンオンも、MOSFETQ1をター
ンオンした後、MOSFETQ2かかる電圧、電流が0
レベルの状態でターンオンし、電力損出の小さいスイッ
チング電源回路を提供するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は共振形スイッチング
電源に係り、特に共振形のスイッチング電源においてP
WM制御を実現したスイッチング電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】共振形スイッチング電源は、例えばコン
デンサの容量とコイルのインダクタンスを適当に設定し
た時定数回路の共振周波数により作成するパルス波を平
滑することにより電源供給を行う装置である。
【0003】図3は上述のような共振形スイッチング電
源の回路例を示す図である。同図において、直流電源1
から供給される電流は、所定周期で開閉されるスイッチ
2を介してコイル3、及びダイオード4に供給される。
ここで、コイル3とコンデンサ5はその容量とインダク
タンスから決まる所定周波数で共振する回路であり、上
述のスイッチ2の開閉周期はその共振周波数に同期して
いる。すなわち、図4の波形図に示すように、スイッチ
2をオンすることにより、コイル3とコンデンサ5の時
定数で決まる形状(いわゆるサイン波の上半分の波形)
の電流が供給される。この電流はコイル6を流れ電解コ
ンデンサ7を充電する。また、スイッチ2のオフするタ
イミングは、図4に示すように、直流電源1からの電流
供給が終了した後に行う。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のような共振形ス
イッチング電源においてPWM制御を行い、供給する電
源電圧を制御しようとする場合、電流が流れている状態
でスイッチ2をオフする必要がある。すなわち、例えば
図4にで示すタイミングでスイッチ2をオフする必要
がある。
【0005】しかしながら、電流が流れている状態でス
イッチ2をオフすることは、いわゆるスイッチング損出
を大きくすることになる。すなわち、電流が流れている
状態でスイッチ2をオフすると、電流が遮断されると同
時にオフするスイッチ2間に電圧Eが発生し、電流の低
下と電圧の上昇が過渡的に発生し、その積分値に対応す
る電力損出が発生する。
【0006】かかる場合、レベルの大きなノイズが発生
し、そのノイズの周波数範囲も広いため可聴雑音や、こ
のスイッチング電源回路を使用する装置へのノイズの影
響が大きい。
【0007】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、共振形のスイッチング電源回路において、スイ
ッチング損出のないPWM制御を行い、ノイズの発生を
防止したスイッチング電源回路を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は上
記課題を解決するため、直流電力を負荷へ供給する直流
電源と、該直流電源の出力と負荷との接続を制御する第
1の切換え手段と、該第1の切換え手段が開駆動する
際、前記直流電源から電力を充電し、前記第1の切換え
手段が閉駆動する際、負荷に電力を供給する電力供給手
段と、負荷への供給電流が所定値に達したときに、前記
直流電源からの充電が開始される充放電手段と、該充放
電手段が所定の電圧に達した時オンし、その充放電手段
に蓄積された電力を前記直流電源に回生するダイオード
と、該ダイオードがオン駆動しているときに、前記第1
の切換え手段を開駆動し、その後前記ダイオードがオフ
した後、前記第1の切換え手段を閉駆動する切換え制御
手段とを有するスイッチング電源回路を提供することに
よって達成できる。
【0009】ここで、例えば第1の切換え手段はMOS
FETや、バイポーラトランジスタ、その他半導体素子
で構成し、上記第1の切換え手段をオン駆動することに
より、電解コンデンサ等で構成する電力供給手段と負荷
に電力を供給し、第1の切換え手段をターンオフするこ
とで負荷への電力供給が停止する間、前記電力供給手段
により負荷への電力供給を行う。
【0010】このような構成のスイッチング電源回路に
おいて、所望のタイミングで充放電手段を充電し、前記
ダイオードを介して第1の切換え手段に流れる電流を零
とし、第1の切換え手段をターンオフし、更に第1の切
換え手段に電流が流れない状態で第1の切換え手段をタ
ーンオンすることにより電力損出のないスイッチング電
源回路を提供するものである。したがって、上記所望の
タイミングを自由に設定することにより、実質的にPW
M制御を行うことができる。
【0011】請求項2記載の発明は、上記請求項1記載
の発明を具体化するものであり、前記充放電手段は、コ
ンデンサと、該コンデンサに並列に接続された第2の切
換え手段とから構成され、該第2の切換え手段を開駆動
することによりコンデンサに電荷を充電する構成であ
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の実
施形態例を説明するスイッチング電源回路の回路図であ
る。同図において、10は出力電圧がEの直流電源であ
る。また、Q1、Q2はMOSFETであり、MOSF
ETQ2は第1の切換え手段として機能し、MOSFE
TQ1は第2の切換え手段として機能するとともに、充
放電手段の一部として機能する。また、コイル11とコ
ンデンサ16は共振周波数を設定する時定数回路を構成
し、コイル11のインダクタンス値とコンデンサ16の
容量値で決まる周波数に従って共振する。ダイオード1
3は導通することにより上述の時定数回路を機能させ、
通常は逆バイアスされている。
【0013】コイル12は大きな値のインダクタンスを
有し、このインダクタンスをLF とする時、LF ≫LR
(但し、LR はコイル11のインダクタンス)の関係で
ある。また、電解コンデンサ14は直流電源10から供
給される電荷を蓄積し、負荷に安定した直流電圧を供給
するコンデンサである。
【0014】また、上述のコンデンサ16はMOSFE
TQ1に並列に接続され、充放電手段を構成する。この
コンデンサ16はMOSFETQ1がオフ駆動した時、
電荷が蓄積される。
【0015】尚、ここで、以下の説明上ダイオード13
のカソードの電位をVM とし、ダイオード13のアノー
ドの電位をVDS1 とし、負荷15(電解コンデンサ1
4)の両端の電位をVo とする。
【0016】以上の構成のスイッチング電源回路におい
て、以下に回路動作を説明する。図2は上述の回路動作
を説明するタイムチャートである。先ず、同図において
MOSFETQ1、Q2が共にオン状態の時、直流電源
10から供給される電流は、MOSFETQ2→コイル
11→コイル12を介して電解コンデンサ14を充電す
る。また、この時コイル11及び12を流れる電流は共
に同じ値である。尚、この時電圧VDS1 はほぼ接地電位
(0V)であり、ダイオード13には逆バイアスがかか
りオフ状態である。
【0017】次に、負荷への供給電流Io が所定値I1
に達したときMOSFETQ1をオフする。尚、このオ
フ駆動はMOSFETQ1のゲート端子に切換え制御手
段としての不図示の制御回路からゲート信号を供給する
ことにより行われる。上述の処理によりMOSFETQ
1がオフすると、それまでMOSFETQ1を流れてい
た電流はコンデンサ16に流れ込み、コンデンサ16を
充電する。ここで、MOSFETQ1のターンオフ直後
は、電圧VDS1 は前述のように0Vであり、また、LF
≫LR より、コイル11の両端電圧は無視できる程度に
小さいとすると、VM =E−Vo −VDS1 であり、E>
Vo の関係からVM >0である。従って、ダイオード1
3にはまだ逆バイアスがかかっておりオフ状態である。
【0018】しかし、次第にコンデンサ16が充電され
ると、図2のに示すように、直線状に電圧VDS1 が上
昇する。そして、電圧VDS1 がE−Vo を越えると、ダ
イオード13のアノードの電圧がカソードの電圧を越え
るため、ダイオード13には順バイアスがかかり、ダイ
オード13がオンする(図2に示すのタイミング)。
【0019】ダイオード13がオンすると、直流電源1
0−MOSFETQ2−ダイオード13−コンデンサ1
6の回路が形成され、コイル11とコンデンサ16の値
で決まる時定数に従った共振回路となる。このため、コ
ンデンサ16に蓄積された電荷はダイオード13→コイ
ル11→MOSFETQ2を介して直流電源10に回生
される。したがって、この間コイル11に流れる電流I
LRは、電流Io から序々に減少し、マイナス(−)の電
流となる(図2に示すのタイミング)。
【0020】その後、コンデンサ16に蓄積された電荷
の減少と共に、電圧VDS1 はVPEAKを越えて低下し、コ
イル11を流れる電流ILRも減少し(図2に示すのタ
イミング)、ほぼ0Vとなる。
【0021】そしてこの回生期間中に、MOSFETQ
1をターンオンすると共に、MOSFETQ2をターン
オフする。すなわち、この時、MOSFETQ2におい
ては、寄生ダイオードに回生電流が流れているため、M
OSFETQ2の両端にかかる電圧は0Vとなる。この
ような状態でMOSFETQ2をターンオフすることに
より、ゼロヴォルテージスイッチング(ZVS)を実現
でき、電力損出のないターンオフを行うことができる。
【0022】その後、負荷への供給電流Io が所定値I
2 以下となったときにMOSFETQ2をターンオンす
る(図2に示すのタイミング)。この時、MOSFE
TQ2にかかる電圧は0Vであり、電流が流れていない
状態である。したがって、この時MOSFETQ2のタ
ーンオンは、いわゆるゼロヴォルテージスイッチング
(ZVS)、及びゼロカレントスイッチング(ZCS)
であり、電力損出のないターンオンが行われる。
【0023】一方、MOSFETQ2がターンオンした
ことにより、コイル11に直流電源10から再度電流が
供給され、コイル11に流れる電流ILRは電流Io まで
上昇する(図2に示すのタイミング)。その後、一定
の電流Io がコイル11に流れ、以後上述の処理を繰り
返す。尚、電流Io は、ほぼコイル11とコイル12の
インダクタンス値で決まる値である。
【0024】以上のように、本例は図2に示すタイムチ
ャートに従ってMOSFETQ1、2をターンオン、タ
ーンオフすることにより、ターンオンをゼロヴォルテー
ジスイッチング(ZVS)で行うことができ、ターンオ
フをゼロヴォルテージスイッチング(ZVS)及びゼロ
カレントスイッチング(ZCS)で行うことができ、電
力損出のないスイッチング電源回路を提供できる。
【0025】また、MOSFETQ1をオフするタイミ
ングは自由に設定することができ、従ってこのタイミン
グをPWM制御に対応して供給を必要とする負荷15の
電力に対応して設定し、実質的にPWM制御を行うこと
ができる。しかも、上述のように電力損出のないスイッ
チング電源回路を提供できる。
【0026】尚、本例では切換え手段としてMOSFE
Tを使用したが、バイポーラトランジスタで構成しても
よく、更に他の半導体スイッチで構成してもよい。
【0027】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ればスイッチングの際の電力損出を減らすことができ
る。
【0028】また、スイッチングの際発生するノイズレ
ベルを低下し、ノイズスペクトルも広範囲にないため、
本発明のスイッチング電源回路を使用する装置のノイズ
対策を容易にすることができる。
【0029】さらに、可聴騒音が低下し、装置の騒音対
策も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例のスイッチング電源回路の回路図で
ある。
【図2】実施形態例のスイッチング制御回路の動作を説
明するタイムチャートである。
【図3】従来のスイッチング電源の回路図である。
【図4】従来のスイッチング電源の回路動作を説明する
波形図である。
【符号の説明】
10 直流電源 11、12 コイル 13 ダイオード 14 電解コンデンサ 15 負荷 16 コンデンサ Q1、Q2 MOSFET

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電力を負荷へ供給する直流電源と、 該直流電源の出力と負荷との接続を制御する第1の切換
    え手段と、 該第1の切換え手段が開駆動する際、前記直流電源から
    電力を充電し、前記第1の切換え手段が閉駆動する際、
    負荷に電力を供給する電力供給手段と、 負荷への供給電流が所定値に達したときに、前記直流電
    源からの充電が開始される充放電手段と、 該充放電手段が所定の電圧に達した時オンし、その充放
    電手段に蓄積された電力を前記直流電源に回生するダイ
    オードと、 該ダイオードがオン駆動しているときに、前記第1の切
    換え手段を開駆動し、その後前記ダイオードがオフした
    後、前記第1の切換え手段を閉駆動する切換え制御手段
    と、 を有することを特徴とするスイッチング電源回路。
  2. 【請求項2】 前記充放電手段は、コンデンサと、該コ
    ンデンサに並列に接続された第2の切換え手段とから構
    成され、該第2の切換え手段を開駆動することによりコ
    ンデンサに電荷を充電することを特徴とする請求項1に
    記載のスイッチング電源回路。
JP6094497A 1997-03-14 1997-03-14 スイッチング電源回路 Withdrawn JPH10257757A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6094497A JPH10257757A (ja) 1997-03-14 1997-03-14 スイッチング電源回路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6094497A JPH10257757A (ja) 1997-03-14 1997-03-14 スイッチング電源回路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10257757A true JPH10257757A (ja) 1998-09-25

Family

ID=13157012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6094497A Withdrawn JPH10257757A (ja) 1997-03-14 1997-03-14 スイッチング電源回路

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10257757A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010148311A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Toyota Motor Corp 共振型dc−dcコンバータ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010148311A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Toyota Motor Corp 共振型dc−dcコンバータ

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100420136C (zh) 开关电源装置
US7459945B2 (en) Gate driving circuit and gate driving method of power MOSFET
US6853569B2 (en) DC to DC converter
US7564704B2 (en) Method of forming a power supply controller and structure therefor
US5847941A (en) Switching power supply system and process
WO2001067588A1 (en) Synchronous rectification in a flyback converter
US20060034107A1 (en) Bipolar bootstrap top switch gate drive for half-bridge semiconductor power topologies
WO2005076450A1 (en) Zero-voltage switching half-bridge dc-dc converter topology by utilizing the transformer leakage inductance trapped energy
JPH08111635A (ja) 半導体スイッチの制御回路
US20080037299A1 (en) Method for driving dc-ac converter
JP2011147277A (ja) 双方向電力変換回路
JPH08154379A (ja) 直流電源装置
JP6461043B2 (ja) ダブルエンド絶縁型のスイッチング電源装置及びその制御方法
JPH10257757A (ja) スイッチング電源回路
JP4602132B2 (ja) E級増幅器
KR101048646B1 (ko) 스위칭 손실을 저감하고 전류원을 갖는 플라즈마용 펄스 전원 장치
JPH07245946A (ja) 半導体スイッチ回路
JPH1198832A (ja) 低損失スナバ回路付きスイッチング電源装置
JP2001037214A (ja) 電源回路
JP2998767B2 (ja) 共振形駆動回路
JP4123508B2 (ja) スイッチング電源装置
KR20070065818A (ko) 파워 컨버터에서의 영전압 스위칭(zvs)
US20230101334A1 (en) Zero-voltage discharge circuit device
JPH10210740A (ja) 同期整流器
US20220329240A1 (en) Power switch device driver with energy recovering and the method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20040601