【発明の詳細な説明】
スイッチモード電源
技術分野
本発明は、スイッチング信号によって導電状態及び非導電状態へと周期的にス
イッチされ、制御電極及び２つのメイン電極を備える制御メインスイッチ手段を
具備するスイッチモード電源に関する。
背景技術
上記のような電源は、メタルハライドランプを点灯及び動作するのに設計され
たＰhilips社製の型式ＥＭＣ035-Ｓ01及びＥＭＣ070-Ｓ01の電気バラストからと
りわけ既知である。これら既知のバラストは２つのＤＣ−ＤＣコンバータを備え
、これらは、アップコンバータ又はブーストコンバータ形式のコンバータ及びダ
ウンコンバータ又はバックコンバータ形式のコンバータである。もう一つの既知
の形式は、フライバックコンバータである。この形式のコンバータもまたバック
ブーストコンバータという呼称で既知である。
これらＤＣ−ＤＣコンバータの各々は、それ自体スイッチモード電源とする使
用に適し、例えば工具及び屋内電気器具のための電源ユニット及び装置、照明装
置のための電源などに実際に広く使用されている。
前記制御メインスイッチ手段は、ノイズ公害を避けるために、約２０ｋＨｚの
周波数で導電状態及び非導電状態へ好ましくはスイッチされる。数百ｋＨｚのス
イッチング周波数は、ここでは全く普通である。高周波の使用は、コンバータ及
び電源の一部を常に形成する誘導手段を比較的小さくすることができるので更に
有利となる。
このスイッチ手段は、スイッチすることに伴って起こるスイッチング損に対し
し激減する効果を持つので、導電状態から非導電状態へ及びその逆への比較的高
速な当該スイッチ手段のスイッチが通例望まれる。しかしながら、この高速なス
イッチは、高周波信号が生成されるという結果を有する。
この既知の回路装置において、前記コンバータの各々における前記メインスイ
ッチ手段の制御電極は、スイッチ手段の導電状態へのスイッチにおける十分な遅
延を保障するために、整流器とオームインピーダンスとの並列配置を有する分岐
を備える。さらに、各コンバータは、無線妨害を打ち消すためのいわゆるｄＶ／
ｄｔキャパシタを備える。しかしながら、このキャパシタは、当該キャパシタに
蓄えられたエネルギーが前記スイッチで消費されるという欠点を有する。
発明の開示
本発明は、一方ではスイッチング損をさらに減少させるための手段及びもう一
方では高速にスイッチすることに伴って起こる妨害信号を打ち消すための手段を
提供することを目的とする。
本発明に従い、冒頭で述べたような種類のスイッチモード電源は、この目的の
ために、セラミックビーズが前記制御メインスイッチ手段のメイン電極の一つと
直接電気的に接続されることを特徴とする。
メイン電極分岐の一つにビーズがあることは、前記スイッチ手段の高速なスイ
ッチによる高周波妨害信号の発生を効果的に打ち消し、さらにスイッチング損の
減少も促進する。このビーズに実際に蓄えられるエネルギーは、前記制御スイッ
チ手段が非導電状態にスイッチしている間、この充電手段の寄生キャパシタンス
のより高速な充電を、よって前記スイッチ手段のより高速なスイッチを、促進す
る。同時に、前記ビーズは、導電状態へスイッチしている間、前記スイッチ手段
によって電流上昇を制御し、高周波妨害信号における減少の一因となる。これは
、前記ｄＶ／ｄｔキャパシタンスを無しで済ますこと及び整流器とオームインピ
ーダンスとの並列配置を取り除くことによって制御回路を簡素化することの両方
を可能にする。前記ビーズを使用する更なる利点は、当該ビーズは高周波に対し
かなりのオームインピーダンスを持つという特性である。高周波での寄生キャパ
シタンス及び自己インダクタンスの発振は、それによって激しくダンプされる。
好ましくは、フェライトの適切な磁気特性のために、前記セラミックビーズは
フェライトビーズである。
前記高速なスイッチは、特にＦＥＴに関する。前記制御回路における前記並列
配置の削除に伴って起こるビーズの使用は、このスイッチがツェナー状態を挿入
するこのＦＥＴを横切るこのような高電圧を確かに生じてもよいが、前記ビーズ
が非常に低い自己インダクタンス値のために、当該ビーズに蓄えられるエネルギ
ーは前記ＦＥＴのアバランシエネルギーに達する及び超過するのには不十分とな
る。原理的には、前記ビーズは、２つのメイン電極、つまりドレイン及びソース
のどちらでも直列に配置される。好ましくは、前記ビーズは前記ＦＥＴのドレイ
ンと直列に接続される。
スナバの使用は、バイポーラトランジスタに対しスイッチング損を減少及び妨
害信号を打ち消す手段として既知である。これに使用すべき自己インダクタンス
は、これら関連する自己インダクタンスが高周波の妨害信号を制限することにお
いて効果的でないので、必要とされる巻線のために高い寄生キャパシタンスを既
に持つ。加えて、スナバが導電状態及び非導電状態の両方へとスイッチすること
が効果的である場合、自己インダクタンス、ダイオード、レジスタ及びキャパシ
タの組み合わせの使用が実際のスナバに必要となる。
図面の簡単な説明
本発明の上記及びその他の特徴を本発明に従い、スイッチモード電源の実施例
を参照して以下により詳細に説明する。
第１図は、従来技術に従うアップコンバータ形式のスイッチモード電源図であ
り、
第２図は、従来技術に従うダウンコンバータ形式のスイッチモード電源図であ
り、
第３図及び４図は、アップコンバータ及びダウンコンバータの発明それぞれに
従うスイッチモード電源図であり、及び
第５図は、フライバックコンバータ形式の発明に従うスイッチモード電源図で
ある。
発明を実施するための最良の形態
第１図から５図において、対応する部分には同じ参照番号が与えられる。スイ
ッチモード電源は、入力端子１、自己インダクタンス手段Ｌ、スイッチ手段Ｓ、
整流手段Ｄ及び出力端子２を有する。これら出力端子は、しばしばバッファキャ
パシタ３形式の電圧バッファによって相互接続される。この制御メインスイッチ
手段は、２つのメイン電極７、８及び制御電極６を具備する。このメインスイッ
チ手段Ｓの前記制御電極６は、導電状態へ前記スイッチ手段がスイッチすること
における十分な遅延を保障するために、よってＥＭＩの生成を打ち消すために、
整流器とオームインピーダンスとの並列配置９を有する分岐を備える。
第１図で示されるこのスイッチモード電源は、アップコンバータ又はブスート
コンバータである。このメインスイッチ手段Ｓは、ｄＶ／ｄｔキャパシタンスと
して働くキャパシタ５によって分流される。このｄＶ／ｄｔキャパシタンスとし
て働くキャパシタ５は、２つのメイン電極７、８の間に配置される。これは、第
２図で示される実施例においてダウンコンバータ又はバックコンバータに関する
。
本発明に従うスイッチモード電源において、セラミックビーズ１０は、前記制
御メインスイッチ手段Ｓのメイン電極７と直列に含まれ、このメイン電極７と直
接電気的に接続される。
第３図で示されるようなアップコンバータ若しくはブーストコンバータ又は第
４図で示されるようなダウンコンバータの実施例において、前記制御メインスイ
ッチ手段は、Ｔhomson-ＳＧＳ社製の型式ＳＴＰ4ＮＡ60Ｆ1ＦＥＴで形成される
。使用される前記ビーズは、Ｍurata社製の型式ＢＬ02ＲＮ2のフェライトビーズ
である。それのオームインピーダンスは、周波数５ＭＨｚで４０Ωから３００Ｍ
Ｈｚで１４０Ωへと上昇する。前記自己インダクタンス値は１．６μＨである。
実際のアプリケーションにおいて、各々上記に記載されたようなアップコンバ
ータ又はブーストコンバータとダウンコンバータとの実施例は、例えば３９Ｗの
電力定格を持つＰhilips社製のＣＤＭ35Ｗ型式の高圧放電ランプを点灯及び動作
するための回路装置の一部を形成する。このランプは、９０Ｖの公称ランプ電圧
(Ｖｌａ)を持つ。この回路装置は、例えば５０Ｈｚ、２２０Ｖの電圧源のような
電源との接続に適し、この電源によって出力されるＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換す
る整流装置を有する。よって形成されたこのＤＣ電圧は、前記アップコンバータ
又はブーストコンバータに対する電源として役立ち、この目的のために、前記整
流装置は、前記アップコンバータ又はブーストコンバータの入力端子に接続さ
れる。前記アップコンバータ又はブーストコンバータは、それらの出力端子に４
００ＶのＤＣ電圧を出力し、これら出力端子は同時に前記ダウンコンバータの入
力端子となる。前記ランプが点灯しない場合、前記ダウンコンバータの出力端子
での開放電圧は３８０Ｖである。このダウンコンバータは、安定動作の間、点灯
したランプのための制御電流発生器として働き、この場合、このダウンコンバー
タの出力端子での電圧は約９０Ｖである。このランプは、当該ランプにおける電
気泳動を打ち消すためにコンミュテータネットワークに含まれ、このネットワー
クは、前記ダウンコンバータの出力端子に接続されている。前記アップコンバー
タ又はブーストコンバータとダウンコンバータとは、前記回路装置の動作中、７
０ｋＨｚから２００ｋＨｚの間の周波数で各々スイッチする。前記制御メインス
イッチ手段が非導電状態へスイッチしている間、ダウンコンバータにおいて前記
コンバータを通る電流を０Ａにするスイッチオフは、４０ｎｓの時間間隔内で非
常に素早く行う。この場合、前記メイン電極間の電圧は、５０ｎｓで４００Ｖに
上昇する。前記電流を０Ａにするスイッチオフは、前記アップコンバータにおい
て２０ｎｓで行い、４００Ｖへの電圧上昇には１００ｎｓかかる。導電状態にス
イッチしている間、前記制御メインスイッチ電極のメイン電極間で０Ｖへの電圧
降下は、２０ｎｓで行う。前記電流の上昇は、とりわけこのフェライトビーズを
含み、関連するコンバータに存在する誘導手段の結果として、ここではいくらか
遅延される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Switch mode power supply
Technical field
The present invention periodically switches to a conductive state and a non-conductive state by a switching signal.
Control main switch means comprising a control electrode and two main electrodes.
The present invention relates to a switch mode power supply provided.
Background art
Power supplies such as those described above are designed to light and operate metal halide lamps.
From the EMC035-S01 and EMC070-S01 electrical ballasts manufactured by Philips
It is known. These known ballasts have two DC-DC converters
These are converters and converters in the form of upconverters or boost converters.
This is a converter of the down converter or the buck converter type. Another known
Is a flyback converter. This type of converter is also
It is known by the name boost converter.
Each of these DC-DC converters is itself used as a switch mode power supply.
Power supply units and equipment for tools and indoor appliances, lighting equipment
It is actually widely used as a power supply for installation.
The control main switch means has a frequency of about 20 kHz to avoid noise pollution.
It is preferably switched to a conductive state and a non-conductive state at a frequency. Hundreds of kHz
The switching frequency is quite common here. The use of high frequency is
And the induction means that always forms part of the power supply
This is advantageous.
This switching means protects against switching loss caused by switching.
Has a relatively high effect of reducing from a conducting state to a non-conducting state and vice versa.
A quick switch of the switch means is usually desired. However, this fast scan
The switch has the consequence that a high frequency signal is generated.
In this known circuit arrangement, the main switch in each of the converters
The control electrode of the switch means provides sufficient delay in switching the switch means to the conductive state.
Branch with parallel arrangement of rectifier and ohmic impedance to ensure delay
Is provided. In addition, each converter has a so-called dV /
dt capacitor. However, this capacitor is
It has the disadvantage that stored energy is consumed by the switch.
Disclosure of the invention
The present invention provides, on the one hand, means for further reducing switching losses and another.
In order to cancel the interference signal caused by switching at high speed,
The purpose is to provide.
According to the invention, a switch-mode power supply of the kind mentioned at the outset is intended for this purpose.
For this purpose, the ceramic beads are connected to one of the main electrodes of the control main switch means.
It is characterized by being directly electrically connected.
The presence of a bead in one of the main electrode branches means that the switch means
Switch effectively cancels out high-frequency interference signals, and further reduces switching loss.
It also promotes reduction. The energy actually stored in the beads is controlled by the control switch.
While the switch means is switching to a non-conductive state, the parasitic capacitance of this charging means
Faster charging of the switch means, and thus faster switching of the switch means.
You. At the same time, while the beads are switching to a conductive state, the switch means
This controls the current rise and contributes to the reduction in high frequency interference signals. this is
, No dV / dt capacitance and rectifier and ohmic impedance
Both simplifying the control circuit by eliminating parallel arrangement with the dance
Enable. A further advantage of using the beads is that they are
The characteristic is that it has a considerable ohmic impedance. Parasitic capacity at high frequencies
Oscillations of distance and self-inductance are thereby heavily dumped.
Preferably, for proper magnetic properties of ferrite, the ceramic beads are
Ferrite beads.
The high-speed switch is particularly relevant for FETs. The parallel in the control circuit
The use of beads that accompanies the removal of the arrangement causes this switch to insert a zener state.
Such a high voltage across the FET may certainly occur, but the beads
Is very low self-inductance value, the energy stored in the beads
Is insufficient to reach and exceed the avalanche energy of the FET.
You. In principle, the beads have two main electrodes, a drain and a source.
Are arranged in series. Preferably, said beads are drains of said FET.
Connected in series with the
The use of snubbers reduces and prevents switching losses for bipolar transistors.
It is known as a means for canceling harmful signals. Self inductance to be used for this
Is that these associated self-inductances limit high-frequency jamming signals.
And is not effective, it already has high parasitic capacitance for the required windings.
To have. In addition, the snubber switches to both conductive and non-conductive states
Is effective, self-inductance, diodes, resistors and capacitors
The use of a combination of data is required for the actual snubber.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Embodiments of the switch mode power supply according to the present invention in accordance with the above and other features of the present invention
This will be described in more detail below with reference to FIG.
FIG. 1 is an upconverter type switch mode power supply diagram according to the prior art.
And
FIG. 2 is a diagram of a down converter type switch mode power supply according to the prior art.
And
3 and 4 show the inventions of the up converter and the down converter, respectively.
FIG. 3 is a switch mode power supply diagram according to
FIG. 5 is a switch mode power supply diagram according to a flyback converter type invention.
is there.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 to 5, corresponding parts are provided with the same reference numerals. Sui
Switch mode power supply comprises an input terminal 1, a self-inductance means L, a switch means S,
It has a rectifier D and an output terminal 2. These output terminals are often
They are interconnected by a voltage buffer in the form of a capacitor 3. This control main switch
The means comprises two main electrodes 7, 8 and a control electrode 6. This main switch
The control electrode 6 of the switch means S is switched by the switch means to a conductive state.
To ensure sufficient delay at, and thus to counteract EMI generation,
It has a branch with a parallel arrangement 9 of rectifiers and ohmic impedances.
The switch mode power supply shown in FIG.
It is a converter. This main switch means S has a dV / dt capacitance and
The current is shunted by the capacitor 5 which works as a shunt. This dV / dt capacitance is
The working capacitor 5 is arranged between the two main electrodes 7,8. This is
2 relates to a down converter or a buck converter in the embodiment shown in FIG.
.
In the switch mode power supply according to the present invention, the ceramic beads 10
It is included in series with the main electrode 7 of the main switch
Electrically connected.
Upconverter or boost converter as shown in FIG.
In an embodiment of the down converter as shown in FIG.
The switch means is formed of model STP4NA60F1FET manufactured by Thomson-SGS.
. The beads used are ferrite beads of model BL02RN2 manufactured by Murata.
It is. Its ohmic impedance is 40Ω to 300M at 5MHz frequency.
It rises to 140Ω at Hz. The self-inductance value is 1.6 μH.
In a real application, each upconverter as described above
An embodiment of a converter or boost converter and a down converter is, for example, a 39 W
Lights and operates a Philips CDM35W high-pressure discharge lamp with power rating
To form a part of a circuit device for performing the operation. This lamp has a nominal lamp voltage of 90V
(Vla). This circuit device may be, for example, a 50 Hz, 220 V voltage source.
It is suitable for connection to a power supply and converts the AC voltage output by this power supply to a DC voltage.
Rectifier. This DC voltage thus formed is
Or as a power source for a boost converter, and for this purpose,
The flow device is connected to the input terminal of the up converter or the boost converter.
It is. The up-converter or boost converter has four output terminals.
00V DC voltage, and these output terminals are simultaneously input to the down converter.
It becomes a force terminal. If the lamp does not light, the output terminal of the downconverter
Is 380V. This downconverter lights up during stable operation
Acts as a control current generator for the lamp
The voltage at the output terminal of the switch is about 90V. The lamp is powered by the lamp
This network is included in the commutator network to counteract electrophoresis.
Is connected to the output terminal of the down converter. The upconverter
The converter or the boost converter and the down converter are connected during operation of the circuit device.
Each is switched at a frequency between 0 kHz and 200 kHz. The control mains
While the switch means is switching to a non-conductive state, the down converter
A switch-off to bring the current through the converter to 0 A is not activated within a time interval of 40 ns.
Always do it quickly. In this case, the voltage between the main electrodes becomes 400 V in 50 ns.
Rise. The switch-off for setting the current to 0 A is performed in the up-converter.
20 ns, and it takes 100 ns to increase the voltage to 400 V. Switch to conductive state
While the switch is on, a voltage of 0 V is applied between the main electrodes of the control main switch electrode.
The descent is performed in 20 ns. The rise in the current, in particular,
Including some of the inductive means present in the associated converter
Be delayed.