JPH1189232A - スイッチング電源装置 - Google Patents
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- JPH1189232A JPH1189232A JP9248056A JP24805697A JPH1189232A JP H1189232 A JPH1189232 A JP H1189232A JP 9248056 A JP9248056 A JP 9248056A JP 24805697 A JP24805697 A JP 24805697A JP H1189232 A JPH1189232 A JP H1189232A
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- H02M3/337—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration
- H02M3/3376—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration with automatic control of output voltage or current
Abstract
の発生をなくし、高効率、低ノイズで小型のスイッチン
グ電源装置の実現を目的とする。 【解決手段】 少なくとも微少な休止期間を有し、交互
にオンオフする第1、第2のスイッチング手段の直列回
路を入力直流電圧に接続し、微少な休止期間を有し、交
互にオンオフする第3、第4のスイッチング手段の直列
回路を入力直流電圧に接続し、第1、第2のスイッチン
グ手段の接続点と第3、第4のスイッチング手段の接続
点にトランスの1次巻線を接続し、トランスの2次巻線
に誘起する電圧を整流平滑して直流電圧を得るスイッチ
ング電源で、第1のスイッチング手段のオン期間とオフ
期間の比または第3のスイッチング手段のオン期間とオ
フ期間の比またはその両方を制御して出力電圧を調整す
る。
Description
子機器に直流安定化電圧を供給するスイッチング電源装
置に関するものである。
の低価格化・小型化・高性能化・省エネルギー化に伴
い、より小型で出力の安定性が高く高効率なものが強く
求められている。
て説明する。図4は従来のスイッチング電源装置で、フ
ルブリッジコンバータの回路構成図である。図4におい
て、1は入力直流電源であり、その電圧をVinとす
る。2a−2bは入力端子であり、前記入力直流電源1
が接続される。23は第1のスイッチング素子であり、
25は第2のスイッチング素子であり、前記第1のスイ
ッチング素子3と前記第2のスイッチング素子5は交互
にオンオフを繰り返し、前記入力端子2a−2bに直列
に接続される。27は第3のスイッチング素子であり、
前記第2のスイッチング素子と同じタイミングでオンオ
フを繰り返すように制御される。29は第4のスイッチ
ング素子であり、前記第1のスイッチング素子23と同
じタイミングでオンオフされる。前記第3のスイッチン
グ素子と前記第4のスイッチング素子は、直列に接続さ
れ、前記入力端子2a−2bに接続される。前記第1の
スイッチング素子23と前記第2のスイッチング素子2
5と前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチ
ング素子には、並列に寄生キャパシタが存在し、それぞ
れ、第1の寄生キャパシタ24、第2の寄生キャパシタ
26、第3の寄生キャパシタ28、第4の寄生キャパシ
タ30で表される。15はトランスであり1次巻線15
aと第1の2次巻線15bと第2の2次巻線15cを有
し、前記1次巻線15aと前記第1の2次巻線15bと
第2の2次巻線15cの巻数比をn:1:1とし、前記
トランスの1次巻線15aは前記第1のスイッチング素
子23と前記第2のスイッチング素子25の接続点に一
端を接続し、他端を前記第3のスイッチング素子27と
前記第4のスイッチング素子の接続点に接続する。16
は第1の整流ダイオードであり、17は第2の整流ダイ
オードであり、それぞれのアノードを前記トランスの第
1の2次巻線15bと第2の2次巻線15cに接続し、
カソードは互いに接続される。18はインダクタンス素
子であり、19は平滑コンデンサであり、前記インダク
タンス素子18と前記平滑コンデンサ19は直列に接続
され一端を、前記第1の整流ダイオード16と前記第2
の整流ダイオード17の接続点に接続し、他端を前記ト
ランス15の第1の2次巻線15bと前記第2の2次巻
線15cの接続点に接続し、前記第1の整流ダイオード
16と前記第2の整流ダイオード17で整流された電圧
を平滑し、出力電圧とする。20a−20bは出力端子
である。平滑コンデンサ19の静電容量は十分大きく、
出力端子20a−20bへは出力電圧Voutが出力さ
れる。21は負荷であり、前記出力端子20a−20b
に接続され、電力を消費する。31は制御回路であり、
出力直流電圧Voutを安定化すべく前記第1のスイッ
チング素子23と前記第2のスイッチング素子25と前
記第3のスイッチング素子27と前記第4のスイッチン
グ素子29を所定のオンオフ比で駆動する。
装置について、以下その動作を説明する。図5に動作波
形を示す。図5においてG1、G2、G3,G4は第1
のスイッチング素子23と第2のスイッチング素子25
と第3のスイッチング素子27と第4のスイッチング素
子29のオンオフの制御信号であり、V1は第2のスイ
ッチング素子25に印加される電圧であり、V2は第4
のスイッチング素子29に印加される電圧であり、Vt
はトランスの1次巻線15aに印加される電圧であり、
Itはトランスの1次巻線15aに流れる電流であり、
I1は第1のスイッチング素子23と第1の寄生キャパ
シタ24の並列回路に流れる電流であり、I2は第2の
スイッチング素子25と第2の寄生キャパシタ26の並
列回路に流れる電流を示している。
り、第1のスイッチング素子23と第4のスイッチング
素子29が同時にオンすると、トランスの1次巻線15
aには入力電圧Vinが印加され、トランスの第1の2
次巻線15bに電圧Vin/nが発生し、第1の整流ダ
イオード16をオン、第2の整流ダイオード17をオフ
として、インダクタンス素子18には、電圧Vin/n
−Voutが印加される。第1のスイッチング素子23
にはトランス15の励磁電流とインダクタンス素子18
の励磁電流の1次側換算電流の和の電流が流れるが、第
1のスイッチング素子のターンオンの瞬間には、第1の
寄生キャパシタの放電と第2の寄生キャパシタの充電が
瞬時に起こるので図5に示されるようなスパイク電流が
流れる。
第4のスイッチング素子29が同時にオフすると、トラ
ンス15の励磁エネルギーが連続となるように、2次電
流は、第1の2次巻線15bと第2の2次巻線15cに
分割して流れ、第1の整流ダイオード16と第2の整流
ダイオード17をオンとして第1の2次巻線15bと第
2の2次巻線15cの誘起電圧はゼロになるとともに、
インダクタンス素子18には電圧Voutが印加され
る。
第3のスイッチング素子27が同時にオンすると、トラ
ンスの1次巻線15aには電圧−Vinが印加され、ト
ランスの第2の2次巻線15cに電圧VIN/nが発生
し、第1の整流ダイオード16をオフ、第2の整流ダイ
オード17をオンとして、インダクタンス素子18に
は、電圧Vin/n−Voutが印加される。第2のス
イッチング素子25と第3のスイッチング素子27には
トランス15の励磁電流とインダクタンス素子18の励
磁電流の1次側換算電流の和の電流が流れる。
第3のスイッチング素子27が同時にオフすると、トラ
ンス15の励磁エネルギーが連続となるように、2次電
流は、第1の2次巻線15bと第2の2次巻線15cに
分割して流れ、第1の整流ダイオード16と第2の整流
ダイオード17をオンとして第1の2次巻線15bと第
2の2次巻線15cの誘起電圧はゼロになるとともに、
インダクタンス素子18には逆向きに電圧Voutが印
加される。
第4のスイッチング素子29が同時にオンするとトラン
スの1次巻線15aには、入力電圧Vinが印加され
る。これを繰り返す。
ッチング素子25と第3のスイッチング素子27と第4
のスイッチング素子29のオン期間を等しくT1−T0
=T3−T2=Tonとし、全てオフである期間を等し
くT2−T1=T4−T3=Toffとなるように、オ
ンオフ比を設定すると、安定動作状態においてはインダ
クタンス素子18のリセット条件により、 (Vin−Vout)×Ton=Vout×Toff したがって Vout=δ×Vin 但し δ=Ton/(Ton+Toff) となる。即ち出力電圧Voutは、第1のスイッチング
素子23と第2のスイッチング素子25と第3のスイッ
チング素子27と第4のスイッチング素子29のオンオ
フ比を調整することにより、安定化することができる。
3と第2のスイッチング素子25と第3のスイッチング
素子27と第4のスイッチング素子29には入力電圧V
in以上の電圧は印加されない特長がある。また、スイ
ッチング素子には、バランス良く電流が流れるので、ス
トレスの分散化により、より大電力の電源装置に応用が
容易である特長がある。
の構成では、第1のスイッチング素子23と第2のスイ
ッチング素子25のターンオン時に第1の寄生キャパシ
タ24と第2の寄生キャパシタ26の充放電が瞬時に起
こるのでサージ電流が発生する。同じように、第3のス
イッチング素子27と第4のスイッチング素子29のタ
ーンオン時に第3の寄生キャパシタ28と第4の寄生キ
ャパシタ30の充放電が瞬時に起こるのでサージ電流が
発生するので、電力損失およびノイズを生じるという問
題点がある。また、第1のスイッチング素子23および
第2のスイッチング素子25のまた第3のスイッチング
素子27および第4のスイッチング素子29のターンオ
フ時にトランスの漏れインダクタンスや配線に寄生する
インダクタンスによりサージ電圧が発生する問題点を有
していた。
で、サージ電流とサージ電圧の発生と電力損失の発生を
抑え、効率を向上するとともに低ノイズ化を実現したス
イッチング電源装置を提供することを目的とする。
に本発明のスイッチング電源装置は、微少な休止期間を
有し、交互にオンオフする第1のスイッチング手段と第
2のスイッチング手段の直列回路を入力直流電圧に接続
し、微少な休止期間を有し、交互にオンオフする第3の
スイッチング手段と第4のスイッチング手段の直列回路
を前記入力直流電圧に接続し、前記第1のスイッチング
手段と前記第2のスイッチング手段の接続点と前記第3
のスイッチング手段と前記第4のスイッチング手段の接
続点にトランスの1次巻線を接続し、トランスの2次巻
線に誘起する電圧を整流平滑して、直流電圧を得るスイ
ッチング電源で、前記第1のスイッチング手段のオン期
間とオフ期間の比、または、前記第3のスイッチング手
段のオン期間とオフ期間の比、または、その両方を制御
して、出力電圧を調整することを特徴とするものであ
る。
装置の実施の形態について説明する。
1について、図面を参照しながら説明する。図1は本発
明の実施の形態1におけるスイッチング電源の構成を示
すものである。図1において、図4と同じものは同一の
符号を記し説明は省略する。
nとする。2a、2bは入力端子であり、3は第1のス
イッチング素子であり、4は第1のダイオードであり、
5は第1の寄生キャパシタであり、前記第1のスイッチ
ング素子と前記第1のダイオードに寄生的に存在するキ
ャパシタを表している。前記第1のスイッチング素子3
と前記第1のダイオード4と前記第1の寄生キャパシタ
5で第1のスイッチング手段を構成する。6は第2のス
イッチング素子であり、7は第2のダイオードであり、
8は第2の寄生キャパシタであり、前記第2のスイッチ
ング素子6と前記第2のダイオード7と前記第2の寄生
キャパシタ8で第2のスイッチング手段を構成する。前
記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素
子は、わずかなデッドタイムを有して、相補的にオンオ
フするように制御される。前記第1のスイッチング手段
と前記第2のスイッチング手段は直列接続され前記入力
端子2a−2bに接続される。9は第3のスイッチング
素子であり、10は第3のダイオードであり、11は第
3の寄生キャパシタであり、前記第3のスイッチング素
子9と前記第3のダイオード10と前記第3の寄生キャ
パシタ11で第3のスイッチング手段を構成する。12
は第4のスイッチング素子であり、13は第4のダイオ
ードであり、14は第4の寄生キャパシタであり、前記
第4のスイッチング素子12と前記第4のダイオード1
3と前記第4の寄生キャパシタ14で第4のスイッチン
グ手段を構成する。前記第3のスイッチング素子と前記
第4のスイッチング素子は、わずかなデッドタイムを有
して、相補的にオンオフするように制御される。前記第
3のスイッチング手段と前記第4のスイッチング手段は
直列接続され前記入力端子2a、2bに接続される。1
5はトランスで1次巻線15aと第1の2次巻線15b
と第2の2次巻線15cを有し、前記1次巻線15aと
前記2次巻線15bと前記2次巻線15cの巻数比は
n:1:1とし、1次巻線15aは前記第1のスイッチ
ング手段と第2のスイッチング手段の接続点と前記第3
のスイッチング手段と前記第4のスイッチング手段の接
続点に接続される。
ードを前記トランスの第1の2次巻線15bの一端に接
続する。17は第2の整流ダイオードであり、アノード
を前記トランス15の第2の2次巻線15cの一端に接
続される。前記第1の整流ダイオード16と前記第2の
整流ダイオード17のカソードは共に接続される。18
はインダクタンス素子であり、19は平滑コンデンサで
ある。前記インダクタンス素子18と前記平滑コンデン
サ19は直列接続され、前記第1の整流ダイオード16
と前記第2の整流ダイオード17のカソードの接続点
と、第1の2次巻線15bと第2の2次巻線15cの接
続点に接続され、トランスの2次巻線に発生する電圧を
整流平滑して出力電圧とする。20a、20bは出力端
子であり、21は負荷である。
8、18’間の電圧を検出し出力電圧が一定になるよう
に前記第1のスイッチング素子3と前記第2のスイッチ
ング素子5と前記第3のスイッチング素子10と第4の
スイッチング素子12のオンオフ比を変える制御信号を
発生する。
装置について、以下にその動作を図2の各部動作波形を
参照しながら説明する。
スイッチング素子3の駆動パルス波形を示しており、G
2は制御回路22の第2のスイッチング素子6の駆動パ
ルス波形を示しており、G3は制御回路22の第3のス
イッチング素子9の駆動パルス波形を示しており、G4
は制御回路22の第4のスイッチング素子12の駆動パ
ルス波形を示しており、V1は第2のスイッチング手段
に印加される電圧波形を示しており、V2は第4のスイ
ッチング手段に印加される電圧波形を示しており、Vt
はトランス15の1次巻線15aに印加される電圧波形
を示しており、Itはトランス15の1次巻線15aに
流れる電流波形を示しており、I1は、第1のスイッチ
ング手段に流れる電流波形を示しており、I2は第2の
スイッチング手段を流れる電流波形を示している。
8を図中に記している。時刻T0で制御回路22のオン
信号により第1のスイッチング素子3がオンすると、既
にオンしている第4のスイッチング素子12を通して、
トランス15の1次巻線15aに入力電圧Vinが印加
される。この時トランス15の第1の2次巻線15bに
電圧Vin/nが発生し整流ダイオード16をターンオ
ンする。インダクタンス素子18には、電圧Vin/n
−Voutが印加され、インダクタンス素子18を流れ
る電流は直線状に増加する。トランス15の1次巻線1
5aの電流Itはトランス15の励磁電流と第1の2次
巻線15bを流れる電流の1次側換算電流の和となるた
めに直線状に増加し、トランス15およびインダクタン
ス素子18に励磁エネルギーが蓄積される。このとき制
御回路22は第2のスイッチング素子6をオフ、第3の
スイッチング素子9をオフ、第4のスイッチング素子1
2をオンとするが、第2のダイオード7と第3のダイオ
ード10は逆バイアスされオフであるため、回路動作に
影響は無い。
のスイッチング素子3がオフすると、トランス15の1
次巻線15aを流れていた電流はトランスの漏れインダ
クタンスの影響で連続になるので、第1の寄生キャパシ
タ5と第2の寄生キャパシタ8を充放電して、第2のス
イッチング手段に印加される電圧V1は徐々に減少し、
T2でゼロに達すると、第2のダイオード7をターンオ
ンさせる。第2のダイオードがオンしている間に、制御
回路22のオン信号により第2のスイッチング素子6は
オンするように、時刻T1から、若干時間遅れの後、第
2のスイッチング素子6のオン信号が出力されるように
制御される。このときオン電流が第2のダイオード7を
流れても第2のスイッチング素子6を流れても動作に変
化はない。このとき、トランス15の1次巻線電流は、
第2のダイオード7または第2のスイッチング素子6が
オンするとオンである第4のスイッチング素子と通し
て、トランス15の1次巻線15aは短絡され、トラン
スの漏れインダクタンスと励磁インダクタンスに蓄えら
れたエネルギーは保持される。
2の2次巻線15cに誘起される電圧もゼロとなり、イ
ンダクタンス素子18に印加される電圧は、Voutと
なる。トランス15の第1の2次巻線15bと第2の2
次巻線15cには、励磁エネルギーを連続に保つよう
に、電流が分割して流れるために、第1の整流ダイオー
ド16と第2の整流ダイオード17はオンとなる。
オフすると、トランスに保持されていたエネルギーによ
り、第3の寄生キャパシタと第4の寄生キャパシタを充
放電して、第4のスイッチング手段に印加される電圧V
2は徐々に上昇し、時刻T4で入力電圧Vinに達する
と、第3のダイオード10をターンオンさせる。第3の
ダイオード10がオンしている間に、制御回路22のオ
ン信号により第3のスイッチング素子9はオンするよう
に、時刻T3から、若干時間遅れの後、第3のスイッチ
ング素子9のオン信号が出力されるように制御される。
このときオン電流が第3のダイオード10を流れても第
3のスイッチング素子9を流れても動作に変化はない。
流Itは、第3のスイッチング手段がオンすると、オン
である第2のスイッチング素子6を通してトランス15
の1次巻線15aに−Vinが印加され、1次巻線電流
Itは急激に減少する。トランス15の1次巻線15a
に十分な逆電流が供給されると第1の整流ダイオード1
6がオフし第2の2次巻線15cに電圧Vin/nが発
生するため、インダクタンス素子18に電圧Vin/n
−Voutが印加され、インダクタンス素子18を流れ
る電流は直線状に増加する。トランス15の1次巻線1
5aの電流Itはトランス15の励磁電流と2次巻線1
5bを流れる電流の1次側換算電流の和となるために直
線状に減少し、トランス15およびインダクタンス素子
18に励磁エネルギーが蓄積される。このとき制御回路
22は第1のスイッチング素子3をオフ、第2のスイッ
チング素子6をオン、第4のスイッチング素子12をオ
フとするが、第1のダイオード4と第4のダイオード1
3は逆バイアスされオフであるため、回路動作に影響は
無い。
のスイッチング素子9がオフすると、トランス15の1
次巻線15aを流れていた電流はトランスの漏れインダ
クタンスの影響で連続になるので、第3の寄生キャパシ
タ11と第4の寄生キャパシタ14を充放電して、第4
のスイッチング手段に印加される電圧V2は徐々に減少
し、T6でゼロに達すると、第4のダイオード13をタ
ーンオンさせる。第4のダイオード13がオンしている
間に、制御回路22のオン信号により第4のスイッチン
グ素子12はオンするように、時刻T5から、若干時間
遅れの後、第4のスイッチング素子12のオン信号が出
力されるように制御される。このときオン電流が第4の
ダイオード13を流れても第4のスイッチング素子12
を流れても動作に変化はない。このとき、トランス15
の1次巻線電流は、第4のダイオード13または第4の
スイッチング素子12がオンするとオンである第2のス
イッチング素子6を通して、トランス15の1次巻線1
5aは短絡され、トランスの漏れインダクタンスと励磁
インダクタンスに蓄えられたエネルギーは保持される。
2の2次巻線15cに誘起される電圧もゼロとなり、イ
ンダクタンス素子18に印加される電圧は、Voutと
なる。トランス15の第1の2次巻線15bと第2の2
次巻線15cには、励磁エネルギーを連続に保つよう
に、電流が分割して流れるために、第1の整流ダイオー
ド16と第2の整流ダイオード17はオンとなる。
フすると、トランスに保持されていたエネルギーによ
り、第1の寄生キャパシタ5と第2の寄生キャパシタ8
を充放電して、第2のスイッチング手段に印加される電
圧V1は徐々に上昇し、時刻T8で入力電圧Vinに達
すると、第1のダイオード4をターンオンさせる。第1
のダイオード4がオンしている間に、制御回路22のオ
ン信号により第1のスイッチング素子3はオンするよう
に、時刻T7から、若干時間遅れの後、第1のスイッチ
ング素子3のオン信号が出力されるように制御される。
このときオン電流が第1のダイオード4を流れても第1
のスイッチング素子3を流れても動作に変化はない。
流Itは、第1のスイッチング手段がオンすると、オン
である第4のスイッチング素子12を通してトランス1
5の1次巻線15aに入力電圧Vinが印加され、1次
巻線電流Itは急激に増加する。トランス15の1次巻
線15aに十分な電流が供給されると第2の整流ダイオ
ード17がオフし第1の2次巻線15bに電圧Vin/
nが発生するため、インダクタンス素子18に電圧Vi
n/n−Voutが印加され、インダクタンス素子18
を流れる電流は直線状に増加する。トランス15の1次
巻線15aの電流Itはトランス15の励磁電流と2次
巻線15bを流れる電流の1次側換算電流の和となるた
めに直線状に減少し、トランス15およびインダクタン
ス素子18に励磁エネルギーが蓄積される。このとき制
御回路22は第1のスイッチング素子3をオフ、第2の
スイッチング素子6をオン、第4のスイッチング素子1
2をオフとするが、第1のダイオード4と第4のダイオ
ード13は逆バイアスされオフであるため、回路動作に
影響は無い。この動作を繰り返す。
7〜T8の期間は短いので無視し、第1のスイッチング
手段のオン期間と第3のスイッチング手段のオン期間を
等しくTon、第1のスイッチング手段がターンオフし
てから第3のスイッチング手段がターンオンするまでの
オフ期間と第3のスイッチング手段がターンオフしてか
ら第1のスイッチング手段がオンするまでのオフ期間を
等しくToffとすると、インダクタンス素子18のリ
セット条件から、 (Vin/n−Vout)×Ton=Vout×Tof
f となる。したがって、 Vout=δVin/n である。但し、 δ=Ton/(Ton+Toff) である。したがって、第1のスイッチング素子3および
第3のスイッチング素子9のオンオフ比により出力電圧
Voutが制御でき、従来のフルブリッジコンバータと
同じ変換式となる。T1〜T2、T3〜T4、T5〜T
6、T7〜T8を考慮すると、出力電圧が低くなるが、
その分δを大きくすることで所定の電圧を得ることがで
きる。
第2のスイッチング素子6と第3のスイッチング素子9
と第4のスイッチング素子12のターンオン直前に第1
の寄生キャパシタ5と第2の寄生キャパシタ8と第3の
寄生キャパシタ11と第4の寄生キャパシタ14を充放
電してからターンオンするために、サージ状の短絡電流
の発生を低減でき、効率の改善、ノイズの発生を抑える
ことが可能である。またトランスの漏れインダクタンス
に起因する第1のスイッチング素子3および第2のスイ
ッチング素子6と第3のスイッチング素子9および第4
のスイッチング素子のターンオフ時のサージ電圧が第2
のダイオード7および第1のダイオード4と第4のダイ
オード13および第3のダイオード11がターンオンす
る事により効果的に電圧クランプされるので、サージ電
圧の発生はない。
インダクタンスに蓄えられたエネルギーによるとした
が、トランス15の1次巻線15aまたは2次巻線15
bに直列にインダクタンス素子を直列に接続し、放電エ
ネルギーを大きくすることもできるのは言うまでもな
い。またトランス15のインダクタンス値を小さくし
て、トランスを逆励磁させることにより第1および第2
のスイッチング手段の寄生容量とトランス15の分布容
量の放電の補助をさせることもできる。また本構成で
は、第1のスイッチング手段と第2のスイッチング手段
と双方向スイッチング手段とトランスに等価的に並列接
続される寄生コンデンサに加えて外付けでコンデンサを
追加しても、基本動作に影響がなく、スイッチング素子
のターンオフ時に印加される電圧の傾きが小さくなるの
で、スイッチング時に発生する損失をさらに小さくでき
る効果もある。またスイッチング手段に印加される電圧
は入力電圧VINで、トランスが直流励磁されないのは
従来のハーフブリッジコンバータと同様であり、高効
率、低ノイズで、高周波化が可能なスイッチング電源装
置を実現できる。
形態2におけるスイッチング電源装置の動作波形の構成
を示すものである。本実施の形態2における回路構成
は、実施の形態1のスイッチング電源装置と同じである
のでここでは省略する。実施の形態1と異なるのは、第
1のスイッチング素子3と第2のスイッチング素子6と
第3のスイッチング素子9と第4のスイッチング素子1
2の制御方法であり、以下詳しく説明する。
スイッチング素子3の駆動パルス波形を示しており、G
2は制御回路22の第2のスイッチング素子6の駆動パ
ルス波形を示しており、G3は制御回路22の第3のス
イッチング素子9の駆動パルス波形を示しており、G4
は制御回路22の第4のスイッチング素子12の駆動パ
ルス波形を示しており、V1は第2のスイッチング手段
に印加される電圧波形を示しており、V2は第4のスイ
ッチング手段に印加される電圧波形を示しており、Vt
はトランス15の1次巻線15aに印加される電圧波形
を示しており、Itはトランス15の1次巻線15aに
流れる電流波形を示しており、I1は、第1のスイッチ
ング手段に流れる電流波形を示しており、I2は第2の
スイッチング手段を流れる電流波形を示している。
8を図中に記している。時刻T0で制御回路22のオン
信号により第4のスイッチング素子12がオンすると、
既にオンしている第1のスイッチング素子3を通して、
トランス15の1次巻線15aに入力電圧Vinが印加
される。この時トランス15の第1の2次巻線15bに
電圧Vin/nが発生し整流ダイオード16をターンオ
ンする。インダクタンス素子18には、電圧Vin/n
−Voutが印加され、インダクタンス素子18を流れ
る電流は直線状に増加する。トランス15の1次巻線1
5aの電流Itはトランス15の励磁電流と第1の2次
巻線15bを流れる電流の1次側換算電流の和となるた
めに直線状に増加し、トランス15およびインダクタン
ス素子18に励磁エネルギーが蓄積される。このとき制
御回路22は第2のスイッチング素子6をオフ、第3の
スイッチング素子9をオフ、第4のスイッチング素子1
2をオンとするが、第2のダイオード7と第3のダイオ
ード10は逆バイアスされオフであるため、回路動作に
影響は無い。
のスイッチング素子12がオフすると、トランス15の
1次巻線15aを流れていた電流はトランスの漏れイン
ダクタンスの影響で連続になるので、第3の寄生キャパ
シタ11と第4の寄生キャパシタ14を充放電して、第
4のスイッチング手段に印加される電圧V2は徐々に減
少し、T2で入力電圧Vinに達すると、第3のダイオ
ード10をターンオンさせる。第3のダイオード10が
オンしている間に、制御回路22のオン信号により第3
のスイッチング素子9はオンするように、時刻T1か
ら、若干時間遅れの後、第3のスイッチング素子9のオ
ン信号が出力されるように制御される。このときオン電
流が第3のダイオード10を流れても第3のスイッチン
グ素子9を流れても動作に変化はない。このとき、トラ
ンス15の1次巻線電流は、第3のダイオード10また
は第3のスイッチング素子9がオンするとオンである第
1のスイッチング素子と通して、トランス15の1次巻
線15aは短絡され、トランスの漏れインダクタンスと
励磁インダクタンスに蓄えられたエネルギーは保持され
る。
2の2次巻線15cに誘起される電圧もゼロとなり、イ
ンダクタンス素子18に印加される電圧は、Voutと
なる。トランス15の第1の2次巻線15bと第2の2
次巻線15cには、励磁エネルギーを連続に保つよう
に、電流が分割して流れるために、第1の整流ダイオー
ド16と第2の整流ダイオード17はオンとなる。
フすると、トランスに保持されていたエネルギーによ
り、第1の寄生キャパシタ5と第2の寄生キャパシタ8
を充放電して、第2のスイッチング手段に印加される電
圧V1は徐々に減少し、時刻T4でゼロに達すると、第
2のダイオード7をターンオンさせる。第2のダイオー
ド7がオンしている間に、制御回路22のオン信号によ
り第2のスイッチング素子6はオンするように、時刻T
3から、若干時間遅れの後、第2のスイッチング素子6
のオン信号が出力されるように制御される。このときオ
ン電流が第2のダイオード7を流れても第2のスイッチ
ング素子6を流れても動作に変化はない。
流Itは、第3のスイッチング手段がオンすると、オン
である第2のスイッチング素子6を通してトランス15
の1次巻線15aに−Vinが印加され、1次巻線電流
Itは急激に減少する。トランス15の1次巻線15a
に十分な逆電流が供給されると第1の整流ダイオード1
6がオフし第2の2次巻線15cに電圧Vin/nが発
生するため、インダクタンス素子18に電圧Vin/n
−Voutが印加され、インダクタンス素子18を流れ
る電流は直線状に増加する。トランス15の1次巻線1
5aの電流Itはトランス15の励磁電流と2次巻線1
5bを流れる電流の1次側換算電流の和となるために直
線状に減少し、トランス15およびインダクタンス素子
18に励磁エネルギーが蓄積される。このとき制御回路
22は第1のスイッチング素子3をオフ、第2のスイッ
チング素子6をオン、第4のスイッチング素子12をオ
フとするが、第1のダイオード4と第4のダイオード1
3は逆バイアスされオフであるため、回路動作に影響は
無い。
のスイッチング素子6がオフすると、トランス15の1
次巻線15aを流れていた電流はトランスの漏れインダ
クタンスの影響で連続になるので、第1の寄生キャパシ
タ5と第2の寄生キャパシタ8を充放電して、第2のス
イッチング手段に印加される電圧V1は徐々に増加し、
T6で入力電圧Vinに達すると、第1のダイオード4
をターンオンさせる。第1のダイオード4がオンしてい
る間に、制御回路22のオン信号により第1のスイッチ
ング素子3はオンするように、時刻T5から、若干時間
遅れの後、第1のスイッチング素子3のオン信号が出力
されるように制御される。このときオン電流が第1のダ
イオード4を流れても第1のスイッチング素子3を流れ
ても動作に変化はない。このとき、トランス15の1次
巻線電流は、第1のダイオード4または第1のスイッチ
ング素子3がオンするとオンである第3のスイッチング
素子9を通して、トランス15の1次巻線15aは短絡
され、トランスの漏れインダクタンスと励磁インダクタ
ンスに蓄えられたエネルギーは保持される。
2の2次巻線15cに誘起される電圧もゼロとなり、イ
ンダクタンス素子18に印加される電圧は、Voutと
なる。トランス15の第1の2次巻線15bと第2の2
次巻線15cには、励磁エネルギーを連続に保つよう
に、電流が分割して流れるために、第1の整流ダイオー
ド16と第2の整流ダイオード17はオンとなる。
フすると、トランスに保持されていたエネルギーによ
り、第3の寄生キャパシタ11と第4の寄生キャパシタ
14を充放電して、第4のスイッチング手段に印加され
る電圧V2は徐々に減少し、時刻T8でゼロに達する
と、第4のダイオード13をターンオンさせる。第4の
ダイオード13がオンしている間に、制御回路22のオ
ン信号により第4のスイッチング素子12はオンするよ
うに、時刻T7から、若干時間遅れの後、第4のスイッ
チング素子12のオン信号が出力されるように制御され
る。このときオン電流が第4のダイオード13を流れて
も第4のスイッチング素子12を流れても動作に変化は
ない。
流Itは、第1のスイッチング手段がオンすると、オン
である第1のスイッチング素子3を通してトランス15
の1次巻線15aに入力電圧Vinが印加され、1次巻
線電流Itは急激に増加する。トランス15の1次巻線
15aに十分な電流が供給されると第2の整流ダイオー
ド17がオフし第1の2次巻線15bに電圧Vin/n
が発生するため、インダクタンス素子18に電圧Vin
/n−Voutが印加され、インダクタンス素子18を
流れる電流は直線状に増加する。トランス15の1次巻
線15aの電流Itはトランス15の励磁電流と2次巻
線15bを流れる電流の1次側換算電流の和となるため
に直線状に減少し、トランス15およびインダクタンス
素子18に励磁エネルギーが蓄積される。このとき制御
回路22は第1のスイッチング素子3をオフ、第2のス
イッチング素子6をオン、第4のスイッチング素子12
をオフとするが、第1のダイオード4と第4のダイオー
ド13は逆バイアスされオフであるため、回路動作に影
響は無い。
T4、T5〜T6、T7〜T8の期間は短いので無視
し、第1のスイッチング手段のオン期間と第3のスイッ
チング手段のオン期間を等しくTon、第1のスイッチ
ング手段がターンオフしてから第3のスイッチング手段
がターンオンするまでのオフ期間と第3のスイッチング
手段がターンオフしてから第1のスイッチング手段がオ
ンするまでのオフ期間を等しくToffとすると、イン
ダクタンス素子18のリセット条件から、 (Vin/n−Vout)×Ton=Vout×Tof
f となる。したがって、 Vout=δVin/n である。但し、 δ=Ton/(Ton+Toff) である。したがって、第1のスイッチング素子3および
第3のスイッチング素子9のオンオフ比により出力電圧
Voutが制御でき、従来のフルブリッジコンバータと
同じ変換式となる。T1〜T2、T3〜T4、T5〜T
6、T7〜T8を考慮すると、出力電圧が低くなるが、
その分δを大きくすることで所定の電圧を得ることがで
きる。
第2のスイッチング素子6と第3のスイッチング素子9
と第4のスイッチング素子12のターンオン直前に第1
の寄生キャパシタ5と第2の寄生キャパシタ8と第3の
寄生キャパシタ11と第4の寄生キャパシタ14を充放
電してからターンオンするために、サージ状の短絡電流
の発生を低減でき、効率の改善、ノイズの発生を抑える
ことが可能である。またトランスの漏れインダクタンス
に起因する第1のスイッチング素子3および第2のスイ
ッチング素子6と第3のスイッチング素子9および第4
のスイッチング素子のターンオフ時のサージ電圧が第2
のダイオード7および第1のダイオード4と第4のダイ
オード13および第3のダイオード11がターンオンす
る事により効果的に電圧クランプされるので、サージ電
圧の発生はない。
インダクタンスに蓄えられたエネルギーによるとした
が、トランス15の1次巻線15aまたは2次巻線15
bに直列にインダクタンス素子を直列に接続し、放電エ
ネルギーを大きくすることもできるのは言うまでもな
い。またトランス15のインダクタンス値を小さくし
て、トランスを逆励磁させることにより第1および第2
のスイッチング手段の寄生容量とトランス15の分布容
量の放電の補助をさせることもできる。また本構成で
は、第1のスイッチング手段と第2のスイッチング手段
と双方向スイッチング手段とトランスに等価的に並列接
続される寄生コンデンサに加えて外付けでコンデンサを
追加しても、基本動作に影響がなく、スイッチング素子
のターンオフ時に印加される電圧の傾きが小さくなるの
で、スイッチング時に発生する損失をさらに小さくでき
る効果もある。またスイッチング手段に印加される電圧
は入力電圧Vinで、トランスが直流励磁されないのは
従来のハーフブリッジコンバータと同様であり、高効
率、低ノイズで、高周波化が可能なスイッチング電源装
置を実現できる。
イッチング手段と第2のスイッチング手段と第3のスイ
ッチング手段と第4のスイッチング手段のターンオン直
前に、スイッチング手段に等価的に並列接続される寄生
コンデンサの電荷を放電してからターンオンすることが
でき、サージ電流の発生がない。また、第1および第2
および第3および第4のスイッチング手段のターンオフ
時に発生するサージ電圧は、スイッチング手段内に含ま
れるダイオードがターンオンすることによるクランプ作
用により効果的に吸収される。したがって、高効率、低
ノイズで、高周波化による小型のスイッチング電源装置
を実現できる。
源装置を示す回路構成図
説明図
成図
Claims (4)
- 【請求項1】 微少な休止期間を有し、交互にオンオフ
する第1のスイッチング手段と第2のスイッチング手段
の直列回路を入力直流電圧に接続し、微少な休止期間を
有し、交互にオンオフする第3のスイッチング手段と第
4のスイッチング手段の直列回路を前記入力直流電圧に
接続し、前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイ
ッチング手段の接続点と前記第3のスイッチング手段と
前記第4のスイッチング手段の接続点にトランスの1次
巻線を接続し、トランスの2次巻線に誘起する電圧を整
流平滑して、直流電圧を得るスイッチング電源で、前記
第1のスイッチング手段のオン期間とオフ期間の比、ま
たは、前記第3のスイッチング手段のオン期間とオフ期
間の比、または、その両方を制御して、出力電圧を調整
するスイッチング電源装置。 - 【請求項2】 第1のスイッチング手段のオンオフのタ
イミングと第3のスイッチング手段のオンオフのタイミ
ングをスイッチング周期の半分だけずらして制御する請
求項1記載のスイッチング電源装置。 - 【請求項3】 第1から第4のスイッチング手段をダイ
オードと外部からオンオフ制御できるスイッチの並列接
続で構成する請求項1記載のスイッチング電源装置。 - 【請求項4】 第1から第4のスイッチング手段をMO
SFETで構成する請求項1記載のスイッチング電源装
置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24805697A JP3318240B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | スイッチング電源装置 |
US09/152,020 US5963436A (en) | 1997-09-12 | 1998-09-11 | Switching power supply apparatus and controlling method for the same |
DE69830284T DE69830284T2 (de) | 1997-09-12 | 1998-09-11 | Schaltnetzteil und Regelverfahren dafür |
EP98117284A EP0902531B1 (en) | 1997-09-12 | 1998-09-11 | Switching power supply apparatus and controlling method for the same |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24805697A JP3318240B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | スイッチング電源装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1189232A true JPH1189232A (ja) | 1999-03-30 |
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Family
ID=17172553
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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---|---|
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EP (1) | EP0902531B1 (ja) |
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