JPS58224559A - スイツチング回路 - Google Patents

スイツチング回路

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Publication number
JPS58224559A
JPS58224559A JP10651082A JP10651082A JPS58224559A JP S58224559 A JPS58224559 A JP S58224559A JP 10651082 A JP10651082 A JP 10651082A JP 10651082 A JP10651082 A JP 10651082A JP S58224559 A JPS58224559 A JP S58224559A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching
voltage
inductance element
circuit
transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP10651082A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoichi Masuda
増田 陽一
Toshihiro Onodera
小野寺 利浩
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP10651082A priority Critical patent/JPS58224559A/ja
Publication of JPS58224559A publication Critical patent/JPS58224559A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、スイッチング式電源や電力増幅器等に用い
られるスイッチング回路1″、関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、小型、軽量、高効率の特徴をもつスイッチング式
電源がマイクロ・コンピュータその他の発展に伴い、産
業用装置から家庭用電気製品(=至るまで広く利用され
ており、また、中波帯の電力増幅器等の分野ではD級増
幅器、E級増幅器などのスイッチング式増幅器が使用さ
れている。そして、これらのスイッチング式電源や増幅
器(二用いられるスイッチング回路シ一ついて1種々の
ものが考案されている。
従来のスイッチング式電源等に用いられるスイッチング
回路の一例として、トランスの一次巻線を介してスイッ
チング素子で入力直流電圧をスイッチングし、トランス
の二次巻線に発生した交流を整流、平滑して出力する回
路がある。
しかしこのような回路では入力直流電圧を方形波状にス
イッチングしているため、その高調波成分によるノイズ
の発生が多く、負荷や周辺の機器(二対して悪影響を与
える。また、スイッチング素子のターン・オン、ターン
・オフ時の電圧、電流の変化が急峻なため、その過渡時
に電圧、電流波形が重なって、いわゆるスイッチング損
失が発生し、スイッチング周波数を高くしていくとその
損失が無視できない程大きくなり。
電力伝達効率の悪化、大量の熱の発生を招く。
これらの欠点は、入力直流電圧を方形状5ニスイツチン
グする形式のスイッチング回路のほとんどに共通してい
る。
そこでこのような欠点を解決するものとして、共振形の
スイッチング回路が考案されている。
これは回路中にLC共振回路を挿入し、スイッチング素
子での電圧または電流波形を共振波形1ユ、た回路ア、
回路中。電圧、門流ッ形が共振波形となるため、高調波
ノイズが少なく、またスイッチング素子のターン豐オン
、ターン!オフ時の電圧、電流の変化がゆるやかなため
、スイッチング損失のきわめて少ない回路である。
これらの回路でスイッチング素子の電圧波形が共振波形
になる回路を電圧共振形スイッチング回路、電流波形が
共振波形(二なる回路を電流共振形スイッチング回路と
呼んでいる。
このような共振形スイッチング回路の一つの例として、
6日経エレクトロニクス” 1976゜3.22181
27頁〜第141頁に記載されたE級増幅器として構成
されたものがよく知られている。
しかしながら、この文献に示された共振形スイッチング
回路では、LC共振回路と負荷とが直列に接続されてい
るため、一定の負荷(二対してはノイズやスイッチング
損失がきわめて少ない動作をするが、負荷が変動すると
共振条件からはずれ、最悪の場合、共振用コンデンサや
インダクタンス素子(=蓄えられたエネルギーをスイッ
チング素子がショートするような動作(二なり、ノイズ
やスイッチング損失が急激に増加するという欠点があっ
た。
〔発明の目的〕
この発明の目的は、負荷の変動に際しても共振条件から
はずれることなく安定に動作する共振形のスイッチング
回路を提供することにある。
〔発明の概要〕
この発明は、入力直流電圧を第1のインダクタンス素子
を介して第1のコンデンサと並列に接続されたスイッチ
ング素子(二よりスイッチングし、第2のコンデンサと
第2のインダクタンス素子との直列回路を上記スイッチ
ング素子と並列シニ接続した共振形スイッチング回路(
二おいて、第2のインダクタンス素子の両端に現れる電
圧を出力として取出すようにしたことを特徴としている
〔発明の効果〕
この発明によれば、スイッチング素子及び回路中の電圧
、電流波形が共振波形シニなり、方形波状にスイッチン
グした場合に比べてきわめて高調波ノイズが少な□い。
またスイッチング素子がターン・オンする時にはすでに
その両端の電圧は零となっているので、ターン苧オン時
のスイッチング損失はまったく無く、一方、ターン・オ
フする時にはオン時のビーク電源より小さい電流でター
ン・オフすることができ、かつ電圧がゆるやカリニ立上
るため、ターン・オフ時のスイッチング損失も少ない。
よって従来の回路に比べてきわめてスイッチング損失が
少ない。
そして、特(二負荷がgIj42のインダクタンス素子
と並列的に接続されることにより、スイッチング回路自
体は閉回路を形成し、負荷の影響を受けにくいため、負
荷変動(二対しても共振条件が乱れることはなく、共振
形スイッチング回路本来の動作を安定に保つことができ
る。
〔発明の実施例〕
第1図はこの発明の一実施例を示すものである。図にお
いて、1は入力直流電源であり、その正極端は第1のイ
ンダクタンス素子2を介してスイッチング素子、例えば
NPN)ランジスタ3のコレクタに接続される。このト
ランジスタ3のベースには所定周期、所定導通幅でトラ
ンジスタ3を開閉動作させるドライブ回路4が接続され
る。トランジスタ3のエミッタは前記電源1の負極端(
二接続され、またトランジスタ3のコレクタ・エミッタ
間には第1のコンデンサ5とダンパー・ダイオード6が
並列接続される。さら(′−トランジスタ3のコレクタ
・エミッタ間には′i42のコンデンサ7と第2のイン
ダクタンス素子8との直列回路が並列1:接続される。
そして、第2のインダクタンス素子8の両端は出力端子
11.12に接続され、ここから図示せぬ負荷に電力が
供給される。
尚、上記構成C=おいて、トランジスタ3のコレクタの
電圧、電流波形が共振波形になるような動作、特に電圧
は一度上昇したあと再び0(V)まで下降してくるよう
な動作をするように、トランジスタ3のス゛イツチング
r周期及び導通幅。
第1.第2のインダクタンス素子2.8のインダクタン
ス値、 第1 、l’G2のコンデンサ5.7の容量値
等が相互に予じめ設定されている。これらのうち第1の
インダクタンス素子2は共振条件にも影響するが、主に
定電流源として動作する。また、説明を簡単にするため
にトランジスタ3とダイオード6は理想的なスイッチと
し。
回路は定常状態で動作していることとする。
このよう(−構成されたスイッチング回路の動作を第2
因を用いて説明する。第2図(二おい工(alはトラン
ジスタ3のコレクタ電流I O、(b)はトランジスタ
3のコレクタ・エミッタ間電圧Vo11.(clはコン
7’7す7(D電流I OO、(d)線出力電圧vOの
各波形図である。
先ず、トランジスタ3が導通し始めるt。の時点(二お
いては、インダクタンス素子2の電流とコンデンサ7の
ML流I00は同じ値である。
トランジスタ3が1導通″1″−なっている期間1o−
1,では、コレクタ電流Ioは共振の弧を描いて徐々(
二上昇し、ピーク時に達した後、下降する。この弧の共
振周波数は、インダクタンス素子2の値によっても影響
されるが、主にコンデンサ7とインダクタンス素子8の
値1;より定まる。
次1=トランジスタ3がtlの時点:こおいてしゃ断さ
れ、6非導通″C二なると、コンデンサ5がインダクタ
ンス素子2.8に蓄えられたエネルギー1ユより充電さ
れ始め、その電圧がピーク値に達すると今度は放電を始
め、1.の時点において0 (Vlとなり負の電圧に充
電されようとするが、ダイオード6が順バイアスされて
導通するため、コンデンサ5の電圧は0(v)l二保持
される。このようにシて1期間$、〜t、l二おいてコ
ンデンサ5の電圧すなわちトランジスタ3のコレクタ・
エミッタ間電圧VORは、正弦波状の弧を描いてゆるや
かに変化する。この電圧Vogの共振周波数はインダク
タンス素子2゜8のインダクタンス値とコンデンサ5,
7の容量値とが相互に影智しあって定まる。
次に、ダイオード6C′−電流が流れ始めてから。
その電流が0 (AIになるまでの期間1〜t、では、
トランジスタ3のコレクタ雫エミッタ間電圧VagはO
(vjに保持される。そしてインダクタンス素子2の電
流値とコンデンサ7の電流値とが同じi二なったt3の
時点で、トランジスタ3が再び導通され始めるわけであ
る。
以上のt、〜t、の期間における動作が第1図のスイッ
チング回路の一周期内での動作であり、このような動作
が周期的に繰返されることになる。この時、第2図(C
) (d)のよう(二回路中の電圧、電流波形は正弦波
に近い共振波形となる。
尚、第2図(=1〜(d)の各波形図の波高値、負荷へ
供給される電力値等は、電源1の電圧値、負荷のインピ
ーダンス値、インダクタンス素子3゜8のインダクタン
ス値、コンデンサ5,7の容量値等により定まるもので
ある。
以上の説明から明らかなように、このスイッチング回路
では、各部の電圧、i4流波形が共振波形となるため、
きわめて高調波ノイズが少ない。また、t、の時点にお
いてトランジスタ3がしゃ断すなわちターン・オフする
時に、ある過渡期間をもってトランジスタ34−流れる
電流が減少したとしても、ターン中オフする瞬間の電流
値がピーク電流に比べて少ないことと、トランジスタ3
の両端の電圧がゆるやかに上昇すること)二より、従来
一般のスイッチング回路に比べて、ターン・オフ時のス
イッチング損失は少なくなる。そしてt。及びt、の時
点においてトランジスタ3が導通、すなわちターン・オ
フする時にはすでにその両端の電圧はは)f零であるた
め、ターン・オン時のスイッチング損失はない。これら
のことから、たとえスイッチング周波数が高くなったと
しても、従来一般のスイッチング回路(=比べてスイッ
チング損失が無視できる程少ないため、電力伝達効率が
高く。
発熱も少なくなる。
また、負荷は第2のインダクタンス素子8と並列的に接
続されており、スイッチング回路自体は閉回路となって
いるため、負荷の影響を受け6二くい。すなわち、設定
され牟回路定数値で得られる蝦大出力電圧以下での負荷
変動に対しては、スイッチング3のスイッチング周期、
導通幅を若干調整しておくことにより共振条件をはずれ
ることはなく、十分安定な動作が得られる。
尚、上記実施例(=おいてドライブ回路4に入力信号(
=応じた変調(パルス幅変調)をかければ、高効率スイ
ッチング式電、力増幅器としても使用できる。
第3図〜第5図にこの発明の他の実施例を示す。第3図
は第1図における第2のインダクタンス素子8をトラン
ス9の一次巻線9&11二置換え、トランス9の二次巻
線9bの両端を出力端子に接続した例である。この場合
、厳密にはトランス9の励磁インダクタンスが第1図(
二おける第2のインダクタンス8と同じ働きをする。
このようにトランス9を使用すれば、スイッチング回路
と負荷との絶縁ができ、また巻線比C二より出力電圧を
任意に設定することができる。
$4図は第3因の実施例のトランス9の1′次巻線9&
Iと並列に第2のインダクタンス素子8を接続した例で
ある。この場合、トランス9の励磁インダクタンス値は
、共振1′−必要なインダクタンス値よりも大きくさえ
あればインダクタンス素子8により共振周波数等の調整
が可能なため、トランス9の設計が比較的容易になる利
点がある。尚、インダクタンス素子8はトランス9の2
次巻線に並列に接続しても良い。
第5図はこの発明をスイッチング式電諒に応用した例で
あり、第3図のトランス9の2次巻線9bl二整流平滑
回路10を接続したものである。この整流平滑回路10
の出力(dllから出力端子11.12に直流電力が得
られる。この場合。
絶縁や電圧変換の必要がなければ、トランス9はインダ
クタンス素子8におきかえても良いことは勿論である。
以上、いくつかの実施例について説明したが、これらの
実施例を適宜組合せて構成することも可能である。また
1以上の説明ではスイッチング素子3を全てNPN)ラ
ンジスタとして説明したが、スイッチングのできる素子
ならば何でもよい。また、共振条件の設定によってダン
ノヘー・ダイオード6に電流が流れないような動作にも
できるため、その場合、ダンパー・ダイオード6は必要
ない。また、ダンパー・ダイオード6はトランジスタ3
のベース・エミッタ間に接続しても良い。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す回路構成図、第2図
はその各部の動作波形図、第3図〜第5図はこの発明の
他の実施例を示す回路構成図である。 1・・・入力直流電源、2・・・第1のインダクタンス
素子、3・・・スイッチング素子、4用ドライブ回i、
i・・・第1のコンデンサ、6・・・ダンパ−9ダイオ
ード、7・・・第2のコンデンf、8…第2のインダク
タンス素子、9・・・トランス、10!・・整流平滑回
路、11.12・・・出力端子。 出願人代理人 弁理士  鈴  江  武  彦第3図 第4図 第5図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力直流電源に第1のインダクタンス素子を介し
    て接続された所定周期、所定導通幅で開閉制御されるス
    イッチング素子と、このスイッチング素子と並列に接続
    された第1のコンデンサと、前記スイッチング素子と並
    列に接続された第2のコンデンサと第2のインダクタン
    ス素子との直列回路とを具備し、第2のインダクタンス
    素子の両端電圧を出力として取出すようにしたことを特
    徴とするスイッチング回路。
  2. (2)第2のインダクタンス素子としてトランスの1次
    巻線を用い、このトランスの2次巻線から出力を取出す
    ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    のスイッチング回路。
  3. (3)第2のインダクタンス素子の両端1′−現れる電
    圧をトランスを介して出力として取出すようにしたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のスイッチング
    回路。
JP10651082A 1982-06-21 1982-06-21 スイツチング回路 Pending JPS58224559A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5235502A (en) * 1989-11-22 1993-08-10 Vlt Corporation Zero current switching forward power conversion apparatus and method with controllable energy transfer
US9478992B2 (en) 2012-03-06 2016-10-25 Murata Manufacturing Co., Ltd. Power transmission system

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