JPS5843434Y2 - 電力回生形のスイッチング・レギュレ−タ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電力回生形のスイッチング・レギュレータの改
良に関するものである。

スイッチング・レギュレータの１つのタイプとしていわ
ゆるオン・オフ形のスイッチング・レギュレータがある
。

これはトランスの１次コイルに直流電圧をスイッチ素子
で断続して与え、スイッチ素子がオンのときにトランス
に電磁エネルギーを蓄え、スイッチ素子がオフのときに
それを２次側に放出するようにしたものである。

２次側の出力電圧はスイッチ素子のオン・オフのデユー
ティ・レシオによって制御される。

このようなオン・オフ形のスイッチング・レギュＬ／−
夕においては、デユーティ・レシオが一定のときに２次
側の負荷が無負荷あるいはそれに近いほどに軽くなると
出力電圧の急増が生じる。

このような出力電圧の急増を防止する手段を備えたオン
・オフ形スイッチング・レギュレータの従来例としては
第１図のようなものがある。

第１図においてＴはトランスで、その１次コイルＮＰに
直流電源Ｅｉの電圧がトランジスタＱ１によって断続さ
れて与えられる。

トランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ回路にはダイオ
ードＤ１が逆極性に並列に接続される。

トランジスタＱ１がオンのときにトランスＴに蓄えられ
た電磁エネルギーは、トランジスタＱ□がオフのときに
２次コイルＮｓとダイオードＤ２を通じてコンデンサＣ
と負荷抵抗ＰＬの並列回路に放出される。

ダイオードＤ２にはトランジスタＱ２のコレクタ・エミ
ッタ回路が逆極性に並列に接続される。

このトランジスタＱ２はトランジスタＱ１とは逆の位相
でオン・オフされる。

このような回路において、負荷が軽くてトランスＴの２
次側電流１２がトランジスタＱ１のオフ期間の途中で零
になると、コンデンサＣの放電が始まり、その放電電流
がオンになっているトランジスタＱ２を通じてトランス
Ｔの２次コイルＮｓに流れる。

したがってこの電流による電磁エネルギーがトランスＴ
に蓄えられ、そしてそれはトランジスタＱ２がオフにな
ったとき、１次コイルＮＰとダイオードＤ１を通じて電
源Ｅｉに還元される。

すなわち負荷が軽いときあるいは無負荷のときは余分な
電磁エネルギーが電源側に回生されるので、出力電圧の
急増を生じることがない。

このような従来の回路においては、トランスＴ０２次側
電流１２は一般に１次側電流ｉ１よりも大きく定められ
るので、トランジスタＱ２としては比較的大きな電流を
スイッチングできるものを用いなげればならず、またト
ランジスタＱ２における電力損失が大きい。

と＜ Ｋ−２次側電流ｉ２の大きいものほど２次側電圧
が低いので、トランジスタＱ２における電力損失の割合
いが大きくなる。

またトランジスタＱ２によって比較的大きな電流をスイ
ッチングするのでノイズが大きくなり、さらに、回生コ
イルが負荷コイルと共通になっているので負荷変動の影
響が大きい。

またトランスＴの１次側と２次側の絶縁を維持するため
に、トランジスタＱ１とＱ２の駆動回路を絶縁すること
が必要になる。

本考案の目的は、電力損失が小さく、ノイズや負荷変動
の影響が小さく、入出力間の絶縁が容易で、かつフィー
ド・バックによる出力電圧の制御も効率よく行える電力
回生形のスイッチング・レギュレータを提供することに
ある。

本考案＋″！、トランスに第３のコイルを設け、このコ
イルに電力回生機能を持たせるようにしたものである。

以下図面によって本考案を説明する。

第２図は本考案実施例の電気的接続図である。

第２図において、Ｔはトランスで、１次コイルＮＰ、２
次コイルＮｓ、および第３のコイルＮｃを持っている。

１次コイルＮＰにはトランジスタＱ１のコレクタ・エミ
ッタ回路が直列に接続され、そのオン・オフによって直
流電源Ｅｉの電圧が断続的に１次コイルＮＰに与えられ
る。

トランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ回路にはダイオ
ードＤ１が逆極性に並列に接続される。

直流電源ＥｉにはコンデンサＣｉが並列に接続される。

２次コイルＮｓにはダイオードＤＬが直列に接続され、
トランジスタＱ１がオフのときの２次コイルＮｓの誘起
電圧をコンデンサｃＬと負荷ＲＬの並列回路に与えるよ
うになっている。

このような２次側回路は複数個あってよい。

第３のコイルＮＣにはダイオードＤ２が直列に接続され
、トランジスタＱ１がオフのときの第３のコイルＮＣの
誘起電圧をコンデンサＣｃに充電するようになっている
。

ダイオードＤ２にはトランジスタＱ２のコレクタ・エミ
ッタ回路が逆極性に並列に接続され、トランジスタＱ１
とは逆の位相でオン・オフされる。

これら第３のコイルＮＣとダイオードＤ２とトランジス
タＱ２とコンデンサＣｃからなる回路は、電力の回生に
関して、第１図の従来例の無負荷のときの２次側回路と
同じ機能を持つ。

このように構成された装置の動作は次のとおりである。

負荷ＲＬが適度の値のものであるときは、トランジスタ
Ｑ１のオン・オフにつれて、トランスＴに蓄えられた電
磁エネルギーは２次コイルＮｓとダイオードＤＬを通じ
てコンデンサｃＬと負荷ＲＬの並列回路に放出され、そ
れによって負荷ＲＬには直流の出力電圧Ｅｏと負荷電流
ｉＬが与えられる。

電磁エネルギー放出期間中の第３のコイルＮｃの誘起電
圧はダイオードＤ２を通じてコンデンサＣｃに与えられ
る。

ダイオードＤ２の整流作用により、定常状態においては
、コンデンサＣｃの電圧ＥＣは誘起電圧と等しい値に保
持される。

このため定常状態においては、コンデンサＣｃには電流
が流れない。

負荷ＲＬが取り外された無負荷の状態では、ダイオード
ＤＬの整流作用により、コンデンサＣＬに２次コイルＮ
Ｓの誘起電圧に等しい電圧が保持されるので、２次コイ
ルＮＳを流れる電流ＩＤは零となる。

このため２次コイルＮＳを通じての電磁エネルギーの放
出は行われなくなる。

一方第３のコイルＮｃ側においては、トランジスタＱ２
がオンの間に、第１図の従来例における無負荷時の２次
側回路と同様に、ダイオードＤ２とトランジスタＱ２の
並列回路の双方向導通性により、コンデンサＣｃの充放
電が行われ、充電によって吸収したトランスＴの電磁エ
ネルギーは放電によってトランスＴに回生される。

そしてトランスＴに回生された電磁エネルギーは、トラ
ンジスタＱ２がオフになったとき、１次コイルＮＰとダ
イオードＤ１を通じて直流電源Ｅｉまたはそれに並列な
コンデンサＣｉに回生される。

したがってトランジスタＱｌ、Ｑ２のオン・オフ動作の
一周期間のトランスＴに対するエネルギーの出入りは差
し引き零となり、出力電圧ＥＯの急増は生じない。

このときの動作説明図を第３図に示す。

１次コイルＮＰの電流ｉｐと第３のコイルＮｃの電流ｉ
ｃが負になっている部分が回生の行われている部分であ
る。

負荷ＲＬが接続されると負荷電流ｉＬが流れるようにな
るので、それに対応して２次コイル電流ｉＤが流れ、こ
のため１次コイル電流１ｐが増加して第３コイルの電流
ＩＣが減少する。

負荷ＰＬが比較的値の大きなものであるときは、電流ｉ
ｐ。

ｉｃ、ｉＤは第３図の点線のようになる。

このときも電流ＩＰ、Ｉｃが負になる部分において回生
が行われる。

負荷ＲＬが小さくなるにつれて電流ｉＤが増加すると、
電流１ｐは正方向に平行移動的に増加し、電流ｉｃは傾
斜を減じる。

電流１ｐの負部分がなくなったとき、電流ＩＣの傾斜は
零になり、回生は行われなくなる。

このような装置においては、第３のコイルＮ。

からは負荷電流をとらないので、１次コイルＮＰに対す
る第３のコイルＮｃの巻線比は、負荷電流を気にせずに
、回生時の電流ｉｃを小さくすることを考えて定めるこ
とができる。

したがってトランジスタＱ２がスイッチングする電流を
小さくすることができ、電力損失とノイズを小さくする
ことができる。

また回生回路と負荷への電力出力回路とは分離されてい
るので、負荷変動の影響は小さくなる。

また回生回路と２次側回路は絶縁されているので、トラ
ンジスタＱ□の駆動回路とトランジスタＱ２の駆動回路
とをとくに絶縁しなくても、直流電源Ｅｉと負荷Ｒ１間
の絶縁は確保される。

またフィード・バック制御によりトランジスタＱｌ−Ｑ
２のデユーティ・レシオを調節して出力電圧Ｅｏを安定
化するときも、出力電圧Ｅｏの代わりに、回生回路のコ
ンデンサＣＣの電圧を測定信号とすることができるので
改めて出力電圧Ｅ。

を測定しそれを絶縁して取出す必要がない。

またコンデンサＣ６の電圧をフィード・バック制御回路
の電源電圧として利用すれば、直流電源Ｅｉかも電源電
圧を取るよりも大幅に電力効率を向上させることができ
る。

本考案の他の実施例を第４図に示す。

この装置はトランジスタＱ□ｔＱ２の駆動回路をアステ
ーブル・マルチバイブレータで構成し両トランジスタの
同時オン防止するようにしたものである。

このアステープル・マルチバイブレータの電源電圧■１
．ｖ２を変えることにより、トランジスタＱ□。

Ｑ２のオン・オフのデユーティ・レシオを変えることが
できる。

トランジスタＱ□ｔＱ２の駆動回路は第５図および第６
図のようにすることもできる。

第５図はトランジスタＱ１．Ｑ２を従続的に接続するこ
とにより、単一の駆動信号で互いに逆位相の動作をさせ
るようにしたものであり、第６図は同じく従続接続では
あるが、接続部分を第２のトランスＴ２によよって絶縁
するようにしたものである。

以上のように本考案は、オン・オフ形スイッチング・レ
ギュレータに第３のコイルを設け、このコイルに電力回
生機能を持たせるようにしたので、電力損失が小さく、
ノイズや負荷変動の影響が小さく、入出力間の絶縁が容
易で、かつフィード・バックによる出力電圧の制御も効
率よく行える電力回生形のスイッチング・レギュレータ
が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の電気的接続図、第２図は本考案実施例
の概念的構成図、第３図は第２図の装置の動作説明図、
第４図、第５図、および第６図は本考案の他の実施例の
電気的接続図である。 Ｔ・・・・・・トランス、Ｎ ・・・・・・１次コイル
、Ｎ８・・・・・・２次コイル、Ｎｏ・・・・・・第３
のコイル、Ｑｌ、Ｑ２・・・・・・トランジスタ、Ｄ□
、Ｄ２．ＤＬ・・・・・・ダイオード、Ｃ１，Ｃｃ、Ｃ
Ｌ・・・・・・コンデンサ、Ｅｉ・・・・・・直流電源
、ＲＬ・・・・・・負荷。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. オン・オフ形のスイッチング・レギュレータにおいて、
   トランスの１次コイルのスイッチ素子に逆極性に並列に
   整流素子を接続し、トランスに第３のコイルを設け、こ
   のコイルに直列にトランスの電磁エネルギーの放出時の
   電流に対して順方向となる整流素子を設け、この整流素
   子に逆極性に並列にトランスの１次コイルのスイッチ素
   子とは逆の位相で動作するスイッチ素子を接続し、かつ
   、これら整流素子とスイッチ素子の並列回路と第３のコ
   イルとの直列回路に直列にコンデンサを設けるようにし
   た電力回生形のスイッチング・レギュレータ。