JPS605152B2

JPS605152B2 - スイッチング回路

Info

Publication number: JPS605152B2
Application number: JP53142620A
Authority: JP
Inventors: 友幸林; 信哉佐野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-11-17
Filing date: 1978-11-17
Publication date: 1985-02-08
Also published as: JPS5568887A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はスイッチング方式の電源やスイッチング増幅器
に用いるスイッチング回路に関し、スイッチング電源等
で問題となるノイズのうち特に問題とされるコモンモー
ドノィズを効果的に除去するようにしたものである。

第１図は一般的なスイッチング電源を示すものであり、
１，２は交流入力端子、３〜６は整流用ダイオードブリ
ッジ、７，８は平滑コンデンサ、９は電源と回路中アー
ス点とを結ぶバイパスコンデンサ、１０，１１はスイッ
チング用トランジスタ、１２，１３はスイッチング用ト
ランジスタ、１０，１１の駆動回路、１４は高周波トラ
ンス、１５，１６は出力端子、１７は上述の回路を収納
したシールドケース、１８は回路中のアース、１９は発
電所の大地アースである。

第１図の動作を説明する。

入力端子１，２間に印加された交流電源はダイオードブ
リッジ３〜６で整流され、コンデンサ７，８に所定の直
流電圧が現われる。この直流電圧をスイッチングトラン
ジスタ１０，１１によって高周波でチョップし、高周波
の矩形波を作って高周波トランス１４の一次巻線を駆動
し、二次側の出力端子１５，１６に交流の出力電圧を得
る。一般にこのようなスイッチング電源においてはスイ
ッチングトランジスタ１０，１１が動作時にかなり発熱
するため、これらのトランジスタ１０，１１に絶縁物を
介して放熱器（図示せず）を取り付け、この放熱器を回
路中のアース１８に接続するようにしている。

ところが、このように構成すると、スイッチングトラン
ジスタ１０，１１と回路中のアース１８の間に第１図に
示すような浮遊容量２０，２１が生じ、これが原因でコ
モンモードノィズと呼ばれるノイズが発生する。すなわ
ち、第２図に示すように、スイッチングトランジスタ１
０，１１とアース１８間には上述の浮遊容量２０，２１
とバイパスコンデンサ９が接続される。この場合、出力
端子２２と電源ライン２３，２４の間の電圧は第３図に
示す等価回路のように分圧され、その結果電源ライン２
３，２４とアース１８の間に電圧が発生する。これがコ
モンモードノィズと呼ばれるノイズである。第１図に即
して言えば、入力端子２に接続される電源ラインが最終
的には大地ア−ス１９に接続されるため、回路中のアー
ス１８に接続されたシールドケース１７が一種のアンテ
ナとして作用し、その結果上述のコモンモードノィズが
発生するのである。そして実際に発生するコモンモード
ノィズは決して小さい値ではなく、これがシールドケー
スを介して鏡射され、他の機器に悪影響を与えるため、
これを除去することはきわめて重要な問題である。たと
えば、第３図において、電源ライン２３，２４とアース
１８の間に発生する電圧、すなわちコモンモードノイズ
をｅｎとし、出力端子２２と電源２３，２４間の電圧を
ｅとし、浮遊容量２０，２１の容量値をＣ２ｏ，Ｃ２，
とし、コンデンサ９の容量値をＣ９とすると、次式が成
り立つ。

ｅｎニｅ．Ｃ乳／Ｃ２０十Ｃ２１十Ｃ９．．．，．．．
．．ｍここでＣ２ｏ＝Ｃ２，とすれば、ｅｎニｅ・Ｃ幻
／を２１十Ｃ９，．，，．，…【２｝（ただしＣ２，《
Ｃ９）となる。

‘２）式から明らかなように、ｅｎの値はＣ２，が小さ
いほどそしてＣ９が大きいほど４・さくなる。しかし、
バイパスコンデンサ９の容量Ｃ９については各国の安全
規格で最大容量値が規制されており、最も厳しい規格に
よれば約５０００ＰＦが限度である。一方、浮遊容量２
１の値Ｃ２，については使用するトランジスタの放熱器
に接する面積、絶縁物の誘電率等にもよるが、およそ５
肥Ｆ前後である。ｅは商用電源を直接整流した直流電源
であるから、１３０ＶＰ‐Ｐ〜３４０ＶＰ‐Ｐが一般的
である。これらの条件でコモンモードノィズｅｎを算出
すると、およそ１．３ＶＰ‐Ｐ〜１．３ＶＰ‐Ｐにもな
る。もちろん、コモンモードノイズを除去するためには
、電源ラインと回路中のアース１８とを等しくすればよ
いのであるが、感電等の危険があるため実際にはコンデ
ンサを介して比較的それに近い状態で実現するしかなく
、その容量値が各国の安全規格で規制されているため、
どうしてもコモンモードノィズが発生してしまうのであ
る。本発明はこのような問題を解決するようにしたスイ
ッチング回路を提供するものである。

以下本発明の一実施例について第４図とともに説明する
。

第４図において、２５，２６は正、負の電源、２７，２
８は上誌電源の中点を実現するためのコンデンサ、２９
‘ま回路中のアース、３０，３１はスイッチングトラン
ジスタ、３２，３３は上記トランジスタ３０，３１と、
このトランジスタ３０，３１とアース２９間に絶縁物を
介して接続された放熱器（図示せず）との間に形成され
た浮遊容量、３４は出力トランス、３５は負荷、３６は
可飽和型トランジスタ駆動トランス、３７はトランス３
６が飽和した際に流れ込む電流を制限するための抵抗、
３８は電源ライン２５，２６とアース２９とを交流的に
接続するための第１のコンデンサ、３９は上記トランス
３４の二次側巻線３４ａとアース２９間に接続された第
２のコンデンサである。そして、この第２のコンデンサ
３９はトランス３４の二次側巻線３４ａより得られる上
記トランジスタ３０，３１の対電源出力電圧波形に比例
した逆相の電圧をアース２９に注入し、これによって第
１のコンデンサ３８の両端電圧を打ち消し、コモンモー
ドノィズを除去するよう作用するものである。すなわち
、第５図は上記実施例の動作、原理を示すものであり、
４０は第４図における出力端と電源２５，２６間の電圧
（第３図における出力端２２と電源２３，２４間の電圧
）に相当する電圧（その値をｅ４。

とする）、４１は第４図における浮遊容量３３（第３図
におけるコンデンサ２１）に相当するコンデンサ（その
値をＣ４，、そこを流れる電流をｉ４，とする）、４２
は第４図におけるコンデンサ３８と浮遊容量３２（第３
図におけるコンデンサ９，２０）に相当するコンデンサ
（その値をＣ４２、そこを流れる電流をｉ４２とする）
、４３は第４図における第２のコンデンサ３９に相当す
るコンデンサ（その値をＣ蝿、そこを流れる電流をじと
する）、４４は第４図におけるトランス３４の二次巻線
３４ａで発生する電圧に相当する電圧源（その値をｅ判
とする）である。第４図において、コンデンサ４２の両
端電圧を零にするには１蛇ニ。

とすればよい。

そしてｉ班ニＬＩ＋ｉ錨であるから、コンデンサ４２の両端電圧を零にするため
にはｉ４，十ｉ４３＝０であればよく、したがって１４Ｉ：一１４３が成り立つ。

ここで１４１二ｅ４０・山Ｃ４１１＄ニｅ４４，のＣ４３１略＝一ｅ４０／ｎとおけば、ｅ少，也Ｃ４１：ｅ４０，のＣ４３／ｎとなり、これからＣ４３＝ｎ．Ｃ４１となる。

すなわち、コンデンサ４２の両端に発生する電圧を打ち
消してコモンモードノィズを除去するためには電圧４０
とは逆相の電圧源４４を設け、かつｌｅゆ／ｅ４４ｌな
る電圧比をコンデンサ４１の値Ｃ４，に乗じた容量値の
コンデンサ４３を介して、コンデンサ４２に打ち消し用
電流を注入すればよいことがわかる。第４図の実施例に
おける第２のコンデンサ３９はまさにこの作用を行って
コモンモードノイズを除去するものにほかならない。

第６図〜第１０図は本発明の他の実施例を示すものであ
り、いずれも第４図の実施例と同様にハーフブリッジタ
イプで構成したものである。

第６図〜第１０図において、第４図と同一符号の部分は
同一機能を有しており、４５はトランス３４に流れ込む
直流成分の電流を阻止し、トランス３４が偏磁されるこ
とを防止するためのコンデンサ、４６は上記コンデンサ
４５を挿入したことによりトランス３４の一次巻線の両
端にトランジスタ３０，３１の対電源出力電圧が得られ
なくなるおそれがあるので正確にその電圧を得るために
設けられた／トランスである。上記コンデンサ４５は単
なる直流阻止作用以外にも、その容量値を小さく選ぶこ
とによって、スイッチングトランジスタ３０，３１のオ
ン期間における電流導適期間を制限してトランジスタ３
０，３１の負荷曲線をより安全な方向に補正する機能を
もっているが、その際にはトランス３４の一次巻線の両
端電圧はさらに変化をうける。この場合には、別に設け
たトランス４６でトランジスタ３０，３１のコレクタ・
エミッタ間電圧を確保することができるから、トランス
４６により安定した動作が期待できる。なお、第５図の
説明から明らかなように、ｌｅ釣／ｅ４４ｌの比を変化
させることと、コンデンサ４３の容量値Ｃ４３を変化さ
せることは等しい結果をもたらし、ともにコンデンサ４
２の両端に発生する電圧の大きさと極性を変化せしめる
。そのため、いずれか一方を可変にすれば、コンデンサ
４２の両端に発生する電圧を零にするよう微調整するこ
とが可能になる。このとき、たとえば、コンデンサ４１
の値Ｃ４，を５０ＰＦ、ｌｅ４ｏ／ｅ４４ｌ１／３０と
すれば、コソデンサ４３の値簿は１５００ＰＦとなり「
コンデンサ４３を可変にするにはその値が大きすぎる
場合もあるので、このときはｌｅ４ｏ／ｅ４４ｌを１に
設定し、コンデンサ４３の値Ｃ４３を５０ＰＦにしてこ
れを可変すればよい。第１１図はこのような微調整の機
能をフルブリッジ回路で実現した実施例を示すものであ
る。

この場合、第５図のコンデンサ４１，４３は浮遊容量だ
けでなく外付コンデンサも含まれる。第１１図において
、４７，４８は正、負の電源、４９は回路中のアース、
５川ま負荷（一般にはトランス）、５１〜５４はスイッ
チングトランジスタ、５５〜５８は上記各トランジスタ
５１〜５４に絶縁物を介してアース４９に接続された放
熱器（図示せず）が取り付けられることにより、各トラ
ンジスタ５１〜５４のコレクタとアース４９の間に形成
される浮遊容量、５９は電源ラインをアース４９に交流
的に接続するための第１のコンデンサ、６０，６１は第
１のコンデンサ５９の両端に発生する電圧を打ち消すた
めの逆電圧注入用の第２のコンデンサである。そして上
記第２のコンデンサ６０，６１のうちの一方のコンデン
サ６１は可変コンデンサで構成されており、これを可変
することにより、浮遊容量５６，５８のばらつきを吸収
し、第１のコンデンサ５９の両端に発生する電圧の最小
点を得ることができる。すなわち、浮遊容量５６，５８
が互いに等しい容量であれば、コンデンサ６０，６１は
不要であるが、現実的にはトランジスタ５２，５４と放
熱器との間に挿入する絶縁物の厚さ等のバラッキにより
、前記浮遊容量５６，５８は同一の値にはなり難く、し
たがってその容量差を補ってやらなければならない。浮
遊容量５６，５８のバラッキ範囲はかなり大きい場合も
あり、しかもどちらの容量が大きくなるかは確定しない
ので前記容量に対してはかなり大きく、しかもバラツキ
の少ないコンデンサ６０をどちらか一方の浮遊容量に並
列に接続するとともに、他方に可変範囲の中心でコンデ
ンサ６０と同一容量になる可変容量を並列に綾続し、こ
れを調整することによって前記浮遊容量５６，５８の容
量差を補正するようにしたものである。浮遊容量５５，
５７はコンデンサ５９に並列に接続されるので、バラツ
キがあっても差支えない。以上のように、本発明はスイ
ッチングトランジスタの電源と回路中のアースとの間に
接続された第１のコンデンサの両端電圧を、別に設けた
逆電圧注入用コンデンサで打ち消すようにしたものであ
るから、スイッチング電源において特に問題となるコモ
ンモードノイズをきわめて簡単にかつ確実に除去するこ
とができる。

また逆電圧注入用コンデンサを可変にすれば、浮遊容量
のばらつきを吸収してより確実にコモンモードノィズを
除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスイッチング電源を示す回路図、第２図
はその要部を示す回路図、第３図は第２図の等価回路図
、第４図は本発明の第１の実施例を示す回路図、第５図
はその動作原理を説明するための図、第６図〜第１１図
は本発明の第２〜６の実施例を示す回路図である。２５，２６・・…・電源、２９，４９・・・・・・回路
中のアース、３０，３１，５１〜５４……スイッチング
トランジスタ、３２，３３，５５〜５８……浮遊容量、
３４・・・・・・トランス、３８，５９・・・・・・第
１のコンデンサ、３９，６０，６１……第２のコンデン
サ。第１図第２図第３図第４図第５図第６図第Ｔ図第８図第９図第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】１直流電圧を交互にスイツチングして高周波の矩形波
を発生する１対以上のスイツチングトランジスタと、上
記各スイツチングトランジスタに絶縁物を介して取り付
けられかつ回路中のアース点に接続された放熱器と、上
記スイツチングトランジスタの電源と上記アース点の間
に接続された第１のコンデンサと、上記スイツチングト
ランジスタの対電源出力電圧波形に比例した逆相の電圧
波形を得る手段と、上記逆相の電圧を上記アース点に注
入する第２のコンデンサとを備えてなるスイツチング回
路。２特許請求の範囲第１項記載のスイツチング回路にお
いて、逆相の電圧波形の大きさ、または第２のコンデン
サの容量値の少なくとも一方を可変することにより、ア
ース点への電圧注入量を変化させるようにしたことを特
徴とするスイツチング回路。３特許請求の範囲第１項記載のスイツチング回路にお
いて、逆相の電圧波形を得る手段を、スイツチングトラ
ンジスタの出力点と電源との間に接続されたトランスの
二次巻線で構成したことを特徴とするスイツチング回路
。４特許請求の範囲第１項記載のスイツチング回路にお
いて、逆相の電圧波形を得る手段を、スイツチングトラ
ンジスタの出力点と電源の間に接続されたトランスの一
次巻線のうち電源に接続される側の巻線をさらに巻き上
げた部分で構成したことを特徴とするスイツチング回路
。５特許請求の範囲第１項記載のスイツチング回路にお
いて、スイツチングトランジスタを２対設け、各対の出
力点とアース点のうち少なくとも一方に第２のコンデン
サを接続したことを特徴とするスイツチング回路。６特許請求の範囲第５項記載のスイツチング回路にお
いて、第２のコンデンサの値を可変することにより、ス
イツチングトランジスタの出力点からアース点への電圧
注入量を変化させるようにしたことを特徴とするスイツ
チング回路。