JPS61277372A - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JPS61277372A
JPS61277372A JP11835785A JP11835785A JPS61277372A JP S61277372 A JPS61277372 A JP S61277372A JP 11835785 A JP11835785 A JP 11835785A JP 11835785 A JP11835785 A JP 11835785A JP S61277372 A JPS61277372 A JP S61277372A
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JP
Japan
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voltage
capacitor
power supply
coil
transistors
Prior art date
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JP11835785A
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English (en)
Inventor
Sadao Okochi
大河内 貞男
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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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] 本発明は、各種電子Il器に用いられる電源装置に関す
る。
[発明の技術的背景〕 近年、バッテリ駆動型の電子機器が各種開発されている
が、これらの機器の中にはバッテリから得られる直流を
適当なスイッチング素子を用いて一旦交流に変換し、イ
ンバータトランスにより変圧し、さらに整流して、安定
化された所定レベルの直流を得るように構成されたスイ
ッチング電源装置を有するものがある。
第3図はこのスイッチング電源装置の構成の一例を示す
ブロック図である。なおこのスイッチング電源装@ばい
わゆる0級共振型インバータを用いた多出力型の電源装
置である。
同図においてEは入力される直流、しは入力電流平滑用
のチョークコイル、Cは共振用のコンデンサ、Qlおよ
びQlはスイッチング用のトランジスタ、Tはインバー
タトランス、Np+およびNF2はこのインバータトラ
ンスTの1次コイル、Ns+〜Ns4は同2次コイル、
MA+およびMA2は可飽和リアクトルを用いた磁気増
幅回路、RE+およびRE2は整流回路、FlおよびF
2は平滑用のフィルタ回路、DR+およびDR2は前記
磁気増幅回路MA+およびMA2のコントロール回路を
示している。
そして第4図(a)および(b)はスイッチング用のト
ランジスタQ1およびQlの電圧波形V1、■2および
電流波形i+、+2をそれぞれ示す図である。
第3図の回路において、入力される直流Eによる電流1
はチョークコイルLにより一定の電流値に保たれ、トラ
ンジスタQ1およびQlの電流波形は方形波になる。ま
たこの場合、トランジスタQ1およびQlは半サイクル
ずつ交互にONする。
そして共振用コンデンサCの値およびインバータトラン
スTの1次コイルの巻線インダクタンスLPの値は、ト
ランジスタQ1およびQlが所定のスイッチング周波数
fで並列共振を行うように設定されている。
そしてインバータトランスTの1次コイルNp1および
NF2には正弦波電圧が発生し、その周期Tはトランジ
スタQ1およびQlのスイッチング周期と一致する。
またこの回路においてトランジスタQ1およびQlのコ
レクターエミッタ間電圧VCEは、第4図(a)、(b
)にvlおよびV2で示したように、トランジスタQ1
およびQlのターンオン時とターンオフ時にOボルトに
さがるので、トランジスタQ1およびQlのターンオン
時およびターンオフ時のスイッチング損失が小さい。
さらにこの回路ではインバータトランスTの2次コイル
Ns+〜Nszに誘起される電力が磁気増幅回路MA+
およびMA2により位相制御されるので、直流出力電圧
v1およびV2を一定に保つことができる。
なおこの場合のフィードバック制御は、コントロール回
路DR+およびDR2により行われる。
すなわち、コントロール回路OR+およびDR2の出力
が磁気増幅回路MA+およびMA2の可飽和リアクトル
の磁束のリセット量を制御するのである。
[背景技術の問題点] しかしながらこのような電源装置においては、磁気増幅
回路MA+およびMA2の入力電圧のレベルが、直流人
力Eのレベルに比例するので、磁気増幅回路MA+およ
びMA2の位相制御範囲は直流人力Eの変動範囲に対応
させる必要がある。
したがって直流人力Eの変動範囲が大きいと、磁気増幅
回路MA+およびMA2の可飽和リアクトルのコアを相
当大きくする必要が生じる。
またスイッチング用のトランジスタQ1およびQlには
正弦波状の電圧が印加されるが、そのピーク値は約3.
14XEボルトと大きいため、トランジスタQ1および
Qlとして、定格電圧の相当大きなものを用いなければ
ならないという問題があった。
し発明の目的] 本発明は上述したような問題点を解決すべくなされたも
ので、定格電圧の大きなトランジスタや、可飽和リアク
トルのコアの大きい磁気増幅回路を用いることなく電圧
の安定化制御を行うことができるコンパクトな電源装置
の提供を目的としている。
[発明の概要] すなわち本発明の電源装置は、被制御側の一方、の端子
が直列に接続され接続されていない他方の端子間に入力
直流が印加される少なくとも2つのスイッチング素子と
、前記端子の接続点と前記他方の端子のいずれか一方と
の間に直列に接続されたチョークコイル共振用コンデン
サと、この共振用コンデンサの両端に接続された1次巻
線と、この1次巻線に磁気結合された2次コイルと、こ
の2次コイルの両端に接続された出力電流制御回路とを
備えてなることを特徴としている。
[発明の実施例コ 以下、本発明の実施例の詳細を図面に基づいて説明する
第1図は本発明の一実施例の構成を示ずブロック図であ
り、第3図と共通する部分には共通の符号が付されてい
る。
同図において、Eは入ツノされる直流、QlおよびC2
はそのエミッタとコレクタの一方とが直列に接続され、
他方に前記直流Eが印加される2つのスイッチング用ト
ランジスタ、L、、CはトランジスタQ1とC2との前
記接続点とトランジスタQ2のエミッタ、すなわち入力
直流Eのマイナス側との間に直列に介挿された平滑用チ
ョークフィルと共振用コンデンサ、DlおよびD2はト
ランジスタQ+I5よびQzのそれぞれのエミッターコ
レクタ間に並列に介挿されたダイオード、CIおよびC
2は同じくトランジスタQ1およびC2のそれぞれのエ
ミッターコレクタ間に並列に介挿されたコンデンサを示
している。
またNPは共振用コンデンサCの両端に接続されたイン
バータトランスTの1次コイル、N81およびNS2は
1次コイルNpと磁気結合された2次コイル、MA+お
よびMA2は可飽和リアクトルを有する磁気m幅回路、
RE+およびRE2は整流回路、Flおよび「2は平滑
用のフィルタ回路、DR+およびDR2は磁気壜幅回路
MA+およびMAzのコントロール回路を示す図である
第2図はトランジスタQIおよびQzの電圧波形および
電流波形を示している。
以下、第1図および第2図に基づいて本実施例のI!I
I!装置の動作について説明する。
なお本実施例における電源装置は、そのインバータトラ
ンスTの2次側の部分が第3図のそれと共通しているた
め、この部分については説明を省略する。
第1図に示した回路において、まずトランジスタQ1が
rON状態」になると、E→Q + −41−→C→E
の経路でトランジスタQ1に電流が流れる。
この電流は第2図(a)のiClに該当する。
そして12時間経過後にトランジスタQ1を「0「F状
態Jにすると、チョークコイル(−を流れる電流iQ1
はさらに流れ続ける。この電流iQ1は第2図(a>の
iClのごとくコンデンサC1を通って流れる。
これによりコンデンサC1の両端電圧、すなわちトラン
ジスタQ1の両端電圧VCE(Ql)は第2図T3の期
間でffl[電圧Eまで上昇する。
したがって第2図(b)かられかるようにトランジスタ
Q2の両端電圧VCE(C2)はこのT3の期間でOボ
ルトに下がる。
この時点でコンデンサC1を流れる電流iCIはOにな
り、チョークコイルLの電流がダイオードD2に転流す
る。
すなわちD2→L→C−+Dzのルートでチョークコイ
ルLの電流が上側のアームから下側のアームに転流する
ここでコントロール回路DRzがトランジスタQ2をr
ON状態」にする信号を供給する。するとダイオードD
2に転流した電流+D2は振動しつつOになり、反転し
たところで、今度はチョークコイルLの電流がトランジ
スタQ2を流れる。
このとぎのトランジスタQ2のオン時間はT2である。
そしてTz時間経過後、トランジスタQ2をrOFF状
態」にすると、トランジスタQ2に流れていた電流iQ
2はコンデンサC2へ移り、コンデンサC2が充電され
る。このコンデンサC2の電圧は電源電圧Eまで上昇す
る。
またトランジスタQ2の電圧が電源電圧Eまで上昇する
と、トランジスタQ1の両端電圧VcE(Ql)は0ボ
ルトに下がる。この時点でコンデンサC2に流れる電流
IC2はOになり、チョークコイルLの電流はダイオー
ドD1に転流する。
なおダイオードD+に流れる電流tD+が0になるまで
の時間はT1である。このようにして1つのサイクルが
終わる。
第2図(a)、(b)からもわかるように本実施例装置
において、トランジスタQ1およびC2に印加される一
電圧は、最大値がE (V)の台形状の波形であり、チ
ョークコイルLを流れる電流は、チョークコイルしおよ
びコンデンサCの直列共振により正弦波状になる。また
コンデンサCの両端電圧も正弦波状になる。
そしてこの電圧がインバータトランスTの1次コイルN
pに印加されNs+”Ns+から取り出されるのである
上述したように本実施例装置では、インバータトランス
Tに印加される電圧は、コンデンサCに流れる?!を流
の大きさを変えることによって変化し得る。一方、コン
デンサCを流れる電流は、トランジスタQ1およびQz
4通時間T2を長くしたり短くすることにより変化し得
る。
したがってトランジスタQ1およびQ2のオン時間幅を
変化させても、トランジスタQ1およびQ2のターンオ
ン時、ターンオフ時にはトランジスタQ1およびQ2に
印加される電圧または電流がOであるためスイッチング
ロスがきわめて小さくなる。
本実施例装置を第3図に示した電源装置と比較すると、
第3図の装置ではチョークコイルLとコンデンサCの共
振周期でトランジスタQ1およびQ2をオンオフさせる
必要があったが、本実施例装置ではトランジスタQ1お
よびQ2のオンオフ時間を変化させてもスイッチングの
ロスが大きくならない。
以上説明し1cように本実施例の電源装置ではインバー
タトランスTの1次コイルNPにかかる電圧をほぼ一定
に保つことができるが、2次側の磁気増幅回路MA+お
よびMAzは出力直流V+、V2の負荷変動による電圧
変動分だけを保証するだけで良いので、磁気増幅回路M
A+およびMAzは制御範囲の狭いもので充分である。
その結果、磁気増幅回路MA+およびMAzの可飽和リ
アクトルのコアを小さくすることができる。
また本実施例装置は共振を利用しているので、電流波形
の高調波成分が少なく、スイッチング周波数を高くして
もロスが少ない。また妨害雑音も小さい。
またさらに本実施例装置はインバータトランス下の2次
コイルに出現する2次電圧がほぼ一定になるため、上述
したように磁気m幅回路MA+およびMAzにおける位
相制御幅は小さくて済むので、出力段の平滑用フィルタ
回路を小さくすることができる。
なお上述した実施例では、第2出力v2にも磁気増幅回
路MA2を用いているが、この磁気増幅回路MA2を省
略し、出力直流■2のフィードバックにより、トランジ
スタQ1およびQ2を直接制御するように構成すること
も可能である。
さらにインバータトランスTに帰還巻線を設け、この帰
還巻線に発生する電圧を一定にするように、トランジス
タQ1およびQ2のオン時間の制御を行うように構成し
てもよい。そして上述した実施例では、スイッチング用
のトランジスタとしてバイポーラトランジスタを設けて
いるが、MOS−FETに代替させることも可能である
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の電源装置は、被制御側の
一方の端子が直列に接続され接続されていない他方の端
子間に入力直流が印加される少なくとも2つのスイッチ
ング素子と、前記端子の接続点と前記他方の端子のいず
れか一方との間に直列に接続されたチョークコイルおよ
び共振用コンデンサと、この共振用コンデンサの両端に
接続された1次巻線と、この1次巻線に磁気結合された
2次コイルと、この2次コイルの両端に接続された出力
電流III m回路とを備えてなるので、電圧定格の大
きなトランジスタや可飽和リアクトルのコアの大きな磁
気増幅回路を用いることなく、電圧の安定化制御を行う
ことができ、非常にコンパクトな構成になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成を示す回路図、第2図
は第1図の要部における電流波形および電圧波形を示す
図、第3図は従来の電源装置の構成の一例を示す回路図
、第4図は第3図の要部における電流波形および電圧波
形を示す図である。 E・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・入力直
流Q+ 1Q2・・・・・・・・・トランジスタ。 L・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・チョー
クコイルC,C+ 、C2・・・コンデン罎す DI、D2・・・・・・・・・ダイオード丁・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・インバータトランス
MAT、MA2・・・磁気増幅回路 RE+ 、RE2・・・整流回路 Fl、F2・・・・・・・・・フィルタ回路DR+ 、
DR2・・・コントロール回路V+ 、V2・・・・・
・・・・出力直流出願人     株式会社 東芝 代理人弁理士  須 山 佐 − 第1図 TI  T2   T3 第2図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被制御側の一方の端子が直列に接続され接続され
    ていない他方の端子間に入力直流が印加される少なくと
    も2つのスイッチング素子と、前記端子の接続点と前記
    他方の端子のいずれか一方との間に直列に接続されたチ
    ョークコイルおよび共振用コンデンサと、この共振用コ
    ンデンサの両端に接続された1次巻線と、この1次巻線
    に磁気結合された2次コイルと、この2次コイルの両端
    に接続された出力電流制御回路とを備えてなることを特
    徴とする電源装置。
  2. (2)出力直流制御回路が、最終段の出力直流により制
    御される磁気増幅回路を備えている特許請求の範囲第1
    項記載の電源装置。
  3. (3)2つのスイッチング素子のそれぞれの被制御側端
    子の両端に、ダイオードが並列に接続されている特許請
    求の範囲第1項または第2項記載の電源装置。
  4. (4)2つのスイッチング素子のそれぞれの被制御側端
    子の両端に、コンデンサが並列に接続されている特許請
    求の範囲第3項記載の電源装置。
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