JPS62163568A - フォワード型スイッチング電源回路 - Google Patents

フォワード型スイッチング電源回路

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JPS62163568A
JPS62163568A JP61005586A JP558686A JPS62163568A JP S62163568 A JPS62163568 A JP S62163568A JP 61005586 A JP61005586 A JP 61005586A JP 558686 A JP558686 A JP 558686A JP S62163568 A JPS62163568 A JP S62163568A
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power supply
transformer
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山岸 政章
Masahiko Shimizu
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    • 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
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion 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
    • H02M3/325Conversion 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
    • H02M3/335Conversion 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
    • H02M3/3353Conversion 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 having at least two simultaneously operating switches on the input side, e.g. "double forward" or "double (switched) flyback" converter

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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、スイッチング・トランスの利用効率を高めた
スイッチング電源回路に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 第4図乃至第6図は各別のフォワード・コンバータの一
例を示す図である。図中1はスイッチング・トランジス
タ、2は励磁リセット用のダイオード、3はスイッチン
グ・トランスである。そして4は整流用ダイオード、5
はスナバ−回路である。
ここで第4図に示すものは1石フォワード形と呼ばれ、
第5図のものはダブルエンド形フォワードと呼ばれる。
これらの動作は、スイッチング・トランジスタのONの
101PjAにスイッチング・トランスの一次側から二
次側へ電力を伝え、OFFの期間にスイッチング・トラ
ンスの励磁エネルギーをリセットするものである。
これらの方式は、プッシュプルコンバータやブリッジコ
ンバータとは異なりトランジスタのOFFの期間に励磁
された磁束をリセットすることが出来るのでスイッチン
グ・トランジスタの経時変化や負荷変動の過渡時にスイ
ッチング・トランスが飽和する偏磁(直流励v!1)現
象が発生しない利点がある。
ここで励磁について簡単に説明すると一次巻線数n1の
スイッチング・トランスに、直流電圧Eiが、時間To
n印加されるとスイッチング・トランスのコアに発生す
る磁束ΦSは次式で与えられる。
ΦS e t= (y、、 ’7 E lづ0nすなわ
ち磁束ΦSは、スイッチング・トランスが同じであれば
、印加電圧Eiと印加時間Tonとの積で与えられ、ス
イッチング・トランスを通過する電力である、二次側へ
の供給電力には影響されないことになる。
一般的な磁材では、最大磁束密度(発生した磁束をコア
の実効断面積で割った値二単位面積当りの磁束)の限界
があり、これを越えて励磁すると飽和し、磁材の透磁率
が急速に低下して、一次巻線のインダクタンスは急激に
空芯コイルに近くなり、スイッチング・トランスとして
の機能を失う。
したがってスイッチング・トランジスタの、OFF期間
には、確実に、励磁された磁束をリセットする必要があ
る。
第4図のコンバータでは、スイッチング・トランジスタ
ーがOFFすると、スイッチング・トランス3の一次巻
線に逆起電力が発生し、励磁された磁束をリセッ1−す
る。
この時の逆起電圧は、一般にスイッチング・l−ランリ
スタ1の耐圧の関係から、Ei程度になる様にCRスナ
バ−5の値を設定する。
第5図のコンバータは、スイッチング・1−ランリスタ
1がOFFするとスイッチング・l・ランス3の一次巻
線に発生する逆起電力は、ダイオード2を介して直流電
源に回生じ、一次巻線はEiでクランプされ、リセット
される。
したがって第4、第5図の、コンバータを動作させる為
に必要な、励磁に関する条件は、ΦSet≦ΦreS な限界値は、Ton≦Toff  から50%となるが
、実用的には余裕を見込んで最大30〜40%で設計し
使用する。
第8図のコンバータは、スイッチング・トランスに励磁
リセット用の第3の巻線を有するタイプで、第4図に示
すコンバータでは、励磁エネルギーをCRスナバ−回路
で消費させているのに対して、ダイオード2を介して直
流電源に回生するものである。
この時にリセットされる磁束Φresは次式で表わされ
る。
Φres=虱−E i −To f fこの式から第6
図のコンバータは、第3巻線の巻数n3を少なくすると
、Toffを短くしても必要なリセット磁束を得られる
ことになる。
−例として、巻線比をrz =0.5nxとすると時比
率の限界値は約67%となる。
しかしながら第3、第1の巻線は、スイッチング・トラ
ンスで結合しているので、スイッチング・トランジスタ
のOFF時にダイオード2がONして、第3の巻線が−
Eiにクランプされると、第1の巻線には、 もの逆起電力が発生する。そしてこの逆起電力は直流電
源電圧Eiに重畳されてスイッチング・にもなる問題が
あった。
このように第4図ないし第6図のフォワードコンバータ
では、スイッチング・トランジスタのOFF期間に励磁
エネルギーをリセットできる。したがって、プッシュプ
ル形やブリッジ形のコンバータで問題となる、スイッチ
ング・トランスのコアーの飽和による偏磁を生じない利
点を有する反面、時比率を50%以下にすることが出来
ず、スイッチング・トランスの有効利用ができなかった
[発明の目的] 本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、時比率を
50%以上にでき、偏in(直流励磁)現象がなく、励
磁された磁束を確実にリセットできるスイッチング電源
回路を提供することを目的とするものである。
[発明の慨要1 本発明は2!lflの一次巻線を直列に直流電源に接続
し、電源と各一次巻線の間J5よび一次巻線相互の直列
接続点にそれぞれスイッチング素子を介挿し、各一次巻
線の端部と電源との間に一次巻線に発生する逆起電力を
電源に回生するダイオードを介挿したことを特徴とする
ものである。
[発明の実施例] 以下本発明の一実施例を第1図に示す回路図を参照して
詳細に説明する。直流電源11の両端に、第1のスイッ
チング素子12、スイッチング・トランス13の第1の
一次巻線13^、第2のスイッチング素子14、スイッ
チング・トランス13の第2の一次巻1i 13Bおよ
び第3のスイッチング素子15を直列に接続する。
ここでスイッチング素子12.14.15は、たとえば
スイッチング・トランジスタで3図示しない制御回路に
より同時にON、OFF制御される。
またスイッチング・トランス13は、電気的に等しい巻
数n1)1.n+)2の、2組の一次@ 線13A。
13Bおよび二次巻線13Cを有するしのである。
そして第2のスイッチング素子14と第1の一次巻線1
3^の直列接続点および第3のスイッチング素子15と
第2の一次巻線13Bの直列接続点を、それぞれダイオ
ード16.17を1項方向に介して直流電源11の正極
端子に接続している。
また第1のスイッチング素子12と第1の一次巻線13
^の直列接続点および第2のスイッチング素子14と第
2の一次巻線13Bの直列接続点を、それぞれダイオー
ド18.19を逆方向に介して直流電源11の負極端子
に接続している。
このような構成であれば、スイッチング素子12、14
.15がONするとスイッチング・トランス13の第1
、第2の一次巻813A、 13Bに直流電圧Eiが印
加される。
この時にスイッチング・トランス13のコア内に蓄えれ
る磁束Φsetはスイッチング・トランジスタのON時
間をTonとすれば、次式で与えられる。
ΦS e t=(、ylF、+ff1P、)” E j
 ’ TOn次にスイッチング素子12.14.15が
OFF状態になると、一次巻線に流れている電流は、〜
次巻線自体のインダクタンスの為に、急にOFFするこ
とはできず、流れ続けようとする。
すなわち一次巻線に逆起電力が発生し、第1の一次巻線
に発生した逆起電力はダイオード16.18を順方向に
バイアスして、直流電源11の電圧E1てクランプされ
、一次電流は電源11へ回生される。
同様に第2の一次巻線に発生した逆起電力はダイオード
17.19を順方向にバイアスして直流電源11の電圧
Eiでクランプされ、一次電流は電源11へ回生される
したがって、スイッチング素子12.14.15の、O
FF時に印加される電圧はEiに過ぎない。
またスイッチング・トランジスタのOFF時にリセット
される磁束Φresは そして第1図に示すコンバータが正常に動作するために
必要な励磁条件は となる。よって時比率の限界は約66.7%となる。
したがって、第3図に示す波形図のようにフォワード・
コンバータで、同一出力電圧EOを得る場合、時比率3
0%の従来のもの(第3図(a))では、二次巻線電圧
は3.33E oになるのに比して、時比率が、たとえ
ば60%の上記実施例のもの(第3図(b))では、二
次巻線電圧は1.66EOでよい。
この結果、二次巻線数を約半分にでき、出力側の、図示
しない、平滑層のチョークコイルのインダクタンスも半
分で良く、さらにスイッチング素子の耐圧も低く、すな
わち電源電圧E1程度でよい利点がある。
さらに、従来のフォワード・コンバータに、たとえばト
ランジスタ111!]とダイオード2個を追hl]する
だけで本発明の構成を達成でき、構成も慟めて簡単であ
る。そして直流励磁を発生することなく、時比率60%
で安定に動作でき、たとえばスイッチング素子、スイッ
チング・トランス等の部材の電力容量が同じ場合でも、
時比率40%の従来のフォワード・コンバータに比して
約1.5倍の電力を供給可能である。
なお本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、
例えば第2図に示すように、ダイオード17のカソード
をダイオード16のアノードに接続し、ダイオード18
のアノードをダイオード19のカソードに接続しても良
い。この場合も略、第1図に示す実施例と同様の効果を
秦することができる。
「発明の効果1 以上のように本発明によれば偏磁現象を生じることなく
時比率を高めることができ、それによってスイッチング
・トランスの利用効率を高め得、スイッチング素子の耐
圧を低くでき、大きな電力を取出すことが可能なスイッ
チング電源回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の一実施例を示す回路図、第2図は本発
明の他の実施例の要部を示す回路図、 第3図は従来および本発明のフォワード・コンバータの
動作を比較して示す波形図、第4図ないし第6図は各別
の従来のフォワード・コンバータの一例を示す回路図で
ある。 11  ・・・  直流電源 12.14.15・・・  スイッチング素子13  
・・・  スイッチング・トランス13A、 13B・
・・  一次巻線 13C・・・  二次巻線 16〜19  ・・・  ダイオード 第1図 第2 図 第3 図 第41図 手続補正書 1.事件の表示 特願昭61−005586号 2、発明の名称 フォワード型スイッチング電源回路 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 菊水電子工業株式会社 4、代理人 東京都千代田区霞が関3丁目7番2号 UBEビル5、
自発補正 6、補正の対象 発明の名称、明細書0図面 7、補正の内容 (1、発明の名称を「フォワード型スイッチング電源回
路」と補正する。 (2、特許請求の範囲を別紙の通り補正する。 〈3)明細書第3頁第5行及び第3頁第6行の「は、ス
イッチング・トランスが同じであれば。 印加電圧」を「は、印加電圧」と補正する。 (4)同第4頁第3行〜第4頁第5行の「この時の・・
・・・・・・・値を設定する。」を「この時の逆起電圧
をEi程度になる様にCRスナバ−5の値を設定しても
一般にスイッチング・トランジスタの耐圧は最低2Ei
必要となる。」と補正する。 (5)同第5頁第3行の「第8図」を「第6図」と補正
する。 (6)同第5頁第20行の「が−Eiに」を「がEiに
」と補正する。 (7)同第10頁第2行の「Φset≦ΦresJを「
Φset≦Φres、但し、npl =np2 Jと補
正する。 (8)同第10頁第4行の[Ton≧2ToffJを[
Ton≦2丁offJと補正する。 (9)同第10頁第7行、第10頁第9行。 第10頁第12行に夫々「第3図」とあるを「第3図」
と補正する。 (10)同第11頁第2行の「そして直流励磁を」を「
そして偏磁現象を」と補正する。 (11)同第11頁第4行及び第11頁第5行「の部材
の」を「の部品の」と補正する。 (12)図面中、第1図及び第2図を別紙の通り補正す
る。 2、特許請求の範囲 直流電源と、この直流電源に2組の一次巻線を直列に接
続したスイッチング・トランスと、上記直流電源と各一
次巻線との接続点および一次巻線相互の直列接続点にそ
れぞれ介挿した第1.第2゜第3のスイッチング素子と
、上記一次巻線の各端部と上記直流電源との間に介挿さ
れ上記一次巻線に発生する逆起電力を上記直流電源に回
生ずるダイオードとを具備する2−L2二二1Ji−ス
イッチング電源回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 直流電源と、この直流電源に2組の一次巻線を直列に接
    続したスイッチング・トランスと、上記直流電源と各一
    次巻線との接続点および一次巻線相互の直列接続点にそ
    れぞれ介挿した第1、第2、第3のスイッチング素子と
    、上記各一次巻線の各端部と上記直流電源との間に介挿
    され上記一次巻線に発生する逆起電力を上記直流電源に
    回生するダイオードとを具備するスイッチング電源回路
JP61005586A 1986-01-14 1986-01-14 フォワード型スイッチング電源回路 Granted JPS62163568A (ja)

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