JPS626424B2 - - Google Patents

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JPS626424B2
JPS626424B2 JP54030480A JP3048079A JPS626424B2 JP S626424 B2 JPS626424 B2 JP S626424B2 JP 54030480 A JP54030480 A JP 54030480A JP 3048079 A JP3048079 A JP 3048079A JP S626424 B2 JPS626424 B2 JP S626424B2
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switching element
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switching
power transmission
current
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JP54030480A
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Toshihiro Onodera
Yoichi Masuda
Hiroshi Nakajima
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Priority to CA347,679A priority patent/CA1127247A/en
Priority to FR8005824A priority patent/FR2451671B1/fr
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は昇圧形の高周波スイツチング装置に
関する。
近年、半導体素子特にIC用の小電圧、大電流
の仕様を持つ直流電源として、小形、軽量、高効
率という点からスイツチング式電源が多く用いら
れている。
スイツチング式電源の種類は多く、主なものと
しては単なるチヨツパ形の電力変換器(ジヨンズ
回路、モルガン回路等)やテレビジヨン受像機の
高圧発生回路あるいはインバータ回路(ロイヤー
回路、マクレーベツドホード回路等)がある。し
かしながら、これらの装置はいずれも入力直流電
源の電圧を直接スイツチングするために、スイツ
チング周波数が10kHz前後の低い所では使える
が、100kHz前後になるとスイツチング素子(ト
ランジスタやサイリスタ)の浮遊容量の影響によ
り第1図に示すように出力側に伝達される電圧、
電流波形に激しいリンギングが重畳して、仕様を
満たす設計が困難となる。さらにこのリンギング
の如き過度応答は極端に高い周波数成分を持つた
めに、ノイズとして電源から出て他の機器に悪影
響を及ぼす。しかも第1図のようにスイツチング
素子両端の電圧とそれに流れる電流との波形が重
なることはスイツチング素子の損失が大きいとい
うことであり、電力伝達効率低下の原因となる。
この発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、スイツチング素子が導通になるときはそのス
イツチング素子両端に電圧がなく、またスイツチ
ング素子が断になるときはそのスイツチング素子
に電流が流れていないように電力伝達用のチヨー
クコイルあるいは変成器および共振用コンデンサ
などのパツシブ素子の値とスイツチング素子の導
通時間およびスイツチング周期さらに昇圧比を選
定することにより、不要な過渡応答の発生を防止
するとともに電力伝達効率を向上させた高周波ス
イツチング装置を提供するものである。
以下この発明を実施例により詳細に説明する。
第2図はこの発明の一実施例を示す回路構成図
である。1は直流入力電源であり、この両端に電
力伝達用チヨークコイル2を介してスイツチング
素子3が接続されている。このスイツチング素子
3としては例えばトランジスタが用いられ、その
制御端子3a(トランジスタの場合ベースが相当
する)に抵抗4を介してパルス発生器5からスイ
ツチングパルスが加えられる。スイツチング素子
3の浮遊容量3′はその両端に並列に入る形とな
る。スイツチング素子3の両端にはこの浮遊容量
3′より十分大きい容量を持つ共振用コンデンサ
6とダンパーダイオード7が並列に接続されてい
る。そして、電力伝達用チヨークコイル2に発生
する電圧が整流ダイオード8および平滑ダイオー
ド9で直流化されて出力端子10から負荷11へ
の直流出力として取出される構成となつている。
次に第3図の波形図を参照して動作を説明す
る。今、パルス発生器5から第3図aに示すよう
なスイツチングパルスがスイツチング素子3の制
御信号3aに加えられると、スイツチング素子3
は導通状態となるが、チヨークコイル2が直列に
入つており、かつその導通抵抗がチヨークコイル
2のインピーダンスより十分小さく選んであるの
で、スイツチング素子3には第2図bに示すよう
にt=tS〜t0の間直線的に上昇する電流iCが流
れる。次のt=t0〜tpoの間にスイツチング素子
3は強制的にしや断状態とされるため、電流iC
は急激に零となる。このとき第2図cに示すよう
にt=tS〜tpoの間チヨークコイル2を流れて
いた電流iLは、iCが零になつても慣性があるた
めに共振用コンデンサ6に流れ込む。この結果、
Lは第2図cに示すようにt=tpo〜trの間コ
サインカーブで変化する。一方、共振用コンデン
サ6の両端(スイツチング素子3の両端)の電圧
Cは、第3図dに示すようにチヨークコイル2
の電流iLが慣性により流れ始めると同時に零か
ら立上り、サインカーブで上昇していく。このた
めスイツチング素子3が断になる時点t=tpo
は、その電流iCが零になつてから電圧VCが零か
ら徐々に立上ることになるので、iCとVCの波形
が重なることはない。
スイツチング素子3の両端の電圧VCが上昇し
続け、入力直流電源1の電圧Viと出力端子10
への出力電圧E0との和(Ei+E0)に達すると、整
流ダイオード8が導通状態になるので、チヨーク
コイル2に蓄えられていたエネルギーは整流ダイ
オード8を経て負荷11に供給される。このとき
チヨークコイル2に流れる電流iLはt=tr〜t
Pの間直線的に下降する。但し、このとき平滑コ
ンデンサ9のインピーダンスは負荷11の抵抗の
1/100以下に選んであるものとする。
そして電圧VCが再び(Ei+E0)より小さくな
ると、整流ダイオード8が断の状態となり、電圧
Cはコサインカーブで減少し始めるが、さらに
負の方向に振り返そうとするダンパーダイオード
7があるために零に維持される。このt=tf
dの間ダンパーダイオード7には第3図eに示
すようにダンパー電流iDが流れる。ダンパー電
流iDが流れ終つた時点t=tdでパルス発生器5
から再びスイツチングパルスが出力され、スイツ
チング素子3が導通となつて上述の動作が再び繰
返される。ここでダンパー電流iDが流れている
期間t=tf〜tdではVCは零になつているの
で、スイツチング素子3が次に導通状態になる時
点においてiCとVCの波形が重なることはない。
なお、負荷11に供給される出力電力Pputは出
力電圧E0と第3図fに示す整流ダイオード8に
流れる電流iSとの積をTpo/T倍したものとな
る。ここにTpoはスイツチング素子3の導通時
間、Tはスイツチング周期である。
さて、上述したモード、つまりスイツチング素
子3両端の電圧VCとスイツチング素子3に流れ
る電流iCとが重ならない状態を維持するために
は、スイツチング素子3の導通時間Tpoが適当に
長く、かつチヨークコイル2のインダクタンスL
と共振用コンデンサ6の容量Cとの関係が適切
で、ダンパーダイオード7にダンパー電流iD
流れるようにしなければならない。このモードを
維持するための条件としては、出力電力Pput
スイツチング素子3のスイツチング周波数f(=
1/T)、LおよびCの値が厳しく決められ、ま
たこれらからスイツチング素子3の導通時間Tpo
が一義的に決められる。この関係を計算しグラフ
化したのが第4図であり、出力電圧E0と入力電
圧Eiとの比E0/Ei=1.15一定とし、出力電力Pp
utをパラメータとしたときのLとCとの比の平方
根つまり特性インピーダンスZ0=√と、ス
イツチング周波数fとの関係を示したものであ
る。また各曲線中にTpo/Tの値を示してある。
例えばPput=100W、f=100kHz、Z0=106Ωと
したときのA点を見るとTpo/T≒0.347とな
り、従つてTpo≒3.47μsecとなる。一方、L、
Cが決つていてPputを調整したい場合は、第4
図Z0=106Ωの線α−α′に沿つて見るとPput
50WのP点でTpo/T=0.28かつf=126kHz、ま
たPput=150Wの点でTpo/T=0.385かつf=
83kHzとなる。従つてPputを調整する場合、前記
モードを維持するためにはTpo/Tとfを同時
に、つまりTpoとTを同時に変えなければならな
いことがわかる。
第4図ではZ0=100〜180Ω、Tpo/T=0.276
〜0.447となつているが、実際にはE0/Eiの範囲
も考慮するとZ0=10〜300Ω、Tpo/T=0.2〜0.5
の範囲内に選定すれば、前述したモードが得られ
ることが実験で確認された。特にZ0をこの範囲内
に選べばスイツチング素子3の浮遊容量3′を無
視することもできるようになり、第1図に示した
ようなリンギング波形も生じない。
一方、E0とEiとの関係についてはE0/Ei=1
〜3の範囲内に選定する必要がある。これは
E0/Eiが1より小さいと、つまり降圧形にする
と整流ダイオード8が常に断の状態となつて電力
が出力側に伝達されなくなり、またE0/Eiが3
より大きいと電力伝達用変成器(第1図はE0
i=1の場合であるため、この変成器は省略さ
れている)の洩れインダクタンスが無視できなく
なり、この影響で前記モードが達成されなくなる
からである。従つて、この発明はE0/Eiが3以
下の昇圧形の装置に限定される。
以上詳細に説明したように、この発明によれば
スイツチング素子をスイツチ損失のない理想スイ
ツチに近い状態で使うことができるので、電力伝
達効率が向上する。この効果は第5図から明らか
である。すなわち、第5図aは直流電圧を単にチ
ヨツプしたときのASO(Area Safety
Operation)曲線であり、スイツチング素子が導
通するときや断になるときの過渡期にそれぞれ電
圧、電流が残つているために全体として矩形とな
る。この場合矩形の面積が損失となる。これに対
しこの発明におけるASO曲線は第5図bのよう
になる。すなわちスイツチング素子が断になると
きはその両端電圧が零になつており、一方、導通
になるときは若干電圧は残つているが零になるま
での軌跡長が第5図aと比べてはるかに短くなつ
ていることが分る。従つてスイツチング素子での
損失は非常に少なくなる。
また、この発明によれば上述のようにスイツチ
ング素子が導通になるときはその両端に電圧がほ
とんどなく、断になるときは電流が流れていない
ようにでき、かつスイツチング素子自体の浮遊容
量を無視できるので、第6図に示したスイツチン
グ素子における電圧、電流波形からも明らかなよ
うに、第1図で見られていたようなリンギングの
ごとき不要な過渡応答も発生しない。これは雑音
対策として非常に有効である。なお、この発明は
第2図に示した構成に限定されるものではなく、
例えば電力伝達用チヨーク2は一次と二次の巻数
比が1:n(n≧1)の電力伝達用変成器に置き
換えた場合でも同様に実施可能である。その場合
変成器の一次側インダクタンスをLとしてZ0の範
囲を限定すればよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の高周波スイツチング式電源装置
におけるスイツチング素子の電圧および電流波形
を示す図、第2図はこの発明の一実施例を示す回
路構成図、第3図はその動作を説明するための各
部波形図、第4図はこの発明における各部の数値
の選定条件を説明するためのグラフ図、第5図
a,bはスイツチング素子のASO曲線を示す
図、第6図はこの発明におけるスイツチング素子
の電圧および電流波形を示す図である。 1…入力直流電源、2…電力伝達用チヨークコ
イル、3…スイツチング素子、6…共振用コンデ
ンサ、7…ダンパーダイオード、8…整流ダイオ
ード、9…平滑コンデンサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 入力直流電源に電力伝達用チヨークコイルま
    たは電力伝達用変成器の一次側を介してスイツチ
    ング素子を接続するとともに、スイツチング素子
    と並列共振するよう共振用コンデンサを接続し、
    電力伝達用チヨークコイルまたは変成器の二次側
    に生ずる電圧を整流、平滑して直流出力を得る装
    置において、電力伝達チヨークコイルまたは変成
    器一次側のインダクタンスLと共振用コンデンサ
    の容量Cとの特性インピーダンスZ0=√を
    10〜300の範囲内に選定し、かつ入力直流電源電
    圧Eiに対する出力電圧E0の比E0/Eiが1〜3の
    範囲内に入るようにしてスイツチング素子の導通
    時間Tpoとスイツチング周期Tとの比Tpo/Tを
    0.2〜0.5の範囲内に選定したことを特徴とする高
    周波スイツチング装置。
JP3048079A 1979-03-15 1979-03-15 Single-ended high-frequency-switching-type power supply Granted JPS55122478A (en)

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JP3048079A JPS55122478A (en) 1979-03-15 1979-03-15 Single-ended high-frequency-switching-type power supply
GB8008216A GB2050081B (en) 1979-03-15 1980-03-11 High frequency switching regulator circuit
US06/129,405 US4318164A (en) 1979-03-15 1980-03-11 High frequency switching circuit having preselected parameters to reduce power dissipation therein
DE3009963A DE3009963C2 (de) 1979-03-15 1980-03-14 Hochfrequenz-Schaltkreis
CA347,679A CA1127247A (en) 1979-03-15 1980-03-14 High frequency switching circuit having preselected parameters to reduce power dissipation therein
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JPS6122771A (ja) * 1984-07-10 1986-01-31 Matsushita Electric Works Ltd 電源装置
DE3427492A1 (de) * 1984-07-26 1986-01-30 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Schaltungsanordnung zum schalten des stromes in einer induktiven last
DE19745008A1 (de) * 1997-10-11 1999-04-15 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Steuerung des Schaltverhaltens eines Durchflußwandler-Stellgliedes sowie Durchflußwandler

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