JPWO2007116464A1 - 電源回路及びそれを用いた電子装置及び電源回路の偏励磁防止方法 - Google Patents

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Abstract

電源回路を構成するコンバータの１次側主回路部にコンデンサなどの余分な素子を追加することなく、偏励磁防止を行うために、主トランスＴ１の一次巻線Ｎ１に、スイッチＱ１〜Ｑ４により電流方向を切り替えながら電流を供給してコンバート作用を行う電源回路において、主トランスＴ１に補助巻線Ｎ３を設けるとともに、該補助巻線Ｎ３にコンデンサを直列接続し、該コンデンサにより偏励磁成分を抑制するようにした。

Description

本発明は、スイッチングコンバータ等に適用され、スイッチング電源の偏励磁を防止して、コンバータを安定に動作させることができる電源回路及びそれを用いた電子装置及び電源回路の偏励磁防止方法に関するものである。
図３は従来のフルブリッジ型コンバータによる電源回路を示す回路図である。図３において、Ｖｉｎは直流電源、Ｑ１〜Ｑ４は開閉スイッチ、Ｔ１は主トランス、Ｎ１は一次巻線、Ｎ２は二次巻線、Ｄ１，Ｄ２は電流の方向規制ダイオードである。この回路は、スイッチＱ１，Ｑ４とスイッチＱ２，Ｑ３とが夫々１８０度異なる位相差で開閉動作し、主トランスＴ１においてコンバートされた出力を得る。
かかる回路において、コンデンサＣに流れる電流は、スイッチＱ２，Ｑ３が閉じた場合は、図４（ａ）に示すようになり、一方、スイッチＱ１，Ｑ４が閉じた場合は、図４（ｂ）に示すようになり、合わせると、図４（ｃ）に示すようになる。
このコンデンサＣは、フルブリッジ型コンバータの主トランスの一次側に直列に接続され、直流分をカットし、主トランスの偏励磁を防止するものである。
図３、図４に示したように、従来の電源回路では、主トランスの１次側電流が全てコンデンサＣに流れる為、コンデンサＣを流れる電流（許容リップル電流）や耐電圧の面で制約があり、小容量のコンバータには適用できても、大容量の電力変換を行う電源回路の偏励磁防止には適さなかった。
また、電源回路のコンバータの１次側に偏励磁防止用の素子（１例として、コンデンサ等）を付加しなければならないことからスペース、構造的に制約を受けるものとなっていた。
そこで、本発明は、主トランスの偏励磁を防止するとともに、小容量から大容量コンバータまで適用でき、且つ、コンバータの１次側に偏励磁防止用のコンデンサ等の付加は不要となって、スペース、構造的に制約を受けず、設計の柔軟性をもたらすことができる電源回路及びそれを用いた電子装置及び電源回路の偏励磁防止方法を提供することを目的としている。
上述した課題を解決するため、本発明の電源回路は、一次巻線と二次巻線を有する主トランスと、前記主トランスの一次巻線に電流方向を切り替えながら電源からの電流を供給する複数のスイッチと、前記主トランスに設けられる補助巻線と、前記補助巻線に直列接続されたコンデンサとを備えてなるものである。
また、本発明の電源回路において、前記複数のスイッチによりフルブリッジコンバータが構成されることを特徴とする。
また、本発明の電源回路において、前記複数のスイッチによりプッシュプルコンバータが構成されることを特徴とする。
さらに、本発明の電子装置は、一次巻線と二次巻線を有する主トランスと、前記主トランスの一次巻線に電流方向を切り替えながら電源からの電流を供給する複数のスイッチと、前記主トランスの二次巻線に接続され、前記主トランスからの電力が供給される電子機器と、前記主トランスに設けられる補助巻線と、前記補助巻線に直列接続されたコンデンサとを備えてなるものである。
また、本発明は、主トランスの一次巻線にスイッチにより電流方向を切り替えながら電流を供給してコンバート作用を行う電源回路の偏励磁防止方法であって、前記主トランスに補助巻線を設けるとともに、該補助巻線にコンデンサを直列に接続し、該コンデンサにより偏励磁成分を抑制するようにしたことを特徴とする。
本発明の実施の形態１の電子装置を示す回路図である。 本発明の実施の形態２の電子装置を示す回路図である。 従来の電源回路の一例を示す回路図である。 従来の電源回路のコンデンサに流れる電流を示すタイムチャートである。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電子装置を示す回路図である。
図１に示す電子装置は、電源回路１と電子機器３とを備える。電源回路（コンバータ）は、ブリッジ型スイッチングコンバータによる電源回路であり、一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２-１、Ｎ２−２を有する主トランスＴ１と、主トランスＴ１の一次巻線Ｎ１に電流方向を切り替えながら、電源Ｖｉｎからの電流を供給する複数のスイッチＱ１〜Ｑ４と、主トランスＴ１に設けられる補助巻線Ｎ３と、補助巻線Ｎ３に接続されたコンデンサＣとを備えている。
二次巻線Ｎ２-１、Ｎ２−２の出力側には、コンデンサCoutとインダクタンスLoutからなる平滑回路を介して、電源回路１からの電力が供給されて駆動する電子機器３が接続されている。この電子機器３には、携帯電話機やＰＤＡ(Personal Digital Assistant)やＰＣ(Personal Computer)や通信装置や伝送用装置などの各種電子機器が含まれ得る。
この電源回路１は、主トランスＴ１に設けられた補助巻線Ｎ３にコンデンサＣを接続することにより、主トランスＴ１の１次側電流の巻数比に比例した電流をコンデンサにも供給することで、正側（仮にマスタ側と呼ぶ）と負側（仮にスレイブ側と呼ぶ）の不平衡、すなわち電気的には直流分を無くし、主トランスＴ１の偏励磁を防止することで、スイッチング電源の安定動作を可能にする。
以下、本発明の実施の形態の動作について、図１に示す回路図において説明する。
今、スイッチＱ２，Ｑ３が導通して、Ａに示すように、正の半波の電流ルート（Vin（+）→Q3→T1-N1→Q2→Vin（-））と電流が流れ、トランスＴ１の一次巻線Ｎ１に電源電圧Ｖｉｎが印加される。
それと同時に補助巻線Ｎ３にも電圧が誘起され、コンデンサＣを充電する電流が流れる。
次に、スイッチＱ１,Ｑ４が導通して、Ｂに示すように、負の半波の電流ルート（Vin（+）→Q1→T1-N1→Q4→Vin（-））と電流が流れ、トランスＴ１の一次巻線Ｎ１に正のループとは逆の向きに電圧Ｖｉｎが印加される。
同時に、補助巻線Ｎ３にも電圧が誘起され、コンデンサＣを充放電する電流が流れる。
これにより、電気的な動作はＴ１−Ｎ１と直列にコンデンサＣが挿入されたことと同等となり、正、負のスイッチング動作の偏り（直流分）を遮断することが可能となり、１次側のループにコンデンサ等、余分な素子を付加することなく、ブリッジコンバータの偏励磁防止動作を可能にする。
更に本発明の実施の形態では、１次側ループにコンデンサ等の素子を追加することなく、スイッチング動作の偏励磁を防止することが可能となるため、電力変換容量に制約されず適用が可能である。
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る電子装置を示す回路図であり、実施の形態１で示したブリッジコンバータに代わり、プッシュプルコンバータに適用した電源回路１Ａ及びそれを用いた電子装置３を示している。この電源回路（コンバータ）１Ａにおいては、二つのスイッチＱ１,Ｑ２において、直流電源Ｖｉｎからの電流を１８０度切り替えて一次巻線Ｎ１−１又はＮ１−２に供給する。このコンバータにおいても、主トランスＴ１に補助巻線Ｎ３を設け、この補助巻線Ｎ３に直列にコンデンサＣを接続している。動作は図１の場合と同じであり、ここでの説明を省略する。
以上、本発明の実施の形態によれば、主トランスに補助巻線Ｎ３を設けてコンデンサを接続することにより偏励磁防止をすることで、ブリッジコンバータの１次側主回路部に余分な素子を追加することなく、ブリッジコンバータやプッシュプルコンバータ等、偏励磁防止を考慮しなければならない全てのコンバータを用いた電源回路において偏励磁防止制御が可能となる。また、偏励磁防止が行われて効率的に動作し、或いは電源を供給して動作することができる電子装置を得ることができる。
ここでいうスイッチとは、ＦＥＴ(電界効果型トランジスタ)やＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やバイポーラトランジスタやＳＩＴ（静電誘導型トランジスタ）など、スイッチングコンバータのスイッチとして使用される全ての素子を指す。
上述したように、本発明によれば、主トランスの偏励磁を防止するとともに、小容量から大容量コンバータまで適用でき、且つ、コンバータの１次側に偏励磁防止用のコンデンサ等の付加は不要となって、スペース、構造的に制約を受けず、設計の柔軟性をもたらすことができる電源回路及びそれを用いた電子装置、並びに電源回路の偏励磁防止方法を得ることができる。

Claims (5)

  1. 一次巻線と二次巻線を有する主トランスと、
    前記主トランスの一次巻線に電流方向を切り替えながら電源からの電流を供給する複数のスイッチと、
    前記主トランスに設けられる補助巻線と、
    前記補助巻線に直列接続されたコンデンサと
    を備えてなる電源回路。
  2. 請求項１に記載の電源回路において、
    前記複数のスイッチによりフルブリッジコンバータが構成されることを特徴とする電源回路。
  3. 請求項１に記載の電源回路において、
    前記複数のスイッチによりプッシュプルコンバータが構成されることを特徴とする電源回路。
  4. 一次巻線と二次巻線を有する主トランスと、
    前記主トランスの一次巻線に電流方向を切り替えながら電源からの電流を供給する複数のスイッチと、
    前記主トランスの二次巻線に接続され、前記主トランスからの電力が供給される電子機器と、
    前記主トランスに設けられる補助巻線と、
    前記補助巻線に直列接続されたコンデンサと
    を備えてなる電子装置。
  5. 主トランスの一次巻線にスイッチにより電流方向を切り替えながら電流を供給してコンバート作用を行う電源回路の偏励磁防止方法であって、
    前記主トランスに補助巻線を設けるとともに、該補助巻線にコンデンサを直列に接続し、該コンデンサにより偏励磁成分を抑制するようにしたことを特徴とするスイッチングコンバータの偏励磁防止方法。
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