JP3539852B2 - スイッチング電源 - Google Patents
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Description
【発明の属する分野】
本発明はフォワード型スイッチング電源の高効率化、
電流振動の低減に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来の回路を示す。この回路はフォワード型コンバータの一種で２石式フォワードコンバータと呼ばれている。この回路の場合、寄生インダクタンス３２や、トランスのリーケージインダクタンス３４、トランス３の一次容量１２及び、ダイオード８のリカバリー電流の影響で、スイッチ素子２、５がターンオンしたときに、図６に示したように大きなサージ電流が発生し、ターンオン損失の増大や、電流波形に振動を発生させる原因になっていた。また、急峻な電流の変化はサージ電圧を発生し、出力側の整流及び転流ダイオード８に大きな逆耐圧が必要となる。このため、それぞれのダイオードに、サージ吸収用のスナバ回路３４、３５、３６、３７が必要となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本願は、ターンオン時の電流波形の振動を制限できるフォワードコンバータを供給するものである。
【０００４ 】
【課題を解決するための本発明の手段】
本願は直流電源に接続された、２個のスイッチ素子と寄生容量を有したトランスの１次巻線との直列回路から成るスイッチング回路と、前期トランスの２次巻線より、整流かつ平滑して、出力に直流電力を供給する整流回路とを備えた２石式フォワードコンバータにおいて、２個のスイッチング素子がターンオンした時の立ち上がり電流を、インダクタンスを設けることによって制限する。これにより、整流回路にも大きなサージ電圧が発生しなくなるので、スナバ回路が不要になる。また、電流振動も無くなるので、制御系が安定して動作する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例回路図である。基本的には２石式フォワードコンバータである。絶縁型のスイッチング電源であり、１次側は直流電源１、スイッチ素子２、トランス３の１次巻線４、スイッチ素子５から成る直列回路で構成される。また、２次側は、トランス３の２次巻線６、ダイオード７、ダイオード８から成る直列回路と、ダイオード８に並列に接続された、インダクタンス９、キャパシタンス１０から成る直列回路と、キャパシタンス１０に並列に接続された負荷抵抗１１で構成される。
【０００６】
トランス３には巻線の寄生容量、キャパシタンス１２がある。これは、それぞれの巻線に並列に接続されたように寄生しているが、巻数比で変換して、トランス３のいずれかの巻線に接続されたように、等価的にまとめることが出来る。インダクタンス１３はスイッチ素子２とトランス３に１次巻線４の巻き始め側に直列に接続されている。これは、巻線のリーケージインダクタンスと、回路の寄生インダクタンスも含んだ合成インダクタンスである。
【０００７】
直流電源の正極側にカソードが接続され、トランス３の１次巻線４の巻終わりにアノードが接続されたダイオード１４と、トランス３の１次巻線４の巻き始めにカソードが接続され、直流電源の負極側にアノードが接続されたダイオード１５は、トランス３の励磁エネルギーをリセットするためのものである。また、直流電源の正極側にカソードが接続され、トランス３の１次巻線４の巻き始めにアノードが接続されたダイオード１６と、スイッチ素子２とインダクタンス１２の接点にカソードが接続され、直流電源の負極側にアノードが接続されたダイオード１７は、インダクタンス１２のエネルギーをリセットするためのものである。
【０００８】
次に、これの動作について図1と図7を用いて説明する。スイッチ素子２、５がオフの状態から、ターンオンすると、トランス３は１次側の電流が巻き数比で変換された２次側の出力電流と同じ値になるまで短絡状態であるため、直流電源１の電圧はインダクタンス１３に印加される。このため、スイッチ素子２、５に流れる電流は、直流電源１の電圧をＶｃｃ、インダクタンス１３の値をＬとすると、Ｖｃｃ／Ｌの傾きを持って上昇する。図7の式▲２▼は、この期間ｔ１を表したのである。
【０００９】
スイッチ素子２、５に流れる電流がトランス３の巻数比で変換された出力電流Ｉｏに達すると、インダクタンス１３とトランス３の寄生容量１１によって共振が始まり、トランス３の１次巻線４の電圧が上昇し始める。
【００１０】
この電圧の上昇に合わせて、トランス３の２次巻線６の電圧も徐々に上昇する。そしてこの電圧が出力電圧を超えると、１側から２側へ電流を流すことが出来るようになる。この時、従来の方式と比較して、整流、転流のためのダイオード７、８に印加される電圧の変化が緩やかに行われるため、特に、転流ダイオード８のリカバリー電流による影響を抑えることが出来る。
【００１１】
また、スイッチ素子２、５には、図７のｔ２の期間のように共振電流が流れる。図７の▲３▼式はｔ２を表した関係式である。また、ｔ２における最大ピーク電流Ｉｐは、図７の▲１▼式で表す事ができる。▲１▼式中でｎは、トランス３の１次巻線４の巻数をｎ１、２次巻線６の巻数をｎ２とすると、ｎ１／ｎ２である。共振動作によって、キャパシタンス１１の電圧が上昇し入力電圧まで達すると、インダクタンス１３に逆方向の電圧が発生しようとするが、ダイオード１６によって、スイッチ素子２の両端の電圧にクランプされ、電流振動の原因になる共振のエネルギーをスイッチ素子のオン電圧を使ってにリセットする。
【００１２】
オン期間にリセット出来なかったエネルギーはスイッチ素子２、５のターンオン時にダイオード１６、１７を通して直流電源１へ回生される。この時の期間ｔ３は図7の▲４▼式で表す事ができる。
【００１３】
以上の動作によって、スイッチ素子のターンオン損失を低減し、電流の振動を
抑えることが可能となる。
【００１４】
図２、３、４は本発明の他の実施例回路図である。図２はトランス３の一次巻
線４の巻終わりにインダクタンス１３を移動させた例である。図３はインダクタンス１７を図２と同じ箇所に追加した例である。図４はダブルフォワードと呼ばれる回路に本発明の回路を施した例である。図４の回路においても、図２、３と同じように変更できる。
【００１５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば構成簡単にして、効率改善、
電流振動抑制機能を電源に施すことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例回路図
【図２】本発明の他の実施例回路図
【図３】本発明の他の実施例回路図
【図４】本発明の他の実施例回路図
【図５】従来の実施例回路図
【図６】従来の電流波形
【図７】本発明の電流波形
【符号の説明】
１ 直流電源
２，５，２１，２４ スイッチ素子
３，２２ トランス
４，２３ トランスの１次巻線
６，２５ トランスの２次巻線
７，８，１３，１４，１５，１６，１９，２０，２６，２８，２９，３０，３１ダイオード
９，１３，１８，３２，３３ インダクタンス
１０，１２，２７３６，３７ キャパシタンス
１１ 負荷
３４，３６ 抵抗
Claims (5)
- 直流電源に接続された、２個のスイッチ素子と寄生容量とを直列に接続し、前記寄生容量とトランスの１次巻線とを並列に接続した回路から成るスイッチング回路と、前記トランスの２次巻線より、整流かつ平滑して、出力に直流電力を供給する整流回路とを備えた２石式フォワードコンバータからなるスイッチング電源において、前記スイッチング回路は、前記トランスの１次巻線の一方及び／又は他方に、第一のダイオードのカソードを、第二のダイオードのアノードを、それぞれ接続し、前記第一のダイオードのアノードを前記一方のスイッチ素子の一方端に接続し、前記第二のダイオードのカソードを前記他方のスイッチ素子の他方端に接続し、前記寄生容量の一方端及び／又は他方端と前記一方のスイッチの他方端及び／又は前記他方のスイッチの一方端との間にインダクタンスを接続してあり、このインダクタンスは、前記２個のスイッチング素子がターンオンした時の立ち上がり電流を制限するようにしてあることを特徴とするスイッチング電源。
- 請求項１記載の２石式フォワードコンバータからなるスイッチング電源において、前記インダクタンスは前記トランスに直列に設けた外付けインダクタンスであることを特徴とするスイッチング電源。
- 請求項１又は２記載の２石式フォワードコンバータからなるスイッチング電源において、前記インダクタンスに貯えられたエネルギーを前記インダクタンスを通して循環して消費させることを特徴とするスイッチング電源。
- 請求項３記載の２石式フォワードコンバータからなるスイッチング電源において、前記スイッチ素子のオン抵抗を小さくして電力損失を小さくしたことを特徴とするスイッチング電源。
- 直流電源に接続された、２個のスイッチ素子と寄生キャパシタンスとを直列に接続し、前記寄生キャパシタンスとトランスの１次巻線とを並列に接続した回路が２組並列に構成されたスイッチング回路と、前記トランスのそれぞれの２次巻線より、整流かつ平滑して、並列接続した出力に直流電力を供給する整流回路とを備えた、ダブルフォワードコンバータからなるスイッチング電源において、前記２組のスイッチング回路は、それぞれ、前記トランスの１次巻線の一方及び／又は他方に、第一のダイオードのカソードを、第二のダイオードのアノードを、それぞれ接続し、前記第一のダイオードのアノードを前記一方のスイッチ素子の一方端に接続し、前記第二のダイオードのカソードを前記他方のスイッチ素子の他方端に接続し、前記寄生キャパシタンスの一方端及び／又は他方端と前記一方のスイッチの他方端及び／又は前記他方のスイッチの一方端との間にインダクタンスを接続してあり、このインダクタンスは、前記それぞれ２個のスイッチング素子がターンオンした時の立ち上がり電流を制限するようにしてあることを特徴とするスイッチング電源。
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|---|---|---|---|
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| JP33810397A Expired - Fee Related JP3539852B2 (ja) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | スイッチング電源 |
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1997
- 1997-11-21 JP JP33810397A patent/JP3539852B2/ja not_active Expired - Fee Related
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