JPH11155283A - スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フォワード型スイッチング電源の効率改善、
回路に流れる電流の振動低減を安価な方式で実現する。 【構成】 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。そうすると、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、３
５、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。 （３）

【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１
６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 （４） 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ｔ
２の期間のように共振電流が流れる。図７の式は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の式で表す事ができる。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１
６、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の式で表す事ができる。

【００１３】 （５） 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 （６） 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 (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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におい
   て、前記スイッチング回路は、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ための
   インダクタンスを備えていることを特徴とする２石式フ
   ォワードコンバータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の２石式フォワードコンバ
   ータ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
   ２石式フォワードコンバータ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の２石式フォワードコンバ
   ータにおいて、前記インダクタンスは前記トランスのリ
   ーケージインダクタンスであることを特徴とする２石式
   フォワードコンバータ。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載された
   ２石式フォワードコンバータにおいて、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２石式フォワ
   ードコンバータ。
5. 【請求項５】 請求項４の２石式フォワードコンバータ
   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２石式フォワード
   コンバータ。
6. 【請求項６】 直流電源に接続された２個のスイッチン
   グ素子と、寄生キャパシタンスを有したトランスの１次
   巻線との直列回路が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
   整流回路を備えた、ダブルフォワードコンバータにおい
   て、前記２組のスイッチング回路はそれぞれ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
   限するためのインダクタンス （２） をそれぞれ設けたことを特徴とするスイッチング電源。