JPH114578A

JPH114578A - 電圧変換装置

Info

Publication number: JPH114578A
Application number: JP19174597A
Authority: JP
Inventors: Masashi Mukogawa; 政志向川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【目的】広い動作範囲で、電圧共振動作が可能な、ノイ
ズ発生が少なく、電力変換効率の高い、高性能な電圧変
換装置を提供する。電力損失の少ない、自動電圧切り替
え回路及び突入電流防止回路を実現する。【構成】スイッチング方式の電圧変換装置において、電
圧変成器回路に、一次巻き線を直列に接続したフライバ
ックタイプとフォワードタイプの電圧変成器を使用し、
一次巻き線の漏洩磁束と一次巻き線に並列に接続した、
共振コンデンサーにより、電圧共振動作を行わしめ、同
時に、前記フォワードタイプの電圧変成器の二次巻き線
の出力を磁気増幅器回路により、部分的にパルス幅制御
する事により、共振動作の完結を計った。また、自動入
力電圧切り替え回路、及び突入電流保護回路にＭＯＳＦ
ＥＴを使用して、電力損失の低減と、回路構成の簡単化
を計った。

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］この発明は、電子機器の電力供給
装置として、広く用いられている、スイッチング方式の
電圧変換装置に関する。

【０００１】［従来の技術］フライバックタイプとフォ
ワードタイプの電圧変成器の一次巻き線を直列に接続
し、二次巻き線を並列に接続し、一次回路に設けられた
制御回路により、パルス幅制御を行う電圧変換装置は既
に開発され、一部実用化されている。又、自動電圧切り
替え回路や、突入電流防止回路としては、トライアック
をスイッチング素子として用いる技術が広く用いられて
いる。

【０００２】［解決すべき課題］スイッチング方式の電
圧変換装置では、電圧共振動作が理想的な動作形態であ
る事は良く知られている。しかし、完全な電圧共振方式
の電圧変換装置は、まだ実現していない。又、従来の自
動電圧切り替え回路や、突入電流防止回路に用いられる
トライアックは、順方向電圧が高く、装置の電力効率低
下の原因になつていた。更に、電圧共振動作の大きな欠
点は、その高い共振電圧の発生である。

【０００３】［課題を解決する為の手段］この発明で
は、電圧変成器回路に、一次巻き線を直列に接続され
た、、フライバックタイプとフォワードタイプの二つの
電圧変成器を用い、フォワードタイプの電圧変成器の二
次巻き線回路に設けられた磁気増幅器により、フォワー
ドタイプの電圧変成器からの二次出力パルスのパルス幅
を制御する事により、部分的に出力電圧を制御し、最終
的には、一次側ＰＷＭにより、出力電圧の制御を行わし
めた。又、１００Ｖ地区或いは２００Ｖ地区のいずれに
おいても、自動的に対応し得る様に、電力損失の少ない
ＭＯＳＦＥＴを用いた電圧自動切り替え回路及び突入電
流防止回路を設けた。更に、電圧共振動作の欠点であ
る、高い共振電圧を防止する為に、ＭＯＳＦＥＴを用い
た電圧クランプ回路設けた。

【０００４】［作用］従来の技術で、電圧共振動作が完
結出来なかった原因の一つは、共振動作が終わりに近ず
くと、二次回路が導通し、共振電圧が、その時点でクラ
ンプされる事にあった。この発明では、フォワードタイ
プの電圧変成器からの出力電圧の制御は、二次側に設け
られた、磁気増幅器回路によつて部分的に行われてい
る。この場合、フォワードタイプの電圧変成器の二次出
力回路に接続されている、可飽和チョークコイルがＯＦ
Ｆ状態にある間は、一次回路と二次回路は電気的に分離
された状態にあるので、一次側の共振動作は、二次回路
の状態に無関係となり、その共振動作を完結する事が可
能となる。一方、共振動作に伴って発生する共振電圧
は、入力電圧と出力電力に比例して上昇するので、高入
力電圧、高出力動作では、そのピーク値は、非常に高い
値となり、実用的な装置実現の障害となる。この発明で
は、この現象を防止する為に、一次側ＰＷＭを同時に実
施する事により、過度な共振電圧の上昇を防止するとと
もに、最終的な出力電圧の安定化を実現している。又、
この発明では、自動電圧切り替え回路と、突入電流防止
回路にＯＮ抵抗値の低いＭＯＳＦＥＴを採用する事によ
り、装置の電力効率の低下を防止している。更に、この
発明では、出来るだけ耐電圧の低い半導体装置を使用
し、コストの上昇と、電力効率の低下を防ぐ目的で、Ｍ
ＯＳＦＥＴによる電圧クランプ回路を採用した。

【０００５】［実施例］次に、この発明の一実施例を、
図面を参照して説明する。［図１］は、この発明による
電圧変換装置の一実施例のブロック回路図である。図に
おいて、１，１’は入力端子を示し、ここから交流入力
電力が供給される。２は、突入電流防止回路であり、３
は整流ブリッジである。４は、自動電圧切り替え回路を
示し、５及び６は、静電容量の等しい、平滑コンデンサ
ーである。制御回路１９は、設定周波数でパルス電力を
発生してスイッチング素子２０を駆動する。７及び２２
は、それぞれフォワードタイプタイプ及びフライバック
タイプの電圧変成器である。電圧変成器７及び２２は、
それぞれ一次巻き線８及び２３を持ち、二次巻き線１０
及び２４を持っている。コンデンサー２１は、電圧変成
器の漏洩インダクタンスとＬＣ共振回路を構成する。ス
イッチング素子の寄生容量が、十分大きい場合は、この
コンデンサーは省略する事が出来る。各電圧変成器の二
次巻き線には、それぞれ整流器１２及び２５が接続さ
れ、二次巻き線に発生した高周波の電力を直流の脈流に
変換する。この脈流は、コンデンサー１５により平坦な
直流電力に変換され、出力端子１７、１７’を経て負荷
へ供給される。フォワードタイプの電圧変成器７の二次
巻き線１０には、可飽和チョークコイル１１が接続され
ている。この可飽和チョークコイルは、整流器、１３、
抵抗器１４及び、電圧検出回路１６とで磁気増幅回路を
構成し、出力電圧を一定に保つ様にパルス幅制御動作を
行つている。磁気増幅回路は、必要がある場合には、
［図２］に示す様に、可飽和チョークコイル１１’及び
整流器１３’を追加する事によって、フライバックタイ
プの電圧変成器の二次巻き線回路にも設ける事が出来
る。磁気増幅器回路は単独でも、全動作範囲で、出力電
圧の制御を行う事が出来るが、全動作領域を磁気増幅器
回路のみで制御すると、入力電圧が高い場合には、共振
電圧も高くなるので、制御が浅い場合は、主として磁気
増幅器回路によって電圧制御を行い、制御が深くなるに
従い、一次側ＰＷＭ制御に移行した方が良い。磁気増幅
器回路の最深制御点は、抵抗器１４の値によって設定す
る事が出来る。更に、より簡単な方法としては、磁気増
幅器回路を省略し、整流器１２に適当な値の抵抗器を並
列に接続する事により、可飽和チョークコイル１１に、
常に一定のリセット電流を流す事によつても、ほぼ同様
な効果を得る事が出来る。

【０００６】更に、［図３］に示す様に、フライバック
タイプの電圧変成器の二次巻き線２４を、フォワードタ
イプの電圧変成器の二次巻き線１０と直列に動作する様
に接続する事も可能である。この場合、フォワードタイ
プの電圧変成器の出力回路には、独立に電圧検出回路１
６’を設ける必要がある。そして、勿論の事であるが、
電圧検出回路１６’の設定電圧値は、電圧検出回路１６
の設定電圧値より低い事が必要である。

【０００７】又、［図４］は、突入電流防止回路の回路
図である。ここで、［図４］（ａ）は、交流入力配線に
設けられた、突入電流防止回路を示し、［図４］（ｂ）
は、直流電力配線に設けられた、突入電力防止回路の回
路図である。図において、３０，３１はＭＯＳＦＥＴ
で、ゲート端子に接続されている抵抗器３２，３５、整
流器３７及びコンデンサー３３は、バイアス回路と遅延
回路を形成しており、定電圧ダイオード３４は、保護回
路の役目を果たしている。図示されていない電源スイッ
チがＯＮされ、入力交流電力が入力端子１及び１’に印
加されると、電流は、抵抗器３６を通ってゆっくりと、
平滑コンデンサー５及び６を充電する。同時に抵抗器３
５及び整流器３７を通して、電流がゲート端子に流れ込
み、コンデンサー３３をゆっくりと充電する。コンデン
サー３３の両端の電圧が、ＭＯＳＦＥＴのゲート遷移電
圧に達すると、ＭＯＳＦＥＴがＯＮ状態に移り、入力電
力は、ＭＯＳＦＥＴ５及び６を通して、平滑コンデンサ
ーに供給される事になる。［図４］（ｂ）は、直流回路
に用いられる突入電流防止回路であるが、この場合は、
流れる電流が直流であるのでＭＯＳＦＥＴは一つだけで
良い事になる。

【０００８】［図５］は、自動電圧切り替え回路の回路
図である。図において、４１，４２は、ＭＯＳＦＥＴ
で、回路の主スイッチング素子である。ＭＯＳＦＥＴ４
１，４２は、ソース電極で互いに逆方向向きに接続さ
れ、それぞれのドレイン電極は、それぞれ、入力端子
１’及び平滑コンデンサー５，６の中間接続点に接続さ
れている。回路に、電圧が印加されると、電流が抵抗器
４６を通して流れ込み、コンデンサー４４を充電する、
コンデンサー４４の両端の電圧が、ＭＯＳＦＥＴのゲー
ト遷移電圧値に達すると、ＭＯＳＦＥＴ４１，４２がＯ
Ｎ状態に遷移し、入力端子１’と、平滑コンデンサー
５，６の中間接続点が直結され、整流回路は、倍電圧整
流回路として動作する。この場合、抵抗器４６，４３及
びコンデンサー４４は、バイアス回路及び遅延回路を形
成し、定電圧ダイオード４５はゲート電極に異常電圧の
加わるのを防止している。ここで、遅延回路は、入力電
圧の印加直後或いは、電力の瞬断時等に、回路が異常動
作をしない様な適当な時定数に設定される。抵抗器４
８，５０，５２コンデンサー５１定電圧ダイオード４９
及びＮＰＮトランジスタ４７は、電圧検出回路を形成し
ている。入力交流電圧が上昇し、整流された直流電圧値
が高くなり，抵抗器４８及び５０の接続点の電圧が、定
電圧ダイオードの設定電圧値に達すると、電流がＮＰＮ
卜ランジスタ４７のベース電極に流れ、トランジスタ４
７はＯＮする。その結果ＭＯＳＦＥＴ４１，４２のゲー
ト電極が短絡し、ＭＯＳＦＥＴ４１，４２はＯＦＦ状態
に遷移する。そして、入力端子１’と、平滑コンデンサ
ー５，６の中間接続点の接続が断たれ、整流回路は、通
常の全波整流回路に戻る。

【０００９】［図６］は、共振電圧クランプ回路の回路
図である。図において、ＭＯＳＦＥＴ６０のドレイン電
極は、フォワードタイプの電圧変成器の二次巻き線１０
に接続され、ソース電極は、コンデンサー６４に接続さ
れている。定電圧ダイオード６１，抵抗器６２、コンデ
ンサー６３はＭＯＳＦＥＴ６０のベース電極を一定の電
圧に保つ為の定電圧回路を形成する。巻き線１０に発生
した電圧が共振状態に入り次第に下降するとと、コンデ
ンサー６４はＭＯＳＦＥＴ６０の寄生ダイオードによつ
て負に充電される。共振電圧がピーク値を過ぎて下降し
始めると、コンデンサー６４の充電電圧が、定電圧回路
の電圧よりも低い間は、ＭＯＳＦＥＴ６０がＯＮ状態に
あるので、コンデンサー６４の電荷は、ＭＯＳＦＥＴを
通じて放電する。コンデンサー６４の電圧が低電圧回路
の電圧とＭＯＳＦＥＴ６０の遷移電圧の和より低くなる
と、ＭＯＳＦＥＴ６０はＯＦＦに遷移し、コンデンサー
６４の放電は止まり、一定電圧が保持される。次の共振
サイクルでは、共振電圧は、コンデンサー６４の充電電
圧に達するまでは、自由に下降するが、充電電圧に達す
るとＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを通じて、コンデン
サー６４への充電が始まる。コンデンサー６４の静電容
量は、共振電圧のピーク値が定電圧回路の電圧と、ＭＯ
ＳＦＥＴの遷移電圧の和より僅かに高い点で止まる様に
設定されている。従って、共振電圧は、その電圧でクラ
ンプされる事になる。この回路は、高耐電圧のＰチャン
ネルＭＯＳＦＥＴを使用すれば、同様に一次側で、共振
電圧をクランプする事が可能である。

【００１０】［発明の効果］以上、詳述した様に、この
発明によれば、ほぼ全動作範囲で電圧共振動作が可能
な、ノイズの発生が少なく、電力変換効率の高い、スイ
ッチング方式の電圧変換装置を提供する事が可能であ
る。又、電力損失の少ない、１００Ｖ、２００Ｖ自動切
り替え回路や突入電流防止回路を提供する事が出来る。

【００１１】

【図面の簡単な説明】

【図１】は、この発明による電圧変換装置の一実施例を
示す、ブロック回路図である。

【図２】は、両出力回路に磁気増幅器を接続した場合の
部分回路図である。

【図３】は、二つの電圧変成器の二次巻き線を直列に接
続した場合の、部分回路図である。

【図４】（ａ）は、交流入力回路に設ける、突入電流防
止回路の部分回路図である。（ｂ）は、直流回路に設け
られる突入電流防止回路の部分回路図である

【図５】は、入力電圧自動切り替え回路の部分回路図で
ある。

【図６】は、共振電圧クランプ回路の部分回路図であ
る。

【符号の説明】

１，１’ 入力端子２突入電流防止回路３整流ブリッジ４入力電圧自動切り替え回路５，６一次平滑コンデンサー７フォワードタイプの電圧変成
器８同上一次巻き線１０同上二次巻き線１１，１１’ 可飽和チョークコイル１２，１３，１３’１８，２５
整流器１４，３２，３６，４３，４６，４８，５０，５２，６
２抵抗器１５１５’ 二次平滑コンデンサー１６、１６’ 電圧検出回路１７，１７’ 出力端子１９制御回路２０，３０，３１，４１，４２，５０
ＭＯＳＦＥＴ２１，２７，３３，４４，５１，５３，５４
コンデンサー３４，４５，４９，５１定電圧ダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次巻き線が直列に接続された、フライバ
ックタイプとフォワードタイプの二つの電圧変成器を持
ち、一次巻き線の漏洩磁束と、一次巻き線に並列に接続
された、コンデンサーにより、共振動作を行わしめる、
スイッチング方式の電圧変換装置において、フォワード
タイプの電圧変成器の二次巻き線に接続された磁気増幅
回路により、フォワードタイプの電圧変成器の二次出力
のパルス幅を制御する事により、出力電圧を部分的に制
御し、且つ、一次側ＰＷＭにより、最終的な出力電圧の
安定化動作を行う事を特徴とする電圧変換装置。
【請求項２】整流ブリッジと、二つ、又は二組の直列に
接続された等しい容量の平滑コンデンサーを主構成要素
とする、一次整流回路において、入力端子の一方と、前
記二つの平滑コンデンサーの中間接続点間をソース電極
を接続点として、互いに逆向きに接続され、ゲート電極
にバイアス回路と電圧検出回路が接続されたＭＯＳＦＥ
Ｔが接続されている事を特徴とする、入力電圧切り替え
回路。
【請求項３】交流入力配線、又は一次整流回路の平滑コ
ンデンサー直前の電力配線に、ゲート電極にバイアス回
路と遅延回路が接続されたＭＯＳＦＥＴと、抵抗器が接
続されている事を特徴とする、突入電力防止回路。
【請求項４】共振電圧発生点と、適当な容量のコンデン
サー間をゲート電極が固定バイアス点に接続されている
ＭＯＳＦＥＴで接続されている事を特徴とする、電圧ク
ランプ回路。