JPH01291660A - サージ電圧抑制回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 スイッチング電源におけるサージ電圧抑制回路に関し、 スイッチング電源を構成するトランジスタのターンオン
時及びターンオフ時に、ダイオードに発生するサージ電
圧を抑制することを目的とし、開閉用トランジスタ、可
飽和磁心、インダクタンス、整流用ダイオード、平滑用
コンデンサを有する昇圧型コンバータにおいて、 上記可飽和磁心の２次側巻線と上記インダクタンスの２
次側巻線の一端を接続し、該２次側巻線の他端にダイオ
ードと抵抗とを直列に接続するよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、スイッチング電源におけるサージ電圧抑制回
路に関する。

スイッチング電源には、逆位相でオン・オフするトラン
ジスタＴｒとダイオードＤが存在するが、トランジスタ
Ｔｒがターンオンした瞬間にダイオードＤがオフになる
わけでなく、ダイオードＤの蓄積電荷により逆方向電流
がパルス状に流れる。この時回路内にあるダイオードＤ
と布線に寄生したインダクタンスにエネルギーを蓄積す
ることになリ、ダイオードＤがオフになった時に過大な
サージ電圧を発生し、またこれに起因して出力端子に大
きなノイズが発生する。

このサージ電圧を抑制する回路が種々検討されており、
今回昇圧型コンバータにおけるサージ電圧抑制回路を提
案するものである。

〔従来の技術〕

従来の昇圧型コンバータにおけるサージ電圧抑制回路の
回路図を第３図に示す。図において、１は開閉用トラン
ジスタＴｒ、２は可飽和磁心５Ｒ３３はインダクタンス
Ｉ７．４は整流用ダイオードＤ、５は平滑用コンデンサ
Ｃ１６は入力直流電源Ｅ、７は負荷ＲＬ、８はＲＣスナ
バ回路を示す。

昇圧型コンバータは、開閉用トランジスタｌのオン・オ
フのスイッチングにより入力直流電源６の入力電圧を昇
圧して、負荷７に直流電圧を供給する回路である。開閉
用トランジスタ１のベース電圧のオン・オフにより、ト
ランジスタのコレクタ電流ｉｃがオン・オフし、インダ
クタンス３に蓄積された電荷が整流用ダイオード４を通
してコンデンサ５に蓄積され、負荷７に放電電圧Ｖｃが
供給される。例えば入力室Ｈ６の直流電圧を５Ｖとすれ
ば、負荷７に供給される電圧ＶｃはＩＯＶの一定電圧に
なる。スイッチング電源として逆位相でオンオフするト
ランジスタ１とダイオード４とは、トランジスタがオン
したときはダイオードがオフしトランジスタがオフした
ときはダイオードがオンするが、トランジスタ１がター
ンオンした瞬間にダイオード４がオフになるわけでなく
、ダイオード４の蓄積電荷により逆方向電流ｉｏがパル
ス状に流れる。この時回路内のダイオード４＋布線の畜
生インダクタンスにエネルギーが蓄積され、ダイオード
４がオフになった時、過大なサージ電圧を発生し、また
これに起因して出力端子に大きなノイズが発生する。こ
のサージ電圧発生の主要因であるダイオード４の逆方向
電流１．を阻止する手段として可飽和磁心２が用いられ
ている。

可飽和磁心２は飽和状態のときはインダクタンスが低く
、非飽和状態のときはインダククンが高いので、可飽和
磁心２の飽和、非飽和状態によりトランジスタ１のター
ンオン即ちコレクタ電流の立上がり時間と、ターンオフ
即ちコレクタ電流の立下がり時間とを制御して、トラン
ジスタ１をオンオフする。

しかし可飽和磁心２だけであると、トランジスタ１のタ
ーンオン時にダイオード４の逆方向電流ｉ、は可飽和磁
心２の高インダクタンスにより抑えられており、このと
き可飽和磁心２は飽和状態から非飽和状態になり、トラ
ンジスタ１がオン期間中は非飽和の状態を保っている。

このため次にトランジスタ１がターンオフした時、ダイ
オード４に流れる順方向電流も可飽和磁心２の高・イン
ダクタンスによって阻止されることになり、トランジス
タ１に過大なサージ電圧が発生してトランジスタ１にス
トレスを与える。

ダイオード４の両端に発生するサージ電圧や、。

これに起因して出力端に大きなノイズが発生するが、そ
の対策としてダイオード４の両端に抵抗とコンデンサの
直列回路よりなるＲＣスナバ回路８を付加する方法が一
般的である。しかしサージ電圧発生の主要因がダイオー
ドの逆方向電流であることを考えると、これを阻止する
方が効果的な対策であり、その手段として可飽和磁心２
の利用が考えられている。しかし可飽和磁心２のみでは
、ダイオード４の逆方向電流を阻止する高インダクタン
スがダイオード４の順方向電流も阻止することになり、
逆にトランジスタスイッチＩの両端にサージ電圧が発生
する。

〔発明が解決しようとする課題〕

したがって、スイッチング電源の問題であるトランジス
タのターンオン時及びターンオフ時に、ダイオードに発
生するサージ電圧を抑制するため可飽和磁心の利用によ
る方法だけでは、サージ電圧がトランジスタスイッチの
両端に発生するので、本発明はこれを抑制する回路を提
供することを口約としている。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決する為に、本発明では可飽和磁心とイン
ダクタンスに２次巻線を設けることにより、ｌ・ランジ
スタのターンオン時に発生するダイオードの逆方向電流
を阻止するものである。

第１図に本発明の昇圧型コンバータにおけるサージ電圧
抑制回路の原理構成図を示す。図において、１は開閉型
トランジスタ、４は整流用ダイオード′、５は平滑用コ
ンデンサ、６は直流電源、７は負荷で、昇圧型コンバー
タを構成する。１０は本発明で付加されたサージ電圧抑
制回路で、２次巻線を有する可飽和磁心２０．２次巻線
を有するインダクタンス３０、可飽和磁心２０とインダ
クタンス３０の２次側に接続される整流用ダイオード４
０と抵抗器５０より構成される点線で囲まれた部分であ
る。

〔作用〕

本発明では、可飽和磁心２０とインダクタンス３０の１
次側により従来と同様に、逆位相でオン・オフするトラ
ンジスタ１とダイオード４により発生するダイオード４
の逆方向電流を阻止することが出来る。可飽和磁心２０
は、飽和状態では微小なインダクタンスであり、非飽和
状態ではそのインダクタンスは無限大になる。

まず初めに、トランジスタｌがオフ状態の時はインダク
タンス３０と可飽和磁心２０に電流が流れ、可飽和磁心
２０は飽和状態であり低インダクタンスである。次にト
ランジスタ１がターンオフ及びオフの状態では、オンの
時にインダクタンス３０に蓄積された電荷が放出される
為、可飽和磁心２０は飽和状態を維持するのでサージ電
圧は発生しない。

次にトランジスタ１がターンオンの状態、即ちダイオー
ド４の逆方向電流が発生する状態では、ダイオード４に
蓄積電荷がある領域では逆方向電流が流れるが、飽和磁
心２０に逆方向に電圧がかかるため直ぐに飽和ｆＷ心２
０は非飽和状態になり、その高インダクタンスの為逆方
向電流は阻止される。

このとき２次側に流れる電流は抵抗５０のため逆方向電
流より小さい。ダイオード４が完全にオフになった領域
では、ダイオード、４は蓄積電荷を放出してオフ状態に
なる。このときインダクタンス３０に蓄えられた≠ネル
ギーにより、飽和磁心２０を強制的に飽和状態に戻すこ
とが出来る。

以上の状態を繰り返すことにより、トランジスタ１のオ
ン・オフにより発生するダイオード４によるサージ電圧
を抑制することが出来る。

〔実施例〕

本発明の実施例を第２図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）。

（ｄ）に分解して説明する。図において、Ｔｒは開閉用
トランジスタエ、Ｄは整流用ダイオード４、Ｃは平滑用
コンデンサ５、Ｅは入力直流電源６．１？Ｌは負荷６、
ＳＲは可飽和磁心２０．　Ｌはインダクタンス３０、Ｄ
、−は２次巻線に接続された整流用ダイオード４０、Ｒ
は２次巻線に接続された抵抗５０を示す。

第２図（ａ）はｌ・ランジスタＴｒがオン状態の時で、
＋と−はインダクタンスＩ、及び可飽和磁心ＳＲに発生
する電圧の方向を示す。またｊＣ＋　ｊＯ＋ｊＰはそれ
ぞれインダクタンスＬの１次巻線側、可飽和磁心ＳＲの
１次巻線側、インダクタンスＬと可飽和磁心ＳＲの２次
巻線側に流れる電流及びその方向を示す。Ｔｒがオン状
態のときはコレクタ電流ｉｃがインダクタンスしに流れ
、ダイオードＤに整流方向に電流ｉ。が流れてコンデン
サＣに蓄積される。この電流により可飽和磁心ＳＲの１
次巻線側が飽和状態になり、低インダクタンスとなる。

この時、２次巻線側には整流器り、の方向に電流ｉ。

が流れる。

第２図（ｂ）はトランジスタＴｒがターンオフ及びオフ
状態の時で、上記のオンの時にインダクタンスＬの１次
巻線側に蓄積された電荷が放出されるため、電流ｉ。に
より可飽和磁心ＳＲの１次巻線側は飽和状態を維持する
ので、サージ電圧は発生しない。この時、２次巻線側に
流れる逆方向電流ｉ、は整流器り、により阻止される。

第２図（ｃ）はトランジスタＴｒがターンオンの状態、
即ちダイオードＤの逆方向電流ｉ１）が発生する状態を
示す。この時、ダイオードＤに蓄積電荷がある領域では
、ダイオードＤの蓄積電荷のためダイオードＤは短絡状
態にあり、逆方向に電流ｉｏが流れるが、可飽和磁心Ｓ
Ｒの１次巻線側に逆方向に電圧がかかるため、直ぐに可
飽和磁心ＳＲは非飽和状態になり、その高インダクタン
スのため逆方向電流ｉＤは阻止される。この時、２次巻
線側には整流器り、の方向に電流ｉ、が流れるが、抵抗
Ｒにより制限されて電流ｉ、より小さい。

第２図（ｄ）はトランジスタＴｒがターンオンの状態で
、ダイオードＤが完全にオフになった領域では、ダイオ
ードＤは蓄積電荷を放出するとオフ状態になる。この時
、インダクタンスしに蓄えられたエネルギーにより、２
次巻線側に整流方向に流れる電流ｉｐにより、可飽和磁
心ＳＲを飽和状態に戻すことが出来る。その後再び第２
図（ａ）の状態に戻る。

〔発明の効果〕

上記第２図（ａ）から（（１）の状態を繰り返すことに
より、トランジスタＴｒのオン・オフにより発生するダ
イオードＤの逆方向電流ｉ（、を阻止すると共に、可飽
和磁心ＳＲにより発生するサージ電圧を抑制することが
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理回路構成図、第２図は本発明の実
施例を段階的に説明する回路構成図、第３図は従来例の
回路構成図を示す。 図において、１は開閉用トランジスタ、２．２０は可飽
和磁心、３．３０はインダクタンス、４，４０は整流用
ダイオード、５は平滑用コンデンサ、６は入力直流電源
、７はｉ荷、８はスナバ回路、１０はサージ電圧抑制回
路、５０は抵抗器を示す。 本発明の原理回路構成図 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 開閉用トランジスタ（１）、可飽和磁心（２０）、イン
   ダクタンス（３０）、整流用ダイオード（４）、平滑用
   コンデンサ（５）を有する昇圧型コンバータにおいて、 上記可飽和磁心（２０）の２次側巻線と上記インダクタ
   ンス（３０）の２次側巻線の一端を接続し、該２次側巻
   線の他端にダイオード（４０）と抵抗（５０）とを直列
   に接続することを特徴とするサージ電圧抑制回路。