JPH0258861B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は周波数の高いハーフブリツジ形スイ
ツチング回路に関する。 近年、電子計算機及びその周辺機器や一般通信
機用として小電圧、大電流の電源が要求され、小
形、軽量、高効率という利点を持つスイツチング
式電源が多く使われている。従来、そのスイツチ
ング電源のバイポーラ・トランジスタ等のスイツ
チング素子によるスイツチング回路としては種々
の回路が考案されている。その内、スイツチング
素子を１個使う、いわゆるシングル・エンド形の
回路は回路構成も簡単で、小形化に適すが、出力
電力が大きくなるとスイツチング素子に大電流の
素子が必要になり、また、電力伝送用変成器に直
流が重畳されるので、変成器の利用効率が悪く比
較的低出力電力のスイツチング式電源にしか、使
用できない。また、スイツチング素子を４個使
う、ブリツジ形のスイツチング回路は大出力電力
のスイツチング式電源には適しているが、低出力
電力の場合はトランジスタを４個も使用するため
電源装置の形状が大きくなり、回路構成も複雑な
ので適さない。しかしスイツチング素子を２個使
用するブツシユプル形やハーフブリツジ形のスイ
ツチング回路はブリツジ形に較べて回路構成は簡
単であり、電力伝送用変成器に直流が重畳されな
いので変成器の利用効率も良く、もし同じスイツ
チング素子を使用したとすればシングルエンド形
の２倍の出力電力が得られるので低出力電力から
大出力電力のスイツチング式電源にまで使用でき
る。しかしプツシユプル形の回路ではスイツチン
グ素子の両端たとえばバイポーラ・トランジスタ
のコレクターエミツタ間に入力電圧の２倍の電圧
が加わるために高耐圧のスイツチング素子が必要
になるという欠点がある。 また、スイツチング式電源のよりいつそうの小
形化、負荷変動や入力変動に対する応答速度の向
上を図るためスイツチング回路の高周波化がのぞ
まれている。しかし、上記の従来の回路では、ス
イツチング周波数を上げていくとスイツチング素
子の両端の電圧の立上り、立下りにその電圧とス
イツチング素子を流れる電流のかさなる部分の時
間がスイツチングの周期にくらべて無視できない
ほど大きくなり、いわゆるスイツチング損失が増
大する。これはバイポーラ・トランジスタ等のス
イツチング素子の特性上やむをえないものであ
り、このスイツチング損失の増大により、スイツ
チング式電源の電力伝達効率が劣化したり、この
損失により生じた熱を逃すために大きな放熱板が
必要になり電源装置の形状が大きくなるなどスイ
ツチング式電源の利点が失われてしまうために、
スイツチング周波数を50KHz〜100KHz以上（バ
イポーラ・トランジスタ使用時）に上げる事は実
用上不可能であつた。 また、スイツチング回路から発生するノイズが
負荷に影響をあたえるため、問題となつていた。 この発明は上記の点に鑑みてなされたものでそ
の目的はスイツチング周波数が100KHz程度以上
の周波数でもスイツチング損失の極めて少くノイ
ズも少いハーフブリツジ形高周波スイツチング回
路を提供するにある。 以下この発明を図面を参照して説明する。 第１図は従来のハーフブリツジ形スイツチング
回路、第２図はこの発明の一実施例のスイツチン
グ回路の基本構成を示すもので、両者の比較から
明らかのようにこの発明は従来のハーフブリツジ
形スイツチング回路のそれぞれのスイツチング素
子３，４の両端にコンデンサ１３，１４を並列に
接続し、変形器５の１次側からみたインダクタン
ス及びチヨーク・コイル６のインダクタンスとコ
ンデンサ１３，１４の共振動作を利用してスイツ
チング素子３，４の両端の電圧がスイツチング周
期に較べて急激な変化をさせない様にすることに
より、その電圧とスイツチング素子を流れる電流
がかさなり合う時間を極めて短くして、スイツチ
ング周波数が高くなつてもスイツチング損失を極
めて少くすることのできるハーフブリツジ形スイ
ツチング回路である。 以下この第２図に示すスイツチング回路につい
て詳細に説明する。図示するように２つの入力直
流電源１と２とが直列に接続されその両端に例え
ばバイポーラトランジスタからなる２つのスイツ
チング素子３と４の直列接続回路が並列に接続さ
れ、各直列回路の各々の中点に電力伝送変成器５
の一次巻線の各一端がそれぞれ接続される。また
スイツチング素子３と４のそれぞれの両端にはそ
れぞれ共振用コンデンサ１３と１４及びダンパ
ー・ダイオード１１と１２が図示の方向に並列に
接続される。また、変成器５の二次巻線の両端に
はそれぞれ整流用ダイオード７と８のアノードが
接続され、ダイオード７と８のカソードはともに
チヨーク・コイル６の一方の端に接続され、チヨ
ークコイルのもう一方の端は変成器５の二次巻線
の中点に平滑用コンデンサ９を介して接続されて
いる。またコンデンサ９の両端はそれぞれ負荷端
１０に並列接続される。また、図示せぬスイツチ
ング素子３と４の制御端子たとえばバイポーラ・
トランジスタのベースにはスイツチング素子を導
通またはしや断されるためのドライブ回路が接続
されている。また、下記の回路動作の説明をわか
りやすくするため入力直流電源１と２の電圧は同
じ電圧としてそれぞれEinとし、共振用コンデン
サ１３と１４の容量値も同じ容量値としてそれぞ
れＣとし、変成器５の二次巻線の一方の端から中
点までの巻回数をN₂とし、一次巻線の巻線をN₁
とする。またスイツチング素子３，４、ダイオー
ド７，８，１１，１２は理想スイツチとする。次
に、共振用コンデンサ１３と１４の容量値Ｃ、変
成器５の一次側からみたインダクタンス値L₁、
チヨーク・コイル６のインダクタンス値に変成器
５の巻線比の２乗（N1／N2）²をかけた値L₂、整流後 のコンデンサ９の両端に生じる定常直流出力電圧
に変成器５の巻線比N1／N2をかけた値Eout等の設 定条件は、ＣとL₁の共振周波数をスイツチング
素子３及び４のスイツチング周波数にほぼ合せ
る。またＣをスイツチング素子３及び４の両端の
間に等価的に存在する浮遊容量の値より十分大き
く選ぶ。EoutをEinより小さくする。また、L₂は
L₁の0.1〜10倍程度に選ぶ。 以上の設定条件をもとにこの実施例の回路動作
を説明する。 第３図ａ〜ｈは第２図に示す実施例の回路動作
の一周期の各々の区間を等価回路により示したも
のである。なお、第３図ａ〜ｈにおいてスイツチ
ング素子３，４とダイオード７，８，１１，１２
は理想スイツチとして示してある。さらにコンデ
ンサ９は理想電池として示してある。また、第４
図ａ〜ｊは、この実施例の回路動作上重要な部分
の電圧及び電流波形図であり、ａはスイツチング
素子３に流れる電圧i₃の波形図、ｂはスイツチン
グ素子３の両端の電圧v₃の波形図、ｃはダンパ
ー・ダイオード１１に流れる電流i₁₁の波形図、
ｄはスイツチング素子４に流れる電流i₄の波形
図、ｅはスイツチング素子４の両端の電圧v₄の波
形図、ｆはダンパー・ダイオード１２に流れる電
流i₁₂の波形図、ｇは電力伝送用変成器５の１次
側からみたインダクタンスに流れる電流i₁の波形
図、ｈは出力整流用ダイオード７に流れる電流に
変成器５の巻線比N2／N1をかけた電流i₇の波形図、 ｉは出力整流用ダイオード８に流れる電流に変成
器５の巻線比N2／N1をかけた電流i₈の波形図、ｊは チヨーク・コイル６に流れる電流に変成器５の巻
線比N2／N1をかけた電流i₂の波形図である。そして 第４図ａ〜ｊに示すｔ＝０〜t₁の区間の等価回路
が第３図ａであり、以下ｔ＝t₁〜t₂の区間が第３
図ｂ、ｔ＝t₂〜t₃の区間が第３図ｃ、ｔ＝t₃〜t₄
の区間が第３図ｄ、ｔ＝t₄〜t₅の区間が第３図
ｅ、ｔ＝t₅〜t₆の区間が第３図ｆ、ｔ＝t₆〜t₇が
第３図ｇ、ｔ＝t₇〜t₈の区間が第３図ｈにそれぞ
れ対応する。そしてｔ＝０で周期が始まり、ｔ＝
t₈で一周期が終了する。次に、ｔ＝０からｔ＝t₈
まで順をおつて説明する。まず、ｔ＝０における
回路の初期条件であるが、第４図ａ〜ｊ示す通
り、スイツチング素子４、ダンパー・ダイオード
１１，１２、出力整流用ダイオード８がそれぞれ
しや断状態、コンデンサ１３は0〔_V〕、コンデン
サ１４は２×Ein〔_V〕に充電され、i₁＝−i₂であ
る。以下の説明上たとえばｔ＝t₁におけるi₃はi₃
（t₁）、ｔ＝t₃におけるv₄はv₄（t₈）とする。第２図
において区間ｔ＝０〜t₁はスイツチング素子３が
導通状態にあり、変成器５の１次巻線に電源１の
電圧Ein〔_V〕が印加されている区間である。ま
た、コンデンサ１４には２×Ein〔_V〕の電圧が充
電されており、電源２の電圧Ein〔_V〕と変成器５
の１次巻線の電圧Ein〔_V〕の和の電圧と平衡状態
を保つ為、この区間では電源２、変成器５の１次
巻線、コンデンサ１４からなる閉回路は無視でき
る。またスイツチング素子４、ダンパーダイオー
ド１２は常にしや断状態にあるので無視する。ま
た、変成器５の二次巻線には巻線比により電圧が
印加されることともに上記初期条件により、ダイ
オード７が導通、ダイオード８がしや断状態にあ
る。以上の点から、第３図ａの等価回路が得られ
る。この時、v₃＝0〔_V〕v₄＝２×Ein〔_V〕であり
変化せず、i₁及びi₂は次式により変化する。 i₁＝−i₂（t₀）＋Ein／L₁（tθ−t₀） i₂＝i₂（t₀）＋Ein−Eout／L₂（tθ−t₀） tθは０〜t₁間の任意の時間t0＝０ また第３図ａよりスイツチング素子３に流れる
電流i₃は i₃＝i₁＋i₂ である。 またこの区間の時間t₁はスイツチング素子３の
制御端子から任意に変化させる。 区間ｔ＝t₁〜t₂はスイツチング素子３がしや断
され、変成器５の１次側からみたインダクタンス
及びチヨークコイル６のインダクタンスとコンデ
ンサ１３，１４の共振現象によりコンデンサ１３
がゆるやかに充電、コンデンサ１４がゆるやかに
放電され、v₃＝0〔_V〕v₄＝２×Ein〔_V〕からv₃＝
v₄＝Ein〔_V〕まで変化する期間である。この区間
はスイツチング素子３，４、ダイオード８，１
１，１２は全てしや断状態なので無視できる、よ
つて第３図ｂの等価回路が得られる。この区間の
時間t₂−t₁は次式により得られる。 またv₃，v₄，i₁，i₂は次式により変化する v₃＝i₁（t₁）＋i₂（t₁）／2Cωsin（ω（tθ−t₁））
＋Ein（１−Cos（ω（tθ−t₁））） EoutL₁／L₁＋L₂（１−Cos（ω（tθ−t₁））） v₄＝2Ein−v₃ i₁＝i₁（t₁）−（i₁（t₁）＋i₂（t₁））L₂／L₁＋L₂（
１−cos（ω（tθ−t₁））） ＋（Ein／ωL₁−Eout／2Cω）sin（ω（tθ−t₁）
）＋Eout／L₁＋L₂（tθ−t₁） i₂＝i₂（t₁）−（i₁（t₁）＋i₂（t₁））L₁／L₁＋L₂（
１−cos（ω（tθ−t₁））） ＋（Ein／ωL₂−L₁Eout／ωL₂（L₁＋L₂））sin（ω
（tθ−t₁））−１／L₁＋L₂Eout（tθ−t₁） tθはt₁〜t₂間の任意の時間 よつてｔ＝t₂でv3＝v4＝Einとなり変成器５の
１次巻線の両端の電圧が0〔_V〕になり、二次巻線
に生じる電圧も0〔_V〕になるのでダイオード７は
しや断されるがチヨーク・コイル６のインダクタ
ンスにはある有限な電流が流れているので次のし
ゆん間ダイオード８を導通して電流が流れる。区
間ｔ＝t₂〜t₃は区間ｔ＝t₁〜t₂と同じく、変成器
５の１次側からみたインダクタンス及びチヨー
ク・コイル６のインダクタンスとコンデンサ１
３，１４の共振現象によりコンデンサ１３がゆる
やかに充電、コンデンサ１４がゆるやかに放電さ
れv₃＝v₄＝Ein〔_V〕からv₃＝２×Ein〔_V〕、v₄＝
0〔_V〕まで変化する期間である。この区間は変成
器５の１次巻線の電圧が区間ｔ＝t₁〜t₂の時と反
転するため、ダイオード７がしや断、ダイオード
８が導通状態になる。また、スイツチング素子
３，４とダイオード１１，１２は常にしや断状態
である。よつて第３図ｃの等価回路が得られる。
この区間の時間t₃〜t₂は次式により得られる。 またv₃，v₄，i₁，i₂は次式により変化する v₃＝i₁（t₂）−i₂（t₂）／2Cωsin（ω（tθ−t₂））
＋L₁／L₁＋L₂（１−cos（ω（tθ−t₂）））Eout＋Ein v₄＝2Ein−v₃ i₁＝（L₁／L₁＋L₂＋L₂／L₁＋L₂cos（ω（tθ−t₂））
）i₁（t₂）＋L₂／L₁＋L₂（１−cos（ω（tθ−t₂）））
i₂（t₂） Eout／L₁＋L₂（tθ−t₂）＋Eout／ω（L₁＋L₂）sin
（ω（tθ−t₂）） i₂＝L₁／L₁＋L₂（i₁（t₂）−i₂（t₂））（１−cos（
ω（tθ−t₂）））＋i₂（t₂） −Eout／L₁＋L₂（tθ−t₂）−L₁／ωL₂（L₁＋L₂）E
out sin（ω（tθ−t₂）） tθはt₂〜t₃の任意の時間 よつてｔ＝t₃でv₃＝2Ein〔_V〕、v₄＝0〔_V〕にな
るがi₁及びi₂はまだ残つておりそれがv₃2Ein〔_V〕
以上、v₄を0〔_V〕以下に充電しようとするが、ダ
ンパー・ダイオード１２が正バイアスされて導通
状態になりそれ以後は変化しなくなる。 区間ｔ＝t₃〜t₄はダンパー・ダイオード１２に
電流が流れ初めてからその電流が0〔_A〕になるま
での期間である。ダイオード１２が導通状態にあ
り、変成器５の１次巻線には、区間ｔ＝０〜t₁と
は逆の方向に電源２によつてEin〔_V〕の電圧が印
加される。また、コンデンサ１３には2Ein〔_V〕
の電圧が充電されており、電源１の電圧Ein〔_V〕
と上記変成器５の１次巻線の電圧Ein〔_V〕の和の
電圧と平衡状態を保つ為、この区間では、電源
１、変成器５の１次巻線、コンデンサ１３からな
る閉回路は無視できる。またスイツチング素子
３、ダイオード１１，７は常にしや断状態にあ
る。よつて第３図ｄの等価回路が得られる。 第３図ｄよりダイオード１２に流れる電流はi₁
〜i₂であるので、ダイオード１２の電流が0〔_A〕
になるということはi₁＝i₂になるということであ
る。よつてこの区間の時間t₄−t₃は次式により得
られる。 t₄−t₃＝L₁L₂（i₁（t₃）−i₂（t₃）／（L₁＋L₂）Ei
n−L₁Eout またこの区間は、v₃＝2Ein〔_V〕、v₄＝0〔_V〕で
あり変化せず、i₁及びi₂は次式により変化する。 i₁＝−Ein／L₁（tθ−t₃）＋i₁（t₃） i₂＝Ein−Eout／L₂（tθ−t₃）＋i₂（t₃） tθはt₃〜t₄の任意の時間 区間ｔ＝t₄〜t₅はスイツチング素子４が導通状
態にあり、変成器５の１次巻線に電源２の電圧
Ein〔_V〕が区間ｔ＝t₀〜t₁とは逆の方向に印加さ
れている区間である。またコンデンサ１３には
2Fin〔_V〕の電圧が充電されたままになつており
その他区間ｔ＝t₃〜t₄と同じ理由で第３図ｅの等
価回路が得られる。図中、ｔ＝t₄においてはi_L1の
方向が逆であるがこの区間中、図示の方向に反転
する。またこの区間の時間t₅−t₄はスイツチング
素子４の制御端子から任意に変化させる。この区
間ではv₃＝2Ein〔_V〕v₄＝0〔_V〕で変化せずi₁，
i₂，i₃はi₁が区間ｔ＝０〜t₁とは逆の方向を正とす
ると区間ｔ＝０〜t₁と同じ式で変化する。ただし
tθはt₄〜t₅間の任意の時間とし、t₀はt₄におきかえ
る。 区間ｔ＝t₅〜t₆はスイツチング素がしや断さ
れ、変成器５の１次側みたインダクタンス及びチ
ヨーク・コイル６のインダクタンスとコンデンサ
１３，１４の共振現象により区間ｔ＝t₁〜t₂とは
逆にコンデンサ１３がゆるやかに放電、コンデン
サ１４がゆるやかに充電され、v3＝Ein〔_V〕、v₄
＝0〔_V〕からv₃＝v₄＝Ein〔_V〕まで変化する期間
である。 この区間はスイツチング素子３，４、ダイオー
ド７，１１，１２は全てしや断状態なので無視で
きる。よつて第３図ｆの等価回路が得られる。i₁
の流れる方向を区間ｔ＝t₁〜t₂の逆の方向が正と
すると、この区間の時間t₆−t₅はt₂−t₁の式と同
じ式より得られる。またv₃は区間ｔ＝t₁〜t₂のv₄，
v₄は区間ｔ＝t₁〜t₂のv₃，i₁とi₂は区間ｔ＝t₁〜t₂
と同じ式により変化する。ただし式中tθはt₅〜t₆
間の任意の時間とし、t₁をt₅におきかえる。 よつてｔ＝t₆でv₃＝v₄＝Einとなり変成器５の
１次巻線の両端の電圧が0〔_V〕になり、二次巻線
に生じる電圧も0〔_V〕になるためダイオード８は
しや断されるがチヨーク・コイル６のインダクタ
ンスには電流が流れているので次の瞬間ダイオー
ド８を導通して電流が流れる。 区間ｔ＝t₆〜t₇は区間ｔ＝t₅〜t₆と同じく、変
成器５の１次側からみたインダクタンス及びチヨ
ークコイル６のインダクタンスとコンデンサ１
３，１４の共振現象により区間ｔ＝t₂〜t₃とは逆
にコンデンサ１３がゆるやかに放電、コンデンサ
１４がゆるやかに充電されv₃＝v₄＝Ein〔_V〕から
v₃＝0〔_V〕、v₄＝2Ein〔_V〕まで変化する期間であ
る。この区間は変成器５の１次巻線の電圧が区間
ｔ＝t₅〜t₆の時と反転するため、ダイオード８が
しや断、ダイオード７が導通状態となる。また、
スイツチング素子３，４とダイオード１１，１２
は常にしや断状態である。よつて第３図ｇの等価
回路が得られる。i₁の流れる方向を区間ｔ＝t₂〜
t₃の逆の方向が正とすると、この区間の時間t₇−
t₆はt₃−t₂の式と同じ式より得られる。またv₃は
区間ｔ＝t₂〜t₃のv₄，v₄は区間ｔ＝t₂〜t₃のv₃，i₁
とi₂は区間ｔ＝t₂〜t₃と同じ式により変化する。
ただし式中tθはt₆〜t₇間の任意の時間とし、t₂をt₆
におきかえる。 よつてｔ＝t₇でv₃＝0〔_V〕、v₄＝2Ein〔_V〕にな
るがi₁及びi₂はまだ残つており、それがv₃を
0〔_V〕以下、v₄を2Ein〔_V〕以上に充電しようと
するが、ダンパーダイオード１１が正バイアスさ
れて導通状態になり、それ以後は変化しなくな
る。 区間ｔ＝t₇〜t₈はダンパー・ダイオード１１に
電流が流れ初めてからその電流が0〔_A〕になるま
での期間である。ダイオード１１が導通状態にあ
り、変成器５の１次巻線には、区間ｔ＝t₀〜t₁と
同じ様に電源１によつてEin〔_V〕の電圧が印加さ
れる。また、その他区間ｔ＝t₀〜t₁と同じ理由に
より第３図ｈの等価回路が得られる。i₁の流れる
方向を区間ｔ＝t₃〜t₄の逆の方向が正とすると、
この区間の時間t₈−t₇はt₄−t₃の式と同じ式より
得られる。またv₃＝0〔_V〕、v₄＝2Ein〔_V〕で変化
せずi₁とi₂は区間ｔ＝t₃〜t₄と同じ式で変化する。
ただしtθはt₇〜t₈間の任意の時間であり、t₃はt₇に
おきかえる。 よつてｔ＝t₈でi₁＝i₂となり、その他このｔ＝t₈
における状態が上記ｔ＝t₀の初期条件となり、新
しい周期が始まる。 以上の点から第４図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅをみれ
ばわかるようにスイツチング素子３，４がしや断
状態から導通状態になるとき、すでにその両端の
電圧はなく、また、導通状態からしや断状態にな
るときその両端の電圧が急激に立ち上る事がない
ためその電圧とスイツチング素子に流れる電流が
かさなる時間をきわめて短くする事ができる。 次に、この実施例をスイツチング式電源に応用
した時に問題になる出力電力であるが、それはｔ
＝t₀〜t₈までのi₂の式を積分しそれにEoutをかけ
た値が第２図の負荷端１０より負荷へ供給される
出力電力値である。 また、出力電力を変化させるためにはスイツチ
ング素子３，４の導通時間つまりt₁−t₀，t₅−t₄
を変化させれば良い。しかし、その際、上記した
いくつかの式からもわかる通り各区間の最終時の
i₁，i₂が次の区間の初期条件として、次の区間の
時間等に影響をあたえているため、t₁−t₀，t₅−
t₄が変化すると、全体の周期t₀〜t₈までも変化し
てしまう。このことにより出力電力を変化させる
場合、スイツチング素子の導通時間とともにスイ
ツチング周期をも考慮する必要がある。たとえば
第５図はL1を40〔〓_H)、L2を120〔〓_H〕、Ｃを
22000〔_PF〕、Einを65〔_V〕、Eoutを56〔_V〕、スイ
ツチング素子及びダイオードを全て理想スイツ
チ、電力伝送用変成器を理想変成器、t₁−t₀＝t₅
−t₄＝tonとした場合のt₁−t₀及びt₅−t₄と出力電
力Poutとスイツチング周波数の関係を示した
図である。第５図をみればわかる通り、たとえば
Poutを20〔_W〕から100〔_W〕まで変化させるに
は、tonを2.26〔〓_s〕から3.5〔〓_S〕まで変化させる
とともにを91.1〔_KHz〕から81.4〔_KHz〕まで変
化させれば良い。 また上記の動作がこの実施例の基本動作である
が、上記動作においてスイツチング素子３，４の
導通している時間つまり、t₁−t₀、t₅−t₄を短く
していくと、t₁〜t₃間のある時点よりt₃まで、及
びt₅〜t₇間のある時点よりt₇までt₂が0〔_A〕になる
回路動作になることがあるが、その場合でも基本
的には特に問題はない。 以上述べた様に、この発明によれば、スイツチ
ング素子に流れる電流とその両端の電圧がかさな
る時間をきわめて短くする事ができ、スイツング
損失をきわめて少くすることができるためスイツ
チング素子の発熱が激減し、素子自体の寿命が長
くなり信頼性、安全性が向上する。また、スイツ
チング式電源等に応用した場合、放熱板が小さく
なるとともに、スイツチング周波数を上げる事が
できるのでインダクタンス、コンデンサ等が小さ
くできることや、変成器に直流が重畳しないた
め、その利用効果が良い事等により電源装置をよ
り小形、軽量化することができる。また、入力変
動や負荷変動に対する応答速度も向上する。 また、第４図ａ，ｅを見ればわかる通り、スイ
ツチング素子の両端には2Ein〔_V〕しか加わらな
いため比較的低耐圧のトランジスタが使用でき
る。 また、スイツチング素子の両端の電圧や、電力
伝送用変成器の１次巻線の電圧、電流が急激な変
化をしないため、そこから発生する雑音を極めて
少くすることができる。 なお、この発明は上記の実施例に限定されるも
のではなく要旨を変更しない範囲において種々変
形して実施することができる。 第６図はチヨーク・コイル６を電力伝送用変成
器５の二次巻線の中点からコンデンサ９を介して
ダイオード７，８に接続した例、第７図はチヨー
ク・コイル６を変成器５の一次巻線に直列に接続
した例である。この２例は上記実施例とほぼ同じ
回路動作、効果が得られる。 出力電力をあまり変化させなくて良い場合には
第４図ａ〜ｊのt₃及びt₇においてそれぞれv₃＝
2Ein〔_V〕になると同時にi₁＝i₂になるように回路
定数、スイツチング素子３，４の導通時間を調整
すれば第８図に示すようにダンパー・ダイオード
が省略できる。 また、変成器５の１次側と２次側の間に等価的
に生じるリーケージ・イソダクタンスが大きい場
合にはそれがチヨーク・コイルの役割をはたす
為、第９図に示す様にチヨーク・コイルが省略で
きる。 第１０図は第２図において電源１と２を２つ使
用しているのに対して１つの電源１５の電圧をコ
ンデンサ１６と１７で分割して等価的に電源が２
つになる様にしたものである。ただし第２図の回
路と同じ動作をさせるためには、電源１と２の和
の電圧を電源１５の電圧とすることと、コンデン
サ１６，１７は、変成器５及びチヨーク・コイル
６とコンデンサ１３，１４の共振同作にほぼ影響
をあたえない様な、大きな値にする必要がある。 第１１図はスイツチング素子３，４にバイポー
ラトランジタを使用した場合にそのベース〜エミ
ツタ間にダンパーダイオード１１及び１２を接続
した特種な例である。これはバイポーラ・トラン
ジスタのコレクタ〜ベース間に等価的に存在する
ダイオードとダンパー・ダイオード１１または１
２を直列に接続した形になり、この直列の２個の
ダイオードがしや断状態の時に、その耐圧はトラ
ンジスタのコレクタ〜ベース間のダイオードが負
担するため、ダンパー・ダイオード１１，１２に
は比較的低耐圧のダイオードが使用できる。 第１２図〜第１５図は２つの出力を取り出す場
合の回路である。第１２図、第１３図は負荷端１
８の中点に対して両端が同極性、第１４図、第１
５図は異極性である。また第１２図、第１４図は
負荷端１８の中点に対してそれぞれの出力にチヨ
ークコイル１９及び２０が挿入されている為、反
対側の出力の影響を受けにくいが、チヨーク・コ
イル１９，２０には一方向の電流しか流れないた
めチヨーク・コイルに使用するコアの利用効率が
悪い。第１５図は変成器５の二次巻線の中点にチ
ヨーク・コイル６が接続されており、両方向の電
流が流れる為、チヨーク・コイル６に使用するコ
アの利用効率が良いが、反端側の出力の影響を受
けやすい。また第１２図〜第１５図において変成
器５の二次巻線の中点のタツプをどちらかにずら
す、またはスイツチ３と４の導通時間を同じでは
なく別々の時間にすることにより、負荷端１８の
中点からみて、両側の電圧の絶対値を変えること
ができる。このことにより、第１２図、第１３図
において、負荷端１８の中点を使用せず両端に負
荷を接続した場合、その電圧は、コンデンサ２１
と２２の両端の電圧の差の電圧になる為、スイツ
チ３と４の導通時間を変化させれば、正から負ま
たは負から正に電圧がなめらかに切り変る出力が
得られる。なお第１２図、第１３図において両側
の出力は変成器５の二次巻線の中点及び負荷端１
８の中点で共通になつているが、変成器５の二次
巻線を切りはなし、負荷端１８の中点を２つ設け
て、２本の線路で接続すれば、両側の出力を絶縁
することができる。この場合出力は２つとは限ら
ず、片側だけ複数とか両端とも複数の出力を得る
ことも可能である。もちろんそのそれぞれの出力
を接続したり、絶縁するのは自由である。 第１６図は変成器５の１次巻線の接続方法が第
２図の回路と異なるが、ほぼ同じ回路動作と効果
が得られる回路であるが、変成器５の１次巻線数
が２倍になる。 第１７図〜第２１図は共振用コンデンサの接続
位置が異なる回路であり、コンデンサ１３，１
４，２３が共振用コンデンサである。それぞれ回
路動作が少しづつ異なるが効果は同じものが得ら
れる。 第２図の回路の実施例の説明で述べた様に、ス
イツチング素子３，４の導通時間を変化させて出
力を制御する場合、そのスイツチング周期を考慮
しなければならない。しかし、上記の説明でもわ
かる様に、ダイオード１１に電流が流れたあと、
スイツチ３が導通、ダイオード１２に電流が流れ
たあと、スイツチ４が導通すれば良いのだから第
２２図に示すようにダイオード１１，１２の電流
を検出してスイツチング素３，４のドライブ回路
２６に強制同期をかけてやれば良い。この例では
電流検出には電流変成器２４，２５を使用してい
るがその他の方法でももちろん良い。 以上、いくつかの実施例、変形例を述べたが、
そのほとんどが出力の整流にいわゆる両波整流を
用いた図を示したが、これらはブリツジ整流等の
整流方法でももちろんかまわない。また整流ダイ
オードの向きは全ての実施例、変形例において、
逆向きでの実施が可能である。また出力は１つま
たは２つとは限らず変成器５の二次巻壁を複数に
すれば複数の出力を得ることも可能である。また
上記の実施例、変形例をいくつか組み合わせて使
用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のハーフブリツジ形スイツチング
回路構成図、第２図はこの発明の一実施例の回路
構成図、第３図は同実施例における各期間の等価
回路図、第４図は同実施例における重要な部分の
電圧、電流波形図でａ，ｄは各々のスイツチング
素子に流れる電流波形図、ｂ，ｅはその両端の電
圧波形図、ｃ，ｆは各々のダンパーダイオードに
流れる電流波形図、ｇは電力伝送用変成器の１次
側からみたインダクタンスに流れる電流波形図、
ｈ，ｉは各々の出力整流ダイオードに流れる電流
波形図、ｊはチヨーク・コイルに流れる電流波形
図、第５図は同実施例における、スイツチング素
子の導通時間と出力電力とスイツチング周波数の
関係を示す図、第６図〜第２２図はその他の実施
例変形例を示す回路構成図である。 １，２，１５……入力直流電源、３，４……ス
イツチング素子、５……電力伝送用変成器、６，
１９，２０……チヨーク・コイル、７，８……出
力整流ダイオード、９，２１，２２……出力平滑
コンデンサ、１０，１８……負荷端、１１，１２
……ダンパー・ダイオード、１３，１４，２３…
…共振用コンデンサ、１６，１７……入力電圧分
割コンデンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２つの入力直流電源を直列に接続するととも
   にこの直列回路に２つのスイツチング素子を直列
   接続した回路を並列に接続し、上記２つの直流電
   源の接続点および２つのスイツチング素子の接続
   点の電力伝送用変成器の１次巻線の両端をそれぞ
   れ接続し、前記各々のスイツチング素子の両端に
   ダンパーダイオードと共振用コンデンサとを並列
   に接続し、さらに上記変成器の２次巻線に整流回
   路とチヨークコイルを介して平滑コンデンサを接
   続し、平滑コンデンサの両端に負荷が接続される
   ようにしたことを特徴とするハーフブリツジ形高
   周波スイツチング回路。