JPH0284062A - 共振式スイッチング電圧変換装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、各種電子装置の電源として広く利用されて
いるスイッチング電圧変換装置、謂わゆるスイッチング
電源に関する。

（従来の技術） 従来のスイッチング電圧変換装置に於いては、直流を矩
形波の高周波交流に変換し、しかる後に電圧変成器を通
じて電圧の変換を行っていた。

この技術では損失が大きい事とノイズの発生が大きいと
いう問題があり、その対応策として共振式スイッチング
電圧変換装置が検討されて来たが、まだ十分実用に耐え
る物は実現していない。

（発明が解決しようとする間ｇ点） この発明は、前期事情に基づいて為されたものであり、
従来の共振式スイッチング電圧変換装置では、あらゆる
条件下に於いても完全な共振状態を維持しようとする余
りに、かえって実用性の無いものになっていた。

この発明では、余り問題の無い軽負荷時には若干共振状
態を外れる事を許し、最も重要な重負荷時にはほぼ完全
な共振状態にある事を目的とした共振式スイッチング電
圧変換装置を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、パルス発生器、スイッチング素子及び電圧
変成器を主構成要素とするスイッチング電圧変換装置に
於いて電圧変成器の一次巻線に並列にコンデンサと整流
器を接続し共振回路を形成し、スイッチング素子のオフ
期間を前記共振回路の一共振波長よゝりは長く、少なく
とも一波長半よりは短くし、軽負荷時には若干共振状態
をはづれるが、重負荷時には、はぼ完全な共振状態にす
る事によって損失及びノイズの少ない共振式スイッチン
グ電圧変換装置を提供しようとするものである。

〈作用） この発明による共振式スイッチング電圧変換装置に於い
ては負荷状況に応じてその出力パルスのパルス幅を可変
できるパルス発生器によりスイッチング素子が駆動され
る。

スイッチング素子がオンからオフに変わると電圧変成器
に掛かる電圧は共振時定数に従って零から正弦波を描い
て上昇しピーク値を過ぎて再び下降する、そして電圧が
零に成るか、その近辺に近づくか、又は若干行き過ぎた
時、再びスイッチング素子がオンする様にオフ期間を設
定し、特に重負荷時にはほぼ完全な共振状態になる様に
設定されている事を特徴としている。

（実施例） 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第一図はこの発明によるフォワード型のスイッチング電
圧変換装置の回路図である。

図に於いて１は装置に電力を供給する電源である。

２はパルス発生器であり、その出力はスイッチング素子
６（この場合はバイポーラのＮＰＮ　トランジスタ）の
ベースに接続され、且つ出力電圧検出回路１２からの信
号により、その出力パルス幅が可変出来る様になってい
る。

３のコンデンサ及び４の整流器は電圧変成器５の一次巻
線と並列に接続され共振回路を形成している。

７．８の整流器、９のチョウクコイル及び１１のコンデ
ンサは電圧変成器の二次巻線に接続され。

通常の整流回路を構成し直流出力を負荷１０に供給する
。

次ぎにスイッチング素子が一度だけオンした後の共振状
態を第二図に示す６ 図中（１）は軽負荷の場合の共振波形を示し、（２）、
（３＞はそれぞれ中程度の負荷及び重負荷の場合の共振
波形をしめす。

図から明かな様に、（１）の軽負荷の場合は共振波形の
電圧は比較的に低く、高々電源電圧Ｖｉの二倍程度で割
合早く電源電圧Ｖｉに収束する。

（２）の中程度の負荷の場合は、共振電圧は最も高くな
り、ピーク値は電源電圧の三から四倍に達し、収束も比
較的に遅い。

しかもマイナス側えの振れも大きく、最初のマイナス側
えの振れは、零以下にまで及ぶ、しかし電圧が零になる
とスイッチング素子６のベース、コレクタ接合が順方向
となり、はぼ電圧零点でクランプされるので観測される
波形は図に示した様に零点で切られた形になる。

次ぎに重負荷の場合は〈３）に示す様に共振の最初のピ
ーク値はほぼ（２）の中程度の負荷の場合と同程度であ
るが、減衰が早く、比較的早く電源電圧Ｖｉに収束する
。

従って最初のマイナス側えの振れも比較的小さくほぼ零
点に達する程度である。

次ぎにスイッチング素子６がオン、オフを繰り返す通常
の動作状態におけるスイッチング素子６のコレクタの電
圧波形とスイッチング素子６の内部を流れる電流波形を
第三図に示す。

図中（１）、（２）、（３）はそれぞれ軽負荷。

中負荷及び重負荷時の電圧波形を示し、（４）。

（５）及び（６）は電流波形を示す。

（１）の軽負荷の電圧波形では、最初のオン期間が過ぎ
、電流が流れなくなるとコレクタ電圧は共振時定数に従
って正弦波を描いて上昇しピーク値を過ぎて下降する、
そして最初のマイナスのピーク値に達し再び上昇を始め
る。そして電圧が少し上がった点で次ぎのオン期間が始
まり電流が流れ電圧は零となる。

装置の作動中は順次この動作を繰り返し行う。

従って電圧が零の時電流の切り換えが行われるという理
想的な共振状態からは外れる事になる。

しかし、軽負荷の状態では、もともと扱う電力が小さい
ので、電圧波形と電流波形の交差点に生ずるスイッチン
グ損失も比較的少なく、同じ理由でノイズの発生もそれ
ほど問題にはならない。

次ぎに（２）の中負荷の場合では最初のオン期間が過ぎ
ると、コレクタに掛かる電圧波形が共振時定数に従って
上昇し下降する事は軽負荷時と同様であるが、今回は振
幅が大きく、最初のマイナス側えの振れは零点を超えて
からピーク値に達する（実際には零点でクランプされる
）。

そして、電圧がマイナスのび−ク値を過ぎ再び上昇を始
めるが、電圧が零点に達する前に次ぎのオン期間が始ま
る。

従って、この場合は、厳密な意味では完全な共振状態で
はないが、電圧が零の時電流の切り換えが行われる為ス
イッチング損失は発生せず、共振スイッチングの目的は
達せられることになる。

Ｉｋ後の重負荷の場合は、あらかじめコレクタ電圧が零
点に達した時電流の切り換えが行われる様に設定されて
いる。

従ってこの場合はほぼ理想的な共振状態を実現すること
が出来る。

従って、この発明によれば、スイッチング損失やノイズ
の発生がもともとあまり大きくない軽負荷状態を除き、
はぼ完全に共振スイッチングの状態を実現できる。

この実施例では、フォワード形式の電圧変換装置につい
て説明したが、その他の形式に於いても同様に実施可能
である。

その他、この発明の要旨を変えない範囲で種々変形可能
な事は勿論である。

（発明の効果） 以上、詳述した様にこの発明によれば、スイッチング損
失やノイズの発生がもともと少ない軽負荷状態を除き、
はぼ全領域にわたり共振スイッチング状態を実現し、損
失とノイズ発生の少ない共振式スイッチング電圧変換装
置を実現する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第一図はこの発明に係る共振式スイッチング電圧変換装
置の回路図であり、第二図はスイッチング素子が一回だ
けオンした後の共振状態を示す電圧波形である。 そして、第三図は装置が作動中の電圧波形と電流波形を
示している。 １・・・・・・・・電源 ２・・・・・・・・パルス発生器 ３．１１・・・・・コンデンサ ４．７．８・・・・整流器 ５・・・・・・・・電圧変成器（トランス）６・・・・
・・・・スイッチング素子 ９・・・・・・・・チヲウクコイル １０・・・・・・・負荷 １２・・・・・・・出力電圧検出回路 第　　二　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. パルス発生器、スイッチング素子及び電圧変成器（トラ
   ンス）を主構成要素とするスイッチング電圧変換装置に
   於いて、電圧変成器の一次巻線にコンデンサ等の共振素
   子を接続して共振回路を形成し、軽負荷動作時にはスイ
   ッチング素子のオフ期間を共振波の一波長よりは長く、
   且つ少なくとも一波長半よりは短くし、重負荷時には両
   者がほぼ等しくなる様に設定されている事を特徴とする
   共振式スイッチング電圧変換装置。