JPH0287966A - フォワード型ｄｃ−ｄｃコンバータ - 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〕 パルス幅制御により出力電圧が安定化される電源装置の
フォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータに関し、 高周波トランスの電力変換効率を高めることを目的とし
、 パルス信号によりスイッチングしてパルス状の電圧に変
換するスイッチング素子と、前記パルス状の電圧を一次
側に加えることにより高周波の交流電力に変換して二次
側出力回路に出力する高周波トランスと、前記高周波ト
ランスの二次側に設けられ、高周波トランスの励磁エネ
ルギを出力エネルギとして取り出す励磁エネルギ出力手
段とを備えてなるものである。

〔産業上の利用分野］ 本発明は、フォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ、特にパ
ルス幅制御により安定化される電源装置のフォワード型
ＤＣ−ＤＣコンバータに関する。

〔従来の技術〕

直流出力電圧の変動を検出して通電量を制御する方式の
安定化電源装置として、スイッチングレギュレータが一
般に知られている。このスイッチングレギュレータにお
いては各種のＤＣ−ＤＣコンバータ回路方式のものが使
用されているが、この中でフォワード型ＤＣ−ＤＣコン
バータは、−方式コンバータとして回路構成が比較的に
簡易で、高周波化が容易であるため中容量のスイッチン
グレギュレータに多く使用されている。

第４図は、従来のフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータを
備えた安定化電源の回路図である。

図において、１は直流入力電源、２はパルス幅制御され
るスイッチングトランジスタ、３は高周波電力変換用の
高周波トランスで、その−次巻線３ａの両端はトランジ
スタ２のコレクタ・エミツタを介して直流入力電源１に
接続されている。また、高周波トランス３は、巻き終わ
り端を一次巻線の巻き始め端に接続した帰還巻線３ｂを
一次側に有し、この帰還巻線３ｂの巻き始め端は帰還ダ
イオードＤ１を介して入力電源１の負極に接続されてい
る。

高周波トランス３の二次巻ｙＡ３Ｃの両端には整流ダイ
オードＤ２を介してチョーク転流ダイオードＤ３が並列
に接続され、さらに転流ダイオードＤ３の両端には、チ
ョークコイルＬを介して平滑コンデンサＣが並列に接続
されている。また、コンデンサＣの両端に接続した出力
端子　Ｔ、、Ｔ２には負荷４が接続されている。

第５図は、各部の電圧、電流波形図である。

上記構成の安定化電源装置において、出力電圧Ｅ０の変
動分に応じてパルス幅制御された第５図（ａ）に示す如
きパルス信号がスイッチングトランジスタ２のベースに
供給されると、トランジスタ２がオン、オフし、入力電
圧Ｅが高周波トランス３の一次巻線３ａに印加される。

これに伴い負荷対応の直流電流に高周波トランスの励磁
電流が重畳したパルス電流ｉ１　　（第５図す参照）が
流れる。

トランジスタ２のオン期間においては二次巻線３Ｃの両
端には、巻き始め端を正、巻き終わり端を負とする電圧
が発生し、この電圧によりチョークコイルＬを励磁する
と共に負荷にエネルギを供給する。トランジスタ２がオ
フに変わると、−次側から二次側に伝達されるエネルギ
がなくなると共に、高周波トランス３の励磁エネルギが
入力電源１に帰還される。

即ち、トランスの励磁エネルギによって帰還巻線３ｂの
両端に、巻き終わり端を正、巻き始め端を負とする逆電
圧が生じ、これに伴い巻線３ｂ→入力電源１→ダイオ一
ドＤ１→巻線３ｂという帰還ループを通してｉ、なる電
流（第５図Ｃ参照）が流れ、帰還巻線３ｂに発生した逆
電圧は人力電源電圧已にクランプされることで帰還され
る。なお、第５図（ｄ）はトランジスタ２のコレクタ・
エミッタ間にかかる電圧ｖＣＥｒ　同図（ｅ）は、−次
巻線３ａの両端に発生する電圧Ｅ、である。

一方、二次側チョークコイルＬの励磁は、二次巻線３Ｃ
の両端電圧の反転に伴い終わり、チョークコイルＬの発
生する逆電圧は、チョークコイルＬ→コンデンサＣ→ダ
イオードＤ３→チョークコイルＬのループにて出力電圧
Ｅ０にクランプされる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のようなフォワード型インバータでは、高周波トラ
ンス３の励磁エネルギは、−次側に設けた帰還巻線３ｂ
及び帰還ダイオードＤ１によって一次側の入力型ｓ１に
帰還する方式となっているため、高周波トランスの電力
変換率（電力伝達率）が低く、トランスが大きくなる傾
向があった。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされた
もので、高周波トランスの電力変換率を高めることがで
き、また小型化できるフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバー
タを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明のフォワード型インバータの原理図で
ある。

図において、スイッチング素子１０は、パルス信号によ
りスイッチングしてパルス状の電圧に変換する。

高周波トランス１１は、その−次側に印加されるパルス
状の高周波電圧を所望の電圧に変換して二次側整流平滑
回路１２に供給する。

励磁エネルギ出力手段１３は、高周波トランス１１の二
次側に設けられ、高周波トランス１１の励磁エネルギを
出力エネルギとして取り出す。

〔作　用］ 上記構成のフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて
、スイッチング素子１０のオフ時に高周波トランス１１
の励磁エネルギは消磁電流として励磁エネルギ出力手段
１２に流れ、これにより出力エネルギとして出力側へ取
り出されることになる。

従って、本発明にあっては、高周波トランスの電力変換
効率を高めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明によるフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ
の実施例を図面について詳述する。

第２図は、本発明によるフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバ
ータを備えた安定化電源装置の構成図である。

図において、第１図と同−又は相当部分には同一符号を
付して述べる。電力変換用高周波トランス１１の一次巻
線１１ａの両端は、スイッチングトランジスタ１０のコ
レクタ・エミッタを介して直流入力電源１４に接続され
ている。

高周波トランス１１の二次巻線１１ｂの両端には、整流
平滑回路として整流ダイオードＤ２を介してチョーク転
流ダイオードＤ３が並列に接続され、さらに転流ダイオ
ードＤ３の両端にはチョークコイルＬを介して平滑コン
デンサＣが並列に接続されていると共に、コンデンサＣ
の両端に接続した出力端子１５ａ、１５ｂには負荷１６
が接続されている。

また、高周波トランス１１の二次側には、巻き始め端を
二次巻線１１ｂの巻き終わり端に接続したエネルギ取出
巻線１６が設けられ、このエネルギ取出巻線１６の巻き
終わり端は、ダイオード１７を介してチョークコイルＬ
と平滑コンデンサＣとの接続点に接続されている。なお
、前記巻線１６及びダイオード１７は、第１図の励磁エ
ネルギ出力手段１３に相当するものである。

次に、上記のように構成された本実施例の動作について
説明する。

出力電圧ＥＯの変動分に応じてパルス幅制御された第３
図（ａ）に示す如きパルス信号がスイッチングトランジ
スタ１０のベースに加えられると、トランジスタ１０が
オン、オフし、入力電圧Ｅが高周波トランス１１の一次
巻線１１ａに印加される。

これに伴い負荷対応のパルス状の一次電流ｉＩ　（第３
図す参照）が流れ、高周波トランス１１を介して二次巻
線へ供給される。トランジスタ１０のオン期間において
は二次巻線１１ｂの両端には、巻き始め端を正、巻き終
わり端を負とする電圧が発生し、この電圧によりチョー
クコイルＬ及びコンデンサＣにより平滑化した出力電圧
Ｅ０を負荷１６に供給する。この時、巻き始め端を正、
巻き終わり端を負として巻線１６に発生する電圧による
電流ループはダイオード１７により阻止されるため、そ
のエネルギは出力側へ伝達されない。

スイッチングトランジスタ１０がオフになると、−次側
から二次側に伝達されるエネルギがなくなると共に、高
周波トランス１１の励磁エネルギによって各巻線１１ａ
、ｌｌｂ及び１６に逆電圧が発生ずる。この時、逆電圧
による一次巻線１１ａの電流ループはトランジスタ１０
により阻止され、かつ、逆電圧による二次巻線１１ｂの
電流ループはダイオードＤ２により阻止されるが、巻線
１６のループにダイオード１７を通して電流ループが形
成される。これに伴い高周波トランス１１の励磁エネル
ギは消磁型・流ｉｒ　として巻線１６の電流ループに第
２図の矢印のように流れ、これにより励磁エネルギは出
力エネルギとして出力端子１５ａ、１５ｂ側へ伝達され
ることになる。

この時の電流ｉ、の波形は第３図（Ｃ）のようになり、
また、トランジスタ１０のコレクタ・エミッタ間に加わ
る電圧ＶＣＨの波形は同図（ｄ）のようになり、さらに
−次巻線１１ａの両端に発生する電圧Ｅ、の波形は同図
（ｅ）のようになる。

従って、上述のような本実施例にあっては、トランスの
励磁エネルギは二次側出力に伝達されるので、高周波ト
ランスの電力伝達率が向上し、ＤＣ−ＤＣコンバータの
変換効率を高め得る。

なお、本発明における励磁エネルギ出力手段は、上記実
施例に示す回路方式に限定されない。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、高周波トランスの励磁
エネルギを二次側出力に取り出す方式としたので、高周
波トランスの電力変換効率を高めることができ、これに
より高周波トランスを小型化できる極めて有用なもので
ある。

第３図は本実施例における各部の動作波形図、第４図は
従来のフォワード型インバータを利用した安定化電源装
置の構成図、 第５図はその動作波形図である。

図において、 １０はスイッチング素子、 ｌｌは高周波トランス、 １２は二次側整流平滑回路、 １３は励磁エネルギ出力手段、 １４は直流入力電源である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフォワード型インバータの原理図、 第２図は本発明によるフォワード型インバータを安定化
電源装置に適用した時の実施例を示す構成図、 不実流ｆ列先各部の遥形図 第 図 従来の溝へ゛図 第 図 従来の８．部Ｃ破形肥 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルス信号によりスイッチングしてパルス状の電
   圧に変換するスイッチング素子（１０）と、前記パルス
   状の電圧を一次側に加えることにより高周波の交流電力
   に変換して二次側出力回路（１２）に出力する高周波ト
   ランス（１１）と、前記高周波トランス（１１）の二次
   側に設けられ、高周波トランス（１１）の励磁エネルギ
   を出力エネルギとして取り出す励磁エネルギ出力手段（
   １３）と、 を備えてなるフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ。