JPH03178569A - スイッチング電源装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＡＣコンバー
タ等のスイッチング電源装置に関し、更に詳細には、低
損失のスイッチング電源装置に関する。

［従来の技術］ 出カドランスに直列に接続されたスイッチング素子をオ
ン・オフすることによって直流を断続し、トランスの出
力を整流する構成のスイッチングレギュレータ即ちＤＣ
−ＤＣコンバータは広く使用している。第４図は従来の
ＤＣ−ＤＣコンバータの１例を示す。このＤＣ−ＤＣコ
ンバータにおいては、直流電源１０に接続されている第
１及び第２の電源端子１１．１２の間に、トランス１３
の１次巻線１４とスイッチング素子としてのトランジス
タ１５との直列回路が接続されている。トランス１３の
２次巻線１６は、ダイオード１７．１８とリアクトル１
９とコンデンサ２０とから成る出力整流平滑回路２１を
介して出力端子２２．２３に接続されている。スイッチ
ングトランジスタ１５のベースにはこれをオン・オフ制
御するための制御回路２４が接続されている。１次巻線
１４の−＃（上端）と他端（下＠）との間に、第１の逆
流阻止用ダイオード２５を介してサージ吸収用コンデン
サ２６が接続されている。また、コンデンサ２６に並列
に放電用抵抗Ｒが接続されている。

このＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、トランジスタ１５
が制御回路２４でオン制御されている期間には、電源１
０の電圧が１次巻線１４に印加される。これによって２
次巻線１６に誘起された電圧は出力整流平滑回路２１を
介して出力端子２２．２３間に接続された負荷（図示せ
ず）に供給される。トランジスタ１５がオンからオフに
転換する時に、１次巻線１４にフライバック電圧〈サー
ジ電圧）が発生するが、これは１次巻線１４に並列に接
続されたコンデンサ２６で吸収される。

［発明が解決しようとする課題１ ところで、コンデンサ２６の電荷の少なくとも一部は次
のサージ電圧発生前に放出しなければならない、このた
めにコンデンサ２６に並列に放電用抵抗Ｒが接続されて
いるが、ここで電力損失が生じ、効率が低下する。

そこで、本発明の目的は、サージ電圧を低くすることが
できると共に、サージ電圧吸収によるエネルギ損失を低
減することができるスイッチング電源装置を提供するこ
とにある６ ［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、直流電圧を供給す
るための一対の電源端子と、一端が前記一対の電源端子
の一方に接続されたトランスの１次巻線と、一端が前記
１次巻線の他端に接続され、他端が前記一対の電源端子
の他方に接続されたスイッチング素子と、前記１次巻線
に結合された出力回路と、前記スイッチング素子をオン
・オフ制御するための制御回路と、一端が前記１次巻線
の他端に接続されたコンデンサと、前記１次巻線に発生
するサージ電圧によってオンになる方向性を有して前記
コンデンサの他端と前記１次巻線の一端との間に接続さ
れた妙１の逆流阻止用ダイオードとを備えたスイッチン
グ電源装置において、前記スイッチング素子の他端と前
記コンデンサの他端との間に接続され、且つ前記１次巻
線に電磁的に結合されたエネルギ放出用巻線と、前記ス
イッチング素子のオン時にオンになる方向性を有して前
記３次巻線に直列に接続された第２の逆流阻止用ダイオ
ードとを備えていることを特徴とするスイッチング電源
装置に係わるものである。なお、前記出力回路はトラン
スの２次巻線又は２次巻線と整流平滑回路の組み合せ等
から成る。

また、請求項２に示すように、エネルギ放出用巻線に直
列にリアクトルを接続することが望ましい ［作　用］ 上記発明において、サージ吸収用コンデンサはスイッチ
ング素子のオン期間にスイッチング素子を通してエネル
ギ放出用巻線に接続される。この結果、コンデンサのエ
ネルギはエネルギ放出用巻線を介して負荷側に放出され
る。エネルギ放出用巻線によるエネルギ放出量は、１次
巻線とエネルギ放出用巻線との巻数比によって決まる。

エネルギ放出用巻線の巻数を少なめにすれば、コンデン
サのエネルギの放出が迅速に進む、逆に工、ネルギ放出
用巻線の巻数を多めにすれば、コンデンサのエネルギは
緩やかに放出される。エネルギ放出回路には抵抗が接続
されていないので、電力損失が小さい。

なお、請求項２に従ってリアクトルを接続すると、コン
デンサのエネルギのゆっくりした放出を確実に達成する
ことが可能になる。

［第１の実施例］ 次に、第１図及び第２図を参照して本発明の第１の実施
例に係わるＤＣ−ＤＣコンバータを説明する。但し、第
１図において、符号１０〜２６で示すものは、第４図で
同一符号で示すものと実質的に同一であるので、その説
明を省略する。

第１図のＤＣ−ＤＣコンバータでは、コンデンサ２６の
エネルギ放出用巻線として３次巻線２つが設けられてい
る。この３次巻線２９はリアクトル２７及び第２のダイ
オード２８に対して直列に接続され、且つ１次及び２次
巻線１４．１６に電磁結合されている。なお、３次巻線
２９の極性は、１次巻線１４の上端が正の時に３次巻線
２９の下端が正になるように決定されている。３次巻線
２９とリアクトル２７とダイオード２８とから成る直列
回路の一端はトランジスタ１５のエミッタに接続され、
他端はコンデンサ２６とダイオード２５との接続点に接
続されている。なお、コンデンサ２６の一端は１次巻線
１４の下端に接続され、他端がダイオード２５を介して
１次巻線１４の上端に接続されている。

第１図のＤＣ−ＤＣコンバータの主動作は第４図のＤＣ
−ＤＣコンバータと実質的に同一であり、トランジスタ
１５をオン・オフ制御することによって制御された直流
電圧を出力端子２２．２３に送出する。

第２図に示すようにトランジスタ１５がオンからオフに
転換するｔ１〜ｔ２期間には、ダイオード２５がオンに
なってここに第２図（Ｃ）に示すように電流１１が流れ
、１次巻線１４に発生するサージ電圧はコンデンサ２６
に吸収され、コンデンサ２６の電圧Ｖｃが高くなる。こ
の結果、トランジスタ１５のコレクタ・エミッタ間電圧
Ｖ。Ｅが過大になることが防止される。なおこのオフ期
間にはコンデンサ２６の下側の端子が正になるようにコ
ンデンサ２６は充電される。

次に、トランジスタ１５がオフからオンに転換するｔ３
〜ｔ４期間には、第２図（Ｄ）に示すようにダイオード
２８がオンになってここを電流Ｉ２が流れ、コンデンサ
２６とトランジスタ１５と３次巻線２９とリアクトル２
７とダイオード２８とから成る閉回路でコンデンサ２６
のエネルギが放出され、コンデンサ２６の電圧ＶＣが下
る。閉回路中にリアクトル２７及び３次巻線２９のイン
ダクタンスが有るので、コンデンサ２６の放電電流は急
激には流れない。３次巻線２つに電流が流れると、トラ
ンス１３を介してコンデンサ２６のエネルギが負荷側に
放出され、有効に利用される。

トランス１３を介して放出されるエネルギの量は、１次
巻線１４と３次巻線２９との巻数比に依存する。３次巻
線２９の数が多い時にはエネルギが緩やかに放出され、
巻数が少ない時には早く放出される。

本実施例は次の利点を有する。

（１）　サージ吸収用コンデンサ２６のエネルギが３次
巻線２９によって負荷側に放出されるので、損失が少な
くなり、効率を高めることができる。

（２）　　トランジスタ１５のオン転換時に、コンデン
サ２６のエネルギはリアクトル２７及び３次巻線２９の
インダクタンス分によって制限されて緩やかに放出され
るので、トランジスタ１５のコレクタ・エミッタ間電圧
が高い期間に大きなコレクタ電流が流れない。従って、
トランジスタ１５のオン転換時のスイッチング損失が小
さくなる。

［第２の実施例］ 次に、第３図に示す第２の実施例のＤＣ−ＤＣコンバー
タを説明する。但し、第３図において第１図及び第４国
と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略
する。

この第２の実施例では、１次巻線１４に並列に、ノイズ
防止用コンデンサＣｆが接続され、直列にノイズ防止用
インダクタンス素子Ｌｆが接続されている。また、１次
巻ｉｔ！１４とインダクタンス素子Ｌｆとに対して並列
に第３のダイオード３０を介してコンデンサ３１が接続
されている。また、コンデンサ３１とトランジスタ１５
との直列回路に対して並列にリアクトル３２がダイオー
ド３３を介して接続されている。

コンデンサＣｆとインダクタンス素子Ｌｆを設けると、
高周波ノイズの発生が抑制される。１次巻線１４に直列
にインダクタンス素子Ｌｆを接続すると、両者に基づい
て高いサージ電圧が発生する。しかし、この実施例では
コンデンサ２６の容量値がトランジスタ１５の電圧の立
上りを遅らせるように設定され、コンデンサ３１の容量
値がオフ時のトランジスタ１５の電圧のオーバシュート
をカットするように設定されているので、サージ電圧の
吸収とトランジスタ１５のオフ時のスイッチング損失の
低減との両方を良好に遠戚することができる。なお、オ
フ時のトランジスタ１５の電圧が急激に立上らないと、
スイッチング損失が小さくなることは周知事項である。

コンデンサ３１のエネルギはトランジスタ１５のオン時
に、リアクトル３２に移り、その後ダイオード３０を介
して電源に戻される。従って、コンデンサ３１のエネル
ギの損失は極めて小さい。

この第２の実施例のＤＣ−ＤＣコンバータも第１の実施
例と同様な作用効果を有する。

［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば
次の変形が可能なものである。

（１）　３次巻線２９のインダクタンス値を大きくして
リアクトル２７を省くことができる。

（２）　出力整流平滑回路２１を省いてＤＣ−ＡＣコン
バータとすることができる。

（３）　オン・オン型スイッチングレギュレータに限る
ことなく、オン・オフ型スイッチングレギュレータにも
本発明を適用することができる。

また、自動式と他励式とのいずれのスイッチングレギュ
レータにも本発明を適用することができる。

（４）　出力を取り出すためにトランス１３を単巻トラ
ンスに構成することができる。

（５）　トランジスタ１５の代りに、電界効果トランジ
スタ等の他のスイッチング素子を使用することができる
。

（６）　直流電源１０は一般的には整流回路と平滑用コ
ンデンサ等から成るが、蓄電池等の電源て′あってもよ
い。

［発明の効果］ 本発明によれば、サージ電圧の吸収を良好に行うことが
できると共に、サージ電圧吸収回路におけるエネルギの
損失の少ないスイッチング電源装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ
を示す回路図、 第２図は第１図の各部の状態を示す波形図、第３図は本
発明の第２の実施例のＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路
図、 第４図は従来のＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図であ
る。 １０・・・直流電源、１１・・・第１の電源端子、１２
・・・第２の電源端子、１３・・・トランス、１４・・
・１次巻線、１５・・・トランジスタ、１６・・・２次
巻線、２１・・・出力整流平滑回路、２４・・・制御回
路、２５・・・第１の逆流阻止用ダイオード、２６・・
・コンデンサ、２７・・・リアクトル、２８・・・第２
の逆流阻止用ダイオード、 ２９・・・３次巻線。 代 理 人 高 野 則 次 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］直流電圧を供給するための一対の電源端子と、 一端が前記一対の電源端子の一方に接続されたトランス
   の１次巻線と、 一端が前記１次巻線の他端に接続され、他端が前記一対
   の電源端子の他方に接続されたスイッチング素子と、 前記１次巻線に結合された出力回路と、 前記スイッチング素子をオン・オフ制御するための制御
   回路と、 一端が前記１次巻線の他端に接続されたコンデンサと、 前記１次巻線に発生するサージ電圧によってオンになる
   方向性を有して前記コンデンサの他端と前記１次巻線の
   一端との間に接続された第１の逆流阻止用ダイオードと
   、 を備えたスイッチング電源装置において、 前記スイッチング素子の他端と前記コンデンサの他端と
   の間に接続され、且つ前記１次巻線に電磁的に結合され
   たエネルギ放出用巻線と、 前記スイッチング素子のオン時にオンになる方向性を有
   して前記３次巻線に直列に接続された第２の逆流阻止用
   ダイオードと、 を備えていることを特徴とするスイッチング電源装置。 ［２］更に、前記エネルギ放出用巻線に直列に接続され
   たリアクトルを備えていることを特徴とするスイッチン
   グ電源装置。