JPH0357705B2 - - Google Patents

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JPH0357705B2
JPH0357705B2 JP15748486A JP15748486A JPH0357705B2 JP H0357705 B2 JPH0357705 B2 JP H0357705B2 JP 15748486 A JP15748486 A JP 15748486A JP 15748486 A JP15748486 A JP 15748486A JP H0357705 B2 JPH0357705 B2 JP H0357705B2
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JP
Japan
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switching element
auxiliary
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winding
main switching
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JP15748486A
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Rihei Hiramatsu
Isami Norikoshi
Harunobu Hiki
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MELS CORP
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MELS CORP
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は入力電源電圧圧の変化に対応して、出
力を一定に保持するいわゆるホワード型コンバー
タにおいて、主開閉素子のオフ時の印加電圧を有
効に抑制することにより、その導通時比率を80%
近くまで拡大することを可能にし、これにより、
入力変動範囲を従来のものより2倍以上許容でき
るDC・DCコンバータに関するものである。
「従来の技術」 従来のホワード型コンバータにおいて、主開閉
素子のオフ時の電圧抑制回路(以下クランプ回路
という)には第6図と第8図に示す2種類があつ
た。そして各々の回路の主開閉素子1の動作波形
図が第7図と第9図に示され、T1−T2は導通時
間、T1−T3は周期であつて、(T1−T2)/(T1
−T3)は時比率である。電圧(Vq)は主開閉素
子1の印加であり、電圧(Vq−Vi)がリセツト
時の変圧器2への印加電圧であり、T1−T2間に
変圧器2に加えられた電圧時間積はT2−T3間に
おいて等量がリセツトされ、この斜視部分A,B
はいかなる時も等量である。
第6図の回路においては、ダイオード3、コン
デンサ4、抵抗5によつてその印加電圧Vqは抑
制されるとともに、変圧器2の1次巻線6にT1
−T2期間に蓄えられた励磁エネルギはこの抵抗
5のよつて消耗される。このとき下式が成立す
る。
1/2Ls(Iq)2+1/2Lφ(Iφ)2=(Vc)2/R
………(1) この(1)式において、1/2Ls(Iq)2の項は1次巻線
6のストレイインダクタンス7に負荷相当の電流
(Iq)によつて蓄えられる電磁エネルギであり、
また1/2Lφ(Iφ)2の項は励磁回路中に蓄えられる
電磁エネルギであり、これは主開閉素子1の遮断
後、抵抗5によつて消耗されるが、この(1)式が成
立するまで、コンデンサ4は充電され、このとき
の電圧Vcはまた主開閉素子1のドレン、ソース
間電圧(Vq)の最高クランプ電圧を決定するも
のである。
第8図の回路においては、変圧器2にさらに補
助巻線8を巻回し、一端は入力電源9の正側に、
他端は逆方向のダイオード10を介して負側に結
合したものである。
「発明が解決しようとする問題点」 第6図の回路は時比率を50%以上に高めること
が可能であり、回路も簡単であるという特徴を有
するが、クランプ電圧Vqは入力電圧(Vi)に比
して甚しく大きくなることと、抵抗5部分による
電力損失が大きいという問題があるため、通常小
電力の電源にのみ利用されていた。
第8図の回路はクランプ電圧(Vq)が入力電
圧(Vi)の2倍に制限され、また変圧器2の1
次巻線6に蓄えられた電磁エネルギは負電側に返
還される等の長所もあるが、時比率を50%以上に
するとリセツト不足となりT1−T2時に大きな飽
和電流が流れるので、安全のため通常、時比率は
最高45%以下に制限することが必要であるという
問題があつた。そしてこれは通常中電力の電源に
利用されていた。
以上の理由から第6図と第8図の回路は入力電
圧変動範囲も電源許容量も制約されていたもので
ある。
「問題点を解決するための手段」 本発明は上述のような問題点を解決するために
なされたもので、入力側電源を変圧器の1次巻線
と主開閉素子との直列回路に接続し、前記変圧器
の2次巻線に整流回路と波回路を介して出力端
子を結合し、この出力端子に結合された検出増幅
回路によつて前記主開閉素子の導通角を制御する
ようにしたホワード型コンバータにおいて、前記
主開閉素子の両端に、ダイオードとコンデンサの
直列回路を結合し、前記変圧器に、前記1次巻線
同一巻回数を有する補助巻線を設け、この補助巻
線に補助開閉素子を直列に結合し、この補助巻線
と補助開閉素子との直列回路の一端を入力電源側
の一端に、他端を前記ダイオードとコンデンサの
中点に結合してなり、前記補助開閉素子のオン、
オフ期間は主開閉素子のオン、オフ期間と同期
し、かつ逆になるように動作させるようにしたも
のである。
「作用」 補助開閉素子と主開閉素子が互いにオン、オフ
期間が逆で、かつ同期するようにしたので、リセ
ツト時の開閉素子の印加電圧を入力電圧に関係な
く矩形とし、その最高値を抑制し、かつ主開閉素
子の時比率の制限を解除し、安全に入力電圧の広
範囲の変化に対応するものである。
「実施例」 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。
第1図において、11は直流入力電源で、この
入力電源11は、変圧器12の1次巻線13と主
開閉素子としてのMOS型FET14の直列回路に
結合し、前記変圧器12の2次巻線15は2個の
ダイオード16,17からなる整流回路と、イン
ダクタ18とコンデンサ19からなる平滑波回
路を介して出力端子21,21に結合され、この
出力端子20,21は、絶縁用ホトカプラ23、
シヤントレギユレータ24、検出増幅回路25を
介して前記主FET14のゲートに結合されて、
いわゆるホワード型コンバータが構成されてい
る。
以上のようなホワード型コンバータにおいて、
前記主FET14のドレン、ソース間に、ダイオ
ード26とコンデンサ27の直列回路が結合さ
れ、また、前記変圧器12に前記1次巻線13と
同一巻数に補助巻線28を巻回し、この補助巻線
28の一端を、前記ダイオード26とコンデンサ
27の接続点に、他端を補助開閉素子としての補
助FET29のドレンに結合する。前記検出増幅
回路25はMB3759として市販されている電源用
IC30、前記主FET14と補助FET29のオン
時の立上りを遅く、オフ時の立下りを早くするた
めの抵抗、ダイオード、コンデンサからなる時定
数回路31,32、トランジスタからなるゲート
回路33,34等を具備し、前記一方のゲート回
路33は主FET14のゲートに結合され、他方
のゲート回路34は絶縁用変圧器35を介して補
助FET29のゲートに結合されている。
つぎに、第2図以下の波形図に基づいてその作
用を説明する。第2図は入力電圧Viが低いとき
の特性を示し、Aは主FET14のオン、オフの
タイムチヤート、Bは補助FET29のオン、オ
フのタイムチヤート、Cは各部の電圧、電流波形
図である。Dは変圧器12の励磁電流の変化であ
り、このうち(Iq1φ)は1次巻線13に、(Iq2φ)
は補助巻線28に流れる電流である。なお、Dに
示された振巾はCに比して拡大して画かれてい
る。第3図は入力電圧Viが高いときの第2図と
同様の特性を示している。
ここで、第2図に示すように、入力電圧Viが
低いときに出力電圧Voを一定に保つためには時
比率(T1−T2)/(T1−T3)は大きく、第3図
に示すように、入力電圧Viが高いときにはこの
逆であることはホワード型コンバータにおいて自
明である。また変圧器12のオン、オフ時のそれ
ぞれの電圧積も前述のように等量である。すなわ
ち、下式が成立する。
T2 T1Vidt=∫T3 T2(Vq−Vi)dt ………(2) もし、このとき第1図の点線で示したようなイ
ンピーダンス36が補助巻線28と補助FET2
9からなるリセツト回路中に存在すると、第4図
Bに示したようにT2−T3の消磁期間(リセツト
期間)、電流IφがT2時の最高からT3時の零までに
達するのに第4図Aのように電圧(Vq)は高く
ならざるを得ないし、また、そのように、コンデ
ンサ27の充電電圧(Vc)も最高電圧(Vqm)
に等しくなるまで上昇せざるを得ないものであ
る。実際の回路においては第1図のインピーダン
ス36は存在しないので、励磁電流を制約するも
のはなく、第2図DIqφ2のように直線的に低下
し、主FET14の電圧Vqを不必要に高くするこ
とはない。この結果前記(2)式における右辺の
(Vq−Vi)の瞬時値は第4図のように不当に高
くなる必要はなく、必要最低限で足りる。この
(Vq−Vi)の瞬時値は (Vq−Vi)=Vi(T1−T2)/(T2−T3)……
…(3) で示された矩形となるものである。さらに(3)式に
入力電圧Viを加えたものが第3図におけるVcま
たはVqとなるものである。
また、1次巻線13中に蓄えられる1/2Ls
(Iq)2のエネルギは第2図DのT2−T3間に(Iq2
−Iq2φ)となつて電源側に返還されるので、第6
図回路の第7図の特性および(1)式で示したVcま
たはVqmのような高電圧は不必要となり、総ゆ
る負荷の状態に関係なく(3)式の値の矩形波が保持
されるものである。
第3図の特性は入力電圧Viが高い場合である
が、この場合の動作は第2図と同様であり、この
場合も (Vq−Vi)=Vi(T1−T2)/(T2−T3)……
…(4) となり、(4)式は成立し、第3図のVcまたはVqも
第2図と殆ど同一の値である。
実際の動作においても入力電圧Viの相当広範
囲な変化に対して第5図のように電圧Vqは一定
に保持されるものである。
なお、第2図、第3図において、主FET14
と補助FET29のオン、オフ時の立上りと立下
りが重ならないように時定数回路31,32を挿
入した。これは、主FET14と補助FET29の
オン時間が重なると1次巻線13と補助巻線28
に短絡電流が流れるのでこれを防止するためであ
る。殊に主FET14のターンオン時に補助FET
29のターンオフが完了していないと、主FET
14のターンオン時にダイオード26の両端に電
圧が発生し、これが電源となつてダイオード26
のカソード⇒補助巻線28の巻終り⇒巻始め⇒補
助FET29⇒1次巻線13の巻始め⇒巻終り⇒
ダイオード26のアノードという閉回路間に大き
な循環電流が発生する。そのため、第2図のBに
おけるタイムラグt1、t2が必須である。
「発明の効果」 本発明は以上のように構成したので、従来のホ
ワード型コンバータの問題点を解決し、主開閉素
子の電圧、電流の負担を減少して効果的に利用さ
れ、全体としても能率も改良されるものであり実
用に供して効果甚大である。ちなみに、第5図に
示す特性図からも明らかなように従来の回路にお
ける特性に比し、本発明の回路における特性が極
めて有効であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるDC・DCコンバータの一
実施例を示す電気回路図、第2図は入力電圧が低
い場合の特性図、第3図は入力電圧が高い場合の
特性図、第4図はリセツト回路にインピーダンス
が存在する場合の特性図、第5図は従来の回路と
本発明の回路との特性を比較した波形図、第6図
は従来の回路図、第7図は第6図の特性波形図、
第8図は他の従来の回路図、第9図は第8図の特
性波形図である。 1,14……主開閉素子、2,12……変圧
器、3,10,16,17,26……ダイオー
ド、4,19,27……コンデンサ、5……抵
抗、6,13……1次巻線、7……ストレイイン
ダクタンス、8,28……補助巻線、9,11…
…入力電源、15……2次巻線、18……インダ
クタ、20,21……出力端子、23……絶縁用
ホトカプラ、24……シヤントレギユレータ、2
5……検出増幅回路、29……補助開閉素子、3
0……電源用IC、31,32……時定数回路、
33,34……ゲート回路、35……絶縁用変圧
器、36……インピーダンス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 入力側電源を変圧器の1次巻線と主開閉素子
    との直列回路に接続し、前記変圧器の2次巻線に
    整流回路と波回路を介して出力端子を結合し、
    この出力端子に結合された検出増幅回路によつて
    前記主開閉素子の導通角を制御するようにしたホ
    ワード型コンバータにおいて、前記主開閉素子の
    両端に、ダイオードとコンデンサの直列回路を結
    合し、前記変圧器に、前記1次巻線と同一巻回数
    を有する補助巻線を設け、この補助巻線に補助開
    閉素子を直列に結合し、この補助巻線と補助開閉
    素子との直列回路の一端を入力電源側の一端に、
    他端を前記ダイオードとコンデンサの中点に結合
    してなり、前記補助開閉素子のオン、オフ期間は
    主開閉素子のオン、オフ期間と同期し、かつ逆に
    なるように動作させるようにしたことを特徴とす
    るDC・DCコンバータ。 2 検出増幅回路は補助開閉素子のオフ時の立下
    りは主開閉素子のオン時の立上りより少しく早
    く、補助開閉素子のオン時の立上りは主開閉素子
    のオフ時の立下りより少しく遅く動作するような
    時定数回路を具備してなる特許請求の範囲第1項
    記載のDC・DCコンバータ。 3 主開閉素子と補助開閉素子はそれぞれMOS
    型FETからなる特許請求の範囲第1項記載の
    DC・DCコンバータ。
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JPH0755047B2 (ja) * 1988-07-22 1995-06-07 アメリカン テレフォン アンド テレグラフ カムパニー コンバータ回路
US5448467A (en) * 1992-04-13 1995-09-05 Ferreira; Jan A. Electrical power converter circuit

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