JPH04295272A - マグアンプ式スイッチングレギュレータ - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は可飽和リアクトルを用い
て出力電圧を制御するマグアンプ式スイッチングレギュ
レータにかかり、特に、可飽和リアクトルによる不必要
な電圧降下、すなわちデッドアングルを低減し、出力制
御可能範囲を広げたマグアンプ式スイッチングレギュレ
ータに関する。

【０００３】

【従来の技術】スイッチングレギュレータは、小型、軽
量、高効率のため各種電子機器の電源として広く使用さ
れている。

【０００４】特に出力制御に可飽和リアクトルを用いた
マグアンプ式のスイッチングレギュレータは電源の多出
力化、高信頼性化等の必要性のために増えてきており、
その可飽和リアクトルにはスイッチング周波数の高周波
化に対応できるアモルファスコアが用いられている。

【０００５】図９は従来のマグアンプによる電圧制御を
用いたフォワード型スイッチングレギュレータの回路図
である。

【０００６】このマグアンプ式スイッチングレギュレー
タでは主変圧器Ｔの１次側のスイッチング素子Ｑを周期
的にオン・オフすることにより、入力直流電流を高周波
に変換し、主変圧器Ｔを介して出力側に取り出し、これ
を整流・平滑して負荷へ供給する。一方、制御回路１は
出力の電圧と所定の基準電圧値とを比較して、この比較
結果に基づいて可飽和リアクトルＳＲにリセット電流を
ダイオード２を介して流すようにしている。この様にす
ることで可飽和リアクトルＳＲを交流に対するスイッチ
として用い出力の電圧の制御を行っている。

【０００７】ところで、可飽和リアクトルＳＲの角形比
は理想的には１であるが現実には１ではなく、このため
に主変圧器Ｔの２次側に可飽和リアクトルＳＲを挿入し
ただけで制御回路１によるリセットをかけなくても不必
要な電圧降下を起こしてしまう。すなわち、可飽和リア
クトルＳＲにパルスが印加され、そのパルスがオフにな
る時に図１０に示すように磁化曲線上のＢｍからＢｒま
で磁束が変化する。さらにダイオードＤ１のリバースリ
カバリ電流によって磁束がより低いほう（場合によって
は負の磁束）へ変化する。この状態において次のパルス
が立ち上がると磁束が飽和するまでパルス電圧を削って
しまう。これがデッドアングル（制御不能角）であり、
このために可飽和リアクトルＳＲは制御をかけなくても
不必要な電圧降下を起こす。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のマグアンプ式のスイッチングレギュレータではデッド
アングルによる不必要な電圧降下を生じていた。

【０００９】本発明はこのような課題を解決すべく創案
されたもので、デッドアングルを少なくし、不必要な電
力のロスが生じないようにしたマグアンプ式スイッチン
グレギュレータを提供することを目的とする。

【００１０】［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のマグアンプ式ス
イッチングレギュレータでは、上述した目的を達成する
ために、直流をパルス状信号にするスイッチング素子と
、このスイッチング素子によるパルス状信号を１次側か
ら２次側に電力供給するトランスと、１次側が前記トラ
ンスの２次側に接続され、２次側には障害リセット電流
を放出するようダイオードが接続され、磁化状態に応じ
てインダクタンスが変化する可飽和リアクトルと、この
可飽和リアクトル通過後の信号を整流・平滑する整流・
平滑回路と、この整流・平滑回路から出力された直流電
圧に基づいて前記可飽和リアクトルの磁化状態を変える
ように前記可飽和リアクトルにリセット電流を流す制御
回路とを具備することを特徴としている。

【００１２】

【作用】本発明のマグアンプ式スイッチングレギュレー
タでは、可飽和リアクトルの２次巻線と、この２次巻線
に設けられたダイオードによって障害リセット電流のエ
ネルギが放出される。

【００１３】したがって、デッドアングルを少なくし、
不必要な電力のロスが生じなくなり制御範囲が広くなる
。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１５】図１は本発明の一実施例であるマグアンプ
式フォワード型スイッチングレギュレータの構成を示す
回路図である。

【００１６】同図に示すスイッチングレギュレータは入
力される交流から全波整流して直流に変換する４つのダ
イオードからなるブリッジ回路３と、ブリッジ回路３に
よって変換された直流をスイッチングするスイッチング
回路４と、スイッチング回路４によってスイッチングさ
れてパルス状の波形となった信号を変圧する変圧器Ｔと
、この変圧器Ｔによって変圧されたパルス状の信号に対
してリアクタンスとして働いてパルス状の信号のスイッ
チングを行う可飽和リアクトルＳＲと、可飽和リアクト
ルＳＲによって制御されたパルス状信号を整流・平滑す
るダイオードＤ１、Ｄ２、チョークコイルＬ、コンデン
サＣと、出力された直流電圧と基準電圧（図示せず）と
を比較し、この比較結果に応じてリセット電流を可飽和
リアクトルＳＲに逆流防止用のダイオード５を介して流
す制御回路６とによって構成されている。そして可飽和
リアクトルＳＲは１次巻線Ｗ１、２次巻線Ｗ２を有して
おり、１次巻線Ｗ１が変圧器Ｔの２次巻線に直列に接続
されており、２次巻線Ｗ２に並列にダイオードが接続さ
れている。

【００１７】つぎに上述した構成のスイッチングレギュ
レータの動作について説明する。

【００１８】まず、入力されてきた交流は４つのダイオ
ードによるブリッジ回路３で全波整流が実行される。そ
の後、コントローラ８からの制御信号によりスイッチン
グ回路４のトランジスタＱのゲートに所定の周波数のパ
ルスが印加されてスイッチング動作を行うようになる。 そしてこのスイッチングされてパルス状となった信号は
変圧器Ｔで変圧されて２次側に所定の電圧のパルス状信
号を出力する。

【００１９】そして後述する可飽和リアクトルＳＲの制
御が行われた後、ダイオードＤ１で半波整流が行われ、
ダイオードＤ２、チョークコイルＬ、コンデンサＣで平
滑が行われて直流電圧として出力される。

【００２０】一方、制御回路６は出力電圧Ｖを検出して
おり、この出力電圧Ｖと制御回路６が内部に持っている
基準電圧とを比較して、電圧差に応じた電流をダイオー
ド５を介して可飽和リアクトルＳＲにリセット電流とし
て流し、トランジスタＱがオフの期間に可飽和リアクト
ルＳＲを磁化する。そして、トランジスタＱがオンする
と、可飽和リアクトルＳＲは変圧器Ｔの出力信号を阻止
するよう働き、所定の時間が経過すると変圧器Ｔの２次
側から出力されるパルス状の信号で可飽和リアクトルＳ
Ｒが飽和領域まで磁化され、可飽和リアクトルＳＲはイ
ンダクタンスが減少し、オン状態となってパルス状信号
を整流、平滑回路へ通過させる。このようにしてスイッ
チング回路４のトランジスタＱがオフの間に流すリセッ
ト電流の量を変化させて可飽和リアクトルＳＲの磁化の
度合いを制御して変圧器Ｔから出力されるパルス状電圧
を一定期間阻止することによって出力電圧を制御してい
る。なお、図２（ａ）、（ｂ）は従来のマグアンプ式ス
イッチングレギュレータのトランス２次側に現れる電圧
と電流を示す図であり、図３は３Ａの電流を流した場合
の磁界のヒステリシスループを示す図である。そして図
４（ａ）、（ｂ）は本実施例のマグアンプ式スイッチン
グレギュレータのトランス２次側に現れる電圧と電流を
示す図であり、図５はこの実施例において３Ａの電流を
流した場合の磁界のヒステリシスループを示す図である
。

【００２１】ところで、デッドアングルはそのほとんど
がダイオードＤ１のリバースリカバリー電流によって可
飽和リアクトルＳＲのコアがリセットされることに起因
する。そこで本実施例で特徴部分である可飽和リアクト
ルＳＲの２次側巻線Ｗ２に並列に設けられたダイオード
７を通して、この障害リセットと呼ばれる不要なリセッ
ト分がエネルギーとして放出されることにより次のオン
パルスが来たときのデッドアングルが減少する。

【００２２】なお、可飽和リアクトルＳＲに施される巻
線は、上述した２次巻線Ｗ２以外にも巻線があっても良
い。また、本実施例の可飽和リアクトルＳＲには、低鉄
損の観点からＣｏ基アモルファス合金、あるいはＦｅ基
超微細結晶合金（例えば、Ｆｅ７４Ｃｕ１　Ｎｂ３　Ｓ
ｉ１３Ｂ９　）が好ましく、特に板厚３　〜２５μｍの
Ｃｏ基アモルファス合金を用いた可飽和リアクトルが好
ましい。

【００２３】次に上述した構成のスイッチングレギュレ
ータを用いた実験の結果について説明する。

【００２４】第１実験例 スイッチング回路４のトランジスタＱのゲートに印加す
るパルスを１５０ｋＨｚで出力１２Ｖ、定格電流３Ａと
し、可飽和リアクトルＳＲは外径１８ｍｍ、内径１２ｍ
ｍ、高さ４．５ｍｍ　で１次巻線３０ターン、２次巻線
Ｗ２を１ターンが卷回されており、この２次巻線Ｗ２に
型番１０ＤＬ２ＣＺ４１Ａのダイオードを接続した。こ
の場合の出力電圧のレギュレーション特性を２次巻線Ｗ
２がある場合と無い場合とで比較した。図６に示すよう
に、この実験例では４Ａの負荷電流を流しても定電圧性
は失われず、１２Ｖの出力が得られる。一方、従来の２
次巻線Ｗ２が無い場合には　　１．５　Ａ以上の負荷電
流で電圧が１２Ｖから低下してきており、定電圧性は失
われる。すなわち、本実施例による可飽和リアクトルＳ
Ｒの２次巻線Ｗ２およびダイオード７で制御範囲が広く
なった。

【００２５】第２実験例 スイッチング回路４のトランジスタＱのゲートに印加す
るパルスを２００ｋＨｚで出力１０Ｖ、定格電流４Ａと
し、可飽和リアクトルＳＲは、Ｃｏ基アモルファス合金
を用いた可飽和コア（外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍ、高
さ５．０ｍｍ　）に１次巻線Ｗ１が３０ターンで、２次
巻線Ｗ２が１ターンにして、この２次巻線Ｗ２に型番１
０ＤＬ２ＣＺ４１Ａのダイオードを接続した。この場合
は可飽和リアクトルＳＲの２次巻線が無い場合に比べて
２．５倍の負荷電流まで定電圧を得ることができた。

【００２６】さらに図７に示すように、可飽和リアクト
ルＳＲの２次側に２次巻線Ｗ２１、Ｗ２２を設ける。そ
して、２次巻線Ｗ２１には、制御回路６からの出力電圧
に応じた電流が流れ込むようにし、２次巻線Ｗ２２には
ダイオード７を接続する。このようにすると可飽和リア
クトルＳＲの２次巻線Ｗ２１にダイオード５を介してリ
セット電流を流すことによって１次巻線Ｗ１に磁界が発
生すると共に、２次巻線Ｗ２２から障害リセット成分が
ダイオード７を介してエネルギーとして放出される。図
８はこのような構成のスイッチングレギュレータにして
周波数１４５ｋＨｚ、出力電圧１２Ｖで動作させた場合
の電流と電圧の関係を示す図である。また、この場合、
可飽和リアクトルＳＲの１次巻線Ｗ１は３０ターン、２
次巻線Ｗ２１は３０ターン、２次巻線Ｗ２２は１ターン
とした。同図に示すように従来のスイッチングレギュレ
ータでは１．５　Ａで定電圧性が損なわれるのに比べ、
本実施例では４Ａまで定電圧が得られた。

【００２７】

【発明の効果】本発明のマグアンプ式スイッチングレギ
ュレータによれば可飽和リアクトルの２次巻線と、この
２次巻線に設けられたダイオードによって障害リセット
電流のエネルギが放出されるので、デッドアングルが少
なくなり、不必要な電力のロスが生じなく、制御範囲が
広くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるマグアンプ式スイッチ
ングレギュレータの構成を示す回路図である。

【図２】従来のマグアンプ式スイッチングレギュレータ
のマグランプ部の電圧および電流を示す図である。

【図３】従来のマグアンプ式スイッチングレギュレータ
の可飽和リアクトルの実働磁気ヒステリシスループを示
す図である。

【図４】図１に示すマグアンプ式スイッチングレギュレ
ータのマグランプ部の電圧および電流を示す図である。

【図５】本実施例のマグアンプ式スイッチングレギュレ
ータの可飽和リアクトルの実働磁気ヒステリシスループ
を示す図である。

【図６】図１に示すマグアンプ式スイッチングレギュレ
ータの出力電圧と出力電流との関係を示すグラフである
。

【図７】本発明の他の実施例のマグアンプ式スイッチン
グレギュレータの構成を示す回路図である。

【図８】図７に示すマグアンプ式スイッチングレギュレ
ータの出力電圧と出力電流の関係を示すグラフである。

【図９】従来のマグアンプ式スイッチングレギュレータ
の構成を示す回路図である。

【図１０】図９に示すマグアンプ式スイッチングレギュ
レータの可飽和リアクトルの磁気ヒステリシスループを
示す図である。

【符号の説明】

３………ブリッジ回路 ４………スイッチング回路 ５、Ｄ１、Ｄ２、７…ダイオード ６………制御回路 ８………コントローラ Ｑ………トランジスタ ＳＲ……可飽和リアクトル Ｌ………チョークコイル Ｃ………コンデンサ Ｔ………トランス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　直流をパルス状信号にするスイッチン
   グ素子と、このスイッチング素子によるパルス状信号を
   １次側から２次側に電力供給するトランスと、１次側が
   前記トランスの２次側に接続され、２次側には障害リセ
   ット電流を放出するようダイオードが接続され、磁化状
   態に応じてインダクタンスが変化する可飽和リアクトル
   と、この可飽和リアクトル通過後の信号を整流・平滑す
   る整流・平滑回路と、この整流・平滑回路から出力され
   た直流電圧に基づいて前記可飽和リアクトルの磁化状態
   を変えるように前記可飽和リアクトルにリセット電流を
   流す制御回路とを具備するマグアンプ式スイッチングレ
   ギュレータ