JPH04295273A - 直流−直流変換回路 - Google Patents

直流−直流変換回路

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JPH04295273A
JPH04295273A JP5672391A JP5672391A JPH04295273A JP H04295273 A JPH04295273 A JP H04295273A JP 5672391 A JP5672391 A JP 5672391A JP 5672391 A JP5672391 A JP 5672391A JP H04295273 A JPH04295273 A JP H04295273A
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switching element
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transformer
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capacitor
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Akira Saito
晃 斎藤
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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】
【産業上の利用分野】この発明は、直流−直流変換回路
(DC−DCコンバータ)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図1は従来の直流−直流変換回路を示す
回路図である。図において、1は直流電源、2はトラン
スで、1次巻線2aは、一端が直流電源1の一端に接続
され、他端がトランジスタ等のスイッチング素子3を介
して直流電源1の他端に接続されている。4はトランス
2の2次巻線2bに接続する平滑化回路、5は平滑化さ
れた直流出力が供給される負荷である。6はスイッチン
グ素子3のオン・オフを制御する制御回路である。
【0003】ダイオード7、抵抗8およびコンデンサ9
はトランス2の磁束をリセットするリセット回路を構成
しており、コンデンサ9およびその放電用の抵抗8の並
列接続回路に対してダイオード7を直列に接続したリセ
ット回路がトランス2の1次巻線2aと並列に接続して
いる。
【0004】次に動作について説明する。スイッチング
素子3のオン時にトランス2の1次巻線2aに入力電圧
が印加され、同時に2次巻線2bに誘起された電圧が平
滑化回路4で整流、平滑化されて負荷5へ供給される。 スイッチング素子3のオフ時には平滑化回路4内のイン
ダクタンスに蓄積されたエネルギーにより平滑化回路4
にて平滑化され、負荷5へ供給される。
【0005】またスイッチング素子3のオン期間にトラ
ンス2に蓄積された励磁エネルギーは、そのオフ期間に
ダイオード7を介してコンデンサ9に転移し、抵抗8に
よって熱エネルギーとして消費される。
【0006】従来の直流−直流変換回路においては、抵
抗8の値Rは消費すべき励磁エネルギーの値により決定
されている。またコンデンサ9の値Coは時定数Co×
Rがスイッチング素子3の基本発振周期Tに比べて十分
に大きい値となるように選定されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の直流−直流変換
回路は以上のように構成されているが、コンデンサ9の
値Coがトランス2の1次側インダクタンスの値Lpに
対して適切でないと、半導体素子などへ過電流あるいは
過電圧の電気的ストレスが加わり、これらの素子が破損
するという問題点がある。
【0008】例えばコンデンサ9の値Coとトランス2
の1次側インダクタンスの値Lpの積Co・Lpが基本
発振周期Tの二乗に比べて非常に大きい場合、起動時に
おいてコンデンサ9の両端電圧の上昇が抑えられ、トラ
ンス2のリセットが終了する前にスイッチング素子3が
オンしてしまう。図6は上記の場合において、スイッチ
ング素子3としてMOSFETを用いたときの起動時の
波形図であり、(A)はドレン−ソース間の電圧VDS
の波形、(B)はドレイン電流IDの波形を示し、トラ
ンス2がリセットされないことを示している。この状態
が繰り返されると、トランス2が飽和して過大な電流が
流れ、スイチッング素子3の破損やトランス2の巻線の
焼損などが生じる。
【0009】またCo・LpがT2に比べて非常に小さ
い場合、コンデンサ9の両端電圧が過大に上昇し、スイ
ッチング素子3や2次側の平滑化回路4内のダイオード
などの半導体素子の破損が生じたり、スイッチング損失
の増大を招く。図7はこのような場合における定常時の
波形図であり、コンデンサ9の両端電圧が過大に上昇す
ることを示している。
【0010】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、半導体素子などへの電気的スト
レスを低減でき、これにより素子の破損やスイッチング
損失を低減できる信頼性の高い直流−直流変換回路を得
ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係る直流−直
流変換回路は、(1)コンデンサとこのコンデンサの放
電用抵抗とを並列に接続し、この並列接続回路に対して
ダイオードを直列に接続した回路をトランスの1次巻線
と並列に接続して、前記トランスのリセット回路を構成
した直流−直流変換回路、(2)コンデンサとこのコン
デンサの放電用抵抗とを直列に接続し、このコンデンサ
の前記放電用抵抗と接続した一端をダイオードを介して
トランスの1次巻線の一端およびスイッチング素子に接
続して、前記トランスのリセット回路を構成した直流−
直流変換回路、または(3)コンデンサとこのコンデン
サの放電用抵抗とを並列に接続し、この並列接続回路に
対してダイオードを直列に接続した回路をスイッチング
素子と並列に接続し、前記トランスのリセット回路を構
成した直流−直流変換回路において、リセット回路のコ
ンデンサの値Cを次式
【数7】 および次式
【数8】 式中、Lp:前記トランスの1次側インダクタンス値R
:前記放電用抵抗値 T:スイッチング素子の基本発振周期 ton:前記スイッチング素子のオン時間の最大値to
ff:前記スイッチング素子が起動時に取り得る最小の
オフ時間 Ei:直流電源の電圧値の最大値 Emax:前記スイッチング素子のオフ期間に前記トラ
ンスの1次巻線に誘起される電圧において、回路条件よ
り定まる最大電圧値 を満たすように構成したものである。
【0012】
【作用】この発明の直流−直流変換回路においては、リ
セット回路のコンデンサを前記数7および数8の値にす
ることにより、コンデンサの両端電圧の定常時の値およ
び起動時の応答が改善され、半導体素子の破損やトラン
スのコイルの焼損が防止され、スイッチング損失が低減
する。
【0013】
【実施例】本発明の一実施例による直流−直流変換回路
は図1に示されており、回路の基本構成は従来のものと
同様である。実施例の回路が従来のものと相違する点は
、リセット回路におけるコンデンサ9の値Cが前記数7
および数8を満たすように構成されていることである。
【0014】上記構成の直流−直流変換回路の基本的な
動作は前記従来の回路と同様であり、スイッチング素子
3のオン期間に電力をトランス2で1次側から2次側へ
伝達し、平滑化回路4で平均化して負荷5へ供給する。
【0015】次にトランス2のリセットについて説明す
る。スイッチング素子3のオン期間にトランス2の磁束
が増加し、トランス2に磁気エネルギーが蓄えられるが
、スイッチング素子3のオフ期間にこの励磁された磁気
エネルギーを放出し、磁束を残留磁束まで戻す必要があ
る。そこで磁気エネルギーをダイオード7を介してコン
デンサ9に転移し、抵抗8によって熱エネルギーとして
消費させる。
【0016】リセット期間において直流−直流変換回路
の1次側回路はトランス2の1次側巻線2a、コンデン
サ9、抵抗8の並列回路として等価できる。さらに抵抗
8に流れる電流は、コンデンサ9に流れる電流に比して
十分小さいので、図2に示すように、トランス2の1次
側巻線2aおよびコンデンサ9の並列回路として近似で
きる。
【0017】ここでコンデンサ9の電流icと両端電圧
ecは、次式のように近似される。
【数9】
【数10】 式中、C:コンデンサ9の容量値 Lp:トランス2の1次側インダクタンス値Vi:直流
電源1の電圧値 Eco:コンデンサ9の両端電圧の初期値τ:スイッチ
ング素子3のオン時間
【0018】トランス2のリセットはic=0となった
時点で終了するので、リセット時間trは、
【数11】 と表わされる。この時コンデンサ9の両端電圧は、
【数
12】 まで上昇する。この電圧は抵抗8によって放電され、次
のリセット期間の開始時点までに、
【数13】 式中、R:放電用抵抗8の抵抗値 T:スイッチング素子3の基本発振周期で近似される電
圧まで降下する。
【0019】定常状態ではEc2=Ecoであるから数
12および数13より、コンデンサ9の両端電圧(トラ
ンス2の1次巻線に誘起される電圧)の最大値は、
【数
14】 となる。従ってスイッチング素子3には数14で表わさ
れる電圧がかかり、また平滑化回路4内のダイオードに
は数14で表わされる電圧にトランス2の巻数比を乗じ
た電圧がかかる。これら半導体素子の絶対最大定格等の
回路条件により定まる最大の電圧値をEmaxとすると
、次式
【数15】 式中、Ei:直流電源1の電圧値の最大値ton:スイ
ッチング素子3のオン時間の最大値を満足するようなコ
ンデンサ9でリセット回路を構成すれば、電圧の過大な
上昇を抑えることができ、これにより素子の破損が防止
でき、またスイッチング損失が低減する。
【0020】また直流−直流変換回路の起動開始時にお
いては、コンデンサ9の両端電圧は0V近傍であり、前
記数11で表わされるリセット時間trは次式で近似さ
れる。
【数16】 トランス2が飽和しないようにするには、スイッチング
素子3のオフ時間内にリセットが終了する必要があり、
【数17】 式中、toff:スイッチング素子3が起動時に取り得
る最小のオフ時間 でなければならない。数16および数17よりコンデン
サ9の値が
【数18】 を満たせばトランスの飽和が起きず、スイッチング素子
の破損、トランス巻線の焼損などを防止できる。
【0021】以上のように、リセット回路のコンデンサ
の容量値Cが次式
【数19】 および次式
【数20】 を満足するようにリセット回路を構成すれば、素子の破
損の防止やスイッチング損失の低減などがはかられ、直
流−直流変換回路の信頼性を高くすることができる。
【0022】図3は実施例のスイッチング素子3として
MOSFETを用いた場合の起動時および定常時の波形
図であり、(A)はVDSの波形、(B)はIDの波形
を示し、トランス2が完全にリセットされ、スイッチン
グ素子にストレスがかからないことを示している。
【0023】なお、上記実施例ではトランス2の1次巻
線に対し並列に接続されたリセット回路について示した
が、図4に示すように、コンデンサ9とこのコンデンサ
の放電用の抵抗8が直列に接続され、コンデンサ9の抵
抗8と接続された一端がダイオード7を介してトランス
2の1次巻線2aの一端およびスイッチング素子3に接
続されたリセット回路であっても、上記実施例と同様に
構成することにより、同様の効果を奏する。
【0024】また、図5に示すように、コンデンサ9と
このコンデンサの放電用の抵抗8が並列に接続され、こ
の並列回路に対してダイオード7が直列に接続された回
路がスイッチング素子3と並列に接続されたリセット回
路の場合も、上記実施例と同様に構成することにより、
同様の効果を奏する。
【0025】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、特定
の値のコンデンサでリセット回路を構成したので、トラ
ンスが完全にリセットされ、これにより半導体素子など
に電気的ストレスがかかるのが防止され、素子などの破
損が防止され、かつスイッチング損失が低減し、信頼性
の高い直流−直流変換回路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例および従来例の直流−直流変換回路を示
す回路図。
【図2】図1のリセット期間における1次側回路の等価
回路。
【図3】図1のスイッチング素子の動作を示す波形図。
【図4】他の実施例の直流−直流変換回路を示す回路図
【図5】別の実施例の直流−直流変換回路を示す回路図
【図6】従来のスイッチング素子の動作を示す波形図。
【図7】従来のスイッチング素子の動作を示す波形図。
【符号の説明】
1  直流電源 2  トランス 2a  1次巻線 2b  2次巻線 3  スイッチング素子 4  平滑化回路 5  負荷 6  制御回路 7  ダイオード 8  抵抗 9  コンデンサ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  コンデンサとこのコンデンサの放電用
    抵抗とを並列に接続し、この並列接続回路に対してダイ
    オードを直列に接続した回路をトランスの1次巻線と並
    列に接続して、前記トランスのリセット回路を構成した
    直流−直流変換回路において、前記コンデンサの値Cが
    次式 【数1】 および次式 【数2】 式中、Lp:前記トランスの1次側インダクタンス値R
    :前記放電用抵抗値 T:スイッチング素子の基本発振周期 ton:前記スイッチング素子のオン時間の最大値to
    ff:前記スイッチング素子が起動時に取り得る最小の
    オフ時間 Ei:直流電源の電圧値の最大値 Emax:前記スイッチング素子のオフ期間に前記トラ
    ンスの1次巻線に誘起される電圧において、回路条件よ
    り定まる最大電圧値 を満たすことを特徴とする直流−直流変換回路。
  2. 【請求項2】  コンデンサとこのコンデンサの放電用
    抵抗とを直列に接続し、このコンデンサの前記放電用抵
    抗と接続した一端をダイオードを介してトランスの1次
    巻線の一端およびスイッチング素子に接続して、前記ト
    ランスのリセット回路を構成した直流−直流変換回路に
    おいて、前記コンデンサの値Cが次式 【数3】 および次式 【数4】 式中、Lp:前記トランスの1次側インダクタンス値R
    :前記放電用抵抗値 T:スイッチング素子の基本発振周期 ton:前記スイッチング素子のオン時間の最大値to
    ff:前記スイッチング素子が起動時に取り得る最小の
    オフ時間 Ei:直流電源の電圧値の最大値 Emax:前記スイッチング素子のオフ期間に前記トラ
    ンスの1次巻線に誘起される電圧において、回路条件よ
    り定まる最大電圧値 を満たすことを特徴とする直流−直流変換回路。
  3. 【請求項3】  コンデンサとこのコンデンサの放電用
    抵抗とを並列に接続し、この並列接続回路に対してダイ
    オードを直列に接続した回路をスイッチング素子と並列
    に接続し、前記トランスのリセット回路を構成した直流
    −直流変換回路において、前記コンデンサの値Cが次式
    【数5】 および次式 【数6】 式中、Lp:前記トランスの1次側インダクタンス値R
    :前記放電用抵抗値 T:スイッチング素子の基本発振周期 ton:前記スイッチング素子のオン時間の最大値to
    ff:前記スイッチング素子が起動時に取り得る最小の
    オフ時間 Ei:直流電源の電圧値の最大値 Emax:前記スイッチング素子のオフ期間に前記トラ
    ンスの1次巻線に誘起される電圧において、回路条件よ
    り定まる最大電圧値 を満たすことを特徴とする直流−直流変換回路。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5438501A (en) * 1991-10-29 1995-08-01 Abb Patent Gmbh Turn-off relief network for a direct voltage converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5438501A (en) * 1991-10-29 1995-08-01 Abb Patent Gmbh Turn-off relief network for a direct voltage converter

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