JPH0487560A - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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JPH0487560A
JPH0487560A JP2197226A JP19722690A JPH0487560A JP H0487560 A JPH0487560 A JP H0487560A JP 2197226 A JP2197226 A JP 2197226A JP 19722690 A JP19722690 A JP 19722690A JP H0487560 A JPH0487560 A JP H0487560A
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Takuya Ishii
卓也 石井
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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】 産業上の利用分野 本発明は産業用や民生用の各種電子機器に直流安定化電
圧を供給するスイッチング電源装置に関するものである
従来の技術 近年、スイッチング電源装置はその高効率なエネルギー
変換特性から、産業用や民生用の各種電子機器への直流
安定化電源として多用されているものの、より小型で高
効率なものが強く求められている。以下に従来のスイッ
チング電源装置について説明する。
従来のスイッチング電源装置共通の技術的課題であるス
イッチング損失の低減とスイッチング周波数の高周波化
を達成する手段として1本発明者はすでに第3図に示す
ような回生方式フライバック型スイッチング電源装置を
開発した。第3図において、1は入力直流電源であシ、
交流電圧を整流平滑することで、もしくは電池等で構成
される。
この入力電圧をElとする。2はトランスであり、1次
巻線21と2次巻線22を有する。1次巻線21と2次
巻線22の巻線比をn:1とする。3は第1のスイッチ
手段であり、スイッチ素子31とダイオード32で構成
される。4は第2のスイッチ手段であシ、スイッチ素子
41とダイオード42で構成される。5.7はコンデン
サ、8は整流平滑回路であり、ダイオード81とコンデ
ンサ82で構成され、負荷9へ出力電圧ICoを供給す
る。1oは制御駆動回路であシ、出力電圧xOを検知し
これを安定化すべく所定のオンオフ比の駆動パルスをス
イッチ素子31および41へ出力する。第4図は第3図
のスイッチング電源装置の各部動作波形図でhL vt
は1次巻線21の両端電圧、工、は1次巻線21に流れ
る1次電流、工2は2次巻線22に流れる2次電流、φ
はトランス2の磁束を示す。以下に第4図を参照しなが
ら第3図に示したスイッチング電源装置の動作を説明す
る。
期間1において5第1のスイッチ手段3がオンの時第2
のスイッチ手段4はオフであり、1次巻線21には入力
電圧]Eiが印加され、1改憲流■。
は直線的に増加しトランス2に励磁エネルギーを蓄える
期間2において、第1のスイッチ手段3がターンオフす
ると、コンデンサ7およびトランス2の励磁インダクタ
ンスが共振し、トランス2の各巻線電圧が反転する。1
次巻線電圧V、がコンデンサ6の両端電圧になると、第
2のスイッチ手段4はターンオンし1期間3へ移行する
期間3において、トランス2に蓄えられた励磁エネルギ
ーは1次巻線21から第2のスイッチ手段4を介してコ
ンデンサ5へ放出されるとともに。
2次巻線22からは出力電圧xOとして整流平滑回路8
を介して負荷9へ放出される。この時1次電流I、は第
1のスイッチ手段3のターンオフ直前の電流値を初期値
としてほぼ直線的に減少し、2次電流I2はゼロから流
れだし増加する。コンデンサ5の静電容量が十分大きけ
れば、その電圧は1次巻線21のフライバック電圧をn
1coにクランプし、サージ電圧の発生はほとんどなく
なる。1次電流I1はやがてゼロを下回り、逆方向すな
わちコンデンサ6から1次巻線21へ放電する方向に流
れるっ定常動作においては、コンデンサ6の両端電圧は
安定であるから、その充放電電流の平均値はゼロとなる
期間4において、第2のスイッチ手段4がターンオフす
ると、コンデンサ7およびトランス2の漏しインダクタ
ンヌが共振し、トランス2の各巻線電圧が反転する。1
次巻線電圧V、がXiになると、第1のスイッチ手段3
はターンオンし1期間6へ移行する。この時2改憲流工
2は、トランス2の漏れインダクタンスによる慣性のた
め、流れ続ける。この最終値を”21とする。
期間6において、第1のスイッチ手段3およびダイオー
ド81がオンであるから、1改憲流I。
は−工z+/nを初期値として急峻に増加し、2改憲流
工、は逆に減少する。2改憲流工、がゼロになるとダイ
オード81はオフし期間1へ戻る。
以上の動作を通じて、スイッチ手段3のオン期間(期間
1及び期間5)をTon、オフ期間をToffとすると
、およそ次式が成り立つ。
Ei)<Ton= nHoXToff すなわち、スイッチ手段3のオンオフ比を調整すること
で出力電圧zOを安定化制御することができる。又、期
間3での消磁及び逆励磁によって期間4での電圧反転の
エネルギーが蓄えられ、ゼロクロスターンオンが可能(
!: fx ;b。
発明が解決しようとする課題 しかしながら上記の従来の構成では、ゼロクロスターン
オンさせるために期間3で十分な逆励磁エネルギーを蓄
えなければならず、トランス2の励磁インダクタンスを
小さく設定し、1次電流11の振幅を大きくしなければ
ならなかった。このため、1次側での電力損失が生じる
上、ゼロクロスターンオンを利用したスイッチング時の
電圧変化を緩和させることによる高周波ノイズの低減効
果の代わりに低域でのノイズ増大という問題点を有して
いた。
本発明は上記課題を解決するもので、従来の電カ回生型
スイッチング電源装置の持つ長所である強力な電圧クラ
ンプ能力とゼロクロスターンオンと高周波ノイズの低減
効果を継承しながら、必要以上に励磁インダクタンスを
小さく設定せず1次電流の振幅を小さくシ、より高効率
で低ノイズなスイッチング電源装置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 この目的を達成するために本発明のスイッチング電源装
置は、直流入力電源と、少なくとも1次巻線と1つ以上
の2次巻線を有するトランスと。
前記直流入力電源の両端に接続されたインダクタンス素
子と前記トランスの1次巻線と第1のスイッチ手段の直
列回路と、前記インダクタンス素子と前記トランスの1
次巻線の直列回路の両端に、並列接続した第2のスイッ
チ手段とコンデンサの直列回路と、前記トランスの2次
巻線に発生するフライバック電圧を整流平滑し負荷へ直
流出力電圧を供給する整流平滑回路と、前記第1及び第
2のスイッチ手段を交互に所定のオンオフ比で駆動する
制御駆動回路と、前記第1のスイッチ手段の両端、又は
、直列接続された前記インダクタンス素子と前記トラン
スの1次巻線の両端、又は、前記第2のスイッチ手段の
両端の少なくとも1力所以上にコンデンサを接続した構
成とするものである。
作用 この構成によって、オフ期間中の逆励礎エネルギーと、
トランスの漏れインダクタンスによっていたゼロクロス
ターンオンが、インダクタンス素子に蓄えられたエネル
ギーを利用することによシ、共振電圧の振幅を増大させ
、その条件を容易にすることができる。
実施例 以下本発明の一実施例について1図面を参照しながら説
明する。
第1図は本発明の一実施例におけるスイッチング電源装
置の回路構成図である。第1図において。
1は入力直流電源であシ、交流電圧を整流平滑すること
で、もしくは電池等で構成される。この入力電圧をIC
iとする。2はトランスであり、1次巻線21と2次巻
線22を有する。1次巻線21と2次巻線220巻数比
をn:1とする。又、1次巻線21の励磁インダクタン
スをり、とする。
3は第1のスイッチ手段であシ、スイッチ素子31とダ
イオード32で構成される。4は第2のスイッチ手段で
アシ、スイッチ素子41とダイオード42で構成される
。6はコンデ・ンサ、6はインダクタンス素子であり、
そのインダクタンスをL9とする。7はコンデンサ、8
は整流平滑回路であシ、ダイオード81とコンデンサ8
2で構成され、負荷9へ出力電圧Xoを供給する。1o
は制御駆動回路であり、出力電圧Koを検知しこれを安
定化すべく所定のオンオフ比の駆動パル7をスイッチ素
子31および41へ出力する。第2図は第1図のスイッ
チング電源装置の各部動作波形図であり、v、は1次巻
線21の両端電圧、vLはインダクタンス素子6の両端
電圧、工、は1次巻線21に流れる1次電流、工、は2
次巻線22に流れる2次電流、φはトランス2の磁束を
示す。以下に第2図を参照しながら第1図に示したスイ
ッチング電源装置の動作を説明する。
期間1において、第1のスイッチ手段3がオンの時第2
のスイッチ手段4はオフであシ、1次巻線21には入力
電圧ICzL、 / (L、+L’)力印加すれ、イン
ダクタンス素子6には入力電圧E i L’ /(L、
−)−L’)が印加され、1改憲流工、は直線的に増加
しトランス2及びインダクタンス素子6に励磁エネルギ
ーを蓄える。
期間2において、第1のスイッチ手段3がターンオフす
ると、コンデンサ7およびトランス2の励磁インダクタ
ンスが共振し、トランス2の各巻線電圧が反転する。1
次巻線電圧V、がコンデンサ6の両端電圧Xcになると
、第2のスイッチ手段4はターンオンし、期間3へ移行
する。
期間3において、トランス2に蓄えられた励磁エネルギ
ーは1次巻線21から第2のスイッチ手段4を介してコ
ンデンサ6へ放出されるとともに。
2次巻線22からは出力電圧KOとして整流平滑回路8
を介して負荷9へ放出される。この時1次電流I、は第
1のスイッチ手段3のターンオフ直前の電流値を初期値
として傾き(nxo−Kc)/L“でほぼ直線的に減少
し、2次電流I2は0ムから流れだし増加する。コンデ
ンサ6の静電容量が十分大きければ、スイッチ手段3の
電圧をIC1−1−Ecにクランプし、サージ電圧の発
生はほとんどなくなる。1改憲流工、はやかでゼロを下
回シ、逆方向すなわちコンデンサ6から1次巻線21へ
放電する方向に流れる。定常動作においては、コンデン
サ6の両端電圧Ecは安定であるから、その充放電電流
の平均値はゼロとなる。
期間4において、第2のスイッチ手段4がターンオフす
ると、コンデンサ7およびインダクタンス素子6が共振
し、トランス2の各巻線電圧が反転する。1次巻線電圧
V、がlC1になると、第1のスイッチ手段3はターン
オンし1期間6へ移行する。この時2改憲漆工、は、ト
ランス2の漏れインダクタンスによる慣性のため、流れ
続ける。この最終値を工21とする。
期間6において、第1のスイッチ手段3およびダイオー
ド81がオンであるから、1次電流I1は一工2./n
を初期値として急峻に増加し、2次電流I2は逆に減少
する。2次電流I2がゼロになるとダイオード81はオ
フし期間1へ戻る。
以上の動作を通じて、スィッチ手段30オンるTon2
に分け、オフ期間をToffとすると。
およそ次式が成り立つ。
ICi×(Tonl−1−Ton2)=lcxToff
KixTon1xL。
=nlCox(TOn2+TOff)X(Lj+L’)
すなわち、スイッチ手段3のオンオフ比を調整すること
で出力電圧ICoを安定化制御することができるのであ
る。
さて、このスイッチング電源装置のゼロクロスターンオ
ン条件が従来のスイッチング電源装置のゼロクロスター
ンオン条件より良く力る理由を説明する。期間4におい
て,スイッチ手段4がターンオフする時、2改憲流工,
は流れているため。
従来例では電圧反転はトランス2の漏れインダクタンス
とコンデンサ8との共振によっていた。この共振電圧の
振幅は漏れインダクタンスが犬きく。
コンデンサ8の静電容量が小さいほど大きくなる。
しかし漏れインダクタンスを大きくすることは。
多出力時のレギュレーション特性やトランスのエネルギ
ー変換効率を劣化させることになるし、コンデンサ8の
静電容量を小さくすることは,ターンオンやターンオフ
時の電圧反転の傾きを大きくし,高周波ノイズの低減効
果を劣化させることになる。これに対し、本発明の実施
例では,インダクタンス素子6を挿入することによシ1
期間3に流れる1改憲流I,でインダクタンス素子6を
十分励磁でき、蓄えられたエネルギーはスイッチ手段4
のターンオフで、電圧反転に利用できる。しかもインダ
クタンス素子6は1次側に挿入されるので,多出力にし
てもレギュレーション特性は劣化しない。
発明の効果 以上のように本発明は,直流入力電源と,少なくとも1
次巻線と1つ以上の2次巻線を有するトランスと,前記
直流入力電源の両端に接続されたインダクタンス素子と
前記トランスの1次巻線と第1のスイッチ手段の直列回
路と,前記インダクタンス素子と前記トランスの1次巻
線の直列回路の両端に,並列接続した第2のスイッチ手
段とコンデンサの直列回路と、前記トランスの2次巻線
に発生するフライバック電圧を整流平滑し、負荷へ直流
出力電圧を供給する整流平滑回路と.前記第1及び第2
のスイッチ手段を交互に所定のオンオフ比で駆動する制
御駆動回路と,前記第1のスイッチ手段の両端,又は、
直列接続された前記インダクタンス素子と前記トランス
の1次巻線の両端,又は、前記第2のスイッチ手段の両
端の少なくとも1力所以上にコンデンサを接続した構成
を設けることにより,従来の電力回生型スイッチング電
源装置の持つ長所をすべて継承しながら,ゼロクロスタ
ーンオン条件を改善し、トランスの励磁インダクタンス
を大きく設定できるので,1次電流の振幅が小さくなり
,より高効率で低ノイズなスイッチング電源装置を実現
できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例におけるスイッチング電源装
置の回路構成図、第2図は第1図に示した実施例の各部
動作波形図、第3図は従来のスイッチング電源装置の回
路構成図、第4図は第3図に示した従来例の各部動作波
形図である。 1 ・・・・・入力直流電源、2・・・・・・トランス
、3・・・・・・第1のヌイッチ手段、4・・・・・・
第2のヌイッチ手段。 6・・・・・・コンデンサ、6・・・・・・インダクタ
ンス素子。 7・・・・・・コンデンサ、8・・・・・・整流平滑回
路、9・・・・・・負荷、10・・・・・・制御駆動回
路。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名第2
図 第3図 へカ直7′汽電7源 トランス 第グのスイ・ソ乎シゲ手段 第2クス不ツチシグ与殺 コシデ゛ンづ インダクタンス素子 a流*;ft回1各 貴石 344メ 、32.4−2.、?1 2広脣線 スイッチング素子 ダイオード゛

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 直流入力電源と、少なくとも1次巻線と1つ以上の2次
    巻線を有するトランスと、前記直流入力電源の両端に接
    続されたインダクタンス素子と前記トランスの1次巻線
    と第1のスイッチ手段の直列回路と、前記インダクタン
    ス素子と前記トランスの1次巻線の直列回路の両端に、
    並列接続した第2のスイッチ手段とコンデンサの直列回
    路と、前記トランスの2次巻線に発生するフライバック
    電圧を整流平滑し負荷へ直流出力電圧を供給する整流平
    滑回路と、前記第1及び第2のスイッチ手段を交互に所
    定のオンオフ比で駆動する制御駆動回路と、前記第1の
    スイッチ手段の両端、又は、直列接続された前記インダ
    クタンス素子と前記トランスの1次巻線の両端、又は、
    前記第2のスイッチ手段の両端の少なくとも1カ所以上
    にコンデンサを接続した構成からなるスイッチング電源
    装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6639811B2 (en) 2001-09-10 2003-10-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. Switching power supply unit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6639811B2 (en) 2001-09-10 2003-10-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. Switching power supply unit
KR100503770B1 (ko) * 2001-09-10 2005-07-26 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 스위칭 전원장치

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