JPH0638516A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 抵抗等の発熱の減少と回路全体のロスの低減
を図ること。 【構成】 スイッチング素子Ｓ₁ と平滑用コンデンサＣ
₁ とを並列接続する、整流ダイオードＤ₂ 、スイッチン
グ素子Ｓ₂ 、スナバ抵抗Ｒ₁ とからなる帰還回路を構成
する。スイッチング素子Ｓ₁ がオフする直前にスイッチ
ング素子Ｓ₂ をオンし、オートトランスＴのリーケージ
エネルギーをコンデンサＣ₁ に帰還させる。また、スイ
ッチング素子Ｓ₂ が閉じて帰還回路を形成した時に、イ
ンダクタンスＬ₁ に電流が戻ることを防止するために、
スイッチング素子Ｓ₃ をスイッチング素子Ｓ₁ のオフと
同時にオフさせている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チョッパ回路を用いた
電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電源装置を図７に示す。ＤＣ電源
１の両端に平滑用コンデンサＣ₁ が接続してあり、コン
デンサＣ₁ の正極側端子にはオートトランスＴのインダ
クタンスＬ₁ の一端が接続されている。インダクタンス
Ｌ₁ の他端にはインダクタンスＬ₂ 、とスイッチング素
子Ｓ₁ と、抵抗Ｒ₁ 、コンデンサＣ₃ からなるスナバ回
路が接続されている。

【０００３】オートトランスＴのインダクタンスＬ₂ の
他端側には整流用ダイオードＤ₁ 、平滑用コンデンサＣ
₂ が接続され、負荷２に電力を供給するようになってい
る。次に、動作を説明する。スイッチング素子Ｓ₁ がオ
ンしている間は、電流Ｉ_L1が、電源１からインダクタン
スＬ₁ 、スイッチング素子Ｓ₁ を通過して図８（ａ）に
示すような波形で流れ、インダクタンスＬ₁ に磁束エネ
ルギーが蓄えられる。

【０００４】ここで、図８（ｂ）はスイッチング素子Ｓ
₁ に印加される電圧波形を示し、図８（ｃ）はインダク
タンスＬ₂ に流れる電流波形を示している。次に、スイ
ッチング素子Ｓ₁ がオフすると、インダクタンスＬ₁ に
蓄えられた磁束エネルギーが電源となって、インダクタ
ンスＬ₁ ，Ｌ₂ の巻数に比例した電圧でダイオードＤ₁
を通ってコンデンサＣ₂ にチャージされる。

【０００５】ところが、スイッチング素子Ｓ₁ がオフし
た瞬間、インダクタンスＬ₁ ，Ｌ₂間のリーケージイン
ダクタンスに溜まったエネルギーの逃げ場がなくなっ
て、スイッチング素子Ｓ₁ に瞬間に過大の電圧がかかる
ことになる。これを防止するために、従来は、抵抗
Ｒ₁ 、コンデンサＣ₃ から構成されるスナバ回路を用い
ていて、リーケージインダクタンスに蓄えられたエネル
ギーは抵抗Ｒ₁ で消費し、コンデンサＣ₃ に蓄えられて
いてスイッチング素子Ｓ₁ の耐圧オーバーを防止してい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のスナバ
回路による方式では、リーケージインダクタンスのエネ
ルギーをすべて抵抗Ｒ₁ で消費しており、また、コンデ
ンサＣ₃ に蓄えられた電荷が、スイッチング素子Ｓ₁ が
オンの瞬間に抵抗Ｒ₁ を通過して放出されるため、抵抗
Ｒ₁ にはリーケージによる電流が２度流れることにな
り、そのため、抵抗Ｒ₁ の発熱増大、回路全体のロスも
大きいという問題があった。

【０００７】本発明は上述の点に鑑みて提供したもので
あって、抵抗等の発熱の減少と回路全体のロスの低減を
図ることを目的とした電源装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、電源側に接続
される平滑用のコンデンサと、オートトランスと第１の
スイッチング素子とで構成され負荷側に電力を供給する
チョッパ回路とを備えた電源装置において、上記第１の
スイッチング素子とコンデンサとを並列に接続する第２
のスイッチング素子とスナバ抵抗との直列回路を設け、
上記第１のスイッチング素子がオフする直前に第２のス
イッチング素子をオンさせる制御手段を設けたものであ
る。

【０００９】また、請求項２では、上記平滑用のコンデ
ンサと電源との間に第３のスイッチング素子を設け、第
１のスイッチング素子がオフする直前に第２のスイッチ
ング素子をオンし、第３のスイッチング素子は第１のス
イッチング素子と同時にオフし、第１のスイッチング素
子がオンする前に第２のスイッチング素子がオフし、第
３のスイッチング素子が第１のスイッチング素子と同時
にオンさせる制御手段を設けたものである。

【００１０】

【作用】而して、第１のスイッチング素子がオフする直
前に第２のスイッチング素子をオンさせることで、第１
のスイッチング素子がオフした瞬間に発生するオートト
ランスのリーケージインダクタンスに蓄えられたエネル
ギーは、スナバ抵抗を介して平滑用のコンデンサに帰還
するものであり、従って、オートトランスのリーケージ
エネルギーを再利用することができ、回路全体のロスの
低減、及びスナバ抵抗の発熱等の低減を図ることができ
る。

【００１１】また、請求項２においては、請求項１の場
合と同様に、第１のスイッチング素子がオフした瞬間に
発生するオートトランスのリーケージインダクタンスに
蓄えられたエネルギーは、スナバ抵抗を介して平滑用の
コンデンサに帰還させることで、オートトランスのリー
ケージエネルギーを再利用することができ、回路全体の
ロスの低減、及びスナバ抵抗の発熱等の低減を図ること
ができる。また、リーケージエネルギーを平滑用のコン
デンサに帰還するために第２のスイッチング素子をオン
して帰還回路を形成した時に、第３のスイッチング素子
を第１のスイッチング素子と同時にオフさせることで、
オートトランスに電流が戻ることが防止できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は全体のブロック図を示し、図３は具体回路
図を示している。先の従来例と異なる点は、抵抗Ｒ₁ 、
コンデンサＣ₃ で構成されるスナバ回路の代わりに、ス
イッチング素子Ｓ₁ と平滑用コンデンサＣ₁ とを並列接
続する、整流ダイオードＤ₂ 、スイッチング素子Ｓ ₂ 、
スナバ抵抗Ｒ₁ とからなる帰還回路を構成したことであ
る。

【００１３】また、リーケージエネルギーをコンデンサ
Ｃ₁ に帰還するために、スイッチング素子Ｓ₂ を閉じて
帰還回路を形成した時に、インダクタンスＬ₁ に電流が
戻ることを防止するためのスイッチング素子Ｓ₃ をコン
デンサＣ₁ と電源１との間に直列に接続した構成として
いる。図１において、制御回路３はスイッチング素子Ｓ
₁ をパルス幅制御を行うと共に、そのＰＷＭ信号をドラ
イブ回路６を介してスイッチング素子Ｓ₃ をオン、オフ
制御している。また、制御回路３からのＰＷＭ信号は遅
延回路４を介してドライブ回路５に入力し、このドライ
ブ回路５により帰還回路を構成するスイッチング素子Ｓ
₂ をオン、オフ制御している。

【００１４】上記制御回路３は、図３に示すように、Ｃ
Ｒ発振回路３１とコンパレータ３２とで構成されてお
り、出力側に接続した抵抗Ｒ₂ ，Ｒ₃ ，Ｒ₄ の分圧電圧
が上記コンパレータ３２に入力されている。そして、図
４（ａ）に示すように、ＣＲ発振回路３１からの三角波
と、上記分圧電圧とがコンパレータ３２で比較されてオ
ンデューティを決定し、図４（ｂ）に示すようなＰＷＭ
制御信号を発生している。

【００１５】遅延回路４は、例えば４段のバッファ構成
となっており、また、ドライブ回路５，６はトランスＴ
₁ ，Ｔ₂ 等で同様の構成となっている。次に、図１〜図
３に基づいて動作を説明する。図２は動作波形図を示
し、（ａ）はスイッチング素子Ｓ₁ の電圧波形を、
（ｂ）はインダクタンスＬ₁ に流れる電流Ｉ_L1を、
（ｃ）はスイッチング素子Ｓ₂ の電圧波形を、（ｄ）は
スイッチング素子Ｓ₃ の電圧波形をそれぞれ示してい
る。

【００１６】最初の状態において、スイッチング素子Ｓ
₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ともオフの状態である。次に、図２
（ａ）に示すように、スイッチング素子Ｓ₁ がオンとな
る時に、スイッチング素子Ｓ₂ は遅延回路４によりオン
するタイミングが図２（ｃ）に示すように、ｔ_d だけス
イッチング素子Ｓ₁ から遅れる。また、スイッチング素
子Ｓ₃ はスイッチング素子Ｓ₁ と同時にオンとなる（図
２（ｄ））。その時、電源１の正極→インダクタンスＬ
₁ →スイッチング素子Ｓ ₁ →電源１の負極のループで電
流Ｉ_L1が流れ、インダクタンスＬ₁ に磁束エネルギーが
蓄えられる。

【００１７】次に、スイッチング素子Ｓ₁ がオフする
と、インダクタンスＬ₁ から電流が、インダクタンスＬ
₁ →インダクタンスＬ₂ →ダイオードＤ₁ →負荷２→グ
ランドの順序で流れ、インダクタンスＬ₁ とＬ₂ との巻
数比によって昇圧された電圧が負荷２にかかるような昇
圧チョーパの働きをする。しかし、インダクタンスＬ₁
とＬ₂ の間には、通常、リーケージインダクタンスがあ
り、ここに蓄えられたエネルギーがスイッチング素子Ｓ
₁ に過渡の電圧を印加する。そのため、従来では、スナ
バ回路でリーケージエネルギーを消費していたが、本実
施例では、図２（ｃ）に示すように、スイッチング素子
Ｓ₁ がオフする直前にスイッチング素子Ｓ₂ をオンし
て、抵抗Ｒ₁ 、コンデンサＣ₁ によるスナバ回路を形成
し、スイッチング素子Ｓ₁ がオフしたと同時にスイッチ
ング素子Ｓ₃ もオフして、インダクタンスＬ₁ ，Ｌ₂ 間
のリーケージエネルギーをコンデンサＣ₁ に帰還させて
いる。

【００１８】次に、スイッチング素子Ｓ₁ をオンする直
前にスイッチング素子Ｓ₂ をオフして、スイッチング素
子Ｓ₁ ，Ｓ₃ がオンしたときに、インダクタンスＬ₁ を
流れる電流Ｉ_L1がコンデンサＣ₁ に流れ込むのを防止し
ている。次に、スイッチング素子Ｓ₁ がオフする直前
に、またスイッチング素子Ｓ₂ をオンしておく。以上の
動作を繰り返すと、インダクタンスＬ₁ ，Ｌ₂ 間のリー
ケージエネルギーを入力平滑コンデンサＣ₁ に帰還する
ことができ、コンデンサＣ ₁ に帰還されたエネルギーを
再生することができる。

【００１９】尚、制御回路３、遅延回路４、ドライブ回
路５，６等でスイッチング素子Ｓ₂，₃ をオン、オフ制
御してオートトランスＴのリーケージエネルギーをコン
デンサＣ₁ に帰還させる制御手段を構成している。 （実施例２）実施例２を図５に示す。本実施例は、ＣＲ
発振回路３１とコンパレータ３２からＰＷＭ制御波形を
形成している制御回路３と、制御回路３からの制御信号
を一定時間遅延してスイッチング素子Ｓ₁ に送る遅延回
路４と、スイッチング素子Ｓ ₂ の制御波形を作るための
検知回路７と、検知回路７の出力を一定時間遅延させる
遅延回路８と、ＪＫタイプのフリップフロップ９，１０
等で構成されており、スイッチング素子Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ
₃ 等の構成は先の実施例と同様である。

【００２０】次に、本実施例の動作を図６の動作波形図
を参照して説明する。本実施例では、スイッチング素子
Ｓ₁ ，Ｓ₃ とインダクタンスＬ₁ を流れる電流のタイミ
ングは図２に示す実施例１の動作タイミングと同様であ
る。先の実施例との違いは、スイッチング素子Ｓ₂ のオ
ン、オフのタイミングをスイッチング素子Ｓ₁ のドレイ
ン・ソース間電圧Ｖ_DSが過大な時のみ、スイッチング素
子Ｓ₂ をオンとするようにしたことにある。

【００２１】スイッチング素子Ｓ₂ の動作について、以
下に詳細に説明する。ＣＲ発振回路３１とコンパレータ
３２によって出力電圧検知によるＰＷＭ制御波形を作る
制御回路３の制御波形Ａ₀ を遅延回路４を通してＴ_d1遅
らした波形を、スイッチング素子Ｓ₁ ，Ｓ₃ のゲート波
形とし、遅延回路４の出力Ｔ₁ の波形で図６に示すよう
にスイッチング素子Ｓ₁ ，Ｓ₃ のスイッチングを行って
いる。

【００２２】一方、スイッチング素子Ｓ₂ のスイッチン
グは、以下の論理回路によって決定される。すなわち、
スイッチング素子Ｓ₁ のドレイン・ソース間電圧Ｖ
_DSを、抵抗Ｒ₇ とＲ₈ とで分割した値と、検知回路７の
抵抗Ｒ₅ とＲ₆ とで形成した基準値Ｖ₁ とをコンパレー
タ７１で比較し、この検知回路７から、スイッチング素
子Ｓ₁ のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSが基準値Ｖ₁ より
も高くなっている時間のみＨレベルとした波形Ａ₂ を出
力している。

【００２３】波形Ａ₂ は、スイッチング素子Ｓ₁ のドレ
イン・ソース間電圧Ｖ_DSが基準値Ｖ ₁ よりも高い間（Ｔ
_VS1 ）、つまり、スイッチング素子Ｓ₂ による抵抗
Ｒ₁ ，コンデンサＣ₁ の帰還回路がリーケージエネルギ
ーを帰還させている間、Ｈレベルとなる信号であるの
で、スイッチング素子Ｓ₂ は最低でも、この間はオンで
なくてはいけない。

【００２４】しかし、それ以外の必要のない時では、ス
イッチング素子Ｓ₂ をオフしておいた方が誤動作等の点
から良い。そこで、上記の期間Ｔ_VS1 の前後に余裕をあ
る程度持ち、スイッチング素子Ｓ₂ による帰還回路が働
いている時間に比例して長短する波形が必要となる。そ
の波形を以下のように論理回路で形成している。すなわ
ち、波形Ａ₂ を反転した波形Ａ₃ をインバータＧ₁ で形
成し、波形Ａ₃を遅延回路８で時間Ｔ_d2だけ遅らせた波
形Ｔ₂ と波形Ａ₃ の論理和の波形Ａ₄ をオアゲートＧ₂
で形成する。

【００２５】この波形Ａ₄ の立ち下がりをトリガとし
て、トグル動作を行うフリップフロップ９によって波形
Ｊ₁ を作る。この波形Ｊ₁ と制御回路３の出力波形Ａ₀
とをノアゲートＧ₃ により論理出力し、波形Ａ₅ を形成
し、この波形Ａ₅ の立ち上がりをトリガとしたフリップ
フロップ１０によってトグル波形のＪ₂ を得る。このＪ
₂ の波形は、スイッチング素子Ｓ₁ がオフする直前にＨ
レベルとなり、上記の期間Ｔ_VS1 と比例して時間が長く
なったり、短くなったりするため、帰還回路が動作して
いる間に比例してＨレベルとなる信号である。

【００２６】この信号Ｊ₂ によってスイッチング素子Ｓ
₂ のスイッチングを行うことで、帰還回路が必要な時の
み、スイッチング素子Ｓ₂ をオンとして帰還回路を形成
することができ、回路の誤動作等の防止をすることがで
きる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は上述のように、電源側に接続さ
れる平滑用のコンデンサと、オートトランスと第１のス
イッチング素子とで構成され負荷側に電力を供給するチ
ョッパ回路とを備えた電源装置において、上記第１のス
イッチング素子とコンデンサとを並列に接続する第２の
スイッチング素子とスナバ抵抗との直列回路を設け、上
記第１のスイッチング素子がオフする直前に第２のスイ
ッチング素子をオンさせる制御手段を設けたものである
から、第１のスイッチング素子がオフする直前に第２の
スイッチング素子をオンさせることで、第１のスイッチ
ング素子がオフした瞬間に発生するオートトランスのリ
ーケージインダクタンスに蓄えられたエネルギーは、ス
ナバ抵抗を介して平滑用のコンデンサに帰還するもので
あり、従って、オートトランスのリーケージエネルギー
を再利用することができ、回路全体のロスの低減、及び
スナバ抵抗の発熱等の低減を図ることができるという効
果を奏するものである。

【００２８】また、請求項２では、上記平滑用のコンデ
ンサと電源との間に第３のスイッチング素子を設け、第
１のスイッチング素子がオフする直前に第２のスイッチ
ング素子をオンし、第３のスイッチング素子は第１のス
イッチング素子と同時にオフし、第１のスイッチング素
子がオンする前に第２のスイッチング素子がオフし、第
３のスイッチング素子が第１のスイッチング素子と同時
にオンさせる制御手段を設けていることで、請求項１の
場合と同様に、第１のスイッチング素子がオフした瞬間
に発生するオートトランスのリーケージインダクタンス
に蓄えられたエネルギーは、スナバ抵抗を介して平滑用
のコンデンサに帰還させることで、オートトランスのリ
ーケージエネルギーを再利用することができ、回路全体
のロスの低減、及びスナバ抵抗の発熱等の低減を図るこ
とができる。また、リーケージエネルギーを平滑用のコ
ンデンサに帰還するために第２のスイッチング素子をオ
ンして帰還回路を形成した時に、第３のスイッチング素
子を第１のスイッチング素子と同時にオフさせること
で、オートトランスに電流が戻ることが防止できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のブロック回路図である。

【図２】同上の図１の動作波形図である。

【図３】同上の図１の具体回路図である。

【図４】同上の制御回路の動作波形図である。

【図５】同上の実施例２の回路図である。

【図６】同上の図５の動作波形図である。

【図７】従来例の回路図である。

【図８】従来例の図７の動作波形図である。

【符号の説明】 １ 電源 ２ 負荷 Ｃ₁ 平滑用コンデンサ Ｔ オートトランス Ｓ₁ 第１のスイッチング素子 Ｓ₂ 第２のスイッチング素子 Ｓ₃ 第３のスイッチング素子 Ｒ₁ スナバ抵抗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源側に接続される平滑用のコンデンサ
   と、オートトランスと第１のスイッチング素子とで構成
   され負荷側に電力を供給するチョッパ回路とを備えた電
   源装置において、上記第１のスイッチング素子とコンデ
   ンサとを並列に接続する第２のスイッチング素子とスナ
   バ抵抗との直列回路を設け、上記第１のスイッチング素
   子がオフする直前に第２のスイッチング素子をオンさせ
   る制御手段を設けたことを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 上記平滑用のコンデンサと電源との間に
   第３のスイッチング素子を設け、第１のスイッチング素
   子がオフする直前に第２のスイッチング素子をオンし、
   第３のスイッチング素子は第１のスイッチング素子と同
   時にオフし、第１のスイッチング素子がオンする前に第
   ２のスイッチング素子がオフし、第３のスイッチング素
   子が第１のスイッチング素子と同時にオンさせる制御手
   段を設けたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。