JPH0686541A

JPH0686541A - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JPH0686541A
Application number: JP4234399A
Authority: JP
Inventors: Takuya Ishii; 卓也石井; Nobuyoshi Osagata; 信義長潟; Koji Yoshida; 幸司吉田; Takaharu Murakami; 孝晴村上; Toshishige Ueyama; 敏成植山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 1994-03-25
Anticipated expiration: 2015-09-04
Also published as: JP3084950B2

Abstract

(57)【要約】【目的】各種電子機器に安定な直流電圧を供給するス
イッチング電源装置において、スイッチング損失の発生
を解決し、高効率で低ノイズな特性を得ることを目的と
する。【構成】入力直流電圧源１と、これに並列に接続され
る第１のチョークコイル３と第１のスイッチング素子１
３との直列回路と、第１のチョークコイル３と並列に接
続されるコンデンサ４と第２のスイッチング素子１４と
の直列回路と、第２のスイッチング素子１４と並列に接
続される第２のチョークコイル６と出力コンデンサ７と
の直列回路と、第１および第２のスイッチング素子１
３，１４を所定のオンオフ期間で交互に駆動する制御回
路１５を備える構成とする。第１のスイッチング素子１
３のオフ期間に第２のスイッチング素子１４を介して第
１のチョークコイル３を逆励磁することにより、第１お
よび第２のスイッチング素子１３，１４はゼロ電圧ター
ンオンが達成でき、高効率で低ノイズな特性を得ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種電子機器に安定な直
流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。

【０００２】

【従来の技術】近年、スイッチング電源装置は電子機器
の小型・高機能化に伴い、高効率・低ノイズなものが要
求されている。

【０００３】以下に従来のスイッチング電源装置につい
て説明する。図９は従来のスイッチング電源装置で、Ｚ
ＥＴＡコンバータと称される入出力非反転の昇降圧コン
バータの回路構成図である。図９において、１は入力直
流電圧源であり、その電圧をＥｉとする。２はスイッチ
ング素子であり、３は第１のチョークコイルであり、４
はコンデンサである。スイッチング素子２は入力直流電
圧Ｅｉを高周波交流電圧に変換し、第１のチョークコイ
ル３及びコンデンサ４へ伝達する。コンデンサ４の静電
容量は十分大きく、その電圧は図９中に示す方向に直流
電圧Ｅｃとみなす。５はダイオードである。６は第２の
チョークコイルであり、第１のチョークコイル３とは図
９中に示す極性で磁気結合可能である。７は出力コンデ
ンサであり、８は負荷である。出力コンデンサ７の静電
容量は十分大きく、負荷８へは出力直流電圧Ｅｏが出力
される。９は制御回路であり、出力直流電圧Ｅｏを安定
化すべくスイッチング素子２を所定のオンオフ期間で駆
動する。

【０００４】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、以下にその動作を説明する。まず、スイ
ッチング素子２がオンの時、第１のチョークコイル３に
は電圧Ｅｉが印加されるとともに、第２のチョークコイ
ル６には電圧Ｅｉ＋Ｅｃ−Ｅｏが印加される。スイッチ
ング素子２には第１のチョークコイル３と第２のチョー
クコイル６との励磁電流の和の電流が流れる。またコン
デンサ４には第２のチョークコイル６の励磁電流が流れ
る。この期間をＴｏｎとする。次にスイッチング素子２
がオフの時、各チョークコイルの電圧は反転し、ダイオ
ード５が導通する。この時第１のチョークコイル３には
電圧Ｅｃが印加されるとともに、第２のチョークコイル
６には電圧Ｅｏが印加される。ダイオード５には第１の
チョークコイル３と第２のチョークコイル６との消磁電
流の和の電流が流れる。またコンデンサ４には第１のチ
ョークコイル３の消磁電流が流れる。この期間をＴｏｆ
ｆとする。安定動作状態においては各チョークコイルの
磁束は一周期でリセットされるから、次式が成立する。

【０００５】Ｅｉ・Ｔｏｎ＝Ｅｃ・Ｔｏｆｆ（Ｅｉ＋Ｅｃ−Ｅｏ）・Ｔｏｎ＝Ｅｏ・Ｔｏｆｆ ∴ Ｅｏ＝Ｅｃ＝（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ）・Ｅｉ即ち出力直流電圧Ｅｏは、スイッチング素子２のオンオ
フ比を調整することにより、安定化することができる。
図１０に各部動作波形図を示しておく。

【０００６】また、各チョークコイルに印加される電圧
が等しいことから、第１のチョークコイル３と第２のチ
ョークコイル６とが同一巻数で磁気結合可能であること
がわかる。詳しい説明は省くが、このスイッチング電源
装置は、第１のチョークコイル３と第２のチョークコイ
ル６との巻数比をその結合係数と等しくすることによ
り、第２のチョークコイル６に流れる電流を交流成分の
ない直流電流とすることができ、出力直流電圧Ｅｏに重
畳されるリップル電圧を０Ｖにすることができるという
特徴と有している。

【０００７】図１１にこのスイッチング電源装置を入出
力絶縁型にした回路図を示す。図１１において、１０は
トランスであり、１１はその１次巻線、１２は２次巻線
である。トランス１０が図８における第１のチョークコ
イル３の代わりに接続される以外は、図９に示したスイ
ッチング電源装置と同様の構成である。また動作も２次
巻線１２以後が巻数比変換されるだけで、図９のスイッ
チング電源装置と同様である。

【０００８】但し、トランス１０の漏れインダクタンス
に起因するサージ電圧がスイッチングの際発生する。こ
のスイッチング電源装置もトランス１０とチョークコイ
ル６は磁気結合可能で、２次巻線１２とチョークコイル
６との巻数比をその結合係数と等しくすることにより、
チョークコイル６に流れる電流を交流成分のない直流電
流とすることができ、出力直流電圧に重畳されるリップ
ル電圧を０Ｖにすることができるという特徴を有してい
る。図１２に各部動作波形図を示しておく。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、軽負荷時にチョークコイルに流れる電流が
０Ａになると、出力直流電圧Ｅｏの安定化のためにはＴ
ｏｎを短くするような動作をするため、負荷急変のある
出力仕様によってはチョークコイルのインダクタンスを
大きく設定しなければならない。スイッチング素子２の
ターンオンの際、ダイオード５は導通しているのでリカ
バリー電流が発生するし、この時スイッチング素子２に
印加されている電圧はＥｉ＋Ｅｏから急峻に０Ｖに放電
されるのでターンオン損失が発生する。これらに加えて
図１１のように絶縁型の場合には、トランス１０の漏れ
インダクタンスに起因するサージ電圧のために多大なタ
ーンオフ損失が発生したり、スナバ回路での損失が発生
し効率が低下するという問題点を有していた。

【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、負荷条件によるスイッチング素子のオンオフ期間の
変動を抑え、ゼロクロススイッチングの実現により効率
を向上するとともに低ノイズ化したスイッチング電源装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【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、入力直流電圧源
と、前記入力直流電圧源と並列に接続される第１のチョ
ークコイルと第１のスイッチング素子との直列回路と、
前記第１のチョークコイルと並列に接続されるコンデン
サと第２のスイッチング素子との直列回路と、前記第２
のスイッチング素子と並列に接続される第２のチョーク
コイルと出力コンデンサとの直列回路と、前記第１及び
第２のスイッチング素子を交互にオンオフさせるととも
にそれらのオンオフ期間を所定値に調整する制御回路と
を備えた構成、または入力直流電圧源と、前記入力直流
電圧源と並列に接続されるトランスの１次巻線と第１の
スイッチング素子との直列回路と、前記トランスの２次
巻線と並列に接続されるコンデンサと第２のスイッチン
グ素子との直列回路と、前記第２のスイッチング素子と
並列に接続されるチョークコイルと出力コンデンサとの
直列回路と、前記第１及び第２のスイッチング素子を交
互にオンオフさせるとともにそれらのオンオフ期間を所
定値に調整する制御回路とを備えた構成、または入力直
流電圧源と、前記入力直流電圧源と並列に接続されるト
ランスの１次巻線と第１のスイッチング素子との直列回
路と、前記トランスの１次巻線と並列に接続される第１
のコンデンサと第２のスイッチング素子との直列回路
と、前記トランスの２次巻線と並列に接続される第２の
コンデンサとダイオードとの直列回路と、前記ダイオー
ドと並列に接続されるチョークコイルと出力コンデンサ
との直列回路と、前記第１及び第２のスイッチング素子
を交互にオンオフさせるとともにそれらのオンオフ期間
を所定値に調整する制御回路とを備えた構成を有してい
る。

【００１２】

【作用】この構成によって、第１のスイッチング素子の
オフ期間中に第２のスイッチング素子を介してチョーク
コイル又はトランスを逆励磁することができる。逆励磁
エネルギーを利用することにより、第１及び第２のスイ
ッチング素子はゼロ電圧ターンオンが可能となる。ま
た、チョークコイルの電流が常に直線的に連続に流れる
ため、いわゆる不連続動作というものはなく、負荷条件
によるスイッチング素子のオンオフ期間の変動も抑えら
れる。

【００１３】

【実施例】（実施例１）以下本発明の一実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１
の実施例におけるスイッチング電源装置の回路構成図を
示すものである。図１において、１は入力直流電圧源で
あり、その電圧をＥｉとする。１３は第１のスイッチン
グ素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴのようにダイオード
とスイッチの並列回路から構成される。３は第１のチョ
ークコイルであり、４はコンデンサである。第１のスイ
ッチング素子１３は入力電圧Ｅｉを高周波交流電圧に変
換し、第１のチョークコイル３及びコンデンサ４へ伝達
する。コンデンサ４の静電容量は十分大きく、その電圧
は図１中に示す方向に直流電圧Ｅｃとみなす。１４は第
２のスイッチング素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴのよ
うにダイオードとスイッチの並列回路から構成される。
６は第２のチョークコイルであり、第１のチョークコイ
ル３とは図１中に示す極性で磁気結合可能である。７は
出力コンデンサであり、８は負荷である。出力コンデン
サ７の静電容量は十分大きく、負荷８へは出力直流電圧
Ｅｏが出力される。１５は制御回路であり、出力直流電
圧Ｅｏを安定化すべく第１のスイッチング素子１３及び
第２のスイッチング素子１４を所定のオンオフ期間で交
互に駆動する。

【００１４】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、図２に示す各部動作波形図を用いてその
動作を説明する。まず、第１のスイッチング素子１３が
オンの時、第１のチョークコイル３には入力電圧Ｅｉが
印加されるとともに、第２のチョークコイル６には電圧
Ｅｉ＋Ｅｃ−Ｅｏが印加される。第１のスイッチング素
子１３には第１のチョークコイル３と第２のチョークコ
イル６との励磁電流の和の電流が流れる。またコンデン
サ４には第２のチョークコイル６の励磁電流が流れる。
この期間をＴｏｎとする。

【００１５】次に第１のスイッチング素子１３がオフの
時、各チョークコイルの電圧は反転し、第２のスイッチ
ング素子１４がオンする。この時第１のチョークコイル
３には電圧Ｅｃが印加されるとともに、第２のチョーク
コイル６には電圧Ｅｏが印加される。第２のスイッチン
グ素子１４には第１のチョークコイル３と第２のチョー
クコイル６との消磁電流の和の電流が流れる。またコン
デンサ４には第１のチョークコイル３の消磁電流が流れ
る。この期間をＴｏｆｆとする。安定動作状態において
は各チョークコイルの磁束は一周期でリセットされるか
ら、次式が成立するのは図９に示した従来例と同様であ
る。

【００１６】 ∴ Ｅｏ＝Ｅｃ＝（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ）・Ｅｉ即ち出力直流電圧Ｅｏは、第１のスイッチング素子１３
及び第２のスイッチング素子１４のオンオフ期間を調整
することにより、安定化することができる。

【００１７】本実施例によるスイッチング電源装置が図
９に示した従来のスイッチング電源装置と異なるのは、
第２のスイッチング素子１４によって第１のチョークコ
イル３又は第２のチョークコイル６が逆励磁されること
である。このため、チョークコイルの電流が常に直線的
に連続に流れるため、いわゆる不連続動作というものは
なく、負荷条件によるスイッチング素子のオンオフ期間
の変動も抑えられるし、それらのインダクタンスも従来
より小さく設定できる。また第２のスイッチング素子１
４のターンオフの際、逆励磁エネルギーによって、第１
のスイッチング素子１３の寄生容量又はターンオフ損失
低減のため接続される静電容量素子に蓄えられた電荷は
第１のチョークコイル３を介して入力直流電圧源１へ回
生され、ターンオン損失とはならない。

【００１８】同様に第１のスイッチング素子１３のター
ンオフの際、励磁エネルギーによって、第２のスイッチ
ング素子１４の寄生容量又はターンオフ損失低減のため
接続される静電容量素子に蓄えられた電荷は第２のチョ
ークコイル６を介して出力コンデンサ７へ放出されるの
で、ターンオン損失とはならない。即ち第１のスイッチ
ング素子１３及び第２のスイッチング素子１４はいずれ
もゼロ電圧ターンオンするという優れた効果が得られ
る。

【００１９】また本実施例によって、第１のチョークコ
イル３と第２のチョークコイル６とが同一巻数で磁気結
合可能であることと、第１のチョークコイル３と第２の
チョークコイル６との巻数比をその結合係数と等しくす
ることにより、第２のチョークコイル６に流れる電流を
交流成分のない直流電流とすることができ、出力直流電
圧Ｅｏに重畳されるリップル電圧を０Ｖにすることがで
きるというＺＥＴＡコンバータの特徴を損なうことはな
い。

【００２０】以上のように本実施例によれば、従来のＺ
ＥＴＡコンバータのダイオードを第２のスイッチング素
子とすることにより、その飽和電圧がダイオードの順方
向電圧より小さければ損失低減となる上、リカバリー電
流もなくなり、さらに負荷条件によるスイッチング素子
のオンオフ期間の変動を抑え、ゼロクロススイッチング
の実現により効率を向上するとともに低ノイズ化するこ
とができる。

【００２１】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図３において、１
は入力直流電圧源であり、その電圧をＥｉとする。１３
は第１のスイッチング素子であり、１０はトランスであ
り、１１はその１次巻線、１２は２次巻線である。１６
は共振コンデンサであり、等価的に第１のスイッチング
素子１３と並列接続される寄生容量を含む。４はコンデ
ンサである。第１のスイッチング素子１３は入力電圧Ｅ
ｉを高周波交流電圧に変換し、１次巻線１１へ印加し、
２次巻線１２へ伝達する。コンデンサ４の静電容量は十
分大きく、その電圧は図３中に示す方向に直流電圧Ｅｃ
とみなす。１４は第２のスイッチング素子である。６は
チョークコイルであり、トランス１０とは図３中に示す
極性で磁気結合可能である。７は出力コンデンサであ
り、８は負荷である。出力コンデンサ７の静電容量は十
分大きく、負荷８へは出力直流電圧Ｅｏが出力される。
１５は制御回路であり、出力直流電圧Ｅｏを安定化すべ
くスイッチング素子１３及びスイッチング素子１４を所
定のオンオフ期間で交互に駆動する。

【００２２】以上のように構成されたスイッチング電源
装置は、第１の実施例で示した図１のスイッチング電源
装置の第１のチョークコイル３をトランス１０に置き換
えた絶縁型のものであり、その動作は２次巻線１２以後
が巻数比変換されるだけで、図１のスイッチング電源装
置と同様である。トランス１０の巻数比をｎとする。ま
ず、第１のスイッチング素子１３がオンの時、１次巻線
１１には電圧Ｅｉが印加されるとともに、２次巻線１２
には電圧Ｅｉ／ｎが誘起され、チョークコイル６には電
圧Ｅｉ／ｎ＋Ｅｃ−Ｅｏが印加される。この期間をＴｏ
ｎとする。次に第１のスイッチング素子１３がオフの
時、トランス１０とチョークコイル６の電圧は反転し、
第２のスイッチング素子１４がオンする。この時１次巻
線１１には電圧ｎ・Ｅｃが印加されるとともに、チョー
クコイル６には電圧Ｅｏが印加される。この期間をＴｏ
ｆｆとする。安定動作状態においてはトランス１０とチ
ョークコイル６の磁束は一周期でリセットされるから、
次式が成立する。

【００２３】 ∴ Ｅｏ＝Ｅｃ＝（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ）・Ｅｉ／ｎ即ち出力直流電圧Ｅｏは、第１のスイッチング素子１３
及び第２のスイッチング素子１４のオンオフ期間を調整
することにより、安定化することができる。図４に本実
施例によるスイッチング電源装置の各部動作波形図を示
す。

【００２４】本実施例によるスイッチング電源装置が図
１１に示した従来のスイッチング電源装置と異なるの
は、第２のスイッチング素子１４によってトランス１０
又はチョークコイル６が逆励磁されることである。この
ため、チョークコイル６の電流が常に直線的に連続に流
れるため、いわゆる不連続動作というものはなく、負荷
条件によるスイッチング素子のオンオフ期間の変動も抑
えられるし、それらのインダクタンスも従来より小さく
設定できる。また第２のスイッチング素子１４のターン
オフの際、逆励磁エネルギーによって、第１のスイッチ
ング素子１３の寄生容量又はターンオフ損失低減のため
接続される静電容量素子である共振コンデンサ１６に蓄
えられた電荷は１次巻線１１を介して入力直流電圧源１
へ回生され、ターンオン損失とはならない。

【００２５】同様に第１のスイッチング素子１３のター
ンオフの際、励磁エネルギーによって、第２のスイッチ
ング素子１４の寄生容量又はターンオフ損失低減のため
接続される静電容量素子に蓄えられた電荷はチョークコ
イル６を介して出力コンデンサ７へ放出されるので、タ
ーンオン損失とはならない。即ち第１のスイッチング素
子１３及び第２のスイッチング素子１４はいずれもゼロ
電圧ターンオンするという優れた効果が得られる。

【００２６】また本実施例によって、トランス１０の２
次巻線１２とチョークコイル６とが同一巻数で磁気結合
可能であることと、２次巻線１２とチョークコイル６と
の巻数比をその結合係数と等しくすることにより、チョ
ークコイル６に流れる電流を交流成分のない直流電流と
することができ、出力直流電圧Ｅｏに重畳されるリップ
ル電圧を０ＶにすることができるというＺＥＴＡコンバ
ータの特徴を損なうことはない。

【００２７】以上のように本実施例によれば、従来の絶
縁型ＺＥＴＡコンバータのダイオードを第２のスイッチ
ング素子とすることにより、その飽和電圧がダイオード
の順方向電圧より小さければ損失低減となる上、リカバ
リー電流もなくなり、さらに負荷条件によるスイッチン
グ素子のオンオフ期間の変動を抑え、ゼロクロススイッ
チングの実現により効率を向上するとともに低ノイズ化
することができる。

【００２８】（実施例３）以下本発明の第３の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図５において、１
は入力直流電圧源であり、その電圧をＥｉとする。１３
は第１のスイッチング素子であり、１０はトランスであ
り、１１はその１次巻線、１２は２次巻線である。第１
のスイッチング素子１３は入力電圧Ｅｉを高周波交流電
圧に変換し、１次巻線１１へ印加し、２次巻線１２へ伝
達する。１４は第２のスイッチング素子、１７は第１の
コンデンサであり、第２のスイッチング素子１４と第１
のコンデンサ１７の直列回路は１次巻線１１に並列に接
続される。第１のコンデンサ１７の静電容量は十分大き
く、その電圧は図５中に示す方向に直流電圧Ｅ１７とみ
なす。１６は共振コンデンサであり、等価的に第１のス
イッチング素子１３と並列接続される寄生容量を含む。
４は第２のコンデンサである。第２のコンデンサ４の静
電容量は十分大きく、その電圧は図５中に示す方向に直
流電圧Ｅｃとみなす。６はチョークコイルであり、トラ
ンス１０とは図５中に示す極性で磁気結合可能である。
７は出力コンデンサであり、８は負荷である。出力コン
デンサ７の静電容量は十分大きく、負荷８へは出力直流
電圧Ｅｏが出力される。１５は制御回路であり、出力直
流電圧Ｅｏを安定化すべくスイッチング素子１３及びス
イッチング素子１４を所定のオンオフ期間で交互に駆動
する。

【００２９】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、図６に示す各部動作波形図を用いてその
動作を説明する。トランス１０の巻数比をｎとする。ま
ず、第１のスイッチング素子１３がオンの時、１次巻線
１１には入力電圧Ｅｉが印加されるとともに、チョーク
コイル６には電圧Ｅｉ／ｎ＋Ｅｃ−Ｅｏが印加される。
第１のスイッチング素子１３には１次巻線１１とチョー
クコイル６との励磁電流の和の電流が流れる。また第２
のコンデンサ４にはチョークコイル６の励磁電流が流れ
る。この期間をＴｏｎとする。

【００３０】次に第１のスイッチング素子１３がオフの
時、トランス１０の巻線とチョークコイル６の電圧は反
転し、第２のスイッチング素子１４がオンし、ダイオー
ド５が導通する。この時１次巻線１１には電圧Ｅ１７
（＝ｎ・Ｅｃ）が印加されるとともに、チョークコイル
６には電圧Ｅｏが印加される。第２のスイッチング素子
１４には第１のスイッチング素子１３のターンオフ時に
流れていた１次巻線電流を初期値として直線的に減少す
る電流が流れる。安定動作状態においては第１のコンデ
ンサ１７の充放電電流は等しい。第２のコンデンサ４に
は１次巻線１１の消磁電流と第２のスイッチング素子１
４に流れる電流の差のｎ倍の電流が流れる。ダイオード
５には第２のコンデンサ４に流れる電流とチョークコイ
ル６の消磁電流の差が流れる。この期間をＴｏｆｆとす
る。安定動作状態においてはトランス１０とチョークコ
イル６の磁束は一周期でリセットされるから、次式が成
立するのは図３に示した第２の実施例と同様である。

【００３１】 ∴ Ｅｏ＝Ｅｃ＝（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ）・Ｅｉ／ｎ即ち出力直流電圧Ｅｏは、第１のスイッチング素子１３
及び第２のスイッチング素子１４のオンオフ期間を調整
することにより、安定化することができる。

【００３２】本実施例によるスイッチング電源装置が図
３に示した第２の実施例のスイッチング電源装置と異な
るのは、トランス１０の逆励磁が１次側に設置された第
２のスイッチング素子１４と第１のコンデンサ１７によ
って行われることである。このため、チョークコイル６
の電流不連続動作は避けられなくなるが、第２のスイッ
チング素子１４と第１のコンデンサ１７によって強力な
電圧クランプ機能が得られ、サージ電圧は発生しなくな
る。また第２のスイッチング素子１４のターンオフの
際、逆励磁エネルギーによって、第１のスイッチング素
子１３の寄生容量又はターンオフ損失低減のため接続さ
れる静電容量素子である共振コンデンサ１６に蓄えられ
た電荷は１次巻線１１を介して入力直流電圧源１へ回生
され、ターンオン損失とはならない。

【００３３】同様に第１のスイッチング素子１３のター
ンオフの際、励磁エネルギーによって、第２のスイッチ
ング素子１４の寄生容量又はターンオフ損失低減のため
接続される静電容量素子に蓄えられた電荷はチョークコ
イル６を介して出力コンデンサ７へ放出されるので、タ
ーンオン損失とはならない。即ち第１のスイッチング素
子１３及び第２のスイッチング素子１４はいずれもゼロ
電圧ターンオンするという優れた効果が得られる。

【００３４】また、本実施例によって、トランス１０の
２次巻線１２とチョークコイル６とが同一巻数で磁気結
合可能であることと、２次巻線１２とチョークコイル６
との巻数比をその結合係数と等しくすることにより、チ
ョークコイル６に流れる電流を交流成分のない直流電流
とすることができ、出力直流電圧に重畳されるリップル
電圧を０ＶにすることができるというＺＥＴＡコンバー
タの特徴を損なうことはない。この場合先に述べたチョ
ーク電流不連続動作は回避でき、軽負荷時のスイッチン
グ素子のオンオフ期間の変動も抑えられる。

【００３５】以上のように本実施例によれば、従来の絶
縁型ＺＥＴＡコンバータのトランス１０の１次巻線１１
にコンデンサ１７と第２のスイッチング素子１４の直列
回路を設けることにより、各スイッチング素子のゼロク
ロススイッチングを達成できる上、その強力なクランプ
機能によりサージ電圧の発生をなくし、高効率化と低ノ
イズ化が達成できる。

【００３６】（実施例４）以下本発明の第４の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図７において、１
は入力直流電圧源であり、その電圧をＥｉとする。１３
は第１のスイッチング素子であり、１０はトランスであ
り、１１はその１次巻線、１２は２次巻線である。第１
のスイッチング素子１３は入力電圧Ｅｉを高周波交流電
圧に変換し、１次巻線１１へ印加し、２次巻線１２へ伝
達する。１４は第２のスイッチング素子、１７は第１の
コンデンサであり、第２のスイッチング素子１４と第１
のコンデンサ１７の直列回路は１次巻線１１に並列に接
続される。第１のコンデンサ１７の電圧は図５中に示す
方向にＥ１７とする。１６は共振コンデンサであり、等
価的に第１のスイッチング素子１３と並列接続される寄
生容量を含む。１８はインダクターであり、トランス１
０の漏れインダクタンスを含み、等価的に第２のスイッ
チング素子１４と第１のコンデンサ１７と１次巻線１１
のループ内に接続される。４は第２のコンデンサであ
る。第２のコンデンサ４の静電容量は十分大きく、その
電圧は図５中に示す方向に直流電圧Ｅｃとみなす。６は
チョークコイルであり、トランス１０とは図５中に示す
極性で磁気結合可能である。７は出力コンデンサであ
り、８は負荷である。出力コンデンサ７の静電容量は十
分大きく、負荷８へは出力直流電圧Ｅｏが出力される。
１５は制御回路であり、出力直流電圧Ｅｏを安定化すべ
くスイッチング素子１３及びスイッチング素子１４を所
定のオンオフ期間で交互に駆動する。

【００３７】以上のように構成されたスイッチング電源
装置について、図８に示す各部動作波形図を用いてその
動作を説明する。トランス１０の巻数比をｎとする。ま
ず、第１のスイッチング素子１３がオンの時、１次巻線
１１には入力電圧Ｅｉが印加されるとともに、チョーク
コイル６には電圧Ｅｉ／ｎ＋Ｅｃ−Ｅｏが印加される。
第１のスイッチング素子１３には１次巻線１１とチョー
クコイル６との励磁電流の和の電流が流れる。また第２
のコンデンサ４にはチョークコイル６の励磁電流が流れ
る。この期間をＴｏｎとする。

【００３８】次に第１のスイッチング素子１３がオフす
ると、トランス１０の巻線とチョークコイル６の電圧は
反転し（図８中のＴｆ）し、第２のスイッチング素子１
４がオンする。この時（図８中のＴ１）１次巻線１１に
はＥ１７が印加されるとともに、チョークコイル６には
およそ電圧Ｅｏが印加される。第２のスイッチング素子
１４には第１のスイッチング素子１３のターンオフ時に
流れていた１次巻線電流を初期値として直線的に減少す
る電流が流れる。第２のコンデンサ４には１次巻線１１
の消磁電流と第２のスイッチング素子１４に流れる電流
の差のｎ倍の電流とチョークコイル６の消磁電流が流れ
る。第１のコンデンサ１７が充電されて、Ｅ１７＝ｎ・
Ｅｃとなると、ダイオード５が導通する。この時（図８
中のＴ２）、各部には第１のコンデンサ１７とインダク
ター１８の共振電流が流れる。ダイオード５に流れる電
流が０Ａになってオフすると、Ｔ１と同じ状態に戻り
（図８中のＴ３）、やがて第２のスイッチング素子１４
がオフする。安定動作状態においては、第１のコンデン
サ１７の充放電電流は等しい。以上の期間をＴｏｆｆと
する。安定動作状態においてはトランス１０とチョーク
コイル６の磁束は一周期でリセットされるから、次式が
成立するのは図３に示した第２の実施例と同様である。

【００３９】 ∴ Ｅｏ＝Ｅｃ＝（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ）・Ｅｉ／ｎ即ち出力直流電圧Ｅｏは、第１のスイッチング素子１３
及び第２のスイッチング素子１４のオンオフ期間を調整
することにより、安定化することができる。

【００４０】本実施例によるスイッチング電源装置が図
５に示した第３の実施例のスイッチング電源装置と異な
るのは、ダイオード５に流れる電流が共振電流であるの
で、ダイオード５がゼロ電流ターンオフできることであ
る。このためダイオード５のリカバリー電流は発生しな
くなり、第３の実施例の効果に加えてさらに低ノイズ化
が可能になるという効果が得られる。

【００４１】また本実施例によって、トランス１０の２
次巻線１２とチョークコイル６とが同一巻数で磁気結合
可能であることと、２次巻線１２とチョークコイル６と
の巻数比をその結合係数と等しくすることにより、チョ
ークコイル６に流れる電流を交流成分のない直流電流と
することができ、出力直流電圧に重畳されるリップル電
圧を０ＶにすることができるというＺＥＴＡコンバータ
の特徴を損なうことはない。

【００４２】以上のように本実施例によれば、従来の絶
縁型ＺＥＴＡコンバータのトランスの１次巻線にコンデ
ンサと第２のスイッチング素子の直列回路を設け、さら
にトランスの漏れインダクタンスを利用するかまたはイ
ンダクターを接続することにより、各スイッチング素子
のゼロクロススイッチングを達成できる上、その強力な
クランプ機能によりサージ電圧の発生をなくし、高効率
化と低ノイズ化が達成できるという第３の実施例の効果
に加えて、電流共振によってダイオードのリカバリー電
流をなくし、さらに低ノイズ化が可能になるという効果
が得られる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明は、入力直流電圧源
と、前記入力直流電圧源と並列に接続される第１のチョ
ークコイルと第１のスイッチング素子との直列回路と、
前記第１のチョークコイルと並列に接続されるコンデン
サと第２のスイッチング素子との直列回路と、前記第２
のスイッチング素子と並列に接続される第２のチョーク
コイルと出力コンデンサとの直列回路と、前記第１及び
第２のスイッチング素子を交互にオンオフさせるととも
にそれらのオンオフ期間を所定値に調整する制御回路と
を備えた構成を有することにより、第１のスイッチング
素子のオフ期間中に第２のスイッチング素子を介してチ
ョークコイルを逆励磁し、その逆励磁エネルギーを利用
することにより、第１及び第２のスイッチング素子はゼ
ロ電圧ターンオンが可能となる。また、チョークコイル
の電流が常に直線的に連続に流れるため、いわゆる不連
続動作というものはなく、負荷条件によるスイッチング
素子のオンオフ期間の変動も抑えられる上、ダイオード
リカバリー電流もなくなり、高効率で低ノイズな優れた
スイッチング電源装置を実現できるものである。

【００４４】また、入力直流電圧源と、前記入力直流電
圧源と並列に接続されるトランスの１次巻線と第１のス
イッチング素子との直列回路と、前記トランスの２次巻
線と並列に接続されるコンデンサと第２のスイッチング
素子との直列回路と、前記第２のスイッチング素子と並
列に接続されるチョークコイルと出力コンデンサとの直
列回路と、前記第１及び第２のスイッチング素子を交互
にオンオフさせるとともにそれらのオンオフ期間を所定
値に調整する制御回路とを備えた構成を有することによ
り、第１のスイッチング素子のオフ期間中に第２のスイ
ッチング素子を介してトランスを逆励磁し、その逆励磁
エネルギーを利用することにより、第１及び第２のスイ
ッチング素子はゼロ電圧ターンオンが可能となる。ま
た、チョークコイルの電流が常に直線的に連続に流れる
ため、いわゆる不連続動作というものはなく、負荷条件
によるスイッチング素子のオンオフ期間の変動も抑えら
れる上、ダイオードリカバイー電流もなくなり、高効率
で低ノイズな優れた絶縁型スイッチング電源装置を実現
できるものである。

【００４５】また、入力直流電圧源と、前記入力直流電
圧源と並列に連続されるトランスの１次巻線と第１のス
イッチング素子との直列回路と、前記トランスの１次巻
線と並列に接続される第１のコンデンサと第２のスイッ
チング素子との直列回路と、前記トランスの２次巻線と
並列に接続される第２のコンデンサとダイオードとの直
列回路と、前記ダイオードと並列に接続されるチョーク
コイルと出力コンデンサとの直列回路と、前記第１及び
第２のスイッチング素子を交互にオンオフさせるととも
にそれらのオンオフ期間を所定値に調整する制御回路と
を備えた構成を有することにより、第１のスイッチング
素子のオフ期間中に第２のスイッチング素子と第２のコ
ンデンサを介してトランスを逆励磁することができる。
逆励磁エネルギーを利用することにより、第１及び第２
のスイッチング素子はゼロ電圧ターンオンが可能となる
上、第２のスイッチング素子と第２のコンデンサによる
強力なクランプ機能によって、サージ電圧のないものと
することができる。また、チョークコイルの電流が常に
直線的に連続に流れるため、高効率で低ノイズな優れた
絶縁型スイッチング電源装置を実現できるものである。
さらに第２のコンデンサとトランスの漏れインダクタン
スか又は別に接続されるインダクターとを電流共振させ
ることでダイオードリカバリー電流のないさらなる低ノ
イズ化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるスイッチング電源
装置の回路構成図

【図２】第１の実施例によるスイッチング電源装置の各
部動作波形図

【図３】本発明の第２の実施例によるスイッチング電源
装置の回路構成図

【図４】第２の実施例によるスイッチング電源装置の各
部動作波形図

【図５】本発明の第３の実施例によるスイッチング電源
装置の回路構成図

【図６】第３の実施例によるスイッチング電源装置の各
部動作波形図

【図７】本発明の第４の実施例によるスイッチング電源
装置の回路構成図

【図８】第４の実施例によるスイッチング電源装置の各
部動作波形図

【図９】従来のスイッチング電源装置の回路構成図

【図１０】従来のスイッチング電源装置の各部動作波形
図

【図１１】従来のスイッチング電源装置の回路構成図

【図１２】従来のスイッチング電源装置の各部動作波形
図

【符号の説明】

１入力直流電圧源３第１のチョークコイル４コンデンサ５ダイオード６第２のチョークコイル７出力コンデンサ８負荷１０トランス１１１次巻線１２２次巻線１３第１のスイッチング素子１４第２のスイッチング素子１５制御回路１６共振コンデンサ１７第１のコンデンサ１８インダクター

フロントページの続き (72)発明者村上孝晴大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者植山敏成大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力直流電圧源と、前記入力直流電圧源と
並列に接続される第１のチョークコイルと第１のスイッ
チング素子との直列回路と、前記第１のチョークコイル
と並列に接続されるコンデンサと第２のスイッチング素
子との直列回路と、前記第２のスイッチング素子と並列
に接続される第２のチョークコイルと出力コンデンサと
の直列回路と、前記第１及び第２のスイッチング素子を
交互にオンオフさせるとともにそれらのオンオフ期間を
所定値に調整する制御回路とを備え、前記出力コンデン
サの電圧を出力直流電圧として負荷へ供給するスイッチ
ング電源装置。
【請求項２】第１及び第２のチョークコイルが磁気結合
した請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】入力直流電圧源と、少なくとも１次巻線と
２次巻線を有するトランスと、前記入力直流電圧源と並
列に接続される前記トランスの１次巻線と第１のスイッ
チング素子との直列回路と、前記トランスの２次巻線と
並列に接続されるコンデンサと第２のスイッチング素子
との直列回路と、前記第２のスイッチング素子と並列に
接続されるチョークコイルと出力コンデンサとの直列回
路と、前記第１及び第２のスイッチング素子を交互にオ
ンオフさせるとともにそれらのオンオフ期間を所定値に
調整する制御回路とを備え、前記出力コンデンサの電圧
を出力直流電圧として負荷へ供給するスイッチング電源
装置。
【請求項４】トランス及びチョークコイルが磁気結合し
た請求項３記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】入力直流電圧源と、少なくとも１次巻線と
２次巻線を有するトランスと、前記入力直流電圧源と並
列に接続される前記トランスの１次巻線と第１のスイッ
チング素子との直列回路と、前記トランスの１次巻線と
並列に接続される第１のコンデンサと第２のスイッチン
グ素子との直列回路と、前記トランスの２次巻線と並列
に接続される第２のコンデンサとダイオードとの直列回
路と、前記ダイオードと並列に接続されるチョークコイ
ルと出力コンデンサとの直列回路と、前記第１及び第２
のスイッチング素子を交互にオンオフさせるとともにそ
れらのオンオフ期間を所定値に調整する制御回路とを備
え、前記出力コンデンサの電圧を出力直流電圧として負
荷へ供給するスイッチング電源装置。
【請求項６】トランス及びチョークコイルが磁気結合し
た請求項５記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】第２のスイッチング素子がオンの時、トラ
ンスの漏れインダクタンスまたはトランスの１次巻線と
直列に接続されたインダクタンスと第１のコンデンサを
共振させ、２次巻線電流が共振電流となる構成とした請
求項５記載のスイッチング電源装置。