JPH09215325A - 直流電源装置 - Google Patents

直流電源装置

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JPH09215325A
JPH09215325A JP8018958A JP1895896A JPH09215325A JP H09215325 A JPH09215325 A JP H09215325A JP 8018958 A JP8018958 A JP 8018958A JP 1895896 A JP1895896 A JP 1895896A JP H09215325 A JPH09215325 A JP H09215325A
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Koji Fukami
康二 深海
Shigeji Yamashita
茂治 山下
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は同期開閉する整流素子を介して負荷
に効率良く電力供給を行う直流電源装置に関し、並列接
続しても高価なダイオードを使用せず、有効に電力供給
の可能な直流電源装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 主変圧器一次側巻線にスイッチング素子
を接続し、主変圧器二次側巻線と、同期開閉する第1・
第2整流素子を介して主変圧器二次側交流出力を整流平
滑し、得られた直流を負荷に供給する直流電源装置にお
いて、主変圧器に設けた三次巻線に第3整流素子を介し
て接続された第1・第2整流素子駆動用変圧器を具備す
ることで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は同期開閉する整流素
子を介して負荷に効率良く電力供給を行う直流スイッチ
ング電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の直流電源装置を示す回路構
成図である。図4において、10は直流スイッチング電
源装置を全体的に示すもの、11は主変圧器、12は主
変圧器の一次側巻線、13は同二次側巻線で、黒丸印は
夫々巻線の巻終わり、又は巻始めの位置を示す。14は
スイッチング素子を示す。15,16は同期開閉する整
流素子で、この場合は各々電界効果トランジスタを示
す。17は平滑用チョークコイル、18は平滑用コンデ
ンサ、19は負荷、20は直流電圧源を示す。
【0003】図4に示す電源装置は所謂スイッチング電
源と呼ばれ、入力した直流を直流出力として取り出して
いる。直流電圧源20からの直流電流を、図示しない制
御装置からの制御によりスイッチング素子14を開閉し
て交流信号とし、主変圧器11の一次側巻線12に流れ
るようにする。スイッチング素子14として電界効果ト
ランジスタを使用する例を挙げているが、素子14がオ
ンとなって主変圧器11の二次側巻線13に発生する交
流信号は、電界効果トランジスタ15,16の開閉によ
り整流され、平滑用チョークコイル17,平滑用コンデ
ンサ18により平滑化され、その後直流電流は、負荷1
9に供給される。
【0004】今、二次側巻線13が図4の矢印Vsの向
きに正電圧になったとき、電界効果トランジスタ15が
オンとなり、図4の矢印Idと示す方向に直流電流が流
れ、そのため直流電圧が負荷19に供給される。このと
き電界効果トランジスタ16はオフとなっている。スイ
ッチング素子14がオフとなって、主変圧器11の二次
側巻線13が矢印Vsの向きと反対方向に正電圧となっ
たとき、電界効果トランジスタ15がオフ、同時に電界
効果トランジスタ16がオンに変わる。このように主変
圧器の二次側巻線に接続された2個の電流開閉素子が排
他的にオン・オフ制御される動作を同期開閉と呼ぶ。ダ
イオードの場合のように接続すると自動的に動作する事
とは異なり、外部からの制御信号が入力する場合を言
う。同期開閉の動作を行い整流電流が得られれば、電界
効果トランジスタ以外の素子を使用しても良い。
【0005】そのため矢印Ifと示す方向に直流電流が
流れ、平滑用チョークコイル17に流れる電流が上記と
同一方向であるから、負荷19への直流供給が続けられ
る。図5は主変圧器11の二次側巻線13に関連する電
圧・電流波形を示す図である。図5(a)は主変圧器の二
次側巻線13に発生する交流電圧Vsについて、同(b)
は電界効果トランジスタ16を流れる電流Ifについて
示す図である。図5(a)において、電圧Vsはスイッチ
ング素子14がオンとなっている期間のみ、例えば正方
向にパルス状に発生する。このとき電流波形に示すId
は図4に示す方向に流れる。
【0006】スイッチング素子14がオフとなったと
き、電圧Vsは直ぐ反転し、例えば負方向にパルス状電
圧となる。電界効果トランジスタ16はオンになって、
図4に示す向きの電流Ifが流れる。そして電界効果ト
ランジスタ16は電圧Vsの負方向波形の後半になって
オフとなる。そのとき電界効果トランジスタ16が固有
的に持っている回生ダイオードを介して、電流Ifは同
じ方向にやや少量になって流れ続ける。スイッチング素
子14が次にオンとなるとき、即ち電界効果トランジス
タ15がオンとなるときは、スイッチング素子14のオ
ン時間より若干長いオフ時間の経過後とするように、公
知のPWM制御を行う。
【0007】次に図6は、図4に示す従来のスイッチン
グ電源装置を並列接続する場合について説明する図であ
る。図6において、10,30はスイッチング電源装置
をそれぞれ全体的に示すもの、19は並列接続された電
源装置10,30に対する共通負荷、21,22はスト
ップダイオードを示す。スイッチング電源装置10,3
0内の各構成素子は同様のものとし、30内の素子は表
示することを省略している。
【0008】図6における電源装置30についても、必
要に応じて更に他の電源装置を並列接続させることが出
来る。通常は複数の電源装置の出力端の直流電圧を同一
として、共通負荷19に対し共同して電力を供給してい
る。従って異なる電流値を分担することもある。若し、
電源装置10に異常状態が発生し出力端直流電圧が零V
になったとする。そのとき電源装置10に対するストッ
プダイオード21の接続がないと、下記のような障害が
発生する。
【0009】即ち、異常のため電界効果トランジスタ1
5,16が共にオフとなっている。ストップダイオード
21の接続がないとき、負荷19の接地電位とは反対側
の電圧が高いため、電界効果トランジスタ15のゲート
には負荷電圧が印加されてオン状態となる。通常は電界
効果トランジスタ15は主変圧器11二次側巻線13の
電圧でオンとなる特性であるが、所謂回り込み電流に基
づくオン状態では低抵抗のオンでは無くて、Idの電流
回路に対し或る程度の大きさの抵抗値を持った状態とな
る。
【0010】即ち、負荷19に対して並列接続された負
荷となるので大きな損失となる。そのためストップダイ
オード21などを挿入して回り込み電流の発生を防止し
ている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】図5に示す動作波形図
において、電流Ifが流れる期間の後半部は電界効果ト
ランジスタ16がオフになっていて、電流に対し抵抗を
有する状態となる。そのとき回生ダイオードを介して流
れる電流のため、Ifの後半部において電力損失を発生
し、電界効果トランジスタ16は電界効果トランジスタ
15よりも発熱する欠点を生じた。
【0012】また電源装置を並列接続したときは、スト
ップダイオードの挿入が必要となる。ストップダイオー
ドは電流通過時には大電流のため電圧降下が起こり、ダ
イオード自体も高価なものが必要となり、熱を発生する
欠点を有している。本発明の目的は、前述の欠点を改善
し、動作効率が良く、並列接続しても高価なダイオード
を使用せず、有効に電力供給の可能な直流電源装置を提
供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】図1は請求項1記載の発
明の基本構成を示す図である。図1において、11は主
変圧器、12は主変圧器の一次側巻線、13は同二次側
巻線、14はスイッチング素子、15は第1整流素子、
16は第2整流素子、17は平滑用チョークコイル、1
8は平滑用コンデンサ、19は負荷、20は直流電圧
源、40は整流素子駆動用変圧器、41は同変圧器の一
次側巻線、42は同二次側第1巻線、43は同二次側第
2巻線、44は第3整流素子、45は主変圧器の三次巻
線を示す。
【0014】主変圧器11一次側巻線12にスイッチン
グ素子14を接続し、主変圧器二次側巻線13と、同期
開閉する第1・第2整流素子15,16を介して主変圧
器二次側交流出力を整流平滑し、得られた直流を負荷1
9に供給する直流電源装置において、本発明は前記目的
を達成するため、下記の構成とする。即ち、請求項1記
載の発明は、前記主変圧器11に設けた三次巻線45に
第3整流素子44を介して接続された第1・第2整流素
子駆動用変圧器40を具備して構成する。
【0015】請求項2記載の発明は、上記同期開閉する
素子として、電界効果トランジスタを使用することで構
成する。請求項3記載の発明は上記電源装置を複数組並
列接続して直流を負荷に供給することで構成する。
【0016】(作用)図1に示す回路図において、スイ
ッチング素子14がオン・オフしたとき、主変圧器11
の二次側巻線13に交流信号Vsが発生し、このとき三
次巻線45に生じた電圧により、第3整流素子44がオ
ンとなるので、電圧Vsは整流素子駆動用変圧器40の
一次側巻線41の両端にかかる。
【0017】図2は、図1に示す回路の動作波形図であ
る。図2(a)は主変圧器11の二次側巻線13に発生す
る交流電圧Vsを示す。スイッチング素子14がオンし
たとき、この電圧Vsは前記変圧器40の一次巻線41
を介して、二次側第1巻線42に電圧Vg1を生じさせ
る。電圧Vg1を図2(b)に示す。この電圧Vg1の大
きさは、正方向に巻線41と巻線42との巻数比、負方
向に巻線42に比例する値である。
【0018】次に整流素子駆動用変圧器40の二次側第
2巻線43に発生する電圧Vg2は、前記Vg1とは逆
極性である。図2(c)に示すように、負方向に大きな電
圧は巻線41と巻線43との巻数比、正方向には巻線4
3、にそれぞれ比例する値である。図2(b)に示すVg
1の当初のパルス状電圧により、第1整流素子15がオ
ンし、同時にVg2の電圧により第2整流素子16がオ
フする。その結果第1整流素子15を介して直流Idが
図示する方向に流れ、負荷19に給電する。
【0019】次いでスイッチング素子14がオフするの
で、整流素子駆動用変圧器40の二次側第1巻線42、
同第2巻線43に、上記と逆方向の交流電圧(Vsの後
半)が発生する。第1整流素子15を介して流れる電流
Ifは、前記直流Idと同一方向であるから、負荷19
に対し直流給電が続けて行われる。スイッチング素子1
4がオンしていた時間程度の間、第1整流素子15がオ
ンしていて、その後オフする。
【0020】また第2整流素子16は、スイッチング素
子14のオンの時間中はオフしていて、スイッチング素
子14がオフとなったときに前記第2巻線43に発生す
る電圧によってオンする。スイッチング素子14がオフ
している時間は通常オン時間よりも長時間であって、そ
の間第2整流素子16は前記第2巻線43に発生する電
圧が持続しているためオンしている。
【0021】整流素子駆動用変圧器40を使用して第1
・第2整流素子を駆動しているから、特に第2整流素子
16において、図2(d)に示すようにスイッチング素子
14がオフの後半、即ちIfの流れている後半において
同素子にはIfがそれ以前と同様に流れて、損失を発生
させない。請求項2記載の発明によると、電界効果トラ
ンジスタを開閉する整流素子としたから、同期制御する
ことが容易にできる。
【0022】請求項3記載の発明によると、電源回路を
並列接続しても、同期開閉素子の制御電極に対し負荷端
子電圧が直接に印加されることがないため、効率の悪く
なることが起こらない。
【0023】
【発明の実施の形態】図3は請求項1乃至請求項3記載
の発明の実施の形態を示す回路図である。図3におい
て、並列接続されている部分は最上部に示す電源回路と
同一の構成であるから、詳細を示していない。図3にお
いて、図1と異なる箇所は整流素子駆動変圧器の二次側
第2巻線と、第2整流素子との接続、及び第2巻線と出
力端子との間にダイオードを接続したことである。
【0024】図3では、整流素子駆動用変圧器40の二
次側第2巻線43に巻き足した巻線45を具備し、その
巻線の中間タップ46とダイオード47の陽極とを接続
し、ダイオード47の陰極は直流出力端子48と接続す
る。図3において、巻線41の巻数をN1、巻線42の
巻数をN2、巻線43の巻数をN3、巻線45の巻数を
N5、上記N3+N5をN4とすると、図2(b)におい
て、42/41に比例する値がVs・N2/N1に、N
2に比例する値が Vo・N2/N3に、ここで
Voは端子48,49間の直流電圧図2(c)において、
43に比例する値が Vo・N4/N3に、43/
41に比例する値がVs・N4/N1 となる。
【0025】上記電圧の違いは、第2整流素子として電
界効果トランジスタ16の動作には殆ど差を生じさせ
ず、同様である。またダイオード47は、並列接続され
た電源回路60の内部においても同様の箇所に接続され
たダイオード67と図示している。これらダイオードは
並列接続された電源回路の一つが動作不能となったと
き、端子48の直流電圧が、動作可能な電源回路の電界
効果トランジスタ、例えば15,16のゲートに直接印
加されることを防止する。そのとき回り込み電流が発生
しないから、直流出力に損失とならない。
【0026】更に、このダイオードは、スイッチング素
子14がオフしたとき主変圧器11に流れていた電流が
急に遮断されるから、そのとき整流素子駆動用変圧器4
0の二次側第1・第2巻線の両端子間の電圧が急上昇す
ることを押さえるために、接続している。
【0027】
【発明の効果】このようにして、請求項1記載の発明に
よると、整流素子駆動用変圧器を主変圧器と同期駆動用
変圧器との間に接続し、整流素子駆動用の個別巻線を有
しているため、整流素子の動作を効率良くすることがで
きる。請求項2記載の発明によると、電界効果トランジ
スタを使用するため、同期開閉の制御が容易にできる。
請求項3記載の発明によると、従来使用していた高価な
ダイオードを使用する必要がなく、安定な動作の並列接
続電源装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1記載の発明の基本構成を示す図であ
る。
【図2】図1に示す回路の動作波形図である。
【図3】請求項1乃至請求項3記載の発明の実施の形態
を示す図である。
【図4】従来の直流電源装置を示す回路構成図である。
【図5】主変圧器の二次側巻線に関連する電圧・電流波
形を示す図である。
【図6】図4に示す従来の直流電源装置を並列接続する
場合について説明する図である。
【符号の説明】
10 電源装置 11 主変圧器 12 主変圧器の一次側巻線 13 同 二次側巻線 14 スイッチング素子 15 第1整流素子 16 第2整流素子 17 平滑用チョークコイル 18 平滑用コンデンサ 19 負荷 20 直流電圧源 40 整流素子駆動用変圧器 41 同 変圧器の一次側巻線 42 同 二次側第1巻線 43 同 二次側第2巻線 44 第3整流素子 45 主変圧器の三次巻線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主変圧器一次側巻線にスイッチング素子
    を接続し、主変圧器二次側巻線と、同期開閉する第1・
    第2整流素子を介して主変圧器二次側交流出力を整流平
    滑し、得られた直流を負荷に供給する直流電源装置にお
    いて、 前記主変圧器に設けた三次巻線に第3整流素子を介して
    接続された第1・第2整流素子駆動用変圧器を具備する
    ことを特徴とする直流電源装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の同期開閉する整流素子と
    して、電界効果トランジスタを使用することを特徴とす
    る直流電源装置。
  3. 【請求項3】 前記直流電源装置を複数組並列接続し
    て、各組の前記整流素子駆動用変圧器の二次側巻線の一
    つと出力端子間を一方向性素子で接続したことことを特
    徴とする請求項1または請求項2記載の直流電源装置。
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