【発明の詳細な説明】
改善された振幅制限回路を具えた電源装置
この発明は、入力電圧として作用する電気的直流電圧を出力電圧に変換する電
源装置であって;入力電圧を受信するよう配置された正のおよび負の入力端子と
、両入力端子を相互接続する少なくとも第1コイルおよび制御可能なスイッチン
グ要素の第1直列接続と、第1コンデンサと少なくとも第2コイル、第1整流要
素および第2整流要素の第2直列接続とを備える振幅制限回路とを具え;前記第
2直列接続が第1および第2整流要素の陰極が正の入力端子の方へ方向付けられ
るように第1直列接続と並列に接続され;前記第1コンデンサの1電極が第2整
流要素の陽極に接続され、他方他の電極が第1コイルおよびスイッチング要素の
接合に接続される電源装置に関するものである。
この種装置は例えばElektronik Industrie 1(1986年),44,46,
48頁、特に顕著にはその図5から公知である。この振幅制限回路はスイッチン
グオフ直後にスイッチング要素をよぎる電圧の非常に速い増大を防止するように
働く。スイッチング要素の開路後、第1コイルに貯えられた磁気エネルギはまず
はじめに第1コンデンサを第2整流要素を介して充電するのに使用される。スイ
ッチング要素をよぎる電圧がもはや無視できる程小さくない値に到達する程度ま
で第1コンデンサが充電された時には、そのスイッチング要素を介する電流はそ
のスイッチング要素で消費される電力が全くないかほとんどない程度までまもな
く減少される。第1コンデンサに貯えられた電荷は次に入力電圧源にもどるか出
力端子に接続された負荷に印加される。スイッチング要素の閉路後、第1コンデ
ンサの電荷の極性はこのスイッチング要素、第1整流要素および第2コイルを介
して反転される。最も好ましい場合にはスイッチング要素をよぎる電圧はコンデ
ンサ電圧の極性の反転後零に等しくなければならず、スイッチングオフに際して
は正確に零から開始されるべきである。しかしながら、スイッチングオフに際し
スイッチング要素を介して電圧のとびが発生することがあり、この電圧のとびは
電力の浪費と擾乱とをひきおこす(EMI:電磁障害)。
そこで本発明の目的は、スイッチング要素がスイッチオフされる時電圧のとび
がもはや発生しないような、冒頭に記載された種類の電源装置を提供せんとする
ものである。この目的を達成するため、本発明に係る電源装置は、前記第2直列
接続がまた入力電圧のほぼ半分に等しい直流電圧を供給するよう配置される補助
電圧源を具え、その正極は正の入力端子へ方向付けられていることを特徴とする
ものである。この処置の結果、電圧のとびがスイッチング要素を介してもはや発
生しないことが原理的にも実験的にも示されている。補助電圧源は好適には第2
直列接続の2つの端末のうちの1つに位置している。
種々の可能性が補助電圧源の実施に関して存在する。第1の実施態様は、その
補助電圧源が第2整流要素の陰極と正の入力端子間に接続される第2コンデンサ
を具え、第2整流要素の陰極に接続される前記第2コンデンサの電極がまた第3
整流要素の陽極に接続され、その第3整流要素の陰極が第1コイルのほぼ半ばに
位置する第1コイルのタップに接続されることを特徴とするものである。第2の
実施態様は、その補助電圧源が負の入力端子と第2コイル間に接続され、第1コ
イルで入力端子に対し与えられた極性の電圧パルスが第3コイルで同じ極性の電
圧パルスを誘起するように第1コイルに磁気的に連絡される第3コイルを具え、
第3コイルのターン数が第1コイルのターン数のほぼ半分にあたることを特徴と
するものである。これら2つの実施態様の構成は簡単で、付加部品をほとんど使
用せず、それ故に経費のかからないものである。
本発明のこれらのおよび他の態様は添付図面を参照し実施例により以下詳細に
説明される。
参照される諸図面:
図1Aおよび1Bは本発明に係る電源装置第1の実施例の略線図および関連回
路線図をそれぞれ示し、
図2は図1図示回路のいくつかの電圧の時間の関数としての変化を示し、
図3A、3Bおよび3Cは本発明に係る電源装置の動作を説明するいくつかの
線図を示し、
図4Aおよび4Bは本発明に係る電源装置第2の実施例の略線図および関連回
路線図をそれぞれ示す。
その回路線図が図1Bに示される図1A図示電源装置は正の入力端子1と負の
入力端子3を具え、それらに例えば電池または送電線整流器(図示されず)から
電気的直流電圧が印加される。両入力端子1、3間に配置された入力コンデンサ
5はさざ波状(ripple)電圧がもしあればそれを平滑化するように作用する。さら
に、両入力端子1、3はこの場合第1コイル9と制御可能なスイッチング要素1
1からなる第1直列接続7を介して相互接続されている。第1コイル9は2次コ
イル15をまた具える変圧器13の1次コイルである。この実施例では制御可能
なスイッチング要素11はNPN形のバイポーラトランジスタにより形成される
。時には他の公知のスイッチング要素、例えばPNPトランジスタまたはMOS
FETがまた使用される。制御回路17はスイッチング要素11を交互に電気的
に導通および非導通状態にセットするため、その要素の制御電極にスイッチング
パルスを周期的に供給する。変圧器13の2次コイル15はダイオード19およ
び出力コンデンサ21と直列に接続されている。出力コンデンサ21は負荷27
(破線で示されている)が接続される正の出力端子23および負の出力端子25
へ接続されている。
電源装置はまた振幅制限回路29を具え、その回路は第1コンデンサ31と第
2直列接続とを具え、その第2直列接続はなかんずく第2コイル35、第1整流
要素37および第2整流要素39を具えている。第2直列接続33は第1および
第2整流要素37、39の陰極が正の入力端子1の方へ方向付けられるように第
1直列接続7と並列に接続されている。第1コンデンサ31の一方の電極は第2
整流要素39の陽極に接続されている。この実施例では第2整流要素39の陽極
はまた第1整流要素37の陰極へ接続され、この接合は参照番号41で示されて
いる。しかしながらこの代わりに第2コイル35と第1整流要素37の位置を交
換することも可能である。第1コンデンサ31の他方の電極は第1コイル9とス
イッチング要素11の接合43へ接続されている。かくずっと説明してきた電源
装置は公知の電源装置、例えば序文で述べた電源装置と同じである。しかしなが
ら、図1図示回路は第2直列接続33がまた補助電圧源を含むという点で公知の
回路とは異なり、その補助電圧源は第2整流要素39の陰極と正の入力端子間に
接続される第2コンデンサ45により形成され、第2整流要素の陰極へ接続され
る第2コンデンサの電極はまた、第3整流要素47を介して第1コイル9のタッ
プ49へ接続されている。第3整流要素47はその陽極が第2コンデンサ45に
接続されるように方向付けられている。
図1Bの回路線図では、変圧器13は1次コイル9と分布インダクタンス51
との組合せとして示されている。入力コンデンサ5の入力両端子1、3へ接続さ
れる電圧源との組合せは電源電池53として示され、第2コンデンサ45、第3
整流要素47およびタップ49により形成される補助電圧源は補助電池55とし
て示されている。
図示された電源装置は主として以下のように動作する。スイッチング要素11
が電気的に導通すると、電流は正の入力端子1から第1コイル9とスイッチング
要素11を介して負の入力端子3へ流れ始める。その結果磁気エネルギは変圧器
13に貯えられる。スイッチング要素11が開となると、このエネルギは2次コ
イル15に電流を発生し、この電流はダイオード19を介して出力コンデンサ2
1を充電し負荷27に給電する。1次コイルを介する電流はスイッチング要素1
1が開となった後ゆっくりとのみ減少するから、このコイルとスイッチング要素
の接合43における電圧は、それ以上の処置がとられなければかなり急激に増大
するだろう。スイッチング要素11における電流はスイッチング要素がスイッチ
ングオフされてしまった後はゆっくりとのみ減少するから、スイッチング要素で
は多量のエネルギが浪費され、それでそれは著しく傷つけられる。さらに、スイ
ッチング要素11をよぎって発生する電圧のとびは電磁障害をひきおこす。これ
ら欠点は第1コイル9の電流が第1コンデンサ31と第2整流要素39を介して
排出されることで避けられる。エネルギは次にコンデンサ31に貯えられる。
この回路の動作は以下図2を参照してより詳細に説明される。ここで以下の記
号が使用される:
Vi:入力電圧(電源電池53をよぎる電圧)
Vo:出力電圧(出力コンデンサ21をよぎる電圧)
n :変圧器13の変換比
Vc:第1コンデンサ31をよぎる電圧
Vx:補助電池55をよぎる電圧
V41とV43:接合41と43における電圧
ΔV:分布インダクタンス51をよぎる電圧
必要あればこれら電圧の極性は図1Bの関連部品近傍の記号+および−で示さ
れている。図2は時間tの関数としての電圧V43,VcおよびV41それぞれの変
化を示す3つの曲線57、59および61を次々に示している。
スイッチング要素11が開である時第1コンデンサ31に貯えられるエネルギ
の最大量は出力電圧Voおよび変圧器13の分布インダクタンス51のエネルギ
に依存する。エネルギのこの最大量が第1コンデンサ31に貯えられてしまうや
否や、第2整流要素39はこのエネルギを減少させないようにするだろう。スイ
ッチング要素11の開直後(瞬時toで)、接合43の電圧(図2曲線57参照
)は入力電圧Viと変圧器13の1次側へ変換される出力電圧nVoの値と分布イ
ンダクタンス51をよぎる電圧ΔVとの総和に等しい。消磁位相後(瞬時t1後
)この電圧はVi+nVoまで減少し、第1コイル9に存在するエネルギが負荷2
7に転送された後(瞬時t2後)はV43はさらにViまで減少する。デッドタイム
後(dead time,瞬時t3後)スイッチング要素11は再び閉となりV43は零まで
減少する。接合41の電圧はこの電圧がより高くなるや第2整流要素39が導通
し始めるのでせいぜいVi−Vxに等しい(図2の曲線61参照)。第1コンデン
サ31をよぎる電圧Vcはかくて瞬時toでV43−V41=nVo+ΔV+Vxとなる
(図2の曲線59参照)。第1コンデンサ31をよぎる電圧は次にこのコンデン
サが放電できるまで一定値を保つ。この結果接合43での電圧のとびは点41で
の電圧のとびをひきおこすだろう。点41での電圧が負になるや否や、第1整流
要素37は導通になるだろう。回路の瞬時の位相に依存して、少なくとも第1コ
ンデンサ31と第2コイル35とを備えた発振回路が形成される。消磁間(t1
まで)にはエネルギは出力の方へ印加され、消磁位相とデッドタイムの間(t3
まで)エネルギは入力の方へもどる。スイッチング要素11が瞬時t3で閉とな
るまでt2後デッドタイムが発生するような不連続動作の場合、スイッチング要
素をよぎる電圧は閉となる直前にViに等しくなる。これは図2に示される状況
である。連続的に動作したり消磁後それでt1とt2間に短時間スイッチング要素
11を閉とすることも可能である。その場合V43は閉となる直前
にVi+nVoに等しくなる。いかなる場合にもV43はスイッチング要素11が閉
となる直前に少なくともViに等しくなる。V41はせいぜいVi−Vxに等しく、
それで第1コンデンサ31をよぎる電圧は少なくとも
Vc=V43−V41=Vi−(Vi−Vx)=Vx (1)
に等しい。スイッチング要素11が閉となった後、第1コンデンサ31をよぎる
電圧の極性は逆になるだろう。このことは第1コンデンサ31をよぎる電圧がス
イッチング要素11の開の時に−Vxに等しいことを意味する。その時スイッチ
ング要素11をよぎり発生する電圧のとびは
V43=V41+Vc=Vi−Vx+Vc=Vi−2Vx (2)
に等しい。式(2)からスイッチング要素11をよぎる電圧はVxを1/2Viと
選ぶことにより零に等しくすることができる。スイッチング要素11の開後第1
コイル9の電流Ipの一部ははじめ第1コンデンサ31を介して流れるから、ス
イッチング要素11をよぎる電圧VTは比較的ゆっくりとのみ増大するだろうし
、一方スイッチング要素を介する電流は比較的急速に減少するだろう。図3を参
照して以後説明されるようにスイッチング要素11をよぎる電圧が零で始まるの
は有利である。
図3はスイッチング要素11の開直後の3つの場合について電流ITと電圧VT
との変化を示し、ここでt=0は前記開の瞬時に対応する。図3Aは振幅制限回
路29が存在しない場合を示す。この場合VTはスイッチング要素11の開直後
非常に急速に増大し、一方電流ITは正にその時減少し始める。電流と電圧の両
者が零より大きい間は、エネルギはスイッチング要素11で浪費される。浪費さ
れるエネルギの量は図の陰影をつけた面積に比例する。図3Bは公知の回路のよ
うに振幅制限回路29は存在するが補助電圧源55がない場合、またはその補助
電圧源が実質的に1/2Viより小さい値を有する時生ずる状況を示している。
t=0からVTは実質的に図3Aよりよりゆっくりと増大するから、それは電流
Ipが部分的に第1コンデンサ31へ排出される事実に起因する。しかしながら
スイッチングオフに際し、VTはその大きさが図3BのVoにより示されるとびを
実現する。式(2)からこのとびはViより大きくなることはできないようであ
る。エネルギ浪費の目安である陰影面積は図3Aより小さいが未だ最適値で
はない。図3Cは図1図示回路で到達される状況を示している。とびVoは陰影
面積が無視できる程小さくなるよう完全に消失している。
図1Bに示される線図においては補助電圧ももちろん入力電圧Viも電池から
発生する。このことは送電線とは独立に動作せねばならぬ電源装置の場合適切な
解である。しかしながら、装置が送電線に接続されるなら、送電線電圧整流器(
図示されず)が入力端子1,3に接続され得るし(図1A)、その後整流された
送電線電圧が入力コンデンサ5により平滑化される。その場合補助電圧Vxは再
び電池から導出されるが、図1Aに示される解決法がよりすぐれている。そこに
は補助電圧源がすでに説明してきた第2コンデンサ45、第3整流要素47およ
び第3コイル9のタップ49の組合せにより形成されている。タップ49は第1
コイル9のほぼ半分に位置しており、それで第2コンデンサ45をよぎる電圧Vx
は入力コンデンサ5をよぎる電圧Viのほぼ半分に等しい。
図4は本発明に係る電源装置の第2の実施例を示し、図4Aは図1Aと類似で
、図4Bは図1Bと類似の回路線図である。それぞれ対応する部分は対応する参
照番号により示されている。図4Bの回路線図では、補助電圧源55は電源電池
53の負の端子と第2コイル35の間に配置されている。第1の実施例の情況と
同じく、接合43における電圧は再びすくなくともスイッチング要素11の閉状
態におけるViに等しい。しかしながら、接合41における電圧は今や精々Viに
等しく、それは第2整流要素39がより高い電圧で導通をはじめるからである。
このことはスイッチング要素11が閉となる直前には電圧Vcが0Vに等しいか
より低いかを意味する。スイッチング要素11が閉となるや否や、V43は0Vと
なる。Vc≦0Vである故にV41≦V43、それでスイッチング要素11が閉とな
るやV41≦0Vである。かくて、少なくともVxに等しい電圧が第2コイル35
をよぎって存在し、このことは少なくともVxに等しい振幅の発振が第2コイル
と第1コンデンサ31間で発生することを意味する。接合41における電圧はそ
の結果0Vから少なくとも2Vxまで増大するだろう。それ故第1コンデンサ3
1をよぎる電圧はその時−2Vxに等しくなる。このことはスイッチング要素を
よぎる電圧のとびが再びVi−2Vxになるだろうことを意味する。Vxの値が1
/2Viに等しければ、スイッチング要素11をよぎる電圧はかくて再びス
イッチングオフに際し零になるだろう。それ故第1の実施例と同じ効果を呈する
だろう。
図4B図示回路線図では、補助電圧源55は図1Bのように電池により形成さ
れる。図4Aは負の入力端子3と第2コイル35間に接続される第3コイル65
を補助電圧源が具える具体的な実施例の線図を示している。第3コイル65は第
1コイル9に、例えば両コイルが同じ軟磁性コアに巻回されて磁気的に連結され
ている。このコアは例えば変圧器13のコアにより形成されてもよい。第3コイ
ル65と第1コイル9の間の連結は第1コイルの入力端子1、3に対する与えら
れた極性の電圧パルスが第3コイルで同じ極性の電圧パルスを誘起するように選
択される。このことは図4Aの複数の前記コイル近傍の点により通常の方法によ
り示されている。変圧器13の第2コイル15に誘起される電圧パルスの極性も
同じように示されている。第3コイル65のターン数は第1コイル9のターン数
のほぼ半分になり、それで第3コイルに誘起される電圧値は入力電圧の値のほぼ
半分になる。
補助電圧源は説明してきた2つの実施例の第2直列接続33の2つの端末の1
方に備えられている。このことは接続技術の観点から最も簡単な解決法である。
しかしながら、補助電圧源を第2直列接続33内の異なった位置に配置すること
も可能である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Power supply with improved amplitude limiting circuit
The present invention relates to a power supply for converting an electric DC voltage acting as an input voltage to an output voltage.
Source device; positive and negative input terminals arranged to receive an input voltage;
At least a first coil interconnecting both input terminals and a controllable switch
A first series connection of the switching elements, a first capacitor, at least a second coil, and a first rectifier.
And a second series connection of the element and a second rectifying element.
The two series connection is such that the cathodes of the first and second rectifying elements are oriented towards the positive input terminal.
Connected in parallel with the first series connection; one electrode of the first capacitor is connected to the second
Connected to the anode of the flow element, while the other electrode is connected to the first coil and the switching element.
The present invention relates to a power supply device connected to a junction.
Such devices are described, for example, in Elektronik Industrie 1 (1986), 44, 46,
48, particularly notably from FIG. This amplitude limiting circuit is switched
To prevent very fast buildup of voltage across the switching element immediately after turning off
work. After the switching element is opened, the magnetic energy stored in the first coil is first
It is used initially to charge a first capacitor via a second rectifying element. Sui
To the extent that the voltage across the switching element reaches a value that is no longer negligible.
When the first capacitor is charged at
To the extent that no or little power is consumed by the switching elements
Reduced. The charge stored in the first capacitor then returns to the input voltage source.
Applied to the load connected to the force terminal. After closing the switching element, the first
The polarity of the charge of the sensor is transmitted through the switching element, the first rectifying element and the second coil.
And inverted. In the most favorable case, the voltage across the switching element
Must be equal to zero after the polarity of the sensor voltage is inverted.
Should start from exactly zero. However, when switching off
Voltage jumps can occur through the switching elements, and these voltage jumps
It causes power waste and disturbance (EMI: electromagnetic interference).
It is therefore an object of the present invention to provide a voltage jump when a switching element is switched off.
To provide a power supply of the kind mentioned at the outset, so that no longer occurs
Things. In order to achieve this object, the power supply according to the present invention includes the second series
Auxiliary in which the connection is also arranged to supply a DC voltage equal to approximately half the input voltage
A voltage source, the positive electrode of which is directed to a positive input terminal
Things. As a result of this action, voltage jumps no longer occur via the switching element.
It is shown in principle and experimentally that it does not occur. The auxiliary voltage source is preferably a second
It is located at one of two terminals in series.
Various possibilities exist for the implementation of the auxiliary voltage source. The first embodiment is a
A second capacitor having an auxiliary voltage source connected between the cathode of the second rectifying element and the positive input terminal
Wherein the electrode of the second capacitor connected to the cathode of the second rectifying element also has a third
Connected to the anode of the rectifying element, the cathode of the third rectifying element being approximately halfway
It is characterized by being connected to a tap of a first coil located. Second
In an embodiment, the auxiliary voltage source is connected between the negative input terminal and the second coil and the first
Voltage pulse applied to the input terminal in the third coil
A third coil magnetically connected to the first coil to induce a pressure pulse;
The number of turns of the third coil is approximately half of the number of turns of the first coil.
Is what you do. The construction of these two embodiments is simple and uses few additional components.
It is not used and therefore inexpensive.
These and other aspects of the invention are described in detail below by way of example with reference to the accompanying drawings.
Explained.
Referenced drawings:
1A and 1B are a schematic diagram and a related circuit diagram of a first embodiment of a power supply device according to the present invention.
Show each route map,
FIG. 2 shows the variation of some voltages of the circuit shown in FIG. 1 as a function of time;
FIGS. 3A, 3B and 3C show some examples illustrating the operation of the power supply according to the invention.
Shows a diagram,
4A and 4B are a schematic diagram and a related circuit diagram of a power supply device according to a second embodiment of the present invention.
Each route map is shown.
The circuit diagram of FIG. 1A whose circuit diagram is shown in FIG. 1B has a positive input terminal 1 and a negative input terminal.
It has input terminals 3 to which, for example, batteries or power line rectifiers (not shown)
An electrical DC voltage is applied. Input capacitor placed between both input terminals 1 and 3
5 acts to smooth the ripple voltage, if any. Further
In addition, the two input terminals 1, 3 are in this case a first coil 9 and a controllable switching element 1
1 via a first series connection 7. The first coil 9 is a secondary coil
A primary coil of the transformer 13 also comprising an il 15. Controllable in this embodiment
Switching element 11 is formed by an NPN-type bipolar transistor
. Sometimes other known switching elements, such as PNP transistors or MOS
FETs are also used. The control circuit 17 electrically switches the switching elements 11 alternately.
Switch to the element's control electrode to set it to conductive and non-conductive states
Pulses are supplied periodically. The secondary coil 15 of the transformer 13 includes a diode 19 and
And the output capacitor 21 in series. The output capacitor 21 is a load 27
A positive output terminal 23 and a negative output terminal 25 (shown by dashed lines) are connected.
Connected to
The power supply also comprises an amplitude limiting circuit 29, which comprises a first capacitor 31 and a
The second series connection is, inter alia, a second coil 35, a first rectifier.
An element 37 and a second rectifying element 39 are provided. The second series connection 33 includes the first and
The second rectifying elements 37, 39 are arranged such that their cathodes are oriented towards the positive input terminal 1.
One series connection 7 is connected in parallel. One electrode of the first capacitor 31 is connected to the second
It is connected to the anode of the rectifying element 39. In this embodiment, the anode of the second rectifying element 39 is
Is also connected to the cathode of the first rectifying element 37, this junction being indicated by reference numeral 41.
I have. However, instead of this, the positions of the second coil 35 and the first rectifying element 37 are exchanged.
It is also possible to exchange. The other electrode of the first capacitor 31 is connected to the first coil 9
It is connected to the junction 43 of the switching element 11. The power supply that has been described
The device is the same as a known power supply, for example the power supply described in the introduction. However
Thus, the circuit shown in FIG. 1 is well known in that the second series connection 33 also includes an auxiliary voltage source.
Unlike the circuit, the auxiliary voltage source is connected between the cathode of the second rectifying element 39 and the positive input terminal.
The second rectifying element is formed by the connected second capacitor 45 and connected to the cathode of the second rectifying element.
The electrode of the second capacitor is also connected to the first coil 9 via the third rectifying element 47.
Connected to the power supply 49. The third rectifying element 47 has an anode connected to the second capacitor 45.
Oriented to be connected.
In the circuit diagram of FIG. 1B, the transformer 13 includes the primary coil 9 and the distributed inductance 51.
Shown as a combination with Connected to both input terminals 1 and 3 of input capacitor 5
The combination with the voltage source to be used is shown as a power supply battery 53, and the second capacitor 45, the third
The auxiliary voltage source formed by the rectifying element 47 and the tap 49 is an auxiliary battery 55.
Shown.
The illustrated power supply mainly operates as follows. Switching element 11
Is electrically conducted, the current switches from the positive input terminal 1 to the first coil 9.
It starts flowing through element 11 to the negative input terminal 3. As a result, the magnetic energy is
13 is stored. When the switching element 11 is opened, this energy is
A current is generated in the output capacitor 2 via a diode 19.
1 is charged and power is supplied to the load 27. The current through the primary coil is the switching element 1
This coil and the switching element, since they only decrease slowly after 1
The voltage at the junction 43 of this will increase quite rapidly if no further action is taken
will do. The current in the switching element 11 is
Since it decreases only slowly after being turned off, the switching element
Consumes a lot of energy, so it is severely damaged. In addition, Sui
The jump in voltage that occurs across the switching element 11 causes electromagnetic interference. this
The drawback is that the current of the first coil 9 passes through the first capacitor 31 and the second rectifying element 39.
Avoided by being discharged. The energy is then stored in the capacitor 31.
The operation of this circuit will be described in more detail below with reference to FIG. Where
No. used:
Vi: Input voltage (voltage across power supply battery 53)
Vo: Output voltage (voltage across output capacitor 21)
n: conversion ratio of transformer 13
Vc: Voltage across the first capacitor 31
Vx: Voltage across auxiliary battery 55
V41And V43: Voltage at junctions 41 and 43
ΔV: voltage across distributed inductance 51
If necessary, the polarity of these voltages is indicated by the symbols + and-near the relevant components in FIG. 1B.
Have been. FIG. 2 shows the voltage V as a function of time t.43, VcAnd V41Each change
Three curves 57, 59 and 61, which indicate the transformation, are shown one after the other.
Energy stored in first capacitor 31 when switching element 11 is open
Is the output voltage VoAnd the energy of the distributed inductance 51 of the transformer 13
Depends on. If this maximum amount of energy is stored in the first capacitor 31
No, the second rectifying element 39 will not reduce this energy. Sui
Immediately after the opening of the switching element 11 (instantaneous to), The voltage at junction 43 (see curve 57 in FIG. 2).
) Is the input voltage ViAnd the output voltage nV converted to the primary side of the transformer 13oValue and distribution
It is equal to the sum of the voltage ΔV across the conductance 51. After the degaussing phase (instantaneous t1rear
This voltage is Vi+ NVoAnd the energy existing in the first coil 9 is reduced to the load 2
7 (the instant tTwoAfter) is V43Is ViTo decrease. Dead time
After (dead time, instant tThreeAfter) the switching element 11 closes again and V43Is to zero
Decrease. As the voltage at the junction 41 increases, the second rectifying element 39 becomes conductive.
I'm starting to do it at most Vi-Vx(See curve 61 in FIG. 2). 1st conden
Voltage V acrosscInstantaneous toAnd V43-V41= NVo+ ΔV + VxBecomes
(See curve 59 in FIG. 2). The voltage across the first capacitor 31 is then
Maintain a constant value until the battery can discharge. As a result, the voltage jump at the junction 43 is at the point 41.
Will cause voltage jumps. As soon as the voltage at point 41 becomes negative, the first rectification
Element 37 will be conductive. Depending on the instantaneous phase of the circuit, at least the first
An oscillation circuit including the capacitor 31 and the second coil 35 is formed. During demagnetization (t1
), Energy is applied to the output and between the degaussing phase and the dead time (tThree
Energy) returns to the input. Switching element 11 is instantaneous tThreeAnd closed
TTwoIn the case of discontinuous operation in which dead time occurs after
The voltage across the element is ViIs equal to This is the situation shown in Figure 2.
It is. Operate continuously or after degaussing then t1And tTwoShort-time switching element between
It is also possible to close 11. In that case V43Just before closing
To Vi+ NVoIs equal to V in any case43Means the switching element 11 is closed
At least V just beforeiIs equal to V41At best Vi-VxEqual to
Therefore, the voltage across the first capacitor 31 is at least
Vc= V43-V41= Vi− (Vi-Vx) = Vx (1)
be equivalent to. After the switching element 11 is closed, it crosses the first capacitor 31
The polarity of the voltage will be reversed. This means that the voltage across the first capacitor 31
-V when the switching element 11 is openxMeans equal to Then switch
Jumps across the switching element 11
V43= V41+ Vc= Vi-Vx+ Vc= Vi-2Vx (2)
be equivalent to. From equation (2), the voltage across switching element 11 is VxTo 1 / 2ViWhen
It can be made equal to zero by choosing. First after switching element 11 is opened
Current I of coil 9pPart flows first through the first capacitor 31, so that
Voltage V across switching element 11TWill only grow relatively slowly
On the other hand, the current through the switching element will decrease relatively quickly. See FIG.
The voltage across the switching element 11 starts at zero, as explained below.
Is advantageous.
FIG. 3 shows the current I for three cases immediately after the opening of the switching element 11.TAnd voltage VT
Where t = 0 corresponds to the instant of opening. FIG. 3A shows the amplitude limit times.
The case where the road 29 does not exist is shown. In this case VTIs immediately after switching element 11 is opened
Increases very rapidly while the current ITJust then begins to decrease. Both current and voltage
As long as the power is greater than zero, energy is wasted in the switching element 11. Wasted
The amount of energy applied is proportional to the shaded area in the figure. FIG. 3B shows a known circuit.
When the amplitude limiting circuit 29 is present but the auxiliary voltage source 55 is not provided,
Voltage source is substantially 1 / 2ViFigure 4 illustrates a situation that occurs when having a smaller value.
t = 0 to VTIncreases substantially more slowly than in FIG.
IpIs partially discharged to the first capacitor 31. However
When switching off, VTIs V in FIG. 3B.oThe jump indicated by
Realize. From equation (2), this jump is ViIt can't seem to get bigger
You. The shade area, which is a measure of energy waste, is smaller than that of FIG.
There is no. FIG. 3C shows the situation reached by the circuit shown in FIG. Jump VoIs a shadow
It has completely disappeared so that the area becomes negligibly small.
In the diagram shown in FIG. 1B, not only the auxiliary voltage but also the input voltage ViEven from batteries
Occur. This is appropriate for power supplies that must operate independently of the power line.
It is a solution. However, if the device is connected to the power line, the power line voltage rectifier (
(Not shown) can be connected to the input terminals 1, 3 (FIG. 1A) and then rectified
The transmission line voltage is smoothed by the input capacitor 5. In that case, the auxiliary voltage VxIs re
And from the battery, the solution shown in FIG. 1A is better. there
Are the second capacitor 45, the third rectifying element 47 and the
And the tap 49 of the third coil 9. Tap 49 is first
Located approximately halfway through the coil 9 so that the voltage V across the second capacitor 45x
Is the voltage V across the input capacitor 5iIs approximately equal to half.
FIG. 4 shows a second embodiment of the power supply device according to the present invention, and FIG. 4A is similar to FIG. 1A.
, FIG. 4B is a circuit diagram similar to FIG. 1B. The corresponding parts are the corresponding references.
Control numbers. In the circuit diagram of FIG. 4B, the auxiliary voltage source 55 is a power battery.
It is arranged between the negative terminal 53 and the second coil 35. The situation of the first embodiment and
Similarly, the voltage at the junction 43 is again at least the closed state of the switching element 11.
V in stateibe equivalent to. However, the voltage at junction 41 is now at most ViTo
Equally, because the second rectifying element 39 starts conducting at a higher voltage.
This means that immediately before the switching element 11 closes, the voltage VcIs equal to 0V
Means lower. As soon as switching element 11 is closed, V43Is 0V
Become. Vc≤0V, so V41≤V43So that the switching element 11 is closed.
Ruya V41≦ 0V. Thus, at least VxIs equal to the second coil 35
And this is at least VxThe oscillation with the amplitude equal to
And between the first capacitors 31. The voltage at junction 41 is
Result from 0V to at least 2VxWill increase. Therefore, the first capacitor 3
The voltage across 1 is then -2VxIs equal to This means that the switching element
Jumping voltage jumps again to Vi-2VxMeans that it will be. VxIs 1
/ 2ViThe voltage across the switching element 11 is thus again
It will be zero at the switching off. Therefore, the same effect as in the first embodiment is exhibited.
right.
In the circuit diagram shown in FIG. 4B, the auxiliary voltage source 55 is formed by a battery as shown in FIG. 1B.
It is. FIG. 4A shows a third coil 65 connected between the negative input terminal 3 and the second coil 35.
FIG. 2 shows a diagram of a specific embodiment in which an auxiliary voltage source is provided. The third coil 65 is
For example, both coils are wound around the same soft magnetic core and magnetically connected to one coil 9.
ing. This core may for example be formed by the core of the transformer 13. 3rd carp
The connection between the coil 65 and the first coil 9 is given to the input terminals 1 and 3 of the first coil.
Voltage pulses of the same polarity induce voltage pulses of the same polarity in the third coil.
Selected. This is done in a conventional manner by the plurality of points in FIG.
Is shown. The polarity of the voltage pulse induced in the second coil 15 of the transformer 13 is also
It is shown in the same way. The number of turns of the third coil 65 is the number of turns of the first coil 9
And the voltage induced in the third coil is approximately half of the value of the input voltage.
Halve.
The auxiliary voltage source is one of the two terminals of the second series connection 33 of the two embodiments described.
Is provided for. This is the simplest solution from a connection technology point of view.
However, placing the auxiliary voltage source in a different position in the second series connection 33
Is also possible.
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【要約の続き】
イッチング要素での望ましくない高いエネルギ浪費と擾
乱(電磁障害、EMI)の原因となる電圧のとびがスイ
ッチング要素をよぎって発生するのを防止する。────────────────────────────────────────────────── ───
[Continuation of summary]
Undesirably high energy waste and disturbances in the switching element
Voltage jumps that cause disturbances (electromagnetic interference, EMI)
Prevents crossing of switching elements.