JPH118970A - チョッパ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スイッチング素子３０のターンオフ損失を緩和
する。 【解決手段】交流電源１１電圧を整流する整流電源１０
を備える。チョッパ用インダクタ２０を備える。整流電
源１０電圧をチョッパ用インダクタ２０に断続的に印加
するスイッチング素子３０を備える。チョッパ用インダ
クタ２０に蓄積された電磁エネルギを整流電源１０を介
して放出するダイオード４０を備える。ダイオード４０
の出力を受けて充電される平滑用コンデンサ５０を備え
る。ダイオード４０と実質的に並列に接続される補助コ
ンデンサ４５を備える。スイッチング素子２５と直列に
接続される補助巻線２５を備える。補助巻線２５をチョ
ッパ用インダクタ２０の主巻線と磁気結合する。主巻線
（２０）・補助巻線２５間の接続極性を加極性とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクティブフィルタ
等として利用されるチョッパ回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】交流電源電圧を整流する整流電源を備
え、チョッパ用インダクタを備え、前記整流電源電圧を
前記チョッパ用インダクタに断続的に印加するスイッチ
ング素子を備え、前記チョッパ用インダクタに蓄積され
た電磁エネルギを前記整流電源を介して放出するダイオ
ードを備え、前記ダイオードの出力を受けて充電される
平滑用コンデンサを備えるチョッパ回路は公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記スイッチング素子
のターンオフ時の動作について考える。スイッチング素
子のターンオフに符合してダイオードがターンオンす
る。ターンオフ途上のスイッチング素子電流は減少し、
その減少分はターンオン途上のダイオードを経由する。
平滑用コンデンサの電圧はダイオードを介してターンオ
フ途上のスイッチング素子に印加する。このため、スイ
ッチング素子のターンオフ環境が過酷であって、大きな
ターンオフ損失が発生する。本発明の目的はスイッチン
グ素子のターンオフ損失を緩和することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明回路は交流電源電
圧を整流する整流電源を備える。チョッパ用インダクタ
を備える。前記整流電源電圧を前記チョッパ用インダク
タに断続的に印加するスイッチング素子を備える。前記
チョッパ用インダクタに蓄積された電磁エネルギを前記
整流電源を介して放出するダイオードを備える。前記ダ
イオードの出力を受けて充電される平滑用コンデンサを
備える。本発明は以上のようなチョッパ回路を前提とす
る。本発明においては、前記ダイオードと並列に接続さ
れる補助コンデンサを備える。前記補助コンデンサは直
にあるいはと前記平滑用コンデンサを介して前記ダイオ
ードと並列に接続される。前記スイッチング素子と直列
に接続される補助巻線を備える。前記補助巻線を前記チ
ョッパ用インダクタの主巻線と磁気結合する。前記主巻
線・補助巻線間の接続極性を加極性とする。前記スイッ
チング素子と直列に接続される補助巻線をそれに変えて
前記補助コンデンサと直列に接続しても同効である。し
かし、その場合は前記加極性の接続態様を減極性に改め
る。前記補助コンデンサはスイッチング素子のターンオ
フ損失を緩和するように作用する。前記補助巻線は前記
補助コンデンサ使用にともなう前記スイッチング素子の
ターンオン損失を緩和するように作用する。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１を用いて本発明の実施形態に
ついて説明する。図示回路は交流電源１１電圧を整流す
る整流電源１０を備える。チョッパ用インダクタ２０を
備える。整流電源１０電圧をチョッパ用インダクタ２０
に断続的に印加するスイッチング素子３０を備える。チ
ョッパ用インダクタ２０に蓄積された電磁エネルギを整
流電源１０を介して放出するダイオード４０を備える。
ダイオード４０の出力を受けて充電される平滑用コンデ
ンサ５０を備える。本発明は以上のようなチョッパ回路
を前提とする。本発明においては、ダイオード４０と並
列に接続される補助コンデンサ４５を備える。スイッチ
ング素子２５と直列に接続される補助巻線２５を備え
る。補助巻線２５をチョッパ用インダクタ２０の主巻線
と磁気結合する。主巻線（２０）・補助巻線２５間の接
続極性を加極性とする。構造説明を補足する。１２〜１
５は整流電源１０に属する整流用ダイオードであり、全
波整流回路を構成する。スイッチング素子３０はトラン
ジスタである。スイッチング素子３０の制御回路の図示
説明は省くが、それは平滑用コンデンサ５０電圧がほぼ
一定となるように、スイッチング素子３０を適宜にオン
・オフさせる。平滑用コンデンサ５０の両端は直流出力
端子となり、そこに図外の直流負荷が接続される。その
例は放電灯点灯用のインバータである。チョッパ用イン
ダクタ２０は補助巻線２５が付属する形式的にはトラン
ス形構造となる。チョッパ用インダクタ２０の主巻線と
補助巻線２５との接続極性は加極性であり、図示のドッ
ト（黒点）の極性となる。補助コンデンサ４５はスイッ
チング素子３０のターンオフ損失を緩和するように作用
する。補助巻線２５は補助コンデンサ４５使用にともな
うスイッチング素子３０のターンオン損失を緩和するよ
うに作用する。以下、これらの点について説明する。ス
イッチング素子３０がオンとなる期間には１０−２０−
２５−３０−２０の閉回路に電流が流れる。オン期間の
チョッパ用インダクタ２０・補助巻線２５に黒点を正極
とする電圧が誘起する。補助コンデンサ４５電圧は平滑
用コンデンサ５０電圧から補助巻線２５電圧を差し引い
た値となる。スイッチング素子３０がターンオフする
と、２０−２５の電流経路が２０−４５に切り替わり、
１０−２０−４５−５０−１０の閉回路に電流が流れ
る。平滑用コンデンサ５０電圧はもとより補助コンデン
サ４５電圧も非線形的変化をなし得ず連続的に変化す
る。このため、ターンオフ途上の短期間に限れば平滑用
コンデンサ５０・補助コンデンサ４５を跨ぐその両端電
圧はほぼ一定不変に保持される。補助コンデンサ４５が
平滑用コンデンサ５０・ダイオード４０を跨ぐ位置にあ
る場合であっても同効である。このような訳で、整流電
源１０・チョッパ用インダクタ２０を跨ぐその両端電圧
もほぼ一定不変に保持される。もとより整流電源１０電
圧はほぼ一定不変である。ゆえにチョッパ用インダクタ
２０電圧もほぼ一定不変である。チョッパ用インダクタ
２０と磁気結合する補助巻線２５電圧もほぼ一定不変で
ある。それゆえ、スイッチング素子３０電圧もほぼ一定
不変である。つまり、スイッチング素子３０はターンオ
フしてもほぼ一定不変の電圧レベルに保持され、オン時
のほぼゼロ電圧レベルを保持する。スイッチング素子３
０のターンオフ損失はターンオフ途上のその電流・電圧
積となるが、後者の電圧がほぼゼロレベルに保持され
る。そのために、ターンオフ損失は微少となる。スイッ
チング素子３０のターンオフにともない、１０−２０−
４５−５０−１０の閉回路に電流が流れる。これにとも
ない、補助コンデンサ４５の電荷が放電する。放電完了
後は１０−２０−４０−５０−１０の閉回路に電流が流
れる。その過程でチョッパ用インダクタ２０・補助巻線
２５電圧の極性が反転し、ドットを負極性とする電圧に
変化する。やがて、チョッパ用インダクタ２０の電磁エ
ネルギが空になると、電流もゼロになり、その後は静止
状態を保つ。静止状態はスイッチング素子３０がターン
オンするまで続く。スイッチング素子３０がターンオン
すると、５０−４５−２５−３０−５０の閉回路に電流
が流れ始める。１０−２０−２５−３０−１０の閉回路
にはまだ電流は流れない。そのように動作するのは、タ
ーンオン初期の補助コンデンサ４５電圧はほぼゼロであ
ること、平滑用コンデンサ５０電圧は整流電源１０電圧
よりも高い（昇圧形チョッパ回路の特性）ことに拠る。
５０−４５−２５−３０−５０の閉回路に通電すると、
補助コンデンサ４５が充電し、補助巻線２５電圧が低減
する。やがて、補助巻線２５電圧・チョッパ用インダク
タ２０電圧の合計値が整流電源１０電圧よりも低減しよ
うとする時期を迎える。それ以降は５０−４５−２５−
３０−５０の閉回路の電流がゼロとなり、代わって１０
−２０−２５−３０−１０の閉回路に電流が流れ始め
る。その後はすでに説明した動作の繰り返しとなる。補
助コンデンサ４５の役割はスイッチング素子３０のター
ンオフ損失を緩和することである。補助巻線２５の役割
はスイッチング素子３０のターンオン時に補助コンデン
サ４５を経由する急峻な充電電流が流れ込むのを防止す
ることである。補助コンデンサ４５はターンオフ損失の
軽減に寄与するが、ターンオン時には悪さをして急峻な
充電電流を形成しようとする。補助巻線２５はかかる急
峻な充電電流の形成を緩和し、ターンオン損失を抑制す
るように作用する。急峻電流阻止の観点からすれば、補
助巻線２５はチョッパ用インダクタ２０とは無関係な独
立インダクタであっても構わない。しかし、独立インダ
クタ（２５）である場合は、ターンオン期間の間にそこ
に蓄積される電磁エネルギを次のターンオフ時にスイッ
チング素子３０が引き受け、吸収しなければならない。
それではターンオフ損失の緩和は図れないので、本発明
上は不可となる。図１回路の変形余地について説明す
る。補助コンデンサ４５は図１ではダイオード４５と直
に並列に接続される。しかし、直でなくても良い。補助
コンデンサ４５を平滑用コンデンサ５０を介してダイオ
ード４５と並列に接続しても構わない。その場合の補助
コンデンサ４５はダイオード４５・平滑用コンデンサ５
０の全体を跨ぐ。この場合も整流電源１０・チョッパ用
インダクタ２０の両端電圧の変化に連続性を持たせるこ
とができるので同効である。補助巻線２５を図１ではス
イッチング素子３０と直列に接続するが、それに代え補
助コンデンサ４５と直列に接続することも可能である。
補助巻線２５の役割がターンオン時にスイッチング素子
３０に急峻な電流（図１の場合は補助コンデンサ４５の
充電電流、補助コンデンサ４５が平滑用コンデンサ５０
・ダイオード４０を跨ぐ位置にある場合はその放電）が
流れるのを防止するすることであり、その状況下におい
てはチョッパ用インダクタ２０に黒点を正極とする電圧
を誘起させなければならない。このため、補助コンデン
サ４５と直列に接続される補助巻線２５の接続極性はチ
ョッパ用インダクタ２０に対して減極性となる。

【０００６】

【発明の効果】本発明はダイオードとたとえば直に並列
に接続される補助コンデンサを利用し、スイッチング素
子と直列に接続される所要の補助巻線を利用するもので
ある。これによれば、スイッチング素子のターンオフ損
失を緩和することができる。また、ターンオン損失の増
加を抑制することができ、総じてスイッチング損失の軽
減緩和に役立つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかるチョッパ回路の回路図であ
る。

【符号の説明】

１０：整流電源、１１：交流電源、２０：チョッパ用イ
ンダクタ、２５：補助巻線、３０：スイッチング素子、
４０：ダイオード、４５：補助コンデンサ、５０：平滑
用コンデンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源電圧を整流する整流電源を備え、
   チョッパ用インダクタを備え、前記整流電源電圧を前記
   チョッパ用インダクタに断続的に印加するスイッチング
   素子を備え、前記チョッパ用インダクタに蓄積された電
   磁エネルギを前記整流電源を介して放出するダイオード
   を備え、前記ダイオードの出力を受けて充電される平滑
   用コンデンサを備えるチョッパ回路において、 前記ダイオードと並列に接続される補助コンデンサを備
   え、前記スイッチング素子と直列に接続される補助巻線
   を備え、前記補助巻線を前記チョッパ用インダクタの主
   巻線と磁気結合し、前記主巻線・補助巻線間の接続極性
   を加極性としたことを特徴とするチョッパ回路。
2. 【請求項２】交流電源電圧を整流する整流電源を備え、
   チョッパ用インダクタを備え、前記整流電源電圧を前記
   チョッパ用インダクタに断続的に印加するスイッチング
   素子を備え、前記チョッパ用インダクタに蓄積された電
   磁エネルギを前記整流電源を介して放出するダイオード
   を備え、前記ダイオードの出力を受けて充電される平滑
   用コンデンサを備えるチョッパ回路において、 前記ダイオードと並列に接続される補助コンデンサを備
   え、前記補助コンデンサと直列に接続される補助巻線を
   備え、前記補助巻線を前記チョッパ用インダクタの主巻
   線と磁気結合し、前記主巻線・補助巻線間の接続極性を
   減極性としたことを特徴とするチョッパ回路。