JPS6323564A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明はチョッパ回路やインバータ回路等の電力変換手
段からなる電源装置に関するものである。

［背景技術］ 近年スイッチング電源装置が普及しているが、このスイ
ッチング電源装置は一般には直流（平滑された）電圧を
入力し、任意の電圧が出力される。

従って交流電源電圧を入力するような場合、整流素子に
より脈流電圧に整流し、この脈流電圧を大容量のコンデ
ンサで平滑して、スイッチング部分に供給する必要があ
るが、この方式は入力電流が着しく歪み、波高値も著し
く高く、且つ入力力率が低い等の問題あった。

これは整流素子の後に大容量のコンデンサを接続したこ
とに起因する。

そこでこの問題を解決するために第５図に示す電源装置
が提案されている。この電源装置は所謂昇降圧チョッパ
回路を用いたもので、第６図（、）に示す交流電源Ｖｓ
を余波整流器ＤＢで全波整流し、第６図（ｌ］）に示す
脈流電圧Ｖｉを負荷Ｒと全波整流器ＤＢとの間に挿入し
であるスイッチング素子であるトランジスタＱ、を高速
でスイッチングさせる。このトランジスタＱ１のオン時
にトランジスタＱ１に電流ｉｏが流れ、インダクタンス
索子りに第６図（ｃ）に示す高周波電流ＩＬを流してエ
ネルギを蓄積させ、トランジスタＱ１のオフ時にインダ
クタンス索子りにＭ積したエネルギを放出させ、電流１
［ｌをダイオードＤ、とコンデンサＣ２で整流平滑し、
負荷Ｒに電源を供給するようになっている。

この従来例では全波整流器ＤＢの出力端に、は大容量の
コンデンサを接続していないため、トランジスタＱ、の
スイッチングを制御する制御回路ＣＴＲＬの如何によっ
ては入力電流Ｉｓの波形を交流電源Ｖｓ波形に略一致さ
せることが第６図（ｄ）に示すようにでき、そのため上
述の問題点が解決で・きる。ここで制御回路ＣＴＲＩ、
は負荷Ｒの両端電圧■。を検出して該電圧Ｖ。が一定と
なるようにトランジスタＱ１のスイッチングをＰＷＭ制
御するためのもので、動作電源は別に持つ。

ところで、スイッチング素子たるトランジスタＱ、に流
れる電流は第７図（ｄ）に示すように包路線が入力電流
に一致するような高周波三角電流となる。従って入力電
圧のピーク付近にては電流■。

のピークも高く、入力電圧のゼロクロス付近にて電流Ｉ
Ｑのピークも低くなる。

第７図（ａ）乃至（ｆ）は制御回路ＣＴ　ＲＬとトラン
ジスタＱ、の駆動回路ＤＲの各部の各部の出力を示して
おり、第７図（ａ）に示す制御回路ＣＴＲＬからの制御
信号ＶａをトランジスタＱ２のベースに印加すると、こ
の制御信号ＶａによりトランジスタＱ２がオンし、この
トランジスタＱ２のオン時にパルストランスＰＴの１次
巻線ｎ１に駆動用電源■。

から電流を流す。この電流が流れるとパルストランスＰ
Ｔの２次巻線■、には電圧が発生し、この電圧をベース
抵抗ＲＢで限流してトランジスタＱ、のベースに第７図
（ｃ）に示すベース電流ＩＢを流す。

この時トランジスタＱ１のベースに印加されるべ一ス電
圧■８は第７図（１〕）に示すようになる。さてトラン
ジスタＱ、がオンするとトランジスタＱ１には第７図（
ｄ）を示す電流■０が流れる。この電流Ｉ０は上述した
ように三角波となる。さてトランジスタＱ２がオフする
と、パルストランスＰＴに蓄積されたエネルギが逆極性
に発生するためトランジスタＱ２は逆バイアスされてオ
フする。尚ＰｔｆＪＶ図（ｅ）はインダクタンス索子り
からのエネルギ放出による電流■。を示し、同図（ｆ）
はインダクタンス索子りに流れる電流ｒｔを示す。

このような駆動回路ＤＲを用いれば簡単にトランジスタ
Ｑ、を制御することができるわけであるが、トランジス
タＱ１をオンさせるためのベース電流Ｉｎは電流ＩＱが
最大となるところ、即ち入力交流電源Ｖｓ雷電圧ピーク
での電流ＩＯに設計する必要がある。この電流１０の最
大値をＩＱ＋）とすれば、トランジスタＱ１の電流増幅
率ｈ　ｆ　ｅより、■８≧■。１〕／’ｈｆｅとなる。

このようにしたとト又力交流電源Ｖｓ電圧の低（・領域
では電流ＩＯはさほど大きくならず、しかしながらベー
ス電流エ８は一定であるため、甚だしいオーバドライブ
となり、トランジスタＱ１のオフ時のスイッチングが遅
くなり、ロスが多い欠、αがあった。

このような欠７αを改善した駆動回路ＤＲとしては第８
図に示すような回路がある。この回路ではパルストラン
スＰＴに図示する極性で３次巻線ｎ３を巻回し、この３
大巻＃［ｎ３に電流■ｑを流す。

このようにすれば電流ｒａに応じてトランジスタＱ１が
オンの間パルストランスＰＴに駆動用電源Ｖｔ、電圧に
よるエネルギとは逆方向に蓄積が行なわれるため、トラ
ンジスタＱ２がオフしたときのトランジスタＱ１の逆バ
イアスが大きくなり、第５図回路よりも速くトランジス
タＱ１がオフする。従ってトランジスタＱ、のオフ時の
スイッチングロスは減るが、第９図（ｂ）のベース電流
ｒＢに示すよう３次巻線ｎ３が駆動用電源ＶＤ電圧とは
逆方向にエネルギを蓄積するため、ベース電流■６は時
間とともに減少する。従ってこれを補うために第５図回
路と比べてベース抵抗Ｒ１１を小さくしたり、パルスト
ランスＰＴの励磁電流を増やすように設計する必要があ
る。このため駆動用電源ＶＤの容量は大きくなり、更に
ベース抵抗ＲＢの損失も増えるなどの欠点があった。尚
第９図（ａ）は制御回路ＣＴＲＬからの制御信号Ｖａを
、また同図（ｃ）はトランジスタＱ１に流れる電流■。

を示す。

第１０図は第８図回路とは逆極性に３次巻線ｎ３を巻回
し、１次巻線ｎｌの極性も逆にして更に駆動用電源ＶＤ
と直列にコンデンサＣ１を接続し、所謂電流帰還方式の
駆動回路ＤＲを示している。但しトランジスタＱ２は第
５図、第８図の従来例と逆の動作をさせる。

而してこの駆動回路ＤＲはトランジスタＱ２がオフする
と、パルストランスＰＴのエネルギによる誘起電圧が２
次巻線＋１２に発生し、僅かにベース電流ＩＢを流すた
めトランジスタＱ１がオンし電流ＩＱが３大巻＃１１１
３に流れ、これに応じて２次巻線ｎ２にも電圧が発生し
、第１１図（１〕）に示すようにベース電流Ｉ、は電流
ＩＯと相似波形となり、オーバドライブの少ない良好な
駆動が行える。次にトランジスタＱ２がオンすると、駆
動用電源ＶＤよりコンデンサＣ１を介してパルストラン
スＰＴの１次巻線Ｉｌｌを励磁する。これにより２次巻
線ｎ２には逆方向に電圧が発生し、トランジスタＱ１が
オフする。このように第１０図回路では電流ＩＱに応じ
てベース電流ＩＢが流れるため、オーバドライブは減少
するが、オフ動作はややエネルギ不足であり、トランジ
スタＱ１のオフ時のスイッチングロスは多くなるという
欠点があった。更に電流ＩＯは交流電源Ｖｓ電圧に応じ
て増減するため、全領域で安定に動作するようなパルス
トランスＰＴの設計はエネルギ蓄積量の非安定性等の問
題から非常に国数なものとなる。従って第１０図回路も
適切な回路ではない。尚第１１図（ａ）は制御回路ＣＴ
Ｒｌ−からの制御信号Ｖａを、また同図（ｃ）はトラン
ジスタＱ１に流れる電流Ｉｏを示す。

［発明の目的１ 本発明は上述の問題点に鑑みて為されたもので、その目
的とするところはスイッチング素子を備えたチョッパ回
路やインバータ回路等からなる電力変換手段により電力
変換する電源装置において、スイッチング素子を十分に
スイッチング動作させることができ、スイッチングロス
の少ない電源装置を提供するにある。

［発明の開示］ ′、　　　　　　路やインバータ回路等からなる電力変
換手段によ本発明はスイッチング素子を備えたチョッパ
回り電力変換する電源装置において、電力変換手段一′
　　　　　　　に含まれ上記スイッチング素子のオン時
に該スイッチング素子を通じて電流が流れてエネルギ蓄
積を行い該スイッチング素子のオフ時にエネルギ放出を
行うインダクタンス素子の両端に発生する電圧を上記ス
イッチング素子の駆動用電源とする駆動手段を備えたこ
とを特徴とするものである。

以下本発明を実施例により説明する。

及１鮭と 第１図は本発明の実施例１の回路を示し、第５図回路の
昇降圧チョッパ回路と同様な昇降圧チョッパ回路を電力
変換手段として用いており、全波整流器ＤＢ、）ランジ
スタＱ１、インダクタンス素子Ｌ１グイオードＤ１コン
デンサＣ２からなる昇降圧チョッパ回路の動作は第５回
路と基本的に同様であるからその動作説明及び柄成の説
明は省略する。

ここで本発明の主構成であるトランジスタＱ。

の駆動手段である駆動回路ＤＲは図示する極性で回路に
挿入されているインダクタンス素子りに２次巻線Ｎ２を
巻回し、この２次巻線Ｎ２に直列にトランジスタＱ、を
接続し、この直列回路をトランジスタＱ、のベース・エ
ミッタ間のベース抵抗Ｒ８を介して接続しである。図中
ａ、ｂ端は、＋、ｂ＋端と接続する端子を示す。また前
記直列回路にはトランジスタＱい補助駆動用電源Ｖｃ、
ダイオードＤ。

の直列回路を並列に接続しである。トランジスタＱ、、
Ｑ、は共に逆方向に向いており、これらトランジスタＱ
３．Ｑ、はＰＷＭ制御の制御回路ＣＴＲＬの制御信号Ｖ
ａにより交互にオンオフされるようになっている。

而して令弟２図（ａ）（ｂ）に示すようにトランジスタ
Ｑ３がオフし、トランジスタＱ、がオンすると、補助駆
動用電源ＶｃからダイオードＤ３、ベース抵抗ＲＢを介
してトランジスタＱ１に第２図（ｄ）に示すようにベー
ス電流ＩＢが流れ、トランジスタＱ１がオンし、電流Ｉ
Ｑが流れる。この電流ＩＱは第２図（ｅ）に示す■Ｌで
もあるからインダクタンス素子Ｉ−の１次巻線Ｎ１．２
次巻線Ｎ２に夫々電圧ＶＬ＋ＶＬ２が図示する極性で発
生し、第２図（ｆ）に示す電圧ＶＬ２よりベース抵抗Ｒ
８、ダイオードＤ２、トランジスタＱ４を介してトラン
ジスタＱ、に充分なベース電流ＩＢｆＪ＃第２図（ｄ）
に示すように流れるので、トランジスタＱ１が完全にオ
ンする。この時の駆動用電源が第２図（Ｃ）に示す■。

である。

次にトランジスタＱ３がオンし、トランジスタＱ、がオ
フすると、ベース電流Ｉｎが流れ無くなり、トランジス
タＱ、はオフする方向に動作し、電流ＩＬ、Ｉｏの傾き
が変化するため電圧Ｖ１−２が逆方向に発生し、トラン
ジスタＱ３、ダイオードＤ、を介してトランジスタＱ、
を逆バイアスする。インダクタンス素子りはダイオード
Ｄ１を介してエネルギを負荷Ｒに放電する。電流■Ｌが
零になるまで電圧ＶＬが発生し、トランジスタＱ１を十
分オフに保つ。その後トランジスタＱ３がオフ、トラン
ジスタＱ４がオンする動作に戻るのである。

このように本実施例では交流電源Ｖｓ電圧のいかなる値
においてもトランジスタＱ１を十分駆動でき且つオフも
十分な逆バイアスで可能となり、スイッチングロスの低
減が図れる。更にトランジスタＱ、のオン時のインダク
タンス素子りの１次巻線Ｎ１の両端電圧ｖＬは交流電源
Ｖｓ電圧に一致するのでトランジスタＱ１のベース電流
ＩＢのオーバドライブを最小限にできるのである。

丸１乱影 本実施例は第３図に示すようにインダクタンス素子りの
２次巻線Ｎ２に補助駆動用電源Ｖｃと、ダイオードＤ５
と、このダイオードＤ５とは逆方向のダイオードＤ６と
の直列回路を並列接続し、両ダイオードＤ　ｓ　、Ｄ　
ａの接続点とトランジスタＱ１のベースとの間にトラン
ジスタＱ　ｓ、ベース抵抗ＲＢとの直列回路を接続しで
ある。尚主回路の昇降圧チョッパ回路の回路構成は実施
例１と同様であるから省略しである。

而して今トランクスタＱ５が第４図（ａ）に示すように
オンすると、補助駆動用電源Ｖｃ、ダイオードＤ８、ベ
ース抵抗Ｒ口を介してトランジスタＱ１のベースにベー
ス電流■Ｂが流れ、トランジスタＱ、がオンし、電流Ｉ
Ｏが流れる。この電流ＩＯは第４図（ｄ）に示す■Ｌで
もあるからインダクタンス素子りの１次巻線Ｎ１．２次
巻線Ｎ２に夫々電圧■Ｌ＋ＶＬ２が図示する極性で発生
し、第４図（ｅ）に示す電圧ＶＬ２よりダイオードＤ６
、トランジスタＱ５、ベース抵抗ＲＢを介してトランジ
スタＱ１に十分なベース電流■８が第４図（ｅ）に示す
ように流れるので、トランジスタＱ、が完全にオンする
。この時の駆動用電源電圧が第４図（１〕）に示すＶＤ
である。

次いでトランジスタＱ、がオフするとトランジスタＱ１
のベース電流１．が止まり、トランジスタＱ１はオフし
かけるため、逆極性に電圧■Ｌ２が発生し、ダイオード
Ｄ７を介してトランジスタＱ１を逆バイアスし、トラン
ジスタＱ１を完全なオフ状態に保持する。この後トラン
ジスタＱ、がオンする状態に戻るのである。

このように本実施例では実施例１と同等で、その効果も
等しいが補助スイッチたるトランジスタがＱ　ｓ　１個
だけでよいから構成が簡略化でトるものである。

［発明の効果］ 本発明はスイッチング素子を備えたチタッパ回路やイン
バータ回路等からなる電力変換手段により電力変換する
電源装置において、電力変換手段に含まれ上記スイッチ
ング素子のオン時に該スイッチング素子を通じて電流が
流れてエネルギ蓄積を行い該スイッチング素子のオフ時
にエネルギ放出を行うインダクタンス素子の両端に発生
する電圧を上記スイッチング素子の駆動用電源とする駆
動手段を備えたので、スイッチング素子の駆動をインダ
クタンス素子のエネルギで行うから、スイッチング素子
の十分なスイッチング動作が可能であり、その結果スイ
ッチングロスが少なくなるという効果を少なくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の回路図、第２図は同上の駆
動回路の動作説明用波形図、第３図は本発明の実施例２
の駆動回路の回路図、第４図は同上の駆動回路の動作説
明用波形図、第５図は従来例の回路図、第６図、第７図
は同上の動作説明用の波形図、第８図は別の従来例の駆
動回路の回路図、第９図は同上の駆動回路の動作説明用
の波形図、第１０図は他の従来例の駆動回路の回路図、
第１１図は同上の駆動回路の動作説明用波形図であり、
Ｑｌはトランジスタ、Ｌはインダクタンス素子、Ｖｃは
補助駆動用電源、ＶＤは駆動用電源である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）スイッチング素子を備えたチョッパ回路やインバ
   ータ回路等からなる電力変換手段により電力変換する電
   源装置において、電力変換手段に含まれ上記スイッチン
   グ素子のオン時に該スイッチング素子を通じて電流が流
   れてエネルギ蓄積を行い該スイッチング素子のオフ時に
   エネルギ放出を行うインダクタンス素子の両端に発生す
   る電圧を上記スイッチング素子の駆動用電源とする駆動
   手段を備えたことを特徴とする電源装置。
2. （２）入力電圧が脈流波形等のように脈動する電圧から
   なり、この入力電圧波形に入力電流波形が略一致するよ
   うにスイッチング素子を制御する駆動手段を備えたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電源装置。
3. （３）スイッチング素子をオンさせる補助駆動用電源を
   駆動手段に備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の電源装置。