(57)【要約】  【課題】スイッチングロスやノイズの発生を抑制する。  【解決手段】トランスＴＦの一次巻線Ｎｐの一端には、正母線Ｐが接続され、その他端には、コンデンサＣ４を介して負母線Ｎが接続され、コンデンサＣ４の両端には、メインスイッチＱ１のコレクタ・エミッタ間が接続される。スイッチＱ１のベースには、遅延回路ＤＬを介して制御回路ＣＴＲの出力端が接続されるとともに、この制御回路ＣＴＲの出力端には、補助スイッチＱ２のベースが接続される。このように構成されたスイッチング電源において、補助スイッチＱ２を、メインスイッチＱ１より先にＯＮさせることにより、メインスイッチＱ１におけるゼロ電圧スイッチが実現できるようになる。  【選択図】図１
2008029158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線と、第１、第２の二次巻線とを有するトランスと、
このトランスの第２の二次巻線には整流回路を設け、一次巻線の一端には主スイッチング素子とコンデンサとの並列回路の一端を接続し、その並列回路の他端とトランスの一次巻線の他端間には直流電圧を印加し、
前記トランスの第１の二次巻線の両端には、コンデンサと補助スイッチング素子との直列回路を接続するとともに、その補助スイッチング素子には並列にダイオードを接続し、
前記第１の二次巻線の両端には、ダイオードとコンデンサとの直列回路を接続するとともに、そのコンデンサの両端には、制御回路を設け、この制御回路から前記主、補助スイッチング素子にＯＮ信号を与える際に、補助スイッチング素子が主スイッチング素子より早くＯＮさせるようにしたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ソフトスイッチング機能を備えたスイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置では、スイッチングロスやノイズ低減を図るために、電流あるいは電圧が零の状態でスイッチング素子をオン・オフする、いわゆる、ソフトスイッチング機能を備えている。
【０００３】
この種、ソフトスイッチング機能を備えたスイッチング電源装置として、メインスイッチングトランジスタがターンオンした後、遅延回路によって遅れたターンオン信号により補助スイッチングトランジスタがターンオンするものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、トランスの浮遊容量への巻線の励磁エネルギーによる充電作用を利用して零電圧スイッチングを行わせ、この電圧を検出するために、電圧検出回路を設け、かつドライブ回路からのドライブ信号をインヒビット回路に取込み、電圧検出回路からの検出信号でドライブ信号からスイッチング素子の駆動信号を形成し、この駆動信号でスイッチング素子を、零電圧スイッチングを行わせているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
さらに、軽負荷や無負荷の状態になっても、主スイッチング素子のスイッチングロスが大きくならず、しかも整流スイッチング素子の効率を向上させるとともに、電源装置の低出力電圧化に対応できるものもある（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
この他、主スイッチ素子の両端の電圧がゼロに達するまでの過程で、１次巻線には、直流電源の電圧と主スイッチ素子両端の電圧の差が印加されるので、正帰還巻線に発生する電圧で主スイッチ素子がターン・オンしようとし、そこで、第１の可飽和インダクタを適当に選択し、ターン・オンを遅らせ、主スイッチ素子の電圧がゼロになるときにターン・オンさせるものもある（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平０６−１８９５３８号公報
【特許文献２】特開平０８−１８２３１８号公報
【特許文献３】特開２００２−３０５８７６号公報
【特許文献４】特開２００４−０９６９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図3は従来のスイッチング電源装置におけるソフトスイッチング回路を示す回路図で、この図3において、ソフトスイッチング回路は、トランス２の一次インダクタンス成分と、スナバコンデンサ４の共振を利用し、電圧の最も低くなった点でメインスイッチ３をＯＮするようにしたものである。図4は、上記図3の各部の電圧Ｖ１・電流Ｉ１，Ｉ２である。なお、図3において、１はコンデンサ、５は整流用のダイオード、６はコンデンサ、７は整流回路、８は負荷である。
【０００８】
次に、図3に示すスイッチング電源装置のソフトスイッチング回路の動作を述べる。まず、メインスイッチ３のＯＮ期間に電流Ｉ１がトランス２に流れ、トランス２にエネルギーが蓄積される。また、この期間にトランス２の二次回路巻線には、逆電圧が発生するために、ダイオード５には電流Ｉ２が流れない。
【０００９】
ここで、メインスイッチ３がＯＦＦすると、トランス２の二次回路巻線に誘起される電圧の極性が反転し、トランス２に蓄積したエネルギーを二次回路に放出するが、二次回路の出力電圧がある値に保持されているため、全てのエネルギーが二次回路に放出されるわけではない。よって、このトランス２の残留エネルギーによりトランス２の一次側インダクタンスとスナバコンデンサ４が共振しても電圧Ｖ１が完全には「ゼロ」電圧にならないため、スイッチングロスやノイズを発生する問題がある。
【００１０】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、スイッチングロスやノイズの発生を抑制することができるスイッチング電源装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、上記の課題を達成するために、一次巻線と、第１、第２の二次巻線とを有するトランスと、このトランスの第２の二次巻線には整流回路を設け、一次巻線の一端には主スイッチング素子とコンデンサとの並列回路の一端を接続し、その並列回路の他端とトランスの一次巻線の他端間には直流電圧を印加し、前記トランスの第１の二次巻線の両端には、コンデンサと補助スイッチング素子との直列回路を接続するとともに、その補助スイッチング素子には並列にダイオードを接続し、前記第１の二次巻線の両端には、ダイオードとコンデンサとの直列回路を接続するとともに、そのコンデンサの両端には、制御回路を設け、この制御回路から前記主、補助スイッチング素子にＯＮ信号を与える際に、補助スイッチング素子が主スイッチング素子より早くＯＮさせるようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、この発明によれば、トランスにメインスイッチ用巻線とは別に設けた巻線に補助スイッチを接続して、この補助スイッチをメインスイッチより先にＯＮさせてメインスイッチにおける零電圧スイッチを実現させることにより、メインスイッチにおけるスイッチングロスの発生、ノイズの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は実施の形態を示す回路構成図で、図1において、交流電源ＡＣは、整流回路ＲＣＦに接続され、この整流回路ＲＣＦで交流は、整流されて直流正負母線Ｐ，Ｎに供給される。直流正負母線Ｐ，Ｎ間には、コンデンサＣ１が接続される。ＴＦはトランスで、このトランスＴＦの一次巻線Ｎｐの一端は、直流正母線Ｐに接続され、その他端は、コンデンサＣ４を介して直流負母線Ｎに接続される。
【００１４】
コンデンサＣ４の両端には、主スイッチング素子であるメインスイッチＱ１のコレクタ・エミッタ間が接続され、メインスイッチＱ１のベースには、遅延回路ＤＬを介して制御回路ＣＴＲの出力端が接続される。この制御回路ＣＴＲの出力端には、補助スイッチング素子である補助スイッチＱ２のベースも接続される。
【００１５】
これらスイッチＱ１，Ｑ２のベースに与えられる信号は、出力電圧ＶC5を制御回路ＣＴＲにフィードバックし、制御回路ＣＴＲ内のエラーアンプａｍｐで増幅して、ＰＷＭ変調回路ｐｗｍでＰＷＭ変調することにより、出力電圧ＶC5を一定に保つように生成された信号である。
【００１６】
トランスＴＦの二次巻線Ｎｓ１の一端には、図示極性のダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２のプラス端が接続され、その他端にはコンデンサＣ２のマイナス端が接続されるとともに、負母線Ｎが接続される。制御回路ＣＴＲにはコンデンサＣ２の両端が接続されて、電圧が供給される。トランスＴＦの二次巻線Ｎｓ１の一端は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ３の直列体を介して補助スイッチＱ２のコレクタに接続され、そのスイッチＱ２のエミッタは、二次巻線Ｎｓ１の他端、すなわち負母線Ｎに接続される。
【００１７】
トランスＴＦの出力巻線Ｎｓ２には、ダイオードＤ５、コンデンサＣ５及び負荷Ｌが接続される。コンデンサＣ５の両端電圧ＶC5は、電圧フィードバック回路ＦＤＢを介して制御回路ＣＴＲに供給される。
【００１８】
次に上記のように構成された実施の形態の動作を、図２に示す動作波形図を参照して述べる。まず、メインスイッチＱ１がＯＮした時に二次巻線Ｎｓ１に誘起される電圧（フォワード電圧）を、図１に示す極性でコンデンサＣ３に蓄えておき、次回以降のメインスイッチＱ１のＯＮ信号より先に、二次巻線Ｎｓ１に設けた補助スイッチＱ２をＯＮすることにより、メインスイッチＱ１の巻線Ｎｐに入力直流電圧相当の電圧を誘起し、メインスイッチＱ１のコレクタ−エミッタ間電圧を「０」Ｖにする。
【００１９】
なお、メインスイッチＱ１がＯＮした時には、コンデンサＣ２も充電され、コンデンサＣ２，Ｃ３の電圧値ＶC20，ＶC30は、定常的には以下の電圧値になる。
【００２０】
ＶC20：制御目標電圧（コンデンサＣ５の電圧を目標値に保つと、コンデンサＣ２の電圧はトランスＴＦの巻線比Ｎｓ１，Ｎｓ２に応じた値となる。）
ＶC30：Ｖｄｃ×Ｎｓ１／Ｎｐ
上記のようにコンデンサＣ２，Ｃ３の電圧値ＶC20，ＶC30が得られている時、制御回路ＣＴＲからゲートＯＮ信号が出力されると、補助スイッチＱ２が先にＯＮする。すると、トランスＴＦの二次巻線Ｎｓ１にコンデンサＣ３に蓄えた電荷による電圧ＶC3が印加され、一次巻線Ｎｐには、ＶC3×Ｎｐ／Ｎｓ１（＝Ｖｄｃ）が印加される。すなわち、メインスイッチＱ１のコレクタは、ゼロ電位になり、メインスイッチＱ１がＯＮした時点でゼロ電圧スイッチングＺＶＳが実現される。その後、メインスイッチＱ１が遅れてＯＮする。
【００２１】
メインスイッチＱ１、補助スイッチＱ２が同時にＯＮしている期間は、電源に接続されたコンデンサＣ１がエネルギー供給源となり、トランスＴＦの一次巻線Ｎｐを励磁する。コンデンサＣ３は電流Ｉ３が負となる方向に、トランスＴＦの二次巻線Ｎｓ１に誘起される電圧値ＶC30＝Ｖｄｃ×Ｎｓ１／Ｎｐによって充電される。その後、メインスイッチＱ１、補助スイッチＱ２がＯＦＦする。
【００２２】
このとき、メインスイッチＱ１はコンデンサＣ４によって電圧の立ち上がりが遅れるため、スイッチングロス、スイッチング損失の低減が図られる。一方、補助スイッチＱ２側は、二次巻線Ｎｓ１に誘起された電圧により、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２が制御目標電圧に充電される。抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ２、補助スイッチＱ２の電流を制限する目的で挿入される。
【００２３】
なお、本実施の形態の回路において、起動時のコンデンサＣ２，Ｃ３の初期電圧は
いずれも「０」Ｖであるが、コンデンサＣ２の電圧は目標電圧になるように制御回路ＣＴＲが制御するため、電圧値ＶC20まで充電される。
【００２４】
また、コンデンサＣ３は、メインスイッチＱ１のＯＮ期間に電流Ｉ３が負となる方向にトランスＴＦの二次巻線Ｎｓ１に誘起される電圧値ＶC30＝Ｖｄｃ×Ｎｓ１／Ｎｐによって充電されるため、定常的には電圧値ＶC30に充電される。よって、起動からコンデンサＣ３が電圧値ＶC30に充電されるまでの期間は、先に説明したようなタイミングでメインスイッチＱ１、補助スイッチＱ２がＯＮしてもＺＶＳが実現できない期間となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態を示す回路構成図。
【図２】実施の形態の動作を説明する波形図。
【図３】従来の回路構成図。
【図４】従来の回路の動作を説明する波形図。
【符号の説明】
【００２６】
ＴＦ  …  トランス
ＣＴＲ  …  制御回路
ＤＬ  …  遅延回路
ＦＤＢ  …  電圧フィードバック回路
Ｑ１  …  メインスイッチ
Ｑ２  …  補助スイッチ
Ｃ１〜Ｃ５  …  コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ５  …  ダイオード
Ｒ１  …  抵抗
【図１】
2008029158.tif 000003
【図２】
2008029158.tif 000004
【図３】
2008029158.tif 000005
【図４】
2008029158.tif 000006