(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４つの主スイッチ素子をブリッジ接続し、直流電圧源から電流を供給されるように接続されたブリッジ回路を設け、前記各主スイッチ素子に整流素子を並列接続した電源装置であって、前記ブリッジ回路の出力端子と直列接続された前記整流素子の接続部との間を、単数又は複数の補助スイッチ素子を介して接続し、前記ブリッジ回路にＨブリッジ接続された一次巻線を設けた主トランスを設け、この主トランスに前記一次巻線に磁気結合された二次巻線とは別に補助巻線を設け、この補助巻線に部分共振信号回路を接続し、この部分共振信号回路は前記補助巻線から巻線電圧波形を検出して、前記主スイッチ素子と前記補助スイッチ素子のドライブ信号を制御するように構成してあることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記ブリッジ回路の出力端子と直列接続された前記整流素子の接続部との間に、２つの前記補助スイッチ素子を逆向きにして直列接続した回路を設けてあることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記部分共振信号回路は主スイッチドライブ回路と補助スイッチドライブ回路を備え、前記主スイッチドライブ回路は前記主スイッチ素子のドライブ信号を制御し、前記補助スイッチドライブ回路は前記補助スイッチ素子のドライブ信号を制御するように構成してある請求項１又は２記載の電源装置。
【請求項４】
前記部分共振信号回路は三角波と基準電圧とを比較する比較器を備え、この比較器は前記主スイッチドライブ回路と前記補助スイッチドライブ回路とに接続してあることを特徴とする請求項３記載の電源装置。
【請求項５】
前記主スイッチドライブ回路及び前記補助スイッチドライブ回路の入力に夫々フリップフロップ回路を接続し、これらフリップフロップ回路は信号の位相を反転させるように構成してあることを特徴とする請求項３又は４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記主スイッチドライブ回路に接続したフリップフロップ回路と並列に、直列に接続したＮＯＴ回路を接続し、前記フリップフロップ回路の出力並びに出力側の前記ＮＯＴ回路の出力をＡＮＤ回路に接続し、このＡＮＤ回路の出力を前記主スイッチドライブ回路の入力に接続してあることを特徴とする請求項５記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４つの主スイッチ素子をブリッジ接続し、直流電圧源から電流を供給されるように接続されたブリッジ回路を設けた電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のブリッジ回路を設けた電源装置は、図３に示す。また、この動作波形図を図４に示す。この電源装置は、４つの主スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を備え、これら主スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４をブリッジ接続し、直流電圧源から電流を供給されるように接続されたブリッジ回路を設け、各主スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に整流素子Ｄ１，Ｄ２を並列接続し、前記ブリッジ回路の出力端子と直列接続された整流素子Ｄ１，Ｄ２の接続部との間を、複数の補助スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６を直列接続した回路を介して接続してある。各主スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４にコンデンサＣ１，Ｃ２を並列接続し、整流素子Ｄ１，Ｄ２の接続部と直列接続されたコンデンサＣ１，Ｃ２の接続部との間を、共振コイルＬ１を介して接続してある。前記ブリッジ回路にＨブリッジ接続された一次巻線を設けた主トランスＴ１を設け、この主トランスＴ１の一次巻線に磁気結合された二次巻線に誘起された電圧を整流平滑する主整流平滑回路１０を設けてある。
【０００３】
この電源回路は前記回路とは別に部分共振信号回路１を設けてある。この部分共振信号回路１には比較器２を設けてあり、三角波と基準電圧とを比較して矩形波を出力するように構成してある。この比較器２の出力に主フリップフロップ回路３と補助フリップフロップ回路４とＮＯＴ回路５とを並列に接続してある。主フリップフロップ回路３は比較器２から出力された矩形波を入力するとともに、主整流平滑回路１０の負荷検出電圧を入力するように構成してある。前記ＮＯＴ回路５の出力に抵抗を介してＮＯＴ回路６を接続してある。前記主フリップフロップ回路３の出力並びに出力側のＮＯＴ回路６の出力をＡＮＤ回路７の入力に接続してあり、このＡＮＤ回路７から主スイッチドライブ信号を出力し、主スイッチ素子Ｑ４又は主スイッチ素子Ｑ３に信号を送信するように構成してある。また、補助フリップフロップ回路４から補助スイッチドライブ回路９を出力し、補助スイッチ素子Ｑ５又は補助スイッチ素子Ｑ６に信号を送信するように構成してある。
【０００４】
前記従来の電源装置は、電源回路と別個に部分共振信号回路１を設けてあり、部分共振信号回路１において、主スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４と補助スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のタイミングを予め設定していた。そのため、出力電流を変化させると、図４に示すように、部分共振動作から大きく外れ、損失が大きくなるという課題と、寄生容量であるため、スイッチング時の波形が大きく振動するという課題と、振動の影響で制御回路が誤動作するという課題が生じた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、すべての出力変動範囲でゼロ電圧スイッチングを可能にする電源装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決しようとする手段】
上記目的を達成するためになされた本発明は、トランスの出力巻線電圧を検出し立ち上がりのタイミングに同期して主スイッチ素子をドライブすることにより、出力電流が変化しても主スイッチ素子の電圧がゼロ電圧になるタイミングでスイッチングできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明電源装置に係る実施例を説明する。図１は本発明に係る電源装置の第一実施例である。Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は主スイッチ素子、Ｑ５，Ｑ６は補助スイッチ素子、Ｄ１，Ｄ２は整流素子、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｌ１，Ｌ２は共振コイル、Ｔ１は主トランス、Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６は整流ダイオード、Ｃoutは平滑コンデンサ、１は部分共振信号回路、２は比較器、３は主フリップフロップ回路、４は補助フリップフロップ回路、５，６はＮＯＴ回路、７はＡＮＤ回路、８は補助巻線、９はトランジスタ、１０は主整流平滑回路である。
【０００８】
この電源装置は、４つの主スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を備え、これら主スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４をブリッジ接続し、直流電圧源から電流を供給されるように接続されたブリッジ回路を設け、各主スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に整流素子Ｄ１，Ｄ２を並列接続し、前記ブリッジ回路の出力端子と直列接続された整流素子Ｄ１，Ｄ２の接続部との間を、２つの補助スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６を逆向きにして直列接続した回路を介して接続してある。各主スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４にコンデンサＣ１，Ｃ２を並列接続し、整流素子Ｄ１，Ｄ２の接続部と直列接続されたコンデンサＣ１，Ｃ２の接続部との間を、共振コイルＬ１を介して接続してある。前記ブリッジ回路にＨブリッジ接続された一次巻線を設けた主トランスＴ１を設け、この主トランスＴ１の一次巻線に磁気結合された二次巻線に誘起された電圧を整流平滑する主整流平滑回路１０を設けてある。
【０００９】
主トランスＴ１には補助巻線８を設けてあり、この補助巻線８は抵抗を介して、トランジスタ９のベースに接続してある。このトランジスタ９のコレクタに主整流平滑回路１０の出力検出部を接続してある。また、この電源装置は部分共振信号回路１を設けてある。この部分共振信号回路１には比較器２を設けてあり、三角波と基準電圧とを比較して矩形波を出力するように構成してある。この比較器２の出力に主フリップフロップ回路３と補助フリップフロップ回路４とＮＯＴ回路５とを並列に接続してある。主フリップフロップ回路３は比較器２から出力された矩形波を入力するとともに、主整流平滑回路の負荷検出電圧を入力するように構成してある。ＮＯＴ回路５の出力に抵抗を介してＮＯＴ回路６を接続してある。主フリップフロップ回路３の出力並びに出力側のＮＯＴ回路６の出力をＡＮＤ回路７の入力に接続してあり、このＡＮＤ回路７から主スイッチドライブ信号を出力し、主スイッチ素子Ｑ４又は主スイッチ素子Ｑ３に信号を送信するように構成してある。また、補助フリップフロップ回路４から補助スイッチドライブ信号を出力し、補助スイッチ素子Ｑ５又は補助スイッチ素子Ｑ６に信号を送信するように構成してある。
【００１０】
本実施例に係る電源装置は、以上のように構成してあり、以下のように作用する。図２は動作波形図を示す。主スイッチ素子Ｑ１がオンすると、主トランスＴ１の一次巻線に電流が流れる。このとき、部分共振信号回路１では、比較器２で三角波と基準電圧とを比較した信号を、主フリップフロップ回路３、ＮＯＴ回路５、並びに補助フリップフロップ回路４に出力する。主トランスＴ１の一次巻線に電流が流れると、主整流平滑回路に電流が流れるとともに、補助巻線８を介してトランジスタ９に電流が流れて、主フリップフロップ回路３に巻線電圧検出信号が出力される。また、主スイッチ素子Ｑ３並びに主スイッチ素子Ｑ４の内部コンデンサが放電される。この際、補助フリップフロップ回路４から補助スイッチドライブ信号が出力され、補助スイッチ素子Ｑ５がオンし、補助スイッチ素子Ｑ６を電流が貫通する。
【００１１】
補助スイッチ素子Ｑ５がオンした際、主フリップフロップ回路３では、巻線電圧検出信号と比較信号とが入力されて変換され、ＡＮＤ回路７に出力されるとともに、前記比較信号は２つの直列されたＮＯＴ回路５，６に入力され、立ち上がりのタイミングに同期して、主スイッチドライブ信号がＡＮＤ回路７から出力され、主スイッチ素子Ｑ４がオンする。これにより、出力電流が変化しても主スイッチ素子の電圧がゼロ電圧になるタイミングでスイッチングすることができる。この際、補助スイッチ素子Ｑ６に電流が貫通しなくなり、補助スイッチ素子Ｑ５がオフする。続いて主スイッチ素子Ｑ２に電流が貫通し、主スイッチ素子Ｑ１もオフする。主スイッチ素子Ｑ１がオフすると、主スイッチ素子Ｑ１の内部コンデンサが放電され、その後主スイッチ素子Ｑ２がオンする。
【００１２】
主スイッチ素子Ｑ２がオンすると、主トランスＴ１に先程と逆向きに電流が流れる。このとき、部分共振信号回路１では、比較器２で三角波と基準電圧とを比較した信号を、主フリップフロップ回路３、ＮＯＴ回路５、並びに補助フリップフロップ回路４に出力する。主トランスＴ１の一次巻線に逆向きの電流が流れると、主整流平滑回路１０に電流が流れるとともに、補助巻線８を介してトランジスタ９に電流が流れて、主フリップフロップ回路３に巻線電圧検出信号が出力される。また、主スイッチ素子Ｑ３並びに主スイッチ素子Ｑ４の内部コンデンサが充電され、補助スイッチ素子Ｑ６がオンして、補助スイッチ素子Ｑ５を電流が貫通する。
【００１３】
補助スイッチ素子Ｑ６がオンした際、主フリップフロップ回路３では、巻線電圧検出信号と比較信号とが入力されて変換され、ＡＮＤ回路７に出力されるとともに、前記比較信号は２つの直列されたＮＯＴ回路５，６に入力され、立ち上がりのタイミングに同期して、主スイッチドライブ信号がＡＮＤ回路７から出力され、主スイッチ素子Ｑ３がオンする。これにより、出力電流が変化しても主スイッチ素子の電圧がゼロ電圧になるタイミングでスイッチングすることができる。この際、補助スイッチ素子Ｑ５に電流が貫通しなくなり、補助スイッチ素子Ｑ６がオフする。続いて主スイッチ素子Ｑ１に電流が貫通し、主スイッチ素子Ｑ２もオフする。主スイッチ素子Ｑ２がオフすると、主スイッチ素子Ｑ２の内部コンデンサが充電され、その後主スイッチ素子Ｑ１がオンする。
【００１４】
なお、本実施例では、ブリッジ回路の出力端子と直列接続された整流素子Ｄ１，Ｄ２の接続部との間に、２つの補助スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６を逆向きにして直列接続した回路を設けてあるが、ブリッジ回路の出力端子と直列接続された整流素子Ｄ１，Ｄ２の接続部との間に、補助スイッチ素子を設けてあれば、構成は問わず、部分共振信号回路の大部分に適用可能な制御方式である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、トランスの出力巻線電圧を検出し立ち上がりのタイミングに同期して主スイッチ素子をドライブすることにより、出力電流が変化しても主スイッチ素子の電圧がゼロ電圧になるタイミングでスイッチングできる効果がある。
【００１６】
また、出力電流を変化させても部分共振動作から大きく外れることを防止することができ、これに付随して損失を抑え、スイッチング時の波形の振動を小さくし、振動の影響による制御回路の誤動作を防止することができる効果がある。
【００１７】
さらに、ブリッジ回路の出力端子と直列接続された整流素子の接続部との間に、２つの補助スイッチ素子を逆向きにして直列接続した回路を設けてある場合に限らず、ブリッジ回路の出力端子と直列接続された整流素子２の接続部との間に、補助スイッチ素子を設けてあれば、上記効果を得ることができ、部分共振信号回路の大部分に適用することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る一実施例を示す回路図である。
【図２】  前記実施例に係る動作波形図である。
【図３】  従来例を示す回路図である。
【図４】  前記従来例に係る動作波形図である。
【符号の説明】
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４  主スイッチ素子
Ｑ５，Ｑ６  補助スイッチ素子
Ｄ１，Ｄ２  整流素子
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２  共振コイル
Ｔ１  主トランス
Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６  整流ダイオード
Ｃout  平滑コンデンサ
１  部分共振信号回路
２  比較器
３  主フリップフロップ回路
４  補助フリップフロップ回路
５，６  ＮＯＴ回路
７  ＡＮＤ回路
８  補助巻線
９  トランジスタ
１０  主整流平滑回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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