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公開番号2022142211
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-09-30
出願番号2021042304
出願日2021-03-16
発明の名称スイッチング電源装置
出願人コーセル株式会社
代理人個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20220922BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチング素子のサージ電圧を効果的に低減できるシンプルなスナバ回路を備えたハーフブリッジ方式又はフルブリッジ方式のスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置において、第一アーム18は、入力ライン14とグランドライン16との間に接続された2つのスイッチング素子18a、18bの直列回路で成る。トランス20は、入力巻線20a及び出力巻線20bを有し、入力巻線20aの一端が第一アーム18の中点に接続される。バイアス用コンデンサ22は、入力巻線20aの他端とグランドライン16との間に接続される。バイパスコンデンサ回路24は、入力ライン14とグランドライン16との間に接続された2つのバイパス用コンデンサ24a、24bの直列回路で成る。第一スナバ回路40は、コンデンサ40aと抵抗40bとで構成され、バイパスコンデンサ回路24の中点と第一アーム18の中点との間に接続される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、
前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された2つのスイッチング素子の直列回路で成る第一アームと、
入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一アームの中点に接続されたトランスと、
前記入力巻線の他端と前記入力ラインとの間、又は前記入力巻線の他端と前記グランドラインとの間に接続されたバイアス用コンデンサと、
前記スイッチング素子に流れるスイッチング電流が前記入力電源の側に流出するのを抑制する回路であって、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された2つのバイパス用コンデンサの直列回路で成るバイパスコンデンサ回路と、
前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、
前記バイパスコンデンサ回路の中点と前記第一アームの中点との間に接続され、前記第一アームの前記各スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減する第一スナバ回路とを備えることを特徴とするハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置。
続きを表示(約 1,200 文字)【請求項2】
前記バイアス用コンデンサは、電流共振用コンデンサとして兼用される請求項1記載のスイッチング電源装置。
【請求項3】
入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、
前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された2つのスイッチング素子の直列回路で成る第一アームと、
入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一アームの中点に接続されたトランスと、
前記スイッチング素子に流れるスイッチング電流が前記入力電源の側に流れ出るのを抑制する回路であって、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された2つのバイパス用コンデンサの直列回路で成り、その中点に前記入力巻線の他端が接続されたバイパスコンデンサ回路と、
前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、
前記バイパスコンデンサ回路の中点と前記第一アームの中点との間に接続され、前記第一アームの前記各スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減する第一スナバ回路とを備えることを特徴とするハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置。
【請求項4】
入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、
前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された2つのスイッチング素子の直列回路で成る第一アームと、
前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された2つのスイッチング素子の直列回路で成る第二アームと、
入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線が、前記第一アームの中点と前記第二アームの中点との間に接続されたトランスと、
前記スイッチング素子に流れるスイッチング電流が前記入力電源の側に流出するのを抑制する回路であって、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された2つのバイパス用コンデンサの直列回路で成るバイパスコンデンサ回路と、
前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、
前記バイパスコンデンサ回路の中点と前記第一アームの中点との間に接続され、前記第一アームの前記各スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減する第一スナバ回路と、
前記バイパスコンデンサ回路の中点と前記第二アームの中点との間に接続され、前記第二アームの前記各スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減する第二スナバ回路とを備えることを特徴とするフルブリッジ方式のスイッチング電源装置。
【請求項5】
前記入力巻線と直列の位置に、電流共振用コンデンサが設けられている請求項3又は4記載のスイッチング電源装置。
【請求項6】
前記バイパス用コンデンサは、アルミ電解コンデンサと前記アルミ電解コンデンサよりも容量が小さいセラミックコンデンサとが並列接続されたものである請求項1乃至5のいずれか記載のスイッチング電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、スイッチング素子のサージ電圧を低減するスナバ回路を備えたハーフブリッジ方式又はフルブリッジ方式のスイッチング電源装置に関する。
続きを表示(約 2,400 文字)【背景技術】
【0002】
まず、一般的なハーフブリッジ方式及びフルブリッジ方式のコンバータについて簡単に説明する。図5(a)に示すスイッチング電源装置10は、非共振型ハーフブリッジ方式のコンバータの一例である。スイッチング電源装置10は、入力電源12から入力電圧Viが供給される入力ライン14及びグランドライン16を有し、入力ライン14とグランドライン16との間に、2つのスイッチング素子18a,18bの直列回路で成る第一アーム18が接続されている。トランス20の入力巻線20aは、一端が第一アーム18の中点に接続され、他端がバイアス用コンデンサ22を介してグランドライン16に接続されている。バイアス用コンデンサ22は、入力巻線20aの他端を、グランドライン16に対してVi/2の電位にバイアスするコンデンサで、ここでは、一端がグランドライン16に接続されているが、入力ライン14に接続される場合もある。
【0003】
入力ライン14とグランドライン16との間には、バイパスコンデンサ回路24が接続されている。バイパスコンデンサ回路24は、第一アーム18に流れるスイッチング電流が入力電源12の側に流出するのを抑制する回路で、ここでは、同じ容量の2つのバイパス用コンデンサ24a,24bの直列回路で構成されている。
【0004】
一般に、コンデンサ素子は、耐電圧が低いものほど小型化と大容量化が進んでいる。また、高誘電率系のセラミックコンデンサは、定格電圧に近いバイアスが加わると容量が大幅に低下する性質があるので、セラミックコンデンサを使用する場合は、実使用時のバイアスを定格電圧よりも十分に低くすることが好ましい。そのため、平滑用又はデカップリング用のコンデンサ回路を構成する場合、高耐圧品1個で構成するよりも、複数個の低耐圧品を直列接続して構成する方が、小型化及び高性能化を図るのに有利な場合がある。したがって、バイパスコンデンサ回路24は、低耐圧で大容量の2つのコンデンサ素子を直列接続した構成にしている。
【0005】
バイパス用コンデンサ24a,24bに発生する電圧を各々V24a,V24bとすると、設計上、出力電圧Viが各容量の比で分圧され、V24a=V24b=Vi/2となることが想定されている。なお、コンデンサ24a,24bの分圧比が容量のバラツキや漏れ電流の影響で変動する可能性がある時は、各コンデンサ素子にバランス抵抗(図示せず)が並列接続される。
【0006】
トランス20の出力巻線20bの両端には、整流平滑回路26が接続されている。整流平滑回路26は、出力巻線20bに発生する電圧を整流平滑して出力電圧Voを生成する回路である。出力電圧Vo及び出力電流の供給先である負荷28は、スイッチング電源装置10に外部接続された電子機器等、或いはスイッチング電源装置10に内蔵された回路網等である。
【0007】
なお、スイッチング電源装置10は非共振型のコンバータであるが、トランス20の入力巻線20aと直列の位置に電流共振用コンデンサを設けることによって、電流共振型のコンバータに変化させることができる。この場合、バイアス用コンデンサ22(入力巻線20aの一端をVi/2の電位にバイアスするコンデンサ)の容量を小さくすることによって、バイアス用コンデンサ22を電流共振用コンデンサとしても機能させるのが一般的である。例えば、特許文献1に開示されたスイッチング電源装置は、電流共振型ハーフブリッジ方式のコンバータであり、入力巻線Lpと直列の位置に、電流共振用及びバイアス用のコンデンサCiが設けられている。また、入力整流器の後段に設けられた有極性コンデンサが、バイパスコンデンサ回路に該当する。
【0008】
図5(b)に示すスイッチング電源装置30は、非共振型ハーフブリッジ方式のコンバータの他の例である。スイッチング電源装置30は、スイッチング電源装置10と共通点が多いが、異なるのは、バイアス用コンデンサ22が省略され、トランス20の入力巻線20aが、第一アーム18の中点とバイパスコンデンサ回路24の中点との間に接続されている点である。つまり、スイッチング電源装置30の場合、入力巻線20aの一端をVi/2の電位にバイアスする動作は、バイアス用コンデンサ22の代わりにバイパスコンデンサ回路24が行う。その他の部分の構成は、スイッチング電源装置10と同様である。
【0009】
なお、スイッチング電源装置30は非共振型のコンバータであるが、トランス20の入力巻線20aと直列の位置に電流共振用コンデンサ(図示せず)を挿入することによって、電流共振型のコンバータに変化させることができる。例えば、特許文献2に開示されている電力変換装置は、電流共振型ハーフブリッジ方式のコンバータであり、入力巻線N1と直列の位置に電流共振用コンデンサCrを設けられている。また、入力電源Edと並列に設けられたコンデンサCdc1,Cdc2の直列回路が、バイパスコンデンサ回路に該当する。
【0010】
図6に示すスイッチング電源装置32は、フルブリッジ方式のコンバータの一例である。スイッチング電源装置32は、入力ライン14とグランドライン16との間に、2つのスイッチング素子18a,18bの直列回路で成る第一アーム18と、2つのスイッチング素子34a,34bの直列回路で成る第二アーム34とが接続されている。トランス20の入力巻線20aは、第一アーム18の中点と第二アーム34の中点との間に接続されている。
(【0011】以降は省略されています)

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