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公開番号2024067828
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-17
出願番号2022178185
出願日2022-11-07
発明の名称スイッチング電源回路
出願人個人
代理人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20240510BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】小型で高効率、低ノイズを実現する絶縁型スイッチング電源回路を提供する。
【解決手段】スイッチング電源回路S100は、NPターンで巻かれた一次巻き線とNSターンで巻かれた二次巻き線を有するトランスT1と、一次側ハーフブリッジを構成する駆動スイッチQ1と、アクティブクランプスイッチQ2と、トランスの放電エネルギーを充電する昇圧コンデンサCBULK1と、直列的に接続される整流ダイオードD1と、整流ダイオードD2と、タンクコンデンサCT1と、出力コンデンサCOUT1と、を有する。駆動スイッチQ1又はアクティブクランプスイッチQ2がオンの時の二次側巻き線電圧をタンクコンデンサCT1に保持させ、駆動スイッチQ1またはアクティブクランプスイッチQ2がオフの時の二次巻き線電圧をタンクコンデンサCT1に保持した電圧に重畳することで出力電圧VOUT=昇圧電圧VBULK×NS/NPとなるようにした。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
一次巻き線と二次巻き線を有する変圧器と
前記変圧器を駆動するドライバスイッチと
前記ドライバスイッチがオフになった際の一次側スイッチノードをクランプするアクティブクランプスイッチと
クランプエネルギーを放電するバルクコンデンサと
第一の整流器と第二の整流器とタンクコンデンサと出力コンデンサと
出力電圧に応じたフィードバック信号を出力するフィードバック回路と
前記フィードバック信号に応じて前記ドライバスイッチと前記アクティブクランプスイッチを制御する制御回路を有し、
一次側スイッチノードは前記バルクコンデンサの正極または負極に前記ドライバスイッチまたは前記アクティブクランプスイッチを介してクランプされ、
二次側スイッチノードは前記出力コンデンサの正極または負極に前記第一の整流器または前記第二の整流器を介してクランプされ、
出力電圧が、前記バルクコンデンサ電圧の前記一次巻き線の巻き数と前記二次巻き線の巻き数の比に応じた電圧となる
ことを特徴としたスイッチング電源回路。
続きを表示(約 550 文字)【請求項2】
請求項1に記載のタンクコンデンサは
第一のタンクコンデンサと第二のタンクコンデンサで構成され、
前記第一のタンクコンデンサと第二のタンクコンデンサは前記第一の整流器と前記第二の整流器にそれぞれ並列的に接続される
ことを特徴とした請求項1に記載のスイッチング電源回路。
【請求項3】
前記制御回路は
前記アクティブクランプスイッチは前記ドライブスイッチがZVSするために十分なエネルギーを前記トランスに蓄えるまでオンするように制御する
ことを特徴とした請求項1乃至2に記載のスイッチング電源回路。
【請求項4】
前記フィードバック回路は前記出力電圧に応じた電圧を有する前記バルクコンデンサの電圧を監視し制御回路に伝達する
ことを特徴とした請求項1乃至3に記載のスイッチング電源回路。
【請求項5】
前記第一の整流器と前記第二の整流器はそれぞれトランジスタである
ことを特徴とした請求項1乃至4に記載のスイッチング電源回路。
【請求項6】
前記スイッチング電源回路は力率改善の機能を有する
ことを特徴とした請求項1乃至5に記載のスイッチング電源回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明はアクティブクランプ方式のスイッチング電源回路に関する。
続きを表示(約 1,300 文字)【背景技術】
【0002】
典型的なフライバックコンバータには漏れインダクタに蓄積されたエネルギーをRCDスナバで消散するように設計されており、この損失はスイッチング周波数に比例して増大するため、高周波化による小型化の妨げとなっている。また、漏れインダクタによる高周波のスイッチノードのリンギングはノイズの原因となり入力フィルタの小型化の妨げにもなっている。
【0003】
これらの問題を解決するため、アクティブクランプフライバックによるスイッチング電源回路が提案されている(例えば特許文献1,あるいは非特許文献1などを参照)。
【0004】
アクティブクランプフライバックはアクティブクランプスイッチにより、漏れインダクタに蓄積されたエネルギーをクランプ容量に充電し、二次側への電力転送時に放電することで漏れインダクタに蓄積されたエネルギーを消散しないことが一つの特徴である。これにより、漏れインダクタのスイッチング周波数に比例する損失を低減し高周波化することが可能となる。
【0005】
また、スイッチノードはクランプ容量にクランプされるため、リンギングが発生せず、ノイズが低減される効果もある。
【0006】
さらに制御ICの発展によりアクティブクランプスイッチの制御を最適化することで励磁インダクタの逆流電流によるZVS(Zero Voltage Switching)を実現できるようになり、スイッチングに伴う損失とノイズを大幅に低減できるようになった。
【0007】
これらの効果によりトランスの小型化、フィルタの小型化を実現することで小型で高効率、低ノイズのスイッチング電源を構成することが可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながらアクティブクランプフライバックにおいても二次側スイッチングノードは典型的なフライバックコンバータと同一の構成であるため、スイッチノードのリンギングが発生する。
【0009】
図1に典型的なアクティブクランプフライバックの回路図の例を示す。
【0010】
交流電源VACACFから入力される交流電圧をブリッジダイオードBDACFを用いて変換された直流電圧である入力電圧VINACFから、トランスを介して絶縁された2次側へ出力電圧VOUTACFを出力する。制御回路U2ACFは絶縁されたフィードバック信号を制御回路U1ACFへ出力し、フィードバック信号に基づき制御回路U1ACFが駆動スイッチQ1ACF,アクティブクランプスイッチQ2ACFを相補的に動作させることで出力電圧VOUTACFを所望の電圧になるように制御する。入力コンデンサCINACFは入力電圧を保持するためのものである。トランスT1ACFは後述の説明のため理想トランスTrACF、励磁インダクタLmACF、漏れインダクタLrACFで構成されるモデルで表現している。また、一次巻き線:二次巻き線比はNP:NSとする。
(【0011】以降は省略されています)

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