スイッチング電源のスナバ回路

質問

フライバックコンバータのスナバ回路の役割を教えてください。

一般にFETドレイン端子にダイオードと、RとCの並列回路を直列接続しますが、
高電圧がFETに印加しないようにするだけなら、ダイオードのみで十分だと思います。

(1)CとRは何のためにあるのか

(2)FETに高電圧印加を防ぐことを目的とする場合には、CとRなしでダイオードのみで十分なのか

よろしくお願いします。

回答No.4

bogen555

フライバックコンバータの設計手法についてはわかりやすいのがロームのサイトにありました。
「AC/DC PWM方式フライバックコンバータ設計手法」
http://micro.rohm.com/jp/techweb/knowledge/acdc/acdc_pwm/acdc_pwm01/678
ただし、フライバックコンバータで最大デューティ比が50%とゆうのは小さすぎるから、60%～70%位で再設計した方が、フライバック電圧を小さくできます。
フライバック電圧｛＝出力電圧×（1次巻回数÷2次巻回数）｝の決定からトランス設計は始めてます。
何度もゆうように、スナバのRCがないとフライバック電圧はVFになって、フライバックコンバータとしては動作しません。
そのなかにRCDスナバの計算方法も載ってます。
http://micro.rohm.com/jp/techweb/knowledge/acdc/acdc_pwm/acdc_pwm01/1311
クランプ電圧とクランプリプル電圧の決定から計算してますが、サンドイッチ巻きでリーク（漏洩）インダクタンスの見積もりが励磁インダクタンスの10%とゆうのは大きすぎるんじゃないでしょうか？
また、トランス設計が終わったのに実測データがないのはン？ですね。

回答No.3

bogen555

トランスを使用する絶縁型スイッチング電源の常識として、トランスとインダクタ（コイル）は違うとゆうことを理解する必要があります。
トランスのインダクタンス（インダクタとは呼びません！！！）には、漏洩インダクタンスと励磁インダクタンスの2種類があります。
フライバックコンバータの場合、励磁インダクタンスに蓄えられたエネルギーは出力に供給され、漏洩インダクタンスに蓄えられたエネルギーはサージ電圧を発生し、対策しないとスイッチング素子の耐圧を超えて、スイッチング素子をブレークダウンさせます。
そのために、RCDスナバのようなクランプ型スナバを使用するわけです。
スイッチング電源の常識ですが、スナバにはRCスナバのようなダンパ型スナバと、質問のRCDスナバのようなクランプ型スナバがあります。
その他に、無損失スナバがありますが、初心者には難しいので、紹介した教科書や設計の実務書で勉強して下さい。

特定の電圧でクランプするクランプ型スナバにRCDスナバを使用すると、過負荷の場合には蓄積エネルギーが増加してクランプ電圧が高くなります。それが問題になる時には、クランプ電圧をほぼ一定に保つためツェナーダイオードと高速ダイオードを使用します。
一般には、こんなパワークランパ（ツェナーダイオード＋高速ダイオードの複合部品）を使用します。
http://www.shindengen.co.jp/product/semi/datasheet/U180_ST02D-200.pdf

ダイオードだけの場合には、ファラデーの電磁誘導の法則から簡単に理解できるように持続時間が長くなるのは当然ですが、その前に、2次側巻き線の出力電圧が低すぎて、フライバックコンバータとして動作しません。

回答No.2

tadys

＞(1)CとRは何のためにあるのか
Rの理由は（２）の答えと関係しますが、インダクタに蓄えられているエネルギーを消費させるためです。
Cが無いとRに直流電圧が加わるためにRで電力が消費されてコンバータの効率が低下します。

＞(2)FETに高電圧印加を防ぐことを目的とする場合には、CとRなしでダイオードのみで十分なのか
インダクタには0.5×L×i^2のエネルギーが蓄えられます。
FETがオフするときにはこのエネルギーがサージとして解放されます。
この時に発生するサージ電圧とサージ電流によりエネルギーが発生し、その値はインダクタに蓄えられているエネルギーに等しくなります。
つまり、0.5×L×i^2＝∫V(t)×i(t)・dt です。
この式から、サージの持続時間を短くするためにはV(t)×i(t)を大きくする必要が有ることが分かります。
サージ開始時の i(t=0) はインダクタに流れている電流に等しいので、持続時間を短くするためにはV(t)を大きくする必要が有ります。
ダイオードだけの場合にはV(t)=Vfなので持続時間が長くなります。
Rを入れるとV(t)=R×i(t) となり、Rでサージ電圧をコントロールすることで持続時間をコントロールできます。

回答No.1

bogen555

フライバックコンバータのスナバ回路の役割は、漏洩インダクタンスに蓄えられた磁気エネルギーを消費させて、ドレイン電圧が規定の値よりも大きくならないようにするためです。
ダイオードのみで十分だと思う根拠を示さないとダメでしょう。
トランスの動作を理解していますか？
ダイオードに電流が流れている期間は、2次側出力がでている期間ですよ。
ダイオードの順方向電圧をVFとすると、トランスの動作原理から、1次側電圧はVFになっているから2次側出力電圧はVF÷（巻き線比）とものすごく小さくなり、希望の出力電圧は得られません。
従って、答えは自ずから明らかなように、
(1)CとRは、ドレイン電圧を規定値以下になるようにしてMOSFETを耐圧破壊から守り、2次側出力電圧を得るため。
(2)ダイオードのみではフライバックコンバータとして動作しない。
とゆうことです。
CとRの計算法は、スイッチング電源の実務書を見れば書いてありますが、CRの時定数はスイッチング周期の10倍以上、Rは漏洩インダクタンスに蓄えられた磁気エネルギーによるサージ電圧が、規定のドレイン電圧最大値以下になるようにします。
スイッチング電源の専門知識が無くても、電気回路の基礎を学んだ人なら簡単に計算できるからやってみて下さい。
実務書として薦められるのは、これです。
http://www.amazon.co.jp/dp/0071482725
前回紹介した教科書と合わせて読めば、スイッチング電源については充分です。