CN103208936A - 交流电源装置 - Google Patents

交流电源装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103208936A
CN103208936A CN2012104951810A CN201210495181A CN103208936A CN 103208936 A CN103208936 A CN 103208936A CN 2012104951810 A CN2012104951810 A CN 2012104951810A CN 201210495181 A CN201210495181 A CN 201210495181A CN 103208936 A CN103208936 A CN 103208936A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mentioned
switch element
power supply
circuit
supply apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012104951810A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103208936B (zh
Inventor
细谷达也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of CN103208936A publication Critical patent/CN103208936A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103208936B publication Critical patent/CN103208936B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/538—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a push-pull configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4815—Resonant converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明提供一种能够效率良好地从直流电压得到交流电压，并且实现小型化的交流电源装置。与连接了直流电压电源Vin的输入端子Pi(+)串联连接的开关元件Q1、Q2具有体二极管D1、D2。按照电气等效的方式，将容性负载Co、电容器Cr、以及电感器Lr与开关元件Q2串联连接。开关元件Q1接通后，到体二极管D2断开为止，对电容器Cr充电。将开关元件Q2接通后、到体二极管D2断开为止将所充电的电容器Cr放电，周期性重复该动作。通过在电容器Cr充放电时流过的电流使容性负载Co的电压反转，调整开关元件Q1、Q2的接通期间和断开期间，由此向容性负载Co提供希望的交流电压。

Description

交流电源装置
技术领域
本发明涉及对负载提供交流电压的交流电源装置。
背景技术
例如，在电子照片方式的图像形成装置等中，需要对感光体单元的显影器和放电器提供交流高电压的电源装置。在专利文献1、2中，公开了一种产生交流高电压的高压电源装置。专利文献1记载的高压电源装置具备放大电路，从该放大电路的输出中截断直流成分而仅传送交流成分，由整流电路对由变压器升压后的交流电压进行半波整流。此外，在专利文献2中，具备LC串联谐振电路以及开关电路，通过开关电路的切换，在LC串联谐振电路的电感器中蓄积能量，并对该蓄积的能量进行再生，控制输出电压。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2001-186761号公报
专利文献2：JP特开平6-197542号公报
近年来，交流电源电路期望小型化，并进一步期望高效率化。但是，如专利文献1所记载的，在具备晶体管的放大电路中，晶体管中的电力损失较大。相对于此，专利文献2中记载的电源装置能够比专利文献1更加减少电力损失，但是作为用于产生交流电压的正负电压的电源，具有2个电容器，这就成为电路小型化的障碍。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种能够效率更好地从直流电压得到交流电压并且能够实现小型化的交流电源装置。
本发明是一种向容性负载提供交流电压的交流电源装置，其特征在于，具备：输入端子，其连接直流电源；第一开关电路，其将第一开关元件以及第一整流元件并联连接；第二开关电路，其与上述第一开关电路串联连接，并且将第二开关元件以及第二整流元件并联连接；变压器，其具有初级绕组以及次级绕组；谐振电感器以及谐振电容器，其与上述初级绕组串联连接；控制部件，其重复第一控制以及第二控制，在该第一控制中，将上述第一开关元件在第一期间接通后在第二期间断开，在该第二控制中，将上述第二开关元件在第三期间接通后在第四期间断开；上述谐振电感器、上述谐振电容器、以及上述容性负载构成谐振电路，该谐振电路成为电流比电压延迟变化的感性阻抗，上述控制部件在上述第一期间将上述第一开关元件接通，在上述第一开关元件中流过电流来对上述谐振电容器充电，在上述第二期间将上述第一开关元件断开，在上述第一整流元件中流过电流来对上述谐振电容器进行充电，电流成为0A后不再流过从而充电期间就结束，上述充电期间的电流流过上述初级绕组，在上述次级绕组中流过感应负载，在上述容性负载中流过电流并施加电压，在上述第三期间将上述第二开关元件接通，在上述第二开关元件中流过电流来对上述谐振电容器进行放电，在上述第四期间将上述第二开关元件断开，在上述第二整流元件中流过电流来对上述谐振电容器进行放电，电流成为0A后不再不流过从而放电期间结束，上述放电期间的电流流过上述初级绕组，在上述次级绕组中流过感应负载，在上述容性负载中流过方向与上述充电期间相反的电流以施加相反方向的电压，对上述第一期间和上述第三期间进行控制来控制上述交流电压的绝对值，对上述第二期间和上述第四期间进行控制来控制上述交流电压的频率。
上述交流电源装置也可以构成为，具备直流电压源，该直流电压源对上述容性负载提供偏置电压。
上述交流电源装置也可以构成为，具备次级侧开关，该次级侧开关对上述容性负载和接地的路径进行连接或切断。
上述交流电源装置也可以构成为，具备电源用电容器，该电源用电容器与上述输入端子的两端连接。
上述初级绕组、上述谐振电感器、以及上述谐振电容器的LC串联电路也可以构成为，与上述第一开关电路或上述第二开关电路的两端连接。
上述交流电源装置也可以构成为，具备两个分流用谐振电容器的串联电路，该两个分流用谐振电容器的串联电路相对于上述第一开关电路以及上述第二开关电路的串联电路并联连接，上述初级绕组、上述谐振电感器、以及上述谐振电容器的LC串联电路与上述第一开关电路及上述第二开关电路的连接中点、上述两个分流用谐振电容器的连接中点连接。
上述交流电源装置也可以构成为，具备：第三开关电路，其将第三开关元件以及第三整流元件并联连接；以及第四开关电路，其将第四开关元件以及第四整流元件并联连接；上述第三开关电路以及上述第四开关电路的串联电路相对于上述第一开关电路以及上述第二开关电路的串联电路并联连接，上述初级绕组、上述谐振电感器、以及上述谐振电容器的LC串联电路与上述第一开关电路及上述第二开关电路的连接中点、和上述第三开关电路及上述第四开关电路的连接中点连接。
上述LC串联电路也可以构成为，在一端以及另一端分别具有上述谐振电容器。
也可以构成为，取代上述变压器，将2个上述谐振电容器与上述容性负载串联地连接，由上述谐振电容器进行电绝缘，在上述容性负载中流过电流以施加电压。
由上述谐振电感器、上述第一开关元件、上述第二整流元件、以及上述谐振电容器在上述第一期间和上述第二期间构成降压型转换器，由上述谐振电感器、上述第二开关元件、上述第一整流元件、以及上述谐振电容器在上述第三期间和上述第四期间构成升压型转换器。
也可以构成为，上述第一开关电路的一端经由上述初级绕组以及谐振电感器与上述输入端子的一端连接，上述第一开关电路的另一端以及上述输入端子的另一端相连接，相对于上述第一开关电路以及上述第二开关电路的串联电路并联地连接上述谐振电容器，由上述谐振电感器、上述第一开关元件、上述第二整流元件、以及上述谐振电容器在上述第一期间和上述第二期间构成升压型转换器，由上述谐振电感器、上述第二开关元件、上述第一整流元件、以及上述谐振电容器在上述第三期间和上述第四期间构成降压型转换器。
也可以构成为，上述第一开关电路和上述第二开关电路形成的串联电路，其一端经由上述谐振电容器与上述输入端子的一端连接，另一端与上述输入端子的另一端连接，在上述第一开关电路及上述第二开关电路的中点、和上述输入端子的一端之间连接上述初级绕组以及上述谐振电感器，由上述谐振电感器、上述第一开关元件、上述第二整流元件、以及上述谐振电容器在上述第一期间和上述第二期间构成升降压型转换器，由上述谐振电感器、上述第二开关元件、上述第一整流元件、以及上述谐振电容器在上述第三期间和上述第四期间构成升降压型转换器。
发明效果
根据本发明，能够从一个直流电压电源高效率地得到交流电压，并进一步地实现小型化。
附图说明
图1是实施方式1涉及的交流电源装置的电路图。
图2是表示开关元件的接通断开的定时和交流电压Vo之间的关系的图。
图3是实施方式2涉及的交流电源装置的电路图。
图4是表示开关元件的接通断开的定时和交流输出电压Vo之间的关系的图。
图5是实施方式3涉及的交流电源装置的电路图。
图6是实施方式4涉及的交流电源装置的电路图。
图7是实施方式5涉及的交流电源装置的电路图。
图8是实施方式6涉及的交流电源装置的电路图。
图9是实施方式7涉及的交流电源装置的电路图。
图10是实施方式8涉及的交流电源装置的电路图。
图11是实施方式9涉及的交流电源装置的电路图。
图12是实施方式10涉及的交流电源装置的电路图。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是实施方式1涉及的交流电源装置的电路图。本实施方式涉及的交流电源装置1具备变压器T，该变压器T具有初级绕组np以及次级绕组ns，该交流电源装置1将输入的直流电压转换为交流电压并输出。交流电源装置1具备输入直流输入电源Vin的一组输入端子Pi(+)、Pi(-)。输入端子Pi(+)是高电位侧，输入端子Pi(-)是低电位侧。
交流电源装置1在初级侧具备开关元件Q1、Q2。开关元件(第一开关电路)Q1是具有体二极管(第一整流元件)D1的n型MOS-FET(第一开关元件)。开关元件(第二开关电路)Q2是具有体二极管(第二整流元件)D2的p型MOS-FET(第二开关元件)。开关元件Q1、Q2各自的栅极与控制电路(控制部件)20连接。该控制电路20对开关元件Q1、Q2施加脉冲状的驱动电压来进行开关控制。此外，控制电路20对次级侧的输出电压即交流电源装置1的输出交流电压值进行反馈，按照应得到的输出交流电压的周期或者绝对值，来进行开关元件Q1、Q2的切换控制。
开关元件Q1的漏极与开关元件Q2的漏极连接，源极与输入端子Pi(-)连接。并且，开关元件Q2的源极与输入端子Pi(+)连接。
将变压器T的初级绕组np、电感器Lr、电容器Cr串联连接起来，该串联电路的一端与输入端子Pi(+)(或输入端子Pi(-))连接，另一端与开关元件Q1的漏极和开关元件Q2的漏极的交点连接。初级绕组np、电感器Lr、电容器Cr，等效地包括容性负载(电容器)Co也在内，构成LC串联电路。容性负载(电容器)Co与变压器T的次级绕组ns并联连接。
以下，说明具有上述电路构成的交流电源装置1的动作。以下，在开关元件Q1中，将从漏极向源极流动的电流作为id1，将栅极-源极间的电压作为Vgs1，将漏极-源极的电压作为Vds1。此外，在开关元件Q2中，将从源极向漏极流动的电流作为id2，将栅极-源极间的电压作为Vgs2，将漏极-源极的电压作为Vds2。此外，将容性负载(电容器)Co的电压即交流电源装置1的输出交流电压作为Vo。控制电路20对交流电压Vo进行反馈，分别间隔少许死区(dead time)地依次使开关元件Q1、Q2交替接通、断开。在死区期间，通过将输出电压作为正电压或负电压来保持电压，从而交流电源装置1生成方形波交流电压。
图2是表示开关元件Q1、Q2的接通断开的定时和交流电压Vo之间的关系的图。以下，按图2所示的state1～6的每一个进行说明。以下说明的state1～3是本发明涉及的第一控制，state1相当于本发明涉及的第一期间，state2、3相当于本发明涉及的第二期间。此外，state4～6是本发明涉及的第二控制，state4相当于本发明涉及的第三期间，state5、6相当于本发明涉及第四期间。各开关元件Q1、Q2由控制电路20进行切换控制。
(state1：时间t0～t1)
如果施加电压Vgs1，开启(turn on)开关元件Q1，则开关元件Q1导通，电压Vds1成为“0”，电流id1流过。此时，由电感器Lr、电容器Cr、变压器T、以及容性负载(电容器)Co形成谐振电路。该谐振电路成为相比于电压的变化而言电流延迟变化的感性阻抗。电流id1蓄积在电感器Lr中，并且在变压器T的初级绕组中流过。在次级绕组中流过感应负载，在容性负载(电容器)Co中流过电流，输出交流电压Vo。并且，如果断开(turn off)开关元件Q1，则电流id1成为“0”。
(state2：时间t1～t2)
在刚刚断开开关元件Q1之后，由于蓄积在电感器Lr中的能量，在开关元件Q2的体二极管D2中流过电流。此时流过的电流是与在state1中流过的电流相同的电流id1，该电流id1在变压器T的初级绕组中流过。在次级绕组中流过感应负载，在容性负载(电容器)Co中流过电流，输出电压Vo。另外，电流id2的波形与电流id1的波形极性相反。此时，对电容器Cr充电。如果在二极管D2中没有电流流过，则二极管D2成为非导通，结束向电容器Cr的充电。此外，还结束向次级侧的容性负载(电容器)Co的电流提供。
(state3：时间t2～t3)
开关元件Q1、Q2断开期间，在初级侧没有电流流过。在次级侧，由容性负载(电容器)Co和次级绕组ns形成次级侧谐振电路。由于次级绕组ns的电感足够大，次级侧谐振电路的谐振频率足够低，所以输出电压的变动较小，交流输出电压Vo大致保持固定。
(state4：时间t3～t4)
如果施加电压Vgs2，开启开关元件Q2，则开关元件Q2导通，电压Vds2成为“0”。此时，由电感器Lr、电容器Cr、变压器T、以及容性负载(电容器)Co形成谐振电路。在该形成的电路中，在state2中对电容器Cr充电的电压被放电，流过电流id2。电流id2蓄积在电感器Lr中，并且在变压器T的初级绕组中流过。在次级绕组中流过感应负载，在容性负载(电容器)Co中流过电流，输出交流输出电压Vo。此时的交流输出电压Vo的极性与state1的情况相反。并且，如果断开开关元件Q2，则电流id2成为“0”。
(state5：时间t4～t5)
在刚刚断开开关元件Q2之后，由于蓄积在电感器Lr中的能量，开关元件Q1的体二极管D1导通，对电容器Cr进行放电。该电流id1在直流输入电源Vin中流过并再生。此外，此时流动的电流id1在变压器T的初级绕组中流过。在次级绕组中流过感应负载，在容性负载(电容器)Co中流过电流，输出交流输出电压Vo。另外，电流id1的波形与电流id2的波形极性相反。如果在二极管D1中没有电流流过，则二极管D1成为非导通，电容器Cr的放电结束。此外，还结束向次级侧的容性负载(电容器)Co的电流提供。
(state6：时间t5～t0)
开关元件Q1、Q2断开期间，在初级侧中没有电流流过。在次级侧，由容性负载(电容器)Co和次级绕组ns形成次级侧谐振电路。由于次级绕组ns的电感足够大，次级侧谐振电路的谐振频率足够低，所以输出电压的变动较小，交流输出电压Vo大致保持固定。
另外，各state1～6的期间可以适当变更。例如，在想要控制交流输出电压Vo的绝对值的情况下，控制电路20对开关元件Q1、Q2的接通期间、即state1、4的期间进行调整。此外，控制电路20在想要控制交流输出电压Vo的频率的情况下，对开关元件Q1、Q2之间的死区、即state3、6的期间进行调整。
如以上，本实施方式涉及的交流电源装置1由于能够从一个交流输入电源Vin输出交流输出电压Vo，所以不需要产生正电压以及负电压的电源。此外，在输出交流电压时，由于是在饱和区域中使用交流电源装置1的开关元件Q1、Q2的构成，所以与在有源区域中对开关元件Q1、Q2进行开关使用的构成对比，能够降低开关元件Q1、Q2的电力损失。
此外，即使在交流输出电压Vo的频率较低的情况下，由于在变压器T中流过的电流的频率分量比交流输出电压Vo的频率高，所以能够防止变压器T的磁饱和。其结果是，由于能够使变压器T等的磁性部件小型化，所以能够实现交流电源装置1的小型化。
另外，在本实施方式涉及的交流电源装置1中，将交流输入电源Vin作为输入、将电容器Cr作为输出的降压型转换器由电感器Lr、开关元件Q1、体二极管D2、以及电容器Cr构成，将开关元件Q1接通、断开后对电容器Cr充电。此外，将电容器Cr的电压作为输入、将直流输入电源Vin作为输出的升压型转换器由电感器Lr、开关元件Q2、体二极管D1、电容器Cr构成，将开关元件Q2接通、断开后对电容器Cr进行放电。
(实施方式2)
以下，针对本发明涉及的交流电源装置的实施方式2，以与实施方式1的不同点为中心来说明。图3是实施方式2涉及的交流电源装置的电路图。
在本实施方式中，开关元件Q2是n型MOS-FET。本实施方式涉及的开关元件Q2的漏极与输入端子Pi(+)连接，源极与开关元件Q1的漏极连接。此外，电容器Cr连接在电感器Lr和输入端子Pi(+)之间。这里，在开关元件Q2中，将从漏极向源极流动的电流作为id2。交流电源装置2中的变压器T的初级侧的其他电路结构与实施方式1相同。
通过将开关元件Q2设为n型MOS-FET，能够减小开关元件Q2中的漏极-源极间的接通电阻，其结果是，能够实现高效率化。此外，通过将电容器Cr的位置变更为与实施方式1不同，从而电容器Cr、变压器T相对于接地的电位变化不同，由此期望改善EMI(Electro MagneticInterference：电磁干扰)。
此外，交流电源装置2具备电容器Cb、电阻Rb、以及直流电压源Va。容性负载(电容器)Co与变压器T的次级绕组ns的一端以及接地连接。电容器Cb与变压器T的次级绕组ns的另一端以及接地连接。电阻Rb以及直流电压源Va串联连接，并与变压器T的次级绕组ns的另一端以及接地连接。次级侧的直流电压源Va对交流输出电压Vo的基准电压提供偏置电压。
图4是表示开关元件Q1、Q2的接通断开的定时和交流输出电压Vo之间的关系的图。本实施方式涉及的交流电源装置2的动作由于与实施方式1相同，所以省略说明。在本实施方式中，如图4所示，通过直流电压源Va从而将偏置电压提供给交流输出电压Vo的基准电极，所以与实施方式1的图2所示的交流输出电压Vo的波形对比，成为叠加了来自直流电压源Va的电压量的波形。
如以上，由于本实施方式涉及的交流电源装置2能够从一个直流输入电源Vin输出交流输出电压Vo，所以不需要产生正电压以及负电压的电源。此外，在输出交流电压时，由于是在饱和区域中使用交流电源装置2的开关元件Q1、Q2的构成，所以与在有源区域中进行开关使用的构成对比，能够降低开关元件Q1、Q2中的电力损失。
此外，即使在交流输出电压Vo的频率较低的情况下，由于在变压器T中流过的电流比交流输出电压Vo的频率高，所以能够防止变压器T的磁饱和。其结果是，由于能够使变压器T等磁性部件小型化，所以能够实现交流电源装置2的小型化。
另外，在本实施方式中，通过将开关元件Q1、Q2双方作为n型MOS-FET，能够减小漏极-源极之间的接通电阻值，能够效率更好地输出交流输出电压Vo。进一步地，由于通过直流电压源Va将偏置电压提供给交流输出电压Vo的基准电压，所以在需要偏置的设备中也能够使用交流电源装置2。
(实施方式3)
以下，针对本发明涉及的交流电源装置的实施方式3，以与实施方式1、2的不同点为中心来说明。图5是实施方式3涉及的交流电源装置的电路图。另外，以下的附图中，省略开关元件Q1、Q2所具有的二极管。
在本实施方式涉及的交流电源装置3中，变压器T的初级侧的电路构成与实施方式2相同。交流电源装置3在变压器T的次级侧具备连接在容性负载(电容器)Co和接地之间的开关元件(次级侧开关)Sc。开关元件Sc与容性负载(电容器)Co串联连接。由控制电路20对开关元件Sc进行接通断开控制，在开关元件Q1、Q2的接通断开的切换时(图2中的state3、6)将开关元件Sc断开。由此，能够防止蓄积在容性负载(电容器)Co中的电荷在死区期间中从变压器T的次级绕组ns放电，能够效率更好地得到交流输出电压Vo。
(实施方式4)
以下，针对本发明涉及的交流电源装置的实施方式4，以与实施方式1、2的不同点为中心来说明。图6是实施方式4涉及的交流电源装置的电路图。在本实施方式涉及的交流电源装置4中，变压器T的次级侧的电路构成与实施方式2相同。
在交流电源装置4的初级侧，开关元件Q2的漏极与输入端子Pi(+)连接，源极与开关元件Q1的漏极连接。开关元件Q1的源极与输入端子Pi(-)连接。此外，交流电源装置4在变压器T的初级侧具备电解电容器(电源用电容器)C1。该电解电容器C1与输入端子Pi(+)以及输入端子Pi(-)连接，并与开关元件Q1、Q2并联连接。
串联连接的电容器Cr以及电感器Lr与开关元件Q2的源极、以及变压器T的初级绕组np的一端连接。初级绕组np的另一端与输入端子Pi(+)侧的电解电容器C1的一端连接。换言之，初级绕组np的另一端与开关元件Q2的漏极连接。
该电路构成的动作与实施方式1、2相同。此外，在直流输入电源Vin的输出阻抗较高的情况下，例如，在图2所示的state5中，虽然电流难以在直流输入电源Vin中流过(难以再生)，但是通过与直流输入电源Vin并联连接的电解电容器C1从而不妨碍电流的再生。其结果是，能够效率更好地输出交流输出电压Vo。
(实施方式5)
以下，针对本发明涉及的交流电源装置的实施方式5，以与上述实施方式的不同点为中心来说明。图7是实施方式5涉及的交流电源装置的电路图。在本实施方式涉及的交流电源装置5中，变压器T的次级侧的电路构成与实施方式1相同。
实施方式5涉及的交流电源装置5除了实施方式3涉及的交流电源装置3的构成，还具备电容器Cr1、Cr2。电容器(第一分流用电容器)Cr1与电感器Lr、变压器T的初级绕组np、以及电容器Cr串联连接，并与开关元件Q2的漏极连接。电容器(第二分流用电容器)Cr2的一端经由电容器Cr1与开关元件Q2的漏极连接，另一端与开关元件Q1的源极连接。
在该电路构成中，在将开关元件Q2接通的情况下，由电容器Cr1、电感器Lr、电容器Cr、变压器T、以及容性负载(电容器)Co形成谐振电路。在该谐振电路中流过的电流由电容器Cr1、Cr2分流。分流的结果是，在电容器Cr、Cr1、Cr2的每一个中流过的电流的损失得到分散，能够减小电容。
(实施方式6)
以下，针对本发明涉及的交流电源装置的实施方式6，以与上述实施方式的不同点为中心来说明。图8是实施方式6涉及的交流电源装置的电路图。在本实施方式涉及的交流电源装置6中，变压器T的次级侧的电路构成与实施方式4相同。此外，交流电源装置6中从输入端子Pi(+)起连接开关元件Q1、Q2的顺序与上述实施方式相反。
交流电源装置6的初级侧与实施方式4相同，具备与开关元件Q1、Q2并联连接的电解电容器C1。此外，取代实施方式1等的交流电源装置所具备的电容器Cr，而具备2个电容器Cr1、Cr2。该2个电容器(连接用电容器)Cr1、Cr2与电感器Lr以及初级绕组np串联连接。并且，电容器Cr1与开关元件Q1的源极连接，电容器Cr2与开关元件Q2的源极连接。
在该电路构成中，具备2个电容器Cr1、Cr2，由该电容器Cr1、Cr2将电感器Lr以及变压器T的初级绕组np与开关元件Q1等连接，由此变压器T以及电感器Lr与直流输入电源Vin侧被电绝缘。由此，能够使变压器T的绝缘构造简单。
(实施方式7)
以下，针对本发明涉及的交流电源装置的实施方式7，以与上述实施方式的不同点为中心来说明。图9是实施方式7涉及的交流电源装置的电路图。
本实施方式涉及的交流电源装置7不具备变压器T，而由电容器Cr1、Cr2将在实施方式6中说明的变压器T的初级侧电路以及次级侧电路连接起来。由此，不需要变压器T，能够实现交流电源装置7的小型化。
(实施方式8)
以下，针对本发明涉及的交流电源装置的实施方式8，以与上述实施方式的不同点为中心来说明。图10是实施方式8涉及的交流电源装置的电路图。本实施方式涉及的交流电源装置8的次级侧的电路构成与实施方式4、6等相同。
本实施方式涉及的交流电源装置8具备4个开关元件Q1、Q2、Q3、Q4。开关元件(第三开关电路)Q3具备n型-FET(第三开关元件)以及整流元件(第三整流元件)D3。开关元件(第四开关电路)Q4具备n型-FET(第四开关元件)以及整流元件(第四整流元件)D4。开关元件Q3、Q4与开关元件Q1、Q2相同地，使二极管D3、D4的正方向一致，并与输入端子Pi(+)串联连接。进一步地，开关元件Q3、Q4与开关元件Q1、Q2并联连接。另外，由进行开关元件Q1、Q2的切换控制的控制电路20(图10中未图示)来对各开关元件Q3、Q4进行切换控制。初级侧的电路构成所谓的全桥电路。
电容器Cr、电感器Lr、以及初级绕组np串联连接，一端与开关元件Q2的源极连接，另一端与开关元件Q4的源极连接。在该构成的情况下，控制电路20使开关元件Q4与开关元件Q1同步地接通断开，使开关元件Q3与开关元件Q2同步地接通断开。由此，输出交流输出电压Vo。这样，通过使用2个开关元件，能够降低各开关元件所需的耐压，通过使用接通电阻较小的元件，从而能够实现高效率的交流电压的供给。
(实施方式9)
以下，针对本发明涉及的交流电源装置的实施方式9，以与上述实施方式的不同点为中心来说明。图11是实施方式9涉及的交流电源装置的电路图。本实施方式涉及的交流电源装置9的次级侧的电路构成与实施方式4、6等相同。
在交流电源装置9的变压器T的初级侧，电感器Lr以及变压器T的初级绕组np串联连接，一端与输入端子Pi(+)连接，另一端与开关元件Q1的漏极连接。开关元件Q1的漏极与开关元件Q2的源极也连接，源极与输入端子Pi(+)连接。开关元件Q2的漏极经由电容器Cr与输入端子Pi(+)连接。
在该电路中，与上述实施方式相同地，将直流输入电源Vin作为输入，将开关元件Q1接通后在电感器Lr中蓄积能量。在刚刚断开开关元件Q1之后，开关元件Q2的体二极管D2导通，对电容器Cr充电。此时，由于将直流输入电源Vin和蓄积了能量的电感器Lr作为输入来对电容器Cr充电，所以电容器Cr的电压比直流输入电源Vin更高。此外，如果开启开关元件Q2，则电容器Cr放电。
这样，由于能够使电容器Cr的电压比直流输入电源Vin高，所以能够减小电容器Cr的容量值。
另外，在交流电源装置9中，以直流输入电源Vin作为输入、以电容器Cr作为输出的升压型转换器由电感器Lr、开关元件Q1、体二极管D2、电容器Cr构成，将开关元件Q1接通、断开从而对电容器Cr充电。此外，以电容器Cr的电压作为输入、以直流输入电源Vin作为输出的降压型转换器由电感器Lr、开关元件Q2、体二极管D1、电容器Cr构成，将开关元件Q2接通、断开从而对电容器Cr进行放电。
(实施方式10)
以下，针对本发明涉及的交流电源装置的实施方式10，以与上述实施方式的不同点为中心来说明。图12是实施方式10涉及的交流电源装置的电路图。本实施方式涉及的交流电源装置10的次级侧的电路构成与实施方式4、6等相同。
在交流电源装置10的变压器T的初级侧，开关元件Q1的漏极和开关元件Q2的源极连接。开关元件Q1的源极与输入端子Pi(-)连接。开关元件Q2的漏极经由电容器Cr与输入端子Pi(+)连接。此外，电感器Lr以及变压器T的初级绕组np串联连接，并与开关元件Q1的漏极(开关元件Q2的源极)和输入端子Pi(+)连接。
在该电路中，与上述实施方式相同地，将直流输入电源Vin作为输入，将开关元件Q1接通后在电感器Lr中蓄积能量。在刚刚断开开关元件Q1之后，开关元件Q2的体二极管D2导通，对电容器Cr充电。此外，如果将开关元件Q2接通断开，则将电容器Cr放电。在该电路中，能够根据开关元件Q1的接通断开时间来调整电容器Cr的充电容量。即，能够通过对直流输入电源Vin进行升压或降压来对电容器Cr充电。
另外，在交流电源装置10中，以直流输入电源Vin作为输入、以电容器Cr作为输出的升降压型转换器由电感器Lr、开关元件Q1、体二极管D2、电容器Cr构成，将开关元件Q1接通、断开从而对电容器Cr充电。此外，将电容器Cr的电压作为输入、以直流输入电源Vin作为输出的升降压型转换器由电感器Lr、开关元件Q2、体二极管D1、电容器Cr构成，将开关元件Q2接通断开从而将电容器Cr放电。
以上，针对本发明涉及的交流电源装置说明了多个实施方式，但是关于交流电源装置的具体构成等可以适当在设计上进行变更，在上述实施方式中记载的作用以及效果不过是列举了由本发明产生的最适当的作用以及效果，本发明的作用以及效果不限定为上述实施方式记载的事项。
例如，在上述实施方式中说明的电感器Lr可以不是物理上的设置，而利用变压器T的漏电感(1eakage inductance)。此外，各开关元件可以是n型或p型MOS-FET的任一种，也可以不是体二极管而是连接作为其他部件的二极管。
符号说明：
1～10交流电源装置
20控制电路
Q1、Q2、Q3、Q4开关元件
D1、D2、D3、D4二极管
Pi(+)、Pi(-)输入端子
Co容性负载(电容器)
Cr电容器(谐振电容器)
Lr电感器(谐振电感器)
T变压器
np初级绕组
ns次级绕组
Vin直流输入电源

Claims (12)

1.一种向容性负载提供交流电压的交流电源装置，其特征在于，具备：
输入端子，其连接直流电源；
第一开关电路，其将第一开关元件以及第一整流元件并联连接；
第二开关电路，其与上述第一开关电路串联连接，将第二开关元件以及第二整流元件并联连接；
变压器，其具有初级绕组以及次级绕组；
谐振电感器以及谐振电容器，其与上述初级绕组串联连接；以及
控制部件，其重复第一控制以及第二控制，在该第一控制中，将上述第一开关元件在第一期间接通后在第二期间断开，在该第二控制中，将上述第二开关元件在第三期间接通后在第四期间断开，
上述谐振电感器、上述谐振电容器、以及上述容性负载构成谐振电路，该谐振电路成为电流比电压延迟变化的感性阻抗，
上述控制部件，在上述第一期间将上述第一开关元件接通，在上述第一开关元件中流过电流来对上述谐振电容器充电，在上述第二期间将上述第一开关元件断开，在上述第一整流元件中流过电流来对上述谐振电容器进行充电，电流成为0A后不再流过则充电期间结束，上述充电期间的电流流过上述初级绕组，在上述次级绕组中流过感应电流，在上述容性负载中流过电流并施加电压，
上述控制部件，在上述第三期间将上述第二开关元件接通，在上述第二开关元件中流过电流来对上述谐振电容器进行放电，在上述第四期间将上述第二开关元件断开，在上述第二整流元件中流过电流来对上述谐振电容器进行放电，电流成为0A后不再流过则放电期间结束，上述放电期间的电流流过上述初级绕组，在上述次级绕组中流过感应电流，在上述容性负载中流过方向与上述充电期间相反的电流来施加相反方向的电压，
上述控制部件，对上述第一期间和上述第三期间进行控制从而控制上述交流电压的绝对值，对上述第二期间和上述第四期间进行控制从而控制上述交流电压的频率。
2.根据权利要求1所述的交流电源装置，其特征在于，
所述交流电源装置具备直流电压源，该直流电压源对上述容性负载提供偏置电压。
3.根据权利要求1或2所述的交流电源装置，其特征在于，
所述交流电源装置具备次级次级侧开关，该次级次级侧开关对上述容性负载和接地的路径进行连接或切断。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的交流电源装置，其特征在于，
所述交流电源装置具备电源用电容器，该电源用电容器与上述输入端子的两端连接。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的交流电源装置，其特征在于，
上述初级绕组、上述谐振电感器、以及上述谐振电容器的LC串联电路与上述第一开关电路或上述第二开关电路的两端连接。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的交流电源装置，其特征在于，
所述交流电源装置具备两个分流用谐振电容器的串联电路，该两个分流用谐振电容器的串联电路相对于上述第一开关电路以及上述第二开关电路的串联电路并联连接，
上述初级绕组、上述谐振电感器、以及上述谐振电容器的LC串联电路与上述第一开关电路和上述第二开关电路的连接中点、以及上述两个分流用谐振电容器的连接中点连接。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的交流电源装置，其特征在于，
所述交流电源装置具备：
第三开关电路，其将第三开关元件以及第三整流元件并联连接；以及
第四开关电路，其将第四开关元件以及第四整流元件并联连接，
上述第三开关电路以及上述第四开关电路的串联电路相对于上述第一开关电路以及上述第二开关电路的串联电路并联连接，
上述初级绕组、上述谐振电感器、以及上述谐振电容器的LC串联电路与上述第一开关电路及上述第二开关电路的连接中点、以及上述第三开关电路及上述第四开关电路的连接中点连接。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的交流电源装置，其特征在于，
上述LC串联电路在一端以及另一端分别具有上述谐振电容器。
9.根据权利要求1所述的交流电源装置，其特征在于，
取代上述变压器，而将2个上述谐振电容器与上述容性负载串联连接，由上述谐振电容器进行电绝缘，在上述容性负载中流过电流以施加电压。
10.根据权利要求5所述的交流电源装置，其特征在于，
由上述谐振电感器、上述第一开关元件、上述第二整流元件、以及上述谐振电容器在上述第一期间和上述第二期间构成降压型转换器，
由上述谐振电感器、上述第二开关元件、上述第一整流元件、以及上述谐振电容器在上述第三期间和上述第四期间构成升压型转换器。
11.根据权利要求1所述的交流电源装置，其特征在于，
上述第一开关电路的一端经由上述初级绕组以及谐振电感器与上述输入端子的一端连接，
上述第一开关电路的另一端以及上述输入端子的另一端相连接，
相对于上述第一开关电路以及上述第二开关电路的串联电路并联地连接上述谐振电容器，
由上述谐振电感器、上述第一开关元件、上述第二整流元件、以及上述谐振电容器在上述第一期间和上述第二期间构成升压型转换器，
由上述谐振电感器、上述第二开关元件、上述第一整流元件、以及上述谐振电容器在上述第三期间和上述第四期间构成降压型转换器。
12.根据权利要求1所述的交流电源装置，其特征在于，
上述第一开关电路和上述第二开关电路形成的串联电路，其一端经由上述谐振电容器与上述输入端子的一端连接，另一端与上述输入端子的另一端连接，
在上述第一开关电路及上述第二开关电路的中点与上述输入端子的一端之间连接上述初级绕组以及上述谐振电感器，
由上述谐振电感器、上述第一开关元件、上述第二整流元件、以及上述谐振电容器在上述第一期间和上述第二期间构成升降压型转换器，
由上述谐振电感器、上述第二开关元件、上述第一整流元件、以及上述谐振电容器在上述第三期间和上述第四期间构成升降压型转换器。
CN201210495181.0A 2012-01-13 2012-11-28 交流电源装置 Active CN103208936B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-004565 2012-01-13
JP2012004565A JP5505429B2 (ja) 2012-01-13 2012-01-13 交流電源装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103208936A true CN103208936A (zh) 2013-07-17
CN103208936B CN103208936B (zh) 2016-03-23

Family

ID=48756047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210495181.0A Active CN103208936B (zh) 2012-01-13 2012-11-28 交流电源装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8854850B2 (zh)
JP (1) JP5505429B2 (zh)
CN (1) CN103208936B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104734541A (zh) * 2013-12-24 2015-06-24 佳能株式会社 电源装置和图像形成装置
CN106026625A (zh) * 2016-06-26 2016-10-12 安徽朗格暖通设备有限公司 一种电压变换电路及其电流控制电路
CN106160729A (zh) * 2015-03-31 2016-11-23 展讯通信（上海）有限公司 一种新型负电压生成器
CN106787744A (zh) * 2015-11-20 2017-05-31 华为技术有限公司 一种电源转换器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150311805A1 (en) * 2014-04-24 2015-10-29 Ricoh Company, Ltd. Power supply device, image forming apparatus, laser device, laser ignition device, and electronic device
JP6241452B2 (ja) * 2015-06-05 2017-12-06 株式会社豊田中央研究所 絶縁型電力変換装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000209865A (ja) * 1999-01-08 2000-07-28 Fuji Electric Co Ltd 高圧パルス発生装置
JP2001186761A (ja) * 2000-09-11 2001-07-06 Canon Inc 高圧電源装置
US20080101103A1 (en) * 2006-10-25 2008-05-01 Sanken Electric Co., Ltd. Power conversion apparatus and method of controlling the same

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2297455A1 (fr) * 1975-01-10 1976-08-06 Aquitaine Petrole Source de tension continue elevee regulee en courant
JP3228298B2 (ja) * 1991-05-14 2001-11-12 富士ゼロックス株式会社 交流バイアス電源装置
JPH0661074A (ja) 1992-08-04 1994-03-04 Canon Inc 高圧電源装置
JP2000050651A (ja) * 1998-07-28 2000-02-18 Matsushita Electric Works Ltd インバータ装置
JP2007068289A (ja) * 2005-08-30 2007-03-15 Toshiba Denpa Products Kk 定電流電源
JP5164782B2 (ja) 2008-10-16 2013-03-21 日立アプライアンス株式会社 点灯装置
US8705252B2 (en) * 2011-04-15 2014-04-22 Power Integrations, Inc. Off line resonant converter with merged line rectification and power factor correction

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000209865A (ja) * 1999-01-08 2000-07-28 Fuji Electric Co Ltd 高圧パルス発生装置
JP2001186761A (ja) * 2000-09-11 2001-07-06 Canon Inc 高圧電源装置
US20080101103A1 (en) * 2006-10-25 2008-05-01 Sanken Electric Co., Ltd. Power conversion apparatus and method of controlling the same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104734541A (zh) * 2013-12-24 2015-06-24 佳能株式会社 电源装置和图像形成装置
CN104734541B (zh) * 2013-12-24 2017-08-29 佳能株式会社 电源装置和图像形成装置
CN106160729A (zh) * 2015-03-31 2016-11-23 展讯通信（上海）有限公司 一种新型负电压生成器
CN106787744A (zh) * 2015-11-20 2017-05-31 华为技术有限公司 一种电源转换器
CN106787744B (zh) * 2015-11-20 2019-06-11 华为技术有限公司 一种电源转换器
CN106026625A (zh) * 2016-06-26 2016-10-12 安徽朗格暖通设备有限公司 一种电压变换电路及其电流控制电路

Also Published As

Publication number Publication date
US20130182480A1 (en) 2013-07-18
JP5505429B2 (ja) 2014-05-28
US8854850B2 (en) 2014-10-07
JP2013143906A (ja) 2013-07-22
CN103208936B (zh) 2016-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102421163B1 (ko) 양방향 직류-직류 컨버터
US9490694B2 (en) Hybrid resonant bridgeless AC-DC power factor correction converter
CN101197540B (zh) 一种直流变换器
CN103208936B (zh) 交流电源装置
EP2670038A1 (en) Switching power supply device
CN103918170A (zh) 开关式电源装置
US10211734B1 (en) Bidirectional DC-DC converter
CN103339843A (zh) 开关电源装置
CN102377346A (zh) 变压器隔离型开关转换器
CN103891120A (zh) 开关电源装置
CN106533178B (zh) 隔离型开关电源和隔离型开关电源控制方法
CN112491269B (zh) 电源转换系统
CN101689807A (zh) 多输出开关电源装置
CN104242655A (zh) 具有初级侧动态负载检测和初级侧反馈控制的开关功率变换器
CN103493387A (zh) 电力传输系统以及送电装置
Patel et al. Bi-directional DC-DC converter for battery charging—Discharging applications using buck-boost switch
JP2014054121A (ja) スイッチング電源装置
JP5130542B2 (ja) 降圧型スイッチングｄｃ／ｄｃコンバータ
CN103490633A (zh) 开关式电源和用于操作开关式电源的方法
CN108463943A (zh) 同步整流电路的具有死区时间控制的谐振电源转换器
US5877951A (en) Circuit for and method of decreasing conducted and radiated electromagnetic interference of a power converter and a full bridge power converter employing the same
Javali et al. A new step-up DC-DC converter for isolated power system
CN109193965B (zh) 一种隔直型并联谐振无线充电发射端
CN103718446B (zh) 开关电源装置
KR101456654B1 (ko) 공용코어 역률보정 공진 컨버터

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant