JP2000116126A - Ａｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents
Ａｃ／ｄｃコンバータInfo
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- JP2000116126A JP2000116126A JP10282317A JP28231798A JP2000116126A JP 2000116126 A JP2000116126 A JP 2000116126A JP 10282317 A JP10282317 A JP 10282317A JP 28231798 A JP28231798 A JP 28231798A JP 2000116126 A JP2000116126 A JP 2000116126A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
- Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
Abstract
(57)【要約】
【課題】 力率改善回路部におけるスイッチング素子の
スイッチング損失を低減し、スイッチング時に発生する
ノイズを低減する。 【解決手段】 力率改善回路とＤＣ／ＤＣコンバータと
からなるＡＣ／ＤＣコンバータにおいて、上記力率改善
回路に用いられるスイッチ素子Ｓ１に並列にコンデンサ
Ｃ６を接続し、このコンデンサＣ６とスイッチ素子Ｓ１
の正極側端子と、ＤＣ／ＤＣコンバータ部の主スイッチ
素子Ｓ２の正極側端子との間にコンデンサＣ７を接続
し、スイッチ素子Ｓ１と主スイッチ素子Ｓ２がオンする
タイミングを同一とする。
スイッチング損失を低減し、スイッチング時に発生する
ノイズを低減する。 【解決手段】 力率改善回路とＤＣ／ＤＣコンバータと
からなるＡＣ／ＤＣコンバータにおいて、上記力率改善
回路に用いられるスイッチ素子Ｓ１に並列にコンデンサ
Ｃ６を接続し、このコンデンサＣ６とスイッチ素子Ｓ１
の正極側端子と、ＤＣ／ＤＣコンバータ部の主スイッチ
素子Ｓ２の正極側端子との間にコンデンサＣ７を接続
し、スイッチ素子Ｓ１と主スイッチ素子Ｓ２がオンする
タイミングを同一とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、スイッチ素子の
オン，オフ動作で入力力率改善を行なう際に発生するス
イッチング損失、およびスイッチング時に発生するノイ
ズを低減するための力率改善回路を備えたＡＣ／ＤＣ
（交流／直流）コンバータに関する。
オン，オフ動作で入力力率改善を行なう際に発生するス
イッチング損失、およびスイッチング時に発生するノイ
ズを低減するための力率改善回路を備えたＡＣ／ＤＣ
（交流／直流）コンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】図６に部分電圧共振形ＤＣ／ＤＣコンバ
ータと力率改善回路を備えたＡＣ／ＤＣコンバータの従
来例を示す。すなわち、力率改善回路は、商用電源を整
流するダイオードブリッジＤＢの出力端子の一端にリア
クトルＬ１とダイオードＤ１の直列回路を接続し、ダイ
オードＤ１とダイオードブリッジＤＢの出力端子の他端
との間に平滑用コンデンサＣ１を接続し、リアクトルＬ
１とダイオードＤ１の接続点とダイオードブリッジＤＢ
とコンデンサＣ１の接続点の間にスイッチ素子Ｓ１を接
続して構成される。
ータと力率改善回路を備えたＡＣ／ＤＣコンバータの従
来例を示す。すなわち、力率改善回路は、商用電源を整
流するダイオードブリッジＤＢの出力端子の一端にリア
クトルＬ１とダイオードＤ１の直列回路を接続し、ダイ
オードＤ１とダイオードブリッジＤＢの出力端子の他端
との間に平滑用コンデンサＣ１を接続し、リアクトルＬ
１とダイオードＤ１の接続点とダイオードブリッジＤＢ
とコンデンサＣ１の接続点の間にスイッチ素子Ｓ１を接
続して構成される。
【０００３】また、部分電圧共振形ＤＣ／ＤＣコンバー
タは、平滑用コンデンサＣ１の正極端子と負極端子と並
列に絶縁トランスＴＲ１の一次巻線と主スイッチ素子Ｓ
２の直列回路を接続し、絶縁トランスＴＲ１と主スイッ
チ素子Ｓ２の接続点と、平滑用コンデンサＣ１の正極端
子との間にコンデンサＣ５と補助スイッチ素子Ｓ３の直
列回路を接続し、主スイッチ素子Ｓ２と補助スイッチ素
子Ｓ３の各々に並列にそれぞれコンデンサＣ３，Ｃ４を
接続して構成される。また、主スイッチ素子Ｓ２と補助
スイッチ素子Ｓ３の各々に逆並列にそれぞれダイオード
Ｄ３，Ｄ４を接続する。スイッチ素子がＭＯＳＦＥＴの
場合、このダイオードはＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード
で代用可能である。また、絶縁トランスの二次巻線の両
端にダイオードＤ２とコンデンサＣ２の直列回路を接続
し、コンデンサＣ２の両端が直流出力端子となる。
タは、平滑用コンデンサＣ１の正極端子と負極端子と並
列に絶縁トランスＴＲ１の一次巻線と主スイッチ素子Ｓ
２の直列回路を接続し、絶縁トランスＴＲ１と主スイッ
チ素子Ｓ２の接続点と、平滑用コンデンサＣ１の正極端
子との間にコンデンサＣ５と補助スイッチ素子Ｓ３の直
列回路を接続し、主スイッチ素子Ｓ２と補助スイッチ素
子Ｓ３の各々に並列にそれぞれコンデンサＣ３，Ｃ４を
接続して構成される。また、主スイッチ素子Ｓ２と補助
スイッチ素子Ｓ３の各々に逆並列にそれぞれダイオード
Ｄ３，Ｄ４を接続する。スイッチ素子がＭＯＳＦＥＴの
場合、このダイオードはＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード
で代用可能である。また、絶縁トランスの二次巻線の両
端にダイオードＤ２とコンデンサＣ２の直列回路を接続
し、コンデンサＣ２の両端が直流出力端子となる。
【０００４】ここで、上記力率改善回路を、電流不連続
モードで動作させる場合（入力電流が必ず零になる期間
を設けた運転）について説明する。スイッチ素子Ｓ１の
オン，オフはコンデンサＣ１の電圧ＶＤＣを一定に保つ
ように制御される。いま、スイッチ素子Ｓ１がオンする
と交流入力→ダイオードブリッジＤＢ→リアクトルＬ１
→スイッチ素子Ｓ１→ダイオードブリッジＤＢ→交流入
力の経路で入力電流が流れ、リアクトルＬ１にエネルギ
ーが蓄積される。また、スイッチ素子Ｓ１の電流上昇率
はリアクトルＬ１によって制限され、零電流スイッチン
グ（以下、ＺＣＳとも略記する）となりターンオン損失
はほとんど発生しない。
モードで動作させる場合（入力電流が必ず零になる期間
を設けた運転）について説明する。スイッチ素子Ｓ１の
オン，オフはコンデンサＣ１の電圧ＶＤＣを一定に保つ
ように制御される。いま、スイッチ素子Ｓ１がオンする
と交流入力→ダイオードブリッジＤＢ→リアクトルＬ１
→スイッチ素子Ｓ１→ダイオードブリッジＤＢ→交流入
力の経路で入力電流が流れ、リアクトルＬ１にエネルギ
ーが蓄積される。また、スイッチ素子Ｓ１の電流上昇率
はリアクトルＬ１によって制限され、零電流スイッチン
グ（以下、ＺＣＳとも略記する）となりターンオン損失
はほとんど発生しない。
【０００５】次に、スイッチ素子Ｓ１がオフすると、Ｓ
１の両端電圧ＶＳ１が上昇し、平滑電圧ＶＤＣに達する
とダイオードＤ１が導通し、交流入力→ダイオードブリ
ッジＤＢ→リアクトルＬ１→ダイオードＤ１→コンデン
サＣ１→ダイオードブリッジＤＢ→交流入力の経路で入
力電流が流れ、リアクトルＬ１に蓄積されていたエネル
ギーがコンデンサＣ１に移されるとともに電流が減少
し、リアクトルＬ１に蓄積されていたエネルギーが零に
なるとダイオードＤ１は阻止状態となり、入力電流は零
となる。このように、ダイオードブリッジＤＢで整流さ
れた電圧の大小に関わらず入力電流が流れることによ
り、入力力率が改善される。
１の両端電圧ＶＳ１が上昇し、平滑電圧ＶＤＣに達する
とダイオードＤ１が導通し、交流入力→ダイオードブリ
ッジＤＢ→リアクトルＬ１→ダイオードＤ１→コンデン
サＣ１→ダイオードブリッジＤＢ→交流入力の経路で入
力電流が流れ、リアクトルＬ１に蓄積されていたエネル
ギーがコンデンサＣ１に移されるとともに電流が減少
し、リアクトルＬ１に蓄積されていたエネルギーが零に
なるとダイオードＤ１は阻止状態となり、入力電流は零
となる。このように、ダイオードブリッジＤＢで整流さ
れた電圧の大小に関わらず入力電流が流れることによ
り、入力力率が改善される。
【０００６】次に、図７を参照して、部分電圧共振形Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータの動作について説明する。主スイッ
チ素子Ｓ２と補助スイッチ素子Ｓ３は短絡状態とならな
いよう、或るデッドタイム時間を設けて図７（ａ），
（ｂ）のように交互にオン，オフし、直流出力電圧Ｖｏ
を一定に保つように制御される。まず、主スイッチ素子
Ｓ２がオフ，補助スイッチ素子Ｓ３がオンしている状態
から説明する。コンデンサＣ５は図６に矢印で示す方向
に、直流出力電圧Ｖｏの一次換算値で充電されており、
このときの電圧をＶＣ５とする。また、コンデンサＣ４
の電圧は零、コンデンサＣ３は（ＶＤＣ＋ＶＣ５）で充
電されている。コンデンサＣ５の静電容量は、コンデン
サＣ３，Ｃ４より十分大きいとする。補助スイッチ素子
Ｓ３はオンしているので、絶縁トランスＴＲ１の一次巻
線→コンデンサＣ５→補助スイッチ素子Ｓ３→絶縁トラ
ンスＴＲ１の一次巻線の経路で絶縁トランスの励磁イン
ダクタンスを逆方向に励磁する電流が流れている。
Ｃ／ＤＣコンバータの動作について説明する。主スイッ
チ素子Ｓ２と補助スイッチ素子Ｓ３は短絡状態とならな
いよう、或るデッドタイム時間を設けて図７（ａ），
（ｂ）のように交互にオン，オフし、直流出力電圧Ｖｏ
を一定に保つように制御される。まず、主スイッチ素子
Ｓ２がオフ，補助スイッチ素子Ｓ３がオンしている状態
から説明する。コンデンサＣ５は図６に矢印で示す方向
に、直流出力電圧Ｖｏの一次換算値で充電されており、
このときの電圧をＶＣ５とする。また、コンデンサＣ４
の電圧は零、コンデンサＣ３は（ＶＤＣ＋ＶＣ５）で充
電されている。コンデンサＣ５の静電容量は、コンデン
サＣ３，Ｃ４より十分大きいとする。補助スイッチ素子
Ｓ３はオンしているので、絶縁トランスＴＲ１の一次巻
線→コンデンサＣ５→補助スイッチ素子Ｓ３→絶縁トラ
ンスＴＲ１の一次巻線の経路で絶縁トランスの励磁イン
ダクタンスを逆方向に励磁する電流が流れている。
【０００７】時刻ｔ１で補助スイッチ素子Ｓ３をオフす
ると、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ５
→コンデンサＣ４→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線の経
路でコンデンサＣ４が充電され、補助スイッチ素子Ｓ３
の電圧ＶＳ３は図７（ｄ）のように上昇する。補助スイ
ッチ素子Ｓ３は、電圧上昇率がコンデンサＣ４の充電ス
ピードにより制限され、零電圧スイッチング（以下、Ｚ
ＶＳとも略記する）となり、ターンオフ損失はほとんど
発生しない。このときコンデンサＣ４の電圧上昇にとも
ない、コンデンサＣ３はコンデンサＣ３→絶縁トランス
ＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ１→コンデンサＣ３の
経路で放電される。このとき主スイッチ素子Ｓ２は電圧
減少率がコンデンサＣ３の放電スピードで制限される。
ると、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ５
→コンデンサＣ４→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線の経
路でコンデンサＣ４が充電され、補助スイッチ素子Ｓ３
の電圧ＶＳ３は図７（ｄ）のように上昇する。補助スイ
ッチ素子Ｓ３は、電圧上昇率がコンデンサＣ４の充電ス
ピードにより制限され、零電圧スイッチング（以下、Ｚ
ＶＳとも略記する）となり、ターンオフ損失はほとんど
発生しない。このときコンデンサＣ４の電圧上昇にとも
ない、コンデンサＣ３はコンデンサＣ３→絶縁トランス
ＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ１→コンデンサＣ３の
経路で放電される。このとき主スイッチ素子Ｓ２は電圧
減少率がコンデンサＣ３の放電スピードで制限される。
【０００８】時刻ｔ２でコンデンサＣ３の電圧は零とな
り、ダイオードＤ３が導通し、補助スイッチ素子Ｓ３の
電圧は（ＶＤＣ＋ＶＣ５）にクランプされ、コンデンサ
Ｃ５とコンデンサＣ４に流れる電流は零となる。また、
ダイオードＤ３→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コン
デンサＣ１→ダイオードＤ３の経路で電流が流れ、絶縁
トランスＴＲ１の励磁インダクタンスに逆方向に蓄積さ
れていたエネルギーがコンデンサＣ１に移される。ダイ
オードＤ３が導通している時刻ｔ３で、図７（ａ）のよ
うに主スイッチ素子Ｓ２をオンすることで、主スイッチ
素子Ｓ２はＺＶＳとなり、ターンオン損失は零となる。
り、ダイオードＤ３が導通し、補助スイッチ素子Ｓ３の
電圧は（ＶＤＣ＋ＶＣ５）にクランプされ、コンデンサ
Ｃ５とコンデンサＣ４に流れる電流は零となる。また、
ダイオードＤ３→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コン
デンサＣ１→ダイオードＤ３の経路で電流が流れ、絶縁
トランスＴＲ１の励磁インダクタンスに逆方向に蓄積さ
れていたエネルギーがコンデンサＣ１に移される。ダイ
オードＤ３が導通している時刻ｔ３で、図７（ａ）のよ
うに主スイッチ素子Ｓ２をオンすることで、主スイッチ
素子Ｓ２はＺＶＳとなり、ターンオン損失は零となる。
【０００９】時刻ｔ４でダイオードＤ３の電流が零とな
り、コンデンサＣ１→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→
主スイッチ素子Ｓ２→コンデンサＣ１の経路で電流が流
れ始めることで、絶縁トランスＴＲ１の励磁インダクタ
ンスにエネルギーが蓄積される。時刻ｔ５で主スイッチ
素子Ｓ２をオフすると、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線
に流れていた電流の一部は、コンデンサＣ１→絶縁トラ
ンスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ３→コンデンサＣ
１の経路で流れてコンデンサＣ３を充電し、残りの電流
は絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ４→コ
ンデンサＣ５→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線なる経路
で、コンデンサＣ４を放電するように流れる。このとき
主スイッチ素子Ｓ２は、電圧上昇率がコンデンサＣ３の
充電スピードで制限されＺＶＳとなり、ターンオフ損失
はほとんど発生しない。また、補助スイッチ素子Ｓ３は
電圧減少率がコンデンサＣ４の放電スピードで制限され
る。
り、コンデンサＣ１→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→
主スイッチ素子Ｓ２→コンデンサＣ１の経路で電流が流
れ始めることで、絶縁トランスＴＲ１の励磁インダクタ
ンスにエネルギーが蓄積される。時刻ｔ５で主スイッチ
素子Ｓ２をオフすると、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線
に流れていた電流の一部は、コンデンサＣ１→絶縁トラ
ンスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ３→コンデンサＣ
１の経路で流れてコンデンサＣ３を充電し、残りの電流
は絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ４→コ
ンデンサＣ５→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線なる経路
で、コンデンサＣ４を放電するように流れる。このとき
主スイッチ素子Ｓ２は、電圧上昇率がコンデンサＣ３の
充電スピードで制限されＺＶＳとなり、ターンオフ損失
はほとんど発生しない。また、補助スイッチ素子Ｓ３は
電圧減少率がコンデンサＣ４の放電スピードで制限され
る。
【００１０】時刻ｔ６で絶縁トランスＴＲ１の二次巻線
の電圧ＶＴＲ２が直流出力電圧Ｖｏを越えると、絶縁ト
ランスＴＲ１の励磁インダクタンスに蓄積されていたエ
ネルギーの一部が、二次巻線を介して出力に放出され
る。また、このときコンデンサＣ４の電圧は零となって
ダイオードＤ４が導通し、絶縁トランスに蓄積されてい
たエネルギーの残りの一部が、絶縁トランスＴＲ１の一
次巻線→ダイオードＤ４→コンデンサＣ５→絶縁トラン
スＴＲ１の一次巻線の経路でコンデンサＣ５に移され
る。このとき主スイッチ素子Ｓ２の電圧は（ＶＤＣ＋Ｖ
Ｃ５）にクランプされる。
の電圧ＶＴＲ２が直流出力電圧Ｖｏを越えると、絶縁ト
ランスＴＲ１の励磁インダクタンスに蓄積されていたエ
ネルギーの一部が、二次巻線を介して出力に放出され
る。また、このときコンデンサＣ４の電圧は零となって
ダイオードＤ４が導通し、絶縁トランスに蓄積されてい
たエネルギーの残りの一部が、絶縁トランスＴＲ１の一
次巻線→ダイオードＤ４→コンデンサＣ５→絶縁トラン
スＴＲ１の一次巻線の経路でコンデンサＣ５に移され
る。このとき主スイッチ素子Ｓ２の電圧は（ＶＤＣ＋Ｖ
Ｃ５）にクランプされる。
【００１１】ダイオードＤ４に電流が流れている時刻ｔ
７で補助スイッチ素子Ｓ３をオンすると、補助スイッチ
素子Ｓ３はＺＶＳとなり、ターンオン損失は零となる。
時刻ｔ８でダイオードＤ４に流れていた電流が零になる
と、絶縁トランスＴＲ１は、絶縁トランスＴＲ１の一次
巻線→コンデンサＣ５→補助スイッチ素子Ｓ３→絶縁ト
ランスＴＲ１の一次巻線の経路で、逆方向に励磁され
る。以後は、上記ｔ１〜ｔ８の繰り返しである。このよ
うに、主スイッチ素子Ｓ２と補助スイッチ素子Ｓ３のス
イッチング動作によって、絶縁トランスのインダクタン
スと共振コンデンサＣ３，Ｃ４およびＣ５による共振作
用により、いずれの素子のターンオン，ターンオフとも
ＺＶＳとなり、スイッチング時の電圧上昇率，減少率が
低く制限されるため、スイッチング損失およびスイッチ
ング時に発生するノイズの低減が可能となる。
７で補助スイッチ素子Ｓ３をオンすると、補助スイッチ
素子Ｓ３はＺＶＳとなり、ターンオン損失は零となる。
時刻ｔ８でダイオードＤ４に流れていた電流が零になる
と、絶縁トランスＴＲ１は、絶縁トランスＴＲ１の一次
巻線→コンデンサＣ５→補助スイッチ素子Ｓ３→絶縁ト
ランスＴＲ１の一次巻線の経路で、逆方向に励磁され
る。以後は、上記ｔ１〜ｔ８の繰り返しである。このよ
うに、主スイッチ素子Ｓ２と補助スイッチ素子Ｓ３のス
イッチング動作によって、絶縁トランスのインダクタン
スと共振コンデンサＣ３，Ｃ４およびＣ５による共振作
用により、いずれの素子のターンオン，ターンオフとも
ＺＶＳとなり、スイッチング時の電圧上昇率，減少率が
低く制限されるため、スイッチング損失およびスイッチ
ング時に発生するノイズの低減が可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
力率改善回路では、スイッチ素子Ｓ１のターンオフがハ
ードスイッチングとなってターンオフ損失が大きく、数
十〜数百ｋＨｚの高周波でスイッチングさせる場合にこ
の損失が増大し、変換効率の低下や冷却体の大型化など
の問題が発生する。また、ターンオフ時に発生するノイ
ズも大きい。さらに、スイッチ素子Ｓ１のターンオン時
はＺＣＳとなり、ターンオン損失はほとんど発生しない
が、スイッチ素子の電圧が急激に零まで下がるときに大
きなノイズが発生するという問題もある。したがって、
この発明の課題は、力率改善回路のスイッチ素子をＺＶ
Ｓでオン，オフさせることにより、スイッチング損失の
低減とスイッチング時に発生するノイズの低減を図るこ
とにある。
力率改善回路では、スイッチ素子Ｓ１のターンオフがハ
ードスイッチングとなってターンオフ損失が大きく、数
十〜数百ｋＨｚの高周波でスイッチングさせる場合にこ
の損失が増大し、変換効率の低下や冷却体の大型化など
の問題が発生する。また、ターンオフ時に発生するノイ
ズも大きい。さらに、スイッチ素子Ｓ１のターンオン時
はＺＣＳとなり、ターンオン損失はほとんど発生しない
が、スイッチ素子の電圧が急激に零まで下がるときに大
きなノイズが発生するという問題もある。したがって、
この発明の課題は、力率改善回路のスイッチ素子をＺＶ
Ｓでオン，オフさせることにより、スイッチング損失の
低減とスイッチング時に発生するノイズの低減を図るこ
とにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項１の発明では、商用電源を整流する整流手
段と、この整流手段の出力電圧をスイッチ素子により断
続して昇圧するとともに電流不連続モードで動作して入
力力率を改善する力率改善手段と、この力率改善手段の
出力を平滑する平滑コンデンサと、この平滑された直流
電圧をスイッチ素子により断続して得た電圧を絶縁トラ
ンスの一次巻線に印加して二次側に電力を供給するＤＣ
／ＤＣコンバータとを備えたＡＣ／ＤＣコンバータにお
いて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、主スイッチ素子の
他に補助スイッチ素子と共振コンデンサとを有し、前記
主スイッチ素子と補助スイッチ素子のスイッチ動作に伴
う、前記絶縁トランスのインダクタンスと前記共振コン
デンサの共振動作により、主スイッチ素子と補助スイッ
チ素子のオン，オフとも零電圧スイッチング（ＺＶＳ）
動作をするものとし、かつ、前記力率改善手段に用いら
れる第１のスイッチ素子に並列に第１のコンデンサを接
続し、この第１のスイッチ素子の正極側端子と第１のコ
ンデンサの接続点と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの主ス
イッチ素子の正極側端子との間に第２のコンデンサを接
続し、前記第１のスイッチ素子と前記ＤＣ／ＤＣコンバ
ータの主スイッチ素子がオンするタイミングを同一とし
たことを特徴としている。上記請求項１の発明において
は、前記第２のコンデンサを、リアクトルと第１のダイ
オードと第３のコンデンサとの直列回路に置き換え、第
１のダイオードと第３のコンデンサとの接続点と、前記
平滑コンデンサの正極端子との間に第２のダイオードを
接続することができる（請求項２の発明）。
べく、請求項１の発明では、商用電源を整流する整流手
段と、この整流手段の出力電圧をスイッチ素子により断
続して昇圧するとともに電流不連続モードで動作して入
力力率を改善する力率改善手段と、この力率改善手段の
出力を平滑する平滑コンデンサと、この平滑された直流
電圧をスイッチ素子により断続して得た電圧を絶縁トラ
ンスの一次巻線に印加して二次側に電力を供給するＤＣ
／ＤＣコンバータとを備えたＡＣ／ＤＣコンバータにお
いて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、主スイッチ素子の
他に補助スイッチ素子と共振コンデンサとを有し、前記
主スイッチ素子と補助スイッチ素子のスイッチ動作に伴
う、前記絶縁トランスのインダクタンスと前記共振コン
デンサの共振動作により、主スイッチ素子と補助スイッ
チ素子のオン，オフとも零電圧スイッチング（ＺＶＳ）
動作をするものとし、かつ、前記力率改善手段に用いら
れる第１のスイッチ素子に並列に第１のコンデンサを接
続し、この第１のスイッチ素子の正極側端子と第１のコ
ンデンサの接続点と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの主ス
イッチ素子の正極側端子との間に第２のコンデンサを接
続し、前記第１のスイッチ素子と前記ＤＣ／ＤＣコンバ
ータの主スイッチ素子がオンするタイミングを同一とし
たことを特徴としている。上記請求項１の発明において
は、前記第２のコンデンサを、リアクトルと第１のダイ
オードと第３のコンデンサとの直列回路に置き換え、第
１のダイオードと第３のコンデンサとの接続点と、前記
平滑コンデンサの正極端子との間に第２のダイオードを
接続することができる（請求項２の発明）。
【００１４】請求項３の発明では、商用電源を整流する
整流手段と、この整流手段の出力電圧をスイッチ素子に
より断続し昇圧して入力力率を改善する力率改善手段
と、この力率改善手段の出力を平滑する平滑コンデンサ
と、この平滑された直流電圧をスイッチ素子により断続
して得た電圧を絶縁トランスの一次巻線に印加して二次
側に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータとを備えたＡ
Ｃ／ＤＣコンバータにおいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバー
タは、前記平滑コンデンサの両端に前記絶縁トランスの
一次巻線と主スイッチ素子との直列回路を接続し、この
主スイッチ素子と並列に零電圧スイッチング（ＺＶＳ）
を実現するための共振コンデンサを接続し、さらに、こ
の共振コンデンサと並列にダイオードと前記絶縁トラン
スの三次巻線と補助スイッチ素子とを接続し、前記主ス
イッチ素子がオンする以前に補助スイッチ素子をオンす
ることにより、前記共振コンデンサに蓄積された電荷を
放電し、共振コンデンサの電圧が零となった時点で主ス
イッチ素子をオンして、零電圧ターンオンを実現するも
のとし、かつ、前記力率改善手段に用いられる第１のス
イッチ素子に並列に第１のコンデンサを接続し、この第
１のスイッチ素子の正極側端子と前記共振コンデンサの
放電経路との間にダイオードを接続し、前記第１のスイ
ッチ素子と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの主スイッチ素子
がオンするタイミングを同一としたことを特徴としてい
る。
整流手段と、この整流手段の出力電圧をスイッチ素子に
より断続し昇圧して入力力率を改善する力率改善手段
と、この力率改善手段の出力を平滑する平滑コンデンサ
と、この平滑された直流電圧をスイッチ素子により断続
して得た電圧を絶縁トランスの一次巻線に印加して二次
側に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータとを備えたＡ
Ｃ／ＤＣコンバータにおいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバー
タは、前記平滑コンデンサの両端に前記絶縁トランスの
一次巻線と主スイッチ素子との直列回路を接続し、この
主スイッチ素子と並列に零電圧スイッチング（ＺＶＳ）
を実現するための共振コンデンサを接続し、さらに、こ
の共振コンデンサと並列にダイオードと前記絶縁トラン
スの三次巻線と補助スイッチ素子とを接続し、前記主ス
イッチ素子がオンする以前に補助スイッチ素子をオンす
ることにより、前記共振コンデンサに蓄積された電荷を
放電し、共振コンデンサの電圧が零となった時点で主ス
イッチ素子をオンして、零電圧ターンオンを実現するも
のとし、かつ、前記力率改善手段に用いられる第１のス
イッチ素子に並列に第１のコンデンサを接続し、この第
１のスイッチ素子の正極側端子と前記共振コンデンサの
放電経路との間にダイオードを接続し、前記第１のスイ
ッチ素子と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの主スイッチ素子
がオンするタイミングを同一としたことを特徴としてい
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の第１の実施の
形態としてのＡＣ／ＤＣコンバータ回路を示す。図６に
示した従来例と同一機能を有するものには同一符号を付
して、その説明は省略する。すなわち、図１では、図６
に示したスイッチ素子Ｓ１と並列にコンデンサＣ６を接
続するとともに、スイッチ素子Ｓ１の正極側と部分電圧
共振形ＤＣ／ＤＣコンバータの主スイッチ素子Ｓ２の正
極側との間にコンデンサＣ７を接続して構成している。
形態としてのＡＣ／ＤＣコンバータ回路を示す。図６に
示した従来例と同一機能を有するものには同一符号を付
して、その説明は省略する。すなわち、図１では、図６
に示したスイッチ素子Ｓ１と並列にコンデンサＣ６を接
続するとともに、スイッチ素子Ｓ１の正極側と部分電圧
共振形ＤＣ／ＤＣコンバータの主スイッチ素子Ｓ２の正
極側との間にコンデンサＣ７を接続して構成している。
【００１６】図１における動作について、まず、スイッ
チ素子Ｓ１がオフ、主スイッチ素子Ｓ２がオフ、補助ス
イッチ素子Ｓ３がオンしている状態から説明する。この
とき力率改善回路は電流不連続モードで動作するものと
する。また、コンデンサＣ５は図１に矢印で示す方向
に、直流出力電圧Ｖｏの一次換算値で充電されており、
その電圧をＶＣ５とする。コンデンサＣ６は、コンデン
サＣ１の電圧ＶＤＣとほぼ同じ電圧で充電されている。
また、コンデンサＣ７は図１に矢印で示す方向に、コン
デンサＣ５の電圧ＶＣ５とほぼ同じ電圧で充電されてい
る。コンデンサＣ７の静電容量はコンデンサＣ３，コン
デンサＣ６よりも十分大きく、コンデンサＣ５の静電容
量はコンデンサＣ７よりも十分大きいものとする。
チ素子Ｓ１がオフ、主スイッチ素子Ｓ２がオフ、補助ス
イッチ素子Ｓ３がオンしている状態から説明する。この
とき力率改善回路は電流不連続モードで動作するものと
する。また、コンデンサＣ５は図１に矢印で示す方向
に、直流出力電圧Ｖｏの一次換算値で充電されており、
その電圧をＶＣ５とする。コンデンサＣ６は、コンデン
サＣ１の電圧ＶＤＣとほぼ同じ電圧で充電されている。
また、コンデンサＣ７は図１に矢印で示す方向に、コン
デンサＣ５の電圧ＶＣ５とほぼ同じ電圧で充電されてい
る。コンデンサＣ７の静電容量はコンデンサＣ３，コン
デンサＣ６よりも十分大きく、コンデンサＣ５の静電容
量はコンデンサＣ７よりも十分大きいものとする。
【００１７】図４に図１の動作波形を示す。以下、スイ
ッチ素子Ｓ１のパルス幅がスイッチ素子Ｓ２のパルス幅
より長い場合（図４の左側参照）と、短い場合（図４の
右側参照）に分けて説明する。まず、スイッチ素子Ｓ１
のパルス幅がスイッチ素子Ｓ２のパルス幅よりも長い場
合には、補助スイッチ素子Ｓ３をオフすると、絶縁トラ
ンスＴＲ１の一次巻線に流れていた電流により、絶縁ト
ランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ５→コンデンサ
Ｃ４→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線の経路でコンデン
サＣ４が充電され、補助スイッチ素子Ｓ３の電圧が上昇
する。補助スイッチ素子Ｓ３は、電圧上昇率がコンデン
サＣ４の充電スピードで制限されるのでＺＶＳとなり、
ターンオフ損失はほとんど発生しない。これにともな
い、コンデンサＣ６とコンデンサＣ７の直列回路とコン
デンサＣ３の並列回路に充電されていたエネルギーは、
絶縁トランスＴＲ１の一次巻線を介してコンデンサＣ１
に移され放電する。このときスイッチ素子Ｓ１と主スイ
ッチ素子Ｓ２の電圧減少率は、それぞれコンデンサＣ６
とコンデンサＣ３の放電スピードで制限される。やが
て、コンデンサＣ６とコンデンサＣ７とコンデンサＣ３
の電圧はそれぞれ零となり、ダイオードＤ５とダイオー
ドＤ３が導通する。ダイオードＤ５とダイオードＤ３に
電流が流れているときに、スイッチ素子Ｓ１と主スイッ
チ素子Ｓ２を同時にオンすることにより、スイッチ素子
Ｓ１，Ｓ２のターンオンがＺＶＳとなり、いずれもター
ンオン損失は零となる。なお、主スイッチ素子Ｓ２がオ
ンしてからオフする直前までの動作は図６の場合と同様
なので、説明は省略する。
ッチ素子Ｓ１のパルス幅がスイッチ素子Ｓ２のパルス幅
より長い場合（図４の左側参照）と、短い場合（図４の
右側参照）に分けて説明する。まず、スイッチ素子Ｓ１
のパルス幅がスイッチ素子Ｓ２のパルス幅よりも長い場
合には、補助スイッチ素子Ｓ３をオフすると、絶縁トラ
ンスＴＲ１の一次巻線に流れていた電流により、絶縁ト
ランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ５→コンデンサ
Ｃ４→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線の経路でコンデン
サＣ４が充電され、補助スイッチ素子Ｓ３の電圧が上昇
する。補助スイッチ素子Ｓ３は、電圧上昇率がコンデン
サＣ４の充電スピードで制限されるのでＺＶＳとなり、
ターンオフ損失はほとんど発生しない。これにともな
い、コンデンサＣ６とコンデンサＣ７の直列回路とコン
デンサＣ３の並列回路に充電されていたエネルギーは、
絶縁トランスＴＲ１の一次巻線を介してコンデンサＣ１
に移され放電する。このときスイッチ素子Ｓ１と主スイ
ッチ素子Ｓ２の電圧減少率は、それぞれコンデンサＣ６
とコンデンサＣ３の放電スピードで制限される。やが
て、コンデンサＣ６とコンデンサＣ７とコンデンサＣ３
の電圧はそれぞれ零となり、ダイオードＤ５とダイオー
ドＤ３が導通する。ダイオードＤ５とダイオードＤ３に
電流が流れているときに、スイッチ素子Ｓ１と主スイッ
チ素子Ｓ２を同時にオンすることにより、スイッチ素子
Ｓ１，Ｓ２のターンオンがＺＶＳとなり、いずれもター
ンオン損失は零となる。なお、主スイッチ素子Ｓ２がオ
ンしてからオフする直前までの動作は図６の場合と同様
なので、説明は省略する。
【００１８】次に、主スイッチ素子Ｓ２がオフすると、
絶縁トランスＴＲ１の一次巻線に流れていた電流の一部
は、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ３→
コンデンサＣ１→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線の経路
と、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ７→
スイッチ素子Ｓ１→コンデンサＣ１→絶縁トランスＴＲ
１の一次巻線の経路に流れ、コンデンサＣ３とコンデン
サＣ７を充電し、電圧が上昇する。この電圧上昇にとも
ない、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ４
→コンデンサＣ５→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線の経
路で、コンデンサＣ４が放電する。このとき、スイッチ
素子Ｓ１に流れる電流はリアクトルＬ１から流入する電
流に、コンデンサＣ７の充電電流が重畳される。コンデ
ンサＣ４の電圧が零になると、ダイオードＤ４が導通す
るため、コンデンサＣ３とコンデンサＣ７の電圧は（Ｖ
ＤＣ＋ＶＣ５）にクランプされる。このとき絶縁トラン
スＴＲ１の二次巻線電圧は直流出力電圧Ｖｏに達し、絶
縁トランスＴＲ１に蓄積されていた励磁エネルギーの一
部が、二次巻線を介して直流出力に出力される。
絶縁トランスＴＲ１の一次巻線に流れていた電流の一部
は、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ３→
コンデンサＣ１→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線の経路
と、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ７→
スイッチ素子Ｓ１→コンデンサＣ１→絶縁トランスＴＲ
１の一次巻線の経路に流れ、コンデンサＣ３とコンデン
サＣ７を充電し、電圧が上昇する。この電圧上昇にとも
ない、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ４
→コンデンサＣ５→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線の経
路で、コンデンサＣ４が放電する。このとき、スイッチ
素子Ｓ１に流れる電流はリアクトルＬ１から流入する電
流に、コンデンサＣ７の充電電流が重畳される。コンデ
ンサＣ４の電圧が零になると、ダイオードＤ４が導通す
るため、コンデンサＣ３とコンデンサＣ７の電圧は（Ｖ
ＤＣ＋ＶＣ５）にクランプされる。このとき絶縁トラン
スＴＲ１の二次巻線電圧は直流出力電圧Ｖｏに達し、絶
縁トランスＴＲ１に蓄積されていた励磁エネルギーの一
部が、二次巻線を介して直流出力に出力される。
【００１９】スイッチ素子Ｓ１がオフする直前までの動
作は、従来と同様である。次に、スイッチ素子Ｓ１がオ
フすると、交流入力→ダイオードブリッジＤＢ→リアク
トルＬ１→コンデンサＣ６→ダイオードブリッジＤＢ→
交流入力の経路でコンデンサＣ６を充電し、スイッチ素
子Ｓ１は電圧上昇率がコンデンサＣ６の充電スピードで
抑制されるためＺＶＳとなり、ターンオフ損失はほとん
ど発生しない。また、スイッチ素子Ｓ１の電圧上昇にと
もないコンデンサＣ７は、コンデンサＣ７→ダイオード
Ｄ４→コンデンサＣ５→コンデンサＣ１→ダイオードブ
リッジＤＢ→交流入力→ダイオードブリッジＤＢ→リア
クトルＬ１→コンデンサＣ７の経路で放電される。スイ
ッチ素子Ｓ１の電圧が、コンデンサＣ１の電圧ＶＤＣに
達するとダイオードＤ１が導通し、コンデンサＣ７の電
圧はコンデンサＣ５の電圧ＶＣ５にクランプされる。ま
た、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーがコンデン
サＣ１に移る動作は従来回路と同様である。
作は、従来と同様である。次に、スイッチ素子Ｓ１がオ
フすると、交流入力→ダイオードブリッジＤＢ→リアク
トルＬ１→コンデンサＣ６→ダイオードブリッジＤＢ→
交流入力の経路でコンデンサＣ６を充電し、スイッチ素
子Ｓ１は電圧上昇率がコンデンサＣ６の充電スピードで
抑制されるためＺＶＳとなり、ターンオフ損失はほとん
ど発生しない。また、スイッチ素子Ｓ１の電圧上昇にと
もないコンデンサＣ７は、コンデンサＣ７→ダイオード
Ｄ４→コンデンサＣ５→コンデンサＣ１→ダイオードブ
リッジＤＢ→交流入力→ダイオードブリッジＤＢ→リア
クトルＬ１→コンデンサＣ７の経路で放電される。スイ
ッチ素子Ｓ１の電圧が、コンデンサＣ１の電圧ＶＤＣに
達するとダイオードＤ１が導通し、コンデンサＣ７の電
圧はコンデンサＣ５の電圧ＶＣ５にクランプされる。ま
た、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーがコンデン
サＣ１に移る動作は従来回路と同様である。
【００２０】次に、スイッチ素子Ｓ１のパルス幅がスイ
ッチ素子Ｓ２のパルス幅より短い場合の動作について、
説明する。スイッチ素子Ｓ１がオフする直前までの動作
は上記と同様である。いま、スイッチ素子Ｓ１がオフす
ると、スイッチ素子Ｓ２はオンしているため、リアクト
ルＬ１に流れていた電流により、コンデンサＣ６とコン
デンサＣ７を充電する。コンデンサＣ６とコンデンサＣ
７の電圧は徐々に上昇し、コンデンサＣ１の電圧ＶＤＣ
に達すると、ダイオードＤ１が導通しクランプされる。
このとき、スイッチ素子Ｓ２に流れる電流は、コンデン
サＣ１→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→スイッチ素子
Ｓ１→コンデンサＣ１の経路で流れる電流に、コンデン
サＣ７の充電電流が重畳される。スイッチ素子Ｓ１は電
圧上昇率がコンデンサＣ６の充電スピードで制限される
のでＺＶＳとなり、ターンオフ損失はほとんど発生しな
い。
ッチ素子Ｓ２のパルス幅より短い場合の動作について、
説明する。スイッチ素子Ｓ１がオフする直前までの動作
は上記と同様である。いま、スイッチ素子Ｓ１がオフす
ると、スイッチ素子Ｓ２はオンしているため、リアクト
ルＬ１に流れていた電流により、コンデンサＣ６とコン
デンサＣ７を充電する。コンデンサＣ６とコンデンサＣ
７の電圧は徐々に上昇し、コンデンサＣ１の電圧ＶＤＣ
に達すると、ダイオードＤ１が導通しクランプされる。
このとき、スイッチ素子Ｓ２に流れる電流は、コンデン
サＣ１→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→スイッチ素子
Ｓ１→コンデンサＣ１の経路で流れる電流に、コンデン
サＣ７の充電電流が重畳される。スイッチ素子Ｓ１は電
圧上昇率がコンデンサＣ６の充電スピードで制限される
のでＺＶＳとなり、ターンオフ損失はほとんど発生しな
い。
【００２１】次にスイッチ素子Ｓ２がオフすると、絶縁
トランスＴＲ１の一次巻線に流れていた電流は、絶縁ト
ランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ３→コンデンサ
Ｃ１→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線の経路でコンデン
サＣ３を充電する電流と、絶縁トランスＴＲ１の一次巻
線→コンデンサＣ７→ダイオードＤ１→絶縁トランスＴ
Ｒ１の一次巻線の経路でコンデンサＣ７を放電する電流
と、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ４→
コンデンサＣ５→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線の経路
でコンデンサＣ４を放電する電流に分流する。コンデン
サＣ４の電圧が零になるとダイオードＤ４が導通するた
め、コンデンサＣ３の電圧は（ＶＤＣ＋ＶＣ５）にクラ
ンプされる。また、コンデンサＣ７の電圧は、ＶＣ５に
クランプされる。このとき絶縁トランスＴＲ１の二次巻
線電圧は直流出力電圧Ｖｏに達し、絶縁トランスＴＲ１
に蓄積されていた励磁エネルギーの一部が、二次巻線を
介して直流出力に出力される。
トランスＴＲ１の一次巻線に流れていた電流は、絶縁ト
ランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ３→コンデンサ
Ｃ１→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線の経路でコンデン
サＣ３を充電する電流と、絶縁トランスＴＲ１の一次巻
線→コンデンサＣ７→ダイオードＤ１→絶縁トランスＴ
Ｒ１の一次巻線の経路でコンデンサＣ７を放電する電流
と、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ４→
コンデンサＣ５→絶縁トランスＴＲ１の一次巻線の経路
でコンデンサＣ４を放電する電流に分流する。コンデン
サＣ４の電圧が零になるとダイオードＤ４が導通するた
め、コンデンサＣ３の電圧は（ＶＤＣ＋ＶＣ５）にクラ
ンプされる。また、コンデンサＣ７の電圧は、ＶＣ５に
クランプされる。このとき絶縁トランスＴＲ１の二次巻
線電圧は直流出力電圧Ｖｏに達し、絶縁トランスＴＲ１
に蓄積されていた励磁エネルギーの一部が、二次巻線を
介して直流出力に出力される。
【００２２】図２はこの発明の第２の実施の形態を示す
回路図である。図１と同一の機能を有するものには同一
符号を付して、その説明を省略する。すなわち、図２に
示すものは、図１に示すコンデンサＣ７の代わりに、リ
アクトルＬ１とダイオードＤ６とコンデンサＣ７の直列
回路を接続し、ダイオードＤ６とコンデンサＣ７の接続
点とコンデンサＣ１の正極端子の間にダイオードＤ７を
接続して構成される。そして、図２のＡＣ／ＤＣコンバ
ータでは、スイッチ素子Ｓ１がオフ、主スイッチ素子Ｓ
２がオフ、補助スイッチ素子Ｓ３がオンしている状態で
は、コンデンサＣ６はコンデンサＣ１の電圧ＶＤＣとほ
ぼ同じ電圧で充電されている。また、コンデンサＣ７は
図２に矢印で示す方向に、コンデンサＣ５の電圧ＶＣ５
とほぼ同じ電圧で充電されている。コンデンサＣ７の静
電容量はコンデンサＣ３，Ｃ６よりも十分に大きいもの
とする。
回路図である。図１と同一の機能を有するものには同一
符号を付して、その説明を省略する。すなわち、図２に
示すものは、図１に示すコンデンサＣ７の代わりに、リ
アクトルＬ１とダイオードＤ６とコンデンサＣ７の直列
回路を接続し、ダイオードＤ６とコンデンサＣ７の接続
点とコンデンサＣ１の正極端子の間にダイオードＤ７を
接続して構成される。そして、図２のＡＣ／ＤＣコンバ
ータでは、スイッチ素子Ｓ１がオフ、主スイッチ素子Ｓ
２がオフ、補助スイッチ素子Ｓ３がオンしている状態で
は、コンデンサＣ６はコンデンサＣ１の電圧ＶＤＣとほ
ぼ同じ電圧で充電されている。また、コンデンサＣ７は
図２に矢印で示す方向に、コンデンサＣ５の電圧ＶＣ５
とほぼ同じ電圧で充電されている。コンデンサＣ７の静
電容量はコンデンサＣ３，Ｃ６よりも十分に大きいもの
とする。
【００２３】図２の動作波形を図５に示す。図１と同じ
動作をするものについては、説明を省略する。まず、ス
イッチ素子Ｓ１のパルス幅がスイッチ素子Ｓ２のパルス
幅より短いときの動作につき、その相違点を重点的に説
明する。スイッチ素子Ｓ２がオフすると、コンデンサＣ
７を充電する電流は、ダイオードＤ６でブロックされ、
絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ７→絶縁
トランスＴＲ１の一次巻線の経路で流れる。このため、
スイッチ素子Ｓ１にはコンデンサＣ７を充電する電流は
重畳されない。また、電圧コンデンサＣ７の電圧は、コ
ンデンサＣ５の電圧ＶＣ５にクランプされる。
動作をするものについては、説明を省略する。まず、ス
イッチ素子Ｓ１のパルス幅がスイッチ素子Ｓ２のパルス
幅より短いときの動作につき、その相違点を重点的に説
明する。スイッチ素子Ｓ２がオフすると、コンデンサＣ
７を充電する電流は、ダイオードＤ６でブロックされ、
絶縁トランスＴＲ１の一次巻線→コンデンサＣ７→絶縁
トランスＴＲ１の一次巻線の経路で流れる。このため、
スイッチ素子Ｓ１にはコンデンサＣ７を充電する電流は
重畳されない。また、電圧コンデンサＣ７の電圧は、コ
ンデンサＣ５の電圧ＶＣ５にクランプされる。
【００２４】スイッチ素子Ｓ１のパルス幅がスイッチ素
子Ｓ２のパルス幅より長いときの動作につき、図１との
相違点を重点的に説明する。スイッチ素子Ｓ１がオフす
ると、スイッチ素子Ｓ２はオンしているので、リアクト
ルＬ１に流れていた電流は、コンデンサＣ６を充電する
電流と、リアクトルＬ２を介してコンデンサＣ７を充電
する電流に分流する。このとき、コンデンサＣ７を充電
する電流はリアクトルＬ２によって小さく抑えられてい
るため、スイッチ素子Ｓ２の電流に重畳して流れる電流
が小さくなる。
子Ｓ２のパルス幅より長いときの動作につき、図１との
相違点を重点的に説明する。スイッチ素子Ｓ１がオフす
ると、スイッチ素子Ｓ２はオンしているので、リアクト
ルＬ１に流れていた電流は、コンデンサＣ６を充電する
電流と、リアクトルＬ２を介してコンデンサＣ７を充電
する電流に分流する。このとき、コンデンサＣ７を充電
する電流はリアクトルＬ２によって小さく抑えられてい
るため、スイッチ素子Ｓ２の電流に重畳して流れる電流
が小さくなる。
【００２５】図３はこの発明の第３の実施の形態を示す
回路図である。図１と同一の機能を有するものには同一
符号を付して、その説明を省略する。すなわち、図３で
はＤＣ／ＤＣコンバータの構成は、平滑コンデンサＣ１
の両端に絶縁トランスＴＲ２の一次巻線Ｎ１と主スイッ
チ素子Ｓ２の直列回路を接続し、主スイッチ素子Ｓ２に
並列にコンデンサＣ３を接続し、さらにコンデンサＣ３
に並列にダイオードＤ８と絶縁トランスＴＲ２の三次巻
線Ｎ３と補助スイッチ素子Ｓ３を接続する。また、力率
改善回路のスイッチ素子Ｓ１の正極側と、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータのダイオードＤ８と絶縁トランスＴＲ２の三次
巻線Ｎ３の接続点との間にダイオードＤ９を接続する。
回路図である。図１と同一の機能を有するものには同一
符号を付して、その説明を省略する。すなわち、図３で
はＤＣ／ＤＣコンバータの構成は、平滑コンデンサＣ１
の両端に絶縁トランスＴＲ２の一次巻線Ｎ１と主スイッ
チ素子Ｓ２の直列回路を接続し、主スイッチ素子Ｓ２に
並列にコンデンサＣ３を接続し、さらにコンデンサＣ３
に並列にダイオードＤ８と絶縁トランスＴＲ２の三次巻
線Ｎ３と補助スイッチ素子Ｓ３を接続する。また、力率
改善回路のスイッチ素子Ｓ１の正極側と、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータのダイオードＤ８と絶縁トランスＴＲ２の三次
巻線Ｎ３の接続点との間にダイオードＤ９を接続する。
【００２６】上記のような構成において、スイッチ素子
Ｓ１のターンオフ動作は図１と同様なので説明を省略
し、スイッチ素子Ｓ１のターンオンがＺＶＳになる動作
についてのみ、説明する。スイッチ素子Ｓ１とスイッチ
素子Ｓ２は、同時にオンするとする。スイッチ素子Ｓ１
と主スイッチ素子Ｓ２がオンする前に補助スイッチ素子
Ｓ３をオンすると、コンデンサＣ３とコンデンサＣ６に
蓄積されていたエネルギーが、コンデンサＣ３→ダイオ
ードＤ８→絶縁トランスＴＲ２の三次巻線Ｎ３→補助ス
イッチ素子Ｓ３→コンデンサＣ３の経路と、コンデンサ
Ｃ６→ダイオードＤ９→絶縁トランスＴＲ２の三次巻線
Ｎ３→補助スイッチ素子Ｓ３→コンデンサＣ６の経路で
トランスの三次巻線に移り、放電する。コンデンサＣ３
とコンデンサＣ６の電圧が零となった時点で、スイッチ
素子Ｓ１とスイッチ素子Ｓ２をオンすると、いずれもＺ
ＶＳでターンオンし、ターンオン損失は零となる。この
とき、絶縁トランスＴＲ２の一次巻線Ｎ１には、図３に
矢印で示す方向の電圧が印加されるので、絶縁トランス
ＴＲ２の三次巻線Ｎ３に発生する電圧によって、Ｎ３に
流れる電流は零まで低下する。この時点でスイッチ素子
Ｓ３をオフすると、スイッチ素子Ｓ３はＺＶＳ，ＺＣＳ
となり、ターンオフ損失は発生しない。なお、図３の力
率改善回路は電流不連続モードだけでなく、電流連続モ
ードでも動作可能である。
Ｓ１のターンオフ動作は図１と同様なので説明を省略
し、スイッチ素子Ｓ１のターンオンがＺＶＳになる動作
についてのみ、説明する。スイッチ素子Ｓ１とスイッチ
素子Ｓ２は、同時にオンするとする。スイッチ素子Ｓ１
と主スイッチ素子Ｓ２がオンする前に補助スイッチ素子
Ｓ３をオンすると、コンデンサＣ３とコンデンサＣ６に
蓄積されていたエネルギーが、コンデンサＣ３→ダイオ
ードＤ８→絶縁トランスＴＲ２の三次巻線Ｎ３→補助ス
イッチ素子Ｓ３→コンデンサＣ３の経路と、コンデンサ
Ｃ６→ダイオードＤ９→絶縁トランスＴＲ２の三次巻線
Ｎ３→補助スイッチ素子Ｓ３→コンデンサＣ６の経路で
トランスの三次巻線に移り、放電する。コンデンサＣ３
とコンデンサＣ６の電圧が零となった時点で、スイッチ
素子Ｓ１とスイッチ素子Ｓ２をオンすると、いずれもＺ
ＶＳでターンオンし、ターンオン損失は零となる。この
とき、絶縁トランスＴＲ２の一次巻線Ｎ１には、図３に
矢印で示す方向の電圧が印加されるので、絶縁トランス
ＴＲ２の三次巻線Ｎ３に発生する電圧によって、Ｎ３に
流れる電流は零まで低下する。この時点でスイッチ素子
Ｓ３をオフすると、スイッチ素子Ｓ３はＺＶＳ，ＺＣＳ
となり、ターンオフ損失は発生しない。なお、図３の力
率改善回路は電流不連続モードだけでなく、電流連続モ
ードでも動作可能である。
【００２７】
【発明の効果】この発明によれば、力率改善回路のスイ
ッチ素子のオン，オフがＺＶＳとなり、しかもオン，オ
フ時の電圧上昇，減少率も小さく制御されるので、以下
のような効果がもたらされる。 （１）ターンオン損失は零、ターンオフ損失はほとんど
発生しないので、力率改善回路の効率が上がる。 （２）スイッチング損失はほとんど発生しないので、高
周波スイッチング動作が可能となり、リアクトルの小形
化，入力フィルタの小形化等が達成される。 （３）スイッチング時に発生するノイズを小さくでき
る。
ッチ素子のオン，オフがＺＶＳとなり、しかもオン，オ
フ時の電圧上昇，減少率も小さく制御されるので、以下
のような効果がもたらされる。 （１）ターンオン損失は零、ターンオフ損失はほとんど
発生しないので、力率改善回路の効率が上がる。 （２）スイッチング損失はほとんど発生しないので、高
周波スイッチング動作が可能となり、リアクトルの小形
化，入力フィルタの小形化等が達成される。 （３）スイッチング時に発生するノイズを小さくでき
る。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す回路図であ
る。
る。
【図２】この発明の第２の実施の形態を示す回路図であ
る。
る。
【図３】この発明の第３の実施の形態を示す回路図であ
る。
る。
【図４】図１の動作説明図である。
【図５】図２の動作説明図である。
【図６】従来例を示す回路図である。
【図７】図６の動作説明図である。
Ｓ１〜Ｓ３…スイッチ素子、Ｃ１〜Ｃ７…コンデンサ、
Ｄ１〜Ｄ９…ダイオード、Ｌ１，Ｌ２…リアクトル、Ｔ
Ｒ１，ＴＲ２…絶縁トランス、ＤＢ…ダイオードブリッ
ジ。
Ｄ１〜Ｄ９…ダイオード、Ｌ１，Ｌ２…リアクトル、Ｔ
Ｒ１，ＴＲ２…絶縁トランス、ＤＢ…ダイオードブリッ
ジ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 7/12 Ｈ０２Ｍ 7/12 Ｑ 7/217 7/217 Ｆターム(参考） 5H006 AA02 CA02 CA07 CB01 CB03 CC02 CC08 DA04 5H730 AA14 AA18 BB14 BB43 BB57 BB75 BB81 CC04 DD04 DD41 EE02 EE07
Claims (3)
- 【請求項１】 商用電源を整流する整流手段と、この整
流手段の出力電圧をスイッチ素子により断続して昇圧す
るとともに電流不連続モードで動作して入力力率を改善
する力率改善手段と、この力率改善手段の出力を平滑す
る平滑コンデンサと、この平滑された直流電圧をスイッ
チ素子により断続して得た電圧を絶縁トランスの一次巻
線に印加して二次側に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバ
ータとを備えたＡＣ／ＤＣコンバータにおいて、 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、主スイッチ素子の他に補
助スイッチ素子と共振コンデンサとを有し、前記主スイ
ッチ素子と補助スイッチ素子のスイッチ動作に伴う、前
記絶縁トランスのインダクタンスと前記共振コンデンサ
の共振動作により、主スイッチ素子と補助スイッチ素子
のオン，オフとも零電圧スイッチング（ＺＶＳ）動作を
するものとし、 かつ、前記力率改善手段に用いられる第１のスイッチ素
子に並列に第１のコンデンサを接続し、この第１のスイ
ッチ素子の正極側端子と第１のコンデンサの接続点と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの主スイッチ素子の正極側端
子との間に第２のコンデンサを接続し、前記第１のスイ
ッチ素子と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの主スイッチ素子
がオンするタイミングを同一としたことを特徴とするＡ
Ｃ／ＤＣコンバータ。 - 【請求項２】 前記第２のコンデンサを、リアクトルと
第１のダイオードと第３のコンデンサとの直列回路に置
き換え、第１のダイオードと第３のコンデンサとの接続
点と、前記平滑コンデンサの正極端子との間に第２のダ
イオードを接続したことを特徴とする請求項１に記載の
ＡＣ／ＤＣコンバータ。 - 【請求項３】 商用電源を整流する整流手段と、この整
流手段の出力電圧をスイッチ素子により断続し昇圧して
入力力率を改善する力率改善手段と、この力率改善手段
の出力を平滑する平滑コンデンサと、この平滑された直
流電圧をスイッチ素子により断続して得た電圧を絶縁ト
ランスの一次巻線に印加して二次側に電力を供給するＤ
Ｃ／ＤＣコンバータとを備えたＡＣ／ＤＣコンバータに
おいて、 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記平滑コンデンサの両
端に前記絶縁トランスの一次巻線と主スイッチ素子との
直列回路を接続し、この主スイッチ素子と並列に零電圧
スイッチング（ＺＶＳ）を実現するための共振コンデン
サを接続し、さらに、この共振コンデンサと並列にダイ
オードと前記絶縁トランスの三次巻線と補助スイッチ素
子とを接続し、前記主スイッチ素子がオンする以前に補
助スイッチ素子をオンすることにより、前記共振コンデ
ンサに蓄積された電荷を放電し、共振コンデンサの電圧
が零となった時点で主スイッチ素子をオンして、零電圧
ターンオンを実現するものとし、 かつ、前記力率改善手段に用いられる第１のスイッチ素
子に並列に第１のコンデンサを接続し、この第１のスイ
ッチ素子の正極側端子と前記共振コンデンサの放電経路
との間にダイオードを接続し、前記第１のスイッチ素子
と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの主スイッチ素子がオンす
るタイミングを同一としたことを特徴とするＡＣ／ＤＣ
コンバータ。
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|---|---|---|---|
| JP28231798A JP3585025B2 (ja) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | Ａｃ／ｄｃコンバータ |
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|---|---|---|---|
| JP28231798A JP3585025B2 (ja) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | Ａｃ／ｄｃコンバータ |
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