JP2011259560A - 負荷駆動装置及びその周波数制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極めて簡素な回路での同期整流動作と、スイッチング損失をほとんど発生させないソフトスイッチング動作および高力率を実現すると共に、入力側の整流後のＤＣバス電圧と負荷側の出力電圧の制御を同時に行う負荷駆動装置を提供する。
【解決手段】負荷駆動装置１を、第１〜第４スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４からなるフルブリッジ回路３と、各スイッチ素子対の両直列回路に対して並列に接続され、第１〜４スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４により整流／昇圧したＤＣバス電圧を蓄積する平滑コンデンサＣ１と、両直列回路の中間接続点間に接続された交流電源Ｖａｃ及び昇圧インダクタＬ１と、高周波トランスＴ１の一次側回路に配置される共振インダクタＬｓと励磁インダクタンスＬｍと共振コンデンサＣ２を含むＬＬＣ共振回路４と、負荷Ｒ１に接続される高周波トランスＴ１の二次側回路とから構成するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、整流ブリッジダイオードレスのＡＣ／ＤＣシングルステージコンバータであって、力率改善（ＰＦＣ）機能と電流共振コンバータ機能を備える負荷駆動装置に関し、高効率と高力率を実現する負荷駆動装置に関するものである。

従来、ノートパソコン、液晶テレビ、プラズマテレビ、ゲーム機等のデジタル機器、照明機器や家庭用娯楽機器用として、力率を改善するためのＡＣ／ＤＣコンバータを備える負荷駆動装置が利用されており、この負荷駆動装置は、一般的に、全波整流ブリッジ、昇圧型力率改善（ＰＦＣ）部およびＤＣ／ＤＣコンバータ部により構成される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ部としては、フライバックコンバータ、フォワードコンバータ、電流共振（ＬＬＣ）コンバータなどが挙げられるが、高効率が要求される電源では電流共振コンバータが広く採用されている。

図１０は、特許文献１の中で開示された、ハーフブリッジ型のコンバータ回路５０を示すもので、整流ダイオードを減少させると共に、整流回路５１とスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２の駆動回路との間に設けた昇圧リアクタＬを整流回路５１と交流電源Ｅｉｎとの間に配置変更して、電流阻止ダイオードの数を減少させたものである。

このコンバータ回路５０は、２つの整流ダイオードＤ１１、Ｄ１２よりなるハーフブリッジ整流回路５１と、２つのスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２よりなるハーフブリッジ回路５２と、２つのコンデンサＣ１１，Ｃ１２よりなる直列回路５３と、ハーフブリッジ整流回路５１の中間接続点と交流電源Ｅｉｎとの間に設けたリアクタＬとを含んでいる。

また、コンバータ回路５０のトランス一次側回路は、２つのスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２よりなるハーフブリッジ回路５２の中間接続点と、２つのコンデンサＣ１１，Ｃ１２の直列回路５３における中間接続点との間に、高周波トランスＴｒの一次コイルＬａを接続して構成されている。
コンバータ回路５０のトランス二次側回路は、高周波トランスＴｒの二次コイルＬｂに、４つのダイオードＤ１３〜Ｄ１６よりなるフルブリッジ整流回路５４を接続し、並列コンデンサＣ１３をフルブリッジ整流回路５４の両端に並列接続した構成となっている。

そして、フルブリッジ整流回路５４の両端は、並列コンデンサＣ１３を介してバッテリーＢ１〜Ｂ３よりなる直列回路に接続されており、高周波トランスＴｒの一次側において生成された高周波電力を二次側に設けたフルブリッジ整流回路５４によって、全波整流してバッテリーＢ１〜Ｂ３を充電する。
このコンバータ回路５０には、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２のゲート端子とソース端子に、それぞれ接続される２つの駆動回路を有する制御回路５５が接続されており、この制御信号により、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２を交互にオン・オフ制御させるように構成されている。

特開平１１−２４３６４６号公報

しかしながら、上記コンバータ回路５０では、スイッチング動作は電流共振などによるソフトスイッチング動作を前提とするような直接的な記載、あるいはそれを想到させる記載がない。それに加えて、ダイオードＤ１１のカソードとＤ１２のアノード間に電圧保持を目的とした大容量コンデンサが存在しないことからコンデンサＣ１１，C１２は共振用コンデンサではなく入力電圧を大容量コンデンサにて分圧した構成であると考えられる。即ち、コンバータ回路５０の回路構成は、一般的なハードスイッチング動作を前提としたものと考えられ、ブリッジダイオードレス構成ながらも大幅な効率改善は見込めない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、整流ダイオードをなくして、４つのスイッチ素子のみでフルブリッジ構成としたブリッジ回路を含むシングルステージＡＣ／ＤＣコンバータとすることにより、極めて簡素な回路での同期整流動作と、スイッチング損失をほとんど発生させないソフトスイッチング動作および高力率を実現する負荷駆動装置及びその周波数制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の負荷駆動装置は、直列接続された第１、第２スイッチ素子で構成され、商用周波数で駆動される同期整流用スイッチ素子の一対と、直列接続された第３、第４スイッチ素子で構成され、スイッチング周波数で駆動される高周波同期整流昇圧コンバータ動作および共振コンバータとしてのソフトスイッチング動作を行うスイッチ素子の一対とを並列接続してフルブリッジ構成としたブリッジ回路と、商用ＡＣ電圧を前記第１〜第４スイッチ素子により整流／昇圧して入力電圧としてのＤＣバス電圧を生成する平滑コンデンサと、前記第１、第２スイッチ素子の直列回路と前記第３、第４スイッチ素子の直列回路の各中間接続点との間に直列接続された交流電源及び昇圧インダクタと、前記第３、第４スイッチ素子の中間接続点と前記第４スイッチ素子の他端との間に接続した高周波トランスの一次側回路に配置される共振インダクタまたは前記高周波トランスのリーケージインダクタンス、励磁インダクタンス、及び共振コンデンサを含むＬＬＣ共振回路と、負荷に接続される前記高周波トランスの二次側回路とを備えることを特徴とする。

本発明の第１変形例として、前記平滑コンデンサと前記第４スイッチ素子との接続点と、前記第３、第４スイッチ素子の中間接続点との間に接続され、前記第４スイッチ素子に対して並列接続される電圧共振コンデンサを設けている。

本発明の第２変形例として、前記高周波トランス二次側に整流ダイオード、インダクタ、及びコンデンサを含む整流平滑回路と、前記高周波トランス二次側の前記コンデンサに蓄えられた直流の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、入力側のＤＣバス電圧を検出する入力電圧検出手段からの出力信号と、前記出力電圧検出手段からの出力信号とに基づいて、前記第３、第４スイッチ素子のオン・オフ動作を制御する制御手段とを含むことを特徴としている。

本発明の第３変形例として、前記高周波トランスの二次側の整流平滑回路を倍電圧整流回路で構成している。
本発明の第４変形例として、前記平滑コンデンサは、直列接続された第１、第２コンデンサを含み、該第１、第２コンデンサの中間接続点と前記第３、第４スイッチ素子の中間接続点との間に前記高周波トランスの一次側回路を接続したことを特徴としている。

さらに、本発明に係る負荷駆動装置の周波数制御方法は、同期整流用の第１、第２スイッチ素子と、共振コンバータ用の第３、第４スイッチ素子をフルブリッジに構成したブリッジ回路を含むＡＣ／ＤＣコンバータとした負荷駆動装置の周波数制御方法であって、前記第１、第２スイッチ素子によって交流入力電圧の正と負の半周期で低周波同期整流動作を行うと共に、前記第３、第４スイッチ素子のオン・オフ動作に基づいて、高周波同期整流昇圧動作および高周波トランスに接続した共振回路による電流共振または電流および電圧の複合共振動作の両方を行う段階と、前記第３、第４スイッチ素子のオン・オフ動作の周波数変調によって、負荷に接続される前記高周波トランスの二次側回路の出力電圧との制御を行う段階とを含み、前記出力電圧の制御は、前記第３、第４スイッチ素子のオン・オフ動作に基づき、周波数変調することを特徴としている。

また、本発明の一実施形態は、駆動周波数と共振周波数の比が１となる動作点で駆動し、前記ＤＣバス電圧のみを負帰還により制御することを特徴とする。

本発明に係る負荷駆動装置は、第１〜第４スイッチ素子でフルブリッジ回路を構成し、ブリッジ前段側の第１，第２スイッチ素子により、正と負の半周期で低周波同期整流動作を行い、また、ブリッジ後段側の第３，第４スイッチ素子で、高周波同期整流昇圧動作および高周波トランスに接続された共振回路による電流共振または電流及び電圧の複合共振動作を同時に行う回路構成により、負荷の状況を検出して周波数を制御することによって、出力電圧を制御することができる。

この結果、フルブリッジ構成のみで、全波整流ブリッジがないため、部品点数を削減して低廉かつ簡易に構成でき、さらに、平滑コンデンサ両端間の直流電圧を検出して、第３，第４スイッチ素子の高周波同期整流動作により、力率を改善するとともに、ＡＣ／ＤＣコンバータの回路構成により、共振動作によるスイッチング損失を低減しかつ回路構成を多段化することがないため、高効率化を達成できる。

本発明の第１の実施形態に係る負荷駆動装置の基本構成であるＡＣ／ＤＣコンバータ回路の構成図である。 本発明に係る負荷駆動装置における４つのスイッチ素子の動作を説明するための波形図である。 本発明に係るフルブリッジ回路の第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４のタイミングチャート図である。 本発明に係る負荷駆動装置におけるＡＣ／ＤＣコンバータ回路の第１変形例を示す回路構成図である。 本発明に係る負荷駆動装置における図１の基本構成による制御を説明するための第２変形例を示す回路構成図である。 本発明に係る負荷駆動装置の第３変形例を示す回路構成図である。 本発明に係る負荷駆動装置の第４変形例を示す回路構成図である。 本発明に係る負荷駆動装置の第５変形例を示す回路構成図である。 本発明の負荷駆動装置の周波数制御方法における動作点を示すＬＬＣ共振回路の正規化周波数特性を示すグラフである。 従来例のハーフブリッジ型のコンバータ回路を示す回路構成図である。

以下に、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る負荷駆動装置１の基本構成であるＡＣ／ＤＣコンバータ回路２の構成図である。

図１に示す負荷駆動装置１の要部であるＡＣ／ＤＣコンバータ回路２は、周波数の低い交流電源ＶａｃのＡＣ入力電圧を同期整流するための第１，第２スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２と、高い周波数でスイッチングされる同期整流形昇圧コンバータ動作およびソフトスイッチング動作を実現する共振コンバータ用の第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４とがブリッジ接続されたフルブリッジ回路３と、第１，第２スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路と第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路の各中間接続点ａ、ｂ間に直列に接続される交流電源Ｖａｃ及び昇圧インダクタＬ１と、２つの直列回路に並列にかつ中間に配置されて接続した平滑コンデンサＣ１と、フルブリッジ回路３の後段に、共振インダクタＬｓ、励磁インダクタンスＬｍ、及び共振コンデンサＣ２を含むＬＬＣ共振回路４を介して接続された高周波トランスＴ１とを備えている。
ＬＬＣ共振回路の共振インダクタＬｓは、高周波トランスＴ１のリーケージインダクタンスを利用することができる。

第１〜第４スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４は、ＭＯＳＦＥＴからなり、各スイッチ素子は、それぞれ内蔵された寄生ダイオードＤ１〜Ｄ４を含んでいる。
高周波トランスＴ１は、その一次側に、一次巻線Ｎｐと直列に接続された共振インダクタＬｓと、高周波トランスＴ１の一次巻線Ｎｐと直並列に形成された励磁インダクタンスＬｍを有している。

また、高周波トランスＴ１の一次側回路の一端は、第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点ｂに接続され、他端は、高周波トランスＴ１の一次巻線Ｎｐに直列に接続された共振コンデンサＣ２を介して第４スイッチ素子Ｑ４の他端ｃに接続されている。高周波トランスＴ１の一次側の共振インダクタＬｓ、励磁インダクタンスＬｍ、及び共振コンデンサＣ２により、ＬＬＣ共振回路が構成される。そして、高周波トランスＴ１の二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２側には、整流ダイオードＤ５，Ｄ６と平滑コンデンサＣ３と負荷Ｒ１とが接続されている。

本発明の負荷駆動装置１において、整流回路は、同期整流用の第１，第２スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２および第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の寄生ダイオードＤ１〜Ｄ４で構成され、これらのスイッチ素子は、電力変換用としては使用されない。そして、昇圧インダクタＬ１と第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４および平滑コンデンサＣ１との組合せにより、整流電圧を昇圧し、平滑コンデンサＣ１に入力電圧としてのＤＣバス電圧を蓄える。

本発明では、スイッチ素子駆動回路１０（図５参照）からの出力信号に基づいて、第１〜第４スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を制御する。
図２に示すとおり、第１スイッチ素子Ｑ１と第２スイッチ素子Ｑ２は相補駆動の関係にあり、かつ商用電源周波数に同期した信号である。一方、第３スイッチ素子Ｑ３と第４スイッチ素子Ｑ４は相補駆動の関係にあるものの第１，第２スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に比べて高い周波数で駆動し固定のデューティで駆動される。

その結果、交流電源ＶａｃのＡＣ入力電圧が正の半周期にある位相期間を例にとれば、昇圧インダクタＬ１，第４スイッチ素子Ｑ４，第２スイッチ素子Ｑ２の導通により昇圧インダクタＬ１にエネルギーを蓄積する期間と、昇圧インダクタＬ１，第３スイッチ素子Ｑ３，平滑コンデンサＣ１，第２スイッチ素子Ｑ２の経路でエネルギーを平滑コンデンサＣ１に移す期間が交互に現れる。即ち、第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４は同期整流形の昇圧コンバータも構成することから、第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４のスイッチングにより高周波トランスＴ１の一次巻線の両端に電圧が印加され、高周波トランスＴ１を介して二次側に電力が伝達される。
その際、高周波トランスＴ１の共振インダクタＬｓ、励磁インダクタンスＬｍ、および共振コンデンサＣ２を備えることにより、共振動作を積極的に利用することで電流共振動作が実現される。
尚、ＡＣ入力電圧が負の半周期の場合でも、原理は全く同一であることから詳細説明は省略する。

図１の上記回路構成において、昇圧インダクタＬ１は、一端が第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点ｂに接続され、他端が交流電源Ｖａｃの一端に接続されているが、交流電源Ｖａｃと昇圧インダクタＬ１が逆の配置構成でもよく、また、ＬＬＣ共振回路の共振コンデンサＣ２と共振インダクタＬｓのいずれか一方または両方を、第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点ｂと高周波トランスＴ１の一次巻線Ｎｐとの間に接続してもよい。また、共振インダクタＬｓは、高周波トランスＴ１のリーケージインダクタンスで代替することもできる。

図２は、交流電源ＶａｃのＡＣ入力電圧の正負の半周期において生じる第１〜第４スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の動作タイミングチャートを示している。
この図において、本発明の負荷駆動装置１に交流電源ＶａｃのＡＣ入力電圧が供給されると、第１，第２スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、正の半周期と負の半周期で、オン・オフを切り替え、ＡＣ入力電圧に基づいて、第１，第２スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２にゲート信号(a)(b)が入力する。即ち、ＡＣ入力電圧を監視して同期整流が行われるため、効率の改善が図られる。

また、第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４は、第１，第２スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２よりも早い周期でゲート信号(c)(d)が入力しており、このパルス信号のオン・オフ動作に基づき、高周波トランスＴ１に接続された、ここでは、一次側のＬＬＣ共振回路４、即ち、共振インダクタＬｓまたはリーケージインダクタンス、励磁インダクタンスＬｍ、及び共振コンデンサＣ２により共振動作を行い、第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４のスイッチング周波数を調整することにより出力が制御される。

図１に示すＡＣ／ＤＣコンバータ回路２において、ソフトスイッチング動作は、電流共振あるいは電流及び電圧の複合共振動作、いわゆるＬＬＣ共振によって実現され、図３に示す波形図に従って、第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４が動作する。
図３では電圧共振の状態はみてとれないが、図４に示すように、擬似共振用のコンデンサＣｖｒを付加することで第４スイッチ素子Ｑ４のドレイン―ソース間の電圧が共振し台形波状になるためスイッチング損失の発生は極めて小さく出来る。

図３において、(a)に示すＶ（Ｑ３）は、第３スイッチ素子Ｑ３のドレインソース間電圧、(b)に示すＩ（Ｑ３）は、第３スイッチ素子Ｑ３に流れるドレイン電流、(c)に示すＶ（Ｑ４）は、第４スイッチ素子Ｑ４のドレインソース間電圧、(d)に示すＩ（Ｑ４）は、第４スイッチ素子Ｑ４に流れるドレイン電流である。

本発明は、フルブリッジ回路３の構成で、前段の第１，第２スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２で低周波同期整流駆動を行い、後段の第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４で、昇圧動作および電流共振あるいは電流および電圧の複合共振を行うものであり、第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４だけで、力率改善動作の制御と同時に、負荷Ｒ１の電圧を検出して、負荷Ｒ１側の出力電圧の周波数制御を行っている。

また、本発明に係る負荷駆動装置１では、いわゆるＬＬＣ共振回路特性を持たせているため、電流共振によりスイッチング損失は極めて小さくできる。その一方で、ＬＬＣ回路は、一次側回路に一般的なコンバータに比べて大きな励磁電流が還流しており、ダイオードなどの導通損失が大きくなる傾向があるため、二つの整流ダイオードをＭＯＳＦＥＴに置換えて商用周波数にて同期整流させることで、導通損失の低減も図ることが可能となり、その結果、極めて高い電力変換効率を得られることになる。つまり、ＬＬＣ共振動作の欠点を補う形で商用周波数での同期整流を一次側回路で行うことは極めて合理的な駆動方式である。尚、負荷駆動装置１の回路構成では、純粋に商用周波数での整流動作のみを行っているスイッチ素子は２個（第１，第２スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２）のみであり、その点をとっても効率面、コスト面などから有利な構成である。

本発明は、上記制御方法を行うものであるが、基本構成回路に関して、種々の変形例が考えられる。次に、図４〜図８において、本発明の実施形態を説明する。

図４は、本発明の第１変形例を示すもので、負荷駆動装置１は、図１と同一の基本構成回路のＡＣ／ＤＣコンバータ回路の構成を有し、さらに、電圧共振コンデンサＣｖｒを備えている。

この電圧共振コンデンサＣｖｒは、平滑コンデンサＣ１と第４スイッチ素子Ｑ４との接続点ｄと、第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の中間接続点ｅとの間に接続され、第４スイッチ素子Ｑ４に対して並列接続されている。
電圧共振コンデンサＣｖｒを設けることにより、第４スイッチ素子Ｑ４がターンオフするときに電圧共振動作を実現できるため、効率の改善が期待できる。

図５は、本発明の第２変形例を示すもので、図１の基本構成回路を有し、さらに、高周波トランスＴ１の二次側に整流回路を備えるとともに、第１〜第４スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の制御を行うためのスイッチ素子駆動回路１０の回路構成を示している。

負荷駆動装置１における第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の制御は、スイッチ素子駆動回路１０により周波数制御方式で行われる。

スイッチ素子駆動回路１０は、図１の回路では省略したが、図５に示すように、交流電源Ｖａｃと昇圧インダクタＬ１との接続点、または交流電源Ｖａｃの両端に接続されて入力側のＤＣバス電圧を検出する入力電圧検出手段１２と、平滑コンデンサＣ３の一端に接続されて高周波トランスＴ１の二次側回路の出力電圧を検出する出力電圧検出手段１４と、この入力側及び出力側からの電圧信号に基づき制御される制御手段１６とを含み、さらに、出力電圧検出手段１４との間に絶縁手段１８を設けている。この絶縁手段１８は、フォトカプラまたは絶縁トランスから構成される。

また、第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４は、この力率改善の制御の他に、出力電圧の制御を同時に行うものであり、スイッチ素子駆動回路１０により制御される。
この実施形態では、共振コンバータ部の負荷Ｒ１側から出力電圧を検出し、負荷Ｒ１の出力電圧に基づいて周波数を制御する。

図６は、前記高周波トランスＴ１の二次側の整流平滑回路を倍電圧整流回路で構成した、本発明の第３変形例を示している。
この整流平滑回路は、高周波トランスＴ１の二次側回路の一端が整流ダイオードＤ５，Ｄ６の直列回路の中点に接続され、他端が平滑コンデンサＣ３,Ｃ４の直列回路の中点に接続されており、さらに、これらの直列回路に並列に接続された平滑コンデンサＣ５とで構成されている。

これにより、二次側の平滑コンデンサＣ３〜Ｃ５が直流電流をカットするため、高周波トランスＴ１の偏磁が起こりにくくなり、インダクタ電流を不連続モードで駆動する本発明において、倍電圧整流を適用することは好適となる。
また、出力ダイオードの電圧は、出力電圧でクランプされることから、入出力条件に依存せずに電圧を一定に維持でき、部品ストレスが少ない。

図７は、本発明の第４変形例を示しており、第２変形例における高周波トランスＴ１の二次側回路の整流ダイオードの代わりに、第５，第６スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６を有することを特徴としている。
この結果、高周波トランスＴ１二次側にも同期整流を採用することにより、効率改善を行うことができる。

図８は、本発明の第５変形例を示すもので、図４の第１変形例の回路構成において、入力側の平滑コンデンサが、第１，第２コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの直列回路で構成され、第１，第２コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの中間接続点ｇと第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の中間接続点ｈとの間に、高周波トランスＴ１の一次側回路を接続したことを特徴としている。
これにより、高周波トランスＴ１の一次側の実効電流が下がり、効率の改善効果をもたらす。

さらに、上記本発明の回路構成である、同期整流用の第１，第２スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２と、同期整流形昇圧コンバータ用および共振コンバータ用の二つの役割を担う第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４をフルブリッジ回路３に形成したＡＣ／ＤＣコンバータ回路２を備える負荷駆動装置１に用いられる周波数制御方法について説明する。

本発明の制御方法では、第１，第２スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２によってＡＣ入力電圧の正と負の半周期で同期整流動作を行うと共に、第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４のオン・オフ動作に基づいて、同期整流昇圧動作と高周波トランスＴ１に接続したＬＬＣ共振回路４によって電流共振または電流および電圧の複合共振動作を行う。
そして、出力電圧の制御は、第３，第４スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４のみで行い、周波数変調することを特徴としている。

また、本発明の一つの実施形態として、図９に示すように出力電圧比（ゲイン）が１となる動作点Ｘで駆動し、整流直後の一次側の直流電圧としての平滑コンデンサＣ１の両端電圧のみを負帰還により制御することを特徴としている。

この結果、動作点を共振周波数に設定することで、出力電圧が一定となり、図９中のＱと相関を有する負荷変動に依存しないため、負荷変動があっても出力を一定にすることができる。

１：負荷駆動装置、 ２：ＡＣ／ＤＣコンバータ回路、 ３：フルブリッジ回路、 ４：ＬＬＣ共振回路、 １０：スイッチ素子駆動回路、 １２：入力電圧検出手段、 １４：出力電圧検出手段、 １６：制御手段、 １８：絶縁手段、 Ｑ１〜Ｑ６：（第１〜第６）スイッチ素子、 Ｄ１〜Ｄ４：寄生ダイオード、 Ｄ５，Ｄ６：整流ダイオード、 Ｃ１：平滑コンデンサ、 Ｃ２：共振コンデンサ、 Ｃｖｒ：電圧共振コンデンサ、 Ｃ３〜Ｃ５：平滑コンデンサ、 Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ：第１，第２コンデンサ、 Ｌ１：昇圧インダクタ、 Ｌ２：インダクタ、 Ｌｓ：共振インダクタ、 Ｌｍ：励磁インダクタンス、 Ｔ１：高周波トランス、 Ｖａｃ：交流電源、 Ｎｐ：一次巻線、 Ｎｓ，Ｎｓ１，Ｎｓ２：二次巻線、 Ｒ１：負荷

Claims (7)

1. 直列接続された第１、第２スイッチ素子で構成され、商用周波数で駆動される同期整流用スイッチ素子の一対と、直列接続された第３、第４スイッチ素子で構成され、スイッチング周波数で駆動される高周波同期整流昇圧コンバータ動作および共振コンバータとしてのソフトスイッチング動作を行うスイッチ素子の一対とを並列接続してフルブリッジ構成としたブリッジ回路と、
   商用ＡＣ電圧を前記第１〜第４スイッチ素子により整流／昇圧して入力電圧としてのＤＣバス電圧を生成する平滑コンデンサと、
   前記第１、第２スイッチ素子の直列回路と前記第３、第４スイッチ素子の直列回路の各中間接続点との間に直列接続された交流電源及び昇圧インダクタと、
   前記第３、第４スイッチ素子の中間接続点と前記第４スイッチ素子の他端との間に接続した高周波トランスの一次側回路に配置される共振インダクタまたは前記高周波トランスのリーケージインダクタンス、励磁インダクタンス、及び共振コンデンサを含むＬＬＣ共振回路と、
   負荷に接続される前記高周波トランスの二次側回路と、を備えることを特徴とする負荷駆動装置。
2. 前記平滑コンデンサと前記第４スイッチ素子との接続点と、前記第３、第４スイッチ素子の中間接続点との間に接続され、前記第４スイッチ素子に対して並列接続される電圧共振コンデンサを設けたことを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
3. 前記高周波トランス二次側に整流ダイオードと、インダクタ、及びコンデンサを含む整流平滑回路と、
   前記高周波トランス二次側の前記コンデンサに蓄えられた直流の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、
   入力側のＤＣバス電圧を検出する入力電圧検出手段からの出力信号と前記出力電圧検出手段からの出力信号とに基づいて、前記第３、第４スイッチ素子のオン・オフ動作を制御する制御手段と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動装置。
4. 前記高周波トランスの二次側の整流平滑回路を倍電圧整流回路で構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1つに記載の負荷駆動装置。
5. 前記平滑コンデンサは、直列接続された第１、第２コンデンサを含み、該第１、第２コンデンサの中間接続点と前記第３、第４スイッチ素子の中間接続点との間に前記高周波トランスの一次側回路を接続したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の負荷駆動装置。
6. 同期整流用の第１、第２スイッチ素子と、共振コンバータ用の第３、第４スイッチ素子をフルブリッジに構成したブリッジ回路を含むＡＣ／ＤＣコンバータとした負荷駆動装置の周波数制御方法であって、
   前記第１、第２スイッチ素子によって交流入力電圧の正と負の半周期で低周波同期整流動作を行うと共に、前記第３、第４スイッチ素子のオン・オフ動作に基づいて、高周波同期整流動作および高周波トランスに接続した共振回路による電流共振または電流および電圧の複合共振動作の両方を行う段階と、
   前記第３、第４スイッチ素子のオン・オフ動作の周波数変調によって、負荷に接続される前記高周波トランスの二次側回路の出力電圧との制御を行う段階とを含み、
   前記出力電圧の制御は、前記第３、第４スイッチ素子のオン・オフ動作に基づき、周波数変調することを特徴とする負荷駆動装置の周波数制御方法。
7. 駆動周波数と共振周波数の比が１となる動作点で駆動し、前記ＤＣバス電圧のみを負帰還により制御することを特徴とする請求項６に記載の負荷駆動装置の周波数制御方法。

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