JP2012010463A - Switching power supply apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LC共振回路により零電流スイッチングを可能とした定電流特性のスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device having a constant current characteristic that enables zero current switching by an LC resonance circuit.
スイッチング電源装置は、各種の構成が知られており、例えば、トランジスタによるスイッチング出力電流を、LC直列共振回路を介して全波整流回路やトランスの一次巻線に供給し、全波整流回路の出力電流、又はトランスの二次巻線の誘起電圧を整流した出力電流を負荷に供給するスイッチング電源装置に於いて、第1のLC共振回路の共振周波数より低い共振周波数となるように設定した第2のLC共振回路を設けることにより、制御特性を改善したスイッチング電源装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。又LC直列共振回路と、その共振周波数より低く選定した共振周波数のLC並列共振回路とを直列にスイッチング回路に接続して、可聴周波数以上の周波数によるスイッチング制御を可能としたスイッチング電源装置も知られている(例えば、特許文献2参照)。 Various configurations of switching power supply devices are known. For example, a switching output current from a transistor is supplied to a primary winding of a full-wave rectifier circuit or a transformer via an LC series resonance circuit, and the output of the full-wave rectifier circuit is supplied. In a switching power supply device that supplies an output current obtained by rectifying a current or an induced voltage of a secondary winding of a transformer to a load, a second resonance frequency is set to be lower than a resonance frequency of the first LC resonance circuit. There is known a switching power supply device in which control characteristics are improved by providing the LC resonance circuit (see, for example, Patent Document 1). Also known is a switching power supply device in which an LC series resonance circuit and an LC parallel resonance circuit with a resonance frequency selected lower than the resonance frequency are connected in series to the switching circuit to enable switching control at a frequency higher than the audible frequency. (For example, refer to Patent Document 2).
又長距離海底ケーブルの中継装置は所定距離毎に設置され、複数の中継装置の動作電力を陸上から直列給電するものであり、通常時は定電流給電を行うものである。その為の給電装置として、スイッチング電源装置を適用することが知られている。このような定電流特性のスイッチング電源装置は、例えば、図4に示すように、トランジスタ等のスイッチング素子を含むスイッチング電源部41と、共振回路42と、トランス44と、整流平滑回路45と、電流検出部46と、制御部47と、海底ケーブルの中継装置等の負荷48とを含み、共振回路42は、インダクタL11とキャパシタC11とインダクタL12とから構成された複合共振回路の場合を示し、スイッチング電源部41による電流は、共振回路42を介してトランス44の一次巻線に流れ、その二次巻線の誘起電圧を、整流平滑回路45を介して負荷48に供給して、負荷48に供給する電流を電流検出部46により検出し、制御部47は、電流検出部46による電流検出値を基に、設定した所定の電流となるように、スイッチング電源部41を制御する。
The long distance submarine cable relay device is installed at predetermined distances, and supplies the operating power of a plurality of relay devices in series from the land, and normally supplies constant current. It is known to apply a switching power supply device as a power supply device for that purpose. For example, as shown in FIG. 4, the switching power supply device having such a constant current characteristic includes a switching
共振回路42のインダクタL11とキャパシタC11とによる直列共振回路の共振周波数ω1と、キャパシタC11とインダクタL12とによる並列共振回路の共振周波数ω2とについて、直列共振回路の共振周波数ω1は、並列共振回路の共振周波数ω2の1/2より低い周波数となるように、各構成素子を選定する。それによって、負荷48に供給する電流の設定範囲を広く且つ安定化することができる構成が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
Regarding the resonance frequency ω1 of the series resonance circuit including the inductor L11 and the capacitor C11 of the
前述の図4に示す従来例に於いて、共振回路42を構成するインダクタL11とキャパシタC11とによる共振周波数の整数倍の値以外の共振周波数となるように、キャパシタC11と並列共振回路を構成するインダクタL12のインダクタンスが選択されるものであり、その為に、所望の共振周波数が得られるように、インダクタL11,L12のそれぞれのインダクタンス及びキャパシタC11のキャパシタンスを選定するものであるが、通信機器等の電子部品とは異なり、電力用であるから比較的大型の構成を有すると共に、設計値に対する偏差が比較的大きいものである。従って、偏差が許容範囲内の製品を採用することになる。その為に、選定作業に比較的長時間を費やすものであり、且つ使用できない製品が残存することとなるから、コストアップとなる問題があった。
In the conventional example shown in FIG. 4, the capacitor C11 and the parallel resonance circuit are configured so as to have a resonance frequency other than an integral multiple of the resonance frequency of the inductor L11 and the capacitor C11 constituting the
本発明は、前述の従来の問題点を解決することを目的とし、直列共振回路と並列共振回路とを含む構成のスイッチング電源装置のコストダウンを図るものである。 An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to reduce the cost of a switching power supply device including a series resonant circuit and a parallel resonant circuit.
本発明のスイッチング電源装置は、スイッチング電源部の出力電流を直列共振回路と並列共振回路とを介して一次巻線に供給するトランスと、該トランスの二次巻線の誘起電圧を整流平滑化して負荷に供給する整流平滑回路と、該整流平滑回路から前記負荷に供給する電流を検出する電流検出部と、該電流検出部の検出信号に応じて前記スイッチング電源部を制御する制御部とを含むスイッチング電源装置に於いて、前記並列共振回路を構成するキャパシタに並列に接続したインダクタを、コアのギャップを調整してインダクタンスを可変可能とした構成とする。 The switching power supply device of the present invention includes a transformer that supplies an output current of a switching power supply unit to a primary winding through a series resonant circuit and a parallel resonant circuit, and rectifies and smoothes an induced voltage of the secondary winding of the transformer. A rectifying / smoothing circuit for supplying a load; a current detecting unit for detecting a current supplied from the rectifying / smoothing circuit to the load; and a control unit for controlling the switching power supply unit in accordance with a detection signal of the current detecting unit. In the switching power supply device, the inductor connected in parallel to the capacitor constituting the parallel resonant circuit is configured such that the inductance can be varied by adjusting the gap of the core.
前記並列共振回路を構成するインダクタは、中心コアにコイルを設けたE字コアと、該E字コアとギャップを介して対向配置したI字コアと、前記ギャップを調整可能に前記E字コアに対して前記I字コアを支持した構成を備えている。 The inductor constituting the parallel resonant circuit includes an E-shaped core provided with a coil in a central core, an I-shaped core disposed opposite to the E-shaped core via a gap, and the E-shaped core capable of adjusting the gap. On the other hand, the I-shaped core is supported.
スイッチング電源部の出力電流を、直列共振回路と並列共振回路とを含む共振回路を解してトランスの一次巻線に供給し、二次巻線の誘起電圧を整流平滑化して、負荷に定電流供給を行うスイッチング電源装置に於ける並列共振回路のインダクタを構成するコアにギャップを調整可能とし、そのインダクタンスを可変できる構成としたことにより、共振回路を構成するキャパシタと並列に接続したインダクタのインダクタンスを、キャパシタのキャパシタンスに応じて所望の共振周波数となるように調整できるから、多数のインダクタを用意する必要がなく、コストダウンを図ることができる利点がある。 The output current of the switching power supply unit is supplied to the primary winding of the transformer through a resonant circuit including a series resonant circuit and a parallel resonant circuit, and the induced voltage of the secondary winding is rectified and smoothed to provide a constant current to the load. Inductance of an inductor connected in parallel with a capacitor constituting a resonance circuit by making the gap adjustable in the core constituting the inductor of the parallel resonance circuit in the switching power supply that supplies power and making the inductance variable. Can be adjusted to a desired resonance frequency according to the capacitance of the capacitor, so there is no need to prepare a large number of inductors, and there is an advantage that the cost can be reduced.
本発明のスイッチング電源装置は、図1を参照して説明すると、スイッチング電源部1の出力電流を直列共振回路2と並列共振回路3とを介して一次巻線に供給するトランス4と、このトランス4の二次巻線の誘起電圧を整流平滑化して負荷8に供給する整流平滑回路5と、この整流平滑回路5から負荷8に供給する電流を検出する電流検出部6と、この電流検出部6の検出信号に応じてスイッチング電源部1を制御する制御部7とを含むスイッチング電源装置であって、並列共振回路3を構成するキャパシタC1に並列に接続したインダクタL2を、コアのギャップを調整してインダクタンスを可変可能とし、所望の共振特性が得られる構成とする。
The switching power supply device of the present invention will be described with reference to FIG. 1. A
図1は、本発明の実施例の説明図であり、1はトランジスタ等のスイッチング素子を含むスイッチング電源部、2は直列共振回路、3は並列共振回路、4はトランス、5は整流平滑回路、6は電流検出部、7は制御部、8は海底ケーブルの中継装置等の負荷を示し、C1はキャパシタ、L1は、キャパシタC1と直列共振回路2を構成するインダクタ、L2は、キャパシタC1と並列共振回路3を構成するインダクタである。直列共振回路2及び並列共振回路3を構成するキャパシタC1は、電力用であるから、そのキャパシタンスを可変とする構成とすることは不可能であり、そこで、並列共振回路3を構成するインダクタL2のインダクタンスを調整可能の構成とする。即ち、インダクタL2を構成する磁気回路の空隙調整によってインダクタンスを変化できる構成を適用する。なお、負荷8に設定電流を供給する制御の基本的な動作は、図4に示す従来例とほぼ同じくなるもので、その場合のスイッチング制御の主要部を図2に示す。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention, in which 1 is a switching power supply unit including switching elements such as transistors, 2 is a series resonant circuit, 3 is a parallel resonant circuit, 4 is a transformer, 5 is a rectifying and smoothing circuit,
図2に示すスイッチング電源部1は、トランジスタQ1,Q2とトランスT1と直流電源E1とを含み、直流電源E1は、図示を省略した商用交流電源からの交流電圧を整流平滑化した直流電源とする場合が一般的である。又トランジスタQ1,Q2は、ハーフブリッジ接続構成の場合を示すが、フルブリッジ接続構成を適用することも可能である。これらのトランジスタQ1,Q2は、図示を省略した制御部によって交互にオン、オフの制御が行われ、それによって、トランスT1の一次巻線に流れる電流が反転し、二次巻線に誘起した電圧が直列共振回路2及び並列共振回路3を介してトランスT2の一次巻線に流れる。そして、このトランスT2の二次巻線の誘起電圧は、ダイオードD1〜D4からなる全波整流回路により整流され、キャパシタC2により平滑化されて、図示を省略した負荷に供給される。なお、キャパシタC2と、図示を省略した平滑化の為のインダクタとにより平滑化回路を構成することができる。又負荷に供給する電流を、図示を省略した負荷電流検出手段により検出し、検出信号を、図示を省略した制御部に入力し、その制御部によって、所定値となるように、トランジスタQ1,Q2のスイッチング制御を行う。
The switching
図3は、前述の図1及び図2に於けるキャパシタC1と並列共振回路3を構成する為のインダクタL2の説明図であり、11はコイル、12はリード線、13はE字コア、14はI字コア、15,16はギャップ調整部、17〜19は支持金具、20は取付金具、GはE字コア13とI字コア14との間のギャップを示す。E字コア13及びI字コア14は、フェライトにより構成する場合が一般的であり、又コイル11は、負荷に供給する電流値に対応した太さとし、E字コア13の中心コア(図示せず)に絶縁して固定する。又E字コア13に対向してI字コア14を、支持金具17により支持し、この支持金具17の両端と、E字コア13の両端の支持金具18,19との間をギャップ調整部15,16により支持する。このインダクタL2を取付金具20によって電源装置に固定する。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the inductor L2 for constituting the
E字コア13とI字コア14との間のギャップGを調整するギャップ調整部15,16は、ボルトとナットとの構成により、上下から締めることによりギャップGを小さくして、インダクタL2のインダクタンスを大きくし、緩めることによりギャップGを大きくして、インダクタL2のインダクタンスを小さくし、調整後は、固定用ナットにより、所望のインダクタンスが得られるギャップGを維持するように固定する。このギャップ調整部15,16の構成は、各種の機構部に於ける位置調整構成等の構成部品を適用することも可能である。従って、複数のインダクタのインダクタンスを測定して、並列共振回路を形成するインダクタを選択する作業は必要でなくなり、並列共振回路3を構成するキャパシタC1のキャパシタンスに対応して所望のインダクタンスが得られるように、ギャップGを調整する作業だけで済み、作業時間の短縮と必要以上の個数のインダクタを用意する必要がないから、コストダウンを図ることができる。
The
1 スイッチング電源部
2 直列共振回路
3 並列共振回路
4 トランス
5 整流平滑回路
6 電流検出部
7 制御部
8 負荷
L1,L2 インダクタ
C1 キャパシタ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記並列共振回路を構成するキャパシタに並列に接続したインダクタを、コアのギャップを調整してインダクタンスを可変可能とした構成としたことを特徴とするスイッチング電源装置。 A transformer that supplies the output current of the switching power supply unit to the primary winding via a series resonant circuit and a parallel resonant circuit; and a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the induced voltage of the secondary winding of the transformer and supplies the rectified smoothing to the load. In a switching power supply device including a current detection unit that detects a current supplied to the load from the rectifying and smoothing circuit, and a control unit that controls the switching power supply unit according to a detection signal of the current detection unit,
A switching power supply device characterized in that an inductor connected in parallel to a capacitor constituting the parallel resonant circuit has a configuration in which an inductance can be varied by adjusting a gap of a core.
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