JP2019041561A - Interleaved flyback converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はスイッチング電源に関するもので、特に、インターリーブ型フライバックコンバータに関する。 The present invention relates to a switching power supply, and more particularly to an interleave type flyback converter.
インターリーブ型のコンバータは入出力のリップル電流を抑える効果があることと、スイッチ素子を複数個用いるので1個当りの電流が小さくなることから応用が広がっている。力率改善回路に応用されている例が多いが、その基本回路を図8に示した。図8において、発振制御回路である114がスイッチ素子109と110を互いに180°の位相角を保ってオンオフさせている。1回の周期にコンデンサ106に2回のリップル電流が流れる。コンデンサ106を流れるリップル電流のピーク値が半分になり、それによりリップル電流の実効値が下がる。 Interleaved converters have the effect of suppressing input / output ripple currents, and the use of a plurality of switching elements reduces the current per one, thereby expanding its application. Although there are many examples applied to the power factor correction circuit, the basic circuit is shown in FIG. In FIG. 8, an
スイッチング電源のトポロジーの中で力率改善回路に用いられる昇圧型は出力リップル電流が大きくなる短所を持っているので、インターリーブ型を応用することは、その短所を補う上で有効である。また、トポロジーの別の1つである反転型も出力リップル電流が大きくなる短所を持っているので、インターリーブ型を応用することにより、その短所を補うことができる。 The step-up type used for the power factor correction circuit in the topology of the switching power supply has a disadvantage that the output ripple current becomes large. Therefore, the application of the interleave type is effective in compensating for the disadvantage. In addition, since the inverting type, which is another topology, has a disadvantage that the output ripple current becomes large, the disadvantage can be compensated by applying the interleave type.
反転型を絶縁コンバータに応用したフライバックコンバータにインターリーブ型を応用した基本回路を図9に示した。 FIG. 9 shows a basic circuit in which an interleave type is applied to a flyback converter in which an inversion type is applied to an isolation converter.
図9において、発振制御回路である209がスイッチ素子202と203を互いに所定の位相角を保ってオンオフさせている。2次側の平滑コンデンサ208に流れる電流波形は図10のようになり、その実効値ICRMSは出力電流の0.58倍である。1つのスイッチ素子のフライバックコンバータの2次側平滑コンデンサのリップル電流の実効値が出力電流の1.3倍であることからインターリーブの効果は大きい。 In FIG. 9, an
上記フライバックコンバータにインターリーブを応用した列は特許文献1に開示されている。 An array in which interleaving is applied to the flyback converter is disclosed in Patent Document 1.
図9に示したインターリーブ型フライバックコンバータの基本回路も、また、特許文献1に示されている回路も、同じ構成のフライバックコンバータを所定の位相角でオンオフさせている。その結果、2次側平滑コンデンサに流れるリップル電流を小さくすることできる。 The basic circuit of the interleaved flyback converter shown in FIG. 9 and the circuit shown in Patent Document 1 both turn on and off the flyback converter having the same configuration at a predetermined phase angle. As a result, the ripple current flowing in the secondary side smoothing capacitor can be reduced.
1つのスイッチ素子で動作しているときのスイッチ素子を流れる電流のピーク値が大きいというフライバックコンバータの短所が、2次側平滑コンデンサのリップル電流を大きくしているが、その短所は、スイッチ素子がターンオフしたときにスイッチ素子に加わるサージ電圧を大きくする原因にもなっている。そして、そのサージ電圧を吸収する回路が電力損失を生み効率を下げている。また、そのサージ吸収回路がコストを上げる要因になっている。 The disadvantage of the flyback converter that the peak value of the current flowing through the switch element when operating with one switch element is large increases the ripple current of the secondary-side smoothing capacitor. This also increases the surge voltage applied to the switch element when the is turned off. The circuit that absorbs the surge voltage causes power loss and lowers the efficiency. In addition, the surge absorbing circuit is a factor that increases the cost.
サージ電圧はトランスのリーケージ成分によって生じる有害な電圧でピーク電流が大きい程大きくなり、スイッチ素子両端に加わり、これを破壊することがある。従来のフライバックコンバータはサージ電圧を抑えるためにクランパ回路やダンパ回路を用いている。それらの回路はサージエネルギを熱エネルギに変えることで電圧を抑えるもので電力損失を伴っている。 The surge voltage is a harmful voltage generated by the leakage component of the transformer, and increases as the peak current increases. The surge voltage is applied to both ends of the switch element and may be destroyed. A conventional flyback converter uses a clamper circuit or a damper circuit to suppress a surge voltage. These circuits suppress voltage by changing surge energy into thermal energy, and involve power loss.
図11はフライバックコンバータのサージ電圧を抑えるクランパ回路を示している。2次巻線と整流平滑回路と負荷は省略されている。図において、301は直流電源、302はMOSFET、303は1次巻線、303Lは1次巻線のリーケージ成分で303Mはリーケージ成分を除いた成分である。304〜306はクランパ回路と呼ばれ、リーケージ成分によるサージ電圧を吸収する。MOSFET302がオフ状態になると、正負が反転した電圧が1次巻線303に発生する。1次巻線303に発生する電圧のうち、303Mに発生する電圧は出力電圧に比例した値を示すが、303Lに発生する電圧は理論上は上限のないサージの性質を示す。クランパ回路を構成するコンデンサ305は303Mと303Lの両方に生じる電圧で充電されるが、MOSFET302がオン状態の間に抵抗306を介して放電するので、ある電圧で平衡を保ち、303Lに発生するサージ電圧も制限される。 FIG. 11 shows a clamper circuit that suppresses the surge voltage of the flyback converter. The secondary winding, the rectifying / smoothing circuit, and the load are omitted. In the figure, 301 is a DC power supply, 302 is a MOSFET, 303 is a primary winding, 303L is a leakage component of the primary winding, and 303M is a component excluding the leakage component. 304 to 306 are called clamper circuits and absorb a surge voltage caused by a leakage component. When the
サージ電圧が高くならないようにするためには、抵抗306による放電でコンデンサ305の電圧を下げなければならず、これが電力損失の原因になる。 In order to prevent the surge voltage from becoming high, the voltage of the
従来のインターリーブ型フライバックコンバータは、1つのスイッチ素子によるフライバックコンバータを2つ並べて、スイッチ素子の一方の端子を共通にした配線形態を採用しているので、従来の電力損失を伴うサージ吸収回路が必要になる。 Since the conventional interleave type flyback converter employs a wiring configuration in which two flyback converters with one switch element are arranged and one terminal of the switch element is shared, a conventional surge absorption circuit with power loss Is required.
本発明は従来のインターリーブ型フライバックコンバータの配線形態を変更して、サージ電圧を回生させることにより電力の損失を防ぐシンプルな回路を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a simple circuit that prevents power loss by regenerating a surge voltage by changing the wiring configuration of a conventional interleaved flyback converter.
前記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、直流電源と、一方の端子が直流電源の正極にされた第1のコンデンサと、第1のコンデンサの他方の端子と直流電源の負極の間に接続された第2のコンデンサと、一方の端子が直流電源の正極に接続された第1のスイッチ素子と、第1のスイッチ素子の他方の端子と直流電源の負極の間に接続された第1のダイオードと、一方の端子が直流電源の正極に接続された第2のダイオードと、第2のダイオードの他方の端子と直流電源の負極の間に接続された第2のスイッチ素子と、第1のスイッチ素子と第1のダイオードの接続点と第2のダイオードと第2のスイッチ素子の接続点の間に接続された第1のトランスの1次巻線と第2のトランスの1次巻線からなる直列回路と、第1のコンデンサと第2のコンデンサの接続点と第1のトランスの1次巻線と第2のトランスの1次巻線の接続点を結ぶ配線と、第1のトランスの1次巻線に電磁的に結合した2次巻線と、その2次巻線に生じる電圧を直流電圧に変換する第1の整流平滑回路と、第2のトランスの1次巻線に電磁的に結合した2次巻線と、その2次巻線に生じる電圧を直流電圧に変換する第2の整流平滑回路と、第1のスイッチ素子と第2のスイッチ素子を所定の位相角をおいて交互にオンオフさせる発振制御からなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a DC power supply, a first capacitor whose one terminal is a positive electrode of the DC power supply, the other terminal of the first capacitor and a negative electrode of the DC power supply. A second capacitor connected between the first switch element, one terminal connected to the positive electrode of the DC power supply, and the other terminal of the first switch element connected to the negative electrode of the DC power supply. A first diode; a second diode having one terminal connected to the positive electrode of the DC power supply; and a second switch element connected between the other terminal of the second diode and the negative electrode of the DC power supply. The primary winding of the first transformer and the 1 of the second transformer connected between the connection point of the first switch element and the first diode, and the connection point of the second diode and the second switch element. A series circuit consisting of a secondary winding and a first condenser Electromagnetically coupled to the connection point of the first and second capacitors, the wiring connecting the connection point of the primary winding of the first transformer and the primary winding of the second transformer, and the primary winding of the first transformer A secondary winding, a first rectifying and smoothing circuit for converting a voltage generated in the secondary winding into a DC voltage, a secondary winding electromagnetically coupled to the primary winding of the second transformer, A second rectifying / smoothing circuit for converting a voltage generated in the secondary winding into a DC voltage, and oscillation control for alternately turning on and off the first switch element and the second switch element at a predetermined phase angle. It is characterized by.
請求項1記載のインターリーブ型フライバックコンバータは、第1のスイッチ素子がオン状態のときは第1のコンデンサに蓄積されている電荷エネルギが第1のトランスの1次巻線の電流となって流れ、第1のトランスを励磁する。第1のスイッチ素子がオフ状態になると第1のトランスの励磁エネルギが第1のトランスの1次巻線と2次巻線の両方から電流として放出されるが、第1のトランスの1次巻線を流れる電流は第1のコンデンサと第2のコンデンサの接続点と第1のトランスの1次巻線と第2のトランスの1次巻線の接続点を結ぶ配線と第1のダイオードを流れて第2のコンデンサを充電する。第1のトランスの2次巻線を流れる電流は第1の整流平滑回路を介して直流電圧を生む。
第2のスイッチ素子がオン状態のときは、第2のコンデンサに蓄積されている電荷エネルギが第2のトランスの1次巻線の電流となり、第2のトランスを励磁する。第2のスイッチ素子がオフ状態になると第2のトランスの励磁エネルギが第2のトランスの1次巻線と2次巻線の両方から電流として放出されるが、第2のトランスの1次巻線を流れる電流は第1のコンデンサと第2のコンデンサの接続点と第1のトランスの1次巻線と第2のトランスの1次巻線の接続点を結ぶ配線と第2のダイオードを流れて第1のコンデンサを充電する。第2のトランスの2次巻線を流れる電流は第2の整流平滑回路を介して直流電圧を生む。
第1のスイッチ素子のオン期間で消費される第1のコンデンサの電荷エネルギは主に直流電源から供給されるが一部は第2のスイッチ素子がオン状態からオフ状態になるときに発生する第2のトランスの励磁エネルギの放出によって生じる電流によっても補充される。同様にして、第2のコンデンサも、第1のスイッチ素子がオン状態からオフ状態になるときに第1のトランスの励磁エネルギの放出によって生じる電流で補充される。In the interleaved flyback converter according to claim 1, when the first switch element is in the ON state, the charge energy stored in the first capacitor flows as the current of the primary winding of the first transformer. The first transformer is excited. When the first switch element is turned off, the excitation energy of the first transformer is released as current from both the primary winding and the secondary winding of the first transformer. The current flowing through the line flows through the first diode and the wiring connecting the connection point between the first capacitor and the second capacitor, the connection point between the primary winding of the first transformer and the primary winding of the second transformer. To charge the second capacitor. The current flowing through the secondary winding of the first transformer generates a DC voltage via the first rectifying and smoothing circuit.
When the second switch element is on, the charge energy stored in the second capacitor becomes the current of the primary winding of the second transformer, and excites the second transformer. When the second switch element is turned off, the excitation energy of the second transformer is released as current from both the primary winding and the secondary winding of the second transformer, but the primary winding of the second transformer. The current flowing through the line flows through the second diode and the wiring connecting the connection point between the first capacitor and the second capacitor, the connection point between the primary winding of the first transformer and the primary winding of the second transformer. To charge the first capacitor. The current flowing through the secondary winding of the second transformer generates a DC voltage via the second rectifying and smoothing circuit.
The charge energy of the first capacitor consumed in the ON period of the first switch element is mainly supplied from the DC power supply, but a part of the charge energy is generated when the second switch element changes from the ON state to the OFF state. It is also supplemented by the current generated by the release of the excitation energy of the two transformers. Similarly, the second capacitor is also replenished with a current generated by releasing the excitation energy of the first transformer when the first switch element changes from the on state to the off state.
フライバックコンバータのスイッチ素子がオン状態からオフ状態に変わるときに発生する電圧は有害であるが、請求項1記載のインターリーブ型フライバックコンバータでは、第1のコンデンサと第2のコンデンサに回生されるので有害にはならない。 Although the voltage generated when the switch element of the flyback converter changes from the on state to the off state is harmful, the interleave type flyback converter according to claim 1 is regenerated by the first capacitor and the second capacitor. So it will not be harmful.
第1または第2の整流平滑回路が供給する直流エネルギの消費がなくても、すなわち無負荷であっても第1または第2のトランスの1次巻線に生じる電圧は、第1または第2のコンデンサの電圧によって制限されるので、第1または第2のトランスの2次巻線から第1または第2の整流平滑回路を介して変換される直流電圧も第1または第2のコンデンサの電圧に比例する。すなわち、請求項1記載のインターリーブ型フライバックコンバータは、第1と第2のスイッチ素子の各々のオン期間を制御しなくても第1と第2の各々の整流平滑回路によって変換される直流電圧を粗い精度で安定化させることができる。 Even if there is no consumption of DC energy supplied by the first or second rectifying / smoothing circuit, that is, no load is applied, the voltage generated in the primary winding of the first or second transformer is the first or second voltage. The DC voltage converted from the secondary winding of the first or second transformer through the first or second rectifying / smoothing circuit is also the voltage of the first or second capacitor. Is proportional to That is, the interleave type flyback converter according to claim 1 is a DC voltage converted by each of the first and second rectifying and smoothing circuits without controlling the ON period of each of the first and second switch elements. Can be stabilized with coarse accuracy.
請求項2記載の発明は、請求項1記載のインターリーブ型フライバックコンバータにおいて、第1のコンデンサと第2のコンデンサの接続点と第1のトランスの1次巻線と第2のトランスの1次巻線の接続点を結ぶ配線に直列に第3のコンデンサを挿入したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the interleaved flyback converter according to the first aspect, the connection point of the first capacitor and the second capacitor, the primary winding of the first transformer, and the primary of the second transformer. A third capacitor is inserted in series with the wiring connecting the connection points of the windings.
第1のコンデンサと第2のコンデンサの各々の電圧が等しく維持されていればインターリーブの効果はあるが、一方に偏ると効果は薄れる。第3のコンデンサは順方向と逆方向の電流が、いずれか一方に偏るのを防ぐ働きをする。 If the voltage of each of the first capacitor and the second capacitor is kept equal, there is an interleaving effect, but if the voltage is biased to one, the effect diminishes. The third capacitor functions to prevent the forward and reverse currents from being biased to either one.
請求項3記載の発明は、請求項1記載のインターリーブ型フライバックコンバータにおいて、第1のコンデンサと第2のコンデンサの接続点と第1のトランスの1次巻線と第2のトランスの1次巻線の接続点を結ぶ配線に直列に電流検出回路を挿入し電流が過大にならないように前記発振制御回路の発振を制御することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the interleaved flyback converter according to the first aspect, the connection point between the first capacitor and the second capacitor, the primary winding of the first transformer, and the primary of the second transformer. A current detection circuit is inserted in series with the wiring connecting the connection points of the windings to control the oscillation of the oscillation control circuit so that the current does not become excessive.
請求項4記載の発明は、請求項1ないし3記載のインターリーブ型フライバックコンバータにおいて、第1の整流平滑回路と第2の整流平滑回路の各々によって変換される直流電圧を直列接続して負荷に供給することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the interleaved flyback converter according to the first to third aspects, a DC voltage converted by each of the first rectifying and smoothing circuit and the second rectifying and smoothing circuit is connected in series to the load. It is characterized by supplying.
請求項5記載の発明は、請求項1ないし3記載のインターリーブ型フライバックコンバータにおいて、第1の整流平滑回路と第2の整流平滑回路の各々によって変換される直流電圧を並列接続して負荷に供給することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the interleaved flyback converter according to the first to third aspects, a DC voltage converted by each of the first rectifying and smoothing circuit and the second rectifying and smoothing circuit is connected in parallel to the load. It is characterized by supplying.
請求項6記載の発明は、請求項4ないし5記載のインターリーブ型フライバックコンバータにおいて、負荷に供給される直流電圧を一定にするために発振制御回路にオン期間を制御する機能を付加したことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the interleaved flyback converter according to the fourth to fifth aspects of the present invention, a function for controlling the on period is added to the oscillation control circuit in order to make the DC voltage supplied to the load constant. Features.
請求項6記載のインターリーブ型フライバックコンバータは、請求項2ないし3のインターリーブ型フライバックコンバータが粗い精度ながら負荷に安定した直流電圧を供給するのに対して、より高い精度の安定化を行うことができる。 The interleaved flyback converter according to
本発明によればフライバックコンバータのリップル電流が大きいという短所とサージ電圧が大きいという短所を同時に改善することができる。リップル電流の改善は平滑コンデンサのサイズ減につながり、サージ電圧の改善はスイッチ素子と整流ダイオードの耐圧減につながり、いずれも最終的にコスト減と効率増につながる。したがって、スイッチ電源に広く採用されることが期待できる。 According to the present invention, the disadvantage that the ripple current of the flyback converter is large and the disadvantage that the surge voltage is large can be improved at the same time. An improvement in ripple current leads to a reduction in the size of the smoothing capacitor, and an improvement in surge voltage leads to a reduction in the breakdown voltage of the switch element and the rectifier diode, both of which ultimately lead to a reduction in cost and an increase in efficiency. Therefore, it can be expected to be widely used for switch power supplies.
本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は請求項1記載の発明の実施例を示す回路図である。
図において、1は直流電源、2は第1のコンデンサ、3は第2のコンデンサ、4は第1のスイッチ素子、5は第1のダイオード、6は第2のダイオード、7は第2のスイッチ素子、8は第1のトランス、9は第2のトランスである。4と7はMOSFETの記号で表されているが、バイポーラトランジスタやIGBTを応用することもできる。符号は付けられていないが、コンデンサ2とコンデンサ3の接続点とトランス8の1次巻線81とトランス9の1次巻線91の接続点の間は配線で結ばれている。
直流電源1の電圧はコンデンサ2と3によって分圧される。コンデンサ2の電圧はMOSFET4がオン状態になるとトランス8の1次巻線81に加わり、トランス8を励磁する。MOSFET4がオフ状態になると、トランス8の励磁エネルギは巻線81と巻線82を介して放出する。巻線81を介して放出するエネルギはダイオード5を通りコンデンサ3を充電する。ダイオード5が導通状態になるのでMOSFET4のソース側電圧は直流電源1の負極側の電位からダイオード5の順方向ドロップ電圧を引いた値になる。MOSFET4のドレイン側電圧は直流電源1の正極側と同電位であるからMOSFET4のドレイン・ソース間に加わる電圧は直流電源1の電圧にダイオード5の順方向ドロップ電圧を加えた電圧になる。ダイオード5の順方向ドロップ電圧は直流電源1の電圧に比べて小さいので通常の使い方の場合は、MOSFET4の耐圧は直流電源1の電圧に設計マージンを加えた値で良い。トランス8の励磁エネルギの放出による電流はコンデンサ3を充電する電流となりコンデンサ3の電圧は上昇するが1回のスイッチングによる上昇分は小さいのでサージ電圧は発生しない。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
In the figure, 1 is a DC power source, 2 is a first capacitor, 3 is a second capacitor, 4 is a first switch element, 5 is a first diode, 6 is a second diode, and 7 is a second switch. The element, 8 is a first transformer, and 9 is a second transformer. Although 4 and 7 are represented by MOSFET symbols, bipolar transistors and IGBTs can also be applied. Although not labeled, a connection point between the capacitor 2 and the capacitor 3 and a connection point between the primary winding 81 of the
The voltage of the DC power source 1 is divided by the capacitors 2 and 3. When the
コンデンサ3の電圧はMOSFET7がオン状態になるとトランス9の1次巻線91に加わり、トランス9を励磁する。MOSFET7がオフ状態になると、トランス9の励磁エネルギは巻線91と巻線92を介して放出する。巻線91を介して放出するエネルギはダイオード6を通りコンデンサ2を充電する。ダイオード6が導通状態になるので、MOSFET7のドレイン側電圧は直流電源1の正極側の電位にダイオード6の順方向ドロップ電圧を加えた値になる。MOSFET7のソース側電圧は直流電源1の負極側と同電位であるからMOSFET7のドレイン・ソース間に加わる電圧は直流電源1の電圧にダイオード6の順方向ドロップ電圧を加えた電圧になる。ダイオード6の順方向ドロップ電圧は直流電源1の電圧に比べて小さいので通常の使い方の場合は、MOSFET7の耐圧は直流電源1の電圧に設計マージンを加えた値で良い。トランス9の励磁エネルギの放出による電流はコンデンサ2を充電する電流となり、コンデンサ2の電圧は上昇するが1回のスイッチングによる上昇分は小さいのでサージ電圧は発生しない。 The voltage of the capacitor 3 is applied to the primary winding 91 of the transformer 9 when the MOSFET 7 is turned on to excite the transformer 9. When the MOSFET 7 is turned off, the excitation energy of the transformer 9 is released through the winding 91 and the winding 92. The energy released through the winding 91 passes through the
トランス8の励磁エネルギが巻線81を介してコンデンサ3を充電する電流によってコンデンサ3の電圧は増え、その分コンデンサ2の電圧は減るが、トランス9の励磁エネルギが巻線91を介してコンデンサ2を充電する電流によってコンデンサ2の電圧は増え、その分コンデンサ3の電圧は減る。コンデンサ2とコンデンサ3の電圧の増減はMOSFET4またはMOSFET7がオンオフのたびに生じるが、スイッチングの周期ごとに見れば差し引きゼロになる。 The voltage of the capacitor 3 is increased by the current for charging the capacitor 3 through the winding 81 with the excitation energy of the
巻線82と巻線92を介して放出されるエネルギは、各々の整流平滑回路を介して直流電圧に変換される。巻線82の電圧は巻線81の電圧に比例するので変換される直流電圧はコンデンサ3の電圧に比例する。巻線92の電圧は巻線91の電圧に比例するので変換される直流電圧はコンデンサ2の電圧に比例する。 The energy released through the winding 82 and the winding 92 is converted into a DC voltage through each rectifying / smoothing circuit. Since the voltage of the winding 82 is proportional to the voltage of the winding 81, the converted DC voltage is proportional to the voltage of the capacitor 3. Since the voltage of the winding 92 is proportional to the voltage of the winding 91, the converted DC voltage is proportional to the voltage of the capacitor 2.
図2は請求項4記載の発明の実施例を示す回路図である。
図において、巻線82と巻線92と、11ないし14が構成する整流平滑回路によって変換される直流電圧は直列接続されて1つの負荷18に供給される。FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the invention as set forth in
In the figure, a DC voltage converted by a rectifying / smoothing circuit constituted by a winding 82, a winding 92, and 11 to 14 is connected in series and supplied to one
図3は請求項5記載の発明の実施例を示す回路図である。
図において、10は第3のコンデンサである。巻線82と巻線92と、11ないし13で構成する整流平滑回路によって変換される直流電圧は負荷18に供給される。巻線82と巻線92に生じる電圧は互いに等しい。コンデンサ13は巻線82と巻線92を交互に流れる電流によって充電される。各々の電流の導通角が180°であれば、コンデンサ13に流れる電流は図10の波形になりリップル電流は小さくなる。FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the invention as set forth in
In the figure, 10 is a third capacitor. A DC voltage converted by a rectifying / smoothing circuit composed of the winding 82 and the winding 92 and 11 to 13 is supplied to the
図4は請求項6記載の発明の実施例を示す回路図である。
図において、発振制御回路17は負荷18の電圧を検出してMOSFET4とMOSFET7のゲートを駆動するパルス幅を制御している。FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of the invention as set forth in
In the figure, the
負荷18の電圧が一定になるようにパルス幅が制御されるが、その制御される電圧値は、制御されないときに負荷18に加わる電圧値より低く設定される。このように設定されると理屈上巻線81と巻線91に発生する電圧はコンデンサ3とコンデンサ2に各々充電されている電圧より低くなり、MOSFET4またはMOSFET7がオフになっても、それらのコンデンサに励磁エネルギの放出による電流は流れず、全てが2次巻線を介して流れることになるが、実際はリーケージンダクタンスが存在するため励磁エネルギの一部はコンデンサ3とコンデンサ2に流れる。 The pulse width is controlled so that the voltage of the
図6は巻線81と巻線82のリーケージンダクタンスを含めた図であり、トランス8の励磁エネルギが放出するときの電流経路上の部品だけを抽出した回路図である。 FIG. 6 is a diagram including leakage conductances of the winding 81 and the winding 82, and is a circuit diagram in which only components on the current path when the excitation energy of the
図において、MOSFET4がオフ状態になった瞬間に巻線81のリーケージ成分81Lには巻数比には制限されない電圧が発生し、リーケージ成分を差し引いた成分81Mには巻数に比例した電圧が発生する。そのため巻線81両端の電圧はリーケージ成分81Lの電流が消滅するまでの間はコンデンサ3の電圧にダイオード5の順方向ドロップ電圧を加えた電圧が発生する。 In the figure, at the moment when the
図7は図6のMOSFET4のオフ状態のときの電圧電流波形を示す図であり、(a)は巻線81両端の電圧、(b)はリーケージ成分81Lの電流、(c)は巻線82の電流を示している。
図において、V2はリーケージ成分81Lの電圧であり、V1は81Mの電圧である。T2はリーケージ成分81Lの励磁エネルギの放出する期間であり、T1はトランス8全体の励磁エネルギの放出する期間である。V1にV2を加えた値はコンデンサ3の電圧にダイオード5の順方向ドロップ電圧を加えた値に等しい。FIG. 7 is a diagram showing a voltage-current waveform when the
In the figure, V2 is a voltage of the
負荷18に流れる電流が大きくなるとMOSFET4のオン期間が長くなり、トランス8の励磁エネルギも大きくなる。その結果、T2とT1も各々長くなる。逆に負荷18に流れる電流が小さくなるとMOSFET4のオン期間が短くなり、その結果、T2とT1も各々短くなる。 When the current flowing through the
図5は請求項6記載の発明の別の実施例を示す回路図である。
図において、トランスの1次巻線を流れる電流は抵抗5によって電圧に変換されて発振制御回路17に送られる。発振制御回路17は抵抗5両端の電圧が所定の値を越えるとMOSFET4とMOSFET7を駆動するパルス幅を制限する。図5では、抵抗によって電流検出回路を構成しているが、抵抗の代りにカレントトランスやホール素子を応用したカレントセンサを用いても良い。FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment of the sixth aspect of the present invention.
In the figure, the current flowing through the primary winding of the transformer is converted into a voltage by the
図3ないし図4には、請求項2に記載の第3のコンデンサが挿入されているが、必須ではなく、この回路を流れる順方向と逆方向の電流に偏りがなければ省略し直結させても良い。 The third capacitor according to claim 2 is inserted in FIGS. 3 to 4, but is not essential. If there is no bias in the forward and reverse currents flowing through this circuit, the third capacitor is omitted and directly connected. Also good.
図5には、請求項3に記載の電流検出回路が挿入されているが、必須ではなく、この回路を流れる電流が過大になることがなければ省略し直結させても良い。 Although the current detection circuit according to claim 3 is inserted in FIG. 5, it is not essential and may be directly omitted if the current flowing through this circuit does not become excessive.
フライバックコンバータは、スイッチ素子が1つの場合は出力リップル電流が大きく大電力電源への応用が難しかったが、インターリーブ型が採用されることにより、その難点は改善された。更に、フライバックコンバータは、スイッチ素子に加わるサージ電圧が大きく、それを吸収するスナバ回路によって効率を高めることが難しかったが、本発明により改善された。 The flyback converter has a large output ripple current when one switch element is used, and is difficult to apply to a large power supply. However, the adoption of the interleave type has improved the difficulty. Further, the flyback converter has a large surge voltage applied to the switch element, and it has been difficult to increase the efficiency by a snubber circuit that absorbs the surge voltage, but the flyback converter has been improved by the present invention.
フライバックコンバータを大電力電源に応用する上での2つの難点が改善されたので、電源回路のトポロジーの中で安価といわれるフライバックコンバータの大電力電源への応用が広がり、産業上の利用の可能性は高いと言える。 Since the two difficulties in applying flyback converters to high-power power supplies have been improved, the application of flyback converters, which are said to be inexpensive in the topology of power supply circuits, to high-power power supplies has expanded, and industrial use The possibility is high.
1 直流電源
2、3 コンデンサ
4、7 MOSFET
5、6 ダイオード
8、9 トランス
10 コンデンサ
11、12 ダイオード
13、14 コンデンサ
15、16 抵抗
17 発振制御回路
18 抵抗
81、82 トランスの巻線
91、92 トランスの巻線
81L、82L リーケージ成分
81M、82M リーケージ成分を除いた成分
101 交流電源
102 フィルタ
103 コンデンサ
104 ブリッジ整流器
105、106 コンデンサ
107、108 リアクトル
109、110 MOSFET
111、112 ダイオード
113 抵抗
114 発振制御回路
201 直流電源
202、203 MOSFET
204、205 トランス
206、207 ダイオード
208 コンデンサ
209 発振制御回路
211 抵抗
301 直流電源
302 MOSFET
303 1次巻線
303L リーケージ成分
303M リーケージ成分を除いた成分
304 ダイオード
305 コンデンサ
306 抵抗1 DC power supply 2, 3
5, 6
111, 112
204, 205
303 Primary winding
Claims (6)
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JP2017173527A JP2019041561A (en) | 2017-08-23 | 2017-08-23 | Interleaved flyback converter |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2017
- 2017-08-23 JP JP2017173527A patent/JP2019041561A/en active Pending
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