JP2628204B2 - 直列共振コンバータの駆動方法 - Google Patents

直列共振コンバータの駆動方法

Info

Publication number
JP2628204B2
JP2628204B2 JP29785888A JP29785888A JP2628204B2 JP 2628204 B2 JP2628204 B2 JP 2628204B2 JP 29785888 A JP29785888 A JP 29785888A JP 29785888 A JP29785888 A JP 29785888A JP 2628204 B2 JP2628204 B2 JP 2628204B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
circuit
resonance
output
transformer
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP29785888A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH02146958A (ja
Inventor
靖生 大橋
豊 鍬田
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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 Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP29785888A priority Critical patent/JP2628204B2/ja
Publication of JPH02146958A publication Critical patent/JPH02146958A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2628204B2 publication Critical patent/JP2628204B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明はスイッチング素子の動作周波数を高めて共
振電流のピーク値を低減した低損失で低雑音な直列共振
コンバータの駆動方法に関するものである。
「従来の技術」 直流電圧を極性の異なったあるいは電圧値の異なった
直流電圧に変換する回路には小形・軽量化、高効率化を
狙いとしてDC-DCコンバータが適用されている。DC-DCコ
ンバータでは変換周波数を高めることにより、トランス
や出力フィルタの小形・軽量化を図ることが可能であ
る。
現在、最も多く使用されているDC-DCコンバータの回
路形式は、スイッチング素子を流れる電流をスイッチン
グ素子をオフさせることにより強制的に遮断するフォワ
ードタイプあるいはフライバックタイプである。これら
の回路形式では高周波化する際に以下のような問題があ
る。
(1)スイッチング素子のターンオン時は整流用ダイオ
ードのリカバリ電流によるスパイク状の電流が流れるた
め、ターンオン時の損失や雑音が大きい。
(2)スイッチング素子のターンオフ時の負荷はトラン
スのリーケージインダクタンスや回路に分布するインダ
クタンス成分により誘導性となるため、スイッチング素
子やスナバ回路での損失が大きい。
これらの問題のため現状では出力容量が100W程度までは
スイッチング素子にMOS-FETを用いても、変換周波数は5
00kHz程度、1kW以上では100kHz程度が限界とされてい
る。さらに変換周波数を高めるためにはスイッチング素
子、整流素子の特性改善、リーケージインダクタンスの
少ないトランスの製造法、浮遊インダクタンスの少ない
部品の実装法、スナバ回路の低損失化など検討すべき項
目が多い。このためコンデンサとインダクタによりスイ
ッチング素子を流れる電流波形を正弦波状にし、スイッ
チング素子での損失を低減できるDC-DCコンバータの検
討が盛んに行われるようになった。このDC-DCコンバー
タの回路形式は直列共振コンバータと呼ばれている。一
般的に検討されている直列共振コンバータの回路構成を
第4図に示す。直流電源1の両端に、スイッチング素子
2,3(例としてIGBT:Insulated Gate Bipolar Transisto
r)の直列回路が接続され、更に帰還用ダイオード4,5の
直列回路が接続され、また共振用コンデンサ7,8の直列
回路が接続される。帰還用ダイオード4,5の接続点と、
共振用コンデンサ7,8の接続点との間に共振用インダク
タ6が接続され、スイッチング素子2,3の接続点と、帰
還用ダイオード4,5の接続点との間にトランス9が接続
される。トランス9の二次巻線の両端に整流用ダイオー
ド10,11の一端が接続され、整流用ダイオード10,11の他
端とトランス9の二次巻線の中点との間に平滑用コンデ
ンサ12が接続され、平滑用コンデンサ12と並列に負荷抵
抗13が接続される。
スイッチング素子2をターンオンさせると、直流電源
1−スイッチング素子2−トランス9の一次巻線−共振
用インダクタ6−共振用コンデンサ8−直流電源1のル
ープと、共振用コンデンサ7−スイッチング素子2−ト
ランス9の一次巻線−共振用インダクタ6−共振用コン
デンサ7のループとで共振電流が流れる。スイッチング
素子3をターンオンさせた時は直流電源1−共振用コン
デンサ7−共振用インダクタ6−トランス9の一次巻線
−スイッチング素子3−直流電源1のループと、共振用
コンデンサ8−共振用インダクタ6−トランス9の一次
巻線−スイッチング素子3−共振用コンデンサ8のルー
プとで共振電流が流れる。トランス9の一次巻線数
(N1)と二次巻線数(N2)との比をn(=N1/N2)とす
れば、トランスの二次巻線にはn倍の共振電流が流れる
ので、この共振電流を整流用ダイオード10及び11で整流
し平滑用コンデンサ12を充電して直流電圧を負荷抵抗13
に供給する。
「発明が解決しようとする課題」 このような直列共振コンバータでは出力電圧は、入力
電圧、直列共振用コンデンサのキャパシタンス、トラン
スの巻き数比n、動作周波数、負荷抵抗で決まるので、
動作周波数を制御して、出力電圧を一定に保つのが一般
的である。たとえば入力電圧が低下した場合や負荷抵抗
が小さくなった場合には動作周波数を高める必要があ
る。しかしスイッチング素子1に共振電流が流れている
間にスイッチング素子2をターンオンさせると電源1を
短絡することになるので、このような駆動条件が起こら
ないような対策が必要である。さらにスイッチング素子
1,2にバイポーラトランジスタやIGBTを用いる場合に
は、スイッチング素子1の共振電流が零となった直後に
駆動信号を取り除いてもスイッチング素子1の接合は直
ちに回復せずオン状態にあるので、スイッチング素子2
に駆動信号が与えられると電源短絡が発生することにな
る。従来は同時オンを避けるためスイッチング素子1ま
たは2の電流が零であるという条件とスイッチング素子
固有のターンオフタイム(フォールタイム+ストレージ
タイム)を見込んでスイッチング素子をターンオンさせ
ている。このターンオフタイムは素子のバラツキや温度
による変化(温度が高い場合はターンオフタイムは大き
くなる)があるため最悪値を見込む必要がある。すなわ
ち共振電流が流れている時間をT0、ターンオフタイムの
最大値をT1とすると、最大動作周波数は1/〔2(T0
T1)〕となる。T1は一般的に安全設計のためマージンを
みるので、マージンの分だけ動作周波数を高めることが
できない。マージンによる動作周波数の低減分による出
力容量の減少をカバーするため、共振電流のピーク値を
大きくしなければならない。ピーク値が大きくなると配
線やトランス巻線での銅損、スイッチング素子オン損失
などの損失が増大すると言う問題に波及する。
この発明の目的はスイッチング素子が同時にオン状態
にならないようにスイッチング素子の接合が完全に回復
してから駆動信号を与える駆動方法を提供することであ
る。
「課題を解決するための手段」 この発明はスイッチング素子を流れる電流が零になっ
たことを検出するとともに、スイッチング素子の接合が
回復したことも検出してからスイッチング素子をターン
オンさせることにより直列共振コンバータの動作周波数
を高めることを最も主要な特徴とする。
「実施例」 以下にこの発明の実施例について説明する。第1図は
この発明の実施例の接続図であって、第4図と対応する
部分には同一符号を付けてある。この実施例においては
スイッチング素子2と並列に、スイッチング素子2の接
合の回復状態を検出する検出回路14が接続され、同様に
スイッチング素子3と並列に、スイッチング素子3の接
合の回復状態を検出する検出回路15が接続される。スイ
ッチング素子2と直列に、スイッチング素子2を流れる
電流を検出する検出回路16が挿入され、スイッチング素
子3と直列に、スイッチング素子3を流れる電流を検出
する検出回路17が挿入される。
次に回路の動作を説明する。スイッチング素子2をタ
ーンオンさせると、直流電源1−スイッチング素子2−
トランス9の一次巻線−共振用インダクタ6−共振用コ
ンデンサ8−直流電源1のループと、共振用コンデンサ
7−スイッチング素子2−トランス9の一次巻線−共振
用インダクタ6−共振用コンデンサ7のループで共振電
流が流れる。共振電流が流れている間はスイッチング素
子2に駆動信号を与えておく必要がある。この発明によ
る駆動信号発生回路のブロック図を第2図に、駆動信号
波形を第3図に示す。第2図において発振回路18の出力
eは振り分け回路19でe1とe2とに分けられ、それらはAN
D1回路及びAND2回路へ供給される。検出回路14,15の検
出出力c,dはAND1回路、AND2回路へそれぞれ供給され、A
ND1回路の出力g、AND2回路の出力fはOR1回路、OR2
路へ供給される。検出回路16,17の出力a,bはOR1回路、O
R2回路へ供給される。OR1回路の出力h、OR2回路の出力
iがそれぞれスイッチング素子2,3の駆動信号となる。
まずt=t0で発振回路18の出力eが発生したとする
と、振り分け回路19によりe1が得られ、この信号e1と検
出回路15をAND1回路に入力し信号fを作る。この信号f
でスイッチング素子2のターンオンさせる。振り分け回
路19の出力e1の幅は共振電流の幅より短かいことが必要
である。スイッチング素子2をターンオンさせることに
より共振電流が流れ出すので、この共振電流を検出回路
16で検出し、検出回路16の出力aと信号fをOR1回路に
入力して信号hをつくり、この信号hで引き続きスイッ
チング素子2を駆動する。検出回路16の出力aは共振電
流が流れている間は得られるので、スイッチング素子2
は共振電流が流れている間は駆動信号hによりオンし続
ける。この共振電流はほぼ正弦波であり、共振電流が流
れ出してから約π(LC) (Lは直列共振用インダ
クタのインダクタンス、Cは共振用コンデンサのキャパ
シタンス)後に零となる。
t=t1で零になったことは検出回路16により検出され
るので、スイッチング素子2の駆動信号hは零となる。
しかしスイッチング素子2から駆動信号hを取り除いて
もスイッチング素子2の接合は直ちに回復せず、第3図
に示すようにT2後にターンオフする。スイッチング素子
2の接合がt=t2で回復しスイッチング素子2に電圧が
現れると、検出回路14の出力cは反転し、スイッチング
素子3をオンさせる条件が整う。t=t3で発振回路18の
出力eが発生したとすると、振り分け回路19によりe2
得られ、この信号e2と検出回路14の出力cをAND2回路に
入力して信号gを作る。この信号gでスイッチング素子
3をターンオンさせる。スイッチング素子3をターンオ
ンさせることにより共振電流が流れ出すので、この共振
電流を検出回路17で検出し、検出回路17の出力bと信号
gをOR2回路に入力して信号iをつくり、この信号iで
引き続きスイッチング素子3を駆動する。検出回路17の
出力は共振電流が流れている間は得られるので、スイッ
チング素子3は共振電流が流れている間は駆動信号iに
よりオンし続ける。t=t4で共振電流が零になると、検
出回路17の出力は零となり、したがって駆動信号iは零
となる。しかし駆動信号iが無くなっても、スイッチン
グ素子3の接合は直ちに回復せず、T3(T3は一般にT2
等しくない)後にターンオフとなる。スイッチング素子
3がt=t5で回復しスイッチング素子3に電圧が現れる
と、検出回路15の出力dは反転し、スイッチング素子2
をオンさせる条件が整う。
いま仮に第3図の点線で示すようにt=t4で発振回路
18の出力eが発生したとすると、振り分け回路19により
e1が得られるが、t4からt5まではスイッチング素子3の
接合は回復していないので、検出回路15の出力dとのAN
Dは成立しない。このため駆動信号hは得られないので
スイッチング素子2はオンしない。t=t5でスイッチン
グ素子3の接合は回復するので、検出回路15の出力dと
のANDは成立し、駆動信号hが得られる。すなわちスイ
ッチング素子2と3が同時にオン状態になることはな
い。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明による直列共振コンバ
ータの駆動方法はスイッチング素子を同時にオンさせる
ことなしに動作周波数を高めることができる。この結
果、共振電流のピーク値を低減できるのでスイッチング
素子などでの損失が少なくなり、効率の高い直列共振コ
ンバータを実現できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明を適用する代表的な直列共振コンバー
タを示す接続図、第2図は駆動信号発生回路のブロック
図、第3図は第2図の各部の信号波形図、第4図は従来
の直列共振コンバータを示す接続図である。 1:直流電源、2,3:スイッチング素子、4,5:帰還用ダイオ
ード、6:共振用インダクタ、7,8:共振用コンデンサ、9:
トランス、10,11:整流用ダイオード、12:平滑用コンデ
ンサ、13:負荷抵抗、14,15:スイッチング素子の電圧を
検出する回路、16,17:スイッチング素子の電流を検出す
る回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のスイッチング素子と複数の帰還用ダ
    イードと直列共振回路とトランスと全波整流回路と平滑
    回路で構成されている直列共振コンバータにおいて、上
    記スイッチング素子を流れる電流と上記スイッチング素
    子の印加電圧の有無を判別して上記スイッチング素子を
    駆動することを特徴とする直列共振コンバータの駆動方
    法。
JP29785888A 1988-11-24 1988-11-24 直列共振コンバータの駆動方法 Expired - Lifetime JP2628204B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29785888A JP2628204B2 (ja) 1988-11-24 1988-11-24 直列共振コンバータの駆動方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29785888A JP2628204B2 (ja) 1988-11-24 1988-11-24 直列共振コンバータの駆動方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02146958A JPH02146958A (ja) 1990-06-06
JP2628204B2 true JP2628204B2 (ja) 1997-07-09

Family

ID=17852058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29785888A Expired - Lifetime JP2628204B2 (ja) 1988-11-24 1988-11-24 直列共振コンバータの駆動方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2628204B2 (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02146958A (ja) 1990-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4677534A (en) Stabilizing power source apparatus
US5434768A (en) Fixed frequency converter switching at zero voltage
EP1356575B1 (en) Isolated drive circuitry used in switch-mode power converters
US5991171A (en) DC-to-DC converters
JP3459142B2 (ja) 駆動パルス出力制限回路
US5847941A (en) Switching power supply system and process
US7102898B2 (en) Isolated drive circuitry used in switch-mode power converters
US5563775A (en) Full bridge phase displaced resonant transition circuit for obtaining constant resonant transition current from 0° phase angle to 180° phase angle
US4760512A (en) Circuit for reducing transistor stress and resetting the transformer core of a power converter
US4821165A (en) High voltage DC power supply
US6909617B1 (en) Zero-voltage-switched, full-bridge, phase-shifted DC-DC converter with improved light/no-load operation
US5801932A (en) Interleaved current-fed forward converter
EP1032968B1 (en) Switched-mode power supply
KR940003774B1 (ko) 전원회로
JP2628204B2 (ja) 直列共振コンバータの駆動方法
JPH08228486A (ja) Dc−acインバータの制御方法
CA2214217C (en) Switching power supply apparatus
JP2561201B2 (ja) 共振型dc−dcコンバータ
KR100359709B1 (ko) 스위칭모드 전원공급기
JP3429420B2 (ja) スイッチング電源
JP2993635B2 (ja) トランス接続型dc−dcコンバータ
JPH05161352A (ja) 共振形コンバータ
JP3456839B2 (ja) スイッチング電源
JP2519969B2 (ja) Dc−dcコンバ―タ
JPH11356045A (ja) 直流―直流変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 12

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090418

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 12

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090418