JP2701172B2 - Resonant converter - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、交流電源から安定化直流電圧を得る為の共
振型コンバータに関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a resonant converter for obtaining a stabilized DC voltage from an AC power supply.
交流電源から直流負荷に安定化した直流電圧を印加す
るコンバータに於いては、交流電源の交流電圧を整流
し、その整流出力電圧をトランジスタ等のスイッチング
素子を介してトランスの一次巻線に印加し、そのトラン
スの二次巻線の誘起電圧を整流平滑回路により整流して
平滑化して出力直流電圧とし、この出力直流電圧が設定
された値となるように、スイッチング素子を制御するも
のであり、既に各種の構成が提案されている。このよう
なコンバータに於いて、効率及び力率の改善が要望され
ている。In a converter that applies a stabilized DC voltage from an AC power supply to a DC load, the AC voltage of the AC power supply is rectified, and the rectified output voltage is applied to the primary winding of the transformer via a switching element such as a transistor. Rectifying and smoothing the induced voltage of the secondary winding of the transformer by a rectifying and smoothing circuit to obtain an output DC voltage, and controlling the switching element so that the output DC voltage becomes a set value; Various configurations have already been proposed. In such converters, improvements in efficiency and power factor are desired.
従来例のコンバータは、例えば、第6図に示す構成を
有するもので、31は交流電源、32は全波整流回路、33は
コンデンサ、34はトランス、35はスイッチング素子とし
てのトランジスタ、36は整流平滑回路、37は制御回路で
ある。The conventional converter has, for example, the configuration shown in FIG. 6, in which 31 is an AC power supply, 32 is a full-wave rectifier circuit, 33 is a capacitor, 34 is a transformer, 35 is a transistor as a switching element, and 36 is a rectifier. A smoothing circuit 37 is a control circuit.
トランス34の一次巻線にトランジスタ35が接続され、
二次巻線に整流平滑回路36が接続されている。この整流
平滑回路36は、ダイオード38,39とリアクタ40のコンデ
ンサ41とから構成されている場合を示す。又交流電源31
の交流電圧は全波整流回路32により整流されてコンデン
サ33に充電され、それにより平滑された電圧はトランジ
スタ35を介してトランス34の一次巻線に加えられ、この
トランス34の二次巻線に誘起された電圧は、整流平滑回
路36により整流されて平滑化され、出力直流電圧とな
る。この出力直流電圧は制御回路37に於いて設定電圧と
比較され、誤差分に対応してトランジスタ35のオン期間
が制御されるから、出力直流電圧は安定化される。Transistor 35 is connected to the primary winding of transformer 34,
A rectifying / smoothing circuit 36 is connected to the secondary winding. The rectifying / smoothing circuit 36 is shown as being composed of diodes 38 and 39 and a capacitor 41 of the reactor 40. AC power supply 31
The AC voltage is rectified by the full-wave rectifier circuit 32 and charged in the capacitor 33, and the smoothed voltage is applied to the primary winding of the transformer 34 via the transistor 35, and is applied to the secondary winding of the transformer 34. The induced voltage is rectified and smoothed by the rectifying / smoothing circuit 36 to become an output DC voltage. This output DC voltage is compared with the set voltage in the control circuit 37, and the ON period of the transistor 35 is controlled in accordance with the error, so that the output DC voltage is stabilized.
第7図は電圧及び電流の説明図であり、(a)は全波
整流出力電圧42及びコンデンサ33の端子電圧43の波形を
示し、(b)はコンデンサ33の充電電流44と直流出力電
流45とを示す。正弦波の交流電圧が全波整流回路32によ
り整流されて、大きな脈流電圧となるが、コンデンサ33
により43で示す波形の整流出力電圧となる。その場合
に、コンデンサ33には交流電圧の1/2周期tの中のt1の
比較的短い期間(導通角)のみ充電電流44が流れ、残り
の期間t2の間は零となる。その場合の充電電流44の平均
値は、直流出力電流45と等しくなる必要があるから、こ
の充電電流44のピーク値は、導通角t1が小さい程大きく
なる。7A and 7B are explanatory diagrams of voltage and current. FIG. 7A shows waveforms of a full-wave rectified output voltage 42 and a terminal voltage 43 of a capacitor 33, and FIG. And The sine-wave AC voltage is rectified by the full-wave rectifier circuit 32, resulting in a large pulsating voltage.
As a result, a rectified output voltage having a waveform 43 is obtained. In this case, the charging current 44 flows through the capacitor 33 only during a relatively short period (conduction angle) of t1 in the half cycle t of the AC voltage, and becomes zero during the remaining period t2. In this case, the average value of the charging current 44 needs to be equal to the DC output current 45. Therefore, the peak value of the charging current 44 increases as the conduction angle t1 decreases.
前述のように、従来例のコンデンサ・インプット型の
整流電源を用いた場合、コンデンサ33に流れる充電電流
が、第7図の(b)に示すように、比較的短い期間t1の
み流れるので、交流電源31側から見た力率が非常に悪く
なる。このような正弦波形と異なる波形の歪波の力率co
sθは、 と表すことができる。なお、V0,I0は直流分の電圧,電
流、V1,I1,V2,I2,V3,I3・・・は基本波,第2高調波,
第3高調波,・・・の電圧,電流、θ1,θ2,θ3・・・
は各調波の電圧,電流間の位相角を示す。As described above, when the conventional capacitor-input type rectified power supply is used, the charging current flowing through the capacitor 33 flows only for a relatively short period t1, as shown in FIG. 7 (b). The power factor as seen from the power supply 31 side is very poor. The power factor co of a distorted wave with a waveform different from such a sine waveform
sθ is It can be expressed as. V 0 , I 0 are the voltage and current of the DC component, V 1 , I 1 , V 2 , I 2 , V 3 , I 3 ...
The voltage and current of the third harmonic,..., Θ 1 , θ 2 , θ 3 ,.
Indicates the phase angle between the voltage and current of each harmonic.
従って、正弦波電流が流れる場合に比較して、第7図
の(b)に示すような歪波形の電流が流れる場合には、
直流分及び基本波成分が少ない波形となるか力率cosθ
は小さくなる。従来例のコンデンサ・インプット型の整
流電源の場合には、力率cosθは45〜60%程度である。Therefore, when a current having a distorted waveform as shown in FIG. 7B flows, as compared with the case where a sine wave current flows,
Is the waveform with little DC component and fundamental wave component or power factor cosθ
Becomes smaller. In the case of a conventional capacitor input type rectified power supply, the power factor cos θ is about 45 to 60%.
又前述のコンデンサ33の充電電流のピーク値を低減す
る為に、全波整流回路32とコンデンサ33との間にチョー
ク・コイルを接続したチョーク・インプット型の整流電
源とすることが考えられる。しかし、このチョーク・イ
ンプット型の場合は、整流出力電圧は脈流電圧の平均値
となるので、入力電圧の実効値に対して約0.9倍とな
り、又出力電流が小さい時には、整流出力電圧が急激に
上昇する欠点がある。又このような欠点を改善するに
は、チョーク・コイルのインダクタンスを相当大きくす
る必要があり、その場合には大型のチョーク・コイルを
用いるので、大型化する欠点がある。In order to reduce the peak value of the charging current of the capacitor 33, a choke-input type rectified power supply in which a choke coil is connected between the full-wave rectifier circuit 32 and the capacitor 33 may be used. However, in the case of this choke input type, the rectified output voltage is the average value of the pulsating voltage, so it is about 0.9 times the effective value of the input voltage. Has the disadvantage of rising. Further, in order to improve such disadvantages, it is necessary to increase the inductance of the choke coil considerably. In that case, a large choke coil is used, so that there is a disadvantage that the size is increased.
従って、小型化を図る為に、チョーク・インプット型
の整流電源よりコンデンサ・インプット型の整流電源の
方が多く採用されている。Therefore, in order to reduce the size, a capacitor input type rectified power supply is more often used than a choke input type rectified power supply.
又トランジスタ35は、完全にオン又はオフとなるまで
の時間の為に、スイッチング損失が生じるものであり、
スイッチング周波数を1MHz程度以上の高周波として、ト
ランス34や整流平滑回路36の小型化を図ることが考えら
れるが、スイッチング周波数の上昇にほぼ比例してスイ
ッチング損失が増加することになり、損失による温度上
昇等の点から所望の高周波化を図ることが困難である。In addition, the transistor 35 has a switching loss due to the time until it is completely turned on or off,
It is conceivable to reduce the size of the transformer 34 and the rectifying / smoothing circuit 36 by setting the switching frequency to a high frequency of about 1 MHz or more, but the switching loss increases almost in proportion to the increase in the switching frequency, and the temperature rise due to the loss From the point of view, it is difficult to achieve a desired high frequency.
そこで、共振特性を利用して、電流又は電圧が零とな
るタイミングでスイッチングする共振型コンバータが提
案されている。このような共振型コンバータに於いて
は、出力直流電圧を安定化する為に、周波数可変制御方
式を用いている。Therefore, there has been proposed a resonance type converter that performs switching at a timing at which a current or a voltage becomes zero by utilizing resonance characteristics. In such a resonant converter, a variable frequency control method is used to stabilize the output DC voltage.
しかし、この周波数可変制御方式に於いては、無負荷
から最大負荷までの間の周波数の変化範囲を、数10KHz
〜数MHzとする必要があり、最低周波数に対応した回路
定数を決定することになるから、小型化が困難となる欠
点があった。However, in this variable frequency control method, the frequency change range from no load to maximum load is several tens KHz.
Since the frequency must be set to several MHz and a circuit constant corresponding to the lowest frequency is determined, there is a disadvantage that downsizing is difficult.
本発明は、小型化及び高周波化が容易で、且つ高力率
化することができる共振型コンバータを提供することを
目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a resonance type converter that can be easily reduced in size and frequency and has a high power factor.
本発明の共振型コンバータは、第1図を参照して説明
すると、商用電源等の交流電源の交流電圧を整流する全
波整流回路1と、この全波整流回路1の整流出力電圧を
印加する直列接続の第1,第2のコンデンサ2,3及び直列
接続の第1,第2のトランジスタ等からなるスイッチング
素子4,5と、直列接続の第1,第2のコンデンサ2,3の接続
点と、直列接続の第1,第2のスイッチング素子4,5の接
続点との間に、第1,第2のコンデンサ2,3の容量に比較
して小さい容量のコンデンサ8とリアクトル6とを直列
に接続した共振回路と、この共振回路の前記コンデンサ
8と並列に一次巻線を接続したトランス7と、このトラ
ンス7の二次巻線に接続した整流平滑回路9と、前記直
列接続の第1,第2のスイッチング素子4,5を交互に制御
するスイッチング周波数を共振回路の共振周波数より高
く設定し、このスイッチング周波数を負荷に対応して制
御し、整流平滑回路9の出力直流電圧を安定化する為の
制御回路10とから構成したものである。Referring to FIG. 1, the resonant converter of the present invention applies a full-wave rectifier circuit 1 for rectifying an AC voltage of an AC power supply such as a commercial power supply, and applies a rectified output voltage of the full-wave rectifier circuit 1. A connection point between the switching elements 4 and 5 including the first and second capacitors 2 and 3 connected in series and the first and second transistors connected in series, and the first and second capacitors 2 and 3 connected in series And a connection point between the first and second switching elements 4 and 5 connected in series, a capacitor 8 and a reactor 6 having a smaller capacity than the first and second capacitors 2 and 3 are connected. A resonance circuit connected in series, a transformer 7 having a primary winding connected in parallel with the capacitor 8 of the resonance circuit, a rectifying and smoothing circuit 9 connected to a secondary winding of the transformer 7, 1, resonance frequency switching frequency to control the second switching elements 4 and 5 alternately Set higher than the resonance frequency to control the switching frequency in response to the load, in which the output DC voltage of the rectifying and smoothing circuit 9 is constructed from stabilized to order control circuit 10 Metropolitan of.
全波整流回路1の整流出力電圧は、第1のスイッチン
グ素子4がオンの時に、第2のコンデンサ3とリアクト
ル6とを介してトランス7の一次巻線に印加され、第2
のスイッチング素子5がオンの時に、第1のコンデンサ
2とリアクトル6とを介してトランス7の一次巻線に印
加される。従って、第1,第2のコンデンサ2,3は、直流
カット用として作用し、コンデンサ・インプット型の整
流電源に於けるコンデンサとは異なる作用を行うことに
なる。The rectified output voltage of the full-wave rectifier circuit 1 is applied to the primary winding of the transformer 7 via the second capacitor 3 and the reactor 6 when the first switching element 4 is turned on.
Is applied to the primary winding of the transformer 7 via the first capacitor 2 and the reactor 6 when the switching element 5 is turned on. Therefore, the first and second capacitors 2 and 3 function for DC cutoff, and perform functions different from those of the capacitors in the capacitor input type rectified power supply.
又リアクトル6とコンデンサ8とを主とした共振回路
により、第1,第2のスイッチング素子4,5には共振電流
が流れることになり、電流又は電圧零の点でスイッチン
グすることが可能となる。従って、スイッチング損失を
無視できる程度とすることができる。In addition, a resonance current mainly flows through the first and second switching elements 4 and 5 by a resonance circuit mainly including the reactor 6 and the capacitor 8, and switching can be performed at a point where current or voltage is zero. . Therefore, the switching loss can be made negligible.
又制御回路10は、整流平滑回路9の出力直流電圧を安
定化するように、第1,第2のスイッチング素子4,5を制
御するもので、共振周波数より高い周波数に於いてスイ
ッチング制御を行い、出力直流電流が増加するに従って
スイッチング周波数を低下し、定格負荷の場合にほぼ共
振周波数となるようにすることにより、零電流又は零電
圧のスイッチングを行い、スイッチング損失を無くすこ
とができる。The control circuit 10 controls the first and second switching elements 4 and 5 so as to stabilize the output DC voltage of the rectifying / smoothing circuit 9, and performs switching control at a frequency higher than the resonance frequency. By reducing the switching frequency as the output DC current increases, and setting the switching frequency to substantially the resonance frequency in the case of the rated load, switching of zero current or zero voltage can be performed, and switching loss can be eliminated.
以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は本発明の実施例の要部回路図であり、前述の
ように、交流電源11の交流電圧を全波整流回路1により
整流し、その整流出力電圧を、直列接続の第1,第2のコ
ンデンサ2,3と、直列接続の第1,第2のスイッチング素
子4,5とに印加し、第1,第2のコンデンサ2,3の接続点
と、第1,第2のスイッチング素子4,5の接続点との間
に、リアクトル6を介してトランス7の一次巻線を接続
し、その一次巻線に並列にコンデンサ8を接続して、リ
アクトル6とによる共振回路を構成し、又トランス7の
二次巻線に接続した整流平滑回路9の出力直流電圧を制
御回路10に於いて監視し、設定した電圧となるように、
第1,第2のスイッチング素子4,5を制御するものであ
る。FIG. 1 is a main part circuit diagram of an embodiment of the present invention. As described above, the AC voltage of the AC power supply 11 is rectified by the full-wave rectifier circuit 1, and the rectified output voltage is connected to the first and second series-connected rectifiers. The voltage is applied to the second capacitors 2 and 3 and the first and second switching elements 4 and 5 connected in series, and the connection point of the first and second capacitors 2 and 3 is connected to the first and second switching elements. A primary winding of a transformer 7 is connected between the connection points of the elements 4 and 5 via a reactor 6, and a capacitor 8 is connected in parallel with the primary winding to form a resonance circuit with the reactor 6. The output DC voltage of the rectifying / smoothing circuit 9 connected to the secondary winding of the transformer 7 is monitored by the control circuit 10 so that the set voltage is obtained.
It controls the first and second switching elements 4 and 5.
又トランス7の二次巻線はセンタタップを有する構成
とした場合を示し、それに対応して、整流平滑回路9
は、ダイオード12,13とコンデンサ14とからなる場合を
示す。又スイッチング素子4,5は、電界効果トランジス
タを用いるもので、寄生ダイオード15,16及び寄生容量1
7,18を有する場合を示す。この寄生容量17,18は外付け
のコンデンサとすることができる。Also, a case is shown in which the secondary winding of the transformer 7 has a configuration having a center tap.
Shows a case where the circuit is composed of the diodes 12 and 13 and the capacitor 14. The switching elements 4 and 5 use field-effect transistors, and have parasitic diodes 15 and 16 and a parasitic capacitance 1.
Shows the case with 7,18. The parasitic capacitances 17, 18 can be external capacitors.
そして、第1のスイッチング素子4がオンとなると、
全波整流回路1からこの第1のスイッチング素子4→コ
ンデンサ8→リアクトル6→第2のコンデンサ3の経路
で電流が流れ、この時、第1のコンデンサ2の充電電荷
が放電される。又第2のスイッチング素子5がオンとな
ると、全波整流回路1から第1のコンデンサ2→リアク
トル6→コンデンサ8→第2のスイッチング素子5の経
路で電流が流れ、この時、第2のコンデンサ3の充電電
荷が放電される。そして、コンデンサ8の両端に接続さ
れたトランス7の一次巻線に、コンデンサ8の両端の電
圧に従った電流が流れる。Then, when the first switching element 4 is turned on,
A current flows from the full-wave rectifier circuit 1 through the path of the first switching element 4 → the capacitor 8 → the reactor 6 → the second capacitor 3. At this time, the charge of the first capacitor 2 is discharged. When the second switching element 5 is turned on, a current flows from the full-wave rectifier circuit 1 through the path of the first capacitor 2 → the reactor 6 → the capacitor 8 → the second switching element 5, and at this time, the second capacitor 3 is discharged. Then, a current according to the voltage at both ends of the capacitor 8 flows through the primary winding of the transformer 7 connected to both ends of the capacitor 8.
第1,第2のコンデンサ2,3を、例えば、28.8μF、リ
アクトル6の直列のコンデンサ8を0.4μF、リアクト
ル6を4μHとすると、共振回路を構成するコンデンサ
8に比較して第1,第2のコンデンサ2,3の容量が約60倍
であるから、第1,第2のコンデンサ2,3による共振周波
数への影響を無視できる。If the first and second capacitors 2 and 3 are, for example, 28.8 μF, the series capacitor 8 of the reactor 6 is 0.4 μF, and the reactor 6 is 4 μH, the first and second capacitors 2 and 3 are compared with the capacitor 8 forming the resonance circuit. Since the capacitance of the second capacitors 2 and 3 is about 60 times, the influence of the first and second capacitors 2 and 3 on the resonance frequency can be ignored.
又コンデンサ8と並列にトランス7の一次巻線が接続
されており、このトランス7の二次巻線には、整流平滑
回路9を介して負荷が接続され、負荷には直流電流が供
給される。又トランス7の励磁インピーダンスは比較的
大きいのが一般的であり、従って、コンデンサ8と並列
に接続されたトランス7は、コンデンサ8側から見て等
価的な純抵抗成分と見倣すことができる。即ち、負荷電
流が増加した場合は、純抵抗成分の値が小さくなった場
合に相当し、リアクトル6とコンデンサ8との共振回路
のQが低くなる。又反対に負荷電流が減少した場合は、
純抵抗成分の値が大きくなった場合に相当し、リアクト
ル6とコンデンサ8との共振回路のQが高くなる。何れ
の場合も共振周波数に与える影響は無視できる。A primary winding of a transformer 7 is connected in parallel with the capacitor 8. A load is connected to a secondary winding of the transformer 7 via a rectifying and smoothing circuit 9, and a DC current is supplied to the load. . In general, the excitation impedance of the transformer 7 is relatively large. Therefore, the transformer 7 connected in parallel with the capacitor 8 can be regarded as an equivalent pure resistance component when viewed from the capacitor 8 side. . That is, when the load current increases, this corresponds to a case where the value of the pure resistance component decreases, and the Q of the resonance circuit including the reactor 6 and the capacitor 8 decreases. Conversely, if the load current decreases,
This corresponds to the case where the value of the pure resistance component increases, and the Q of the resonance circuit including the reactor 6 and the capacitor 8 increases. In any case, the effect on the resonance frequency can be ignored.
従って、直列接続のリアクトル6とコンデンサ8とに
より共振回路を形成していることになり、前述の回路定
数の場合、共振周波数は約116KHzとなる。その場合の第
1,第2のスイッチング素子4,5のオン,オフを制御する
スイッチング周波数は、この共振周波数より高くなるよ
うに設定するものである。Therefore, a resonance circuit is formed by the reactor 6 and the capacitor 8 connected in series, and the resonance frequency is about 116 KHz in the case of the above-described circuit constants. In that case
1, The switching frequency for controlling the ON / OFF of the second switching elements 4 and 5 is set to be higher than this resonance frequency.
第2図は共振特性説明図であり、リアクトル6とコン
デンサ8とを含む共振回路の共振周波数をf0とすると、
定格負荷以下の場合には、スイッチング素子4,5のオ
ン,オフを制御するスイッチング周波数を、共振周波数
f0より高い例えばf1とし、定格負荷に近づく程、スイッ
チング周波数を共振周波数f0に近づけるものである。即
ち、スイッチング周波数は、共振周波数f0とするもので
あるから、回路定数は共振周波数f0を基に設定すれば良
いことになり、回路部品の小型化を図ることできる。FIG. 2 is an explanatory diagram of resonance characteristics. Assuming that a resonance frequency of a resonance circuit including the reactor 6 and the capacitor 8 is f 0 ,
When the load is equal to or less than the rated load, the switching frequency for controlling on / off of the switching elements 4 and 5 is changed to the resonance frequency.
was higher for example, f 1 than f 0, the closer to the rated load, is intended to approximate the switching frequency to the resonance frequency f 0. That is, since the switching frequency is set to the resonance frequency f 0 , the circuit constant may be set based on the resonance frequency f 0 , and the circuit components can be reduced in size.
第3図はスイッチング素子4,5の一例のMOS FET(MOS
電界効果トランジスタ)の説明図であり、21はソース電
極、22はドレイン電極、23はゲート電極、24はゲート絶
縁膜、25は寄生ダイオードを示す。ソース電極21は上側
のコンタクト領域N+に接続され、又ドレイン電極22は下
側のコンタクト領域N+に接続されている。又ゲート絶縁
膜24は通常は酸化膜が用いられる。Fig. 3 shows an example of a MOS FET (MOS
21 is an explanatory diagram of a field-effect transistor), 21 is a source electrode, 22 is a drain electrode, 23 is a gate electrode, 24 is a gate insulating film, and 25 is a parasitic diode. The source electrode 21 is connected to the upper contact region N + , and the drain electrode 22 is connected to the lower contact region N + . An oxide film is usually used for the gate insulating film 24.
ゲート電極23にゲート電圧を印加することにより、P
領域に反転層が生じて、ソース電極21→N+領域→P領域
→N-領域→N+領域→ドレイン電極22の経路で電流が流
れ、この電流のオン,オフをゲート電圧により制御する
ことができる。又P領域とN-領域との間に、点線で示す
寄生ダイオード25が形成される。この寄生ダイオード25
は、第1図に於いては、15,16の符号で示している。又
ソース電極21とドレイン電極22間の寄生容量が形成され
る。By applying a gate voltage to the gate electrode 23, P
An inversion layer is generated in the region, the source electrode 21 → N + region → P region → N - current flows through a path region → N + region → drain electrode 22, and controls on the current, the off by gate voltage that Can be. A parasitic diode 25 indicated by a dotted line is formed between the P region and the N − region. This parasitic diode 25
Are indicated by reference numerals 15 and 16 in FIG. Also, a parasitic capacitance between the source electrode 21 and the drain electrode 22 is formed.
このような縦型FETの基本セルを数千個或いは数万
個、1チップ上に形成してパワーMOS FETが構成されて
いる。Thousands or tens of thousands of such vertical FET basic cells are formed on one chip to constitute a power MOS FET.
制御回路10により整流平滑回路9からの出力直流電圧
が設定値であるか否か比較され、設定値に対する誤差に
応じて第1,第2のスイッチング素子4,5のスイッチング
周波数が制御される。第1のスイッチング素子4がオン
となると、全波整流回路1の整流出力電圧が、コンデン
サ3とリアクトル6とを介してトランス7の一次巻線に
印加され、又第2のスイッチング素子5がオンとなる
と、コンデンサ2とリアクトル6とを介してトランス7
の一次巻線に印加され、その一次巻線には、交番電圧が
印加されることになる。それによって、トランス7の二
次巻線に電圧が誘起され、その電圧は整流平滑回路9に
より整流されて平滑化され、出力直流電圧となって、図
示を省略した負荷に供給される。The control circuit 10 compares whether or not the output DC voltage from the rectifying / smoothing circuit 9 is a set value, and controls the switching frequency of the first and second switching elements 4 and 5 according to an error with respect to the set value. When the first switching element 4 is turned on, the rectified output voltage of the full-wave rectifier circuit 1 is applied to the primary winding of the transformer 7 via the capacitor 3 and the reactor 6, and the second switching element 5 is turned on. , The transformer 7 via the capacitor 2 and the reactor 6
, And an alternating voltage is applied to the primary winding. As a result, a voltage is induced in the secondary winding of the transformer 7, and the voltage is rectified and smoothed by the rectifying / smoothing circuit 9 to become an output DC voltage, which is supplied to a load (not shown).
第1,第2のコンデンサ2,3は、全波整流回路1の整流
出力の平滑化を行うものではなく、直流電流阻止用とし
て作用するものであり、共振回路による共振電流を流す
ように作用するから、コンデンサ・インプット型のよう
に、大きなリップル電流が流れることはなくなる。従っ
て、力率を改善することができる。又共振周波数或いは
それに近い周波数でスイッチングすることにより、スイ
ッチング素子4,5に於けるスイッチング損失を無視でき
る程度に低減することができるから、高周波化が容易と
なる。The first and second capacitors 2 and 3 do not smooth the rectified output of the full-wave rectifier circuit 1 but function to block DC current, and act to flow the resonance current by the resonance circuit. Therefore, a large ripple current does not flow unlike the capacitor input type. Therefore, the power factor can be improved. Further, by switching at the resonance frequency or a frequency close to the resonance frequency, the switching loss in the switching elements 4 and 5 can be reduced to a negligible level, so that it is easy to increase the frequency.
第4図は本発明の実施例の動作説明図であり、(a)
は第1のスイッチング素子4のソース・ドレイン間電
圧、(b)は第2のスイッチング素子5のソース・ドレ
イン間電圧を示し、オン状態に於いてはソース・ドレイ
ン間電圧が0となる。又(c),(d)は第1,第2のス
イッチング素子4,5に流れる電流、(e)はリアクトル
6とコンデンサ8とを含む共振回路による共振電流を示
す。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the embodiment of the present invention.
Represents the source-drain voltage of the first switching element 4, and (b) represents the source-drain voltage of the second switching element 5. In the ON state, the source-drain voltage becomes zero. (C) and (d) show currents flowing through the first and second switching elements 4 and 5, and (e) shows a resonance current by a resonance circuit including the reactor 6 and the capacitor 8.
スイッチング周波数を共振周波数より高くすることに
より、スイッチング素子4,5側からみた時に、スイッチ
ング素子4,5に流れる電流は遅れ電流となる。この遅れ
電流がスイッチング素子4,5の寄生ダイオード15,16を介
して流れるので、(c),(d)に示すように、負の方
向の電流となる。即ち、第1のスイッチング素子4が
(a)に示すようにオンとなると、(c)に示すよう
に、寄生ダイオード15を介して逆方向に遅れ電流が流れ
た後、共振電流の一部が順方向に流れる。By setting the switching frequency higher than the resonance frequency, the current flowing through the switching elements 4 and 5 becomes a lag current when viewed from the switching elements 4 and 5 side. Since this delay current flows through the parasitic diodes 15 and 16 of the switching elements 4 and 5, the current becomes a negative current as shown in (c) and (d). That is, when the first switching element 4 is turned on as shown in (a), as shown in (c), after a delay current flows in the reverse direction via the parasitic diode 15, a part of the resonance current is reduced. Flows forward.
第5図は本発明の実施例の電圧,電流の説明図であ
り、(a)は負荷電流が少ない時のスイッチング素子4,
5の電圧V1(実線)及び電流I1(点線)を示す。又
(b)は負荷電流が多い時のスイッチング素子4,5の電
圧V2(実線)及び電流I2(点線)を示す。即ち、負荷電
流が少ない時はスイッチング周波数を高く、負荷電流が
多い時はスイッチング周波数が低くなり、電流I2が零と
なる点でスイッチングすることができる。従って、負荷
電流が多くなった時に、スイッチング損失を無視できる
程度に低減することができる。FIG. 5 is an explanatory diagram of voltage and current according to the embodiment of the present invention. FIG.
5 shows a voltage V1 (solid line) and a current I1 (dotted line). (B) shows the voltage V2 (solid line) and current I2 (dotted line) of the switching elements 4 and 5 when the load current is large. That is, when the load current is small, the switching frequency is high, and when the load current is large, the switching frequency is low, and switching can be performed at a point where the current I2 becomes zero. Therefore, when the load current increases, the switching loss can be reduced to a negligible level.
(c)は全波整流回路1による整流出力電圧V3、
(d)は電流I3を示し、スイッチング素子4,5が整流出
力電圧V3の周期でオン,オフしたとすると、(d)に示
す電流I3が流れることになる。即ち、コンデンサを充電
する為の大きなリップル電流が全波整流回路1を流れる
ものではなく、ほぼ半周期の機関にわたって流れる電流
となる。それにより、(e)に示す交流電圧V4に対し
て、(f)に示す交流電源I4が流れることになる。即
ち、歪波形の電流I4となるが、導通角が大きくなるか
ら、電流I4のピーク値は低くても良くなる。それによっ
て、交流電流I4の基本波成分が多いことになり、力率を
改善することができ、例えば、90%以上とすることが可
能となった。(C) is a rectified output voltage V3 by the full-wave rectifier circuit 1,
(D) shows the current I3. If the switching elements 4 and 5 are turned on and off at the cycle of the rectified output voltage V3, the current I3 shown in (d) flows. That is, a large ripple current for charging the capacitor does not flow through the full-wave rectifier circuit 1 but becomes a current that flows over the engine in almost a half cycle. As a result, the AC power supply I4 shown in (f) flows with respect to the AC voltage V4 shown in (e). That is, although the current I4 has a distorted waveform, the conduction angle increases, so that the peak value of the current I4 may be low. As a result, the fundamental wave component of the AC current I4 is increased, and the power factor can be improved, for example, it can be 90% or more.
本発明は、前述の実施例にのみ限定されるものではな
く、種々付加変更することができるものである。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously added and changed.
以上説明したように、本発明は、第1,第2のコンデン
サ2,3の接続点と、第1,第2のスイッチング素子4,5の接
続点との間に、リアクトル6を介してトランス7の一次
巻線を接続すると共に、その一次巻線に並列にコンデン
サ8を接続して、リアクトル6とコンデンサ8とを含む
共振回路を形成したものであり、第1,第2のコンデンサ
2,3は共振電流を流すように作用し、コンデンサ・イン
プット型のような全波整流出力の平滑化を行うものでは
ないから、ピーク値の大きい充電電流が流れることはな
くなり、それによって力率を大幅に改善することができ
る。As described above, the present invention provides a transformer via the reactor 6 between the connection point of the first and second capacitors 2 and 3 and the connection point of the first and second switching elements 4 and 5. 7 and a capacitor 8 is connected in parallel with the primary winding to form a resonance circuit including the reactor 6 and the capacitor 8.
2, 3 act to flow the resonance current and do not smooth out the full-wave rectified output unlike the capacitor input type, so that the charging current with a large peak value does not flow, thereby reducing the power factor. Can be greatly improved.
又負荷電流が大きい程、共振回路の共振周波数に近い
スイッチング周波数として、電圧又は電流が零の点でス
イッチングを行わせることが可能となるから、スイッチ
ング損失を無視できる程度に低減することができる。従
って、スイッチング周波数の高周波化を容易に図ること
ができる。Further, as the load current increases, the switching can be performed at a point where the voltage or the current is zero as the switching frequency closer to the resonance frequency of the resonance circuit. Therefore, the switching loss can be reduced to a negligible level. Accordingly, it is possible to easily increase the switching frequency.
第1図は本発明の実施例の要部回路図、第2図は共振特
性説明図、第3図はMOS FETの説明図、第4図は本発明
の実施例の動作説明図、第5図は本発明の実施例の電圧
及び電流の説明図、第6図は従来例の要部回路図、第7
図は従来例の電圧及び電流の説明図である。 1は全波整流回路、2,3は第1,第2のコンデンサ、4,5は
第1,第2のスイッチング素子、6はリアクトル、7はト
ランス、8はコンデンサ、9は整流平滑回路、10は制御
回路、11は交流電源である。FIG. 1 is a main part circuit diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of resonance characteristics, FIG. 3 is an explanatory diagram of a MOS FET, FIG. 4 is an operational explanatory diagram of an embodiment of the present invention, FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram of voltage and current according to the embodiment of the present invention. FIG.
The figure is an explanatory view of the voltage and the current of the conventional example. 1 is a full-wave rectifier circuit, 2 and 3 are first and second capacitors, 4 and 5 are first and second switching elements, 6 is a reactor, 7 is a transformer, 8 is a capacitor, 9 is a rectifying and smoothing circuit, 10 is a control circuit, and 11 is an AC power supply.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶 芳久 神奈川県川崎市高津区坂戸237番地 富 士通電装株式会社内 (72)発明者 中野 実 神奈川県川崎市高津区坂戸237番地 富 士通電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−264564(JP,A) 実開 昭58−87486(JP,U) 特公 昭62−36470(JP,B2) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoshihisa Kaji 237 Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Minoru Nakano 237-Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Incorporated company (56) References JP-A-1-264564 (JP, A) JP-A-58-87486 (JP, U) JP-B-62-36470 (JP, B2)
Claims (1)
と、 該全波整流回路(1)の整流出力電圧を印加する直列接
続の第1,第2のコンデンサ(2,3)及び直列接続の第1,
第2のスイッチング素子(4,5)と、 前記直列接続の第1,第2のコンデンサ(2,3)の接続点
と、前記直列接続の第1,第2のスイッチング素子(4,
5)の接続点との間に、前記第1,第2のコンデンサ(2,
3)の容量に比較して小さい容量のコンデンサ(8)と
リアクトル(6)とを直列に接続した共振回路と、 該共振回路の前記コンデンサ(8)と並列に一次巻線を
接続したトランス(7)と、 該トランス(7)の二次巻線に接続した整流平滑回路
(9)と、 前記直列接続の第1,第2のスイッチング素子(4,5)を
交互にオン,オフ制御するスイッチング周波数を前記共
振回路の共振周波数より高く設定し、該スイッチング周
波数を負荷に対応して制御し、前記整流平滑回路(9)
の出力直流電圧を安定化する為の制御回路(10)と を備えたことを特徴とする共振型コンバータ。1. A full-wave rectifier circuit for rectifying an AC voltage.
And the first and second capacitors (2, 3) connected in series for applying the rectified output voltage of the full-wave rectifier circuit (1) and the first and second capacitors (2, 3) connected in series.
A second switching element (4, 5); a connection point between the series-connected first and second capacitors (2, 3); and a series-connected first and second switching element (4, 5).
5), the first and second capacitors (2,
A resonance circuit in which a capacitor (8) and a reactor (6) having a smaller capacity than the capacitance of 3) are connected in series, and a transformer (1) having a primary winding connected in parallel with the capacitor (8) of the resonance circuit. 7), a rectifying and smoothing circuit (9) connected to the secondary winding of the transformer (7), and alternately turning on and off the first and second switching elements (4, 5) connected in series. Setting a switching frequency higher than a resonance frequency of the resonance circuit, controlling the switching frequency in accordance with a load;
And a control circuit (10) for stabilizing the output DC voltage of the resonance type.
Priority Applications (1)
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JPH03169260A JPH03169260A (en) | 1991-07-22 |
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