JP3048423B2 - 共振形電源回路 - Google Patents

共振形電源回路

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JP3048423B2 JP3184429A JP18442991A JP3048423B2 JP 3048423 B2 JP3048423 B2 JP 3048423B2 JP 3184429 A JP3184429 A JP 3184429A JP 18442991 A JP18442991 A JP 18442991A JP 3048423 B2 JP3048423 B2 JP 3048423B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電源装置、とくに電流共
振形電源における共振回路に関する。
【0002】
【従来の技術】たとえばGENNUM社ドキュメント第
510−62−1に記載された“ TheGP605 in a varia
ble Frequency Zero Current Switching, Half Brigde
Resonant Mode Power Supply. "には、共振形電源回路
の従来技術が開示されている。図4はこのような従来技
術における電流共振形電源の回路図である。
【0003】同図を用いて従来の電流共振形電源におけ
る1周期の回路動作を以下に示す。まず、スイッチQ1
1が導通状態(以下、オンと称す)になると、電源Eの
陽極からスイッチQ11を通り、コンデンサC11とト
ランスT11の並列回路、インダクタL12、コンデン
サC15を経由して電源Eの陰極へ正弦波状の共振電流
が流れる。共振電流が零になった後、コンデンサC11
とインダクタL12との直列共振による逆方向の電流
(以下、帰還電流と称す)が、電源Eの陰極からコンデ
ンサC15を通り、インダクタL12、コンデンサC1
1とトランスT11の並列回路およびダイオードD15
を経て電源Eの陽極に流れる。この帰還電流がダイオー
ドD15を流れている間にスイッチQ11を非導通状態
(以下、オフと称す)にする。
【0004】次に、スイッチQ12がオンになると、電
源Eの陽極からコンデンサC14を通り、インダクタL
12、コンデンサC11とトランスT11の並列回路、
スイッチQ12を経て、電源Eの陰極へ上記同様の正弦
波状の共振電流が流れる。そして、直列共振による帰還
電流が電源Eの陰極からダイオードD16を通り、コン
デンサC11とトランスT11の並列回路、インダクタ
L12、コンデンサC14を経て、電源Eの陽極へ流れ
る。この帰還電流がダイオードD16を流れている間に
スイッチQ12をオフにする。ここで、コンデンサC1
4とコンデンサC15の容量は充分大きな値が選択され
ており、中点電位の変化は無視できる程度に小さい。
【0005】図5には、この従来技術における主要部の
動作波形が示されている。すなわち、一番上に記載した
電流波形はスイッチQ11またはQ12がオンしたとき
のトランスT11の一次側電流波形を、2番目に記載し
た波形はコンデンサC14およびC15の中点電位を、
3番目に記載した波形はスイッチQ12の印加電圧をそ
れぞれ示している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】一般に、このような電
流共振形電源回路のトランスT11の一次側電流波形の
波高値(以下、これをIpeakと称す)は、次式(1)の
ように示すことができる。
【0007】
【数1】
【0008】式(1)より、従来技術における電源回路
を用いた場合、コンデンサC11=0.033μF、f
r=1.2MHzとし、出力電圧E0=5V、出力電流
0=20A、動作周波数f=1MHzとすると、I
peak=19.4Aとなる。
【0009】このような電源回路では、たとえば小型化
などを図るために動作周波数を高くすることが望まし
い。しかしながら従来技術では、共振周波数fr(動作
周波数fより高い)を高めると、式(1)に示したよう
に波高値Ipeakは極めて大きな値となる。このため、イ
ンダクタL12やスイッチQ11、スイッチQ12によ
る損失が大きくなり、効率低下・発熱などの問題が発生
した。
【0010】本発明はこのような従来技術の欠点を解消
し、波高値Ipeakを低く抑えることが可能な共振形電源
回路を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、トランスの一次側に電源が二次側に平滑
回路がそれぞれ配設された共振形電源回路において、ト
ランスの一次側の電流路に配設されたコンデンサと、ト
ランスの二次側の平滑回路に配設されたチョークコイル
とを共振要素としたものである。
【0012】
【作用】本発明によれば、トランスの一次側に配設され
たスイッチをオン・オフすると、トランスの一次側の電
流路に配設されたコンデンサと、トランスの二次側に配
設されたチョークコイルとが共振し、これにより波高値
を低く抑えることができる。
【0013】
【実施例】次に添付図面を参照して本発明による共振形
電源回路の実施例を詳細に説明する。
【0014】図1を参照すると、本発明による共振形電
源回路の実施例の回路図が示されている。本実施例にお
ける共振形電源回路は、ハーフブリッジ形電源の入力電
圧分割用コンデンサと、二次側チョークコイルを主な共
振素子とする共振形電源であり、電源E、コンデンサC
1〜C3、ダイオードD1〜D4、スイッチQ1,Q
2、トランスT1、チョークコイルL1および抵抗R1
により構成されている。
【0015】コンデンサC1およびC2を直列に接続
し、またダイオードD1,スイッチQ1の直列回路と,
ダイオードD2,スイッチQ2の直列回路とを直列接続
し、これらを電源Eに並列に接続している。また、コン
デンサC1およびC2の接続点にはトランスT1の一次
側の一方の端子が、ダイオードD1とスイッチQ1の直
列回路およびダイオードD2とスイッチQ2の直列回路
の接続点にはトランスT1の一次側の他方の端子がそれ
ぞれ接続されている。すなわち、より詳細には電源Eの
陽極にはコンデンサC1の一方の端子とダイオードD1
のアノードが接続されている。コンデンサC1の他方の
端子は、トランスT1の一次側の一方の端子に接続され
るとともに、コンデンサC2の一方の端子に接続されて
いる。コンデンサC2の他方の端子は電源Eの陰極に接
続されている。また、電源Eに接続されているダイオー
ドD1のカソードはスイッチQ1の一端に接続され、ス
イッチQ1の他端はダイオードD2のアノードとトラン
T1の一次側の他方の端子に接続されている。ダイオー
ドD2のカソードはスイッチQ2の一端に接続され、ス
イッチQ2の他端は電源Eの陰極に接続されている。
【0016】トランスT1の二次側には平滑回路が形成
されている。すなわちトランスT1の二次側は、その一
方の端子にダイオードD3のアノードが、他方の端子に
ダイオードD4のアノードがそれぞれ接続されている。
ダイオードD3のカソードは、チョークコイルL1の一
方の端子に接続されるとともに、ダイオードD4のカソ
ードに接続されている。チョークコイルL1の他方の端
子は、コンデンサC3および抵抗R1の一方の端子に接
続されるとともに、これらコンデンサC3および抵抗R
1の他方の端子はトランスT1の2次側のセンタタップ
に接続されている。チョークコイルL1は2次側チョー
クインプット形整流回路のチョークコイルであり、これ
とコンデンサC1またはC2により共振が行なわれる。
【0017】図2には、図1に示した実施例の主要部の
動作波形が示されている。すなわち、波形Aはトランス
T1の一次側電流波形を、波形BはコンデンサC1,C
2の中点電位を、波形CはスイッチQ2の印加電圧を、
波形DはダイオードD3の電流波形を、波形Eはダイオ
ードD4の電流波形を、波形FはチョークコイルL1の
電流波形をそれぞれ示したものである。これらの波形に
おいて、A〜Cは電圧Eの陰極側を基準としている。
【0018】次に本実施例における共振形電源回路の1
周期の動作を以下に示す。先ず、スイッチQ1がオンに
なると、電源Eの陽極からダイオードD1とスイッチQ
1を通り、トランスT1、コンデンサC2を経て電源E
の陰極へ電流が流れる。このとき、この電流波形は図2
に示すように3つのモードに分けることができる。第1
のモードは、トランスT1のリーケージインダクタンス
により一定の上昇率で電流波形が立ち上がる期間であ
る。第2のモードは第1のモードが初期値I1になった
ときから始まる期間である。この第2のモードのときに
は、トランスT1の1次側から見たチョークコイルL1
とコンデンサC2によって共振が起こり、図2の波形A
に示すように波高値Ipeakは従来に比べ非常に低くな
る。第2のモードは、コンデンサC2が電源Eと同電位
まで充電されたとき、トランスT1の一次側印加電圧が
零となって終了する。第3のモードは、コンデンサC2
が充電されたことによってトランスT1の一次側電流が
減少していき、最後は零となる期間である。
【0019】このようにトランスT1の一次側電流波形
は、第1から第3までの3つのモードによる擬似共振電
流となる。そして、従来の回路で存在した直列共振によ
る帰還電流は、ダイオードD1によって阻止されるため
流れない。スイッチQ1のオフは擬似共振電流が流れ終
わってから行なう。
【0020】スイッチQ2がオンになると、電源Eの陽
極からコンデンサC1を通りトランスT1、ダイオード
D2、スイッチQ2を経て、電源Eの陰極へ電流が流れ
る。この場合も、図2似示すように電流波形は同様の3
つのモードに分けることができ、第1のモードは、トラ
ンスT1のリーケージインダクタンスにより一定の上昇
率で電流波形が立ち上がる期間である。第2のモード
は、第1のモードが初期値I1になったときから始ま
り、トランスT1の一次側から見たチョークコイルL1
とコンデンサC1とによって共振が起こる。そして波高
値Ipeakが低く抑えられた後、第2のモードは、コンデ
ンサC1が電源Eと同電位まで充電されたときにトラン
スT1の一次側印加電圧が零となって終了する。第3の
モードは、コンデンサC1が充電されたことによってト
ランスT1の一次側電流が減少していき、最後は零とな
る期間である。
【0021】このようにトランスT1の一次側電流波形
は、この場合にも前述と同様に第1から第3までの3つ
のモードによる擬似共振電流となる。そして、従来技術
で存在した直列共振による帰還電流は、ダイオードD2
によって阻止されるため流れない。スイッチQ2のオフ
は擬似共振電流が流れ終わってから行なう。
【0022】このときのトランスT1の一次側電流Iは
次式(2)のように表わすことができる。
【0023】
【数2】
【0024】したがって、式(2)よりこの電源回路を
用いると、出力電圧E0=5V、出力電流I0=20A、
動作周波数f=1MHzにおいて、Ipeak=10.6A
に抑えられることがわかる。
【0025】なお、図1の実施例では本発明をハーフブ
リッジ型に適用したが、本発明はとくにこれに限定され
るものではなく、たとえばプッシュップル型でも良い。
図3には本発明をプッシュップル型の共振形電源回路に
適用したときの実施例が示されている。
【0026】この実施例では、電源Eの陽極はダイオー
ドD21のアノードに接続されている。ダイオードD2
1のカソードはスイッチQ21の一端に接続され、スイ
ッチQ21の他端はダイオードD22のアノードに接続
されている。ダイオードD22のカソードはスイッチQ
22の一端に接続されている。スイッチQ22の他端
は、電源Eの陰極に接続されるとともに、トランスT2
1の一次側の他端に接続されている。スイッチQ21と
ダイオードD22の接続点にはコンデンサC21の一方
の端子が接続され、コンデンサ21の他方の端子はトラ
ンスT21の一次側の一端に接続されている。トランス
T21の2次側の一端にはダイオードD23のアノード
が接続されている。ダイオードD23のカソードは、チ
ョークコイルL21の一方の端子と接続されるととも
に、ダイオードD24のカソードに接続されている。チ
ョークコイルL21の他端はコンデンサC23および抵
抗R21の一方の端子に接続され、コンデンサC23お
よび抵抗R21の他方の端子がトランスT21の2次側
のセンタタップに接続されている。またトランスT21
の他端にはダイオードD24のアノードが接続されてい
る。同実施例における共振形電源回路の場合でも、前述
の実施例と同様の動作になり、第2のモードのときにコ
ンデンサC21とチョークコイルL21により共振が起
こる。したがって同実施例でも波高値Ipeakを低く抑え
ることができる。
【0027】
【発明の効果】このように本発明の共振形電源回路によ
れば、共振専用のインダクタとコンデンサを付加する必
要がないため、これらインダクタとコンデンサによる損
失が無くなるとともに、部品点数の削減が可能となる。
本発明によればまた、波高値Ipeakを低く抑えることが
できるので、スイッチQ1(Q21)およびスイッチQ
2(Q22)によるオン時の損失とトランスT1(T2
1)の巻線による損失も低減される。さらに、ダイオー
ドD3(D23)とダイオードD4(D24)は同時に
電流を流している期間が存在するため、同期整流の際に
制御が容易に出来るという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による共振形電源回路の実施例を示す回
路図、
【図2】図1の共振形電源回路における動作波形を示す
波形図、
【図3】本発明による共振形電源回路の他の実施例を示
す回路図、
【図4】従来技術における共振形電源回路の回路図、
【図5】従来技術における共振形電源回路の波形図であ
る。
【符号の説明】
C1〜C3 コンデンサ D1〜D4 ダイオード E 電源 L1 チョークコイル Q1,Q2 スイッチ R1 抵抗 T1 トランス
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48 H02M 3/28

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トランスの一次側に電源が、二次側にチ
    ョークコイルを有する平滑回路がそれぞれ配設された共
    振形電源回路において、該回路は、 前記トランスの一次側の電流路に配設されたコンデンサ
    を有し、 該コンデンサと前記チョークコイルとを共振要素とする
    ことを特徴とする共振形電源回路。
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