JP3562099B2 - 電流共振型dc−dcコンバータ - Google Patents
電流共振型dc−dcコンバータ Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷電流の変化に応じてスイッチング周波数を変化させて出力電圧を安定化する電流共振型DC−DCコンバータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は、従来の電流共振型DC−DCコンバータにおける負荷電流とスイッチング周波数との関係を示す特性図である。従来の制御方法としては、スイッチ素子のオン時間を固定された共振周波数に対応させて固定し、負荷電流の変化に応じてオフ時間を可変させるものであり、負荷電流が少ない場合にはスイッチング周波数が低くなるように、スイッチング周波数をする変動する方式であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の電流共振型DC−DCコンバータでは、スイッチング周波数が変動するために、負荷電流が少ない場合には、スイッチ素子のオフ時間が長くなり、スイッチング周波数が可聴帯域の20KHz以下にまで下がってしまうため、チョークコイルに流れる電流は不連続モードになり、エネルギーのロスが発生して効率が低下するものであった。このため、チョークコイルに流れる電流を連続モードで使用するためには、ブリーダ電流を流す必要がとなるため、スイッチング周波数を可聴帯域外で動作させた場合には、ブリーダ電流による効率の低下が発生するものであった。また、共振周波数は変動することがないため、負荷電流が重い時には零電流スイッチング動作ができず過大な損失となるものであった。
【0004】
本発明は、上記従来の問題点を解決するものであり、軽負荷電流時のスイッチング周波数を可聴帯域外で動作させスイッチング効率の向上を図ることのできる電流共振型DC−DCコンバータを提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、負荷電流が少なくなるとインダクタンスが増加するスイング型チョークコイルと、このスイング型チョークコイルと出力端との間に直列接続したダイオードと、このダイオードに並列接続した共振用コンデンサと、上記スイング型チョークコイルと並列接続した共振用チョークコイルと、この共振用チョークコイルと直列接続しコンデンサを介して出力端に接続したスイッチ素子と、上記スイング型チョークコイル、上記共振用チョークコイル及び共振用コンデンサによる共振電流波形に応じて上記スイッチ素子のオン・オフ制御を行う制御回路とを備えたものである。
【0006】
以上により、軽負荷電流時のスイッチング周波数を可聴帯域外で動作させスイッチング効率の向上を図ることのできるものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、負荷電流が少なくなるとインダクタンスが増加するスイング型チョークコイルと、このスイング型チョークコイルと出力端との間に直列接続したダイオードと、このダイオードに並列接続した共振用コンデンサと、上記スイング型チョークコイルと並列接続した共振用チョークコイルと、この共振用チョークコイルと直列接続しコンデンサを介して出力端に接続したスイッチ素子と、上記スイング型チョークコイル、上記共振用チョークコイル及び共振用コンデンサによる共振電流波形に応じて上記スイッチ素子のオン・オフ制御を行う制御回路とを備えたものであり、スイッチング周波数を可聴帯域外で動作させることができるとともに、零電流スイッチングが可能となりスイッチング効率の向上を図ることのできるという作用を有する。
【0008】
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図5とともに説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態における電流共振型DC−DCコンバータの昇圧型電源装置の構成を示すブロック図である。図1において、1は入力と接地間に配置された入力リプル用コンデンサである。2はスイング型チョークコイルであり、このスイング型チョークコイル2は、図2に示すように、負荷電流が減少するとインダクタンスが増加する特性となっている。3は共振用チョークコイル、4は共振用コンデンサであり、スイング型チョークコイル2と共振用チョークコイル3の並列接続と共振用コンデンサ4により電流共振回路を構成している。5はスイッチ素子、6は整流用ダイオードである。7は出力と接地間に配置された出力平滑用コンデンサである。8はスイッチ素子5のオン・オフ制御を行う制御回路である。
【0009】
次に、上記実施の形態の動作について説明する。制御回路8によって制御されるスイッチ素子5のオン時間は、スイング型チョークコイル2と共振用チョークコイル3の並列接続と共振用コンデンサ4で構成される共振電流の共振周波数に対応させ固定している。このために、出力電圧を安定化させるためには、スイッチ素子5のオフ時間を制御回路8の制御によって可変する。
【0010】
ここで、入力電圧をVin、出力電圧をVo、スイング型チョークコイル2のインダクタンスをL2、スイッチ素子5のオフ時間をToff、スイッチ素子5のオン時間をTonとすると、スイング型チョークコイル2の電流の変化及びスイング型チョークコイル2に蓄積されるエネルギーPonは、下記の式になる。
【0011】
Vin×Ton=(Vo−Vin)×Toff/L2…(1)
Pon=(Vin)2×Ton/L2 …(2)
上記(1)式において、スイング型チョークコイル2に流れるの電流の変化は、スイッチ素子5がオンの期間(Ton)とオフの期間(Toff)とで等しくなる。また、上記(2)式より、スイング型チョークコイル2に蓄積されるエネルギー(Pon)は、負荷電流に関わらず一定であるため、負荷電流が減少するしたがいスイッチ素子5のオフ時間(Toff)は長くなる。
【0012】
図3は、軽負荷電流時のスイング型チョークコイル2に流れる電流の変化を示すものである。図3(a)は、スイッチ素子5のオン/オフのタイミングを示すもので、図3(b)は、従来の電流共振型DC−DCコンバータにおけるチョークコイルに流れる電流の変化を示すもので、図3(c)は、本実施の形態におけるスイング型チョークコイル2に流れる電流の変化を示している。
【0013】
図3(b)に示すように、従来の電流共振型DC−DCコンバータでは、チョークコイルに流れる電流はスイッチのオフ時に零レベルとなっており、不連続モードとなり、スイッチング周波数は、図6に示すように急激に低下して可聴帯域に入り込むことになる。
【0014】
本実施の形態においては、スイング型チョークコイル2は、図2に示すように負荷電流が減少するとインダクタンスが増加する特性となっているため、負荷電流が減少しても、スイッチ素子5のオン期間中にスイング型チョークコイル2に蓄積されるエネルギー(Pon)は負荷電流の変化に応じたエネルギー分が蓄えられる。このため、図3(c)に示すように、スイッチ素子5のオン/オフ時において、スイング型チョークコイル2に流れる電流は連続モードとなり、スイング型チョークコイル2の蓄積エネルギーと放出エネルギーの移行が効率良く行われる。したがって、図5に示すように、負荷電流に対するスイッチング周波数の変動を押さえ、軽負荷電流時にも可聴帯域外(80KHz付近)で動作させることができ、高効率化が図れる。
【0015】
図4は共振回路を構成している共振用チョークコイル3に流れる共振電流を示している。図4(a)は、スイッチ素子5のオン/オフのタイミングを示すもので、図4(b)は、従来の電流共振型DC−DCコンバータにおける共振用チョークコイルに流れる電流の変化を示すもので、図4(c)は、本実施の形態における共振用チョークコイル3に流れる電流の変化を示している。
【0016】
図4(b)に示すように、従来の電流共振型DC−DCコンバータでは、スイッチがOFFになった時に、共振用チョークコイルに流れる電流が零レベルとならないために、負荷電流が重い時には零電流スチッチング動作ができず過大なスイッチング損失が発生する。
【0017】
これに対して、本実施の形態では、図4(c)に示すように、スイッチ素子5がOFFになった時に、共振用チョークコイル3に流れる電流が零レベルとなっている。スイング型チョークコイル2と共振用チョークコイル3の並列接続と共振用コンデンサ4で決まる共振周波数は、スイング型チョークコイル2が負荷電流に応じて変化するので、重負荷電流時には共振周波数を従来に比べて高くすることができるため、零電流スイッチングが可能となり、スイッチング損失を軽減することができる。
【0018】
【発明の効果】
以上のように本発明は、電流共振回路を構成するチョークコイルに、負荷電流が減少するとインダクタンスが増加する特性のスイング型チョークコイルを使用することにより、軽負荷電流時には、従来必要となるブリーダ電流を流すことなくチョークコイルに流れる電流を連続モードで動作させ負荷電流に応じたエネルギーがチョークコイルに蓄えられるため効率化が図れるとともに、スイッチング周波数の変動を押さえ可聴帯域外で動作させることができ高効率化が図れるという効果を有する。
【0019】
また、負荷電流に応じ共振周波数を可変することができるため、重負荷電流時の零電流スイッチングが可能となりスイッチング損失を軽減することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における電流共振型DC−DCコンバータのブロック図
【図2】同実施の形態のスイング型チョークコイルの特性図
【図3】同実施の形態のスイング型チョークコイルに流れる電流の特性図
【図4】同実施の形態の共振用チョークコイルに流れる電流の特性図
【図5】同実施の形態のスチッチング周波数の特性図
【図6】従来の電流共振型DC−DCコンバータのスチッチング周波数の特性図
【符号の説明】
1 入力リプル用コンデンサ
2 スイング型チョークコイル
3 共振用チョークコイル
4 共振用コンデンサ
5 スイッチ素子
6 整流用ダイオード
7 出力平滑用コンデンサ
8 制御回路
Claims (1)
- 第1のチョークコイルと、この第1のチョークコイルに直列接続されたダイオードと、このダイオードに並列接続された第1のコンデンサと、前記ダイオードに直列接続された第2のコンデンサと、前記第1のチョークコイルと前記ダイオードとの接続点に接続された第2のチョークコイルと、前記第2のコンデンサに接続されるとともに前記第2のチョークコイルに直列接続されたスイッチ素子と、前記第2のチョークコイルおよび前記第1のコンデンサによって生じる共振電流波形に応じて前記スイッチ素子をオン・オフ制御する制御回路とを備え、前記第1のチョークコイルは、負荷電流が減少するとインダクタンスが増加する特性を有することを特徴とする電流共振型DC−DCコンバータ。
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JP03154996A JP3562099B2 (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | 電流共振型dc−dcコンバータ |
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Family Applications (1)
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-
1996
- 1996-02-20 JP JP03154996A patent/JP3562099B2/ja not_active Expired - Fee Related
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