JP6147423B2 - 電源装置の回路 - Google Patents
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Description
実施の形態1による電源装置の回路図を図1に示す。実施の形態1による電源装置100は、直流電源1と、スイッチング素子2と、出力リアクトル4と、出力コンデンサ5と、制御回路7と、共振用リアクトル10と、第1の共振用コンデンサ8と、第2の共振用コンデンサ14と、第1の整流素子12と、第2の整流素子16と、第3の整流素子11と、出力整流素子3とを備えている。直流電源1は、交流電源の交流電圧を直流電圧(Vin)に変換する整流回路から構成されていて、正極端子1aと負極端子1bを有する。スイッチング素子2は、第1の主端子2aと、第2の主端子2bと、制御端子2cとを有している。第1の整流素子12と、第2の整流素子16と、第3の整流素子11と、出力整流素子3は、それぞれアノード(A)とカソード(K)を有している。出力リアクトル4は、負荷6の正極側に配置されているが負極側に配置されていても同様の効果を奏する。
電流経路1:(直流電源1)→(第2の共振用コンデンサ14)→(第3の整流素子11)→(出力リアクトル4)→(出力コンデンサ5もしくは負荷6)→(直流電源1) 電流経路2:(第1の共振用コンデンサ8)→(共振用リアクトル10)→(出力リアクトル4)→(出力コンデンサ5もしくは負荷6)→(第1の整流素子12)→(第1の共振用コンデンサ8)
電流経路2:(第1の共振用コンデンサ8)→(共振用リアクトル10)→(出力リアクトル4)→(出力コンデンサ5もしくは負荷6)→(第1の整流素子12)→(第1の共振用コンデンサ8)
電流経路3:(第1の整流素子12)→(第2の整流素子16)→(第3の整流素子11)→(出力リアクトル4)→(出力コンデンサ5もしくは負荷6)→(第1の整流素子12)
電流経路4:(出力整流素子3)→(共振用リアクトル10)→(出力リアクトル4)→(出力コンデンサ5もしくは負荷6)→(出力整流素子3)
電流経路5:(直流電源1)→(スイッチング素子2)→(出力リアクトル4)→(出力コンデンサ5もしくは負荷6)→(直流電源1)
電流経路4:(出力整流素子3)→(共振用リアクトル10)→(出力リアクトル4)→(出力コンデンサ5もしくは負荷6)→(出力整流素子3)
電流経路5:(直流電源1)→(スイッチング素子2)→(出力リアクトル4)→(出力コンデンサ5もしくは負荷6)→(直流電源1)
電流経路6:(第2の共振用コンデンサ14)→(スイッチング素子2)→(共振用リアクトル10)→(第1の共振用コンデンサ8)→(第2の整流素子16)→(第2の共振用コンデンサ14)
電流経路5:(直流電源1)→(スイッチング素子2)→(出力リアクトル4)→(出力コンデンサ5もしくは負荷6)→(直流電源1)
実施の形態2で説明する回路図は図3に示す。共振用リアクトル10の一端は、スイッチング素子2の第2の主端子2b、出力リアクトル4の一端、及び第3の整流素子11のカソードに接続されている。第1の整流素子12は、カソードが第1の共振用コンデンサ8の一端に、アノードが直流電源1の他端(負極端子1b)に、それぞれ接続されている。共振用リアクトル10の他端は、第1の共振用コンデンサ8の他端と出力整流素子3のカソードに接続されている。第3の整流素子11は、スイッチング素子2及び共振用リアクトル10の接続点に一端(カソード)が接続されている。第1の共振用コンデンサ8は、共振用リアクトル10及び出力整流素子3の接続点に他端が接続されている。第2の共振用コンデンサ14は、第3の整流素子11の他端(アノード)と直流電源1の一端(正極端子1a)とに接続されている。
電流経路3A:(第4の整流素子15)→(出力リアクトル4)→(出力コンデンサ5もしくは負荷6)→(第4の整流素子15)
実施の形態3で説明する回路図は図4に示す。実施の形態3による回路は、基本的な動作は実施の形態1による回路と同じである。実施の形態1との違いは、出力整流素子3がスイッチング素子9に変更されていることである。スイッチング素子9は、第1の主端子9aと、第2の主端子9bと、制御端子9cとを有している。第1の共振用コンデンサ8の一端には、第1の整流素子12のカソードが接続されている。スイッチング素子9は、第1の主端子9aが第1の共振用コンデンサ8の他端に、第2の主端子9bが直流電源1の一端(負極端子1b)に、それぞれ接続されている。これにより実施の形態1の電流経路4が以下に示す電流経路4Aに変わる。スイッチング素子9に関する電流と電圧のグラフは、図2に示した出力整流素子3に関する電流と電圧のグラフに等しい。なお、出力リアクトル4は、負荷6の正極側に配置されているが負極側に配置されていても同様の効果を奏する。
電流経路4A:(スイッチング素子9)→(共振用リアクトル10)→(出力リアクトル4)→(出力コンデンサ5もしくは負荷6)→(スイッチング素子9)
実施の形態4で説明する回路図は図6に示す。実施の形態4による回路は、実施の形態2に示した第4の整流素子15と実施の形態3に示したスイッチング素子9の両方を適用した回路である。スイッチング素子2には、第1ゲート信号が、制御端子2cに送信される(図5参照)。同様にスイッチング素子9には、第2ゲート信号が、制御端子9cに送信される(図5参照)。第4の整流素子15は、アノードが直流電源1の一端(負極端子1b)に接続され、カソードが第3の整流素子11のカソードに、それぞれ接続されている。効果も実施の形態2と実施の形態3の両方の効果が得られる。なお、出力リアクトル4は、負荷6の正極側に配置されているが負極側に配置されていても同様の効果を奏する。
実施の形態5による電源装置の回路図は、実施の形態3による回路図(図4を参照)と基本的に同じである。本実施の形態で使用する制御回路7の構成を図7に示す。制御回路7は、スイッチング素子(第1のスイッチング素子)2に加えられる第1ゲート信号とスイッチング素子(第2のスイッチング素子)9に加えられる第2ゲート信号を出力する。制御回路7は、デッドタイム演算部17と、ゲート信号生成部18と、デューティ演算部19から構成されている。実施の形態3との違いは、本実施の形態では制御回路7がデッドタイムtd3(第1のデッドタイム)とデッドタイムtd4(第2のデッドタイム)を計算するデッドタイム演算部17を保有していることである。
実施の形態6による電源装置の回路図は、実施の形態5による回路図(図4を参照)と基本的に同じである。本実施の形態で使用する制御回路7の構成を図9に示す。制御回路7は、コンデンサ放電検出部20とゲート信号生成部18と割り込み処理21を備えている。実施の形態5と異なり、本実施の形態ではデッドタイム演算部を持ち合わせていない。第1の共振用コンデンサ8の電圧を検出して、第2のスイッチング素子をオンするタイミングを決定する。例えば、第1の共振用コンデンサ8の検出電圧(Vc8)がプラスの値から0Vとなったタイミングをコンデンサ放電検出部20で検出し、割り込み処理21にて第2ゲート信号にオンの指令を割り込ませる。この時、第1のスイッチング素子に加えられる第1ゲート信号と第2のスイッチング素子に加えられる第2ゲート信号は短絡を防ぐために必要な最小のデッドタイム以上となるように制限しておく。これによって実施の形態5と同様に、スイッチング素子9のボディーダイオードを導通する期間がなくなり、同期整流により損失低減効果が最大となる。
実施の形態7による電源装置の回路図を図10に示す。本実施の形態による電源装置100は、直流電源1と、スイッチング素子2と、出力リアクトル4と、出力コンデンサ5と、制御回路7と、共振用リアクトル10と、第1の共振用コンデンサ8と、第2の共振用コンデンサ14と、第1の整流素子12と、第2の整流素子16と、第3の整流素子11と、出力整流素子3とを備えている。直流電源1は、交流電源の交流電圧を直流電圧(Vin)に変換する整流回路から構成されていて、正極端子1aと負極端子1bを有する。
Claims (9)
- 直流電源の負極端子にアノードが接続される第1の整流素子と、
前記第1の整流素子のカソードにアノードが接続されている第2の整流素子と、
前記第2の整流素子のアノードに一端が接続されている第1のコンデンサと、
前記第2の整流素子のカソードと前記直流電源の正極端子に接続される第2のコンデンサと、
前記第2の整流素子のカソードにアノードが接続されている第3の整流素子と、
前記第3の整流素子のカソードと前記第1のコンデンサの他端に接続されている共振用リアクトルと、
第1の主端子が前記直流電源の正極端子に接続され、第2の主端子が前記第3の整流素子のカソードに接続されているスイッチング素子と、
前記第3の整流素子のカソードに一端が接続されている出力リアクトルと、
一端が前記直流電源の負極端子と接続され、他端が前記出力リアクトルの他端に接続されている出力コンデンサと、
カソードが前記第1のコンデンサの他端に接続され、アノードが前記直流電源の負極端子に接続される出力整流素子と、
前記スイッチング素子の制御端子にゲート信号を送信する制御回路と、を備えている電源装置の回路。 - アノードが前記直流電源の負極端子に接続され、カソードが前記第3の整流素子のカソードに接続されている第4の整流素子を備えていることを特徴とする請求項1に記載の電源装置の回路。
- 直流電源の負極端子にアノードが接続される第1の整流素子と、
前記第1の整流素子のカソードにアノードが接続されている第2の整流素子と、
前記第2の整流素子のアノードに一端が接続されている第1のコンデンサと、
前記第2の整流素子のカソードと前記直流電源の正極端子に接続される第2のコンデンサと、
前記第2の整流素子のカソードにアノードが接続されている第3の整流素子と、
前記第3の整流素子のカソードと前記第1のコンデンサの他端に接続されている共振用リアクトルと、
第1の主端子が前記直流電源の正極端子に接続され、第2の主端子が前記第3の整流素子のカソードに接続されている第1のスイッチング素子と、
前記第3の整流素子のカソードに一端が接続されている出力リアクトルと、
一端が前記直流電源の負極端子と接続され、他端が前記出力リアクトルの他端に接続されている出力コンデンサと、
第1の主端子が前記第1のコンデンサの他端に接続され、第2の主端子が前記直流電源の負極端子に接続される第2のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子の制御端子に第1ゲート信号を送信し、前記第2のスイッチング素子の制御端子には前記第1ゲート信号とは逆位相の第2ゲート信号を送信する制御回路と、を備えている電源装置の回路。 - アノードが前記直流電源の負極端子に接続され、カソードが前記第3の整流素子のカソードに接続されている第4の整流素子を備えていることを特徴とする請求項3に記載の電源装置の回路。
- 前記第1ゲート信号の立下り時間と前記第2ゲート信号の立上り時間の間に、第1のデッドタイムが設けられ、前記第2ゲート信号の立下り時間と前記第1ゲート信号の立上り時間の間に、第2のデッドタイムが設けられていることを特徴とする請求項3または4に記載の電源装置の回路。
- 前記第1のデッドタイムおよび前記第2のデッドタイムは、前記出力リアクトルに流れる電流が大きいほど、または前記出力コンデンサの両端電圧が小さいほど、または前記直流電源の電圧が小さいほど、短いことを特徴とする請求項5に記載の電源装置の回路。
- 前記第2ゲート信号は、前記第1のコンデンサの検出電圧が立下ったタイミングにオンすることを特徴とする請求項3または4に記載の電源装置の回路。
- 直流電源の負極端子にアノードが接続される第1の整流素子と、
前記第1の整流素子のカソードにアノードが接続されている第2の整流素子と、
前記第2の整流素子のアノードに一端が接続されている第1のコンデンサと、
前記第2の整流素子のカソードと前記直流電源の正極端子に接続される第2のコンデンサと、
前記第2の整流素子のカソードにアノードが接続されている第3の整流素子と、
前記第1のコンデンサの他端に一端が接続されている共振用リアクトルと、
第1の主端子が前記直流電源の正極端子に接続され、第2の主端子が前記共振用リアクトルの他端に接続されている第1のスイッチング素子と、
第1の主端子が前記第3の整流素子のカソードに接続され、第2の主端子が前記第1のスイッチング素子の第2の主端子に接続されている第2のスイッチング素子と、
カソードが前記第1のコンデンサの他端に接続され、アノードが前記直流電源の負極端子に接続される出力整流素子と、
前記第2のスイッチング素子の第2の主端子に一端が接続されている出力リアクトルと、一端が前記直流電源の負極端子と接続され、他端が前記出力リアクトルの他端に接続されている出力コンデンサと、
前記第1のスイッチング素子の制御端子に第1ゲート信号を送信し、前記第2のスイッチング素子の制御端子には前記第1ゲート信号とは逆位相の第2ゲート信号を送信する制御回路と、を備えている電源装置の回路。 - 前記共振用リアクトルは、寄生リアクタンスからなることを特徴とする請求項1から8
のいずれか1項に記載の電源装置の回路。
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