JP6406330B2 - Power supply - Google Patents

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Description

直流電圧源から直流電力を供給され、直列共振特性を有する共振負荷に対して交流電力を出力するインバータ回路を有する電源装置に関する。   The present invention relates to a power supply apparatus having an inverter circuit that is supplied with DC power from a DC voltage source and outputs AC power to a resonant load having series resonance characteristics.

オゾン発生装置やプラズマ処理装置などを備えて構成される容量性負荷は、高周波電源装置から高周波電力を供給されて動作する。一般的に、オゾン発生装置などに電力を供給する高周波電源装置は、直流電源から直流電力を供給され、電圧調整を実施するDCDCコンバータと、そのDCDCコンバータから直流電力を供給され、直流交流変換を実施するインバータ回路と、を備えて構成されている。   A capacitive load configured to include an ozone generator, a plasma processing apparatus, and the like operates by receiving high-frequency power from a high-frequency power supply device. Generally, a high-frequency power supply device that supplies power to an ozone generator or the like is supplied with DC power from a DC power source and performs voltage adjustment, and DC power is supplied from the DCDC converter to perform DC-AC conversion. And an inverter circuit to be implemented.

ここで、高周波電源装置から容量性負荷側を見たインピーダンスが変化する場合がある。例えば、オゾン発生装置の場合、オゾン発生装置を構成する容量性負荷は、印加電圧に応じて容量が変化し、電圧の印加の開始から終了までの期間に対する放電期間の割合に応じた等価的な容量として振る舞う。このような容量性負荷のインピーダンスの変化時において、インバータ回路の周波数をリアクトルと容量性負荷の等価的な容量で決定される共振周波数より高い周波数に設定する。そして、インバータ回路の出力電流の遅れ位相量で電力を制御する方法が、特許文献1に記載されている。   Here, the impedance when the capacitive load side is viewed from the high frequency power supply device may change. For example, in the case of an ozone generator, the capacitive load constituting the ozone generator changes in capacity according to the applied voltage, and is equivalent to the ratio of the discharge period to the period from the start to the end of voltage application. Act as capacity. When the impedance of the capacitive load changes, the frequency of the inverter circuit is set to a frequency higher than the resonance frequency determined by the equivalent capacity of the reactor and the capacitive load. Patent Document 1 describes a method of controlling electric power with a delay phase amount of an output current of an inverter circuit.

特許第5681943号公報Japanese Patent No. 5681943

遅れ位相(高周波化)で出力電力を抑制する場合、力率悪化に伴う電力抑制を利用することになる。しかしながら、高周波化には出力電力を増加させる背反的な効果があるため、電力抑制には共振周波数から乖離した高周波数で駆動することになり、スイッチング損失の増加を招き、電力変換効率が悪化するという問題がある。よって、共振周波数の遅れ位相近傍の周波数で駆動する場合には、DCDCコンバータを用いて出力電圧を制御する必要が出てくる。   When the output power is suppressed with a delayed phase (higher frequency), the power suppression associated with the power factor deterioration is used. However, since higher frequencies have the contradictory effect of increasing output power, power suppression is driven at a high frequency that deviates from the resonance frequency, leading to an increase in switching loss and a deterioration in power conversion efficiency. There is a problem. Therefore, when driving at a frequency near the lag phase of the resonance frequency, it is necessary to control the output voltage using a DCDC converter.

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、容量性負荷に対する出力電力制御において、電力変換効率の悪化を防止しつつ、さらに電力変換装置をインバータのみで実現することを主たる目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and it is a main object to realize a power conversion device only with an inverter while preventing deterioration of power conversion efficiency in output power control for a capacitive load. To do.

本構成は、直流電圧源(10)から直流電力を供給され、容量性負荷(31)に対して交流電力を出力するインバータ回路(21)を有する電源装置(20)であって、前記インバータ回路は、センタタップ(CT)を有する一次コイル(L1)と、その一次コイルと磁気的に結合する二次コイル(L2)とを有するトランス(Tr)と、前記一次コイルの両端のそれぞれに接続された半導体スイッチング素子である第1スイッチ(SW1)及び第2スイッチ(SW2)と、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチにそれぞれ逆並列に接続された第1ダイオード(D1)及び第2ダイオード(D2)と、を備え、前記センタタップは、前記直流電圧源の一方の端子に接続され、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチは、前記直流電圧源の他方の端子に接続されているプッシュプル方式のインバータ回路であり、前記トランスの一次二次側間の漏れインダクタンスの二次側換算(Lsb)と前記容量性負荷の容量とを有する共振回路(30)の共振周波数以下、かつ、その共振周波数近傍の駆動周波数で、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを交互に駆動する駆動部(40)と、前記インバータ回路の出力電圧及び前記駆動周波数に応じて定まる前記インバータ回路の出力可能電力と、前記容量性負荷に供給する供給電力の目標値である目標電力と、の比率を算出する算出部(40)と、を備え、前記駆動部は、所定周期において、その所定周期と前記算出部が算出した比率との積に相当する時間を出力期間とし、その出力期間にわたって、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを交互にオン状態とするとともに、前記所定周期において、前記出力期間以外の期間を停止期間とし、その停止期間にわたって、前記直流電圧源から前記一次コイルに流れる電流を遮断する。   The present configuration is a power supply device (20) having an inverter circuit (21) that is supplied with DC power from a DC voltage source (10) and outputs AC power to a capacitive load (31), wherein the inverter circuit Is connected to a transformer (Tr) having a primary coil (L1) having a center tap (CT) and a secondary coil (L2) magnetically coupled to the primary coil, and to both ends of the primary coil. The first switch (SW1) and the second switch (SW2), which are semiconductor switching elements, and the first diode (D1) and the second diode (D2) connected in antiparallel to the first switch and the second switch, respectively. The center tap is connected to one terminal of the DC voltage source, and the first switch and the second switch are the other of the DC voltage source. A push-pull type inverter circuit connected to a terminal of the resonance circuit having a secondary side conversion (Lsb) of leakage inductance between the primary and secondary sides of the transformer and a capacity of the capacitive load (30) A drive unit (40) that alternately drives the first switch and the second switch at a drive frequency close to or near the resonance frequency, and an output voltage of the inverter circuit and the drive frequency A calculation unit (40) that calculates a ratio between the output power that can be output from the inverter circuit and the target power that is a target value of the supply power to be supplied to the capacitive load. In this case, a time corresponding to the product of the predetermined cycle and the ratio calculated by the calculation unit is defined as an output period, and the first switch and the second switch are output over the output period. While the ON state of the switch alternately in the predetermined period, the period other than the output period and the stop period, over the stop period, to cut off the current flowing from the DC voltage source to the primary coil.

共振負荷に電力を供給する電源装置において、プッシュプル方式のインバータ回路を適用する。これにより、フルブリッジ方式のインバータ回路と比較して、スイッチング素子やフローティング電源の数を低減することができ、構成を簡素化できる。また、ターンオン損失の発生を抑制することができる。ここで、プッシュプル方式のインバータでは、スイッチに順方向電流が流れている状態で、スイッチに対してオフ操作を行うと、サージ電圧が発生することが懸念される。そこで、駆動信号に対して、スイッチ電流が同位相又は進み位相となるように駆動周波数を設定することで、第1スイッチ及び第2スイッチがオフ状態とされる時点で、スイッチ電流を負の値とし、サージ電圧を抑制することが可能となる。つまり、容量性負荷に対する出力電力制御において、変換器効率の悪化を防止しつつ、さらに電力変換装置をインバータのみで実現することが可能になる。なお、フルブリッジ方式のインバータは進み位相でスイッチ電流が負の値でオフする場合、ダイオードのリカバリ特性により、リカバリサージ電圧が発生するので、共振周波数に対し、駆動周波数は高周波側を設定する。一方プッシュプル方式のインバータにおいて、進み位相でスイッチ電流が負の値でオフした場合は、上述したトランスの漏れインダクタンスによりダイオードがソフトリカバリするため、リカバリサージ電圧はフルブリッジ方式のインバータに対して小さくなる。   A push-pull inverter circuit is applied to a power supply device that supplies power to a resonant load. Thereby, compared with a full bridge type inverter circuit, the number of switching elements and floating power supplies can be reduced, and the configuration can be simplified. Moreover, generation | occurrence | production of turn-on loss can be suppressed. Here, in the push-pull type inverter, there is a concern that a surge voltage is generated when an off operation is performed on the switch in a state where a forward current flows in the switch. Therefore, by setting the drive frequency so that the switch current has the same phase or the leading phase with respect to the drive signal, the switch current is set to a negative value when the first switch and the second switch are turned off. Thus, the surge voltage can be suppressed. That is, in the output power control with respect to the capacitive load, it is possible to realize the power conversion device only by the inverter while preventing the deterioration of the converter efficiency. In the case of a full-bridge inverter, when the switch current is turned off with a negative value in the lead phase, a recovery surge voltage is generated due to the recovery characteristics of the diode, so the drive frequency is set to the high frequency side with respect to the resonance frequency. On the other hand, in a push-pull inverter, when the switch current is turned off at a negative value in the lead phase, the diode recovers softly due to the transformer leakage inductance described above, so the recovery surge voltage is smaller than that of the full-bridge inverter. Become.

第1実施形態の電気的構成を表す図。The figure showing the electric constitution of a 1st embodiment. 容量性放電負荷の容量の変化を表す図。The figure showing the change of the capacity | capacitance of a capacitive discharge load. サージ電圧が生じるときの電流の流れを表す図。The figure showing the flow of an electric current when a surge voltage arises. サージ電圧が生じたときのスイッチ電圧、スイッチ電流、及び、駆動信号の時間変化を表すタイミングチャート。The timing chart showing the time change of the switch voltage, switch current, and drive signal when a surge voltage arises. 駆動信号に対しスイッチ電流が同位相、及び、進み位相にある場合の負荷電流、スイッチ電流、及び、駆動信号の時間変化を表すタイミングチャート。6 is a timing chart showing a time change of a load current, a switch current, and a drive signal when the switch current is in the same phase and a leading phase with respect to the drive signal. 駆動周波数と出力電力との関係を表す図。The figure showing the relationship between drive frequency and output electric power. 第1実施形態の間欠出力を表す図。The figure showing the intermittent output of 1st Embodiment. 第1実施形態の間欠出力処理を表すフローチャート。The flowchart showing the intermittent output process of 1st Embodiment. トランスの等価回路において励磁電流の流れを表す図。The figure showing the flow of exciting current in the equivalent circuit of a transformer. 出力再開時において励磁電流が過大となる場合のタイミングチャート。The timing chart when the exciting current becomes excessive when the output is resumed. 第1実施形態における出力期間と停止期間との切り替え処理を表すフローチャート。The flowchart showing the switching process of the output period and stop period in 1st Embodiment. 第1実施形態における制御を実施した場合の励磁電流の変化を表すタイミングチャート。The timing chart showing the change of the exciting current at the time of performing control in a 1st embodiment. 第2実施形態における制御を実施した場合の励磁電流の変化を表すタイミングチャート。The timing chart showing the change of the excitation current at the time of performing control in a 2nd embodiment. 第3実施形態の電気的構成を表す図。The figure showing the electric constitution of 3rd Embodiment. 第4実施形態の電気的構成を表す図。The figure showing the electric constitution of 4th Embodiment. 平滑コンデンサの端子間電圧の変化を表すタイミングチャート。The timing chart showing the change of the voltage between terminals of a smoothing capacitor. 本実施形態における出力電圧振幅の変調を表す図。The figure showing the modulation | alteration of the output voltage amplitude in this embodiment. 第4実施形態の制御を実施した場合の平滑コンデンサの端子間電圧の変化を表すタイミングチャート。The timing chart showing the change of the voltage between the terminals of a smoothing capacitor at the time of implementing control of a 4th embodiment. 出力電圧Voutの各周波数成分を表す図。The figure showing each frequency component of output voltage Vout. 変形例の電気的構成を表す図。The figure showing the electric constitution of a modification. 変形例における制御を実施した場合の励磁電流の変化を表すタイミングチャート。The timing chart showing the change of the exciting current at the time of implementing control in a modification. 変形例における制御を実施した場合の励磁電流の変化を表すタイミングチャート。The timing chart showing the change of the exciting current at the time of implementing control in a modification.

(第1実施形態)
図1に本実施形態における電源装置20と、電源装置20から電力を供給される放電負荷31の等価回路を示す。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an equivalent circuit of a power supply device 20 and a discharge load 31 to which power is supplied from the power supply device 20 in the present embodiment.

電源装置20を構成するインバータ回路21は、直流電圧源10から供給される直流電力を交流電力に変換し、放電負荷31を含む共振負荷30に対して交流電力を出力する。インバータ回路21はプッシュプル方式のインバータ回路であって、平滑コンデンサCin、トランスTr、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第1ダイオードD1、及び、第2ダイオードD2を備えて構成されている。   The inverter circuit 21 constituting the power supply device 20 converts DC power supplied from the DC voltage source 10 into AC power, and outputs AC power to the resonant load 30 including the discharge load 31. The inverter circuit 21 is a push-pull type inverter circuit, and includes a smoothing capacitor Cin, a transformer Tr, a first switch SW1, a second switch SW2, a first diode D1, and a second diode D2.

平滑コンデンサCinは、直流電圧源10から入力される電圧を平滑化するとともに、インバータ回路21の動作による電圧変動が直流電圧源10の出力電圧に与える影響を抑制する。トランスTrは磁気的に結合する一次コイルL1、二次コイルL2を備えて構成されている。図1では、トランスTrの一次二次側間の漏れインダクタンスを一次側漏れインダクタンスLs1,Ls2として表している。また、トランスTrの一次二次側間の漏れインダクタンスの二次側換算値をLsb(図示略)とする。一次コイルL1と二次コイルL2の巻線比をnとすると、二次側換算値Lsbは、スイッチSW1に電流が流れているときはLsb=n^2・Ls1、スイッチSW2に電流が流れているときはLsb=n^2・Ls2として表すことができる。また、一次コイルL1の中点にはセンタタップCTが設けられている。センタタップCTは、直流電圧源10の正極に接続されている。   The smoothing capacitor Cin smoothes the voltage input from the DC voltage source 10 and suppresses the influence of voltage fluctuation due to the operation of the inverter circuit 21 on the output voltage of the DC voltage source 10. The transformer Tr includes a primary coil L1 and a secondary coil L2 that are magnetically coupled. In FIG. 1, the leakage inductance between the primary and secondary sides of the transformer Tr is represented as primary side leakage inductances Ls1 and Ls2. Further, the secondary side converted value of the leakage inductance between the primary and secondary sides of the transformer Tr is Lsb (not shown). Assuming that the winding ratio of the primary coil L1 and the secondary coil L2 is n, the secondary conversion value Lsb is Lsb = n ^ 2 · Ls1 when the current flows through the switch SW1, and the current flows through the switch SW2. Can be expressed as Lsb = n ^ 2 · Ls2. A center tap CT is provided at the midpoint of the primary coil L1. The center tap CT is connected to the positive electrode of the DC voltage source 10.

第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2は、一次コイルL1の両端(端子P1,P2)のそれぞれに接続されている。スイッチSW1,SW2は、それぞれ半導体スイッチング素子であり、具体的には、NチャネルMOS−FETである。スイッチSW1,SW2について、まとめてスイッチSWとも表記する。   The first switch SW1 and the second switch SW2 are connected to both ends (terminals P1, P2) of the primary coil L1. Each of the switches SW1 and SW2 is a semiconductor switching element, specifically, an N-channel MOS-FET. The switches SW1 and SW2 are collectively referred to as a switch SW.

第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2には、第1ダイオードD1及び第2ダイオードD2がそれぞれ逆並列に接続されている。ダイオードD1,D2は、スイッチSW1,SW2のボディダイオードである。ダイオードD1,D2のカソードは、スイッチSW1,SW2のドレインに接続されており、ダイオードD1,D2のアノードは、スイッチSW1,SW2のソースに接続されている。   A first diode D1 and a second diode D2 are connected in antiparallel to the first switch SW1 and the second switch SW2, respectively. Diodes D1 and D2 are body diodes of the switches SW1 and SW2. The cathodes of the diodes D1, D2 are connected to the drains of the switches SW1, SW2, and the anodes of the diodes D1, D2 are connected to the sources of the switches SW1, SW2.

スイッチSW1,SW2は、ドライバ回路50からハイ状態の駆動信号gSW1,gSW2が入力されることで、それぞれオン状態とされ、ロー状態の駆動信号gSW1,gSW2が入力されることで、それぞれオフ状態とされる。第1スイッチSW1と第2スイッチSW2とが交互にオン状態とされることで、インバータ回路21から交流電力が出力される。   The switches SW1 and SW2 are turned on when the driving signals gSW1 and gSW2 in the high state are input from the driver circuit 50, respectively, and are turned off when the driving signals gSW1 and gSW2 in the low state are input. Is done. The AC power is output from the inverter circuit 21 by alternately turning on the first switch SW1 and the second switch SW2.

具体的には、第1スイッチSW1がオン状態とされることで、一次コイルL1のセンタタップCTと端子P1との間の部分に、直流電圧源10の電圧が印加される。一次コイルL1に電圧が印加され電流が流れることで、二次コイルL2に対し、図面下向き(端子P4から端子P3の方向)に誘導電流が流れる。第2スイッチSW2がオン状態とされることで、一次コイルL1のセンタタップCTと端子P2との間の部分に、直流電圧源10の電圧が印加される。一次コイルL1に電圧が印加され電流が流れることで、二次コイルL2に対し、図面上向き(端子P3から端子P4の方向)に誘導電流が流れる。   Specifically, when the first switch SW1 is turned on, the voltage of the DC voltage source 10 is applied to a portion between the center tap CT of the primary coil L1 and the terminal P1. When a voltage is applied to the primary coil L1 and a current flows, an induced current flows downward in the drawing (from the terminal P4 to the terminal P3) with respect to the secondary coil L2. When the second switch SW2 is turned on, the voltage of the DC voltage source 10 is applied to a portion between the center tap CT of the primary coil L1 and the terminal P2. When a voltage is applied to the primary coil L1 and a current flows, an induced current flows upward in the drawing (from the terminal P3 to the terminal P4) with respect to the secondary coil L2.

制御装置40は、電圧センサ42からインバータ回路21の出力電圧Vout(負荷電圧)の検出値を取得し、電流センサ43からインバータ回路21の出力電流Iout(負荷電流)の検出値を取得する。そして、センサ42,43の検出値と、放電負荷31の要求電力とに基づいて、スイッチSW1,SW2の駆動周波数fswを設定する。そして、制御装置40は、駆動周波数fswに応じた指令信号をドライバ回路50に出力する。ドライバ回路50は、指令信号に応じて、スイッチSW1,SW2のゲートに駆動信号gSW1,gSW2を出力する。   The control device 40 acquires the detected value of the output voltage Vout (load voltage) of the inverter circuit 21 from the voltage sensor 42 and acquires the detected value of the output current Iout (load current) of the inverter circuit 21 from the current sensor 43. Then, the drive frequency fsw of the switches SW1 and SW2 is set based on the detection values of the sensors 42 and 43 and the required power of the discharge load 31. Then, the control device 40 outputs a command signal corresponding to the drive frequency fsw to the driver circuit 50. The driver circuit 50 outputs drive signals gSW1 and gSW2 to the gates of the switches SW1 and SW2 according to the command signal.

放電負荷31は、具体的には、オゾン発生装置であり、2枚の板状の誘電体で保護された電極が、空気層(放電ギャップ)を挟んで設けられ、各電極の2面のうち空気層に対して反対の面にセラミック基板が設けられて構成されている。放電負荷31は、「容量性の放電負荷」である。放電負荷31の等価回路は、放電ギャップの静電容量である空気層容量Cgと、誘電体の静電容量である誘電体容量Cpとの直列接続体として表すことができる。   Specifically, the discharge load 31 is an ozone generator, and an electrode protected by two plate-like dielectrics is provided with an air layer (discharge gap) in between. A ceramic substrate is provided on the surface opposite to the air layer. The discharge load 31 is a “capacitive discharge load”. The equivalent circuit of the discharge load 31 can be expressed as a series connection body of an air layer capacitance Cg that is a capacitance of a discharge gap and a dielectric capacitance Cp that is a capacitance of a dielectric.

また、放電ギャップに対し印加される電圧が放電維持電圧Vaを上回ると、放電ギャップにバリア放電が生じる。バリア放電が生じている状態では、放電ギャップの電圧は放電維持電圧Vaで維持される。放電負荷31の放電時における特性は、空気層容量Cgに対し並列接続され、降伏電圧Vaを有し、互いに逆方向に接続されたツェナーダイオードDT1,DT2として表すことができる。   When the voltage applied to the discharge gap exceeds the discharge sustain voltage Va, barrier discharge occurs in the discharge gap. In the state where the barrier discharge is generated, the voltage of the discharge gap is maintained at the discharge sustain voltage Va. The characteristics of the discharge load 31 during discharge can be expressed as Zener diodes DT1, DT2 connected in parallel to the air layer capacitance Cg, having a breakdown voltage Va, and connected in opposite directions.

放電負荷31は、印加される電圧に応じて等価容量Cが変化する。放電負荷31の等価容量Cは、印加電圧が低い領域では、空気層容量Cgが支配的であり、印加電圧が高い領域では、誘電体容量Cpが支配的である。   The discharge load 31 has an equivalent capacitance C that changes according to the applied voltage. The equivalent capacitance C of the discharge load 31 is dominated by the air layer capacitance Cg in a region where the applied voltage is low, and is dominant in the region where the applied voltage is high.

図2を用いて印加電圧に対する放電負荷31の等価容量Cの特性を示す。図2では、Vb1>Vb2>Vaの関係を有する所定電圧Vb1,Vb2を放電負荷31に対して印加した場合の放電負荷31の端子間電圧Vbの時間変化を示している。   The characteristic of the equivalent capacity C of the discharge load 31 with respect to the applied voltage is shown using FIG. FIG. 2 shows a time change of the voltage Vb between the terminals of the discharge load 31 when the predetermined voltages Vb1 and Vb2 having a relationship of Vb1> Vb2> Va are applied to the discharge load 31.

高電圧Vb1を印加した場合、時刻T0から端子間電圧Vbが上昇し、時刻Ta1において放電維持電圧Vaを上回る。これにより、時刻Ta1からバリア放電が開始される。その後、端子間電圧Vbが高電圧Vb1に達した後、共振による放電で端子間電圧Vbが低下していく。時刻Ta4において端子間電圧Vbが放電維持電圧Vaを下回るため、時刻Ta4においてバリア放電が停止される。その後、時刻Ta5において端子間電圧Vbが0になる。   When the high voltage Vb1 is applied, the terminal voltage Vb increases from time T0 and exceeds the discharge sustain voltage Va at time Ta1. Thereby, barrier discharge is started from time Ta1. Thereafter, after the inter-terminal voltage Vb reaches the high voltage Vb1, the inter-terminal voltage Vb decreases due to discharge due to resonance. Since the inter-terminal voltage Vb falls below the discharge sustain voltage Va at time Ta4, the barrier discharge is stopped at time Ta4. Thereafter, the inter-terminal voltage Vb becomes 0 at time Ta5.

低電圧Vb2を印加した場合、時刻T0から端子間電圧Vbが上昇し、時刻Ta2において放電維持電圧Vaを上回る。これにより、時刻Ta2からバリア放電が開始される。その後、端子間電圧Vbが低電圧Vb2に達した後、共振による放電で端子間電圧Vbが低下していく。時刻Ta3において端子間電圧Vbが放電維持電圧Vaを下回るため、時刻Ta3においてバリア放電が停止される。その後、時刻T5において端子間電圧Vbが0になる。   When the low voltage Vb2 is applied, the inter-terminal voltage Vb increases from time T0 and exceeds the discharge sustain voltage Va at time Ta2. Thereby, barrier discharge is started from time Ta2. Thereafter, after the inter-terminal voltage Vb reaches the low voltage Vb2, the inter-terminal voltage Vb decreases due to discharge due to resonance. Since the inter-terminal voltage Vb falls below the discharge sustain voltage Va at time Ta3, the barrier discharge is stopped at time Ta3. Thereafter, the inter-terminal voltage Vb becomes 0 at time T5.

高電圧Vb1が印加された場合と比較して、端子間電圧Vbの立ち上がりが遅いため、低電圧Vb2を印加した場合、バリア放電の開始が遅い(Ta2>Ta1)。また、高電圧Vb1が印加された場合と比較して、端子間電圧Vbの頂点が低いため、低電圧Vb2を印加した場合、バリア放電の終了が早い(Ta4>Ta3)。このため、バリア放電が維持されている期間が、高電圧Vb1が印加された場合と、低電圧Vb2が印加された場合とで異なり、高電圧Vb1が印加された場合の方が長くなる。   Compared with the case where the high voltage Vb1 is applied, the rise of the inter-terminal voltage Vb is slow, so that when the low voltage Vb2 is applied, the start of the barrier discharge is slow (Ta2> Ta1). Further, since the apex of the inter-terminal voltage Vb is lower than when the high voltage Vb1 is applied, when the low voltage Vb2 is applied, the end of the barrier discharge is early (Ta4> Ta3). For this reason, the period during which the barrier discharge is maintained differs between when the high voltage Vb1 is applied and when the high voltage Vb1 is applied, and becomes longer when the high voltage Vb1 is applied.

バリア放電が維持される期間における放電負荷31の容量は、誘電体容量Cpとなる。また、バリア放電が生じていない期間における放電負荷31の容量は、放電前等価容量Cbとなり、放電前等価容量Cbは、下記式で与えられる。   The capacity of the discharge load 31 during the period in which the barrier discharge is maintained is the dielectric capacity Cp. In addition, the capacity of the discharge load 31 during a period when no barrier discharge occurs is the pre-discharge equivalent capacity Cb, and the pre-discharge equivalent capacity Cb is given by the following equation.

また、バリア放電時における放電負荷31の等価容量Ceは、電圧印加期間(図2のTa0〜Ta5)におけるバリア放電の維持期間の割合をdとすると、 Further, the equivalent capacity Ce of the discharge load 31 at the time of barrier discharge is expressed as follows: d is the ratio of the sustain period of the barrier discharge in the voltage application period (Ta0 to Ta5 in FIG. 2).

と表すことができる。 It can be expressed as.

容量性の負荷である放電負荷31と、トランスTrの一次二次側間の漏れインダクタンスの二次側換算値Lsbと、で共振負荷30を構成する。この共振負荷30の共振周波数frは、上述した放電負荷31の等価容量Cの変化に伴って変化する。   A resonant load 30 is constituted by a discharge load 31 that is a capacitive load and a secondary side converted value Lsb of a leakage inductance between the primary and secondary sides of the transformer Tr. The resonance frequency fr of the resonance load 30 changes with the change in the equivalent capacity C of the discharge load 31 described above.

このため、二次コイルL2に流れる電流(負荷電流Iout)の周波数が変化し、負荷電流Ioutの周波数の変化に伴って、一次コイルL1に流れる電流(スイッチSWに流れるスイッチ電流Isw)の周波数が変化する。スイッチ電流Iswの周波数fswの変化によって、スイッチSW1,SW2に対してサージ電圧が発生し、スイッチSW1,SW2に損傷が生じたり、電力損失が起きたりすることが懸念される。プッシュプル方式のインバータ回路21におけるスイッチ電流Iswの周波数の変化に伴うサージ電圧の発生について、以下に説明を行う。   For this reason, the frequency of the current (load current Iout) flowing through the secondary coil L2 changes, and the frequency of the current flowing through the primary coil L1 (switch current Isw flowing through the switch SW) changes with the change in the frequency of the load current Iout. Change. Due to the change in the frequency fsw of the switch current Isw, a surge voltage is generated with respect to the switches SW1 and SW2, and there is a concern that the switches SW1 and SW2 may be damaged or a power loss may occur. The generation of a surge voltage accompanying the change in the frequency of the switch current Isw in the push-pull inverter circuit 21 will be described below.

図3において、第1スイッチSW1をオン状態としている場合に流れる電流を一点鎖線で示し、第1スイッチSW1に対して順方向電流が流れている状態で、第1スイッチSW1をオフ操作した直後に流れる電流を破線で示している。   In FIG. 3, the current that flows when the first switch SW1 is in the on state is indicated by a one-dot chain line, and immediately after the first switch SW1 is turned off while the forward current is flowing to the first switch SW1. The flowing current is indicated by a broken line.

一点鎖線で示すように、第1スイッチSW1をオン状態とし、さらに、第1スイッチSW1に順方向電流が流れている状況では、一次コイルL1の漏れインダクタンスLs1に対して電流が流れることで、漏れインダクタンスLs1に対して磁界エネルギーが蓄積される。この状態で、第1スイッチSW1をオフ操作すると、破線で示すように、漏れインダクタンスLs1から第1スイッチSW1の寄生容量Cossに対して電流が流れ込む。即ち、漏れインダクタンスLs1に蓄積された磁界エネルギーが、寄生容量Cossに電界エネルギーとして蓄積され、サージ電圧が発生する。なお、第2スイッチSW2のオフ操作時にも同様にサージ電圧が発生することが懸念される。   As indicated by the alternate long and short dash line, in a situation where the first switch SW1 is turned on and a forward current flows through the first switch SW1, a current flows through the leakage inductance Ls1 of the primary coil L1, thereby causing leakage. Magnetic field energy is stored in the inductance Ls1. When the first switch SW1 is turned off in this state, a current flows from the leakage inductance Ls1 to the parasitic capacitance Coss of the first switch SW1, as indicated by a broken line. That is, the magnetic field energy accumulated in the leakage inductance Ls1 is accumulated as electric field energy in the parasitic capacitance Coss, and a surge voltage is generated. It is feared that a surge voltage is similarly generated when the second switch SW2 is turned off.

図4に、スイッチSWに対して順方向電流が流れている状態で、スイッチSWをオフ操作した場合に発生するサージ電圧を示す。スイッチ電流Iswが正方向に流れている状態で(例えば、10A)、駆動信号gSWをハイ状態からロー状態とし、スイッチSWをオフ操作すると、定常時において印加される電圧Vswに比して、非常に高い電圧(サージ電圧)が発生する。なお、フルブリッジ方式のインバータでは、順方向電流が流れている場合に、スイッチに対してオフ操作を行ったとしても、還流ダイオードによる還流経路が存在するため、サージ電圧は発生しない。   FIG. 4 shows a surge voltage generated when the switch SW is turned off in a state where a forward current flows through the switch SW. When the switch current Isw is flowing in the positive direction (for example, 10 A), the drive signal gSW is changed from the high state to the low state and the switch SW is turned off. High voltage (surge voltage) is generated. Note that in a full-bridge inverter, even when a forward current is flowing, even if the switch is turned off, there is a return path due to the return diode, so no surge voltage is generated.

図5(a)に、共振負荷30の共振周波数frと、スイッチSWの駆動周波数fswとが一致する場合の負荷電流Iout、スイッチ電流Isw、及び、駆動信号gSWの時間変化を表すタイミングチャートを示す。負荷電流Ioutは、駆動周波数fswに依存せず、共振周波数frで変化する。また、スイッチSWのオン期間において、スイッチ電流Iswは、負荷電流Ioutと同じ周波数で動作する。共振周波数frと駆動周波数fswとが一致する場合、スイッチSWのオフ時刻と、負荷電流Ioutがゼロクロスする時刻、即ち、スイッチ電流Iswがゼロクロスする時刻とが一致するため、スイッチSWにおけるサージ電圧は生じない。   FIG. 5 (a) shows a timing chart showing a time change of the load current Iout, the switch current Isw, and the drive signal gSW when the resonance frequency fr of the resonance load 30 and the drive frequency fsw of the switch SW coincide with each other. . The load current Iout does not depend on the drive frequency fsw but changes at the resonance frequency fr. Further, during the ON period of the switch SW, the switch current Isw operates at the same frequency as the load current Iout. When the resonance frequency fr and the drive frequency fsw coincide with each other, the switch SW off time coincides with the time when the load current Iout crosses zero, that is, when the switch current Isw crosses zero, so that a surge voltage occurs in the switch SW. Absent.

図5(b)に、共振周波数frと駆動周波数fswとがほぼ等しく、さらに、共振周波数frが駆動周波数fswより高い場合の負荷電流Iout、スイッチ電流Isw、及び、駆動信号gSWの時間変化を表すタイミングチャートを示す。図5(a)と同様に、負荷電流Ioutは、駆動周波数fswに依存せず、共振周波数frで変化する。また、スイッチSWのオン期間において、スイッチ電流Iswは、負荷電流Ioutと同じ周波数で動作する。共振周波数frが駆動周波数fswより高いため、スイッチSWのオフ時刻が、負荷電流Ioutがゼロクロスする時刻、即ち、スイッチ電流Iswがゼロクロスする時刻より遅くなる。このため、スイッチSWにおけるサージ電圧は生じない。   FIG. 5B shows temporal changes in the load current Iout, the switch current Isw, and the drive signal gSW when the resonance frequency fr and the drive frequency fsw are substantially equal and the resonance frequency fr is higher than the drive frequency fsw. A timing chart is shown. Similar to FIG. 5A, the load current Iout does not depend on the drive frequency fsw but changes at the resonance frequency fr. Further, during the ON period of the switch SW, the switch current Isw operates at the same frequency as the load current Iout. Since the resonance frequency fr is higher than the drive frequency fsw, the switch SW off time is later than the time when the load current Iout crosses zero, that is, the time when the switch current Isw crosses zero. For this reason, a surge voltage does not occur in the switch SW.

このように、スイッチSWの駆動信号gSWに対して、スイッチ電流Iswが同位相(fsw=fr)又は進み位相(fsw<fr)となるように、駆動信号gSWの周波数fswを設定することで、プッシュプルインバータにおいて、オフ時のサージ電圧の発生を抑制できる。   Thus, by setting the frequency fsw of the drive signal gSW so that the switch current Isw has the same phase (fsw = fr) or the leading phase (fsw <fr) with respect to the drive signal gSW of the switch SW, In the push-pull inverter, it is possible to suppress the occurrence of a surge voltage when turned off.

ここで、スイッチSWの駆動信号gSWに対して、スイッチ電流Iswが同位相(fsw=fr)又は進み位相(fsw<fr)となるように、駆動信号gSWの周波数fswを設定する場合、スイッチSWの駆動信号gSWに対して、スイッチ電流Iswが同位相となるときに電力効率が最高となる。つまり、駆動周波数fswを共振周波数frと略同一に設定した場合に、電力効率が最も高くなる。また、図6に示すように、電源装置20の出力電力Poutは、駆動周波数fswが共振周波数frに近づくほど大きくなる。   Here, when the frequency fsw of the drive signal gSW is set so that the switch current Isw has the same phase (fsw = fr) or the leading phase (fsw <fr) with respect to the drive signal gSW of the switch SW, the switch SW The power efficiency is highest when the switch current Isw has the same phase with respect to the drive signal gSW. That is, when the drive frequency fsw is set substantially the same as the resonance frequency fr, the power efficiency becomes the highest. Further, as shown in FIG. 6, the output power Pout of the power supply device 20 increases as the drive frequency fsw approaches the resonance frequency fr.

そこで、本実施形態では、駆動周波数fswを共振周波数fr近傍に設定するとともに、図7に示すような間欠出力を実施する。本実施形態における間欠出力では、スイッチSW1,SW2の一駆動周期におけるオン時間の割合(デューティ)を、それぞれ50%に保つ。さらに、所定周期における第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2のオン操作の回数、即ち、所定周期において電力が出力される期間の長さを電力指令値Pout*(供給電力の目標値)と駆動周波数fswに応じて出力される出力電力Pout(出力可能電力)との比(Rate)に基づいて設定する。   Therefore, in the present embodiment, the drive frequency fsw is set in the vicinity of the resonance frequency fr, and intermittent output as shown in FIG. 7 is performed. In the intermittent output in this embodiment, the ratio (duty) of the ON time in one drive cycle of the switches SW1 and SW2 is kept at 50%. Further, the number of ON operations of the first switch SW1 and the second switch SW2 in a predetermined cycle, that is, the length of the period during which power is output in the predetermined cycle, is determined by the power command value Pout * (target value of supplied power) and the drive frequency. It sets based on ratio (Rate) with output electric power Pout (output possible electric power) output according to fsw.

出力電力Poutと電力指令値Pout*(放電負荷31の要求電力)との比が(Pout*:Pout=1:x,xは任意の実数)である場合に、所定周期における電力の出力期間(スイッチSW1,SW2を交互にオンする期間)の長さを所定期間全体の1/xとなるように設定する。これにより、スイッチSW1,SW2の駆動時において、駆動周波数fswを共振周波数frに近づけつつ、電源装置20から放電負荷31に供給される電力を電力指令値Pout*に近づけることが可能になる。   When the ratio between the output power Pout and the power command value Pout * (required power of the discharge load 31) is (Pout *: Pout = 1: x, x is an arbitrary real number), the output period of power in a predetermined cycle ( The length of the switches SW1 and SW2 are alternately turned on) is set to be 1 / x of the entire predetermined period. Thereby, when the switches SW1 and SW2 are driven, the power supplied from the power supply device 20 to the discharge load 31 can be brought close to the power command value Pout * while the drive frequency fsw is made close to the resonance frequency fr.

例えば、図7に示す例では、出力電力Poutが電力指令値Pout*(放電負荷31の要求電力)の2倍の値となっている(Pout*:Pout=1:2)。そこで、所定周期における電力の出力期間の長さを所定期間全体の1/2となるように設定している。より具体的には、図7に示す例では、所定周期は、スイッチSW1,SW2の駆動周期の16倍の長さの期間に設定されており、所定周期における第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2のオン操作の回数がそれぞれ8回(8=16/2)とされている。   For example, in the example shown in FIG. 7, the output power Pout is twice the power command value Pout * (required power of the discharge load 31) (Pout *: Pout = 1: 2). Therefore, the length of the power output period in the predetermined cycle is set to be ½ of the entire predetermined period. More specifically, in the example shown in FIG. 7, the predetermined cycle is set to a period 16 times longer than the drive cycle of the switches SW1 and SW2, and the first switch SW1 and the second switch SW2 in the predetermined cycle. The number of ON operations is 8 times (8 = 16/2).

図8に本実施形態の間欠出力処理を表すフローチャートを示す。本処理は、「算出部」としての制御装置40によって周期的に実施される。   FIG. 8 shows a flowchart representing the intermittent output processing of this embodiment. This process is periodically performed by the control device 40 as the “calculation unit”.

ステップS01において、駆動周波数fswが共振周波数frと略同一であるか否かを判定する。ここで、電力出力指令が入力されていない場合、電力指令値Pout*と出力電力Poutとの比率(Rate)は、ステップS04において、出力電力Poutが算出可能な値であって、さらに、可能な限り小さい値に設定されている。具体的には、出力期間の長さが、スイッチSW1,SW2の一駆動周期において、スイッチSW1,SW2の少なくとも一方を50%のデューティでオン操作可能となるように、電力指令値Pout*と出力電力Poutとの比率(Rate)とを設定する。当該制御により、電力出力指令が入力された場合に、応答性よく電源装置20から放電負荷31に供給される電力を電力指令値Pout*に近づけることが可能になるとともに、電力出力指令が入力されていない場合の電力消費を低減することができる。駆動周波数fswと共振周波数frとが略同一でない場合(S01:YES)、ステップS02において、駆動周波数fswを共振周波数frに近づける制御を実施し、処理を終了する。ステップS02では、具体的には、駆動周波数fswを進み位相領域に保つとともに、出力電力Poutが大きくなるように駆動周波数fswを変化させる制御を実施する。   In step S01, it is determined whether or not the drive frequency fsw is substantially the same as the resonance frequency fr. Here, when the power output command is not input, the ratio (Rate) between the power command value Pout * and the output power Pout is a value that allows the output power Pout to be calculated in step S04. As small as possible. Specifically, the power command value Pout * and the output are set so that the length of the output period can be turned on at a duty of 50% in at least one of the switches SW1 and SW2 in one drive cycle of the switches SW1 and SW2. A ratio (Rate) with the power Pout is set. With this control, when a power output command is input, it is possible to bring the power supplied from the power supply device 20 to the discharge load 31 close to the power command value Pout * with high responsiveness, and the power output command is input. If not, power consumption can be reduced. When the drive frequency fsw and the resonance frequency fr are not substantially the same (S01: YES), in step S02, control is performed to bring the drive frequency fsw closer to the resonance frequency fr, and the process is terminated. In step S02, specifically, the drive frequency fsw is advanced and kept in the phase region, and control is performed to change the drive frequency fsw so that the output power Pout is increased.

駆動周波数fswと共振周波数frとが略同一である場合(S01:NO)、ステップS03において、制御装置40に対し上位のECUから電源装置20から放電負荷31への電力出力指令が入力されているか否かを判定する。制御装置40に対して電力出力指令が入力されていない場合(S03:NO)、処理を終了する。   When the drive frequency fsw and the resonance frequency fr are substantially the same (S01: NO), is an electric power output command from the power supply device 20 to the discharge load 31 input from the host ECU to the control device 40 in step S03. Determine whether or not. When no power output command is input to the control device 40 (S03: NO), the process is terminated.

制御装置40に対して、電力出力指令が入力されている場合(S03:YES)、ステップS04において、負荷電圧Vout及び負荷電流Ioutの検出値に基づいて、共振負荷30に供給されている出力電力Poutを算出する。ステップS05において、電力指令値Pout*と出力電力Poutとの比率を算出する。そして、ステップS06において、電力指令値Pout*と出力電力Poutとの比率と所定周期の積に相当する時間を出力期間に設定して処理を終了する。   When a power output command is input to the control device 40 (S03: YES), in step S04, the output power supplied to the resonant load 30 based on the detected values of the load voltage Vout and the load current Iout. Pout is calculated. In step S05, the ratio between the power command value Pout * and the output power Pout is calculated. In step S06, a time corresponding to the product of the ratio between the power command value Pout * and the output power Pout and a predetermined period is set as the output period, and the process is terminated.

ここで、間欠出力動作によって、電源装置20の出力状態と停止状態とを繰り返す場合に、出力状態とされた後、停止状態とされ、再度出力状態にされる場合に、トランスTrの偏磁が問題となる。より具体的には、トランスTrに流れる励磁電流ILMが過大になり、その結果、トランスTrが磁気飽和することが懸念される。   Here, when the output state and the stop state of the power supply device 20 are repeated by the intermittent output operation, when the output state is changed to the stop state and then returned to the output state, the transformer Tr is demagnetized. It becomes a problem. More specifically, there is a concern that the excitation current ILM flowing through the transformer Tr becomes excessive, and as a result, the transformer Tr is magnetically saturated.

図9にトランスTrの励磁電流ILMの流れを表すモデル図を示す。トランスTrは、励磁インダクタンスLM、一次側漏れインダクタンスLsa及び二次側漏れインダクタンスLsbから構成されるT字型等価回路として表すことができる。トランスTrの一次側には、トランスTrを励磁させる励磁電流ILMが流れている(実線)。   FIG. 9 is a model diagram showing the flow of the exciting current ILM of the transformer Tr. The transformer Tr can be expressed as a T-shaped equivalent circuit composed of an excitation inductance LM, a primary side leakage inductance Lsa, and a secondary side leakage inductance Lsb. An exciting current ILM for exciting the transformer Tr flows on the primary side of the transformer Tr (solid line).

ここで、スイッチSW1,SW2をともにオフ状態とすることで、電源装置20を出力状態から停止状態に変更すると、トランスTrの一次側において励磁電流ILMが流れることができなくなる。このため、励磁電流ILMがトランスTrの二次側に流れることになる(破線)。二次側に流れる励磁電流ILMは、励磁インダクタンスLM及び漏れインダクタンスLsbと、容量性の放電負荷31とで共振する。このため、出力再開のタイミングによっては、一次コイルL1に対して直流電圧源10が接続されることで励磁電流ILMが増加し、トランスTrが磁気飽和することが懸念される。   Here, when the power supply device 20 is changed from the output state to the stopped state by turning off both the switches SW1 and SW2, the exciting current ILM cannot flow on the primary side of the transformer Tr. For this reason, the exciting current ILM flows to the secondary side of the transformer Tr (broken line). The exciting current ILM flowing on the secondary side resonates with the exciting inductance LM and the leakage inductance Lsb and the capacitive discharge load 31. For this reason, there is a concern that the excitation current ILM increases due to the DC voltage source 10 being connected to the primary coil L1 and the transformer Tr is magnetically saturated depending on the timing of output restart.

図10に、間欠出力の実施時における励磁電流ILMの時間変化を表すタイミングチャートを示す。出力期間において、スイッチSW1とスイッチSW2とが交互にオンオフされている。時刻T1において、スイッチSW2がオフ状態とされ、スイッチSW1のオフ状態が継続されることで、スイッチSW1,SW2がともにオフ状態とされ、出力期間から停止期間へと移行する。   FIG. 10 is a timing chart showing the temporal change of the excitation current ILM when intermittent output is performed. In the output period, the switch SW1 and the switch SW2 are alternately turned on and off. At time T1, the switch SW2 is turned off and the switch SW1 is kept off, so that the switches SW1 and SW2 are both turned off, and the output period is shifted to the stop period.

時刻T1の後、励磁電流ILMが、励磁インダクタンスLM、二次側漏れインダクタンスLsb、及び、放電負荷31に流れる。停止期間において、励磁電流ILMは、励磁電流ILMが、励磁インダクタンスLM、二次側漏れインダクタンスLsb、及び、放電負荷31を備えるLC共振回路における共振周波数1/(2π√((LM+Lsb)・Cb))で変化する。一方、出力期間において、励磁電流ILMは、二次側漏れインダクタンスLsbと放電負荷31とから構成される共振回路の共振周波数fr(=1/(2π√(Lsb・Ce)))で変化する。励磁インダクタンスLMは、二次側漏れインダクタンスLsbより大きく、停止期間における励磁電流ILMの周波数は、出力期間と比べて低くなる。これにより、停止期間の励磁電流ILMは出力期間と比べて振幅が大きくなる。   After time T1, the exciting current ILM flows through the exciting inductance LM, the secondary side leakage inductance Lsb, and the discharge load 31. In the stop period, the excitation current ILM is the resonance frequency 1 / (2π√ ((LM + Lsb) · Cb) in the LC resonance circuit including the excitation inductance LM, the secondary leakage inductance Lsb, and the discharge load 31. ). On the other hand, in the output period, the excitation current ILM changes at the resonance frequency fr (= 1 / (2π√ (Lsb · Ce))) of the resonance circuit formed by the secondary side leakage inductance Lsb and the discharge load 31. The excitation inductance LM is larger than the secondary side leakage inductance Lsb, and the frequency of the excitation current ILM in the stop period is lower than that in the output period. As a result, the excitation current ILM during the stop period has a larger amplitude than the output period.

時刻T2において、スイッチSW1がオン状態とされることで、停止期間から出力期間へと移行する。ここで、出力期間から停止期間への移行時である時刻T2の直後において、一次コイルL1に対して直流電圧源10が接続されることで励磁電流ILMが増加することで、励磁電流ILMが過大となり、トランスTrが磁気飽和することが懸念される。   At time T2, the switch SW1 is turned on, so that the transition from the stop period to the output period occurs. Here, immediately after time T2, which is the transition from the output period to the stop period, the excitation current ILM increases due to the increase in the excitation current ILM due to the connection of the DC voltage source 10 to the primary coil L1. Therefore, there is a concern that the transformer Tr is magnetically saturated.

そこで、本実施形態の構成では、図1に示すように、センタタップCTと、直流電圧源10とを接続する接続線の間に第3スイッチSW3を設けている。より具体的には、平滑コンデンサCinよりもセンタタップCT側にスイッチSW3を設けている。スイッチSW3には、ボディダイオードD3が逆並列に接続されている。ダイオードD3のカソードは、スイッチSW3のドレインに接続されており、ダイオードD3のアノードは、スイッチSW3のソースに接続されている。スイッチSW3は、ドライバ回路50からハイ状態の駆動信号gSW3が入力されることで、オン状態とされ、ロー状態の駆動信号gSW3が入力されることで、オフ状態とされる。   Therefore, in the configuration of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the third switch SW <b> 3 is provided between the connection lines connecting the center tap CT and the DC voltage source 10. More specifically, the switch SW3 is provided on the center tap CT side with respect to the smoothing capacitor Cin. A body diode D3 is connected in antiparallel to the switch SW3. The cathode of the diode D3 is connected to the drain of the switch SW3, and the anode of the diode D3 is connected to the source of the switch SW3. The switch SW3 is turned on when the drive signal gSW3 in the high state is input from the driver circuit 50, and is turned off when the drive signal gSW3 in the low state is input.

制御装置40は、出力期間において、スイッチSW3を常時オン状態とするとともに、スイッチSW1,SW2を交互にオンオフすることで、放電負荷31に対する電力出力を実施する。また、制御装置40は、停止期間において、スイッチSW3を常時オフ状態とするとともに、スイッチSW1,SW2を常時オン状態とすることで、放電負荷31に対する電力出力を停止するとともに、励磁電流ILMを一次コイルL1側で還流させる。これらの制御により、停止期間から出力期間への移行時の直後において、励磁電流ILMが過大になることを抑制できる。   In the output period, the control device 40 always turns on the switch SW3 and alternately turns on and off the switches SW1 and SW2 to output power to the discharge load 31. In addition, the control device 40 stops the power output to the discharge load 31 and keeps the excitation current ILM primary by setting the switch SW3 to the normally off state and the switches SW1 and SW2 to the always on state during the stop period. Reflux on the coil L1 side. By these controls, it is possible to suppress the excitation current ILM from becoming excessive immediately after the transition from the stop period to the output period.

図11に出力期間と停止期間との切り替え処理を表すフローチャートを示す。本処理は「駆動部」としての制御装置40によって周期的に実施される。   FIG. 11 is a flowchart showing the switching process between the output period and the stop period. This process is periodically performed by the control device 40 as a “drive unit”.

ステップS11において、現在出力期間であるか否かを判定する。出力期間である場合(S11:YES)、ステップS12において、出力期間から停止期間への切り替えタイミングであるか否かを判定する。停止期間への切り替えタイミングでない場合(S12:NO)、ステップS13において、スイッチSW3をオン状態にするとともに、ステップS14において、駆動周波数fsw(共振周波数fr)でスイッチSW1,SW2を交互にオンオフ操作し、処理を終了する。   In step S11, it is determined whether it is the current output period. If it is the output period (S11: YES), it is determined in step S12 whether or not it is the switching timing from the output period to the stop period. If it is not the switching timing to the stop period (S12: NO), the switch SW3 is turned on in step S13, and the switches SW1 and SW2 are alternately turned on and off at the drive frequency fsw (resonance frequency fr) in step S14. The process is terminated.

出力期間から停止期間への切り替えタイミングである場合(S12:YES)、ステップS15において、スイッチSW1,SW2の現在のオンオフ状態を記憶する。そして、ステップS16において、スイッチSW1,SW2をオン状態、スイッチSW3をオフ状態にすることで、出力期間から停止期間への切り替えを実施する。   If it is the switching timing from the output period to the stop period (S12: YES), the current on / off states of the switches SW1 and SW2 are stored in step S15. In step S16, the switches SW1 and SW2 are turned on and the switch SW3 is turned off, thereby switching from the output period to the stop period.

ステップS11において、停止期間であると判定された場合(S11:NO)、ステップS17において、出力期間への切り替えタイミングであるか否かを判定する。出力期間への切り替えタイミングでない場合(S17:NO)、ステップS18において、スイッチSW1,SW2をオン状態にするとともに、スイッチSW3をオフ状態にする。   If it is determined in step S11 that it is the stop period (S11: NO), it is determined in step S17 whether it is the timing for switching to the output period. When it is not the switching timing to the output period (S17: NO), in step S18, the switches SW1 and SW2 are turned on and the switch SW3 is turned off.

停止期間から出力期間への切り替えタイミングである場合(S17:YES)、ステップS19において、スイッチSW3をオン状態にするとともに、スイッチSW1,SW2のオンオフ状態をステップS15において記憶した状態と逆の状態に設定し、処理を終了する。ステップS19では、具体的には、ステップS15においてスイッチSW1がオン状態、スイッチSW2がオフ状態とされていた場合には、スイッチSW1をオフ状態、スイッチSW2をオン状態に設定する。また、ステップS15においてスイッチSW1がオフ状態、スイッチSW2がオン状態とされていた場合には、スイッチSW1をオン状態、スイッチSW2をオフ状態に設定する。   When it is the switching timing from the stop period to the output period (S17: YES), in step S19, the switch SW3 is turned on, and the on / off states of the switches SW1 and SW2 are reversed from those stored in step S15. Set and finish the process. In step S19, specifically, when the switch SW1 is in the on state and the switch SW2 is in the off state in step S15, the switch SW1 is set to the off state and the switch SW2 is set to the on state. If the switch SW1 is off and the switch SW2 is on in step S15, the switch SW1 is set on and the switch SW2 is off.

図12に、本実施形態の間欠出力実施時における励磁電流ILMの時間変化を表すタイミングチャートを示す。出力期間において、スイッチSW1とスイッチSW2とが交互にオンオフされている。時刻T11の直前において、スイッチSW1がオフ状態とされており、スイッチSW2がオン状態とされており、スイッチSW3がオン状態とされている。時刻T11の直前において、スイッチSW2のデューティは50%とされている。   FIG. 12 is a timing chart showing the temporal change of the excitation current ILM when intermittent output is performed according to this embodiment. In the output period, the switch SW1 and the switch SW2 are alternately turned on and off. Immediately before time T11, the switch SW1 is turned off, the switch SW2 is turned on, and the switch SW3 is turned on. Immediately before time T11, the duty of the switch SW2 is 50%.

時刻T11の後、励磁電流ILMは、一次側漏れインダクタンスLs1,Ls2、及び、スイッチSW1,SW2を有する一次側の閉回路に流れる。停止期間において、励磁電流ILMは、略一定値となる。また、トランスTrと直流電圧源10との接続が遮断されることで、二次側電圧Voutは振動しながら減衰する。   After time T11, the excitation current ILM flows through the primary side closed circuit having the primary side leakage inductances Ls1, Ls2 and the switches SW1, SW2. In the stop period, the excitation current ILM becomes a substantially constant value. Further, the connection between the transformer Tr and the DC voltage source 10 is cut off, whereby the secondary side voltage Vout is attenuated while oscillating.

その後、時刻T12において、スイッチSW1,SW2がともにオン状態とされ、スイッチSW3がオフ状態とされることで、出力期間から停止期間へと移行する。時刻T12の直後において、スイッチSW1のデューティは50%とされている。   Thereafter, at time T12, the switches SW1 and SW2 are both turned on and the switch SW3 is turned off, so that the output period is shifted to the stop period. Immediately after time T12, the duty of the switch SW1 is 50%.

時刻T12において、スイッチSW2がオフ状態とされるとともに、第3スイッチSW3がオン状態とされることで、停止期間から出力期間へと移行する。ここで、時刻T12において、スイッチSW1,SW2のうち時刻T11の直前においてオン状態とされていたスイッチ(図11では、SW1)とは異なるスイッチ(図10では、SW2)をオン状態とする。これにより、時刻T12の直後において、励磁電流ILMの絶対値が減少する方向に変化する。また、時刻T11の直前におけるスイッチSW1のデューティ(図11では、50%)と、時刻T12の直後におけるスイッチSW2のデューティ(図11では、50%)とを略同一とする。これらの制御により、励磁電流ILMの交流的な振動の中心を0Aとすることができ、トランスTrにおいて磁気飽和が生じることを抑制できる。   At time T12, the switch SW2 is turned off and the third switch SW3 is turned on, so that the transition from the stop period to the output period occurs. Here, at time T12, a switch (SW2 in FIG. 10) different from the switch (SW1 in FIG. 11) that was turned on immediately before time T11 among the switches SW1 and SW2 is turned on. As a result, immediately after time T12, the absolute value of the excitation current ILM changes in a decreasing direction. Further, the duty of the switch SW1 immediately before time T11 (50% in FIG. 11) and the duty of the switch SW2 immediately after time T12 (50% in FIG. 11) are substantially the same. By these controls, the center of the alternating vibration of the exciting current ILM can be set to 0 A, and the occurrence of magnetic saturation in the transformer Tr can be suppressed.

以下、本実施形態の効果を述べる。   The effects of this embodiment will be described below.

プッシュプル方式のインバータ回路21を用いた上で、駆動周波数を共振周波数以下に設定することにより、スイッチSW1,SW2に流れる電流I1をスイッチSW1,SW2に印加される電圧V1に対して進み位相とし、サージ電圧の発生を抑制することができる。さらに、駆動周波数fswを共振周波数fr近傍に設定するとともに、所定周期において、電力指令値Pout*及び出力可能電力Poutに基づいて設定される出力期間にインバータ回路21から電力出力を行う構成とした。このような構成にすることで、容量性負荷である放電負荷31に供給される電力を電力指令値Pout*に近づけるとともに、電力効率を向上させることができる。   By using the push-pull type inverter circuit 21 and setting the drive frequency to be equal to or lower than the resonance frequency, the current I1 flowing through the switches SW1 and SW2 is set to a leading phase with respect to the voltage V1 applied to the switches SW1 and SW2. The generation of surge voltage can be suppressed. Further, the drive frequency fsw is set in the vicinity of the resonance frequency fr, and power is output from the inverter circuit 21 in an output period set based on the power command value Pout * and the outputtable power Pout in a predetermined cycle. With such a configuration, the power supplied to the discharge load 31 that is a capacitive load can be brought close to the power command value Pout *, and the power efficiency can be improved.

出力期間において、一次コイルL1には励磁電流ILMが流れている。停止期間に、直流電圧源10と一次コイルL1とが遮断状態にされると、この励磁電流ILMによってトランスTrに蓄積された磁気エネルギーが二次側に流れる。停止期間において、励磁電流ILMが二次側で流れている状態で、出力期間が再開されると、タイミングによっては、励磁電流ILMが増加するため、トランスTrが磁気飽和することが懸念される。そこで、第3スイッチSW3を設けることで、出力期間の開始時における磁気飽和を抑制する。   During the output period, the exciting current ILM flows through the primary coil L1. When the DC voltage source 10 and the primary coil L1 are cut off during the stop period, the magnetic energy accumulated in the transformer Tr by the excitation current ILM flows to the secondary side. If the output period is restarted while the excitation current ILM is flowing on the secondary side during the stop period, the excitation current ILM increases depending on the timing, and there is a concern that the transformer Tr may be magnetically saturated. Therefore, by providing the third switch SW3, magnetic saturation at the start of the output period is suppressed.

具体的には、停止期間において、第3スイッチSW3をオフ状態にすることで、電力出力を停止するとともに、第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2をオン状態とすることで、一次コイルL1の両端子を短絡させる。これにより、励磁電流ILMが一次側に流れるため、トランスTrの二次側に励磁電流ILMが流れることを抑制できる。これにより、励磁電流ILMの低周波数化による励磁電流ILMの振幅の増加を抑制できる。   Specifically, during the stop period, the power output is stopped by turning off the third switch SW3, and the both ends of the primary coil L1 are turned on by turning on the first switch SW1 and the second switch SW2. Short-circuit the child. Thereby, since the exciting current ILM flows to the primary side, it is possible to suppress the exciting current ILM from flowing to the secondary side of the transformer Tr. As a result, an increase in the amplitude of the excitation current ILM due to a reduction in the frequency of the excitation current ILM can be suppressed.

出力期間から停止期間への切り替えの際、スイッチSW1,SW2の一方がオン状態とされ、かつ、スイッチSW1,SW2の他方がオフ状態とされている場合に、次の停止期間から出力期間への切り替えの際、出力期間にオフ状態とされていたものと異なるスイッチSW1,SW2の一方をオフ状態とし、かつ、出力期間にオン状態とされていたものと異なるスイッチSW1,SW2の他方をオン状態とする構成とした。これにより、出力期間の開始時において、停止期間に流れている励磁電流ILMを減少させる向きにトランスTrに対して電圧を印加することができ、励磁電流ILMの絶対値が減少する方向に励磁電流ILMを変化させ、トランスTrにおける磁気飽和を抑制できる。   When switching from the output period to the stop period, when one of the switches SW1 and SW2 is turned on and the other of the switches SW1 and SW2 is turned off, the next stop period is changed to the output period. At the time of switching, one of the switches SW1 and SW2, which is different from the one that was turned off during the output period, is turned off, and the other of the switches SW1, SW2 that is different from the one that was turned on during the output period is turned on The configuration is as follows. Thereby, at the start of the output period, a voltage can be applied to the transformer Tr in a direction to decrease the excitation current ILM flowing in the stop period, and the excitation current in a direction in which the absolute value of the excitation current ILM decreases. By changing the ILM, magnetic saturation in the transformer Tr can be suppressed.

(第2実施形態)
第2実施形態における制御装置40は、出力期間から停止期間への切り替えの際、駆動周波数の逆数である駆動周期の1/4の期間にわたって、スイッチSW1,SW2の一方をオン状態、他方をオフ状態とした後、スイッチSW1,SW2をともにオン状態とすることで、出力期間から停止期間への切り替えを行う。
(Second Embodiment)
When switching from the output period to the stop period, the control device 40 according to the second embodiment turns on one of the switches SW1 and SW2 and turns off the other over a period of ¼ of the drive cycle that is the inverse of the drive frequency After setting the state, the switches SW1 and SW2 are both turned on to switch from the output period to the stop period.

具体的には、図13に示すように、出力期間から停止期間への切り替え(時刻T21)の直前におけるスイッチSW1,SW2のオン時間(デューティ)を略50%から略25%へと減少させる。これにより、出力期間から停止期間へと切り替わる際に、一次側電圧Vに対して、一次側電流Iが1/8周期遅れ位相となる。   Specifically, as shown in FIG. 13, the on-time (duty) of the switches SW1 and SW2 immediately before switching from the output period to the stop period (time T21) is reduced from about 50% to about 25%. Thereby, when switching from the output period to the stop period, the primary side current I becomes a 1/8 cycle delayed phase with respect to the primary side voltage V.

出力期間において、スイッチSW1,SW2の一方が駆動周期の1/4の期間にわたりオン状態とされると、励磁電流ILMは略0となり、トランスTrに蓄積されている磁気エネルギーは略0となる。   In the output period, when one of the switches SW1 and SW2 is turned on for a quarter of the driving cycle, the exciting current ILM becomes substantially zero, and the magnetic energy accumulated in the transformer Tr becomes substantially zero.

さらに、停止期間から出力期間への切り替え(時刻T22)の際、駆動周期の1/4の期間にわたって、スイッチSW1,SW2の一方をオン状態、スイッチSW1,SW2の他方をオフ状態とする。つまり、停止期間から出力期間へと移行する際に、スイッチSW1,SW2のオン時間(デューティ)を略50%から略25%へと減少させる。これにより、出力期間の開始直後における励磁電流ILMの大きさの最大値を定常出力期間の最大値と略一定とすることができ、トランスTrが磁気飽和することを抑制できる。   Further, at the time of switching from the stop period to the output period (time T22), one of the switches SW1 and SW2 is turned on and the other of the switches SW1 and SW2 is turned off over a quarter of the drive cycle. That is, when shifting from the stop period to the output period, the ON time (duty) of the switches SW1 and SW2 is decreased from approximately 50% to approximately 25%. As a result, the maximum value of the excitation current ILM immediately after the start of the output period can be made substantially constant with the maximum value of the steady output period, and the magnetic saturation of the transformer Tr can be suppressed.

(第3実施形態)
図14に第3実施形態の電気的構成を示す。本実施形態の構成では、第3スイッチSW3を省略している。そして、一次コイルL1と第1スイッチSW1の接続点と、一次コイルL1と第2スイッチSW2の接続点との間に接続された半導体スイッチング素子である第4スイッチSW4を備える構成としている。より具体的には第4スイッチSW4は、2つのMOSFET(スイッチSW4a、SW4b)が直列接続されることで構成されている。さらに、その2つのMOSFETにそれぞれ並列接続されているボディダイオード(ダイオードD4a,D4b)が互いに逆向きになるように接続されている。即ち、アノード同士、又は、カソード同士が接続されるようにボディダイオードが接続されている。なお、第4スイッチとしてIGBTを用いてもよい。
(Third embodiment)
FIG. 14 shows the electrical configuration of the third embodiment. In the configuration of the present embodiment, the third switch SW3 is omitted. And it is set as the structure provided with 4th switch SW4 which is a semiconductor switching element connected between the connection point of the primary coil L1 and 1st switch SW1, and the connection point of the primary coil L1 and 2nd switch SW2. More specifically, the fourth switch SW4 is configured by connecting two MOSFETs (switches SW4a and SW4b) in series. Further, body diodes (diodes D4a and D4b) connected in parallel to the two MOSFETs are connected in opposite directions. That is, the body diode is connected so that the anodes or the cathodes are connected. An IGBT may be used as the fourth switch.

出力期間において、一次コイルL1には励磁電流ILMが流れている。停止期間に、直流電圧源10と一次コイルL1とが遮断状態にされると、この励磁電流ILMによってトランスTrに蓄積された磁気エネルギーが二次側に流れる。停止期間において、励磁電流ILMが二次側で流れている状態で、出力期間が再開されると、タイミングによっては、励磁電流ILMが増加するため、トランスTrが磁気飽和することが懸念される。そこで、第4スイッチSW4を設けることで、出力期間の開始時における磁気飽和を抑制する。   During the output period, the exciting current ILM flows through the primary coil L1. When the DC voltage source 10 and the primary coil L1 are cut off during the stop period, the magnetic energy accumulated in the transformer Tr by the excitation current ILM flows to the secondary side. If the output period is restarted while the excitation current ILM is flowing on the secondary side during the stop period, the excitation current ILM increases depending on the timing, and there is a concern that the transformer Tr may be magnetically saturated. Therefore, by providing the fourth switch SW4, magnetic saturation at the start of the output period is suppressed.

具体的には、「駆動部」としての制御装置40は、停止期間にわたって、第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2をともにオフ状態とすることで、直流電圧源10から一次コイルL1に流れる電流を遮断するとともに、第4スイッチSW4をオン状態とする。また、制御装置40は、出力期間にわたって、第4スイッチSW4をオフ状態とし、第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2を交互にオン状態にする。   Specifically, the control device 40 as the “driving unit” turns off both the first switch SW1 and the second switch SW2 over the stop period, thereby causing the current flowing from the DC voltage source 10 to the primary coil L1. At the same time, the fourth switch SW4 is turned on. Further, the control device 40 turns off the fourth switch SW4 and turns on the first switch SW1 and the second switch SW2 alternately over the output period.

停止期間において、スイッチSW1,SW2をともにオフ状態にすることで、電力出力を停止するとともに、第4スイッチSW4をオン状態とすることで、一次コイルL1の両端子を短絡させる。これにより、励磁電流ILMが一次側に流れるため、トランスTrの二次側に励磁電流ILMが流れることを抑制でき、励磁電流ILMの低周波数化による励磁電流ILMの振幅の増加を抑制できる。また、出力期間において、第4スイッチSW4をオフ状態とすることで、1次側から2次側への電力出力を正常に行うことができる。   During the stop period, the switches SW1 and SW2 are both turned off to stop the power output, and the fourth switch SW4 is turned on to short-circuit both terminals of the primary coil L1. Thereby, since the exciting current ILM flows to the primary side, it is possible to suppress the exciting current ILM from flowing to the secondary side of the transformer Tr, and it is possible to suppress an increase in the amplitude of the exciting current ILM due to the lower frequency of the exciting current ILM. Further, by setting the fourth switch SW4 to the OFF state during the output period, it is possible to normally output power from the primary side to the secondary side.

(第4実施形態)
図15に第4実施形態の電気的構成を示す。本実施形態の構成は、図1に示す第1実施形態の構成にLCフィルタ回路22を追加している構成である。
(Fourth embodiment)
FIG. 15 shows the electrical configuration of the fourth embodiment. The configuration of this embodiment is a configuration in which an LC filter circuit 22 is added to the configuration of the first embodiment shown in FIG.

第4実施形態の構成では、第1実施形態の構成と同様に、第3スイッチSW3と直流電圧源10の正極との接続点と、第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2の接続点とを接続する経路を設け、その経路上に平滑コンデンサCinを設ける構成としている。当該平滑コンデンサCinを設けることで、インバータ回路21に入力される電圧が平滑化(安定化)される。   In the configuration of the fourth embodiment, as in the configuration of the first embodiment, the connection point between the third switch SW3 and the positive electrode of the DC voltage source 10 is connected to the connection point between the first switch SW1 and the second switch SW2. And a smoothing capacitor Cin is provided on the path. By providing the smoothing capacitor Cin, the voltage input to the inverter circuit 21 is smoothed (stabilized).

さらに、本実施形態の構成では、平滑コンデンサCinと直流電圧源10との間にLCフィルタ回路22を設ける構成としている。LCフィルタ回路22を構成するインダクタLfは、直流電圧源10の正極と、第3スイッチSW3とを接続する経路上に設けられている。LCフィルタ回路22を構成するコンデンサCfは、インダクタLfよりも直流電圧源10側において、直流電圧源10の正極と負極とを接続する経路上に設けられている。LCフィルタ回路22は、インバータ回路21の動作に伴う高周波ノイズが直流電圧源10に入力されることを抑制する。   Furthermore, in the configuration of the present embodiment, the LC filter circuit 22 is provided between the smoothing capacitor Cin and the DC voltage source 10. The inductor Lf constituting the LC filter circuit 22 is provided on a path connecting the positive electrode of the DC voltage source 10 and the third switch SW3. The capacitor Cf constituting the LC filter circuit 22 is provided on the path connecting the positive electrode and the negative electrode of the DC voltage source 10 closer to the DC voltage source 10 than the inductor Lf. The LC filter circuit 22 suppresses the high frequency noise accompanying the operation of the inverter circuit 21 from being input to the DC voltage source 10.

ここで、出力期間から停止期間への切り替え時には、第3スイッチSW3をオフ状態とすることで、直流電圧源10とインバータ回路21とを遮断状態とする。この際、インダクタLfからインバータ回路21(センタタップCT)に向かって流れている電流、即ち、インダクタLfに蓄えられているエネルギーが平滑コンデンサCinに流れ込むことになる。インダクタLfから平滑コンデンサCinへの電流の流れ込みにより、平滑コンデンサCinの端子間電圧が上昇する。このため、平滑コンデンサCinの耐圧を高くする必要が生じ平滑コンデンサCinの体格の増加などが問題となる。   Here, when switching from the output period to the stop period, the DC voltage source 10 and the inverter circuit 21 are cut off by turning off the third switch SW3. At this time, the current flowing from the inductor Lf toward the inverter circuit 21 (center tap CT), that is, the energy stored in the inductor Lf flows into the smoothing capacitor Cin. As a current flows from the inductor Lf to the smoothing capacitor Cin, the voltage across the terminals of the smoothing capacitor Cin increases. For this reason, it is necessary to increase the withstand voltage of the smoothing capacitor Cin, and an increase in the size of the smoothing capacitor Cin becomes a problem.

図16を用いて、上述した出力期間から停止期間への切り替え時における平滑コンデンサCinの端子間電圧の変化を説明する。図16において、時刻T40が出力期間から停止期間への切り替え時点である。入力電流Iinが電源から供給される電流であり、センタタップ電流Ictが第3スイッチSW3を介してセンタタップCTに向かって流れる電流である。   A change in the voltage across the terminals of the smoothing capacitor Cin at the time of switching from the output period to the stop period will be described with reference to FIG. In FIG. 16, time T40 is a switching time point from the output period to the stop period. The input current Iin is a current supplied from the power source, and the center tap current Ict is a current that flows toward the center tap CT via the third switch SW3.

時刻T40より前の出力期間において、駆動信号gSW3(図示略)が常にハイ状態とされることで、スイッチSW3が常にオン状態とされ、駆動信号gSW1,gSW2が交互にハイ状態とされることで、スイッチSW1,SW2が交互にオン状態とされている。また、LCフィルタ回路22により、入力電流Iinは直流となっている。また、入力電流Iinは、スイッチSW1,SW2が駆動される駆動周期で周期的に変化している。   In the output period before time T40, the drive signal gSW3 (not shown) is always in the high state, so that the switch SW3 is always in the on state, and the drive signals gSW1 and gSW2 are alternately in the high state. The switches SW1 and SW2 are alternately turned on. Further, the LC filter circuit 22 makes the input current Iin a direct current. Further, the input current Iin periodically changes in the driving cycle in which the switches SW1 and SW2 are driven.

時刻T40において、制御装置40によって、駆動信号gSW1,gSW2がともにハイ状態とされることで、スイッチSW1,2がともにオン状態とされ、駆動信号gSW3(図示略)が常にロー状態とされることで、第3スイッチSW3がオフ状態とされて、電源装置20は、出力期間から停止期間へ移行する。時刻T40において、インダクタLfとインバータ回路21との電気的接続が切断される即ち、インダクタLfと一次コイルL1をともに含む閉回路が存在しなくなる。このため、インダクタLfからセンタタップCTに流れていたセンタタップ電流Ictが0になる。また、インダクタLfから平滑コンデンサCin及びセンタタップCTに流れていたインダクタ電流は、平滑コンデンサCinに流れ込むことになる。   At time T40, both the drive signals gSW1 and gSW2 are set to the high state by the control device 40, so that both the switches SW1 and SW2 are turned on, and the drive signal gSW3 (not shown) is always set to the low state. Thus, the third switch SW3 is turned off, and the power supply device 20 shifts from the output period to the stop period. At time T40, the electrical connection between the inductor Lf and the inverter circuit 21 is disconnected, that is, there is no closed circuit including both the inductor Lf and the primary coil L1. For this reason, the center tap current Ict flowing from the inductor Lf to the center tap CT becomes zero. Further, the inductor current flowing from the inductor Lf to the smoothing capacitor Cin and the center tap CT flows into the smoothing capacitor Cin.

つまり、時刻T40において、インダクタLfに蓄積されているエネルギーによって、インダクタLfと平滑コンデンサCinとの間にLC共振が生じる。LC共振によって生じる平滑コンデンサCinの端子間電圧Vcの最大変化量ΔVc値は、平滑コンデンサCinのキャパシタンス値をCin、インダクタLfのインダクタンス値をLf、時刻T40における入力電流IinをIin0、時刻T40におけるセンタタップ電流IctをIct0とすると、ΔVc=√{(Lf/Cin)(Iin0−Ict0)^2}と表すことができる。即ち、平滑コンデンサCinの端子間電圧Vcのピーク値は、出力期間から停止期間に切り替わる時点における入力電流Iin0に比例する。   That is, at time T40, LC resonance occurs between the inductor Lf and the smoothing capacitor Cin due to the energy accumulated in the inductor Lf. The maximum change amount ΔVc value of the inter-terminal voltage Vc of the smoothing capacitor Cin caused by LC resonance is Cin as the capacitance value of the smoothing capacitor Cin, Lf as the inductance value of the inductor Lf, Iin0 as the input current Iin at time T40, and the center at time T40. When the tap current Ict is Ict0, it can be expressed as ΔVc = √ {(Lf / Cin) (Iin0−Ict0) ^ 2}. That is, the peak value of the inter-terminal voltage Vc of the smoothing capacitor Cin is proportional to the input current Iin0 at the time of switching from the output period to the stop period.

そこで、本実施形態の「駆動部」としての制御装置40は、出力期間において、第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2を所定の駆動周波数fsw、かつ、50%以下の所定のデューティで交互に駆動する。さらに、制御装置40は、出力期間のうち停止期間に切り替わる時点を含む所定期間において、デューティを減少方向に変化させる。当該制御により、出力期間から停止期間に切り替わる時点において、インダクタLfに蓄えられているエネルギーを減少させることができ、平滑コンデンサCinの端子間電圧の上昇を抑制することができる。   Therefore, the control device 40 as the “drive unit” of the present embodiment alternately drives the first switch SW1 and the second switch SW2 with a predetermined drive frequency fsw and a predetermined duty of 50% or less during the output period. To do. Furthermore, the control device 40 changes the duty in a decreasing direction in a predetermined period including a time point when the output period is switched to the stop period. With this control, at the time of switching from the output period to the stop period, the energy stored in the inductor Lf can be reduced, and an increase in the voltage across the terminals of the smoothing capacitor Cin can be suppressed.

また、制御装置40は、インバータ回路21において、出力期間において出力電流Ioutを出力し、停止期間において出力電流Ioutを停止するバースト出力を行う。つまり、インバータ回路21の出力電流Ioutは、1つの出力期間と1つの停止期間とをあわせた期間を一周期(バースト周期)として、周期的に変化することになる。このため、インバータ回路21の出力電流Ioutは、バースト周期の逆数に相当する周波数成分、及び、そのn次高調波周波数成分を有することになる。このバースト周期に起因する周波数成分は、共振周波数frなどと比較して低周波数のものであり、可聴域のものを含むことが懸念される。バースト周期に起因し、可聴域に属する出力電流Ioutの周波数成分による悪影響、例えば、磁歪などによる騒音の発生などが問題となる。   In addition, in the inverter circuit 21, the control device 40 outputs the output current Iout in the output period, and performs burst output that stops the output current Iout in the stop period. That is, the output current Iout of the inverter circuit 21 changes periodically with a period including one output period and one stop period as one period (burst period). For this reason, the output current Iout of the inverter circuit 21 has a frequency component corresponding to the reciprocal of the burst period and its n-th harmonic frequency component. The frequency component resulting from this burst period is low in frequency compared to the resonance frequency fr and the like, and there is a concern that it may include an audible range. Due to the burst period, adverse effects due to the frequency component of the output current Iout belonging to the audible range, for example, the generation of noise due to magnetostriction, etc., become a problem.

そこで、制御装置40は、出力期間の開始時点からその出力期間中の所定時点にわたってデューティを増加方向に変化させるとともに、所定時点からその出力期間の終了時点にわたってデューティを減少方向に変化させ、出力期間の出力電圧Voutの振幅が出力期間の2倍の周期で変化するようにディーティを変化させる構成とした。より具体的には、図17のようにインバータ回路21の出力電圧Voutの振幅(出力電圧Voutの包絡線の上下幅)が正弦波状に変化するようにスイッチSW1,SW2のディーティを変化させる構成とした。より詳しくは、出力電圧Voutの振幅の絶対値(変調率)が正弦波の半波整流波形状に変化するようにスイッチSW1,SW2のデューティを変化させる構成とした。即ち、制御装置40は、出力期間の開始時において、出力電圧Voutの振幅を略0し、その後、出力電圧Voutの振幅を正弦波状に増加させる。そして、出力期間の開始時と終了時との中間時点において、出力電圧Voutの振幅を最大値とし、その後出力電圧Voutの振幅を正弦波状に減少させる。そして、出力期間の終了時において、出力電圧Voutの振幅を略0とする。本構成により、バースト周期に起因する出力電圧Voutの各周波数成分を弱め、可聴域に属する出力電流Ioutの周波数成分による悪影響を抑えることができる。   Therefore, the control device 40 changes the duty in the increasing direction from the start point of the output period to the predetermined time point in the output period, and changes the duty in the decreasing direction from the predetermined time point to the end point of the output period. The duty cycle is changed so that the amplitude of the output voltage Vout changes at a cycle twice that of the output period. More specifically, as shown in FIG. 17, the duty of the switches SW1 and SW2 is changed so that the amplitude of the output voltage Vout of the inverter circuit 21 (the vertical width of the envelope of the output voltage Vout) changes sinusoidally. did. More specifically, the duty of the switches SW1 and SW2 is changed so that the absolute value (modulation factor) of the amplitude of the output voltage Vout changes into a half-wave rectified wave shape of a sine wave. That is, the control device 40 substantially reduces the amplitude of the output voltage Vout at the start of the output period, and then increases the amplitude of the output voltage Vout in a sine wave shape. Then, at the intermediate time between the start and end of the output period, the amplitude of the output voltage Vout is set to the maximum value, and then the amplitude of the output voltage Vout is decreased in a sine wave shape. At the end of the output period, the amplitude of the output voltage Vout is set to approximately zero. With this configuration, it is possible to weaken each frequency component of the output voltage Vout due to the burst period and suppress an adverse effect due to the frequency component of the output current Iout belonging to the audible range.

また、出力期間の開始時点からその出力期間中の所定時点にわたってデューティを増加方向に変化させるとともに、所定時点からその出力期間の終了時点にわたってデューティを減少方向に変化させる構成では、出力期間のうち停止期間に切り替わる時点を含む所定期間において、スイッチSW1,SW2のデューティ(駆動周期におけるオン時間の割合)が減少方向に変化する。つまり、出力期間から停止期間に切り替わる時点において、誘導成分に蓄えられているエネルギーを減少させることができ、平滑コンデンサCinの端子間電圧Vcの上昇を抑制することができる。   Also, in the configuration in which the duty is changed in the increasing direction from the start point of the output period to a predetermined point in the output period, and the duty is changed in the decreasing direction from the predetermined point to the end point of the output period, the duty is stopped in the output period. In a predetermined period including the time point when the period is switched, the duty of the switches SW1 and SW2 (the ratio of the on time in the driving cycle) changes in a decreasing direction. That is, at the time of switching from the output period to the stop period, the energy stored in the inductive component can be reduced, and an increase in the inter-terminal voltage Vc of the smoothing capacitor Cin can be suppressed.

ここで、本実施形態の制御を実施すると出力期間におけるスイッチSW1,SW2のデューティが50%より低いものを含むこととなり、スイッチSW1,SW2のデューティを50%に設定した場合と比較して、出力電圧Voutが低くなる。このため、放電負荷31に供給される電力の低下が懸念される。そこで、制御装置40は、スイッチSW1,SW2のデューティを低下させる場合に、そのデューティ低下に伴う出力電力Poutの低下を補うべく、出力期間を長く設定する。   Here, when the control of the present embodiment is performed, the duty of the switches SW1 and SW2 in the output period is lower than 50%, and the output is compared with the case where the duty of the switches SW1 and SW2 is set to 50%. The voltage Vout is lowered. For this reason, there is a concern about a decrease in power supplied to the discharge load 31. Therefore, when reducing the duty of the switches SW1 and SW2, the control device 40 sets the output period to be long in order to compensate for the decrease in the output power Pout accompanying the decrease in the duty.

図18を用いて、出力期間の出力電圧の振幅が正弦波状に変化するようにディーティを変化させた場合の平滑コンデンサCinの端子間電圧の変化について説明する。   A change in the voltage across the terminals of the smoothing capacitor Cin when the duty is changed so that the amplitude of the output voltage in the output period changes in a sine wave shape will be described with reference to FIG.

出力期間中の時刻T50より前の期間(出力期間の開始時点からその出力期間中の所定時刻T50より前の期間)において、スイッチSW1,SW2(駆動信号gSW1,gSW2)それぞれのデューティが増加方向に変化し、時刻T50において、スイッチSW1,SW2それぞれのデューティが最高値(50%)に達する。出力期間中の時刻T50より前の期間では、出力電圧Voutの振幅(包絡線の上下幅)が増加方向に変化しており、インバータ回路21のセンタタップ電流Ictの振幅(ピーク値)が増加方向に変化しており、入力電流Iinは増加方向に変化している。   In the period before the time T50 in the output period (the period before the predetermined time T50 in the output period from the start time of the output period), the duty of each of the switches SW1, SW2 (drive signals gSW1, gSW2) increases. At time T50, the duty of each of the switches SW1 and SW2 reaches the maximum value (50%). In the period before time T50 in the output period, the amplitude of the output voltage Vout (the vertical width of the envelope) changes in the increasing direction, and the amplitude (peak value) of the center tap current Ict of the inverter circuit 21 increases. The input current Iin changes in an increasing direction.

時刻T50の後、時刻T50から出力期間の終了時点である時刻T51までの期間にわたってスイッチSW1,SW2それぞれのデューティが減少方向に変化する。時刻T50から時刻T51までの期間では、出力電圧Voutの振幅(包絡線の上下幅)が減少方向に変化しており、センタタップ電流Ictの振幅(ピーク値)が減少方向に変化しており、入力電流Iinは減少方向に変化している。   After time T50, the duty of each of the switches SW1 and SW2 changes in a decreasing direction over a period from time T50 to time T51, which is the end point of the output period. During the period from time T50 to time T51, the amplitude of the output voltage Vout (the vertical width of the envelope) changes in the decreasing direction, and the amplitude (peak value) of the center tap current Ict changes in the decreasing direction. The input current Iin changes in a decreasing direction.

時刻T51において、駆動信号gSW1,gSW2がともにハイ状態とされることで、スイッチSW1,SW2がともにオン状態とされるとともに、駆動信号gSW3(図示略)がロー状態とされることで、スイッチSW3がオフ状態とされ、出力期間から停止期間への切り替えが行われる。出力期間から停止期間への切り替え時において、入力電流Iinを減少させておくことで、インダクタLfに蓄積されているエネルギーが小さくなるため、インダクタLfから平滑コンデンサCinへの電流の流れ込みに伴う平滑コンデンサCinの端子間電圧の増加を抑制できる。   At time T51, both the drive signals gSW1 and gSW2 are set to the high state, so that both the switches SW1 and SW2 are turned on, and the drive signal gSW3 (not shown) is set to the low state, so that the switch SW3 Is turned off, and the output period is switched to the stop period. Since the energy stored in the inductor Lf is reduced by reducing the input current Iin when switching from the output period to the stop period, the smoothing capacitor accompanying the flow of current from the inductor Lf to the smoothing capacitor Cin An increase in the voltage between terminals of Cin can be suppressed.

また、インバータ回路21から電力を供給される放電負荷31は、電圧と電流とが比例関係とならない非線形素子である。このため、出力電圧Voutの振幅が正弦波状で変化するようにスイッチSW1,SW2のデューティを設定しているが、実際の出力電圧Voutの振幅は、歪んだ正弦波状に変化する。   Further, the discharge load 31 to which power is supplied from the inverter circuit 21 is a non-linear element in which the voltage and the current do not have a proportional relationship. For this reason, the duty of the switches SW1 and SW2 is set so that the amplitude of the output voltage Vout changes in a sine wave shape, but the actual amplitude of the output voltage Vout changes in a distorted sine wave shape.

図19にバースト周期に起因するインバータ回路21の雑音端子電圧の周波数成分の大きさを示す。出力期間において、スイッチSW1,SW2のデューティを常に50%とした場合の雑音端子電圧の周波数成分を黒色で示している。また、本実施形態のスイッチSW1,SW2のデューティを正弦波状に変化させた場合の雑音端子電圧の周波数成分を灰色で示している。図19に示すように、本実施形態の制御を実施することで、バースト周波数のn次高調波成分を低減することができる。   FIG. 19 shows the magnitude of the frequency component of the noise terminal voltage of the inverter circuit 21 resulting from the burst period. In the output period, the frequency component of the noise terminal voltage when the duty of the switches SW1 and SW2 is always 50% is shown in black. Further, the frequency component of the noise terminal voltage when the duty of the switches SW1 and SW2 of the present embodiment is changed in a sine wave shape is shown in gray. As shown in FIG. 19, by performing the control of the present embodiment, the nth-order harmonic component of the burst frequency can be reduced.

なお、上記説明では、直流電圧源10と平滑コンデンサCinとの間にLCフィルタ回路22を設ける構成としたがこれを省略してもよい。LCフィルタ回路22を省略した構成においても、出力期間から停止期間への切り替え時において、直流電圧源10と平滑コンデンサCinとの間に存在する寄生インダクタから平滑コンデンサCinへの電流の流れ込みが生じる。このため、LCフィルタ回路22を省略した構成に対して、出力期間のうち停止期間に切り替わる時点を含む所定期間においてスイッチSW1,SW2のデューティを減少させる構成を適用した場合においても、平滑コンデンサCinの端子間電圧の増加を抑制できる。   In the above description, the LC filter circuit 22 is provided between the DC voltage source 10 and the smoothing capacitor Cin, but this may be omitted. Even in the configuration in which the LC filter circuit 22 is omitted, a current flows from the parasitic inductor existing between the DC voltage source 10 and the smoothing capacitor Cin to the smoothing capacitor Cin when switching from the output period to the stop period. For this reason, even when the configuration in which the duty of the switches SW1 and SW2 is decreased in a predetermined period including the time point when the output period is switched to the stop period is applied to the configuration in which the LC filter circuit 22 is omitted, the smoothing capacitor Cin An increase in voltage between terminals can be suppressed.

出力期間の開始時点からその出力期間中の所定時点にわたってスイッチSW1,SW2のデューティを増加方向に変化させるとともに、所定時点からその出力期間の終了時点にわたってスイッチSW1,SW2のデューティを減少方向に変化させる構成の変形例として、制御装置40が、出力電圧Voutが三角波状に変化するようにスイッチSW1,SW2のデューティをそれぞれ設定する構成としてもよい。ここで、各時点におけるスイッチSW1,SW2のデューティは略等しくなるように設定するとよい。   The duty of the switches SW1 and SW2 is changed in the increasing direction from the start point of the output period to a predetermined point in the output period, and the duty of the switches SW1 and SW2 is changed in the decreasing direction from the predetermined point to the end point of the output period. As a modification of the configuration, the control device 40 may set the duty of the switches SW1 and SW2 so that the output voltage Vout changes in a triangular wave shape. Here, the duty of the switches SW1 and SW2 at each time point may be set to be substantially equal.

出力期間のうち停止期間に切り替わる時点を含む所定期間において、デューティを減少方向に変化させる構成の変形例として、制御装置40が、出力期間の所定時点までスイッチSW1,SW2のデューティをそれぞれ50%に設定し、所定時点以降において、スイッチSW1,SW2のデューティをそれぞれ減少させる構成としてもよい。   As a modification of the configuration in which the duty is changed in a decreasing direction in a predetermined period including the time point when the output period is switched to the stop period, the control device 40 sets the duty of the switches SW1 and SW2 to 50% until the predetermined time point in the output period. It is good also as a structure which sets and reduces the duty of switch SW1, SW2 after a predetermined time.

本実施形態の説明では、第1実施形態の電気的構成を前提としたが、これを変更し、第3実施形態の電気的構成を前提とするものであってもよい。第3実施形態の電気的構成を前提とした場合、出力期間において、スイッチSW1,SW2のデューティを出力期間の開始時点からその出力期間中の所定時点にわたってデューティを増加方向に変化させるとともに、所定時点からその出力期間の終了時点にわたってデューティを減少方向に変化させる構成とするとよい。また、出力期間において、第4スイッチSW4をオフとする構成とするとよい。また、停止期間において、スイッチSW1,SW2をともにオフとするとともに、第4スイッチSW4をオン状態とするとよい。   In the description of the present embodiment, the electrical configuration of the first embodiment is assumed. However, this may be changed and the electrical configuration of the third embodiment may be assumed. Assuming the electrical configuration of the third embodiment, in the output period, the duty of the switches SW1 and SW2 is changed in the increasing direction from the start point of the output period to a predetermined point in the output period, and at a predetermined point in time. The duty may be changed in the decreasing direction from the end of the output period to the end of the output period. In addition, the fourth switch SW4 may be turned off in the output period. In the stop period, both the switches SW1 and SW2 may be turned off and the fourth switch SW4 may be turned on.

(他の実施形態)
・平滑コンデンサCinを省略する構成としてもよい。
(Other embodiments)
-It is good also as a structure which abbreviate | omits the smoothing capacitor Cin.

・第1,2,4実施形態では、直流電圧源10と、センタタップCTとの間にスイッチSW3を設ける構成としたが、これを変更し、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2との接続点(第1スイッチSW1のエミッタと第2スイッチSW2のエミッタとの接続点)と、直流電圧源10との間にスイッチSW3を設ける構成としてもよい。なお、平滑コンデンサCinを設ける構成では、平滑コンデンサCinよりも第1スイッチSW1と第2スイッチSW2との接続点側にスイッチSW3を設ける構成とするとよい。   In the first, second, and fourth embodiments, the switch SW3 is provided between the DC voltage source 10 and the center tap CT, but this is changed to connect the first switch SW1 and the second switch SW2. A switch SW3 may be provided between the point (a connection point between the emitter of the first switch SW1 and the emitter of the second switch SW2) and the DC voltage source 10. In the configuration in which the smoothing capacitor Cin is provided, the switch SW3 may be provided on the connection point side of the first switch SW1 and the second switch SW2 with respect to the smoothing capacitor Cin.

・第2実施形態において、図20に示すように、図1に示す第1実施形態の電気的構成に加えて、第3スイッチSW3よりも一次コイルL1側において、センタタップCTと第1スイッチSW及び第2スイッチSWの接続点とを接続する経路上に還流ダイオードDTを設ける構成とするとよい。   In the second embodiment, as shown in FIG. 20, in addition to the electrical configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, the center tap CT and the first switch SW are closer to the primary coil L1 than the third switch SW3. And it is good to set it as the structure which provides the free-wheeling diode DT on the path | route which connects the connection point of 2nd switch SW.

本構成では、スイッチSW1,SW2の一方が駆動周期の1/4の期間にわたりオン状態とされた時点で、出力期間から停止期間に移行する。この構成では、スイッチSW3に電流が流れている状態で、スイッチSW3がオフ状態にされることとなり、スイッチSW3にサージ電圧が発生する。そこで、還流ダイオードDTを設ける構成とすることで、スイッチSW3に生じるサージ電圧を抑制することが可能になる。   In this configuration, when one of the switches SW1 and SW2 is turned on for a quarter of the drive cycle, the output period is shifted to the stop period. In this configuration, the switch SW3 is turned off while a current is flowing through the switch SW3, and a surge voltage is generated in the switch SW3. Therefore, by providing the free wheel diode DT, it is possible to suppress the surge voltage generated in the switch SW3.

また、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2との接続点と、直流電圧源10との間にスイッチSW3を設ける構成においても、第3スイッチSW3よりも一次コイルL1側において、センタタップCTと第1スイッチSW及び第2スイッチSWの接続点とを接続する経路上に還流ダイオードDTを設ける構成とするとよい。   Further, in the configuration in which the switch SW3 is provided between the connection point between the first switch SW1 and the second switch SW2 and the DC voltage source 10, the center tap CT and the first tap are closer to the primary coil L1 than the third switch SW3. A configuration in which a free-wheeling diode DT is provided on a path connecting the connection point of the first switch SW and the second switch SW is preferable.

・第1実施形態において、出力期間から停止期間への切り替えの直前において、スイッチSW1,SW2の一方をデューティ50%でオンとし、その後の停止期間から出力期間への切り替えの直前において、スイッチSW1,SW2の他方をデューティ50%でオンとする構成としたが、これを変更してもよい。例えば、出力期間から停止期間への切り替えの直前において、スイッチSW1,SW2の一方を所定のデューティ(A%)でオンとし、その後の停止期間から出力期間への切り替えの直前において、スイッチSW1,SW2の他方を当該所定のデューティ(A%)でオンとする構成としてもよい(Aは、0〜50のうち任意の値)。   In the first embodiment, immediately before switching from the output period to the stop period, one of the switches SW1 and SW2 is turned on with a duty of 50%, and immediately after the subsequent switch from the stop period to the output period, the switch SW1 Although the other SW2 is turned on with a duty of 50%, this may be changed. For example, immediately before switching from the output period to the stop period, one of the switches SW1 and SW2 is turned on at a predetermined duty (A%), and immediately before the subsequent switch from the stop period to the output period, the switches SW1 and SW2 are turned on. It is good also as a structure which turns on the other of these by the said predetermined duty (A%) (A is arbitrary values among 0-50).

・二次側に、放電負荷31と直列にコイルを挿入する構成としてもよい。この構成では、共振周波数frは、トランスTrの一次二次側間の漏れインダクタンスの二次側換算値Lsbと、コイルのインダクタンスと、放電負荷31の容量成分とによって決定される。   -It is good also as a structure which inserts a coil in series with the discharge load 31 on the secondary side. In this configuration, the resonance frequency fr is determined by the secondary conversion value Lsb of the leakage inductance between the primary and secondary sides of the transformer Tr, the inductance of the coil, and the capacitance component of the discharge load 31.

・スイッチSW1,SW2をNチャネルMOS−FETから変更してもよい。例えば、IGBTを用いてもよい。なお、スイッチSW1,SW2にIGBTを用いる場合は、還流ダイオードを設ける構成とするとよい。   -You may change switch SW1, SW2 from N channel MOS-FET. For example, an IGBT may be used. In addition, when using IGBT for switch SW1, SW2, it is good to set it as the structure which provides a free-wheeling diode.

・上記実施形態では、停止期間において、スイッチSW1,SW2をオン、スイッチSW3をオフとすることで、電力出力を停止する構成とした。これを変更し、スイッチSW3を省略し、停止期間において、SW1,SW2をオフする構成としてもよい。   In the above embodiment, the power output is stopped by turning on the switches SW1 and SW2 and turning off the switch SW3 during the stop period. This may be changed, the switch SW3 may be omitted, and the SW1 and SW2 may be turned off during the stop period.

さらに、スイッチSW3を省略する構成において、励磁電流ILMが略0となるタイミングで停止期間から出力期間へと移行する構成とするとよい。ここで、励磁電流ILMは停止期間中において、励磁インダクタンスLM、放電負荷31の放電前等価容量Cb、及び、二次側の寄生容量に応じた共振周期で共振する。そこで、励磁電流ILMが略0となるタイミングで出力期間から停止期間へと移行し、k×共振周期(kは任意の自然数)が経過したタイミングで停止期間から出力期間へと移行することで、励磁電流ILMが略0となるタイミングで停止期間から出力期間へと移行することができる。   Further, in the configuration in which the switch SW3 is omitted, it is preferable to shift from the stop period to the output period at the timing when the excitation current ILM becomes substantially zero. Here, during the stop period, the exciting current ILM resonates at a resonance period corresponding to the exciting inductance LM, the pre-discharge equivalent capacitance Cb of the discharge load 31, and the secondary side parasitic capacitance. Therefore, by shifting from the output period to the stop period at a timing when the excitation current ILM becomes substantially 0, and by shifting from the stop period to the output period at a timing when k × resonance period (k is an arbitrary natural number) has elapsed, It is possible to shift from the stop period to the output period when the excitation current ILM becomes substantially zero.

図21に、本変形例における間欠出力実施時における励磁電流ILMの時間変化を表すタイミングチャートを示す。励磁電流ILMが略0となる時刻T31において、出力期間から停止期間への切り替えを実施する。つまり、時刻T31において、オン状態とされているスイッチSW2をオフ状態とすることで、スイッチSW1,SW2をともにオフ状態とさせる。その後、時刻T31から7×共振周期分の期間が経過し、励磁電流ILMが略0となる時刻T32において、停止期間から出力期間への切り替えを実施する。これにより、励磁電流ILMが過大になることを抑制できる。   FIG. 21 is a timing chart showing the time change of the excitation current ILM when intermittent output is performed in the present modification. At time T31 when the excitation current ILM becomes substantially 0, switching from the output period to the stop period is performed. That is, at time T31, the switch SW2 that is turned on is turned off, so that the switches SW1 and SW2 are both turned off. After that, a period of 7 × resonance period has elapsed from time T31, and switching from the stop period to the output period is performed at time T32 when the excitation current ILM becomes substantially zero. Thereby, it can suppress that the exciting current ILM becomes excessive.

・励磁電流ILMは、二次コイルL2に流れる二次側電流、及び、二次コイルL2に生じる二次側電圧と相関を有する。「検出値取得部」としての制御装置40は、出力電流Ioutの検出値を二次コイルL2に流れる二次側電流の検出値として取得できる。また、「検出値取得部」としての制御装置40は、出力電圧Voutの検出値を二次コイルL2に生じる二次側電圧の検出値として取得できる。   The excitation current ILM has a correlation with the secondary side current flowing through the secondary coil L2 and the secondary side voltage generated in the secondary coil L2. The control device 40 as the “detection value acquisition unit” can acquire the detection value of the output current Iout as the detection value of the secondary current flowing in the secondary coil L2. Further, the control device 40 as the “detection value acquisition unit” can acquire the detection value of the output voltage Vout as the detection value of the secondary side voltage generated in the secondary coil L2.

そこで、制御装置40は、二次側電流の検出値、又は、二次側電圧の検出値に基づいて、トランスTrに流れる励磁電流ILMが所定値より小さい場合に停止期間から前記出力期間への切り替えを行う。   Therefore, the control device 40 shifts from the stop period to the output period when the excitation current ILM flowing through the transformer Tr is smaller than a predetermined value based on the detected value of the secondary current or the detected value of the secondary voltage. Switch.

より具体的には、図22に示すように、二次側電圧の検出値(出力電圧Voutの検出値)の絶対値が略最大となる場合に、停止期間から出力期間への切り替えを行う。二次側電圧と励磁電流ILMとは、略90度の位相差を有するため、二次側電圧の絶対値が略最大となる場合に、励磁電流ILMは略0となる。このため、励磁電流ILMが略0となる時点において、停止期間から前記出力期間への切り替えを行うことが可能になり、その結果、トランスTrにおける磁気飽和を抑制することが可能となる。   More specifically, as shown in FIG. 22, when the absolute value of the detected value of the secondary side voltage (detected value of the output voltage Vout) is substantially maximum, switching from the stop period to the output period is performed. Since the secondary side voltage and the excitation current ILM have a phase difference of about 90 degrees, the excitation current ILM becomes substantially zero when the absolute value of the secondary side voltage becomes substantially maximum. For this reason, when the excitation current ILM becomes substantially zero, it is possible to switch from the stop period to the output period, and as a result, it is possible to suppress magnetic saturation in the transformer Tr.

また、図22に示すように、停止期間から出力期間への切り替えの際、駆動周期に対し、第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2の一方(スイッチSW2)をオン状態、他方(スイッチSW1)をオフ状態とする期間の比率を目標比率(例えば、1/2)の半分とする。その後、駆動周期に対し、第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2の他方(スイッチSW2)をオン状態、一方(スイッチSW1)をオフ状態とする期間の比率を目標比率とする構成とする。このような構成にすることで、停止期間から出力期間への移行時の直後において、励磁電流ILMが過大になることを抑制できる。   As shown in FIG. 22, when switching from the stop period to the output period, one of the first switch SW1 and the second switch SW2 (switch SW2) is turned on and the other (switch SW1) is switched with respect to the drive cycle. The ratio of the period in the off state is set to half of the target ratio (for example, 1/2). After that, the ratio of the period in which the other of the first switch SW1 and the second switch SW2 (switch SW2) is in the on state and one (switch SW1) is in the off state with respect to the driving cycle is set as the target ratio. With such a configuration, it is possible to prevent the excitation current ILM from becoming excessive immediately after the transition from the stop period to the output period.

ここで、停止期間から出力期間への切り替えの際、駆動周期に対し、第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2の一方をオン状態、他方をオフ状態とする期間の比率を目標比率(例えば、1/2)より小さい所定値に設定する構成にしてもよい。さらに、その後、所定期間経過後に、駆動周期に対し、第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2の一方をオン状態、他方をオフ状態とする期間の比率を目標比率まで増加させる構成としてもよい。ここで、駆動周期に対し、第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2の一方をオン状態、他方をオフ状態とする期間の比率について、徐々に増加させる構成とするとよい。このような構成にすることで、停止期間から出力期間への移行時の直後において、励磁電流ILMが過大になることを抑制できる。   Here, at the time of switching from the stop period to the output period, the ratio of the period in which one of the first switch SW1 and the second switch SW2 is in the on state and the other in the off state with respect to the drive cycle is set as the target ratio (for example, 1 / 2) It may be configured to be set to a predetermined value smaller than that. Further, after a predetermined period, the ratio of the period in which one of the first switch SW1 and the second switch SW2 is turned on and the other is turned off may be increased to the target ratio with respect to the driving cycle. Here, the ratio of the period in which one of the first switch SW1 and the second switch SW2 is on and the other is off may be gradually increased with respect to the driving cycle. With such a configuration, it is possible to prevent the excitation current ILM from becoming excessive immediately after the transition from the stop period to the output period.

10…直流電圧源、20…電源装置、21…インバータ回路、30…共振負荷、31…放電負荷、40…制御装置、D1,D2…ダイオード、SW1,SW2…スイッチ、Tr…トランス、L1…一次コイル、L2…二次コイル、CT…センタタップ、Lsb…一次二次側間の漏れインダクタンスの二次側換算値。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... DC voltage source, 20 ... Power supply device, 21 ... Inverter circuit, 30 ... Resonant load, 31 ... Discharge load, 40 ... Control device, D1, D2 ... Diode, SW1, SW2 ... Switch, Tr ... Transformer, L1 ... Primary Coil, L2 ... secondary coil, CT ... center tap, Lsb ... secondary side conversion value of leakage inductance between primary and secondary sides.

Claims (15)

直流電圧源(10)から直流電力を供給され、容量性負荷(31)に対して交流電力を出力するインバータ回路(21)を有する電源装置(20)であって、
前記インバータ回路は、センタタップ(CT)を有する一次コイル(L1)と、その一次コイルと磁気的に結合する二次コイル(L2)とを有するトランス(Tr)と、前記一次コイルの両端のそれぞれに接続された半導体スイッチング素子である第1スイッチ(SW1)及び第2スイッチ(SW2)と、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチにそれぞれ逆並列に接続された第1ダイオード(D1)及び第2ダイオード(D2)と、を備え、前記センタタップは、前記直流電圧源の一方の端子に接続され、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチは、前記直流電圧源の他方の端子に接続されているプッシュプル方式のインバータ回路であり、
前記トランスの一次二次側間の漏れインダクタンスの二次側換算値(Lsb)と前記容量性負荷の容量とを有する共振回路(30)の共振周波数以下、かつ、その共振周波数近傍の駆動周波数で、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを交互に駆動する駆動部(40)と、
前記インバータ回路の出力電圧及び前記駆動周波数に応じて定まる前記インバータ回路の出力可能電力と、前記容量性負荷に供給する供給電力の目標値である目標電力と、の比率を算出する算出部(40)と、を備え、
前記駆動部は、所定周期において、その所定周期と前記算出部が算出した比率との積に相当する時間を出力期間とし、その出力期間にわたって、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを交互にオン状態とするとともに、前記所定周期において、前記出力期間以外の期間を停止期間とし、その停止期間にわたって、前記直流電圧源から前記一次コイルに流れる電流を遮断する電源装置。
A power supply device (20) having an inverter circuit (21) supplied with DC power from a DC voltage source (10) and outputting AC power to a capacitive load (31),
The inverter circuit includes a primary coil (L1) having a center tap (CT), a transformer (Tr) having a secondary coil (L2) magnetically coupled to the primary coil, and both ends of the primary coil. A first switch (SW1) and a second switch (SW2), which are semiconductor switching elements connected to the first switch, and a first diode (D1) and a second switch connected in antiparallel to the first switch and the second switch, respectively. A diode (D2), wherein the center tap is connected to one terminal of the DC voltage source, and the first switch and the second switch are connected to the other terminal of the DC voltage source. Push-pull inverter circuit
At a drive frequency that is equal to or lower than the resonance frequency of the resonance circuit (30) having a secondary side converted value (Lsb) of leakage inductance between the primary and secondary sides of the transformer and the capacity of the capacitive load, and in the vicinity of the resonance frequency. A drive unit (40) for alternately driving the first switch and the second switch;
A calculation unit (40) that calculates a ratio between the output power of the inverter circuit determined according to the output voltage of the inverter circuit and the drive frequency and the target power that is a target value of the supply power supplied to the capacitive load. ) And
In the predetermined period, the driving unit sets a time corresponding to a product of the predetermined period and the ratio calculated by the calculation unit as an output period, and turns on the first switch and the second switch alternately over the output period. A power supply device that is in a state, and in the predetermined cycle, a period other than the output period is set as a stop period, and the current flowing from the DC voltage source to the primary coil is cut off during the stop period.
前記センタタップと前記直流電圧源との間、又は、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの接続点と前記直流電圧源との間に接続された半導体スイッチング素子である第3スイッチ(SW3)を備える請求項1に記載の電源装置。   A third switch (SW3) which is a semiconductor switching element connected between the center tap and the DC voltage source or between a connection point of the first switch and the second switch and the DC voltage source; The power supply device according to claim 1 provided. 前記駆動部は、
前記出力期間にわたって、前記第3スイッチをオン状態とし、
前記停止期間にわたって、前記第3スイッチをオフ状態とすることで、前記直流電圧源から前記一次コイルに流れる電流を遮断するとともに、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチをオン状態とする請求項2に記載の電源装置。
The drive unit is
The third switch is turned on over the output period,
3. The third switch is turned off over the stop period to cut off a current flowing from the DC voltage source to the primary coil, and to turn on the first switch and the second switch. The power supply device described in 1.
前記第3スイッチよりも前記一次コイル側において、前記センタタップと前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの接続点とを接続する経路上に還流ダイオード(DT)を備える請求項3に記載の電源装置。   4. The power supply device according to claim 3, further comprising a free-wheeling diode (DT) on a path connecting the center tap and a connection point of the first switch and the second switch closer to the primary coil than the third switch. . 前記一次コイルと前記第1スイッチの接続点と、前記一次コイルと前記第2スイッチの接続点との間に接続された半導体スイッチング素子である第4スイッチ(SW4)を備える請求項1に記載の電源装置。   The fourth switch (SW4), which is a semiconductor switching element connected between the connection point of the primary coil and the first switch, and the connection point of the primary coil and the second switch. Power supply. 前記駆動部は、
前記出力期間にわたって、前記第4スイッチをオフ状態とし、
前記停止期間にわたって、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチをオフ状態とすることで、前記直流電圧源から前記一次コイルに流れる電流を遮断するとともに、前記第4スイッチをオン状態とする請求項5に記載の電源装置。
The drive unit is
Over the output period, the fourth switch is turned off,
6. The first switch and the second switch are turned off over the stop period to cut off the current flowing from the DC voltage source to the primary coil and turn the fourth switch on. The power supply device described in 1.
前記駆動部は、前記出力期間から前記停止期間への切り替えの際、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの一方がオン状態とされ、かつ、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの他方がオフ状態とされている場合に、次の前記停止期間から前記出力期間への切り替えの際、前記出力期間にオフ状態とされていたものと異なる前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの一方をオフ状態とし、かつ、前記出力期間にオン状態とされていたものと異なる前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの他方をオン状態とする請求項3乃至6のいずれか1項に記載の電源装置。   In the driving unit, when switching from the output period to the stop period, one of the first switch and the second switch is turned on, and the other of the first switch and the second switch is turned off. In the case of being in a state, at the time of switching from the stop period to the output period, one of the first switch and the second switch that is different from the off state in the output period is turned off. The power supply device according to any one of claims 3 to 6, wherein the other of the first switch and the second switch different from that turned on during the output period is turned on. 前記駆動部は、前記出力期間から前記停止期間への切り替えの際、前記駆動周波数の逆数である駆動周期の1/4の期間にわたって、前記第1スイッチをオン状態、前記第2スイッチをオフ状態とした後、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチをともにオン状態とすることで、前記出力期間から前記停止期間への切り替えを行う請求項3乃至6のいずれか1項に記載の電源装置。   The drive unit turns on the first switch and turns off the second switch over a period of ¼ of the drive cycle that is the reciprocal of the drive frequency when switching from the output period to the stop period. The power supply device according to any one of claims 3 to 6, wherein the first switch and the second switch are both turned on to switch from the output period to the stop period. 前記駆動部は、前記停止期間から前記出力期間への切り替えの際、前記駆動周波数の逆数である駆動周期の1/4の期間にわたって、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの一方をオン状態、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの他方をオフ状態とする請求項8記載の電源装置。   The driving unit turns on one of the first switch and the second switch over a period of ¼ of a driving cycle that is a reciprocal of the driving frequency when switching from the stop period to the output period. The power supply device according to claim 8, wherein the other of the first switch and the second switch is turned off. 前記二次コイルに流れる二次側電流の検出値、又は、前記二次コイルに生じる二次側電圧の検出値を取得する検出値取得部を備え、
前記駆動部は、前記出力期間から前記停止期間への切り替えの際、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチをともにオフ状態とすることで、前記出力期間から前記停止期間への切り替えを行い、前記検出値取得部が取得した検出値に基づいて、前記トランスに流れる励磁電流が所定値より小さい場合に前記停止期間から前記出力期間への切り替えを行う請求項1に記載の電源装置。
A detection value acquisition unit for acquiring a detection value of a secondary side current flowing in the secondary coil or a detection value of a secondary side voltage generated in the secondary coil;
The drive unit performs switching from the output period to the stop period by turning off both the first switch and the second switch at the time of switching from the output period to the stop period, The power supply device according to claim 1, wherein switching from the stop period to the output period is performed when an excitation current flowing through the transformer is smaller than a predetermined value based on a detection value acquired by a detection value acquisition unit.
前記検出値取得部は、前記二次コイルに生じる二次側電圧の検出値を取得するものであって、
前記駆動部は、前記検出値取得部が取得した検出値の絶対値が略最大となる場合に、前記停止期間から前記出力期間への切り替えを行う請求項10に記載の電源装置。
The detection value acquisition unit acquires a detection value of a secondary side voltage generated in the secondary coil,
The power supply device according to claim 10, wherein the drive unit performs switching from the stop period to the output period when the absolute value of the detection value acquired by the detection value acquisition unit is substantially maximum.
前記駆動部は、前記停止期間から前記出力期間への切り替えの際、前記駆動周波数の逆数である駆動周期に対し、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの一方をオン状態、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの他方をオフ状態とする期間の比率を目標比率の半分とした後、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの他方をオン状態、一方をオフ状態とする期間の比率を前記目標比率とする請求項10又は11に記載の電源装置。   The driving unit turns on one of the first switch and the second switch with respect to a driving cycle that is a reciprocal of the driving frequency when switching from the stop period to the output period. After the ratio of the period during which the other of the second switches is turned off is half of the target ratio, the ratio of the period during which the other of the first switch and the second switch is turned on and the other is turned off is set to the target The power supply device according to claim 10 or 11, which is a ratio. 前記駆動部は、前記停止期間から前記出力期間への切り替えの際、前記駆動周波数の逆数である駆動周期に対し、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの一方をオン状態、他方をオフ状態とする期間の比率を目標比率より小さい所定値に設定するとともに、その後、所定期間経過後に前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの一方をオン状態、他方をオフ状態とする期間の比率を前記目標比率まで増加させる請求項10又は11に記載の電源装置。   In the switching from the stop period to the output period, the drive unit sets one of the first switch and the second switch to an on state and the other to an off state with respect to a drive cycle that is a reciprocal of the drive frequency. The ratio of the period during which the first switch and the second switch are turned on and the other is turned off after the lapse of the predetermined period is set to a predetermined value smaller than the target ratio. The power supply device according to claim 10 or 11, wherein the power supply device is increased up to. 前記センタタップと前記第1スイッチ及び前記第2スイッチの接続点とを接続する経路上に平滑コンデンサを備え、
前記駆動部は、
前記出力期間において、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを前記駆動周波数、かつ、所定のデューティで交互に駆動するものであって、
前記出力期間のうち前記停止期間に切り替わる時点を含む所定期間において、前記デューティを減少方向に変化させる請求項1乃至13のいずれか1項に記載の電源装置。
A smoothing capacitor is provided on a path connecting the center tap and the connection point of the first switch and the second switch,
The drive unit is
In the output period, the first switch and the second switch are alternately driven with the driving frequency and a predetermined duty,
The power supply device according to any one of claims 1 to 13, wherein the duty is changed in a decreasing direction in a predetermined period including a time point when the output period is switched to the stop period.
前記駆動部は、
前記出力期間において、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを前記駆動周波数、かつ、所定のデューティで交互に駆動するものであって、
前記出力期間の開始時点からその出力期間中の所定時点にわたって前記デューティを増加方向に変化させるとともに、前記所定時点からその出力期間の終了時点にわたって前記デューティを減少方向に変化させる請求項1乃至14のいずれか1項に記載の電源装置。
The drive unit is
In the output period, the first switch and the second switch are alternately driven with the driving frequency and a predetermined duty,
15. The duty is changed in an increasing direction from a start time of the output period to a predetermined time in the output period, and is changed in a decreasing direction from the predetermined time to an end time of the output period. The power supply device according to any one of the above.
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