JP6477220B2 - 共振コンバータおよびスイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置1aの構成を示す回路図である。図1に示すスイッチング電源装置の一実施例である共振コンバータ1aは、一対の入力端子である第1の入力端子2aと、第2の入力端子2b(以下、特に指定しない時は入力端子2ともいう)、一対の出力端子である第1の出力端子3aと、第2の出力端子3b(以下、特に指定しない時は出力端子3ともいう)、降圧コンバータ4a、共振インバータ5a、共振整流器6aを備え、入力端子2に入力される入力電圧(直流電圧)V1を出力電圧(直流電圧)V2に変換して出力端子3から出力する。共振コンバータ1aは、入力端子2に入力電圧V1、入力電流i1を入力して、出力端子3から出力電圧V2、負荷電流i2を出力する。降圧コンバータ4aと、共振インバータ5aを含み、共振コンバータとなる。
図4は、本発明の第2の実施形態に係るスイッチング電源装置1aの構成を示す回路図である。実施形態1との相違点は、共振インバータ5aを構成する第3、第4の共振回路をインバータセクション間で共用した第5の共振回路としたものである。具体的には、図1に示した第2のチョークコイル14、第3の共振コンデンサ15、第4の共振コイル18、第4の共振コンデンサ19に変えてスイッチ素子12のドレイン端子とスイッチ素子13のドレイン端子間に、直列接続された第5の共振コイル25、第5の共振コンデンサ26を接続する。この第5の共振コイル25、第5の共振コンデンサ26により第5の共振回路を構成する。その他の構成は、実施形態1と同じであり、降圧コンバータ4aをバースト制御で駆動することにより、出力電圧V2を制御することが可能になる。また、共振インバータ5aの入力電圧VDDを低く設定できる為、耐圧の低いスイッチ素子12、16を用いることが可能となる。耐圧の低いスイッチ素子12、16は、オン抵抗が低く、スイッチング速度も速い為、効率の良い、共振インバータを提供できる。また、第2の共振器を2つのインバータセクション間で共有するため、第5の共振回路の共振点の調整が1ヶ所で済むので、調整が容易で、安価な共振インバータを提供できる。
図5は、本発明の第3の実施形態に係るスイッチング電源装置1aの構成を示す回路図である。第1の実施形態との相違点は、トランス11を共振インバータ5aと共振整流器6aとの間に設けるのではなく、共振整流器6aに設けたものである。また、第1の共振コイル10に相当する共振コイルを2個配置している。以下に回路構成を説明する。
図6は、本発明の第4の実施形態に係るスイッチング電源装置1aの構成を示す回路図である。第2の実施形態との相違点は、第1の共振コイル10を削除し、トランス11の第1巻線21と第2巻線22のリーケージインダクタンスを第1の共振コイルとして回路構成したものである。その他の構成は、図4に示された実施形態2と同じである。これにより、スイッチ素子の動作電圧を低減することができると共に、搭載部品の少ない安価な共振コンバータを実現できる。
図7は、本発明の第5の実施形態に係るスイッチング電源装置1aの構成を示す回路図である。第3の実施形態との相違点は、トランス11を無くして、非絶縁の回路構成としたものである。その他の構成は、図5に示された実施形態3と同じである。回路構成は、絶縁型に限定されず、非絶縁の回路構成であるスイッチング電源装置にも適用することができる。
2a 入力端子(正極)
2b 入力端子(負極)
3a 出力端子(正極)
3b 出力端子(負極)
4a 降圧コンバータ
5a 共振インバータ
6a 共振整流器
7 入力コンデンサ
8 スイッチ素子
9 スイッチ素子
10 第1の共振コイル
11 トランス
12 第1のスイッチ素子
13 第1の共振コンデンサ
14 第2の共振コイル
15 第3の共振コンデンサ
16 第2のスイッチ素子
17 第2の共振コンデンサ
18 第4の共振コイル
19 第4の共振コンデンサ
20 第7の共振コイル
21 トランスの1次側第1巻線
22 トランスの1次側第2巻線
23 トランスの2次側第1巻線
24 トランスの2次側第2巻線
30 第6の共振コイル
31、33、35、37、39、40 共振コンデンサ
32、34 、36、38 共振コイル
40、41 整流ダイオード
43 出力コンデンサ
50 電圧検出回路
60 ヒステリシスコンパレータ
70 降圧チョッパー駆動回路(駆動周波数:2Fs)
71 インバータ駆動回路(駆動周波数:Fs)
V1 入力電圧
VDD 共振インバータ入力電圧
V2 出力電圧
i1 入力電流
i2 出力電流
Q 降圧コンバータ ハイサイドスイッチゲート信号
Q’ 降圧コンバータ ローサイドスイッチゲート信号
R 共振インバータ 第1のインバータセクション スイッチゲート電圧
R’ 共振インバータ 第2のインバータセクション スイッチゲート電圧
Claims (5)
- 降圧コンバータと共振インバータを備え、
前記降圧コンバータは、
少なくとも2つのスイッチ素子と、このスイッチ素子に接続された第1のコイルを備え、
前記共振インバータは、
交互にオンオフする第1のスイッチ素子及び第2のスイッチ素子と、
前記第1のスイッチ素子と前記第2のスイッチ素子にそれぞれ並列に接続された、第1のコンデンサ及び第2のコンデンサと、
前記第1のスイッチ素子と前記第1のコンデンサを含む第1のインバータセクションと、
前記第2のスイッチ素子と前記第2のコンデンサを含む第2のインバータセクションと、を有し、
前記第1のコイルと前記第1のコンデンサにより前記第1のインバータセクションが備える第1の共振回路を構成し、
前記第1のコイルと前記第2のコンデンサにより前記第2のインバータセクションが備える第2の共振回路を構成し、
前記第1のスイッチ素子の一端と、前記第2のスイッチ素子の一端に直列に接続された第5のコイル及び第5のコンデンサを含む第5の共振回路を有すること、
を特徴とする共振コンバータ。 - 前記降圧コンバータが備える少なくとも2つのスイッチ素子と接続されたトランスを備え、前記第1のコイルは前記トランスのリーケージインダクタンスにより構成されていることを特徴とする請求項1に記載の共振インバータ。
- 前記降圧コンバータが備える少なくとも2つのスイッチ素子、及び共振インバータが備える第1のスイッチ素子及び第2のスイッチ素子は、固定デューティで駆動することを特徴とする請求項1または2に記載の共振コンバータ。
- 前記第1のスイッチ素子または前記第2のスイッチ素子を駆動する駆動周波数をFsとしたときに、前記降圧コンバータが備える2つのスイッチ素子を駆動する駆動周波数は2Fsであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の共振コンバータ。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の共振コンバータと、
この共振コンバータに接続された共振整流器と、
前記共振整流器の出力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記出力電圧の検出値が第1の閾値に達すると前記降圧コンバータが備える2つのスイッチ素子を駆動する制御信号を出力し、前記検出値が第2の閾値に達すると前記降圧コンバータが備える2つのスイッチ素子を停止する制御信号を出力するヒステリシスコンパレータと、
前記制御信号に基づいて前記降圧コンバータが備える2つのスイッチ素子を制御する駆動回路とを備えていることを特徴とするスイッチング電源装置。
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