JP6485198B2 - 共振インバータおよび共振型電源装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る共振コンバータ1a(共振型電源装置)の構成を示す回路図である。図1に示す共振コンバータ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、特に指定しないときは入力端子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、特に指定しないときは出力端子3ともいう)、共振インバータ4a、共振整流器5a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。
図2は、本発明の第2の実施形態に係る共振コンバータである。第1の実施形態と第2の実施形態との相違点は、共振インバータ4aにおいて、第1の実施形態で示した第5、第6の共振回路を第3のコイル19と第4のコンデンサ20をインバータ回路間で共有している第4の共振回路を備えることである。他の構成は、第1の実施形態と共通である。第5、第6の共振回路を構成する第5、第6のコイル、第5、第6のコンデンサをそれぞれ一つずつにできるので、実装部品を減らすことができるとともに、第4の共振回路の共振周波数のインバータ回路間ばらつきを抑えることができる。第2の実施形態では、第4の共振回路の共振回路を構成している第3のコイル19と第4のコンデンサ20がインバータ回路間に挿入され、さらに各インバータ回路で共有されている為、第4の共振周波数の調整は1ヶ所で良い。従って、よりバラツキの小さい共振インバータを実現できる。
図3は、本発明の第3の実施形態に係る共振コンバータである。第1の実施形態と第3の実施形態との相違点は、絶縁型インバータを構成しており、共振整流器5a側にトランス40を付加した点である。他の構成は、第1の実施形態と共通である。
図4は、本発明の第4の実施形態に係る共振コンバータである。第1の実施形態と第4の実施形態との相違点は、第1の実施形態で示した第1のコイル7と第2のコイル13の間に絶縁トランス40を設け、絶縁トランス40の1次側第1巻線と1次側第2巻線の間に設けられた中間タップを入力端子2aに接続した点である。また、共振整流器5aを絶縁トランス40の2次側に付加している。他の構成は、第1の実施形態と共通である。
図5は、本発明の第5の実施形態に係る共振コンバータである。第4の実施形態と第5の実施形態との相違点は、第4の実施形態で示した第1のコイル7、第2のコイル13をトランス40の第1巻線、第2巻線のリーケージインダクタンスとして構成したものである。他の構成は、第4の実施形態と共通である。トランス40のリーケージインダクタンスが第1のコイル7と第2のコイル13の作用をする。
図1〜図5全ての共振インバータに於いて、負荷抵抗Rから第1のコンデンサ8、第2のコンデンサ14の容量を求めた場合、ある負荷抵抗1点のみでの最適動作点を求めることができる。負荷抵抗Rを可変した場合、最適動作点を決定する第1のコンデンサ8、第2のコンデンサ14の容量も可変しなければならない。この為、(4)式から、可変範囲のRに対応したCds(ここではCjoと同じとして扱う)を求め、この範囲を満足するような可変容量コンデンサを第1のコンデンサ8、第2のコンデンサ14に選択する。可変容量コンデンサは、機械的に電極間の距離を可変させて容量を可変させるバリアブルコンデンサや、機械的に対向する電極面積を可変させるトリマーコンデンサ等である。第3の共振回路によるスイッチの動作電圧最低点は、第1のコンデンサ8と、第2のコンデンサ14を可変容量にしてしまうと、スイッチの最低動作電圧となる第3の共振回路の最適値も変化する。ドレイン−ソース電圧を最低とする共振点は、第1、第2の共振容量を小さくすると、第3の共振回路の共振周波数が低くなり、第1、第2の共振容量を大きくすると、第3の共振回路の共振周波数が大きくなる。以上から、第1のコンデンサ8、第2のコンデンサ14を変化させた際にこれに対応するように第3のコンデンサCfを変化させることで、スイッチの動作電圧を低減できる。具体的には、負荷抵抗Rが小さくなり、第1のコンデンサ8、第2のコンデンサ14を大きくした場合、第3の共振回路の共振周波数を高くするために、第3のコンデンサ18の容量Cfを小さくし、負荷抵抗Rが大きくなり、第1のコンデンサ8、第2のコンデンサ14を小さくした場合、第3の共振回路の共振周波数を低くする為に第3のコンデンサCfの容量を大きくする。図6の場合、負荷抵抗Rを可変して、メインスイッチの動作電圧を入力電圧の2.2倍にしたい場合は、最適値のときに、第3の共振回路の共振周波数を2.3倍に設定し、負荷の下限で、共振周波数を2倍に、負荷の上限で共振周波数の3倍に設定することでスイッチの動作電圧を一定に保つことができる。
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 共振インバータ
5a 共振整流器
6、12 入力コンデンサ
7 第1のコイル
8 第1のコンデンサ(スイッチ11のドレイン−ソース間容量を含む)
9 第5のコイル
10 第5のコンデンサ
11 第1のスイッチ
13 第2のコイル
14 第2のコンデンサ(スイッチ15のドレイン−ソース間容量を含む)
15 第2のスイッチ
16 第6のコイル
17 第6のコンデンサ
18 第3のコンデンサ
19 第3のコイル
20 第4のコンデンサ
40 トランス
21、28 共振コンデンサ
22、29 共振コイル
23、30 共振コンデンサ
24、31 共振コイル
25、32 共振コンデンサ(整流ダイオード26、33のアノード−カソード間接合容量を含む)
26、33 整流ダイオード
27、34 出力容量
Claims (14)
- 交互にオンオフする第1のスイッチ及び第2のスイッチと、
第1のコンデンサは、前記第1のスイッチと並列に接続され、
第2のコンデンサは、前記第2のスイッチと並列に接続され、
第1のコイルは、前記第1のスイッチと第1の入力端子との間に備え、
第2のコイルは、前記第2のスイッチと前記第1の入力端子との間に備え、
前記第1のスイッチを含み、前記第1のコイルと前記第1のコンデンサによる第1の共振回路を備えた第1のインバータと、
前記第2のスイッチを含み、前記第2のコイルと前記第2のコンデンサによる第2の共振回路を備えた第2のインバータと、を備え、
第3のコンデンサは、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの間に備えられると共に、直列に接続された前記第1のコイルと前記第2のコイルに対して並列に接続され、
前記第1のコイルと前記第2のコイルと前記第3のコンデンサにより第3の共振回路が構成され、
前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの間に備えられ、第4の共振回路を形成する第4のコンデンサ及び第3のコイルを有することを特徴とする共振インバータ。 - 交互にオンオフする第1のスイッチ及び第2のスイッチと、
第1のコンデンサは、前記第1のスイッチと並列に接続され、
第2のコンデンサは、前記第2のスイッチと並列に接続され、
第1のコイルは、前記第1のスイッチと第1の入力端子との間に備え、
第2のコイルは、前記第2のスイッチと前記第1の入力端子との間に備え
前記第1のスイッチを含み、前記第1のコイルと前記第1のコンデンサによる第1の共振回路を備えた第1のインバータと、
前記第2のスイッチを含み、前記第2のコイルと前記第2のコンデンサによる第2の共振回路を備えた第2のインバータと、
を備え、
第3のコンデンサは、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの間に備えられると共に、直列に接続された前記第1のコイルと前記第2のコイルに対して並列に接続され、
前記第1のコイルと前記第2のコイルと前記第3のコンデンサにより第3の共振回路が構成され、
前記第1のスイッチと並列に設けられた第5のコイル及び第5のコンデンサの直列接続を備える第5の共振回路と、前記第2のスイッチと並列に設けられた第6のコイル及び第6のコンデンサの直列接続を備える第6の共振回路を有することを特徴とする共振インバータ。 - 交互にオンオフし第1のスイッチ及び第2のスイッチと、1次側の第1巻線と第2巻線を有するトランスと、
第1のコンデンサは、前記第1のスイッチと並列に接続され、
第2のコンデンサは、前記第2のスイッチと並列に接続され、
第1のコイルは、前記第1のスイッチと前記トランスの前記第1巻線の一端に接続され、
第2のコイルは、前記第2のスイッチと前記トランスの前記第2巻線の一端に接続され、
前記第1のスイッチを含み、前記第1のコイルと前記第1のコンデンサによる第1の共振回路を備えた第1のインバータと、
前記第2のスイッチを含み、前記第2のコイルと前記第2のコンデンサによる第2の共振回路を備えた第2のインバータと、を備え、
第3のコンデンサは、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの間に備えられ、
前記第1のコイルと前記第2のコイルと前記第3のコンデンサにより第3の共振回路が構成さることを特徴とする共振インバータ。 - 前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの間に備えられ、第4の共振回路を形成する第4のコンデンサ及び第3のコイルを有することを特徴とする請求項3に記載の共振インバータ。
- 前記第1のスイッチと並列に設けられた第5のコイル及び第5のコンデンサの直列接続を備える第5の共振回路と、前記第2のスイッチと並列に設けられた第6のコイル及び第6のコンデンサの直列接続を備える第6の共振回路を有することを特徴とする請求項3に記載の共振インバータ。
- 前記第1のコイルと、前記第2のコイルと、前記トランスの第1巻線と、前記トランスの第2巻線と、前記第3のコンデンサを備える第7の共振回路を有することを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の共振インバータ。
- 前記第1のコイルと、前記第2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することを特徴とする請求項3〜6のいずれか一項に記載の共振インバータ。
- 前記トランスの前記第1巻線と前記第2巻線との間に設けられた中間タップは、入力電圧が印加される入力端子と接続されていることを特徴とする請求項3〜7のいずれか一項に記載の共振インバータ。
- 前記第1のコンデンサ、前記第2のコンデンサ、及び前記第3のコンデンサは、可変容量コンデンサであることを特徴とする請求項1、2又は9に記載の共振インバータ。
- 前記第1のコンデンサ、前記第2のコンデンサ、及び前記第3のコンデンサは、可変容量コンデンサであることを特徴とする請求項3〜8及び11のいずれか一項に記載の共振インバータ。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載の共振インバータと、前記共振インバータと接続される共振整流器を含むことを特徴とする共振型電源装置。
- 請求項3〜7及び11〜12のいずれか一項に記載の共振インバータと、前記共振インバータと接続される共振整流器を含み、
前記共振整流器は、複数の共振整流回路を備え
前記第1のスイッチと前記トランスの第1巻線との間、及び前記第2のスイッチと前記トランスの第2巻線との間に、前記共振整流回路をそれぞれ備えることを特徴とする共振型電源装置。
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