JP7342760B2 - Switching power supply equipment and switching power supply system - Google Patents
Switching power supply equipment and switching power supply system Download PDFInfo
- Publication number
- JP7342760B2 JP7342760B2 JP2020056030A JP2020056030A JP7342760B2 JP 7342760 B2 JP7342760 B2 JP 7342760B2 JP 2020056030 A JP2020056030 A JP 2020056030A JP 2020056030 A JP2020056030 A JP 2020056030A JP 7342760 B2 JP7342760 B2 JP 7342760B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- filter
- power supply
- switching power
- transformer
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
本発明は、スイッチング電源装置及びスイッチング電源システムに関する。 The present invention relates to a switching power supply device and a switching power supply system.
特許文献1には、共振回路、トランス、および整流平滑回路を備えた回路構成が記載されている(特許文献1の図1など参照。)。
このような回路構成を用いてスイッチング電源装置を構成することが考えられる。スイッチング電源装置は、例えば、インバータ、共振回路、トランス、および整流平滑回路を備える。
It is conceivable to configure a switching power supply device using such a circuit configuration. A switching power supply device includes, for example, an inverter, a resonant circuit, a transformer, and a rectifying and smoothing circuit.
しかしながら、従来において、スイッチング電源装置では、トランスの一次コイルと二次コイルの巻数比が大きくなり、トランスの体積が大きくなる場合があった。 However, in conventional switching power supply devices, the turn ratio between the primary coil and the secondary coil of the transformer is large, and the volume of the transformer may be large.
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、トランスの一次コイルと二次コイルの巻数比を小さくすることができるスイッチング電源装置、及びこのようなスイッチング電源装置を搭載したスイッチング電源システムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and provides a switching power supply device that can reduce the turns ratio between the primary coil and the secondary coil of a transformer, and a switching power supply equipped with such a switching power supply device. The challenge is to provide a system.
一態様は、インバータと、共振回路と、トランスと、整流平滑回路と、を備え、さらに、前記共振回路と前記トランスとの間、または、前記トランスと前記整流平滑回路との間の少なくとも一方にフィルタを備え、前記フィルタは、コイルと、コンデンサを含み、前記フィルタは、ローパスフィルタであり、前記ローパスフィルタの遮断周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも高い値に設定される、スイッチング電源装置である。
一態様は、インバータと、共振回路と、トランスと、整流平滑回路と、を備え、さらに、前記共振回路と前記トランスとの間、または、前記トランスと前記整流平滑回路との間の少なくとも一方にフィルタを備え、前記フィルタは、コイルと、コンデンサを含み、前記フィルタは、ハイパスフィルタであり、前記ハイパスフィルタの遮断周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも低い値に設定される、スイッチング電源装置である。
一態様は、インバータと、共振回路と、トランスと、整流平滑回路と、を備え、さらに、前記共振回路と前記トランスとの間、または、前記トランスと前記整流平滑回路との間の少なくとも一方にフィルタを備え、前記フィルタは、コイルと、コンデンサを含み、前記フィルタは、バンドストップフィルタであり、前記バンドストップフィルタの遮断周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも低い値または高い値に設定される、スイッチング電源装置である。
一態様は、インバータと、共振回路と、トランスと、整流平滑回路と、を備え、さらに、前記共振回路と前記トランスとの間、または、前記トランスと前記整流平滑回路との間の少なくとも一方にフィルタを備え、前記フィルタは、コイルと、コンデンサを含み、前記フィルタは、バンドパスフィルタであり、前記バンドパスフィルタの遮断周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも低い値または高い値に設定される、スイッチング電源装置である。
One aspect includes an inverter, a resonant circuit, a transformer, and a rectifying and smoothing circuit, and further includes at least one of between the resonant circuit and the transformer, or between the transformer and the rectifying and smoothing circuit. A switching power supply device comprising a filter, the filter including a coil and a capacitor, the filter being a low-pass filter, and the cut-off frequency of the low-pass filter being set to a higher value than the resonant frequency of the resonant circuit. It is.
One aspect includes an inverter, a resonant circuit, a transformer, and a rectifying and smoothing circuit, and further includes at least one of between the resonant circuit and the transformer, or between the transformer and the rectifying and smoothing circuit. A switching power supply device comprising a filter, the filter including a coil and a capacitor, the filter being a high-pass filter, and a cutoff frequency of the high-pass filter being set to a value lower than the resonant frequency of the resonant circuit. It is.
One aspect includes an inverter, a resonant circuit, a transformer, and a rectifying and smoothing circuit, and further includes at least one of between the resonant circuit and the transformer, or between the transformer and the rectifying and smoothing circuit. A filter is provided, the filter includes a coil and a capacitor, the filter is a bandstop filter, and the cutoff frequency of the bandstop filter is set to a value lower or higher than the resonant frequency of the resonant circuit. It is a switching power supply device.
One aspect includes an inverter, a resonant circuit, a transformer, and a rectifying and smoothing circuit, and further includes at least one of between the resonant circuit and the transformer, or between the transformer and the rectifying and smoothing circuit. A filter is provided, the filter includes a coil and a capacitor, the filter is a bandpass filter, and the cutoff frequency of the bandpass filter is set to a value lower or higher than a resonant frequency of the resonant circuit. It is a switching power supply device.
本発明の一態様は、スイッチング電源装置と、入力電源と、負荷と、を備える、スイッチング電源システムである。 One aspect of the present invention is a switching power supply system that includes a switching power supply, an input power supply, and a load.
本発明によれば、スイッチング電源装置において、トランスの一次コイルと二次コイルの巻数比を小さくすることができる。 According to the present invention, in the switching power supply device, it is possible to reduce the turns ratio between the primary coil and the secondary coil of the transformer.
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るスイッチング電源装置1の概略的な構成を示す図である。
スイッチング電源装置1は、インバータ11と、共振回路12と、LCフィルタ13と、トランス14と、整流平滑回路15を備える。スイッチング電源装置1では、インバータ11と、共振回路12と、LCフィルタ13と、トランス14と、整流平滑回路15と、が直列に接続されている。
ここで、本実施形態に係るスイッチング電源装置1では、インバータ11と共振回路12とトランス14と整流平滑回路15を備えるDC(Direct Current)-DCコンバータにおいて、共振回路12とトランス14との間にLCフィルタ13を備える構成を有している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a switching
The switching
Here, in the switching
このようなスイッチング電源装置1のDC-DCコンバータにおいて行われる動作の例を示す。
例えば、直流電源である入力電源(図示せず)から出力される直流電圧がインバータ11に供給される。
インバータ11は、スイッチ部を有しており、当該直流電圧を入力し、当該直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を出力する。
共振回路12は、インバータ11から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧をLCフィルタ13に出力する。共振回路12は、所定の共振周波数を有する。
LCフィルタ13は、共振回路12から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧について所定のフィルタリングを行い、フィルタリング後の交流電圧を出力する。
トランス14は、LCフィルタ13から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧を降圧する変換を行い、変換後の交流電圧を出力する。
整流平滑回路15は、トランス14から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧を整流平滑して直流電圧に変換し、当該直流電圧を出力する。
整流平滑回路15から出力される直流電圧は、例えば、所定の負荷(図示せず)に供給される。
このように、スイッチング電源装置1のDC-DCコンバータでは、入力される直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力する。
An example of the operation performed in the DC-DC converter of such a switching
For example, the
The
The
The
The
The rectifying and smoothing
The DC voltage output from the rectifying and
In this manner, the DC-DC converter of the switching
ここで、インバータ11とトランス14の一次コイルの側との間と、トランス14の二次コイルの側と整流平滑回路15との間では交流電圧がかかっている。LCフィルタ13は、交流電圧を減衰することができる。LCフィルタ13の周波数特性によって、周波数による減衰率が異なる。このようにLCフィルタ13による減衰量は交流電圧の周波数によって異なることから、LCフィルタ13は、特定の周波数の交流電圧を通過させることあるいは減衰させることができる。
本実施形態に係るスイッチング電源装置1では、このようなLCフィルタ13を、インバータ11の後段の共振回路12とトランス14の一次コイルの側との間に設けることで、所定の周波数の交流電圧を減衰することができる。
また、LCフィルタ13はインダクタとキャパシタで構成されていることから、LCフィルタ13では、理想的には損失が発生しない。
Here, an alternating current voltage is applied between the
In the switching
Further, since the
LCフィルタ13の種類としては、概略的には、4つの種類がある。具体的には、LCフィルタ13としては、例えば、ローパスフィルタ(LPF:Low Pass Filter)、ハイパスフィルタ(HPF:High Pass Filter)、バンドストップフィルタ(BSF:Band Stop Filter)、あるいは、バンドパスフィルタ(BPF:Band Pass Filter)が用いられる。
There are roughly four types of
LPFは、低周波数の成分を減衰せずに出力するが、高周波数の成分を減衰する周波数特性を持つフィルタである。
HPFは、高周波数の成分を減衰せずに出力するが、低周波数の成分を減衰する周波数特性を持つフィルタである。
BSFは、特定の周波数以外の周波数の成分を減衰せずに出力するが、当該特定の周波数の成分を減衰する周波数特性を持つフィルタである。
BPFは、特定の周波数の成分を減衰せずに出力するが、当該特定の周波数以外の周波数の成分を減衰する周波数特性を持つフィルタである。
The LPF is a filter that outputs low frequency components without attenuating them, but has frequency characteristics that attenuates high frequency components.
The HPF is a filter that outputs high frequency components without attenuating them, but has frequency characteristics that attenuates low frequency components.
BSF is a filter that outputs frequency components other than a specific frequency without attenuating it, but has a frequency characteristic that attenuates the specific frequency component.
A BPF is a filter that outputs a specific frequency component without attenuating it, but has a frequency characteristic that attenuates frequency components other than the specific frequency.
本実施形態に係るスイッチング電源装置1では、LCフィルタ13を備えることで、例えば、トランス14における一次コイルと二次コイルとの巻数比を小さくすることができる。すなわち、本実施形態に係るスイッチング電源装置1では、LCフィルタ13を備えることで、例えば、LCフィルタ13が備えられない場合と比べて、トランス14における一次コイルと二次コイルとの巻数比を削減することができる。
In the switching
(第2実施形態)
図2は、第2実施形態に係るスイッチング電源装置101の概略的な構成を示す図である。
スイッチング電源装置101は、インバータ111と、共振回路112と、トランス113と、LCフィルタ114と、整流平滑回路115を備える。スイッチング電源装置101では、インバータ111と、共振回路112と、トランス113と、LCフィルタ114と、整流平滑回路115と、が直列に接続されている。
ここで、本実施形態に係るスイッチング電源装置101では、インバータ111と共振回路112とトランス113と整流平滑回路115を備えるDC-DCコンバータにおいて、トランス113と整流平滑回路115との間にLCフィルタ114を備える構成を有している。
(Second embodiment)
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a switching
The switching
Here, in the switching
本実施形態に係るスイッチング電源装置101では、第1実施形態に係るスイッチング電源装置1と比べて、DC-DCコンバータにおいてLCフィルタ114が設けられる位置が異なっているが、概略的な動作は同様である。
In the switching
例えば、直流電源である入力電源(図示せず)から出力される直流電圧がインバータ111に供給される。
インバータ111は、スイッチ部を有しており、当該直流電圧を入力し、当該直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を出力する。
共振回路112は、インバータ111から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧をトランス113に出力する。共振回路112は、所定の共振周波数を有する。
トランス113は、共振回路112から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧を降圧する変換を行い、変換後の交流電圧を出力する。
LCフィルタ114は、トランス113から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧について所定のフィルタリングを行い、フィルタリング後の交流電圧を出力する。
整流平滑回路115は、LCフィルタ114から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧を整流平滑して直流電圧に変換し、当該直流電圧を出力する。
整流平滑回路115から出力される直流電圧は、例えば、所定の負荷(図示せず)に供給される。
このように、スイッチング電源装置101のDC-DCコンバータでは、入力される直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力する。
For example, the
The
The
The
The rectifying and smoothing
The DC voltage output from the rectifying and smoothing
In this way, the DC-DC converter of the switching
本実施形態に係るスイッチング電源装置101では、このようなLCフィルタ114を、トランス113の二次コイルの側と整流平滑回路115との間に設けることで、交流電圧を減衰することができる。
In the switching
本実施形態に係るスイッチング電源装置101では、LCフィルタ114を備えることで、例えば、トランス113における一次コイルと二次コイルとの巻数比を小さくすることができる。すなわち、本実施形態に係るスイッチング電源装置101では、LCフィルタ114を備えることで、例えば、LCフィルタ114が備えられない場合と比べて、トランス113における一次コイルと二次コイルとの巻数比を削減することができる。
In the switching
<LCフィルタの具体的な回路の例>
LCフィルタについて、具体的な回路の例を示す。
<Example of specific circuit of LC filter>
A specific example of a circuit for an LC filter will be shown.
図3~図6を参照して、LCフィルタの具体的な回路の例を示す。これらの回路のうちの任意の回路は、例えば、第1実施形態に係るスイッチング電源装置1のLCフィルタ13として用いられてもよく、第2実施形態に係るスイッチング電源装置101のLCフィルタ114として用いられてもよい。
Examples of specific circuits of the LC filter will be shown with reference to FIGS. 3 to 6. Any of these circuits may be used, for example, as the
図3は、一実施形態に係るローパスフィルタ(LPF)210の回路構成を示す図である。
LPF210は、コイル211と、コンデンサ212から構成されている。なお、コイル211はインダクタンスを有する任意のものであってもよく、コンデンサ212は容量を有する任意のものであってもよい。
2線の伝送路D1、D2に対して、一方の伝送路D1にコイル211が設けられており、コイル211の後段において2つの伝送路D1、D2の間にコンデンサ212が接続されている。
例えば、図3の例において、コイル211の側(図3の例において、左側)に第1実施形態における共振回路12あるいは第2実施形態におけるトランス113が配置され、コンデンサ212の側(図3の例において、右側)に第1実施形態におけるトランス14あるいは第2実施形態における整流平滑回路115が配置される。
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a low pass filter (LPF) 210 according to one embodiment.
The
A
For example, in the example of FIG. 3, the
ここで、LPF210では、高調波を抑えることができる。例えば、共振回路の共振周波数以下にLPF210の遮断周波数を設定して減衰域で発振周波数での利得を減衰させると、減衰量が大きくなりすぎる場合がある。共振回路の共振周波数以上にLPF210の遮断周波数を設定して通過域に発振周波数が含まれるようにすると、発振周波数での利得を減衰することができる。このため、例えば、LPF210の遮断周波数は、共振回路(例えば、第1実施形態における共振回路12、あるいは、第2実施形態における共振回路112)の共振周波数よりも高い値に設定される。
Here, the
図4は、一実施形態に係るハイパスフィルタ(HPF)230の回路構成を示す図である。
HPF230は、コイル231と、コンデンサ232から構成されている。なお、コイル231はインダクタンスを有する任意のものであってもよく、コンデンサ232は容量を有する任意のものであってもよい。
2線の伝送路D11、D12に対して、一方の伝送路D11にコンデンサ232が設けられており、コンデンサ232の前段において2つの伝送路D11、D12の間にコイル231が接続されている。
例えば、図4の例において、コイル231の側(図4の例において、左側)に第1実施形態における共振回路12あるいは第2実施形態におけるトランス113が配置され、コンデンサ232の側(図4の例において、右側)に第1実施形態におけるトランス14あるいは第2実施形態における整流平滑回路115が配置される。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of a high pass filter (HPF) 230 according to one embodiment.
The
A
For example, in the example of FIG. 4, the
ここで、HPF230では、高調波を抑えることができない。例えば、共振回路の共振周波数以上にHPF230の遮断周波数を設定して減衰域で発振周波数での利得を減衰させると、減衰量が大きくなりすぎる場合がある。共振回路の共振周波数以下にHPF230の遮断周波数を設定して通過域に発振周波数が含まれるようにすると、発振周波数での利得を減衰することができる。このため、例えば、HPF230の遮断周波数は、共振回路(例えば、第1実施形態における共振回路12、あるいは、第2実施形態における共振回路112)の共振周波数よりも低い値に設定される。
Here, the
図5は、一実施形態に係るバンドストップフィルタ(BSF)250の回路構成を示す図である。
BSF250は、コイル251と、コンデンサ252から構成されている。なお、コイル251はインダクタンスを有する任意のものであってもよく、コンデンサ252は容量を有する任意のものであってもよい。
2線の伝送路D21、D22に対して、2つの伝送路D21、D22の間にコイル251とコンデンサ252が直列に接続されている。
例えば、図5の例において、コイル251およびコンデンサ252が存在する部分に対して一方の側(図5の例において、左側)に第1実施形態における共振回路12あるいは第2実施形態におけるトランス113が配置され、他方の側(図5の例において、右側)に第1実施形態におけるトランス14あるいは第2実施形態における整流平滑回路115が配置される。
FIG. 5 is a diagram illustrating a circuit configuration of a bandstop filter (BSF) 250 according to one embodiment.
A
For example, in the example of FIG. 5, the
ここで、BSF250では、高調波を抑えることができない。例えば、BSF250の共振周波数は、共振回路(例えば、第1実施形態における共振回路12、あるいは、第2実施形態における共振回路112)の共振周波数よりも低い値に設定されてもよくあるいは高い値に設定されてもよい。
Here, the
図6は、一実施形態に係るバンドパスフィルタ(BPF)270の回路構成を示す図である。
BPF270は、コイル271と、コンデンサ272から構成されている。なお、コイル271はインダクタンスを有する任意のものであってもよく、コンデンサ272は容量を有する任意のものであってもよい。
2線の伝送路D31、D32に対して、一方の伝送路D31にコイル271とコンデンサ272が直列に接続されている。
例えば、図6の例において、コイル271およびコンデンサ272が存在する部分に対して一方の側(図6の例において、左側)に第1実施形態における共振回路12あるいは第2実施形態におけるトランス113が配置され、他方の側(図6の例において、右側)に第1実施形態におけるトランス14あるいは第2実施形態における整流平滑回路115が配置される。
FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of a bandpass filter (BPF) 270 according to one embodiment.
A
For example, in the example of FIG. 6, the
ここで、BPF270では、高調波を抑えるこができる。例えば、BPF270の共振周波数を共振回路の共振周波数よりも低い値にすることで、高調波を抑えることができる。例えば、BPF270の共振周波数は、共振回路(例えば、第1実施形態における共振回路12、あるいは、第2実施形態における共振回路112)の共振周波数よりも低い値に設定されてもよくあるいは高い値に設定されてもよい。
Here, the
<スイッチング電源装置の具体的な回路の例>
スイッチング電源装置について、具体的な回路の例を示す。
<Example of specific circuit of switching power supply>
A specific example of a circuit for a switching power supply device will be shown.
実施形態に係る図7~図8および比較例に係る図9を参照して、スイッチング電源装置の具体的な回路の例を示す。
図7~図8および図9の例では、第1実施形態に係るスイッチング電源装置1のように共振回路とトランスとの間にLCフィルタが設けられる場合を示す。
なお、第2実施形態に係るスイッチング電源装置101のようにトランスと整流平滑回路との間にLCフィルタが設けられる場合についても、それぞれの回路としては、例えば、図7~図8の例と同様な回路が用いられてもよい。
A specific example of a circuit of a switching power supply device will be shown with reference to FIGS. 7 to 8 according to the embodiment and FIG. 9 according to a comparative example.
The examples in FIGS. 7 to 8 and 9 show a case where an LC filter is provided between the resonant circuit and the transformer like the switching
Note that even in the case where an LC filter is provided between the transformer and the rectifying and smoothing circuit as in the switching
図7は、一実施形態に係るスイッチング電源装置301およびスイッチング電源システム401の回路構成を示す図である。
スイッチング電源装置301は、コンデンサ412と、インバータ311と、共振回路312と、LCフィルタ313と、トランス314と、整流平滑回路315と、を備える。
FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration of a switching
The switching
なお、本実施形態のスイッチング電源装置301に直流電源である入力電源411、負荷571を含めてスイッチング電源システム401が構成される。
Note that a switching
インバータ311は、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)431と、FET432を備える。FET431とFET432はバイポーラトランジスタ若しくはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、又はGaNトランジスタ(Gallium Nitride Transistor)若しくはSiCトランジスタ(Silicon Carbide Transistor)でも良い。
また本実施例では、スイッチング電源装置301の主要部であるインバータ311、共振回路312、トランス314、整流平滑回路315は、電流共振コンバータの基本構成で記載しているが、この構成に限定されるものではない。
共振回路312は、コイル451と、コンデンサ452を備える。
LCフィルタ313は、コイル471と、コンデンサ472を備える。このように、本実施形態では、LCフィルタ313として、LPFが用いられる場合を示すが、例えば、HPF、BSF、あるいは、BPFのように、他のフィルタが用いられてもよい。
トランス314は、磁心511と、一次コイル512と、二次コイル513を備える。
整流平滑回路315は、整流用のダイオード531と、ダイオード532と、平滑用のコンデンサ551を備える。
整流用のダイオードは、一例としてFET等のスイッチ素子を用いて同期整流構成としても良い。
The
Further, in this embodiment, the
The
The
The rectifying and smoothing
For example, the rectifying diode may have a synchronous rectification configuration using a switch element such as an FET.
スイッチング電源システム401における回路素子の接続関係について説明する。
入力電源411が有する2個の出力端子のうち、プラス(+)側の出力端子が1つの伝送路D111と接続されており、マイナス(-)側の出力端子が他の1つの伝送路D112と接続されている。
ここで、伝送路D112は、基準電位部G1と接続されている。本実施形態では、基準電位部G1は、基準となる電位(基準電位)となる部分である。本実施形態では、基準電位はグラウンドに相当する電位であり、基準電位部G1は接地点である。なお、基準電位として、グラウンド以外の電位が用いられてもよい。
The connection relationship of circuit elements in switching
Of the two output terminals that the
Here, the transmission path D112 is connected to the reference potential section G1. In this embodiment, the reference potential portion G1 is a portion that becomes a reference potential (reference potential). In this embodiment, the reference potential is a potential corresponding to ground, and the reference potential portion G1 is a ground point. Note that a potential other than ground may be used as the reference potential.
2つの伝送路D111、D112の間に、コンデンサ412が、入力電源411と並列に、接続されている。
コンデンサ412の後段において、2つの伝送路D111、D112の間に、FET431およびFET432が直列に接続されている。具体的には、伝送路D111とFET431のドレイン(D)端子とが接続されており、伝送路D112とFET432のソース(S)端子とが接続されており、FET431のソース端子とFET432のドレイン端子とが接続されている。なお、FET431のゲート(G)端子とFET432のゲート端子は、それぞれ、所定の制御部(図示せず)によって制御される。これらのFET431、432は、スイッチ部として用いられる。
A
After the
FET431のソース端子とFET432のドレイン端子との間の点と、コイル451が有する2個の端子のうちの一方の端子とが接続されている。
コイル451が有する2個の端子のうちの他方の端子と、コイル471が有する2個の端子のうちの一方の端子とが接続されている。
コイル451とコイル471との間の点と、伝送路D112との間に、コンデンサ452が接続されている。
コイル471が有する2個の端子のうちの他方の端子と、伝送路D112との間に、コンデンサ472が接続されている。
A point between the source terminal of
The other terminal of the two terminals of the
A
A
コンデンサ472の後段において、コイル471が有する2個の端子のうちの前記他方の端子と、伝送路D112との間に、トランス314の一次コイル512が接続されている。
トランス314の二次コイル513の両端の間に、ダイオード532が接続されている。
トランス314の二次コイル513の一端とダイオード532のカソード端子との接続点に、ダイオード531のアノード端子が接続されている。ダイオード531のカソード端子と、ダイオード532のアノード端子との間に、コンデンサ551が接続されている。
コンデンサ551の後段において、ダイオード531のカソード端子と、ダイオード532のアノード端子との間に、負荷571が接続される。
ダイオード532のアノード端子は、基準電位部G2と接続されている。本実施形態では、基準電位部G2は、基準電位部G1と同様であり、基準電位部G1の電位と同じ電位である。
このように、図7に示されるスイッチング電源装置301は、LPFを含む共振コンバータを有する。
At the subsequent stage of the
A
The anode terminal of the
A
The anode terminal of the
Thus, the switching
図8は、一実施形態に係るスイッチング電源装置301の簡略化した回路構成を示す図である。
図8に示される回路構成では、図7に示される回路構成と比べて、インバータ311およびそれよりも前段の回路が、仮想的な交流電源611に置き換えられており、また、トランス314およびそれよりも後段の回路が、仮想的な負荷631に置き換えられている。負荷631は、二次側の負荷を一次側の負荷に変換したものとなる。
FIG. 8 is a diagram showing a simplified circuit configuration of a switching
In the circuit configuration shown in FIG. 8, compared to the circuit configuration shown in FIG. Also, the subsequent circuit is replaced with a
ここで、説明の便宜上、交流電源611が発生する電圧をViで表し、負荷631にかかる電圧をVoで表す。また、負荷571の抵抗をRで表し、負荷631の抵抗をR’で表す。また、コイル451のインダクタンスをLrで表し、コンデンサ452の容量をCrで表す。また、コイル471のインダクタンスをLlpfで表し、コンデンサ472の容量をClpfで表す。
また、角周波数をωで表す。ωは、ω=2πfで表される。ここで、fは、共振回路312に入力される波形の周波数である。この場合、fは、インバータ311から出力された波形の周波数、つまりスイッチング周波数であると捉えられる。
また、トランス314の一次コイル512の巻数と二次コイル513の巻数との比が、N:1であるとする。このとき、R’=R/N2で表される。
jは、虚数単位を表す。
Here, for convenience of explanation, the voltage generated by the
Also, the angular frequency is expressed as ω. ω is expressed as ω=2πf. Here, f is the frequency of the waveform input to the
Further, it is assumed that the ratio between the number of turns of the
j represents an imaginary unit.
この場合、伝達関数(Vo/Vi)は、式(1)により表される。
また、このときの利得Gvlpfは、式(2)により表される。
In this case, the transfer function (Vo/Vi) is expressed by equation (1).
Further, the gain Gvlpf at this time is expressed by equation (2).
[数1]
Vo/Vi=jR/(α+β)
α=ω3・Lr・Llpf・Cr-ωLr-ωLlpf
β=-jR・γ
γ=ω2・Lr・Cr+ω2・Lr・Clpf+ω2・Llpf・Clpf-ω4・Lr・Llpf・Cr・Clpf-1
・・(1)
[Number 1]
Vo/Vi=jR/(α+β)
α=ω 3・Lr・Llpf・Cr−ωLr−ωLlpf
β=-jR・γ
γ=ω 2・Lr・Cr+ω 2・Lr・Clpf+ω 2・Llpf・Clpf−ω 4・Lr・Llpf・Cr・Clpf−1
...(1)
[数2]
Gvlpf=20・log|Vo/Vi| ・・(2)
[Number 2]
Gvlpf=20・log | Vo/Vi | ... (2)
ここで、図7~図8に示される実施形態に係る回路構成を、図9に示される比較例に係る回路構成と比較する。
図9は、比較例に係る回路構成を示す図である。
図9に示される回路構成では、図8に示される回路構成と比べて、交流電源611と負荷631との間において、LPFを構成するコイル471およびコンデンサ472が除かれており、共振回路を構成するコイル451およびコンデンサ452が備えられている。
なお、説明の便宜上、図9に示される回路構成においても、図8に示される回路構成と同じ符号を付してある。
Here, the circuit configuration according to the embodiment shown in FIGS. 7 to 8 will be compared with the circuit configuration according to the comparative example shown in FIG. 9.
FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration according to a comparative example.
In the circuit configuration shown in FIG. 9, compared to the circuit configuration shown in FIG. 8, the
Note that, for convenience of explanation, the same reference numerals as in the circuit configuration shown in FIG. 8 are given to the circuit configuration shown in FIG. 9 as well.
ここで、説明の便宜上、図9の例では、交流電源611が発生する電圧をVriで表し、負荷631にかかる電圧をVroで表す。
Here, for convenience of explanation, in the example of FIG. 9, the voltage generated by the
この場合、伝達関数(Vro/Vri)は、式(3)により表される。
また、このときの利得Gvrは、式(4)により表される。
In this case, the transfer function (Vro/Vri) is expressed by equation (3).
Further, the gain Gvr at this time is expressed by equation (4).
[数3]
Vro/Vri=jR/(δ+η)
δ=-ω・Lr
η=-jR(ω2・Lr・Cr-1)
・・(3)
[Number 3]
Vro/Vri=jR/(δ+η)
δ=-ω・Lr
η=-jR(ω 2・Lr・Cr-1)
...(3)
[数4]
Gvr=20・log|Vro/Vri| ・・(4)
[Number 4]
Gvr=20・log|Vro/Vri|...(4)
例えば、図8に示される回路構成における利得Gvlpfと、図9に示される回路構成における利得Gvrとの差が、スイッチング周波数で-6dBとなるとき、出力電圧が半減したことになる。この場合には、本実施形態に係るスイッチング電源装置301では、図9に示される回路構成と比べて、トランス314の一次コイル512の巻数Nを半分にすることができる。
For example, when the difference between the gain Gvlpf in the circuit configuration shown in FIG. 8 and the gain Gvr in the circuit configuration shown in FIG. 9 becomes -6 dB at the switching frequency, the output voltage has been halved. In this case, in the switching
<LCフィルタの遮断周波数>
次に、LCフィルタ313の遮断周波数の観点で説明する。
LCフィルタ313の遮断周波数で考えると、共振コンバータの共振回路の影響によって、電圧の減衰が大きくなること、あるいは、電圧の減衰が小さくなることが生じ得る。そこで、スイッチング周波数が用いられるときについて、LCフィルタ313が設けられていない場合における電圧利得Gvと、LCフィルタ313が設けられている場合における電圧利得Gvlcとの差で考える。一次巻数の削減を最低でも1/2の一次巻数にすると想定すると、電圧利得の差は-6dB以下となる。一次巻数の削減を最高でも1/10の一次巻数にすると想定すると、電圧利得の差は-20dB以上となる。
この場合、数値限定は、式(5)により表される。
<LC filter cutoff frequency>
Next, explanation will be given from the viewpoint of the cutoff frequency of the
Considering the cutoff frequency of the
In this case, the numerical limitation is expressed by equation (5).
[数5]
-6dB≧Gvlc-Gv≧-20dB ・・(5)
[Number 5]
-6dB≧Gvlc-Gv≧-20dB...(5)
LCフィルタ313の特性を決めるパラメータであるLlpf(インダクタンス)とClpf(容量)を決めるときには、例えば、まず、LCフィルタ313が設けられていない場合における電圧利得Gvを求める。次に、希望される周波数(スイッチング周波数)で必要となる電圧の減衰量を決める。例えば、出力電圧を半分にする場合には、電圧利得Gvから6dBを引くと、LCフィルタ313が設けられる場合における希望の電圧利得Gvlcが(Gv-6)となる。希望の電圧利得Gvlcが決められたことで、希望される周波数(スイッチング周波数)から、LCフィルタ313のパラメータであるLlpfとClpfが決められる。
なお、ここでは、LCフィルタ313として、LPFが用いられる場合について説明したが、HPF、BSF、あるいは、BPFのように、他のフィルタが用いられる場合についても同様である。
When determining Llpf (inductance) and Clpf (capacitance), which are parameters that determine the characteristics of the
Note that although the case where an LPF is used as the
<構成例>
一構成例として、スイッチング電源装置は、インバータと、共振回路と、トランスと、整流平滑回路と、を備える。
さらに、一例として、スイッチング電源装置は、共振回路とトランスとの間にフィルタを備える(図1の例)。
また、他の例として、スイッチング電源装置は、トランスと整流平滑回路との間にフィルタを備える(図2の例)。
なお、他の例として、スイッチング電源装置は、共振回路とトランスとの間にフィルタを備えるとともに、トランスと整流平滑回路との間にフィルタ(別のフィルタ)を備えてもよい。
<Configuration example>
As one configuration example, a switching power supply device includes an inverter, a resonant circuit, a transformer, and a rectifying and smoothing circuit.
Further, as an example, the switching power supply device includes a filter between the resonant circuit and the transformer (the example in FIG. 1).
Furthermore, as another example, the switching power supply device includes a filter between the transformer and the rectifying and smoothing circuit (the example in FIG. 2).
Note that, as another example, the switching power supply device may include a filter between the resonant circuit and the transformer, and may also include a filter (another filter) between the transformer and the rectifying and smoothing circuit.
一構成例として、スイッチング電源装置では、フィルタは、コイルと、コンデンサを含む(図3~図6の例)。
一構成例として、スイッチング電源装置では、フィルタは、ローパスフィルタである。そして、ローパスフィルタの遮断周波数は、共振回路の共振周波数よりも高い値に設定される(図3の例)。
一構成例として、スイッチング電源装置では、フィルタは、ハイパスフィルタである。そして、ハイパスフィルタの遮断周波数は、共振回路の共振周波数よりも低い値に設定される(図4の例)。
一構成例として、スイッチング電源装置では、フィルタは、バンドストップフィルタである。そして、バンドストップフィルタの遮断周波数は、共振回路の共振周波数よりも低い値または高い値に設定される(図5の例)。
一構成例として、スイッチング電源装置では、フィルタは、バンドパスフィルタである。そして、バンドパスフィルタの遮断周波数は、共振回路の共振周波数よりも低い値または高い値に設定される(図6の例)。
一構成例として、以上のようなスイッチング電源装置と、入力電源と、負荷と、を備える、スイッチング電源システムである。
As one configuration example, in a switching power supply device, the filter includes a coil and a capacitor (examples in FIGS. 3 to 6).
As one configuration example, in a switching power supply, the filter is a low-pass filter. Then, the cutoff frequency of the low-pass filter is set to a value higher than the resonant frequency of the resonant circuit (example in FIG. 3).
As one configuration example, in a switching power supply, the filter is a high-pass filter. Then, the cutoff frequency of the high-pass filter is set to a value lower than the resonant frequency of the resonant circuit (example in FIG. 4).
As one configuration example, in a switching power supply, the filter is a bandstop filter. Then, the cutoff frequency of the bandstop filter is set to a value lower or higher than the resonant frequency of the resonant circuit (example in FIG. 5).
As one configuration example, in a switching power supply, the filter is a bandpass filter. Then, the cutoff frequency of the bandpass filter is set to a value lower or higher than the resonant frequency of the resonant circuit (example in FIG. 6).
One configuration example is a switching power supply system including the above-described switching power supply, an input power supply, and a load.
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and may include design changes within the scope of the gist of the present invention.
1、101、301…スイッチング電源装置、11、111、311…インバータ、12、112、312…共振回路、13、114、313…LCフィルタ、14、113、314…トランス、15、115、315…整流平滑回路、210…ローパスフィルタ、211、231、251、271、451、471…コイル、212、232、252、272、412、452、472、551…コンデンサ、230…ハイパスフィルタ、250…バンドストップフィルタ、270…バンドパスフィルタ、401…スイッチング電源システム、411…入力電源、431~432…FET、511…磁心、512…一次コイル、513…二次コイル、531~532…ダイオード、571、631…負荷、611…交流電源、D1~D2、D11~D12、D21~D22、D31~D32、D111~D112…伝送路、G1~G2…基準電位部 1, 101, 301... Switching power supply device, 11, 111, 311... Inverter, 12, 112, 312... Resonance circuit, 13, 114, 313... LC filter, 14, 113, 314... Transformer, 15, 115, 315... Rectifier smoothing circuit, 210...Low pass filter, 211, 231, 251, 271, 451, 471...Coil, 212, 232, 252, 272, 412, 452, 472, 551...Capacitor, 230...High pass filter, 250...Band stop Filter, 270...Band pass filter, 401...Switching power supply system, 411...Input power supply, 431-432...FET, 511...Magnetic core, 512...Primary coil, 513...Secondary coil, 531-532...Diode, 571, 631... Load, 611...AC power supply, D1-D2, D11-D12, D21-D22, D31-D32, D111-D112...Transmission line, G1-G2...Reference potential section
Claims (5)
共振回路と、
トランスと、
整流平滑回路と、を備え、
さらに、前記共振回路と前記トランスとの間、または、前記トランスと前記整流平滑回路との間の少なくとも一方にフィルタを備え、
前記フィルタは、コイルと、コンデンサを含み、
前記フィルタは、ローパスフィルタであり、
前記ローパスフィルタの遮断周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも高い値に設定される、
スイッチング電源装置。 Inverter and
a resonant circuit;
transformer and
Equipped with a rectifier and smoothing circuit,
Further, a filter is provided between the resonant circuit and the transformer, or between the transformer and the rectifying and smoothing circuit ,
The filter includes a coil and a capacitor,
The filter is a low-pass filter,
The cutoff frequency of the low-pass filter is set to a higher value than the resonant frequency of the resonant circuit.
Switching power supply.
共振回路と、
トランスと、
整流平滑回路と、を備え、
さらに、前記共振回路と前記トランスとの間、または、前記トランスと前記整流平滑回路との間の少なくとも一方にフィルタを備え、
前記フィルタは、コイルと、コンデンサを含み、
前記フィルタは、ハイパスフィルタであり、
前記ハイパスフィルタの遮断周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも低い値に設定される、
スイッチング電源装置。 Inverter and
a resonant circuit;
transformer and
Equipped with a rectifier and smoothing circuit,
Further, a filter is provided between the resonant circuit and the transformer, or between the transformer and the rectifying and smoothing circuit ,
The filter includes a coil and a capacitor,
The filter is a high pass filter,
The cutoff frequency of the high-pass filter is set to a value lower than the resonant frequency of the resonant circuit.
Switching power supply.
共振回路と、
トランスと、
整流平滑回路と、を備え、
さらに、前記共振回路と前記トランスとの間、または、前記トランスと前記整流平滑回路との間の少なくとも一方にフィルタを備え、
前記フィルタは、コイルと、コンデンサを含み、
前記フィルタは、バンドストップフィルタであり、
前記バンドストップフィルタの遮断周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも低い値または高い値に設定される、
スイッチング電源装置。 Inverter and
a resonant circuit;
transformer and
Equipped with a rectifier and smoothing circuit,
Further, a filter is provided between the resonant circuit and the transformer, or between the transformer and the rectifying and smoothing circuit ,
The filter includes a coil and a capacitor,
The filter is a bandstop filter,
The cutoff frequency of the bandstop filter is set to a value lower or higher than the resonant frequency of the resonant circuit.
Switching power supply.
共振回路と、
トランスと、
整流平滑回路と、を備え、
さらに、前記共振回路と前記トランスとの間、または、前記トランスと前記整流平滑回路との間の少なくとも一方にフィルタを備え、
前記フィルタは、コイルと、コンデンサを含み、
前記フィルタは、バンドパスフィルタであり、
前記バンドパスフィルタの遮断周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも低い値または高い値に設定される、
スイッチング電源装置。 Inverter and
a resonant circuit;
transformer and
Equipped with a rectifier and smoothing circuit,
Further, a filter is provided between the resonant circuit and the transformer, or between the transformer and the rectifying and smoothing circuit ,
The filter includes a coil and a capacitor,
The filter is a bandpass filter,
The cutoff frequency of the bandpass filter is set to a value lower or higher than the resonant frequency of the resonant circuit.
Switching power supply.
入力電源と、
負荷と、を備える、
スイッチング電源システム。 A switching power supply device according to any one of claims 1 to 4 ,
input power and
comprising a load;
Switching power supply system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020056030A JP7342760B2 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Switching power supply equipment and switching power supply system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020056030A JP7342760B2 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Switching power supply equipment and switching power supply system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021158762A JP2021158762A (en) | 2021-10-07 |
JP7342760B2 true JP7342760B2 (en) | 2023-09-12 |
Family
ID=77918924
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020056030A Active JP7342760B2 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Switching power supply equipment and switching power supply system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7342760B2 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019193621A (en) | 2018-04-19 | 2019-11-07 | ザッソ グループ アーゲーZasso Group AG | Weed inactivating device |
-
2020
- 2020-03-26 JP JP2020056030A patent/JP7342760B2/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019193621A (en) | 2018-04-19 | 2019-11-07 | ザッソ グループ アーゲーZasso Group AG | Weed inactivating device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021158762A (en) | 2021-10-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8670250B2 (en) | Common mode noise reduction apparatus and method | |
US9800134B2 (en) | Motor drive with LCL filter inductor with built-in passive damping resistor for AFE rectifier | |
US9812974B2 (en) | Resonant inverter and isolated resonant power supply device | |
JP6207751B2 (en) | Power converter | |
JP7003636B2 (en) | Power converter | |
EP2876794A1 (en) | Input EMI filter and method for motor drive including an active rectifier | |
US9899911B2 (en) | Power source circuit | |
JP2006136058A (en) | Noise filter | |
GB2459764A (en) | DC power transmission system | |
JP6430488B2 (en) | Switching power supply circuit | |
JP6350753B2 (en) | Power circuit | |
WO2021024879A1 (en) | Power conversion device | |
JP7342760B2 (en) | Switching power supply equipment and switching power supply system | |
JP5721355B2 (en) | Power circuit | |
JPWO2019130874A1 (en) | Power supply | |
JPH02206360A (en) | Filter circuit | |
JPH0611097B2 (en) | Line filter | |
JP5840514B2 (en) | Leakage current suppression circuit | |
JP2021170867A (en) | Snubber circuit and power supply device | |
JP2021145528A (en) | Snubber circuit and power supply unit | |
US20200274452A1 (en) | Resonant dc-dc converter | |
US9698703B2 (en) | Switching converter having a primary winding divided into a first partial winding and a second partial winding with a tap arranged therebetween | |
JP2008148523A (en) | Noise filter circuit | |
JP6366777B1 (en) | Power converter | |
JP5153299B2 (en) | Switching power supply |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220704 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230331 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230404 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230602 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230801 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230814 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7342760 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |