JP7352327B1 - Resonant current controlled DC power supply - Google Patents

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Abstract

【課題】共振形DCDCコンバータを構成する上で、少なくとも共振用スイッチと出力制御用スイッチが必要としていたが、回路構成の更なる簡単化と効率向上が課題となる。【解決手段】共振電流制御形DCDCコンバータ200は、フライバックDCDCコンバータ230-2が、スイッチSがオン期間に共振キャパシタCrの充電電圧から電流をインダクタLdに流し、オフ信号により、インダクタLdの電流は継続して負荷側に流すが、共振キャパシタCrからの電流はオフに移す共通した電流制御動作により、次の共振電流動作を開始する。共振動作と出力制御動作を兼ね備えることにより、更なる回路構成の簡単化と効率改善ができると共に、交流電源の全波整流出力を直流電源に用いることにより、交流電流波形改善、力率改善も改善する。【選択図】図7The present invention requires at least a resonance switch and an output control switch to configure a resonant DC/DC converter, but the challenge is to further simplify the circuit configuration and improve efficiency. SOLUTION: In a resonant current control type DCDC converter 200, a flyback DCDC converter 230-2 causes a current to flow from a charging voltage of a resonant capacitor Cr to an inductor Ld while a switch S is on, and a current of the inductor Ld is caused by an off signal. continues to flow to the load side, but the next resonant current operation is started by a common current control operation in which the current from the resonant capacitor Cr is turned off. By combining resonance operation and output control operation, it is possible to further simplify the circuit configuration and improve efficiency, and by using the full-wave rectified output of the AC power supply for the DC power supply, the AC current waveform and power factor are also improved. do. [Selection diagram] Figure 7

Description

本発明は、光源としてのLED照明器具用電源から比較的容量の大きなインバータエアコンなど比較的容量の大きな応用分野の電気エネルギーを消費する負荷に対する直流電源の電源品質改善と小型化、軽量化、低価格化に貢献する技術である。 The present invention aims to improve the power quality of DC power supplies for loads that consume electrical energy in relatively large-capacity application fields, such as power supplies for LED lighting equipment as light sources, and inverter air conditioners with relatively large capacity. This is a technology that contributes to lower prices.

LED照明は、本来の低消費電力や長寿命の特徴に加えて省エネ化への期待や制御機能の向上が図られるため、近年の照明器具の低価格化と共に広く普及してきた。 In addition to its inherent characteristics of low power consumption and long life, LED lighting has expectations for energy savings and improved control functions, and has become widely popular as lighting equipment has become cheaper in recent years.

LED照明電源は、電気エネルギーを一方的に需要要求に応じて消費する負荷であるため、極めて簡単な回路構成でも実用に供することができるが、市販される台数が極めて多いため、比較的簡単な回路構成で必要とする特性を有することが求められている。 LED lighting power supplies are loads that consume electrical energy unilaterally according to demand requirements, so they can be put to practical use even with extremely simple circuit configurations. It is required to have characteristics required by the circuit configuration.

一般的なLED照明用電源は、交流電源を整流して電解コンデンサで平滑した後、スイッチ回路で調光制御しており、ハードスイッチング損失、スイッチングノイズ、電解コンデンサによる寿命等の課題に加えて、力率改善対策としてPFC(Power Factor Correction:力率改善)整流回路を付加したものは、LED照明用駆動電源としては動作電圧が高くなり、その後段に電圧を下げるためにDC-DCコンバータを接続する2段構成となるなど、回路構成がさらに複雑化するなどの課題があった。 A typical power supply for LED lighting rectifies the AC power and smoothes it with an electrolytic capacitor, and then controls the dimming with a switch circuit. Products with a PFC (Power Factor Correction) rectifier circuit added as a power factor improvement measure have a high operating voltage as a drive power source for LED lighting, and a DC-DC converter is connected to the subsequent stage to lower the voltage. There were issues such as a two-stage configuration, which made the circuit configuration even more complicated.

一方、インバータエアコンなどのインバータの直流電源の構成においては、LED照明用電源に比べて比較的動作電圧が高く、動作電流も大きいので、整流動作における電流波形ひずみによる周辺機器への影響も大きい。 On the other hand, in the configuration of a DC power source for an inverter such as an inverter air conditioner, the operating voltage is relatively high and the operating current is large compared to an LED lighting power source, so the current waveform distortion during rectification operation has a large effect on peripheral devices.

このため、インバータエアコン用の直流電源構成においてもPFCコンバータが用いられており、主回路構成が複雑化するだけでなく、スイッチング損失、高周波ノイズが課題となるため、種々の改善策も講じられている。 For this reason, PFC converters are also used in the DC power supply configuration for inverter air conditioners, which not only complicates the main circuit configuration but also poses issues such as switching loss and high frequency noise, so various improvement measures have been taken. There is.

こうした課題に対し、スイッチング損失やスイッチングノイズの低減に有効なソフトスイッチング技術による共振形整流制御動作と、それに接続するDCDCコンバータによる電流制御動作を組み合わせた制御により、極めて簡単な回路構成ではあるが、優れた流入電流特性のもと、DCDCコンバータの課題に対し、二つのスイッチング素子を用いたスイッチング制御で出力電圧電流制御を実現することができる共振形AC-DC電源(特許文献7)が発明されている。 To address these issues, we have implemented a control system that combines resonant rectification control operation using soft switching technology, which is effective in reducing switching loss and switching noise, and current control operation using a DC/DC converter connected to the resonant rectification control operation, although it has an extremely simple circuit configuration. Based on excellent inflow current characteristics, a resonant AC-DC power supply (Patent Document 7) was invented that can realize output voltage and current control by switching control using two switching elements to solve the problem of DC-DC converters. ing.

この電源は、第一のスイッチング素子をオンすることにより、零電流ソフトスイッチングで共振キャパシタを充電することができ、共振キャパシタに接続されたDC-DCコンバータの第二のスイッチング素子をオン、オフする通流幅制御をかけることにより、整流回路の出力電圧電流制御と流入電流波形の改善を一定のスイッチング周波で行うことができる。 This power supply can charge the resonant capacitor with zero current soft switching by turning on the first switching element, and turns on and off the second switching element of the DC-DC converter connected to the resonant capacitor. By controlling the current width, it is possible to control the output voltage and current of the rectifier circuit and improve the inflow current waveform at a constant switching frequency.

本発明は、さらに第一のスイッチング素子を用いることなく、第二のスイッチング素子のオン、オフ制御だけで、共振電流による共振キャパシタへの充電と、DC-DCコンバータの出力電圧電流制御を実現しようとするもので、主回路構成の更なる簡単化とスイッチング素子での通電損失を無くすことができ効率の更なる改善も期待できる。 Furthermore , the present invention aims to realize charging of a resonant capacitor by a resonant current and control of output voltage and current of a DC-DC converter only by controlling on/off of a second switching element without using a first switching element. As a result , it is possible to further simplify the main circuit configuration and eliminate conduction loss in the switching elements, and further improvement in efficiency can be expected.

特願1990-97272:「一石式共振形コンバータ」Patent application 1990-97272: “Single stone resonant converter” 特願1995-213050:「共振形コンバータ」Patent application 1995-213050: “Resonant converter” 特願2007-28829:「共振電流制御方法」Patent application 2007-28829: “Resonant current control method” 特許第6667750:「DC-DCコンバータ」Patent No. 6667750: “DC-DC converter” 特許第6775745:「AC-DCコンバータ」Patent No. 6775745: “AC-DC converter” 特許第7137260:「AC-DC電源」Patent No. 7137260: “AC-DC power supply” 特願2023-0470731:「共振形AC-DC電源」Patent application 2023-0470731: “Resonant type AC-DC power supply”

パワーエレクトロニクス機器は、理想的なスイッチング制御ができれば、原理的には損失を伴わないことから、スイッチング素子の高速化に向けた開発が進み、近年では従来からのシリコン半導体に代わり、SiC半導体、GaN半導体が利用可能となってきており、この傾向は今後も急速に進むものと思われる。 Power electronics devices, in principle, have no loss if ideal switching control is achieved, so development is progressing toward faster switching elements, and in recent years SiC semiconductors and GaN have replaced conventional silicon semiconductors. With the availability of semiconductors, this trend is expected to continue rapidly.

そして、スイッチング周波数を高くすることで、インダクタ、キャパシタ、変圧器などが小型化でき、効率改善と装置の小型軽量化が急速に進んでいる。 By increasing the switching frequency, inductors, capacitors, transformers, etc. can be made smaller, leading to rapid improvements in efficiency and miniaturization and weight reduction of devices.

一方で、ハードスイッチング制御によるものは、スイッチング特性が高速化できても、スイッチングの伴うスイッチング損失やスイッチングノイズの発生の問題は残る。 On the other hand, with hard switching control, even if the switching characteristics can be made faster, the problem of switching loss and switching noise that accompanies switching remains.

これに対して、スイッチング素子にかかる電圧か電流が零の時にスイッチング制御できれば、これらの問題が解決でき、ソフトスイッチング制御として実用に供しているが、ソフトスイッチング制御をさせるための回路構成や制御システムが複雑化することが課題となっている。 On the other hand, if switching control can be performed when the voltage or current applied to the switching element is zero, these problems can be solved and it is put into practical use as soft switching control, but the circuit configuration and control system for performing soft switching control are The problem is that the technology is becoming more complex.

(特許文献1)は、フライバックDCDCコンバータの変圧器の二次側で共振動作をさせることにより、変圧器の磁束リセットの課題を解決しようとするもので、1個のスイッチで構成制御でき、回路構成は簡単であるが、スイッチング周波数の制御が必要で、これが課題となる。 (Patent Document 1) attempts to solve the problem of resetting the magnetic flux of a transformer by causing resonance operation on the secondary side of the transformer of a flyback DC/DC converter, and the configuration can be controlled with a single switch. Although the circuit configuration is simple, it requires control of the switching frequency, which poses a challenge.

(特許文献2)は、LC共振制御と出力制御に用いる2個のスイッチング素子間のスイッチングタイミングを制御するDCDCコンバータの方式であり、共振動作をさせるスイッチング周波数が一定にできる特徴があるが、スイッチングタイミング制御が複雑化するなどの課題がある。 (Patent Document 2) is a DC/DC converter method that controls the switching timing between two switching elements used for LC resonance control and output control, and has the feature that the switching frequency for resonance operation can be kept constant. There are issues such as the complexity of timing control.

(特許文献3)は、LC共振回路と2個のスイッチング素子を用いており、(特許文献2)と類似しているが、共振電流の大きさが負荷の軽重に応じて変えられることを特徴としている。 (Patent Document 3) uses an LC resonant circuit and two switching elements, and is similar to (Patent Document 2), but is characterized in that the magnitude of the resonant current can be changed according to the weight and weight of the load. It is said that

(特許文献4)は、高周波方形波電圧形インバータを用いたソフトスイッチング制御による絶縁型DCDCコンバータであり、共振電流が負荷電流に応じて変化するので、(特許文献3)と同様に軽負荷時の共振電流による通電損失を抑制できるが、主回路構成は複雑化する。 (Patent Document 4) is an isolated DC-DC converter using soft switching control using a high-frequency square wave voltage source inverter, and since the resonant current changes according to the load current, it is possible to reduce the load when the load is low, similar to (Patent Document 3). The current flow loss due to the resonance current can be suppressed, but the main circuit configuration becomes complicated.

以上は、共振制御技術をDCDCコンバータに適用したときの制御手法であるが、直流電源を交流電源から得るAC-DCコンバータの場合には、整流回路の流入電流特性改善が求められる。 The above is a control method when the resonance control technology is applied to a DC-DC converter, but in the case of an AC-DC converter that obtains a DC power source from an AC power source, it is required to improve the inflow current characteristics of the rectifier circuit.

(特許文献5)は、(特許文献4)の共振電流が負荷電流に応じて変化することを活かした共振回路動作をAC-DCコンバータへ適用したもので、共振電流の振幅が交流電源電圧に比例するため、高周波フィルタを接続するだけで、流入電流波形を正弦波状にすることができる。 (Patent Document 5) applies the resonant circuit operation of (Patent Document 4) that takes advantage of the fact that the resonant current changes depending on the load current to an AC-DC converter, and the amplitude of the resonant current changes depending on the AC power supply voltage. Since it is proportional, the inflow current waveform can be made into a sine wave by simply connecting a high frequency filter.

しかしながら、直流負荷として一定の順方法電圧降下を有するLEDや、直流出力に平滑キャパシタが接続される場合は、正弦波形とはならない。 However, in the case of an LED having a constant forward voltage drop as a DC load or a smoothing capacitor connected to the DC output, a sinusoidal waveform is not obtained.

(特許文献6)は、この課題を克服するために、共振キャパシタと平滑用キャパシタの間に、昇圧形DCDCコンバータを挿入してスイッチング制御により、LED等の負荷が接続されても流入電流波形をほぼ正弦波に改善することができるようにしたものである(Patent Document 6), in order to overcome this problem, inserts a step-up DC/DC converter between the resonant capacitor and the smoothing capacitor, and uses switching control to control the inflow current waveform even when a load such as an LED is connected. This allows the waveform to be improved to almost a sine wave.

しかし、(特許文献6)では、出力電圧制御するためには、スイッチング動作周波数を変化させることが必要となり、特に大幅な電圧電流制御が課題となる。 However, in (Patent Document 6), in order to control the output voltage , it is necessary to change the switching operating frequency, and in particular, significant voltage and current control becomes a problem.

(特許文献7)は、この課題を克服するため、共振キャパシタと直流負荷間に昇降圧形DCDCコンバータを挿入し、共振キャパシタを充電させる共振電流が零になった時点以降に、昇降圧形DCDCのスイッチの通流幅を制御する手法により、一定のスイッチング動作周波数で、直流出力電圧、電流制御、ほぼ正弦波の流入電流で可能としたものである(Patent Document 7), in order to overcome this problem, inserts a buck-boost DC/DC converter between a resonant capacitor and a DC load, and after the resonant current that charges the resonant capacitor becomes zero, the buck-boost DC/DC converter is By controlling the conduction width of the switch, it is possible to control the DC output voltage and current with a nearly sinusoidal inflow current at a constant switching frequency.

また、(特許文献7)は、DCDCコンバータにフライバックコンバータを用いることにより、変圧器の変圧比により絶縁した任意の出力電圧を得ることができる。 Further , (Patent Document 7) uses a flyback converter as a DC/DC converter, thereby making it possible to obtain an arbitrary output voltage isolated by the transformation ratio of the transformer.

さらに、二つのスイッチをチャージポンプ構成とすることによりドライブ回路も簡単化できる特徴がある Furthermore, by configuring the two switches as a charge pump, the drive circuit can be simplified.

本発明は、このような優れた特徴を有する(特許文献7)の共振形AC-DC電源の更なる簡単化と効率向上を目指すものである。 The present invention aims to further simplify and improve the efficiency of the resonant AC-DC power supply described in Patent Document 7, which has such excellent characteristics.

(特許文献7)は、LC共振回路の共振動作をさせるための逆流防止機能を有する第一のスイッチ回路と、共振電流で共振キャパシタに充電された電圧に対しDCDCコンバータを介して、直流負荷に給電し、直流出力電圧、電流を制御するための第二のスイッチ回路で構成制御するため、主回路構成と二つのスイッチのドライブ回路等が幾分複雑化するなどが課題となっている。 (Patent Document 7) discloses a first switch circuit having a reverse current prevention function for causing a resonant operation of an LC resonant circuit, and a voltage charged in a resonant capacitor with a resonant current to a DC load via a DCDC converter. Since the configuration is controlled by a second switch circuit for supplying power and controlling the DC output voltage and current, the main circuit configuration and the drive circuits for the two switches are somewhat complicated.

また、第一のスイッチは共振電流により零電流でソフトスイッチング制御されるためスイッチング損失は低く抑えられるが、共振電流の大きさに比例した通電損失が効率の低下につながる。 Further, since the first switch is soft-switched and controlled with zero current by the resonant current, the switching loss can be suppressed to a low level, but the conduction loss proportional to the magnitude of the resonant current leads to a decrease in efficiency.

本発明は、第一のスイッチを使わずに、第二のスイッチだけで構成することにより、これらの課題を克服するもので、(特許文献7)の優れた特徴に加えて、第一のスイッチング素子を除いて構成できるため、主回路構成、制御システムの簡単化と、第一のスイッチング素子による無駄なスイッチング制御ノイズの発生や、通電損失を無くすことができ、さらなるノイズ低減と効率改善が可能な共振電流制御直流電源を実現することができる。 The present invention overcomes these problems by configuring only the second switch without using the first switch, and in addition to the excellent features of (Patent Document 7), Since it can be configured without any elements, the main circuit configuration and control system can be simplified, and unnecessary switching control noise caused by the first switching element and conduction loss can be eliminated, making it possible to further reduce noise and improve efficiency. It is possible to realize a resonant current controlled DC power supply.

図1は、(特許文献7)の共振形AC-DC電源のLC共振回路部と昇降圧形DC-DCコンバータ部で構成した共振電流制御形DCDCコンバータ回路である。 FIG. 1 shows a resonant current-controlled DC-DC converter circuit configured with an LC resonant circuit section and a buck-boost DC-DC converter section of a resonant AC-DC power supply disclosed in Patent Document 7.

直流電源Esに対して、逆流防止機能を有する第一のスイッチ回路により制御されるLC共振回路の共振電流により充電された共振キャパシタCrの電圧を昇降圧形DCDCコンバータの第二のスイッチの通流幅Tonを制御することにより、直流出力電圧、電流を制御できる。 With respect to the DC power source Es, the voltage of the resonant capacitor Cr charged by the resonant current of the LC resonant circuit controlled by the first switch circuit having a reverse current prevention function is passed through the second switch of the buck-boost type DC-DC converter. By controlling the width Ton, the DC output voltage and current can be controlled.

図2は、第一のスイッチと第二のスイッチのスイッチング信号に対する共振電流ir,共振キャパシタの共振電圧erと、共振キャパシタCrから第二のスイッチに流れる電流id1と第二のスイッチがオフ時に負荷回路に流れる電流id2の波形を示している。 Figure 2 shows the resonant current ir for the switching signals of the first switch and the second switch, the resonant voltage er of the resonant capacitor, the current id1 flowing from the resonant capacitor Cr to the second switch, and the load when the second switch is off. It shows the waveform of the current id2 flowing through the circuit.

ここで、共振電流irは、第一のスイッチS1をオンした時点で直流電源電圧Esと共振キャパシタCrの充電電圧の差電圧ΔEに比例した共振電流irが流れる。 Here, a resonance current ir proportional to the difference voltage ΔE between the DC power supply voltage Es and the charging voltage of the resonance capacitor Cr at the time when the first switch S1 is turned on flows.

このため、負荷電流が小さいと共振キャパシタCrの電圧低下は引いので差電圧ΔEは小さく共振電流irも小さくなるが、負荷電流が大きくなると共振キャパシタCrの電圧低下は大きくなり、零電圧に達するようになり、共振電流irは最大となる。 For this reason, when the load current is small, the voltage drop across the resonant capacitor Cr is reduced, so the differential voltage ΔE is small and the resonant current ir is also small. However, when the load current is large, the voltage drop across the resonant capacitor Cr increases, reaching zero voltage. , and the resonant current ir becomes maximum.

図3は、第一のスイッチS1をオン状態とし、第二のスイッチをLC共振回路の共振周期に同期して、通流幅制御する1スイッチ共振電流制御形DCDCコンバータの回路図である。 FIG. 3 is a circuit diagram of a one-switch resonant current control type DC-DC converter in which the first switch S1 is turned on and the second switch is synchronized with the resonance period of the LC resonant circuit to control the current flow width.

図4は、このDCDCコンバータ回路において、第一のスイッチS1をオン状態のもと、第二のスイッチS2の通流幅制御したときの各部のスイッチング動作波形を示している。 FIG. 4 shows the switching operation waveforms of each part in this DCDC converter circuit when the first switch S1 is in the ON state and the conduction width of the second switch S2 is controlled.

同図で、第二のスイッチS2をオンすることにより、共振キャパシタCrの電圧が低下し、通流幅Ton後にオフした時点での直流電源電圧Esと共振キャパシタCrの電圧erとの差電圧ΔEに比例した共振電流irが流れることを示している。 In the figure, by turning on the second switch S2, the voltage of the resonant capacitor Cr decreases, and the difference voltage ΔE between the DC power supply voltage Es and the voltage er of the resonant capacitor Cr when the second switch S2 is turned off after the conduction width Ton. This shows that a resonant current ir proportional to .

LC共振回路に共振電流が流れ始めるタイミングは異なるが、第二のスイッチS2の通流幅制による負荷電流の大小によって生じる差電圧ΔEに比例した共振電流irが流れることが分かる。 Although the timing at which the resonant current starts to flow in the LC resonant circuit is different, it can be seen that the resonant current ir flows in proportion to the differential voltage ΔE caused by the magnitude of the load current due to the current width control of the second switch S2.

すなわち、第一のスイッチS1による共振電流制御によらないでも、第一のスイッチを用いることなく第二のスイッチS2だけで、共振電流制御と出力電圧電流制御が行うことができることから、第一のスイッチを用いる場合に比べて、主回路構成を簡単化できるだけでなく、第一のスイッチS1での通電損失およびソフトスイッチング動作によるスイッチング損失やスイッチングノイズの発生を無くすことができる。 In other words, even if the resonant current control is not performed by the first switch S1, the resonant current control and the output voltage/current control can be performed only by the second switch S2 without using the first switch. Compared to the case where a switch is used, not only can the main circuit configuration be simplified, but also switching loss and switching noise due to conduction loss and soft switching operation in the first switch S1 can be eliminated.

図5は、図3のDCDCコンバータ部に変圧器を用いたフライバックコンバータに置き換えたもので、変圧器を用いることにより、変圧比の設定で電圧制御範囲の制限をなくし、直流電源から絶縁した直流出力が得られる。 Figure 5 shows a flyback converter that uses a transformer in place of the DCDC converter in Figure 3. By using a transformer, the voltage control range is not limited by setting the transformation ratio, and it is isolated from the DC power supply. DC output can be obtained.

次に、図6は、図3の昇降圧形DCDCコンバータ回路を降圧形DCDCコンバータ回路に置き換えた共振電流制御形降圧DCDCコンバータ回路である。 Next, FIG. 6 shows a resonant current control type step-down DC-DC converter circuit in which the buck-boost type DC-DC converter circuit of FIG. 3 is replaced with a step-down type DC-DC converter circuit.

図7は、図5のフライバックDCDCコンバータをフォワードDCDCコンバータに置き換えた共振電流制御形フォワードコンバータ回路である。 FIG. 7 shows a resonant current controlled forward converter circuit in which the flyback DCDC converter in FIG. 5 is replaced with a forward DCDC converter.

これら共振電流制御形DCDCコンバータは、昇降圧形DCDCコンバータや降圧形DCDCコンバータ、フライバックDCDCコンバータおよびフォワードDCDCコンバータのいずれも、スイッチSがオン期間に共振キャパシタCrの充電電圧から電流をインダクタLdに流し、オフ信号により、インダクタLdの電流は継続して負荷側に流すが、共振キャパシタCrからの電流がオフになった時点で、次の共振電流動作を開始させることができるThese resonant current control type DCDC converters, including buck-boost type DCDC converter, step-down type DCDC converter, flyback type DCDC converter, and forward type DCDC converter, convert current from charging voltage of resonant capacitor Cr to inductor Ld while switch S is on. The current in the inductor Ld continues to flow to the load side by the ON/OFF signal, but the next resonant current operation can be started when the current from the resonant capacitor Cr is turned off.

図8は、共振キャパシタCrからの電流をオン、オフ制御するDCDCコンバータの基本動作を模式図で表現した共振電流制御形DCDCコンバータの基本回路構成である。 FIG. 8 is a basic circuit configuration of a resonant current control type DCDC converter, which schematically represents the basic operation of a DCDC converter that controls on and off the current from the resonant capacitor Cr.

図9に、共振電流制御形DCDCコンバータのスイッチSの通流幅Ton1,Ton2(>Ton1)を変えたときの動作波形を示しており、通流幅のオフ時点から共振キャパシタCrに共振電流irが流れ込みa)通流幅が小さいときは共振キャパシタCrの電圧低下による差電圧ΔEは小さく、共振電流irおよびスイッチSがオフ時点で負荷側に流れ込むパルス電流id2と祖穂平均電流ioも小さくなるが、b)通流幅が大きくなると、共振電流irおよび負荷電流Ioいずれも大きくなることを示している。 Figure 9 shows the operating waveforms when the conduction width Ton1, Ton2 (>Ton1) of the switch S of the resonant current control type DC/DC converter is changed. a) When the current width is small, the differential voltage ΔE due to the voltage drop of the resonant capacitor Cr is small, and the pulse current id2 and average current io that flow into the load side when the resonant current ir and the switch S are turned off also become small. However, b) indicates that as the conduction width increases, both the resonant current ir and the load current Io increase.

本発明の共振電流制御形直流電源は、直流電源あるいは交流電源から直接でなくLC共振回路を介してからDCDCコンバータに接続する回路構成としているが、その効果を述べる。 The resonant current controlled DC power supply of the present invention has a circuit configuration in which the DC power supply or the AC power supply is connected not directly to the DC/DC converter through an LC resonant circuit, but its effects will be described below.

図10は、直流電源から必要とする直流電圧に変換する共振電流制御形直流電源の構成模式図を示しており、図11は直流電源側の電圧Esと共振電流irおよび電源電流波形isの波形を示している。 Figure 10 shows a schematic diagram of the configuration of a resonant current controlled DC power supply that converts a DC power supply into the required DC voltage, and Figure 11 shows the voltage Es on the DC power supply side, the resonance current ir, and the waveforms of the power supply current waveform is. It shows.

LC共振回路を用いることで、DCDCコンバータのスイッチング制御によるパルス状の電流が電源側に流れず、LC共振回路の滑らかな波形の共振電流irが流れるため、小さなLCによる直流電源フィルタを挿入することで、流入電流isはノイズの少ない共振振動電流の平均電流となる。 By using an LC resonant circuit, the pulsed current caused by the switching control of the DCDC converter does not flow to the power supply side, and the smooth waveform resonant current ir of the LC resonant circuit flows, so a small LC DC power supply filter is inserted . Therefore, the inflow current is becomes the average current of the resonant oscillation current with less noise .

図12は、交流電源から整流して必要とする直流電圧に変換する共振電流制御形直流電源の構成模式図を示しており、図13は交流電源側の電圧esと共振電流irおよび電源電流波形isの波形を示している。 Figure 12 shows a schematic diagram of the configuration of a resonant current controlled DC power supply that rectifies an AC power supply and converts it into the required DC voltage, and Figure 13 shows the voltage es on the AC power supply side, the resonance current ir, and the power supply current waveform. The is waveform is shown.

この場合、整流した電圧波形は正弦波交流電源電圧の絶対値波形となり、その電圧振幅に比例した共振電流irが流れるが、交流側の電流isは、小さなLCによる交流電源フィルタにより、
特別なPFC制御によることなく、交流電源電圧と同じ波形の正弦波電流にすることができる。
In this case, the rectified voltage waveform becomes the absolute value waveform of the sine wave AC power supply voltage, and a resonant current ir proportional to the voltage amplitude flows, but the current is on the AC side is changed by the AC power supply filter using a small LC.
A sine wave current having the same waveform as the AC power supply voltage can be obtained without special PFC control.

交流電源から整流した電圧を、LC共振回路を介することなくDCDCコンバータに直接接続した場合は、DCDCコンバータのスイッチング制御によるパルス状の電流が交流ラインに直接流れることとなる。 When a voltage rectified from an AC power source is directly connected to a DC/DC converter without going through an LC resonant circuit, a pulsed current due to switching control of the DC/DC converter flows directly to the AC line.

図14は、三相平衡交流電圧を三相ブリッジ回路で整流し、小さなLCフィルタ回路を通した電圧出力を必要とする直流電圧に変換する共振電流制御形直流電源の構成模式図であり、この場合の交流電源電流isは、図示するような120度通流幅の方形波に近い電流波形となる Figure 14 is a schematic diagram of the configuration of a resonant current controlled DC power supply that rectifies a three-phase balanced AC voltage with a three-phase bridge circuit and converts the voltage output through a small LC filter circuit into the required DC voltage. In this case, the AC power supply current is has a current waveform close to a square wave with a 120 degree conduction width as shown in the figure.

この他、LC共振回路を用いることにより、通常は直流側の電源電圧と共振キャパシタの電圧の差電圧に比例した電流が流れ、過大な電流は電源電圧とLC共振回路定数で決まる電流に抑制することができる。 In addition, by using an LC resonant circuit, a current proportional to the voltage difference between the DC side power supply voltage and the voltage of the resonant capacitor normally flows, and excessive current is suppressed to a current determined by the power supply voltage and the LC resonant circuit constant. be able to.

さらに、DCDCコンバータのスイッチ素子にかかる電圧も、共振キャパシタの電圧が低くなったときにスイッチをオフするために、低く抑えることができるなどの効果が期待できる。 Further, since the voltage applied to the switching element of the DC/DC converter is turned off when the voltage of the resonant capacitor becomes low, effects such as being able to be suppressed to a low level can be expected.

以上のように、本発明は、(特許文献7)の優れた特徴に加えて、共振用スイッチを用いないで構成できるため、スイッチとしての損失やノイズの発生そのものを無くすことができ、主回路構成およびドライブ回路構成もさらに簡単化することができる。As described above, in addition to the excellent features of (Patent Document 7), the present invention can be configured without using a resonance switch, so loss as a switch and generation of noise itself can be eliminated, and the main circuit The configuration and drive circuitry can also be further simplified.

ここで、本発明による共振電流制御形直流電源の特徴を以下にまとめて列記する。Here, the features of the resonant current controlled DC power supply according to the present invention will be summarized below.

1)1個のスイッチによる固定周波数でスイッチの通流幅制御だけで、電源電流波形、特性を改善しながら任意の直流出力電圧、電流の制御が可能で、1) By simply controlling the current width of the switch at a fixed frequency using one switch, it is possible to control any DC output voltage and current while improving the power supply current waveform and characteristics.
2)主回路構成およびドライブ回路を含め制御システムが極めて簡単となり、2) The control system including the main circuit configuration and drive circuit is extremely simple,
3)2個のスイッチ制御で構成制御する(特許文献7)の電源に比べて、スイッチングノイズ、スイッチング損失を大幅に低減することができ、3) Switching noise and switching loss can be significantly reduced compared to the power supply that controls the configuration using two switches (Patent Document 7).
4)DCDCコンバータ部を昇降圧形DCDCコンバータとした場合は、電圧制御範囲が広いため、ワールドワイドな交流電源電圧に対しても、容易に対応することができ、4) If the DC-DC converter section is a buck-boost type DC-DC converter, the voltage control range is wide, so it can easily correspond to worldwide AC power supply voltages.
5)さらに、フライバック形DCDCコンバータを用いた構成においては変圧器を用いるため、絶縁した直流出力を得ることができ、5) Furthermore, since a transformer is used in a configuration using a flyback type DC/DC converter, an isolated DC output can be obtained.
6)変圧比の設計によって、低電圧、大電流の小型スイッチング電源としても適用が容易で、6) Due to the transformation ratio design, it can be easily applied as a small switching power supply with low voltage and large current.
7)LC共振回路を通すことにより、DCDCコンバータ部での先鋭化するスイッチング成分電流の電源側への流出を防ぐことができ、EMIノイズ対策にも有効で、7) By passing the LC resonant circuit, it is possible to prevent the increasingly sharp switching component current in the DC/DC converter from flowing to the power supply side, and it is also effective as a countermeasure against EMI noise.
8)DCDCコンバータ部のスイッチングは、共振キャパシタ電圧を放電し低下させた時点で、スイッチオフ制御できるため、スイッチ素子耐圧を抑えることができ、8) Switching of the DCDC converter section can be controlled to switch off at the moment when the resonant capacitor voltage is discharged and lowered, so the switch element breakdown voltage can be suppressed.
9)直流電源部にLC共振回路を用いているため、LC共振回路の特性インピーダンスにより、過大電流を抑制することができ、9) Since an LC resonant circuit is used in the DC power supply section, excessive current can be suppressed by the characteristic impedance of the LC resonant circuit.
10)DCDCコンバータ部を降圧形DCDCコンバータとした場合は、出力電圧制御範囲に制約を伴うが、DCDCコンバータ部での電流ピーク値が抑えられ、効率向上も期待できる。 10) If the DC/DC converter section is a step-down DC/DC converter, there will be restrictions on the output voltage control range, but the current peak value in the DCDC converter section will be suppressed, and an improvement in efficiency can be expected.

共振電流制御形昇降圧DCDCコンバータ回路Resonant current control buck-boost DC/DC converter circuit 共振電流制御形昇降圧DCDCコンバータ回路のスイッチング動作波形Switching operation waveform of resonant current controlled buck-boost DC/DC converter circuit 1スイッチ共振電流制御形昇降圧DCDCコンバータ回路1-switch resonant current control buck-boost DC/DC converter circuit 1スイッチ共振電流制御形昇降圧DCDCコンバータ回路のスイッチング制御動作波形Switching control operation waveform of 1-switch resonant current control type buck-boost DC/DC converter circuit 共振電流制御形フライバックDCDCコンバータ回路Resonant current controlled flyback DC/DC converter circuit 共振電流制御形降圧DCDCコンバータ回路Resonant current control step-down DC/DC converter circuit 共振電流制御形フォワードDCDCコンバータ回路Resonant current control type forward DC/DC converter circuit 共振電流制御形DCDCコンバータの基本回路Basic circuit of resonant current control type DC/DC converter 共振電流制御形昇降圧DCDCコンバータのスイッチング制御動作波形Switching control operation waveform of resonant current controlled buck-boost DC/DC converter 共振電流制御形直流電源の主回路構成Main circuit configuration of resonant current controlled DC power supply 共振電流制御形直流電源の流入電流波形Inflow current waveform of resonant current controlled DC power supply 単相共振電流制御形直流電源の主回路構成Main circuit configuration of single-phase resonant current controlled DC power supply 単相共振電流制御形直流電源の流入電流波形Inflow current waveform of single-phase resonant current-controlled DC power supply 三相共振形直流電源の主回路構成Main circuit configuration of three-phase resonant DC power supply 共振電流制御形直流電源の動作波形(Es=100V,LED1,Ton=5us) Operating waveform of resonant current controlled DC power supply (Es=100V, LED1, Ton=5us) 昇降圧直接制御直流電源の動作波形(Es=100V,LED1,Ton=5us) Operating waveform of buck-boost direct control DC power supply (Es=100V, LED1, Ton=5us) 共振電流制御形降圧直流電源の動作波形(Es=100V,LED2,Ton=5us) Operating waveform of resonant current control step-down DC power supply (Es=100V, LED2, Ton=5us) 共振電流制御形フライバック直流電源の動作波形(Es=100V, N1/N2=1,LED1,Ton=5us) Operating waveform of resonant current controlled flyback DC power supply (Es=100V, N1/N2=1,LED1,Ton=5us) 単相共振形フライバック直流電源の動作波形(Va=100V,N1/N2=1, LED1,Ton=5us) Operating waveform of single-phase resonant flyback DC power supply (Va=100V, N1/N2=1, LED1, Ton=5us) 単相共振形フライバック直流電源の動作波形(Va=200V,N1/N2=1, LED1,Ton=3us) Operating waveform of single-phase resonant flyback DC power supply (Va=200V, N1/N2=1, LED1, Ton=3us) 単相共振形フライバック直流電源の動作波形(Va=100V, N1/N2= 20、R=10 ohm,Ton=3us) Operating waveform of single-phase resonant flyback DC power supply (Va=100V, N1/N2= 20, R=10 ohm, Ton=3us) 三相共振形フライバック直流電源の動作波形(Va=200V,N1/N2=1, LED1,Ton=3us) Operating waveform of three-phase resonant flyback DC power supply (Va=200V, N1/N2=1, LED1, Ton=3us)

本発明を実施する上で、図8に示す共振電流制御形直流電源として、DCDCコンバータ部に(1)昇降圧形DCDCコンバータ、(2)降圧形DCDCコンバータ、(3)フライバックDCDCコンバータ、(4)フォワードコンバータを適用したときの直流電源の入出力制御動作を、直流電源と交流電源の全波整流電源を接続したケースに対して、いくつかのシミュレーション解析結果により確認する。 In carrying out the present invention, the resonant current controlled DC power supply shown in FIG. 4) The input/output control operation of a DC power supply when a forward converter is applied will be confirmed using several simulation analysis results for the case where a full-wave rectified DC power supply and an AC power supply are connected.

シミュレーション解析では、以下の動作条件で行った。
共振電流制御形直流電源に加える直流電源電圧Esは、Es=100V, 交流電源を加える場合は、交流電源周波数fa=60Hzで、交流電圧(実効値)Es(=Ea)は、Es=100 V または 200Vとし、電源側のLCフィルタは、La=0.5mH, Ca=2uF、共振インダクタンスLrは、Lr=100 uH, 共振キャパシタンスCrは、Cr=0.1 uF, DCDCコンバータに接続するインダクタンスLdは、Ld=100uH, フライバック用変圧器のインダクタンスLmは、Lm=100uH、変圧器の変圧比は、N1/N2=1とし、共振動作および出力制御するスイッチのスイッチング周波数fsは、fs=70 kHz、また、スイッチのオン時間Tonは、Ton=0から5 usec とした。
The simulation analysis was performed under the following operating conditions.
The DC power supply voltage Es applied to the resonant current control type DC power supply is Es=100V, and when applying an AC power supply, the frequency of the AC power supply is fa=60Hz, and the AC voltage (effective value) Es(=Ea) is Es=100 V or 200V, the LC filter on the power supply side is La=0.5mH, Ca=2uF, the resonance inductance Lr is Lr=100 uH, the resonance capacitance Cr is Cr=0.1 uF, and the inductance Ld connected to the DCDC converter is: Ld=100uH, the inductance Lm of the flyback transformer is Lm=100uH, the transformation ratio of the transformer is N1/N2=1, the switching frequency fs of the switch for resonance operation and output control is fs=70 kHz, Further, the on time Ton of the switch was set from Ton=0 to 5 usec.

なお、直流負荷回路として、負荷端に接続する平滑キャパシタCdは、Cd=1000 uF、負荷には、LED1 (抵抗rF=10 ohm,電圧降下VF=165 V )またはLED2 (抵抗rF=5 ohm,電圧降下VF=86 V)を接続してシミュレーション解析を行った。 As a DC load circuit, the smoothing capacitor Cd connected to the load end is Cd=1000 uF, and the load is LED1 (resistance r F =10 ohm, voltage drop V F =165 V) or LED2 (resistance r F = 5 ohm, voltage drop V F =86 V) was connected for simulation analysis.

また、低圧の直流電源動作確認においては、フライバックコンバータの変圧比は、N1/N2=20とし、平滑キャパシタCdは、Cd=4000 uF として抵抗Rは、R=10 ohm を接続してシミュレーション解析を行った。 In addition, to confirm the operation of a low-voltage DC power supply, simulation analysis was performed by connecting the transformation ratio of the flyback converter to N1/N2=20, the smoothing capacitor Cd to Cd=4000 uF, and the resistance R to R=10 ohm. I did it.

(1)昇降圧形DCDCコンバータ動作
図15は、直流電源電圧Es(vad)=100Vに対して、昇降圧形DCDCコンバータで構成した共振電流制御形直流電源のスイッチのオン期間をTon=5usecとし、LED1 負荷を接続したときの動作波形である。
(1) Operation of the buck-boost DC/DC converter Figure 15 shows the on-period of the switch of the resonant current control type DC power supply configured with the buck-boost DC/DC converter when the DC power supply voltage Es(vad) = 100V is Ton = 5 usec. , is the operating waveform when LED1 load is connected.

スイッチの電流波形id1に対して、スイッチがオフになった時に、電源電圧vadと共振キャパシタの電圧vrの差電圧による共振動作により共振電流irが流れて、スイッチの通流時間により出力電圧が制御され、出力電流に比例した直流入力電流isが流れており、LC共振回路により、この場合の直流出力電流0.87Aに対し、電源電流はピーク値が3.14A (直流出力電流の3.61倍)の共振電流が流れていることが確認される When the switch is turned off with respect to the current waveform id1 of the switch, a resonant current ir flows due to the resonant operation due to the voltage difference between the power supply voltage vad and the resonant capacitor voltage vr, and the output voltage is controlled by the switch conduction time. In this case, a DC input current is proportional to the output current is flowing, and due to the LC resonant circuit, the power supply current has a resonance with a peak value of 3.14A (3.61 times the DC output current) for the DC output current of 0.87A in this case. Confirms that current is flowing

図16は、比較のためにLC共振回路を除いてDCDCコンバータ動作をさせたときの動作波形であり、スイッチがオンすることにより直線的に電流が流れ込むため、この場合の直流出力電流0.74Aに対し、電源電流はピーク値が4.86A (直流出力電流の6.56倍)と大きな電流が流れていることが確認される。 Figure 16 shows the operating waveforms when the DC-DC converter is operated without the LC resonant circuit for comparison. Since the current flows linearly when the switch is turned on, the DC output current in this case is 0.74A. On the other hand, it is confirmed that a large power current flows, with a peak value of 4.86A (6.56 times the DC output current) .

(2)降圧形DCDCコンバータ動作
図17は、直流電源電圧Es(vad)=100Vに対して、降圧形DCDCコンバータで構成した共振電流制御形直流電源のスイッチのオン期間をTon=5usecとし、低い動作電圧のLED2 負荷を接続したときの動作波形である。
(2) Step-down DC-DC converter operation Figure 17 shows that for a DC power supply voltage Es(vad) = 100V, the on-period of the switch of a resonant current-controlled DC power supply configured with a step-down DC-DC converter is set to Ton = 5 usec, and is low . Operating voltage LED2 This is the operating waveform when a load is connected.

スイッチがオフとなり電流波形id1が零となる時点で、電源電圧vadと共振キャパシタの電圧vrの差電圧による共振動作により共振電流irが流れていることが確認される。 At the point in time when the switch is turned off and the current waveform id1 becomes zero, it is confirmed that a resonant current ir is flowing due to the resonant operation due to the voltage difference between the power supply voltage vad and the voltage vr of the resonant capacitor.

(3)フライバックDCDCコンバータ動作
図18は、直流電源電圧Es(vad)=100Vに対して、変圧比N1/N2=1の変圧器を用いたフライバックDCDCコンバータで構成した共振電流制御形直流電源のスイッチのオン期間をTon=5usecとし、LED1 負荷を接続したときの動作波形である。
(3) Flyback DC-DC converter operation Figure 18 shows a resonant current-controlled DC converter configured with a flyback DC-DC converter using a transformer with a transformation ratio N1/N2 = 1 for a DC power supply voltage Es(vad) = 100V. This is the operating waveform when the power switch on period is Ton=5usec and LED1 load is connected.

(4)単相共振形フライバック直流電源動作
この場合は、変圧比N1/N2=1に設定しているため、上述した(1)昇降圧形DCDCコンバータ動作の結果と変わらないが、直流電源とは絶縁した直流出力が得られている。
(4) Single-phase resonant flyback DC power supply operation In this case, the transformation ratio is set to N1/N2 = 1, so the results are the same as those of (1) buck-boost DC-DC converter operation, but the DC power supply A DC output is obtained that is isolated from the

図19は、交流電源電圧Es(vad)=100Vの交流電源からLCフィルタ回路を介して単相全波整流電圧波形を加え、変圧比N1/N2=1、スイッチのオン期間をTon=5usecとし、LED1 負荷を接続したときのACDCコンバータとしての動作波形である。 In Figure 19, a single-phase full-wave rectified voltage waveform is applied from an AC power supply with an AC power supply voltage Es(vad) = 100V via an LC filter circuit, the transformation ratio N1/N2 = 1, and the on-period of the switch is Ton = 5usec. , LED1 This is the operating waveform as an ACDC converter when a load is connected.

同図 (a)は、共振電流制御形ACDCコンバータとしての動作波形であり、同図(b)はスイッチング動作を確認するために交流電源電圧が最大値付近を拡大した波形を示しており、1個のスイッチのオン期間制御だけで、共振電流制御irと直流出力電圧vo、電流ioが制御でき、同時に、電源電流isは綺麗な正弦波となっていることが確認される。 Figure (a) shows the operating waveform as a resonant current control type ACDC converter, and Figure (b) shows the waveform where the AC power supply voltage is enlarged around the maximum value in order to confirm the switching operation. It is confirmed that the resonance current control IR, DC output voltage VO, and current IO can be controlled just by controlling the on-period of each switch, and at the same time, the power supply current IS has a beautiful sine wave.

図20は、交流電源電圧をEs(vad)=200Vとして、スイッチのオン期間をTon=3usecとして出力を絞ったときの動作波形であり、電源電圧が高くなったことにより、同じ出力に対するスイッチの電流id1が小さくなるので、共振キャパシタCrの電圧低下は少なく脈動幅が低下すると同時に、共振電流irの振幅も小さくなり、共振キャパシタの電圧も低くなり、スイッチ素子にかかる電圧も低くすることが確認できる。 Figure 20 shows the operating waveforms when the AC power supply voltage is Es(vad) = 200V and the switch on period is Ton = 3usec to reduce the output. Since the current id1 becomes smaller, the voltage drop of the resonant capacitor Cr is less and the pulsation width is reduced, and at the same time, the amplitude of the resonant current ir is also reduced, the voltage of the resonant capacitor is lowered, and it is confirmed that the voltage applied to the switch element is also lowered. can.

(5)単相共振形フライバック直流電源動作
図21は、共振電流制御形直流電源を低い直流電源として働かせるため、交流電源電圧をEs(vad)=100Vとして、変圧比N1/N2=20、平滑用キャパシタCdを4000uFとし、スイッチのオン期間をTon=3usecとしたときの動作波形を示している。
(5) Operation of single-phase resonant flyback DC power supply Figure 21 shows that in order to make the resonant current control type DC power supply work as a low DC power supply, the AC power supply voltage is Es(vad)=100V, the transformation ratio N1/N2=20, The operating waveforms are shown when the smoothing capacitor Cd is 4000uF and the switch on period is Ton=3usec.

本発明の共振電流制御形直流電源は、1個のスイッチのみでLC共振動作と必要とする直流電圧、電流制御と同時に、電源装置の流入電流波形も正弦波にできるので、通常の直流電源としてだけでなく、低圧大電流電源としても優れた特性が期待できる。 The resonant current control type DC power supply of the present invention can perform LC resonance operation and control the necessary DC voltage and current with only one switch, and at the same time can make the inflow current waveform of the power supply device a sine wave, so it can be used as a normal DC power supply. In addition, it can be expected to have excellent characteristics as a low-voltage, high-current power supply.

(6)三相共振形フライバック直流電源動作
図22は、交流電源としてEs=200Vの三相交流電源から三相全波整流回路で整流してLCフィルタ回路を介した電圧を共振電流制御形DCDCコンバータに加えた図14の構成による電源装置としての動作波形であり、この場合の交流電流波形は、三相整流回路の直流出力に抵抗負荷が接続されたときと電流波形と同様の120度通流幅の方形波に近い電流波形となり、コンデンサインプット形整流回路の場合に比べて大幅な力率改善ができることが確認できる
(6) Operation of three-phase resonant flyback DC power supply Figure 22 shows a three-phase AC power supply with Es=200V rectified by a three-phase full-wave rectifier circuit and then passed through an LC filter circuit to a resonant current control type AC power supply. This is the operating waveform of the power supply device with the configuration shown in Figure 14 in addition to the DC/DC converter. The current waveform has a conduction width close to a square wave, and it can be confirmed that the power factor can be significantly improved compared to the case of a capacitor input type rectifier circuit.

(7)フォワードACDCコンバータ動作(7) Forward ACDC converter operation
交流電源から全波整流した出力を、図7に示した共振電流制御形フォワードDCDCコンバータ回路の直流電源部として加えることにより、フォワードACDCコンバータ動作をさせることができ、変圧器を介することにより絶縁出力を得ることができる。 By adding the full-wave rectified output from the AC power supply as the DC power supply section of the resonant current control type forward DC-DC converter circuit shown in Figure 7, forward ACDC converter operation can be performed, and isolated output can be achieved through the transformer. can be obtained.

ただし、降圧形動作となるためにLED負荷や直流負荷に平滑用キャパシタが接続された負荷に対しては、交流電流波形は電源電圧が低い区間は流れず、逆バイアスされた電流波形となるが高い基本波力率で動作することが確認されている。 However, for loads in which a smoothing capacitor is connected to an LED load or a DC load due to step-down operation, the AC current waveform does not flow in the area where the power supply voltage is low, and the current waveform is reverse biased. It has been confirmed that it operates with a high fundamental power factor.

100 …電源
100 -1…直流電源
100 -2…単相交流電源
100 -3…三相交流電源
110 … フィルタ回路
110 -1…交流フィルタ
110 -2…直流フィルタ
120 … ダイオードブリッジ回路
120 -1…単相ダイオードブリッジ回路
120 -2…三相ダイオードブリッジ回路
200 … 共振形DC-DCコンバータ
210 … 方向性スイッチ回路
210 -1…スイッチ
210 -2…ダイオード
220 … LC共振回路
120 -1…共振インダクタLr
120 -2…共振キャパシタCr
120 -3…逆充電防止用ダイオード
230 … インダクタ電流スイッチ回路
230 -1…昇降圧チョッパ回路
230 -2…フライバックDC-DCコンバータ回路
230 -3…降圧チョッパ回路
230 -4…フォワードDC-DCコンバータ回路
240 … 変圧器回路
240 -1…変圧器
240 -2…スナバ回路
300 … 直流負荷回路
300-1…平滑コンデンサ
300-2…直流負荷(抵抗、LED)



100...power supply 100 -1...DC power supply 100 -2...single-phase AC power supply 100 -3...three-phase AC power supply 110...filter circuit 110 -1...AC filter 110 -2...DC filter 120...diode bridge circuit 120 -1... Single-phase diode bridge circuit 120 -2... Three-phase diode bridge circuit 200... Resonant DC-DC converter 210... Directional switch circuit 210 -1... Switch 210 -2... Diode 220... LC resonance circuit 120 -1... Resonant inductor Lr
120 -2...Resonance capacitor Cr
120 -3... Reverse charging prevention diode 230... Inductor current switch circuit 230 -1... Buck-boost chopper circuit 230 -2... Flyback DC-DC converter circuit 230 -3... Step-down chopper circuit 230 -4... Forward DC-DC converter Circuit 240... Transformer circuit 240 -1... Transformer 240 -2... Snubber circuit 300... DC load circuit 300-1... Smoothing capacitor 300-2... DC load (resistance, LED)



Claims (3)

直流電源に、必要に応じて逆流防止ダイオードを介して、共振インダクタLrと必要に応じて逆充電防止用ダイオードを逆並列に接続した共振キャパシタCrを直列接続したLC共振回路を接続し、前記共振キャパシタCrの両端にスイッチSとインダクタLdおよびダイオードで構成される昇降圧チョッパ回路あるいは降圧チョッパ回路を用いたDC-DCコンバータを接続して、前記DC-DCコンバータに平滑キャパシタCdが並列接続された直流負荷を接続する回路構成において、
前記LC共振回路の共振周期に同期して前記スイッチSのスイッチングパルス幅を制御することにより、1個のスイッチだけで前記LC共振回路の共振電流の制御と前記直流負荷への電圧、電流制御を可能とすることを特徴とする共振電流制御形直流電源。
An LC resonant circuit in which a resonant inductor Lr and a resonant capacitor Cr, in which a reverse charge prevention diode is connected in anti-parallel as necessary, are connected in series to the DC power source via a reverse current prevention diode as necessary, and the resonant A DC-DC converter using a buck-boost chopper circuit or a buck chopper circuit composed of a switch S, an inductor Ld, and a diode was connected to both ends of the capacitor Cr, and a smoothing capacitor Cd was connected in parallel to the DC-DC converter. In the circuit configuration that connects the DC load,
By controlling the switching pulse width of the switch S in synchronization with the resonant period of the LC resonant circuit, only one switch can control the resonant current of the LC resonant circuit and the voltage and current to the DC load. A resonant current control type DC power supply characterized by enabling.
請求項1記載の共振電流制御形電源における前記DC-DCコンバータを構成とする
前記昇降圧チョッパ回路として、前記共振キャパシタCrの両端に、変圧器の一次巻線と前記スイッチを直列接続して接続し、前記変圧器の二次巻線の一端に逆流防止ダイオードを介して平滑用キャパシタCd1に接続し、前記平滑用キャパシタCd1の他端に前記変圧器の二次巻線の他端を接続し、前記平滑用キャパシタCd1の両端に直流負荷を接続するフライバック形DCDCコンバータの回路構成とし
前記降圧チョッパ回路としては、前記共振キャパシタCrの両端に、変圧器の一次巻線と前記スイッチを直列接続して接続し、前記変圧器の二次巻線の一端に逆流防止ダイオードにフリーフォイーリングダイオードと平滑用インダクタLdを介して平滑用キャパシタCd2に接続し、前記平滑用キャパシタCd2および前記フリーフォイーリングダイオードの他端を前記変圧器の二次巻線の他端に接続し、前記平滑用キャパシタCd2の両端に直流負荷を接続するフォワード形DCDCコンバータの回路構成とし、
いずれも変圧器を用いた構成とすることにより、大幅な電圧制御と前記直流電源から絶縁した直流出力を得ることを可能とすることを特徴とする共振電流制御形直流電源。
In the resonant current controlled power supply according to claim 1, the buck-boost chopper circuit constituting the DC-DC converter includes a primary winding of the transformer 1 and the switch S connected in series across the resonance capacitor Cr. One end of the secondary winding of the transformer 1 is connected to a smoothing capacitor Cd1 via a reverse current prevention diode, and the other end of the secondary winding of the transformer 1 is connected to the other end of the smoothing capacitor Cd1 . The step-down chopper circuit has a circuit configuration of a flyback type DC-DC converter in which a DC load is connected to both ends of the smoothing capacitor Cd1 , and the primary winding of the transformer 2 is connected to both ends of the resonant capacitor Cr. The switches S are connected in series, and one end of the secondary winding of the transformer 2 is connected to a smoothing capacitor Cd2 via a backflow prevention diode, a free-wheeling diode, and a smoothing inductor Ld. A circuit configuration of a forward type DC-DC converter in which a smoothing capacitor Cd2 and the other end of the free-wheeling diode are connected to the other end of the secondary winding of the transformer 2 , and a DC load is connected to both ends of the smoothing capacitor Cd2 . year,
A resonant current control type DC power supply characterized in that both of them are configured using a transformer, thereby making it possible to achieve significant voltage control and to obtain a DC output isolated from the DC power supply.
請求項1から請求項2記載の共振電流制御形電源における前記直流電源を、交流電源から全波整流回路を介して構成し、前記スイッチによるスイッチングパルス幅制御により、
前記交流電源が単相正弦波の場合は、前記全波整流回路の交流側に前記共振電流共振周波数成分を除去する交流フィルタ回路を介することにより交流電流波形を正弦波状とし、
前記交流電源が三相平衡正弦波の場合は、前記全波整流回路の直流出力側に共振周波数成分を除去する直流フィルタ回路を介することにより、120度通流幅の方形波状の交流電流波形とし、
前記直流負荷への電圧、電流制御を可能とすることを特徴とする共振電流制御形直流電源。
In the resonant current controlled power source according to claims 1 and 2, the DC power source is configured from an AC power source via a full-wave rectifier circuit, and the switching pulse width is controlled by the switch S.
When the AC power source is a single-phase sine wave, an AC filter circuit is provided on the AC side of the full-wave rectifier circuit to remove a resonant frequency component of the resonant current, thereby making the AC current waveform sinusoidal;
When the AC power source is a three-phase balanced sine wave, a DC filter circuit for removing resonance frequency components is provided on the DC output side of the full-wave rectifier circuit to create a square wave AC current waveform with a 120-degree conduction width. ,
A resonant current control type DC power supply, characterized in that it is possible to control voltage and current to the DC load.
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