JPH01206869A - 直列共振形スイッチングレギュレータの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、キャパシタンスとインダクタンスとの直列
共振回路に可変周波数の交流を与え、キャパシタンスの
両端から変圧器を介して所定電圧の交流を取出すように
している直列共振形スイッチングレギュレータの制御方
法に関する。

〔従来の技術〕

２個の半導体スイッチ素子を直列にして直流電源の正負
極間に接続し、一方の半導体スイッチ素子がオンのとき
は他方のそれがオフ、また一方の半導体スイッチ素子が
オフのときには他方のそれがオンとなるようにして、両
生導体スイッチ素子を交互にオン・オフ動作させている
、いわゆるスイッチングレギュレータにより、両生導体
スイッチ素子同士を結合している地点から交流をとり出
すことができるのは周知である。ここでコンデンサとり
アクドルとを直列接続することで直列共振回路を形成さ
せ、上述のスイッチングレギュレータで得られた交流を
この直列共振回路に与えて軽負荷で共振させると、この
共振コンデンサの両端から高い値の出力電圧ｖ０を得る
ことができる。

すなわち、直流電源の電圧を■、とすると、２個の半導
体スイッチ素子を適切なスイッチング周波数で交互にオ
ン・オフ動作させて得られる交流電圧■、よりも、出力
電圧■。を十分に窩い値にすることができる。

このように、直列共振形スイッチングレギュレータは、
入力電圧■２にくらべて十分に高い値の出力電圧■。を
得ることができるばかりでな（、半導体スイッチ素子の
スイッチング損失をほぼ零にできることから、高い周波
数でのスイッチングが可能になる。また交流出力を高周
波数にできるので、直列共振回路を構成するりアクドル
や、出力を取出すための変圧器を小形にでき、かつ半導
体スイッチ素子に付属させるスナバ回路も簡単な構成に
できるなど、各種の利点を備えている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図は直列共振形スイッチングレギュレータを従来の
制御方法で制御した場合のグラフであって、横軸は交流
の周波数ｒを、縦軸は出力電圧■。をあられしている。

この第４図において、実線で示している曲線Ａは直流電
源電圧■、が最低値で負荷が最大の場合の特性であって
、出力電圧の定格値を■。８とすると、ａ点において定
格電圧を出力することになる。

また破線で示している曲線Ｂは直流電源電圧Ｖｔが最高
値で負荷が最大の場合の特性を、１点鎖線で示している
曲線りは直流電源■２が最高値で負荷が零の場合の特性
であって、それぞれｂ点およびｄ点で定格電圧を出力す
る。

この第４図でもあきらかなように、曲線Ａ、すなわち直
流電源電圧■２が最低の場合に、スイッチング動作によ
り得られる交流電圧ＶａＣも低い値となるが、これの最
小値よりも十分に高い定格電圧Ｖ。を出力させることが
できる。

しかしながら、このような直列共振形スイッチングレギ
ュレータでは、負荷の増加に対して出力電圧■。が低下
しやすい、また所要の出力を得るためには、直列共振回
路を構成している共振りアクドルの容量を増大させねば
ならないので、これの損失が増加して装置の効率が低下
するなどの不具合を有している。

そこでこの発明の目的は、過負荷耐量があり、かつ高い
装置効率が得られるように、直列共振形スイッチングレ
ギュレータを制御することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明の制御方法は、
少なくとも上下からなる１対のアームスイッチに直流電
源を接続し、このアームスイッチを交互にオン・オフさ
せるときのスイッチング周波数を制御して得られる可変
周波数の交流を、キャパシタンスとインダクタンスとの
直列共振回路に与え、このキャパシタンスの両端から変
圧器を介して所望電圧の交流を取出している直列共振形
スイッチングレギュレータの制御方法において、前記変
圧器接続負荷が最大のときのキャパシタンス両端電圧を
、前記直流電源の最低出力電圧の交流換算値よりも低く
選定するものとする。

（作用〕 この発明は、コンデンサとりアクドルとの直列共振にお
けるコンデンサの両端電圧を出力電圧として取出すよう
にしているスイッチングレギュレータにおいて、このコ
ンデンサ両端電圧、すなわち出力電圧の定格値■。０が
交流電圧■Ａｃの最小値よりも低くなるようにして、共
振とは言えない単共振の範囲で使用することにより、ス
イッチング周波数ｆの変化範囲は広くなるが、共振りア
クドルの損失を小さくできるので、装置の効率向上が図
れる。さらにスイッチング周波数１を低下させることで
、過大な負荷に対しても出力電圧を定格値に維持できる
ようにしている。

（実施例〕 第１図は本発明の実施例を示した主回路接続図である。

この第１図において、半導体スイッチ素子としてのトラ
ンジスタスイッチ７と８とを直列にした回路と、分圧コ
ンデンサ３と４とをｉｆｆ、列にした回路とに、直流電
源２から直流電力を供給するのであるが、これらトラン
ジスタスイッチ７と８との中間点と、分圧コンデンサ３
と４との中間点との間に、共振コンデンサｌＯと共振り
アクドル１１とにより形成された直列共振回路を挿入し
、トランジスタスイッチ７と８とを交互にオン・オフさ
せることにより、この直列共振回路に方形波の交流電圧
ＶＡＣを印加する。

トランジスタスイッチ７と８には、それぞれ逆並列ダイ
オード７Ｄと８Ｄとを並列に接続し、さらにスナバコン
デンサ７Ｃと８０をも並列に接続している。この直列共
振回路に流れる電流が電圧ＶＡＣに対して遅れ位相にあ
れば、トランジスタスイッチ７．８に付属するスナバ回
路は、従来から多用されている、コンデンサとダイオー
ドならびに抵抗で構成された、いわゆるＲＣＤスナバ回
路の代りに、この第１図に示すスナバコンデンサのみで
十分であることから、スイッチング損失を低減でき、従
ってスイッチング周波数を高くできる効果が得られるこ
とは、「特願昭６１−０９２３３４号」に記述のとおり
である。

前述の方形波交流電圧■、は、直列共振回路に共振電流
を流すので、共振コンデンサ１０の両端に、この交流電
圧■＾Ｃの周波数ｆに依存した電圧■。を生じるので、
この出力電圧ｖ０を変圧器１２で絶縁・変圧し、整流ダ
イオード１３で直流に整流し、平滑リアクトル１４　と
平滑コンデンサ１５　とによりこの直流に含まれている
リップル分を吸収・除去し、負荷１６に平滑された一定
電圧の直流を供給するようにしている。

第２図は第１図に示す実施例回路で得られる出力電圧特
性をあられしたグラフであって、横軸はスイッチング周
波数ｆを、縦軸は出力電圧■。をあられしている。

この第２図のグラフは前述した第４図のグラフと同様に
、実線で示した曲線Ａは直流電源電圧■２が最低値で負
荷１６が全負荷の場合の特性、破線で示した曲線Ｂは直
流型＃電圧ｖ２が最高値で負荷１６が全負荷の場合の特
性、１点鎖線で示した曲１ｉ１Ｄは直流電源電圧ｖ２が
最高値で負荷１６が無負荷の場合の特性を、それぞれが
あられしている。

本発明においては、負荷１６の電圧を所定値にするべく
、共振コンデンサ１０の両端電圧を定格値ｖＱ、Ｉにす
るために、直流電源電圧ｖ２が最低値で全負荷の場合の
交流電圧■。の最小値よりも■ｏＮを低く設定できるよ
うに、変圧器１２の変圧比と、共振コンデンサ１０と共
振りアクドル１１の定数を設定することで、この第２図
に示す特性を得る。

第３図は本発明の第２の実施例を示した主回路接続図で
あって、第１図に示す分圧コンデンサ３と４をトランジ
スタスイッチ５と６とに置換した４石式（フルブリッジ
）のスイッチングレギュレータであって、第１図の実施
例回路と異なる点は、２石代（ハーフブリッジ）が４石
式の構成のスイッチングレギュレータになることと、こ
れを制御する制御回路が変更になるのみであって、その
他の回路構成は第１図の実施例回路と同じであるから、
詳細説明は省略する。

上記の回路で、定格出力電圧■。Ｎを交流電圧■、の最
低値よりも低く設定する構成にすることで、例えば負荷
１６が全負荷で１００Ｗの場合の実施例では、共振りア
クドル１１　の皮相電力は第４図に示す特性の場合は２
３１　Ｍ　ａｒであるのに対し、本発明すなわち第２図
に示す特性の場合は９１　Ｖ　、、と大幅に減少してい
る。共振りアクドル１１　の損失はほぼ皮相電力に比例
するので、当該共振りアクドル１１０１員失低減、すな
わち装置効率が向上していることがわかる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、共振コンデンサと共振りアクドルの
直列接続で構成されている直列共振回路に、直流を交流
に変換するスイッチングレギュレータから方形波交流電
圧を供給して、この共振コンデンサの両端から出力電圧
をとり出す場合に、この出力電圧の定格値よりも前述の
交流電圧の最低値のほうが高くなるように、当該共振コ
ンデンサと共振りアクドルの定数を選定することにより
、所定の定格出力電圧を維持するためのスイッチング周
波数の変化範囲は広くなるけれども、共振りアクドルの
損失が減少して装置効率が向上するとともに、負荷の増
大に対しても所定出力電圧を確保できる効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示した主回路接続図、第２図
は第１図に示す実施例回路で得られる出力電圧特性をあ
られしたグラフ、第３図は本発明の第２の実施例を示し
た主回路接続図であり、第４図は直列共振形スイッチン
グレギュレータを従来の制御方法で制御した場合のグラ
フである。 ２・・・直流電源、３．４・・・分圧コンデンサ、５゜
６．７．８・・・半導体スイッチ素子としてのトランジ
スタスイッチ、５Ｃ，６Ｃ，７Ｃ，８Ｃ・・・スナバコ
ンデンサ、５Ｄ、６Ｄ、７Ｄ、８Ｄ・・・逆並列ダイオ
ード、１０・・・共振コンデンサ、１１・・・共振りア
クドル、１２・・・変圧器、１３・・・整流ダイオード
、１４・・・平滑リアクトル、１５・・・平滑コンデン
サ、１６・・・負荷、Ｙ　］　図 第　３　関

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）少なくとも上下からなる１対のアームスイッチに直
   流電源を接続し、このアームスイッチを交互にオン・オ
   フさせるときのスイッチング周波数を制御して得られる
   可変周波数の交流を、キャパシタンスとインダクタンス
   との直列共振回路に与え、このキャパシタンスの両端か
   ら変圧器を介して所望電圧の交流を取出している直列共
   振形スイッチングレギュレータの制御方法において、前
   記変圧器接続負荷が最大のときのキャパシタンス両端電
   圧を、前記直流電源の最低出力電圧の交流換算値よりも
   低く選定することを特徴とする、直列共振形スイッチン
   グレギュレータの制御方法。