JPH01227662A - 直列共振コンバータ - Google Patents

直列共振コンバータ

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JPH01227662A
JPH01227662A JP63053920A JP5392088A JPH01227662A JP H01227662 A JPH01227662 A JP H01227662A JP 63053920 A JP63053920 A JP 63053920A JP 5392088 A JP5392088 A JP 5392088A JP H01227662 A JPH01227662 A JP H01227662A
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series
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Yutaka Kuwata
豊 鍬田
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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」 この発明はスイッチング電源等に適用される直列共振コ
ンバータに関するものである。
「従来の技術」 直流電圧を極性或いは電圧値の異なった直流電圧に変換
する回路には小型、軽量化、高効率化を狙いとしてDC
−DCコンバータが適用されている。DC−DCコンバ
ータの回路としてコンデンサ、リアクタによりスイッチ
ング素子を流れる電流波形を正弦波状にし、スイッチン
グ素子での損失を低減できる直列共振コンバータの検討
が盛んに行われている。従来の直列共振コンバータは第
4図に示すように2個のスイッチング素子2,3の直列
回路と、2個の帰還用ダイオード4,5の直列回路と、
2個の直列共振用コンデンサ6.7の直列回路とが直流
電源1に接続され、帰還用ダイオード4,5の接続点と
直列共振用コンデンサ6.7の接続点とが接続され、ス
イッチング素子2.3の接続点と帰還用ダイオード4,
5の接続点との間にトランス8の一次巻線と、直列共振
用リアクタ9と、並列共振用リアクタ10及び並列共振
用コンデンサ11の並列共振回路12とを直列に接続し
、トランス8の二次巻線に整流回路13と出力コンデン
サ14及び負荷15とが接続されている。8リアクタ9
及びコンデンサ6.7とで直列共振回路を構成している
動作を簡単に説明すると、直流電源1の電圧なり3、負
荷15の電圧を■。、トランス8の一次巻線数と二次巻
線数の比をnとする。コンデンサ6が図示の向きに電源
電圧■sで充電され、コンデンサ7が電圧零の状態でス
イッチング素子2をオンすると、コンデンサ6−スイッ
チング素子2−トランス8−リアクタ9−並列共振回路
12−コンデ−ンサ6のルートと、直流電源1−スイン
“テング素子2−トランス8−リアクタ9−並列共振回
路12−コンデンサ7−直流電源1のルートで第5図に
示す共振電流監が流れる。共振電流iが流れることによ
りコンデンサ7が電圧vSに充電され、コンデンサ6が
放電して零電圧となる。コンデンサ7が75以上に充電
されようとするとダイオード4が導通し、コンデンサ7
の電圧はV8にクランプされる。共振電流はトランス8
の二次側でniとなり、整流回路13で整流されて出力
コンデンサ14を充電する。出力コンデンサ14に蓄え
られたエネルギーは負荷15に供給されて負荷電圧V。
を得る。
共振電流iが流れている期間及びダイオード4が導通し
ている期間にはトランス−次側に電圧nv。
が現れ、ダイオード4が導通していt期間はりアクタ9
を流れる電流は直線的に減少し、零となって半サイクル
の動作は終了する。    。
次の半サイクルではスイッチング素子3を導通させるこ
とにより、コンデンサ7−並列共振回路12−リアクタ
9−トランス8−スイッチング素子3−コンデンサ7の
ルートと、直流型m i−コンデンサ6−並列共振回路
12−リアクタ9−スイッチング素子3−一流電源1の
ルートで前の半サイクルと逆向きに共振電流iが流れる
。共振電流はりアクタ9のインダクタンスLS、コンデ
ンサ6.7のキャパシタンスCS、直流電源1の電圧■
と負荷電圧V。によって一義的に決まるため、負荷電圧
を一定に制御する場合、負荷電流■。に比例して動作周
波数fを変化させる必要カミある。
制御回路50は負荷15の電圧を検出して負荷電圧が一
定になるようにスイッチング素子2,3を導通する動作
周波数fを変化させる。制御回路50は負荷15の両端
の電圧を検出して基準電圧16と比較し、その差電圧を
誤差増幅器17に入力する。誤差増幅器17の出力は電
圧−周波数変換器(VC’0 ) 18ニ入力される。
vCO18は誤差増幅器17の出力信号を入力し、入力
信号レベルに比例して動作周波数を変化する第5図aに
示すような信号を出力する。VCO18の出力から得ら
れる周波数は動作周波数fの2倍の周波数であり、これ
を駆動信号発生回路20に入力する。
駆動信号発生回路20は第5図に示すようにvCO18
の出力信号aから第5図す、cに示すようなスイッチン
グ素子2,3を駆動する信号に変換する論理回路である
。制御回路50は負荷電流工。が大きく、出力電圧が低
下すると動作周波数fを高くして出力電圧の低下を補い
、負荷電流I。が小さい軽負荷時には動作周波数fを圓
<シて定電圧制御を行う。軽負荷時には動作周波数が可
聴周波数以下に低下する・ため騒音が発生するという問
題がある。このため直列共振ループに並列共振回路12
を挿入し、動作周波数fが並列共振回路12の共振周波
数fで並列共振回路のインピーダンスを非常に大きくし
て直列共振電流を小さく抑えることにより、負荷15に
流れる電流が非常に小さい無負荷に近い状態でも動作周
波数fをf以下にする必要はなく、f、を可聴周波数以
上に設□定することにより無負荷から全負荷領域にわた
って無騒音化が図れるという利点がある。
「発明が解決しようとする課題」 しかし、従来のように出力電圧V。のみを検出して動作
周波数fを変化していたのでは、例えば全負荷の状態か
ら無負荷の状態に急激に変化した場合は、動作周波数f
を最大周波数から並列共振周波数f、まで急激に変化さ
せて並列共振回路のインピーダンスを増加させる必要が
ある。動作周波数fが並列共振周波数fに近づくにつれ
て並列共振回路のインピーダンスは増加するが、動作周
波数fが僅かでも並列□共振゛周波数fp以下になると
並列共振回路のインピーダンスが急激に減少するた□め
並列共振周波数fpの近傍では動作周波数fを減少して
も出力電圧が減少せず、逆に増加して出力電圧の増大を
招き制御不可能となる問題がある。そのため制御回路で
動作周波数fをf、にクランプし、動作周波数fが並列
共振周波数f、以下とならないようにしているが、並列
共振回路のりアクタのインダクタンスやコンデンサのキ
ャパシタンスの値が経年変化等により変化し、それにつ
れて並列共振周波数部の値が変化するという問題がある
ので最低動作周波数を並列共振周波数fpに一致させる
ことは原理的C二無理である。並列共振周波数f、がク
ラップしている最低動作周波数より低い場合には、軽負
荷時に直列共振電流を小さく抑えることができず、並列
共振周波数部が最低動作周波数がより高い場合には軽負
荷時に不安定動作となり、直列共振コンバータを安定(
二動作することはできなかった。
この発明の目的は並列共振回路を直列共振ループに挿入
し、並列共振周波数以上に動作周波数をクランプする直
列共振コンバータを安定に高速で動作させる直列共振コ
ンバータを提供することにある。
「課題を解決するための手段」 この発明は単に出力電圧を検出して直列共振コンバータ
の動作周波数を制御するのではなく、並列共振回路の電
流を検出する回路を備え、並列共振電流の位相に合わせ
てスイッチング素子を導通させることにより並列共振周
波数以上で確実に動作させることを最も主要な特徴とす
る。
従来ではりアクタ10のインダクタンスやコンデンサ1
1のキャパシタンスの値が経年変化等により変わった場
合には動作周波数が並列共振周波数以下となることがあ
ったが、並列共振電流を外部から検出することによって
並列共振回路の定数が変わった場合でも確実に動作周波
数を並列共振周波数以上にすることができることが従来
技術と異なる。
並列共振回路に共振電流を流すトリガとなる直列共振電
流と並列共振電流の位相を説明する図を第6図に示す。
並列共振回路の電圧■、を基準にすると動作周波数が並
列共振周波数に比べて高い場合には第6図に示すように
並列共振電流はコンデンサ11を流れ、電圧■、に比べ
並列共振電流は90゜位相が進む。動作周波数が並列共
振周波数に比べて低い場合には並列共振電流はりアクタ
10を流れ、電圧V、に比べ並列共振電流は90°位相
が遅れる。従って動作周波数fが並列共振周波数fpよ
り高い場合には並列共振電流のトリガパルスである直列
共振電流1は第、6図に示すように並列共振電流lL、
ICの位相と同じ(二なるため、並列共振電流を検出し
、iLが正の場合にスイッチング素子2を導通させ、I
Lが負の場合にスイッチング素子3を導通するようにす
れは動作周波数を並列共振周波数以上で確実に動作させ
ることができる。
「実施例」 第1図はこの発明の実施例であり、第4図の従来の回路
の他に並列共振回路12の共振電流を検出する並列共振
電流幅検出回路30及び並列共振電流幅検出回路30の
出力信号と駆動信号発生回路20の出力信号を人力し、
動作周波数を並列共振周波数(二制限するリミッタ回路
40とから構成される。リミッタ回路40の一例を第2
図に示す。
リアクタ10に流れる並列共振電流iLの幅を検出する
並列共振電流幅検出回路30の出力d、eとスイッチン
グ素子2を駆動する信号すとをリミッタ回路40に人力
し、b信号とd信号のNAND出力をX、b信号とe信
号のAND出力をYとすると、X信号とX信号がともC
二Hレベルの場合にのみリミッタ回路40の出力信号f
がHレベルとなり、VCO18をフェーズロックして発
振を停止するように構成する。
仮にスイッチング素子2を導通させる駆動信号が第3図
b+に示すような3つのモード(モードA、モードB、
モードC)になったとする。モードAは正常な動作状態
でスイッチング素子2を駆動する信号が並列共振電流i
Lが正の期間に発生している場合で、モードBはスイッ
チング素子2の駆動信号が並列共振型(M、lLが負の
期間に発生している場合、モードCは並列共振電流iL
が負から正となる期間に発生している場合である。」二
記モ−ドA、B、Cの場合にはリミッタ回路40の出力
に第3図fに示す信号が得られる。モードAの場合には
f’l二信号は出力されないが、モードB。
Cの場合にはfに信号が出力される。この信号fにより
VCO18をフェーズロックし、発振が停止されるので
第3図すに示す信号が実際に出力される。従ってiLが
正の期間に確実に、スイッチング素子2を駆動し、iL
が負の期間に確実にスイッチング素子3を駆動すること
ができる。
第1図ではこの発明を直列共振コンデンサと並列(二帰
還ダイオードが接続されている直列共振コンバータに適
用した例を示したが、直列共振ループに並列共振回路を
直列に挿入して動作周波数fを並列共振周波数fp11
上で動作させる他の直列共振コンバータについてもこの
発明が適用できることは言うまでもない。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば動作周波数を並
列共振回路の共振周波数にクランプする直列共振コンバ
ータにおいて並列共振回路のりアクタやコンデンサの定
数が経年変化(二より変化し、並列共振周波数が変化し
た場合でも動作周波数を並列共振周波数以下としないよ
うにできるため、軽負荷時に動作周波数を並列共振周波
数まで低下させる必要がある時に、安定かつ高速で直列
共振コンバータを制御できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示す回路図、第2図は第1
図のリミッタ回路の具体回路の一例を示す図、第3図は
第2図のリミッタ回路の各部波形を示す図、第4図は従
来の直列共振コンバータを示す回路図、第5図は第4図
の各部の波形図、第6図は並列共振回路の電流と電圧の
関係を表す図である。 1:直流電源、2,3ニスイツチング素子、4゜5:帰
還用ダイオード、6,7:直列共振用コンデンサ、8ニ
ドランス、9:直列共振用リアクタ、10:並列共振用
リアクタ、11:並列共振用コンデンサ、12:並列共
振回路、13:整流回路、14:出力コンデンサ、15
;負荷、16:基準電圧源、17:誤差増幅器、18:
フェーズロック機能を備えた電圧−周波数変換器(V、
CO)、20:駆動信号発生回路、30:並列共振電流
幅検出回路、40:りミッタ回路。 特許出願人  日本電信電話株式会社 代 理  人   草  野     卓40リミッタ
回路 U    Φ −℃   Φ   −O、、−−〇

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)直列共振回路と、複数のスイッチング素子と、上
    記直列共振回路と直列に接続され、共振用リアクタと共
    振用コンデンサの並列共振回路とを備え、上記並列共振
    回路の共振周波数は上記直列共振周波数の共振周波数よ
    り低く選定されている直列共振コンバータにおいて、 上記並列共振回路の電流を検出して、上記並列共振回路
    の並列共振周波数以上で上記スイッチング素子をオン、
    オフさせて上記直列共振回路に上記並列共振回路の並列
    共振電流に同期して直列共振電流を流すことを特徴とす
    る直列共振コンバータ。
JP63053920A 1988-03-07 1988-03-07 直列共振コンバータ Expired - Lifetime JP2714610B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999016163A3 (en) * 1997-09-22 1999-08-19 Thomson Brandt Gmbh Switched-mode power supply

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5827755A (ja) * 1981-08-10 1983-02-18 Kuraray Co Ltd コ−テイング材組成物

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