JPH01234052A - 直列共振コンバータ - Google Patents

直列共振コンバータ

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JPH01234052A
JPH01234052A JP63061714A JP6171488A JPH01234052A JP H01234052 A JPH01234052 A JP H01234052A JP 63061714 A JP63061714 A JP 63061714A JP 6171488 A JP6171488 A JP 6171488A JP H01234052 A JPH01234052 A JP H01234052A
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JP
Japan
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series
capacitor
circuit
parallel
resonance
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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】 「産業との利用分野」 この発明はスイッチング素子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型!「に変
換する回路には小型、軽量化、高効率化を狙いとしてD
C−DCコンバータが適用されてぃる。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3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、直列共振
用リアクタ9、並列共振用リアクタlOと並列共振用コ
ンデンサ11の並列回路12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が接続される。
リアクタ9、並列共振回路12及びコンデンサ6.7と
で直列共振回路を構成している。直流電源lの電圧を■
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。
動作を簡単に説明すると、コンデンサ6が図示の向きに
電源電圧■、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
イソチング素子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、直流型′tA1−
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7−直流電源1のルートとで
第4図に示す共振電流i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v3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■8以
上に充電されようとするとダイオード4が導通するため
、コンデンサ7の電圧は■。
で一定である。共振電流はトランス8の二次側の整流回
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■。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8の一次側に電圧nVoが現れる。ダイオード4が導
通している期間はトランス8の一次巻線に電圧nV。が
現れるため、リアクタ9を流れる電流は直線的に減少し
て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、直流電源1−コンデンサ6−並列共振回路1
2−リアクタ9−スイッチング素子3−直流電源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。
コンデンサ6が■、に充電され、コンデンサ7が零電圧
になって1サイクルが終了する。並列共振回路12の電
圧が十分率さいと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、電源
電圧1の電圧■、と負荷電圧■。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I0
に比例して動作周波数fを変化させる必要があり、負荷
電流IOが小さい軽負荷時には動作周波数fが非常に低
くなり騒音が発生するという問題がある。このため、直
列共振ルートに並列共振回路12を挿入し動作周波数「
が並列共振回路の共振周波数f、になると並列共振回路
のインピーダンスが非常に大きくなることを利用して直
列共振電流を小さく抑え、動作周波数を12以上にクラ
ンプしていた。動作周波数fがf、より高い状態(r>
>rp)では並列共振回路12の・インピーダンスを十
分率さい値にし、動作周波数fがr、近くまで低下して
くると並列共振回路12のインピーダンスが非常に大き
くなり直列共振電流iを非常に小さく抑える第3図に示
す回路が提案されている。第3図の回路では、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fp以下にする必要はなく、「2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の全負荷
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、軽負荷時に並列共振回路12の電圧が大きくな
り、並列共振回路12の電圧がトランス8の一次側電圧
nVoより太き(なると並列共振回路12がエネルギー
源となって並列共振回路12−リアクタ9−トランス8
−スイッチング素子2−コンデンサ6−並列共振回路1
2のルートと、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2−直流電源エーコンデンサ7
−並列共振回路12のルートで第4図に斜線で示す共振
電流1が流れるモードがある。このモードがあるとスイ
ッチング素子としてMOS −PETを用いた場合、)
IO3−FETのボディダイオードに電流が流れる。ス
イッチング素子2のボディダイオードに電流が流れてい
る時にスイッチング素子3を導通させるとボディダイオ
ードは逆回復特性が悪いため電源短絡となりスイッチン
グ素子を破壊する恐れがある。
また、直流共振ループに並列共振回路が直列に挿入され
ているためf>>f、では直列共振電流はコンデンサ1
1を流れる。コンデンサ11のキャパシタンス値をCP
、コンデンサ6.7のキャパシタンス値をC8とすると
、直列共振回路としてのコンデンサの値は2Cs/ (
1+2Cs/ C,)となり、並列共振回路を挿入しな
い時のコンデンサの値2C,より小さくなるため同じ出
力を得るには動作周波数fを高くするか、または並列共
振コンデンサ11のC1を大きくする必要があり、高周
波化によるスイッチング損失が増加したり並列共振回路
が大型化するという問題があった。
この発明の目的は並列共振回路の電圧によってスイッチ
ング素子としてMOS −FETを用いた場合でも、逆
回復特性のわるいボディダイオードに電流が流れず、電
源短絡によるスイッチング素子の破壊といった問題がな
く軽負荷領域を含めた全負荷領域で無騒音化が図れ、か
つ、小型化、低価格化が図れ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」 この発明は軽負荷時の動作周波数を抑制するilI列共
振回路を直列共振ループに直列に挿入するのではなく、
直列共振用コンデンサと並列にコンデンサとりアクタの
直列回路を接続して直列共振コンデンサを並列共振回路
の一部として利用するため、従来の直列共振コンバータ
のように並列共振回路の電圧が大きくなってスイッチン
グ素子としてMOS −FETを用いた場合でも、逆回
復特性のわるいボディダイオードに電流が流れるモード
が無く、電源短絡によるスイッチング素子の破壊といっ
た問題はなくなる。また、直列共振コンデンサと並列に
接続されたコンデンサとりアクタの直列回路には直列共
振電流は流れず、並列共振電流のみが流れる。
「実施例」 第1図はこの発明の第1の実施例であって、第3図と異
なるのはりアクタ9とコンデンサ6.7で直列共振回路
を構成しており、第3図のように並列共振回路を直列共
振ループに含んでいないことであり、第3図の並列共振
回路12のかわりにコンデンサ6と並列にリアクタ20
とコンデンサ21の直列回路を接続し、コンデンサ7と
並列にリアクタ22とコンデンサ23の直列回路を接続
してコンデンサ6.7を並列共振回路の一部とじて利用
していることである。リアクタ20.22のインダクア
ンスをり、゛、コンデンサ21.23のキャパシタンス
をC1とするとj)p列共振周波数(p’は、 となる。動作周波数fが並列共振周波数f、′より十分
高いと直列共振電流はりアクタ20.22を流れず、コ
ンデ゛ンサ21,23の電圧は一定値■5/2を保つ。
動作を説明すると、コンデンサ6が直情型5電圧■sに
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をオンづるとコンデンサ6−スイノチング素子2
−トランス8−リアクタ9−コンデンサ6のルートと、
直流電源l−スイッチング素子2−トランス8−リアク
タ9−コンデンサ7−直流電a1のルートで直列共振電
流が流れる。共振電流jが流れることによりコンデンサ
7が電圧■、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■3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■、
一定を保つ。次の半サイクルではコンデンサ7が電源電
圧■、にコンデンサ6が零電圧の状態でスイッチング素
子3を導通してコンデンサ7−リアクタ8−スイッチン
グ素子3−コンデンサ7のルートと、直流電源l−コン
デンサ6−リアクタ9−トランス8−スイッチング素子
3−直流型a1のルートで直列共振電流が流れ、コンデ
ンサ6が■、に充電され、コンデンサ7が零電圧となっ
て1サイクルが終了する。
動作周波数fが並列共振周波数fp’に近づくとりアク
タ20.22に並列共振電流が流れ、並列共振回路のイ
ンピーダンスが増加するため、直列共振電流が流れる回
路のインピーダンスが大きくなり、共振電流のピーク値
が小さく抑えられる。
並列共振電流はコンデンサ2L23とコンデンサ6.7
に同じように流れ、コンデンサ21.23のキャパシタ
ンスCPとコンデンサ6.7のキャパシタンスC5の比
CP / c sが大きいほどコンデンサ6.7の電圧
が大きく変化し、直列共振電流を抑制する効果は大きく
なる。
従って、動作周波数fが並列共振周波数f2′付近では
直列共振電流が小さく抑えられるため無負荷時において
も動作周波数fを並列共振周波数「、′以下にする必要
がなく、f、′を可聴周波数以上に選ぶことにより全負
荷領域で無騒音化が達成できる。コンデンサ・6.7を
並列共振回路の一部として用いており、コンデンサ6.
7の電圧はダイオード4.5によって電源電圧V、にク
ランプされるためスイッチング素子としてMOS −F
ETを用いた場合でも逆回復特性の悪いボディダイオー
ドに電流が流れることはな(、電源短絡等によるスイッ
チング素子破壊の恐れはない。
動作周波数rがrp′より十分高い場合には直列共振電
流はコンデンサ6.7にのみ流れるためコンデンサ21
.23を付けたことによる動作周波数への影響はなく回
路設計が容易に行える。
また、コンデンサ21.23には直列共振電流が流れず
、並列共振電流のみが流れる。
第2図はこの発明の第2の実施例であって、並列共振に
用いるリアクタを1つにしている。動作は第1図と同様
でありその1つのりアクタ30のインダクタンスをり、
II とすると並列共振周波数fp”は、 となり、リアクタ30として第1図のりアクタ20.2
2のインダクタンスし、゛と同じものを用いれば並列共
振周波数は1/J丁  となる。
実施例では直流電源と負荷を絶縁するためトランスを用
いているが、絶縁の必要が無いものについてはトランス
を省略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る直列共振コンバーク
はダイオードで電源電圧にクランプされる直列共振コン
デンサを並列共振回路の一部として用いるため、並列共
振回路に発生する電圧によって生ずる電流はスイッチン
グ素子としてMOS −FETを用いた場合でも逆回復
特性の悪いボディダイオードに電流が流れず、スイッチ
ング素子を破壊するというモードもなく安定に動作でき
るという利点がある。また、並列共振コンデンサに直列
共振電流が流れないため、動作周波数の低減や並列共振
コンデンサの大型化といった問題もなく、並列共振回路
の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例を示す接続図、第2図
は並列共振りアクタを1つにしたこの発明の第2の実施
例を示す接続図、第3図は従来の直列共振コンバータを
示す接続図、第4図は第3図の直列共振コンバータにお
けるスイッチング素子を流れる電流波形図である。 1・・・直流電源、2.3・・・スイッチング素子、4
゜5・・・帰還用ダイオード、6.7・・・直列共振用
コンデンサ、8・・・トランス、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、20.22・・・リアクタ、21.23・・・コ
ンデンサ、30・・・リアクタ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)2個のスイッチング素子の直列回路と、2個の帰
    還用ダイオードの直列回路と、2個の直列共振用コンデ
    ンサの直列回路とが直流電源に接続され、 上記2個の直列共振用コンデンサ各々に並列共振用リア
    クタと並列共振用コンデンサの直列回路が並列に接続さ
    れ、 上記帰還用ダイオードの接続点と上記直列共振用コンデ
    ンサの接続点とが接続され、 上記帰還用ダイオートの接続点と上記スイッチング素子
    の接続点との間にトランスの一次巻線と直列共振用リア
    クタとの直列回路が接続され、上記トランスの二次巻線
    に整流回路と出力コンデンサとが接続されてなる直列共
    振コンバータ。
  2. (2)2個のスイッチング素子の直列回路と、2個の帰
    還用ダイオードの直列回路と、2個の直列共振用コンデ
    ンサの直列回路と、2個の並列共振コンデンサの直列回
    路とが直流電源に接続され、上記帰還用ダイオードの接
    続点と上記直列共振用コンデンサの接続点とが接続され
    、 上記並列共振コンデンサの接続点と上記直列共振用コン
    デンサの接続点との間に並列共振用リアクタが接続され
    、 上記帰還用ダイオードの接続点と上記スイッチング素子
    の接続点との間にトランスの一次巻線と直列共振用リア
    クタとの直列回路が接続され、上記トランスの二次巻線
    に整流回路と出力コンデンサとが接続されてなる直列共
    振コンバータ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01270768A (ja) * 1988-04-21 1989-10-30 Origin Electric Co Ltd 直列共振コンバータ
WO1999016163A3 (en) * 1997-09-22 1999-08-19 Thomson Brandt Gmbh Switched-mode power supply
CN101997421A (zh) * 2009-08-14 2011-03-30 台达电子工业股份有限公司 具过流保护装置的谐振变换器及其控制方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01270768A (ja) * 1988-04-21 1989-10-30 Origin Electric Co Ltd 直列共振コンバータ
WO1999016163A3 (en) * 1997-09-22 1999-08-19 Thomson Brandt Gmbh Switched-mode power supply
CN101997421A (zh) * 2009-08-14 2011-03-30 台达电子工业股份有限公司 具过流保护装置的谐振变换器及其控制方法

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