JPH03117362A - Voltage resonance converter - Google Patents

Voltage resonance converter

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JPH03117362A
JPH03117362A JP25345989A JP25345989A JPH03117362A JP H03117362 A JPH03117362 A JP H03117362A JP 25345989 A JP25345989 A JP 25345989A JP 25345989 A JP25345989 A JP 25345989A JP H03117362 A JPH03117362 A JP H03117362A
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JP
Japan
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switching element
voltage
capacitor
diode
reactor
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Application number
JP25345989A
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Japanese (ja)
Inventor
Tamotsu Ninomiya
二宮 保
Toru Azuma
徹 東
Kosuke Harada
原田 耕介
Jun Senda
潤 千田
Mitsutake Sato
佐藤 光勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce loss in a switching element and to improve conversion efficiency by connecting a capacitor for bypassing charges, which charge the parasitic capacitance of the switching element, across a reverse blocking diode. CONSTITUTION:In a voltage resonance type converter comprising a resonance capacitor 4, a resonance coil 7, and the like, charges stored in the parasitic capacitance Cb of a switching element 6 during OFF interval of the switching element 6 are discharged through a bypath capacitor 20 connected in parallel with a reverse blocking diode 5. When the capacitance of the capacitor 20 is set higher than a predetermined value to be determined based on the circuit constants, zero voltage switching can be realized. Since current is not consumed excessively during ON interval of the switching element 6, loss can be reduced. By such arrangement, a converter which causes no degradation of conversion efficiency even in high frequency region can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 [概要] 直流電圧を任意の直流電圧に変換する電圧共振形コンバ
ータに関し、 スイッチング素子の損失を軽減してコンバータの効率を
向上させることを目的とし、 直流電源と、該直流源と直列に接続されたエネルギー蓄
積用のリアクトルと、該リアクトルの一端とコモンライ
ン間に接続された共振用コンデンサと、前記直流電源を
スイッチングするスイッチング素子と、そのアノード側
がリアクトルの一端に、カソード側がスイッチング素子
の一方に接続された逆阻止ダイオードと、前記リアクト
ルと直列に接続された共振コイルと、該共振コイルと直
列に接続された整流用ダイオードと、該整流用ダイオー
ドの出力側とコモンライン間に接続された平滑用コンデ
ンサと、ダイオードとコンデンサの接続点を出力とし、
負荷が接続された際の出力電圧をモニタして前記スイッ
チング素子のスイッチング制御を行うスイッチング制御
回路とにより構成される電圧共振形コンバータにおいて
、前記逆阻止ダイオードの両端にスイッチング素子の寄
生容量にチャージされる電荷のバイパス用コンデンサを
接続して構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding a voltage resonant converter that converts a DC voltage to an arbitrary DC voltage, the purpose of this invention is to improve the efficiency of the converter by reducing loss in switching elements. a reactor for energy storage connected in series with a DC source, a resonant capacitor connected between one end of the reactor and a common line, a switching element for switching the DC power supply, the anode side of which is connected to one end of the reactor, a reverse blocking diode whose cathode side is connected to one of the switching elements, a resonant coil connected in series with the reactor, a rectifier diode connected in series with the resonant coil, and a common terminal connected to the output side of the rectifier diode. The output is the smoothing capacitor connected between the lines and the connection point between the diode and capacitor.
In a voltage resonant converter configured with a switching control circuit that monitors the output voltage when a load is connected and controls switching of the switching element, a parasitic capacitance of the switching element is charged across the reverse blocking diode. It is configured by connecting a bypass capacitor for the charge.

[産業上の利用分野] 本発明は直流電圧を任意の直流電圧に変換する電圧共振
形コンバータに関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a voltage resonant converter that converts a DC voltage to an arbitrary DC voltage.

近年、直流電源から任意の直流電圧乃至は交流電圧を得
るためにコンバータが用いられる。直流電圧から任意の
直流電圧を発生させる回路をDC/DCコンバータ、直
流電圧から任意の交流電圧を発生させる回路をインバー
タと称している。このようなコンバータ回路は、直流電
圧から任意の電圧値を発生させるものであり、変換効率
のよいものであることが要請される。
In recent years, converters have been used to obtain arbitrary DC voltage or AC voltage from a DC power source. A circuit that generates an arbitrary DC voltage from a DC voltage is called a DC/DC converter, and a circuit that generates an arbitrary AC voltage from a DC voltage is called an inverter. Such a converter circuit generates an arbitrary voltage value from a DC voltage, and is required to have good conversion efficiency.

[従来の技術] 第7図は従来のコンバータの一種である電圧共振形全波
整流回路の構成例を示す電気回路図である。直流電源1
の両端にはコンデンサ2が接続されている。この直流電
源1の出力にはリアクトル3が直列接続され、該リアク
トル3の一端には共振用コンデンサ4が接続されている
。コンデンサ4の他端はコモンライン14に接続されて
いる。
[Prior Art] FIG. 7 is an electric circuit diagram showing a configuration example of a voltage resonant full-wave rectifier circuit, which is a type of conventional converter. DC power supply 1
A capacitor 2 is connected to both ends of the capacitor 2. A reactor 3 is connected in series to the output of the DC power supply 1, and a resonance capacitor 4 is connected to one end of the reactor 3. The other end of the capacitor 4 is connected to the common line 14.

また、リアクトル3の一端には逆阻止ダイオード5のア
ノードが接続され、該逆素子ダイオード5のカソードは
スイッチング素子6に接続されている。ここでは、スイ
ッチング素子としてMOSFETが用いられている。
Further, an anode of a reverse blocking diode 5 is connected to one end of the reactor 3, and a cathode of the reverse element diode 5 is connected to a switching element 6. Here, a MOSFET is used as a switching element.

このFET6は、図に示すような寄生容量cbと、寄生
ダイオードDbを持っている。これら寄生容量cbと寄
生ダイオードDbは、等比的に図に示すようにスイッチ
ング素子6に並列に接続される構成となる。7はリアク
トル3と直列に接続される共振コイル、8は該共振コイ
ル7と直列に接続される整流用のダイオードである。
This FET 6 has a parasitic capacitance cb and a parasitic diode Db as shown in the figure. The parasitic capacitance cb and the parasitic diode Db are geometrically connected in parallel to the switching element 6 as shown in the figure. 7 is a resonant coil connected in series with the reactor 3, and 8 is a rectifying diode connected in series with the resonant coil 7.

ダイオード8のカソードとコモンライン14間には、平
滑用のコンデンサ9が接続されている。
A smoothing capacitor 9 is connected between the cathode of the diode 8 and the common line 14.

また、ダイオード8のカソードは負荷10に接続されて
いる。負荷10の出力電圧は、アンプ11に入力該アン
プ11により基準電圧との差分が増幅された後、V/F
コンバータ12により入力電圧に応じた周波数信号に変
換される。ドライブ回路13は、入力周波数が一定にな
るように、スイッチング素子6のゲート・ソース間にク
ロックを与えて該スイッチング素子6をドライブする。
Further, the cathode of the diode 8 is connected to the load 10. The output voltage of the load 10 is input to the amplifier 11, and after the difference from the reference voltage is amplified by the amplifier 11, the output voltage is converted to V/F.
The converter 12 converts the signal into a frequency signal according to the input voltage. The drive circuit 13 applies a clock between the gate and source of the switching element 6 to drive the switching element 6 so that the input frequency is constant.

このように構成された回路の動作し第8図に示すタイミ
ングチャートを参照しつつ説明する。
The operation of the circuit configured in this way will be explained with reference to the timing chart shown in FIG.

ドライブ回路13から第8図(イ)に示すようなスイッ
チング素子6のオンオフ信号(具体的にはFETのゲー
ト・ソース間に印加される電圧Vas)が印加されると
、該スイッチング素子6はこのオンオフ信号により入力
端子Vl(直流電源1の電圧)のオンオフを繰り返す。
When an on/off signal for the switching element 6 (specifically, a voltage Vas applied between the gate and source of the FET) as shown in FIG. 8(a) is applied from the drive circuit 13, the switching element 6 The input terminal Vl (voltage of the DC power supply 1) is repeatedly turned on and off by the on-off signal.

ここで、スイッチング素子6がオフになる期間は一定で
あり、オンになる期間を変化させて、周波数変調方式に
より出力電圧Voを変化させる。
Here, the period during which the switching element 6 is off is constant, and the period during which the switching element 6 is on is changed to change the output voltage Vo using a frequency modulation method.

スイッチング素子6がオンになっている期間は、リアク
トル3に第8図(ハ)に示すような矩形状の電流1iが
流れる。この結果、該リアクトル3にエネルギーが蓄積
される。スイッチング素子6がオフになると、ルアクト
ル3に蓄積されていたエネルギーが解放される。この時
、共振用コンデンサ4と共振コイル7とが共振回路を構
成し、コンデンサ4の両端の電圧V「は第8図(ロ)に
示すように正負両方向に振れ、交流電圧となる。なお、
(ロ)のVoは負荷10の両端の電圧である。
During the period when the switching element 6 is on, a rectangular current 1i as shown in FIG. 8(c) flows through the reactor 3. As a result, energy is accumulated in the reactor 3. When the switching element 6 is turned off, the energy stored in the Luactor 3 is released. At this time, the resonant capacitor 4 and the resonant coil 7 constitute a resonant circuit, and the voltage V' across the capacitor 4 swings in both positive and negative directions as shown in FIG. 8 (b), becoming an alternating current voltage.
Vo in (b) is the voltage across the load 10.

この交流電圧に対応して共振コイル7に流れる電流はI
L第8図(ニ)に示すようなものとなる。
The current flowing through the resonant coil 7 in response to this AC voltage is I
L The result will be as shown in Figure 8 (d).

スイッチング素子6のドレイン(D)  ・ソース(S
)間型圧Vdsは第8図(ホ)に示すようなものとなる
Drain (D) and source (S) of switching element 6
) The die pressure Vds becomes as shown in FIG. 8(e).

ここで、スイッチング素子6がオフの期間、スイッチン
グ素子6のドレイン・ソース間電圧v[,5は共振用コ
ンデンサ40両端電圧Vrに追随して増加する。この電
圧により、スイッチング素子6の寄生容量cbは共振用
コンデンサ4のピーク電圧Vcpまで充電される。ここ
で、若し逆素子ダイオード5がなかったものとすると、
共振用コンデンサ!■の両端にかかる電圧のうち負方向
の電圧は寄生ダイオードDbでクランプされるため、現
れなくなる。そこで、スイッチング素子6と直列に逆素
子ダイオード5を接続して、寄生ダイオードDbの影響
を排除するようにしている。このため、寄生容量cbに
充電された電荷の放電が阻止される。
Here, while the switching element 6 is off, the drain-source voltage v[,5 of the switching element 6 increases following the voltage Vr across the resonance capacitor 40. This voltage charges the parasitic capacitance cb of the switching element 6 to the peak voltage Vcp of the resonance capacitor 4. Here, if there is no reverse element diode 5,
Resonance capacitor! Among the voltages applied to both ends of (2), the negative voltage is clamped by the parasitic diode Db and therefore does not appear. Therefore, a reverse element diode 5 is connected in series with the switching element 6 to eliminate the influence of the parasitic diode Db. Therefore, the discharge of the electric charge charged in the parasitic capacitance cb is prevented.

この結果、寄生容IICbにはダイオード5を介して(
1/2)CbVc、2のエネルギーが蓄積される。ここ
で、寄生容量Cbの容量としてcbをそのまま用いた。
As a result, the parasitic capacitance IICb is connected to (
1/2)CbVc,2 energy is stored. Here, cb was used as is as the capacitance of the parasitic capacitance Cb.

このエネルギーは、スイッチング素子6がドライブ回路
13によりオンにされる時にス・Cツチング素子6内部
で放出される。この放出はエネルギー損失となる。
This energy is released inside the switching element 6 when the switching element 6 is turned on by the drive circuit 13. This emission results in energy loss.

一方、スイッチング素子6がオフの期間、リアクトル3
に蓄積された電荷は、共振コイル7からダイオード8を
流れる。この時、共振コイル7を流れる電流ILは第8
図(ニ)に示すようなものとなる。
On the other hand, during the period when the switching element 6 is off, the reactor 3
The charges accumulated in the resonant coil 7 flow through the diode 8. At this time, the current IL flowing through the resonant coil 7 is
The result will be as shown in Figure (d).

次に、電圧共振形コンバータの人力/出力電圧変換特性
について説明する。第9図は電圧共振形コンバータの人
力/出力電圧変換特性図である。
Next, the human power/output voltage conversion characteristics of the voltage resonant converter will be explained. FIG. 9 is a human power/output voltage conversion characteristic diagram of the voltage resonant converter.

(イ)は電圧共振全波形の特性を、(ロ)は電圧共振半
波形の特性をそれぞれ示している。図において、縦軸は
V o / V Iを、横軸はFS/FNをそれぞれ示
している。パラメータはR1−/Znである。図におい
て、RLは負荷抵抗、Znは回路の特性インピーダンス
、rTゴー7でr(Lrは共振コイルのインダクタンス
、Crは共振用コンデンサの容量)である。Vlは入力
電圧、vOは出力電圧、FSはスイッチング周波数、F
Nは回路の共振周波数である。
(a) shows the characteristics of the voltage resonance full waveform, and (b) shows the characteristics of the voltage resonance half waveform. In the figure, the vertical axis shows Vo/VI, and the horizontal axis shows FS/FN. The parameter is R1-/Zn. In the figure, RL is the load resistance, Zn is the characteristic impedance of the circuit, and r is r (Lr is the inductance of the resonant coil, and Cr is the capacitance of the resonant capacitor). Vl is the input voltage, vO is the output voltage, FS is the switching frequency, F
N is the resonant frequency of the circuit.

(ロ)に示す電圧共振半波形の場合にはパラメータ(負
荷RL)を変更すると、特性曲線が変化する。ところが
、(イ)に示す電圧共振全波形は入力電圧Vl対出力電
圧VO変換特性が負荷RLに依存しないという定電圧制
御に対して有利な特性をもっている。この特性は、この
回路方式が変換周波数を一定とする時、負荷RI、の変
動に対して制御しなくても定電圧特性を有していること
を示している。即ち、フィードバック制御を行い、出力
電圧を一定に制御する場合、入力電圧の変動分に対して
制御(変換周波数制御;出力電圧を低くするには周波数
を高くする)すればよく、制御範囲(変換周波数の変化
幅)を非常に小さくできる。従って、電圧共振全波形方
式を用いると、コンバータとして必要なフィルタ回路及
び磁性部品等の小形化が可能となる。
In the case of the voltage resonance half waveform shown in (b), when the parameter (load RL) is changed, the characteristic curve changes. However, the voltage resonance full waveform shown in (a) has an advantageous characteristic for constant voltage control in that the input voltage Vl to output voltage VO conversion characteristic does not depend on the load RL. This characteristic shows that this circuit system has constant voltage characteristics even when the conversion frequency is kept constant without any control over fluctuations in the load RI. In other words, when performing feedback control to control the output voltage to a constant value, it is only necessary to control the fluctuations in the input voltage (conversion frequency control; increase the frequency to lower the output voltage), and control the control range (conversion frequency control; increase the frequency to lower the output voltage). (frequency change width) can be made extremely small. Therefore, by using the voltage resonance full waveform method, it is possible to downsize the filter circuit, magnetic components, etc. necessary for the converter.

〔発明が解決しようとする課題] 第7図に示す従来方式では、共振用コンデンサ4の両端
に現れる交流波形を維持するために、逆阻止ダイオード
5をスイッチング素子6に直列に挿入している。この逆
阻止ダイオード5のために、スイッチング素子6の寄生
容量cbに蓄積される電荷をスイッチング素子のオフ時
に放電ができない。この結果、この電荷はスイッチング
素子6がオンになった時にスイッチング素子6内を流れ
て放電する。従って、スイッチング素子6の損失が増加
する。ここで、共振用コンデンサ4にかかるピーク電圧
Vcpは負荷10により異なるが、入力電源電圧VlO
数倍〜数10倍に達し、また変換周波数の高周波化に比
例して損失が増大する。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional system shown in FIG. 7, a reverse blocking diode 5 is inserted in series with the switching element 6 in order to maintain the AC waveform appearing at both ends of the resonant capacitor 4. Because of this reverse blocking diode 5, the charge accumulated in the parasitic capacitance cb of the switching element 6 cannot be discharged when the switching element is turned off. As a result, this charge flows through the switching element 6 and is discharged when the switching element 6 is turned on. Therefore, the loss of the switching element 6 increases. Here, the peak voltage Vcp applied to the resonance capacitor 4 varies depending on the load 10, but the input power supply voltage VlO
The loss reaches several times to several tens of times, and increases in proportion to the higher the conversion frequency.

これは、コンバータの効率の低下を引き起こし、高周波
化が困難になる。更には、損失が増大するため、スイッ
チング素子が異常に発熱し、熱破壊を起こすおそれもあ
る。
This causes a decrease in the efficiency of the converter, making it difficult to increase the frequency. Furthermore, since the loss increases, the switching element may generate abnormal heat and may be thermally destroyed.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって
、高周波領域においも変換効率の低下を招かないように
した電圧共振形コンバータを提供することを目的として
いる。
The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a voltage resonant converter that does not cause a decrease in conversion efficiency even in a high frequency range.

[課題を解決するための手段] 第1図は本発明の原理を示す電気回路図である。[Means to solve the problem] FIG. 1 is an electrical circuit diagram showing the principle of the present invention.

第7図と同一のものは、同一の符号を付して示す。Components that are the same as those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals.

図において、1は直流電源、3は該直流源1と直列に接
続されたエネルギー蓄積用のリアクトル、4は該リアク
トル3の一端とコモンライン14間に接続された共振用
コンデンサ、6は前記直流電源1をスイッチングするス
イッチング素子、5はそのアノード側がリアクトル3の
一端に、カソード側がスイッチング素子6の一方に接続
された逆素子ダ・rオード、7は前記リアクトル3と直
列に接続された共振コイル、8は該共振コイル7と直列
に接続された整流用ダイオード、9は該整流用ダイオー
ド8の出力側とコモンライン14間に接続された平滑用
コンデンサである。
In the figure, 1 is a DC power supply, 3 is an energy storage reactor connected in series with the DC source 1, 4 is a resonance capacitor connected between one end of the reactor 3 and the common line 14, and 6 is the DC power supply. A switching element for switching the power supply 1; 5 is an inverse element diode whose anode side is connected to one end of the reactor 3; and its cathode side is connected to one end of the switching element 6; 7 is a resonant coil connected in series with the reactor 3; , 8 is a rectifying diode connected in series with the resonant coil 7, and 9 is a smoothing capacitor connected between the output side of the rectifying diode 8 and the common line 14.

20は前記逆阻止ダイオード50両端に接続されたスイ
ッチング素子6にチャージされる電荷のバイパス用コン
デンサ、21はダイオード8とコンデンサ9の接続点を
出力とし、負荷10が接続された際の出力電圧をモニタ
して前記スイッチング素子6のスイッチング制御を行う
スイッチング制御回路である。
20 is a bypass capacitor for the charge charged in the switching element 6 connected to both ends of the reverse blocking diode 50, and 21 is the output voltage at the connection point between the diode 8 and the capacitor 9, and the output voltage when the load 10 is connected. This is a switching control circuit that monitors and controls switching of the switching element 6.

[作用] スイッチング素子6がオフの期間、寄生容ff1Cbに
充電された電荷は、第2図に示すように逆阻止ダイオー
ド5に並列に接続されたバイパス用コンデンサ20を介
して放電する。つまり、図に示すような電流iが流れる
パスがコンデンサ20により形成されるため、寄生容量
cbに蓄積される電荷はコンデンサ20を介して放電す
る。このため、スイッチング素子6がオンになる時、余
分な電流を消費することがなくなり、損失を軽減するこ
とができる。従って、変換周波数が高くなっても損失が
増大することがなくなり、高周波領域においも変換効率
の低下を招かないようにした電圧共振形コンバータを提
供することができる。
[Operation] During the period when the switching element 6 is off, the electric charge charged in the parasitic capacitance ff1Cb is discharged via the bypass capacitor 20 connected in parallel to the reverse blocking diode 5 as shown in FIG. That is, since the capacitor 20 forms a path through which the current i as shown in the figure flows, the charge accumulated in the parasitic capacitance cb is discharged via the capacitor 20. Therefore, when the switching element 6 is turned on, no extra current is consumed, and losses can be reduced. Therefore, even if the conversion frequency becomes high, the loss does not increase, and it is possible to provide a voltage resonant converter that does not cause a decrease in conversion efficiency even in a high frequency range.

[実施例] 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第3図は本発明の一実施例を示す電気回路図である。第
1図と同一のものは、同一の符号を付して示す。図にお
いて、2は直流電源1とコモンライン14間に接続され
る入力コンデンサである。
FIG. 3 is an electrical circuit diagram showing one embodiment of the present invention. Components that are the same as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In the figure, 2 is an input capacitor connected between the DC power supply 1 and the common line 14.

スイッチング制御回路21は、負荷10に印加される電
圧(出力電圧)と基準電圧との差分(誤差分)を増幅す
るアンプ11.該アンプ11出力を周波数信号に変換す
るV/F変換器12及び該V/F変換器12の出力に応
じた周波数でスイッチング素子6をドライブするドライ
ブ回路13より構成されている。その他の回路は、第1
図と同じである。このように構成された回路の動作を説
明すれば、以下のとおりである。
The switching control circuit 21 includes an amplifier 11. It is composed of a V/F converter 12 that converts the output of the amplifier 11 into a frequency signal, and a drive circuit 13 that drives the switching element 6 at a frequency corresponding to the output of the V/F converter 12. The other circuits are the first
Same as the figure. The operation of the circuit configured as described above will be explained as follows.

先ず、動作原理について説明する。第4図は第3図に示
すスイッチング素子6がオフの時の等価回路である。図
において、Crは共振用コンデンサ4の容量、Vdsは
スイッチング素子6の両端にかかる電圧、Lrは共振コ
イル7のインダクタンス、cdはコンデンサ20の容量
である。スイッチング素子6がオフの時の状態は、図に
示すように(・r)に示すような状態1と(ロ)に示す
ような状態2に区分される。状態1は、スイッチング素
子6の寄生容量cbがピーク電圧Vcpまて充電される
期間であり、状態2はコンデンサ20(Cd)を通して
寄生容量cbの電荷が放電される期間である。
First, the operating principle will be explained. FIG. 4 shows an equivalent circuit when the switching element 6 shown in FIG. 3 is off. In the figure, Cr is the capacitance of the resonant capacitor 4, Vds is the voltage applied across the switching element 6, Lr is the inductance of the resonant coil 7, and cd is the capacitance of the capacitor 20. The state when the switching element 6 is off is divided into state 1 as shown in (.r) and state 2 as shown in (b) as shown in the figure. State 1 is a period in which the parasitic capacitance cb of the switching element 6 is charged to the peak voltage Vcp, and state 2 is a period in which the parasitic capacitance cb is discharged through the capacitor 20 (Cd).

ここで、 Z n−f■]−刀て了−wn−1/Fr7t]−とす
ると(但し、Lrは共振コイル7のインダクタンス、C
rは共振用コンデンサ4の容ff1)、状態1(0≦w
nt≦π/2)では、容量Cbの両端にかかる電圧Vd
sは、 Vds (t)− Vo+Zn I i s i n (wn t)   
(1)ここで、Voは負荷10の両端の電圧、Iiは電
流源、つまりリアクトル3から流れ出す電流てある。
Here, if Zn-f■]-wn-1/Fr7t]-(Lr is the inductance of the resonant coil 7, C
r is the capacity ff1 of the resonance capacitor 4), state 1 (0≦w
nt≦π/2), the voltage Vd applied across the capacitor Cb
s is Vds (t) − Vo+Zn I i sin (wn t)
(1) Here, Vo is the voltage across the load 10, and Ii is the current flowing from the current source, that is, the reactor 3.

状態2で容ff1Cbの両端にかかる電圧Vdsは、V
ds  (t)= Vo+  [Cb/ (Cd+Cb)]  Zn In
+  [Cd/ (Cd+Cb)]  Zn I nX
c o s  (wn t−π/2)     (2)
スイッチング素子6のオフ期間をwnt−3π/2とす
ると、(2)式よりターンオン直前に、Vd5−V。
The voltage Vds applied across capacitor ff1Cb in state 2 is V
ds (t)= Vo+ [Cb/ (Cd+Cb)] Zn In
+ [Cd/ (Cd+Cb)] Zn I nX
c o s (wn t-π/2) (2)
If the off-period of the switching element 6 is wnt-3π/2, then from equation (2), Vd5-V immediately before turn-on.

[Cd/ (Cd+Cb)] Zn I n   (3
)なる電圧Vdsが寄生容量cbに残っていることにな
る。従って、この残留電圧VdsがVds≦0 即ち、 Cd≧Cb (Zn I i+Vo)x1/ (Zn 
I 1−Vo)     (4)になるようにコンデン
サ20の容ff1cdを選べば、スイッチング素子6の
零電圧スイッチングが可能となる。従って、ターンオフ
時の損失を発生せず、しかも電圧共振全波形の特徴であ
る定電圧負荷特性を維持しながら(第9図参照)、スイ
ッチング素子6の零電圧スイッチングが可能になり、コ
ンバータの高周波化が可能となる。
[Cd/ (Cd+Cb)] Zn I n (3
) remains in the parasitic capacitance cb. Therefore, this residual voltage Vds is Vds≦0, that is, Cd≧Cb (Zn I i+Vo)x1/ (Zn
If the capacitance ff1cd of the capacitor 20 is selected so that I1-Vo) (4), zero-voltage switching of the switching element 6 becomes possible. Therefore, zero-voltage switching of the switching element 6 is possible without generating loss during turn-off, and while maintaining the constant voltage load characteristic that is a characteristic of the voltage resonance full waveform (see Figure 9). It becomes possible to

次に、第3図に示す実施例の動作について第5図に示す
タイミングチャートを参照しながら説明する。第4図の
等化回路に示すように、入力部は入力子9−り(リアク
トル3)の作用により電流Iiを流す電流源とみなすこ
とができる。第3図(イ)に示すようにスイッチング素
子6がオフになると、共振用コンデンサ4は電流1iで
充電され第5図(ロ)に示すように上昇する。そして、
共振用コンデンサ4の両端電圧V「が出力電圧VOに達
すると(第5図のT。からT、の期間)、整流用ダイオ
ード8がオンになり、共振用コンデンサ4と共振コイル
7の共振回路が形成される。
Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 3 will be explained with reference to the timing chart shown in FIG. As shown in the equalization circuit of FIG. 4, the input section can be regarded as a current source that flows current Ii by the action of input terminal 9 (reactor 3). When the switching element 6 is turned off as shown in FIG. 3(a), the resonance capacitor 4 is charged with the current 1i and rises as shown in FIG. 5(b). and,
When the voltage V' across the resonance capacitor 4 reaches the output voltage VO (period from T to T in FIG. 5), the rectifier diode 8 is turned on, and the resonance circuit of the resonance capacitor 4 and the resonance coil 7 is activated. is formed.

この結果、共振用コンデンサ4の両端電圧Vr及びノ(
振コイル7を流れる電流Iし共に正弦波状の波形となる
(第5図(ロ)、(ニ)参照  TからT2の期間)。
As a result, the voltage Vr across the resonance capacitor 4 and the voltage (
The current I flowing through the vibrating coil 7 has a sinusoidal waveform (see FIGS. 5(b) and (d), period from T to T2).

この結果、スイッチング素子6の寄生容量Cbは第5図
(ハ)に示すようにピーク電圧Vcpまで充電されるが
、付加したコンデンサ20の作用により完全に放電され
る。そして、ターンオフ時の寄生容量Cbの蓄積エネル
ギーは0になるため、零電圧スイッチングを維持する。
As a result, the parasitic capacitance Cb of the switching element 6 is charged to the peak voltage Vcp as shown in FIG. 5(c), but is completely discharged by the action of the added capacitor 20. Then, since the energy stored in the parasitic capacitance Cb at turn-off becomes 0, zero voltage switching is maintained.

また、共振コイル7に残っているエネルギーは、T2か
らT、の期間に負荷10に放電される。
Further, the energy remaining in the resonant coil 7 is discharged to the load 10 during the period from T2 to T.

次に、出力電圧の安定化動作について説明する。Next, the stabilizing operation of the output voltage will be explained.

出力電圧vOを険出し、アンプ11で基準電圧と比較し
、Voと基準電圧との差分(誤差分)を算出し、当該誤
差分を増幅する。このアンプ11の出力をV/F変換器
12に印加し、誤差に対応したクロック周波数に変換す
る。該V/F変換器12は、このクロック周波数をオン
時間一定のパルス列に変換し、ドライブ回路13に与え
る。該ドライブ回路13は、この人力パルスを増幅し、
スイッチング素子6のゲートを駆動する。そして、第9
図(イ)の特性から明らかなように、出力電圧Voが基
準電圧より高くなると、変換周波数を下げるようにフィ
ードバック制御を行い、出力電圧Voを一定に保つ。
The output voltage vO is raised and compared with a reference voltage by the amplifier 11, the difference (error) between Vo and the reference voltage is calculated, and the error is amplified. The output of this amplifier 11 is applied to a V/F converter 12 and converted into a clock frequency corresponding to the error. The V/F converter 12 converts this clock frequency into a pulse train with a constant on time and supplies it to the drive circuit 13. The drive circuit 13 amplifies this human power pulse,
The gate of the switching element 6 is driven. And the ninth
As is clear from the characteristics in Figure (a), when the output voltage Vo becomes higher than the reference voltage, feedback control is performed to lower the conversion frequency to keep the output voltage Vo constant.

第6図は本発明の他の実施例を示す電気回路図である。FIG. 6 is an electrical circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

第3図と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に
示す実施例は、共振コイル部分を絶縁トランス30に置
換し、出力電圧Voを直流電源1から電気的に絶縁して
取り出すようにしたものである。完全に絶縁するために
は、例えばV/F変換器12とドライブ回路13との間
をフォトカブラ等を用いて絶縁するようにしている。
Components that are the same as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals. In the embodiment shown in the figure, the resonant coil portion is replaced with an isolation transformer 30, and the output voltage Vo is extracted from the DC power supply 1 in an electrically insulated manner. In order to achieve complete insulation, for example, a photocoupler or the like is used to insulate between the V/F converter 12 and the drive circuit 13.

この方式では、共振コイルのインダクタンスL「は絶縁
トランス30の1次−2次巻線間のり一ケージインダク
タンスを利用することができるので、特別に共振コイル
を設ける必要がないというメリットがある。
This system has the advantage that it is not necessary to provide a special resonance coil because the inductance L of the resonance coil can be the cage inductance between the primary and secondary windings of the isolation transformer 30.

上述の実施例では、スイッチング素子としてMOS  
FETを用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限
るものではなく、その他の高速スイッチング素子、例え
ばジャンクション型FET。
In the above embodiment, a MOS is used as a switching element.
Although the case where an FET is used is taken as an example, the present invention is not limited to this, and other high-speed switching elements such as a junction type FET can be used.

バイポーラトランジスタ等を用いるようにすることもで
きる。
It is also possible to use a bipolar transistor or the like.

[発明の効果] 以上、詳細に説明したように、本発明によれば電圧全波
共振形コンバータの逆阻止ダイオードの両端にスイッチ
ング素子の寄生容量にチャージされる電荷をバイパスさ
せるためのコンデンサを接続することにより、スイッチ
ング素子のオン時における損失を大幅に低減させること
ができ、従って高周波領域においも変換効率の低下を招
かないようにした電圧共振形コンバータを提供すること
ができる。本発明によれば高周波化しても変換効率の低
下が少ないため、回路の小形化が可能となる。
[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, a capacitor is connected across the reverse blocking diode of the voltage full-wave resonant converter in order to bypass the electric charge charged in the parasitic capacitance of the switching element. By doing so, it is possible to significantly reduce the loss when the switching element is turned on, and therefore it is possible to provide a voltage resonant converter that does not cause a decrease in conversion efficiency even in a high frequency region. According to the present invention, there is little reduction in conversion efficiency even when the frequency is increased, so it is possible to miniaturize the circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の原理回路図、 第2図は本発明の作用説明図、 第3図は本発明の一実施例を示す電気回路図、第4図は
スイッチング素子がオフの時の等価回路図、 第5図は第3図回路の各部の動作波形を示すタイミング
チャート、 第6図は本発明の他の実施例を示す電気回路図、第7図
は従来回路の構成例を示す電気回路図、第8図は各部の
動作波形を示すタイミングチャート、 第9図は電圧共振形コンバータの入力/出力電圧変換特
性図である。 第1図において、 1は直流電源、 3はリアクトル、 4は共振用コンデンサ、 5は逆阻止ダイオード、 6はスイッチング素子、 7は共振コイル、 8はダイオード、 9はコンデンサ、 10は負荷、 14はコモンライン、 20はコンデンサ、 21はスイッチング制御回路である。 第3図回路の各部の動作を示すグイミングチャート第 5図 第7図 00 飄 0 (イ) 電圧共振形フンバータσ 第9 0.0 F野N (ロ) ン入力/出力電圧変換枠匣図 図 ]0
Fig. 1 is a circuit diagram of the principle of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of the operation of the present invention, Fig. 3 is an electric circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and Fig. 4 is an equivalent diagram when the switching element is off. 5 is a timing chart showing the operating waveforms of each part of the circuit shown in FIG. 3, FIG. 6 is an electric circuit diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an electric circuit diagram showing an example of the configuration of a conventional circuit. A circuit diagram, FIG. 8 is a timing chart showing operating waveforms of each part, and FIG. 9 is an input/output voltage conversion characteristic diagram of the voltage resonant converter. In Figure 1, 1 is a DC power supply, 3 is a reactor, 4 is a resonant capacitor, 5 is a reverse blocking diode, 6 is a switching element, 7 is a resonant coil, 8 is a diode, 9 is a capacitor, 10 is a load, 14 is a A common line, 20 a capacitor, and 21 a switching control circuit. Figure 3: A swimming chart showing the operation of each part of the circuit Figure 5: Figure 7 Figure] 0

Claims (1)

【特許請求の範囲】 直流電源(1)と、 該直流源(1)と直列に接続されたエネルギー蓄積用の
リアクトル(3)と、 該リアクトル(3)の一端とコモンライン(14)間に
接続された共振用コンデンサ(4)と、前記直流電源(
1)をスイッチングするスイッチング素子(6)と、 そのアノード側がリアクトル(3)の一端に、カソード
側がスイッチング素子(6)の一方に接続された逆阻止
ダイオード(5)と、 前記リアクトル(3)と直列に接続された共振コイル(
7)と、 該共振コイル(7)と直列に接続された整流用ダイオー
ド(8)と、 該整流用ダイオード(8)の出力側とコモンライン(1
4)間に接続された平滑用コンデンサ(9)と、 ダイオード(8)とコンデンサ(9)の接続点を出力と
し、負荷(10)が接続された際の出力電圧をモニタし
て前記スイッチング素子(6)のスイッチング制御を行
うスイッチング制御回路(21)とにより構成される電
圧共振形コンバータにおいて、 前記逆阻止ダイオード(5)の両端にスイッチング素子
(6)の寄生容量にチャージされる電荷のバイパス用コ
ンデンサ(20)を接続したことを特徴とする電圧共振
形コンバータ。
[Claims] A DC power source (1), an energy storage reactor (3) connected in series with the DC source (1), and between one end of the reactor (3) and a common line (14). The connected resonance capacitor (4) and the DC power supply (
1); a reverse blocking diode (5) whose anode side is connected to one end of the reactor (3) and whose cathode side is connected to one end of the switching element (6); and the reactor (3). Resonant coils connected in series (
7), a rectifier diode (8) connected in series with the resonant coil (7), and a common line (1) connected to the output side of the rectifier diode (8).
4) The connection point between the smoothing capacitor (9), the diode (8), and the capacitor (9) connected between them is used as an output, and the output voltage when the load (10) is connected is monitored and the switching element is (6) In a voltage resonant converter configured with a switching control circuit (21) that performs switching control, there is a bypass for the electric charge charged in the parasitic capacitance of the switching element (6) across the reverse blocking diode (5). A voltage resonant converter characterized in that a capacitor (20) is connected thereto.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5909107A (en) * 1997-02-10 1999-06-01 Tdk Corporation Step up switching power unit and filter circuit
US7049793B2 (en) 2000-09-20 2006-05-23 Tdk Corporation Boost switching power supply

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