JPH0389852A - 共振形コンバータ - Google Patents

共振形コンバータ

Info

Publication number
JPH0389852A
JPH0389852A JP22482489A JP22482489A JPH0389852A JP H0389852 A JPH0389852 A JP H0389852A JP 22482489 A JP22482489 A JP 22482489A JP 22482489 A JP22482489 A JP 22482489A JP H0389852 A JPH0389852 A JP H0389852A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
switching element
transformer
state
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP22482489A
Other languages
English (en)
Inventor
Sadao Okochi
大河内 貞男
Eiji Matsutani
松谷 英司
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP22482489A priority Critical patent/JPH0389852A/ja
Publication of JPH0389852A publication Critical patent/JPH0389852A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、オフィスオートメーション(OA)機器等の
電源として使用される共振形コンバータに関する。
(従来の技術) 入力端子を断続するスイッチング素子に共振回路を並列
に結合させ、電流または電圧を正弦波状に変化させるこ
とにより、ターンオン時およびターンオフ時の電圧と電
流の重なりを小さく抑えることが考えられ、この手法を
用いたスイッチング電源は共振形コンバータと呼ばれて
いる。
このような共振形コンバータは、急峻な電圧変化および
電流変化を伴わないために、低損失のみならず低ノイズ
の特徴も合わせ持っている。
第7図は、このような共振形コンバータを示すもので、
vlは直流電圧を供給する入力電源、Sはその直流電圧
を断続するスイッチング素子、T1?Fは一次側巻VA
N+および二次側巻線N2を有し、スイッチング素子S
によって断続された電圧を変圧するトランス、Cはその
一次側@線N1のインダクタンスLとともに共振する共
振コンデンサ、DlはトランスTRPのエネルギーを入
力電源v1へ回生するクランプダイオード、Dlはフラ
イバック時に負荷側へ電流を流す整流ダイオード、CF
は負荷RLへの出力電圧を平滑する平滑コンデンサをそ
れぞれ示している。
そして、このような共振形コンバータでは、スイッチン
グ索子Sに並列に接続された共振コンデンサCとクラン
プダイオードD1によって、スイッチング素子Sのター
ンオンおよびターンオフ時のスイッチング損失をゼロに
することができる。
またこれによって、発生するノイズも低減することがで
きる。
つまり、このような共振形コンバータでは、スイッチン
グ素子Sの端子間にかかる電圧を正弦波または類似の波
形にすることによって、ターンオンおよびターンオフ時
にスイッチング素子Sの端子間電圧をゼロに保っている
これは「ゼロ電圧スイッチング」と呼ばれている。
しかし、このようなゼロ電圧スイッチングは、入力電圧
や負荷電力の変化が大きくなると、スイッチング素子S
の端子間電圧をゼロに必ずしも維持できるとは限らず、
ターンオンおよびターンオフの瞬間にスイッチング素子
Sの端子間に電圧がかかってしまう状態(スイッチング
損失が大きな値になる)が現れる。
(発明が解決しようとする課題) このように、上述した従来の共振形コンバータでは、入
力電圧や負荷電力の変化が大きくなると、ゼロ電圧スイ
ッチングが保たれなくなり、スイッチング素子Sの端子
間に電圧がかかった状態でターンオンおよびターンオフ
するおそれがあるため、スイッチング損失やノイズの発
生が増大してしまう。
本発明は、このような事情に対処して成されたもので、
入力電圧や負荷電力の変化が大きくなってもスイッチン
グ素子をゼロ電圧で動作させることができる共振形コン
バータを提供するこことを目的とする。
[発明の槽底] (課題を解決するための手段) 請求項1記載の共振形コンバータは、入力端子を断続す
るスイッチング素子と、このスイッチング素子に並列に
接続され、このスイッチング素子のオン/オフ時にこの
端子間電圧を零に保つ共振回路と、一次巻線および二次
巻線を有し、これら巻線の巻数比が入力端子をvlとし
、二次出力電圧Voの一次側換算値をvOlとしとき、
1■011aViなる条件を満し、スイッチング素子に
よって断続された電圧を変圧する変圧手段と、この変圧
手段によって変圧された電圧を平滑して出力する平滑手
段とを具備するものである。また請求項2記載の共振形
コンバータCシ、入力端子を断続するスイッチング素子
と、このスイッチング素子に並列に接続され、このスイ
ッチング素子のオン/オフ時にこの端子間電圧を零に保
つ共振回路と、入力端子をViとし、二次出力電圧Vo
の一次側換算値をVotとし、入力電圧V1に対応した
許容されるスイッチング素子のオン時間幅の下限値をT
Aとしたとき、 TA =   (VoL/Vi ) 2− 1/ωBの
値以上でスイッチング素子が動作をするように制御する
パルス幅制御回路と、一次巻線および二次巻線を有し、
スイッチング素子によって断続された電圧を変圧する変
圧手段と、この変圧手段によって変圧された電圧を平滑
して出力する平滑手段とを具備するものである。
(作 用) 請求項1記載の共振形コンバータでは、出力電圧Voを
トランスの一次側に換算した値VQIに関し、l Vo
II ≧Vi  (Viは入力電圧)となるように、変
圧手段の巻数比を設定するようにしたので、ゼロ電圧ス
イッチングを確実に行うことができる。
また請求項2記載の共振形コンバータでは、パルス幅制
御回路により、スイッチング素子のオン時間幅TAを入
力電圧V1に応じた下限値以下にならないようにしたの
で、共振コンデンサの電圧を出力電圧値まで確実に振り
上げることができる。
(実施例) 以下、本発明の実施例の詳細を図面に基づいて説明する
第1図は、第7図の等価回路を示すものである。
ただし、この等価回路では、トランスTRFは漏れイン
ダクタンスを無視し、励磁インダクタンスをLで表わす
。また二次側の出力電圧Voを巻数比N:1により、一
次側に換算した値をVoIとする。
そして、スイッチング素子S1ダイオードD1゜Dlの
オン/オフ状態の組合わせを検討すると、第2図に示す
ように状態1から状態5まで変化し、これを繰返す。
ここで、第2図において、符号りはトランスの一次巻線
N1のインダクタンス、符号11はインダクタンスLを
流れる電流、符号Vcは共振コンデンサCの両端の電圧
、符号i4はトランスTRFの二次巻線N2を流れる電
流をそれぞれ示している。
つまり、状態1から状態5までは次の通りである。
(ア)状態1・・・Sはオン、Dl、Dlはオフ。
(イ)状!!2・・・S、DI、Dlはオフ。
(つ)状態3・・・S、Dlはオフ、Dlはオン。
(1)状態4・・・状態2と同じ。
(オ)状態5・・・S、Dlはオフs D 1はオン。
各状態の諸量は、後述する式を用いて表わす。
後述する各式において、状態間の境界時刻でのコンデン
サ電圧、インダクタンス電流が等しいという条件を追加
することにより、状態間での境界条件を満足することが
できる。そして、これらの諸量の計算式から、共振条件
が存在するための条件を導くことができる。
なお、第3図は各状態1〜5におけるインダクタンス電
流11およびコンデンサ電圧Veを示すものであり、同
図において符号TA−TGは各状態1〜5においての継
続時間を示している。
以下、各状態の諸量にはサフィクスをつけ、各状態につ
き説明する。
(状態1)・・・サフィクスAをつける。
i 1A= (Vi / L) を 最終値−11Al −(Vi /L) TA継続時間・
・・TA (状態2)・・・サフィクスBをつける。
初期値−i IBO= i IAI 、 VCBO−0
角周波数・・・ωB−1/(Tニーτでインピーダンス
・・・ZB −n iIB= (Vi /ZB) sln (A)B−t+
1lBOeO8ωB・t VCB−Vi (1−cos ωB−t ) 十i I
BO2B・slnωB11t VCB−Vi −VoIに達すると状態2を終ることか
ら、 TB = (1/ωB )  (cos−’に一ψ)ψ
−jan−l(i IBO・ZB /Vi )最終値・
・・ i 1BI = (Vi / ZB ) sln ωB
 ・十11BOcosωB・ VCBI −Vi −VoI (状態3)・・・サフィクスEをつける。
初期値・・・ i 1EO= L IBI 、 VCEO−VCBIi
 IE−11EO+Vo/L −t i4E −−ilEo−Vo/L−t I3 B 11続時間=−TE = L−i 1EO/ (−Vo
I)最終値−i IEI =O、VCEI −VCEO
−VCBI(状態4)・・・サフィクス11をつける。
初IAfL・−i 111(1−i 1EI 5VCI
IO−VCE1角周波数・・・ω)I−1/fr下で、
Zll−fr7で、   i 1ll−(Vi −VC
IIO) /Zll・sln ωll * t + i
 1110   cosωH・tVCH−VCIIO+
(Vi−VCIIO)   (1−cos(1)11 
・t) +(i 1tlO/ Zl ) Sin (J
JH・ を 継続時間−TH−L /ωH(Vc /VoI)最終値
−i IHI  (VoI/ ZH)sln ωH・T
HVC)If−〇 (状態5)・・・サフィクスGをつける。
初期値−i 100− i IHI 、 VC(io 
−VCHI −Oi IG= (Vi /L) t +
 i 1GG継続時間−TG =−L−i 100 /
Vi最終値・・・i ICI −0、VCGI −0全
周期 周期・・・T−TA +TB 十TE +TH+TG平
均出力電流・・・I OAV −(TE /T)[−i
 1E  O−(VoI/  2L)  ・TE ]出
出力力−PO−VoI−I OAV 続いて、状態が連続して遷移するための条件について説
明する。
■状態2−状態3に遷移できる条件 状態2の最終では、コンデンサ電圧VcがVi−Vot
まで振り上げられなければならない。このための条件は
、TBを表わす式が成立つために、2  / Vi  +、i 180 ・ZB ) 2a VoI、
°、i IBOa   (VoI  −Vi 2/ZB
上式に状態1の最終値を代入すると、所要条件が次式で
表わされる。
この式は、状態1での継続時間(いいかえると、スイッ
チング素子のオン時間幅)に下限があることを示す。
■状B4=状!!5に遷移できる条件 状態4の最終では、コンデンサ電圧Vcが0まで低下し
なければならない。このための条件は、継続時間THが
存在することであり、T)Iの式から次のとおり表わT
ことができる。
1Vo11aVi このVoIは、トランスの一次側に換算した二次電圧v
Oを示す。
状態4−状態5に遷移することによって、状態5でのコ
ンデンサ電圧Vcがゼロに保たれるので、次に状態1に
戻ったときスイッチング素子Sをゼロ電圧でターンオン
することができる。これにより、ターンオンロスがゼロ
になる。
第4図は、スイッチング素子Sの状態1のオン時間幅T
Aと出力電力POとの関係を示すものである。
同図から分る通り、状B1のオン時間幅TAには、入力
電圧Viに応じて下限値がある。
従って、その下限値よりも小さなオン時間幅を許すよう
な制御を行うと、共振状態をはずれてしまう。このため
、負荷や入力端子が変化するような過渡状態が発生する
と、スイッチング素子Sの応答の悪化およびスイッチン
グ損失を生じたりするような不都合な状態が起こる。
第5図は、オン時間幅TAの下限を制限する回路を組込
んだパルス幅制御回路を示すものである。
同図において、Viは入力電源、Sはスイッチング素子
、TRPはトランス、RECTは第7図のD2に相当す
る整流回路、FILTは第7図のCPに相当する平滑回
路、voは出力電圧、EAは基準電圧VREFと出力電
圧Voとを入力する誤差増幅器、VAはアンプE^の出
力電圧、PCはホトダイオードPC−Dの電流をホトト
ランジスタPC−Tの電流に変換するホトカプラ、RM
はPC−Tの電流に比例した制御電圧VMを生ずる抵抗
、CMPはスイッチング素子Sの端子間電圧がゼロにな
ったときトリガパルスを出力するコンパレータ、MMは
コンパレータCMPからのトリガ信号の時刻に制御電圧
VMに比例した時間幅をもつパルスTAを出力するモノ
ステープルマルチパイプレータ、DはMMの出力パルス
TAを増幅し、スイッチング素子Sを駆動するドライバ
、Aは別図のための参照点、R^、RBは入力電圧Vi
を分割した電圧kViを得るための抵抗、IAは入力電
圧kVIを受けて出力にKl−kVi  (Klは定数
)なる反転出力電圧を生ずる反転増幅器、Reは反転増
幅器IAの出力電圧を電流に変換するための抵抗をそれ
ぞれ示している。
そして、入力電圧はスイッチング素子Sによってスイッ
チングされた後、トランスTRFを介して二次側に電力
として送られる。二次側では整流回路RECT、平滑回
路PILTを通って、直流の出力電圧vOに変換される
。出力電圧vOは誤差増幅器EAにて基準電圧V RE
Pと比較され、その差は増幅されて出力電圧V^となる
。出力電圧vOが高くなるとV^が上がるため、ホトカ
プラPC内のホトダイオードPC−Dを流れる電流が低
下する。
これによって、ホトトランジスタPC−Tのエミッタ電
流が減少し、電圧検出抵抗RMでの電圧VMが下がる。
電圧VMはモノステーブルマルチバイブレータMMに入
力され、マルチバイブレータHの出力にパルス幅TAの
パルスを生ずる。このパルス幅TAはVMが下がると狭
くなる。このパルスの発生時刻はスイッチング素子Sの
端子間電圧がゼロになった時刻と同時である。このため
に、スイッチング素子Sの端子間電圧をコンパレータC
MPが検出し、トリガ信号をモノステーブルマルチバイ
ブレータMMに入力する。
オン時間幅T^の下限を設定する回路は、第5図の抵抗
RA、RBによって構成される。
つまり、入力電圧Viに応じ分圧抵抗RA、RB ニよ
ッテ、RB(7)両端間1:に−Vi  (k−RB/
(R^+RB))の電圧を生ずる。この電圧は反転増幅
器IAに入力され、その出力電圧として、Kl−に−V
iなる反転した電圧(K1は定数)を得る。この電圧を
抵抗Reを介してモノステーブルマルチバイブレータM
Mの入力側抵抗RMに流れる電流に変換する。
従って、抵抗RMの端子電圧VMは、入力電圧V1によ
って修正され、Viが高くなると、VMを低くする。こ
のため、Kfを適、切に選ぶことにより、Vtに応じて
TAを TA −TAG−KA −Vi となる形に制御することができる。
ここで、KAは定数、TA0はPC−Tのエミッタ電流
によって決まる。
このようにして、vlに応じてTAの最小値を変化させ
ることができ、これによって共振状態を維持することが
できる。
第6図は、第5図のコンパレータCMPへの入力信号の
詳細を示すものである。
同図において、RD、REは入力電圧を分割した電圧に
1 ・Vi(klは比例定数)を得る分圧抵抗、NDは
巻線N1の端子間電圧が入力電圧V1に等しくなったと
きに、端子電圧VND−k。
vlとなるように、N1 :NDの巻線比が定められた
トランスTRPの電圧検出用巻線、CMP−1、−2は
コンパレータCMPの入力端子をそれぞれ示している。
なお、入力端子CMP−1、−2間には入力端子VCM
P−に、 −Vi−VNDカ人力サレすVCMP−0と
なると出力端A点にトリガ信号を送出する。
そして、入力電圧Viを抵抗RD、REで分割してに1
・V I JAる電圧を得る。スイッチング素子Sがオ
ン状態のとき、トランスTRFの一次巻線N1に電圧V
Sが印加される。この電圧Vsは巻数比N D / N
 1によって入力電圧検出用巻線NDにVND−(ND
 /N1 )Vsとして変換される。
この電圧を抵抗で分割した電圧と逆極性に加えてコンパ
レータCMPの入力端子CMP−1に入力する。
もう一方の入力端子CMP−2はゼロレベルに保つ。
スイッチング索子Sの端子間電圧がゼロになったときは
、Vs−Viとなる。
従って、ND/N1−に1になるように、RD。
RE、NDを設定しておけば、入力端子CMP−1の電
圧−0のときに、スイッチング素子Sに印加される電圧
がゼロになる。
ここまでの説明は、スイッチング素子Sのオン時間幅T
Aの下限を設定するための制御回路に関するものである
続いて、共振状態を維持するために、状態4−5に遷移
できる条件を考える。
上述したように、一次換算入力電圧volと入力電圧v
1とに関して、次の条件が戒立つ。
IVoII;i!Vi この条件を維持するためには、次のようにする。
I Volt = (Nl /N2 ) VQ、’、 
N 1/ N 2 ≧I V I / V 。
トランスTRFの一次巻線と二次巻線との巻数比N1/
N2を上式のように定めると、共振状態を維持できるこ
とになる。Viは入力電圧変化がある場合、入力電圧の
最高値V1maxをとることもできる。
以上を要するに、状H2→状態3へ遷移できる条件を満
たすために、第5図に示したTAの下限設定回路を実施
する。
状態4−状態5へ遷移できる条件を満たすためには、ト
ランスTRPの一次巻回数と二次巻回数の比を N1/N2 & (Vi /Vo) とする。
これらの条件は、同時に実施してもよく、また、いずれ
か一方だけを実施してもよい。ただし、後者の場合、一
部の動作が共振状態を外れることになるが、これが許容
される場合には後者の方法でよい。
このように、本実施例では、トランスの巻数比を1Vo
1laViとなるように設定し、またスイッチング素子
のオン時間幅TAを入力電圧Viに応じた下限値以下に
ならないようにしたので、人、力電圧や負荷電力の変化
が大きくなってもスイッチング素子をゼロ電圧で動作さ
せることができる。
[発明の効果コ 以上説明したように、本発明の共振形コンバータは、入
力電圧や負荷電力の変化が大きくなってもスイッチング
素子をゼロ電圧で動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第7図の共振形コンバータの等価回路を示す回
路図、第2図は第1図のスイッチング素子やダイオード
のオン/オフ状態の組合わせによる変化の流れを状態1
〜状態5として示す回路図、第3図は第2図の各状態1
〜5におけるインダクタンス電流およびコンデンサ電圧
を示す図、第4図は第1図のスイッチング素子のオン時
間幅と出力電力との関係を示す図、第5図はスイッチン
グ素子のオン時間幅の下限を制限する回路を組込んだパ
ルス幅制御回路を示す回路図、第6図は第5図のコンパ
レータへの人力信号の詳細を示す回路図、第7図は従来
の共振形コンバータを示す回路図である。 Vi・・・入力電源、S・・・スイッチング素子、TR
I’・・・トランス、N1・・・一次側巻線、N2・・
・二次側巻線、C・・・共振コンデンサ、Dl・・・ク
ランプダイオード、Dl・・・整流ダイオード、CF・
・・平滑コンデンサ、RECT・・・整流回路、FIL
T・・・平滑回路、EA・・・誤差増幅器、PC・・・
ホトカプラ、CMP・・・コンパレータ、MM・・・モ
ノステーブルマルチバイブレータ、D・・・ドライバ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力電圧を断続するスイッチング素子と、このス
    イッチング素子に並列に接続され、このスイッチング素
    子のオン/オフ時にこの端子間電圧を零に保つ共振回路
    と、 一次巻線および二次巻線を有し、これら巻線の巻数比が
    入力電圧をViとし、二次出力電圧Voの一次側換算値
    をV01としとき、|V01|≧Viなる条件を満し、
    前記スイッチング素子によって断続された電圧を変圧す
    る変圧手段と、 この変圧手段によって変圧された電圧を平滑して出力す
    る平滑手段と を具備することを特徴とする共振形コンバータ。
  2. (2)入力電圧を断続するスイッチング素子と、このス
    イッチング素子に並列に接続され、このスイッチング素
    子のオン/オフ時にこの端子間電圧を零に保つ共振回路
    と、 入力電圧をViとし、二次出力電圧Voの一次側換算値
    をV01とし、入力電圧Viに対応した許容される前記
    スイッチング素子のオン時間幅の下限値をTAとしたと
    き、 TA=√((V01/Vi)^2)−1/ωBの値以上
    で前記スイッチング素子が動作をするように制御するパ
    ルス幅制御回路と、 一次巻線および二次巻線を有し、前記スイッチング素子
    によって断続された電圧を変圧する変圧手段と、 この変圧手段によって変圧された電圧を平滑して出力す
    る平滑手段と を具備することを特徴とする共振形コンバータ。
JP22482489A 1989-08-31 1989-08-31 共振形コンバータ Pending JPH0389852A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22482489A JPH0389852A (ja) 1989-08-31 1989-08-31 共振形コンバータ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22482489A JPH0389852A (ja) 1989-08-31 1989-08-31 共振形コンバータ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0389852A true JPH0389852A (ja) 1991-04-15

Family

ID=16819772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22482489A Pending JPH0389852A (ja) 1989-08-31 1989-08-31 共振形コンバータ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0389852A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2019008854A1 (ja) * 2017-07-04 2019-07-04 三菱電機株式会社 電力変換装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2019008854A1 (ja) * 2017-07-04 2019-07-04 三菱電機株式会社 電力変換装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6101104A (en) Predictive threshold synchronous rectifier control
TWI831763B (zh) 返馳轉換器及操作返馳轉換器之方法
US9263960B2 (en) Power converters for wide input or output voltage range and control methods thereof
US4935857A (en) Transistor conduction-angle control for a series-parallel resonant converter
US7990070B2 (en) LED power source and DC-DC converter
US9099934B2 (en) Three phase active rectifier system
US20190199222A1 (en) Adjustable frequency curve for flyback converter at green mode
US8681512B2 (en) Active clamp resonance control
US20090212758A1 (en) Method and apparatus for power conversion with wide input voltage range
JPH0654528A (ja) ゼロボルトスイッチングパワーコンバータのパワースイッチのためのドライブ回路
GB2265732A (en) Power converter with waveform control
US6151231A (en) Circuit and method for reactive energy recirculation control in a series-resonant converter
CN105050235A (zh) 用于功率转换器的调光边沿探测
CN109818501A (zh) 具有频率-接通时间转换器的控制器
WO1997041497B1 (en) Modular high power modulator
US20150168983A1 (en) Power conversion device, isolated driving circuit, and isolated driving method
EP0797290B1 (en) Regulated resonant converter
KR100980406B1 (ko) 멀티 피드백 제어회로를 포함하는 교류-직류 컨버터
JPH0389852A (ja) 共振形コンバータ
JPH1014229A (ja) 電力供給方法及び電源装置
JP2653712B2 (ja) スイッチングレギュレータ
JP2603646B2 (ja) コンバータ
JPH08237944A (ja) スイッチングモード電源装置
JP2001178123A (ja) 直流安定化電源装置
JP2009038954A (ja) Ac/ac変換用電源装置