JPH04112670A - 共振形dc―dcコンバータの制御方法 - Google Patents

共振形dc―dcコンバータの制御方法

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JPH04112670A
JPH04112670A JP23207790A JP23207790A JPH04112670A JP H04112670 A JPH04112670 A JP H04112670A JP 23207790 A JP23207790 A JP 23207790A JP 23207790 A JP23207790 A JP 23207790A JP H04112670 A JPH04112670 A JP H04112670A
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JP
Japan
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capacitor
operating frequency
switching element
load current
load
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Pending
Application number
JP23207790A
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English (en)
Inventor
Hirobumi Matsuo
博文 松尾
Fujio Kurokawa
不二雄 黒川
Takashi Koga
古賀 高志
Hideki Hayashi
林 秀喜
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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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〕 各種計算機8通信、家庭用電気品などのあらゆる分野に
おける電子装置の電源として用いられるスイッチング方
式DO−DCコンバータのうち、特に共振形DC−DC
コンバータの制御方法に関するものである。
〔従来の技術〕
あらゆる分野における電子装置の電源としてスイッチン
グ方式DC−DCコンバータが使用されている。
このスイッチング方式DC−DCコンバータのうち、L
C共振回路の共振現象を利用してスイッチング素子の責
務を低減させる、いわゆる共振形DC−DCコンバータ
が多用されている。
第4図は共振形DC−DCコンバータの従来の構成例を
示す。また、第5図はこの回路構成の動作波形を示す。
すなわち、直流電源1よりスイッチング素子2゜ダイオ
ード3を介して、リアクトル4とコンデンサ5の直列共
振回路に電力を供給する。
コンデンサ5に蓄えられた電力はダイオード6により整
流され、さらにリアクトル7とコンデンサ8により平滑
化され負荷9に供給される〇さて時刻To以前では前サ
イクルの影響で、ダイオード6−4リアクトル7−コン
デンサ8と負荷9の並列回路−ダイオード6 のループで負荷電流ILが流れているものとする。
時刻T、においてスイッチング素子2をオンさせると・ 直流電源1−スイッチング素子2−ダイオード3−リア
クトル4−ダイオード6−直流電源1の共振回路が形成
され、正弦波状の共振電流ILRが流れる。ここで、ダ
イオード6が導通しているゆえ、コンデンサ5の電圧V
CRは零である。
時刻T1において共振電源ILRが負荷電流ILを超え
ると、ダイオード6がオフとなり、共振電流It、Rと
負荷電流工りはコンデンサ5を流れるようになり、電圧
vcRは上昇を始める。
時刻T2において共振電流ILRが零になると、スイッ
チング素子2は自然消弧して負荷電流工りのみが流れる
時刻T3において電圧VCRが零となると、コンデンサ
5に流れていた負荷電流ILは以後ダイオード6を流れ
るようになり、電圧VCRは零ヲ保つ。
時刻T4においてスイッチング素子2をオンさせると、
時刻T、と同様の状態となり、以下同様の動作を繰り返
えす。
このようtこ一定の時間間隔(T4TO)で、すなわち
一定の動作周波数FSでスイッチング素子2をオンする
ことにより、直流電源Iの電力は負荷電流工りとなって
負荷9に供給され、DC−DCコンバータを形成する。
そして、時刻T2においてスイッチング素子2は電流零
となって自然消弧するため、オフ時のスイッチング損失
は発生せず、これが共振形コンバータの特長である。
なお、回路定数や動作周波数によっては、(TOTI)
の期間が存在しない場合や時刻T4以前にダイオード6
がオフ状態となる場合があり、VCR、ILの波形が図
示のものと異なったものとなることがあるが、ここでは
本質的なものでないため説明を省略する。
〔発明が解決しようとする課題〕
つぎに、第6図は動作周波数をパラメータとして負荷電
流と負荷電圧の関係を示している。
すなわち、第4図装置の負荷電流ILの平均値の負荷電
流工。とコンデンサ8電圧の平均値の負荷電圧E。を示
し、(イ)はコンデンサ5の容量が0.01(μF)の
場合、(吻はコンデンサ5の容量が0.02 (μF)
の場合のそれぞれFSI = 100 (K)(z) 
、Fsz = 500(KHz ) 、 Fss = 
900 (KHz )を示す。
他の定数はつぎの通りである。
直流電源1 を圧EI =20(V) リアクトル4のインダクタンス  LR=0.9(μF
)リアクトル7のインダクタンス   L =45 (
μF)コンデンサ8の容量        0 =50
 (μF)ここで、負荷電圧E。を−例として(IOV
)一定に保つ場合を考えると、第6図(イ)で負荷電流
I。を(0,4A)まで低下させるには動作周波数F、
をFszの如くすればよいが、Fssまで上昇させても
負荷電流I。は1.3 (A)程度までしかとることが
できない。一方、第6図(D)にて動作周波数FsをF
53とすると負荷電流I。は2.3(A)までとること
ができるが、この負荷電流工。を0.4 (A)以下に
絞る場合には動作周波数Fsを500(K±)よりも大
巾に低下させなければならない。
そして、動作周波数F5を上昇させるとスイッチング素
子の損失が大きくなって効率低下をもたらし、動作周波
数Fsを下降させるとりアクドル4.7やコンデンサ8
などが大型のものとなって装置の小型化が図れない。こ
のため、動作周波数Fsをなるべく狭い範囲内に納める
ことが装置設計上有利であるが、前述した如く広範囲の
負荷電流に対応することができなかった。すなわち、負
荷電流ムを下げるlこは動作周波数Fsを下げ、負荷電
流IOを上げるには動作周波数Fsを上げなければなら
ないため、負荷電流工。の大小により動作周波数Fsを
大巾に変化させなければならない。
〔課題を解決するための手段および作用〕本発明は上述
したような点に鑑みなされたものであり、特に狭い範囲
の動作周波数にて広、範囲の負荷電流に対応可能な共振
形DC−DCコンバータを実現し得る格別な方法を提供
するものである。
その主旨とするところは、負荷電流の小さな領域におい
ては共振用コンデンサの容量を小さく選定して動作周波
数の低下を抑え、負荷電流の大きな領域にては共振用コ
ンデンサの容量を大きくして動作周波数の上昇を抑えん
とすることにある。
以下、本発明を実施例図面を参照してさらに詳細説明す
る。
〔実 施 例〕
第1図は本発明が適用された一実施例の回路構成を示す
ものであり、10は共振用として付設されたコンデンサ
、11は正負両方向に電流を通すことができる双方向性
スイッチング素子である。図中、第4図と同符号のもの
は同じ機能を有する部分を示すO すなわち、負荷電流I。が小さいときには双方向性スイ
ッチング素子11をオフさせておき、第4図装置と同一
に動作させる。このときのコンデンサ5の容量は比較的
小さな値に、第2図説明の例で言えば0.01(μF)
に選定しておく。
さらに、負荷電流IOが増加して動作周波数Fsも上昇
した場合には双方向性スイッチング素子11をオンサセ
、コンデンサ10をコンデンサ5と並列に接続させるこ
とにより、合成容量を増加させる0例えば、コンデンサ
10の容量もコンデンサ5と同じQ、01(μF)とし
て合成容量を0.02(μF)とさせ・動作周波数Fs
の上昇を防止する。この場合、スイ、チング素子2は動
作周波数Fsに開閉動作を行うが、双方向性スイッチン
グ素子11はオン状態を保ったままでよいためにスイッ
チング損失は発生せず、電流容量も共振電流のうちコン
デンサ10が負担する分のみでよいため比較的小容量で
よいことは明らかである。
負荷電流I。が再び減少した場合には双方向性スイ、チ
ング素子11をオフさせ、このように負荷電施工。の大
小に応じてコンデンサ容量の切換を行うが、例えば第5
図の(To−Tり区間あるいは(T3 T4)区間にて
双方向性スイッチング素子11のオンオフを行えば、(
van=0)すなわちコンデンサ電流も零の状態でのス
イッチングとなり、その開閉責務は些少となる。
さらに、第2図は双方向性スイッチング素子の開閉信号
を作成するためのブロック図であり、ittはカウンタ
、112 、112’は比較回路、113はフリップフ
ロップ、114はドライブ回路である。
すなわち、図示していない制御回路により定電圧特性や
定電流特性とするための動作周波数Fsなるスイッチン
グ素子2の開閉信号が作成され、この動作周波数Fsが
カウンタ111により計数され、N。
なるディジタルの数値に変換される。
この数値N、は比較回路112 、112’にて予め定
めておいた切換上限値NH6切換下限値NLと比較され
、各比較回路出力はフリ、プフロ、プ113の状態を反
転させ、このフリップフロ、プ113出カバドライブ回
路114を介して双方向性スイッチング素子11の開閉
信号SWとなり、オンオフ動作の指令となる。
いま、動作周波数Fsが上昇して数値Nsが切替上限値
N■を超えると、比較回路112の出力がフリップフロ
、プ113に加えられ、開閉信号SWを出力させて双方
向性スイッチング素子11をオン状態とする。動作周波
数Fsが下降して切替下限値NL以下となると、比較回
路112′の出力がフリップフロップ113に加えられ
、開閉信号SW比出力停止させて双方向性スイッチング
素子11をオフ状態とする。
第3図は第2図装置を用いて第1図の回路構成を動作さ
せた場合の負荷電流と動作周波数の関係を示す。ここに
、直流電源電圧(Br=20v)、負荷電圧(go=t
ov)一定の場合であり、また(N■二850KHz 
) 、 (NL = 500に市)の相当値にセットさ
れているものとする。
ここで、負荷電流Ioが上昇して1.1(A)を超える
と動作周波数Fsが850 (KHz )に達し、第2
図説明の如く双方向性スイッチング素子11がオンされ
、共振用コンデンサ容量は0.01(μF)から0.0
2(μF)に増加し、同じ負荷電流I。に対して動作周
波数Fsは550(KHz)に低下する。そして、負荷
電施工0が増加しても動作周波数Fsは約700 (K
Hz )に抑えられる。
この状態から負荷電施工。が低下して0.9 (A)以
下になると動作周波数F8は500(KHz)以下とな
り、双方向性スイッチング素子11はオフされて共振用
コンデンサ容量は0.02(μF)から0.01(μF
)に切り換り、動作周波数Fsは750 (KHz )
に上昇し、負荷電流I。が0.4 (A)に低下しても
動作周波数は500(K±)を保つ。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、実施例による数値
例によっても、負荷電流が(04〜2.5A)の広い範
囲で変化しても動作周波数は(500〜850KHz→
の狭い範囲の抑えることができる如く、この種の電源装
置の設計が非常に有利となり、小型かつ高効率の簡便な
装置を実現可能な方法を提供できる。
なお、ここでは共振形DC−DC!コンバータノ例とし
て半波形電流共振方式のものを挙げたが、他方式の全波
形、電圧共振方式などにも同様に適用可能なことは勿論
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明が適用された一実施例の回路構成を示す
図、第2図は双方向性スイッチング素子の開閉信号を作
成するためのプロ、り図、第3図は第1図および第2図
の説明のため示した波形である。また第4図および第5
図は従来例の回路構成およびその動作波形を示す図、第
6図は第4図装置の負荷電流と負荷電圧の関係を示す図
である。 1・・・・・・直流電源、2・・・・・・スイッチング
素子、4.7・・・・・・リアクトル、5.8.10・
・団・コンデンサ、11・・・・・・双方向性スイッチ
ング素子、Fs・・・・・・動作周波数、工。・・・・
・・負荷電流。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 直流電源よりスイッチング素子を介してインダクタ
    ンスとコンデンサより構成される共振回路に電力を供給
    し、該共振回路の電力を整流して負荷に供給するととも
    に、前記コンデンサを複数個に分割し、かつ該コンデン
    サの少なくとも1個のコンデンサと直列に双方向性スイ
    ッチング素子を接続し、該双方向性スイッチング素子を
    動作周波数の高低に応じて選択開閉させるようにしたこ
    とを特徴とする共振形DC−DCコンバータの制御方法
JP23207790A 1990-08-31 1990-08-31 共振形dc―dcコンバータの制御方法 Pending JPH04112670A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007082377A (ja) * 2005-09-16 2007-03-29 Toyota Motor Corp Dc−dcコンバータ

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01248957A (ja) * 1988-03-28 1989-10-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 共振型電力変換器

Patent Citations (1)

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