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Info
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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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- switching element
- load current
- load
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
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- 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
)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。
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。
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。
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。
る。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23207790A JPH04112670A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 共振形dc―dcコンバータの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23207790A JPH04112670A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 共振形dc―dcコンバータの制御方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04112670A true JPH04112670A (ja) | 1992-04-14 |
Family
ID=16933636
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23207790A Pending JPH04112670A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 共振形dc―dcコンバータの制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04112670A (ja) |
Cited By (1)
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)
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 |
-
1990
- 1990-08-31 JP JP23207790A patent/JPH04112670A/ja active Pending
Patent Citations (1)
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 |
Cited By (1)
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 |
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