JPH04165956A - Resonant converter - Google Patents

Resonant converter

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JPH04165956A
JPH04165956A JP29021690A JP29021690A JPH04165956A JP H04165956 A JPH04165956 A JP H04165956A JP 29021690 A JP29021690 A JP 29021690A JP 29021690 A JP29021690 A JP 29021690A JP H04165956 A JPH04165956 A JP H04165956A
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nonlinear
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義雄 鈴木
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Abstract

PURPOSE:To prevent parasitic resonance between the junction capacitance of a rectifying diode and a resonant inductance by connecting a nonlinear inductor, exhibiting an inductance several times as high as the resonant inductance when the rectifying diode is not conducting, in series with the rectifying diode. CONSTITUTION:During an interval when the junction capacitance of a rectifying diode 5 contributes to parasitic oscillation, i.e., an interval when a rectifying diode 5 is not conducting, oscillation is induced with the junction capacitance of the rectifying diode 5 and the sum of the inductance in unsaturated region of a nonlinear inductor 10 and the inductances of primary and secondary resonant inductors 9, 9'. At that time, the inductance in unsaturated region of the nonlinear inductor 10 is selected so that the period of oscillation is substantially same as the maximum conduction width of a switching element 1 thus realizing a resonance circuit in which the rectifying diode 5 is conducted or nonconducted with zero voltage. According to the constitution, output control is carried out stably.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、実質的に印加電圧かセロの状態でスイッチン
グ素子をスイッチングさせる共振形コンバータに関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a resonant converter in which a switching element is switched in a substantially zero applied voltage state.

〔従来技術〕[Prior art]

電力MO3FETおよびI GETなどの進歩により電
力デバイスの大電力・高周波スイッチングか可能となり
、高効率で高機能を有する種々な電源装置が既に実用化
されている。
Advances in power MO3FETs and IGETs have made it possible to perform high-power, high-frequency switching of power devices, and various power supplies with high efficiency and high functionality have already been put into practical use.

近年、より高周波のスイッチングを高い効率で実現する
手段として共振形スイッチング技術か注目され、数多く
の研究報告かなされている。そして既に、理想化された
モデルで各種の共振コンバータの基本特性が解明されて
いる(例えば、二宮保、中原正俊1束 徹、原田耕介、
゛′共振コンバータの統−的解析法” 、 pp857
〜867、電子情報通信学会論文誌 B−[、Vol、
 J−72−B−1,No、 10.1989年10月
、など)。
In recent years, resonant switching technology has attracted attention as a means of achieving higher frequency switching with higher efficiency, and numerous research reports have been published. The basic characteristics of various types of resonant converters have already been clarified using idealized models (for example, Tamotsu Ninomiya, Masatoshi Nakahara, Toru Itsuzuka, Kosuke Harada,
``Systematic analysis method of resonant converter'', pp857
~867, Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers B-[, Vol.
J-72-B-1, No. 10. October 1989, etc.).

実際のスイッチング半導体素子、特に電力MO3FET
は大きなキャパシタンスを有するため。
Actual switching semiconductor devices, especially power MO3FETs
has a large capacitance.

その影響か問題になるが、スイッチング素子を実質的に
電圧の印加されていない状態で、つまりゼロ電圧でスイ
ッチング(ZVS)させるZvSコンバータては、MO
SFETのキャパシタンスを共振用キャパシタンス又は
その一部分として利用するため、MOSFETのキャパ
シタンスについては問題は生じない。
This may be a problem, but in a ZvS converter that switches the switching element with virtually no voltage applied, that is, with zero voltage (ZVS), MO
Since the SFET capacitance is used as the resonant capacitance or a portion thereof, there is no problem with the MOSFET capacitance.

しかし 整流用ダイオードの接合容量は共振用インダク
タンスと寄生振動を起こす。この寄生振動は出力制御特
性に影響を与え、安定制御の障害となる場合がある。
However, the junction capacitance of the rectifier diode causes resonant inductance and parasitic vibration. This parasitic vibration may affect output control characteristics and become an obstacle to stable control.

この点について第8図に示すような従来のフライバック
タイプのZvSコンバータを用いて説明すると、スイッ
チング素子1として用いられるMOSFETがオン状態
にあるとき、直流入力電源2から変圧器3の1次巻線N
1およびMO8FETlを通して電流が流れ、変圧器3
にエネルギを蓄積する。
To explain this point using a conventional flyback type ZvS converter as shown in FIG. Line N
1 and MO8FETl, current flows through transformer 3
to store energy.

このとき、整流用ダイオード5は変圧器3の2次巻線N
2に誘起されている電圧により逆バイアスされ、導通し
ないが、整流用ダイオード5の有する接合容量と主とし
て変圧器3の漏洩インダクタンスと配線インダクタンス
とからなる共振用インダクタンスとによる寄生振動か発
生する。この寄生振動は第9図の■5およびv5て示す
ように整流用ダイオード5が非導通に至ってから導通初
期までの期間(T)中発生し、スイッチング素子1を介
して流れる1次側電流■1にも影響を与える。
At this time, the rectifier diode 5 is connected to the secondary winding N of the transformer 3.
Although it is reverse biased by the voltage induced in the rectifying diode 5 and does not conduct, parasitic vibrations occur due to the junction capacitance of the rectifying diode 5 and the resonance inductance mainly consisting of the leakage inductance of the transformer 3 and the wiring inductance. This parasitic oscillation occurs during the period (T) from when the rectifying diode 5 becomes non-conductive to when the rectifying diode 5 begins to conduct, as shown by ■5 and v5 in FIG. It also affects 1.

ここで、順方向ドロップの小さいダイオードを用いる必
要性から整流用ダイオード5としてショットキ・バリア
・ダイオードを用いた場合には。
Here, in the case where a Schottky barrier diode is used as the rectifying diode 5 due to the necessity of using a diode with a small forward drop.

接合容量か大きくなるのでより一層振動か大きくなる。Since the junction capacitance increases, the vibration becomes even larger.

次にスイッチング素子1がターンオラすると。Next, when switching element 1 turns over.

前記共振用インダクタンスと共振用コンデンサ4のキャ
パシタンスとが共振を行い(V4)、変圧器3に蓄積さ
れたエネルギが変圧器3の2次巻線N2に伝達され電流
を誘起する。その電流は整流用ダイオード5により整流
され、平滑用コンデンサ6および負荷7に流れる。
The resonance inductance and the capacitance of the resonance capacitor 4 resonate (V4), and the energy stored in the transformer 3 is transmitted to the secondary winding N2 of the transformer 3, inducing a current. The current is rectified by a rectifying diode 5 and flows to a smoothing capacitor 6 and a load 7.

〔発明か解決しようとする問題点〕[Problem that the invention attempts to solve]

以上の説明からも分かるように、整流用ダイオードが非
導通のときそれの有する接合容量と共振用インダクタン
スとが寄生振動を起こし、この寄生振動は整流用ダイオ
ードからの出力を変化させる。この寄生振動の位相によ
る出力の変化が周波数制御による出力の変化以上になる
と、出力と動作周波数との関係に単調性かなくなり、寄
生振動により動作周波数に対する出力制御特性が正とな
る逆転部分が生じ、安定な制御ができない場合がある。
As can be seen from the above explanation, when the rectifying diode is non-conductive, its junction capacitance and resonant inductance cause parasitic vibration, and this parasitic vibration changes the output from the rectifying diode. If the change in output due to the phase of this parasitic vibration exceeds the change in output due to frequency control, the relationship between output and operating frequency will no longer be monotonic, and a reversal portion will occur where the output control characteristic with respect to the operating frequency becomes positive due to parasitic vibration. , stable control may not be possible.

また、特にZvS共振形コンバータは整流用ダイオード
を流れるピーク電流か大きいので、低電圧出力コンバー
タの効率を高めるためには、ダイサイズの大きな整流用
ダイオードを採用してその順方向電圧降下をできるたけ
小さくする必要がある。この場合、整流用ダイオードの
接合容量か大きくならざるを得ず、動作周波数と寄生振
動の周波数の差は1オ一ダ程度になり、寄生振動の悪影
響は顕著となる。また、整流用ダイオードに並列にスナ
バ回路を接続して寄生振動を吸収する方法もあるか、こ
の場合には効率の低下が大きい。
In addition, especially in ZvS resonant converters, the peak current flowing through the rectifier diode is large, so in order to increase the efficiency of the low voltage output converter, a rectifier diode with a large die size is used to reduce the forward voltage drop as much as possible. It needs to be made smaller. In this case, the junction capacitance of the rectifying diode must become large, and the difference between the operating frequency and the frequency of the parasitic vibration becomes about one order of magnitude, and the adverse effects of the parasitic vibration become significant. Another method is to connect a snubber circuit in parallel to the rectifier diode to absorb parasitic vibrations, but in this case, the efficiency is greatly reduced.

〔問題点を解決するための手段〕  ゛このような整流
用ダイオードの接合容量と共振用インダクタンスとの寄
生振動を防止することを目的として2本発明では整流用
ダイオードの非導通時に共振用インダクタンスよりも数
倍以上大きいインダクタンスを与える非線形インダクタ
を整流用ダイオードに直列接続して共振形の整流回路を
構成したことを特徴としている。
[Means for Solving the Problems] In order to prevent such parasitic vibration between the junction capacitance of the rectifier diode and the resonant inductance, the present invention provides a method for preventing parasitic vibration between the junction capacitance of the rectifier diode and the resonant inductance. A resonant rectifier circuit is constructed by connecting a nonlinear inductor that provides an inductance several times larger than that of a rectifier diode in series.

〔作 用〕[For production]

このように、整流用ダイオードの非導通時に共振用イン
ダクタンスよりも大きいインダクタンスを呈する非線形
インダクタを整流用ダイオードに直列接続することによ
り、その接合容量との寄生振動の周期をスイッチング素
子の最大導通期間と同程度とする共振形の整流回路を構
成しているのて、振動による影響を与えない。また、こ
の発明では小電流領域で飽和する非線形インダクタを用
いているので、整流用ダイオードに非線形インダクタを
用いたことによる出力制御特性への影響は実質的に生じ
ない。
In this way, by connecting a nonlinear inductor that exhibits a larger inductance than the resonant inductance when the rectifier diode is not conducting in series with the rectifier diode, the period of parasitic vibration with the junction capacitance can be adjusted to the maximum conduction period of the switching element. Since it has a resonant rectifier circuit with the same level of vibration, it is not affected by vibration. Furthermore, since the present invention uses a nonlinear inductor that saturates in a small current region, the use of a nonlinear inductor as a rectifier diode does not substantially affect the output control characteristics.

〔実施例〕〔Example〕

第1図により本発明にかかる共振形コンバータの一実施
例を説明する。
An embodiment of a resonant converter according to the present invention will be explained with reference to FIG.

同図において第8図に示した記号と同一の記号は相当す
る部材を示すものとし、8はスイッチング素子lと共振
用キャパシタ4とに並列に接続されたダイオードを示し
、スイッチング素子lがMOSFETの場合にはそのM
OSFETの内部ダイオードであり、他の半導体素子の
場合には別途接続されたダイオードである。9,9′は
主に変圧器3の漏洩インダクタンスと配線のインダクタ
ンスとからなる共振用インダクタンスの内の1次側、2
次側の共振用インダクタンスをそれぞれ示す共振用イン
ダクタンス手段である。
In the figure, the same symbols as those shown in FIG. 8 indicate corresponding parts, and 8 indicates a diode connected in parallel to the switching element 1 and the resonance capacitor 4, and the switching element 1 is a MOSFET. In that case, the M
This is an internal diode of the OSFET, and in the case of other semiconductor devices, it is a separately connected diode. 9 and 9' are the primary side and 2 of the resonance inductance, which mainly consists of the leakage inductance of the transformer 3 and the wiring inductance.
These are resonance inductance means each indicating a next-side resonance inductance.

10は整流用ダイオード5に直列接続された可飽和形の
非線形インダクタであり、非飽和領域において共振用イ
ンダクタンス手段9,9”のインダクタンス値に比へて
数倍以上で、整流用ダイオード5の非導通時からスイッ
チング素子1のターンオフまで、整流用ダイオード5の
接合容量と共振するインダクタンスを与える。
Reference numeral 10 denotes a saturable nonlinear inductor connected in series to the rectifying diode 5. In the non-saturation region, the inductance value of the resonant inductance means 9, 9'' is more than several times that of the rectifying diode 5. An inductance that resonates with the junction capacitance of the rectifier diode 5 is provided from the time of conduction to the turn-off of the switching element 1.

11は制御回路てあり、スイッチング素子lのの両端の
電圧がゼロになった後、それをターンオンさせ、そして
出力電圧の検出値に応じてスイッチング素子1のオフ時
刻を制御する制御信号を出力するものである。
Reference numeral 11 denotes a control circuit, which turns on the switching element 1 after the voltage across it becomes zero, and outputs a control signal to control the off time of the switching element 1 according to the detected value of the output voltage. It is something.

次に第2図をも用いて動作説明を行うと、下記ようにな
る。
Next, the operation will be explained using FIG. 2 as follows.

(1)期間T+(t、〜t2) スイッチング素子1がターンオン後、整流用ダイオード
5を流れる電流■5は入出力電圧の大きさと共振用イン
ダクタンス手段9,9′の値との関係で直線的に減少し
て2時刻t1て非線形インダクタ10の非飽和領域の最
大電流値■。になり、非線形インダクタ10は飽和領域
から非飽和領域に入る。
(1) Period T+ (t, ~t2) After the switching element 1 is turned on, the current flowing through the rectifying diode 5 5 is linear due to the relationship between the magnitude of the input/output voltage and the value of the resonance inductance means 9 and 9'. The maximum current value in the non-saturation region of the nonlinear inductor 10 decreases to 2 at time t1. Then, the nonlinear inductor 10 enters the non-saturated region from the saturated region.

(2)期間T 2(t2〜t3) 時刻t2で整流用ダイオード5を流れる電流■5がゼロ
になって、整流用ダイオード5か非導通となり、その接
合容量と共振用インダクタンス手段9.9′ と非線形
インダクタIOとのインダクタンスとで周期の大きな共
振が行われる。
(2) Period T 2 (t2-t3) At time t2, the current 5 flowing through the rectifier diode 5 becomes zero, the rectifier diode 5 becomes non-conductive, and its junction capacitance and resonance inductance means 9.9' A resonance with a large period occurs between the inductance of the nonlinear inductor IO and the inductance of the nonlinear inductor IO.

(3)期間Ts(ts〜14) 時刻t3でスイッチング素子lがターンオフし始めると
、整流用ダイオード5の接合容量、共振用コンデンサ4
のキャパシタンスと共振用インダクタンス手段9.9’
、非線形インダクタIOのインダクタンスとで周期の大
きな共振が行われる。
(3) Period Ts (ts~14) When the switching element l starts to turn off at time t3, the junction capacitance of the rectifying diode 5 and the resonance capacitor 4
capacitance and resonance inductance means 9.9'
, a resonance with a large period occurs with the inductance of the nonlinear inductor IO.

このコンバータの出力制御は、スイッチング素子1のタ
ーンオフ時刻t3を制御することにより行われる。
The output control of this converter is performed by controlling the turn-off time t3 of the switching element 1.

(4)期間T 4(t4〜b) 時刻t4で非線形インダクタIOか磁気飽和し、そのイ
ンダクタンスは実質的にセロになる。その状態は時刻t
8の直前まで続く。したかって、整流用ダイオード5を
流れる電流■5は、その接合容量、共振用コンデンサ4
のキャパシタンスと共振用インダクタンス手段9.9′
のインダクタンスとのの共振で増大し、その共振は非線
形インダクタ10に影響されない。
(4) Period T 4 (t4 to b) At time t4, the nonlinear inductor IO magnetically saturates, and its inductance becomes substantially zero. The state is at time t
Continues until just before 8. Therefore, the current 5 flowing through the rectifier diode 5 is equal to its junction capacitance, the resonance capacitor 4
capacitance and resonant inductance means 9.9'
, and the resonance is not affected by the nonlinear inductor 10.

(5)期間Ts(ts〜ts) 時刻t6で整流用ダイオード5が順バイアスになり、導
通ずる。整流用ダイオード5を流れる電流■5は共振用
コンデンサ4のキャパシタンスと共振用インダクタンス
手段9,9′のインダクタンスとの共振で成る時点まで
増大し、その後減少を始める。
(5) Period Ts (ts to ts) At time t6, the rectifying diode 5 becomes forward biased and becomes conductive. The current 5 flowing through the rectifying diode 5 increases until it reaches the point where it becomes a resonance between the capacitance of the resonant capacitor 4 and the inductance of the resonant inductance means 9, 9', and then begins to decrease.

(6)期間Te(t6〜17) 時刻t6てスイッチング素子lの両端電圧、つまり共振
用キャパシタ4の両端電圧が実質的にゼロになり、ダイ
オード8が導通し始めて共振が終了する。以後、入出力
電圧と共振用インダクタンス手段9,9′のインダクタ
ンスの大きさの関係で、負方向の1次側電流■1は時刻
t7までゼロに向かって減少し、整流用ダイオード5を
流れる電流I5も減少する。
(6) Period Te (t6 to 17) At time t6, the voltage across the switching element 1, that is, the voltage across the resonance capacitor 4 becomes substantially zero, the diode 8 begins to conduct, and the resonance ends. Thereafter, due to the relationship between the input/output voltage and the inductance of the resonance inductance means 9 and 9', the negative primary current 1 decreases toward zero until time t7, and the current flowing through the rectifier diode 5 decreases. I5 also decreases.

ここで7時刻t6〜t7の間ては整流用ダイオード5が
導通し、スイッチング素子1の両端の電圧■1はゼロて
ああるので、この期間にスイ・ソチング素子1をターン
オンさせることにより、ゼロ電圧スイッチングか行える
Here, between times t6 and t7, the rectifier diode 5 is conductive, and the voltage 1 across the switching element 1 is at zero, so by turning on the switching element 1 during this period, Can perform voltage switching.

(7)期間T 7(t7〜tg) 時刻t6〜t、の間でスイッチング素子1をターンオン
させることにより9時刻t7て1次側電流■1はゼロを
通過して正に変わり1時刻t8まで増大する。一方、整
流用ダイオード5を流れる電流I。
(7) Period T 7 (t7 to tg) By turning on the switching element 1 between time t6 and t, at time t7, the primary current 1 passes through zero and becomes positive until time t8. increase On the other hand, a current I flows through the rectifying diode 5.

は減少を続ける。continues to decrease.

(8)期間Ts(ts・1+) 時刻t8で整流用ダイオード5を流れる電流15は非飽
和領域の最大電流値lff1になって1サイクルを終わ
り1期間T、に戻って以下同様な動作を繰り返す。
(8) Period Ts (ts・1+) At time t8, the current 15 flowing through the rectifier diode 5 reaches the maximum current value lff1 in the non-saturation region, completing one cycle and returning to one period T, and repeating the same operation. .

ここで、整流用ダイオード5の接合容量が寄生振動に寄
与する期間(t2〜t5)において、非線形インダクタ
IOの非飽和領域のインダクタンスと2次側に換算した
共振用インダクタのインダクタンスとの和のインダクタ
ンスと整流用ダイオード5の接合容量とで振動を行うが
、この実施例ではその振動周期がスイッチング素子1の
導通期間と同程度になるよう、非線形インダクタ10の
非飽和領域のインダクタンスを2次側に換算した共振用
インダクタのインダクタンスの和よりも大きく選定して
あり、従来の寄生振動を共振形の整流として取り込んで
いるので、安定な出力制御が行える。
Here, during the period (t2 to t5) in which the junction capacitance of the rectifying diode 5 contributes to parasitic vibration, the inductance of the sum of the inductance in the non-saturation region of the nonlinear inductor IO and the inductance of the resonant inductor converted to the secondary side and the junction capacitance of the rectifier diode 5. In this embodiment, the inductance in the non-saturation region of the nonlinear inductor 10 is set on the secondary side so that the oscillation period is approximately the same as the conduction period of the switching element 1. It is selected to be larger than the sum of the converted inductances of the resonant inductors, and since the conventional parasitic vibration is incorporated as resonant rectification, stable output control can be performed.

この整流用ダイオード5の逆バイアス期間の共振は出力
電力を制御する周波数の範囲を小さくできるという効果
を持つ。即ち、非線形インダクタ10の磁束は整流用ダ
イオード5の共振の位相により変化し、スイッチング素
子1の導通期間を小さくするほど、非線形インダクタ1
0の整流用ダイオード5の導通方向の磁気飽和方向とは
逆の磁束方向まで延びた広範囲の磁束状態で動作する。
This resonance during the reverse bias period of the rectifying diode 5 has the effect of reducing the frequency range for controlling the output power. That is, the magnetic flux of the nonlinear inductor 10 changes depending on the resonance phase of the rectifying diode 5, and the shorter the conduction period of the switching element 1, the more the nonlinear inductor 1
It operates in a wide range of magnetic flux state extending to the magnetic flux direction opposite to the magnetic saturation direction of the conduction direction of the rectifier diode 5 of zero.

したかって、スイッチング素子lかターンオフ後、非線
形インダクタ10が磁気飽和して整流用ダイオード5か
ら出力電流を流す時刻が遅れるため、出力が減少する。
Therefore, after the switching element 1 is turned off, the nonlinear inductor 10 is magnetically saturated and the time for flowing the output current from the rectifier diode 5 is delayed, resulting in a decrease in output.

この非線形インダクタ10を含む共振回路が存在しない
場合よりも、小さな周波数変化で大幅な出力制御が可能
となる。
Greater output control is possible with a smaller frequency change than in the case where there is no resonant circuit including this nonlinear inductor 10.

また、スイッチング素子1の最大導通時には非線形イン
ダクタIOの磁束は、この共振によりほとんど整流用ダ
イオード5の導通方向の飽和磁束力、向近くに戻ってい
るため1 スイッチング素子lのターンオフ後、僅かな
時間で整流用ダイオード5が導通し、出力を低下させる
などの悪影響を与えない。
Furthermore, at the time of maximum conduction of the switching element 1, the magnetic flux of the nonlinear inductor IO returns almost to the saturation magnetic flux force in the conduction direction of the rectifier diode 5 due to this resonance. The rectifier diode 5 becomes conductive, and does not cause any adverse effects such as lowering the output.

以上のべた実施例に用いるのに好適な非線形インダクタ
10の一実施例として、第3図(A)に示すような角形
可飽和インダクタIOAと線形インダクタIOBとを並
列接続した非線形インダクタ10がある。その磁気特性
は同図(B)に示すようなものである。
An example of a nonlinear inductor 10 suitable for use in the above embodiments is a nonlinear inductor 10 in which a rectangular saturable inductor IOA and a linear inductor IOB are connected in parallel as shown in FIG. 3(A). Its magnetic properties are as shown in the same figure (B).

また、別の実施例として角形可飽和インダクタのコアに
ギャップを設けても、同図(B)に示すような磁気特性
の非線形インダクタを得ることがてきる。
In addition, as another example, even if a gap is provided in the core of a rectangular saturable inductor, a nonlinear inductor with magnetic characteristics as shown in FIG. 3(B) can be obtained.

次に線形インダクタ10にバイアスを加える実施例を第
4図に示す。
Next, FIG. 4 shows an embodiment in which the linear inductor 10 is biased.

第4図(A)は、非線形インダクタ10に設けた巻線W
と抵抗Rとを直列接続して負荷7の両端に接続すること
により、非線形インダクタンス10に直流電流を流して
正方向に直流励磁〔第3図(B)に示すB。〕しておく
例である。これにより逆方向の磁気飽和までの磁束変化
量を大きくとれるので、非線形インダクタンス10のコ
アを小型化でき。
FIG. 4(A) shows the winding W provided in the nonlinear inductor 10.
By connecting in series and a resistor R to both ends of the load 7, a DC current is caused to flow through the nonlinear inductance 10, and DC excitation is performed in the positive direction [B shown in FIG. 3(B). ] This is an example. As a result, the amount of magnetic flux change in the opposite direction up to magnetic saturation can be increased, so the core of the nonlinear inductor 10 can be made smaller.

また整流用ダイオード5を電流が流れ始めると直ぐに非
線形インダクタ10は磁気飽和するので、非制御範囲の
無駄時間〔第2図の時刻(13〜ts )〕を小さくて
きるなどの利点がある。 別の実施例として同図(B)
に示すように、非線形インダクタ10に設けた巻線Wと
インダクタLとコンデンサCとを直列接続して変圧器3
の2次巻線N2の両端に接続し、コンデンサCを介して
ダイオードDを変圧器3の2次巻線N2間に接続した回
路構成のものでも良い。インダクタLは交流平滑用であ
り、そしてコンデンサCの値は所望のバイアス電流を設
定するように選択する。またバイアス電流で整流用ダイ
オード5の逆バイアス電圧波形を制御し、整流用ダイオ
ード5の導通時刻を制御できるため、出力電圧を制御す
ることも可能である。
Furthermore, since the nonlinear inductor 10 becomes magnetically saturated as soon as a current starts flowing through the rectifying diode 5, there is an advantage that the dead time in the non-control range [time (13 to ts) in FIG. 2] can be reduced. The same figure (B) as another example
As shown in FIG. 3, a winding W provided in a nonlinear inductor 10, an inductor L, and a capacitor C are connected in series to form a transformer 3.
The circuit may have a circuit configuration in which the diode D is connected to both ends of the secondary winding N2 of the transformer 3, and the diode D is connected between the secondary winding N2 of the transformer 3 via the capacitor C. Inductor L is for AC smoothing, and the value of capacitor C is selected to set the desired bias current. Further, since the bias current can control the reverse bias voltage waveform of the rectifier diode 5 and the conduction time of the rectifier diode 5, it is also possible to control the output voltage.

次に出力回路が別の回路構成である各実施例について説
明する。なお、変圧器に1次側回路はスイッチング素子
をブシュプルタイプに接続した回路、一対のコンデンサ
とスイッチンク素子とをブリッジ構成にしたハーフブリ
ッジ回路、或いはスイッチング素子をブリッジ構成とし
た回路などで良いので省略する。
Next, each embodiment in which the output circuit has a different circuit configuration will be described. The primary circuit of the transformer may be a circuit with switching elements connected in a bush-pull type, a half-bridge circuit with a pair of capacitors and a switching element in a bridge configuration, or a circuit with switching elements in a bridge configuration. Therefore, it will be omitted.

第5図はセンタタップ形の全波整流回路構成にしたもの
であり、各整流用ダイオード5 a、 5 bそれぞれ
に非線形インダクタ10a、10bを接続している。こ
れら非線形インダクタloa、10bも前記実施例と同
様に、各整流用ダイオード5 a、 5 bの非導通期
間においてそれらの持つ接合容量と共振用インダクタン
スとの寄生振動の周期をスイッチング周期よりもかなり
大きくするような値のインダクタンスを与える。
FIG. 5 shows a center-tapped full-wave rectifier circuit configuration, in which nonlinear inductors 10a and 10b are connected to rectifying diodes 5a and 5b, respectively. These nonlinear inductors loa and 10b also have a period of parasitic oscillation between their junction capacitance and resonance inductance that is considerably larger than the switching period during the non-conducting period of each rectifier diode 5a and 5b, as in the above embodiment. Give an inductance of such value.

第6図は4個の整流用ダイオード5 a、 5 b、 
5 c。
Figure 6 shows four rectifier diodes 5a, 5b,
5 c.

5dをブリッジ構成した回路において、それぞれの整流
用ダイオード5a、5b、5c、’5dに非線形インダ
クタ10 a 、 10b、 10c、 10dを直列
に接続した例を示す。これら非線形インダクタ10 a
 、 10b、 10c、 10dも前記実施例と同様
な働きを行う。
An example is shown in which nonlinear inductors 10 a , 10 b , 10 c , and 10 d are connected in series to rectifying diodes 5 a , 5 b , 5 c , and 5 d in a circuit in which 5 d is configured as a bridge. These nonlinear inductors 10a
, 10b, 10c, and 10d also perform the same function as in the above embodiment.

次に第7図は変圧器3の2次巻線N2に、2個の整流用
ダイオード5 a、 5 bと2個のコンデンサをC,
、C2とを倍電圧整流回路構成となるよう接続した実施
例を示す。
Next, in FIG. 7, two rectifier diodes 5a, 5b and two capacitors are connected to the secondary winding N2 of the transformer 3.
, C2 are connected to form a voltage doubler rectifier circuit configuration.

これら非線形インダクタIOa’、10bも前記実施例
と同様な作用を行うので説明を省略する。
These nonlinear inductors IOa' and 10b also perform the same functions as in the previous embodiment, so their explanation will be omitted.

なお2以上の実施例では共振用インダクタンスを主に変
圧器の漏洩インダクタンスと配線のインダクタンスとし
て説明したか2回路に別途共振用インダクタを設けても
良い。
In addition, in two or more embodiments, the resonance inductance is mainly explained as the leakage inductance of the transformer and the wiring inductance, but a resonance inductor may be separately provided in the two circuits.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように本発明によれば、整流用ダイオードの
接合容量が寄生振動に寄与する期間、つまり整流用ダイ
オードの非導通期間において、非線形インダクタの非飽
和領域のインダクタンスと1次側・2次側の共振用イン
ダクタのインダクタンスとの和のインダクタンスと整流
用ダイオードの接合容量とて振動を行うか、その振動周
期かスイッチング素子の最大導通幅と同程度になるよう
、非線形インダクタの非飽和領域のインダクタンスを選
定しであるので、その振動は整流用ダイオードをゼロ電
圧で導通、非導通させる共振回路として動作し、出力制
御に何ら悪影響を及はさない。また、非線形インダクタ
は整流用ダイオードの導通時に磁気飽和するので、その
インダクタンスが出力特性に実質的に影響を与えること
はない。
As described above, according to the present invention, during the period when the junction capacitance of the rectifier diode contributes to parasitic vibration, that is, during the non-conducting period of the rectifier diode, the inductance in the non-saturation region of the nonlinear inductor and the primary side and secondary side Either the inductance, which is the sum of the inductance of the resonant inductor on the side, and the junction capacitance of the rectifying diode are used to oscillate, or the non-saturation region of the nonlinear inductor is adjusted so that the oscillation period is approximately the same as the maximum conduction width of the switching element. Since the inductance is selected, the vibration operates as a resonant circuit that makes the rectifier diode conductive and non-conductive at zero voltage, and has no adverse effect on output control. Furthermore, since the nonlinear inductor is magnetically saturated when the rectifying diode is turned on, its inductance does not substantially affect the output characteristics.

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

第1図は本発明にかかる共振形コンバータの一実施例を
示す図、第2図は本発明の一実施例を説明するだめの各
部の電圧、電流波形を示す図、第3図は本発明の一実施
例に用いる非線形インダクタの好ましい構成と磁気特性
を示す図、第4図は本発明の他の2つの実施例を説明す
るための図。 第5図乃至第7図はそれぞれ本発明の他の実施例を説明
するための図、第8図は従来の共振形コンバータを示す
図、第9図は従来例説明するための各部の電圧、電流波
形を示す図である。 l−スイッチング素子、   2−直流入力電源。 3−変圧器、     4共振用コンデンサ。 5−整流用ダイオード、    7−負荷。 9.9″ −共振用インダクタンス。 1〇−非線形インダクタ、   11−制御回路。 特許出願人 オリジン電気株式会社 q; o    。 (A) t′ [イ戸」
Fig. 1 is a diagram showing an embodiment of a resonant converter according to the present invention, Fig. 2 is a diagram showing voltage and current waveforms at various parts to explain an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a diagram showing an embodiment of the resonant converter according to the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a preferred configuration and magnetic characteristics of a nonlinear inductor used in one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram for explaining two other embodiments of the present invention. 5 to 7 are diagrams for explaining other embodiments of the present invention, FIG. 8 is a diagram showing a conventional resonant converter, and FIG. 9 is a diagram illustrating the voltages at various parts for explaining the conventional example. FIG. 3 is a diagram showing a current waveform. l - switching element; 2 - DC input power supply; 3 - transformer, 4 resonant capacitor. 5- rectifier diode, 7- load. 9.9″ - Resonance inductance. 10 – Nonlinear inductor, 11 – Control circuit. Patent applicant Origin Electric Co., Ltd. q; o. (A) t′ [Ito”

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)制御回路からの制御信号により導通時間の制御さ
れるスイッチング素子と、 該スイッチング素子と入力電源と直列接続される1次巻
線と整流用ダイオードを通して負荷に接続される2次巻
線とを有する変圧器と、 共振用インダクタンスと、 該共振用インダクタンスと共振を行う共振用キャパシタ
ンスを与える共振用コンデンサと、を備え、前記スイッ
チング素子を印加電圧ゼロの状態でスイッチングさせる
共振形コンバータにおいて、 前記共振用インダクタンスよりも大きなインダクタンス
を小電流領域で与える非線形インダクタを前記整流用ダ
イオードと直列に接続し、 前記整流用ダイオードを印加電圧ゼロの状態で導通又は
非導通に至らしめることを特徴とする共振形コンバータ
(1) A switching element whose conduction time is controlled by a control signal from a control circuit, a primary winding connected in series with the switching element and an input power supply, and a secondary winding connected to a load through a rectifier diode. A resonant converter comprising: a transformer having a transformer; a resonant inductance; and a resonant capacitor providing a resonant capacitance that resonates with the resonant inductance, the resonant converter switching the switching element with no applied voltage; Resonance characterized in that a nonlinear inductor that provides an inductance larger than the resonance inductance in a small current region is connected in series with the rectifying diode, and the rectifying diode is rendered conductive or non-conductive with zero applied voltage. shape converter.
(2)前記非線形インダクタが可飽和インダクタである
ことを特徴とする特許請求の範囲(1)項に記載の共振
形コンバータ。
(2) The resonant converter according to claim (1), wherein the nonlinear inductor is a saturable inductor.
(3)前記非線形インダクタが可飽和インダクタと該可
飽和インダクタに並列接続された線形インダクタとから
なることを特徴とする特許請求の範囲(1)項に記載の
共振形コンバータ。
(3) The resonant converter according to claim (1), wherein the nonlinear inductor comprises a saturable inductor and a linear inductor connected in parallel to the saturable inductor.
(4)前記非線形インダクタに直流バイアスをかけるこ
とを特徴とする特許請求の範囲(1)項に記載の共振形
コンバータ。
(4) The resonant converter according to claim (1), wherein a DC bias is applied to the nonlinear inductor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5349514A (en) * 1991-11-01 1994-09-20 Origin Electric Company, Limited Reduced-resonant-current zero-voltage-switched forward converter using saturable inductor
JP2003018833A (en) * 2001-07-03 2003-01-17 Denso Corp Flyback dc/dc converting circuit
KR100772658B1 (en) * 2006-04-19 2007-11-01 학교법인 포항공과대학교 Active-clamp current-source push-pull dc-dc converter
CN113395016A (en) * 2021-08-05 2021-09-14 合肥工业大学智能制造技术研究院 Piezoelectric energy collection system based on inductance

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