JPH0947024A - 降圧形高力率コンバータ - Google Patents
降圧形高力率コンバータInfo
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- JPH0947024A JPH0947024A JP7218157A JP21815795A JPH0947024A JP H0947024 A JPH0947024 A JP H0947024A JP 7218157 A JP7218157 A JP 7218157A JP 21815795 A JP21815795 A JP 21815795A JP H0947024 A JPH0947024 A JP H0947024A
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- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
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- Dc-Dc Converters (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
が円滑に行われ、スイッチング素子の動作寿命が延長さ
れる降圧形高力率コンバータを提供する。 【解決手段】 単相交流電源Ｓの第１の整流出力端子ｔ
１と、チョークコイルＬｒ及びタイオードＤの接続点間
に、第１のトランジスタＴｒ１及び第２のダイオードＤ
ｃ２の直列接続回路と、第１のダイオードＤｃ１及び第
２のトランジスタＴｒ２の直列接続回路とが並列に接続
され、第１のトランジスタＴｒ１及び第２のダイオード
Ｄｃ２の接続点と、第１のダイオードＤｃ１及び第２の
トランジスタＴｒ２の接続点間に、共振用コンデンサＣ
ｒが接続されて、スイッチング素子が構成され、チョー
クコイルＬｒの電流の不連続作動で、デューティファク
タ一定の正弦波電流が得られ、スイッチング素子がＺＣ
Ｓ、ＺＶＳ動作して過熱が防止され、チョークコイルＬ
ｒの電流の分流でスイッチング素子の電流容量が増大
し、共振用コンデンサＣｒの充電電圧が電源電圧に加算
され直流出力電圧が増大する。
Description
力率を改善して出力する降圧形高力率コンバータに関す
るものである。
構成を示す回路図であり、このコンバータのトランジス
タＴｒは一定周期で作動するが、トランジスタＴｒがＯ
Ｎとなると、単相交流電源Ｓ−トランジスタＴｒ−チョ
ークコイルＬｒ−単相交流電源Ｓの経路に電流が流れ、
チョークコイルＬｒにエネルギが蓄積される。トランジ
スタＴｒがＯＦＦとなると、チョークコイルＬｒのエネ
ルギは、チョークコイルＬｒ−平滑用コンデンサＣｄ−
ダイオードＤ−チョークコイルＬｒの経路に循環し、チ
ョークコイルＬｒの電流は次第に減少し、チョークコイ
ルＬｒのエネルギは平滑用コンデンサＣｄに伝達され
る。この際、チョークコイルＬｒの電流波形は不連続の
波形となり、入力電流波形は三角波のパルス列となる
が、インダクタＬｓ、コンデンサＣｓからなるＬＣフィ
ルタを通すことにより正弦波に近い波形とすることがで
きる。なお、電源からの電流が流れるのは、電源電圧の
瞬時値ｅｓが直流出力電圧Ｅｄよりも大きくなる領域で
ある。
力率コンバータでは、電源電圧の瞬時値ｅｓが直流出力
電圧Ｅｄよりも大きくなる領域で、トランジスタＴｒに
電源からの電流が流れるので、直流出力電圧Ｅｄが大き
くなると、入力電流Ｉｓの歪みが大きくなる。また、電
流が流れている状態でスイッチング素子であるトランジ
スタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ動作が行われるので、トランジ
スタＴｒのターンオフ時のノイズの発生とスイッチング
損失が多く、それによって高力率コンバータの変換効率
が低下し、高周波雑音が増加する。また、スイッチング
素子の動作寿命も比較的短い。
タの現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、ス
イッチング損失なしに力率改善の制御動作が円滑に行わ
れ、かつスイッチング素子の動作寿命の延長も可能な降
圧形高力率コンバータを提供することにある。
に、本発明の第１の実施態様は、単相交流電源Ｓの第１
の整流出力端子ｔ１と第２の整流出力端子ｔ２間に、ス
イッチング素子Ｔ、チョークコイルＬｒ及び負荷Ｌが互
いに直列に接続され、前記スイッチング素子Ｔ及び前記
チョークコイルＬｒの接続点と、前記第２の整流出力端
子ｔ２間にダイオードＤが接続され、前記チョークコイ
ルＬｒ及び前記負荷Ｌの接続点と、前記第２の整流出力
端子ｔ２間に平滑用コンデンサＣｄが接続され、前記ス
イッチング素子Ｔは、前記第１の整流出力端子ｔ１と、
前記チョークコイルＬｒ及び前記ダイオードＤの接続点
間に、第１のトランジスタＴｒ１及び第２のダイオード
Ｄｃ２の直列接続回路と、第１のダイオードＤｃ１及び
第２のトランジスタＴｒ２の直列接続回路とが互いに並
列に接続され、前記第１のトランジスタＴｒ１及び前記
第２のダイオードＤｃ２の接続点と、前記第１のダイオ
ードＤｃ１及び前記第２のトランジスタＴｒ２の接続点
間に、共振用コンデンサＣｒが接続されて構成されたこ
とを特徴とするものである。
施態様は、前記第１の実施態様において、前記第１のト
ランジスタＴｒ１及び前記第２のトランジスタＴｒ２
が、同時にＯＮ／ＯＦＦ制御されることを特徴とするも
のである。
実施態様は、前記第１の実施態様において、前記第１の
トランジスタＴｒ１及び前記第２のトランジスタＴｒ２
のＯＮデューティが、商用周波の１サイクルにわたって
一定であることを特徴とするものである。
率コンバータの一実施の形態を、図１ないし図５を参照
して説明する。図１は前記一実施の形態の構成を示す回
路図、図２は同実施の形態を示す回路図であり、（ａ）
〜（ｅ）は各モードの動作を示す図、図３は本発明の各
部の動作波形図、図４はスイッチング素子のＶ−Ｉ特性
を示す図で、（ａ）は本発明のコンバータのスイッチン
グ素子のＶ−Ｉ特性図、（ｂ）は従来のコンバータのス
イッチング素子のＶ−Ｉ特性図、図５は本発明のコンバ
ータのデューティファクタと直流出力電圧の関係を示す
特性図である。
電源Ｓの第１の整流出力端子ｔ１と第２の整流出力端子
ｔ２間に、スイッチング素子Ｔ、チョークコイルＬｒ及
び負荷Ｌが互いに直列に接続され、スイッチング素子Ｔ
及びチョークコイルＬｒの接続点と、第２の整流出力端
子ｔ２間にダイオードＤが接続され、チョークコイルＬ
ｒ及び負荷Ｌの接続点と、第２の整流出力端子ｔ２間に
平滑用コンデンサＣｄが接続されている。ここで、スイ
ッチング素子Ｔは、第１の整流出力端子ｔ１と、チョー
クコイルＬｒ及びダイオードＤの接続点間に、第１のト
ランジスタＴｒ１及び第２のダイオードＤｃ２の直列接
続回路と、第１のダイオードＤｃ１及び第２のトランジ
スタＴｒ２の直列接続回路とが互いに並列に接続され、
第１のトランジスタＴｒ１及び第２のダイオードＤｃ２
の接続点と、第１のダイオードＤｃ１及び第２のトラン
ジスタＴｒ２の接続点間に、共振用コンデンサＣｒが接
続された構成となっている。
る。チョークコイルＬｒには電流が流れておらず、第１
のトランジスタＴｒ１及び第２のトランジスタＴｒ２は
オフ、共振用コンデンサＣｒの電圧は平滑用コンデンサ
Ｃｄの電圧Ｅｄに等しい状態を初期状態として、スイッ
チング動作の各モードを図２に基づいて説明する。電源
電圧の瞬時値ｅｓと共振用コンデンサＣｒの電圧との和
が、直流出力電圧より低ければ、第１のトランジスタＴ
ｒ１、第２のトランジスタＴｒ２をターンオンしても、
状態に変化はなく初期状態が維持される。
Ｃｒの電圧との和が、直流出力電圧Ｅｄより高くなった
状態で、第１のトランジスタＴｒ１と第２のトランジス
タＴｒ２とを同時にターンオンすると、初期状態から図
２（ａ）のモードに移行し、チョークコイルＬｒと共振
用コンデンサＣｒが共振し、共振用コンデンサＣｒが放
電を開始するが、ゼロ電流でターンオンしているため
に、ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）動作が行われる。
圧がゼロになると、図２（ｂ）のモードに移行し、第１
のトランジスタＴｒ１−第２のダイオードＤｃ２と、第
２のトランジスタＴｒ２−第１のダイオードＤｃ１の２
つのルートで、チョークコイルＬｒの電流が分流するの
で、スイッチング素子の電流による過熱が軽減される。
図２（ｂ）では、チョークコイルＬｒに引き続きエネル
ギが蓄えられる。
ジスタＴｒ２とを同時にターンオフすると、図２（ｃ）
のモードに移行し、チョークコイルＬｒを流れている電
流は、第１のダイオードＤｃ１−共振用コンデンサＣｒ
−第２のダイオードＤｃ２を流れ、共振用コンデンサＣ
ｒが充電されるので、第１のトランジスタＴｒ１、第２
のトランジスタＴｒ２の電圧は急激には立ち上がらな
い。この時スイッチング素子はゼロ電圧でターンオフす
るためにゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）動作となる。
値ｅｓまで充電されると、ダイオードＤが導通し図２
（ｄ）のモードに移行し、入力電源側と出力負荷側とが
分離され、チョークコイルＬｒのエネルギを負荷Ｌに供
給する。チョークコイルＬｒを流れる電流がゼロになる
と図２（ｅ）のモードに移行し、初期状態に等しくな
り、第１のトランジスタＴｒ１、第２のトランジスタＴ
ｒ２を再びターンオンすると次のサイクルが開始され
る。
Ｖ、２５ＡのＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ１、ＭＯＳ２）を使
用し、その他の素子を理想素子として、デューティファ
クタが２０％の場合に行ったシュミレーションでの各部
の動作波形は図３に示すようになる。時刻ｔ０におい
て、スイッチング素子をターンオンすると、共振用コン
デンサＣｒが放電を開始し、時刻ｔ１で共振用コンデン
サＣｒの電圧がゼロになる。時刻ｔ２において、スイッ
チング素子をターンオフすると、共振用コンデンサＣｒ
が充電を開始し、時刻ｔ３で共振用コンデンサＣｒの電
圧が電源電圧の瞬時値ｅｓと等しくなり、時刻ｔ４でチ
ョークコイルＬｒの電流がゼロとなる。次にスイッチン
グ素子をターンオンするまでが１つの周期である。ここ
で、Ｔｂはスイッチング動作の１周期であり、チョーク
コイルＬｒの電流を不連続状態にするためには、時刻ｔ
０から時刻ｔ４の周期が１周期Ｔｂより短いという条件
が必要である。
ＯＳ１、ＭＯＳ２のＶ−Ｉ特性を図４（ａ）に、従来の
コンバータのスイッチング素子ＭＯＳ１、ＭＯＳ２のＶ
−Ｉ特性を図４（ｂ）に示す。従来のコンバータのスイ
ッチング素子では、図４（ｂ）に示すように、Ｖ−Ｉ特
性の描く軌跡は面積を持ったものとなり、本発明のコン
バータでは、そのＶ−Ｉ特性の描く軌跡の面積は殆どゼ
ロになっている。スイッチング素子の損失は、そのＶ−
Ｉ特性の描く軌跡の面積に比例するために、本発明のコ
ンバータでは、従来のコンバータに比してスイッチング
のゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）動作、ゼロ電圧スイ
ッチング（ＺＶＳ）動作により損失の低減が実現されて
いることが明らかである。
波形をフーリエ解析し、その高調波のｎ次成分ごとのデ
ューティファクタによる変化を求めると、従来のコンバ
ータに比して、基本波成分が大きくなり、高調波成分の
振幅はほぼ等しくなる。つまり、本発明のコンバータで
は、相対的に基本波に対する高調波成分が減少し、電流
波形の改善が実現されている。さらに、本発明のコンバ
ータでは、図５に示すように、チョークコイルＬｒの電
流が不連続状態を維持する範囲で、デューティファクタ
ｄＦに対する直流出力電圧Ｅｄを、従来のコンバータに
比して高くすることができる。この場合、共振用コンデ
ンサＣｒは０．１μＦである。
ューティファクタｄＦに対する直流出力電圧のリプル率
は、従来のコンバータと変わらず、共振用コンデンサＣ
ｒの容量が小さい場合は、容量の増加に伴って直流出力
電圧が増加するが、容量が０．３μＦ以上になると、直
流出力電圧は増加しないが、常に従来のコンバータに比
して高い出力値を維持している。
ョークコイルの電流を不連続で作動させると、デューテ
ィファクタ一定の正弦波電流が得られ、スイッチング素
子のターンオンはＺＣＳ動作となり、ターンオフはＺＶ
Ｓ動作となり、チョークコイルの電流の分流により電流
容量が増大すると共に、スイッチング素子の過熱が防止
され、共振用コンデンサＣｒの充電電圧が電源電圧に加
算されて、直流出力電圧を増大することが可能になる。
の整流出力端子ｔ１と、チョークコイルＬｒ及びタイオ
ードＤの接続点間に、第１のトランジスタＴｒ１及び第
２のダイオードＤｃ２の直列接続回路と、第１のダイオ
ードＤｃ１及び第２のトランジスタＴｒ２の直列接続回
路とが互いに並列に接続され、第１のトランジスタＴｒ
１及び第２のダイオードＤｃ２の接続点と、第１のダイ
オードＤｃ１及び第２のトランジスタＴｒ２の接続点間
に、共振用コンデンサＣｒが接続されて、スイッチング
素子が構成されているので、チョークコイルＬｒの電流
を不連続で作動させると、デューティファクタ一定の正
弦波電流が得られ、スイッチング素子のターンオンはＺ
ＣＳ動作となり、ターンオフはＺＶＳ動作となり、チョ
ークコイルＬｒの電流の分流により電流容量が増大する
と共に、スイッチング素子の過熱が防止され、ターンオ
ン時のノイズの発生が低減され、スイッチング損失が低
下し、それによってスイッチング素子の動作寿命を延長
させることができると共に、共振用コンデンサＣｒの充
電電圧が電源電圧に加算されて直流出力電圧も増大させ
ることが可能になる。
の形態の構成を示す回路図である。
（ｅ）は各モードでの動作を示す図である。
（ａ）は本発明のコンバータのスイッチング素子の特性
図、（ｂ）は従来のコンバータのスイッチング素子の特
性図である。
流出力電圧の関係を示す特性図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 単相交流電源Ｓの第１の整流出力端子ｔ
１と第２の整流出力端子ｔ２間に、スイッチング素子
Ｔ、チョークコイルＬｒ及び負荷Ｌが互いに直列に接続
され、 前記スイッチング素子Ｔ及び前記チョークコイルＬｒの
接続点と、前記第２の整流出力端子ｔ２間にダイオード
Ｄが接続され、 前記チョークコイルＬｒ及び前記負荷Ｌの接続点と、前
記第２の整流出力端子ｔ２間に平滑用コンデンサＣｄが
接続され、 前記スイッチング素子Ｔは、前記第１の整流出力端子ｔ
１と、前記チョークコイルＬｒ及び前記ダイオードＤの
接続点間に、第１のトランジスタＴｒ１及び第２のダイ
オードＤｃ２の直列接続回路と、第１のダイオードＤｃ
１及び第２のトランジスタＴｒ２の直列接続回路とが互
いに並列に接続され、 前記第１のトランジスタＴｒ１及び前記第２のダイオー
ドＤｃ２の接続点と、前記第１のダイオードＤｃ１及び
前記第２のトランジスタＴｒ２の接続点間に、共振用コ
ンデンサＣｒが接続されて構成されたことを特徴とする
降圧形高力率コンバータ。 - 【請求項２】 前記第１のトランジスタＴｒ１及び前記
第２のトランジスタＴｒ２が、同時にＯＮ／ＯＦＦ制御
されることを特徴とする請求項１記載の降圧形高力率コ
ンバータ。 - 【請求項３】 前記第１のトランジスタＴｒ１及び前記
第２のトランジスタＴｒ２のＯＮデューティが、商用周
波の１サイクルにわたって一定であることを特徴とする
請求項１記載の降圧形高力率コンバータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21815795A JP3214687B2 (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 降圧形高力率コンバータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21815795A JP3214687B2 (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 降圧形高力率コンバータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0947024A true JPH0947024A (ja) | 1997-02-14 |
| JP3214687B2 JP3214687B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=16715540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21815795A Expired - Fee Related JP3214687B2 (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 降圧形高力率コンバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3214687B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012100490A (ja) * | 2010-11-04 | 2012-05-24 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 共振スイッチを用いた降圧チョッパおよび電力供給システム |
| JP2012115139A (ja) * | 2010-11-25 | 2012-06-14 | Schneider Toshiba Inverter Europe Sas | 制御された電流源を備え且つ単相モードで接続された電力変換器 |
| JP2017169322A (ja) * | 2016-03-15 | 2017-09-21 | 株式会社東芝 | 降圧回路 |
| CN107911024A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-04-13 | 三峡大学 | 一种高效率串联混合型多端口dc/dc变换器 |
| CN107947572A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-04-20 | 三峡大学 | 一种适用于储能单元接入的串联混合型多端口dc/dc变换器 |
-
1995
- 1995-08-03 JP JP21815795A patent/JP3214687B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012100490A (ja) * | 2010-11-04 | 2012-05-24 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 共振スイッチを用いた降圧チョッパおよび電力供給システム |
| JP2012115139A (ja) * | 2010-11-25 | 2012-06-14 | Schneider Toshiba Inverter Europe Sas | 制御された電流源を備え且つ単相モードで接続された電力変換器 |
| JP2017169322A (ja) * | 2016-03-15 | 2017-09-21 | 株式会社東芝 | 降圧回路 |
| CN107911024A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-04-13 | 三峡大学 | 一种高效率串联混合型多端口dc/dc变换器 |
| CN107947572A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-04-20 | 三峡大学 | 一种适用于储能单元接入的串联混合型多端口dc/dc变换器 |
| CN107947572B (zh) * | 2017-12-11 | 2019-12-03 | 三峡大学 | 一种适用于储能单元接入的串联混合型多端口dc/dc变换器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3214687B2 (ja) | 2001-10-02 |
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