JPH10229676A - スイッチング電源 - Google Patents
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- JPH10229676A JPH10229676A JP9032467A JP3246797A JPH10229676A JP H10229676 A JPH10229676 A JP H10229676A JP 9032467 A JP9032467 A JP 9032467A JP 3246797 A JP3246797 A JP 3246797A JP H10229676 A JPH10229676 A JP H10229676A
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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
Abstract
防止、制御不安定性回避、ZVS可能及び回路素子選別
不要な並列運転方式共振型スイッチング電源を提供す
る。 【解決手段】 複数のコンバータ回路A、Bを含む。コ
ンバータ回路A、Bのそれぞれは同一の回路構成にな
る。コンバータ回路Aでは、共振用コンデンサ31、共
振用インダクタ32及びトランス5の一次巻線51は直
列に接続され、直列回路の両端がスイッチング素子1
1、12の接続点と、電源10の一端との間に接続され
ている。出力整流平滑回路7、8は、出力端が共通に接
続されている。コンバータ回路A、Bは共振回路3、4
が互いに接続されている。
Description
バータ回路を並列に接続した並列運転方式の共振型スイ
ッチング電源に関する。
雑音が達成できる可能性があるスイッチング電源とし
て、注目されている。共振型スイッチング電源は、直流
電源をスイッチング回路によりスイッチングし、スイッ
チング出力を共振回路で共振させ、共振出力を、トラン
スの巻線を介して取り出し、直流に変換して出力する。
る電力を増大させる目的や、冗長運転をする目的で、複
数の共振型DCーDCコンバータ回路を並列接続した並
列運転方式を採ることがある。
いて並列運転を行なう手段としては、複数備えられたス
イッチング電源を並列接続し、それぞれの出力電流を検
出して、各スイッチング電源の出力電流がほぼ等しくな
るように、独立に制御していた。
ッチング電源の数と同数の制御回路を必要とするため、
価格の上昇、機器の大型化を招く。
化制御は、スイッチング周波数を制御し、共振回路のイ
ンピーダンスを変えることによって実行される。しか
し、共振回路を構成する共振用コンデンサや共振用イン
ダクタの回路定数値は、共振型スイッチング電源間にお
いて異なるのが普通であるから、スイッチング周波数が
個々の共振型スイッチング電源において異なる。このた
め、個々のスイッチング電源の分担電流を等しくしよう
とした場合、周波数ビートノイズが発生し、制御が不安
定になるという問題を生じる。
ング電源で共用した場合は、同一の周波数で同期して制
御できるので、周波数ビートノイズの発生、制御の不安
定性を回避できる。しかし、この場合には、ゼロボルト
スイッチング(以下ZVSと称する)が困難になる。即
ち、並列運転される複数の共振型スイッチング電源にお
いて、回路素子の定数値のばらつき等で共振回路のイン
ピーダンスの異なる場合、共振回路の共振周波数の高い
コンバータ回路では、スイッチング素子がオフするデッ
ドタイムにおいて、既に共振回路に蓄積されていたエネ
ルギーが放電されてしまっていて、電流がほぼゼロにな
ってしまうことがあり、ZVSができなくなる。
路の定数値を、各々のスイッチング電源において一致さ
せ、それによって各々の共振型スイッチング電源の負荷
分担をバランスさせる技術を開示している。しかしなが
ら、この技術の場合、共振回路を構成する回路素子の選
別が必要であり、それに伴う生産性の低下、選別許容範
囲によって発生する負荷分担のアンバランスを生じる。
回路素子の経時変化等によっても同様の問題を生じる。
格化及び小型化の可能な並列運転方式の共振型スイッチ
ング電源を提供することである。
ノイズの発生や制御の不安定性を回避し得る並列運転方
式の共振型スイッチング電源を提供することである。本
発明の更にもう一つの課題は、ZVSの可能な並列運転
方式の共振型スイッチング電源を提供することである。
を構成する回路素子の選別が不要であり、生産性の低
下、回路素子に起因する負荷分担のアンバランスを回避
し得る並列運転方式の共振型スイッチング電源を提供す
ることである。
ため、本発明に係るスイッチング電源は、複数のコンバ
ータ回路を含む。前記複数のコンバータ回路のそれぞれ
は、2つのスイッチング素子と、トランスと、共振回路
と、出力整流平滑回路とを含んでいる。前記2つのスイ
ッチング素子は、直列に接続され、直列回路の両端が直
流電源に導かれ、交互に駆動される。前記トランスは、
少なくとも、一次巻線と、二次巻線とを含んでいる。
振用インダクタとを有する。前記共振用コンデンサ、前
記共振用インダクタ及び前記トランスの前記一次巻線は
直列に接続され、直列回路の両端が前記2つのスイッチ
ング素子の接続点と、前記2つのスイッチング素子によ
って構成される前記直列回路の一端との間に接続されて
いる。前記出力整流平滑回路は、前記トランスの前記二
次巻線に接続され、出力端が前記複数のコンバータ回路
において共通に接続されている。前記複数のコンバータ
回路は、前記共振回路が互いに接続されている。
複数備えられたコンバータ回路のそれぞれは、直列に接
続された2つのスイッチング素子を交互に動作させるこ
とにより、入力された直流電源をスイッチングし、その
スイッチング出力を共振回路及びトランスの一次巻線に
供給する。
のスイッチング素子によって構成される直列回路の一端
との間には、共振回路を構成する共振用コンデンサ及び
共振用インダクタと、トランスの一次巻線を直列に接続
した直列回路の両端が接続されているから、2つのスイ
ッチング素子の交互動作により、共振回路及びトランス
の一次巻線に、共振回路の共振周波数に対応した疑似正
弦波電流が流れる。このとき、一次巻線と結合する二次
巻線に誘起電圧が発生する。この誘起電圧はトランスの
二次巻線に接続された出力整流平滑回路により直流に変
換され、出力される。
バータ回路において共通に接続されているから、複数の
コンバータ回路の出力を、負荷に共通に供給する並列運
転方式の共振型スイッチング電源が得られる。
ッチング電源において、複数のコンバータ回路は、共振
回路が互いに接続されている。従って、スイッチング素
子側から見た共振回路のインピーダンスが、複数のコン
バータ回路において、互いにほぼ等しくなる。このた
め、複数のコンバータ回路を同一の周波数によって、同
期して運転し、周波数ビートノイズの発生や制御の不安
定性を回避し得る。
数のコンバータ回路を制御できることを意味する。従っ
て、低価格化及び小型化の可能な並列運転方式の共振型
スイッチング電源を実現できる。
回路のインピーダンスが、複数のコンバータ回路におい
て、互いにほぼ等しくなり、所定の共振電流が流せるよ
うになり、ZVSを行なうことができるようになる。
定数値が、複数のコンバータ回路間において異なってい
ても、共振回路を互いに接続することにより、共振回路
のインピーダンスが一致するので、回路素子の選別が不
要であり、生産性の低下、回路素子に起因する負荷分担
のアンバランスを回避し得る。
電源の電気回路図である。図示するように、本発明に係
るスイッチング電源は、複数のコンバータ回路A、Bを
有する。参照符号6は制御回路、10は直流電源であ
る。実施例において、コンバータ回路A、Bは2個であ
るが、それ以上の個数であってもよい。コンバータ回路
A、Bは、ほぼ同じ回路構成となっている。
回路1と、共振回路3と、トランス5と、出力整流平滑
回路7とを有する。
源Vinをスイッチングする。スイッチング回路1は、
第1のスイッチング素子11及び第2のスイッチング素
子12を有する。第1のスイッチング素子11及び第2
のスイッチング素子12は、FET等でなり、その主回
路が互いに直列に接続され、その両端が直流電源装置1
0に接続されている。直流電源装置10は、通常は、交
流電源を直流に変換する整流平滑回路として構成され
る。直流電源装置10はスイッチング電源装置の一部と
して備えられていてもよいし、外部要素であってもよ
い。
と、二次巻線52とを含んでいる。実施例は、出力整流
平滑回路7を両波整流回路方式とした場合に適した二次
巻線構造を示し、二次巻線52は、第1の巻線521
と、第2の巻線522の二つの巻線を備え、第1の巻線
521及び第2の巻線522は、それぞれの一端が互い
に接続されている。
共振用インダクタ32とを有する。共振用コンデンサ3
1及び共振用インダクタ32は、スイッチング回路1と
トランス5の一次巻線51とを含む回路ループ内に接続
されている。実施例では、共振用コンデンサ31の一端
がスイッチング素子11、12の接続点に接続されてお
り、共振用コンデンサ31の他端に共振用インダクタ3
2の一端が接続されている。共振用インダクタ32の他
端はトランス5の一次巻線51の一端に接続されてい
る。従って、共振回路3は共振用コンデンサ31及び共
振用インダクタ32による直列共振回路を構成してい
る。
巻線52に接続され、二次巻線52に生じる誘起電圧を
直流に変換して出力する。図示された出力整流平滑回路
7は、出力平滑コンデンサ71を有するコンデンサイン
プット型であるが、出力チョークコイルを備えたチョー
クインプット型であってもよい。整流回路72は第1の
ダイオード721と、第2のダイオード722とを有す
る。第1のダイオード721のアノードは第1の巻線5
21の他端に接続され、第2のダイオード722のアノ
ードは第2の巻線の他端に接続されている。第1のダイ
オード721及び第2のダイオード722のカソードは
互いに接続され、出力平滑コンデンサ71の一端に接続
されている。
回路2と、共振回路4と、トランス6と、出力整流平滑
回路8とを有する。
源Vinをスイッチングする。スイッチング回路2は、
第1のスイッチング素子21及び第2のスイッチング素
子22を有する。第1のスイッチング素子21及び第2
のスイッチング素子22は、FET等でなり、その主回
路が互いに直列に接続され、その両端が直流電源装置1
0に接続されている。
と、二次巻線62とを含んでいる。実施例は、出力整流
平滑回路8を両波整流回路方式とした場合に適した二次
巻線構造を示し、二次巻線62は、第1の巻線621
と、第2の巻線622の二つの巻線を備え、第1の巻線
621及び第2の巻線622は、それぞれの一端が互い
に接続されている。
共振用インダクタ42とを有する。共振用コンデンサ4
1及び共振用インダクタ42は、スイッチング回路2と
トランス6の一次巻線61とを含む回路ループ内に接続
されている。実施例では、共振用コンデンサ41の一端
がスイッチング素子21、22の接続点に接続されてお
り、共振用コンデンサ41の他端に共振用インダクタ4
2の一端が接続されている。共振用インダクタ42の他
端はトランス6の一次巻線61の一端に接続されてい
る。
巻線62に接続され、二次巻線62に生じる誘起電圧を
直流に変換して出力する。図示された出力整流平滑回路
8は、出力平滑コンデンサ81を有するコンデンサイン
プット型であるが、出力チョークコイルを備えたチョー
クインプット型であってもよい。整流回路82は第1の
ダイオード821と、第2のダイオード822とを有す
る。第1のダイオード821のアノードは第1の巻線6
21の他端に接続され、第2のダイオード822のアノ
ードは第2の巻線の他端に接続されている。第1のダイ
オード821及び第2のダイオード822のカソードは
互いに接続され、出力平滑コンデンサ81の一端に接続
されている。
滑回路7及びコンバータ回路Bに備えられた出力整流回
路8は、出力端が共通に接続されており、負荷(図示し
ない)に直流出力電圧Voを供給する。
ータ回路A、Bは、共振回路3、4が互いに接続されて
いる。実施例では、コンバータ回路Aの共振回路3と、
コンバータ回路Bの共振回路4は、スイッチング素子1
1、12の接続点と、スイッチング素子21、22の接
続点とにおいて、互いに接続されている。既に述べたよ
うに、スイッチング素子11、12の接続点には、共振
用コンデンサ31の一端が接続され、スイッチング素子
21、22の接続点には共振用コンデンサ41の一端が
接続されている。
ら出力される出力電圧Voが一定となるようにスイッチ
ング回路1、2を制御する。制御回路9は、また、スイ
ッチング素子(11、12)、(21、22)に制御信
号を与え、スイッチング素子(11、12)、(21、
22)を、共振回路3、4の共振周波数よりも高い周波
数領域で動作させる。制御回路6は、例えば、電圧によ
って周波数が制御される電圧制御発振器(VCO)によ
って構成される。
バータ回路Aでは、直列に接続されたスイッチング素子
11、12を交互に動作させることにより、入力された
直流電源Vinをスイッチングし、そのスイッチング出
力を共振回路3及びトランス5の一次巻線51に供給す
る。
スイッチング素子11、12によって構成される直列回
路の一端との間には、共振回路3を構成する共振用コン
デンサ31及び共振用インダクタ32と、トランス5の
一次巻線51とを直列に接続した直列回路の両端が接続
されているから、スイッチング素子11、12の交互動
作により、共振回路3及びトランス5の一次巻線51
に、共振回路3の共振周波数に対応した疑似正弦波電流
が流れる。このとき、一次巻線51と結合する二次巻線
52に誘起電圧が発生する。この誘起電圧はトランス5
の二次巻線52に接続された出力整流平滑回路7により
直流に変換され、出力される。
なわれる。即ち、直列に接続されたスイッチング素子2
1、22を交互に動作させることにより、入力された直
流電源Vinをスイッチングし、そのスイッチング出力
を共振回路4及びトランス5の一次巻線51に供給す
る。
スイッチング素子21、22によって構成される直列回
路の一端との間には、共振回路4を構成する共振用コン
デンサ41及び共振用インダクタ42と、トランス6の
一次巻線61とを直列に接続した直列回路の両端が接続
されているから、スイッチング素子21、22の交互動
作により、共振回路4及びトランス6の一次巻線61
に、共振回路4の共振周波数に対応した疑似正弦波電流
が流れる。このとき、一次巻線61と結合する二次巻線
62に誘起電圧が発生する。この誘起電圧はトランス6
の二次巻線62に接続された出力整流平滑回路8により
直流に変換され、図示しない負荷に直流出力電圧Voが
供給される。
端がコンバータ回路A、Bにおいて共通に接続されてい
るから、コンバータ回路A、Bの出力を、負荷に共通に
供給する並列運転方式の共振型スイッチング電源が得ら
れる。
ッチング電源において、コンバータ回路A、Bは、共振
回路3、4が互いに接続されている。従って、スイッチ
ング素子(11、12)、(21、22)側から見た共
振回路3、4のインピーダンスが、コンバータ回路A、
Bにおいて、互いにほぼ等しくなる。このため、コンバ
ータ回路A、Bを、同一の周波数によって、同期して運
転した場合、周波数ビートノイズの発生や制御の不安定
性を回避し得る。
コンバータ回路A、Bを制御できることを意味する。従
って、低価格化及び小型化の可能な並列運転方式の共振
型スイッチング電源を実現できる。
2)、(21、22)側から見た共振回路3、4のイン
ピーダンスが、コンバータ回路A、Bにおいて、互いに
ほぼ等しくなるので、各コンバータ回路A、Bの動作タ
イミングが一致するようになる。このため、コンバータ
回路A、Bの両者において、ZVSを達成するために充
分な共振電流IR1、IR2が流れている状態で、スイ
ッチング素子(11、12)、(21、22)をオフさ
せることができる。
路3、4を接続するラインを外した場合の波形図で、従
来のスイッチング電源の動作特性に該当する。図3は図
1に示した本発明に係るスイッチング電源の波形図であ
る。図2において、VDS1はスイッチング素子12の
ドレイン・ソース間電圧波形、VC1は共振コンデンサ
31の端子電圧波形、IR1は共振回路3に流れる共振
電流波形である。図3において、VDS2はスイッチン
グ素子22のドレイン・ソース間電圧波形、VC2は共
振コンデンサ41の端子電圧波形、IR2は共振回路4
に流れる共振電流波形である。
合、コンバータ回路A、Bにおいて、回路素子の定数値
のばらつき等で共振回路3、4のインピーダンスの異な
るために、共振回路の共振周波数の高いコンバータ回路
Bでは、スイッチング素子21がオフするデッドタイム
において、既に共振回路4に蓄積されていたエネルギー
が放電されてしまっていて、電流IR2がほぼゼロにな
っており、ZVSが実現できない。
スイッチング電源の場合、スイッチング素子(11、1
2)、(21、22)側から見た共振回路3、4のイン
ピーダンスが、コンバータ回路A、Bにおいて、互いに
等しくなっているため、各コンバータ回路A、Bの動作
タイミングが一致するようになる。このため、コンバー
タ回路A、Bの両者において、共振電流IR1、IR2
が流れている状態で、スイッチング素子(11、1
2)、(21、22)をオフさせ、ZVSを行なうこと
ができるようになる。
ンサ31、共振用インダクタ32、及び、共振回路4を
構成する共振用コンデンサ41、共振用インダクタ42
の回路定数値がコンバータ回路A、B間において異なっ
ていても、共振回路3、4を互いに接続することによ
り、共振回路のインピーダンスがほぼ一致するので、共
振用コンデンサ31、41及び共振用インダクタ32、
42の選別が不要であり、生産性の低下、回路素子に起
因する負荷分担のアンバランスを回避し得る。
があり得る。その例を図4〜図8を参照して説明する。
図において、図1と同一の構成部分には同一の参照符号
を付し、説明は省略する。
サ31、41の一端を、スイッチング素子(11、1
2)、(21、22)の接続点に接続した構成におい
て、共振用コンデンサ31及び41の他端を互いに接続
してある。
サ31、41の一端を、スイッチング素子(11、1
2)、(21、22)の接続点に接続すると共に、共振
用コンデンサ31、41の他端に共振用インダクタ3
2、42の一端を接続し、共振用インダクタ32、42
の他端を互いに接続してある。
の一端を、スイッチング素子11、12によって構成さ
れる直列回路の一端に接続し、また、共振用コンデンサ
41の一端を、スイッチング素子21、22によって構
成される直列回路の一端に接続してある。そして、共振
用コンデンサ31、32の他端を互いに接続してある。
1、12の接続点と、スイッチイング素子21、22の
接続点を互いに接続してある。接続点には、共振用イン
ダクタ32の一端、及び、共振用インダクタ42の一端
を接続してある。また、共振用コンデンサ31の一端
を、スイッチング素子11、12によって構成される直
列回路の一端に接続し、共振用コンデンサ41の一端
を、スイッチング素子21、22によって構成される直
列回路の一端に接続してある。そして、共振用コンデン
サ3141の他端を互いに接続してある。
サ31の一端を、スイッチング素子11、12によって
構成される直列回路の一端に接続し、共振用コンデンサ
31の他端に共振用インダクタ32の一端を接続してあ
る。共振用コンデンサ41の一端を、スイッチング素子
21、22によって構成される直列回路の一端に接続
し、共振用コンデンサ41の他端に共振用インダクタ4
2の一端を接続してある。そして、共振用インダクタ3
2、42の他端を互いに接続してある。
施例と同等の作用効果を得ることができる。
ータ回路A、Bは、同一周波数で同期して駆動される。
図1〜図8に示した実施例では、一つの制御回路9を備
えることにより、これを実現しており、それによって、
前述したように、スイッチング電源のコストダウン及び
小型化を図るとともに、周波数ビートノイズの発生及び
制御の不安定性を回避するという作用効果を得ることが
できる。
る。この実施例では、コンバータ回路Aのための制御回
路91と、コンバータ回路Bのための制御回路92とを
備える。制御回路91、92は互いに相手の動作を監視
しながら、スイッチング素子(11、12)、(21、
22)を同期して同一の周波数で駆動するようになって
いる。
具体的に説明したが、当業者であれば、発明の基本的技
術思想及び教示に基づいて、種々の変形を行なうことが
できることは自明である。
のような効果を得ることができる。 (a)低価格化及び小型化の可能な並列運転方式の共振
型スイッチング電源を提供することができる。 (b)周波数ビートノイズの発生や制御の不安定性を回
避し得る並列運転方式の共振型スイッチング電源を提供
することができる。 (c)ZVSの可能な並列運転方式の共振型スイッチン
グ電源を提供することができる。 (d)共振回路を構成する回路素子の選別が不要であ
り、生産性の低下、回路素子に起因する負荷分担のアン
バランスを回避し得る並列運転方式の共振型スイッチン
グ電源を提供することができる。
電源の電気回路図である。
ンを外した従来の並列運転方式に係る共振型スイッチン
グ電源の波形図である。
スイッチング電源の波形図である。
電源の別の実施例を示す電気回路図である。
電源の更に別の実施例を示す電気回路図である。
電源の更に別の実施例を示す電気回路図である。
電源の更に別の実施例を示す電気回路図である。
電源の更に別の実施例を示す電気回路図である。
電源の更に別の実施例を示す電気回路図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 複数のコンバータ回路を含むスイッチン
グ電源であって、 前記複数のコンバータ回路のそれぞれは、2つのスイッ
チング素子と、トランスと、共振回路と、出力整流平滑
回路とを含んでおり、 前記2つのスイッチング素子は、直列に接続され、直列
回路の両端が直流電源に導かれ、交互に駆動され、 前記トランスは、少なくとも、一次巻線と、二次巻線と
を含んでおり、 前記共振回路は、共振用コンデンサと、共振用インダク
タとを有しており、 前記共振用コンデンサ、前記共振用インダクタ及び前記
トランスの前記一次巻線は直列に接続され、直列回路の
両端が前記2つのスイッチング素子の接続点と、前記2
つのスイッチング素子によって構成される前記直列回路
の一端との間に接続されており、 前記出力整流平滑回路は、前記トランスの前記二次巻線
に接続され、出力端が前記複数のコンバータ回路におい
て共通に接続されており、 前記複数のコンバータ回路は、前記共振回路が互いに接
続されているスイッチング電源。 - 【請求項2】 請求項1に記載されたスイッチング電源
であって、 前記複数のコンバータ回路の前記共振回路のそれぞれ
は、前記2つのスイッチング素子の接続点において、互
いに接続されているスイッチング電源。 - 【請求項3】 請求項2に記載されたスイッチング電源
であって、 前記複数のコンバータ回路の前記共振回路のそれぞれ
は、前記共振用コンデンサの一端が前記2つのスイッチ
ング素子の接続点に接続されているスイッチング電源。 - 【請求項4】 請求項3に記載されたスイッチング電源
であって、 前記共振用コンデンサは、他端が互いに接続されている
スイッチング電源。 - 【請求項5】 請求項3に記載されたスイッチング電源
であって、 前記共振用コンデンサの他端に前記共振用インダクタの
一端が接続されているスイッチング電源。 - 【請求項6】 請求項5に記載されたスイッチング電源
であって、 前記共振用インダクタの他端が互いに接続されているス
イッチング電源。 - 【請求項7】 請求項1に記載されたスイッチング電源
であって、 前記共振用コンデンサの一端が前記2つのスイッチング
素子によって構成される前記直列回路の一端に接続され
ており、前記共振用コンデンサの他端が互いに接続され
ているスイッチング電源。 - 【請求項8】 請求項1に記載されたスイッチング電源
であって、 前記2つのスイッチング素子の接続点が互いに接続され
ており、 前記接続点に前記共振用インダクタの一端が接続されて
おり、 前記共振用コンデンサの一端が前記2つのスイッチング
素子によって構成される前記直列回路の一端に接続され
ており、前記共振用コンデンサの他端が互いに接続され
ているスイッチング電源。 - 【請求項9】 請求項1に記載されたスイッチング電源
であって、 前記共振用コンデンサの一端が前記2つのスイッチング
素子によって構成される前記直列回路の一端に接続され
ており、前記共振用コンデンサの他端に前記共振用イン
ダクタの一端が接続されており、 前記共振用インダクタの他端が互いに接続されているス
イッチング電源。 - 【請求項10】 請求項1に記載されたスイッチング電
源であって、 前記複数のコンバータ回路は、同一周波数で同期して駆
動されるスイッチング電源。 - 【請求項11】 請求項10に記載されたスイッチング
電源であって、 一つの制御回路を含み、前記制御回路は前記複数のコン
バータ回路において共用されているスイッチング電源。
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