JPS58119015A - 定電圧電源装置 - Google Patents

定電圧電源装置

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JPS58119015A
JPS58119015A JP57001456A JP145682A JPS58119015A JP S58119015 A JPS58119015 A JP S58119015A JP 57001456 A JP57001456 A JP 57001456A JP 145682 A JP145682 A JP 145682A JP S58119015 A JPS58119015 A JP S58119015A
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JP
Japan
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capacitor
power supply
current
primary winding
resonance
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JP57001456A
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JPS635993B2 (ja
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Mikio Maeda
幹夫 前田
Toshiaki Sato
敏明 佐藤
Masahiro Kosaka
小坂 雅博
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33571Half-bridge at primary side of an isolation transformer
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/01Resonant DC/DC converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直列共振型DC−DCコンバータを具備した定
電圧電源装置に関するものである。
従来の定電圧電源装置として、特に主流となっているの
はスイッチ素子のオン・オフ動作のパルス幅制御方式を
用いたスイッチングレギュレータである。スイッチング
レギュレータは高効率であるということから、機器の小
型、軽量化に役立っているが、原理的に電圧、電流が急
峻に変化する時間、即ちスイッチングタイムが存在する
だめに、スイッチング損失が太きい、不要輻射雑音が大
きい、伝導繍音が太きい等と言った欠点をもつ。そのた
めスイッチングレギュレータの使用範囲は限定され、特
に音響機器の電源として使用する場合には、入出力部に
ノイズに対する減衰量の大きいフィルターを挿入したり
、完全密閉したシールドを施す等のノイズ対策をしなけ
ればならず、コストアップになったり信頼性の低下とい
った問題点がある。
その一つの解決手段として第1図に示すように、共振用
コイルと共振用コンデンサを直列に接続し、スイッチ素
子を交互にオン、オフすることによ。リドランスを介し
て所定の出力エネルギーを得る直列共振型DC−DCコ
ンバータが提案されている。
第1図において、1,2は直流電源、3,4は例エバト
ランジスタ、サイリスク等のスイッチ素子、5は共振用
コンデンサ、6は共振用コイル、7はもれインダクタン
スのない理想的なコンバータトランス9の1次巻線で、
前記の共振用コンデンサ5と共振用コイル6と直列に接
続されている。8は上記コンバータトランス9の2次巻
線で、その出力は整流用ダイオード1oを介して平滑用
の電解コンデンサ11に接続されている。12は負荷わ
るようになっており、スイッチ素子3がオン。
スイッチ素子4がオフの時、直流電源1−スイッチ素子
3→コンバータトランス9の1次巻線了→共振用コイル
6−共振用コンテンサ5−直流電源1というループで、
正弦波状の電流が流れる。一方、スイッチ素子3がオフ
でスイッチ素子4がオンの時は、直流電源2−共振用コ
ンデンサ6−共振用コイル6→1次巻線7−スイッチ素
子4→直流電源2のループで正弦波状の電流が流れる。
その周期は、共振用コンデンサ5のキャパシタンスC5
と共振用コイル6のインダクタンスL6で決まる2πq
である。その動作波形を第2図に示す。第2図において
、(1!L)、 (b’lはスイッ・チ素子3゜4のタ
イミングチャートを示し、(C)はそ水に対応して流れ
る電流波形を示す。第2図から明らかなように、スイッ
チ素子3,4の切り換り時においては、電流が零となる
ためにスイッチング損失は著しく減少し、高効率となる
ばかりでなく、不要輻射雑音、伝導雑音の低減を図るこ
とができる。
しかしながら第1図のような直列共振型DC−DCコン
バータにおいては、入力および負荷の大幅な変化に対し
て、出力を安定化することが難しく、いかに出力電圧を
定定に制御するかが大きな問題として残されていた。
本発明は、このような直列共振型DC−DCコンバータ
において、制御が簡単で、また範囲の広い制御機能をも
つ高効率、低ノイズの定電圧電源装置を提供しようとす
るものである。
第3図に本発明の第1の実施例の回路図を示す。
同図において、第1図で説明したものと同じものは同じ
符号を付している。この第3図において第1図の構成と
異なる点は、共振用コンデンサ5と並列に制御用コンバ
ータトランス14の1次巻線13を接続し、その2次巻
線16を整流用ダイオード16を介して電気的負荷抵抗
12に接続したことである。なお、17は制御回路で、
誤差増幅回路1発振回路、振り分は回路、駆動回路等か
ら構成されており、スイッチ素子3,4を適当な間隔で
交互にオン、オフさせる。
次に、本発明の実施例の動作を説明する前に、まず直列
共振型DC−DCコンバータの制御原理について第1図
を参照して説明する。
第1図において、スイッチ素子3(またば4)がオンで
、スイッチ素子4(または3)がオフの時にコンバータ
トランス9の1次巻線7に流れる正弦波状の電流11 
は次式で示される。
i、(t)中E0−v0+v0×ε−αt×51nCA
)otvo ;1次側に換算された出力電圧 VCi共振用コンデンサ6の初期充電電圧値R8i第1
図の等個直列損失抵抗 上式で示される共振電流の平均値が理想的なコンバータ
トランス9を介して、適当な1−2次巻線比をもって2
次側に伝達される電流、すなわち負荷電流となる。(E
c  Vo )<< Vaより、上記共振用コンデンサ
5の初期充電電圧値vOを制御することにより、共振電
流1+(t)が制御され、その結果、負荷電流が制御さ
れる。
本発明は、この原理を応用したもので、共振用コンデン
サ5の初期充電電圧値を共振用コンデンサ5と並列に付
加した制御用コンバータトランス14により制御し、出
力直流電圧を安定化しようとするものである。
さて本発明の実施例である第3図の各部の動作波形を示
した第4図を参照して第3図の本発明の実施例の動作に
ついて説明する。第4図において、(a)、 (b)は
スイッチ素子3,4のタイミングチャートを示し、(C
)の1t(t)はコンバータトランス9の1次巻線子に
流れる電流を、1z(t)は制御用コンバータトランス
14の1次巻線13に流れる電流を、 vc、p (t
)は共振用コンデンサ5の両端電圧を示す。
第3図において、時刻t1のとき、共振用コンデンサ5
の初期充電電圧値を−1)”cpsとする。時刻t1か
らt4の間、スイッチ素子3はオン、スイッチ素子4は
オフとすると、直流電源1のプラス側−スイッチ素子3
→コンバータトランス9の1次巻線7−共振コイル6−
共振用コンデンサ6→直流電源1のマイナス側というル
ープで共振電流1z(t)が流れる。制御用コンバータ
トランス14の1次巻線13に流れる電流12(t)は
、t1≦t≦t2の間は、制御用コンバータトランス1
4の励磁電流となっている。共振用コンデンサ5の電圧
ゾ。、(t)は共振電流i+(t) と、上記の励磁電
流とによって上昇し、それに伴い制御用コンバータトラ
ンス14の2次巻線15の電圧も上昇し、時刻t2で出
力電圧+整流用ダイオード16の順方向降下電圧以上と
なると、整流用ダイオード16はオンとなり、出力に向
かって電流が流れる。この電流が流れ冬ことにより、制
御用コンバータトランス14の1次巻線13に流れてい
た電流方向が反転し、すなわち共振用コンデンサ5の充
電電荷は放電を開始する。この放電電流12(t)の周
期は共振用コンデンサ5のキャパシタンスC5と制御用
コンバータトランス14のもれインダクタンスLlによ
って決定され、約π勾〕7の値となる。
次に−12くt<t、においては共振用コンデンサ5に
は共振電流i+(t)が流入し、同時に制御用コンバー
タトランス14を介して放電電流12(t)が流入する
。この期間においてはI i+ (t)l>1iz(t
)Jとなるから、共振用コンデンサ5の電圧は上昇し、
I i+ (t)I= I 12(t)lとなる時、す
なわち時刻t3の時に最大値1Pcp1をもつ。
次にt s < t< tsの期間においては1共振電
流i+ (t) l < l放電電流12(t)1とな
るから、共振用コンデンサ6の電圧は?、POp1より
下がり始める。さらに、ts〈t<t6の期間において
は、制御用コンバータトランス14の励磁電流成分i 
2 (t) Kより、共振用コンデンサ5の電圧はさら
に下がり、時刻t6でl)′Op2となる。
時刻t6でスイッチ素子4はvc、p2を共振用コンデ
ンサ5の初期充電電圧値として、前記の式で示した共振
電流i+(t)が流れ始める。
上記のような動作を繰り返す時、スイッチ素子3.4の
周期Tを変えることにより、上記の動作説明から明らか
なように共振用コンデンサ5の初期充電電圧値オCp2
を変えることができる。すなわち、スイッチ素子3,4
の周期Tを変えることにより、前記の式で示される共振
電流1+(t)を変化させることが可能となり、出力を
制御できることになる。
以上のことから出力が上昇した時は周期Tを長く、出力
が下降した時は、周期Tを短くすることで出力を制御す
ることができる。
本発明の第2の実施例を第6図に示す。第5図において
第3図で説明したものと同じものは同じ符号を付してい
る。この第5図は、スイッチ素子3.4と並列に、スイ
ッチ素子3,4に流れる電流方向と逆向きに電流を流す
ことのできるダイオード18.19を付加したものであ
る。この第5図の回路は、第4図のt 2 <’t <
tsの前、すなわち制御用コンバータトランス14を介
して出力に電流i2 (t)が流れている期間ダイオー
ド18(または19)を介して直流電源1(または2)
へ帰還電流13(t)を流すことにより、共振コンデン
サ5の電圧2/’Op (t)を大きく変化させようと
するものである。すなわち、共振用コンデンサ5の電圧
を変化させる要素として、第3図の回路においては、制
御用コンバータトランス14の1次巻線13に流れる電
流1z(t)だけであるが、第6図の回路において12
(t)に加えて、帰還電流13(t)を付加するように
している。従って、第5図の実施例においては、第3図
の実施例よりも、制御に必要な周期Tの変化幅が少なく
済む利点をもつ。第6図(a)。
(b)、 (C)に第6図の動作波形を示す。
本発明の第3の実施例を第7図に示す。第7図において
も第3図で説明したものと同じものは同じ符号を付して
いる。先述の第5図の実施例において、帰還電流13(
t)はコンバータトランス9の1次巻線7を介して直流
電源1(または2)へもどるわけであるが、第7図の実
施例においては、コンバータトランス9の1次巻線7f
介さずに直接、共振用コンデンサ5より直流電源1(ま
だは2)へ帰還電流13(t)を流すようにしたもので
ある。このために、第7図において、別のダイオーード
2oと別の共振用コイル21の直列接続回路を、して、
直流電源1のプラス側にダイオード20のカソード側が
接続されるごとく接続し、また、別のダイオード22と
別の共振用コイル23の直列接続回路を、直流電源2と
共振用コンデンサ5の直列回路に対して、直流電源2の
マイナス側にダイオード22のアノード側が接続される
ごとく接続している。
このような構成にすれば、帰還電流is (t)には振
用コンデンサ5より直接直流電源1(または2)へ戻す
ことができる。また、第5図の実施例においては帰還電
流13ft)の周期は共振電流11(t)と同じものと
なるが、第7図の実施例においては、共振用コイル21
(または23)のインダクタンス値を変えることにより
、帰還電流is 6t)の周期を必要に応じて変化させ
ることができる。
なお、以上においては、スイッチ素子を2つもつハーフ
、ブリッジの直列共振型DC−DCコンバータについて
の実施例について示したが、スイ−ツチ素子を4つもつ
フル、ブリッジの直列共振型DC−DCコンバータにお
いても同様な効果を期待できることはもちろんのことで
あり、また理想的なコンバータトランス9の代わりに、
共振用コイル6と同じ値のもれインダクタンスをコンバ
ータトランス7にもたせることにより、共振用コイル6
を省略することもできる。
このように本発明によれば、簡単な構成により、直列共
振型pc−pcコンバータ特長を生かしながら、広範囲
の入出力変動に対して出力電圧を安定化することができ
るという、すぐれた効果を得ることができるものがある
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の直列共振型DC−DOコンバータの回路
図、第2図体)、 (b)、 (C)は第1図における
各部の動作波形図、第3図は本発明の第1の実施例の回
路図、第4図<2L)、 (bL 、(C)は第3図の
実施例における各部の動作波形図、第5図は本発明の第
2の実施例の回路図、第6図(&)、 (bL (C)
は第6図の実施例における各部の動作波形図、第7図は
本発明の第3の実施例の回路図である。 1.2・・・・・・直流電源、3,4・・・・・・スイ
ッチ素子、6・・・・・・共振用コンデンサ、6・・・
・・・共振用コイノペ7・・・・・・1次巻線、8・・
・・・・2次巻線、9・・・・・・コンバータトランス
、10・・・・・・整流用ダイオード、11・・・・・
・平滑用電解コンテ/す、12・・・・・・電気的負荷
抵抗、13・・・・・・1次巻線、14・・・7・・・
制御用コンバータトランス、15・・・・・・2次巻線
、16・・・・・・整流用ダイオード、17・・・・・
・制御回路、18,19゜20.22・・・・・・ダイ
オード、21.23・・・・・・共振用コイル。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 第3図 第5図 117図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)入力直流電源に対し、オン、オフ動作を行なうス
    イッチ素子と共振用コンデンサと第1の変換トランスの
    1次巻線とを直列に瘤続し、上記変換トランスの2次巻
    線に整流、平滑回路を接続し、その出力端子に接続され
    る電気的負荷に直流電圧を供給するように構成した直列
    共振型DC−−DCコンバータを具備し、かつ前記共振
    用コンデンサと並列に別の第2の変換トランスの1次巻
    線を接続するとともに、その第2の変換トランスの2次
    巻線を整流器を介して前記出力端子の電気的負荷に接続
    するように構成したことを特徴とする定電圧電源装置。 (2、特許請求の範囲第(1)項の記載において、スイ
    ッチ素子には、そのスイッチ素子の導通方向と反対方向
    に導通するようにダイオードが並列に接続されているこ
    とを特徴とする定電圧電源装置。 (3)特許請求の範囲第(1)項の記載において、入力
    直流電源と共振用コンデンサの直列回路に対して、ダイ
    オードと別の共振用コイルとの直列接続回路を、そのダ
    イオードが逆方向にバイアスされるごとく接続してなる
    ことを特徴とする定電圧電源装置。
JP57001456A 1982-01-07 1982-01-07 定電圧電源装置 Granted JPS58119015A (ja)

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JP57001456A JPS58119015A (ja) 1982-01-07 1982-01-07 定電圧電源装置
US06/455,533 US4563731A (en) 1982-01-07 1983-01-04 Resonant type constant voltage supply apparatus
DE19833300428 DE3300428A1 (de) 1982-01-07 1983-01-07 Konstantspannungs-stromversorgung

Applications Claiming Priority (1)

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JP57001456A JPS58119015A (ja) 1982-01-07 1982-01-07 定電圧電源装置

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JPS58119015A true JPS58119015A (ja) 1983-07-15
JPS635993B2 JPS635993B2 (ja) 1988-02-06

Family

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