JPS5889075A - 共振形スイツチング電源装置 - Google Patents

共振形スイツチング電源装置

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JPS5889075A
JPS5889075A JP56188132A JP18813281A JPS5889075A JP S5889075 A JPS5889075 A JP S5889075A JP 56188132 A JP56188132 A JP 56188132A JP 18813281 A JP18813281 A JP 18813281A JP S5889075 A JPS5889075 A JP S5889075A
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Japan
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transformer
power supply
switching
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JP56188132A
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Jiro Kino
木野 二郎
Toshiro Kamimura
敏朗 上村
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • 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
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    • H02M3/3378Conversion 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 in push-pull configuration with automatic control of output voltage or current in a push-pull configuration of the parallel type
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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】 不発明は直流電源をトランジスタ等のスイッチング素子
によ引高周波変換し、これをトランスで公費な電圧に降
圧(または昇圧)することにより交流出力を得、あるい
は更に整流平滑化により曲流出力を得る、いわゆるスイ
ッチングm#imに関するものである。
スイッチング′電源装置には1例えは日紅エレクトロニ
クス第233号<1980年3月38)Vかされている
如く種々の方式のものが知られている、11図はその一
例を示すもので、スイッチング素子として点年夾用化さ
れて(・乞パワーMO8FETを用いたハーフブリッジ
タイプの多出力スイッチング電源装置であり、第2図に
その各部の1作波形を示した。このスイッチング電源装
aiはハルス幅制御を基本にしており、スイッチング索
子QI+Q、におけるスイッチング損失を減少させるた
め。
各電圧、電流は立上り、立下りの急峻なことが不可欠で
ある。このため、スイッチング時に発生する雑音の抑制
が大きな間踊となるはが、2次側の。
整ft、器D1〜D4の逆回oI特性によるダイオード
袖矢および*tの増大も間和であった。更に、小形の電
源装置では、1個のトランスから仮数の出力を発生させ
る必要があるが、高周波化によるm:aトランスの小形
化によって、1次、2次間の結合を充分に得ることが困
難になる等、パルス幅制御方式による高周波化には間亀
か多かった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、従来のスイッチング電源装置における上
述の如き問題を解消し、雑音およびヘイッチング損失を
減少させ、小形化の容易漬スイッチング1[源装置を提
供することにある。
本発明の要点は、従来のパルス幅制御VC4+Sって、
鉄芯の飽和特性とLCの直列共振とを組合せ、これを周
波数制御することにより、電流の立上り、立下りが急峻
でなくて本スイッチング損失が少な−<、出力′電圧の
調整が容易で雑音の発生も少ないスイッチングを源装置
を実現した点にある。
以下、本発明の実施例を図面に基ついて詳細に説明する
第3図は本発明の一実施例であるスイッチング電源装置
を示す回路図である。これを第1図に示した5、従来の
装置と比較すると次の点で異なっている。すなわち、 (1)  従来のトランスT、が鉄芯絶和形トランスT
l1K変ったこと。
(2)1次輪容蓄゛c、、c、の中点とトランスTl+
 との間に共振用コンデンサc6が挿入されたこと。
(3)スイッチング素子駆動制御回路がパルス幅変調1
から周波数変調2に変ったこと。
03点である。
第4図は第3図に示した装置の回路動作波形な簡易化し
て示すものである。以下、第3図と第4図とに基づいて
本実施例装置の回路動作を欧明する。
スイッチング素子Q、およびQ、は同時導遥にならない
程度の導通率で交互にON、OFF動作を継続している
。今、この電源装置の出力室mvが0、すなわち無負性
の状態を仮定すると、前記共振用コンデンサC・と鉄芯
飽和形トランスT、の入力インダクタンスしに対して直
列共伽周波数f0はfo=l/2gハτ    ・・・
・・・山の関係にある。ここで、前記スイッチング素子
QI+Q、のON、OFF庵波数を上記共振周波tlf
oに近付けることにより、前記共振用コンデンサC6お
よびトランスT’itに印加される電圧は電源電圧より
も^くこの回路の損失に見合う値(共振回路のQに比例
する。)まで上昇しようとする。しかし、前記トランス
Tllが鉄芯飽和形トランスであるため、上記印加電圧
はQ倍まで増加することはなく、下記e)式の電圧に制
限される。
e、v=4BgANfX10  ”M   ・・”’・
(21ここで、eav :印加電圧の平均値開B8:鉄
芯の飽和磁束密度(ガウス) A:鉄芯の有効断面積(cd) N:1次コイルの巻数(T) f:周波数(H7) すなわち、前記トランスT11に印加される電圧と時間
との積が一定の値に達すると、そのインダクタンスは急
激に減少し、共振用コンデン妥c6を介して飽和インダ
クタンスと共振用コンデンサ容量とで決定される前記(
1)式のf、より高い周波数で集機電流が流れ、トラン
スTllに印加される電圧の極性が反転する。この過程
は低周波で用いられている鉄共、振形定電圧トランスの
動作特性と対比す、ることにより、容易Kjm解するこ
とができる。
第4図には、これらの動作波形を示している。この回路
に流れる電#r、Iinは前述した如くトランス’I’
l+に印加されている電圧が反転するときに、共振的に
大きな電流か流れている。本図は理解を容易にするため
に、前述の如く無狛荷状態における特性を説明している
が、出力側に食菊か接続された場合には前述の1共振回
路のQ」が低下すると考えれば良い。
上述の如く構成し、更に出力電圧V。ut+(もしくは
■。ut*)を検出してこの動作周波数に帰還させるこ
とにより、安定化された出力電圧を容易に得ることがで
きる。
なお、前述の回路電流11nは無負荷状態でも回路に流
れるが、これらはすべて1次側容量に帰還され、効率の
低下とはならない。
第6図は本発明の他の実施例を示すものでおる本実施例
装置においては、前述の実施例装置における鉄芯飽和形
トランス’I’11に代えて、飽和形インダクタンスL
11と通常の非飽和形トランスT、とを並列に接続して
いる。このように構成することにより、飽和電圧の決定
と無効電光を変換トラーンスT、とは別の飽和形インダ
クタンスに負担させることが可能になり1回路定数およ
び変換トランスの設計をより容易にするとともに、高周
吸動作時に問題になる可能性のある鉄損失に対して、よ
り自利な設計を行うことが可能になるという利点が生ま
れる。
また、第5図に示した回路には、出カドランスとして、
’r、 y T2O2個のトランスが並列に接続されて
いるが、このように多出力を得ることもきわめて簡単に
なる。第3図に示した回路の如(,1個のトランスに出
力巻線を複数個設けることも可能であるが、前にも述べ
た通り、高周波領域においては各巻線間の結合を充分に
得ることはきわめて困難であるため、第5図に示した如
く並列に動作させることにより、より高品負な出力電圧
を得ることが可能になる。
第6図は特に小容奮に対して有効と思われる構成で、並
列に接続されているトランスの内の11凶を飽和形とし
、他を非飽和形にして多出力を得ようとするものであり
、動作原理は前述の構成のものと全く同様である。第6
図に示した構成は、第3図に示した回路に非飽和形トラ
ンスを付加したものと言うこともできる。
以上述べた如く、本発明によれば、従来のパルス幅制御
方式のスイッチング電源装置に代えて。
鉄芯の飽和特性とLCの直列共振とを組合わせ、これを
周波数制御するようにしたので、スイッチング損失が少
なく、出力電圧のBI4yか容易で雑音の発生も少ない
スイッチング電源装置を実現できるという顕著な効果を
奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のスイッチング電源の一例を示す回路図、
第2図は−その各部の波形を示す図、第3図は本発明の
一実施例を示す回路図、第4図はその各部の波形を示す
図、第5図は本発明の他の実施例を示す回路図、第61
!!!、lは更に他の実施例の要部を示す図である。 Q+ −Qt ニスイツチング素子、C3〜C3:1次
側容量、C4,C,:2次側容量−1C6:共嶽用コン
デンサ、7. 、 T、 :) ラフ ス、T++:*
相形トランス、D、%D、:斃流器、Ll ? t、、
:インダクタンス、LII:飽和形インダクタンス、l
:ノくルス幅制御回路、2:周波数制御回路、φ5.φ
、ニスイツチング素子駆動信号、■in”電力変換トラ
ンスの入力電圧、I in:電力変換トランスへの入力
側W s ■Q u t l +voutt:uk流出
カー電圧。 特許出庭人 株式会社日立製作所 − iン。 代 理 人 弁理士 磯 村 雅 声  、。 ( 第1図 1 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)直流電圧をスイッチング素子により歯周波交流電
    圧Kf換してトランスを介して電圧変換を行い、高周波
    交流あるいはこれを整流して直流電圧を得る電源装置に
    おいて、前記トランスを鉄芯飽和形トランスとし前記高
    周波交友電圧源に直列に靜電容蓋を接続して直列共振回
    路を栴bνし、前記トランスの2次巻線からの出力文f
    L電圧あく(・はこれを整流した直流電圧を前記高周波
    交流電圧源の周波数に帰還させることを特徴とする共振
    彫スイッチング電源装置。 e)前記鉄芯飽和形トランスの入力端子と並列に。 1個以上の不飽和形トランスの入力端子を接続したこと
    を%徴とする符f!+請求の範囲第1項記載の共畿形ス
    イッチング#ILTN装置。 (3)直流電圧をスイッチング素子により高周改父流電
    圧に賀羨し、てトランスを介して電圧変換を打い、高周
    波交流あるいはこれを整流して直流電圧を得る電源装置
    において、前記トランスと11を列に飽和形インダクタ
    ンスを接続し黛に前記高周波交友電圧源に直列に靜1k
    L谷量を接続して直列共振回路を構成し、前記トランス
    の2次巻線からの出力交流電圧ある〜・ゆこれを−!に
    *した直流電圧を前記高周波電圧源の周波数に帰還させ
    ることを特徴とする共振形スメッチング電碑装置。 (4)#記飽和形インダクタンスと並列に複数個の不飽
    和形トランスを接続したことを特徴とする特許請求の範
    囲第3項記載の共−伽形スイツチング電源装置。
JP56188132A 1981-11-24 1981-11-24 共振形スイツチング電源装置 Pending JPS5889075A (ja)

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