JPS61218361A - 電力ブースタモジュール - Google Patents

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】 発明の背景 この発明は零電流スイッチング形の直流−直流電力変換
器に関係している。

幾つかのその種の変換器（例えば、ここで援用されるピ
ンチャレツリ（Ｖｉｎｃｉａｒｅｔｌ　ｉ　）の米国特
許第４４１５９５９号に開示された種類のシングルエン
ド形順方向零電流スイッチング変換器、又は直列共振変
換器又はその他の共振変換器）においては、直流源から
の電力が一連の量子化されたエネルギー伝達サイクルに
よって負荷に供給するための電力に変換される。各エネ
ルギー伝達サイクルは回路における結合された実効イン
ダクタンスｆＬ＋及びキヤパシタンスｆｃｌの時定数に
よって周期が支配される。源と直列にスイッチング素子
が接続されている。このスイッチング着子は負荷におけ
る電圧を検出するフィードバックループを備えた制御器
によって（実質上零電流の時点で）オン・オフ切換えさ
れる。フィードバックループは負荷における電圧が所望
のレベルに保たれるような時間間隔で各エネルギー伝達
サイクルを配置する。変換器の電力定格はＬ及びＣの値
に依存する。この種の変換器は一般に２１］０ワツトま
での電力を供給する。

それ以北の電力を供給する一つの方法は単に電気的構成
部品の規格を増大することでｋ）る。

別の方法は変換器モジュールの配列を並列に、しかし独
立に動作させることである。その場合配列におけるモジ
ュールのあるものは一般的には飽和し、一方他のものは
負荷によって必要とされる電力の不足分を埋め合わせる
。

第６の方法では、配列内の変換器が同じ周波数で可干渉
的に切り換えられることを要しないで電力を分担させら
れる。そのような不可干渉性の主従形態のものはうなり
周波数を生じることになる。

発明の要約 この発明は零電流スイッチング変換器に固有のパルス：
ヒのエネルギー量子化がそのような変換器の配列による
電力分担のための機構を提供するという考えから導かれ
ている。

この発明の一般的特徴は、零電流スイッチング変換器を
含む電力ブースタモジュールのエネルギ一伝達サイクル
が零電流スイッチング変換器の配列内で発生された信号
パルス列に応答して開始され、これにより電力ブースタ
モジュールが１列内で可干渉的に動作して負荷により引
き出される電流の分担を行うことができるようになって
いることである。

採択実施例は次の特徴を備えている。電力ブースクモジ
ュールの等価インダクタンス（Ｌｂ）及びキャパシタン
ス（Ｃｂ）によって規定される、電力ブースタモジュー
ルにおいて生じるエネルギー伝達サイクルの持続時間は
、配列内の他のモジュールにおいて生じるエネルギー伝
達サイクルの持続時間に一致する。これは同じ配列内で
動作させようとするモジュールに対して同じＬ　Ｃ積を
指定することによって与えられる。この条件は各モジュ
ール間の電力分担を一定の電力比にすることになるが、
この比自体はキャパシタンス比によって制御される。あ
る実施例では、駆動器モジュール及びブースタモジュー
ルからなるディジーチェーン配列がある。駆動器モジュ
ールは負荷における電圧を検出し且つエネルギー伝達サ
イクルの周波数を制御するフィードバックループを含ん
でおり、このエネルギー伝達サイクルはリップル及び雑
音を低減させるためにチェーンに沿って時間的に遅延さ
せられている。他の実施例では、リップル及び雑音を低
減するために移相器を通して駆動されるブースタモジュ
ールの位相配列がある。

一致したエネルギー伝達サイクル時定数を持った零電流
スイッチング変換器のこのような時間又は位相制御され
た配列は十分に大きい数のモジュールにより可干渉性の
電力分担によって負荷に任意に大量の電力を供給するの
に有効である。

その他の利点及び特徴は実施例についての次の説明及び
特許請求の範囲から明らかになるであろう。

採択実施例の説明 構造及び動作 第１図において、電力変換器装置１０は入力電圧レベル
（Ｖｉｎ）の源１２からの直流電力を出力電圧レベル（
Ｖｏｕｔ）で負荷１４に供給できるように変換する。装
置１０は源１２と負荷１４との間に接続された零電流ス
イッチング変換器１６と、制御器１８とを備えている。

制御器１８は入力が負荷１４における電圧レベルを検出
するために一対の直列接続の抵抗２０．２２間に接続さ
れ、且つ出力が変換器１６におけるスイッチング素子（
第１図には示されていない）にスイッチング信号を供給
するために変換器１６に接続されている。変換器１６、
制御器１８及び抵抗２０．２２は共に駆動器モジュール
２４を形成している。

負荷１４に供給することのできる電流の量を増大するた
めの電力ブースタモジュール２６は駆動器モジュール２
４と並列に接続されている。電力ブースタモジュール２
６は入力及び出力ポート２９．３１を通して源１２と負
荷１４との間に接続された零電流スイッチング変換器２
８と、出力が変換器２８のスイッチング素子（第１図に
は示されていない）にスイッチング信号を供給する制御
器３０とからなっている。制御器３０の入力は制御パル
ス列を受けるために制御入力ポート３１（ｌＯ） を介して発生器１８の出力に接続されている。

第２図において、変換器１６及び２８は一つ以とのスイ
ッチング素子、例えば変換器１６におけるスイッチング
素子２３、及び変換器２８におけるスイッチング素子６
２を含む形式のものでよい。

変換器１６．２８は、それぞれ４石面丁及びπＭ　の特
性時定数を規定するインダクタンス及びキャパシタンス
Ｌｄ　、　Ｃｄ　及びＬｂ、ＣｂＫよってそれぞれ特徴
づけられている。駆動器モジュール２４においては、制
御器１８は負荷における電圧を基準電圧と比較して直流
電圧出力をタイマ５２に供給する誤差増幅器５０を備え
ている。

タイマ５２は負荷における電圧を所望のレベルに維持す
るためにスイッチ２ろ、ろ２がオンオフ切換えされるべ
き間隔を示すパルスを発生する。タイマ５２はスイッチ
制御器５４に接続されており、この制御器によりスイッ
チ２３が実質１零電流でオンオフされ、又タイマ５２は
制御出力ポート５６を介して制御器５０に接続されてお
り、この制御器により、制御された時間遅延の後に、ス
イッチ３２が実質上零電流でオンオフされる。

動作時には、第６図及び第４図に示されたように、電力
ブースタモジュール２６において時点ｔ１で制御器５０
によりポート６１からパルスが受信される。スイッチ制
御器回路部によって決定される遅延の後に、時点ｔ２に
おいて、制御器６０はスイッチ６２をオンにする。そこ
で変換器２８における電流■は上昇して低下し、ついに
時点ｔ３において零に達する。制御器６０はこの零電流
状態を検出して、時点ｔ３においてスイッチ６２をオフ
にする。時点ｔ４において別のパルスがポートろ１に現
れてこの段階が繰り返される。このように変換器１６．
２８のエネルギー伝達サイクルは同じ周波数においてで
はあるが両サイクル間の時間遅延を伴って行われる。

第５図について述べると、変換器１６　、２８はピンチ
ャレツリの米国特許第４４１５９５９号に開示された順
方向シングルエンド形のものでよい。

それで両変換器はそれぞれ変圧器４０．４０’、整流器
ダイオード４２．４２’、整流器ダイオード４４．４４
’、コンデンーリ”４６．４６’、及びインダクタ４８
．４８’からなっている。変圧器４０．４０′は一次巻
線自己インダク（ンスＬ、、Ｌ、、−次ｓ線自己インダ
クタンスＬ２．Ｌ２、及び相互インダクタンスＭ、Ｍ　
　によって特徴づけられている。

ｄ２　　ｄ　　ｂ　　　　　　　　２　　ｂ−Ｍ　　）
／Ｌ、　、Ｌ２ｅ＝（：［、、Ｌ２−Ｍ　　）／Ｌ、に
よって特徴づし士られる。各変換器において、二次漏れ
インダクタンス及びキャパシタンスはそれぞれπ９Δ５
及びπｆｆｌの特性時定数を規定している。両変換器に
おける変圧器及びコンデンサは両変換器に対する時定数
の値が十分に接近していて負荷１４に供給されるべき電
流の両変換器間での自然分担が行われるように指定され
ている。

この分担は必ずしも５０１５０である必要はなく、それ
どころか両キャバノタンスの比に対応している。

第６図及び第７図について述べると、変換器は一つ以上
の付加的電力ブースタ（例えば、電力ブースタ６０）を
含むように拡張することができる。

電力ブースタはディジーチェーンに配列されていて、各
電力ブースタ６０がより前の電力ブースタにおけるエネ
ルギー伝達サイクルの発生に対応して信号パルス列をチ
ェーンにおける次の電力ブースタに供給するようになっ
ている。そして各電力ブースタはそれ自体のエネルギー
伝達サイクルのそれぞれがチェーンにおける前のブース
タからのパルス列における各信号パルスに応答して（し
かし遅延して）トリガされる。第７図はそれぞれモジー
’−−ル２４．２５．６ＤＫおけるスイッチ１゜２．６
の、結果として生じる状部を示している。

このように、（モジュールの数によってだけ制限される
）より多量の電力を負荷に供給することができる。負荷
電流は自然に分担される。リップル及び雑音は低減され
る。

他の実施例 その他の実施例は特許請求の範囲内にある。

・　例えば、第８図及び第９図について述べると、電力
変換器配列は任意の数Ｎの同一の電力ブースタ（例えば
、ブースタ７０．７２．７４）で形成することができる
。各ブースタの制御入力ポートは移相器７６に接続され
ており、この移相器は（それぞれブースタ７４．７２．
７０　における）スイッチ１．２．３がオンにされるべ
き間隔を示すパルスな（タイマ５２のような）タイマ７
８から受ける。そして移相器７６はスイッチトリガ用信
号パルス列をブースタのそれぞれに供給してスイッチン
グを起こさせる。第９図に示されたように、種種のブー
スタにおけるスイッチングは３６０　／Ｎ度の間隔で位
相配列されている。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は電力変換装置の構成図である。 第６図は電力ブースタの構成図である。 第４図は第６図に関する時間図である。 第５図は順方向シングルエンド形の変換器を用いた電力
変換装置である。 第６図及び第７図はディジーチェーン変換器配列の構成
図及び関連の時間図である。 第γ図及び第９図は位相制御式変換器配列の構成図及び
関連の時間図である。 これらの図面において、１０は電力変換器装置、１２は
源、　　１４は負荷、　１６は零電流スイッチング変換
器、　　１８は制御器、　２４は駆動器モジュール、　
　２６は電力ブースタモジュール、２８は零電流スイッ
チング変換器、　２９は入力ポート、　３０は制御器、
　６１は制御入力ポート、　　６３は出力ポート、　　
５２はタイマ、５４はスイッチ制御器、　６０は付加的
電力ブースタ、　７０，７２．７４は電力ブースタ、　
７６は移相器、　７８はタイマを示す。 ）　　ロー）ｒ＋Ｏ？ べ　　昼　　　ベ　　　ベ １＝ Ｑ　　　　　　　　　　　　　　　蛎 ムー ＋１ト ＋−，（り ｉ　肴　　配　　　匡

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）源からの電力を負荷による使用のために変換する
   零電流スイッチング変換器配列における使用のための電
   力ブースタモジュールであつて、前記の配列に生じるエ
   ネルギー伝達サイクルの周波数に対応する周波数のパル
   ス列を発生する、前記の電力ブースタモジュールの外部
   の信号パルス列発生器を前記の変換器配列が側えている
   電力ブースタモジュールにおいて、 前記の源に接続可能な入力電力ポート、 前記の負荷に接続可能な出力電力ポート、 前記の入力電力ポートを通して前記の源から電力を受け
   且つ一連のエネルギー伝達サイクルにおいて前記の出力
   電力ポートを通して前記の負荷に電力を供給するように
   接続された零電流スイッチング変換器、 前記の配列に接続可能な制御入力ポート、及び前記のパ
   ルス列に応答して前記のブースタモジュールにおいて前
   記のエネルギー伝達サイクルをトリガし、これにより前
   記のブースタモジュールが配列内で可干渉的に動作して
   、前記の負荷により引き出される電流の分担が行われる
   ようにするための制御器、 を備えていろ前記の電力ブースタモジュール。
2. （２）前記のブースタモジュールが、このモジュールの
   前記の各エネルギー伝達サイクルに対するブースタ接続
   時間を規定する等価インダクタンス（Ｌｂ）及びキャパ
   シタンス（Ｃｂ）を持つていることによつて特徴づけら
   れ、且つ前記のブースタ接続時間が前記の配列の前記の
   各エネルギー伝達サイクルの持続時間に対応していて、
   これにより電流が所定の比で分担されるようになつてお
   り、且つ前記の電力変換器配列と組み合わされている、
   特許請求の範囲第１項に記載の電力ブースタモジュール
   。
3. （３）前記の配列が、駆動器等価インダクタンス（Ｌｄ
   ）及び駆動器キャパシタンス（Ｃｄ）を持つていること
   によつて特徴づけられる駆動器モジュールを備え、且つ
   前記モジュールが前記の負荷により引き出される電流の
   所望の分担を与えるようにＬｄ及びＣｄが選ばれている
   、特許請求の範囲第２項に記載の電力ブースタモジュー
   ル。
4. （４）前記のブースタモジュールは、前記の駆動器モジ
   ュールが与えるよりも大きい比率の前記の引き出される
   電流を与える、特許請求の範囲第３項に記載の電力ブー
   スタモジュール。
5. （５）前記のブースタモジュールにおける前記のエネル
   ギー伝達サイクルの発生時点が前記の駆動器モジュール
   における前記のエネルギー伝達サイクルの発生時点から
   遅延させられていて、前記の負荷への電圧におけるリッ
   プルが低減されている、特許請求の範囲第１項に記載の
   電力ブースタモジュール。
6. （６）付加的電力ブースタモジュールに供給して前記の
   ブースタモジュールと前記の付加的ブースタモジュール
   とにおいてそれぞれ生じるエネルギー伝達サイクルを整
   合させるために前記のブースタモジュールにおいて生じ
   る前記のエネルギー伝達サイクルに対応する信号パルス
   列を与えるための装置を備えている、特許請求の範囲第
   １項に記載の電力ブースタモジュール。
7. （７）デイジーチェーンに配列された複数の他の電力ブ
   ースタモジュールであつて、これらのモジュールのそれ
   ぞれが、前記の他の電力ブースタモジュールの一つから
   与えられるパルス列に応答してトリガされる一連のエネ
   ルギー伝達サイクルにおいて前記の負荷に電力を供給す
   るようになつているものと組み合わされた、特許請求の
   範囲第６項に記載の電力ブースタモジュール。
8. （８）前記の電力変換器配列と組み合わされており、且
   つ前記の電力変換器配列が、 それぞれのモジュールが一連のエネルギー伝達サイクル
   において電力を前記の源から前記の負荷に供給する複数
   の他の電力ブースタモジュール、並びに 前記のパルス列発生器に応答し且つ前記の他の電力ブー
   スタモジュールのそれぞれのもの及び前記の電力ブース
   タモジュールによる使用のための複数の位相配列された
   パルス列を与える位相制御回路、 を備えている、特許請求の範囲第１項に記載の電力ブー
   スタモジュール。
9. （９）前記のパルス列の位相が、前記の電力ブースタモ
   ジュールの数をＮとして、３６０／Ｎ度の間隔で隔置さ
   れていて、それによりリップルが低減されている、特許
   請求の範囲第７項に記載の電力ブースタモジュール。
10. （１０）前記の零電流スイッチング変換器がシングルエ
    ンドの順方向形式のものである、特許請求の範囲第１項
    から第９項までのいずれか一つに記載の電力ブースタモ
    ジュール。
11. （１１）前記の零電流スイッチング変換器が共振形のも
    のである、特許請求の範囲第１項から第９項までのいず
    れか一つに記載の電力ブースタモジュール。