JPS62114471A - Dc―dc変換器 - Google Patents

Dc―dc変換器

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JPS62114471A
JPS62114471A JP61264872A JP26487286A JPS62114471A JP S62114471 A JPS62114471 A JP S62114471A JP 61264872 A JP61264872 A JP 61264872A JP 26487286 A JP26487286 A JP 26487286A JP S62114471 A JPS62114471 A JP S62114471A
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    • 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
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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】 この発明は零電流スイッチング式、前進形、シングルエ
ンド形の直流−直流変換に関係している。
発明の背景 このような一つの変換器(例えば、1983年11月1
5日発行のピンチャレツリ(Vinciar−elli
 )の米国特許第4415959号に開示されたもの)
は、制御された量の実効二次漏れ電流を呈する変圧器を
用いて、電流シンクへの供給のために電圧源からのエネ
ルギーを変換する。この変圧器の電源側には、電源及び
変圧器の一次巻線と直列にスイッチが接続されている。
このスイッチは一連の電力伝達サイクルにおいて源を一
次巻線に接続したり源をそれから切り離したりする。
変圧器の負荷側には、二次巻線と直列にダイオード及び
コンデンサが接続されている。コンデンサ及び実効漏れ
インダクタンスは、スイッチ及びダイオードを通る電流
が実質上塔である各時点においてスイッチが循環的にオ
ンオフされるようにスイッチの循環過程に対するタイム
スケールを規定する。コンデンサに蓄積されたエネルギ
ーはインダクタ(電流シンク)を通して負荷に伝達され
る。
それゆえ電力は電圧源から電流シンクに有効に変換され
る。
この発明の一般的特徴は、(1)実効一次漏れインダク
タンスLleを持つように構成された変圧器、(2)変
圧器の一次巻線と直列に接続され且つ又電流源によって
充電されるように接続されたコンデンサ(キャパシタン
スC)、(3) −次巻線と直列に接続されていてコン
デンサを一次巻線に選択的に結合することのできるスイ
ッチング素子、(4)スイッチング素子が導通している
ときに導通するような向きにおいて二次巻線と直列に接
続された単向性導通素子、及び(5)スイッチング素子
を選択的に開閉させて、Lle及びCによって決定され
る特性タイムスケールを持ったエネルギー伝達すイ゛ク
ルの期間中にコンデンサから実効一次漏れインダクタン
スを介して電圧負荷にエネルギーを伝達させるようにす
るための制御器、の組合せによって電流源からのエネル
ギーを電圧負荷への供給のために変換するシングルエン
ド形、零電流スイッチング式、前進形変換器回路である
この発明の採択実施例は次の諸特徴を備えている。制御
器は単向性スイッチング素子による導通の停止に応答し
てスイッチング素子を阻止様式にセットする。エネルギ
ー伝達サイクルの期間中電流源からの電流を実効上一定
にするためにコンデンサと直列にインダクタが接続され
ている。スイッチング素子の開閉は固定周波数で行われ
るようにされる。各エネルギー伝達サイクルの間で負荷
に供給されるエネルギーを蓄積するために第1の単向性
素子と直列にフィルタコンデンサが接続されている。変
圧器にはLeeの実効値に寄与する補助的な個別部品の
インダクタがあって、このインダクタは一次巻線又は二
次巻線と直列に接続されている。
ある実施例では、第2の単向性導通素子が第1コンデン
サと並列に接続され且つエネルギー伝達サイクルの期間
中コンデンサの放電終了後に変圧器の一次電流全導くよ
うな向きに配置されていて、これにより、コンデンサが
負に充電された状態になり従って変圧器と共振すること
が防止される。
スイッチング素子の開閉は、出力電圧調整ヲ行うために
可変周波数で行われるようにすることができる。
ある実施例では、回路は更に、それぞれ複数の負荷への
供給のために複数の出力電圧を発生するように構成され
ており、この場合には、変圧器には負荷の一つとそれぞ
れ関係した複数の二次巻線があって、これらの二次巻線
が、それぞれ前記の負荷に供給されるべき相対的電圧に
対応する相対的巻数を持っており、且つ又、スイッチン
グ素子が導通しているときに導通するような方向におい
て二次巻線の一つと直列にそれぞれ接続された複数の単
向性導通素子がある。変圧器は二次巻線相互間の漏れイ
ンダクタンスを最小にするように構成されている。又、
それぞれ単向性素子と直列に接続された複数のフィルタ
コンデンサがある。
この変換器は電流源から電圧シンクへ電力を有効に変換
し、且つ分離、電圧の逓昇又は逓降、及び’1tFf、
調整を与えることができる。多数の負荷に給電するため
の実施例においては、種々の負荷に種々の電圧を供給す
ることができ、又は相対的電圧が対応の二次巻線の相対
的巻線数に厳密に追従する。
その他の利点及び特徴は採択実施例についての次の説明
及び特許請求の範囲の欄の各項から明らかになるであろ
う。
第1図について述べると、零電流スイッチング式前進形
シングルエンド形変換器10は高インピーダンス電流源
(電源12及びインダクタ36の組合せ)からの電力を
変換して変圧器16を通して低インピーダンス電圧シン
ク(負荷)14に供給できるようにする。変圧器16は
分離及び電圧増倍機能を与える。変圧器16は、Ll及
びL2をそれぞれ一次巻線18及び二次巻線20の自己
インダクタンス、Mをそれらの相互インダクタンスとし
た場合、 として定義される無視できない制御された実効一次漏れ
インダクタンスを呈するように構成されている。可能な
変圧器構成の例はビンチャレッリ特許に記載されており
、これの構成の代案としては、一次巻線及び二次巻線全
保持するボビンを互いに同心的にして両巻線間の半径方
向の間隔によって制御された漏れインダクタンスを持た
せるようにすることができる。
−次巻線18はスイッチング素子22及び(キャパシタ
ンスCの)コンデンサ24とi 列に接続されている。
二次巻線20は単向性導通素子26と直列に接続されて
いる。巻線18.20の極性(標準ドツト表記性で表示
されている)及び素子26の極性は、スイッチ22が電
流を導いているときに素子26が電流を導く、すなわち
(フライバンクではなく)前進形の変換器位相形態を確
立するように配置されている。
コンデンサ24及び変圧器16の実効一次漏れインダク
タンスLleは T/2=πLleC の変換器のエネルギー伝達サイクルに対する特性タイム
スケールを規定する。スイッチング素子22は制御回路
28によって制御されて、固定繰返率でオンに切り換え
られ且つ又無視できる電流がスイッチング素子22に流
れているときに各エネルギー伝達サイクルの終りにおい
てオフに切り換えられ、従ってスイッチング損失が最小
にされる0 第2図Aないし第2図Cについて述べると、時点tQの
前では、源12からの電流はコンデンサ24をピーク値
v、(第2図C)に接近した電圧だ充電している。時点
tOにおいて、制御回路28はスイッチング素子22を
導通様式にセットしく第2図A)、従ってコンデンサ2
4は一次巻線18を通じ放電する(第2図C)。単向性
導通素子26は順方向にバイアスされ、従って素子26
を通ってフィルタコンデンサ34及び負荷に電流が流れ
る。それゆえ、第2図Aは又素子26の導通状態を表し
ている。第2図Bはスイッチング素子22に流れる電流
(■1)と単向性導通素子26に流れる電流■2とを示
している。これらの電流はコンデンサ24及び実効一次
漏れインダクタンスLleのために有限の上昇及び下降
時間を持っている。コンデンサ24の電圧が谷間値に落
下した後、放電サイクルは終わり、−次電流(Il)は
L7?gがLlよりはるかに小さいように準備されてい
るので無視できる程度に小さい。
この時点t1において、スイッチング素子22は制御回
路28によって阻止様式にリセットされて、時点t2に
おいて次の放電サイクルが始まるまで充電サイクル全開
始する(第2図C)。それゆえ、tQと1.の間では、
エネルギーがコンデンサ21■から変圧器16の漏れイ
ンダクタンスを通して負荷に有効に伝達されており、1
.からt2まではこのエネルギーが電源12及びインダ
クタ36からなる電流源によってコンデンサ24に供給
される。リアクタンスがLleに比べて大キいインダク
タ36によって運ばれる電流はエネルギー伝達サイクル
の特性タイムスケールの期間中実質上一定である。フィ
ルタコンデンサ34における電圧は Ll である。但し、Vin は電源12の電圧、n2/nt
は二つの巻線18.20の巻数比である。電圧シンク1
4はこの出力電圧Voutf受けるようにコンデンサ3
4の両端子間に接続されている。
コンデンサ24における電圧振動は電源電圧Vinf中
心としていてその振幅(Vp−Vll)は所与の繰返率
(t2−to)−’に対して負荷電流と共に増大する。
電流の大きい値に対してはVp −Vv ) 2 Vi
n であり、コンデンサ24における電圧はエネルギー伝達
サイクルの期間中符号を変え(すなわち、谷間値Vτが
零より下に低下し)、実効一次漏れインダクタンスLl
e とキャパシタンスCとの間の共振エネルギー交換が
生じる0 この共振動作様式においては、エネルギー伝達サイクル
の初期段階中にコンデンサ24から変圧器16に伝達さ
れたエネルギーは一部分は出力電圧シンク14に供給さ
れる代わりに1エネルギー伝達サイクルの後期段階中に
コンデンサ24に戻される。この共振様式は前進形変換
器の単向性エネルギー流の基礎的な原理に違反する0第
3図の実施例は、エネルギー伝達サイクルの後期の部分
の期間中、例えば第2図りにおいてt3からtotでの
期間中に一次’+iI流Ink供給することによってコ
ンデンサ2・1が負に充電された状態になるのを防止す
るような極性に置かれ且つコンデンサ24と並列に接続
された第2の単向性導通素子40を備えている。素子4
0のデユーティサイクルは VoutとVin との間
の関係に影響を与え、負荷電流に比例してエネルギー伝
達サイクルの繰返率(t2−to)   k変えること
によって制御器28が出力電圧Voutを調整すること
を可能にする。それゆえ、変圧された電源電圧より低い
任意の出力電圧 が第3図の実施例によって支持され、従って第2図の実
施例には存在しない電圧調整機能が加えられる。
第4図及び第5図について述べると、変圧器I6の実効
漏れインダクタンスを補足してエネルギー伝達サイクル
の持続時間を長くするために、−次巻線(第4図)又は
二次巻線(第5図)と直列に個別部品のインダクタ50
を接続することができるであろう。
第6図について述べろと、第1図、第3図の回路の別形
実施例は単一電流源から多数の負荷1・1に給電するこ
とができる(第6図においては、−次巻線の左方にある
各回路の部分は図示されていない)。変圧器には給電さ
れるべき各負荷に対して一つずつの多数の二次巻線52
が設けられており、対応する負荷に電力を供給するため
に各二次巻線には(第1図、第3図に示されたものと同
様の)個別の単向性導通素子及びコンデンサの組合せが
接続されている。出力電圧V2.・・・・・・、V3は
この場合各巻数比に基づいて互いに関係づけられており
、例えば、 である。この回路は高インピーダンス電流源から給電さ
れて比較的低いインピーダンスの電圧シンクに電力を供
給するので、種々の負荷14に利用可能な相対的電圧は
かなり正確に相対的二次巻線数(n2.・・・・・・n
3)に追従することになる。
この追従の正確さは二次巻線相互間の漏れインダクタン
スによって悪影響を受ける傾向があるが、零電流スイッ
チングによる電流不連続性の欠如は二次巻線相互間の漏
れインダクタンスの影響を緩和する。更に、変圧器は二
次巻線相互間の漏れインダクタンスを最小にするための
既知の技術を用すて構成されている。
この発明による変換器は(二次側構成部品に比較的低い
電圧’Th71Dえるので)比較的低い入力電圧から比
較的高い出力電圧への変換を必要とする装置に有効であ
り、又同時多重出力電圧を発生するのに特に有効である
〇 その他の実施例は特許請求の範囲の欄の各項に記載され
ている。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第3図はこの発明の変換器回路の二つの実施
例を示す回路図である。 第2憂そ泳らINCまでは第1図の変換器回路の動作を
示す波形図である。 第2[株]otzm3図の実施例におけるコンデンサの
両端子間の電圧波形図である。 第4図及び第5図は第1図及び第3図の回路に使用する
ための変圧器の別の実施例である。 第6図は多数の出力を持った別の変換器回路実施例を示
す回路図である。 これらの図面において、10は変換器、12は電源、1
4は電圧シンク(負荷)、16は変圧器、18は一次巻
線、20は二次巻線、22はスイッチング素子、24は
コンデンサ、26は単向性導通素子、28は制御回路、
34はフィルタコンデンサ、36はインダクタ、40は
第2単向性導通素子を示す。 (外5名)

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電流源から電圧負荷への電力を変換するように構
    成されたシングルエンド形零電流スイッチング式前進形
    変換器回路であつて、 一次巻線及び二次巻線を備え且つ実効一次漏れインダク
    タンスLleを持つように構成された変圧器、 前記の一次巻線と直列に接続され且つ更に前記の源によ
    つて充電されるように接続されたキャパシタンスCのコ
    ンデンサ、 前記の一次巻線と直列に接続されていて前記のコンデン
    サを前記の一次巻線に選択的に結合することのできるス
    イッチング素子、 前記の二次巻線に直列に接続され且つ前記のスイッチン
    グ素子が導通しているときに導通するような向きに配置
    された単向性導通素子、前記のスイッチング素子を選択
    的に開閉させて、Lle及びCによつて決定される特性
    タイムスケールを持つたエネルギー伝達サイクルの期間
    中に前記のコンデンサから前記の実効一次漏れインダク
    タンスを介して前記の負荷にエネルギーを伝達させるよ
    うにするための制御器、を備えている前記の変換器回路
  2. (2)前記の制御器が前記の単向性導通素子による導通
    の停止に応答して前記のスイッチング素子を阻止操式に
    セットするように構成されている、特許請求の範囲第1
    項に記載の変換器回路。
  3. (3)前記のコンデンサと直列に接続されていて前記の
    電流源からの電流を前記のエネルギー伝達サイクルの期
    間中実効上一定にすることのできるインダクタを更に備
    えている、特許請求の範囲第1項に記載の変換器回路。
  4. (4)前記のコンデンサと並列に接続されており且つ前
    記のエネルギー伝達サイクルの期間中前記のコンデンサ
    が放電させられた後に前記の変圧器の一次電流を導くよ
    うな向きに配置されている第2単向性素子を更に備えて
    いる、特許請求の範囲第1項に記載の変換器装置。
  5. (5)前記の単向性素子と直列に接続されていて前記の
    負荷に供給されるべきエネルギーを蓄積することのでき
    るフィルタコンデンサを更に備えている、特許請求の範
    囲第1項又は第4項に記載の変換器装置。
  6. (6)前記の変圧器が、Lleの実効値に寄与する補助
    的な個別部品のインダクタを備えていて、このインダク
    タが前記の一次巻線又は前記の二次巻線と直列に接続さ
    れている、特許請求の範囲第1項又は第4項に記載の変
    換器回路。
  7. (7)複数の負荷にそれぞれ供給するための複数の出力
    電圧を発生するように更に構成されていて、 前記の変圧器が、前記の負荷の一つとそれぞれ関係した
    複数の前記の二次巻線を更に備えていて、これらの二次
    巻線が前記の負荷にそれぞれ供給されるべき相対的電圧
    に対応する相対的巻線数を持つており、 前記の変換器回路が、前記のスイッチング素子の導通時
    に導通するような方向において前記の二次巻線の一つと
    直列にそれぞれ接続された複数の前記の単向性導通素子
    を更に備えている、特許請求の範囲第1項又は第4項に
    記載の変換器回路。
  8. (8)前記の変圧器が前記の二次巻線相互間の漏れイン
    ダクタンスを最小にするように構成されている、特許請
    求の範囲第7項に記載の変換器回路。
  9. (9)前記の単向性素子とそれぞれ直列に接続されてい
    て前記の負荷に供給させるべきエネルギーを蓄積するこ
    とのできる複数のフィルタコンデンサを更に備えている
    、特許請求の範囲第7項に記載の変換器回路。
  10. (10)前記の制御器が前記のスイッチング素子の前記
    の開閉を固定周波数で発生させる、特許請求の範囲第1
    項に記載の変換器。
  11. (11)前記の制御器が出力電圧調整を行うために前記
    のスイッチング素子の前記の開閉を可変周波数で発生さ
    せる、特許請求の範囲第4項に記載の変換器。
  12. (12)前記の制御器が前記のスイッチング素子の前記
    の開閉を固定周波数で発生させる、特許請求の範囲第7
    項に記載の変換器。
  13. (13)前記の制御器が出力電圧調整を行うために前記
    のスイッチング素子の前記の開閉を可変周波数で発生さ
    せる、特許請求の範囲第7項に記載の変換器。
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