JPS63194569A - 共振形コンバ−タ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電圧共振形コンバータに係り、特にディレィス
タートを要求される動作、あるいは点滅動作を要求され
る用途に好適な共振形コンバータに関する。

〔従来の技術〕

共振形コンバータは電圧波形又は電流波形を共振波形と
しているため、電圧、Ｗｌ流波形共に方形波となる動作
条件でスイッチングした時に比較してスイッチング損失
が小さく、高周波ノイズが小さいという利点がある。

従来の電圧共撮形コンバータの動作を第５図及び第６図
を用いて説明する。零電圧共振形コンバータは第５図に
示すように直流電圧源１２発振回路２．スイッチング素
子３．変圧器４．共振コンデンサ５から構成されている
。このような回路の定常状態においてのスイッチング素
子３ま電圧及び電流波形を★第６図（ａ）、（ｂ）に示
す、共振形コンバータの特徴は、スイッチング時の電圧
電流の重複が少なく損失が小さいことである。

しかし、直流電圧源１に電圧が存在し、スイッチング素
子３がオフ状態から初めてオン状態になる際は、共振コ
ンデンサ５は第７図（ａ）のように直流電圧源１と同一
の電圧まで充電されているため、スイッチング素子３が
オンすると、コンデンサ５からの放電電流が流れ第７図
（ｂ）に示されるように瞬間的に過大な電流が流れる。

この時、スイッチング素子３は瞬時のピーク電流あるい
は瞬時の過大損失により破壊を招くことがある。

上記のような問題から共振形コンバータは起動。

停止の激しい装置には使用できないという欠点があった
。

このような問題を解決する方法として特開昭５８−５８
８６６号公報の記載のように、スイッチング素子３がオ
フしている期間は補助の半導体素子を用いて共振用コン
デンサ５に電圧が充電されないように動作させる方法が
ある。しかし、この方法では使用する補助の半導体素子
に流れる電流はスイッチング素子３と同一のピーク値を
持ち振動周期の１／２の期間流れるので、３と同等の電
流容量が必要となり、またこの半導体素子を駆動する制
御回路も必要なことから、高価で大形になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は共振形コンバータの入力電源をほとんど
リップルのない平滑され六直流、電圧として考えて共振
用コンデンサ側で対応を図ったものであり、リップルの
大きな脈流電圧を入力としたものについては配慮されて
いなかった。

本発明の目的は、共振形コンバータの入力電源としてリ
ップルの大きな脈流電圧を用いて、このリップルを積極
的に活用してスイッチング素子に過大な電流を流すこと
なく安定に起動、定常動作及び停止を行う共振形コンバ
ータを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、共振形コンバータの脈流入力電圧の谷を検
出する回路と、この信号を受けてスイッチング素子のド
ライブを開始させる発振回路とを設けることにより達成
される。

〔作用〕

脈流入力電圧の谷を検出する回路は、谷と判断するとト
リガパルスを発生す条。このトリガパルスによって発振
回路が発振を開始し、共振形コンバータの起動開始とな
る。したがって発振回路は脈動入力電圧の谷以外からは
発振を開始できないため、スイッチング素子にコンデン
サからの過大な短絡電流が流れ込むことはなく、スイッ
チング素子の破壊を防止することができる。また、入力
電圧の低い状態から動作を開始できるので、スイッチン
グ素子や負荷回路に過大な電圧が印加するという異常な
現象が生ずることがなく、安定な動作を行うことができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。

第１図に示すスイッチング電源は商用電源１１の両端に
整流ブリッジ１２を接続し、この整流ブリッジ１２の両
端に放電回路１３が接続されている。ここで放電回路１
３は、コンデンサ１７の電荷の放電能力を持ち整流ブリ
ッジ後の電圧を脈流化するために挿入しであるが、放電
回路１３がなくても脈流になる回路では省いてもよい、
整流ブリッジ１２の両端には脈流電圧の谷型圧検出回路
１４を接続し、谷型圧検出回路１４の出力側に発振回路
１５を接続し、発振回路１５の出力側にスイッチング素
子１６が接続される。ここでスイッチング素子１６をバ
イポーラトランジスタとして記入したが、ＦＥＴやサイ
リスタ等の他のスイッチング素子でもよい。さらに整流
ブリッジ１２の両端には変圧器１８の１次側巻線１８−
１と共振コンデンサ１７が直列に、また共振コンデンサ
１７にはスイッチング素子１６が並列に接続されている
。出力電力は変圧器１８の２次巻線１８−２より、外部
回路に出力される。

次にこのように楕成された回路の動作を第２図により説
明する。第２図（１）は整流ブリッジの出力電圧、つま
り共振形コンバータの入力電圧を、同図（２）は第１図
の谷型圧検出回路１４の出力トリガパルスを、同図（３
）は共振形コンバータの発振の様子を示すタイミングチ
ャートである。

まず初期状態温してスイッチング素子１６はオフ状態と
する。この時共振コンデンサに印加される電圧は脈流入
力電圧とほぼ同一波形となる。その理由は、商用電源の
周波数５０．６０Ｈｚに対して１通常のスイッチング電
源は数十〜数百ＫＨｚで動作させるため、使用する共振
回路の時定数では商用周波数領域において平滑効果がほ
とんどないためである。この状態で第２図（３）に示さ
れるように時刻ｔｓで起動指令を発振回路１５印加させ
る。同図（２）に示すようにトリガパルスは脈流入力電
圧の谷以外では発生しないため、第１図の発振回路１５
へは発振開始の指令は送らない。

そして、時刻ｔｚになった時、第２図（２）のようにト
リガパルスが発生し、第１図の発振回路１５へ発振開始
の指令を送り、共振形コンバータの発振が開始される。

この発振開始時の動作について第３図により更に詳しく
説明する。第３図（１）は共振形コンバータの入力電圧
を、同図（２）はトリガパルスを、同図（３）は第１図
に示した発振回路１５の発振信号を、同図（４）、（５
）にはスイッチング素子１６の電圧、電流波形をそれぞ
れ示すタイミングチャートである。まずここで使用され
る発振回路１５の動作について説明する。共振形コンバ
ータの動作は電圧波形または電流波形が共振波形となる
ため、スイッチング動作が反転する際には、電圧波形ま
たは電流波形が零クロスした時点で行なわなければなら
ない０本発明の実施例であげた電圧共振形コンバータに
おいては、第６図のｔｚ。

ｔ４がこれにあたる、つまり発振回路１５としてはスイ
ッチング素子電圧が零クロスしない時は次のオン信号を
発生しないように設定されている。

一方、脈流入力電圧の谷型圧検出回路１４から発生され
たトリガパルスに対しては強制的にオン信号が発生する
様に設定しておく、今、第３図の時刻ｔ２で谷型圧検出
回路１４が谷型圧を検出してトリガパルスを発生すると
、発振回路１５はこのトリガパルスを受けて強制的に任
意時間のオン信号が発生する。これによりスイッチング
素子１６はオンとなり電流を流し始める。ここで、第３
図（５）では時刻ｔｚ時にわずかなピーク電流があるこ
とを示しているが、これは同図（１）のように入力電圧
がＯまで達した場合でも共振コンデンサ１７と変圧器１
８により多少の電圧平滑効果があること、また実際にス
イッチング素子がオン動作を開始するまでにある程度の
時間遅れを生じすでに入力電圧が上がりはじめた所から
動作すること、などがあり実際は共振コンデンサ１７の
わずかな短絡電流が存在することを示している。しかし
、この短絡電流はスイッチング素子の破壊や。

発熱などの問題に対しては無視できる程度に小さいもの
である。このようにして一度動作が始まると、発振回路
１５は、スイッチング素子電圧の零クロスを確認しなが
ら発振を継続し、共振形コンバータを安定に発振させて
いる。

次に実際の回路例を第４図により説明する。回路構成は
第３図と同様なのでその説明は略す。ここで谷型圧検出
回路１４と発振回路１５には単安定マルチバイブレータ
２１，２２を使用している。

この単安定マルチバイブレータは同じものでもよい、そ
して単安定マルチバイブレータ２１．２２には安定期間
の発振時定数を決める、トリガパルスのパルス巾時定数
回路２３と発振信号のパルス巾時定数回路２４がをれぞ
れ接続されている。

まず単安定マルチバイブレータ２１．２２（７）１２１
作について説明する。第７図において単安定マルチバイ
ブレータ２１．２２内に記入されているＡ端子は正方向
エツジトリガ入力で発振開始、Ｂ端子は負方向エツジト
リガ入力で発振開始、Ｑ端子は正方向発振出力、τ端子
は負方向発振出力である。

次に起動時における第７図の回路動作について説明する
。共振形コンバータの入力電圧が零付近かられずかに上
昇を始めると谷型圧検出回路１４の単安定マルチバイブ
レータ２１のＡ端子に正方向のエツジトリガが入力され
るため、この単安定マルチバイブレータ２１は時定数回
路２３に設定された時間だけ発振をし、Ｑ端子に正方向
のトリガ用パルスを発生させる。このトリガパルスを受
けて、次段の発振回路１５の単安定マルチバイブレータ
２２のＡ端子は正方向エツジトリガが入力されるため、
この単安定マルチバイブレータ２２は時定数回路２４に
設定された時間だけ発振し、Ｑ端子に正方向のコンバー
タ駆動用の発振信号を送る。これを受けてスイッチング
素子１６がオン動作に移るが、この時点では共振用コン
デンサ１７に充電されている電圧は低いために、スイッ
チング素子１６に流れる短絡電流は小さな量であリ、ス
イッチング素子が破壊することはない。第１波目のオン
信号が終わりオフ期間になると、共振コンデンサ１７と
変圧器１８のインダクタンスで共振コンデンサ１７には
共振電圧が発生する。

そしてこの共振が完了し電圧が零クロスする時に発振回
路１５の単安定マノ４チバイブレータ２２のＢ端子は負
方向エツジトリガが入るため、再び単安定マルチバイブ
レータ２２は時定数回路２４の時間だけ発振をし、スイ
ッチング素子１６をオンさせる。このように第７図に示
した共振形コンバータは起動時のコンデンサからの短絡
電流を無視できる程度に小さくでき、さらに安定な発振
動作を繰り返すことができる。

また第７図で使用した谷型圧検出用単安定マルチバイブ
レータ２１と発振回路用単安定マルチバイブレータ２３
は同じものでよく、たとえば市場に出回っている２ケ入
単１安定マルチバイブレータＩＣを使用すれば安価で実
現できる。

このように本発明の共振形コンバータは上述した回路構
成により、起動時も定常時も回路素子を破壊することな
く安定に動作し、比較的安価で実現できるため、実用上
きわめて有利である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、共振形コンバータを回路素子を破壊せ
ずに起動することができるので以下のような効果がある
。

（１）共振形コンバータのディレィスタートが可能で　
ある。

（２）共振形コンバータの点滅動作が可能である。

（３）　ｆｆｉ単な回路構成で実現できるので製品の小
形化がはかれる。

（４）安価な部品で実現できるので製品の低価格化がは
かれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図の動作説明図、第３図は第１図の詳細な動作説明図、
第４図は本発明の一実施例の実際的な回路図、第５図は
一般的な共振形コンバータのブロック図、第６図は第５
図の動作説明図、第７図は第５図の異常動作説明図であ
る。 １１・・・商用電源、１２・・・整流ブリッジ、１３・
・・放電回路、１４・・・谷型圧検出回路、１５・・・
発振回路。 １６・・・スイッチング素子、１７・・・共振コンデン
サ。 １８・・・変圧器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、脈動する入力電圧源と、前記入力電圧源の両端に変
   圧器の１次巻線とコンデンサを直列に接続し、前記コン
   デンサと並列にスイッチング素子を接続してなる共振形
   コンバータにおいて、脈動している入力電圧の谷からコ
   ンバータの起動を開始させることを特徴とする共振形コ
   ンバータ。