JPS63299775A

JPS63299775A - 直列共振形ｄｃ／ｄｃコンバ−タ

Info

Publication number: JPS63299775A
Application number: JP13183387A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kawakita; 川北　勝美
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1988-12-07

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］この発明は、直列接続された共振りアクドル及び共振コ
ンデンサを用いた直列共振形ＤＣ／　ＤＣコンバータに
関し、特に入力電圧及び負荷の変動に対して出力電圧が
安定な直列共振形ＤＣ／　ＤＣコンバータに関するもの
である。

［従来の技術］ −ｍに、ＤＣ／　ＤＣコンバータは、スイッチング素子
のオンオフ動作の時間比率を制御して出力電圧を安定化
させているが、スイッチング素子のオンオフ時に電圧及
び電流が急峻に変化するため、スイッチング損失が大き
く、輻射雑音や伝導雑音も大きいという欠点がある。従
って、雑音で誤動作し易いデジタル機器やマイクロコン
ピュータ等の電源として使用するには、輻射雑音を所定
レベル以下に押さえるため各パーツ及び導線に静電シー
ルドや磁気シールドを施し、又、伝導雑音を押さえるた
め特性の良いノイズフィルタを入出力に接続する必要が
あり、コストアップ、大形化、信頼性の低下等を招くと
いう問題点があった。

このような問題点を解決するため、従来より、リアクト
ル及びコンデンサの直列共振特性を利用した直列形ＤＣ
／ＤＣコンバータが提案されている。

即ち、ＬＣ直列共振回路によりスイッチング素子の導通
時の電流波形を正弦波とし、この電流零点でスイッチン
グ素子をオフにして、スイッチング損失及び輻射雑音を
低減しようとするものである。

第３図は、例えば特開昭５８−８９０７６号公報に記載
された従来の直列共振形ＤＣ／　ＤＣコンバータを示す
回路図である。

図において、（１）及び（２）は各一対のトランジスタ
からなる複数のスイッチング素子であり、これらは直流
の入力を源に対して交互にオンオフするブリッジ回路を
構成している。（３）及び（４）は各トランジスタ（１
）及び（２）のコレクタエミッタ間に接続されたフライ
ホイールダイオード、（５）及び（６）は各トランジス
タ（１）及び（２）のベースに接続されて交互に駆動信
号Ａ及びＢを出力するベース駆動回路である。

（７）は共振りアクドル、（８）は共振りアクドル（７
）に直列接続された共振コンデンサであり、これらはブ
リッジ回路に接続された直列共振回路を構成している。

くっ）は直列共振回路に直列接続された変換トランスで
ある。

（１０）は変換トランス（９）の二次側（９ｂ）に接続
された整流回路であり、各一対のダイオード（１１）及
び（１２）からなるブリッジ回路で構成されている。

（１３）は整流回路（１０）の出力端子間に接続された
平滑コンデンサであり、両端から負荷（図示せず）に対
し直流の出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを供給している
。

（１４）は平滑コンデンサ（１３）の両端間に接続され
て出力電圧Ｖｏを検出する電圧検出素子、（１５）は出
力電圧Ｖｏを基準電圧値ＶＲと比較する電圧コンパレー
タ、（１６）は各ベース駆動回路（５）及び（６）を制
御してブリッジ回路のスイッチング周波数を変化させる
ための周波数制御回路である。尚、第３図では、便宜的
に１つのベース駆動回路（６）に周波数制御信号Ｃｒを
印加するように示したが、周波数制御信号Ｃｒは、全て
のベース駆動回路（５）及び（６）に印加されている。

次に、第４図の波形シーケンス図を参照しながら、第３
図に示した従来の直列共振形ＤＣ／　ＤＣコンバータの
動作について説明する。

ＬＬ剛」ベース駆動回路（５）の駆動信号Ａによって一対のトラ
ンジスタ（１）がオンとなり、入力電源からの電流は破
線のように流れる。このとき、直列共振回路に流れる共
振電流ｉ、は正弦波となり、その大きさ及び周波数「は
、入力電圧をＶｃ、共振りアクドル（７）のインダクタ
ンスをし、共振コンデンサ（８）の静電容量をＣとすれ
ば、以下の０式及び０式で与えられる。

ｉ　、ＣＣＶ　ｃ／　（Ｌ　／　Ｃ）””　　　　−■
ｆ＝１／［２π（Ｌ／Ｃ）”’］　　・・・　■この共
振電流ｉ、は、変換１〜ランス（９）及び整流口Ｒ（１
０）を介して整流電流１２となり、更に、平滑コンデン
サ（１３）よって平滑され、直流の出力電流Ｉｏとなる
。この出力電流ＩＯにより、平滑コンデンサ（１３）の
両端間からは直流の出力電圧Ｖｏが得られる。

呆ｍ共振電流ｉ、が電流零点になると、駆動信号Ａがオフと
なり、時間τの間だけ一対のトランジスタ（１）がオフ
となる。従って、共振電流ｉ、は逆向きになり、一対の
フライホイールダイオード（３）を通して流れる。この
ときの共振電流ｉ、も、０式で与えられる周波数「の正
弦波形である。

１１及ｌベース駆動回路（６）の駆動信号Ｂによって一対のトラ
ンジスタ（２）がオンとなり、入力電源がらの電流が一
点鎖線のように流れる。このときの共振電流１１は、第
１区間とは反対方向であるが電流の大きさ及び周波数ｆ
は同じである。そして、前述と同様に、変換トランス（
９）、整流回路（１ｏ）及び平滑コンデンサ（１３）を
介して、出力電圧Ｖｏが得られる。

策１」冒ｌ第■区間と同様に、共振電流１１が電流零点になると、
時間での間だけ一対のトランジスタ（２）がオフとなる
ため、共振電流１１は逆向きになり、一対のフライホイ
ールダイオード（４）を通して流れる。このときの共振
電流ｉ、も、反対方向であるが第■区間と同様の波形で
ある。

以下、第１区間〜第■区間を繰り返して、第４図に示す
ような直流の出方電圧Ｖｏを得る。

尚、このときの出力電流Ｉｏの大きさは、変換トランス
（９）の二次側（９ａ）で得られる電流の最大値をｉｐ
及び半波分の周期をｔｌとすれば、以下の０式％式％０式より、時間τを大きくすれば出力電流Ｉｏが減少す
ることが分かる。

従って、入力電圧Ｖｃ及び負荷が変動して出力電圧Ｖｏ
が変動しても、これに応じて周波数制御回路（１６）か
らの周波数制御信号Ｃｆを変化させ、トランジスタ（１
）及び（２）のスイッチング周波数を変化させれば、第
■区間及び第■区間における時間τが変化し、出力電圧
Ｖｏは一定に制御されることになる。このとき、スイッ
チング周波数は、負荷にほぼ反比例、即ち負荷抵抗にほ
ぼ比例する。

例えば、負荷抵抗が大きい軽負荷状層においては、電圧
コンパレータ（１５）が出力電圧Ｖｏが高くなったこと
を検出し、周波数制御回路（１６）は、ブリッジ回路の
スイッチング周波数を減少させるための周波数制御信号
Ｃｒを出力する。これにより、時間τは増大して出力電
流ｒｏ及び出力電圧Ｖｏが減少する。

［発明が解決しようとする問題点］従来の直列共振形ＤＣ／　ＤＣコンバータは以上のよう
に、ブリッジ回路のスイッチング周波数により出力電圧
Ｖｏを制御しているため、負荷抵抗が大きい軽負荷時に
は、スイッチング周波数が小さくなって出力電圧Ｖｏに
重畳し、雑音が増大してノイズフィルタの設計が困難と
なるうえ可聴雑音が生じ、又、低周波数時の磁束飽和を
防ぐため、変換トランス（９）の鉄心が大形化するとい
う問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、スイッチング損失、輻射雑音及び伝導雑音が
小さいという特質を損なうことなく、スイッチング周波
数の減少を抑制し、入出力変動に対して出力電圧を安定
化させた直列共振形ＤＣ／　ＤＣコンバータを得ること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］この発明に係る直列共振形ＤＣ／　ＤＣコンバータは、
変換トランスの一次巻線に並列に接続された分流回路と
、出力電流に基づいて分流回路を開閉制御する分流制御
回路とを設けたものである。

［作用］この発明においては、出力電流に基づいて負荷状態を判
定し、軽負荷時には共振電流を分流回路に分流させて出
力電流を減少させてスイッチング周波数の低下を抑制す
る。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す回路図であり、（１）〜
（１６）は前述と同様のものである。

（１７）は変換トランス（９）の−次巻線（９ａ）に並
列接続された分流回路であり、平滑コンデンサ（１３）
と容量の異なる分流コンデンサ（１８）と、この分流コ
ンデンサ（１８）に直列接続された接点（１９）とから
構成されている。

（２０）は出力電流ｉｏに基づいて分流回路（１７）を
制御する分流制御回路であり、出力電流Ｉｏを検出する
電流検出素子（２１）と、出力電流Ｉｏを基準電流値ｒ
Ｒと比較して負荷状態を判別する電流コンパレータ（２
２）と、この電流コンパレータ（２２）の出力に基づい
て接点（１９）を開田する接点駆動回路（２３）とから
構成されている。

次に、第２図の波形図を参照しながら、第１図に示した
この発明の一実施例の動作について説明する。尚、各波
形に関する基本動作については、前述と同様なので説明
しない。

まず、重負荷状態においては、平滑コンデンサ（１３）
の両端間に接続される負荷抵抗が小さいので、出力電流
１ｏは増加し且つ出力電圧Ｖｏは低下しようとする。

このとき、電流コンパレータ（２２）は、出力電流Ｉｏ
が基準電流値ＩＲより大きいことから、重負荷状態であ
ることを判別する。接点駆動回路（２３）は、この電流
コンパレータ（２２）の出力に基づいて接点制御信号Ｃ
ｄを出力し、接点（１９）を開放させる。

従って、共振電流１１は全て変換トランス（９）の−次
巻線電流１１′として流れ、第２図に実線で示すように
、従来と同様の整流電流１２が得られる。

又、周波数制御回路（１６）は、前述と同様に出力電圧
Ｖｏの変動に応じた周波数制御信号Ｃｒを出力して時間
τをｙＪ整し、出力電圧Ｖｏの上昇を抑制して一定に制
御する。

一方、軽負荷状態においては、負荷抵抗が大きいため、
出力電流Ｉｏは減少し且つ出力電圧ＶＯは上昇しようと
する。

このとき、電流コンパレータ（２２）は、出力電流１ｏ
が基準電流値ｒＲ以下になることから、軽負荷状態であ
ることを判別する。接点駆動回路（２３）は、この電流
コンパレータ（２２）の出力に基づいて接点駆動信号Ｃ
ｄを出力し、接点（１９）を構成する。

従って、共振電流１．の一部が第１図の破線で示すよう
に分流回路（１７）を流れ、−次巻線電流１１′は第２
図の破線で示すように減少する。これにより、整流電流
１２が破線のように減少して出力電流■０も減少し、出
力電圧Ｖｏの上昇は抑制される。

例えば、分流率が５０％となるように分流コンデンサ（
１８）の容量を這択すれば、重負荷状態のスイッチング
周波数と同じ周波数で負荷に供給される電力は５０％と
なる。

又、周波数制御回路（１６）は、前述と同様に出力電圧
Ｖｏの変動に応じた周波数制御信号Ｃｒを出力して時間
τを調整し、出力電圧Ｖｏを一定に制御する。即ち、出
力電圧Ｖｏは、分流回路（１））により粗調整され、時
間τによって＠調整されることになる。

このように、周波数制御回路（１６）及び分流回路（１
７）を併用し、スイッチング周波数と共振電流ｉｌの分
流とにより出力電圧ｖＯを制御すれば、軽負荷時であっ
てもスイッチング周波数が著しく減少することがなく、
スイッチング損失、輻射雑音及び騒音は小さくなる。

尚、上記実施例では、分流回路（１７）内にそれぞれ１
個の分流コンデンサ（１Ｂ）及び接点（１９）を設けた
が、それぞれ容量の異なる複数の分流コンデンサ及びこ
れら分流コンデンサに接続された複数の接点を並列に設
け、分流制御回路（２０）内にそれぞれ基準電流値ＩＲ
の異なる複数の電流コンパレータを設けてもよい、この
場合、入力変動及び負荷変動の幅に応じて最適な分流率
を還択することができる。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、変換トランスの一次巻
線に並列に接続された分流回路と、出力電流に基づいて
分流回路を開閉制御する分流制御回路とを設け、出力電
流に基づいて負荷状君を判定して、軽負荷時には共振電
流を分流回路に分流させて出力電流を減少させるように
したので、スイッチング周波数の低下を抑制し且つ入出
力変動に対して出力電圧を安定化させた直列共振形ＤＣ
／ＤＣコンバータが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図はこ
の発明の実施例の動作を説明するための波形図、第３図
は従来の直列共振形ＤＣ／　ＤＣコンバータを示す回路
図、第４図は第３図の動作を説明するための波形シーゲ
ンス図である。（１）、（２）・・・トランジスタ（７）・・・共振りアクドル　（８）・・・共振コンデ
ンサ（９）・・・変換トランス　　（９ａ）・・・−次
巻線（９ｂ）・・・二次側　　　　　（１０）・・・整
流回路（１３）・・・平滑コンデンサ　（１６）・・・
周波数制御回路（１７）・・・分流回路　　　　（１８
）・・・分流コンデンサ（１９）・・接点　　　　　　
（２０）・・・分流制御回路（２１）・・・電流検出素
子（２２）・・・電流コンパレータ（２３）・・・接点駆動回路　　Ｖｏ・・・出力電圧１
ｏ・・・出力電流　　　　　ＩＲ・・・基準電流値面、
図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直流入力電源に対しオンオフを繰り返す複数のス
イッチング素子からなるブリッジ回路と、このブリッジ
回路に接続された直列共振回路と、この直列共振回路に
直列接続された変換トランスと、この変換トランスの二
次側に接続された整流回路及び平滑コンデンサと、前記
ブリッジ回路のスイッチング周波数を制御する周波数制
御回路とを備え、前記平滑コンデンサの両端から直流の
出力電流を供給する直列共振形ＤＣ／ＤＣコンバータに
おいて、前記変換トランスの一次巻線に並列に接続され
た分流回路と、前記出力電流に基づいて前記分流回路を
開閉制御する分流制御回路とを設けたことを特徴とする
直列共振形ＤＣ／ＤＣコンバータ。
（２）分流回路は、平滑コンデンサと容量の異なる分流
コンデンサと、この分流コンデンサに直列接続された接
点とを備え、分流制御回路は、出力電流を検出する電流
検出素子と、前記出力電流を基準電流値と比較する電流
コンパレータと、この電流コンパレータの出力に基づい
て前記接点を開閉する接点駆動回路とを備えたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の直列共振形ＤＣ／
ＤＣコンバータ。
（３）分流回路は、それぞれ容量の異なる複数の分流コ
ンデンサと、これら分流コンデンサにそれぞれ接続され
た複数の接点とを備え、分流制御回路は、前記各接点に
対応した複数の電流コンパレータを備えたことを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の直列共振形ＤＣ／ＤＣ
コンバータ。