JPH0313828B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はリンギングチヨークコンバータ特に負
荷による動作周波数変動の少いこの種装置に関す
る。

＜従来の技術＞ リンギングチヨークコンバータは、構成が簡素
であり、かつその他のDC−DCコンバータでみら
れるような磁心偏磁現象の如き不度合な現象も発
生しないため、信頼性も高く、安定なコンバータ
として広く用いられてさた。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、その動作周波数は負荷電力に依
存し、軽負荷から定格負荷にて約１桁の周波数変
動が一般的に発生している。

しかも、これらを用いる電子機器においては特
定の周波数の繰返しノイズを回避すべき仕様のも
のも多く、前述した周波数変動のためリンギング
チヨークコンバータを採用し得ない場合もある。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明はかかる欠点を除き、リンギングチヨー
クコンバータの励磁巻線や出力巻線のいわゆる電
力変換に係る変成器の磁心の磁路と直交する磁場
を形成するため、前記磁心に新に巻線を施して前
記コンバータの出力電流を前記巻線に通電した後
負荷側に供給する様に構成したリンギングチヨー
クコンバータである。即ち本発明は入力電源に対
して変成器の１次側励磁巻線とスイツチング素子
の直列回路が接続され、前記スイツチング素子が
導通期間において前記変成器に磁気エネルギーを
蓄積し、非導通期間に前記変成器の２次側の出力
巻線からこれに接続される整流器の導通によつ
て、出力側に前記蓄積されたエネルギーを放出す
るDC−DCコンバータにおいて烈磁巻線によつて
形成される磁路と直交する磁場を形成する新たな
巻線を前記変成器に設けるとともに、出力電流が
前記直交する磁場を形成する新たな巻線を介して
出力端に出力されることを特徴とするリンギング
チヨークコンバータに関する。

＜作用＞ 本発明によれば、リンギングチヨークコンバー
タの電力変換に係る磁路に直交する磁場の強さ
は、負荷電流値に比例する。

また、電力変換に係る磁路方向の磁心の誘磁率
は前記直交磁場が大きくなるにつれて減少するこ
とが知られている。

これによつて本発明によるリンギングチヨーク
コンバータの電力変換に係る方向の磁心の誘磁率
は負荷電流の増大に従つて減少する。

従つて、本発明の磁心の場合には負荷電流に従
つて励磁インダクタンスＬが低下するため、入力
電圧V_io及び通電時間T_poを一定にした場合の蓄積
エネルギＥは Ｅ＝１／２LI²＝（V_ioT_po）²／2L となり明らかに増大する。従つて、動作周波数の
安定化に寄与ことができる。なお、その詳細は次
の実施例において説明する。

＜実施例＞ 第１図は本発明によるリンギングチヨークコン
バータの１実施例を示す回路図を示す。Ｐ，Ｑは
直流入力端子、Ｒ，Ｓは直流出力端子である。次
に直流−直流コンバータとしての動作機構を説明
する。変成器T₁の励磁巻線n₁と主スイツチング
素子Q₁の直列回路が直流入力端子Ｐ，Ｑに接続
され、前記励磁巻線n₁と鎖交する駆動巻線n₂及び
出力巻線n₃は第１図黒丸で示した構成をとつてい
るため、前記スイツチング素子Q₁が導通時はダ
イオードＤ１，Ｄ２共は非導通であり、変成器に
この期間の励磁エネルギＥが蓄積される。

そして、前記Q₁が非導通となると前記Ｄ１及
びＤ２が導通して前記蓄積エネルギＥはコンデン
サＣ１，Ｃ２側に放出され、この放出現象が完了
すれば再びQ₁のベースは順バイアスとなり導通
を開始し、以下同様の自励発振を繰り返す。従つ
て、Q₁の導通期間をt_po非導通期間をt_pffとすれば
本コンバータにおいては動作周期をＴ、周波数を
とすれば Ｔ＝t_po＋t_pff＝１／ ……１ の関係が成立するとともに入力電圧をV_io、出力
電圧をV₀、Ｃ１の両端電圧をV₂とすれば、変成
器のon期間及びoff期間の変化磁束量が等しいこ
とから V_iot_po／n₁＝V₂t_pff／n₂＝V₀t_pff／n₃ ……２ が成立する。

ここで、ツエナーダイオードD_z1の作用により
前記V₂の値は安定化される様本コンバータはt_po
が制御されるため式を変形した下記に示される
出力電圧V₀ V₀＝V_io・n₃／n₁・t_po／t_pff＝Const ……３ も安定化され、さらにV_ioが一定の限りではt_poと
t_pffの比は一定であることが判る。

また、Q₁の導通期間の励磁電流の最終値I_Pは励
磁巻線n₁のインダクタンス値をＬとして I_P＝V_io×t_po／Ｌ ……４ で示され、この蓄積エネルギは周波数にて繰返
されるため、この電力Ｐは Ｐ＝１／２LI_P ² ……５ で示され、またこれは放出エネルギP_putに等しい
従つて５式は前記１、２、４式から P_put＝n₁ ²・V_io ²・V₀ ²／2L（n₁V₀＋n₃V_io）×１／…
…６ として示される。

以上のことから通常のリンギングチヨークコン
バータは６式右辺の第１項は全て、定数として見
做すことができ、出力電力P_putと動作周波数は逆
比例関係にあることが了解される。

これに対して、本発明によるリンギングチヨー
クコンバータではこれまでに述べてきた励磁巻線
n₁と鎖交するn₂及びn₃に加えてこれらによつて形
成される磁束と直交する様に構成した第４の巻線
n₄を変成器T₁に施し、かつ、直流出力電流を前
記巻線n₄を介した後に負荷側に供給する様に構成
したことを特徴とする 第２図は、本発明に用いた変成器の具体的構造
例を示し、１ａ，１ｂは鉄心であり、２分割した
中空環状鉄心である。２は、励磁巻線例であり、
３は前記励磁巻線にて形成される磁束と直交する
磁束を形成する直流バイアス巻線であり、４は前
記巻線３の取出し口である。

第３図は、巻回数をＮとした巻線３に直流電流
Ｉを通電した場合の励磁巻線のインダクタンス値
L′の特性測定値を示しており、直流重畳量NIと
L′はほぼ反比例関係にあることが明らかである。

第４図は、第２図に示した変成器を本発明によ
る第１図回路に適用しリンギングチヨークコンバ
ータを構成した場合の出力電力と動作周波数特性
値と従来のリンギングチヨークコンバータの特性
値を示す。図から明らかな様に本発明によるコン
バータの動作周波数は、出力電力の大小に拘わら
ず一定であることが判る。

この理由としては、リンギングチヨークコンバ
ータは定電圧電源であることから出力電力P_putは
出力電流I_putに比例する。即ち P_put∝I_put ……７ 一方変成器の励磁インダクタンスL′は出力電流
I_putに比例するから L′∝１／I_put ……８ 前に述べた６式では下記の関係が成立するか
ら、 P_put∝１／L′・ ……９ 式７、８、９から本発明によるリンギングチヨ
ークコンバータにおいては動作周波数が一定と
なることが了解される。

＜発明の効果＞ 以上に述べた様に、本発明によれば、コンバー
タ動作に係わる磁路と直交する磁路を形成する巻
線に出力電流を重畳せしめることにより容易にリ
ンギングチヨークコンバータの動作周波数を負荷
の変動に対して一定に保つことができ、広く電子
機器用の電力変換器として使用することができ、
その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるリンギングチヨークコン
バータ回路の１実施例を示す回路図である。第２
図は本発明によるリンギングチヨークコンバータ
に用いる変成器の構造を示しａは斜視図ｂは断面
図を示す。第３図は直流重畳量に対する励磁巻線
のインダクタンス特性値を示す。第４図は本発明
によるリンギングチヨークコンバータの出力電力
に対する動作周波数特性を従来例と比較して示
す。 図において、１ａ：分割型中空環状鉄心の上
部、１ｂ：同下部，２：励磁巻線、３：直流バイ
アス巻線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力電源に対して変成器の１次側励磁巻線と
   スイツチング素子の直列回路が接続され、前記ス
   イツチング素子が導通期間において前記変成器に
   磁気エネルギーを蓄積し、非導通期間に前記変成
   器の２次側の出力巻線からこれに接続される整流
   器の導通によつて、出力側に前記蓄積されたエネ
   ルギーを放出するDC−DCコンバータにおいて励
   磁巻線によつて形成される磁路と直交する磁場を
   形成する新たな巻線を前記変成器に設けるととも
   に、出力電流が前記直交する磁場を形成する新た
   な巻線を介して出力端に出力されることを特徴と
   するリンギングチヨークコンバータ。