JPH0438171A - 電流共振コンバータ - 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】 ［概　要〕 通信機器その他において、スイッチング回路に形成され
た共振回路を介して生成されるスイッチング電流により
、入力直流電圧を所望の直流電圧に変換して供給する電
流共振コンバータに関し、スイッチングノイズおよびス
イッチング損失を低減できることを目的とし、 中間タップに直流電源から与えられる電圧を受電するイ
ンダクタと、一次巻線がインダクタの一方の端子に直列
接続されるトランスと、トランスの一次巻線を介して直
流電源から与えられる電圧を断続し、交流電圧に変換す
る断続手段と、トランスの二次側に直列接続され、得ら
れた交流電圧を整流するダイオードと、ダイオードに直
列接続され、その整流出力を平滑して負荷に出力するコ
ンデンサと、インダクタの他方の端子と直流電源のアー
ス線との間に接続され、インダクタの両端間に形成され
る漏れインダクタ、トランスの一次二次側間に形成され
る漏れインダクタおよびコンデンサと直列共振回路を構
成するコンデンサと、コンデンサに並列に逆方向接続さ
れ、インダクタの励磁エネルギーを吸収するダイオード
とを備えて構成される。

〔産業上の利用分野〕 本発明は、通信機器その他において、スイッチング回路
に形成された共振回路を介して生成されるスイッチング
電流により、入力直流電圧を所望の直流電圧に変換して
供給する電流共振コンバータに関する。

〔従来の技術〕

フォワードコンバータは、シリーズレギュレータに比べ
て電圧変換に伴う電力損失が少なく、高効率の電源とし
て広く使用されている。

第６図は、従来のフォワードコンバータの構成例を示す
図である。

図において、直流電源から与えられる電圧は、インダク
タ６１を介して直列接続されたトランス６２の一次巻線
およびＦＥＴ６３に与えられ、ＦＥＴ６３のスイッチン
グ動作によって交流電圧に変換される。トランス６２の
二次側では、一次側から伝達された交流電圧が、直列接
続されたダイオード６４およびコンデンサ６５によって
整流・平滑され、所定の直流電圧として出力される。な
お、インダクタ６１およびトランス６２の一次巻線はそ
れぞれ中間タップを有し、上述の接続では、それぞれ中
間タップと一方の端子間が使用され、直流電源線側にそ
れぞれの中間タップが接続される。また、インダクタ６
１の他方の端子に直列に逆方向接続されたダイオード６
６は、ＦＥ７６３がオン状態からオフ状態に変化したと
きに、インダクタ６１に誘起される逆電圧によってオン
となり、インダクタ６１に蓄積された励磁エネルギーを
吸収する。さらに、トランス６２の一次巻線の他方の端
子に直列に逆方向接続されたダイオード６７は、ＦＥＴ
６３がオン状態からオフ状態に変化したときに、トラン
ス６２に誘起される逆電圧によってオンとなり、トラン
ス６２に蓄積された励磁エネルギーを吸収する。このよ
うにスイッチング周期毎にインダクタ６１およびトラン
ス６２に蓄積される励磁エネルギーが吸収されることに
より、動作が安定化されかつ定電圧動作が行われる。な
お、ＦＥＴ６３は、パルス幅制御方式により与えられる
所定のスイッチング制御信号によってスイッチング動作
を行う。また、インダクタ６１の巻線およびトランス６
２の一次巻線の方向は、いずれも中間タップを挟む両端
間において一定である。さらに、参照番号６８は直流電
源を示し、参照番号６９は負荷を示す。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、このような従来例構成のフォワードコンバー
タでは、第７図に示すように、ＦＥＴ６３の端子間電圧
の波形（以下、「スイッチング電圧波形」という。）■
。、およびＦＥＴ６３に流れる電流の波形（以下、「ス
イッチング電流波形」という。）ＩＤＳが、その立ち上
がり時および立ち下がり時に急峻に変化する。したがっ
て、スイッチングによって生成される交流電力には多く
の高調波成分が含まれ、この高調波成分がノイズとして
放射される。また、スイッチング電流波形とスイッチン
グ電圧波形は、その立ち上げ・立ち下げ時間がほぼ同じ
であり、また同時に変化するために、ＦＥＴ６３に電力
損失が発生する。

本発明は、スイッチングノイズおよびスイッチング損失
を低減できる電流共振コンバータを提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の原理構成図である。

第１図（ａ）は、請求項１に記載の発明を示す。

図において、インダクタ１１は、中間タップに直流電源
から与えられる電圧を受電する。

トランス１２は、一次巻線がインダクタ１１の一方の端
子に直列接続される。

断続手段１３は、トランス１２の一次巻線を介して直流
電源から与えられる電圧を断続し、交流電圧に変換する
。

ダイオード１４は、トランス１２の二次側に直列接続さ
れ、得られた交流電圧を整流する。

コンデンサ１５は、ダイオード１４に直列接続され、そ
の整流出力を平滑して負荷に出力する。

コンデンサ１６は、インダクタ１１の他方の端子と直流
電源のアース線との間に接続され、インダクタ１１の両
端間に形成される漏れインダクタ、トランス１２の一次
・二次側間に形成される漏れインダクタおよびコンデン
サ１５と直列共振回路を構成する。

ダイオード１７は、コンデンサ１６に並列に逆方向接続
され、インダクタ１１の励磁エネルギーを吸収する。

第１図（ｂ）は、請求項２に記載の発明を示す。

図に示す電流共振コンバータは、請求項１記載の電流共
振コンバータにおいて、ダイオード１７がコンデンサ１
５に並列に逆方向接続される。

平滑回路１８は、コンデンサ１５と負荷との間に接続さ
れ、励磁エネルギーによりダイオード１７をオンとする
インダクタを含む。

〔作　用］ 本発明では、コンデンサ１６、インダクタ１１の両端間
に形成される漏れインダクタ、トランス１２の一次側・
二次側間に形成される漏れインダクタおよびコンデンサ
１５により直列共振回路が構成される。

断続手段１３を流れるスイッチング電流は、この直列共
振回路の共振電流によって生成され、スイッチング電流
波形は正弦波状となる。また、スイッチング電流波形は
、スイッチング電圧波形が低レベルの期間に、急激な変
化を伴わずに立ち上がり、立ち下がる。

したがって、スイッチングノイズおよびスイッチング損
失を低減することができる。

また、請求項１に記載の電流共振コンバータでは、断続
手段１３がオン状態からオフ状態になった時に、インダ
クタ１１に誘起される逆電圧によりダイオード１７がオ
ンとなるので、コンデンサ１６の電荷が初期設定される
。請求項２に記載の電流共振コンバータでは、断続手段
１３がオン状態からオフ状態になった時に、ダイオード
１７が平滑回路に含まれるインダクタの励磁エネルギー
によってオンとなるので、コンデンサ１５の電荷が初期
設定される。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説
明する。

第２図は、請求項１に記載の発明に対応する実施例を示
す図である。

図において、直流電源から入力電圧が与えられる電源端
子はインダクタ１１の中間タップに接続され、インダク
タ１１の一方の端子はインダクタ２１を介してトランス
１２の一次巻線の中間タップに接続される。トランス１
２の一次巻線の一方の端子は、ＦＥＴ２２を介して直流
電源のアース端子に接続される。トランス１２の二次巻
線の両端は、直列接続されたダイオード１４およびコン
デンサ１５に接続される。コンデンサ１５の両端は、直
列接続されたインダクタ２３およびコンデンサ２４に接
続される。コンデンサ２４の両端は、出力端子に接続さ
れる。一方、インダクタ１１の他方の端子は、逆方向接
続されたダイオード１７を介して、直流電源のアース端
子に接続される。

ダイオード１７の両端には、コンデンサ１６が並列に接
続される。トランス１２の一次巻線の他方の端子は、逆
方向接続のダイオード２５を介して、直流電源のアース
端子に接続される。なお、インダクタ１１の巻線および
トランス１２の一次巻線の方向は、いずれも中間タップ
を挟む両端間において一定である。

本発明の特徴とする構成は、本実施例では、入力端にイ
ンダクタ１１が配置され、コンデンサ１６、インダクタ
１１の両端間に形成される漏れインダクタ２６、インダ
クタ２１、トランス１２の一次側と二次側との間に形成
される漏れインダクタ２７およびコンデンサ１５により
直列共振回路が構成される点にある。なお、ＦＥＴ２２
およびそのゲートに周波数制御方式によるスイッチング
制御信号を与える周波数制御部は、断続手段１３に対応
する。また、本実施例回路では、インダクタ２３および
コンデンサ２４によって平滑回路が構成される。

以下に、本実施例回路の動作を説明する。

本実施例回路では、上述の直列共振回路の共振電流によ
ってスイッチング電流が生成され、第３図の実測動作波
形に示すように、そのスイッチング電流波形ＩＤＳが正
弦波状となる（■）。また、スイッチング電流波形■。

、は、スイッチング電圧波形Ｖ１１Ｓが低レベルの期間
に急激な変化を伴わずに立ち上がり、立ち下がる（■、
■）。なお、第３図において、（ａ）は実測された動作
波形を示し、（ｂ）では第３図（ａ）の一部を横軸（時
間軸）方向に拡大して示す。

このように、本実施例によれば、スイッチングノイズお
よびスイッチング損失が少ない電流共振コンバータを構
成することができる。

第４図は、請求項２に記載の発明に対応する実施例を示
す図である。

図において、第２図に示す実施例回路との相違点は、ダ
イオード１７がコンデンサ１５に並列に逆方向接続され
た点にある。なお、インダクタ２３およびコンデンサ２
４は、平滑回路１８に対応する。

本実施例回路では、ＦＥＴ２２がオン状態からオフ状態
になった時に、インダクタ２３の励磁エネルギーによっ
てダイオード１７がオンとなるので、コンデンサ１５に
蓄積された電荷がスイッチング周期毎に固定される。

第５図は、本発明の他の実施例を示す図である。

図において、第２図に示す実施例回路との相違点は、コ
ンデンサ１５に並列に逆方向接続されたダイオード２８
を設けた点にある。本実施例回路では、スイッチング周
期毎にインダクタ１１の励磁エネルギーがダイオード１
７によって吸収され、かつインダクタ２３の励磁エネル
ギーによってダイオード２８がオンとなる。したがって
、コンデンサ１５．１６に蓄積された電荷がスイッチン
グ周期毎に固定される。

なお、第２図、第４図および第５図に示す何れの回路に
おいても、インダクタ１１および漏れインダクタ２６．
２７が所定の共振条件を満足する値であれば、インダク
タ２１は不要である。また、第２図に示す回路では、コ
ンデンサ１５に負荷が直結された状態において、所定の
共振条件が満足され、かつ負荷の許容リップル電圧その
他の負荷条件が満足できるならば、インダクタ２３およ
びコンデンサ２４から構成される平滑回路は不要である
。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、入力端に配置された
インダクタの中間クソブの両端間に形成される漏れイン
ダクタにより直列共振回路を構成し、スイッチングノイ
ズおよびスイッチング損失が少ない電流共振コンバータ
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２図は請求項１に記載の発明に対応する実施例を示す
図、 第３図は本実施例の動作波形を示す図、第４図は請求項
２に記載の発明に対応する実施例を示す図、 第５図は本発明の他の実施例を示す図、第６図は従来の
フォワードコンバータの構成例を示す図、 第７図は従来のフォワードコンバータの動作波形を示す
図である。 ２６．２７は漏れインダクタ、 ６８は直流電源、 ６９は負荷である。 図において、 １１．２１．２３．６１はインダクタ、１２．６２はト
ランス、 １３は断続手段、 １４．１７．２５．２８．６４．６６．６７はダイオー
ド、 １５．１６．２４．６５はコンデンサ、１８は平滑回路
、 ２２．６３はＦＥＴ。 （ａ）　　請求項１に記載の発明 （ｔ））請求項２に記載の発明 本発明の原理構成図 第　　１　　図 請求項１に記載の発明に対応する実施例を示す図第　　
２　　図 本発明の他の実施例を示す図 第 図 第 図 従来のフォワードコンバータの構成例を示す図第 図 従来のフォワードコンバータの動作波形を示す図第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）中間タップに直流電源から与えられる電圧を受電
   するインダクタ（１１）と、 一次巻線が前記インダクタ（１１）の一方の端子に直列
   接続されるトランス（１２）と、前記トランス（１２）
   の一次巻線を介して前記直流電源から与えられる電圧を
   断続し、交流電圧に変換する断続手段（１３）と、 前記トランス（１２）の二次側に直列接続され、得られ
   た交流電圧を整流するダイオード（１４）と、 前記ダイオード（１４）に直列接続され、その整流出力
   を平滑して負荷に出力するコンデンサ（１５）と、 前記インダクタ（１１）の他方の端子と前記直流電源の
   アース線との間に接続され、前記インダクタ（１１）の
   両端間に形成される漏れインダクタ、前記トランス（１
   ２）の一次・二次側間に形成される漏れインダクタおよ
   び前記コンデンサ（１５）と直列共振回路を構成するコ
   ンデンサ（１６）と、 前記コンデンサ（１６）に並列に逆方向接続され、前記
   インダクタ（１１）の励磁エネルギーを吸収するダイオ
   ード（１７）と を備えたことを特徴とする電流共振コンバータ。
2. （２）請求項１記載の電流共振コンバータにおいて、ダ
   イオード（１７）をコンデンサ（１５）に並列に逆方向
   接続し、 前記コンデンサ（１５）と負荷との間に接続され、励磁
   エネルギーにより前記ダイオード（１７）をオンとする
   インダクタを含む平滑回路（１８）を備えた ことを特徴とする電流共振コンバータ。