JPH0626472B2 - 直流電源装置 - Google Patents

直流電源装置

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JPH0626472B2
JPH0626472B2 JP62249612A JP24961287A JPH0626472B2 JP H0626472 B2 JPH0626472 B2 JP H0626472B2 JP 62249612 A JP62249612 A JP 62249612A JP 24961287 A JP24961287 A JP 24961287A JP H0626472 B2 JPH0626472 B2 JP H0626472B2
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清春 稲生
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健二 新居
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数のDC−DCコンバータを採用した直流
電源装置に係り、特にスイッチング周波数と同相のノイ
ズの低減に関する。
〔従来の技術〕 従来より、複数のDC−DCコンバータを用いて所定の
安定化した直流電圧Vout1,2, …,nを負荷に供給する場
合に、スイッチング周波数を同期させて使用し、ビート
の発生を防止している。また、フィルタ回路を装着して
スイッチング周波数fswに関連した信号が上流側に洩れ
るのを抑制して伝導性ノイズを低減し、併せてEMI
(electromagnetic interference)対策を行ってい
る。
しかし、DC−DCコンバータが複数になるとノイズも
増大するので、ノイズの大きさを一定値に抑えるため、
例えば実開昭57−155985号公報に開示されてい
るように、スイッチング素子を位相をずらして動作させ
る技術が知られている。
第6図はハーフブリッジ型コンバータを2台並行接続し
た装置の回路図である。図において、10はハーフブリ
ッジ型コンバータ、20は整流平滑化回路で、ハーフブ
リッジ型コンバータ10に一対一に対応して2系統あ
る。30は制御回路で、全体として入力電圧Vinを安定
化電圧Vout1,2として出力するDC−DCコンバータに
なっている。40はスイッチング周波数fswに関連した
信号成分を除去するフィルタで、ハーフブリッジ型コン
バータでは0.5 fswが基本周波数になる。
次にハーフブリッジ型コンバータ10の詳細を説明す
る。キャパシタC11の一端は入力電圧Vinの+側に接続
され、他端はキャパシタC12と接続されており、他方キ
ャパシタC12の他端は入力電圧Vinの一側に接続されて
いる。また、スイッチ素子SW11は例えばトランジスタ
で構成されており、このコレクタは入力電圧Vinの+側
に接続され、エミッタはスイッチ素子SW12のコレクタ
と接続されており、他方スイッチ素子SW12のエミッタ
は入力電圧Vinの一側に接続されている。スイッチ素子
SW11,12 のベースには制御回路30よりオンオフ制御
信号が供給される。さらに、スイッチ素子SW11,12 は
発熱するので冷却のためヒートシンクHS11,12 が取付
られており、この間には容量が形成される。この容量は
寄生容量とも呼ばれるもので、例えば40 pFになってい
る。スイッチ素子SW11,12 のコレクタとエミッタの間
に装着されたダイオードD11,12 は、電流の逆流を防止
する目的を持っている。トランスT1の一次側は、一端
がスイッチ素子SW11,12 の接続点に、他端がキャパシ
タC11,12 の接続点に結合している。トランスT1の二
次側は整流平滑化回路20に接続されて安定化電圧Vou
t1を出力する。
ハーフブリッジ型コンバータ10の第2の系統について
は、上記構成要素に付した添字11,12 をそれぞれ21,22
に読替え、トランスT1をT2に読替える。
このように構成された装置の動作を次に説明する。第7
図は信号位置を示す要部回路図、第8図は信号波形図
で、〜は制御回路30の制御信号、〜はトラン
スT1,2 の一端f1,2 の電位を示しており、目盛りはス
イッチング周波数fswに対応する時間(I/fsw)にな
っている。
ハーフブリッジ型コンバータの一方のスイッチ素子SW
11,12 は制御回路30の制御信号に従い交互にオンされ
るもので、出力信号は同相(逆相で駆動される相手のコ
ンバータとの関係でこういう)でドライブされている。
ハーフブリッジ型コンバータの他方のスイッチ素子SW
21,22 は制御回路30の制御信号に対して交互にオンさ
れるもので、出力信号が逆相で駆動されている。このよ
うにするために、スイッチ素子SW11,22 のオン可能の
区間は同じであり、これと相反する区間でスイッチ素子
SW12,21 のオンが可能になっている。この結果、トラ
ンスT1のスイッチ素子SW11,12 側の端子電圧f1
と、トランスT2のスイッチ素子SW21,22 側の端子電
圧f2とは逆相になる。
第7図に示すように、スイッチ素子SW11,12 とヒート
シンクHS1の間にはキャパシタC1が存在し、容量結
合によってスイッチング周波数の半分0.5 fswの信号I
c1がグランドに流れる。同様にして、スイッチ素子SW
21,22 ヒートシンクHS2の間にはキャパシタC2が存
在し、容量結合によってスイッチング周波数の半分0.5
fswの信号Ic2がグランドに流れる。そこで、グランド
に流れるコモン電流Icomは次式で与えられる。
Icom=Ic1+Ic2 (1) 第8図、で示すように逆相なので、コモン電流Ico
m は減少する。
第9図はon/onコンバータを二台並列接続した装置の要
部回路図である。第10図は第9図の装置の制御状態の
説明をする波形図で、(A)同相運転、(B)は逆相運
転を示している。
on/onコンバータ形式ではトランスとスイッチ素子SW
とが一対一になっている。そこで2個のコンバータを同
期運転する場合に比べて、逆相運転する場合はスイッチ
素子SWとヒートシンクHSの間の容量結合に起因する
コモン電流Icom を減少させることができる。尚、出力
信号の周波数はスイッチング周波数fswと一致してい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、コンバータの形式は次の4種類が代表的なも
のであり、実装上の理由や部品コスト並びに変換効率等
の理由から、出力容量に応じて適宜利用されている。
on/off型…50W以下 on/on型…50〜150W程度 ハーフブリッジ型…200〜300W程度 フルブリッジ型…300W程度以上 他方、電源の用途では、例えば5Vについては250W
必要で、12Vについては100W必要であるという用
途が存在する。このような場合には、各出力電圧につい
て共通のコンバータ形式とするよりも、主出力について
はハーフブリッジ型とし従出力についてはon/on型とす
るほうが望ましい。ところが、コンバータの形式が異な
るとスイッチング周波数を同一にして駆動の位相を18
0度ずらしても、ノイズの低減効果が充分に得られない
という問題点があった。
本発明はこのような問題点を解決したもので、出力容量
に応じてコンバータの形式が異なる場合でもスイッチン
グに起因するコモンモードノイズが少ない直流電源装置
を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
このような目的を達成する本発明は、一次側が直流電源
(Vin)に接続され、二次側が負荷に接続される複数の
トランス(T)と、これらトランスのそれぞれの一次側
に装着されて制御信号によってオンオフされるスイッチ
素子(S)と、これらのスイッチ素子を冷却する接地さ
れたヒートシンク(HS)と、このトランスの一次側と
前記電源の間に挿入されて前記制御信号に関連した周波
数成分を取り除くフィルタを有する直流電源装置であっ
て、次の構成としたものである。
即ち、一方のトランスについては、第1のスイッチ素子
(S11)及び第2のスイッチ素子(S12)のいずれか一
方がオンとされ若しくはいずれもオフの状態に制御され
るハーフブリッジ型コンバータを所定の動作周波数で交
互にドライブし、他方のトランスについては、第3のス
イッチ素子(S2)を有するon/onコンバータを当該動
作周波数の半分でドライブすると共に、これらコンバー
タの出力信号周波数を当該動作周波数の半分で一致させ
ると共に互いに逆相で出力する制御信号を供給する制御
回路(30)を備えている。
そして、前記スイッチ素子と容量結合によって前記ヒー
トシンクを介してグランドに流れる制御信号に関連した
周波数成分を、これらコンバータ逆相で運転することに
よって減少させたことを特徴とするものである。
〔作用〕
本発明の構成要素はつぎの作用をする。スイッチ素子と
ヒートシンクの間に容量結合が存在するので、制御信号
に関連した周波数成分がグランドに流れる。そこでハー
フブリッジ型コンバータとon/onコンバータを組み合わ
せた複数のDC−DCコンバータに対して、出力信号が
互いに逆相となるように制御信号を出力するので、グラ
ンドに流れる制御信号に関連した周波数成分が打消され
て減少する。この結果、フィルタの能力が少なくて済
む。
〔実施例〕
以下図面を用いて、本発明を説明する。
第1図は本発明の実施例を示す要部回路図で、一方がハ
ーフブリッジ型コンバータ、他方がon/onコンバータの
場合を示している。出力信号の周波数がスイッチ周波数
fswを基準とすると、ハーフブリッジ型コンバータは半
分の周波数、on/onコンバータは同一周波数になってお
り、互いに相違する。そこで、制御回路の供給する制御
信号はハーフブリッジ型コンバータを構成するスイッチ
素子SW11,12 については交互にオンすると共に、on/
onコンバータについては本来のスイッチング周波数fsw
の半分でスイッチ素子SW2を駆動する。
第2図は出力波形の説明図である。出力波形はスイッチ
ング周波数の半分0.5 fswになっている。そこで、コン
バータの間で逆相とするために、スイッチ素子SW11を
オンするタイミングでスイッチ素子SW2をオンしてい
る。
第3図は本発明の他の実施例を示す構成ブロック図であ
る。前述の実施例ではDC−DCコンバータが2個の場
合を示しているが、3個以上であっても同様にできる。
この場合には、同相駆動のDC−DCコンバータと逆相
駆動のDC−DCコンバータの2組に区分する。この区
分けは、好ましくはコモン電流Icom を最小にするよう
に選択する。例えば、Ic1>Ic2>Ic3とすると、第1
組をIc1とし、第2組をIc2及びIc3とするのが良い。
容量結合に基づく電流Icは、スイッチング周波数fsw
及びスイッチ素子SWとヒートシンクHSの間の容量で
定まる。
次に、本発明者が具体的な装置に付いて実験した結果を
示す。第4図はドライブ位相とノイズ発生量の関係図で
ある。ここでは250 WのDC−DCコンバータの二台用
いており、同相ドライブをA、逆相ドライブをBで表示
し、単体運転との比較で示している。第5図は周波数別
のノイズの測定結果で、ドライブBをドライブAと比較
すると、基本波ではノイズレベルが13dB少なくなって
おり、二次波では効果がないが、3次以上の高次波につ
いても4〜8dB減少している。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば負荷電力に応じて
ハーフブリッジ型とon/on型コンバータを並列に組み合
わせた場合に、スイッチング周波数をon/on型コンバー
タではハーフブリッジ型の半分とすると共に、その位相
を180度ずらしてドライブしているので、コモン電流
Icomが低減される共に、ノイズが低減されるので、フ
ィルタを小型化でき、部品コストが低廉で済むという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す要部回路図で、一方がハ
ーフブリッジ型コンバータ、他方がon/onコンバータの
場合を示しており、第2図は出力波形の説明図である。
第3図はその他の実施例の構成ブロック図、第4図はド
ライブ位相とノイズ発生量の関係図、第5図は実験結果
の一例である。 第6図はハーフブリッジ型コンバータを並列接続した回
路図、第7図は信号位置を示す要部回路図、第8図は信
号波形図である。第9図はon/onコンバータを並列
接続した要部回路図、第10図は第9図の装置の制御状
態の説明をする波形図である。 C……キャパシタ若しくは結合容量、HS……ヒートシ
ンク、SW……スイッチ素子、T……トランス、Icom
……コモン電流。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 靖信 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−132772(JP,A) 特開 昭53−29531(JP,A) 実開 昭57−155985(JP,U) 実開 昭60−147986(JP,U) 実開 昭59−141489(JP,U) 実開 昭60−141691(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一次側が直流電源(Vin)に接続され、二
    次側が負荷に接続される複数のトランス(T)と、これ
    らトランスのそれぞれの一次側に装着されて制御信号に
    よってオンオフされるスイッチ素子(S)と、これらの
    スイッチ素子を冷却する接地されたヒートシンク(H
    S)と、このトランスの一次側と前記電源の間に挿入さ
    れて前記制御信号に関連した周波数成分を取り除くフィ
    ルタを有する直流電源装置であって、 一方のトランスについては、第1のスイッチ素子(S1
    1)及び第2のスイッチ素子(S12)のいずれか一方が
    オンとされ若しくはいずれもオフの状態に制御されるハ
    ーフブリッジ型コンバータを所定の動作周波数で交互に
    ドライブし、 他方のトランスについては、第3のスイッチ素子(S
    2)を有するon/onコンバータを当該動作周波数の半分
    でドライブすると共に、 これらコンバータの出力信号周波数を当該動作周波数の
    半分で一致させると共に互いに逆相で出力する制御信号
    を供給する制御回路(30)を備えると共に、 前記スイッチ素子と容量結合によって前記ヒートシンク
    を介してグランドに流れる制御信号に関連した周波数成
    分を、これらコンバータを逆相で運転することによって
    減少させたことを特徴とする直流電源装置。
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