JPH10150769A - フォワ−ド型dc−dcコンバ−タ - Google Patents

フォワ−ド型dc−dcコンバ−タ

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JPH10150769A
JPH10150769A JP8320954A JP32095496A JPH10150769A JP H10150769 A JPH10150769 A JP H10150769A JP 8320954 A JP8320954 A JP 8320954A JP 32095496 A JP32095496 A JP 32095496A JP H10150769 A JPH10150769 A JP H10150769A
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pulse
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inductance
switching element
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義明 松本
Yoshiaki Matsuda
善秋 松田
Masaki Oshima
正樹 大島
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

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  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力コンデンサを用いないで力率改善を行う
フォワード型コンバータに於いて、出力のインダクタン
ス電流のゼロ点を検出して、スイッチング素子をオンす
る様に周波数制御を行う事により、力率改善、高効率化
及び低ノイズ化を図ることを目的とする。 【構成】 コンバータ出力のインダクタンス9の電流を
抵抗16により検出し、比較器17でインダクタンス電
流のゼロ値を検出する。そして、比較器17の信号をパ
ルス発生器13’に供給する。パルス発生器13’はオ
ン幅一定で、インダクタンス電流がゼロになった時、オ
フからオンする様に周波数制御が行われる。周波数制御
されたパルスは、最小OFF幅制限回路18により、毎
サイクル必ずオフ幅が存在する様にして、ドライブ回路
14に供給する。ドライブ回路14は周波数制御された
駆動パルスを主スイッチング素子4に印加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、商用電源を入力と
するフォワード型DC−DCコンバータの力率改善に関
する。
【0002】
【従来技術】
(2) 従来のフォワード型DC−DCコンバータで、整流器出
力に平滑コンデンサを用いないで、力率改善を行う技術
は広く知られており、図1はその回路の一例である。又
図2では、この回路に於ける各部動作波形を示す。
【0003】図に於いて、商用電源1を入力とする全波
整流回路2の出力は、平滑コンデンサを用いないで全波
整流電圧をトランス3の1次巻線5と主スイッチング素
子4の直列回路から成るスイッチング回路に印加する。
【0004】トランス3は図のドットを巻き始めとし
て、主スイッチング素子4がONして1次巻線5に電圧
が印加された時、同極に巻かれた2次巻線6より出力に
電力を供給する様に構成されている。
【0005】トランスの2次側は、2次巻線6の巻き始
めより、主スイッチング素子4がON時に順方向となる
整流ダイオード7を通して、インダクタンス9及びコン
デンサ10から成る平滑回路を経て、負荷15に電力を
供給する。又、主スイッチング素子4がOFF時インダ
クタンス9のエネルギーを負荷15に流す様にフライホ
イルダイオード8が接続されている。
【0006】さらに、制御回路としては、誤差増幅器1
1がコンデンサ10の電圧を予め定められた基準電圧1
2に対して比較検出し、この誤差電圧を増巾してパルス
発生器13に供給する様に接続されている。
【0007】さらに、パルス発生器13は周波数一定で
PWM制御されたパルスをドライブ回路14に送り、主
スイッチング素子4を駆動する。
【0008】この様な構成に於いて、各部の動作波形は
図2のようになる。すなわち図2(c)の様なPWMパ
ルスで主スイッチング素子4を駆動すると (3) インダクタンス9の電流は図2(a)の様な鋸歯状波と
なる。
【0009】この鋸歯状波のインダクタンス電流は完全
な不連続状態となる。しかも、入力電圧半サイクルの
(全波整流電圧)の内、電圧の低い部分では、インダク
タンス電流のピーク値が低い為、不連続期間が長くな
り、電圧の高い部分では、インダクタンス電流のピーク
値が高くなるので、不連続期間が短くなる。
【0010】この為、コンバータの入力電流は、インダ
クタンス電流の平均値を包絡線で結んだ図2(d)の様
な波形と相似形となる。従って入力電流は歪みが生じ、
高調波成分を多く含んだ電流波形となる。
【0011】又、入力の全波整流電圧が出力の平均値電
圧より低い期間では、入力電流が流れないので入力力率
が悪くなる現象が生ずる。
【0012】さらに、インダクタンス電流を平均化した
直流電流(b)を負荷15に供給すると、不連続電流の
為ピーク電流が増加して、効率低下、ノイズ増大の原因
となる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
点を解決する為になされたものである。すなわち、本発
明は、インダクタンス電流がゼロになったら、直ちに主
スイッチング素子にオンパルスを印加する。この様にし
て、入力の全波整流電圧の低い期間と高い期間では、オ
ン幅は一定でオフ幅を可変する周波数制御を行う。
【0014】これによりインダクタンス電流の不連続期
間がなくなり、結果的に高力率、かつ、低ノイズ化され
たフォワード型DC−DCコンバータを、入力電解コン
デンサ無しでも実現することが出来る。
【0015】 (4)
【課題を解決する為の手段】本発明は、上記の課題を解
決する為に次の様な手段を講ずることを特徴とする。
【0016】すなわち、本発明は、商用電源を入力とす
る全波整流回路と、この全波整流回路の整流出力に直列
に接続されたトランスの1次巻線と主スイッチング回路
と、このトランスの2次巻線に、負荷に電動を供給する
向きに接続された整流用ダイオードとフライホイルダイ
オード、及び平滑用のインダクタンスとコンデンサとか
ら成る整流平滑回路と、主スイッチング素子を駆動する
制御回路とで構成される。そしてこの制御回路は、出力
電圧を検出してオン幅一定でオフ幅を可変する周波数制
御を行う事により、デューティ制御を行う。この様にし
て、負荷に安定した出力電圧を供給するフォワード型D
C−DCコンバータである。即ち、制御回路が、インダ
クタンスの電流を検出して、この電流がゼロになった時
ONパルスを供給開始する様に制御する事を特徴とする
フォワード型DC−DCコンバータである。
【0017】インダクタンスの電流を検出する手段とし
ては、平滑用コンデンサ負側とフライホイルダイオード
のアノード側に設けた抵抗にすることが好ましい。
【0018】さらに望ましくは、制御回路は、主スイッ
チング素子を制御する1サイクルの駆動パルスに、最小
OFF幅を作るためのリミッタを設けた事を特徴とす
る。
【0019】
【実施の形態】図3は本発明のフォワード型DC−DC
コンバータの一実施例回路図であり、図4はこの回路の
各部動作波形である。又、図3に於いて、図1で説明し
たものと同一部分は同じ符号を付けてある。さらに、図
1の従来技術と重複する説明は省略する。 (5)
【0020】本発明では、図1の従来回路に対して追加
した部分は次の通りである。すなわち、インダクタンス
電流検出用抵抗16によりインダクタンス電流を検出
し、比較器17により予め設定した基準値を比較し、パ
ルス発生器13’に入力する。尚、出力電圧を検出し
て、誤差増幅器11よりパルス発生器13’へ入力する
回路は従来と同じである。
【0021】すなわち、比較器17はインダクタンス電
流がゼロになった事を検出して、パルス発生器13’に
スイッチONの信号を送るように構成されている。
【0022】このようにして、パルス発生器13’は、
誤差増幅器11と比較器17の出力から、オン幅一定で
オフ幅を制御する、周波数変調されたパルスを最小OF
F幅制限回路18を通してドライブ回路14に送り、主
スイッチング素子4を駆動する。尚、最小OFF幅制限
回路により、全波整流電圧が低い期間でも、オンパルス
が連続することはない。
【0023】以上の回路構成に於いて、図4の動作波形
を用いて以下動作説明をする。
【0024】まづ、全波整流波形一周期間に於いて、駆
動パルスは図4(c)の様にON期間は一定になる様に
制御される。
【0025】そしてインダクタンス電流は主スイッチン
グ素子のON期間でリニアに立ち上り、OFF期間でリ
ニアに立ち下がるので、図4(a)の様な鋸歯状波とな
る。従って全波整流電圧の低い部分では、ピーク値は低
いので、インダクタンス電流がゼロに達する期間は短
く、全波整流電圧の高い部分では、インダクタンス電流
のピーク値は高いのでインダクタンス電流がゼロに達す
る期間は長くなる。 (6)
【0026】そして、インダクタンス電流がゼロに達す
ると駆動信号のONパルスが発生して、スイッチング素
子4をONにするので、スイッチOFF期間は、インダ
クタンス電流がゼロに達するまでの期間で設定される。
【0027】この為、全波整流電圧の低い部分ではOF
F期間は短く(従って周波数は高く)、全波整流電圧の
高い部分ではOFF期間は長く(従って周波数は低く)
なる。そして、結果的にスイッチング周波数は図4
(c)の様な波形になり、周波数制御が行われる。
【0028】この様な制御により、インダクタンス電流
は図4(a)の様に不連続期間なくなるので、インダク
タンス電流の平均値を結んだ包絡線は図4(d)の様な
正弦波状の波形となる。この結果、入力電源は高調波成
分の少ない波形にする事が出来る。
【0029】又、この様な周波数制御をしている為、出
力電圧平均値より全波整流電圧が低い期間、従って非導
通角内ではスイッチング周波数が上がり、トランス3の
励磁電流を多く流せる為、力率を向上させる事が出来
る。
【0030】又、インダクタンス電流を平均化したDC
出力電流(図4(b))を負荷に供給すると、インダク
タンス電流がゼロクロス制御される為、平均電流に対す
るピーク電流の比率が低減され、高効率かつ低ノイズ化
する事が出来る。
【0031】又、本発明の回路では、全波整流電圧の低
い期間では、理論的にOFF期間がなくなってしまい、
ONパルスが連続してパルストランスが飽和してしまう
おそれがある。従って、この問題を解決する為に、最小
OFF幅制限回路18を設け、必ず各 (7) サイクル毎に強制的にOFF期間を設ける事に構成す
る。
【0032】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の、入力整流
回路出力コンデンサレスフォワード型DC−DCコンバ
ータは、従来の方式の欠点を制御方法によって解決し
た。すなわち、インダクタンス電流を検出し、この電流
のゼロクロス点を検出してONパルスを発生させる事に
より、ON幅一定でOFF幅を制御する周波数制御を行
う事が出来、結果的に入力電流を正弦波にする事が出来
る。これにより、力率改善及び効率アップ、低ノイズ化
を図ったフォワード型DC−DCコンバータを、従来技
術に若干の回路を付加するだけで実現する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のフォワード型DC−DCコンバータの基
本回路図。
【図2】従来のフォワード型DC−DCコンバータの各
部波形。
【図3】本発明のフォワード型DC−DCコンバータの
基本回路図。
【図4】本発明のフォワード型DC−DCコンバータの
各部波形。
【符号の説明】
1 商用電源 2 全波整流器 3 トランス 4 主スイッチング素子 7,8 ダイオード 9 インダクタンス 10 出力平滑用コンデンサ (8) 11 誤差増幅器 12 基準電圧 13,13’ パルス発生器 14 ドライブ回路 15 負荷 16 インダクタンス電流検出用抵抗 17 比較器 18 最小OFF幅制限回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 商用電源を入力とする全波整流回路と、
    前記全波整流回路の全波整流出力に直列に接続された、
    トランスの1次巻線と主スイッチング素子から成るスイ
    ッチング回路と、前記トランスの2次巻線に、負荷に電
    力を供給する向きに接続された整流用ダイオ−ドとフラ
    イホイルダイオ−ド、及び平滑用のインダクタンスとコ
    ンデンサとから成る整流平滑回路と、前記主スイッチン
    グ素子を駆動する制御回路とで構成され、前記制御回路
    は、出力電圧を検出してオン幅一定で周波数制御を行う
    事によりデュ−ティ制御を行い、負荷に安定した出力電
    圧を供給するフォワ−ド型DC−DCコンバ−タに於い
    て、前記制御回路は、前記インダクタンスの電流を検出
    して、該電流がゼロになった時点で、ONパルスを供給
    開始する事を特徴とするフォワ−ド型DC−DCコンバ
    −タ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のフォワード型DC−DC
    コンバータに於いて、前記インダクタンスの電流を検出
    する手段は、前記平滑用コンデンサの負側と前記フライ
    ホイルダイオードのアノード側に設けた抵抗である事を
    特徴とするフォワード型DC−DCコンバータ。
  3. 【請求項3】請求項1又は請求項2記載のフォワード型
    DC−DCコンバータに於いて、前記制御回路は、前記
    主スイッチング素子を制御する1サイクルの駆動パルス
    毎に最小OFF幅を設けた事を特徴とするフォワード型
    DC−DCコンバータ。
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