JPS61258671A - 直列共振コンバ−タ - Google Patents

直列共振コンバ−タ

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JPS61258671A
JPS61258671A JP9899785A JP9899785A JPS61258671A JP S61258671 A JPS61258671 A JP S61258671A JP 9899785 A JP9899785 A JP 9899785A JP 9899785 A JP9899785 A JP 9899785A JP S61258671 A JPS61258671 A JP S61258671A
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▲榊▼原 一彦
Kazuhiko Sakakibara
Yutaka Kuwata
豊 鍬田
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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」 この発明は直列共振回路とこれを直列に接続された整流
回路と半導体スイッチとを備え、直流電力を直流電力に
変換して負荷へ供給する直列共振コンバータに関する。
「従来の技術」 直列共振コンバータはインダクタ及びキャパシタの直列
共振回路ど、その直列共振回路と直列に接続された整流
回路と、バイポーラトランジスタ(あるいはMOS)ラ
ンジスタ)、ダイオードなどの半導体スイッチとで構成
される。その半導体スイッチを流れる共振電流は自然消
弧し、半導体スイッチを強制的にオフする必要がないた
め、スイッチング損失が原理的に存在せず、従って高周
波化が容易であり、装置の無騒音化や小形、軽量化の効
果が期待できる。さらに出力特性が本質的に定電流特性
であるため、過負荷や負荷短絡が起っても装置の作護が
容易であるという特徴をもっている。
第3図は従来の直列共振コンバータを示す(例えばW8
Me MurraY −’l’he thyristo
r electronictransformer a
 power converter using a 
high −frequency 1ink  、  
IEEETrans on IGA 、 NO4。
p451)。第4図は第3図の各部の動作波形である。
第3図におい丁半導体スイッチ11をオンすると、直流
電源12より半導体スイッチ11−整流回路13−負荷
14(キャパシタ15)−整流回路13−キャパシタ1
6−インダクタ17を通って直流電源12に戻る直列共
振電流’s(実線)が第4図A己示すように流れる。イ
ンダクタ17のインダクタンスを10、キャパシタ16
のキャパシタンスなC11%キャパシタ15のキャパシ
タン−14tC@tとするとC,t>>C,とされであ
るから、i8は流れはじめてからπシーQ−後t:第4
図Aに示すように零となり、その時のキャパシタ16の
電圧が出力電圧(負荷14の電圧)voと直流型@12
の電圧旦との和より大きいと、今度は逆方向にダイ第−
ド21を通じて点線で示すように電流11が流れる。こ
の共振電流i:もインダクタ17とキャパシタ16との
直列共振電流で半周期はπf石]7である。これにとも
なって整流回路13を通してフィルタ用のキャパνり1
5::電流i、が第4図Bに示すように流れる。
つぎに半導体スイッチ18をオンにすると、第4図Aに
示すように電流i、(実線)が直流電源19よりインダ
クタ17−キャパシタ16−整流回路13−負荷14(
キャパVり15)−整流回路13−半導体スイッチ18
を通して直流電源19に戻るように流れ、一旦零になっ
た後ダイオード22を通じて電流i8が流れる。これら
の電流は整流回路i3を通してフィルタ用のキャパシタ
15を充電する電流i、となり、負荷14に直流電圧を
供給する。
−〜 上述のように半導体スイッチ11.18に流れる電流は
直列共振電流であるから、これら半導体スインf11.
18はオンしてから時間πs/17ス5−の後には電流
が零となるため、これら半導体スイッチ11.18に流
れている電流を強制的に切る必要はなく、従って本質的
にスイッチング損失が存在せず、高周波動作が可能であ
る。
ところでこの従来のコンバータにおいて、整流回路13
を通して負荷側へ伝達される電荷量はキャパシタ16の
電圧変化から計算できる。定常状態では第4図Cの電圧
波形においてV、、=V、;と考えられるから半サイク
ル当りの移動電荷I QoはQO=CG ((V11+
V1! )+(Vtx−Vtx ))=2CeV1g・
・・・・・・・・・・・・・・(1)である。ここでV
llは共振電流が流れる前のキャパシタ16の電圧、v
llは次に共振電流が流れる前のキャパシタ16の電圧
、vllはキャパシタ16のピーク電圧である。動作周
波数、すなわち半導体スイッチ11.18を交互にオン
する周波数なfとすると、電流i、の平均値1.は I、 = QO/1/2 f = 4 CoVl、 f
   ・・・・・・・・・(2)となる。定常状態では
フィルタキャパシタ15の電圧は一定値であるから、電
流I8はすべて負荷14へ供給される。負荷14の抵抗
値をRとすると出力電圧v0は V0= R−1,=(4C,V、、 f )−R−・−
・−・(3)「発明が解決しようとする問題点」 (3)式から直流電圧v0の制御はC0* V1!又は
fのいずれかを制御することにより可能である。C0を
連続的に制御することは現在のところ困難である。
またvl、は定常状態ではトランジスタ11.18とそ
れぞれ並列のダイオード21又は22を通して帰還電流
i:又はi;が流れるので直流電源12゜19でクラン
プされ、Eとなり直流型I!A12.19の電圧を変え
ないと制御できない。従って一般にV、を〒定に保持す
るための電圧制御は動作周波数fを制御することにより
行っている。
しかじの)式かCわかるようにRの値が増加した場合に
はfの値は減少しfが可聴周波数となり、騒音が発生す
るという問題点があった。また動作周波数が負荷変化と
ともに変化することになり雑音対策が困難であった。
この発明の目的は無負荷から全負荷まで定電圧制御を行
う場合、動作周波数の変化範囲を少なくするとともに、
最低動作周波数をクランプできる「間軸点を解決するた
めの手段」 この発明は直列共振回路と直列に、共振用キャパνり、
共振用インダクタを並列に接続した並列共振回路を接続
し、その並列共振回路の共振周波数を直列共振回路より
低く選び、直列共振コンバータの動作周波数下限値を並
列共振回路の共振周波数にクランプする。このようにし
て従来の直列共振コンバータでは、出力電圧を無負荷か
ら全負荷まで定電圧制御するための動作周波数の下限値
をクランプすることができなかったが、この発明では下
限周波数をクランプすることができる。
「実施例」 !J1図はこの発明の第1の実施例を示す回路図である
。この例において並列共振回路23がインダクタ24と
キャパシタ25とで構成され、この並列共振回路23は
、キャパシタ16及びインダクタ17の直列共振回路2
6と直列に接続されている。その池、第3図と同一符号
は同一部分を示す。
並列共振回路23のインダクタ24のインダクタンスを
ノ3.キャパシタ25のキャパシタンスなCsとすれば
、並列共振回路23の共振周波数fs=V2 /π/J
石]7を、インダクタ17及びキャパシタ16で構成さ
れる直列共振回路26の共振周波数fo ;V2/π/
Vノ。C0より低く設定し、fsをコンバータの最低動
作周波数とする。直列共振回路26のインピーダンスは
共振周波数fsの点で最大となり動作川波数がf、より
高くなるとインピーダンスは急減する。
今、第1図において半導体スイッチ11をオンすると、
直流電源12から半導体スイッチ11−整流回路13−
負荷14(キャバνり15) −Ill。
流口路13−キャパνり16−インダクタ17−並列共
振回路23のループで電流五〇が流れ、負荷14に電力
が供給される。並列共振回路23を通る電流18の周期
は半導体スイッチ11と18を交互にオン、オフさせる
周期、すなわち動作周期となり、大きさは回路のインピ
ーダンス、従って動作周波数によって変わる。動作周波
数が並列共振回路23の共振周波数より充分に大きい場
合には並列共振回路23のインピーダンスは十分に低い
ため電流18の周期は第3図に示した従来例と同じくほ
ぼ1/2/π/V−61−−である。動作周波数が並列
共振回路23の共振周波数に近づくと並列共振回路23
のインピーダンスが急増するため11は急激に減少する
。
次に半導体スイッチ18をオンすると直流電源19−を
列共振回路23−インダクタ17−キャパシタ16−整
流回路13−負荷14(キャパシタ15)−整流回路1
3−半導体スイッチ18を通して共振電流l、が流れる
。電流i、の値も前記の場合と同様、動作周波数によっ
て変化する。
これで1サイクルの動作が終了する。並列共振回路23
のインピーダンスは動作周波数が共振周波数f、から離
れているときは小さいが、fsに近づくと急激に増加す
る。従ってfs付近においては動作周波数をわずかに変
えることにより、共振電流11、すなわち出力電圧を制
御することができる。
82図はこの発明の第2の実施例を示す回路図で、直流
入力と出力を絶縁するためにトランスな使った直列共振
コンバータにこの発明を応用したものである。すなわち
トランス27の1次側1を直列共振回路26と直列に接
続し、トランス27の2次側は整流回路13の交流側端
子と接続する。
さらにトランス27の1次側と直列に並列共振回路23
を接続する。つまり直列共振回路23と整流回路13と
はトランス27を介して直列に接続される。
この第2の実施例による動作は第1図に示した第1の実
施例6:よる動作と同一であるため説明は省略する。こ
の第2の実施例によれば入力側と出力側とを絶縁でき、
トランス27の巻数比nL/nsにより出力電圧を自由
に設定できる。
「発明の効果」 以上説明したようにこの発明は並列共振回路を整流回路
の交流側端子と直列に接続したので、負荷電流の変化に
対して動作周波数の変化範囲を狭くすることができ、直
列共振コンバータを可聴領域外で動作させることが可能
である。従ってバイポーラトランジスタ、MOS)ラン
ジスタ等の高周波動作の可能な半導体スイッチを使った
コンバータにこの発明を適用すれば、可聴領域以上の局
波数で動作させることが可能となり、無騒音で大容量の
装隨が実現できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例を示す回路図、第2図
はこの発明のW12の実施例を示す図、第3・  図は
従来の直列共振コンバータを示す回路図、第4図は第3
図の動作を示す波形図である。 11.18:半導体スイッチ、12.19:直流電源、
13:整流回路、14:負荷、15゜16.25:キャ
パシタ、17.24:インダクタ、21.22:ダイオ
ード、23:並列共振回路、26:直列共振回路。 特許出願人  日本電信電話味式会社 代  理  人   草  野     卓ヤ1回 才 2回

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)共振用キャパシタ及び共振用インダクタよりなる
    直列共振回路と整流回路の交流側端子とが直列に接続さ
    れ、この直列共振回路と整流回路との直列回路に、複数
    の半導体スイッチをオンオフ制御して直流電源より正電
    流と負電流とを交互に流し、前記整流回路から直流電圧
    を得る直列共振コンバータにおいて、 共振用キャパシタと共振用インダクタを並列に接続した
    並列共振回路が前記直列共振回路と直列に接続され、 かつその並列共振回路の共振周波数は前記直列共振回路
    の共振周波数より低く選定されていることを特徴とする
    直列共振コンバータ。
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