JPS6236472B2 - - Google Patents
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- JPS6236472B2 JPS6236472B2 JP8514782A JP8514782A JPS6236472B2 JP S6236472 B2 JPS6236472 B2 JP S6236472B2 JP 8514782 A JP8514782 A JP 8514782A JP 8514782 A JP8514782 A JP 8514782A JP S6236472 B2 JPS6236472 B2 JP S6236472B2
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- JP
- Japan
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- current
- switching element
- resonant
- voltage
- circuit
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 9
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 4
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 25
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 2
- HEZMWWAKWCSUCB-PHDIDXHHSA-N (3R,4R)-3,4-dihydroxycyclohexa-1,5-diene-1-carboxylic acid Chemical compound O[C@@H]1C=CC(C(O)=O)=C[C@H]1O HEZMWWAKWCSUCB-PHDIDXHHSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
- H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は直列共振型DC−DCコンバータを使用
した定電圧電源装置に関するものである。
した定電圧電源装置に関するものである。
DC−DCコンバータは周知の如く、入力直流電
圧をその入力直流電圧値と異なつた出力の電圧値
に変換するもので、従来はスイツチング素子のオ
ン・オフ動作の時比率を制御して出力電圧を安定
化させるPWM方式が一般的であつた。しかし、
この方式は、スイツチング素子のオン・オフ時に
急峻に電圧と電流が変化するために、不要輻射雑
音や、スイツチング素子の損失が大きいという欠
点がある。上記欠点を解決する手段として、コン
デンサとコイルで構成され並列共振を利用した直
列共振型DC−DCコンバータが提案されている。
この直列共振型DC−DCコンバータは、電流波形
が正弦波となるためにスイツチング素子のオン・
オフ期間を調整することにより、スイツチング素
子のオン・オフ時に電流・電圧がほとんど零で交
差するため、スイツチング損失がきわめて少ない
上に、不要輻射も少ないという利点を有するも、
出力直流電圧を広範囲にわたつて安定化すること
ができないという問題がある。
圧をその入力直流電圧値と異なつた出力の電圧値
に変換するもので、従来はスイツチング素子のオ
ン・オフ動作の時比率を制御して出力電圧を安定
化させるPWM方式が一般的であつた。しかし、
この方式は、スイツチング素子のオン・オフ時に
急峻に電圧と電流が変化するために、不要輻射雑
音や、スイツチング素子の損失が大きいという欠
点がある。上記欠点を解決する手段として、コン
デンサとコイルで構成され並列共振を利用した直
列共振型DC−DCコンバータが提案されている。
この直列共振型DC−DCコンバータは、電流波形
が正弦波となるためにスイツチング素子のオン・
オフ期間を調整することにより、スイツチング素
子のオン・オフ時に電流・電圧がほとんど零で交
差するため、スイツチング損失がきわめて少ない
上に、不要輻射も少ないという利点を有するも、
出力直流電圧を広範囲にわたつて安定化すること
ができないという問題がある。
上記問題を改善する方法として、従来、共振回
路のコンデンサに蓄積されたエネルギーを入力直
流電源に回生する方法が提案されている。その従
来例を第１図に、そして、その動作波形図を第２
図に示す。これを説明すると、第１図において、
直列接続された２つの入力直流電源１，２の両端
子間に、オン・オフ動作を行なうトランジスタな
どの２つのスイツチング素子３，４を直列に接続
し、また、それらのスイツチング素子３，４と並
列に、それらのスイツチング素子３，４の導通方
向と反対方向に導通するように一方向性素子すな
わちダイオード５，６をそれぞれ接続し、さらに
前記入力直流電源１と２の中点と前記スイツチン
グ素子３と４の中点間に、共振用コンデンサ７と
共振用コイル８で構成された共振回路を変換トラ
ンス９の１次側巻線９ａと直列にして接続してい
る。上記変換トランス９の２次側巻線９ｂには整
流回路１０と平滑用コンデンサ１１が接続され、
その出力端子には電気的負荷１２（例えば抵抗器
など）が接続されている。
路のコンデンサに蓄積されたエネルギーを入力直
流電源に回生する方法が提案されている。その従
来例を第１図に、そして、その動作波形図を第２
図に示す。これを説明すると、第１図において、
直列接続された２つの入力直流電源１，２の両端
子間に、オン・オフ動作を行なうトランジスタな
どの２つのスイツチング素子３，４を直列に接続
し、また、それらのスイツチング素子３，４と並
列に、それらのスイツチング素子３，４の導通方
向と反対方向に導通するように一方向性素子すな
わちダイオード５，６をそれぞれ接続し、さらに
前記入力直流電源１と２の中点と前記スイツチン
グ素子３と４の中点間に、共振用コンデンサ７と
共振用コイル８で構成された共振回路を変換トラ
ンス９の１次側巻線９ａと直列にして接続してい
る。上記変換トランス９の２次側巻線９ｂには整
流回路１０と平滑用コンデンサ１１が接続され、
その出力端子には電気的負荷１２（例えば抵抗器
など）が接続されている。
以上のように構成された従来の直列共振型
DCDCコンバータの動作について、第２図の動作
波形図を参照して説明する。
DCDCコンバータの動作について、第２図の動作
波形図を参照して説明する。
今、第１図において、前記共振回路に流れる電
流をｉ(t)、共振用コンデンサ７の充電電圧をＶc
とすると、それらの動作波形は第２図に示すごと
くとなる。スイツチング素子３がオフで、スイツ
チング素子４がオンからオフになつたとき、共振
回路には回生電流が流れ始める。この回生電流が
流れている途中で、スイツチング素子３がオンと
なる時点が第２図の時刻t1であり、時刻t1から時
刻t2まで共振用コンデンサ７と共振用コイル８に
よる共振電流ｉ(t)が第１図に示す矢印方向に流
れるが、時刻t1以前に共振電流ｉ(t)と同一方向に
回生電流が流れているために、第２図に示すよう
な初期電流値Ｉa〔＝ｉ（t1）〕という零でない初
期値を有している。時刻t2でスイツチング素子３
がオンにされ、共振用コンデンサ７の充電電圧は
−Ｖ−Ｖc2からＶc1となる。そして共振用コンデ
ンサ７に蓄積されたエネルギーは、回生電流とな
り、共振用コイル８→変換トランス９の１次巻線
９ａ→ダイオード５→入力直流電源１へと回生さ
れる。この回生電流は第２図には時刻t2から時刻
t3に示されている共振電流ｉ(t)波形である。ま
た、上記期間において、充電電圧は、Ｖc1からＶ
c2へと変化している。上記回生電流が流れている
間にスイツチング素子４がオンにされるため、ス
イツチング素子４には−Ｉaという初期電流値を
有する電流が流れる。以下、スイツチング素子３
がオンにされた場合と同様の現象を呈する。電気
的負荷１２にエネルギーを与えるものは前記共振
電流と回生電流であり、それぞれが変換トランス
９を介して整流回路１０と平滑用コンデンサ１１
により整流、平滑された電圧が出力直流電圧とな
る。従つて、スイツチング素子３，４がオンとな
る時刻を変えることで、回生電流量が変えられ、
出力直流電圧を安定化させることができる。
流をｉ(t)、共振用コンデンサ７の充電電圧をＶc
とすると、それらの動作波形は第２図に示すごと
くとなる。スイツチング素子３がオフで、スイツ
チング素子４がオンからオフになつたとき、共振
回路には回生電流が流れ始める。この回生電流が
流れている途中で、スイツチング素子３がオンと
なる時点が第２図の時刻t1であり、時刻t1から時
刻t2まで共振用コンデンサ７と共振用コイル８に
よる共振電流ｉ(t)が第１図に示す矢印方向に流
れるが、時刻t1以前に共振電流ｉ(t)と同一方向に
回生電流が流れているために、第２図に示すよう
な初期電流値Ｉa〔＝ｉ（t1）〕という零でない初
期値を有している。時刻t2でスイツチング素子３
がオンにされ、共振用コンデンサ７の充電電圧は
−Ｖ−Ｖc2からＶc1となる。そして共振用コンデ
ンサ７に蓄積されたエネルギーは、回生電流とな
り、共振用コイル８→変換トランス９の１次巻線
９ａ→ダイオード５→入力直流電源１へと回生さ
れる。この回生電流は第２図には時刻t2から時刻
t3に示されている共振電流ｉ(t)波形である。ま
た、上記期間において、充電電圧は、Ｖc1からＶ
c2へと変化している。上記回生電流が流れている
間にスイツチング素子４がオンにされるため、ス
イツチング素子４には−Ｉaという初期電流値を
有する電流が流れる。以下、スイツチング素子３
がオンにされた場合と同様の現象を呈する。電気
的負荷１２にエネルギーを与えるものは前記共振
電流と回生電流であり、それぞれが変換トランス
９を介して整流回路１０と平滑用コンデンサ１１
により整流、平滑された電圧が出力直流電圧とな
る。従つて、スイツチング素子３，４がオンとな
る時刻を変えることで、回生電流量が変えられ、
出力直流電圧を安定化させることができる。
しかしながら、このような従来例においても次
のような問題がある。それは、スイツチング素子
のオン時に初期電流が存在するため、スイツチン
グ損失が発生し、輻射雑音も発生することであ
る。さらに、共振方式の本来の特性として、回生
電流が零になつた後にスイツチング素子をオンに
させる方法をとつても、結果的に共振回路に流れ
る平均電流値がほぼ等しいという現象が起る。従
つて出力直流電圧を安定化するには、回生電流が
流れている途中でスイツチング素子をオンにして
回生電流量を変えなければならない。また、スイ
ツチング素子のオン時の初期電流は、入力直流電
源電圧の変動を考えると、かなり大きな値とな
り、共振方式の特長が損なわれる。
のような問題がある。それは、スイツチング素子
のオン時に初期電流が存在するため、スイツチン
グ損失が発生し、輻射雑音も発生することであ
る。さらに、共振方式の本来の特性として、回生
電流が零になつた後にスイツチング素子をオンに
させる方法をとつても、結果的に共振回路に流れ
る平均電流値がほぼ等しいという現象が起る。従
つて出力直流電圧を安定化するには、回生電流が
流れている途中でスイツチング素子をオンにして
回生電流量を変えなければならない。また、スイ
ツチング素子のオン時の初期電流は、入力直流電
源電圧の変動を考えると、かなり大きな値とな
り、共振方式の特長が損なわれる。
本発明はスイツチング素子のオン・オフ時にも
電流・電圧が零で交差するように構成することに
より、上記問題を解決するようにしたものであ
る。
電流・電圧が零で交差するように構成することに
より、上記問題を解決するようにしたものであ
る。
本発明の動作原理としては、回路構成として回
生エネルギーを利用することに変わりはないが、
回生電流量そのものを制御するのではなく、共振
電流量を制御しようとするものである。つまり、
共振電流量を決定する要因として、共振用コンデ
ンサの初期充電電圧値（従来例の第２図において
は−Ｖc2、Ｖc2である）があり、その値を制御し
ようとするものである。
生エネルギーを利用することに変わりはないが、
回生電流量そのものを制御するのではなく、共振
電流量を制御しようとするものである。つまり、
共振電流量を決定する要因として、共振用コンデ
ンサの初期充電電圧値（従来例の第２図において
は−Ｖc2、Ｖc2である）があり、その値を制御し
ようとするものである。
本発明の一実施例を第３図に示し、その動作波
形を第４図に示す。なお、第３図において、第１
図で説明したものと同一の機能を有するものには
同一の符号を付した。第３図において１３は、共
振用コンデンサ７に並列に接続された制御コイル
である。また、１４は、２つの入力端子にそれぞ
れ電気的負荷１２に与えられる出力直流電圧と、
予め定められた基準電圧Ｅsが供給され、それら
の電圧を比較する比較回路である。１５は上記比
較回路１４の出力をパルス列に変換するパルス周
波数変調器であり、このパルス列は、次段の振り
分け回路１６により各スイツチング素子３，４に
振り分けて供給される。
形を第４図に示す。なお、第３図において、第１
図で説明したものと同一の機能を有するものには
同一の符号を付した。第３図において１３は、共
振用コンデンサ７に並列に接続された制御コイル
である。また、１４は、２つの入力端子にそれぞ
れ電気的負荷１２に与えられる出力直流電圧と、
予め定められた基準電圧Ｅsが供給され、それら
の電圧を比較する比較回路である。１５は上記比
較回路１４の出力をパルス列に変換するパルス周
波数変調器であり、このパルス列は、次段の振り
分け回路１６により各スイツチング素子３，４に
振り分けて供給される。
さらに、１７，１８はダイオード、１９，２０
は回生コイルで、それぞれ直列に接続され、上記
ダイオード１７，１８と回生コイル１９，２０
は、それぞれスイツチング素子３，４と変換トラ
ンス９の１次巻線９ａと共振用コイル８の直列接
続回路に対し並列に接続され、かつ上記ダイオー
ド１７，１８は、それぞれスイツチング素子３，
４の導通方向と反対方向に導通する向きに接続さ
れている。
は回生コイルで、それぞれ直列に接続され、上記
ダイオード１７，１８と回生コイル１９，２０
は、それぞれスイツチング素子３，４と変換トラ
ンス９の１次巻線９ａと共振用コイル８の直列接
続回路に対し並列に接続され、かつ上記ダイオー
ド１７，１８は、それぞれスイツチング素子３，
４の導通方向と反対方向に導通する向きに接続さ
れている。
以上の回路構成において、その動作を第４図の
動作波形を参照して詳細に説明する。スイツチン
グ素子３がオンにされるのが時刻t1であり、共振
電圧ｉ(t)は零から始まる。共振電流は時刻t1から
スイツチング素子３がオフになる時刻t2まで流れ
るが、その周期は、制御コイル１３と共振用コイ
ル８と共振用コンデンサ７により決定される。ま
た、時刻t2では共振用コンデンサ７の充電電圧は
−Ｖc2からＶc1に変化している。その後、先述の
従来例で説明したように回生電流が流れるが、本
発明における回生電流の経路は、共振用コンデン
サ７→回生コイル１９→ダイオード１７→入力直
流電源１へと回生される経路となる。この場合の
共振電流ｉ(t)波形は、時刻t2から時刻t″2に示さ
れているものとなる。この期間における共振用コ
ンデンサ７の充電電圧Ｖcは、制御コイル１３か
ら流れ込む制御電流ｉL(t)が多いため、充電電圧
Ｖcはさらに上昇し、制御電流ｉL(t)と回生電流と
が等しくなつた時刻t′2でピーク値をもつ。
動作波形を参照して詳細に説明する。スイツチン
グ素子３がオンにされるのが時刻t1であり、共振
電圧ｉ(t)は零から始まる。共振電流は時刻t1から
スイツチング素子３がオフになる時刻t2まで流れ
るが、その周期は、制御コイル１３と共振用コイ
ル８と共振用コンデンサ７により決定される。ま
た、時刻t2では共振用コンデンサ７の充電電圧は
−Ｖc2からＶc1に変化している。その後、先述の
従来例で説明したように回生電流が流れるが、本
発明における回生電流の経路は、共振用コンデン
サ７→回生コイル１９→ダイオード１７→入力直
流電源１へと回生される経路となる。この場合の
共振電流ｉ(t)波形は、時刻t2から時刻t″2に示さ
れているものとなる。この期間における共振用コ
ンデンサ７の充電電圧Ｖcは、制御コイル１３か
ら流れ込む制御電流ｉL(t)が多いため、充電電圧
Ｖcはさらに上昇し、制御電流ｉL(t)と回生電流と
が等しくなつた時刻t′2でピーク値をもつ。
以後、充電電圧Ｖcは、時刻t″2までは回生電流
と制御電流ｉL(t)により下降し、回生電流が零に
なつたあとの時刻t″2からスイツチング素子４が
オンにされる時刻t3までは制御電流ｉL(t)により
さらに下降して、時刻t3にはＶc2となる。共振電
流ｉ(t)は上記充電電圧Ｖc2により共振電流量が決
定されるため、時刻t3から時刻t4ではそれに応じ
た共振電流量となる。以下、同様の現象が繰返さ
れる。
と制御電流ｉL(t)により下降し、回生電流が零に
なつたあとの時刻t″2からスイツチング素子４が
オンにされる時刻t3までは制御電流ｉL(t)により
さらに下降して、時刻t3にはＶc2となる。共振電
流ｉ(t)は上記充電電圧Ｖc2により共振電流量が決
定されるため、時刻t3から時刻t4ではそれに応じ
た共振電流量となる。以下、同様の現象が繰返さ
れる。
従つて、共振電流量が共振用コンデンサ７の充
電電圧Ｖcにより決定され、前記充電電圧Ｖcは、
回生電流と制御電流ｉL(t)とにより変化させるこ
とができるため、従来例のように、回生電流の途
中でスイツチング素子をオンにして回生電流量そ
のものを形成する必要はない。よつて、共振電流
を制御するには、制御コイル１３から流れる制御
電流ｉL(t)を制御すればよい。つまり制御電流ｉ
L(t)はスイツチング素子３，４のオフ期間の長さ
に比例して増加するため、上記オフ期間を変えて
前記充電電圧値−Ｖc2、Ｖc2を出力直流電圧が安
定化するように設定すればよいことになる。
電電圧Ｖcにより決定され、前記充電電圧Ｖcは、
回生電流と制御電流ｉL(t)とにより変化させるこ
とができるため、従来例のように、回生電流の途
中でスイツチング素子をオンにして回生電流量そ
のものを形成する必要はない。よつて、共振電流
を制御するには、制御コイル１３から流れる制御
電流ｉL(t)を制御すればよい。つまり制御電流ｉ
L(t)はスイツチング素子３，４のオフ期間の長さ
に比例して増加するため、上記オフ期間を変えて
前記充電電圧値−Ｖc2、Ｖc2を出力直流電圧が安
定化するように設定すればよいことになる。
以上のように本発明は、回生電流が流れ終つた
あとでスイツチング素子をオンさせることができ
るため、常に共振電流は零から始まることにな
る。なお、前述の本発明の実施例において、変換
トランス９の実効もれインダクタンス値を共振用
コイル８のインダクタンス値と同一にすれば、共
振用コイル８を省略することもできる。さらに、
本発明の実施例においてはハーフブリツジ方式を
用いて説明を行なつたが、フルブリツジ方式にお
いても同様に実施でき、同様な効果が得られるこ
とはいうまでもない。
あとでスイツチング素子をオンさせることができ
るため、常に共振電流は零から始まることにな
る。なお、前述の本発明の実施例において、変換
トランス９の実効もれインダクタンス値を共振用
コイル８のインダクタンス値と同一にすれば、共
振用コイル８を省略することもできる。さらに、
本発明の実施例においてはハーフブリツジ方式を
用いて説明を行なつたが、フルブリツジ方式にお
いても同様に実施でき、同様な効果が得られるこ
とはいうまでもない。
第１図は従来の直列共振型DC−DCコンバータ
の基本回路構成図、第２図はその動作波形図、第
３図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第４
図は同本発明の実施例の動作波形図である。 １，２…入力直流電源、３，４…スイツチング
素子、５，６，１７，１８…ダイオード、７…共
振用コンデンサ、８…共振用コイル、９…変換ト
ランス、９ａ…１次側巻線、９ｂ…２次側巻線、
１０…整流回路、１１…平滑用コンデンサ、１２
…電気的負荷、１３…制御コイル、１４…比較回
路、１５…パルス周波数変調器、１６…振り分け
回路、１９，２０…回生コイル。
の基本回路構成図、第２図はその動作波形図、第
３図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第４
図は同本発明の実施例の動作波形図である。 １，２…入力直流電源、３，４…スイツチング
素子、５，６，１７，１８…ダイオード、７…共
振用コンデンサ、８…共振用コイル、９…変換ト
ランス、９ａ…１次側巻線、９ｂ…２次側巻線、
１０…整流回路、１１…平滑用コンデンサ、１２
…電気的負荷、１３…制御コイル、１４…比較回
路、１５…パルス周波数変調器、１６…振り分け
回路、１９，２０…回生コイル。
Claims (1)
- １ 入力直流電源に対して、少なくともオン・オ
フ動作を行なうスイツチング素子と共振用コンデ
ンサおよび変換トランスの１次側巻線を含めてな
る直列接続回路を接続し、前記変換トランスの２
次側巻線に整流・平滑回路を接続し、その出力側
に接続した電気的負荷に出力直流電圧を供給する
ように構成した直列共振型DC−DCコンバータを
具備し、かつ前記共振用コンデンサと並列に第１
のインダクタンス要素を接続し、第２のインダク
タンス要素と前記スイツチング素子の導通方向と
反対方向に導通するような一方向性素子とが直列
に接続された回路を、前記スイツチング素子と変
換トランスの１次巻線の直列接続回路に対して並
列に接続したことを特徴とする定電圧電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57085147A JPS58201574A (ja) | 1982-05-19 | 1982-05-19 | 定電圧電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57085147A JPS58201574A (ja) | 1982-05-19 | 1982-05-19 | 定電圧電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58201574A JPS58201574A (ja) | 1983-11-24 |
| JPS6236472B2 true JPS6236472B2 (ja) | 1987-08-07 |
Family
ID=13850547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57085147A Granted JPS58201574A (ja) | 1982-05-19 | 1982-05-19 | 定電圧電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58201574A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5639731A (en) * | 1987-05-22 | 1997-06-17 | Pripps Bryggerier Ab | Amino acids for the preparation of a beverage |
-
1982
- 1982-05-19 JP JP57085147A patent/JPS58201574A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58201574A (ja) | 1983-11-24 |
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