JPS6353790B2 - - Google Patents

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JPS6353790B2
JPS6353790B2 JP55061872A JP6187280A JPS6353790B2 JP S6353790 B2 JPS6353790 B2 JP S6353790B2 JP 55061872 A JP55061872 A JP 55061872A JP 6187280 A JP6187280 A JP 6187280A JP S6353790 B2 JPS6353790 B2 JP S6353790B2
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JP
Japan
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circuit
resonant
voltage
switching element
output
Prior art date
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Application number
JP55061872A
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Japanese (ja)
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JPS56159933A (en
Inventor
Katsumi Tabuchi
Masahiro Kosaka
Koichi Horigami
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は定電圧電源装置、特に直列共振型DC
―DCコンバータの出力電圧を安定化するための
制御機能を具備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
圧をその入力電圧値と異なつた出力の電圧値に変
換するもので、従来で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所望の変換を行
なう時比率制御方式のDC―DCコンバータが一般
的である。上記時比率制御方式DC―DCコンバー
タ(例えば、チヨツパ方式とかフライバツク方式
など)の欠点は、変換動作における電圧と電流の
急しゆんな変化のために不要輻射が大きいこと
と、スイツチング素子のオン・オフ動作時のスイ
ツチング損失が大きいことである。上記時比率制
御方式の欠点を大幅に改善できるものとして第1
図に示すようなコンデンサとコイルとの直列共振
を利用した直列共振型のDC―DCコンバータが提
案されている。直列共振型DC―DCコンバータ
は、変換動作における電流が正弦波波形となるた
め、不要輻射が少なくスイツチング素子のスイツ
チング損失が極めて小さくなるという特長を有す
る。しかしながら、従来から提案されている直列
共振型DC―DCコンバータは、その出力電圧を安
定に制御する手段に問題が残されており、入力電
圧と負荷の大幅な変動に対して出力を安定化する
ことが出来なかつた。 本発明は直列共振型DC―DCコンバータにおい
て、制御動作が簡単で制御範囲の広い制御機能を
もつ定電圧電源装置を提供するものである。第1
図は従来の直列共振型DC―DCコンバータの基本
的な回路構成図を示し、第2図は第1図の等価回
路図、第3図は共振回路の共振電流波形を示して
いる。第1図において、直列接続された2つの入
力直流電源1と2の両端子間にオン・オフ動作を
行なうスイツチング要素3と4が直列に接続さ
れ、上記入力直流電源の中点と上記スイツチング
素子の中点間に共振用コンデンサ5、共振用コイ
ル6、変換トランス7の1次巻線8とが直列に接
続されている。上記変換トランス7の2次巻線9
には整流回路10と平滑用コンデンサ11とが接
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。 上記のように構成された直列共振型DC―DCコ
ンバータはすでに公知のものであり、その動作の
詳細は省略するが、参考までに前記変換トランス
7の2次側回路を1次側に変換して得られる等価
回路である第2図を用いて簡単に説明する。前記
入力直流電源1と2の電圧値は等しく、その電圧
値をECとし、前記2つのスイツチング素子3と
4は1つのスイツチング素子13として等価的に
おきかえることができ、前記整流回路10、平滑
用コンデンサ11、電気的負荷12は1次側に変
換されて、それぞれ10′,11′,12′として
示されると共に2次側出力直流電圧VOはVO′とな
る。なお、第2図において第1図と同じものにつ
いては同符号を付している。上記スイツチング素
子13を入力直流電源1の方に接続すると、入力
直流電源1から前記共振用コンデンサ5、共振用
コイル6、整流回路10′、平滑用コンデンサ1
1′の方向に共振用コンデンサ5と共振用コンデ
ンサ6とで決まる正弦波電流が流れ、また、スイ
ツチング素子13を入力直流電源2の方向に接続
すると、上記電流方向とは逆方向に入力直流電源
2に向つて上記と同じ正弦波電流が流れる。上記
スイツチング素子13の切り替えを共振周波数に
一致させると第3図にすような連続した正弦波電
流が流れる。共振サイクルの1/2サイクルの時間
はπ√56となる。 ここで、C5:共振用コンデンサ5の容量値 L6:共振用コイル6のインダクタン
ス値 2次側出力直流電圧VOは第3図の正弦波電流
を整流、平滑したものであり、出力直流電圧VO
を入力直流電源、電気的負荷の変動に対して安定
化するためには上記の正弦波電流の大きさ、つま
り平均電流値を制御する必要がある。共振回路の
平均電流値は第2図の等価回路図から算出でき
る。共振回路には上記スイツチング素子13の動
作により共振周期と一致したサイクルで±ECの
電圧が印加され、出力直流電圧VO′を一定とし、
回路の等価直列損失抵抗をRと仮定すると(第2
図には表示していない)共振回路の平均電流値
IO′は、 IO′∝(EC−VO′)/R ……(1) の式で求められる。したがつて、平均電流値IO
を制御して出力直流電圧VOを安定化するために
は、(1)式より(EC−VO′)か、等価直列損失抵
抗Rを制御する必要があるが、単純に等価直列損
失抵抗Rを制御したのでは変換効率が悪くなる。
変換効率を悪くすることなく等価的に上記等価直
列損失抵抗Rつまり回路のQを制御することが考
えられる。第2図の等価回路で定常状態における
共振電流i(t)は O≦t≦π√56 α=R/2L6
The present invention relates to a constant voltage power supply, especially a series resonant DC power supply.
-Relates to a constant voltage power supply device equipped with a control function to stabilize the output voltage of a DC converter. As is well known, a DC-DC converter converts an input DC voltage into an output voltage value that is different from the input voltage value. Conventionally, a DC-DC converter converts an input DC voltage into an output voltage value that is different from the input voltage value. Conventionally, the desired conversion is achieved by controlling the duty ratio of the on/off operation of a switching element. DC-DC converters with duty ratio control are common. The disadvantages of the duty ratio control type DC-DC converter (for example, chopper type or flyback type) are that unnecessary radiation is large due to sudden changes in voltage and current during conversion operation, and the switching element is turned on and off. The switching loss during OFF operation is large. The first method that can significantly improve the shortcomings of the above-mentioned duty ratio control method is
A series resonant DC-DC converter has been proposed that utilizes series resonance between a capacitor and a coil, as shown in the figure. Series resonant DC-DC converters have the advantage that the current during the conversion operation has a sinusoidal waveform, so there is little unnecessary radiation and the switching loss of the switching elements is extremely small. However, the series resonant DC-DC converters that have been proposed in the past still have problems with the means to stably control the output voltage, and it is difficult to stabilize the output against large fluctuations in input voltage and load. I couldn't do it. The present invention provides a constant voltage power supply device in a series resonant DC-DC converter that has a control function with simple control operation and a wide control range. 1st
The figure shows a basic circuit configuration diagram of a conventional series resonant DC-DC converter, FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of FIG. 1, and FIG. 3 shows a resonant current waveform of a resonant circuit. In FIG. 1, switching elements 3 and 4 that perform on/off operations are connected in series between both terminals of two input DC power supplies 1 and 2 connected in series, and between the midpoint of the input DC power supply and the switching element. A resonance capacitor 5, a resonance coil 6, and a primary winding 8 of a conversion transformer 7 are connected in series between the midpoints. Secondary winding 9 of the conversion transformer 7
A rectifying circuit 10 and a smoothing capacitor 11 are connected to the rectifying circuit 10, and an electrical load 12 (for example, a resistor) is connected to the output terminal thereof. The series resonant DC-DC converter configured as described above is already known, and the details of its operation will be omitted, but for reference, the secondary circuit of the conversion transformer 7 will be converted to the primary circuit. This will be briefly explained using FIG. 2, which is an equivalent circuit obtained by The voltage values of the input DC power sources 1 and 2 are equal, and the voltage value is EC, and the two switching elements 3 and 4 can be equivalently replaced as one switching element 13. The capacitor 11 and the electrical load 12 are converted to the primary side and are shown as 10', 11', and 12', respectively, and the secondary output DC voltage V O becomes V O '. In FIG. 2, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals. When the switching element 13 is connected to the input DC power supply 1, the input DC power supply 1 is connected to the resonance capacitor 5, the resonance coil 6, the rectifier circuit 10', and the smoothing capacitor 1.
A sinusoidal current determined by the resonance capacitor 5 and the resonance capacitor 6 flows in the direction of 1', and when the switching element 13 is connected in the direction of the input DC power supply 2, the input DC power supply flows in the direction opposite to the current direction. The same sinusoidal current as above flows toward the point 2. When the switching of the switching element 13 is made to match the resonant frequency, a continuous sinusoidal current as shown in FIG. 3 flows. The time for 1/2 cycle of the resonance cycle is π√ 56 . Here, C 5 : Capacitance value of the resonant capacitor 5 L 6 : Inductance value of the resonant coil 6 The secondary output DC voltage V O is the rectified and smoothed sine wave current in Figure 3, and the output DC Voltage V O
In order to stabilize the input DC power supply against fluctuations in the electrical load, it is necessary to control the magnitude of the above-mentioned sine wave current, that is, the average current value. The average current value of the resonant circuit can be calculated from the equivalent circuit diagram shown in FIG. By the operation of the switching element 13, a voltage of ±EC is applied to the resonant circuit in cycles that match the resonant period, and the output DC voltage V O ' is kept constant.
Assuming that the equivalent series loss resistance of the circuit is R (second
(not shown in the diagram) Average current value of the resonant circuit
I O ′ is determined by the following formula: I O ′∝(EC−V O ′)/R (1). Therefore, the average current value I O
In order to stabilize the output DC voltage V O by controlling the Eq . If R is controlled, the conversion efficiency will deteriorate.
It is possible to equivalently control the equivalent series loss resistance R, that is, the Q of the circuit, without deteriorating the conversion efficiency. In the equivalent circuit of Figure 2, the resonant current i(t) in steady state is O≦t≦π√ 56 α=R/2L 6 ,

【式】 (VC:共振用コンデンサ5の初期充電電圧値) の式で表わされる。 (2)式で求められる共振電流の平均値が上記の平
均電流値IO′であり、(EC−VO′)≪VCの関係か
ら共振電流の電流値を制御するために上記共振用
コンデンサ5の初期充電電圧VCを制御する方法
が考えられる。 本発明の定電圧制御装置は上記の共振用コンデ
ンサ5の充電エネルギーを上記共振用コイル6に
移すか、上記共振用コンデンサ5と並列接続した
別のコイルに上記充電エネルギーを移すことによ
つて、共振用コンデンサ5の初期充電電圧値VC
を制御し、出力直流電圧VOを安定化するように
したものである。第4図に本発明の一実施例を示
す。なお、第4図において、第1図で説明したも
のと同じものについては同じ符号を付している。
前記共振用コンデンサ5の充電電圧値VCを制御
するために、共振用コンデンサ5と前記共振用コ
ンデンサ6とに並列にオン・オフ動作を行なうス
イツチング素子13を接続し、前記スイツチング
素子3と4と共に同期して制御回路によつて駆動
する。上記制御回路の構成ならびに動作について
第7図の動作波形図を参照して説明する。第4図
と第7図において、電流検出巻線14で前記変換
トランス7の1次巻線8を流れる共振電流を検出
し、同期回路15は上記電流検出巻線14の共振
電流を整流して零クロスを検出し鋸歯状波発振回
路16の発振周波数を共振電流に同期させる。第
7図のAは上記同期回路15によつて整流された
共振電流波形で、Bのaは同期回路15の出力信
号によつて同期した上記鋸歯状波発振回路16の
発振波形である。17は前記電気的負荷12の出
力直流電圧が一方の入力端子に与えられ、他方の
入力端子には予め定められた基準電圧ESが与えら
れ、それらの差電圧を増幅する誤差増幅回路で、
その出力信号〔第7図Bにbで示す〕は上記鋸歯
状波発振回路18の出力信号と比較するために比
較回路18に与えられる。上記比較回路18は鋸
歯状波発振回路16の出力信号と上記誤差増幅回
路17の出力信号とを第7図のBに示すように比
較し、一方の出力端子に第7図のDに示す信号を
出力すると共に、もう一方の出力端子に上記出力
信号を反転した第7図のCに示す信号を出力し、
ふり分け回路19に供給する。上記ふり分け回路
19はフリツプ・フロツプ回路とアンド回路など
から構成される周知の回路で、第7図Cの信号を
2個のスイツチング素子3,4を駆動するための
信号とするために第7図のEとFに示すようにふ
り分ける。上記ふり分け回路19の一方の出力端
子の信号〔第7図のE〕は前記スイツチング素子
3を駆動し、もう一方の出力端子の信号〔第7図
のF〕は前記スイツチング素子4を駆動する。ま
た、上記比較回路18の出力信号〔第7図のD〕
は前記スイツチング素子13を駆動する。 以上の回路構成において、定常状態における動
作を等価回路図を用いて説明する。上記スイツチ
ング素子3と4とがともにオフで、上記スイツチ
ング素子13がオンの時の共振回路の等価回路図
は前記共振用コンデンサ5が上記スイツチング素
子13を介して前記共振用コイル6によつて放電
される状態で第5図のaに示す通りで、その時の
共振用コンデンサ5の電圧波形vC(t)と電流波
形i(t)を第5図bに示す。上記スイツチング
素子3または4によつて構成される共振回路の共
振電流によつて上記共振用コンデンサ5に充電さ
れる充電電圧値をVC1とすると、上記スイツチ
ング素子13のオンによつて上記共振用コンデン
サ5と共振用コイル6とによつて定まる共振電流
i(t)が第5図bの点線で示すように流れ、共
振用コンデンサ5の充電電圧値は上記VC1から
低下し、時刻t2ではVC2となる。上記VC2は上
記スイツチング素子13のオン期間(t2−t1)に
よつて変化し、オン期間(t2−t1)は第7図Dの
パルス幅によつて制御される。上記時刻t2で上記
スイツチング素子13をオフにすると、上述のよ
うに共振用コンデンサ5の充電電圧値はVC2と
なり、共振用コイル6の電流値はIOである。スイ
ツチング素子13をオフすると同時に上記スイツ
チング素子3または4をオンさせるが、その時の
等価回路図を第6図に示す。第6図aはスイツチ
ング素子3がオンとなつた時の等価回路図である
が、スイツチング素子4がオンとなつた時の動作
も考え方は全く同じである。第6図aに示すよう
に、前記入力直流電源1、上記共振用コンデンサ
5、共振用コイル6と電圧VO′を有する直流電源
とによつて共振回路が作られ、共振用コンデンサ
5の初期充電電圧値はVC2、共振用コイル6の
初期電流はIOとなり、上記電圧VO′を有する直流
電源は前記変換トランス7の1次巻線8の両端子
間電圧で前記出力直流電圧VOを1次側に変換し
た値を示している。 第6図aの等価回路に示す共振電流i(t)と
上記共振用コンデンサ5の電圧波形vC(t)を第
6図bに示す。共振電流i(t)は共振用コイル
6の初期電流がIOであるから、初期値をIOとした
共振波形(点線で示す)となり、共振用コンデン
サ5の電圧波形はVC2から前述の充電電圧値VC
1と等しい大きさをもつ電圧値(−VC1)まで
充電される。上記共振電流の期間(t3−t2)は第
7図Eのパルス幅によつて制御される。第6図b
の期間(t4−t3)の動作は第5図に示した動作と
同じである。第6図bに示す共振電流を上記変換
トランス7を介して、前記整流回路10と平滑用
コンデンサ11によつて整流・平滑された電圧が
出力直流電圧VOとなる。上記共振電流の大きさ
は、上記共振用コンデンサ5の初期充電電圧値に
よつて決定されるため、入力直流電源または負荷
の変動に対して出力直流電圧を一定にするには上
記スイツチング素子13の駆動パルス幅を制御す
ればよい。 上記平滑用コンデンサ11の出力直流電圧が大
きくなろうとすると、前記誤差増幅回路17の入
力の差電圧が大きくなつて誤差増幅回路17の出
力信号レベルは第7図Bのbよりも大きくなり、
その結果、前記比較回路18の出力信号である第
7図Dのパルス幅は広くなり、上記スイツチング
素子13のオン期間が長くなつて、先に説明した
ように共振電流が小さくなり、出力直流電圧の上
昇を制限する。ここで、前記鋸歯状波発振回路1
6の発振波形〔第7図Bのa〕において、その下
位レベルは一定値に固定されており、上位レベル
は上記誤差増幅回路17の出力レベルによつて変
動する。出力直流電圧が小さくなろうとすると、
上述の動作とは逆に、上記誤差増幅回路17の出
力信号レベルは第7図Bのbよりも低下し、その
結果、上記比較回路18の出力信号である第7図
Dのパルス幅は狭くなり、上記スイツチング素子
13のオン期間は短くなつて共振電流が大きくな
り、出力直流電圧の低下を制限する。 以上のように第4図に示す本発明の実施例は、
直列共振型DC―DCコンバータに制御用のスイツ
チング素子と比較的簡単な制御回路を付加するこ
とによつて出力直流電圧を安定化出来るものであ
る。 第8図は本発明のもう一つの実施例を示す回路
接続図で、第4図で説明したものと同じ働きをす
る素子には同じ符号を付している。先の第4図に
示した実施例は、前記共振用コンデンサ5の充電
電圧値を前記共振用コイル6でもつて放電させ制
御したのに対し、第8図に示すものは上記共振用
コンデンサ5と並列に別のコイル21を接続し、
上記コイル21に上記共振用コンデンサ5の充電
電圧を放電させ制御するようにしている。第8図
では、第4図に用いた制御用のスイツチング素子
13は使用せず、制御動作は前記スイツチング素
子3と4とで行なわせている。したがつて、第4
図の比較回路18は上記スイツチング素子13を
駆動する信号を出力する出力端子を持つていた
が、第8図の比較回路20は上記の出力を持つて
いない。しかし機能は両者共全く同じである。そ
の他の回路構成は第4図と同様である。 以上の回路構成において、第8図の動作を第9
図と第10図の等価回路図を用いて説明する。第
9図は、上記スイツチング素子3と4とがオフ状
態にある時の等価回路図で、上記共振用コンデン
サ5と上記コイル21とによつて定まる共振電流
が流れ、共振用コンデンサ5の充電電圧は時刻t1
の時の値VC1から時刻t2におけるVC2まで放電
される。上記コイル21のインダクタンスを前記
共振用コイル6のインダクタンスよりも大きくし
た場合の動作波形図を第10図のbに示してい
る。時刻t2において、上記スイツチング素子3ま
たは4をオンさせると、共振用コンデンサ5には
上記のコイル21による共振電流i2(t)に加え
て、前記入力直流電源1または2によつて構成さ
れる共振回路の共振電流i1(t)が流れることと
なる。時刻t2におけるコイル21の電流値Iaとし
ている。スイツチング素子3がオンとなつた場合
の等価回路図を第10図aに示しており、上記コ
イル21による共振回路の他に上記入力直流電源
1、共振用コンデンサ5、共振用コイル6と電圧
VO′を有する直流電源とによる共振回路で示され
る。上記電圧VO′を有する直流電源は前記変換ト
ランス7の1次巻線8の両端子間電圧で出力直流
電圧を1次側に変換した値を示している。第9図
と第10図aに示す共振電流i1(t)とi2(t)、共
振用コンデンサ5の電圧波形vC(t)を第10図
bに示している。第10図aにおいて、上記共振
用コンデンサ5の初期充電電圧値はVC2であり、
上記コイル21の初期電流値はIa、上記共振用コ
イル6の初期電流値は零である。定常状態におけ
る動作を示しているため、上記VO′は一定とな
る。上記スイツチング素子3がオンとなる期間は
前記同期回路15と鋸歯状波発生回路16の動作
により第10図bに示す(t3−t2)となる。上記
共振用コンデンサ5の充電電圧は上記VC2から、
上記充電電圧値VC1と等しい大きさをもつ−VC
1まで充電される。−VC1は上記時刻t3の時では
なく時刻t4になつて達する。時刻t3からt5の期間
は第9図の等価回路による動作で先に説明した通
りで、時刻t5の上記共振用コンデンサ5の充電電
圧値は先の電圧値VC2と等しい大きさをもつ−
VC2となり、この時、上記スイツチング素子4
がオンとなる。スイツチング素子4がオン時の動
作はスイツチング素子3の場合と同様である。な
お、第10図bにおいて、点線で示す電流波形が
i1(t)であり、1点破線で示す電流波形がi2(t)
である。第10図bの点線で示す共振電流i1(t)
を上記変換トランス7を介して、前記整流回路1
0と平滑用コンデンサ11によつて整流・平滑さ
れた電圧が出力直流電圧VOとなる。上記共振電
流i1(t)の大きさは、上記スイツチング素子3
と4とのオフ期間によつて制御される。第8図に
示す制御回路の動作は第4図に示した制御回路の
動作と全く同様な制御動作を行うため、ここでの
説明は省略する。なお、上記共振電流i1(t)の
共振サイクルの1/2サイクルの時間は先のπ・√
C5・L6によつて求まる値よりも小さく、一定と
はならない。 なお、第4図,第8図では、変換トランス7を
理想的なトランスとして共振用コイル6を別に設
けたが、実際の変換トランスでは漏洩インダクタ
ンスが存在し、この値を無視することが出来な
い。従つて、この場合、変換トランス7の実効漏
洩インダクタンスが上記共振用コイル6のインダ
クタンスと同じ値になるように変換トランスの1
次の2次巻線の結合を調整することによつて上記
共振用コイル6を省略することが出来る。 また、以上の本発明の実施例ではスイツチング
素子を2個使用した、いわゆるハーフブリツジ回
路の直列共振型DC―DCコンバータについて説明
したが、その他の直列共振型DC―DCコンバータ
にも本発明は適用できることは明らかである。 以上のように本発明によれば、比較的簡単な構
成で、直列共振型DC―DCコンバータの出力電圧
を安定化することができるもので、その効果は極
めて大きいものがある。
[Formula] (V C : initial charge voltage value of resonance capacitor 5). The average value of the resonant current obtained by equation (2) is the above average current value I O ′, and from the relationship (EC−V O ′)≪V C , the above resonant current value is A method of controlling the initial charging voltage V C of the capacitor 5 can be considered. The constant voltage control device of the present invention transfers the charging energy of the resonance capacitor 5 to the resonance coil 6, or transfers the charging energy to another coil connected in parallel with the resonance capacitor 5. Initial charging voltage value of resonance capacitor 5 V C
is controlled to stabilize the output DC voltage VO . FIG. 4 shows an embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same components as those explained in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
In order to control the charging voltage value V C of the resonance capacitor 5, a switching element 13 that performs on/off operation is connected in parallel to the resonance capacitor 5 and the resonance capacitor 6, and the switching elements 3 and 4 are connected in parallel to each other. They are driven by a control circuit in synchronization with each other. The configuration and operation of the control circuit will be explained with reference to the operational waveform diagram of FIG. 7. 4 and 7, the current detection winding 14 detects the resonant current flowing through the primary winding 8 of the conversion transformer 7, and the synchronous circuit 15 rectifies the resonant current of the current detection winding 14. The zero cross is detected and the oscillation frequency of the sawtooth wave oscillation circuit 16 is synchronized with the resonant current. A in FIG. 7 is a resonant current waveform rectified by the synchronization circuit 15, and a in B is an oscillation waveform of the sawtooth wave oscillation circuit 16 synchronized by the output signal of the synchronization circuit 15. 17 is an error amplification circuit to which the output DC voltage of the electrical load 12 is applied to one input terminal, a predetermined reference voltage E S is applied to the other input terminal, and amplifies the difference voltage between them;
The output signal (indicated by b in FIG. 7B) is applied to a comparison circuit 18 for comparison with the output signal of the sawtooth wave oscillation circuit 18. The comparison circuit 18 compares the output signal of the sawtooth wave oscillation circuit 16 and the output signal of the error amplification circuit 17 as shown in FIG. 7B, and sends a signal shown in FIG. 7D to one output terminal. At the same time, output the signal shown in C in FIG. 7, which is an inversion of the above output signal, to the other output terminal,
It is supplied to the distribution circuit 19. The distribution circuit 19 is a well-known circuit composed of a flip-flop circuit, an AND circuit, etc., and in order to convert the signal shown in FIG. 7C into a signal for driving the two switching elements 3 and 4, Separate as shown in E and F in the figure. The signal at one output terminal of the distribution circuit 19 [E in FIG. 7] drives the switching element 3, and the signal at the other output terminal [F in FIG. 7] drives the switching element 4. . Also, the output signal of the comparison circuit 18 [D in FIG. 7]
drives the switching element 13. In the above circuit configuration, the operation in a steady state will be explained using an equivalent circuit diagram. The equivalent circuit diagram of the resonant circuit when the switching elements 3 and 4 are both off and the switching element 13 is on shows that the resonant capacitor 5 is discharged by the resonant coil 6 via the switching element 13. The voltage waveform v C (t) and current waveform i(t) of the resonance capacitor 5 at that time are shown in FIG. 5b. If the charging voltage value charged to the resonance capacitor 5 by the resonance current of the resonance circuit constituted by the switching element 3 or 4 is V C 1, then the switching element 13 turns on, causing the resonance to occur. The resonant current i(t) determined by the resonant capacitor 5 and the resonant coil 6 flows as shown by the dotted line in FIG . At t 2 , it becomes V C 2. The V C 2 changes depending on the on period (t 2 -t 1 ) of the switching element 13, and the on period (t 2 -t 1 ) is controlled by the pulse width shown in FIG. 7D. When the switching element 13 is turned off at the time t2 , the charging voltage value of the resonance capacitor 5 becomes V C 2 and the current value of the resonance coil 6 becomes I O as described above. When switching element 13 is turned off, switching element 3 or 4 is turned on at the same time, and an equivalent circuit diagram at that time is shown in FIG. FIG. 6a is an equivalent circuit diagram when switching element 3 is turned on, and the concept of operation when switching element 4 is turned on is exactly the same. As shown in FIG. 6a, a resonant circuit is created by the input DC power supply 1, the resonant capacitor 5, the resonant coil 6, and the DC power supply having the voltage V O ', and the initial voltage of the resonant capacitor 5 is The charging voltage value is V C 2, the initial current of the resonant coil 6 is I O , and the DC power supply having the above voltage V O ' has the output DC voltage at the voltage between both terminals of the primary winding 8 of the conversion transformer 7. It shows the value obtained by converting V O to the primary side. The resonance current i(t) shown in the equivalent circuit of FIG. 6a and the voltage waveform v C (t) of the resonance capacitor 5 are shown in FIG. 6b. Since the initial current of the resonant coil 6 is I O , the resonant current i(t) has a resonant waveform (shown by the dotted line) with the initial value of I O , and the voltage waveform of the resonant capacitor 5 changes from V C 2 to the above-mentioned waveform. The charging voltage value of V C
It is charged to a voltage value (-V C 1) having a magnitude equal to 1. The period (t 3 -t 2 ) of the resonant current is controlled by the pulse width of FIG. 7E. Figure 6b
The operation during the period (t 4 -t 3 ) is the same as that shown in FIG. The resonant current shown in FIG. 6b is rectified and smoothed by the rectifier circuit 10 and the smoothing capacitor 11 through the conversion transformer 7, and the voltage becomes the output DC voltage V O. The magnitude of the resonant current is determined by the initial charging voltage value of the resonant capacitor 5. Therefore, in order to keep the output DC voltage constant against fluctuations in the input DC power supply or load, the switching element 13 must be adjusted. The driving pulse width may be controlled. When the output DC voltage of the smoothing capacitor 11 tries to increase, the differential voltage at the input of the error amplification circuit 17 increases, and the output signal level of the error amplification circuit 17 becomes higher than b in FIG. 7B.
As a result, the pulse width of the output signal of the comparator circuit 18 shown in FIG. limit the rise of Here, the sawtooth wave oscillation circuit 1
In the oscillation waveform No. 6 [a in FIG. 7B], the lower level is fixed at a constant value, and the upper level varies depending on the output level of the error amplification circuit 17. When the output DC voltage tries to decrease,
Contrary to the above-described operation, the output signal level of the error amplification circuit 17 is lower than b in FIG. 7B, and as a result, the pulse width of the output signal of the comparator circuit 18 in FIG. As a result, the ON period of the switching element 13 becomes shorter, the resonance current becomes larger, and the drop in the output DC voltage is limited. As described above, the embodiment of the present invention shown in FIG.
By adding a control switching element and a relatively simple control circuit to a series resonant DC-DC converter, the output DC voltage can be stabilized. FIG. 8 is a circuit connection diagram showing another embodiment of the present invention, in which elements having the same functions as those explained in FIG. 4 are given the same reference numerals. In the embodiment shown in FIG. 4, the charging voltage value of the resonance capacitor 5 is discharged and controlled by the resonance coil 6, whereas in the embodiment shown in FIG. Connect another coil 21 in parallel,
The coil 21 is controlled to discharge the charging voltage of the resonance capacitor 5. In FIG. 8, the control switching element 13 used in FIG. 4 is not used, and the control operation is performed by the switching elements 3 and 4. Therefore, the fourth
The comparison circuit 18 shown in the figure has an output terminal for outputting a signal for driving the switching element 13, but the comparison circuit 20 shown in FIG. 8 does not have the above output. However, the functions of both are exactly the same. The other circuit configurations are the same as in FIG. 4. In the above circuit configuration, the operation shown in FIG.
This will be explained using the diagram and the equivalent circuit diagram in FIG. FIG. 9 is an equivalent circuit diagram when the switching elements 3 and 4 are in the off state, in which a resonant current determined by the resonant capacitor 5 and the coil 21 flows, and the charging voltage of the resonant capacitor 5 is is time t 1
It is discharged from the value V C 1 at time t 2 to V C 2 at time t 2 . An operating waveform diagram when the inductance of the coil 21 is made larger than the inductance of the resonance coil 6 is shown in FIG. 10b. At time t 2 , when the switching element 3 or 4 is turned on, the resonant capacitor 5 receives a resonance current i 2 (t) from the coil 21 as well as the input DC power supply 1 or 2. A resonant current i 1 (t) of the resonant circuit flows. The current value I a of the coil 21 at time t 2 is assumed. An equivalent circuit diagram when the switching element 3 is turned on is shown in FIG.
It is shown as a resonant circuit with a DC power supply having V O ′. The DC power supply having the above-mentioned voltage V O ' indicates a value obtained by converting the output DC voltage to the primary side with the voltage between both terminals of the primary winding 8 of the conversion transformer 7. The resonant currents i 1 (t) and i 2 (t) shown in FIGS. 9 and 10a and the voltage waveform v C (t) of the resonance capacitor 5 are shown in FIG. 10b. In FIG. 10a, the initial charging voltage value of the resonance capacitor 5 is V C 2,
The initial current value of the coil 21 is I a , and the initial current value of the resonance coil 6 is zero. Since the operation is shown in a steady state, the above-mentioned V O ' is constant. The period during which the switching element 3 is turned on becomes (t 3 -t 2 ) as shown in FIG. 10b due to the operations of the synchronization circuit 15 and the sawtooth wave generation circuit 16. The charging voltage of the resonance capacitor 5 is determined from the V C 2,
−V C with a magnitude equal to the above charging voltage value V C 1
Charged to 1. -V C 1 is reached at time t 4 instead of at time t 3 . The period from time t 3 to t 5 is as explained earlier in the operation using the equivalent circuit in FIG. 9, and the charging voltage value of the resonance capacitor 5 at time t 5 is equal to the previous voltage value V C 2. with -
V C 2, and at this time, the switching element 4
turns on. The operation when switching element 4 is on is similar to that of switching element 3. In addition, in Fig. 10b, the current waveform indicated by the dotted line is
i 1 (t), and the current waveform shown by the dotted line is i 2 (t)
It is. Resonant current i 1 (t) shown by the dotted line in Figure 10b
The rectifier circuit 1 is connected to the rectifier circuit 1 via the conversion transformer 7.
0 and the voltage rectified and smoothed by the smoothing capacitor 11 becomes the output DC voltage V O. The magnitude of the resonant current i 1 (t) is determined by the magnitude of the resonant current i 1 (t) of the switching element 3
and 4. Since the operation of the control circuit shown in FIG. 8 is completely similar to the operation of the control circuit shown in FIG. 4, the explanation here will be omitted. In addition, the time of 1/2 cycle of the resonance cycle of the above-mentioned resonance current i 1 (t) is π・√
It is smaller than the value determined by C 5 and L 6 and is not constant. In addition, in FIGS. 4 and 8, the conversion transformer 7 is assumed to be an ideal transformer, and the resonant coil 6 is provided separately, but leakage inductance exists in an actual conversion transformer, and this value cannot be ignored. . Therefore, in this case, one of the conversion transformers is adjusted so that the effective leakage inductance of the conversion transformer 7 becomes the same value as the inductance of the resonance coil 6.
By adjusting the coupling of the next secondary winding, the resonance coil 6 can be omitted. Further, in the above embodiments of the present invention, a so-called half-bridge circuit series resonant DC-DC converter using two switching elements has been described, but the present invention can also be applied to other series resonant DC-DC converters. is clear. As described above, according to the present invention, the output voltage of a series resonant DC-DC converter can be stabilized with a relatively simple configuration, and its effects are extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の直列共振型DC―DCコンバータ
の基本回路図、第2図はその等価回路図、第3図
は共振電流波形図、第4図は本発明の一実施例を
示す回路接続図、第5図a,b、第6図a,bお
よび第7図A,B,C,D,E,Fは同本発明の
実施例の動作を説明するための等価回路図とその
動作波形図、第8図は本発明の他の実施例を示す
回路接続図、第9図と第10図a,bは同本発明
の実施例の動作を説明するための等価回路図とそ
の動作波形図である。 1,2…入力直流電源、3,4,13…スイツ
チング素子、5…共振用コンデンサ、6,21…
共振用コイル、7…変換トランス、10…整流回
路、11…平滑用コンデンサ、12…電気的負
荷、14…電流検出巻線、15…同期回路、16
…鋸歯状波発振回路、17…誤差増幅回路、1
8,20…比較回路、19…ふり分け回路。
Figure 1 is a basic circuit diagram of a conventional series resonant DC-DC converter, Figure 2 is its equivalent circuit diagram, Figure 3 is a resonant current waveform diagram, and Figure 4 is a circuit connection showing an embodiment of the present invention. Figures 5a and 5b, 6a and 6b, and 7A, B, C, D, E, and F are equivalent circuit diagrams and their operations for explaining the operations of the embodiments of the present invention. A waveform diagram, FIG. 8 is a circuit connection diagram showing another embodiment of the present invention, and FIGS. 9 and 10 a and b are equivalent circuit diagrams and their operations to explain the operation of the embodiment of the present invention. FIG. 1, 2... Input DC power supply, 3, 4, 13... Switching element, 5... Resonance capacitor, 6, 21...
Resonance coil, 7... Conversion transformer, 10... Rectifier circuit, 11... Smoothing capacitor, 12... Electrical load, 14... Current detection winding, 15... Synchronous circuit, 16
...Sawtooth wave oscillation circuit, 17...Error amplification circuit, 1
8, 20...Comparison circuit, 19...Distribution circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 入力直流電源、オン・オフ動作を行なう第1
のスイツチング素子、共振用のコンデンサとイン
ダクタンス要素を含む共振回路および変換トラン
スの1次巻線とを直列に接続し、前記変換トラン
スの2次巻線に整流・平滑回路を接続し、その出
力端子に電気的負荷を接続して直流電圧を供給す
るように構成された直列共振型DC―DCコンバー
タにおいて、前記共振回路に並列に第2のスイツ
チング素子を接続し、かつ、予め定められた基準
電圧と前記電気的負荷の直流電圧とを比較・増幅
する回路の出力信号と、共振電流波形と同期して
発振する鋸歯状波発振回路の発振出力とを比較回
路で比較し、その比較回路の一方の出力端子から
得られる信号で前記第2のスイツチング素子を駆
動するとともに、前記比較回路の他方の出力端子
から得られるところの前記第2のスイツチング素
子を駆動する信号に対して反転したレベルを持つ
信号をふり分け回路を介して前記第1のスイツチ
ング素子に与えて、それを駆動し、前記電気的負
荷の直流電圧を安定化するように構成したことを
特徴とする定電圧電源装置。 2 特許請求の範囲第1項の記載において、前記
インダクタンス要素として、前記変換トランスの
実効漏洩インダクタンスを利用するようにしたこ
とを特徴とする定電圧電源装置。 3 入力直流電源、オン・オフ動作を行なうスイ
ツチング素子、共振用のコンデンサとインダクタ
ンス要素を含む共振回路および変換トランスの1
次巻線とを直列に接続し、前記変換トランスの2
次巻線に整流・平滑回路を接続し、その出力端子
に電気的負荷を接続して直流電圧を供給するよう
に構成された直列共振型DC―DCコンバータにお
いて、予め定められた基準電圧と前記電気的負荷
の直流電圧とを比較・増幅する回路の出力信号
と、共振電流波形と同期して発振する鋸歯状波発
振回路の発振出力とを比較回路で比較し、その比
較回路の出力端子から得られる信号をふり分け回
路を介して前記スイツチング素子に与えて、それ
を駆動し、前記電気的負荷の直流電圧を安定化す
るように構成したことを特徴とする定電圧電源装
置。 4 特許請求の範囲第3項の記載において、前記
共振回路は前記コンデンサに並列に接続されたコ
イルを含めて構成されていることを特徴とする定
電圧電源装置。
[Claims] 1. Input DC power source, first source for on/off operation
A switching element, a resonant circuit including a resonance capacitor and an inductance element, and a primary winding of a conversion transformer are connected in series, a rectifier/smoothing circuit is connected to the secondary winding of the conversion transformer, and the output terminal In a series resonant DC-DC converter configured to supply a DC voltage by connecting an electrical load to the resonant circuit, a second switching element is connected in parallel to the resonant circuit, and a predetermined reference voltage is connected to the resonant circuit. The output signal of the circuit that compares and amplifies the DC voltage of the electric load and the oscillation output of the sawtooth wave oscillation circuit that oscillates in synchronization with the resonant current waveform is compared by a comparison circuit, and one of the comparison circuits The signal obtained from the output terminal of the comparator circuit drives the second switching element, and has a level that is inverted with respect to the signal obtained from the other output terminal of the comparator circuit that drives the second switching element. 1. A constant voltage power supply device characterized in that a signal is applied to the first switching element via a distribution circuit to drive it and stabilize the DC voltage of the electrical load. 2. The constant voltage power supply device according to claim 1, characterized in that the effective leakage inductance of the conversion transformer is used as the inductance element. 3 Input DC power supply, switching element for on/off operation, resonance circuit including resonance capacitor and inductance element, and conversion transformer 1
The second winding of the conversion transformer is connected in series with the next winding.
In a series resonant DC-DC converter configured to supply a DC voltage by connecting a rectifier/smoothing circuit to the next winding and connecting an electrical load to its output terminal, a predetermined reference voltage and the A comparator circuit compares the output signal of a circuit that compares and amplifies the DC voltage of an electrical load with the oscillation output of a sawtooth wave oscillation circuit that oscillates in synchronization with the resonant current waveform. A constant voltage power supply device characterized in that the obtained signal is applied to the switching element via a distribution circuit to drive it and stabilize the DC voltage of the electrical load. 4. The constant voltage power supply device according to claim 3, wherein the resonant circuit includes a coil connected in parallel to the capacitor.
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