JP4879813B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、並列運転する複数の直列共振コンバータの出力を整流平滑化して、直列に加算した高電圧を負荷に供給するスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply apparatus that rectifies and smoothes outputs of a plurality of series resonant converters that are operated in parallel and supplies a high voltage added in series to a load.
各種の負荷に定電圧又は定電流を供給するスイッチング電源装置が知られており、大電流を必要とする負荷に対しては、複数のＤＣ／ＤＣコンバータからなる構成とし、それぞれを並列運転し、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を並列に負荷に供給し、各ＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流を均等となるように制御して、負荷に大電流を供給する構成が一般的である。又高電圧を必要とする例えばキセノン・フラッシュランプや海底ケーブル給電装置等の負荷に対しては、複数のＤＣ／ＤＣコンバータからなる構成とし、それぞれを並列運転し、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を加算することにより、負荷に高電圧を供給する構成が一般的である。又ＤＣ／ＤＣコンバータは、各種の構成があり、例えば、共振型コンバータが知られている。この共振型コンバータとして、直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータと並列共振型コンバータとがあり、直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータは、或る程度の定電流特性を有するものであり、これに対して並列共振型コンバータは、或る程度の定電圧特性を有するものである。 Switching power supply devices that supply a constant voltage or a constant current to various loads are known. For a load that requires a large current, a configuration including a plurality of DC / DC converters, each of which is operated in parallel, In general, the output current of each DC / DC converter is supplied to a load in parallel, the current supplied by each DC / DC converter is controlled to be equal, and a large current is supplied to the load. For loads that require high voltage, such as xenon flash lamps and submarine cable power feeders, etc., a configuration consisting of a plurality of DC / DC converters, each of which is operated in parallel, and the output voltage of each DC / DC converter. In general, a high voltage is supplied to the load by adding. Moreover, the DC / DC converter has various configurations, and for example, a resonant converter is known. As this resonance type converter, there are a series resonance type DC / DC converter and a parallel resonance type converter, and the series resonance type DC / DC converter has a certain constant current characteristic, and in contrast to this, parallel resonance The type converter has a certain constant voltage characteristic.
又複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列運転する場合、同一構成のＤＣ／ＤＣコンバータであれば、それぞれの分担が同一となるように制御できる構成が必要である。そこで、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列運転し、負荷に安定化した直流電圧を供給するスイッチング電源装置に於いては、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータが分担して負荷に供給する電流を検出し、相互に通知することにより、電流バランス状態となるように制御する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。又複数のＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれの出力電圧を検出して相互に通知し、出力電圧の差がなくなるようにスイッチング制御して、負荷バランスをとる構成も提案されている（例えば、特許文献２参照）。又複数のスイッチング電源装置を並列運転し、自スイッチング電源装置の供給電流検出値と他のスイッチング電源装置の供給電流検出値とを比較して、負荷に供給する電流のバランスをとる電流バランス回路も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
負荷に高電圧を供給するスイッチング電源装置として、複数の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータを設けて、各出力電圧を加算する構成が知られており、例えば、図５は、２個の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータによりスイッチング電源装置を構成した従来例を示し、Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２は直流電源、ＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷ１０〜ＳＷ４０は電界効果トランジスタ等のスイッチング素子、Ｐ１〜Ｐ４，Ｐ１０〜Ｐ４０はスイッチング素子のオン、オフを制御するゲートドライバ、Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１０〜Ｄ４０は寄生ダイオード等のダイオード、Ｃ１，Ｌ１，Ｃ１０，Ｌ１０は直列共振用のコンデンサ及びインダクタンス、Ｔ１，Ｔ１０はトランス、ｎ３，ｎ３０は一次巻線、ｎ４，ｎ５，ｎ４０，ｎ５０は二次巻線、Ｒ３，Ｒ４，Ｒ３０，Ｒ４０は抵抗、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１０，Ｂ２０は整流平滑回路、Ｃ２，Ｃ３，Ｃ２０，Ｃ３０，Ｃ３１はコンデンサ、Ｒ４１〜Ｒ４４は抵抗を示す。 As a switching power supply for supplying a high voltage to a load, a configuration in which a plurality of series resonance type DC / DC converters are provided and output voltages are added is known. For example, FIG. The conventional example which comprised the switching power supply device with the DC / DC converter is shown, Vdc1 and Vdc2 are DC power supplies, SW1 to SW4 and SW10 to SW40 are switching elements such as field effect transistors, and P1 to P4 and P10 to P40 are switching elements. Gate drivers for controlling on and off, D1 to D4, D10 to D40 are diodes such as parasitic diodes, C1, L1, C10, and L10 are capacitors and inductances for series resonance, T1 and T10 are transformers, and n3 and n30 are primary Winding, n4, n5, n40, n50 are secondary windings, R3, R4, R30, R4 Shows resistance, B1, B2, B10, B20 rectifying smoothing circuit, C2, C3, C20, C30, C31 are capacitors, the R41~R44 resistance.
なお、ゲートドライバＰ１〜Ｐ４，Ｐ１０〜Ｐ４０を制御する制御回路は図示を省略しているが、例えば、抵抗Ｒ４４の両端の電圧（負荷に印加する電圧）を検出して、設定値となるように、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷ１０〜ＳＷ４０のオン、オフを制御する構成とすることができる。又抵抗Ｒ４１〜Ｒ４４は、出力電圧測定用として接続した場合を示し、例えば、１００ＭΩとする。その中の抵抗Ｒ４４は負荷に相当する。又直流電源Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２は、商用交流電源の交流電圧を整流平滑化して直流電圧を出力する構成とする場合が一般的である。又トランスＴ１，Ｔ１０は、１個の一次巻線ｎ３，ｎ３０に対してそれぞれ同一巻数の２個の二次巻線ｎ４，ｎ５，ｎ４０，ｎ５０を有し、それぞれに整流平滑回路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１０，Ｂ２０を接続し、それぞれの出力電圧を加算するように直列に接続して抵抗Ｒ４４として示す負荷に高電圧を供給する。 Although the control circuit for controlling the gate drivers P1 to P4 and P10 to P40 is not shown, for example, the voltage at both ends of the resistor R44 (voltage applied to the load) is detected and set to the set value. In addition, the on / off of the switching elements SW1 to SW4 and SW10 to SW40 can be controlled. Resistors R41 to R44 indicate a case where they are connected for measuring output voltage, and are set to 100 MΩ, for example. The resistor R44 among them corresponds to a load. The DC power supplies Vdc1 and Vdc2 are generally configured to output a DC voltage by rectifying and smoothing an AC voltage of a commercial AC power supply. The transformers T1 and T10 have two secondary windings n4, n5, n40, and n50 having the same number of turns with respect to one primary winding n3 and n30, respectively. B10 and B20 are connected, connected in series so as to add the respective output voltages, and a high voltage is supplied to a load shown as a resistor R44.
フルブリッジ接続のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４とコンデンサＣ１とインダクタンスＬ１とにより、一方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの主要部を構成し、同様に、フルブリッジ接続のスイッチング素子ＳＷ１０〜ＳＷ４０とコンデンサＣ１０とインダクタンスＬ１０とにより、他方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの主要部を構成している。なお、直列共振としては、トランスＴ１，Ｔ１０の一次巻線のインダクタンス成分も利用することになる。このような直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータを含むスイッチング電源装置に於いて、一方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータと他方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの回路素子の特性が全く同一の理想状態の場合は、各整流平滑回路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１０，Ｂ２０の出力電圧は同一となるから、抵抗Ｒ４１の両端の電圧に対して、抵抗Ｒ４２の両端の電圧は２倍となり、又抵抗Ｒ４３の両端の電圧は３倍となり、又抵抗Ｒ４４の両端の電圧は４倍となる。しかし、実際には、各回路素子は、許容誤差範囲内で素子定数にばらつきがある為、整流平滑回路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１０，Ｂ２０の出力電圧が相違することになり、一方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータと他方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータとの負荷分担が不均一となる問題がある。 The full-bridge connection switching elements SW1 to SW4, the capacitor C1, and the inductance L1 constitute the main part of one series resonance type DC / DC converter. Similarly, the full-bridge connection switching elements SW10 to SW40 and the capacitor C10 The main part of the other series resonance type DC / DC converter is constituted by the inductance L10. As the series resonance, the inductance component of the primary winding of the transformers T1 and T10 is also used. In such a switching power supply including a series resonance type DC / DC converter, the characteristics of the circuit elements of one series resonance type DC / DC converter and the other series resonance type DC / DC converter are exactly the same. In this case, since the output voltages of the rectifying / smoothing circuits B1, B2, B10, and B20 are the same, the voltage at both ends of the resistor R42 is doubled with respect to the voltage at both ends of the resistor R41, and the voltage at both ends of the resistor R43. The voltage is tripled and the voltage across resistor R44 is quadrupled. However, in actuality, each circuit element has a variation in element constant within an allowable error range, so that the output voltages of the rectifying and smoothing circuits B1, B2, B10, and B20 are different. There is a problem that the load sharing between the DC / DC converter and the other series resonant DC / DC converter is non-uniform.
例えば、直列共振用のコンデンサＣ１，Ｃ１０は、一般的には、±５％程度の許容誤差を含むものであり、コンデンサＣ１を８０ｎＦ、コンデンサＣ１０を８５ｎＦとし、一方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータと他方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータとの他の回路素子はそれぞれ同一の素子定数とし、且つ直流電源Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２の電圧を同一の３８０Ｖとして、シミュレーションした結果、図６に示すように、コンデンサＣ１を含む一方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流と、コンデンサＣ１０を含む他方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流とは、（ａ），（ｂ）に示すようにピーク値が相違し、抵抗Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３，Ｒ４４の両端の電圧ＶＲ４１，ＶＲ４２，ＶＲ４３，ＶＲ４４は、それぞれ６３２．５Ｖ，１２６５Ｖ，１６０８Ｖ，１９５１Ｖとなった。従って、整流平滑回路Ｂ１０の出力電圧は、抵抗Ｒ４１の両端の電圧ＶＲ１は６３２．５Ｖ、整流平滑回路Ｂ２０の出力電圧も同一の６３２．５Ｖとなるが、整流平滑回路Ｂ１，Ｂ２のそれぞれの出力電圧は、３４３Ｖとなった。このように、出力電圧が異なることから、一方と他方との直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷分担は不平衡となる問題がある。 For example, the series resonance capacitors C1 and C10 generally include a tolerance of about ± 5%, the capacitor C1 is 80 nF, the capacitor C10 is 85 nF, and one series resonance type DC / DC converter. And other circuit elements of the other series resonance type DC / DC converter have the same element constants and the DC power supplies Vdc1 and Vdc2 have the same voltage of 380 V. As a result of simulation, as shown in FIG. The current flowing through one series resonant DC / DC converter including C1 and the current flowing through the other series resonant DC / DC converter including capacitor C10 have peak values as shown in (a) and (b). The voltages VR41, VR42, VR43, VR44 across the resistors R41, R42, R43, R44 are different from each other. 32.5V, became 1265V, 1608V, and 1951V. Accordingly, the output voltage of the rectifying / smoothing circuit B10 is 632.5V for the voltage VR1 across the resistor R41, and the same output voltage for the rectifying / smoothing circuit B20 is 632.5V. The voltage was 343V. Thus, since the output voltages are different, there is a problem that the load sharing of the series resonance type DC / DC converter between one and the other becomes unbalanced.
又一方の直流電源Ｖｄｃ１の電圧が３８０Ｖ、他方の直流電源Ｖｄｃ２の電圧が３９０Ｖの場合に、他の回路素子の素子定数は総て同一とした場合のシミュレーション結果は、図７に示すように、直流電源Ｖｄｃ１の電圧（３８０Ｖ）を入力する一方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流は、（ｃ）に示すものとなり、直流電源Ｖｄｃ２の電圧（３９０Ｖ）を入力する他方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流は、（ｄ）に示すものとなった。その場合の抵抗Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３，Ｒ４４の両端の電圧ＶＲ４１，ＶＲ４２，ＶＲ４３，ＶＲ４４は、それぞれ５４７Ｖ，１０９６Ｖ，１５２０Ｖ，１９４４Ｖとなった。従って、整流平滑回路Ｂ１０，Ｂ２０，Ｂ１，Ｂ２の出力電圧は、それぞれ５４７Ｖ，５４９Ｖ，４２４Ｖ，４２４Ｖとなり、前述の回路素子の素子定数のばらつきの場合と同様に、直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧が相違する場合も、各整流平滑回路Ｂ１０，Ｂ２０，Ｂ１，Ｂ２の出力電圧にばらつきが発生することにより、各直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷分担が不平衡となる問題がある。 Further, when the voltage of one DC power supply Vdc1 is 380V and the voltage of the other DC power supply Vdc2 is 390V, the simulation results when all the circuit constants of the other circuit elements are the same are as shown in FIG. The current flowing in one series resonance type DC / DC converter that inputs the voltage (380V) of the DC power supply Vdc1 is as shown in (c), and the other series resonance type DC that inputs the voltage (390V) of the DC power supply Vdc2. The current flowing through the DC converter was as shown in (d). In this case, the voltages VR41, VR42, VR43, and VR44 across the resistors R41, R42, R43, and R44 are 547V, 1096V, 1520V, and 1944V, respectively. Accordingly, the output voltages of the rectifying / smoothing circuits B10, B20, B1, and B2 are 547 V, 549 V, 424 V, and 424 V, respectively, and, as in the case of the variation in the element constants of the circuit elements described above, the series resonant DC / DC converter Even when the input voltages are different, there is a problem that the load sharing of each series resonance type DC / DC converter becomes unbalanced due to variations in the output voltages of the rectifying and smoothing circuits B10, B20, B1, and B2.
本発明は、前述の従来例の問題点を解決することを目的とし、簡単な構成を付加することにより、複数の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷分担を平衡させるものである。 An object of the present invention is to solve the problems of the conventional example described above, and to balance the load sharing of a plurality of series resonance type DC / DC converters by adding a simple configuration.
本発明のスイッチング電源装置は、複数のスイッチング素子によるスイッチング出力電圧を、直列共振回路を介してトランスの一次巻線に印加し、このトランスの二次巻線の誘起電圧を整流平滑回路により整流平滑化する直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータを複数並列運転するスイッチング電源装置に於いて、前記並列運転する複数の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれの前記直列共振回路と前記トランスの一次巻線との間に、相互に磁気的に結合させたコモンモードチョークコイルを設けた構成を有するものである。 The switching power supply device of the present invention applies a switching output voltage by a plurality of switching elements to a primary winding of a transformer via a series resonance circuit, and rectifies and smoothes an induced voltage of the secondary winding of the transformer by a rectifying and smoothing circuit. In a switching power supply apparatus for operating a plurality of series resonant DC / DC converters in parallel, the series resonant circuit of each of the plurality of series resonant DC / DC converters operated in parallel and a primary winding of the transformer A common mode choke coil magnetically coupled to each other is provided between them.
又直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータを３個以上設けて、それぞれ２個を組とした直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれの前記直列共振回路を介した電流を、相互に磁気的に結合させたコモンモードチョークコイルに流れるように接続した構成を備えることができる。又トランスは、複数の二次巻線を備え、それらの二次巻線にそれぞれ整流平滑回路を接続し、各整流平滑回路の整流平滑出力電圧を直列加算して負荷に供給する接続構成を備えることができる。 Further, three or more series resonance type DC / DC converters are provided, and the currents through the series resonance circuits of the series resonance type DC / DC converters, each of which is a set of two, are magnetically coupled to each other . A configuration may be provided in which the common mode choke coil is connected to flow. The transformer includes a plurality of secondary windings, connected respectively rectifying smoothing circuit to those of the secondary winding comprises a connection arrangement for supplying a load a rectified smoothed output voltage of the rectifying and smoothing circuit in series adds be able to.
複数の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷分担を、コモンモードチョークコイルを接続する比較的簡単な構成により、バランスさせることができるから、スイッチング電源装置としての効率を向上することができる。 Since the load sharing of the plurality of series resonance type DC / DC converters can be balanced by a relatively simple configuration in which a common mode choke coil is connected, the efficiency as a switching power supply device can be improved.
本発明のスイッチング電源装置は、図１を参照して説明すると、複数のスイッチング素子（ＳＷ１〜ＳＷ４），（ＳＷ１０〜ＳＷ４０）によるスイッチング出力電圧を、直列共振回路（Ｃ１，Ｌ１），（Ｃ１０、Ｌ１０）を介してトランス（Ｔ１），（Ｔ１０）の一次巻線（ｎ３），（ｎ３０）に印加し、それぞれのトランス（Ｔ１），（Ｔ１０）の二次巻線（ｎ４，ｎ５），（ｎ４０，ｎ５０）の誘起電圧を整流平滑回路（Ｂ１，Ｂ２），（Ｂ１０，Ｂ２０）により整流平滑化する直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータを複数並列運転するスイッチング電源装置であって、前記並列運転する複数の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれの前記直列共振回路（Ｃ１，Ｌ１），（Ｃ１０、Ｌ１０）と前記トランス（Ｔ１），（Ｔ１０）の一次巻線（ｎ３），（ｎ３０）との間に、相互に磁気的に結合させたコモンモードチョークコイル（ＣＭＣ）を設けた構成を有するものである
The switching power supply device according to the present invention will be described with reference to FIG. 1. The switching output voltages of the plurality of switching elements (SW1 to SW4) and (SW10 to SW40) are converted into series resonant circuits (C1, L1), (C10, L10) is applied to the primary windings (n3), (n30) of the transformers (T1), (T10), and the secondary windings (n4, n5), ( n40, n50) is a switching power supply device that operates in parallel a plurality of series resonant DC / DC converters that rectify and smooth the induced voltage of rectifying and smoothing circuits (B1, B2), (B10, B20), and performs the parallel operation. Each of the series resonant circuits (C1, L1), (C10, L10) and the transformers (T1), (T10) primary of a plurality of series resonant DC / DC converters Line (n3), and has a structure in which a magnetically coupled common mode choke coil was (CMC) to each other between the (n30)
図１は、本発明の実施例１の説明図であり、Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２は直流電源、ＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷ１０〜ＳＷ４０は電界効果トランジスタ等のスイッチング素子、Ｐ１〜Ｐ４，Ｐ１０〜Ｐ４０はスイッチング素子のオン、オフを制御するゲートドライバ、Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１０〜Ｄ４０は寄生ダイオード等のダイオード、Ｃ１，Ｌ１，Ｃ１０，Ｌ１０は直列共振用のコンデンサ及びインダクタンス、Ｔ１，Ｔ１０はトランス、ｎ３，ｎ３０は一次巻線、ｎ４，ｎ５，ｎ４０，ｎ５０は二次巻線、Ｒ３，Ｒ４，Ｒ３０，Ｒ４０は抵抗、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１０，Ｂ２０は整流平滑回路、Ｃ２，Ｃ３，Ｃ２０，Ｃ３０，Ｃ３１はコンデンサ、Ｒ４１〜Ｒ４４は抵抗、ＣＭＣはコモンモードチョークコイル、ｎ５１，ｎ５２はコイルを示す。
FIG. 1 is an explanatory diagram of
なお、図５に示す構成と同様に、ゲートドライバＰ１〜Ｐ４，Ｐ１０〜Ｐ４０を制御する制御回路は図示を省略しているが、例えば、抵抗Ｒ４４の両端の電圧を検出して、設定値となるように、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷ１０〜ＳＷ４０のオン、オフを制御する構成とすることができる。又抵抗Ｒ４１〜Ｒ４４は、出力電圧測定用として接続した場合を示し、例えば、１００ＭΩとする。その中の抵抗Ｒ４４は高電圧を供給する負荷に相当する。実際の負荷に高電圧を供給する場合は、抵抗Ｒ４１〜Ｒ４３は省略することができる。又直流電源Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２は、商用交流電源の交流電圧を整流平滑化して直流電圧を出力する構成とする場合が一般的である。又トランスＴ１，Ｔ１０は、１個の一次巻線ｎ３，ｎ３０に対してそれぞれ２個の二次巻線ｎ４，ｎ５，ｎ４０，ｎ５０を有し、それぞれに整流平滑回路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１０，Ｂ２０を接続し、それぞれの出力電圧を加算するように直列に接続して抵抗Ｒ４４として示す負荷に高電圧を供給する。なお、それぞれ１個の二次巻線或いは３個以上の二次巻線を設けた構成とすることも可能であり、それぞれの二次巻線に整流平滑回路を接続し、整流出力電圧を直列加算した状態で負荷に供給する。 As in the configuration shown in FIG. 5, the control circuit for controlling the gate drivers P1 to P4 and P10 to P40 is not shown, but for example, the voltage at both ends of the resistor R44 is detected to obtain the set value. As such, the on / off of the switching elements SW1 to SW4 and SW10 to SW40 can be controlled. Resistors R41 to R44 indicate a case where they are connected for measuring output voltage, and are set to 100 MΩ, for example. The resistor R44 among them corresponds to a load for supplying a high voltage. When supplying a high voltage to an actual load, the resistors R41 to R43 can be omitted. The DC power supplies Vdc1 and Vdc2 are generally configured to output a DC voltage by rectifying and smoothing an AC voltage of a commercial AC power supply. The transformers T1 and T10 have two secondary windings n4, n5, n40, and n50 for one primary winding n3 and n30, and rectifying and smoothing circuits B1, B2, B10, and B20, respectively. Are connected in series so as to add the respective output voltages, and a high voltage is supplied to a load shown as a resistor R44. Each secondary winding or three or more secondary windings may be provided. A rectifying / smoothing circuit is connected to each secondary winding, and the rectified output voltage is connected in series. Supply the load in the added state.
又フルブリッジ接続のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４とコンデンサＣ１とインダクタンスＬ１とにより、一方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの主要部を構成し、同様に、フルブリッジ接続のスイッチング素子ＳＷ１０〜ＳＷ４０とコンデンサＣ１０とインダクタンスＬ１０とにより、他方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの主要部を構成した場合を示す。なお、直列共振としては、トランスＴ１，Ｔ１０の一次巻線のインダクタンス成分及びコモンモードチョークコイルＣＭＣのコイルｎ５１，ｎ５２のインダクタンス成分も利用することになる。このコモンモードチョークコイルＣＭＣの一方のコイルｎ５１を、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の接続点とトランスＴ１の一次巻線ｎ３との間に接続し、コモンモードチョークコイルＣＭＣの他方のコイルｎ５２を、スイッチング素子ＳＷ３０、ＳＷ４０の接続点とトランスＴ１０の一次巻線ｎ３０との間に接続する。 The full-bridge connection switching elements SW1 to SW4, the capacitor C1, and the inductance L1 constitute the main part of one series resonance type DC / DC converter. Similarly, the full-bridge connection switching elements SW10 to SW40 and the capacitor C10. And a case where the main part of the other series resonance type DC / DC converter is configured by the inductance L10. As the series resonance, the inductance components of the primary windings of the transformers T1 and T10 and the inductance components of the coils n51 and n52 of the common mode choke coil CMC are also used. One coil n51 of the common mode choke coil CMC is connected between the connection point of the switching elements SW3 and SW4 and the primary winding n3 of the transformer T1, and the other coil n52 of the common mode choke coil CMC is connected to the switching element. It connects between the connection point of SW30 and SW40 and the primary winding n30 of the transformer T10.
従来例と同様に、一方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータと他方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータとの回路素子の特性が全く同一の理想状態の場合は、各整流平滑回路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１０，Ｂ２０の出力電圧は同一となるから、抵抗Ｒ４１の両端の電圧に対して、抵抗Ｒ４２の両端の電圧は２倍となり、又抵抗Ｒ４３の両端の電圧は３倍となり、又抵抗Ｒ４４の両端の電圧は４倍となる。そこで、一方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータのコンデンサＣ１の容量を８０ｎＦ、他方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータのコンデンサＣ１０の容量を８５ｎＦとし、他の回路素子の素子定数を同一とし、又一方と他方との直流電源Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２の電圧を、それぞれ同一の３８０Ｖとして、シミュレーションした結果を図２に示す。 As in the conventional example, when the characteristics of the circuit elements of one series resonance type DC / DC converter and the other series resonance type DC / DC converter are exactly the same, each rectification smoothing circuit B1, B2, B10 , B20 have the same output voltage, the voltage across the resistor R42 is twice the voltage across the resistor R41, the voltage across the resistor R43 is tripled, and the voltage across the resistor R44. The voltage is quadrupled. Therefore, the capacitance of the capacitor C1 of one series resonance type DC / DC converter is 80 nF, the capacitance of the capacitor C10 of the other series resonance type DC / DC converter is 85 nF, and the element constants of the other circuit elements are the same. FIG. 2 shows the simulation results when the voltages of the DC power supplies Vdc1 and Vdc2 of the other are set to the same voltage of 380V.
即ち、一方と他方との直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流は、図６と比較すれば明らかなように、同一の波形となり、抵抗Ｒ４１〜Ｒ４４の電圧ＶＲ４１〜ＶＲ４４は、ＶＲ４１＝４７５Ｖ，ＶＲ４２＝９５０Ｖ，ＶＲ４３＝１４５０Ｖ，ＶＲ４４＝１９４８Ｖとなった。従って、整流平滑回路Ｂ１０の出力電圧は４７５Ｖ、整流平滑回路Ｂ２０の出力電圧は４７５Ｖ、整流平滑回路Ｂ１の出力電圧は５００Ｖ、整流平滑回路Ｂ２の出力電圧は４９８Ｖとなり、図６について説明した従来例に比較して、負荷分担が均等化されることが判る。 That is, the current flowing in the series resonance type DC / DC converter of one and the other has the same waveform as is apparent from comparison with FIG. 6, and the voltages VR41 to VR44 of the resistors R41 to R44 are VR41 = 475V, VR42 = 950V, VR43 = 1450V, VR44 = 1948V. Therefore, the output voltage of the rectifying / smoothing circuit B10 is 475V, the output voltage of the rectifying / smoothing circuit B20 is 475V, the output voltage of the rectifying / smoothing circuit B1 is 500V, and the output voltage of the rectifying / smoothing circuit B2 is 498V. It can be seen that the load sharing is equalized.
又一方の直流電源Ｖｄｃ１の電圧を３８０Ｖ、他方の直流電源Ｖｄｃ２の電圧を３９０Ｖとし、他の回路素子の素子定数は総て同一とした場合のシミュレーション結果を、図３に示す。この場合、直流電源Ｖｄｃ１の電圧（３８０Ｖ）を入力する一方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流と、直流電源Ｖｄｃ２の電圧（３９０Ｖ）を入力する他方の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流とは、殆ど同一波形となり、又抵抗Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３，Ｒ４４の両端の電圧ＶＲ４１，ＶＲ４２，ＶＲ４３，ＶＲ４４は、それぞれ４７４．８Ｖ，９４９．７Ｖ，１４３１Ｖ，１９１３Ｖとなった。従って、整流平滑回路Ｂ１０，Ｂ２０，Ｂ１，Ｂ２の出力電圧は、それぞれ４７４．９Ｖ，４７４．９Ｖ，４８１．３Ｖ，４８２Ｖとなり、前述の回路素子の素子定数のばらつきの場合と同様に、直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧が相違する場合も、各整流平滑回路Ｂ１０，Ｂ２０，Ｂ１，Ｂ２の出力電圧は略同一となり、均等な負荷分担となる。従って、複数の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータからなるスイッチング電源装置の効率を向上することが可能となる。 FIG. 3 shows a simulation result when the voltage of one DC power supply Vdc1 is 380 V, the voltage of the other DC power supply Vdc2 is 390 V, and the element constants of the other circuit elements are all the same. In this case, the current flowing in one series resonance type DC / DC converter that inputs the voltage (380V) of the DC power supply Vdc1 and the other series resonance type DC / DC converter that inputs the voltage (390V) of the DC power supply Vdc2. The current has almost the same waveform, and the voltages VR41, VR42, VR43, and VR44 across the resistors R41, R42, R43, and R44 are 474.8V, 949.7V, 1431V, and 1913V, respectively. Accordingly, the output voltages of the rectifying / smoothing circuits B10, B20, B1, and B2 are 474.9 V, 474.9 V, 481.3 V, and 482 V, respectively, and in the same way as in the case of variation in the element constants of the circuit elements described above, series resonance Even when the input voltages of the type DC / DC converters are different, the output voltages of the rectifying and smoothing circuits B10, B20, B1, and B2 are substantially the same, and the load sharing is even. Therefore, it is possible to improve the efficiency of the switching power supply device including a plurality of series resonance type DC / DC converters.
図４は、本発明の実施例２の要部説明図であり、ＤＣＳは直流電源、ＳＲ１〜ＳＲ４は直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＣＭ１〜ＣＭ４はコモンモードチョークコイル、Ｔ１１〜Ｔ１４はトランス、ＲＥＣ１〜ＲＥＣ４は整流平滑回路、Ｃ１１〜Ｃ１５はコンデンサ、ＲＬは負荷を示す。直流電源ＤＣＳは、４個の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータＳＲ１〜ＳＲ４に対して共通化した構成の場合を示すが、図１に示す場合と同様にそれぞれ直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータＳＲ１〜ＳＲ４対応の別個の構成とすることも可能である。又通常の直流電源と同様に、図示を省略している商用交流電源の交流電圧を整流平滑化する構成とすることができる。又直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータＳＲ１〜ＳＲ４は、図１に示す構成と同様なスイッチング素子と直列共振用のコンデンサとインダクタンスとを含む構成とすることができる。 FIG. 4 is an explanatory diagram of the main part of the second embodiment of the present invention, in which DCS is a DC power source, SR1 to SR4 are series resonant DC / DC converters, CM1 to CM4 are common mode choke coils, T11 to T14 are transformers, REC1 to REC4 are rectifying / smoothing circuits, C11 to C15 are capacitors, and RL is a load. The direct current power source DCS shows a common configuration for the four series resonance type DC / DC converters SR1 to SR4. Like the case shown in FIG. 1, the series resonance type DC / DC converters SR1 to SR4 are respectively used. A corresponding separate configuration is also possible. Further, similarly to a normal DC power supply, the AC voltage of a commercial AC power supply (not shown) can be rectified and smoothed. The series resonance type DC / DC converters SR1 to SR4 may include a switching element, a series resonance capacitor, and an inductance similar to those shown in FIG.
又コモンモードチョークコイルＣＭ１〜ＣＭ４は、それぞれ直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータＳＲ１〜ＳＲ４間の電流バランスを図ることができるように、直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータＣＭ１〜ＣＭ４とトランスＴ１１〜Ｔ１４の一次巻線との間に接続する。又トランスＴ１１〜Ｔ１４の二次巻線に整流平滑回路ＲＥＣ１〜ＲＥＣ４を接続し、負荷ＲＬに対して、それぞれの整流平滑出力を直列となるように接続して高電圧を供給する。 Further, the common mode choke coils CM1 to CM4 are the primary of the series resonance type DC / DC converters CM1 to CM4 and the transformers T11 to T14 so that the current balance between the series resonance type DC / DC converters SR1 to SR4 can be achieved, respectively. Connect between windings. Further, the rectifying / smoothing circuits REC1 to REC4 are connected to the secondary windings of the transformers T11 to T14, and the respective rectifying and smoothing outputs are connected in series to the load RL to supply a high voltage.
この実施例２に於いては、コモンモードチョークコイルＣＭ１〜ＣＭ４を設けたことにより、それぞれ２個を組とした直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を流して磁気的に結合させて、それぞれ２個の組の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータ間の電流バランスを図ることにより、全部の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータＳＲ１〜ＳＲ４間の電流バランスを図ることができる。それによって、図１に示す実施例の場合と同様に、整流平滑回路ＲＥＣ１〜ＲＥＣ４の整流平滑出力電圧をそれぞれ同一とすることができる。 In the second embodiment, by providing the common mode choke coils CM1 to CM4, the output currents of the series resonance type DC / DC converters, each of which is a set of two, are passed and magnetically coupled, By achieving current balance between the two sets of series resonance type DC / DC converters, current balance among all series resonance type DC / DC converters SR1 to SR4 can be achieved. Accordingly, the rectified and smoothed output voltages of the rectifying and smoothing circuits REC1 to REC4 can be made the same as in the case of the embodiment shown in FIG.
本発明は、前述の実施例１，２にのみ限定されるものではなく、直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの個数やトランスの二次巻線の個数等は、負荷ＲＬの特性等に従って種々変更可能である。又コモンモードチョークコイルは、直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータを３個以上設けた場合は、２個を組とした直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流をそれぞれ流して相互に磁気的に結合させるコモンモードチョークコイルを設けることができる。例えば、前述の実施例２は、４個の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータＳＲ１〜ＳＲ４に対して、それぞれ隣り合う直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を流すコモンモードチョークコイルを設けた場合を示すが、更に電流バランス精度を向上する為に、直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータＳＲ１，ＳＲ３間と、直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータＳＲ２，ＳＲ４間ともそれぞれの出力電流を流して磁気的に結合させるコモンモードチョークコイルを設けることができる。この場合、３個以上の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータの個数をｎとすると、コモンモードチョークコイルの個数は、ｎ（ｎ−１）／２とすることに相当する。又直流電源を商用交流電源の交流電圧を整流平滑化する構成の場合、複数の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれの前段に、力率改善ブーストコンバータを設けることも可能である。 The present invention is not limited to the first and second embodiments, and the number of series resonance type DC / DC converters, the number of secondary windings of the transformer, and the like can be variously changed according to the characteristics of the load RL. It is. When three or more series resonance type DC / DC converters are provided for the common mode choke coil, the output currents of the series resonance type DC / DC converters, each of which is a set of two, flow respectively and are magnetically coupled to each other. A common mode choke coil can be provided. For example, in the above-described second embodiment, a common mode choke coil that supplies the output current of adjacent series resonance type DC / DC converters to the four series resonance type DC / DC converters SR1 to SR4 is provided. As shown, in order to further improve the current balance accuracy, the respective output currents are passed between the series resonance type DC / DC converters SR1 and SR3 and between the series resonance type DC / DC converters SR2 and SR4 to be magnetically coupled. A common mode choke coil can be provided. In this case, if the number of three or more series resonance type DC / DC converters is n, the number of common mode choke coils is equivalent to n (n-1) / 2. Further, when the DC power supply is configured to rectify and smooth the AC voltage of the commercial AC power supply, it is possible to provide a power factor improving boost converter in the preceding stage of each of the plurality of series resonance type DC / DC converters.
Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２１ 直流電源
ＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷ１０〜ＳＷ４０ スイッチング素子
Ｐ１〜Ｐ４，Ｐ１０〜Ｐ４０ ゲートドライバ
Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１０〜Ｄ４０ ダイオード
Ｃ１，Ｃ１０，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ２０，Ｃ３０，Ｃ３１ コンデンサ
Ｔ１，Ｔ１０ トランス
ｎ３，ｎ３０ 一次巻線
ｎ４，ｎ５，ｎ４０，ｎ５０ 二次巻線
Ｒ３，Ｒ４，Ｒ３０，Ｒ４０，Ｒ４１〜Ｒ４４ 抵抗
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１０，Ｂ２０ 整流平滑回路
Ｌ１，Ｌ１０ インダクタンス
ＣＭＣ コモンモードチョークコイル
ｎ５１，ｎ５２ コイル
Vdc1, Vdc21 DC power supply SW1-SW4, SW10-SW40 Switching element P1-P4, P10-P40 Gate driver D1-D4, D10-D40 Diode C1, C10, C2, C3, C20, C30, C31 Capacitor T1, T10 Transformer n3 , N30 Primary winding n4, n5, n40, n50 Secondary winding R3, R4, R30, R40, R41 to R44 Resistors B1, B2, B10, B20 Rectifier smoothing circuit L1, L10 Inductance CMC Common mode choke coil n51, n52 coil
Claims (3)
前記並列運転する複数の直列共振型ＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれの前記直列共振回路と前記トランスの一次巻線との間に、相互に磁気的に結合させたコモンモードチョークコイルを設けた
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 A series resonance type DC / DC that applies a switching output voltage by a plurality of switching elements to a primary winding of a transformer via a series resonance circuit, and rectifies and smoothes an induced voltage of the secondary winding of the transformer by a rectification smoothing circuit. In a switching power supply that operates multiple converters in parallel ,
A common mode choke coil magnetically coupled to each other is provided between the series resonant circuit of each of the plurality of series resonant DC / DC converters operated in parallel and the primary winding of the transformer. Switching power supply device.
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