JP5065188B2 - 直列共振型コンバータ - Google Patents
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Description
前記第1の一方向性素子と前記第2の一方向性素子との接続点は、前記トランスの前記2次巻線の他端へ接続され、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とが変換周波数で交互にオンオフして、前記入力端子から入力される直流電力を変換して前記トランスを介して前記出力端子へ直流出力電圧を供給する直列共振型コンバータであって、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子のオン時間は前記共振用インダクタンス手段のインダクタンスと、前記第1の共振用コンデンサと前記第2の共振用コンデンサの双方のキャパシタンスを加算した加算キャパシタンスとの直列共振周波数の半周期近傍で固定され、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子の前記変換周波数は前記直列共振周波数よりも低い周波数とし、前記直流出力電圧を等価的に前記直流電源電圧の2倍に設定し、かつ、前記共振用インダクタンス手段のインダクタンスと、前記加算キャパシタンスとで決まる共振インピーダンス(L/C) 1/2 を、前記第1の共振用コンデンサと前記第2の共振用コンデンサのそれぞれの電圧が互いに逆相で実質的にゼロから前記直流出力電圧の振幅で変化するように選定することを特徴とする直列共振型コンバータを提供する。
本発明に係る実施形態1の直列共振型コンバータについて、図1〜図4によって説明する。図1は本発明の第1の直列共振型コンバータ100の回路構成を示す。
次に、図5に示す本発明の第2の実施形態に係る直列共振型コンバータ200について説明する。第2の直列共振型コンバータ200が第1の直列共振型コンバータ100と異なる点は、第1の共振用コンデンサ5Aに並列に逆充電抑制用ダイオード31が接続されていると共に、第2の共振用コンデンサ5Bと並列に逆充電抑制用ダイオード32が接続されていることである。また、トランス6はーケージインダクタス6Cを有するリーケージトランス6であり、図1の共振用インダクタ4を用いていない。つまり、実施形態2ではトランス6のリーケージインダクタス6Cが直列共振に必要な共振用インダクタ手段のインダクタンスLの全部を与えている。リーケージトランス6は、原理的に図1の共振用インダクタ4とトランス6との組み合わせであり、機能的にも図1に示した第1の直列共振型コンバータと同様のため主な動作については省略することとし、ここでは、図1と異なる構成である逆充電抑制用ダイオード31、32に関連する動作ついてのみ説明する。
次に図6により、実施形態3に係る直列共振型コンバータ300を説明する。直列共振型コンバータ300では、通常のハーフブリッジ型のインバータ回路2を用いている。2つのスイッチ素子2Aと2Cをそれぞれ直列に接続したスイッチング素子アームを有するハーフブリッジ構成のインバータ回路となっている。ハーフブリッジ型のインバータ回路2では、図1又は図5におけるフルブリッジ型のインバータ回路2のスイッチング素子2Bと帰還用ダイオード2bとをコンデンサ2Xに、スイッチング素子2Dと帰還用ダイオード2dとをコンデンサ2Yに換えたものである。また、直列共振型コンバータ300では、一方向性素子12がスイッチング素子2Aと同期してほぼ同時にオン、オフする整流用のFET12Dと、スイッチング素子2Cとほぼ同時にオン、オフする整流用のFET12Cとを直列に接続したいわゆる同期整流回路からなる。FETは等価的に逆方向にダイオード機能を有し、このダイオードはFETにゲート信号を与えると内部抵抗が低下する特性をもつ。この特性を利用して同期整流を行う。FET12DとFET12Cは制御回路3によって制御されるが、第1、第2の共振用コンデンサ5A、5Bの充電電荷の逆放電防止と整流を行う動作については実施形態1及び実施形態2の一方向性素子12とほぼ同じである。なお、この実施形態でも前記共振用インダクタンス手段のインダクタンスの一部分又は全部として、トランス6のリーケージインダクタンスを利用することができる。
図7に本発明の実施形態4に係る直列共振型コンバータ400を示す。インバータ回路2は、トランス6とともにプッシュプル式の回路で構成されている。第1と第2のスイッチング素子2Aと2Bは、トランス6の2つの1次巻線6A1と6A2にそれぞれ接続され、スイッチング素子2A、2Bのエミッタ極が入力端子1bを通して直流電源1の負極Nに接続される。スイッチング素子2Aと2Bは、制御回路3の制御によって交互にオンオフする。スイッチング素子2A、2Bそれぞれに帰還ダイオード2a、2bが逆並列に接続される。なお、帰還ダイオード2a、2bは、実施形態1〜3と同様に、外部に並列に接続されたダイオードやスイッチング素子2A、2Bのそれぞれの内部に形成されたものでもよい。トランス6の2つの1次巻線6A1と6A2との接続点(中間タップ)は、入力端子1aを通して直流電源1の正極Pへ接続される。
1a、1b・・・入力端子
2・・・インバータ回路
2A〜2D・・・スイッチング素子
2a〜2d・・・帰還用ダイオード
2X、2Y・・・コンデンサ
3・・・制御回路
4・・・共振用インダクタ
5・・・共振用コンデンサ
5A・・・第1の共振用コンデンサ
5B・・・第2の共振用コンデンサ
6・・・トランス(リーケージトランス)
6’・・・理想的な変圧器
8・・・平滑用コンデンサ
9、10・・・出力端子
11・・・負荷装置
12・・・一方向性素子
12A、12B・・・ダイオード
12C、12D・・・FET
21・・・等価的な蓄電池
22、23・・・所定の接続点
31、32・・・逆充電抑制用ダイオード
40・・・U型コア
40A・・・U型コア40の片脚
40B・・・U型コア40の片脚
41・・・I型コア
N11・・・分割された1次巻線
N12・・・分割された1次巻線
N21・・・分割された2次巻線
N22・・・分割された2次巻線
Claims (3)
- 直流電源が接続される2つの入力端子に直接接続され、かつ第1、第2の帰還用ダイオードが逆並列に接続される少なくとも1組の第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子を有するインバータ回路と、
前記インバータ回路に接続される1次巻線と2次巻線を有するトランスと、
2つの出力端子の間に互いに直列に接続される第1の共振用コンデンサと第2の共振用コンデンサと、
前記2つの出力端子の間に互いに直列に接続される第1の一方向性素子と第2の一方向性素子と、
前記インバータ回路と前記第1、第2の共振用コンデンサとの間に位置する共振用インダクタンス手段と、
を備え、
前記第1の共振用コンデンサと前記第2の共振用コンデンサとの接続点は、前記トランスの前記2次巻線の一端へ接続され、
前記第1の一方向性素子と前記第2の一方向性素子との接続点は、前記トランスの前記2次巻線の他端へ接続され、
前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とが変換周波数で交互にオンオフして、前記入力端子から入力される直流電力を変換して前記トランスを介して前記出力端子へ直流出力電圧を供給する直列共振型コンバータであって、
前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子のオン時間は前記共振用インダクタンス手段のインダクタンスと、前記第1の共振用コンデンサと前記第2の共振用コンデンサの双方のキャパシタンスを加算した加算キャパシタンスとの直列共振周波数の半周期近傍で固定され、
前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子の前記変換周波数は前記直列共振周波数よりも低い周波数とし、
前記直流出力電圧を等価的に前記直流電源電圧の2倍に設定し、かつ、前記共振用インダクタンス手段のインダクタンスと、前記加算キャパシタンスとで決まる共振インピーダンス(L/C) 1/2 を、前記第1の共振用コンデンサと前記第2の共振用コンデンサのそれぞれの電圧が互いに逆相で実質的にゼロから前記直流出力電圧の振幅で変化するように選定することを特徴とする直列共振型コンバータ。 - 請求項1において、
前記帰還電流が流れている前記第1の帰還用ダイオード又は前記第2の帰還用ダイオードに並列に接続された前記第1のスイッチング素子又は前記第2のスイッチング素子を次にオンさせて、前記帰還電流が流れている前記第1の帰還用ダイオード又は前記第2の帰還用ダイオードにリカバリー電流が流れないようにしたことを特徴とする直列共振型コンバータ。 - 請求項1又は請求項2において、
前記共振用インダクタンス手段にエネルギーが蓄えられている状態で、前記インバータ回路の前記第1のスイッチング素子または前記第2のスイッチング素子をオフさせた場合は、前記第1の帰還用ダイオードまたは前記第2の帰還用ダイオードを介して、前記共振用インダクタンス手段に蓄えられているエネルギーを前記出力端子へ供給し、
前記共振用インダクタンス手段にエネルギーが蓄えられている状態で、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とを同時にオフさせた場合は、前記第1の帰還用ダイオードまたは前記第2の帰還用ダイオードを介して、前記共振用インダクタンス手段に蓄えられているエネルギーを前記入力端子へ帰還すると共に前記出力端子へも供給することを特徴とする直列共振型コンバータ。
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