JP6453698B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、プッシュプル型の電力変換装置に関する。 The present invention relates to a push-pull type power converter.
極性反転スイッチを用いるプッシュプル型の電力変換装置として、矩形波状の電流を流す非共振型及び正弦波状の電流を流す共振型等があげられる。 As a push-pull type power converter using a polarity reversing switch, there are a non-resonant type that flows a rectangular wave current, a resonant type that flows a sine wave current, and the like.
非共振型では、極性反転スイッチのスイッチング速度を向上させることにより、極性反転スイッチのスイッチング損失を低減させる。共振型では、極性反転スイッチのスイッチングを正弦波状の電流が０となる時刻でのスイッチングとすることにより、極性反転スイッチのスイッチング損失を低減させる。よって、共振型では、非共振型と比べて、極性反転スイッチのスイッチング損失をより低減させることができる。 In the non-resonant type, the switching loss of the polarity reversing switch is reduced by improving the switching speed of the polarity reversing switch. In the resonance type, the switching of the polarity reversing switch is reduced by switching the polarity reversing switch at the time when the sinusoidal current becomes zero. Therefore, the switching loss of the polarity reversing switch can be further reduced in the resonance type compared to the non-resonance type.
共振型では、正弦波状の電流について、波高値（＝最大値／実効値）が抑えられず、波形率（＝実効値／平均値）が悪くなる。非共振型では、矩形波状の電流について、波高値が抑えられて、波形率が良くなる。よって、非共振型では、共振型と比べて、電力変換ゲインを同一とする場合に、オーム性の損失をより低減させることができる。 In the resonance type, the crest value (= maximum value / effective value) cannot be suppressed for the sinusoidal current, and the waveform rate (= effective value / average value) becomes poor. In the non-resonant type, the crest value of the rectangular wave current is suppressed and the waveform rate is improved. Thus, the non-resonant type can further reduce ohmic loss when the power conversion gain is the same as that of the resonant type.
このように、非共振型及び共振型は、それぞれ、長所及び短所を有する。よって、従来では、高効率のプッシュプル型の電力変換装置を提供することができなかった。 As described above, the non-resonant type and the resonant type have advantages and disadvantages, respectively. Therefore, conventionally, it has not been possible to provide a highly efficient push-pull type power converter.
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、非共振型及び共振型のそれぞれの長所を生かして、高効率のプッシュプル型の電力変換装置を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a high-efficiency push-pull type power converter utilizing the advantages of the non-resonant type and the resonant type.
上記目的を達成するために、プッシュプル型かつ直列共振型の電力変換装置において、直列共振回路の共振用キャパシタに並列に接続され、共振用キャパシタの端子間の短絡の設定及び解除を制御するキャパシタ短絡制御スイッチを新たに追加する。 To achieve the above object, in a push-pull type and series resonance type power converter, a capacitor that is connected in parallel to a resonance capacitor of a series resonance circuit and controls setting and release of a short circuit between terminals of the resonance capacitor A new short-circuit control switch is added.
キャパシタ短絡制御スイッチは、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間において、共振用キャパシタの端子間の短絡を解除する。つまり、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間において、直列共振型の動作を行なう。 The capacitor short-circuit control switch releases the short circuit between the terminals of the resonance capacitor during a period around the time when the push-pull polarity is reversed. That is, the series resonance type operation is performed in the period around the time when the push-pull polarity is reversed.
キャパシタ短絡制御スイッチは、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間以外の期間において、共振用キャパシタの端子間の短絡を設定する。つまり、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間以外の期間において、非共振型の動作を行なう。 The capacitor short-circuit control switch sets a short circuit between the terminals of the resonance capacitor in a period other than the period around the time when the push-pull polarity is inverted. That is, non-resonant operation is performed in a period other than the period around the time when the push-pull polarity is inverted.
キャパシタ短絡制御スイッチのスイッチング損失が、新たに問題となる。キャパシタ短絡制御スイッチのスイッチング損失を低減させるために、共振用キャパシタの端子間の短絡の設定が開始される時刻を、共振用キャパシタの端子間の電圧が０となる時刻とする。 Switching loss of the capacitor short-circuit control switch becomes a new problem. In order to reduce the switching loss of the capacitor short-circuit control switch, the time when the setting of the short-circuit between the terminals of the resonance capacitor is started is the time when the voltage between the terminals of the resonance capacitor becomes zero.
具体的には、本発明は、プッシュプル型かつ直列共振型の電力変換装置であって、前記電力変換装置は、直列共振回路のキャパシタに並列に接続され、前記キャパシタの端子間の短絡の設定及び解除を制御するキャパシタ短絡制御スイッチを備え、前記キャパシタ短絡制御スイッチは、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間において、前記キャパシタの端子間の短絡を解除し、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間以外の期間において、前記キャパシタの端子間の短絡を設定し、前記キャパシタの端子間の短絡の設定が開始される時刻は、前記キャパシタの端子間の電圧が０となる時刻であることを特徴とする電力変換装置である。 Specifically, the present invention is a push-pull type and series resonance type power conversion device, wherein the power conversion device is connected in parallel to a capacitor of a series resonance circuit, and setting of a short circuit between terminals of the capacitor. And a capacitor short-circuit control switch for controlling release, and the capacitor short-circuit control switch releases the short-circuit between the terminals of the capacitor and reverses the push-pull polarity in a period around the time when the push-pull polarity is reversed. The time when the short circuit between the terminals of the capacitor is set and the setting of the short circuit between the terminals of the capacitor is started is a time when the voltage between the terminals of the capacitor becomes 0 in a period other than the period around It is the power converter device characterized by the above.
この構成によれば、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間において、直列共振型の動作を行なうため、極性反転スイッチのスイッチング損失をより低減させることができる。その一方で、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間以外の期間において、非共振型の動作を行なうため、電力変換ゲインを同一とする場合に、オーム性の損失をより低減させることができる。追加として、共振用キャパシタの端子間の短絡の設定が開始される時刻を、共振用キャパシタの端子間の電圧が０となる時刻とするため、キャパシタ短絡制御スイッチのスイッチング損失を低減させることができる。 According to this configuration, since the series resonance type operation is performed in the period around the time when the push-pull polarity is inverted, the switching loss of the polarity inversion switch can be further reduced. On the other hand, since the non-resonant type operation is performed in a period other than the period around the time when the push-pull polarity is reversed, the ohmic loss can be further reduced when the power conversion gain is the same. . In addition, since the time when the setting of the short circuit between the terminals of the resonance capacitor is started is the time when the voltage between the terminals of the resonance capacitor becomes zero, the switching loss of the capacitor short circuit control switch can be reduced. .
そして、トランス等の電力変換器に流れる電流は、立ち上がり及び立ち下がりが正弦波状になまった矩形波状の電流となるため、トランス等の電力変換器は、高効率化、小型化及び低廉化することができる。さらに、共振用キャパシタに流れる電流は、共振用キャパシタの端子間の短絡が設定されるときには流れず、共振用キャパシタの端子間の短絡が解除されるときのみ流れて、リップルや実効値が小さい電流となるため、共振用キャパシタは、小型化及び低廉化することができる。このように、高効率化、小型化及び低廉化されたプッシュプル型の電力変換装置を提供することができる。 Since the current flowing through the power converter such as a transformer becomes a rectangular wave current whose rising and falling edges are sine waves, the power converter such as a transformer must be highly efficient, downsized and inexpensive. Can do. Furthermore, the current that flows through the resonance capacitor does not flow when the short circuit between the terminals of the resonance capacitor is set, but flows only when the short circuit between the terminals of the resonance capacitor is released, and has a small ripple and effective value. Therefore, the resonance capacitor can be reduced in size and cost. In this manner, a push-pull type power converter that is highly efficient, downsized, and inexpensive can be provided.
また、本発明は、前記キャパシタの端子間の短絡の解除が開始される時刻は、プッシュプル極性の反転が開始される時刻より、直列共振周期の１／４の時間だけ前の時刻であり、前記キャパシタの端子間の短絡の設定が開始される時刻は、プッシュプル極性の反転が終了される時刻より、直列共振周期の１／４の時間だけ後の時刻である、ことを特徴とする電力変換装置である。 Further, in the present invention, the time at which the release of the short circuit between the terminals of the capacitor is started is a time that is a quarter of the series resonance period before the time at which the inversion of the push-pull polarity is started, The time at which the setting of the short-circuit between the terminals of the capacitor is started is a time that is ¼ time after the series resonance period from the time at which the inversion of the push-pull polarity is finished. It is a conversion device.
この構成によれば、以上に記載の動作及び効果をより確実に実現することができる。詳細については、発明を実施するための形態において説明する。 According to this configuration, the operations and effects described above can be realized more reliably. Details will be described in an embodiment for carrying out the invention.
このように、本発明は、非共振型及び共振型のそれぞれの長所を生かして、高効率のプッシュプル型の電力変換装置を提供することができる。 Thus, the present invention can provide a high-efficiency push-pull type power converter utilizing the advantages of the non-resonant type and the resonant type.
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.
（本発明の概要）
本発明の電力変換装置の構成を示すブロック図を図１に示す。電力変換装置Ｃは、プッシュプル型かつ直列共振型の電力変換装置であり、入力電源Ｖ、分圧回路Ｄ、共振用キャパシタＣｒ、共振用インダクタＬｒ、トランスＴ、第１の極性反転スイッチＳＷ１、第２の極性反転スイッチＳＷ２、キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３、整流回路Ｒ及び平滑用キャパシタＣｓから構成され、入力電圧Ｖｉを出力電圧Ｖｏに変換する。
(Outline of the present invention)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the power converter of the present invention. The power conversion device C is a push-pull type and series resonance type power conversion device, and includes an input power supply V, a voltage dividing circuit D, a resonance capacitor Cr, a resonance inductor Lr, a transformer T, a first polarity reversing switch SW1, The circuit includes a second polarity reversing switch SW2, a capacitor short-circuit control switch SW3, a rectifier circuit R, and a smoothing capacitor Cs, and converts the input voltage Vi to the output voltage Vo.
本発明の電力変換装置Ｃでは、従来技術の電力変換装置と異なり、直列共振回路の共振用キャパシタＣｒに並列に接続され、共振用キャパシタＣｒの端子間の短絡の設定及び解除を制御するキャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３を新たに追加する。 In the power conversion device C of the present invention, unlike the power conversion device of the prior art, a capacitor short circuit that is connected in parallel to the resonance capacitor Cr of the series resonance circuit and controls setting and releasing of the short circuit between the terminals of the resonance capacitor Cr. A control switch SW3 is newly added.
本発明の電力変換装置の動作を示すタイムチャートを図２、３に示す。第１の極性反転スイッチＳＷ１、第２の極性反転スイッチＳＷ２、キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３及びトランスＴについて、図１の矢印の方向を電流の正の方向とする。共振用キャパシタＣｒについて、図１の矢印の方向を電圧の降下の方向とする。 The time chart which shows operation | movement of the power converter device of this invention is shown to FIG. For the first polarity inversion switch SW1, the second polarity inversion switch SW2, the capacitor short-circuit control switch SW3, and the transformer T, the direction of the arrow in FIG. For the resonance capacitor Cr, the direction of the arrow in FIG.
図２では、一方の極性反転スイッチがＯＦＦとなると同時に、他方の極性反転スイッチがＯＮになる実施形態を示す。図３では、一方の極性反転スイッチがＯＦＦとなった後に、他方の極性反転スイッチがＯＮになる実施形態を示す。 FIG. 2 shows an embodiment in which one polarity reversing switch is turned off and the other polarity reversing switch is turned on at the same time. FIG. 3 shows an embodiment in which one polarity reversing switch is turned off and then the other polarity reversing switch is turned on.
キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３は、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間において、共振用キャパシタＣｒの端子間の短絡を解除する。つまり、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間において、直列共振型の動作を行なう。 The capacitor short-circuit control switch SW3 releases the short circuit between the terminals of the resonance capacitor Cr in the period around the time when the push-pull polarity is reversed. That is, the series resonance type operation is performed in the period around the time when the push-pull polarity is reversed.
ここで、共振用キャパシタＣｒの端子間の短絡の解除が開始される時刻は、プッシュプル極性の反転が開始される時刻より、直列共振周期の１／４の時間だけ前の時刻である。 Here, the time when the release of the short circuit between the terminals of the resonance capacitor Cr is started is a time that is ¼ of the series resonance period before the time when the inversion of the push-pull polarity is started.
キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３は、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間以外の期間において、共振用キャパシタＣｒの端子間の短絡を設定する。つまり、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間以外の期間において、非共振型の動作を行なう。 The capacitor short-circuit control switch SW3 sets a short circuit between the terminals of the resonance capacitor Cr in a period other than the period around the time when the push-pull polarity is inverted. That is, non-resonant operation is performed in a period other than the period around the time when the push-pull polarity is inverted.
ここで、共振用キャパシタＣｒの端子間の短絡の設定が開始される時刻は、プッシュプル極性の反転が終了される時刻より、直列共振周期の１／４の時間だけ後の時刻である。 Here, the time at which the setting of the short circuit between the terminals of the resonance capacitor Cr is started is a time after ¼ of the series resonance period from the time at which the inversion of the push-pull polarity is completed.
（図２の実施形態）
まず、図２の実施形態について説明する。第１の極性反転スイッチＳＷ１は、時刻ｔ２において、ＯＦＦからＯＮへと切り替わり、時刻ｔ５において、ＯＮからＯＦＦへと切り替わり、時刻ｔ８において、ＯＦＦからＯＮへと切り替わる。第２の極性反転スイッチＳＷ２は、時刻ｔ２において、ＯＮからＯＦＦへと切り替わり、時刻ｔ５において、ＯＦＦからＯＮへと切り替わり、時刻ｔ８において、ＯＮからＯＦＦへと切り替わる。
(Embodiment of FIG. 2)
First, the embodiment of FIG. 2 will be described. First polarity reversal switch SW1 at time t 2, the switch to ON from OFF, at time t 5, switches to OFF from ON, at time t 8, switches to ON from OFF. Second polarity inversion switch SW2 at time t 2, the switch to OFF from ON, at time t 5, switches to ON from OFF, at time t 8, switches to OFF from ON.
キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３は、プッシュプル極性が反転する時刻ｔ２、ｔ５、ｔ８の周辺の期間ｔ１〜ｔ３、ｔ４〜ｔ６、ｔ７〜ｔ９において、ＯＦＦに制御され、プッシュプル極性が反転する時刻ｔ２、ｔ５、ｔ８の周辺の期間以外の期間ｔ（不図示）〜ｔ１、ｔ３〜ｔ４、ｔ６〜ｔ７、ｔ９〜ｔ（不図示）において、ＯＮに制御される。 The capacitor short-circuit control switch SW3 is controlled to be OFF in the periods t 1 to t 3 , t 4 to t 6 , and t 7 to t 9 around the times t 2 , t 5 and t 8 when the push-pull polarity is inverted, Periods t (not shown) other than the period around the times t 2 , t 5 , and t 8 when the push-pull polarity is inverted to t 1 , t 3 to t 4 , t 6 to t 7 , t 9 to t (not shown) ) Is controlled to ON.
ここで、キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３のＯＦＦ制御が開始される時刻ｔ１、ｔ４、ｔ７は、プッシュプル極性の反転が開始される時刻ｔ２、ｔ５、ｔ８より、直列共振周期の１／４の時間だけ前の時刻である。そして、キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３のＯＮ制御が開始される時刻ｔ３、ｔ６、ｔ９は、プッシュプル極性の反転が終了される時刻ｔ２、ｔ５、ｔ８より、直列共振周期の１／４の時間だけ後の時刻である。 Here, the times t 1 , t 4 , and t 7 when the OFF control of the capacitor short-circuit control switch SW 3 is started are the series resonance periods from the times t 2 , t 5 , and t 8 when the inversion of push-pull polarity is started. The time is 1/4 time before. Then, the times t 3 , t 6 , and t 9 when the ON control of the capacitor short-circuit control switch SW 3 is started are 1 of the series resonance period from the times t 2 , t 5 , and t 8 when the inversion of the push-pull polarity is finished. The time is / 4 time later.
第１の極性反転スイッチＳＷ１に流れる電流は、期間ｔ２〜ｔ３、ｔ８〜ｔ９において、０から正弦波の最大値へと立ち上がり、期間ｔ３〜ｔ４、ｔ９〜ｔ（不図示）において、正弦波の最大値にクリップされ、期間ｔ４〜ｔ５において、正弦波の最大値から０へと立ち下がる。第２の極性反転スイッチＳＷ２に流れる電流は、期間ｔ５〜ｔ６において、０から正弦波の最大値へと立ち上がり、期間ｔ（不図示）〜ｔ１、ｔ６〜ｔ７において、正弦波の最大値にクリップされ、期間ｔ１〜ｔ２、ｔ７〜ｔ８において、正弦波の最大値から０へと立ち下がる。スイッチのＯＦＦ制御期間には、電流は流れない。 The current flowing through the first polarity reversing switch SW1 rises from 0 to the maximum value of the sine wave in the periods t 2 to t 3 and t 8 to t 9 , and then the periods t 3 to t 4 and t 9 to t (non- in the illustrated), is clipped to the maximum value of the sine wave, in the period t 4 ~t 5, it falls to 0 from the maximum value of the sine wave. Current flowing through the second polarity reversing switch SW2 in the period t 5 ~t 6, rising from 0 to a maximum value of the sine wave in the period t (not shown) ~t 1, t 6 ~t 7 , a sine wave In the period t 1 to t 2 and t 7 to t 8 , the maximum value of the sine wave falls to 0. No current flows during the switch OFF control period.
キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３に流れる電流は、時刻ｔ３、ｔ９において、０から正弦波の最大値へと立ち上がり、期間ｔ３〜ｔ４、ｔ９〜ｔ（不図示）において、正弦波の最大値にクリップされ、時刻ｔ４において、正弦波の最大値から０へと立ち下がる。また、時刻ｔ６において、０から正弦波の最小値へと立ち下がり、期間ｔ（不図示）〜ｔ１、ｔ６〜ｔ７において、正弦波の最小値にクリップされ、時刻ｔ１、ｔ７において、正弦波の最小値から０へと立ち上がる。スイッチのＯＦＦ制御期間には、電流は流れない。 The current flowing through the capacitor short circuit control switch SW3, at time t 3, t 9, rising from 0 to a maximum value of the sine wave, in the period t 3 ~t 4, t 9 ~t ( not shown), the maximum of the sine wave is clipped to a value, at time t 4, it falls to 0 from the maximum value of the sine wave. In addition, at time t 6 , it falls from 0 to the minimum value of the sine wave, and is clipped to the minimum value of the sine wave during the period t (not shown) to t 1 and t 6 to t 7 , and time t 1 , t 7 , the minimum value of the sine wave rises to 0. No current flows during the switch OFF control period.
トランスＴの一次巻線に流れる電流は、第１及び第２の極性反転スイッチＳＷ１、ＳＷ２に流れる電流を合成して得られる。つまり、トランスＴの一次巻線に流れる電流は、期間ｔ（不図示）〜ｔ１、ｔ６〜ｔ７において、正弦波の最小値にクリップされ、期間ｔ１〜ｔ２、ｔ７〜ｔ８において、正弦波の最小値から０へと立ち上がり、期間ｔ２〜ｔ３、ｔ８〜ｔ９において、０から正弦波の最大値へと立ち上がり、期間ｔ３〜ｔ４、ｔ９〜ｔ（不図示）において、正弦波の最大値にクリップされ、期間ｔ４〜ｔ５において、正弦波の最大値から０へと立ち下がり、期間ｔ５〜ｔ６において、０から正弦波の最小値へと立ち下がる。 The current flowing through the primary winding of the transformer T is obtained by combining the currents flowing through the first and second polarity inversion switches SW1 and SW2. That is, the current flowing through the primary winding of the transformer T is clipped to the minimum value of the sine wave in the periods t (not shown) to t 1 and t 6 to t 7 , and the periods t 1 to t 2 , t 7 to t in 8, rising to 0 from the minimum value of the sine wave, in the period t 2 ~t 3, t 8 ~t 9, rising from 0 to a maximum value of the sine wave, the period t 3 ~t 4, t 9 ~t in (not shown), is clipped to the maximum value of the sine wave, in the period t 4 ~t 5, falling to 0 from the maximum value of the sine wave in the period t 5 ~t 6, the minimum value of the sine wave from 0 Fall down to.
共振用キャパシタＣｒに印加される電圧は、キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３のＯＦＦ制御期間において、トランスＴの一次巻線に流れる電流を積分して得られる。つまり、共振用キャパシタＣｒに印加される電圧は、期間ｔ１〜ｔ２、ｔ７〜ｔ８において、０から正弦波の最小値へと立ち下がり、期間ｔ２〜ｔ３、ｔ８〜ｔ９において、正弦波の最小値から０へと立ち上がり、期間ｔ４〜ｔ５において、０から正弦波の最大値へと立ち上がり、期間ｔ５〜ｔ６において、正弦波の最大値から０へと立ち下がる。キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３のＯＮ制御期間には、共振用キャパシタＣｒに印加される電圧は０である。 The voltage applied to the resonance capacitor Cr is obtained by integrating the current flowing through the primary winding of the transformer T during the OFF control period of the capacitor short-circuit control switch SW3. That is, the voltage applied to the resonance capacitor Cr falls from 0 to the minimum value of the sine wave in the periods t 1 to t 2 and t 7 to t 8 , and the periods t 2 to t 3 , t 8 to t 9 , rising from the minimum value of the sine wave to 0, rising from 0 to the maximum value of the sine wave in the period t 4 to t 5 , and from the maximum value of the sine wave to 0 in the period t 5 to t 6 . Fall down. During the ON control period of the capacitor short-circuit control switch SW3, the voltage applied to the resonance capacitor Cr is zero.
（図３の実施形態）
次に、図３の実施形態について説明する。第１の極性反転スイッチＳＷ１は、時刻ｔ１３において、ＯＦＦからＯＮへと切り替わり、時刻ｔ１６において、ＯＮからＯＦＦへと切り替わり、時刻ｔ２１において、ＯＦＦからＯＮへと切り替わる。第２の極性反転スイッチＳＷ２は、時刻ｔ１２において、ＯＮからＯＦＦへと切り替わり、時刻ｔ１７において、ＯＦＦからＯＮへと切り替わり、時刻ｔ２０において、ＯＮからＯＦＦへと切り替わる。
(Embodiment of FIG. 3)
Next, the embodiment of FIG. 3 will be described. First polarity reversal switch SW1 at time t 13, switches to ON from OFF, at time t 16, switches to OFF from ON, at time t 21, it switched to ON from OFF. Second polarity reversing switch SW2 at time t 12, switches to OFF from ON, at time t 17, switches to ON from OFF, at time t 20, switched to OFF from ON.
キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３は、プッシュプル極性が反転する時刻ｔ１２〜ｔ１３、ｔ１６〜ｔ１７、ｔ２０〜ｔ２１の周辺の期間ｔ１１〜ｔ１４、ｔ１５〜ｔ１８、ｔ１９〜ｔ２２において、ＯＦＦに制御され、プッシュプル極性が反転する時刻ｔ１２〜ｔ１３、ｔ１６〜ｔ１７、ｔ２０〜ｔ２１の周辺の期間以外の期間ｔ（不図示）〜ｔ１１、ｔ１４〜ｔ１５、ｔ１８〜ｔ１９、ｔ２２〜ｔ（不図示）において、ＯＮに制御される。
Capacitor short circuit control switch SW3 is push-
ここで、キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３のＯＦＦ制御が開始される時刻ｔ１１、ｔ１５、ｔ１９は、プッシュプル極性の反転が開始される時刻ｔ１２、ｔ１６、ｔ２０より、直列共振周期の１／４の時間だけ前の時刻である。そして、キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３のＯＮ制御が開始される時刻ｔ１４、ｔ１８、ｔ２２は、プッシュプル極性の反転が終了される時刻ｔ１３、ｔ１７、ｔ２１より、直列共振周期の１／４の時間だけ後の時刻である。 Here, the time t 11 , t 15 , t 19 when the OFF control of the capacitor short-circuit control switch SW3 is started is the time of the series resonance period from the time t 12 , t 16 , t 20 when the inversion of push-pull polarity is started. The time is 1/4 time before. Then, the times t 14 , t 18 , and t 22 when the ON control of the capacitor short-circuit control switch SW3 is started are 1 of the series resonance period from the times t 13 , t 17 , and t 21 when the inversion of the push-pull polarity is finished. The time is / 4 time later.
第１の極性反転スイッチＳＷ１に流れる電流は、期間ｔ１３〜ｔ１４、ｔ２１〜ｔ２２において、０から正弦波の最大値へと立ち上がり、期間ｔ１４〜ｔ１５、ｔ２２〜ｔ（不図示）において、正弦波の最大値にクリップされ、期間ｔ１５〜ｔ１６において、正弦波の最大値から０へと立ち下がる。第２の極性反転スイッチＳＷ２に流れる電流は、期間ｔ１７〜ｔ１８において、０から正弦波の最大値へと立ち上がり、期間ｔ（不図示）〜ｔ１１、ｔ１８〜ｔ１９において、正弦波の最大値にクリップされ、期間ｔ１１〜ｔ１２、ｔ１９〜ｔ２０において、正弦波の最大値から０へと立ち下がる。スイッチのＯＦＦ制御期間には、電流は流れない。 Current flowing through the first polarity reversal switch SW1, in the period t 13 ~t 14, t 21 ~t 22, rising from 0 to a maximum value of the sine wave, the period t 14 ~t 15, t 22 ~t ( not in the illustrated), is clipped to the maximum value of the sine wave in the period t 15 ~t 16, it falls to 0 from the maximum value of the sine wave. Current flowing through the second polarity reversing switch SW2 in the period t 17 ~t 18, rising from 0 to a maximum value of the sine wave in the period t (not shown) ~t 11, t 18 ~t 19 , sine wave is clipped to a maximum value of, in the period t 11 ~t 12, t 19 ~t 20, it falls to 0 from the maximum value of the sine wave. No current flows during the switch OFF control period.
キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３に流れる電流は、時刻ｔ１４、ｔ２２において、０から正弦波の最大値へと立ち上がり、期間ｔ１４〜ｔ１５、ｔ２２〜ｔ（不図示）において、正弦波の最大値にクリップされ、時刻ｔ１５において、正弦波の最大値から０へと立ち下がる。また、時刻ｔ１８において、０から正弦波の最小値へと立ち下がり、期間ｔ（不図示）〜ｔ１１、ｔ１８〜ｔ１９において、正弦波の最小値にクリップされ、時刻ｔ１１、ｔ１９において、正弦波の最小値から０へと立ち上がる。スイッチのＯＦＦ制御期間には、電流は流れない。 The current flowing through the capacitor short circuit control switch SW3, at time t 14, t 22, rising from 0 to a maximum value of the sine wave, in the period t 14 ~t 15, t 22 ~t ( not shown), the maximum of the sine wave is clipped to a value, at time t 15, it falls to 0 from the maximum value of the sine wave. Further, at time t 18 , it falls from 0 to the minimum value of the sine wave, and is clipped to the minimum value of the sine wave during the period t (not shown) to t 11 , t 18 to t 19 , and time t 11 , t At 19 , the minimum value of the sine wave rises to 0. No current flows during the switch OFF control period.
トランスＴの一次巻線に流れる電流は、第１及び第２の極性反転スイッチＳＷ１、ＳＷ２に流れる電流を合成して得られる。つまり、トランスＴの一次巻線に流れる電流は、期間ｔ（不図示）〜ｔ１１、ｔ１８〜ｔ１９において、正弦波の最小値にクリップされ、期間ｔ１１〜ｔ１２、ｔ１９〜ｔ２０において、正弦波の最小値から０へと立ち上がり、期間ｔ１２〜ｔ１３、ｔ２０〜ｔ２１（第１及び第２の極性反転スイッチＳＷ１、ＳＷ２のＯＦＦ制御期間）において、０のまま維持され、期間ｔ１３〜ｔ１４、ｔ２１〜ｔ２２において、０から正弦波の最大値へと立ち上がり、期間ｔ１４〜ｔ１５、ｔ２２〜ｔ（不図示）において、正弦波の最大値にクリップされ、期間ｔ１５〜ｔ１６において、正弦波の最大値から０へと立ち下がり、期間ｔ１６〜ｔ１７（第１及び第２の極性反転スイッチＳＷ１、ＳＷ２のＯＦＦ制御期間）において、０のまま維持され、期間ｔ１７〜ｔ１８において、０から正弦波の最小値へと立ち下がる。
The current flowing through the primary winding of the transformer T is obtained by combining the currents flowing through the first and second polarity inversion switches SW1 and SW2. That is, the current flowing through the primary winding of the transformer T is clipped to the minimum value of the sine wave in the periods t (not shown) to t 11 and t 18 to t 19 , and the periods t 11 to t 12 , t 19 to t 20 , the minimum value of the sine wave rises to 0, and remains 0 in the periods t 12 to t 13 and t 20 to t 21 (the OFF control period of the first and second polarity reversing
共振用キャパシタＣｒに印加される電圧は、キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３のＯＦＦ制御期間において、トランスＴの一次巻線に流れる電流を積分して得られる。つまり、共振用キャパシタＣｒに印加される電圧は、期間ｔ１１〜ｔ１２、ｔ１９〜ｔ２０において、０から正弦波の最小値へと立ち下がり、期間ｔ１２〜ｔ１３、ｔ２０〜ｔ２１（第１及び第２の極性反転スイッチＳＷ１、ＳＷ２のＯＦＦ制御期間）において、正弦波の最小値のまま維持され、期間ｔ１３〜ｔ１４、ｔ２１〜ｔ２２において、正弦波の最小値から０へと立ち上がり、期間ｔ１５〜ｔ１６において、０から正弦波の最大値へと立ち上がり、期間ｔ１６〜ｔ１７（第１及び第２の極性反転スイッチＳＷ１、ＳＷ２のＯＦＦ制御期間）において、正弦波の最大値のまま維持され、期間ｔ１７〜ｔ１８において、正弦波の最大値から０へと立ち下がる。キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３のＯＮ制御期間には、共振用キャパシタＣｒに印加される電圧は０である。
The voltage applied to the resonance capacitor Cr is obtained by integrating the current flowing through the primary winding of the transformer T during the OFF control period of the capacitor short-circuit control switch SW3. That is, the voltage applied to the resonance capacitor Cr, in a period t 11 ~t 12, t 19 ~t 20, falls from 0 to the minimum value of the sine wave, the
（本発明の効果）
共振用キャパシタＣｒに印加される電圧は、キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３のＯＦＦ制御期間において、０からの立ち上がり後に０へと立ち下がるか、０からの立ち下がり後に０へと立ち上がるか、のいずれかである。つまり、共振用キャパシタＣｒに印加される電圧は、キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３のＯＦＦ制御期間において、立ち上がり量及び立ち下がり量を等しくする。これは、共振用キャパシタＣｒに流れる電流が、キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３のＯＦＦ制御期間において、第１のプッシュプル極性時と第２のプッシュプル極性時で、大きさを等しくする一方で、方向を逆とするためである。
(Effect of the present invention)
In the OFF control period of the capacitor short-circuit control switch SW3, the voltage applied to the resonance capacitor Cr falls either to 0 after rising from 0 or to 0 after falling from 0 is there. That is, the voltage applied to the resonance capacitor Cr equalizes the rising amount and the falling amount during the OFF control period of the capacitor short-circuit control switch SW3. This is because the current flowing in the resonance capacitor Cr is equal in magnitude in the first push-pull polarity and the second push-pull polarity in the OFF control period of the capacitor short-circuit control switch SW3. This is to make the opposite.
このように、共振用キャパシタＣｒの端子間の短絡の設定が開始される時刻を、共振用キャパシタＣｒの端子間の電圧が０となる時刻とするため、キャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３のスイッチング損失を低減させることができる。 As described above, since the time when the setting of the short circuit between the terminals of the resonance capacitor Cr is started is the time when the voltage between the terminals of the resonance capacitor Cr becomes 0, the switching loss of the capacitor short circuit control switch SW3 is reduced. Can be made.
上記の如く、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間において、直列共振型の動作を行なうため、第１及び第２の極性反転スイッチＳＷ１、ＳＷ２のスイッチング損失をより低減させることができる。その一方で、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間以外の期間において、非共振型の動作を行なうため、電力変換ゲインを同一とする場合に、オーム性の損失をより低減させることができる。 As described above, since the series resonance type operation is performed in the period around the time when the push-pull polarity is inverted, the switching loss of the first and second polarity inversion switches SW1 and SW2 can be further reduced. On the other hand, since the non-resonant type operation is performed in a period other than the period around the time when the push-pull polarity is reversed, the ohmic loss can be further reduced when the power conversion gain is the same. .
そして、トランスＴ等の電力変換器に流れる電流は、立ち上がり及び立ち下がりが正弦波状になまった矩形波状の電流となるため、トランスＴ等の電力変換器は、高効率化、小型化及び低廉化することができる。さらに、共振用キャパシタＣｒに流れる電流は、共振用キャパシタＣｒの端子間の短絡が設定されるときには流れず、共振用キャパシタＣｒの端子間の短絡が解除されるときのみ流れて、リップルや実効値が小さい電流となるため、共振用キャパシタＣｒは、小型化及び低廉化することができる。このように、高効率化、小型化及び低廉化されたプッシュプル型の電力変換装置Ｃを提供することができる。 Since the current flowing through the power converter such as the transformer T becomes a rectangular wave current whose rising and falling edges are sine waves, the power converter such as the transformer T is highly efficient, downsized and inexpensive. can do. Further, the current flowing through the resonance capacitor Cr does not flow when the short circuit between the terminals of the resonance capacitor Cr is set, and flows only when the short circuit between the terminals of the resonance capacitor Cr is released, and the ripple or effective value. Therefore, the resonance capacitor Cr can be reduced in size and cost. As described above, it is possible to provide the push-pull type power converter C that is highly efficient, downsized, and inexpensive.
（本発明及び特許文献１の比較）
本発明の電力変換装置Ｃでは、特許文献１の電力変換装置と同様に、直列共振回路の共振用キャパシタＣｒに並列に接続され、共振用キャパシタＣｒの端子間の短絡の設定及び解除を制御するキャパシタ短絡制御スイッチＳＷ３を新たに追加する。
(Comparison of the present invention and Patent Document 1)
In the power conversion device C of the present invention, similarly to the power conversion device of
しかし、特許文献１では、ＬＬＣ共振型／フェーズシフト型で動作させた後に、フェーズシフト型／ＬＬＣ共振型に切り替えるために、トランスに流れる電流が０となる時刻において、共振用キャパシタの端子間の短絡の設定が開始される。
However, in
一方で、本発明では、プッシュプル極性が反転／維持されるときに、それぞれ、直列共振型／非共振型の動作を行なうために、共振用キャパシタＣｒの端子間の電圧が０となる時刻において、共振用キャパシタＣｒの端子間の短絡の設定が開始される。 On the other hand, in the present invention, when the push-pull polarity is reversed / maintained, the series resonance type / non-resonance type operation is performed at the time when the voltage between the terminals of the resonance capacitor Cr becomes 0, respectively. Then, setting of a short circuit between the terminals of the resonance capacitor Cr is started.
このように、本発明及び特許文献１は、共振用キャパシタの存在のみを見れば、同一のものであるが、共振用キャパシタの動作及び効果を見れば、異なるものである。
As described above, the present invention and
（その他の変形例）
本実施形態では、直流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置を説明した。変形例として、直流電圧を交流電圧に変換するインバータや、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータや、安定化電圧出力を必要としないバスコンバータを採用してもよい。
(Other variations)
In this embodiment, the power converter device which converts a DC voltage into a DC voltage has been described. As a modification, an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage, a converter that converts an AC voltage into a DC voltage, or a bus converter that does not require a stabilized voltage output may be employed.
本実施形態では、２個の極性反転スイッチを備えるハーフブリッジ型を説明した。変形例として、４個の極性反転スイッチを備えるフルブリッジ型を採用してもよい。 In the present embodiment, the half bridge type having two polarity reversing switches has been described. As a modification, a full bridge type including four polarity reversing switches may be adopted.
本実施形態では、電気エネルギーから電気エネルギーへの変換を行なうトランスＴを説明した。変形例として、電気エネルギーから他のエネルギー（例えば、音波、電波及び光等のエネルギー）への変換を行なうトランスジューサを採用してもよい。 In the present embodiment, the transformer T that performs conversion from electrical energy to electrical energy has been described. As a modification, a transducer that converts electrical energy into other energy (for example, energy such as sound waves, radio waves, and light) may be employed.
本実施形態に加えて、変形例として、共振用キャパシタＣｒより大幅に高い静電容量のキャパシタを、共振用キャパシタＣｒに直列に接続してもよい。 In addition to the present embodiment, as a modification, a capacitor having a significantly higher capacitance than the resonance capacitor Cr may be connected in series to the resonance capacitor Cr.
本実施形態に加えて、変形例として、共振周波数又は共振Ｑ値を低い値に設定することにより、トランスＴの一次巻線に印加される電圧波形の急峻さを低減することができ、トランスＴにおける電力損失を低減することができる。 In addition to the present embodiment, as a modification, the steepness of the voltage waveform applied to the primary winding of the transformer T can be reduced by setting the resonance frequency or the resonance Q value to a low value. The power loss in can be reduced.
本実施形態では、入力側から見て、直列共振回路、トランスＴ及び極性反転スイッチが、この順序で直列に接続される。変形例として、入力側から見て、直列共振回路、トランスＴ及び極性反転スイッチが、どのような順序で直列に接続されてもよい。 In this embodiment, as viewed from the input side, the series resonance circuit, the transformer T, and the polarity reversing switch are connected in series in this order. As a modification, as viewed from the input side, the series resonant circuit, the transformer T, and the polarity reversing switch may be connected in series in any order.
本実施形態では、分圧回路Ｄを用いて、各々の極性の回路に電力を供給する。変形例として、個別の電源等を用いて、各々の極性の回路に電力を供給してもよい。 In this embodiment, the voltage dividing circuit D is used to supply power to each polarity circuit. As a modification, power may be supplied to each polarity circuit using an individual power source or the like.
本実施形態では、トランスＴの二次側の処理として、電圧変換、整流及び平滑化を行なう。変形例として、トランスＴの二次側の処理として、上の処理の他に、他の処理（例えば、電圧安定化及び過負荷保護等）を行なってもよい。 In the present embodiment, voltage conversion, rectification, and smoothing are performed as processing on the secondary side of the transformer T. As a modification, in addition to the above processing, other processing (for example, voltage stabilization and overload protection) may be performed as processing on the secondary side of the transformer T.
本発明の電力変換装置は、プッシュプル型かつ直列共振型の電力変換装置の高効率化、小型化及び低廉化を図る目的において、適用することが可能である。 The power converter of the present invention can be applied for the purpose of improving the efficiency, size and cost of a push-pull and series resonance type power converter.
Ｃ：電力変換装置
Ｖ：入力電源
Ｖｉ：入力電圧
Ｖｏ：出力電圧
Ｄ：分圧回路
Ｃｒ：共振用キャパシタ
Ｌｒ：共振用インダクタ
Ｔ：トランス
ＳＷ１：第１の極性反転スイッチ
ＳＷ２：第２の極性反転スイッチ
ＳＷ３：キャパシタ短絡制御スイッチ
Ｒ：整流回路
Ｃｓ：平滑用キャパシタ
C: power conversion device V: input power supply Vi: input voltage Vo: output voltage D: voltage dividing circuit Cr: resonance capacitor Lr: resonance inductor T: transformer SW1: first polarity reversing switch SW2: second polarity reversal Switch SW3: Capacitor short-circuit control switch R: Rectifier circuit Cs: Smoothing capacitor
Claims (2)
前記電力変換装置は、直列共振回路のキャパシタに並列に接続され、前記キャパシタの端子間の短絡の設定及び解除を制御するキャパシタ短絡制御スイッチを備え、
前記キャパシタ短絡制御スイッチは、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間において、前記キャパシタの端子間の短絡を解除し、プッシュプル極性が反転する時刻の周辺の期間以外の期間において、前記キャパシタの端子間の短絡を設定し、
前記キャパシタの端子間の短絡の設定が開始される時刻は、前記キャパシタの端子間の電圧が０となる時刻であることを特徴とする電力変換装置。 A push-pull type and series resonance type power converter,
The power conversion device includes a capacitor short-circuit control switch that is connected in parallel to a capacitor of a series resonance circuit and controls setting and releasing of a short circuit between terminals of the capacitor.
The capacitor short-circuit control switch releases a short circuit between the terminals of the capacitor in a period around the time when the push-pull polarity is reversed, and in a period other than the period around the time when the push-pull polarity is reversed. Set a short circuit between terminals,
The time when the setting of the short circuit between the terminals of the capacitor is started is the time when the voltage between the terminals of the capacitor becomes zero.
前記キャパシタの端子間の短絡の設定が開始される時刻は、プッシュプル極性の反転が終了される時刻より、直列共振周期の１／４の時間だけ後の時刻である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 The time when the release of the short circuit between the terminals of the capacitor is started is a time that is a quarter of the series resonance period before the time when the inversion of push-pull polarity is started,
The time when the setting of the short circuit between the terminals of the capacitor is started is a time that is ¼ of the time of the series resonance period from the time when the inversion of the push-pull polarity is finished.
The power conversion apparatus according to claim 1.
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