JPH0297272A - 一石式共振形コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 数百ＫＨｚの高周波電源に使用する一石式共振形コンハ
ータに関し、 スイッチング損失を防止してスイッチング損失を殆ど無
くずことにより効率的に安定した出力電圧が得られる一
石式共振形コンハークを提供することを目的とし、 所定巻線比を有するトランスの一次側の巻終側に直列に
スイッチング素子を接続し、スイッチング素子がオンの
時トランスの二次側の巻線の巻始側に接続される第１の
ダイオードにて１〜ランスの一次側に誘導される信号波
形を整流して、第１のダイオードと第２のダイオードの
間に一方の端子が、他方の端子がトランスの二次側の巻
線の巻終側と接続される第１のコンデンサに充電し、ス
イッチング素子がオフの時は、第１のコンデンサに充電
された電圧を放電し、その放電電圧を第１のダイオード
と直列に接続される第２のダイオードで整流し、第３の
ダイオードのカソード側を第２のダイオードのカソード
側と接続し、そのアノード側がトランスの二次側の巻線
の巻終側と接続され、第１のダイオード、第２のダイオ
ード及び第１のコンデンサで直流に整流した直流電力を
第３のダイオードで平準化するよ・うに構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、数百Ｋ　Ｈｚの高周波電源に使用する一石式
共振形コンハータに関する。

通信機器に使用されるＤＣ−ＤＣコンバータの大部分は
、入力電圧が例えば４８Ｖと低いので専ら一石式コンハ
ータ又は二面式コンハークを採用している。

特に一方式コンハータは比較的小容量の負荷の場合に使
用される。このような一方式コンハータの１つとして、
数百ＫＨｚの高周波電源用に用いられ、しかも共振形コ
ンデンサ゛を整流用ダイオードと併用している共振形コ
ンバータがある。

かかる−石式コンハータでは、一般にスイッチング損失
が発生する可能性があるため、出来る限リスイツチング
損失が少なく効率的Ｇこ変換するものが望まれる。

〔従来の技術〕

第４図は従来例を説明する図、第５図は従来例におりる
電圧・電流波形を説明する図、第６図は共振コンデンサ
における充電状況を説明する図をそれぞれを示す。

第４図に示す従来例は既にＵ、Ｓ、Ｐａｔｅｎｔ４，４
１５．９５９　　（Ｎｏｖ、１５．１９８３）で公表さ
れている内容と同一のものであり、その構成は、 １次側に中間端子を有するトランスＴＩと、トランス′
■Ｎの一次側の中間端子の巻始がプラス側と接続されて
いる直）Ｌ人力型ｔＡ　Ｖ　Ｉ　Ｎと、トランスＴ１の
一次側の中間端子の巻終と直流入力電源ＶＩＮのマイナ
ス側の間に接続される一方のトランジスタＴＲＩと、 一次側の巻始と直流入力電源ＶＩＮのマイナス側と接続
されるダイオードＤと、 トランスＴ１の２次側の巻始がプラス側とマイナス側が
出力インダクタンスをなす線輪りの一方と接続される整
流ダイオードＤ１と、 その一方が整流ダイオードＤ１と線輪１２間に接続され
、他方がトランスＴ１の２次側の巻終と並列に接続する
共振コンデンサＣｒ及びフライホイールダイオードＤ３
と、 線輪■、の他方とトランスＴ１の２次側の巻終と並列に
接続する出力コンデンサＣ２及び負ｈｒＪ　Ｒｌと、 負荷ＲＬの所定位置から引き込んだ電圧を５　ｉ１ｇ電
圧Ｖｒ□と比較して、その差を増幅して出力する差動増
幅器１１と、差動増幅器１１の出力電圧を周波数に変換
する電圧／周波数変換回路１２と、電圧／周波数変換回
路１２の出力にてアクセスされ一定幅の駆動パルスＰ１
を発生するドライノ＼回路１３からなる制御回路１０と
を具備して構成されている。

トランジスタＴＲＩはそのヘースに印加される制御回路
１０内］・ライハ回路１３からの駆動パルスＰ１により
スイッチングされる。

その時のトランジスタＴＲＩの駆動パルスＰＩ波形を第
４図の最上段に示す。又、この駆動パルスＰ１によりト
ランジスタＴＲＩのエミッターコレクタ間に発生する電
圧■。、の波形は第５図の次段に示し、二ルククに流れ
る電流Ｉ、は三段目に示している。

ｌ・ランシスタＴＲＩに印加されている駆動パルスＰ１
がオフになるとトランジスタ］゛Ｒ１がオフ状態になり
、そのエミ・ツク−コレクタ間には直流入力電源ＶＩＮ
に基づき■１の電位が発生し、所定時間後Ｖ２となり一
定する。

尚、電圧■１はＩ・ランスＴ１の逆起電力により一時的
に一定電圧■２より高い値を示す。又、トランジスタｉ
’　Ｒ１に印加されている駆動パルスＰ１のオン／オフ
によりコレクタに流れる電流■。

もオン／オフとスイッチングされる。

このスイッチングによりトランスＴ１の２次側に現れ、
整流グイｉ−Ｆ　＋０１で取り出された時の波形も電？
Ｊ’ｔ　ｌ　ｃの波形と同一波形を示す。

又、Ｉ・ランリスタＴＲ＋のスイッチングで発生しトラ
ンスＴｌの２次側を流れる電流Ｉ２の波形が最下段に示
す波形と同等であり、これを共振コンデンサＣｒに充放
電する時の波形が最下段に示す波形となる。

即ち、この共振コンデンサＣｒの充放電は電流Ｉ２がオ
ンの時一定時間で徐々に充電され、電流１２がオフのな
った時点から一定時間を掛けて放電を行う。

第６図はトランスＴＩの１次側を流れる電流Ｉとトラン
スＴ１の２次側を流れる電流Ｉ２と共振コンデンサＣｒ
の充電波形（ＶＣ）の関係を周期Ｔ／２の時点までの状
況で示した図である。

尚、第６図中の符号Ｌ　１はトランスＴ１の１次側のイ
ンピーダンス、符号ＶＩＮは入力直流電力、符号Ｍはト
ランスＴ１の１次側と２次側の巻線比をそれぞれ示す。

第６図に示すように周期Ｔ／２の時点では電流１　＋　
−（ＶＩＮ／　Ｌ　１　）　　・Ｔ／　２　（Ｄ値、電
流Ｉ２はゼロの値及び共振コンデンサＣｒの充電電圧Ｖ
。

＝２　　（Ｍ／Ｌｌ）ＶＩＮの値を示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

」二連の従来例にあっては、次のような問題点が発生す
ることがある。即ち、 共振コンデンサＯｒがフライホイールダイオードＤ３に
より第５図最下段に示すように逆方向（０より負方向部
分）に充電される。

このためｌ・ランリスタＴＲＩのオフ期間に、フライホ
イールダイオ−ＩＤ３と整流ダイオードＤ１の電圧降下
のハラつきによりトランスＴ１の２次巻線、整流ダイオ
ードＤ１を介して電流が流れ、トランスＴＩの磁束のり
七ソ］・が不安定になると言う問題点がある。

本発明は、トランスの磁束のリセットが不安定になる現
象を防止してスイッチング損失を殆ど無くずごとにより
効率的に安定した出力電圧が得られる一石式共振形コン
ハータを掃供することを目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

第１図は本発明の詳細な説明するブロック図を示す。

第１図に示す本発明の原理図中の１は所定巻線Ｊ：ｔ；
　Ｍを有するＩ・ランスＴＯの一次側の巻終に直列に接
続されるスイッチング素子であり、２はスイッチング素
子１がオンの時トランスＴＯの二次側の巻線の巻始側に
接続される第１のダイオードであり、 ３は第１のコンデンサ４の放電電流を流す第２のダイオ
ードであり、 ４はトランスＴＯの二次側に誘導される信号波形を第１
のダイオード２にて整流したものを充電するもので、第
１のダイオード２と第２のダイオード３の間に一方の端
子が、他方の端子がトランスＴＯの二次側の巻線の巻終
側と接続される第１のコンデンサであり、 ５は第２のダイオード３のカソード側とそのカソード側
を接続し、そのアノード側がトランス１゛０の二次側の
巻線の巻終側と接続され、第１のダイオード２．第２の
ダイオード３及び第１のコンデンサ４で直流に整流した
直流電力を平準化する第３のダイオードであり、 かかる手段を具備することにより本課題を解決するため
の手段とする。

〔作　用〕

巻線比Ｍのトランス１゛０の１次巻線側に設けられてい
るスイッチング素子１がオンの時にトランスＴｏの２次
巻線側に設けられている共振コンデンサである第１のコ
ンデンサ４に蓄えられた電荷が、スイッチング素子１の
オフの期間に整流ダイオートである第２のダイオード３
を介して放電し、共振」ンデンザの電圧がＯ■になる。

これは、第２のダイオード３と第３のダイオ−］・５の
順方向電圧降下が略等しいためてあり、又ごの■、−ト
ランスＴＯの２次巻線、第１のダイオード２を介しての
電流の流れは第１のダイオード２と、第２のダイオード
３の順電圧降下の和が第３のダイオード５より低いため
に、トランスＴＯの磁束のり七ノドが完全に出来、オー
ハリセットを生じることがない。

このよな共振形コンバータを構成することにより、スイ
ッチング損失を殆どなくすことが可能となる。

〔実施例〕

以下本発明の要旨を第２図、第３図に示す実施例により
具体的に説明する。

第２図は本発明の詳細な説明する図、第３図は本発明の
実施例におりる電圧・電流波形を説明する図を示す。尚
、全図を通じて同一符号は同一対象物を示す。

第２図に示す本発明の実施例は第１図で説明したスイッ
チング素子１．第１のダイオード２．第１のコンデンサ
４及び第３のダイオード５として、第４図で説明したト
ランジスタＴＲ＋、整流ダイオードＤ１．共振コンデン
サＣｒ及びフライホイールダイオードＤ３で構成し、こ
れに第２のダイオード３として整流ダイオードＤ２を伺
加して構成した例である。

尚、第２図は上述の他に第４図で説明した線輪り、出力
コンデンサＣＦ、ダイオード■〕及び制御回路１０．入
力直流電力■ｌ　Ｎ　＋負荷Ｒ１−とを具備している。

）−ランリスタＴＲＩがオンの時に共振コンデンサＣ１
に蓄えられた電荷は、第３図の斜線部分に示すように）
・ランリスタＴＲＩのオフの期間に整流ダイオードＤ２
を介して放電される。

この時の波形は第３図の１０２の波形の斜線部分から点
線で示す部分のＣｒ放電波形となる。

この共振コンデンサＣｒの電圧は整流ダイオードＤ２と
フライホイールダイオードＤ３との順方向電圧降下（第
３図のＩ。３の波形とこれに相当する■。２の波形）が
略等しいため、０■となる。

又、この時トランスＴｌの２次巻線−整流グイオートＤ
１を介して逆方向に流れようとする電流は整流ダイオ−
ＭＤＩにより阻止され、逆方向の電流の流れが防止され
るため、第３図に示すＤｌの波形のようになる。

次に、トランジスタＴＲ１が制御回路１０からの％ｌ　
ＩＪＪパルス［）１によりオンとなると、１ヘランスＴ
１のり＝ケージインダクタンスと共振コンデンーリ”Ｃ
ｒにより、共振電流が整流ダイオードＤ１を介して流れ
る。

そして、このオンの期間に出力インダクタンスである線
輪りに蓄えられたエネルギーは、トランジスタＴＲＩの
オフの期間に出力コンデンサＣ。

フライホイールダイオードＤ３．共振コンデンサＣ，、
、整流ダイオードＤ２を介して放電する。

この放電電流は、始めに共振コンデンサＯｒ整流ダイオ
−１”Ｄ２を介して流れ、共振コンデンサＣｒが放電し
た後フライホイールダイオ−Ｆ’　ｌ）３を流れる。

尚、第３図の最下段に示す波形Ｖ、は本実施例における
共振コンデンサＣ，，の充放電波を示す。

又、最下段から２段上のＤＩの波形は第５図の最下段に
示す波形に対比するもので、第５図に示すように共振コ
ンデンサＣｒが逆方向（０より負方向）に充電されるこ
とがないため、１ヘランス１Ｎの磁束のオーハリセント
が防止されている。

そして、ｌ・ランリスタＴＲＩに一定幅の駆動パルスＰ
１を与えることにより出力を安定化することが有効に働
くことになる。

〔発明の効果〕

以上のような本発明によれば、トランスの磁束のオーバ
リセットがなく安定した出力が得られる一石式共振形コ
ンハータを提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する図、 第２図は本発明の詳細な説明する図、 第３図は本発明の実施例における電圧・電流波形を説明
する図、 第４図は従来例を説明する図、 第５図は従来例における電圧　電流波形を説明する図、 第６図は共振コンデンサにおける充電状況を説明する図
、 をそれぞれを示す。 図におい−ζ、 ■はスイッチング素子、 ２．３．５は第１／第２／第３のグイオート、４は第１
のコンデンサ、　　１０は制御回路、１１は差動増幅器
、 １２は電圧／周波数変換回路、 １３はドライバ回路、 Ｃｒは共振コンデンサ、　ＣＦは出力コンデンサ、Ｄは
ダイオード、 Ｄｌ、Ｄ２は整流ダイオード、 Ｄ３はフライホイールダイオード、 Ｌは線輪、　　　　　　　ＲＬは負荷、Ｔｏ、Ｔｌはト
ランス、　Ｔ’ＲＩはトランジスタ、ＶＩＮは直流入力
電力、　　ｖｏｕ’ｒは直流出力電力、Ｖ　ｒｅｆば基
準電圧、 ＶＣＥはコレクターエミッタ電圧、 をそれぞれを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １つのスイッチング素子（１）の駆動を制御してオン／
   オフすることにより直流入力電力（Ｖ＿Ｉ＿Ｎ）を異な
   る電圧又は極性の直流出力電力（Ｖ＿Ｏ＿Ｕ＿Ｔ）に変
   換する一石式コンバータであって、所定巻線比（Ｍ）を
   有するトランス（Ｔ０）の一次側の巻終側に直列に前記
   スイッチング素子（１）を接続し、 前記スイッチング素子（１）がオンの時前記トランス（
   Ｔ０）の二次側の巻線の巻始側に接続される第１のダイ
   オード（２）にて前記トランス（Ｔ０）の二次側に誘導
   される信号波形を整流して、前記第１のダイオード（２
   ）と第２のダイオード（３）の間に一方の端子が、他方
   の端子が前記トランス（Ｔ０）の二次側の巻線の巻終側
   と接続される第１のコンデンサ（４）に充電し、前記ス
   イッチング素子（１）がオフの時は、前記第１のコンデ
   ンサ（４）に充電された電圧を放電し、その放電電圧を
   前記第１のダイオード（２）と直列に接続される前記第
   ２のダイオード（３）で整流し、 第３のダイオード（５）のカソード側を前記第２のダイ
   オード（３）のカソード側と接続し、そのアノード側が
   前記トランス（Ｔ０）の二次側の巻線の巻終側と接続さ
   れ、 前記第１のダイオード（２）、第２のダイオード（３）
   及び前記第１のコンデンサ（４）で直流に整流した直流
   電力を前記第３のダイオード（５）で平準化するように
   構成したことを特徴とする一石式共振形コンバータ。