JPH05260745A - 一石電流共振型dc/dcコンバータ - Google Patents
一石電流共振型dc/dcコンバータInfo
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- JPH05260745A JPH05260745A JP4055211A JP5521192A JPH05260745A JP H05260745 A JPH05260745 A JP H05260745A JP 4055211 A JP4055211 A JP 4055211A JP 5521192 A JP5521192 A JP 5521192A JP H05260745 A JPH05260745 A JP H05260745A
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- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
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- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 直流入力電源にピーク値の高い共振電流が直
接流れない構成とすると共に、回路効率が優れた一石電
流共振型DC/DCコンバータを提供する。 【構成】 本発明は、一石電流共振型DC/DCコンバ
ータにおいて、1次側回路に3端子ゼロ電流スイッチン
グ共振型回路3が設けられ、該共振型回路3は、互いに
並列接続された半導体スイッチ素子7、及びリカバリダ
イオード8、並びに逆接型センタタップ構成の共振用イ
ンダクタンス13が直流入力電源1と高周波トランスの
1次側インダクタンス4間に直列接続され、且つ共振用
コンデンサ6が直流入力電源1と共振用インダクタンス
13のセンタタップ間に並列接続されている。
接流れない構成とすると共に、回路効率が優れた一石電
流共振型DC/DCコンバータを提供する。 【構成】 本発明は、一石電流共振型DC/DCコンバ
ータにおいて、1次側回路に3端子ゼロ電流スイッチン
グ共振型回路3が設けられ、該共振型回路3は、互いに
並列接続された半導体スイッチ素子7、及びリカバリダ
イオード8、並びに逆接型センタタップ構成の共振用イ
ンダクタンス13が直流入力電源1と高周波トランスの
1次側インダクタンス4間に直列接続され、且つ共振用
コンデンサ6が直流入力電源1と共振用インダクタンス
13のセンタタップ間に並列接続されている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回路構成が簡易な一石
電流共振型DC/DCコンバータに関する。
電流共振型DC/DCコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、DC/DCコンバータの普及に伴
ないその特性向上、特に高効率、低ノイズ、廉価が求め
られている。そして、他方式に比べ低ノイズで、廉価な
一石電流共振型DC/DCコンバータが種々の用途に用
いられ始めている。
ないその特性向上、特に高効率、低ノイズ、廉価が求め
られている。そして、他方式に比べ低ノイズで、廉価な
一石電流共振型DC/DCコンバータが種々の用途に用
いられ始めている。
【0003】図3に従来の一石電流共振型DC/DCコ
ンバータの回路図を示す。
ンバータの回路図を示す。
【0004】1次側回路は直流電源1に対して、入力用
平滑コンデンサ2、3端子ゼロ電流スイッチング(以
下、ZCSと略記する。)共振型スイッチ回路3、及び
高周波トランスHTの1次側インダクタンス4が並列接
続されている。そして、ZCS共振型スイッチ回路3
は、共振用インダクタンス5、共振用コンデンサ6、半
導体スイッチ素子7、及びリカバリダイオード8から構
成され、共振用インダクタンス5が直流電源1と1次側
インダクタンス4との間に直列接続され、共振用コンデ
ンサ6が1次側インダクタンス4に並列接続され、互い
に並列接続された半導体スイッチ素子7、及びリカバリ
ダイオード8が直流電源1のマイナス側と1次側インダ
クタンス4間に直列接続されている。尚、半導体スイッ
チ素子7は、共振開始前は導通状態に設定され、共振電
流iLrが正から負、若しくはその逆に転じる際に、オ
ン、オフの切り換え制御が行われている。
平滑コンデンサ2、3端子ゼロ電流スイッチング(以
下、ZCSと略記する。)共振型スイッチ回路3、及び
高周波トランスHTの1次側インダクタンス4が並列接
続されている。そして、ZCS共振型スイッチ回路3
は、共振用インダクタンス5、共振用コンデンサ6、半
導体スイッチ素子7、及びリカバリダイオード8から構
成され、共振用インダクタンス5が直流電源1と1次側
インダクタンス4との間に直列接続され、共振用コンデ
ンサ6が1次側インダクタンス4に並列接続され、互い
に並列接続された半導体スイッチ素子7、及びリカバリ
ダイオード8が直流電源1のマイナス側と1次側インダ
クタンス4間に直列接続されている。尚、半導体スイッ
チ素子7は、共振開始前は導通状態に設定され、共振電
流iLrが正から負、若しくはその逆に転じる際に、オ
ン、オフの切り換え制御が行われている。
【0005】一方、2次側回路は、高周波トランスHT
の2次側インダクタンス9と、整流用ダイオード10
と、平滑用チョーク11と、平滑用コンデンサ12とか
ら構成されている。
の2次側インダクタンス9と、整流用ダイオード10
と、平滑用チョーク11と、平滑用コンデンサ12とか
ら構成されている。
【0006】次に、従来装置の回路動作について説明す
る。
る。
【0007】半導体スイッチ素子7の導通期間では、直
流電源1の電圧がZCS共振型スイッチ回路3に供給さ
れ、これにより共振用インダクタンス5と共振用コンデ
ンサ6とが共振し、共振電流iLrの一部が1次側インダ
クタンス4に供給されて1次側にトランス電圧VT1が発
生する。
流電源1の電圧がZCS共振型スイッチ回路3に供給さ
れ、これにより共振用インダクタンス5と共振用コンデ
ンサ6とが共振し、共振電流iLrの一部が1次側インダ
クタンス4に供給されて1次側にトランス電圧VT1が発
生する。
【0008】この時2次側にも巻線比に比例した電圧が
発生し、整流用ダイオード10により全波整流された
後、平滑用回路11、12を通して出力電圧VOが負荷
に供給される。
発生し、整流用ダイオード10により全波整流された
後、平滑用回路11、12を通して出力電圧VOが負荷
に供給される。
【0009】次に、半導体スイッチ素子7の非導通期間
になると、共振用コンデンサ6の充電電圧、及び共振用
インダクタンス5に発生する逆起電力により、リカバリ
ダイオード8を介して1次側インダクタンス4が励磁さ
れ、1次側に電圧が発生する。そして、2次側には半導
体スイッチ素子7が導通期間と同様に、出力電圧VOが
発生し負荷に供給される。
になると、共振用コンデンサ6の充電電圧、及び共振用
インダクタンス5に発生する逆起電力により、リカバリ
ダイオード8を介して1次側インダクタンス4が励磁さ
れ、1次側に電圧が発生する。そして、2次側には半導
体スイッチ素子7が導通期間と同様に、出力電圧VOが
発生し負荷に供給される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従って、上記従来装置
では、半導体スイッチ素子7の導通期間に、ピーク値が
数十A以上の共振電流が全て直流電源1、及び入力用平
滑コンデンサ2に供給されことになる。
では、半導体スイッチ素子7の導通期間に、ピーク値が
数十A以上の共振電流が全て直流電源1、及び入力用平
滑コンデンサ2に供給されことになる。
【0011】このため、直流電源1の内部コンデンサが
発熱して、内部コンデンサの寿命が低下し、その結果、
直流電源1の寿命の低下を招来していた。また、入力用
平滑コンデンサ2に高電流が流れ込むため、コンデンサ
容量を大きく設計しなければならず、小型化の障害とな
っていた。更に、半導体スイッチ素子7の導通損と回路
の抵抗損等が増加し、回路効率が80%程度となり効率
が良くなかった。
発熱して、内部コンデンサの寿命が低下し、その結果、
直流電源1の寿命の低下を招来していた。また、入力用
平滑コンデンサ2に高電流が流れ込むため、コンデンサ
容量を大きく設計しなければならず、小型化の障害とな
っていた。更に、半導体スイッチ素子7の導通損と回路
の抵抗損等が増加し、回路効率が80%程度となり効率
が良くなかった。
【0012】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、直流電源にピーク値の高い共振電流が直接
流れない構成とすると共に、回路効率が優れた一石電流
共振型DC/DCコンバータを提供することを目的とす
る。
のであって、直流電源にピーク値の高い共振電流が直接
流れない構成とすると共に、回路効率が優れた一石電流
共振型DC/DCコンバータを提供することを目的とす
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、直流電源に対
して、入力用平滑コンデンサ、並びに互いに並列接続さ
れた3端子ゼロ電流スイッチング共振型回路、及び高周
波トランスの1次側インダクタンスが並列接続された1
次側回路と、前記高周波トランスの2次側インダクタン
スと、該2次側インダクタンスに発生した電圧を整流す
る整流用ダイオードと、該整流用ダイオードを介して整
流された電圧を平滑する平滑回路とを有する2次側回路
と、からなる一石電流共振型DC/DCコンバータであ
って、前記3端子ゼロ電流スイッチング共振型回路は、
互いに並列接続された半導体スイッチ素子、及びリカバ
リダイオード、並びに逆接型センタタップ構成の共振用
インダクタンスが前記直流電源と前記1次側インダクタ
ンス間に直列接続され、共振用コンデンサが前記直流電
源と前記共振用インダクタンスのセンタタップ間に並列
接続されていることを特徴とする。
して、入力用平滑コンデンサ、並びに互いに並列接続さ
れた3端子ゼロ電流スイッチング共振型回路、及び高周
波トランスの1次側インダクタンスが並列接続された1
次側回路と、前記高周波トランスの2次側インダクタン
スと、該2次側インダクタンスに発生した電圧を整流す
る整流用ダイオードと、該整流用ダイオードを介して整
流された電圧を平滑する平滑回路とを有する2次側回路
と、からなる一石電流共振型DC/DCコンバータであ
って、前記3端子ゼロ電流スイッチング共振型回路は、
互いに並列接続された半導体スイッチ素子、及びリカバ
リダイオード、並びに逆接型センタタップ構成の共振用
インダクタンスが前記直流電源と前記1次側インダクタ
ンス間に直列接続され、共振用コンデンサが前記直流電
源と前記共振用インダクタンスのセンタタップ間に並列
接続されていることを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明によれば、共振電流に比べてピーク値が
低いトランス電流が直流電源、及び入力用平滑コンデン
サに流れることになる。
低いトランス電流が直流電源、及び入力用平滑コンデン
サに流れることになる。
【0015】また、共振用インダクタンスが逆接型セン
タタップ構成であるので、共振エネルギーの一部を高周
波トランスを介して2次側に伝達されると共に、半導体
スイッチ素子に流れる電流のピーク値を低減させる。
タタップ構成であるので、共振エネルギーの一部を高周
波トランスを介して2次側に伝達されると共に、半導体
スイッチ素子に流れる電流のピーク値を低減させる。
【0016】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて説明する。
いて説明する。
【0017】図1は、本発明の一実施例を示す一石電流
共振型DC/DCコンバータの回路図を示す。尚図中、
図3と同一符号は同一部分を示す。13は空芯逆接形セ
ンタタップインダクタンスであり、共振用インダクタン
スとして作用する。尚、センタタップ比は、共振側:高
周波トランス側=10:1に設定されている。
共振型DC/DCコンバータの回路図を示す。尚図中、
図3と同一符号は同一部分を示す。13は空芯逆接形セ
ンタタップインダクタンスであり、共振用インダクタン
スとして作用する。尚、センタタップ比は、共振側:高
周波トランス側=10:1に設定されている。
【0018】1次側回路は直流電源1に対して、入力用
平滑コンデンサ2、並びに互いに直列接続されたZCS
共振型スイッチ回路3、及び1次側インダクタンス4が
並列に接続されている。そして、ZCS共振型スイッチ
回路3は、共振用コンデンサ6、半導体スイッチ素子
7、リカバリダイオード8、及び共振用インダクタンス
13から構成され、互いに並列接続された半導体スイッ
チ素子7、及びリカバリダイオード8、並びに共振用イ
ンダクタンス13が直流電源1のプラス側と1次側イン
ダクタンス4間に直列に接続され、共振用コンデンサ6
が直流電源1のプラス側と共振用インダクタンス13の
センタタップ間に並列接続されている。
平滑コンデンサ2、並びに互いに直列接続されたZCS
共振型スイッチ回路3、及び1次側インダクタンス4が
並列に接続されている。そして、ZCS共振型スイッチ
回路3は、共振用コンデンサ6、半導体スイッチ素子
7、リカバリダイオード8、及び共振用インダクタンス
13から構成され、互いに並列接続された半導体スイッ
チ素子7、及びリカバリダイオード8、並びに共振用イ
ンダクタンス13が直流電源1のプラス側と1次側イン
ダクタンス4間に直列に接続され、共振用コンデンサ6
が直流電源1のプラス側と共振用インダクタンス13の
センタタップ間に並列接続されている。
【0019】一方、2次側回路は、上記従来装置と同様
に高周波トランスHTの2次側インダクタンス9と、整
流用ダイオード10と、平滑用チョーク11と、平滑用
コンデンサ12とから構成されている。
に高周波トランスHTの2次側インダクタンス9と、整
流用ダイオード10と、平滑用チョーク11と、平滑用
コンデンサ12とから構成されている。
【0020】また、上述のように共振用インダクタンス
13を逆接型センタタップ構成としているのは、共振エ
ネルギーの一部を高周波トランスを介して2次側に伝達
すると共に、半導体スイッチ素子7に流れる電流のピー
ク値を低減させるためである。更に、共振用インダクタ
ンス13を空芯構成としているため、鉄芯による非線形
の影響がなくなり、回路効率の向上、及び回路の小型
化、軽量化を図ることができる。
13を逆接型センタタップ構成としているのは、共振エ
ネルギーの一部を高周波トランスを介して2次側に伝達
すると共に、半導体スイッチ素子7に流れる電流のピー
ク値を低減させるためである。更に、共振用インダクタ
ンス13を空芯構成としているため、鉄芯による非線形
の影響がなくなり、回路効率の向上、及び回路の小型
化、軽量化を図ることができる。
【0021】次に、図1実施例の回路の動作について説
明する。
明する。
【0022】半導体スイッチ素子7の導通期間では、直
流電源1の電圧がZCS共振型スイッチ回路3に供給さ
れ、これにより共振用インダクタンス13と共振用コン
デンサ6とが共振し、共振電流iLr、及び共振用コンデ
ンサ6の電流iCrによるトランス電流iT1が1次側イン
ダクタンス4に供給されて1次側にトランス電圧VT1が
発生する。この時2次側にも巻線比に比例した電圧が発
生し、整流用ダイオード10により全波整流された後、
平滑用回路11、12を通して出力電圧VOが負荷に供
給される。
流電源1の電圧がZCS共振型スイッチ回路3に供給さ
れ、これにより共振用インダクタンス13と共振用コン
デンサ6とが共振し、共振電流iLr、及び共振用コンデ
ンサ6の電流iCrによるトランス電流iT1が1次側イン
ダクタンス4に供給されて1次側にトランス電圧VT1が
発生する。この時2次側にも巻線比に比例した電圧が発
生し、整流用ダイオード10により全波整流された後、
平滑用回路11、12を通して出力電圧VOが負荷に供
給される。
【0023】そして、共振電流iLrが正から負に転じる
と、共振電流iLrはリカバリダイオード8を介して共振
用コンデンサ6の放電回路を構成する。この時、半導体
スイッチ素子7を非導通状態に切り換える。
と、共振電流iLrはリカバリダイオード8を介して共振
用コンデンサ6の放電回路を構成する。この時、半導体
スイッチ素子7を非導通状態に切り換える。
【0024】半導体スイッチ素子7が非導通状態には、
上記導通状態と同様に共振電流iLr、及び共振用コンデ
ンサ6の電流iCrによるトランス電流iT1が1次側イン
ダクタンス4に供給されて1次側にトランス電圧VT1が
発生する。そして、2次側に巻線比に比例した電圧が発
生して、整流用ダイオード10により全波整流された
後、平滑用回路11、12を通して出力電圧VOが負荷
に供給される。
上記導通状態と同様に共振電流iLr、及び共振用コンデ
ンサ6の電流iCrによるトランス電流iT1が1次側イン
ダクタンス4に供給されて1次側にトランス電圧VT1が
発生する。そして、2次側に巻線比に比例した電圧が発
生して、整流用ダイオード10により全波整流された
後、平滑用回路11、12を通して出力電圧VOが負荷
に供給される。
【0025】そして、半導体スイッチ素子7の非導通期
間において、共振用コンデンサ6の共振が終わると、半
導体スイッチ素子7を導通状態として再び共振させる。
従って、本回路では半導体スイッチ素子7の導通、非導
通に拘かわらず、直流電源1にはトランス電流iT1が供
給されている。
間において、共振用コンデンサ6の共振が終わると、半
導体スイッチ素子7を導通状態として再び共振させる。
従って、本回路では半導体スイッチ素子7の導通、非導
通に拘かわらず、直流電源1にはトランス電流iT1が供
給されている。
【0026】図2に、共振電流iLr、及びトランス電流
iT1の動作波形を示す。図から明らかなように、電流i
Lrのピーク値に比べて電流iT1のピーク値が低減されて
いることが分かる。即ち、直流電源1には共振電流iLr
に比べてピーク値が低いトランス電流iT1が流れること
になる。
iT1の動作波形を示す。図から明らかなように、電流i
Lrのピーク値に比べて電流iT1のピーク値が低減されて
いることが分かる。即ち、直流電源1には共振電流iLr
に比べてピーク値が低いトランス電流iT1が流れること
になる。
【0027】また、共振用インダクタンス13を空芯逆
接形センタタップ構成にすることにより、その他の構成
に比較して回路効率が高く、約90%を達成可能である
ことが確認された。
接形センタタップ構成にすることにより、その他の構成
に比較して回路効率が高く、約90%を達成可能である
ことが確認された。
【0028】尚、上記実施例の他に、2次側回路におけ
る平滑用チョーク11を除去し、高周波トランスの漏れ
インダクタンスを利用する構成とした場合には、高周波
トランスHTに蓄えられたエネルギーが損失とならず、
有効に出力に供給され、更に回路効率の向上させること
ができる。
る平滑用チョーク11を除去し、高周波トランスの漏れ
インダクタンスを利用する構成とした場合には、高周波
トランスHTに蓄えられたエネルギーが損失とならず、
有効に出力に供給され、更に回路効率の向上させること
ができる。
【0029】また、上記実施例では共振用インダクタン
ス13のセンタタップ比を共振側:高周波トランス側=
10:1の場合について説明したが、共振側:高周波ト
ランス側=6:1〜12:1であれば、同様の効果を奏
することができる。
ス13のセンタタップ比を共振側:高周波トランス側=
10:1の場合について説明したが、共振側:高周波ト
ランス側=6:1〜12:1であれば、同様の効果を奏
することができる。
【0030】
【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、共振電
流に比べてピーク値が低いトランス電流が直流電源、及
び入力用平滑コンデンサに流れることになり、直流電源
の高寿命化、及び入力用平滑コンデンサの小型化を図る
ことができる。
流に比べてピーク値が低いトランス電流が直流電源、及
び入力用平滑コンデンサに流れることになり、直流電源
の高寿命化、及び入力用平滑コンデンサの小型化を図る
ことができる。
【0031】また、共振用インダクタンスを逆接型セン
タタップ構成にすることにより、共振エネルギーの一部
を高周波トランスを介して2次側に伝達すると共に、半
導体スイッチ素子に流れる電流のピーク値を低減させ、
回路効率を向上させることができる。
タタップ構成にすることにより、共振エネルギーの一部
を高周波トランスを介して2次側に伝達すると共に、半
導体スイッチ素子に流れる電流のピーク値を低減させ、
回路効率を向上させることができる。
【0032】従って、高寿命化、小型化、高効率化を実
現した一石電流共振型DC/DCコンバータを提供する
ことができる。
現した一石電流共振型DC/DCコンバータを提供する
ことができる。
【図1】本発明の一石電流共振型DC/DCコンバータ
の概略回路図である。
の概略回路図である。
【図2】図1実施例の回路の動作波形図である。
【図3】従来の一石電流共振型DC/DCコンバータの
概略回路図である。
概略回路図である。
1 直流入力電源 2 入力用平滑コンデンサ 3 ZCS共振型スイッチ回路 4 1次側インダクタンス 5、13 共振用インダクタンス 6 共振用コンデンサ 7 半導体スイッチ素子 8 リカバリダイオード 9 2次側インダクタンス 10 整流用ダイオード 11 平滑用チョーク 12 平滑用コンデンサ
Claims (2)
- 【請求項1】直流電源に対して、入力用平滑コンデン
サ、並びに互いに並列接続された3端子ゼロ電流スイッ
チング共振型回路、及び高周波トランスの1次側インダ
クタンスが並列接続された1次側回路と、 前記高周波トランスの2次側インダクタンスと、該2次
側インダクタンスに発生した電圧を整流する整流用ダイ
オードと、該整流用ダイオードを介して整流された電圧
を平滑する平滑回路とを有する2次側回路と、からなる
一石電流共振型DC/DCコンバータであって、 前記3端子ゼロ電流スイッチング共振型回路は、互いに
並列接続された半導体スイッチ素子、及びリカバリダイ
オード、並びに逆接型センタタップ構成の共振用インダ
クタンスが前記直流電源と前記1次側インダクタンス間
に直列接続され、共振用コンデンサが前記直流電源と前
記共振用インダクタンスのセンタタップ間に並列接続さ
れていることを特徴とする一石電流共振型DC/DCコ
ンバータ。 - 【請求項2】前記共振用インダクタンスは空芯逆接型セ
ンタタップ構成であることを特徴とする請求項1記載の
一石電流共振型DC/DCコンバータ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04055211A JP3101406B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 一石電流共振型dc/dcコンバータ |
US08/028,134 US5327334A (en) | 1992-03-13 | 1993-03-09 | Zero current switching DC-DC converter incorporating a tapped resonant inductor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04055211A JP3101406B2 (ja) | 1992-03-13 | 1992-03-13 | 一石電流共振型dc/dcコンバータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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