JPH07123707A - 部分共振型定周波ｐｗｍ制御ｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents
部分共振型定周波ｐｗｍ制御ｄｃ／ｄｃコンバータInfo
- Publication number
- JPH07123707A JPH07123707A JP29887393A JP29887393A JPH07123707A JP H07123707 A JPH07123707 A JP H07123707A JP 29887393 A JP29887393 A JP 29887393A JP 29887393 A JP29887393 A JP 29887393A JP H07123707 A JPH07123707 A JP H07123707A
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- Japan
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- transformer
- power source
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- switch
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＰＷＭチョッパＤＣ／ＤＣコンバータのスイ
ッチング損失とノイズを低減し、スナバ回路損を除去し
て、スイッチング周波数の高周波化を計り、機器の小型
軽量化、低損失化、低ノイズ化を目的とする。 【構成】 ＰＷＭチョッパＤＣ／ＤＣコンバータに於い
て、主スイッチング部を部分共振制御する補助スイッ
チング素子Ｓａは、高周波補助トランスＴ、逆流防止ダ
イオードＤ１を直列に電源Ｅに結び、前記トランスＴの
分割点Ｐより共振用インダクタＬｒ、共振用コンデンサ
Ｃｒを電源Ｅのマイナス部に結んで共振回路を構成し、
主スイッチはゼロ電圧電流ターンＯＮ、ゼロ電圧ターン
ＯＦＦ動作することを特徴とする部分共振型定周波ＰＷ
ＭソフトスイッチングＤＣ／ＤＣコンバータに関するも
のである。 【効果】 低損失かつ低ノイズなソフトスイッチングＤ
Ｃ／ＤＣコンバータを構成し、高周波スイッチングの制
御応答が高くできる為、機器の小型軽量化を実現でき
る。
ッチング損失とノイズを低減し、スナバ回路損を除去し
て、スイッチング周波数の高周波化を計り、機器の小型
軽量化、低損失化、低ノイズ化を目的とする。 【構成】 ＰＷＭチョッパＤＣ／ＤＣコンバータに於い
て、主スイッチング部を部分共振制御する補助スイッ
チング素子Ｓａは、高周波補助トランスＴ、逆流防止ダ
イオードＤ１を直列に電源Ｅに結び、前記トランスＴの
分割点Ｐより共振用インダクタＬｒ、共振用コンデンサ
Ｃｒを電源Ｅのマイナス部に結んで共振回路を構成し、
主スイッチはゼロ電圧電流ターンＯＮ、ゼロ電圧ターン
ＯＦＦ動作することを特徴とする部分共振型定周波ＰＷ
ＭソフトスイッチングＤＣ／ＤＣコンバータに関するも
のである。 【効果】 低損失かつ低ノイズなソフトスイッチングＤ
Ｃ／ＤＣコンバータを構成し、高周波スイッチングの制
御応答が高くできる為、機器の小型軽量化を実現でき
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ
ーのスイッチング損失を極小に押さえ、かつスナバ回路
損をゼロとするための部分共振回路単位を付加したこと
を特徴とする発明に関することである。
ーのスイッチング損失を極小に押さえ、かつスナバ回路
損をゼロとするための部分共振回路単位を付加したこと
を特徴とする発明に関することである。
【０００２】
【従来の技術】従来のＰＷＭチョッパによるＤＣ／ＤＣ
コンバータの主スイッチは、例えばハード（強制）スイ
ッチングモードにより、オンオフ制御され、スイッチン
グ損失が大きくＤＣ／ＤＣコンバータの高周波化が困難
であった。又、電磁ノイズレベルが高く適用範囲に制約
があった。
コンバータの主スイッチは、例えばハード（強制）スイ
ッチングモードにより、オンオフ制御され、スイッチン
グ損失が大きくＤＣ／ＤＣコンバータの高周波化が困難
であった。又、電磁ノイズレベルが高く適用範囲に制約
があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で説明した
様に、ハード（強制）スイッチングモードによるＤＣ／
ＤＣコンバータは、スイッチ素子のターンオン、ターン
オフ時に発生する電圧ストレス（ｄｖ／ｄｔ値）電流ス
トレス（ｄｉ／ｄｔ値）及びスイッチング損失が大き
く、スイッチング周波数の高周波化に伴い、スイッチン
グ損失が増大し、電圧サージ及び電流サージが発生しや
すくＤＣ／ＤＣコンバータの小型、軽量化及び低損失
化、さらに低電磁ノイズレベル化に限界があった。
様に、ハード（強制）スイッチングモードによるＤＣ／
ＤＣコンバータは、スイッチ素子のターンオン、ターン
オフ時に発生する電圧ストレス（ｄｖ／ｄｔ値）電流ス
トレス（ｄｉ／ｄｔ値）及びスイッチング損失が大き
く、スイッチング周波数の高周波化に伴い、スイッチン
グ損失が増大し、電圧サージ及び電流サージが発生しや
すくＤＣ／ＤＣコンバータの小型、軽量化及び低損失
化、さらに低電磁ノイズレベル化に限界があった。
【０００４】しかるに本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ
のスイッチ素子のスイッチング損失を低減することによ
り、スイッチング周波数の高周波化を計り、電源機器の
小型、軽量化、低損失化、低電磁ノイズ化を同時に実現
することを目的とするところのものである。
のスイッチ素子のスイッチング損失を低減することによ
り、スイッチング周波数の高周波化を計り、電源機器の
小型、軽量化、低損失化、低電磁ノイズ化を同時に実現
することを目的とするところのものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】しかるに本発明の主要構
成要素を説明すると、電源Ｅより主スイッチング部を
介して、チョークコイルＬ、コンデンサＣ、フライホイ
ールダイオードＤからなる平滑回路を設けたＰＷＭチ
ョッパＤＣ／ＤＣコンバータに於いて、主スイッチング
部を部分共振タイミング制御する補助スイッチ素子Ｓ
ａは、転流電圧供給用高周波トランスＴ、逆流防止ダイ
オードＤ１を直列に電源Ｅに結んである。
成要素を説明すると、電源Ｅより主スイッチング部を
介して、チョークコイルＬ、コンデンサＣ、フライホイ
ールダイオードＤからなる平滑回路を設けたＰＷＭチ
ョッパＤＣ／ＤＣコンバータに於いて、主スイッチング
部を部分共振タイミング制御する補助スイッチ素子Ｓ
ａは、転流電圧供給用高周波トランスＴ、逆流防止ダイ
オードＤ１を直列に電源Ｅに結んである。
【０００６】前記トランスＴの分割点Ｐより共振用イン
ダクターＬｒ、共振用コンデンサＣｒを電源Ｅのマイナ
ス部に結んでトランス共振回路を構成することにより主
スイッチはターンＯＮ時に電圧電流ゼロ動作、ターンＯ
ＦＦ時はゼロ電圧動作をすることを特徴とする部分共振
型定周波ＰＷＭ制御ＤＣ／ＤＣコンバーターに関するも
のである。
ダクターＬｒ、共振用コンデンサＣｒを電源Ｅのマイナ
ス部に結んでトランス共振回路を構成することにより主
スイッチはターンＯＮ時に電圧電流ゼロ動作、ターンＯ
ＦＦ時はゼロ電圧動作をすることを特徴とする部分共振
型定周波ＰＷＭ制御ＤＣ／ＤＣコンバーターに関するも
のである。
【０００７】また、共振用インダクタＬｒは、高周波ト
ランスＴの寄生リーケージインダクタとして利用するこ
とができるのでトランスＴに含めることも出来る。
ランスＴの寄生リーケージインダクタとして利用するこ
とができるのでトランスＴに含めることも出来る。
【０００８】
【動作】本発明のＤＣ／ＤＣコンバータの動作モード
を、図２、図３により、以下に説明する。
を、図２、図３により、以下に説明する。
【０００９】まず、補助スイッチ素子Ｓａ ＯＮ、主ス
イッチ素子Ｓｏ ＯＦＦの に固定され、その分割点ＰからインダクタＬｒを通して
流れる電流ｉｌｒは平滑インダクタに流れているチョー
ク入力フィルタの電流Ｉｏを超えるまでコンデンサＣｒ
両端電圧ＶｃｒはフライホイールダイオードＤの順方向
電圧にクランプされる。
イッチ素子Ｓｏ ＯＦＦの に固定され、その分割点ＰからインダクタＬｒを通して
流れる電流ｉｌｒは平滑インダクタに流れているチョー
ク入力フィルタの電流Ｉｏを超えるまでコンデンサＣｒ
両端電圧ＶｃｒはフライホイールダイオードＤの順方向
電圧にクランプされる。
【００１０】次にモード２では、ｉｌｒがＩｏを超える
と共振コンデンサＣｒに充電電流ｉｃｒ＝ｉｌｒ−Ｉｏ
が流れ、Ｖｃｒが共振の弧を描き上昇を行う。
と共振コンデンサＣｒに充電電流ｉｃｒ＝ｉｌｒ−Ｉｏ
が流れ、Ｖｃｒが共振の弧を描き上昇を行う。
【００１１】次にモード３では、Ｖｃｒが電源Ｅの電圧
に到達すると、ダイオードＤｏが導通し、Ｌｒのエネル
ギーはＥに回生されると共に負荷に供給される。
に到達すると、ダイオードＤｏが導通し、Ｌｒのエネル
ギーはＥに回生されると共に負荷に供給される。
【００１２】本モード３の区間内に主スイッチ素子Ｓｏ
を導通する。
を導通する。
【００１３】なお、この時には主スイッチ素子Ｓｏが導
通する直前は、電圧電流共に０Ｖである。
通する直前は、電圧電流共に０Ｖである。
【００１４】次にモード４に於いて、主スイッチ素子Ｓ
ｏの電流は、０Ａから徐々に立ち上がり、負荷に供給を
行う。
ｏの電流は、０Ａから徐々に立ち上がり、負荷に供給を
行う。
【００１５】次にモード５の区間は、トランスＴの二次
電流が先に０となり、トランスＴの寄生リーケージイン
ダクタンスによる一次側のリンギングを防止する為に設
けている。
電流が先に０となり、トランスＴの寄生リーケージイン
ダクタンスによる一次側のリンギングを防止する為に設
けている。
【００１６】また、ダイオードＤｒはリーケージインダ
クタのリセットである。
クタのリセットである。
【００１７】次にモード６では、モード５までの部分共
振主スイッチ素子Ｓｏのターンオンが終了し、補助スイ
ッチ素子ＳａをＯＦＦし、主スイッチ素子Ｓｏを通して
負荷側に電流を供給する。
振主スイッチ素子Ｓｏのターンオンが終了し、補助スイ
ッチ素子ＳａをＯＦＦし、主スイッチ素子Ｓｏを通して
負荷側に電流を供給する。
【００１８】次にモード７では、主スイッチ素子Ｓｏは
コンデンサＣｒがある為、ゼロボルトスイッチモードで
ターンオフが行われる。
コンデンサＣｒがある為、ゼロボルトスイッチモードで
ターンオフが行われる。
【００１９】次にモード８は、スイッチ素子ＳｏのＯＦ
Ｆ期間で、Ｌの回生電流がフライホイールダイオードＤ
を通して負荷に供給される区間である。
Ｆ期間で、Ｌの回生電流がフライホイールダイオードＤ
を通して負荷に供給される区間である。
【００２０】以上の様に、主スイッチ素子Ｓｏのターン
オン時は電圧ゼロ、電流ゼロでターンオフ時は電圧ゼ
ロ、補助スイッチ素子Ｓａはターンオン、ターンオフ時
共に電流ゼロの動作モードとなり、主スイッチ素子、補
助スイッチ素子に印加されない。
オン時は電圧ゼロ、電流ゼロでターンオフ時は電圧ゼ
ロ、補助スイッチ素子Ｓａはターンオン、ターンオフ時
共に電流ゼロの動作モードとなり、主スイッチ素子、補
助スイッチ素子に印加されない。
【００２１】このことににより、スイッチング損失の極
小化、スイッチ素子へのストレスが低減される。
小化、スイッチ素子へのストレスが低減される。
【００２２】
【実施例】実施例について図面を参照すると、図４にお
いて、Ｖｒは基準電圧、Ａは誤差増幅器、Ｆは発振回
路、Ｐはパルス幅変調回路、Ｂは遅延シーケンス回路で
あり、トランスＴに適当な寄生リーケージインダクタン
スを持たせることにより、共振用インダクタを形成して
いる。
いて、Ｖｒは基準電圧、Ａは誤差増幅器、Ｆは発振回
路、Ｐはパルス幅変調回路、Ｂは遅延シーケンス回路で
あり、トランスＴに適当な寄生リーケージインダクタン
スを持たせることにより、共振用インダクタを形成して
いる。
【００２３】出力電圧を基準電圧Ｖｒと比較し、誤差増
幅器Ａで、パルス幅変調回路Ｐにフィードバックし、遅
延シーケンス回路Ｂを通じて主スイッチング素子Ｑ２、
補助スイッチング素子Ｑ１を駆動することにより、出力
電圧が一定した低ノイズで高性能な部分共振型定周波Ｐ
ＷＭ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを構成しているものであ
る。
幅器Ａで、パルス幅変調回路Ｐにフィードバックし、遅
延シーケンス回路Ｂを通じて主スイッチング素子Ｑ２、
補助スイッチング素子Ｑ１を駆動することにより、出力
電圧が一定した低ノイズで高性能な部分共振型定周波Ｐ
ＷＭ制御ＤＣ／ＤＣコンバータを構成しているものであ
る。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２５】定周波ＰＷＭ制御が容易に実現でき、出力
電圧もしくは出力電流のフィードバック信号により、安
定した定電制御や定電流制御が自在にできる他、従来の
制御用ＩＣの導入ができる。
電圧もしくは出力電流のフィードバック信号により、安
定した定電制御や定電流制御が自在にできる他、従来の
制御用ＩＣの導入ができる。
【００２６】なお本発明は降圧型変換を対象としている
が、昇圧型、フォワード型への拡張も可能である。
が、昇圧型、フォワード型への拡張も可能である。
【００２７】また大容量の高周波リンクＤＣ／ＤＣコン
バータ、高力率コンバータ、スイッチングレギュレー
タ、ＵＰＳ、アクティブフィルタ、バッテリー充電器、
高圧放電燈用高周波電子安定器等が小型、高効率、低ノ
イズに製作できるため、産業上をはじめ、情報機器用、
航空宇宙用等において有用な発明である。
バータ、高力率コンバータ、スイッチングレギュレー
タ、ＵＰＳ、アクティブフィルタ、バッテリー充電器、
高圧放電燈用高周波電子安定器等が小型、高効率、低ノ
イズに製作できるため、産業上をはじめ、情報機器用、
航空宇宙用等において有用な発明である。
【図１】本発明の基本構成図である。
【図２】本発明の回路の各助作モード図である。
【図３】本発明の回路定常動作波形図である。
【図４】本発明の実施回路例図である。
【符号の説明】 主スイッチング部 平滑回路 Ｅ 電源 Ｓｏ 主スイッチ素子 Ｓａ 補助スイッチ素子 Ｔ トランス Ｄ フライホイールダイオード Ｃ コンデンサ Ｃｒ 共振コンデンサ Ｄ１ 逆流防止タイオード Ｄｒ ダイオード Ｌｒ 共振用インダクタ Ｒ 負荷 Ｖｒ 基準電圧 Ａ 誤差増幅器 Ｆ 発振回路 Ｐ パルス幅変調回路 Ｂ 遅延シーケンス回路
Claims (1)
- 【請求項１】直流電源Ｅより主スイッチング部を介し
て、チョークコイルＬ、平滑コンデンサＣ、フライホイ
ールダイオードＤからなる平滑回路を設けた部分共振
ＰＷＭ制御ＤＣ／ＤＣコンバータに於いて、主スイッチ
ング部を部分共振制御する補助スイッチング素子Ｓａ
は、トランスＴ、逆流防止ダイオードＤ１を直列に電源
Ｅに結んである。前記トランスＴの分割点Ｐより共振用
インダクタＬｒ、共振用コンデンサーＣｒを電源Ｅのマ
イナス部に結んで共振回路を構成することにより主スイ
ッチはターンＯＮ時に電圧電流ゼロ動作、ターンＯＦＦ
時はゼロ電圧動作をすることを特徴とする部分共振型定
周波ＰＷＭＤＣ／ＤＣコンバーターに関するものであ
る。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29887393A JPH07123707A (ja) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | 部分共振型定周波ｐｗｍ制御ｄｃ／ｄｃコンバータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29887393A JPH07123707A (ja) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | 部分共振型定周波ｐｗｍ制御ｄｃ／ｄｃコンバータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07123707A true JPH07123707A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=17865293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29887393A Pending JPH07123707A (ja) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | 部分共振型定周波ｐｗｍ制御ｄｃ／ｄｃコンバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07123707A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999025059A1 (en) * | 1997-11-10 | 1999-05-20 | Praveen Kumar Jain | Dc-dc converters |
| US6028413A (en) * | 1997-09-19 | 2000-02-22 | Perdix Oy | Charging device for batteries in a mobile electrical device |
| JP2006230053A (ja) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Toyota Industries Corp | 電流双方向レギュレータ |
| WO2009063561A1 (ja) * | 2007-11-15 | 2009-05-22 | Fujitsu Media Devices Limited | スイッチング電源、スイッチング電源を制御する制御回路およびスイッチング電源の制御方法 |
| WO2017117367A1 (en) * | 2015-12-29 | 2017-07-06 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for resonant energy minimization in power converters |
| US9853547B2 (en) | 2016-04-13 | 2017-12-26 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for adaptive timing for zero voltage transition power converters |
| US10141846B2 (en) | 2016-04-15 | 2018-11-27 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for adaptive timing for zero voltage transition power converters |
| US10141845B2 (en) | 2016-04-13 | 2018-11-27 | Texas Instruments Incorporated | DC-DC converter and control circuit with low-power clocked comparator referenced to switching node for zero voltage switching |
| US10177658B2 (en) | 2016-04-14 | 2019-01-08 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for adaptive timing for zero voltage transition power converters |
| US10840797B2 (en) | 2018-11-26 | 2020-11-17 | Texas Instruments Incorporated | Load release detection circuit |
-
1993
- 1993-10-21 JP JP29887393A patent/JPH07123707A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6028413A (en) * | 1997-09-19 | 2000-02-22 | Perdix Oy | Charging device for batteries in a mobile electrical device |
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| US7880450B2 (en) | 2007-11-15 | 2011-02-01 | Taiyo Yuden Mobile Technology Co., Ltd. | Switching power supply, control circuit controlling switching power supply and control method of switching power supply |
| JP4963724B2 (ja) * | 2007-11-15 | 2012-06-27 | 富士通メディアデバイス株式会社 | スイッチング電源、スイッチング電源を制御する制御回路およびスイッチング電源の制御方法 |
| CN108352785A (zh) * | 2015-12-29 | 2018-07-31 | 德州仪器公司 | 用于电力转换器中的谐振能量最小化的方法及设备 |
| WO2017117367A1 (en) * | 2015-12-29 | 2017-07-06 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for resonant energy minimization in power converters |
| CN108352785B (zh) * | 2015-12-29 | 2020-06-30 | 德州仪器公司 | 用于电力转换器中的谐振能量最小化的方法及设备 |
| US9853547B2 (en) | 2016-04-13 | 2017-12-26 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for adaptive timing for zero voltage transition power converters |
| US10141845B2 (en) | 2016-04-13 | 2018-11-27 | Texas Instruments Incorporated | DC-DC converter and control circuit with low-power clocked comparator referenced to switching node for zero voltage switching |
| US10177658B2 (en) | 2016-04-14 | 2019-01-08 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for adaptive timing for zero voltage transition power converters |
| US10468987B2 (en) | 2016-04-14 | 2019-11-05 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for adaptive timing for zero voltage transition power converters |
| US11038421B2 (en) | 2016-04-14 | 2021-06-15 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for adaptive timing for zero voltage transition power converters |
| US10141846B2 (en) | 2016-04-15 | 2018-11-27 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for adaptive timing for zero voltage transition power converters |
| US10840797B2 (en) | 2018-11-26 | 2020-11-17 | Texas Instruments Incorporated | Load release detection circuit |
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