JP4470555B2 - converter - Google Patents
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Description
本発明は、電源回路の一部として種々の機器に搭載されるコンバータに関する。 The present invention relates to a converter mounted on various devices as a part of a power supply circuit.
共振を利用して電力損失を低減するコンバータには、特許文献1に示されたものがある。又、力率を改善することが可能なコンバータには、特許文献2に示されたものがある。
図14は、従来のコンデンサインプット型のコンバータの一例を示す回路図である。
このコンバータは、特許文献1のコンバータと同様に、共振を利用して電力損失を低減するコンバータであり、交流電源1にフィルタ2及び整流回路3を介して接続されたフィルタ4を備えている。フィルタ4の出力端子4aとグランド端子4bとの間に、平滑コンデンサ5が接続されている。フィルタ4の出力端子4aには、電流共振用のコンデンサ6の一方の電極が接続され、そのコンデンサ6の他方の電極が、リーケージインダクタ7を介してトランス8の一次巻線8aの一端に接続されている。
FIG. 14 is a circuit diagram showing an example of a conventional capacitor input type converter.
Similar to the converter of
一次巻線8aの他端とコンデンサ6の一方の電極との間に、スイッチング素子のNチャネル型MOSトランジスタ(以下、NMOSという)9が接続されている。一次巻線8aの他端とフィルタ4のグランド端子4bとの間には、電圧疑似共振用のコンデンサ10とスイッチング素子のNMOS11とが並列に接続されている。
次に、このコンバータの動作を、図15を参照しつつ説明する。
図15は、図14のコンバータの動作を説明するための波形図である。
交流電源1が発生する交流電圧がフィルタ2で濾波されて、整流回路3に入力される。整流回路3は交流電圧の全波整流を行い、脈動する電圧を出力する。フィルタ4が整流回路3の出力電圧の濾波を行い、コンデンサ5が整流回路3の出力電圧の充電放電を行い、平滑化した直流電圧を生成する。
An N-channel MOS transistor (hereinafter referred to as NMOS) 9 serving as a switching element is connected between the other end of the primary winding 8a and one electrode of the
Next, the operation of this converter will be described with reference to FIG.
FIG. 15 is a waveform diagram for explaining the operation of the converter of FIG.
The AC voltage generated by the
コンデンサ13は、コンデンサ5の出力電圧に基づき充電される。コンデンサ13の充電電圧が所定値以上になった場合に、制御部14が駆動される。駆動された制御部14は、NMOS9,11をオン、オフするための制御信号を生成し、各NMOS9,11のゲートを電圧駆動する。これにより、NMOS9,11は、両方ともオンしないデッドタイムを挟んで交互にオン、オフする。
The capacitor 13 is charged based on the output voltage of the
NMOS11のゲート電圧が高レベル(以下、“H”という)になって、NMOS11がオンすると、コンデンサ5の正極からコンデンサ6、リーケージインダクタ7、一次巻線8a、NMOS11を介してコンデンサ5の陰極に電流i1が流れる。電流i1は、コンデンサ6及びリーケージインダクタ7の特性で決まる共振周波数を持つ共振電流と、一次巻線8aを励磁したことにより発生する励磁電流とを合成した電流となり、図15(c)に示す波形となる。
When the gate voltage of the
電流i1の共振電流に対応する電流がトランス8の二次巻線8bに流れ、ダイオード20を介して負荷及びコンデンサ22に与えられ、コンデンサ22が充電される。又、トランス8の一次巻線8aに印加された電圧により、補助巻線8cに巻線比に応じた電圧が発生し、この電圧がダイオード18を介してコンデンサ13に与えられる。これにより、コンデンサ13が充電され、制御部14が継続して駆動される。
A current corresponding to the resonance current of the current i1 flows through the
電流i1が流れている間に、NMOS11がオフすると、NMOS11の両端の電圧V11及びNMOS9の両端の電圧V9は、コンデンサ10の容量と、リーケージインダクタ7及び一次巻線8aのインダクタンスとによって決まる電圧疑似共振波形で変化し、NMOS11の両端の電圧V11は上昇し、NMOS9の両端の電圧V9は減少する。
When the
電圧V11が上昇して電源電圧Eに到達すると、電流i1はNMOS9の寄生ダイオードに転流する。その後、制御部14がNMOS9をオンさせると、NMOS9の寄生ダイオードに転流していた電流が減少して極性(その方向)が変化し、NMOS9に流れる。NMOS9がオンすると、コンデンサ6からNMOS9、一次巻線8a、リーケージインダクタ7及びコンデンサ6の経路に電流i9が流れる。電流i9は、コンデンサ6の容量及びリーケージインダクタ7のインダクタンスとで決まる共振周波数を持つ共振電流と、一次巻線8aを励磁したことにより発生する励磁電流とを合成した電流となり、図15(d)に示す波形となる。この電流i9の共振電流に対応する電流が二次巻線8bを流れ、ダイオード21を介して負荷及びコンデンサ22に与えられる。以上の動作が繰り返され、負荷に直流電圧が供給される。
When the voltage V11 rises and reaches the power supply voltage E, the current i1 is commutated to the parasitic diode of the
NMOS9,11のスイッチング周波数を前記共振周波数よりも高い周波数で制御することにより、出力電力の制御が可能になると共に、NMOS9,11におけるゼロ電圧スイッチングが実現できる。
By controlling the switching frequency of the
しかしながら、図14のコンバータは、コンデンサインプット型コンバータであり、交流電源1の発生する交流電圧が、コンデンサ5の充電電圧よりも高い、正弦波のピーク部分しか整流電流がコンデンサ5に流れない。そのため、入力電圧である交流電圧と、入力電流の波形がかけ離れたものとなり、力率が悪く、多くの高調波電流を発生させていた。
However, the converter of FIG. 14 is a capacitor input type converter, and the rectified current flows to the
近年、商用の交流電源ラインに流れる高調波電流を規制する規格(例えばIEC61000−3−2)が制定されている。これらの規格により、図14のコンバータ等をそのまま用いることができなくなっている。
高調波電流を減ずるためには、入力電流波形を正弦波に近づけることが重要で、一般には力率改善をすることにより、これを行っている。
In recent years, a standard (for example, IEC61000-3-2) that regulates harmonic current flowing in a commercial AC power supply line has been established. Due to these standards, the converter of FIG. 14 cannot be used as it is.
In order to reduce the harmonic current, it is important to make the input current waveform close to a sine wave, and this is generally done by improving the power factor.
その最も簡単な例として、図16のように、交流電源1と整流回路3との間に、チョークコイル30を接続し、入力のピーク電圧を低下させて入力電流が流れる期間を長くすることが考えられる。しかしながら、チョークコイル30を商用周波数(50/60Hz)に対応させると、チョークコイル30が大きくかつ重くなるという欠点があった。
As the simplest example, as shown in FIG. 16, a
また、高調波電流を減ずるために、図17のように、昇圧チョッパ回路を基本としたアクティブフィルタ40を、コンバータの前段に設ける場合もある。
図17は、従来の他のコンバータを示す回路図である。
In order to reduce the harmonic current, an
FIG. 17 is a circuit diagram showing another conventional converter.
このコンバータは、技術文献2に示されたコンバータと同様に、アクティブフィルタ40を設けたコンバータである。アクティブフィルタ40は、交流電圧の電圧の低い部分を昇圧し、連続的に入力電流を流せるようにし、力率を改善している。
This converter is a converter provided with an
従来の図14のコンバータは、力率が悪く、多くの高調波電流を発生させることになっていた。
これに対し、図16のコンバータでは、チョークコイル30を商用周波数(50/60Hz)に対応させると、チョークコイル30が大きくかつ重くなるという欠点があった。
また、図17のコンバータでは、アクティブフィルタ40におけるスイッチング周波数は、数10KHzと高く、かつ、アクティブフィルタ40に、チョークコイル41、チョークコイル41に電磁結合するコイル42、スイッチング素子43、電圧検出用の抵抗44〜48、コンパレータ49,51、オペアンプ50,乗算回路52、フリップフロップ53等が必要になる。チョークコイル41は、図16のチョークコイル30よりも小型でよいが、他を構成する部品数が増加するとともに、スイッチングロスの増加や、スイッチングノイズの増加があった。
The conventional converter shown in FIG. 14 has a low power factor, and generates many harmonic currents.
On the other hand, in the converter of FIG. 16, when the
In the converter of FIG. 17, the switching frequency in the
本発明は、部品数が少なくて安価であると共に高調波電流の低減が可能なコンバータを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a converter that has a small number of parts, is inexpensive, and can reduce harmonic current.
上記目的を達成するために、本発明に係るコンバータは、交流電圧を整流する整流回路と、第1のコンデンサと、前記整流回路と前記第1のコンデンサの一方の電極との間に接続された第1のコイル及び第1の整流素子の直列回路と、前記整流回路と前記第1のコンデンサの他方の電極との間に接続された第2のコイル及び第2の整流素子の直列回路と、一次巻線及び二次巻線を有する変圧器と、前記第1のコンデンサの一方の電極と前記一次巻線の一端との間に接続された第1のスイッチング素子と、前記第1のコンデンサの他方の電極と前記一次巻線の一端との間に接続された第2のスイッチング素子と、前記一次巻線の他端に一方の電極が接続され、他方の電極が前記第1のコイル及び前記第1の整流素子の接続点に接続された第2のコンデンサと、前記一次巻線の他端に一方の電極が接続され、他方の電極が前記第2のコイル及び前記第2の整流素子の接続点に接続された第3のコンデンサと、前記第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子をオン、オフして前記一次巻線に電流を流すスイッチング制御部と、前記電流に対応するエネルギーを二次巻線から負荷に供給する出力手段と、前記第2のコンデンサから前記第1のコンデンサへ第1のコイルを介してエネルギーを出力する手段と、前記第3のコンデンサから前記第1のコンデンサへ前記第2のコイルを介してエネルギーを出力する手段と、を備えることを特徴とする。 To achieve the above object, the converter according to the present onset Ming is connected between a rectifier circuit for rectifying an AC voltage, a first capacitor, and one electrode of the said rectifier circuit first capacitor a series circuit of the first coil and the first rectifying element, a series circuit of the second coil and second rectifying element connected between the other electrode of the said rectifier circuit first capacitor a transformer having a primary winding and a secondary winding, a first switching element connected between one end of one of the electrode and the primary winding of said first capacitor, said first capacitor A second switching element connected between the other electrode of the first winding and one end of the primary winding, one electrode connected to the other end of the primary winding, and the other electrode serving as the first coil and said first second connected to the connection point of the rectifying element And capacitor, one electrode connected to the other end of the primary winding, and a third capacitor and the other electrode connected to the connection point of the second coil and the second rectifying element, said first A switching control unit for turning on and off the switching element and the second switching element to flow current to the primary winding, output means for supplying energy corresponding to the current from the secondary winding to the load, and the first Means for outputting energy from the second capacitor to the first capacitor via the first coil; and means for outputting energy from the third capacitor to the first capacitor via the second coil; , characterized in that it comprises a.
本発明によれば、部品数が少なくて安価であるとともに、高調波電流の少ないコンバータを実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a converter that has a small number of parts, is inexpensive, and has a low harmonic current.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るコンバータを示す構成図であり、図14中の要素と共通の要素には共通の符号を付している。図2は、図1中の制御部14の要部を示す構成図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a converter according to the first embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 14 are denoted by common reference numerals. FIG. 2 is a configuration diagram showing a main part of the
このコンバータは、コンデンサインプット型コンバータに、新たにコイル60、ダイオード61及コンデンサ62を設けたものである。
交流電源1には、フィルタ2が接続され、フィルタ2に整流回路3を介してフィルタ4が接続されている。
In this converter, a
A
フィルタ4の負側出力端子4bにコイル60の一端が接続され、コイル60の他端に、ダイオード61のカソードが接続されている。ダイオード61のアノードに平滑コンデンサ5の負極が接続されている。フィルタ4の正側出力端子4aにコンデンサ5の正極が接続されている。
One end of the
コンデンサ5の負極に、電流共振用のコンデンサ6の一方の電極が接続され、そのコンデンサ6の他方の電極が、リーケージインダク7を介してトランス8の一次巻線8aの一端に接続されている。コンデンサ6の他方の電極と、ダイオード61のカソードとの間に、コンデンサ62が接続されている。
One electrode of the
一次巻線8aの他端とコンデンサ6の一方の電極との間に、スイッチング素子のNチャネル型MOSトランジスタ(以下、NMOSという)9と電圧疑似共振用のコンデンサ10とが並列に接続されている。一次巻線8aの他端とコンデンサ5の正極との間には、スイッチング素子のNMOS11とが接続されている。
Between the other end of the primary winding 8a and one electrode of the
コンデンサ5の正極と負極との間には、さらに、抵抗12とコンデンサ13とが直列に接続されている。抵抗12及びコンデンサ13は、制御部14を駆動するものである。制御部14は、NMOS9,11のオン、オフを制御するものである。制御部14のグランド端子GNDが、コンデンサ5の負極に接続されている。
A
制御部14には、図2のように、電源端子VCCと、フィードバック端子FBと、ドライブ電源端子VBと、基準電圧端子VSと、グランド端子GNDと、2つのゲート駆動端子HD,LDとが設けられている。各ゲート駆動端子HD,LDは、NMOS9,11のゲートにそれぞれ接続されている。
As shown in FIG. 2, the
制御部14は、発振器(OSC)14aを有している。フィードバック端子FBに、発振器14aが接続され、発振器14aに遅延型フリップフロップ(D−FF)14bが接続されている。遅延型フリップフロップ14bの出力側に、デッドタイムを設定するタイミング設定回路(DT)14c,14dが接続されている。タイミング設定回路14cに、レベルシフタ14eが接続されている。レベルシフタ14eにバッファ14fが接続されている。タイミング設定回路14dにバッファ14gが接続されている。
The
バッファ14fの出力端子が、ゲート駆動端子HDに接続され、バッファ14gの出力端子が、ゲート駆動端子LDに接続されている。バッファ14fは、レベルシフタ14eから与えられたデータに基づき、ドライブ電源端子VBから供給される電圧を用いて、ゲート駆動端子HDを駆動する。バッファ14gは、ゲート駆動端子LDを駆動する。 The output terminal of the buffer 14f is connected to the gate drive terminal HD, and the output terminal of the buffer 14g is connected to the gate drive terminal LD. The buffer 14f drives the gate drive terminal HD using the voltage supplied from the drive power supply terminal VB based on the data given from the level shifter 14e. The buffer 14g drives the gate drive terminal LD.
制御部14の電源端子VCCは、抵抗12及びコンデンサ13の接続点に接続されている。この抵抗12とコンデンサ13との接続点には、さらに、ダイオード15のアノードと、ダイオード18のカソードとが接続されている。
A power supply terminal VCC of the
ダイオード15のカソードには、コンデンサ16の一方の電極が接続されている。コンデンサ16の他方の電極が、NMOS11のソース及び制御部14の基準電圧端子VSに接続されている。ダイオード15及びコンデンサ16は、NMOS11のゲート電圧を高レベルに駆動するめのチャージポンプを構成している。
One electrode of a
トランス8の一次巻線8aには、コアを介して補助巻線8cが結合している。ダイオード18のアノードが補助巻線8cの一端に接続され、補助巻線8cの他端が制御部14のグランド端子GNDに接続されている。補助巻線8cは、コンデンサ13を充電するものである。
An auxiliary winding 8c is coupled to the primary winding 8a of the
トランス8の二次巻線8bの一端は、ダイオード20のアノードに接続され、ダイオード20のカソードが、出力端子OUTaに接続されている。トランス8の二次巻線8bには、中間タップが設けられ、その中間タップが出力端子OUTbに接続されている。
One end of the secondary winding 8b of the
二次巻線8bの他端は、ダイオード21のアノードが接続され、ダイオード21のカソードが、出力端子OUTaに接続されている。出力端子OUTa及び出力端子OUTbは、負荷に直流電圧を供給する端子であり、これらの出力端子OUTa,OUTb間に、平滑コンデンサ22が接続されている。
The other end of the secondary winding 8b is connected to the anode of the
このコンバータには、さらに、負荷に供給する電圧を検出する電圧検出回路23と、発光ダイオード24aとフォトトランジスタ24bとを備えている。
発光ダイオード24aは、電圧検出回路23で検出する電圧に応じて発光し、フォトトランジスタ24bはその光を受信して対応する信号を制御部14のフィードバック端子FBに帰還する。
The converter further includes a
The light emitting diode 24a emits light according to the voltage detected by the
以下、コンバータの動作を、図3〜図5を参照しつつ説明する。
図3は、図1のコンバータの動作を説明するための波形図である。
図4は、スイッチング周波数と出力電力の関係を示す説明図である。
図5は、入力電流波形を示す説明図である。
Hereinafter, the operation of the converter will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of the converter of FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the switching frequency and the output power.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an input current waveform.
交流電源1が発生する交流電圧がフィルタ2で濾波されて、整流回路3に入力される。整流回路3は交流電圧の全波整流を行い、脈動する整流電圧を出力する。フィルタ4が整流電圧の濾波を行い、コンデンサ5が整流回路3の出力電圧の充電放電を行い、平滑化した直流電圧を生成する。
The AC voltage generated by the
コンデンサ13は、コンデンサ5の出力電圧に基づき充電される。コンデンサ13の充電電圧が所定値以上になった場合に、制御部14が駆動される。駆動された制御部14は、NMOS9,11のオン、オフするための制御信号を生成し、各NMOS9,11のゲートを電圧駆動する。これにより、NMOS9,11は、両方ともオンしないデッドタイムを挟んで交互にオン、オフする。
The capacitor 13 is charged based on the output voltage of the
NMOS11のゲート電圧が高レベルになって(図3(a))、NMOS11がオンすると、コンデンサ5の正極からNMOS11、一次巻線8a及びリーケージインダクタ7、コンデンサ6を介してコンデンサ5の陰極に電流i11が流れる。電流i11は、コンデンサ6の容量及びリーケージインダクタ7のインダクタンスで決まる共振周波数を持つ共振電流と、一次巻線8aを励磁したことにより発生する励磁電流との合成電流である。さらに、コンデンサ62の充電電圧が交流電源1が発生する交流電圧の瞬時値よりも低い状態であれば、交流電源1、フィルタ2、整流回路3、フィルタ4を介して、NMOS11、一次巻線8a、リーケージインダクタンス7、コンデンサ62、コイル60の経路で電流が流れる。このとき、コイル60に昇圧エネルギーが蓄えられると同時に、コンデンサ62を充電する電流も流れる。この電流が前記合成電流に加算される。
When the gate voltage of the
したがって、電流i11は、図3(c)に実線で示す波形となる。この電流i11は、従来の図15のコンバータの電流i1に相当するが、電流i1にはコンデンサ62を充電する電流が含まれないので、図3(c)に破線で示す波形である。即ち、電流i11は電流i1よりも電流値が増加する。
Therefore, the current i11 has a waveform indicated by a solid line in FIG. This current i11 corresponds to the current i1 of the conventional converter of FIG. 15, but since the current i1 does not include a current for charging the
電流i11の共振電流に対応する電流がトランス8の二次巻線8bに流れ、ダイオード21を介して負荷及びコンデンサ22に与えられ、コンデンサ22が充電される。又、トランス8の一次巻線8aに印加された電圧により、補助巻線8cに巻線比に応じた電圧が発生し、この電圧がダイオード18を介してコンデンサ13に与えられる。これにより、コンデンサ13が充電され、制御部14が継続して駆動される。
A current corresponding to the resonance current of the current i11 flows through the secondary winding 8b of the
電流i11が流れている間に、NMOS11がオフすると、NMOS11の両端の電圧V11及びNMOS9の両端の電圧V9は、コンデンサ10の容量と、リーケージインダク7及び一次巻線8aのインダクタンス等によって決まる電圧疑似共振波形で変化する。NMOS11の両端の電圧V11は上昇し、NMOS9の両端の電圧V9は減少する。
When the
電圧V11が上昇して電源電圧Eに到達すると、電流i11はNMOS9の寄生ダイオードに転流する。その後、制御部14がNMOS9のゲート電圧データを高レベルにしてNMOS9をオンさせると(図3(b))、NMOS9の寄生ダイオードに転流していた電流が減少してその極性が変化し、NMOS9のドレイン・ソース間に流れる。
When the voltage V11 rises and reaches the power supply voltage E, the current i11 is commutated to the parasitic diode of the
NMOS9がオンすると、コンデンサ6からリーケージインダクタ7、一次巻線8a、NMOS9及びコンデンサ6の経路に電流i9が流れる。電流i9は、コンデンサ6の容量及びリーケージインダクタ7のインダクタンス等で決まる共振周波数を持つ共振電流と、一次巻線8aを励磁したことにより発生する励磁電流とを合成した電流となる。
When the
ここで、NMOS9がオンする前に、コンデンサ62にエネルギーが蓄えられ、フィルタ4の出力電圧がコンデンサ62の充電電圧よりも高ければ、コンデンサ62に蓄えられていたエネルギーが、コンデンサ62からリーゲージインダクタ7,一次巻線8a、NMOS9,ダイオード61,コンデンサ62の経路で流れて放電する。これと同時に、コイル60に蓄えられていたエネルギーが、交流電源1、フィルタ2、整流回路3、フィルタ4、ダイオード61を介してコンデンサ5に放電される。つまり、コンデンサ5が充電される。
Here, before the
電流i9の共振電流に対応する電流がトランス8の二次巻線8bに流れ、ダイオード20を介して負荷及びコンデンサ22に与えられ、コンデンサ22が充電される。コンデンサ22を介して負荷に電力が供給される。制御部14は、負荷に供給する電力を、NMOS9,11のスイッチング周波数で制御する。制御部14は、NMOS9,11のスイッチング周波数を、前述の共振電流の周波数f0よりも高い周波数で変化させて、出力電力P0を制御する(図4参照)。
A current corresponding to the resonance current of the current i9 flows through the secondary winding 8b of the
以上のように、本実施形態のコンバータは、コンデンサインプット型コンバータに、コイル60とダイオード61とコンデンサ62とを設けている。これら、コイル60、ダイオード61及びコンデンサ62は、コンデンサ5に対する昇圧チョッパとなる。
As described above, the converter according to the present embodiment is provided with the
コンデンサ62は、共振電流を設定する共振コンデンサ6に流れるエネルギーを分流するものと見なすことができる。ここで、出力電圧は、負荷の軽重或いは入力電圧等の入出力変動に応じたNMOS9,11のスイッチング周波数で制御されるので、コンデンサ6の電圧も同時に制御される。したがって、コンデンサ62の充電電圧もコンバータの入出力変動に応じて制御される。これにより、コンデンサ5を必要以上に昇圧するこを防止できる。
したがって、入力電流の流入する期間が増加し、図5のように、入力電流が交流電圧の波形に近くなる。よって、力率が向上し、高調波の発生を抑制できる。 Therefore, the period during which the input current flows increases, and the input current becomes close to the waveform of the AC voltage as shown in FIG. Therefore, the power factor is improved and the generation of harmonics can be suppressed.
また、コイル60、ダイオード61及びコンデンサ62をコンデンサインプット型コンバータに設けただけの少ない部品の追加で、前記力率を改善できるので、コストの上昇も抑制できる。
Moreover, since the power factor can be improved by adding a small number of components such as the
[第2の実施形態]
図6は、本発明の第2の実施形態に係るコンバータを示す構成図であり、図1中の要素と共通する要素には、共通の符号を付してる。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a block diagram showing a converter according to the second embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 1 are denoted by common reference numerals.
このコンバータの第1の実施形態のコンバータと異なる点は、コイル60とダイオード61がなく、コイル60とダイオード61の代わりのコイル70とダイオード71を備えている点である。このコンバータでは、電圧疑似共振用のコンデンサ10が、NMOS9のドレイン・ソース間ではなく、NMOS11のドレイン・ソース間に接続されている。
This converter differs from the converter according to the first embodiment in that the
コイル70の一端は、フィルタ4の正極出力端子4aに接続され、コイル70の他端が、ダイオード71のアノードに接続されている。ダイオード71のカソードが平滑コンデンサ5の正極に接続されている。ダイオードの71のアノード及びコイル70の他端と、コンデンサ62の他方の電極が接続されている。他の構成は、第1の実施形態のコンバータと同様である。
One end of the
このコンバータにおいても、コイル70、ダイオード71及びコンデンサ62が、コイル60、ダイオード61及びコンデンサ62と同様に機能し、第1の実施形態と同様の作用効果を奏する。なお、電圧疑似共振用のコンデンサ10は、NMOS9のドレイン・ソース間に接続されていても、NMOS11のドレイン・ソース間に接続されていてもよく、さらに、NMOS9,11の両方のトランジスタのドレイン・ソース間にそれぞれ接続されていてもよい。
Also in this converter, the
[第3の実施形態]
図7は、本発明の第3の実施形態に係るコンバータを示す構成図であり、図6中の要素と共通する要素には、共通の符号が付されている。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a block diagram showing a converter according to the third embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 6 are denoted by common reference numerals.
このコンバータは、第2の実施形態と同様に接続されたコイル70、ダイオード71及びコンデンサ62を備えている。そして、第2の実施形態ではリーケージインダクタ7とコンデンサ5の負極との間に接続されていた電流共振用のコンデンサ6が、リーケージインダクタ7とコンデンサ5の正極との間に接続されている。また、NMOS9のドレイン・ソース間に電圧疑似共振用のコンデンサ6が接続されている。他の構成は、第2の実施形態と同様である。
This converter includes a
このコンバータにおいても、コイル70、ダイオード71及びコンデンサ62が、コイル60、ダイオード61及びコンデンサ62と同様に機能し、電流共振用のコンデンサ6が第1の実施形態のコンデンサ6と同様に機能する。即ち、リーケージインダクタ7に一端が接続されたコンデンサ6は、他端がコンデンサ5のいずれの電極に接続されていても、共振電流を流すことができる。そのため、本実施形態のコンバータも、第1の実施形態のコンバータと同様の作用効果を奏する。なお、コンデンサ6の他端を、コンデンサ5の負極に接続してもよい。
Also in this converter, the
[第4の実施形態]
図8は、本発明の第4の実施形態に係るコンバータを示す構成図であり、図1,図6中の要素と共通する要素には、共通の符号が付されている。
このコンバータの第1の実施形態のコンバータと異なる点は、コイル70、ダイオード71及コンデンサ72を設けたことであり、他の構成は、第1の実施形態のコンバータと同様である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 8 is a block diagram showing a converter according to the fourth embodiment of the present invention. Elements common to those in FIGS. 1 and 6 are denoted by common reference numerals.
This converter differs from the converter of the first embodiment in that a
コイル70の一端は、フィルタ4の正極出力端子4aに接続され、コイル70の他端が、ダイオード71のアノードに接続されている。ダイオード71のカソードが平滑コンデンサ5の正極に接続されている。コイル70の他端及びダイオード71のアノードとリーケージインダクタ7との間に、コンデンサ72が接続されている。
One end of the
このコンバータでは、コイル60、ダイオード61及びコンデンサ62と、コイル70、ダイオード71及びコンデンサ72とを備えるので、コンデンサ5の負極側と正極側に両側の昇圧動作を実施することになる。そのため、第1の実施形態では電流i11と電流i9とのアンバランスがあったが、この実施形態のコンバータでは、電流i11と電流i9とのアンバランスが解消される。
Since this converter includes the
[第5の実施形態]
図9は、本発明の第5の実施形態に係るコンバータを示す構成図である。
このコンバータには、第1の実施形態のコイル60とダイオード61とコンデンサ62とがなく、コイル60及びダイオード61の代わりのコイル70及びダイオード71を備えている。コイル70の一端は、フィルタ4の正極出力端子4aに接続され、コイル70の他端が、ダイオード71のアノードに接続されている。ダイオード71のカソードが平滑コンデンサ5の正極に接続されている。そして、第1の実施形態では、リーケージインダクタ7とコンデンサ5の負極との間に接続されいたコンデンサ6が、リーケージインダクタ7とダイオード71のアノードとの間に接続されている。他の構成は、第1の実施形態と同様である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 9 is a block diagram showing a converter according to the fifth embodiment of the present invention.
This converter does not have the
第1の実施形態及び第2の実施形態のコンデンサ62は、コンデンサ6に流れる電流の一部を分流し、昇圧に用いていたが、本実施形態では、コンデンサ6に流れる電流をコンデンサ6の全てを昇圧に用いる。このような構成を採用することにより、昇圧エネルギーの調整は困難になるが、力率改善は、第1の実施形態と同様に可能になる。
The
[第6の実施形態]
図10は、本発明の第6の実施形態に係るコンバータを示す構成図であり、図1中の要素と共通する要素には、共通の符号が付されている。
[Sixth Embodiment]
FIG. 10 is a block diagram showing a converter according to the sixth embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 1 are denoted by common reference numerals.
第1の実施形態のコンバータでは、トランス8の二次巻線8bに中間タップを設け、二次巻線8bの両端にダイオード20,21を取付け、両波整流回路を構成したが、本実施形態ではダイオード20,21を用いず、二次巻線8bの両端に全波整流回路25を接続している。全波整流回路25の出力端子間に、平滑コンデンサ22が接続されている。他の構成は、第1の実施形態と同様である。
In the converter of the first embodiment, the intermediate winding is provided in the secondary winding 8b of the
このような構成を採用しても、二次巻線8aから負荷に供給するエネルギーを取り出す方式が異なるだけで、第1の実施形態と同様の作用効果を奏する。 Even if such a configuration is adopted, the same effects as those of the first embodiment can be obtained except that the energy supplied to the load from the secondary winding 8a is different.
[第7の実施形態]
図11は、本発明の第7の実施形態に係るコンバータを示す構成図であり、図1中の要素と共通する要素には、共通の符号が付されている。
[Seventh Embodiment]
FIG. 11 is a block diagram showing a converter according to the seventh embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 1 are denoted by common reference numerals.
このコンバータは、第1の実施形態ではリーケージインダクタ7とコンデンサ5の負極との間に接続されていたコンデンサ6が、リーケージインダクタ7とコンデンサ5の正極との間に接続されている。一方、トランス8の二次巻線8b側では、二次巻線8bの一端がダイオード20のアノードに接続され、ダイオード20のカソードが、平滑コンデンサ22の正極および出力端子OUTaに接続されている。二次巻線8bの他端が、コンデンサ22の負極及び出力端子OUTbに接続されている。即ち、トランス8の二次巻線8b側には、半波整流回路が形成され、半波整流回路の出力をコンデンサ22で平滑化する。他の構成は、第1の実施形態のコンバータと同様である。
In this converter, the
コンバータのトランス8の一次巻線8a側の基本動作は、第1の実施形態と同様である。但し、制御部14の行うNMOS9,11のスイッチングの制御が異なる。
The basic operation on the primary winding 8a side of the
NMOS9,11のスイッチング周波数は固定であるかまたは若干変化する。制御部14は、NMOS9,11のスイッチングを基本的に、デッドタイムを挟んだPWM制御(パルス幅制御)により行う。
The switching frequency of the
PWM制御では、NMOS9,11のオンさせるデューティ比を制御させる(図12,13参照)。
図12(a)〜(e)は、図11の各部の波形を示す図である。図13は、NMOS9のオンデューティ比と出力電圧の関係を示す特性図である。
In the PWM control, the duty ratio for turning on the
12 (a) to 12 (e) are diagrams showing waveforms at various parts in FIG. FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the on-duty ratio of the
NMOS9のデューティ比を変化させると、デューティ比が0〜約0.35までは、出力電圧Voがデューティ比と共に上昇し、デューティ比が0.35を超えると、出力電圧Voは単調減少する。本実施形態の制御部14は、デューティ比が0.35よりも大きいところで変化させてNMOS9をオン、オフさせて、出力電圧Voを制御する。
When the duty ratio of the
PWM制御により、NMOS9の電圧波形は図12(a)、NMOS9の電流波形は図12(b)、一次巻線8aに流れる電流は図12(c)、ダイオード20の電圧波形は図12(d)及びダイオード12の出力電圧波形は図12(f)に示すようになる。
With the PWM control, the voltage waveform of the
なお、本発明は、上記形態に限定されず、さらに種々の変形が考えられる。
その変形例は、例えば、電圧疑似共振用のコンデンサ10をNMOS9のドレイン・ソース間に接続してもよいし、NMOS11のドレイン・ソースに接続してもよいし、両方のNMOS9,11のドレイン・ソース間にそれぞれ接続されてもよい。さらに、NMOS9,11の寄生容量を利用することにより、省略することも可能である。
In addition, this invention is not limited to the said form, Furthermore, various deformation | transformation can be considered.
For example, the
一方、リーケージインダクタ7は、部品として取り付けられてもよいし、トランス8内部のリーケージインダクタをそのまま用いてもよい。
On the other hand, the
1 交流電源
3 整流回路
5 平滑コンデンサ
6 電流共振用コンデンサ
7 リーケージインダクタ
8 トランス
9,11 NMOS
10 電圧疑似共振用コンデンサ
14 制御部
60 コイル
61 整流素子としてのダイオード
62,72 コンデンサ
1
10 Capacitor for
Claims (1)
第1のコンデンサと、
前記整流回路と前記第1のコンデンサの一方の電極との間に接続された第1のコイル及び第1の整流素子の直列回路と、
前記整流回路と前記第1のコンデンサの他方の電極との間に接続された第2のコイル及び第2の整流素子の直列回路と、
一次巻線及び二次巻線を有する変圧器と、
前記第1のコンデンサの一方の電極と前記一次巻線の一端との間に接続された第1のスイッチング素子と、
前記第1のコンデンサの他方の電極と前記一次巻線の一端との間に接続された第2のスイッチング素子と、
前記一次巻線の他端に一方の電極が接続され、他方の電極が前記第1のコイル及び前記第1の整流素子の接続点に接続された第2のコンデンサと、
前記一次巻線の他端に一方の電極が接続され、他方の電極が前記第2のコイル及び前記第2の整流素子の接続点に接続された第3のコンデンサと、
前記第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子をオン、オフして前記一次巻線に電流を流すスイッチング制御部と、
前記電流に対応するエネルギーを二次巻線から負荷に供給する出力手段と、
前記第2のコンデンサから前記第1のコンデンサへ第1のコイルを介してエネルギーを出力する手段と、
前記第3のコンデンサから前記第1のコンデンサへ前記第2のコイルを介してエネルギーを出力する手段と、
を備えることを特徴とするコンバータ。 A rectifier circuit for rectifying an alternating voltage;
A first capacitor;
A series circuit of a first coil and a first rectifier element connected between the rectifier circuit and one electrode of the first capacitor;
A series circuit of a second coil and a second rectifier element connected between the rectifier circuit and the other electrode of the first capacitor;
A transformer having a primary winding and a secondary winding;
A first switching element connected between one electrode of the first capacitor and one end of the primary winding;
A second switching element connected between the other electrode of the first capacitor and one end of the primary winding;
A second capacitor having one electrode connected to the other end of the primary winding and the other electrode connected to a connection point of the first coil and the first rectifying element;
A third capacitor in which one electrode is connected to the other end of the primary winding and the other electrode is connected to a connection point of the second coil and the second rectifying element;
A switching control unit for turning on and off the first switching element and the second switching element to flow a current through the primary winding;
Output means for supplying energy corresponding to the current from the secondary winding to the load;
Means for outputting energy from the second capacitor to the first capacitor via a first coil;
Means for outputting energy from the third capacitor to the first capacitor via the second coil;
A converter comprising:
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