JP2001327165A - 自励発振型電力変換器の間欠駆動方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自励発振型電力変換器で、軽負荷時に間欠駆
動する場合の電力損失を低減させる。 【解決手段】 半導体スイッチ素子７１，７２を駆動す
る巻線２４，２５を持つ変圧器２により自励発振動作す
る電力変換器に対し、負荷電流または負荷電流相当の電
流を検出する電流検出回路１３１、素子７１，７２のゲ
ート電圧を検出するゲート電圧検出回路１６１、間欠駆
動パルスを発生させるパルス発生回路１４１および間欠
駆動パルスを自励発振の共振周期に同期させる自励発振
同期回路１５１等を設け、上記検出電流が所定値以下で
素子のゲート電圧が負電圧でないときに素子のゲートに
間欠駆動パルスを印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、直流電源から半
導体スイッチ素子を駆動する巻線を具備した変圧器を介
して任意の直流出力に変換する自励発振型電力変換器の
駆動方法、特に軽負荷時において自励発振の共振周期と
同期した間欠パルスで駆動することにより、軽負荷時の
電力損失を低減する間欠駆動方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に従来例を示す。すなわち、直流電
源１１、コンデンサ４、変圧器一次巻線２１、半導体ス
イッチ素子７１および電流制限用抵抗９１を直列に接続
し、半導体スイッチ素子７２とコンデンサ５との並列回
路をコンデンサ４と変圧器一次巻線２１との間に並列に
接続し、変圧器駆動巻線２４を半導体スイッチ素子７１
のゲート・ソース間に抵抗８１を介して、また、変圧器
駆動巻線２５を半導体スイッチ素子７２のゲート・ソー
ス間に抵抗８２を介してそれぞれ接続し、半導体スイッ
チ素子７１のゲート・ソース間にはダイオード１１１お
よびトランジスタ１０１と、直流電源１２、トランジス
タ１０２およびダイオード１１２をそれぞれ接続し、半
導体スイッチ素子７１と電流制限用抵抗９１の接続点に
は電流検出回路１３１およびトランジスタ１０１のベー
スにベース抵抗９２を介して接続し、電流検出回路１３
１からパルス発生回路１４１に、パルス発生回路１４１
からトランジスタ１０１，１０２のベース端子にそれぞ
れ接続し、変圧器二次巻線２２，２３にはダイオード６
１，６２および平滑用コンデンサ３を接続し、直流出力
から出力電圧検出，調節回路１２１を介して接続するよ
うにしている。

【０００３】以上のような回路で、電流検出回路１３１
は抵抗９１の電圧を検出する。抵抗９１の電圧は半導体
スイッチ素子７１に流れる電流にほぼ比例しており、ま
たこの電圧を平滑することにより、等価的に負荷電流を
検出することになる。電流検出回路１３１により検出し
た値が、或る任意の値以下となった（軽負荷時となっ
た）場合、パルス発生回路１４１が動作し、或る任意の
期間トランジスタ１０１がオンし、半導体スイッチ素子
７１のゲート・ソース間を短絡し、半導体スイッチ素子
７１をオフさせる。その後トランジスタ１０１をオフ
し、トランジスタ１０２を或る任意の期間オンさせ、自
励発振動作を開始させる。電流検出回路１３１により検
出した値が、或る任意の値以上となった（重負荷時とな
った）場合、自励発振動作を継続させ、トランジスタ１
０１，１０２は動作させない。つまり、軽負荷時におい
て自励発振動作を停止させることにより、半導体スイッ
チ素子７１，７２の出力容量、コンデンサ４，５の充放
電エネルギーなどが小さくなり、電力損失が低減する。

【０００４】図４に、図３における軽負荷時の間欠パル
ス（トランジスタ１０１，１０２の駆動電圧）波形、お
よび半導体スイッチ素子７１のゲート電圧波形を示す。
トランジスタ１０１はオフ、トランジスタ１０２がオン
し、半導体スイッチ素子７１に正のゲート電圧が印加さ
れ、自励発振動作が開始する。自励発振動作が継続して
いる期間は変圧器一次巻線２１から変圧器二次巻線２
２，２３を介して負荷に電力が供給される。その後、ト
ランジスタ１０１がオンすることにより、半導体スイッ
チ素子７１には正のゲート電圧が印加されないため、オ
ンしない。しかしながら、半導体スイッチ素子７１には
出力容量が存在するため共振電流は減衰しながら流れ続
け、変圧器駆動巻線２４，２５には共振電圧が印加され
る。

【０００５】図５にトランジスタ１０１がオフ、トラン
ジスタ１０２がオンした直後の波形の一例を示す。同図
の破線は、トランジスタ１０２がＴ０でオンしない場
合、共振電流が減衰しながら流れることによって発生す
るゲート電圧であり、Ｔ１で零電圧となる。ここに示す
波形は、負のゲート電圧が印加されている期間において
Ｔ０でトランジスタ１０２がオンし、負から正にゲート
電圧が反転している場合のものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図３のような回路で
は、共振電圧が負の期間において、トランジスタ１０２
がオンする場合があり、変圧器駆動巻線２４，２５の電
圧を負から正に反転させるためのエネルギーが必要とな
る。また、共振電圧が半導体スイッチ素子７２を十分オ
ンさせる電圧であれば、トランジスタ１０２がオンする
ことにより半導体スイッチ素子７１がオンし、半導体ス
イッチ素子７１，７２に短絡電流が流れる場合もある。
したがって、この発明の課題は、自励発振型電力変換装
置における軽負荷時の電力損失を低減させることにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、半導体スイッチ素子を駆
動するための巻線を備えた変圧器により自励発振動作す
る自励発振型電力変換器の負荷電流または負荷電流相当
の電流を検出し、その電流値が所定値以下になったとき
は、前記半導体スイッチ素子のゲート端子に間欠駆動パ
ルスを与えて自励発振型電力変換器を間欠駆動するに当
たり、前記間欠駆動パルスを前記自励発振の共振周期に
同期させるとともに、この間欠駆動パルスを前記半導体
スイッチ素子のゲート端子に与える期間を半導体スイッ
チ素子のゲート電圧が負でない期間とすることを特徴と
する。

【０００８】請求項２の発明では、半導体スイッチ素子
を駆動するための巻線を備えた変圧器により、自励発振
動作する自励発振型電力変換器において、負荷電流また
は負荷電流相当の電流を検出する電流検出手段と、前記
半導体スイッチ素子のゲート電圧を検出する電圧検出手
段と、前記負荷電流または負荷電流相当の電流値が所定
値以下で、かつ前記半導体スイッチ素子のゲート電圧値
が負電圧でない期間に、前記自励発振の共振周期に同期
した間欠駆動パルスを半導体スイッチ素子のゲート端子
に印加するゲート駆動手段とを設けたことを特徴とす
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す回路図である。これは、図３に示す従来の回路
に、ゲート電圧検出回路１６１および自励発振同期回路
１５１を付加し、ゲート電圧検出回路１６１が半導体ス
イッチ素子７１のゲート電圧値を検出し、自励発振同期
回路１５１がゲート電圧が負電圧でない期間にトランジ
スタ１０２をオンさせる。

【００１０】図２に、図１における軽負荷時の間欠パル
ス（トランジスタ１０１，１０２の駆動電圧）波形、お
よび半導体スイッチ素子７１のゲート電圧波形を示す。
ｔ０の時点でトランジスタ１０１がオフとなるが、トラ
ンジスタ１０２はただちにオンとはならず、ゲート電圧
が負電圧から零電圧になったｔ１の後にオンする。これ
により、共振電圧が負の期間においてトランジスタ１０
２がオンすることはなく、変圧器駆動巻線２４，２５の
電圧を零から正にするためのエネルギーだけでよく、ま
た、半導体スイッチ素子７１，７２に短絡電流が流れる
こともない。

【００１１】図１では、電流検出回路１３１は抵抗９１
の電圧を検出することにより等価的に負荷電流を検出し
ているが、これ以外でも負荷電流を等価的に検出できる
ものであれば良く、勿論負荷電流をそのまま検出しても
良い。また、ゲート電圧検出回路においてもゲート電圧
値を等価的に検出できるものであれば、ゲート電圧その
ものを検出しなくても良い。図１は自励発振型電流共振
コンバータの場合であるが、半導体スイッチ素子を駆動
するための巻線を具備する変圧器により自励発振動作す
る電力変換装置（例えばリンギング・チョーク・コンバ
ータなど）で積極的に間欠駆動する場合、同様な問題が
発生する場合があるため、この発明を同様にして適用す
ることができる。

【００１２】

【発明の効果】この発明によれば、自励発振型電力変換
器の間欠駆動において、ゲートに負の共振電圧が印加さ
れていない期間に正電圧の駆動パルスを印加できるた
め、変圧器駆動巻線電圧を零から正にするためのエネル
ギーだけでよく、また半導体スイッチに短絡電流が流れ
ないため、結果的に軽負荷時の電力損失を低減すること
が可能となる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示す構成図である。

【図２】図１の動作説明図である。

【図３】従来例を示す回路図である。

【図４】図３の動作説明図である。

【図５】図３の或る時点での動作説明図である。

【符号の説明】

１１，１２…直流電源、２…変圧器、２１…変圧器一次
巻線、２２，２３…変圧器二次巻線、２４，２５…変圧
器駆動巻線、３…平滑用コンデンサ、４，５…コンデン
サ、６１，６２，１１１，１１２…ダイオード、７１，
７２…半導体スイッチ素子、８１，８２…ゲート抵抗、
９１…電流制限用抵抗、９２…ベース抵抗、１０１，１
０２…トランジスタ、１２１…出力電圧検出・調節回
路、１３１…電流検出回路、１４１…パルス発生回路、
１５１…自励発振同期回路、１６１…ゲート電圧検出回
路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体スイッチ素子を駆動するための巻
   線を備えた変圧器により自励発振動作する自励発振型電
   力変換器の負荷電流または負荷電流相当の電流を検出
   し、その電流値が所定値以下になったときは、前記半導
   体スイッチ素子のゲート端子に間欠駆動パルスを与えて
   自励発振型電力変換器を間欠駆動するに当たり、 前記間欠駆動パルスを前記自励発振の共振周期に同期さ
   せるとともに、この間欠駆動パルスを前記半導体スイッ
   チ素子のゲート端子に与える期間を半導体スイッチ素子
   のゲート電圧が負でない期間とすることを特徴とする自
   励発振型電力変換器の間欠駆動方法。
2. 【請求項２】 半導体スイッチ素子を駆動するための巻
   線を備えた変圧器により、自励発振動作する自励発振型
   電力変換器において、 負荷電流または負荷電流相当の電流を検出する電流検出
   手段と、前記半導体スイッチ素子のゲート電圧を検出す
   る電圧検出手段と、前記負荷電流または負荷電流相当の
   電流値が所定値以下で、かつ前記半導体スイッチ素子の
   ゲート電圧値が負電圧でない期間に、前記自励発振の共
   振周期に同期した間欠駆動パルスを半導体スイッチ素子
   のゲート端子に印加するゲート駆動手段とを設けたこと
   を特徴とする自励発振型電力変換器の間欠駆動装置。