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JP3205881B2 - DC-DC converter - Google Patents

DC-DC converter

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Publication number
JP3205881B2
JP3205881B2 JP19212792A JP19212792A JP3205881B2 JP 3205881 B2 JP3205881 B2 JP 3205881B2 JP 19212792 A JP19212792 A JP 19212792A JP 19212792 A JP19212792 A JP 19212792A JP 3205881 B2 JP3205881 B2 JP 3205881B2
Authority
JP
Japan
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resonance
circuit
main
switching element
pulse signal
Prior art date
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JP19212792A
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Inventor
保夫 能登原
基生 二見
和雄 田原
常博 遠藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06189532A publication Critical patent/JPH06189532A/en
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は直流−直流変換装置に係
り、特に、スイッチング素子と共振回路とを組み合わせ
た共振スイッチによって直流電源を昇圧したり降圧した
りするに好適な直流−直流変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC-DC converter, and more particularly to a DC-DC converter suitable for stepping up or stepping down a DC power supply by means of a resonance switch combining a switching element and a resonance circuit. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、共振形スイッチング電源装置とし
て、図2に示されるように、昇圧形のものや、図3に示
されるように降圧形のものが知られている。図2及び図
3において、1は直流電源を、2はリアクトルを、3は
共振用リアクトルを、4はスイッチング素子を、5は共
振用コンデンサを、6と7はダイオードを、8はコンデ
ンサを、9は負荷をそれぞれ示している。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a resonance type switching power supply device, a boosting type as shown in FIG. 2 and a step-down type as shown in FIG. 3 are known. 2 and 3, 1 is a DC power supply, 2 is a reactor, 3 is a resonance reactor, 4 is a switching element, 5 is a resonance capacitor, 6 and 7 are diodes, 8 is a capacitor, Reference numeral 9 indicates a load.

【0003】昇圧形のスイッチング電源装置において、
スイッチング素子4をターンオンさせると、共振用リア
クトルには、図4に示されるような正弦波状の電流I
Lが流れる。すなわち、共振用コンデンサ5に充電され
た電荷がスイッチング素子4を介して放電し、共振用コ
ンデンサ5が逆方向に充電される。そして逆方向に充電
された共振用コンデンサ5の電荷がダイオード7を介し
て逆方向に放電する。そしてダイオード7に電流が流れ
ているときにスイッチング素子4をターンオフすること
により零電流スイッチングが可能となる。
In a boost type switching power supply,
Turning on the switching element 4, the resonant reactor 3, sinusoidal as shown in FIG. 4 current I
L flows. That is, the charge charged in the resonance capacitor 5 is discharged via the switching element 4, and the resonance capacitor 5 is charged in the opposite direction. Then, the charge of the resonance capacitor 5 charged in the reverse direction is discharged in the reverse direction via the diode 7. By turning off the switching element 4 when a current is flowing through the diode 7, zero current switching becomes possible.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の共
振形スイッチング電源装置においては、負荷9の変動に
よって出力電圧が変化したときに、出力電圧を一定に制
御することが困難である。すなわち、スイッチング電源
装置の出力電圧はスイッチング素子4を流れる電流の時
間によって決定されるが、スイッチング素子4を駆動す
るためのパルス信号のパルス幅は、共振用リアクトルと
共振用コンデンサから構成される共振回路の共振周波数
によって決定される。従って、共振周波数を固定した場
合、スイッチング素子4を流れる電流の通流比を制御し
て出力電圧を制御するためには、スイッチング周波数を
可変にしなければならない。一方、スイッチング周波数
を固定とした場合、共振回路を構成するリアクトル3ま
たはコンデンサ5の値を換えて共振周波数を変化させる
か、あるいは出力側に磁気増幅器または鉄共振回路を結
合したりしなければならない。
However, in the above-described conventional switching power supply, it is difficult to control the output voltage to be constant when the output voltage changes due to the fluctuation of the load 9. That is, the output voltage of the switching power supply device is determined by the time of the current flowing through the switching element 4, and the pulse width of the pulse signal for driving the switching element 4 is determined by the resonance width of the resonance It is determined by the resonance frequency of the circuit. Therefore, when the resonance frequency is fixed, the switching frequency must be variable in order to control the conduction ratio of the current flowing through the switching element 4 to control the output voltage. On the other hand, when the switching frequency is fixed, the resonance frequency must be changed by changing the value of the reactor 3 or the capacitor 5 constituting the resonance circuit, or a magnetic amplifier or an iron resonance circuit must be coupled to the output side. .

【0005】しかし、スイッチング周波数を可変とする
方法では共振周波数倍のスイッチング周期となる。ま
た、単純にスイッチング周波数を可変とすると、零電流
スイッチング動作が不可能となりスイッチング損失が増
大する恐れがある。また共振周波数を可変とする方法で
は共振周波数を変化させるための制御回路が複雑化した
り、また磁気増幅器や鉄共振回路を構成する過飽和磁心
の損失が増大する恐れがある。そこで、共振周波数及び
スイッチング周波数を固定とし、共振用コンデンサと直
列に補助スイッチング素子と補助ダイオードを接続し、
共振動作を制御し、各スイッチング素子の通流比を制御
すれば出力電圧を制御することも可能である。しかし、
各スイッチング素子の通流比を制御して共振動作を実行
しても、共振電流により負荷の状態によっては効率が低
下する場合がある。
However, in the method in which the switching frequency is made variable, the switching period becomes twice the resonance frequency. Further, if the switching frequency is simply made variable, the zero-current switching operation becomes impossible and the switching loss may increase. Further, in the method of changing the resonance frequency, a control circuit for changing the resonance frequency may be complicated, and the loss of the saturable core constituting the magnetic amplifier or the iron resonance circuit may increase. Therefore, the resonance frequency and the switching frequency are fixed, and the auxiliary switching element and the auxiliary diode are connected in series with the resonance capacitor,
The output voltage can be controlled by controlling the resonance operation and controlling the conduction ratio of each switching element. But,
Even if the resonance operation is executed by controlling the conduction ratio of each switching element, the efficiency may decrease depending on the state of the load due to the resonance current.

【0006】本発明の目的は、負荷の状態に合わせて共
振動作と非共振動作を実行することができる直流−直流
変換装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a DC-DC converter capable of executing a resonance operation and a non-resonance operation in accordance with the state of a load.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、直流電源に直列に接続された主リアクト
ルと、前記主リアクトルを介して前記直流電源に並列接
続された共振用リアクトルと、前記主リアクトルを介し
て前記直流電源に並列接続されて前記共振用リアクトル
と共に共振回路を構成する共振用コンデンサと、前記共
振用リアクトルと直列接続された主スイッチング素子
と、前記主スイッチング素子に並列接続されて前記主ス
イッチング素子を流れる電流とは逆方向の電流のみを通
す主整流素子と、前記共振用コンデンサと直列接続され
た補助スイッチング素子と、前記補助スイッチング素子
に並列接続されて前記補助スイッチング素子を流れる電
流とは逆方向の電流のみを通す補助整流素子と、前記主
リアクトルからの信号を整流して負荷へ導く整流回路
と、前記整流回路の出力電圧を検出する電圧検出回路
と、前記電圧検出回路の検出電圧と出力電圧指令値との
偏差を求めこの偏差を零に抑制するためのパルス信号を
生成する通流率作成回路と、前記通流率作成回路の生成
によるパルス信号に従って共振動作を開始するための主
パルス信号と共振動作を再開するための補助パルス信号
を生成するスイッチタイミング回路と、前記スイッチタ
イミング回路の生成による主パルス信号に従って主スイ
ッチング素子を駆動する主駆動回路と、前記直流電源の
電源電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段
の検出値が設定値の範囲内にあるときに共振動作指令を
出力する共振動作指令手段と、前記共振動作指令手段か
ら前記共振動作指令を受けたことを条件に前記スイッチ
タイミング回路の生成による補助パルス信号に従って前
記補助スイッチング素子を駆動しそれ以外のときには前
記補助スイッチング素子の駆動を停止する補助駆動回路
とを備えている直流−直流変換装置を構成したものであ
る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a main reactor connected in series to a DC power supply.
And a parallel connection to the DC power supply via the main reactor.
Via the connected reactor for resonance and the main reactor
Connected to the DC power supply in parallel
And a resonance capacitor that forms a resonance circuit with the resonance capacitor.
Main switching element connected in series with the transfer reactor
And the main switch connected in parallel to the main switching element.
Pass only the current in the opposite direction to the current flowing through the switching element.
Main rectifier element, connected in series with the resonance capacitor
Auxiliary switching element, and the auxiliary switching element
Connected in parallel to the auxiliary switching element.
An auxiliary rectifier that passes only the current in the opposite direction to the
Rectifier circuit that rectifies the signal from the reactor and leads it to the load
And a voltage detection circuit for detecting an output voltage of the rectifier circuit
Between the detection voltage of the voltage detection circuit and the output voltage command value.
Calculate the deviation and generate a pulse signal to suppress this deviation to zero.
A duty ratio creation circuit to be generated, and generation of the duty ratio creation circuit
To start resonance operation according to the pulse signal by
Pulse signal and auxiliary pulse signal for restarting resonance operation
A switch timing circuit for generating
The main switch according to the main pulse signal generated by the
A main drive circuit for driving the switching element;
Current detection means for detecting a power supply current, and the current detection means
The resonance operation command is issued when the detected value of
The resonance operation command means to be output and the resonance operation command means
The switch on condition that the resonance operation command is received from the
According to the auxiliary pulse signal generated by the timing circuit
Driving the auxiliary switching element
An auxiliary driving circuit for stopping the driving of the auxiliary switching element
And a DC-DC converter having the following.

【0008】前記直流−直流変換装置を構成するに際し
ては、以下の要素を付加することができる。
In configuring the DC-DC converter, the following elements can be added.

【0009】(1)前記通流率作成回路は、前記電圧検
出回路の検出電圧と出力電圧指令値との偏差を求めこの
偏差を零に抑制するためのパルス信号を生成してなる。
(1) The conduction ratio creation circuit is adapted to perform the voltage detection
Calculate the deviation between the detection voltage of the output circuit and the output voltage command value.
A pulse signal for suppressing the deviation to zero is generated .

【0010】(2)前記スイッチタイミング回路は、前
記主パルス信号によって前記主スイッチング素子がター
ンオフするタイミングを、前記補助パルス信号に従って
前記補助スイッチング素子がターンオンした後に設定し
なる。
(2) The switch timing circuit is
The main switching element is triggered by the main pulse signal.
The turn-off timing is determined according to the auxiliary pulse signal.
Set after the auxiliary switching element is turned on
It becomes.

【0011】(3)前記共振用リアクトルの両端に並列
接続されたインピーダンス変更用スイッチング素子と、
前記共振動作指令手段から前記共振動作指令が出力され
たときに前記インピーダンス変更用スイッチング素子を
ターンオフしそれ以外の非共振時には前記インピーダン
ス変更用スイッチング素子をターンオンして前記共振用
リアクトルの両端を短絡させるドライバとを備えてな
る。
(3) Parallel to both ends of the resonance reactor
A connected switching element for impedance change,
The resonance operation command is output from the resonance operation command means.
The switching element for impedance change when
Turn off and at other non-resonances
Turn on the switching element for changing the
A driver for short-circuiting both ends of the reactor .

【0012】[0012]

【作用】前記した手段によれば、主パルス信号に応答し
て主スイッチング素子がターンオンすると共振動作が開
始され、共振用コンデンサに蓄積されていた電荷が共振
用リアクトル、主スイッチング素子及び補助整流素子を
介して共振電流として流れ、主スイッチング素子がオン
状態にあるときに共振用コンデンサが逆充電される。こ
のとき補助スイッチング素子はオフ状態にあり、共振用
コンデンサに逆充電された電荷は補助整流素子によって
放電が阻止される。このため共振用コンデンサに蓄積さ
れた電荷の放電が完了すると共振動作が中断される。こ
れにより、直流電源は主リアクトル、共振用リアクトル
及び主スイッチング素子を介して短絡され、主リアクト
ルに電磁エネルギーが蓄積される。
According to the above means, when the main switching element is turned on in response to the main pulse signal, the resonance operation is opened.
The charge stored in the resonance capacitor flows as a resonance current through the resonance reactor, the main switching element, and the auxiliary rectifying element, and the resonance capacitor is reversely charged when the main switching element is in an ON state. . At this time, the auxiliary switching element is in the OFF state, and the charge reversely charged in the resonance capacitor is prevented from being discharged by the auxiliary rectifying element. Therefore, when the discharge of the electric charge stored in the resonance capacitor is completed, the resonance operation is interrupted. Thereby, the DC power supply is short-circuited via the main reactor, the resonance reactor and the main switching element, and the main reactor stores electromagnetic energy.

【0013】次に、直流電源の電源電流が設定値の範囲
内にあることを条件に共振動作指令が出力されている
と、主スイッチング素子がターンオフする前に、補助パ
ルス信号が出力され補助スイッチング素子がターンオン
する。補助スイッチング素子がターンオンすると、逆充
電されていた共振用コンデンサの両端が主スイッチング
素子と共振用リアクトルを介して接続され、共振動作が
再開されることになる。これにより、逆充電された共振
用コンデンサの電荷が補助スイッチング素子、主整流素
子及び共振用リアクトルを介して放電され、主スイッチ
ング素子を流れる電流が減少する。そして主スイッチン
グ素子を流れる電流がほぼ零になった時点で主スイッチ
ング素子がターンオフする。主スイッチング素子がター
ンオフしたあと共振用コンデンサの再充電は完了する
が、この共振用コンデンサに蓄積された電荷の放電は主
スイッチング素子及び主整流素子によって阻止され共振
動作が停止する。これにより、主リアクトルに蓄積され
た電磁エネルギーが整流回路と平滑回路を介して負荷に
供給されることになる。このとき共振用コンデンサの出
力電圧は平滑回路の出力電圧にクランプされる。その後
主スイッチング素子がターンオンすると、前述したと同
様な共振動作が実行され共振用コンデンサが逆充電され
る。そしてこのような共振動作を繰り返すことによって
出力電圧を制御することができる。このとき負荷の状態
に応じて主スイッチング素子の通流比を制御すると、主
スイッチング素子の通流比に応じて出力電圧を制御する
ことができる。
Next, if the resonance operation command is output on condition that the power supply current of the DC power supply is within the range of the set value, an auxiliary pulse signal is output and the auxiliary switching signal is output before the main switching element is turned off. The device turns on. When the auxiliary switching element is turned on, both ends of the reversely charged resonance capacitor are connected to the main switching element via the resonance reactor, and the resonance operation is restarted. As a result, the reversely charged charge of the resonance capacitor is discharged through the auxiliary switching element, the main rectifier, and the resonance reactor, and the current flowing through the main switching element is reduced. Then, when the current flowing through the main switching element becomes substantially zero, the main switching element is turned off. After the main switching element is turned off, the recharging of the resonance capacitor is completed. However, the discharge of the electric charge stored in the resonance capacitor is stopped by the main switching element and the main rectifier, and the resonance operation stops. Thereby, the electromagnetic energy stored in the main reactor is supplied to the load via the rectifier circuit and the smoothing circuit. At this time, the output voltage of the resonance capacitor is clamped to the output voltage of the smoothing circuit. Thereafter, when the main switching element is turned on, the same resonance operation as described above is performed, and the resonance capacitor is reversely charged. The output voltage can be controlled by repeating such a resonance operation. At this time, if the conduction ratio of the main switching element is controlled according to the state of the load, the output voltage can be controlled according to the conduction ratio of the main switching element.

【0014】また、電源電流が設定値の範囲内にあると
きにのみ補助パルス信号が出力されるため、負荷の状態
に合わせて共振動作と非共振動作を切り換えることがで
きる。すなわち、電源電流が設定値の範囲外にあるとき
には補助パルス信号を発生させずに補助スイッチング素
子を常時オフ状態とすると主スイッチング素子の動作に
よってのみ出力電圧が制御され非共振スイッチとして機
能することになる。また更に、電源電流の大きさによ
り、共振回路の特性インピーダンスを変更すると、すな
わち、共振回路のリアクトル及びコンデンサを変更する
と、常に零電流スイッチング動作が可能で、スイッチン
グ損失が最小になる最適な条件でスイッチング素子を動
作させることができる。
Further, since the auxiliary pulse signal is output only when the power supply current is within the range of the set value, the resonance operation and the non-resonance operation can be switched according to the state of the load. That is, when the power supply current is out of the range of the set value, if the auxiliary switching element is always turned off without generating the auxiliary pulse signal, the output voltage is controlled only by the operation of the main switching element to function as a non-resonant switch. Become. Furthermore, when the characteristic impedance of the resonance circuit is changed according to the magnitude of the power supply current, that is, when the reactor and the capacitor of the resonance circuit are changed, the zero current switching operation can always be performed, and under the optimum condition where the switching loss is minimized. The switching element can be operated.

【0015】ここで、主スイッチング素子及び補助スイ
ッチング素子を用いた共振動作を行なう場合に、零電流
スイッチング動作が可能になる条件として、共振用コン
デンサの電圧をVc、主スイッチング素子がオンのとき
に流れる最大ピーク電流をIp、共振回路の特性インピ
ーダンスをZnとすると、これらの関係は、以下の式に
よって表わされる。
Here, when performing the resonance operation using the main switching element and the auxiliary switching element, the condition for enabling the zero current switching operation is that the voltage of the resonance capacitor is Vc and the main switching element is ON. Assuming that the maximum peak current flowing is Ip and the characteristic impedance of the resonance circuit is Zn, these relationships are expressed by the following equations.

【0016】[0016]

【数1】Zn≦Vc/Ip ……(1) 上記式から、共振用コンデンサが逆充電されるときに蓄
えなければならないエネルギーとしては、最大ピーク電
流Ipによって共振用リアクトルに蓄積された電磁エネ
ルギーを打ち消せるだけのエネルギーが必要である。こ
のため上記式を満足するように、共振回路の定数を選定
することが必要となる。ただし、共振用リアクトルに蓄
積されている電磁エネルギーを打ち消せるだけのエネル
ギー以上のエネルギーが共振用コンデンサに蓄積される
と、その余剰エネルギー分だけスイッチング損失が増加
する。言い換えれば、上記式の両辺を常に等しく保っよ
うにすればスイッチング損失が最小となる。そこで、電
源電流の大きさにより共振回路の特性インピーダンスを
変更すれば、効率の高い共振スイッチング動作が可能と
なる。
From the above equation, the energy that must be stored when the resonance capacitor is reversely charged is the electromagnetic energy stored in the resonance reactor by the maximum peak current Ip. We need enough energy to cancel out. Therefore, it is necessary to select the constant of the resonance circuit so as to satisfy the above equation. However, if more energy than the energy sufficient to cancel the electromagnetic energy stored in the resonance reactor is stored in the resonance capacitor, the switching loss increases by the excess energy. In other words, if both sides of the above equation are always kept equal, the switching loss is minimized. Therefore, by changing the characteristic impedance of the resonance circuit according to the magnitude of the power supply current, a highly efficient resonance switching operation can be performed.

【0017】また、共振動作及び非共振動作を切り換え
る点は、非共振動作における主スイッチング素子のスイ
ッチング損失と、共振動作における主スイッチング素子
及び補助整流素子の合計のスイッチング損失とを比較し
て、非共振動作における主スイッチング素子のスイッチ
ング損失が共振動作における主スイッチング素子及び補
助整流素子の合計スイッチング損失を超えるように設定
すれば良い。このような設定に従って共振動作及び非共
振動作を切り換えれば、直流/直流変換を常に高効率で
行なうことができる。
The point at which the resonance operation and the non-resonance operation are switched is that the switching loss of the main switching element in the non-resonance operation is compared with the total switching loss of the main switching element and the auxiliary rectifier element in the resonance operation. What is necessary is just to set so that the switching loss of the main switching element in the resonance operation exceeds the total switching loss of the main switching element and the auxiliary rectifier element in the resonance operation. If the resonance operation and the non-resonance operation are switched according to such a setting, DC / DC conversion can always be performed with high efficiency.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】図1には、本発明を昇圧用の電源装置に適
用した共振形スイッチング電源装置の構成が示されてい
る。図1において、直流電源10に主リアクトル12が
直列に接続されており、主リアクトル12には共振用リ
アクトル14、共振用コンデンサ16、ダイオード18
が接続されている。共振用リアクトル14にはトランジ
スタ20が直列に接続され、共振用コンデンサ16には
トランジスタ22が直列に接続されている。共振用リア
クトル14とトランジスタ20は主リアクトル12と抵
抗24を介して直流電源10に並列に接続され、共振用
コンデンサ16とトランジスタ22は主リアクトル12
と抵抗24を介して直流電源10に並列に接続されてい
る。そして主スイッチング素子を構成するトランジスタ
20には逆電流素子用ダイオード26が並列に接続され
ており、補助スイッチング素子を構成するトランジスタ
22には逆電流素子用ダイオード28が並列に接続され
ている。そして共振用リアクトル14と共振用コンデン
サ16はトランジスタ20,22を介して並列に接続さ
れ共振回路を構成するようになっている。共振用リアク
トル14及び共振用コンデンサ16の定数は、前記
(1)式及び規定の共振周波数を満足するように決定さ
れている。
FIG. 1 shows the configuration of a resonance type switching power supply in which the present invention is applied to a boosting power supply. In FIG. 1, a main reactor 12 is connected in series to a DC power supply 10, and the main reactor 12 includes a resonance reactor 14, a resonance capacitor 16, and a diode 18.
Is connected. A transistor 20 is connected in series to the resonance reactor 14, and a transistor 22 is connected in series to the resonance capacitor 16. The resonance reactor 14 and the transistor 20 are connected in parallel to the DC power supply 10 via the main reactor 12 and the resistor 24, and the resonance capacitor 16 and the transistor 22 are connected to the main reactor 12
And a resistor 24 connected in parallel to the DC power supply 10. A reverse current element diode 26 is connected in parallel to the transistor 20 forming the main switching element, and a reverse current element diode 28 is connected in parallel to the transistor 22 forming the auxiliary switching element. The resonance reactor 14 and the resonance capacitor 16 are connected in parallel via transistors 20 and 22 to form a resonance circuit. The constants of the resonance reactor 14 and the resonance capacitor 16 are determined so as to satisfy the equation (1) and the specified resonance frequency.

【0020】一方、ダイオード18は整流回路を構成
し、ダイオード18のカソード側がコンデンサ30と負
荷32に接続されている。コンデンサ30は平滑回路を
構成し、コンデンサ30の両端には電圧検出回路34が
設けられている。この電圧検出回路34は通流比作成回
路36に接続されている。通流比作成回路36はスイッ
チタイミング回路38、ドライバ40,42を介してト
ランジスタ20,22のベースに接続されている。また
抵抗24の両端には電流検出回路44が設けられてお
り、電流検出回路44の出力が共振切り換え回路46に
接続されている。そして共振切り換え回路46からドラ
イバ42に共振停止信号が入力されるようになってい
る。
On the other hand, the diode 18 forms a rectifier circuit, and the cathode side of the diode 18 is connected to the capacitor 30 and the load 32. The capacitor 30 forms a smoothing circuit, and a voltage detection circuit 34 is provided at both ends of the capacitor 30. This voltage detection circuit 34 is connected to a conduction ratio creation circuit 36. The current ratio creating circuit 36 is connected to the bases of the transistors 20 and 22 via a switch timing circuit 38 and drivers 40 and 42. A current detection circuit 44 is provided at both ends of the resistor 24, and an output of the current detection circuit 44 is connected to a resonance switching circuit 46. Then, a resonance stop signal is input from the resonance switching circuit 46 to the driver 42.

【0021】通流比作成回路36は、具体的には電圧制
御回路362、三角波発振回路364、コンパレータ3
66を備えて構成されている。電圧制御回路362は出
力電圧指令値EDと電圧検出回路34の検出電圧edと
の偏差を求め、この偏差を零に抑制するための信号をコ
ンパレータ366へ出力する偏差信号生成回路を構成す
るようになっている。コンパレータ366には三角波発
振回路364から基準信号として三角波信号が入力され
ており、電圧制御回路362からの偏差信号と三角波信
号とを比較して、比較結果に応じたパルス信号を生成す
るようになっている。このパルス信号はスイッチタイミ
ング回路38に入力されるようになっており、このパル
ス信号はスイッチタイミング回路38で主パルス信号と
補助パルス信号に変換されるようになっている。すなわ
ちコンパレータ366とスイッチタイミング回路38は
主パルス信号生成回路と補助パルス信号生成回路を構成
するようになっている。
The current ratio creating circuit 36 includes a voltage control circuit 362, a triangular wave oscillation circuit 364, a comparator 3
66. The voltage control circuit 362 obtains a deviation between the output voltage command value ED and the detection voltage ed of the voltage detection circuit 34, and constitutes a deviation signal generation circuit that outputs a signal for suppressing the deviation to zero to the comparator 366. Has become. The comparator 366 receives a triangular wave signal as a reference signal from the triangular wave oscillation circuit 364, compares the deviation signal from the voltage control circuit 362 with the triangular wave signal, and generates a pulse signal according to the comparison result. ing. This pulse signal is input to the switch timing circuit 38, and the pulse signal is converted into a main pulse signal and an auxiliary pulse signal by the switch timing circuit 38. That is, the comparator 366 and the switch timing circuit 38 constitute a main pulse signal generation circuit and an auxiliary pulse signal generation circuit.

【0022】スイッチタイミング回路38は、図5に示
されるように、NAND回路382、R,Cからなる遅
延回路384、バッファ回路386から構成されてい
る。このスイッチタイミング回路38にコンパレータ3
66から図6の(A)に示されるようなパルス信号が入
力されると、このパルス信号は分岐され、一方のパルス
信号がそのままNAND回路382に入力され、他方の
パルス信号が遅延回路384を介してNAND回路38
2とバッファ回路386に入力される。これにより出力
端子OUT1からは一定時間Δt遅延した主パルス信号
が出力され、出力端子OUT2からは図6の(D)に示
されるような補助パルス信号が出力される。この補助パ
ルス信号は主パルス信号が立ち上がるときにオフとな
り、主パルス信号が立ち下がるタイミングよりΔtの時
間だけ早く立ち上がるようになっている。このΔtは共
振周期の1/4に設定されている。主パルス信号はドラ
イバ40に入力され、補助パルス信号はドライバ42に
入力される。ドライバ40は主パルス信号に従ってトラ
ンジスタ20を駆動する主駆動回路として構成されてい
る。ドライバ42は共振切り換え回路46から共振停止
信号が入力されないことを条件に、補助パルス信号に従
ってトランジスタ22を駆動する補助駆動回路を構成す
るようになっている。
As shown in FIG. 5, the switch timing circuit 38 includes a NAND circuit 382, a delay circuit 384 composed of R and C, and a buffer circuit 386. The switch timing circuit 38 includes a comparator 3
When a pulse signal as shown in FIG. 6A is inputted from 66, this pulse signal is branched, and one pulse signal is inputted as it is to the NAND circuit 382 and the other pulse signal is inputted to the delay circuit 384. Through the NAND circuit 38
2 is input to the buffer circuit 386. As a result, a main pulse signal delayed by a predetermined time Δt is output from the output terminal OUT1, and an auxiliary pulse signal as shown in FIG. 6D is output from the output terminal OUT2. The auxiliary pulse signal is turned off when the main pulse signal rises, and rises earlier by a time Δt than when the main pulse signal falls. This Δt is set to 1 / of the resonance cycle. The main pulse signal is input to the driver 40, and the auxiliary pulse signal is input to the driver 42. The driver 40 is configured as a main drive circuit that drives the transistor 20 according to a main pulse signal. The driver 42 forms an auxiliary driving circuit that drives the transistor 22 in accordance with the auxiliary pulse signal, provided that the resonance stop signal is not input from the resonance switching circuit 46.

【0023】一方、共振切り換え回路46は、図7に示
されるように、フィルタ回路462、基準値設定回路4
64、比較回路466、停止信号発生回路468を備え
て構成されている。フィルタ回路462は、電流検出回
路44により検出された電源電流を入力してその平均値
を出力するようになっている。基準値設定回路464は
共振動作と非共振動作を切り換える電源電流の平均値を
示す信号を出力するようになっている。
On the other hand, as shown in FIG. 7, the resonance switching circuit 46 includes a filter circuit 462 and a reference value setting circuit 4.
64, a comparison circuit 466, and a stop signal generation circuit 468. The filter circuit 462 receives the power supply current detected by the current detection circuit 44 and outputs an average value thereof. The reference value setting circuit 464 outputs a signal indicating the average value of the power supply current for switching between the resonance operation and the non-resonance operation.

【0024】ここで、基準値設定回路464の基準値を
設定するに際しては、図8に示される効率特性に従って
基準値を設定することとしている。図8に示される効率
特性は、図1に示される装置を共振動作及び非共振動作
させたときに得られたものである。図8において、実線
は装置を共振動作させたときの特性を示し、点線は装置
を非共振動作させたときの特性を示す。装置を共振動作
させた場合、共振動作に伴なう損失が発生するため、低
電流値、言い換えれば低負荷時に装置の効率が低下す
る。一方、装置を共振動作させない場合、電源電流が増
加しスイッチング素子に流れる電流が増加するに従っ
て、スイッチング損失が急激に増加する。このため、大
電流値、言い換えれば高負荷時に装置の効率が低下す
る。そこで、低電流値には非共振動作を行なわせ、大電
流値には共振動作を行なわせれば、常に効率の良い状態
で装置を動作させることができる。このため、本実施例
では、電源電流が約10Aのときを共振切り換え点に設
定することとしている。
Here, when setting the reference value of the reference value setting circuit 464, the reference value is set according to the efficiency characteristics shown in FIG. The efficiency characteristics shown in FIG. 8 were obtained when the device shown in FIG. 1 was operated in resonance and non-resonance. In FIG. 8, the solid line indicates the characteristics when the device is operated in resonance, and the dotted line indicates the characteristics when the device is operated in non-resonance. When the device is operated in resonance, a loss accompanying the resonance operation is generated, so that the efficiency of the device is reduced at a low current value, in other words, at a low load. On the other hand, when the device is not operated in resonance, the switching loss increases rapidly as the power supply current increases and the current flowing through the switching element increases. For this reason, the efficiency of the device decreases at a large current value, in other words, at a high load. Therefore, if the non-resonant operation is performed at a low current value and the resonant operation is performed at a large current value, the device can always be operated in an efficient state. For this reason, in this embodiment, when the power supply current is about 10 A, the resonance switching point is set.

【0025】比較回路466はフィルタ回路462から
の出力信号と基準値設定回路464からの出力信号とを
比較し、比較結果を停止信号発生回路468に出力する
ようになっている。停止信号発生回路468は、電源電
流の平均値が基準値より低いときにのみ電源電流が設定
値の範囲外にあるとして共振停止信号を出力し、電源電
流が設定値の範囲内にあるときには共振停止信号の出力
を停止するようになっている。共振停止信号の出力が停
止されたときには、共振切り換え回路46からドライバ
42に共振動作指令が出力されたことになる。すなわち
共振切り換え回路46は共振動作指令手段として構成さ
れている。
The comparison circuit 466 compares the output signal from the filter circuit 462 with the output signal from the reference value setting circuit 464, and outputs the comparison result to the stop signal generation circuit 468. The stop signal generating circuit 468 outputs a resonance stop signal assuming that the power supply current is out of the set value only when the average value of the power supply current is lower than the reference value, and outputs a resonance stop signal when the power supply current is within the set value range. The output of the stop signal is stopped. When the output of the resonance stop signal is stopped, a resonance operation command has been output from the resonance switching circuit 46 to the driver 42. That is, the resonance switching circuit 46 is configured as resonance operation command means.

【0026】次に、図1に示す装置の作用を図9に示す
タイムチャートを用いて説明する。
Next, the operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to a time chart shown in FIG.

【0027】まず、出力電圧指令値EDと電圧検出回路
34の検出電圧edを基に、図9の(A)に示されるよ
うな主パルス信号と(B)に示されるような補助パルス
信号が生成されると、タイミングt1でトランジスタ2
0がターンオンし、トランジスタ22がターンオフす
る。これにより直流電源10が主リアクトル12と共振
用リアクトル14に印加され、共振用コンデンサ16の
電圧が共振用リアクトル14に印加される。そして共振
用コンデンサ16に充電されていた電荷が共振用リアク
トル14、トランジスタ20、ダイオード28を介して
放電しトランジスタ20に共振電流が流れる。そしてこ
の共振電流によって共振用コンデンサ16が逆充電され
る。このとき、コンデンサ16に充電されていた電圧の
レベルは直流電圧edと同じレベルであり、コンデンサ
16の電圧値が直流電源10の電圧値より低下するまで
直流電源10からの電流が共振用リアクトル14に流れ
ることはない。またタイミングt1以前では、主リアク
トル12、ダイオード18を介して負荷32に電力が供
給され、リアクトル14とトランジスタ20には電流が
流れていないため、タイミングt1でトランジスタ20
をターンオンすると、トランジスタ20を零電流でター
ンオンすることができる。
First, based on the output voltage command value ED and the detection voltage ed of the voltage detection circuit 34, a main pulse signal as shown in FIG. 9A and an auxiliary pulse signal as shown in FIG. When generated, at time t1, transistor 2
0 turns on and transistor 22 turns off. As a result, the DC power supply 10 is applied to the main reactor 12 and the resonance reactor 14, and the voltage of the resonance capacitor 16 is applied to the resonance reactor 14. Then, the charge charged in the resonance capacitor 16 is discharged via the resonance reactor 14, the transistor 20, and the diode 28, and a resonance current flows through the transistor 20. Then, the resonance capacitor 16 is reversely charged by the resonance current. At this time, the level of the voltage charged in the capacitor 16 is the same level as the DC voltage ed, and the current from the DC power supply 10 flows until the voltage value of the capacitor 16 becomes lower than the voltage value of the DC power supply 10. Does not flow to Before timing t1, power is supplied to the load 32 via the main reactor 12 and the diode 18, and no current flows through the reactor 14 and the transistor 20.
Is turned on, the transistor 20 can be turned on with zero current.

【0028】コンデンサ16の放電によってコンデンサ
16の逆充電が完了するとコンデンサ16に逆充電され
た電荷の放電が開始されようとするが、この電荷の放電
がダイオード28によって阻止されタイミングt2で共
振動作が中断される。このときコンデンサ16は逆充電
された状態で回路から切り離され、共振動作が中断され
ることになる。
When the reverse charging of the capacitor 16 is completed by the discharging of the capacitor 16, the discharging of the charge reversely charged in the capacitor 16 starts to be started. However, the discharging of the charge is blocked by the diode 28 and the resonance operation is performed at the timing t2. Interrupted. At this time, the capacitor 16 is disconnected from the circuit while being reversely charged, and the resonance operation is interrupted.

【0029】次に、タイミングt3でトランジスタ22
がターンオンすると、コンデンサ16の両端がトランジ
スタ22を介して接続され、コンデンサ16に逆充電さ
れていた電荷がトランジスタ22、ダイオード26、リ
アクトル14を介して放電される。これにより、共振回
路には先程と逆方向の共振電流が流れ、共振動作が再開
される。このとき直流電源10から主リアクトル12、
リアクトル14、トランジスタ20を介して電流が流
れ、主リアクトル12に電磁エネルギーが蓄えられる。
その後、ダイオード26に共振電流が流れているとき
に、タイミングt4でトランジスタ20がターンオフす
るが、共振電流はダイオード26を介して流れ続けコン
デンサ16の再充電が継続される。そして共振電流によ
ってコンデンサ16の充電がタイミングt5で完了する
と、コンデンサ16に再充電された電荷が再び放電を開
始しようとするが、この電荷の放電はダイオード26に
よって阻止され、共振動作が停止する。このとき主リア
クトル12に蓄積されたエネルギーが逆起電力として作
用し、この逆起電力がトランジスタ20,22及びダイ
オード18に印加されるが、各トランジスタ20,22
がオフの状態にあるため、主リアクトル12の逆起電力
によるエネルギーがダイオード18に与えられ、このエ
ネルギーが整流されて負荷32に供給される。
Next, at timing t3, the transistor 22
Is turned on, both ends of the capacitor 16 are connected via the transistor 22, and the charge reversely charged in the capacitor 16 is discharged via the transistor 22, the diode 26 , and the reactor 14. As a result, a resonance current flows in the resonance circuit in a direction opposite to the previous direction, and the resonance operation is restarted. At this time, the main reactor 12
A current flows through the reactor 14 and the transistor 20, and electromagnetic energy is stored in the main reactor 12.
Thereafter, when the resonance current flows through the diode 26 , the transistor 20 is turned off at the timing t4, but the resonance current continues to flow through the diode 26 and the recharging of the capacitor 16 is continued. When the charging of the capacitor 16 is completed at the timing t5 by the resonance current, the charge recharged to the capacitor 16 starts to discharge again. However, the discharge of the charge is stopped by the diode 26, and the resonance operation stops. At this time, the energy stored in the main reactor 12 acts as a back electromotive force, and this back electromotive force is applied to the transistors 20 and 22 and the diode 18.
Is in the off state, the energy by the back electromotive force of the main reactor 12 is given to the diode 18, and this energy is rectified and supplied to the load 32.

【0030】このように、主パルス信号と補助パルス信
号によってトランジスタ20,22をオンオフ制御する
ことによって出力電圧を制御することができる。このと
き、タイミングt3からタイミングt5においては、ト
ランジスタ20は電流の値が零のときにターンオフする
ため、スイッチング損失のない状態でスイチングが可能
になる。
As described above, the output voltage can be controlled by turning on / off the transistors 20 and 22 using the main pulse signal and the auxiliary pulse signal. At this time, from the timing t3 to the timing t5, the transistor 20 is turned off when the value of the current is zero, so that switching can be performed without switching loss.

【0031】またトランジスタ22においても、タイミ
ングt1でターンオフするときには共振動作が停止して
おり、しかもダイオード28には電流は流れているがト
ランジスタ22に電流は流れていないため、スイッチン
グ損失のない状態でのスイッチングが可能となる。
Also, when the transistor 22 is turned off at the timing t1, the resonance operation is stopped, and the current flows through the diode 28 but does not flow through the transistor 22, so that there is no switching loss. Can be switched.

【0032】なお、前記実施例において、補助パルス信
号の発生タイミングとして、トランジスタ20をターン
オンするタイミングとトランジスタ22をターンオフす
るタイミングを同時にしたものについて述べたが、トラ
ンジスタ22がターンオフするタイミングは、コンデン
サ16の再充電が完了したあと逆充電が終了するまでの
間であれば、どのタイミングにしても共振動作の中断及
び共振動作の再開を実行することができる。
In the above-described embodiment, the timing for turning on the transistor 20 and the timing for turning off the transistor 22 have been described as the timing for generating the auxiliary pulse signal. However, the timing for turning off the transistor 22 is based on the capacitor 16. Any time between the completion of the recharging and the completion of the reverse charging, the suspension of the resonance operation and the restart of the resonance operation can be executed at any timing.

【0033】このように、本実施例によれば、検出電圧
edの値に応じて主パルス信号の通流比を調整して出力
電圧を制御するようにしたため、負荷の変動によって出
力電圧が変化しても出力電圧を一定に維持することがで
きる。また電源電流の値に応じて共振動作と非共振動作
を実行するようにしているため、負荷の状態に合わせて
効率の良い運転を行なうことができる。
As described above, according to this embodiment, the output voltage is controlled by adjusting the conduction ratio of the main pulse signal according to the value of the detection voltage ed. However, the output voltage can be kept constant. In addition, since the resonance operation and the non-resonance operation are performed according to the value of the power supply current, efficient operation can be performed according to the state of the load.

【0034】次に、本発明の第2実施例を図10に従っ
て説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0035】本実施例は、共振形スイッチング電源装置
を力率改善電源装置に適用したものであり、主リアクト
ル12が交流電源線を整流する整流回路200の出力側
に接続されている。更に共振用リアクトル14の両端に
インピーダンス変更用スイッチング素子としてのトラン
ジスタ50が並列に接続されていると共に、トランジス
タ50を駆動するインピーダンス変更駆動回路としての
ドライバ52が設けられている。また電圧制御回路36
2を増幅度係数発生手段として構成すると共に乗算手段
として、乗算器368が設けられている。その他の構成
は、図1のものと同様である。
In this embodiment, a resonance type switching power supply is applied to a power factor improving power supply, and a main reactor 12 is connected to an output side of a rectifier circuit 200 for rectifying an AC power supply line. Further, a transistor 50 as an impedance changing switching element is connected in parallel to both ends of the resonance reactor 14, and a driver 52 as an impedance changing drive circuit for driving the transistor 50 is provided. The voltage control circuit 36
2 is configured as an amplification factor generation unit, and a multiplier 368 is provided as a multiplication unit. Other configurations are the same as those in FIG.

【0036】電圧制御回路362は出力電圧指令EDと
電圧検出回路34の検出電圧edとの偏差を零に抑制す
るための増幅度係数に関する信号を出力するようになっ
ている。乗算器368は電流検出回路44の検出電流と
電圧制御回路362からの増幅度係数とを乗算し、乗算
値に応じたパルス信号をコンパレータ366に出力する
ようになっている。コンパレータ366は乗算器368
からのパルス信号と三角波発振回路364からの三角波
信号とを比較して、この比較結果に応じたパルス信号を
スイッチタイミング回路38に出力するようになってい
る。スイッチタイミング回路38はコンパレータ366
からのパルス信号に従った主パルス信号と補助パルス信
号を生成し、各パルス信号をドライバ40,42を介し
てトランジスタ20,22へ出力するようになってい
る。そして各トランジスタ20,22は、前記実施例と
同様に主パルス信号、補助パルス信号に従って共振動作
と非共振動作が制御されることになる。
The voltage control circuit 362 outputs a signal relating to an amplification factor for suppressing the deviation between the output voltage command ED and the detection voltage ed of the voltage detection circuit 34 to zero. The multiplier 368 multiplies the detection current of the current detection circuit 44 by the amplification coefficient from the voltage control circuit 362, and outputs a pulse signal corresponding to the multiplied value to the comparator 366. The comparator 366 is a multiplier 368
Is compared with the triangular wave signal from the triangular wave oscillation circuit 364, and a pulse signal corresponding to the comparison result is output to the switch timing circuit 38. The switch timing circuit 38 includes a comparator 366.
A main pulse signal and an auxiliary pulse signal are generated according to the pulse signals from the first and second transistors, and the respective pulse signals are output to the transistors 20 and 22 via the drivers 40 and 42. Each of the transistors 20 and 22 has its resonance operation and non-resonance operation controlled in accordance with the main pulse signal and the auxiliary pulse signal as in the above-described embodiment.

【0037】一方、ドライバ52には共振切り換え回路
46からの共振停止信号が入力されている。ドライバ5
2は共振停止信号が入力されている間、トランジスタ5
0へオンパルス信号を出力し、電源装置が非共振状態に
あるときに共振リアクトル14の両端をトランジスタ5
0で短絡するようになっている。このため装置が共振動
作から非共振動作に切り換えられるときに、共振リアク
トル14のインダクタンス成分によって出力電圧にオー
バシュートが発生するのを防止することができる。
On the other hand, a resonance stop signal from the resonance switching circuit 46 is input to the driver 52. Driver 5
2 is a transistor 5 while the resonance stop signal is being input.
0, an on-pulse signal is output to both ends of the resonant reactor 14 when the power supply is in a non-resonant state.
0 is short-circuited. Therefore, when the device is switched from the resonance operation to the non-resonance operation, it is possible to prevent the output voltage from overshooting due to the inductance component of the resonance reactor 14.

【0038】また力率改善電源装置に適用した場合に
も、前記実施例と同様に、低電流時に非共振動作を実行
し、大電流時に共振動作を実行すると、装置の効率を向
上させることができ低損失の力率改善電源装置が可能と
なる。
Also in the case where the present invention is applied to a power factor improving power supply device, the efficiency of the device can be improved by performing a non-resonant operation at a low current and performing a resonant operation at a large current as in the above embodiment. As a result, a low-loss power factor improving power supply device is possible.

【0039】次に、本発明の第3実施例を図11に従っ
て説明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0040】本実施例は、電源電流に応じて共振回路の
インピーダンスを変更するようにしたものであり、その
他の構成は図1と同様であるので、図1と同一のものに
は同一符号を付してそれらの説明は省略する。
In this embodiment, the impedance of the resonance circuit is changed in accordance with the power supply current, and the other configurations are the same as those in FIG. 1. Therefore, the same components as those in FIG. The description thereof is omitted here.

【0041】具体的には、共振回路の共振周波数を一定
とした状態で、特性インピーダンスのみを大電流用、中
電流用、小電流用の3種類に設定している。そして3種
類の共振用リアクトル142,144,146と3種類
の共振用コンデンサ162,164,166が設けられ
ている。そして各リアクトル142,144,146と
トランジスタ20との間に双方向性のスイッチ回路53
2,534,536が挿入されていると共に、各共振用
コンデンサ162,164,166とトランジスタ22
との間に双方向性のスイッチ回路538,540,54
2が挿入されている。各スイッチ回路532〜542は
切り換え回路500からの信号によって切り換えられる
ようになっている。この切り換え回路500は電流検出
回路44の検出電流に従って指定の共振リアクトル及び
共振コンデンサを選択する選択指令手段として構成され
ている。本実施例では、大電流時にはリアクトル142
とコンデンサ162が選択され、中電流時にはリアクト
ル144とコンデンサ164が選択され、小電流時には
リアクトル146とコンデンサ166が選択され、選択
されたリアクトルとコンデンサのみが共振回路を構成す
るようになっている。また各リアクトル142,14
4,146の両端にはインピーダンス変更駆動回路とし
て、トランジスタ600が並列に接続されている。この
トランジスタ600は共振切り換え回路46からの共振
停止信号に応答してオンとなり、非共振時に各リアクト
ル142〜146の両端を短絡し、装置が共振動作から
非共振動作に切り換わるときに出力電圧にオーバシュー
トが発生するのを防止するようになっている。
More specifically, with the resonance frequency of the resonance circuit kept constant, only the characteristic impedance is set to three types: large current, medium current, and small current. Further, three types of resonance reactors 142, 144, 146 and three types of resonance capacitors 162, 164, 166 are provided. A bidirectional switch circuit 53 is connected between each of the reactors 142, 144, 146 and the transistor 20.
2, 534, 536 are inserted, and each resonance capacitor 162, 164, 166 and the transistor 22 are connected.
Bidirectional switch circuits 538, 540, 54
2 has been inserted. Each of the switch circuits 532 to 542 can be switched by a signal from the switching circuit 500. The switching circuit 500 is configured as selection command means for selecting a specified resonance reactor and a specified resonance capacitor according to the detection current of the current detection circuit 44. In the present embodiment, the reactor 142 at the time of a large current
And the capacitor 162 are selected, the reactor 144 and the capacitor 164 are selected at the time of a medium current, and the reactor 146 and the capacitor 166 are selected at the time of a small current. Only the selected reactor and the capacitor constitute a resonance circuit. In addition, each reactor 142, 14
4, 146, a transistor 600 is connected in parallel as an impedance change drive circuit. This transistor 600 is turned on in response to a resonance stop signal from the resonance switching circuit 46, short-circuits both ends of each of the reactors 142 to 146 at the time of non-resonance, and outputs the output voltage when the device switches from the resonance operation to the non-resonance operation. Overshoot is prevented from occurring.

【0042】上記構成において、出力電圧指令EDと電
圧検出回路34の検出電圧edに従って、図12に示さ
れるような主パルス信号と補助パルス信号が生成されて
トランジスタ20とトランジスタ22による共振動作と
非共振動作が行なわれるときに、電源電流が電流検出回
路44によって検出される。このとき電源電流が大電流
のときには、リアクトル142とコンデンサ162が選
択されて共振回路の特性インピーダンスが小さくなる。
これにより共振電流のピーク値を大きくすることができ
る。また中電流値にはリアクトル144とコンデンサ1
64が選択され、共振回路の特性インピーダンスが中程
度に維持される。一方、電源電流が小電流のときにはリ
アクトル146とコンデンサ166が選択され、共振回
路の特性インピーダンスが大きくなる。これにより共振
電流のピーク値が小さく抑制され、共振電流による損失
を最小限に抑制することができる。
In the above configuration, a main pulse signal and an auxiliary pulse signal as shown in FIG. 12 are generated in accordance with the output voltage command ED and the detection voltage ed of the voltage detection circuit 34, and the resonance operation by the transistor 20 and the transistor 22 is disabled. When the resonance operation is performed, the power supply current is detected by the current detection circuit 44. At this time, when the power supply current is large, the reactor 142 and the capacitor 162 are selected, and the characteristic impedance of the resonance circuit is reduced.
Thereby, the peak value of the resonance current can be increased. The reactor 144 and the capacitor 1
64 is selected to maintain the characteristic impedance of the resonant circuit at a moderate level. On the other hand, when the power supply current is small, the reactor 146 and the capacitor 166 are selected, and the characteristic impedance of the resonance circuit increases. Thus, the peak value of the resonance current is suppressed to a small value, and the loss due to the resonance current can be suppressed to a minimum.

【0043】また本実施例においては、前記各実施例と
同様に、低電流時には非共振動作を実行し、大電流時に
は共振動作を実行することによって効率の向上を図るこ
とができる。
In this embodiment, as in the above embodiments, the efficiency can be improved by executing a non-resonant operation at a low current and executing a resonant operation at a large current.

【0044】また本実施例においては、共振回路の特性
インピーダンスを電源電流の大きさによって変更するよ
うにしたため、余分な共振電流が共振回路に流れないた
め、無駄なエネルギーが消費することはなく更に効率の
向上が図れる。
Further, in this embodiment, since the characteristic impedance of the resonance circuit is changed depending on the magnitude of the power supply current, no extra resonance current flows through the resonance circuit. Efficiency can be improved.

【0045】また前記各実施例においては、昇圧形の電
源装置について述べたが、前記各実施例は降圧形の電源
装置に適用することもできる。
Further, in each of the above embodiments, the step-up type power supply device has been described. However, each of the above embodiments can be applied to a step-down type power supply device.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷の状態に応じてスイッチング素子に流れる電流の通
流比を制御して出力電圧を制御するようにしたため、負
荷が変動しても出力電圧を一定に維持することができる
と共に、スイッチング周波数の高周波化が可能となり、
装置の小型化に寄与することができる。更に、負荷の状
態に合わせて共振動作と非共振動作を実行するようにし
たため、効率の向上に寄与することができる。
As described above, according to the present invention,
Since the output voltage is controlled by controlling the conduction ratio of the current flowing through the switching element in accordance with the state of the load, the output voltage can be kept constant even when the load fluctuates, and the switching frequency can be kept high. Becomes possible,
This can contribute to downsizing of the device. Further, since the resonance operation and the non-resonance operation are performed in accordance with the state of the load, it is possible to contribute to an improvement in efficiency.

【0047】[0047]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す共振形スイッチング
電源装置の全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a resonant switching power supply device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】昇圧形電源装置の基本構成図である。FIG. 2 is a basic configuration diagram of a step-up power supply device.

【図3】降圧形電源装置の基本構成図である。FIG. 3 is a basic configuration diagram of a step-down power supply device.

【図4】図2に示す装置の作用を説明するための波形図
である。
FIG. 4 is a waveform chart for explaining the operation of the device shown in FIG. 2;

【図5】スイッチタイミング回路の具体的構成図であ
る。
FIG. 5 is a specific configuration diagram of a switch timing circuit.

【図6】スイッチタイミング回路の作用を説明するため
の波形図である。
FIG. 6 is a waveform chart for explaining the operation of the switch timing circuit.

【図7】共振切り換え回路の具体的構成図である。FIG. 7 is a specific configuration diagram of a resonance switching circuit.

【図8】電源電流と効率との関係を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between power supply current and efficiency.

【図9】図1に示す装置の作用を説明するための波形図
である。
FIG. 9 is a waveform chart for explaining the operation of the device shown in FIG. 1;

【図10】本発明の第2実施例を示す力率改善電源装置
の全体構成図である。
FIG. 10 is an overall configuration diagram of a power factor improving power supply device according to a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3実施例を示す共振形スイッチン
グ電源装置の全体構成図である。
FIG. 11 is an overall configuration diagram of a resonant switching power supply device according to a third embodiment of the present invention.

【図12】図11に示す装置の作用を説明するための波
形図である。
FIG. 12 is a waveform chart for explaining the operation of the device shown in FIG. 11;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 直流電源 12 主リアクトル 14 共振用リアクトル 16 共振用コンデンサ 18 ダイオード 20,22 トランジスタ 26,28 ダイオード 30 コンデンサ 32 負荷 34 電圧検出回路 36 通流比作成回路 38 スイッチタイミング回路 40,42 ドライバ 44 電流検出回路 46 共振切り換え回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 DC power supply 12 Main reactor 14 Resonance reactor 16 Resonance capacitor 18 Diode 20, 22 Transistor 26, 28 Diode 30 Capacitor 32 Load 34 Voltage detection circuit 36 Current ratio creation circuit 38 Switch timing circuit 40, 42 driver 44 Current detection circuit 46 Resonance switching circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 常博 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−2026(JP,A) 特開 平4−372572(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/155 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Tsunehiro Endo 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (56) References JP-A-60-2026 (JP, A) JP-A-4 −372572 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H02M 3/155

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 直流電源に直列に接続された主リアクト
ルと、前記主リアクトルを介して前記直流電源に並列接
続された共振用リアクトルと、前記主リアクトルを介し
て前記直流電源に並列接続されて前記共振用リアクトル
と共に共振回路を構成する共振用コンデンサと、前記共
振用リアクトルと直列接続された主スイッチング素子
と、前記主スイッチング素子に並列接続されて前記主ス
イッチング素子を流れる電流とは逆方向の電流のみを通
す主整流素子と、前記共振用コンデンサと直列接続され
た補助スイッチング素子と、前記補助スイッチング素子
に並列接続されて前記補助スイッチング素子を流れる電
流とは逆方向の電流のみを通す補助整流素子と、前記主
リアクトルからの信号を整流して負荷へ導く整流回路
と、前記整流回路の出力電圧を検出する電圧検出回路
と、前記電圧検出回路の検出電圧と出力電圧指令値との
偏差を求めこの偏差を零に抑制するためのパルス信号を
生成する通流率作成回路と、前記通流率作成回路の生成
によるパルス信号に従って共振動作を開始するための主
パルス信号と共振動作を再開するための補助パルス信号
を生成するスイッチタイミング回路と、前記スイッチタ
イミング回路の生成による主パルス信号に従って主スイ
ッチング素子を駆動する主駆動回路と、前記直流電源の
電源電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段
の検出値が設定値の範囲内にあるときに共振動作指令を
出力する共振動作指令手段と、前記共振動作指令手段か
ら前記共振動作指令を受けたことを条件に前記スイッチ
タイミング回路の生成による補助パルス信号に従って前
記補助スイッチング素子を駆動しそれ以外のときには前
記補助スイッチング素子の駆動を停止する補助駆動回路
とを備えている直流−直流変換装置。
A main reactor connected in series to a DC power supply, a resonance reactor connected in parallel to the DC power supply through the main reactor, and a resonance reactor connected in parallel to the DC power supply through the main reactor. A resonance capacitor that forms a resonance circuit together with the resonance reactor, a main switching element connected in series with the resonance reactor, and a current flowing in the main switching element in parallel with the main switching element and having a reverse direction. A main rectifier that passes only current, an auxiliary switching element that is connected in series with the resonance capacitor, and an auxiliary rectifier that is connected in parallel with the auxiliary switching element and passes only a current in a direction opposite to a current flowing through the auxiliary switching element. An element, a rectifier circuit for rectifying a signal from the main reactor and guiding it to a load, and an output of the rectifier circuit A voltage detection circuit for detecting a voltage, a duty ratio creation circuit for determining a deviation between a detection voltage of the voltage detection circuit and an output voltage command value, and generating a pulse signal for suppressing the deviation to zero; A switch timing circuit for generating a main pulse signal for starting a resonance operation in accordance with a pulse signal generated by the rate creation circuit and an auxiliary pulse signal for restarting the resonance operation; and a main pulse signal for generating a main pulse signal generated by the switch timing circuit. A main drive circuit for driving a switching element, current detection means for detecting a power supply current of the DC power supply, and a resonance operation command for outputting a resonance operation command when a detection value of the current detection means is within a set value range Means, and an auxiliary pulse signal generated by the switch timing circuit on condition that the resonance operation command is received from the resonance operation command means. Thus the DC when the auxiliary switching element drive the other and an auxiliary drive circuit for stopping the drive of the auxiliary switching element - DC converter.
【請求項2】 請求項1に記載の直流−直流変換装置に
おいて、前記通流率作成回路は、前記電圧検出回路の検
出電圧と出力電圧指令値との偏差を求めこの偏差を零に
抑制するためのパルス信号を生成してなることを特徴と
する直流−直流変換装置。
2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the duty ratio generating circuit obtains a deviation between a detection voltage of the voltage detection circuit and an output voltage command value, and suppresses the deviation to zero. DC-DC converter characterized by generating a pulse signal for use.
【請求項3】 請求項1または2に記載の直流−直流変
換装置において、前記スイッチタイミング回路は、前記
主パルス信号によって前記主スイッチング素子がターン
オフするタイミングを、前記補助パルス信号に従って前
記補助スイッチング素子がターンオンした後に設定して
なることを特徴とする直流−直流変換装置。
3. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the switch timing circuit sets a timing at which the main switching element is turned off by the main pulse signal in accordance with the auxiliary pulse signal. A DC-DC converter, which is set after the device is turned on.
【請求項4】 請求項1、2または3のうちいずれか1
項に記載の直流−直流変換装置において、前記共振用リ
アクトルの両端に並列接続されたインピーダンス変更用
スイッチング素子と、前記共振動作指令手段から前記共
振動作指令が出力されたときに前記インピーダンス変更
用スイッチング素子をターンオフしそれ以外の非共振時
には前記インピーダンス変更用スイッチング素子をター
ンオンして前記共振用リアクトルの両端を短絡させるド
ライバとを備えてなることを特徴とする直流−直流変換
装置。
4. One of claims 1, 2 and 3
In the DC-DC converter according to the item, the impedance changing switching element connected in parallel to both ends of the resonance reactor, and the impedance change switching when the resonance operation command is output from the resonance operation command means A DC-DC converter comprising: a driver for turning off the element and turning on the switching element for impedance change during other non-resonances to short-circuit both ends of the reactor for resonance.
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