JP3557380B2 - 電力変換回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は共振型コンバータ等の電力変換回路に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の共振型コンバータの一例を図４に示す。例えばＭＯＳＦＥＴなどの２個の半導体スイッチＱ１、Ｑ２が直列接続され、又別の２個の半導体スイッチＱ３、Ｑ４が直列接続され、各接続点間に共振用インダクタＬ１を介してトランスＴの１次巻線が接続され、所謂フルブリッジ回路が構成されている。又半導体スイッチＱ１〜Ｑ４には夫々共振用コンデンサＣ１〜Ｃ４と帰還用ダイオードＤ１〜Ｄ４の並列回路が接続されている。
【０００３】
一方トランスＴの２次巻線には夫々整流用ダイオードＤ５〜Ｄ８が全波整流回路として接続され、平滑用チョークコイルＬ２及びコンデンサＣ６を介して負荷に平滑直流を出力するように構成されている。なお、Ｖ１は直流電源、Ｌ３、Ｌ４は寄生インダクタンスである。
【０００４】
この回路の動作は半導体スイッチＱ１、Ｑ４がターンオンすると直流電源Ｖ１
→半導体スイッチＱ１→共振インダクタンスＬ１→１次巻線ｎ１→半導体スイッチＱ４→直流電源のループで電流が流れ、又、半導体スイッチＱ３、Ｑ２がオンすると（Ｑ１、Ｑ４オフ）同様に直流電源Ｖ１→半導体スイッチＱ３→１次巻線ｎ１→共振インダクタンスＬ１→半導体スイッチＱ２→直流電源Ｖ１のループで電流が流れる。そしてトランスＴの２次巻線ｎ２に発生する交流を全波整流（Ｄ５〜Ｄ８）し、平滑用チョークコイルＬ２及びコンデンサＣ６を介して直流電圧を出力する。
【０００５】
次に半導体スイッチＱ１、Ｑ２（Ｑ３、Ｑ４も同様）のターンオンからターンオフ時の動作について、図５を参照して説明する。図５は従来回路の各部動作波形図で半導体スイッチＱ３、Ｑ４の動作を無視して説明する。先ず、図５において、時間ｔ１で半導体スイッチＱ１がターンオフすると、トランスＴを介して流れていたＬ１の電流は、Ｌ１→共振用コンデンサＣ１→配線インダクタンスＬ３→直流電源Ｖ１→半導体スイッチＱ４→トランスＴ→Ｌ１の経路で共振コンデンサＣ１を充電するループと、共振用インダクタＬ１→トランスＴ→半導体スイッチＱ４→共振コンデンサＣ２→配線インダクタＬ４の経路で共振コンデンサＣ２を放電するループに分流する。
【０００６】
その後、共振用コンデンサＣ１の充電及びＣ２の放電が終了すると共振インダクタＬ１の電流は全て転流用ダイオードＤ２を通して流れる。図５のｉＤ２はこの時のダイオードＤ２の電流波形を示し、急激に電流が立ち上がることを示している。一方、Ｌ３、Ｌ４で示す寄生インダクタンスの存在によりこの電流の急激な変化が許容されず、インダクタンスＬ３、Ｌ４と共振コンデンサＣ１の共振が起こり、図６に示すように半導体スイッチＱ１の電圧波形が大きく振動する。
【０００７】
図６は半導体スイッチＱ１（Ｑ２〜Ｑ４も同様）のオンからオフ時の電圧波形（ロ）、電流波形（イ）を示し、夫々大きく振動することを示している。この結果、この間の振動周波数が高くなり伝導及び輻射ノイズの原因となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電力変換回路の電力損失とノイズが低減できるソフトスイッチング型のフルブリッジ或いはハーフブリッジ回路を構成する半導体スイッチのターンオフ時の電圧波形のリンギング（減衰振動）の振幅と周波数の低減を図り、伝導及び輻射ノイズの少ない電力変換回路を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、電力変換回路の主回路を構成する複数の半導体スイッチに夫々並列に共振用コンデンサとダイオードの並列回路を接続し、前記共振用コンデンサと共振するインダクタで形成されるソフトスイッチング型の電力変換回路において、該ダイオードの入出力間に該共振用コンデンサと過飽和リアクトルとの直列回路を接続したことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項２の発明は、前記ダイオードが半導体スイッチ内蔵ダイオードであることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、前記過飽和リアクトルを二つ設け、これらを並列に接続し、前記共振用コンデンサと一方の前記過飽和リアクトルとの間にダイオードを接続し、該共振用コンデンサと他方の過飽和リアクトルとの間に該ダイオードとは逆向きのダイオードを接続してあることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例回路図で、従来例と同一符号は同等部分を示す。本発明は従来例と対比して明らかなように電力変換回路の主回路を構成する各半導体スイッチＱ１〜Ｑ４（図ではＱ１のみ表示）に並列接続された共振用コンデンサＣ１とダイオードＤ１の間に直列に過飽和リアクトルＬｓを接続するようにしたものである。
【００１２】
この構成によれば、共振用コンデンサＣ１との共振時に該過飽和リアクトルは低い周波数に対しては短時間に飽和するので、共振条件を損なうことがない。又、高い周波数に対しては、インダクタとして作用し、共振用コンデンサと半導体スイッチ間の配線インダクタンスとの振動による周波数振幅を低減でき、輻射ノイズが低減される。因みに図３は本発明実施例による半導体スイッチＱ１のターンオンからターンオフへの移行時の電圧波形ロ（ＶＤＳ）及び電流波形イ（ＩＤ）を示し、殆ど振動が発生していないことを示している。
【００１３】
図２は、本発明の他の実施例回路図で、夫々過飽和リアクトルＬＳ１、ＬＳ２が直列に接続されたダイオードＤＳ１、ＤＳ２の逆並列回路を共振用コンデンサＣ１とダイオードＤ１との間に直列に接続するようにしたものである。過飽和リアクトルは磁束の変化量が大きいため、鉄損の大きいものでは発熱が問題となる。従って高周波、大振幅でロスの少ない高価なコアが要求されるが、この構成によれば過飽和リアクトルを流れる電流をダイオードにより方向性持たせるために安価なコアの使用が可能である。
【００１４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、共振用コンデンサ、ダイオードの電流変化（立上がり、立下がり）が緩やかにできるので振動周波数、振幅が小さく伝導及び輻射ノイズが低減できる等、低ノイズ電力変換回路として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例回路図
【図２】本発明の他の実施例回路図
【図３】本発明実施例（図１）の動作波形図
【図４】従来回路図
【図５】従来回路の各部動作波形図
【図６】従来回路の動作波形図
【符号の説明】
Ｑ１〜Ｑ４ 半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）
Ｃ１〜Ｃ４ 共振用コンデンサ
Ｌ１ 共振用インダクタ
Ｌ３、Ｌ４ 配線インダクタ
ＬＳ、ＬＳ１、ＬＳ２ 過飽和リアクトル
Ｄ１〜Ｄ４ 帰還用ダイオード
ＤＳ１、ＤＳ２ ダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は共振型コンバータ等の電力変換回路に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の共振型コンバータの一例を図４に示す。例えばＭＯＳＦＥＴなどの２個の半導体スイッチＱ１、Ｑ２が直列接続され、又別の２個の半導体スイッチＱ３、Ｑ４が直列接続され、各接続点間に共振用インダクタＬ１を介してトランスＴの１次巻線が接続され、所謂フルブリッジ回路が構成されている。又半導体スイッチＱ１〜Ｑ４には夫々共振用コンデンサＣ１〜Ｃ４と帰還用ダイオードＤ１〜Ｄ４の並列回路が接続されている。
【０００３】
一方トランスＴの２次巻線には夫々整流用ダイオードＤ５〜Ｄ８が全波整流回路として接続され、平滑用チョークコイルＬ２及びコンデンサＣ６を介して負荷に平滑直流を出力するように構成されている。なお、Ｖ１は直流電源、Ｌ３、Ｌ４は寄生インダクタンスである。
【０００４】
この回路の動作は半導体スイッチＱ１、Ｑ４がターンオンすると直流電源Ｖ１
→半導体スイッチＱ１→共振インダクタンスＬ１→１次巻線ｎ１→半導体スイッチＱ４→直流電源のループで電流が流れ、又、半導体スイッチＱ３、Ｑ２がオンすると（Ｑ１、Ｑ４オフ）同様に直流電源Ｖ１→半導体スイッチＱ３→１次巻線ｎ１→共振インダクタンスＬ１→半導体スイッチＱ２→直流電源Ｖ１のループで電流が流れる。そしてトランスＴの２次巻線ｎ２に発生する交流を全波整流（Ｄ５〜Ｄ８）し、平滑用チョークコイルＬ２及びコンデンサＣ６を介して直流電圧を出力する。
【０００５】
次に半導体スイッチＱ１、Ｑ２（Ｑ３、Ｑ４も同様）のターンオンからターンオフ時の動作について、図５を参照して説明する。図５は従来回路の各部動作波形図で半導体スイッチＱ３、Ｑ４の動作を無視して説明する。先ず、図５において、時間ｔ１で半導体スイッチＱ１がターンオフすると、トランスＴを介して流れていたＬ１の電流は、Ｌ１→共振用コンデンサＣ１→配線インダクタンスＬ３→直流電源Ｖ１→半導体スイッチＱ４→トランスＴ→Ｌ１の経路で共振コンデンサＣ１を充電するループと、共振用インダクタＬ１→トランスＴ→半導体スイッチＱ４→共振コンデンサＣ２→配線インダクタＬ４の経路で共振コンデンサＣ２を放電するループに分流する。
【０００６】
その後、共振用コンデンサＣ１の充電及びＣ２の放電が終了すると共振インダクタＬ１の電流は全て転流用ダイオードＤ２を通して流れる。図５のｉＤ２はこの時のダイオードＤ２の電流波形を示し、急激に電流が立ち上がることを示している。一方、Ｌ３、Ｌ４で示す寄生インダクタンスの存在によりこの電流の急激な変化が許容されず、インダクタンスＬ３、Ｌ４と共振コンデンサＣ１の共振が起こり、図６に示すように半導体スイッチＱ１の電圧波形が大きく振動する。
【０００７】
図６は半導体スイッチＱ１（Ｑ２〜Ｑ４も同様）のオンからオフ時の電圧波形（ロ）、電流波形（イ）を示し、夫々大きく振動することを示している。この結果、この間の振動周波数が高くなり伝導及び輻射ノイズの原因となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電力変換回路の電力損失とノイズが低減できるソフトスイッチング型のフルブリッジ或いはハーフブリッジ回路を構成する半導体スイッチのターンオフ時の電圧波形のリンギング（減衰振動）の振幅と周波数の低減を図り、伝導及び輻射ノイズの少ない電力変換回路を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、電力変換回路の主回路を構成する複数の半導体スイッチに夫々並列に共振用コンデンサとダイオードの並列回路を接続し、前記共振用コンデンサと共振するインダクタで形成されるソフトスイッチング型の電力変換回路において、該ダイオードの入出力間に該共振用コンデンサと過飽和リアクトルとの直列回路を接続したことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項２の発明は、前記ダイオードが半導体スイッチ内蔵ダイオードであることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、前記過飽和リアクトルを二つ設け、これらを並列に接続し、前記共振用コンデンサと一方の前記過飽和リアクトルとの間にダイオードを接続し、該共振用コンデンサと他方の過飽和リアクトルとの間に該ダイオードとは逆向きのダイオードを接続してあることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例回路図で、従来例と同一符号は同等部分を示す。本発明は従来例と対比して明らかなように電力変換回路の主回路を構成する各半導体スイッチＱ１〜Ｑ４（図ではＱ１のみ表示）に並列接続された共振用コンデンサＣ１とダイオードＤ１の間に直列に過飽和リアクトルＬｓを接続するようにしたものである。
【００１２】
この構成によれば、共振用コンデンサＣ１との共振時に該過飽和リアクトルは低い周波数に対しては短時間に飽和するので、共振条件を損なうことがない。又、高い周波数に対しては、インダクタとして作用し、共振用コンデンサと半導体スイッチ間の配線インダクタンスとの振動による周波数振幅を低減でき、輻射ノイズが低減される。因みに図３は本発明実施例による半導体スイッチＱ１のターンオンからターンオフへの移行時の電圧波形ロ（ＶＤＳ）及び電流波形イ（ＩＤ）を示し、殆ど振動が発生していないことを示している。
【００１３】
図２は、本発明の他の実施例回路図で、夫々過飽和リアクトルＬＳ１、ＬＳ２が直列に接続されたダイオードＤＳ１、ＤＳ２の逆並列回路を共振用コンデンサＣ１とダイオードＤ１との間に直列に接続するようにしたものである。過飽和リアクトルは磁束の変化量が大きいため、鉄損の大きいものでは発熱が問題となる。従って高周波、大振幅でロスの少ない高価なコアが要求されるが、この構成によれば過飽和リアクトルを流れる電流をダイオードにより方向性持たせるために安価なコアの使用が可能である。
【００１４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、共振用コンデンサ、ダイオードの電流変化（立上がり、立下がり）が緩やかにできるので振動周波数、振幅が小さく伝導及び輻射ノイズが低減できる等、低ノイズ電力変換回路として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例回路図
【図２】本発明の他の実施例回路図
【図３】本発明実施例（図１）の動作波形図
【図４】従来回路図
【図５】従来回路の各部動作波形図
【図６】従来回路の動作波形図
【符号の説明】
Ｑ１〜Ｑ４ 半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）
Ｃ１〜Ｃ４ 共振用コンデンサ
Ｌ１ 共振用インダクタ
Ｌ３、Ｌ４ 配線インダクタ
ＬＳ、ＬＳ１、ＬＳ２ 過飽和リアクトル
Ｄ１〜Ｄ４ 帰還用ダイオード
ＤＳ１、ＤＳ２ ダイオード
Claims (3)
- 電力変換回路の主回路を構成する複数の半導体スイッチに夫々並列に共振用コンデンサとダイオードの並列回路を接続し、前記共振用コンデンサと共振するインダクタで形成されるソフトスイッチング型の電力変換回路において、該ダイオードの入出力間に該共振用コンデンサと過飽和リアクトルとの直列回路を接続したことを特徴とする電力変換回路。
- 前記ダイオードが半導体スイッチ内蔵ダイオードであることを特徴とする請求項１記載の電力変換回路。
- 前記過飽和リアクトルを二つ設け、これらを並列に接続し、前記共振用コンデンサと一方の前記過飽和リアクトルとの間にダイオードを接続し、該共振用コンデンサと他方の過飽和リアクトルとの間に該ダイオードとは逆向きのダイオードを接続してあることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換回路。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000026292A JP3557380B2 (ja) | 2000-02-03 | 2000-02-03 | 電力変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000026292A JP3557380B2 (ja) | 2000-02-03 | 2000-02-03 | 電力変換回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001218463A JP2001218463A (ja) | 2001-08-10 |
| JP3557380B2 true JP3557380B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=18552045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3557380B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JP5267201B2 (ja) * | 2009-02-23 | 2013-08-21 | 日産自動車株式会社 | スイッチング回路 |
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2000
- 2000-02-03 JP JP2000026292A patent/JP3557380B2/ja not_active Expired - Fee Related
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