JPH0687656B2 - converter - Google Patents
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- JPH0687656B2 JPH0687656B2 JP63256557A JP25655788A JPH0687656B2 JP H0687656 B2 JPH0687656 B2 JP H0687656B2 JP 63256557 A JP63256557 A JP 63256557A JP 25655788 A JP25655788 A JP 25655788A JP H0687656 B2 JPH0687656 B2 JP H0687656B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、いわゆるスイッチング電源装置として使用
されるコンバータに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a converter used as a so-called switching power supply device.
スイッチング電源装置は、直流入力を特定の周波数でス
イッチングして交流化、スイッチング周波数やスイッチ
ングデューティの制御によるスイッチング処理に伴って
出力電圧を調整するという、低損失など優れた特性を持
った電源システムであり、従来、ビデオテープレコーダ
などの各種の電子機器に多用されている。しかしなが
ら、電子機器のIC化による軽量化、小型化に伴って、ス
イッチング電源装置の電子機器における体積比率や重量
比率が高くなり、その小型化、軽量化が要請されてい
る。A switching power supply is a power supply system with excellent characteristics such as low loss, in which the DC input is switched at a specific frequency to convert it to AC, and the output voltage is adjusted according to the switching process by controlling the switching frequency and switching duty. In the past, it has been widely used in various electronic devices such as video tape recorders. However, along with the weight reduction and downsizing of electronic devices by the use of ICs, the volume ratio and weight ratio of switching power supply devices in electronic devices have increased, and there is a demand for downsizing and weight reduction.
そして、スイッチング電源装置の重量や体積は、最低の
スイッチング周波数で決定されるので、変換効率の低下
を来すことなく、寧ろそれを高めながら小型軽量化を実
現するには、スイッチング周波数の高周波化を図ること
が必要である。Since the weight and volume of the switching power supply device are determined by the lowest switching frequency, in order to increase the size of the switching power supply without lowering the conversion efficiency, it is necessary to increase the switching frequency. It is necessary to plan.
ところで、スイッチング周波数の高周波化を行う場合で
も、スイッチング周波数を変化させて出力電圧の調整を
行うスイッチング電源装置では、スイッチング周波数の
制御性から、スイッチング周波数の高周波化に限界があ
り、スイッチング電源装置の軽量化、小型化を妨げてい
る。By the way, in a switching power supply device that adjusts the output voltage by changing the switching frequency even when the switching frequency is increased, the controllability of the switching frequency has a limit in increasing the switching frequency. This hinders weight reduction and size reduction.
従来、高周波化したスイッチング周波数を一定化し、可
変容量回路や可変インダクタンス回路を用いて共振周波
数を変化させて電圧調整を行う共振型コンバータが提案
されている。共振型コンバータは低スイッチング損失、
低雑音などの特徴を持っており、電子機器の電源として
好ましい特性を備えているが、従来のものでは、部品点
数が多く、回路が複雑化しているため、軽量化、小型化
を実現できなかった。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed a resonant converter in which a high-frequency switching frequency is fixed and a resonant frequency is changed by using a variable capacitance circuit or a variable inductance circuit to adjust a voltage. Resonant converter has low switching loss,
It has characteristics such as low noise and has favorable characteristics as a power source for electronic devices, but conventional ones cannot achieve weight reduction and downsizing due to the large number of parts and complicated circuits. It was
そこで、この発明は、スイッチング周波数を高周波化す
るとともに、部品点数の削減および回路の簡略化によ
り、軽量化、小型化および高効率化を図ったコンバータ
を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a converter that has a high switching frequency, a reduced number of parts, and a simplified circuit, thereby achieving weight reduction, downsizing, and high efficiency.
この発明のコンバータは、第1図に例示するように、変
換すべき入力電圧を発生する直流電源と、この直流電源
と並列に接続され、個別に制御入力端子を備えて制御電
圧によって容量が変化する可変容量積層セラミックコン
デンサからなる第1および第2の可変容量コンデンサの
直列接続と、これら第1および第2の可変容量コンデン
サの前記制御入力端子間に接続されて前記制御電圧を前
記制御入力端子間に加える制御電源と、前記第1および
第2の可変容量コンデンサの直列接続と並列に接続され
第1および第2のトランジスタの直列接続と、これら第
1および第2のトランジスタに対して個別にスイッチン
グパルスを与えて、前記第1又は第2のトランジスタを
交互にスイッチングさせるスイッチングパルス発生手段
と、前記第1および第2のトランジスタの直列接続の接
続点と前記第1および第2の可変容量コンデンサの直列
接続の接続点との間に接続され、前記第1および第2の
コンデンサと共振回路を成すインダクタおよびインダク
タと直列に接続されて前記共振回路に交流出力を取り出
すトランスとの直列接続と、このトランスから取り出さ
れた交流出力を整流して直流出力を取り出し、その直流
出力を負荷に供給する直流再生手段と、この直流再生手
段によって取り出される出力電圧と基準電圧とを比較
し、その大小関係を表す比較出力を取り出し、この比較
出力より、前記制御電源が発生する制御電圧を制御する
比較手段とを備えたことを特徴とする。As illustrated in FIG. 1, the converter of the present invention is provided with a DC power supply that generates an input voltage to be converted and a DC power supply that is connected in parallel and that has a control input terminal and has a capacitance that changes according to the control voltage. Connected in series between the first and second variable capacitance capacitors made of variable capacitance multilayer ceramic capacitors, and the control voltage is connected between the control input terminals of the first and second variable capacitance capacitors. A control power source applied between them, a series connection of first and second transistors connected in parallel with the series connection of the first and second variable capacitors, and the first and second transistors individually. A switching pulse generating means for applying a switching pulse to alternately switch the first or second transistor; An inductor and an inductor that are connected between a connection point of series connection of a second transistor and a connection point of series connection of the first and second variable capacitors and form a resonance circuit with the first and second capacitors. A series connection with a transformer that is connected in series with the resonance circuit to extract an AC output, and a DC regenerating unit that rectifies the AC output extracted from the transformer to extract a DC output and supplies the DC output to a load. And comparing the output voltage taken out by the DC regenerating means with a reference voltage, taking out a comparison output representing the magnitude relation, and comparing means for controlling the control voltage generated by the control power supply from the comparison output. It is characterized by
この発明のコンバータにおいては、可変容量コンデンサ
には、制御電圧に応じた容量が得られるので、制御電圧
を変化させた場合、その制御電圧によって得られる容量
に応じた電荷量が蓄積される。したがって、制御電圧に
よる容量が設定された可変容量コンデンサに直流入力が
加えられると、その直流入力によって電荷量が蓄積され
ることになり、その電荷量は、直流入力に比例し、制御
電圧の関数となる。In the converter according to the present invention, the variable capacitor can have a capacity corresponding to the control voltage. Therefore, when the control voltage is changed, the charge amount according to the capacity obtained by the control voltage is accumulated. Therefore, when a DC input is applied to a variable capacitor whose capacitance is set by the control voltage, the amount of charge is accumulated by the DC input, and the amount of charge is proportional to the DC input and is a function of the control voltage. Becomes
このような可変容量コンデンサと特定のインダクタンス
を持つインダクタとで共振回路を構成し、可変容量コン
デンサとインダクタとの間に設置されたスイッチング素
子を高周波スイッチングさせると、スイッチング素子が
遮断状態にあるとき、直流入力による可変容量コンデン
サの充電、スイッチング素子が導通状態にあるとき、可
変容量コンデンサの電荷がインダクタに供給される。When a resonance circuit is configured with such a variable capacitance capacitor and an inductor having a specific inductance and a switching element installed between the variable capacitance capacitor and the inductor is subjected to high frequency switching, when the switching element is in the cutoff state, When the variable capacitance is charged by the DC input and the switching element is in the conductive state, the electric charge of the variable capacitance is supplied to the inductor.
そして、スイッチング素子のスイッチング周波数より共
振回路の共振周波数が高く設定された場合、スイッチン
グ素子が導通状態となると、共振回路には可変容量コン
デンサとインダクタとの間で電荷の授受が行われて振動
現象を生じ、この結果、正弦波状交流が得られることに
なる。このような共振動作は、スイッチング素子の遮断
区間で可変容量コンデンサが充電されるので、スイッチ
ング素子の導通区間ごとに行われる。When the resonance frequency of the resonance circuit is set higher than the switching frequency of the switching element, when the switching element becomes conductive, electric charge is transferred between the variable capacitor and the inductor in the resonance circuit to cause the vibration phenomenon. Which results in a sinusoidal alternating current. Such a resonance operation is performed in each conduction section of the switching element because the variable capacitor is charged in the interruption section of the switching element.
また、共振回路によって得られた交流出力は、直流再生
回路によって整流されて直流再生出力として取り出さ
れ、負荷に供給されるとともに、容量制御回路に加えら
れる。そして、容量制御回路では、直流再生出力に基づ
いて制御電圧が形成されるので、この制御電圧によって
可変容量コンデンサの容量が制御される。Further, the AC output obtained by the resonance circuit is rectified by the DC regeneration circuit and taken out as a DC regeneration output, supplied to the load, and added to the capacity control circuit. Then, in the capacitance control circuit, a control voltage is formed based on the direct current reproduction output, and thus the capacitance of the variable capacitance capacitor is controlled by this control voltage.
したがって、負荷との関係やその他の原因で直流再生出
力が変動しても、それを補償するように、制御電圧が形
成され、可変容量コンデンサの容量が増減される結果、
共振周波数が調整され、安定した直流再生出力が取り出
される。Therefore, even if the DC reproduction output fluctuates due to the relationship with the load or other causes, the control voltage is formed so as to compensate for it, and the capacity of the variable capacitor is increased or decreased.
The resonance frequency is adjusted and a stable direct-current regeneration output is extracted.
また、この発明のコンバータでは、第1および第2の可
変容量コンデンサに対応して第1および第2のスイッチ
ング素子が設置され、これら第1および第2のスイッチ
ング素子を交互にスイッチングさせるので、共振動作
が、第1および第2の可変容量コンデンサとインダクタ
とからなる共振回路で交互に行われる。換言すれば、共
通に用いたインダクタでは、スイッチング周波数に無関
係に第1または第2の可変容量コンデンサとの間に間断
なく共振動作が行われて交流出力が取り出される。した
がって、このコンバータでは、高効率化が図られる。Further, in the converter of the present invention, the first and second switching elements are installed corresponding to the first and second variable capacitors, and the first and second switching elements are alternately switched, so that the resonance The operation is alternately performed in the resonance circuit including the first and second variable capacitors and the inductor. In other words, in the commonly used inductor, the resonance operation is continuously performed between the inductor and the first or second variable capacitance capacitor regardless of the switching frequency, and the AC output is extracted. Therefore, in this converter, high efficiency is achieved.
そして、この発明においては、可変容量コンデンサに可
変容量積層セラミックコンデンサを用いたことにより、
制御電圧に対応した容量が高精度に得られ、容量可変に
よって精度の高いレギュレーション動作が得られる。And, in the present invention, by using the variable capacitance monolithic ceramic capacitor for the variable capacitance capacitor,
Capacitance corresponding to the control voltage can be obtained with high precision, and highly accurate regulation operation can be obtained by varying the capacitance.
第1図は、この発明のコンバータの実施例を示す。 FIG. 1 shows an embodiment of the converter of the present invention.
入力端子2A、2Bには直流電圧源としてたとえば、電池4
が接続され、直流入力として入力電圧Eiが加えられる。
この入力電圧Eiは、直列に接続された第1および第2の
可変容量コンデンサ61、62に加えられ、各可変容量コン
デンサ61、62を容量Cとするとき、各可変容量コンデン
サ61、62の直流バイアス電圧VBはEi/2となる。For example, a battery 4 is used as a DC voltage source at the input terminals 2A and 2B.
Are connected and an input voltage Ei is applied as a DC input.
This input voltage Ei is applied to the first and second variable capacitors 61 and 62 connected in series, and when the variable capacitors 61 and 62 are set to have a capacitance C, the DC voltage of the variable capacitors 61 and 62 is reduced. The bias voltage V B becomes Ei / 2.
可変容量コンデンサ61、62には、対向する主電極6a、6b
間に容量制御電極6cを備え、容量制御電極6cに加えられ
る制御電圧VCによって主電極6a、6b間の容量が変化する
コンデンサが用いられており、各可変容量コンデンサ6
1、62の各容量制御電極6c間には、容量制御回路8の制
御電圧源82から制御電圧VCが加えられている。The variable capacitors 61 and 62 have the main electrodes 6a and 6b facing each other.
A capacitance control electrode 6c is provided between the capacitors, and a capacitor whose capacitance between the main electrodes 6a and 6b changes according to a control voltage V C applied to the capacitance control electrode 6c is used.
A control voltage V C is applied from the control voltage source 82 of the capacitance control circuit 8 between the capacitance control electrodes 6c of 1 and 62.
各可変容量コンデンサ61、62と共振回路を構成するため
の特定のインダクタンスを持つインダクタ10が設置され
ているとともに、直列に接続された第1および第2のス
イッチング素子としてnチャネルエインハンスメント形
のMOS−FET(以下単にFETという)121、122が設置され
ている。また、インダクタ10には、共振回路で得られる
交流出力の取出手段としてトランス14の一次側コイル14
Pが直列に接続されている。An inductor 10 having a specific inductance for forming a resonance circuit with each of the variable capacitors 61, 62 is installed, and an n-channel enhancement type is used as the first and second switching elements connected in series. MOS-FETs (hereinafter simply referred to as FETs) 121 and 122 are installed. In addition, the inductor 10 includes a primary coil 14 of a transformer 14 as a means for extracting an AC output obtained by a resonance circuit.
P is connected in series.
また、各FET121、122のゲートには、スイッチング入力
端子16A、16Bを通じてスイッチングパルス発生回路18が
接続されている。スイッチングパルス発生回路18には、
高周波スイッチングを実現するため、高周波パルスを発
生するとともに、デェーティが50%の矩形波パルスを発
生するパルス発振器が用いられており、一方のパルス出
力をインバータを通して反転させ、たとえば、第2図の
A、Bに示すように、互いに位相が反転関係となるスイ
ッチングパルスSA、SBが得られる。The switching pulse generation circuit 18 is connected to the gates of the FETs 121 and 122 through switching input terminals 16A and 16B. The switching pulse generation circuit 18 has
In order to realize high-frequency switching, a pulse oscillator that generates a high-frequency pulse and a rectangular wave pulse with a duty of 50% is used. One pulse output is inverted through an inverter. , B, the switching pulses S A and S B having mutually inverted phases are obtained.
そこで、スイッチング入力端子16Aに第2図のAに示す
スイッチングパルスSA、スイッチング入力端子16Bに第
2図のBに示すスイッチングパルスSBが加えられると、
各FET121、122はスイッチングパルスSA、SBのHレベル
区間で導通、Lレベル区間でカットオフ状態となり、各
FET121、122は交互に導通状態、カットオフ状態を繰り
返す。Therefore, when the switching pulse S A shown in A of FIG. 2 is applied to the switching input terminal 16A and the switching pulse S B shown in B of FIG. 2 is applied to the switching input terminal 16B,
Each of the FETs 121 and 122 is conductive during the H level section of the switching pulses S A and S B , and is in the cutoff state during the L level section.
The FETs 121 and 122 alternately repeat the conductive state and the cutoff state.
FET121が導通すると、第3図の(A)に示すように、可
変容量コンデンサ61、62とインダクタ10とで共振回路21
が構成され、このとき、FET122はカットオフ状態となる
ので、可変容量コンデンサ62には、トランス14の一次側
コイル14Pおよびインダクタ10を通して電池4が接続さ
れ、入力電圧Eiによる充電が行われる。When the FET 121 becomes conductive, as shown in FIG. 3A, the resonance circuit 21 is formed by the variable capacitors 61 and 62 and the inductor 10.
Since the FET 122 is in the cutoff state at this time, the battery 4 is connected to the variable capacitor 62 through the primary coil 14P of the transformer 14 and the inductor 10, and charging is performed by the input voltage Ei.
また、FET122が導通すると、第3図の(B)に示すよう
に、可変容量コンデンサ61、62とインダクタ10とで共振
回路22が構成され、このとき、FET121はカットオフ状態
となるので、可変容量コンデンサ61には、トランス14の
一次側コイル14Pおよびインダクタ10を通して電池4が
接続され、入力電圧Eiによる充電が行われる。すなわ
ち、共振回路21が成立した場合には、共振回路22の成立
時の蓄積された可変容量コンデンサ61の蓄積電荷がイン
ダクタ10を通して放出され、また、共振回路22が成立し
た場合には、共振回路21の成立時に蓄積された可変容量
コンデンサ62の蓄積電荷がインダクタ10を通して放出さ
れる。Further, when the FET 122 becomes conductive, as shown in FIG. 3B, the resonance circuit 22 is constituted by the variable capacitors 61 and 62 and the inductor 10. At this time, the FET 121 is in the cut-off state, so that it is variable. The battery 4 is connected to the capacitive capacitor 61 through the primary coil 14P of the transformer 14 and the inductor 10, and is charged by the input voltage Ei. That is, when the resonance circuit 21 is established, the accumulated charge of the variable capacitor 61 accumulated when the resonance circuit 22 is established is discharged through the inductor 10, and when the resonance circuit 22 is established, the resonance circuit 22 is formed. The accumulated charge of the variable capacitor 62 accumulated when the condition 21 is satisfied is released through the inductor 10.
ところで、可変容量コンデンサ61、62の容量Cに対し、
インダクタ10のインダクタンスをLとすると、共振周波
数fRは、 となる。By the way, for the capacitance C of the variable capacitors 61 and 62,
When the inductance of the inductor 10 is L, the resonance frequency f R is Becomes
そして、FET121、122のスイッチング周波数fSに比較
し、共振回路21、22の共振周波数fRを高く設定するもの
とすると、FET121、122の各導通時間中で、可変容量コ
ンデンサ61および可変容量コンデンサ62とインダクタ10
との間で電荷の授受による振動現象を生じる。この結
果、FET121には、第2図のCに示すように、スイッチン
グパルスSAのHレベル区間に対応した交流電流IAC1、ま
た、FET122には、第2図のDに示すように、スイッチン
グパルスSBのHレベル区間に対応した交流電流IAC2が流
れる。これらの合成電流IAC(=IAC1+IAC2)がインダ
クタ10およびトランス14の一次側コイル14Pを流れる。
可変容量コンデンサ61、62の容量Cを変化させると、第
2図のCおよびDに点線で示すように波形が変化し、交
流電流IACの波高値が第2図のEに示すように変化す
る。これに伴いトランス14の一次側コイル14Pに加わる
電圧の波高値が変化する。二次側コイル14Sからは変圧
比1:nに応じた連続した交流電圧EACが得られる。なお、
この交流電圧EACの波高値は、スイッチング周波数fSと
共振回路周波数fRとの比率に依存している。この交流電
圧EACは、直流再生回路24のブリッジ整流回路240に加え
られて全波整流が行われる。この全波整流出力は、平滑
用コンデンサ242に加えられ、整流出力中の脈動成分が
平滑用コンデンサ24によって除かれ、平滑用コンデンサ
242の端子間には安定した直流再生出力としての出力電
圧EOが得られる。この出力電圧EOは、出力端子26A、26B
から取り出されて負荷28に供給される。Then, assuming that the resonance frequencies f R of the resonance circuits 21 and 22 are set to be higher than the switching frequencies f S of the FETs 121 and 122, the variable capacitance capacitor 61 and the variable capacitance capacitors 61 and 122 during each conduction time of the FETs 121 and 122. 62 and inductor 10
A vibration phenomenon occurs due to the exchange of electric charges between and. As a result, the FET 121 has an alternating current I AC1 corresponding to the H level section of the switching pulse S A as shown in C of FIG. 2, and the FET 122 has a switching current of AC as shown in D of FIG. pulse S AC current I AC2 corresponding to H level section of the B flows. The combined current I AC (= I AC1 + I AC2 ) flows through the inductor 10 and the primary coil 14P of the transformer 14.
When the capacitance C of the variable capacitors 61 and 62 is changed, the waveform changes as indicated by a dotted line in C and D of FIG. 2, and the peak value of the alternating current I AC changes as indicated by E of FIG. To do. Along with this, the peak value of the voltage applied to the primary coil 14P of the transformer 14 changes. From the secondary coil 14S, a continuous AC voltage E AC corresponding to the transformation ratio 1: n is obtained. In addition,
The peak value of this AC voltage E AC depends on the ratio between the switching frequency f S and the resonant circuit frequency f R. This AC voltage E AC is applied to the bridge rectifier circuit 240 of the DC regenerating circuit 24 to perform full-wave rectification. This full-wave rectified output is added to the smoothing capacitor 242, the pulsating component in the rectified output is removed by the smoothing capacitor 24, and the smoothing capacitor
A stable DC regenerative output voltage E O is obtained between the terminals of 242. This output voltage E O is applied to the output terminals 26A and 26B.
And is supplied to the load 28.
また、出力電圧EOは、容量制御回路8に設置された誤差
増幅器84に加えられ、基準電圧源86からの基準電圧EREF
と比較される。誤差増幅器84では、出力電圧EOと基準電
圧EREFとを比較し、その大小関係に応じた極性とともに
両者の差電圧を表す誤差電圧Erが得られる。この誤差電
圧Erは、誤差増幅器84の出力側に設置された電圧源88に
よる直流バイアス電圧EBIASを重畳することにより、制
御電圧源82の制御電圧VCの調整入力として用いられる。Further, the output voltage E O is applied to the error amplifier 84 installed in the capacitance control circuit 8, and the reference voltage E REF from the reference voltage source 86 is added.
Compared to. In the error amplifier 84, the output voltage E O is compared with the reference voltage E REF, and the error voltage Er representing the difference voltage between the output voltage E O and the reference voltage E REF is obtained together with the polarity according to the magnitude relationship. This error voltage Er is used as an adjustment input of the control voltage V C of the control voltage source 82 by superimposing the DC bias voltage E BIAS by the voltage source 88 installed on the output side of the error amplifier 84.
ところで、可変容量コンデンサ61、62に可変容量積層セ
ラミックコンデンサを用いるものとし、たとえば、第4
図に示すように、主電極6a、6bに主電極端子7A、7Bを通
じて電圧VBを加え、容量制御電極6cに制御入力端子7Cを
通じて制御電圧VCを加えた場合、その実験結果を第5図
に示す。第5図において、L1はVB=0、L2はVB=20Vの
場合を示しているが、何れの場合も、制御電圧VCによっ
て容量Cの連続的な変化が得られる。By the way, it is assumed that variable capacitance monolithic ceramic capacitors are used for the variable capacitance capacitors 61 and 62, and for example
As shown in the figure, when the voltage V B is applied to the main electrodes 6a and 6b through the main electrode terminals 7A and 7B and the control voltage V C is applied to the capacitance control electrode 6c through the control input terminal 7C, the experimental results are Shown in the figure. In FIG. 5, L 1 shows V B = 0 and L 2 shows V B = 20 V, but in any case, the control voltage V C can continuously change the capacitance C.
したがって、各可変容量コンデンサ61、62には、制御電
圧VCを誤差電圧Erによって加減すると、その制御電圧VC
に応じた容量Cが設定され、容量Cに応じた電荷の蓄積
が行われることになり、制御電圧VCに対応する交流出力
が直流再生回路24に加えられ、制御電圧VCに対応した出
力電圧EOが得られる。すなわち、出力電圧EOは、スイッ
チング周波数fSと共振周波数fRとの比率で調整されるこ
とから、可変容量コンデンサ61、62の容量Cを変化させ
ることにより、出力電圧EOの調整が行われ、その安定化
が図られる。Therefore, when the control voltage V C is adjusted by the error voltage Er, the control voltage V C
Set capacitance C in accordance with the results in the accumulation of charge corresponding to the capacitance C is performed, the control voltage AC output corresponding to V C is applied to the DC restorer circuit 24, an output corresponding to the control voltage V C The voltage E O is obtained. That is, the output voltage E O, since it is adjusted by the ratio between the switching frequency f S and the resonance frequency f R, by changing the capacitance C of the variable capacitor 61, the adjustment of the output voltage E O lines It will be stabilized.
実施例では、2つの可変容量コンデンサ61、62に対し、
2つのスイッチング素子としてFET121、122を設置した
ので、交互にFET121、122をスイッチングさせること
で、インダクタ10には連続した可変容量コンデンサ61、
62との電荷の授受により共振動作が行われ、高効率で出
力電圧EOを取り出すことができる。このような実施例と
は別に、単一の可変容量コンデンサに1つのスイッチン
グ素子を用いてスイッチング動作を行わせても、同様に
出力電圧の調整が得られることは言うまでもない。In the embodiment, with respect to the two variable capacitors 61 and 62,
Since the FETs 121 and 122 are installed as two switching elements, by alternately switching the FETs 121 and 122, the inductor 10 has a continuous variable capacitor 61,
By exchanging the electric charge with 62, a resonance operation is performed, and the output voltage E O can be taken out with high efficiency. Needless to say, the output voltage can be adjusted in the same manner even if a single variable capacitance capacitor is used to perform a switching operation separately from the embodiment.
そして、容量制御帰還回路としての容量制御回路8を切
り離し、可変容量コンデンサ61、62に可変容量積層セラ
ミックコンデンサを用いて、スイッチング周波数fSを10
0KHzに設定し、入力電圧Eiを40Vに設定した場合の実験
結果を第6図に示す。この場合、トランス14の巻数比n
をn=1に設定したものであり、第6図において、L1は
VC=20V、L2はVC=60V,−20V、L3はVC=100 V,−60Vに
設定した場合を示し、I0は負荷28に流れる負荷電流を表
わしている。Then, the capacitance control circuit 8 as the capacitance control feedback circuit is disconnected, and the variable capacitance multilayer ceramic capacitors are used for the variable capacitance capacitors 61 and 62, and the switching frequency f S is set to 10
Fig. 6 shows the experimental results when the input voltage Ei was set to 40V at 0KHz. In this case, the turns ratio n of the transformer 14
Is set to n = 1, and in FIG. 6, L 1 is
V C = 20V, L 2 shows the case where V C = 60V, −20V, L 3 shows the case where V C = 100 V, −60V, and I 0 represents the load current flowing through the load 28.
そして、実験によれば、各可変容量コンデンサ61、62に
はEi/2=20Vの直流バイアス電圧VBが加わり、可変容量
コンデンサ61、62の容量Cの最大値は、制御電圧VC=20
Vのときに得られる。そのため、VC=20Vを中心にして正
負に同量離れた2つの制御電圧VCに対する負荷特性が一
致し、また、各制御入力端子7C間の直流制御電圧グルー
プには殆ど電流が流れないことが確認された。この結
果、直流制御電圧ループでの電力損失は全く生じない。According to the experiment, a DC bias voltage V B of Ei / 2 = 20V is applied to each of the variable capacitors 61 and 62, and the maximum value of the capacitance C of the variable capacitors 61 and 62 is the control voltage V C = 20.
Obtained at V. Therefore, the load characteristics for two control voltages V C that are positive and negative and are separated by the same amount around V C = 20 V are the same, and almost no current flows in the DC control voltage group between each control input terminal 7C. Was confirmed. As a result, no power loss occurs in the DC control voltage loop.
この実験結果からも明らかなように、可変容量コンデン
サとして積層セラミックコンデンサを用いることによ
り、高精度に出力電圧の調整動作を実現することができ
るものである。As is clear from the results of this experiment, by using the laminated ceramic capacitor as the variable capacitor, the output voltage adjusting operation can be realized with high accuracy.
なお、実施例では可変容量コンデンサとして可変容量積
層セラミックコンデンサを例に取って説明したが、セラ
ミックコンデンサ以外の可変容量素子を用いてもコンバ
ータを構成することができるものであり、この発明のコ
ンバータは可変容量積層セラミックコンデンサに限定さ
れるものではない。Although the variable capacitance multilayer ceramic capacitor has been described as an example of the variable capacitance capacitor in the embodiments, the converter can be configured by using a variable capacitance element other than the ceramic capacitor. It is not limited to the variable capacitance monolithic ceramic capacitor.
以上説明したように、この発明によれば、スイッチング
周波数を高周波化するとともに、可変容量コンデンサを
用いて共振回路を構成し、その共振周波数の制御を可変
容量コンデンサの容量変化によって行うので、部品点数
の削減および回路の簡略化が可能になり、軽量化および
小型化を実現することができる。As described above, according to the present invention, the switching frequency is increased and the resonance circuit is configured by using the variable capacitor, and the resonance frequency is controlled by the capacitance change of the variable capacitor. Can be reduced and the circuit can be simplified, and the weight and the size can be reduced.
また、この発明によれば、第1および第2の可変容量コ
ンデンサに対し、共通のインダクタを用いて共振回路を
構成するとともに、第1および第2のスイッチング素子
を以て交互にスイッチング動作を行い、第1および第2
の可変容量コンデンサを交互に充放電させているので、
部品点数の削減および回路の簡略化により、軽量化およ
び小型化に加えて、変換効率が高められ、高効率化を実
現することができる。Further, according to the present invention, for the first and second variable capacitors, a common inductor is used to form a resonance circuit, and the first and second switching elements perform a switching operation alternately. 1 and 2
Since the variable capacitors of are alternately charged and discharged,
By reducing the number of parts and simplifying the circuit, in addition to the reduction in weight and size, the conversion efficiency can be improved and high efficiency can be realized.
そして、この発明によれば、可変容量コンデンサとして
可変容量積層セラミックコンデンサを用いているので、
制御電圧によって容量を高精度に変化させることがで
き、可変容量による出力電圧の調整を高精度に行うこと
ができるコンバータを実現できる。Further, according to the present invention, since the variable capacitance multilayer ceramic capacitor is used as the variable capacitance capacitor,
It is possible to realize a converter in which the capacitance can be changed with high precision by the control voltage and the output voltage can be adjusted with high precision using the variable capacitance.
第1図はこの発明のコンバータの実施例を示す回路図、
第2図は第1図に示したコンバータの動作を示す図、第
3図は第1図に示したコンバータの動作を示す回路図、
第4図は第1図に示すコンバータにおける可変容量コン
デンサの基本回路を示す図、第5図は第4図に示した可
変容量コンデンサの基本回路における実験結果を示す
図、第6図は第1図に示したコンバータにおける実験結
果を示す図である。 4……電池(直流電源) 10……インダクタ 14……トランス 18……スイッチングパルス発生回路 24……直流再生回路(直流再生手段) 61……第1の可変容量コンデンサ 62……第2の可変容量コンデンサ 82……制御電圧源 84……比較器(比較手段) 121……MOS−FET(第1のトランジスタ) 122……MOS−FET(第2のトランジスタ)FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a converter of the present invention,
2 is a diagram showing the operation of the converter shown in FIG. 1, FIG. 3 is a circuit diagram showing the operation of the converter shown in FIG. 1,
4 is a diagram showing a basic circuit of a variable capacitor in the converter shown in FIG. 1, FIG. 5 is a diagram showing an experimental result in the basic circuit of the variable capacitor shown in FIG. 4, and FIG. It is a figure which shows the experimental result in the converter shown in a figure. 4 …… Battery (DC power supply) 10 …… Inductor 14 …… Transformer 18 …… Switching pulse generation circuit 24 …… DC regeneration circuit (DC regeneration means) 61 …… First variable capacitor 62 …… Second variable Capacitor 82 …… Control voltage source 84 …… Comparator (comparing means) 121 …… MOS-FET (first transistor) 122 …… MOS-FET (second transistor)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 方之 東京都青梅市東青梅1丁目167番地の1 日本ケミコン株式会社内 (72)発明者 松下 晴彦 東京都青梅市東青梅1丁目167番地の1 日本ケミコン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−77377(JP,A) 特開 昭57−46673(JP,A) 特開 昭56−35679(JP,A) 特開 昭59−44177(JP,A) 特開 昭63−128618(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor, Fumiyuki Fujiwara, 1-167, Higashi-Ome, Ome-shi, Tokyo Within Japan Chemi-Con, Inc. (72) Inventor, Haruhiko Matsushita, 1-167, Higashi-Ome, Ome, Tokyo Japan (56) References JP-A-63-77377 (JP, A) JP-A-57-46673 (JP, A) JP-A-56-35679 (JP, A) JP-A-59-44177 (JP , A) JP-A-63-128618 (JP, A)
Claims (1)
と、 この直流電源と並列に接続され、個別に制御入力端子を
備えて制御電圧によって容量が変化する可変容量積層セ
ラミックコンデンサからなる第1および第2の可変容量
コンデンサの直列接続と、 これら第1および第2の可変容量コンデンサの前記制御
入力端子間に接続されて前記制御電圧を前記制御入力端
子間に加える制御電源と、 前記第1および第2の可変容量コンデンサの直列接続と
並列に接続され第1および第2のトランジスタの直列接
続と、 これら第1および第2のトランジスタに対して個別にス
イッチングパルスを与えて、前記第1又は第2のトラン
ジスタを交互にスイッチングさせるスイッチングパルス
発生手段と、 前記第1および第2のトランジスタの直列接続の接続点
と前記第1および第2の可変容量コンデンサの直列接続
の接続点との間に接続され、前記第1および第2のコン
デンサと共振回路を成すインダクタおよびこのインダク
タと直列に接続されて前記共振回路に交流出力を取り出
すトランスとの直列接続と、 このトランスから取り出された交流出力を整流して直流
出力を取り出し、その直流出力を負荷に供給する直流再
生手段と、 この直流再生手段によって取り出される出力電圧と基準
電圧とを比較し、その大小関係を表す比較出力を取り出
し、この比較出力により、前記制御電源が発生する制御
電圧を制御する比較手段と、 を備えたことを特徴とするコンバータ。1. A first direct current power source for generating an input voltage to be converted, and a variable capacitance monolithic ceramic capacitor which is connected in parallel with the direct current power source and has a control input terminal and whose capacitance changes according to the control voltage. And a second variable capacitance capacitor connected in series; a control power supply connected between the control input terminals of the first and second variable capacitance capacitors to apply the control voltage between the control input terminals; And a series connection of the first and second transistors connected in parallel with the series connection of the second variable capacitance capacitor, and a switching pulse is applied to each of the first and second transistors to provide the first or second transistor. A switching pulse generating means for alternately switching the second transistor, and a series connection of the first and second transistors. An inductor that forms a resonance circuit with the first and second capacitors, and an inductor that is connected in series with the inductor and is connected between the connection point and a connection point of the series connection of the first and second variable capacitors; A series connection with a transformer for extracting an AC output to the resonance circuit, DC output means for rectifying the AC output output from this transformer to output a DC output and supplying the DC output to a load, and a DC output means for outputting the DC output. The output voltage and the reference voltage are compared, a comparison output indicating the magnitude relationship is taken out, and the comparison output controls the control voltage generated by the control power supply. .
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- 1988-10-12 JP JP63256557A patent/JPH0687656B2/en not_active Expired - Lifetime
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