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JPS5889075A - 共振形スイツチング電源装置 - Google Patents

共振形スイツチング電源装置

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Publication number
JPS5889075A
JPS5889075A JP56188132A JP18813281A JPS5889075A JP S5889075 A JPS5889075 A JP S5889075A JP 56188132 A JP56188132 A JP 56188132A JP 18813281 A JP18813281 A JP 18813281A JP S5889075 A JPS5889075 A JP S5889075A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
frequency
transformer
power supply
switching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP56188132A
Other languages
English (en)
Inventor
Jiro Kino
木野　二郎
Toshiro Kamimura
敏朗 上村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP56188132A priority Critical patent/JPS5889075A/ja
Priority to US06/438,948 priority patent/US4525774A/en
Publication of JPS5889075A publication Critical patent/JPS5889075A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/337—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration
    • H02M3/3376—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M3/3378—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration with automatic control of output voltage or current in a push-pull configuration of the parallel type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 不発明は直流電源をトランジスタ等のスイッチング素子
によ引高周波変換し、これをトランスで公費な電圧に降
圧（または昇圧）することにより交流出力を得、あるい
は更に整流平滑化により曲流出力を得る、いわゆるスイ
ッチングｍ＃ｉｍに関するものである。
スイッチング′電源装置には１例えは日紅エレクトロニ
クス第２３３号＜１９８０年３月３８）Ｖかされている
如く種々の方式のものが知られている、１１図はその一
例を示すもので、スイッチング素子として点年夾用化さ
れて（・乞パワーＭＯ８ＦＥＴを用いたハーフブリッジ
タイプの多出力スイッチング電源装置であり、第２図に
その各部の１作波形を示した。このスイッチング電源装
ａｉはハルス幅制御を基本にしており、スイッチング索
子ＱＩ＋Ｑ、におけるスイッチング損失を減少させるた
め。
各電圧、電流は立上り、立下りの急峻なことが不可欠で
ある。このため、スイッチング時に発生する雑音の抑制
が大きな間踊となるはが、２次側の。
整ｆｔ、器Ｄ１〜Ｄ４の逆回ｏＩ特性によるダイオード
袖矢および＊ｔの増大も間和であった。更に、小形の電
源装置では、１個のトランスから仮数の出力を発生させ
る必要があるが、高周波化によるｍ：ａトランスの小形
化によって、１次、２次間の結合を充分に得ることが困
難になる等、パルス幅制御方式による高周波化には間亀
か多かった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、従来のスイッチング電源装置における上
述の如き問題を解消し、雑音およびヘイッチング損失を
減少させ、小形化の容易漬スイッチング１［源装置を提
供することにある。
本発明の要点は、従来のパルス幅制御ＶＣ４＋Ｓって、
鉄芯の飽和特性とＬＣの直列共振とを組合せ、これを周
波数制御することにより、電流の立上り、立下りが急峻
でなくて本スイッチング損失が少な−＜、出力′電圧の
調整が容易で雑音の発生も少ないスイッチングを源装置
を実現した点にある。
以下、本発明の実施例を図面に基ついて詳細に説明する
。
第３図は本発明の一実施例であるスイッチング電源装置
を示す回路図である。これを第１図に示した５、従来の
装置と比較すると次の点で異なっている。すなわち、 （１）　　従来のトランスＴ、が鉄芯絶和形トランスＴ
ｌ１Ｋ変ったこと。
（２）１次輪容蓄゛ｃ、、ｃ、の中点とトランスＴｌ＋
　との間に共振用コンデンサｃ６が挿入されたこと。
（３）スイッチング素子駆動制御回路がパルス幅変調１
から周波数変調２に変ったこと。
０３点である。
第４図は第３図に示した装置の回路動作波形な簡易化し
て示すものである。以下、第３図と第４図とに基づいて
本実施例装置の回路動作を欧明する。
スイッチング素子Ｑ、およびＱ、は同時導遥にならない
程度の導通率で交互にＯＮ、ＯＦＦ動作を継続している
。今、この電源装置の出力室ｍｖが０、すなわち無負性
の状態を仮定すると、前記共振用コンデンサＣ・と鉄芯
飽和形トランスＴ、の入力インダクタンスしに対して直
列共伽周波数ｆ０はｆｏ＝ｌ／２ｇハτ　　　　・・・
・・・山の関係にある。ここで、前記スイッチング素子
ＱＩ＋Ｑ、のＯＮ、ＯＦＦ庵波数を上記共振周波ｔｌｆ
ｏに近付けることにより、前記共振用コンデンサＣ６お
よびトランスＴ’ｉｔに印加される電圧は電源電圧より
も＾くこの回路の損失に見合う値（共振回路のＱに比例
する。）まで上昇しようとする。しかし、前記トランス
Ｔｌｌが鉄芯飽和形トランスであるため、上記印加電圧
はＱ倍まで増加することはなく、下記ｅ）式の電圧に制
限される。
ｅ、ｖ＝４ＢｇＡＮｆＸ１０　　”Ｍ　　　・・”’・
（２１ここで、ｅａｖ　：印加電圧の平均値開Ｂ８：鉄
芯の飽和磁束密度（ガウス） Ａ：鉄芯の有効断面積（ｃｄ） Ｎ：１次コイルの巻数（Ｔ） ｆ：周波数（Ｈ７） すなわち、前記トランスＴ１１に印加される電圧と時間
との積が一定の値に達すると、そのインダクタンスは急
激に減少し、共振用コンデン妥ｃ６を介して飽和インダ
クタンスと共振用コンデンサ容量とで決定される前記（
１）式のｆ、より高い周波数で集機電流が流れ、トラン
スＴｌｌに印加される電圧の極性が反転する。この過程
は低周波で用いられている鉄共、振形定電圧トランスの
動作特性と対比す、ることにより、容易Ｋｊｍ解するこ
とができる。
第４図には、これらの動作波形を示している。この回路
に流れる電＃ｒ、Ｉｉｎは前述した如くトランス’Ｉ’
ｌ＋に印加されている電圧が反転するときに、共振的に
大きな電流か流れている。本図は理解を容易にするため
に、前述の如く無狛荷状態における特性を説明している
が、出力側に食菊か接続された場合には前述の１共振回
路のＱ」が低下すると考えれば良い。
上述の如く構成し、更に出力電圧Ｖ。ｕｔ＋（もしくは
■。ｕｔ＊）を検出してこの動作周波数に帰還させるこ
とにより、安定化された出力電圧を容易に得ることがで
きる。
なお、前述の回路電流１１ｎは無負荷状態でも回路に流
れるが、これらはすべて１次側容量に帰還され、効率の
低下とはならない。
第６図は本発明の他の実施例を示すものでおる本実施例
装置においては、前述の実施例装置における鉄芯飽和形
トランス’Ｉ’１１に代えて、飽和形インダクタンスＬ
１１と通常の非飽和形トランスＴ、とを並列に接続して
いる。このように構成することにより、飽和電圧の決定
と無効電光を変換トラーンスＴ、とは別の飽和形インダ
クタンスに負担させることが可能になり１回路定数およ
び変換トランスの設計をより容易にするとともに、高周
吸動作時に問題になる可能性のある鉄損失に対して、よ
り自利な設計を行うことが可能になるという利点が生ま
れる。
また、第５図に示した回路には、出カドランスとして、
’ｒ、　ｙ　Ｔ２Ｏ２個のトランスが並列に接続されて
いるが、このように多出力を得ることもきわめて簡単に
なる。第３図に示した回路の如（，１個のトランスに出
力巻線を複数個設けることも可能であるが、前にも述べ
た通り、高周波領域においては各巻線間の結合を充分に
得ることはきわめて困難であるため、第５図に示した如
く並列に動作させることにより、より高品負な出力電圧
を得ることが可能になる。
第６図は特に小容奮に対して有効と思われる構成で、並
列に接続されているトランスの内の１１凶を飽和形とし
、他を非飽和形にして多出力を得ようとするものであり
、動作原理は前述の構成のものと全く同様である。第６
図に示した構成は、第３図に示した回路に非飽和形トラ
ンスを付加したものと言うこともできる。
以上述べた如く、本発明によれば、従来のパルス幅制御
方式のスイッチング電源装置に代えて。
鉄芯の飽和特性とＬＣの直列共振とを組合わせ、これを
周波数制御するようにしたので、スイッチング損失が少
なく、出力電圧のＢＩ４ｙか容易で雑音の発生も少ない
スイッチング電源装置を実現できるという顕著な効果を
奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のスイッチング電源の一例を示す回路図、
第２図は−その各部の波形を示す図、第３図は本発明の
一実施例を示す回路図、第４図はその各部の波形を示す
図、第５図は本発明の他の実施例を示す回路図、第６１
！！！、ｌは更に他の実施例の要部を示す図である。 Ｑ＋　−Ｑｔ　ニスイツチング素子、Ｃ３〜Ｃ３：１次
側容量、Ｃ４，Ｃ，：２次側容量−１Ｃ６：共嶽用コン
デンサ、７．　、　Ｔ、　：）　ラフ　ス、Ｔ＋＋：＊
相形トランス、Ｄ、％Ｄ、：斃流器、Ｌｌ　？　ｔ、、
：インダクタンス、ＬＩＩ：飽和形インダクタンス、ｌ
：ノくルス幅制御回路、２：周波数制御回路、φ５．φ
、ニスイツチング素子駆動信号、■ｉｎ”電力変換トラ
ンスの入力電圧、Ｉ　ｉｎ：電力変換トランスへの入力
側Ｗ　ｓ　■Ｑ　ｕ　ｔ　ｌ　＋ｖｏｕｔｔ：ｕｋ流出
カー電圧。 特許出庭人　株式会社日立製作所　− ｉン。 代　理　人　弁理士　磯　村　雅　声　　、。 （ 第１図 １ 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）直流電圧をスイッチング素子により歯周波交流電
    圧Ｋｆ換してトランスを介して電圧変換を行い、高周波
    交流あるいはこれを整流して直流電圧を得る電源装置に
    おいて、前記トランスを鉄芯飽和形トランスとし前記高
    周波交友電圧源に直列に靜電容蓋を接続して直列共振回
    路を栴ｂνし、前記トランスの２次巻線からの出力文ｆ
    Ｌ電圧あく（・はこれを整流した直流電圧を前記高周波
    交流電圧源の周波数に帰還させることを特徴とする共振
    彫スイッチング電源装置。 ｅ）前記鉄芯飽和形トランスの入力端子と並列に。 １個以上の不飽和形トランスの入力端子を接続したこと
    を％徴とする符ｆ！＋請求の範囲第１項記載の共畿形ス
    イッチング＃ＩＬＴＮ装置。 （３）直流電圧をスイッチング素子により高周改父流電
    圧に賀羨し、てトランスを介して電圧変換を打い、高周
    波交流あるいはこれを整流して直流電圧を得る電源装置
    において、前記トランスと１１を列に飽和形インダクタ
    ンスを接続し黛に前記高周波交友電圧源に直列に靜１ｋ
    Ｌ谷量を接続して直列共振回路を構成し、前記トランス
    の２次巻線からの出力交流電圧ある〜・ゆこれを−！に
    ＊した直流電圧を前記高周波電圧源の周波数に帰還させ
    ることを特徴とする共振形スメッチング電碑装置。 （４）＃記飽和形インダクタンスと並列に複数個の不飽
    和形トランスを接続したことを特徴とする特許請求の範
    囲第３項記載の共−伽形スイツチング電源装置。
JP56188132A 1981-11-24 1981-11-24 共振形スイツチング電源装置 Pending JPS5889075A (ja)

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US06/438,948 US4525774A (en) 1981-11-24 1982-11-03 Regulated AC-DC converter having saturation inductance in resonant circuit

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