JP2012029436A - Current resonance type converter and control method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インダクタとコンデンサの共振動作を利用してソフトスイッチング動作を行わせる電流共振型コンバータ(これは「LLCコンバータ」とも言う。)と、そのソフトスタートを制御する電流共振型コンバータの制御方法に関するものである。 The present invention relates to a current resonance type converter that performs a soft switching operation using the resonance operation of an inductor and a capacitor (this is also referred to as “LLC converter”), and a control method for the current resonance type converter that controls the soft start thereof. It is about.
従来、電流共振型コンバータは、例えば、下記の特許文献1に記載されているように、スイッチング周波数を有する制御信号によってオン/オフ動作するスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子によって直流(以下「DC」という。)の入力電圧を交流(以下「AC」という。)に変換するスイッチング回路と、共振用インダクタ及び共振用コンデンサを有し、前記スイッチング回路から出力されるAC電圧を入力して所定の共振周波数にて共振する共振回路と、前記共振回路から出力される共振信号を入力する1次巻線、及び2次巻線を有する変圧器(以下「トランス」という。)と、前記2次巻線から出力されるAC電圧をDC電圧に整流する整流回路と、前記整流回路から出力されるDC電圧を平滑した出力電圧を出力側から出力する出力コンデンサとを備えている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a current resonance type converter has a switching element that is turned on / off by a control signal having a switching frequency, for example, as described in
このような電流共振型コンバータの制御方法において、出力電圧の制御は、スイッチング素子をオン/オフ動作させるための制御信号のスイッチング周波数を制御することにより行われる。スイッチング周波数は、例えば、共振回路の共振周波数より高い周波数で動作するように設計されていて、スイッチング周波数を上げると(即ち、共振周波数から離れると)、出力される電力が小さくなり、スイッチング周波数を下げると(即ち、共振周波数に近づけると)、出力される電力が大きくなる。 In such a current resonance converter control method, the output voltage is controlled by controlling the switching frequency of a control signal for turning on / off the switching element. The switching frequency is designed to operate at a frequency higher than the resonance frequency of the resonance circuit, for example. When the switching frequency is increased (that is, away from the resonance frequency), the output power is reduced, and the switching frequency is reduced. When it is lowered (ie, closer to the resonance frequency), the output power increases.
この種の電流共振型コンバータでは、スイッチング素子のスイッチング時に、共振回路による共振現象を利用し、電圧又は電流がゼロとなった状態でスイッチングを行うソフトスイッチング技術により、スイッチング損失のない電源の高効率化や、低ノイズ化等が可能になる。ソフトスイッチングにおいて、一般に、電圧がゼロの状態で行うスイッチングをゼロ電圧スイッチング(以下「ZVS」という。)、電流がゼロの状態で行うスイッチングをゼロ電流スイッチング(以下「ZCS」という。)と称されている。 This type of current resonance type converter uses a resonance phenomenon caused by a resonance circuit when switching the switching element, and uses a soft switching technology that performs switching in a state in which the voltage or current becomes zero, thereby achieving high efficiency of the power source without switching loss. And low noise can be achieved. In soft switching, switching performed in a state where the voltage is zero is generally referred to as zero voltage switching (hereinafter referred to as “ZVS”), and switching performed in a state where the current is zero is referred to as zero current switching (hereinafter referred to as “ZCS”). ing.
しかしながら、従来の電流共振型コンバータ及びその制御方法によれば、以下のような課題があった。 However, the conventional current resonance type converter and its control method have the following problems.
電流共振型コンバータは、スイッチング素子のオン/オフ動作を制御する制御信号の周波数制御を行っており、出力電圧及び出力電流によってスイッチング周波数が一意に決まる。このため、出力電圧が0Vの状態から起動する場合は、スイッチング周波数を高い周波数から徐々に周波数を下げていくこと(即ち、ソフトスタート)により、出力コンデンサのチャージ電流による過電流を防止している。この時、スイッチングを行っているスイッチング素子には、出力コンデンサをチャージする電流が流れるため、この電流を利用してZVSを行うことができる。 The current resonance type converter performs frequency control of a control signal for controlling the on / off operation of the switching element, and the switching frequency is uniquely determined by the output voltage and the output current. For this reason, when starting from a state where the output voltage is 0 V, the switching frequency is gradually decreased from a high frequency (that is, soft start), thereby preventing an overcurrent due to the charge current of the output capacitor. . At this time, since a current for charging the output capacitor flows through the switching element that performs switching, ZVS can be performed using this current.
ところが、出力コンデンサに電圧が残っている状態、あるいは、複数の電流共振型コンバータが出力側で並列接続され、出力停止状態の電流共振型コンバータが、他の動作中の電流共振型コンバータにより出力電圧が印加されている状態の場合、スイッチング周波数における高い周波数から電流共振型コンバータの起動を行うと、電流共振型コンバータの出力電圧対スイッチング周波数特性により、出力側に電力を伝達できない。この結果、スイッチング素子に電流が流れないため、ZVS動作を行うことができずに、そのスイッチング素子にサージ電圧が印加されてしまう。 However, when the voltage remains in the output capacitor, or a plurality of current resonant converters are connected in parallel on the output side, and the current resonant converter in the output stopped state is output by the current resonant converter in operation. When the current resonant converter is started from a high switching frequency, power cannot be transmitted to the output side due to the output voltage versus switching frequency characteristics of the current resonant converter. As a result, since no current flows through the switching element, the ZVS operation cannot be performed, and a surge voltage is applied to the switching element.
ソフトスイッチングの電流共振型コンバータは、スイッチング素子のスイッチング損失を減少させることの他に、ターンオフ時のスイッチング素子のサージ耐圧を抑えることにより、耐圧の低いスイッチング素子を選定できることに利点(メリット)がある。しかし、前記のような現象が起きてしまうと、スイッチング素子の耐圧を高くしなければならないため、電流共振型コンバータのコスト増加や、スイッチング素子の特性悪化(スイッチング素子におけるオン抵抗等)によるコンバータ効率の低下の課題がある。 In addition to reducing the switching loss of the switching element, the soft switching current resonance type converter has an advantage (merit) in that a switching element with a low breakdown voltage can be selected by suppressing a surge breakdown voltage of the switching element at the time of turn-off. . However, if the above phenomenon occurs, the switching element must have a high breakdown voltage. Therefore, the converter efficiency is increased due to an increase in the cost of the current resonance converter and deterioration of the characteristics of the switching element (such as on-resistance in the switching element). There is a problem of lowering.
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、耐圧の低いスイッチング素子を使用でき、比較的簡単な回路構成で、低コストの電流共振型コンバータとその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a low-cost current resonant converter and a control method thereof, which can use a switching element with a low withstand voltage and have a relatively simple circuit configuration. To do.
本発明のうちの第1の発明の電流共振型コンバータの制御方法は、DCの入力電圧を入力し、インダクタ及びコンデンサの共振動作を利用して、スイッチング周波数を有する制御信号によりオン/オフ動作するスイッチング素子に対するソフトスイッチング動作を行わせて、前記入力電圧をAC電圧に変換し、前記AC電圧をDCの出力電圧に変換して出力側から出力する電流共振型コンバータの制御方法において、次のような処理を有している。 A control method for a current resonance type converter according to a first aspect of the present invention is a method in which a DC input voltage is input and an on / off operation is performed by a control signal having a switching frequency by using a resonance operation of an inductor and a capacitor. In a control method of a current resonance type converter that performs a soft switching operation on a switching element, converts the input voltage into an AC voltage, converts the AC voltage into a DC output voltage, and outputs the output voltage from the output side. It has a processing.
即ち、本第1の発明の電流共振型コンバータの制御方法では、起動時の前記出力電圧を検出してこの検出結果を求める出力電圧検出処理と、前記出力電圧に対する前記スイッチング周波数における所定の出力電圧対スイッチング周波数特性と前記検出結果とに基づき、前記出力側に対して電力の供給可能なソフトスタート開始の前記スイッチング周波数を決定する周波数決定処理と、決定された前記スイッチング周波数にて起動を開始させた後に前記スイッチング周波数を漸減する前記制御信号により、前記スイッチング素子をオン/オフ動作させて前記電流共振型コンバータの起動を制御する周波数制御処理と、を有することを特徴とする。 That is, in the control method of the current resonance type converter according to the first aspect of the present invention, an output voltage detection process for detecting the output voltage at start-up and obtaining the detection result, and a predetermined output voltage at the switching frequency with respect to the output voltage. Based on the switching frequency characteristics and the detection result, a frequency determination process for determining the soft start start switching frequency capable of supplying power to the output side, and starting at the determined switching frequency. And a frequency control process for controlling the activation of the current resonance converter by turning on / off the switching element by the control signal for gradually decreasing the switching frequency.
第2の発明の電流共振型コンバータは、スイッチング周波数を有する制御信号によってオン/オフ動作するスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子によってDCの入力電圧をACに変換して第1の交流電圧を出力するスイッチング回路と、共振用のインダクタ及びコンデンサを有し、前記第1のAC電圧を入力して所定の共振周波数にて共振して共振信号を出力する共振回路と、前記共振信号を入力する1次巻線、及び前記1次巻線に対して絶縁された2次巻線を有するトランスと、前記2次巻線から出力される第2のAC電圧をDCに変換して出力電圧を生成し、前記出力電圧を出力側から出力する整流回路と、前記出力電圧を検出し、前記制御信号を生成して前記スイッチング素子をオン/オフ動作させる制御回路とを備え、前記出力電圧に対する前記スイッチング周波数における所定の出力電圧対スイッチング周波数特性を有する電流共振型コンバータにおいて、前記制御回路は次のような手段を有している。 A current resonance converter according to a second aspect of the present invention has a switching element that is turned on / off by a control signal having a switching frequency, and converts the DC input voltage to AC by the switching element to output a first AC voltage. A switching circuit, a resonance inductor and a capacitor, a resonance circuit that inputs the first AC voltage, resonates at a predetermined resonance frequency, and outputs a resonance signal; and 1 that inputs the resonance signal A transformer having a secondary winding and a secondary winding insulated from the primary winding and a second AC voltage output from the secondary winding are converted to DC to generate an output voltage. A rectifier circuit that outputs the output voltage from an output side, and a control circuit that detects the output voltage and generates the control signal to turn on / off the switching element. In the current resonant converter having a predetermined output voltage versus switching frequency characteristics of the switching frequency for the output voltage, the control circuit has the following means.
即ち、前記制御回路は、起動時の前記出力電圧を検出してこの検出結果を求める出力電圧検出手段と、前記出力電圧対スイッチング周波数特性及び前記検出結果に基づき、前記出力側に対して電力の供給可能なソフトスタート開始の前記スイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、決定された前記スイッチング周波数にて起動を開始させた後に前記スイッチング周波数を漸減する前記制御信号により、前記スイッチング素子をオン/オフ動作させて前記電流共振型コンバータの起動を制御する周波数制御手段と、を有することを特徴とする。 That is, the control circuit detects the output voltage at start-up and obtains the detection result, and based on the output voltage versus switching frequency characteristic and the detection result, the control circuit supplies power to the output side. The switching element is turned on / off by frequency determining means for determining the switching frequency at which soft-start can be supplied, and the control signal for gradually decreasing the switching frequency after starting activation at the determined switching frequency. Frequency control means for operating and controlling activation of the current resonance type converter.
第1の発明における電流共振型コンバータの制御方法によれば、起動時の出力電圧検出処理、周波数決定処理、及び周波数制御処理により、ソフトスタート時、必ずスイッチング素子のZVS動作を行うことができるため、耐圧の低いスイッチング素子を選定できる。 According to the control method of the current resonance type converter in the first aspect of the invention, the ZVS operation of the switching element can always be performed at the time of soft start by the output voltage detection process at startup, the frequency determination process, and the frequency control process. A switching element with a low breakdown voltage can be selected.
第2の発明における電流共振型コンバータによれば、例えば、制御回路を、プロセッサを用いたプログラム制御により実行する構成にする場合は、新たな回路を追加する必要がなく、起動時の制御プログラムの変更だけで処理できるため、コストがかからない。又、制御回路を実回路にて構成する場合は、定常時の回路構成に対し、新たに、起動時の回路構成を追加するだけで、起動時の周波数制御が可能になる。そのため、比較的簡単な回路構成で、低コストの制御回路を実現できる。 According to the current resonance type converter in the second invention, for example, when the control circuit is configured to be executed by program control using a processor, it is not necessary to add a new circuit and Since it can be processed only by changes, it does not cost. Further, when the control circuit is configured by an actual circuit, the frequency control at the time of startup can be performed simply by adding a circuit configuration at the time of startup to the circuit configuration at the time of steady operation. Therefore, a low-cost control circuit can be realized with a relatively simple circuit configuration.
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。 Modes for carrying out the present invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments when read in light of the accompanying drawings. However, the drawings are only for explanation and do not limit the scope of the present invention.
(実施例1の電流共振型コンバータの構成)
図1は、本発明の実施例1における電流共振型コンバータの概略を示す構成図である。
(Configuration of Current Resonant Type Converter of Example 1)
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an outline of a current resonance type converter according to a first embodiment of the present invention.
この電流共振型コンバータは、高効率及び低ノイズのスイッチング電源装置に使用されるDC/DC変換器であり、太陽電池等のDC電源から供給されるDC入力電圧Vin及びDC入力電流Iinを入力する入力端子1を有している。入力端子1には、コンバータ主回路10を介して、DC出力電圧Vo及びDC出力電流Ioを出力する出力端子17が接続されている。
This current resonance type converter is a DC / DC converter used in a switching power supply device with high efficiency and low noise, and inputs a DC input voltage Vin and a DC input current Iin supplied from a DC power source such as a solar cell. An
コンバータ主回路10は、スイッチング周波数fsを有する制御信号S20によりオン/オフ動作する複数のスイッチング素子(例えば、電界効果トランジスタ、以下「FET」という。)を有するスイッチング回路と、インダクタ及びコンデンサからなる共振周波数frを有する共振回路と、入出力端子間を絶縁するトランスと、このトランスの出力電圧をDC電圧に整流する整流回路等とにより構成されている。このコンバータ主回路10では、入力端子1からDC入力電圧Vin及びDC入力電流Iinを入力し、共振回路の共振動作を利用して、制御信号S20によりオン/オフ動作するFETに対するソフトスイッチング動作を行わせて、DC入力電圧Vin及びDC入力電流IinをACに変換し、このAC電圧をトランスを介して伝達し、整流回路等により、そのAC電圧及びAC電流をDC出力電圧Vo及びDC出力電流Ioに変換して出力端子17から出力する機能を有している。
The converter
出力端子17側には、コンバータ主回路10を周波数制御するための制御回路20が接続されている。制御回路20は、DC出力電圧VoやDC出力電流Ioに基づき、制御信号S20を生成してコンバータ主回路10内のFETをオン/オフ動作させる回路であり、定常時の出力状態制御手段21、及び周波数制御手段22を有する他に、起動時の制御手段30が追加されている。起動時の制御手段30は、出力電圧検出手段31、及びソフトスタート開始の周波数決定手段22を有している。
A
定常時の出力状態制御手段21は、DC出力電圧IoやDC出力電流Io等に基づき、定電圧制御や定電流制御等を行うために最適なスイッチング周波数fsを決定する機能を有し、この出力側に、周波数制御手段22が接続されている。周波数制御手段22は、決定されたスイッチング周波数fsを有する制御信号S20によってコンバータ主回路10内のFETをオン/オフ制御する機能を有している。
The constant output state control means 21 has a function of determining an optimum switching frequency fs for performing constant voltage control, constant current control, and the like based on the DC output voltage Io, the DC output current Io, and the like. On the side, the frequency control means 22 is connected. The frequency control means 22 has a function of performing on / off control of the FET in the converter
起動時の制御手段30を構成する出力電圧検出手段31は、起動時のDC出力電圧Voを検出してこの検出結果を求める機能を有し、この出力側に、ソフトスタート開始の周波数決定手段32が接続されている。ソフトスタート開始の周波数決定手段32は、電流共振型コンバータの出力電圧対スイッチング周波数特性及び前記検出結果に基づき、出力端子17側に対して電力の供給可能なソフトスタート開始のスイッチング周波数fsを決定する機能を有し、この出力側に、周波数制御手段22が接続されている。周波数制御手段22は、前記機能の他に、周波数決定手段32により決定されたスイッチング周波数fsにて起動を開始させた後にそのスイッチング周波数fsを漸減する制御信号S20により、FETをオン/オフ動作させて電流共振型コンバータの起動を制御する機能を有している。
The output voltage detection means 31 constituting the start-up control means 30 has a function of detecting the DC output voltage Vo at start-up and obtaining the detection result. On the output side, the frequency determination means 32 for starting the soft start. Is connected. The soft-start start
この制御回路20は、デジタル信号処理に特化したマイクロプロセッサであるデジタルシグナルプロセッサ(以下「DSP」という。)等のプロセッサや、あるいは、実回路により構成されている。
The
制御回路20をプロセッサにより構成する場合には、例えば、以下のようにすればよい。
プロセッサは、例えば、定常時及び起動時の制御プログラムを格納したプログラムメモリと、その制御プログラムに従い演算及び制御処理を行う中央処理装置(以下「CPU」という。)と、このCPUのプログラム処理により制御される入力部及び出力部等とを備えている。そのため、入力部により、出力電圧検出手段31の機能を実行させ、入力部及びCPUのプログラム処理により、定常時の出力状態制御手段21の機能を実行させ、CPUのプログラム処理により、ソフトスタート開始の周波数決定手段32、及び周波数制御手段22の機能を実行させ、出力部により、制御信号S20を出力させる機能を実行させればよい。
When the
The processor is controlled by, for example, a program memory storing a control program at the time of normal operation and startup, a central processing unit (hereinafter referred to as “CPU”) that performs calculation and control processing according to the control program, and program processing of the CPU. An input unit and an output unit. Therefore, the function of the output voltage detection means 31 is executed by the input section, the function of the output state control means 21 in the steady state is executed by the program processing of the input section and the CPU, and the soft start start is executed by the program processing of the CPU. The functions of the
図2は、図1中のコンバータ主回路10の構成例を示す回路図である。
このコンバータ主回路10は、入力端子1を構成する正側入力端子1a及びグランドGND側入力端子1bに接続された平滑用の入力コンデンサ11及びフルブリッジ型のスイッチング回路12を有している。フルブリッジ型のスイッチング回路12は、スイッチング素子である4つのFET12−1〜12−4を有し、入力端子1aと入力端子1bとの間に、FET12−1、ノードN2及びFET12−2が直列に接続されると共に、FET12−3、ノードN1及びFET12−4が直列に接続されている。ノードN1,N2には、直列共振回路13、及びトランス14が接続されている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of converter
The converter
FET12−1,12−2は、制御信号S20により相補的にオン/オフ動作し、更に、FET12−3,12−4も、制御信号S20により相補的にオン/オフ動作する。各FET12−1,12−2,12−3,12−4のドレイン・ソース間には、それぞれ寄生容量12−1a,12−2a,12−3a,12−4a等が存在している。 The FETs 12-1 and 12-2 are complementarily turned on / off by the control signal S20, and the FETs 12-3 and 12-4 are complementarily turned on / off by the control signal S20. Parasitic capacitances 12-1a, 12-2a, 12-3a, 12-4a, etc. exist between the drains and sources of the FETs 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, respectively.
例えば、制御信号S20により、FET12−1,12−4がオフ状態、FET12−2,12−3がオン状態の場合、入力端子1aから入力されたDC入力電流Iinは、オン状態のFET12−3→ノードN1→直列共振回路13及びトランス14の1次側→ノードN2→オン状態のFET12−2→入力端子1bへ流れる。この時、FET12−2,12−3のドレイン・ソース間には電流Iswが流れ、FET12−2に、ドレイン・ソース間電圧Vswが生じる。
For example, when the FETs 12-1 and 12-4 are turned off and the FETs 12-2 and 12-3 are turned on by the control signal S20, the DC input current Iin input from the
ノードN1に接続された直列共振回路13は、キャパシタンスCrの共振用コンデンサ13aと、インダクタンスLrの共振用インダクタ13bとを有し、これらが直列に接続されている。直列共振回路13は、共振用コンデンサ13aのキャパシタンスCrと共振用インダクタ13bのインダクタンスLrとで決まる固有の共振周波数frを有し、例えば、コンデンサ13a及びインダクタ13bに共振信号である共振電流Irが流れると、このコンデンサ13a及びインダクタ13bの両端電極間に、共振電圧Vrが生じる。インダクタ13bの一端の電極側には、トランス14が接続されている。
The series resonance circuit 13 connected to the node N1 includes a
トランス14は、インダクタ13bの一端の電極とノードN2との間に接続された1次巻線14aと、この1次巻線14aに対して絶縁された2次巻線14bとを有している。1次巻線14aと2次巻線14bとの巻数比Nは、N1:N2である。1次巻線14aには、これと並列に、トランス14の励磁インダクタンスLmであるインダクタ14cが存在している。例えば、コンデンサ13a及びインダクタ13bに共振電流Irが流れると、この共振電流Irは、インダクタ14cに流れる励磁電流Imと、1次巻線14aに流れる1次電流ITとに分流する(即ち、Ir=Im+IT)。この時のインダクタ14cの両端電極間に生じる励磁電圧Vmと、1次巻線14aの両端電極間に生じる1次電圧VT1とは、等しい。1次巻線14aに1次電流ITが流れると、2次巻線14bの両端電極間に第2のAC電圧である2次電圧VT2が生じる。この2次巻線14bの両端電極には、整流回路15が接続されている。
The
整流回路15は、2次巻線14bに発生する2次電圧VT2をDC電流IDに全波整流する回路であり、例えば、4つのダイオード15−1〜15−4からなるダイオードブリッジ回路により構成されている。この整流回路15の出力側には、平滑用の出力コンデンサ16を介して、出力端子17を構成する正側出力端子17a及びグランドGND側出力端子17bが接続されている。出力コンデンサ16は、キャパシタンスCoを有している。出力端子17aからDC出力電流Ioが出力されると、出力端子17a,17b間にはDC出力電圧Voが現れる。
The
(実施例1の電流共振型コンバータの制御方法)
本実施例1の電流共振型コンバータの制御方法として、(1)定常時のスイッチング周波数fsの制御方法と、(2)起動時のスイッチング周波数fsの制御方法と、について説明する。
(Control Method of Current Resonant Type Converter of Example 1)
As a control method of the current resonance type converter according to the first embodiment, (1) a control method of the switching frequency fs during steady state and (2) a control method of the switching frequency fs during start-up will be described.
(1) 定常時のスイッチング周波数fsの制御方法
定常時の動作において、図1の制御回路20内の定常時の出力状態制御手段21及び周波数制御手段22により、スイッチング周波数fsを有する制御信号S20が生成され、図2のスイッチング回路12内のFET12−1〜12−4がオン/オフ制御される。
(1) Control Method of Constant Switching Frequency fs In the constant operation, the control signal S20 having the switching frequency fs is generated by the steady output state control means 21 and the frequency control means 22 in the
例えば、制御信号S20により、FET12−1,12−4がオフ状態、FET12−2,12−3がオン状態になると、図2の入力端子1aに入力されたDC入力電流Iinにより、オン状態のFET12−3のドレイン・ソース間に電流Iswが流れる。この電流IswがノードN1に流れると、直列共振回路13内に共振電流Irが流れる。共振電流Irは、インダクタ14cへ励磁電流Imとして分流すると共に、トランス14の1次巻線14aへ1次電流ITとして分流する。分流した励磁電流Imと1次電流ITとは合流して、スイッチング回路12内のノードN2へ流れる。ノードN2へ流れる電流Iswは、オン状態のFET12−2のドレイン・ソース間を介して入力端子1bへ流出する。
For example, when the FETs 12-1 and 12-4 are turned off and the FETs 12-2 and 12-3 are turned on by the control signal S20, the on-state is turned on by the DC input current Iin input to the
トランス14の1次巻線14aに1次電流ITが流れると、この1次巻線14aの両端電極間に1次電圧VT1が生じる。すると、トランス14の2次巻線14bに2次電流(=IT*(1/N)=IT*(N2/N1))が誘起され、この2次巻線14bの両端電極間に2次電圧VT2(=VT1*(1/N)=VT1*(N2/N1))が発生する。2次電流は、整流回路15にて全波整流されてDC電流IDに変換され、このDC電流IDが出力コンデンサ16にて平滑され、平滑されたDCの出力電流Io及び出力電圧Voが出力端子17aから出力される。
When the primary current IT flows through the primary winding 14a of the
ここで、図2のコンバータ主回路10における各部の電圧及び電流波形について説明する。
Here, the voltage and current waveforms of each part in the converter
図3−1は図2中のFET12−1〜12−4における電圧及び電流波形を示す図、図3−2は図2中の1次巻線14a側における電圧及び電流波形を示す図、及び、図3−3は図2中の2次巻線14b側における電圧及び電流波形を示す図である。これらの図3−1〜図3において、横軸は時刻t、縦軸は電圧V又は電流Iの値である。 3A is a diagram illustrating voltage and current waveforms in the FETs 12-1 to 12-4 in FIG. 2, FIG. 3B is a diagram illustrating voltage and current waveforms on the primary winding 14a side in FIG. 3-3 is a diagram showing voltage and current waveforms on the secondary winding 14b side in FIG. 3 to 3, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents the value of voltage V or current I.
図3−1の時刻t1において、DCの入力電圧Vinが入力端子1a,1bに入力された状態で、制御回路20の制御信号S20によってスイッチング回路12中の例えばFET12−1,12−4がターンオフすると共にFET12−2,12−3がターンオンすると、FET12−2のドレイン・ソース間電圧Vswが0Vになる。時刻t1から時刻t2を経過して時刻t3になると、制御信号S20によって例えばFET12−1,12−4がターンオンすると共にFET12−2,12−3がターンオフし、FET12−2のドレイン・ソース間電圧Vswが入力電圧Vinまで上昇する。時刻t1〜t3間の期間Tswは、FET12−1〜12−4のスイッチング周期である。前記と同様に、時刻t3の後、時刻t4を経過して時刻t5になると、FET12−1,12−4がターンオフすると共にFET12−2,12−3がターンオンし、FET12−2のドレイン・ソース間電圧Vswが0Vになる。
At time t1 in FIG. 3A, for example, the FETs 12-1 and 12-4 in the switching
時刻t1の時、FET12−2,12−3の寄生容量12−2a,12−3aのため、FET12−2,12−3のドレイン・ソース間には−方向の電流Iswが流れ、その後直ちに、電流Iswが+方向に増加していく。電流Iswが+方向に増加していくと、ある時点で最大電流値になり、その後、共振周波数frを有する直列共振回路13、トランス14、及び整流回路15の動作等により、ある電流値(時刻t2)まで減少していく。
At time t1, due to the parasitic capacitances 12-2a and 12-3a of the FETs 12-2 and 12-3, a negative current Isw flows between the drains and sources of the FETs 12-2 and 12-3, and immediately thereafter. The current Isw increases in the + direction. When the current Isw increases in the + direction, the maximum current value is reached at a certain point in time, and then a certain current value (time) due to the operation of the series resonant circuit 13, the
時刻t1〜t2間の期間Trは、整流回路15のダイオード15−1〜15−4が導通するため、
Vin−Vr>(N1/N2)*Vo
の状態で、出力電圧Voにクランプされる。時刻t2から時刻t3までの期間(Tsw−Tr)は、励磁電流Imを使って、直列共振回路13の共振電圧Vrを上昇させる期間(即ち、電流Iswを増加させる期間)である。入力電圧Vinが低い場合は、制御回路20内の定常時の出力状態制御手段21及び周波数制御手段22の制御により、制御信号S20のスイッチング周波数fsを小さくしてFET12−1〜12−4のスイッチング周期Tswを大きくすることで、共振電圧Vrの昇圧が可能となる。
During the period Tr between times t1 and t2, the diodes 15-1 to 15-4 of the
Vin-Vr> (N1 / N2) * Vo
In this state, the output voltage Vo is clamped. A period from time t2 to time t3 (Tsw−Tr) is a period during which the resonance voltage Vr of the series resonance circuit 13 is increased using the excitation current Im (that is, a period during which the current Isw is increased). When the input voltage Vin is low, the switching frequency fs of the control signal S20 is reduced by the control of the output state control means 21 and the frequency control means 22 in the steady state in the
図3−2において、インダクタ14cの励磁電圧Vm及び1次巻線14aの1次電圧VT1は、時刻t1になると、電圧(N/N2)*Voまで上昇し、時刻t2になると、下降していき、時刻t3になると、電圧−(N/N2)*Voまで下降する。励磁電圧Vm及び1次電圧VT1は、時刻t4になると、上昇していき、時刻t5になると、電圧(N/N2)*Voまで上昇していく。
In FIG. 3-2, the excitation voltage Vm of the
1次巻線14aに流れる1次電流ITは、時刻t1になると、電流値0Aから電流値(N2/N1)*Ipまで増加し、その後、減少して時刻t2で電流値0Aになる。電流値Ipは、整流回路15の出力電流IDにおける最大値である。
IP=(π/2)*(Tsw/Tr)*Io
但し、デットタイムは除く。
The primary current IT flowing through the primary winding 14a increases from the current value 0A to the current value (N2 / N1) * Ip at time t1, and then decreases to the current value 0A at time t2. The current value Ip is the maximum value in the output current ID of the
IP = (π / 2) * (Tsw / Tr) * Io
However, dead time is excluded.
更に、1次電流ITは、時刻t2〜t3間が電流値0Aであり、時刻t3後に電流値−(N2/N1)*Ipまで減少し、その後、電流値0Aまで増加し、電流値0Aを時刻t5まで維持する。 Further, the primary current IT has a current value of 0A between time t2 and time t3, decreases to a current value− (N2 / N1) * Ip after time t3, and then increases to a current value of 0A. Maintain until time t5.
インダクタ14cに流れる励磁電流Imは、時刻t1前において、電流値が0A以下の最小値となり、その後増加して、時間t2〜t3間において、電流値が最大値となる(≒Vm*Tsw/Lm/2)。励磁電流Imは、その後減少して、時刻t4〜t5間において、電流値が0A以下の最小値となる。
The excitation current Im flowing through the
直列共振回路13に流れる共振電流Irは、1次巻線14aに流れる1次電流ITと、インダクタ14cに流れる励磁電流Imとを加算した電流波形となる。
The resonance current Ir flowing through the series resonance circuit 13 has a current waveform obtained by adding the primary current IT flowing through the primary winding 14a and the exciting current Im flowing through the
図3−3において、2次巻線14bの2次電圧VT2は、1次巻線14aの1次電圧VT1に対して最大値及び最小値が異なるだけである。即ち、2次電圧VT2は、時刻t1になると、出力電圧Voまで上昇し、時刻t2になると、下降していき、時刻t3になると、電圧−Voまで下降する。更に、2次電圧VT2は、時刻t4になると、上昇していき、時刻t5になると、出力電圧Voまで上昇していく。 3-3, the secondary voltage VT2 of the secondary winding 14b is different only in the maximum value and the minimum value from the primary voltage VT1 of the primary winding 14a. That is, the secondary voltage VT2 increases to the output voltage Vo at time t1, decreases at time t2, and decreases to voltage -Vo at time t3. Further, the secondary voltage VT2 increases at time t4, and increases to the output voltage Vo at time t5.
整流回路15の出力電流IDは、時刻t1になると、電流値0Aから最大値Ipまで増加し、その後、減少して時刻t2で電流値0Aになる。出力電流IDは、時刻t2〜t3間が電流値0Aであり、その後、時刻t3〜t5までは、時刻t1〜t3までの電流波形と同一である。出力電流IDが出力コンデンサ16にて平滑され、平坦な出力電流Ioが出力端子17aから出力される。
The output current ID of the
このように、本実施例1における定常時の制御方法においては、例えば、入力電圧Vinが低下した場合、制御回路20内の定常時の出力状態制御手段21及び周波数制御手段22の制御により、制御信号S20のスイッチング周波数fsを小さくしてFET12−1〜12−4のスイッチング周期Tswを大きくすることで、共振電圧Vrを昇圧し、出力電流Ioを一定値に保持することが可能になる。
As described above, in the steady-state control method according to the first embodiment, for example, when the input voltage Vin decreases, the control is performed by the control of the steady-state output
又、定常時の出力状態制御手段21により、出力端子17a,17bに接続される負荷の変動等に基づく出力電圧Voや出力電流Io(あるいは共振電流Ir)の変動を監視し、この監視結果に基づき、定常時の出力状態制御手段21及び周波数制御手段22により、制御信号S20のスイッチング周波数fsを制御してFET12−1〜12−4のスイッチング周期Tswを変更する。これにより、一定の出力電圧Voを出力する定電圧制御や、一定の出力電流Ioを出力する定電流制御等を行うことが可能になる。
Further, the output state control means 21 in the steady state monitors the fluctuation of the output voltage Vo and the output current Io (or the resonance current Ir) based on the fluctuation of the load connected to the
(2) 起動時のスイッチング周波数fsの制御方法
図4は、図1の電流共振型コンバータにおける出力電圧対スイッチング周波数特性を示す図である。
(2) Control Method of Switching Frequency fs at Start-up FIG. 4 is a diagram showing output voltage versus switching frequency characteristics in the current resonance type converter of FIG.
この図4において、横軸は出力電圧Vo、縦軸はスイッチング周波数fsである。太い破線の直線40は、従来のソフトスタート開始のスイッチング周波数f1を示す特性である。太い実線の曲線41は、出力側に電力が供給可能なスイッチング周波数特性である。細い実線の曲線42は、本実施例1におけるソフトスタート開始のスイッチング周波数f2を示す特性である。更に、太い実線の直線43は、本実施例1の実際の運用時におけるソフトスタート開始のスイッチング周波数f3を示す特性である。
In FIG. 4, the horizontal axis represents the output voltage Vo, and the vertical axis represents the switching frequency fs. A thick broken
電流共振型コンバータは、制御信号S20におけるスイッチング周波数fsの制御を行っており、出力電圧Vo及び出力電流Ioによってスイッチング周波数fsが一意に決まる。そのため、従来の電流共振型コンバータでは、出力電圧Voが0Vの状態から起動する場合、スイッチング周波数fsを高い周波数f1(例えば、300kHz)から徐々に周波数を下げていくこと(即ち、ソフトスタート)により、出力コンデンサ16のチャージ電流による過電流を防止している。この時、スイッチングを行っているFET12−1〜12−4には、出力コンデンサ16をチャージする電流が流れるため、この電流を利用してZVS動作を行うことができる。 The current resonance type converter controls the switching frequency fs in the control signal S20, and the switching frequency fs is uniquely determined by the output voltage Vo and the output current Io. Therefore, in the conventional current resonance type converter, when the output voltage Vo is started from a state of 0 V, the switching frequency fs is gradually decreased from a high frequency f1 (for example, 300 kHz) (ie, soft start). The overcurrent due to the charging current of the output capacitor 16 is prevented. At this time, since a current for charging the output capacitor 16 flows through the FETs 12-1 to 12-4 that perform switching, the ZVS operation can be performed using this current.
しかし、出力コンデンサ16に電圧が残っている、あるいは、複数の電流共振型コンバータにおける出力側の並列接続によって出力電圧Voが印加されている状態の場合、スイッチング周波数f1における高い周波数(例えば、300kHz)から電流共振型コンバータの起動を行うと、電流共振型コンバータの出力電圧対スイッチング周波数特性により、出力側に電力を伝達できない。この結果、FET12−1〜12−4に電流が流れないため、ZVS動作を行うことができずに、そのFET12−1〜12−4にサージ電圧が印加されてしまう。 However, when the voltage remains in the output capacitor 16 or when the output voltage Vo is applied by parallel connection on the output side in a plurality of current resonance converters, a high frequency (for example, 300 kHz) at the switching frequency f1. When the current resonance type converter is started from the above, power cannot be transmitted to the output side due to the output voltage versus switching frequency characteristic of the current resonance type converter. As a result, since no current flows through the FETs 12-1 to 12-4, the ZVS operation cannot be performed, and a surge voltage is applied to the FETs 12-1 to 12-4.
電流共振型コンバータの起動時に、出力電圧Voが印加されている状態でFET12−1〜12−4がZVS動作を行えないのは、共振型コンバータの出力電圧対スイッチング周波数特性おいて、出力側に電力を伝達できないスイッチング周波数f1から起動を開始することによるものである。 The reason why the FETs 12-1 to 12-4 cannot perform the ZVS operation when the output voltage Vo is applied at the time of starting the current resonance type converter is that the output voltage vs. switching frequency characteristics of the resonance type converter are on the output side. This is because starting is started from the switching frequency f1 where power cannot be transmitted.
そこで、本実施例1の制御方法では、図1中の出力電圧検出手段31により、起動時の出力電圧Voを検出し、ソフトスタート開始の周波数決定手段32により、その検出結果に基づき、電流共振型コンバータの出力電圧対スイッチング周波数特性(即ち、図4に示す出力側に電力が供給可能なスイッチング周波数特性41)を参考にして、出力側に電力を伝達できる周波数f2から起動を開始し、必ずFET12−1〜12−4に電流Iswを流すことにより、常にFET12−1〜12−4がZVS動作を行えるようにしている。
Therefore, in the control method of the first embodiment, the output voltage Vo at the time of startup is detected by the output voltage detection means 31 in FIG. 1, and the current resonance is determined based on the detection result by the frequency determination means 32 at the start of soft start. Referring to the output voltage vs. switching frequency characteristics of the type converter (that is, the
ここで、電流共振型コンバータの出力電圧対スイッチング周波数特性41は、入力電圧Vinにも依存するため、入力電圧Vinを検出することにより、更に良いZVS動作を行うことが可能である。ところが、入力電圧Vinは外部要因により変動するため、起動後瞬時に入力電圧Vinが変化した場合で、起動を開始するスイッチング周波数f2が出力側に電力を供給できる周波数より低い状態になった場合は、必要以上に出力側に電力を伝達してしまい、ソフトスタート動作ができずに過電流を防止できない。そのため、実際の運用上では、入力電圧Vinが最も高い状態の時(スイッチング周波数f2が最も高い入力電圧Vin)の出力電圧対スイッチング周波数特性43のスイッチング周波数f3を利用している。
Here, since the output voltage vs. switching
なお、電流共振型コンバータの出力電圧対スイッチング周波数特性41は、計算が非常に難しく、特に無負荷の周波数特性(出力側に電力が供給可能な周波数特性)は、巻線の寄生インダクタンス等が影響し、正確に算出することが困難である。そのため、実際の装置にて実測した値からある程度マージンを入れたソフトスタート開始のスイッチング周波数f3の特性43を使用している。
Note that the output voltage vs. switching
図4に示す出力電圧対スイッチング周波数特性43は、例えば、出力電圧Voが0Vの時のスイッチング周波数f3(=300kHz)と、出力電圧Voが380Vの時のスイッチング周波数f3(=200kHz)とを結んだ直線で表されている。 The output voltage versus switching frequency characteristic 43 shown in FIG. 4 connects, for example, the switching frequency f3 (= 300 kHz) when the output voltage Vo is 0 V and the switching frequency f3 (= 200 kHz) when the output voltage Vo is 380 V. It is represented by a straight line.
電流共振型コンバータにおける無負荷時(出力側に電力を供給できない時)の出力電圧対スイッチング周波数の特性式は、例えば、次式(1)で表せる。 The characteristic equation of output voltage versus switching frequency when there is no load (when power cannot be supplied to the output side) in the current resonance type converter can be expressed by the following equation (1), for example.
但し、Vin;入力電圧
Vo;出力電圧
Lm;励磁インダクタンス(μH)、共振インダクタンス(μH)
Cr;共振キャパシタンス(μF)
N;トランスの巻数比(N1/N2)
fs;スイッチング周波数(Hz)
Where Vin: Input voltage
Vo: Output voltage
Lm: excitation inductance (μH), resonance inductance (μH)
Cr: Resonance capacitance (μF)
N: Turn ratio of transformer (N1 / N2)
fs: switching frequency (Hz)
以下、図5を参照しつつ、起動時の制御方法を説明する。
図5は、図1中の制御回路20における起動時の処理を示すフローチャートである。
Hereinafter, a control method at the time of activation will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing processing at the time of startup in the
図5において、図1に示す起動時の制御手段30が処理を開始すると、ステップST1において、出力電圧検出手段31は、電流共振型コンバータが起動しているか否かを判定し、起動していないと判定した時には(No)、処理を終了し、起動していると判定した時には(Yes)、出力電圧検出処理のステープST2へ進む。ステップST2において、出力電圧検出手段31は、出力電圧Voを検出し、この検出結果をソフトスタート開始の周波数決定手段32へ送り、周波数決定処理のステップST3へ進む。 In FIG. 5, when the control means 30 at the time of activation shown in FIG. 1 starts processing, in step ST1, the output voltage detection means 31 determines whether or not the current resonance type converter is activated, and is not activated. If it is determined (No), the process is terminated, and if it is determined that it is activated (Yes), the process proceeds to the staple ST2 of the output voltage detection process. In step ST2, the output voltage detection means 31 detects the output voltage Vo, sends this detection result to the frequency determination means 32 for starting the soft start, and proceeds to step ST3 of the frequency determination process.
ステップST3において、ソフトスタート開始の周波数決定手段32は、図4に示すソフトスタート開始のスイッチング周波数f3の特性43を参照し、起動開始時のスイッチング周波数fsを算出し、この算出結果を周波数制御手段22へ送り、周波数制御処理のステップST4へ進む。ステップST4において、周波数制御手段22は、前記算出結果に基づき、ソフトスタート処理を行い、算出されたスイッチング周波数fsにて起動を開始した後、スイッチング周波数fsを徐々に小さくした制御信号S20を出力してFET12−1〜12−4のオン/オフ動作を制御する。これにより、起動時にソフトスタートが行われ、処理を終了する。
その後、定常時の出力状態制御手段21により、定常時の周波数制御が行われる。
In step ST3, the soft-start start
Thereafter, steady state frequency control is performed by the steady state output state control means 21.
(実施例1の効果)
本実施例1によれば、次の(a)、(b)のような効果がある。
(Effect of Example 1)
According to the first embodiment, there are the following effects (a) and (b).
(a) 起動時の制御手段30及び周波数制御手段22により、ソフトスタート時、必ずFET12−1〜12−4のZVS動作を行うことができるため、耐圧の低いFET12−1〜12−4を選定できる。 (A) Since the ZVS operation of the FETs 12-1 to 12-4 can always be performed at the time of soft start by the control means 30 and the frequency control means 22 at the time of starting, the FETs 12-1 to 12-4 having a low withstand voltage are selected. it can.
(b) 制御回路20をプロセッサにより構成している場合は、新たな回路を追加する必要がなく、起動時の制御手段30及び周波数制御手段22の機能を実行する制御プログラムの変更だけで処理できるため、コストがかからない。
(B) When the
(実施例2の電流共振型コンバータの構成)
図6は、本発明の実施例2における電流共振型コンバータの構成例を示す概略の回路図であり、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Configuration of Current Resonant Type Converter of Example 2)
FIG. 6 is a schematic circuit diagram showing a configuration example of the current resonance type converter according to the second embodiment of the present invention. Elements common to those in FIG. 1 showing the first embodiment are denoted by common reference numerals. Yes.
本実施例2の電流共振型コンバータでは、図1中の制御回路20が実回路により構成されている。図1中の制御回路20は、出力電圧Voを一定にする定電圧制御や、出力電流Ioを一定にする定電流制御等を行う機能を有しているが、本実施例2では、例えば、定電圧制御を行う場合の構成例について説明する。
In the current resonance type converter according to the second embodiment, the
本実施例2の制御回路20では、図1中の定常時の出力状態制御手段21が、基準電圧Vthを発生する基準電圧源21aと、演算増幅器(以下「オペアンプ」という。)21bと、このオペアンプ21bの出力側に接続されたリミッタ回路21cとにより構成されている。
In the
オペアンプ21bは、出力端子17a,17bから出力される出力電圧Voを基準電圧Vthと比較し、この比較結果をリミッタ回路21cへ出力する回路である。リミッタ回路21cは、最大リミッタ値LVmax及び最小リミッタ値LVminを有し、入力された比較結果が設定範囲(=LVmax〜LVminの範囲)内のときには、比較結果に対応(例えば、比例)した出力信号を出力し、入力された比較結果が設定範囲を超えているときには、超過分を設定値内に抑制した出力信号を出力する回路である。このリミッタ回路21cの出力側には、図1中の周波数制御手段22が接続されている。
The
図1中の周波数制御手段22は、リミッタ回路21cの出力信号を入力する周波数制御端子22aを有する周波数制御集積回路(以下「周波数制御IC」という。)22bと、この周波数制御IC22bの出力側に接続されたドライブ回路22cとにより構成されている。
The frequency control means 22 in FIG. 1 includes a frequency control integrated circuit (hereinafter referred to as “frequency control IC”) 22b having a
周波数制御IC22bは、周波数制御端子22aから入力されるリミッタ回路21cの出力信号に対応したスイッチング周波数frを有する信号を生成し、この信号をドライブ回路22cへ出力する回路である。ドライブ回路22cは、周波数制御IC22bの出力信号を駆動して制御信号S20を生成し、この制御信号S20によりコンバータ主回路10内のFET12−1〜12−4をオン/オフ動作させる回路である。
The
図1中の起動時の制御手段30は、出力電圧検出手段31を構成する2つの分圧抵抗31a,31bと、ソフトスタート開始の周波数決定手段32を構成するオペアンプ32aとを備えている。
The start-up control means 30 in FIG. 1 includes two
2つの分圧抵抗31a,31bは、出力端子17aとグランドGNDとの間に直列に接続され、この2つの分圧抵抗31a,31bの接続点であるノードN3から、出力電圧Voに比例した検出電圧をオペアンプ32aへ出力するものである。オペアンプ32aは、入力される検出電圧を基準電圧(例えば、グランドGNDの0V)と比較し、この検出結果に基づき、リミッタ回路21cの最大リミッタ値LVmax及び最小リミッタ値LVminを、例えば以下のように調整する回路である。
図4において出力電圧Voが0Vの時:
最大リミッタ値LVmaxを300kHzに調整
図4において出力電圧Voが380Vの時:
最小リミッタ値LVminを200kHzに調整
The two
In FIG. 4, when the output voltage Vo is 0V:
Adjusting the maximum limiter value LVmax to 300 kHz When the output voltage Vo is 380 V in FIG.
Adjust the minimum limiter value LVmin to 200kHz
(実施例2の電流共振型コンバータの制御方法)
本実施例2の電流共振型コンバータの制御方法として、(1)定常時のスイッチング周波数fsの制御方法と、(2)起動時のスイッチング周波数fsの制御方法と、について説明する。
(Control Method of Current Resonant Type Converter of Example 2)
As a control method of the current resonance type converter according to the second embodiment, (1) a control method of the switching frequency fs during steady state and (2) a control method of the switching frequency fs during startup will be described.
(1) 定常時のスイッチング周波数fsの制御方法
定常時の動作において、オペアンプ21bにより、出力端子17a,17bから出力された出力電圧Voが基準電圧Vthと比較され、この比較結果がリミッタ回路21cへ出力される。リミッタ回路21cでは、入力された比較結果が設定範囲(=LVmax〜LVminの範囲)内のときには、比較結果に比例した出力信号を周波数制御端子22aへ出力し、入力された比較結果が設定範囲を超えているときには、超過分を設定値内に抑制した出力信号を周波数制御端子22aへ出力する。
(1) Control Method of Constant Switching Frequency fs In the constant operation, the
周波数制御IC22bでは、リミッタ回路21cの出力信号を周波数制御端子22aから入力し、その出力信号に対応したスイッチング周波数frを有する信号を生成する。この信号は、ドライブ回路22cで駆動されて、所望のスイッチング周波数frを有する制御信号s20が生成され、この制御信号S20により、コンバータ主回路10内のFET12−1〜12−4がオン/オフ動作する。これにより、実施例1と同様に、出力端子17a,17bに接続される負荷の変動等があっても、一定の出力電圧Voを出力することができる。
In the
(2) 起動時のスイッチング周波数fsの制御方法
起動時においては、出力端子17aから出力された出力電圧Voが、分圧抵抗31a、31bで分圧され、その出力電圧Voに比例した検出電圧が、ノードN3からオペアンプ32aへ出力される。オペアンプ32aでは、入力される検出電圧を基準電圧(=0V)と比較し、この検出結果に基づき、リミッタ回路21cの最大リミッタ値LVmax及び最小リミッタ値LVminを、次のように調整する。例えば、出力電圧Voが0Vの時には、最大リミッタ値LVmaxを300kHzに調整し、出力電圧Voが380Vの時には、最小リミッタ値LVminを200kHzに調整する。
(2) Control method of switching frequency fs at startup At startup, the output voltage Vo output from the
リミッタ回路21cは、図4に示すソフトスタート開始のスイッチング周波数f3の特性43に従い、起動開始時のスイッチング周波数fsを決定し、この決定結果を、周波数制御端子22aを介して周波数制御IC22bへ送る。周波数制御IC22bでは、ソフトスタート処理を行い、決定されたスイッチング周波数fsにて起動を開始した後、スイッチング周波数fsを徐々に小さくした出力信号を出力する。この出力信号がドライブ回路22cで駆動されて制御信号S20が生成され、この制御信号S20によってコンバータ主回路10内のFET12−1〜12−4がオン/オフ動作する。これにより、起動時にソフトスタートが行われる。その後、オペアンプ21b、リミッタ回路21c、周波数制御IC22b、及びドライブ回路22cにより、定常時の周波数制御が行われる。
The
なお、本実施例2では、リミッタ回路21cにて、起動開始時のスイッチング周波数fsを決定しているが、このスイッチング周波数frの決定を周波数制御IC22bにて行う構成に変更してもよい。
In the second embodiment, the
(実施例2の効果)
本実施例2によれば、実施例1の効果(a)と同様の効果があり、その他、次の(c)のような効果もある。
(Effect of Example 2)
According to the second embodiment, there are the same effects as the effects (a) of the first embodiment, and there are also the following effects (c).
(c) 定常時の出力状態制御手段21を構成する回路に対し、新たに、起動時の制御手段30を構成するための分圧抵抗31a,31b及びオペアンプ32aを追加するだけで、起動時の周波数制御が可能になる。そのため、比較的簡単な回路構成で、低コストの制御回路20を実現できる。
(C) A new
(変形例)
本発明は、上記実施例1、2に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の(i)、(ii)のようなものがある。
(Modification)
The present invention is not limited to the first and second embodiments, and various usage forms and modifications are possible. For example, there are the following forms (i) and (ii) as usage forms and modifications.
(i) 実施例2では、定電圧制御を行う場合の構成例について説明したが、回路構成を変更することにより、定電流制御等を行うことも可能である。 (I) In the second embodiment, the configuration example in the case where the constant voltage control is performed has been described. However, the constant current control or the like can be performed by changing the circuit configuration.
(ii) 図1中の制御回路20を実現するための実施例1のプロセッサを用いた構成、あるいは、実施例2の実回路を用いた構成は、図示以外の構成に変更してもよい。例えば、スイッチング回路12を構成するFET12−1〜12−4は、他のトランジスタ等のスイッチング素子で構成してもよい。
(Ii) The configuration using the processor of the first embodiment for realizing the
10 コンバータ主回路
12 スイッチング回路
12−1〜12−4 FET
13 直列共振回路
14 トランス
15 整流回路
20 制御回路
21 定常時の出力状態制御手段
22 周波数制御手段
30 起動時の制御手段
31 出力電圧検出手段
32 ソフトスタート開始の周波数決定手段
10 Converter
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13
Claims (4)
起動時の前記出力電圧を検出してこの検出結果を求める出力電圧検出処理と、
前記出力電圧に対する前記スイッチング周波数における所定の出力電圧対スイッチング周波数特性と前記検出結果とに基づき、前記出力側に対して電力の供給可能なソフトスタート開始の前記スイッチング周波数を決定する周波数決定処理と、
決定された前記スイッチング周波数にて起動を開始させた後に前記スイッチング周波数を漸減する前記制御信号により、前記スイッチング素子をオン/オフ動作させて前記電流共振型コンバータの起動を制御する周波数制御処理と、
を有することを特徴とする電流共振型コンバータの制御方法。 A DC input voltage is input, and a soft switching operation is performed on a switching element that is turned on / off by a control signal having a switching frequency by using a resonance operation of an inductor and a capacitor, and the input voltage is converted into an AC voltage. In the control method of the current resonance type converter that converts the AC voltage into a DC output voltage and outputs it from the output side,
An output voltage detection process for detecting the output voltage at startup and obtaining the detection result;
Based on a predetermined output voltage versus switching frequency characteristic at the switching frequency with respect to the output voltage and the detection result, a frequency determination process for determining the switching frequency at the start of soft start that can supply power to the output side;
A frequency control process for controlling the activation of the current resonance type converter by turning on / off the switching element by the control signal for gradually decreasing the switching frequency after starting the activation at the determined switching frequency;
A method for controlling a current resonance type converter.
共振用のインダクタ及びコンデンサを有し、前記第1の交流電圧を入力して所定の共振周波数にて共振して共振信号を出力する共振回路と、
前記共振信号を入力する1次巻線、及び前記1次巻線に対して絶縁された2次巻線を有する変圧器と、
前記2次巻線から出力される第2の交流電圧を直流に変換して出力電圧を生成し、前記出力電圧を出力側から出力する整流回路と、
前記出力電圧を検出し、前記制御信号を生成して前記スイッチング素子をオン/オフ動作させる制御回路とを備え、
前記出力電圧に対する前記スイッチング周波数における所定の出力電圧対スイッチング周波数特性を有する電流共振型コンバータにおいて、
前記制御回路は、
起動時の前記出力電圧を検出してこの検出結果を求める出力電圧検出手段と、
前記出力電圧対スイッチング周波数特性及び前記検出結果に基づき、前記出力側に対して電力の供給可能なソフトスタート開始の前記スイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、
決定された前記スイッチング周波数にて起動を開始させた後に前記スイッチング周波数を漸減する前記制御信号により、前記スイッチング素子をオン/オフ動作させて前記電流共振型コンバータの起動を制御する周波数制御手段と、
を有することを特徴とする電流共振型コンバータ。 A switching circuit that has a switching element that is turned on / off by a control signal having a switching frequency, and that converts a DC input voltage into AC by the switching element and outputs a first AC voltage;
A resonance circuit having a resonance inductor and a capacitor, inputting the first AC voltage, resonating at a predetermined resonance frequency, and outputting a resonance signal;
A transformer having a primary winding for inputting the resonance signal, and a secondary winding insulated from the primary winding;
A rectifier circuit that converts the second alternating voltage output from the secondary winding into a direct current to generate an output voltage, and outputs the output voltage from the output side;
A control circuit that detects the output voltage and generates the control signal to turn on / off the switching element;
In a current resonant converter having a predetermined output voltage versus switching frequency characteristic at the switching frequency with respect to the output voltage,
The control circuit includes:
Output voltage detection means for detecting the output voltage at the time of startup and obtaining the detection result;
Based on the output voltage vs. switching frequency characteristics and the detection result, a frequency determining means for determining the switching frequency at the start of soft start capable of supplying power to the output side;
Frequency control means for controlling the activation of the current resonant converter by turning on / off the switching element by the control signal for gradually decreasing the switching frequency after starting the activation at the determined switching frequency;
A current resonance type converter.
制御プログラムに従い所定の演算及び制御を行うプロセッサの前記制御プログラムにより実行する構成にしたことを特徴とする請求項2記載の電流共振型コンバータ。 The output voltage detection means, the frequency determination means, and the frequency control means are:
3. The current resonance type converter according to claim 2, wherein the current resonance type converter is configured to be executed by the control program of a processor that performs predetermined calculation and control according to the control program.
実回路により構成にしたことを特徴とする請求項2記載の電流共振型コンバータ。 The output voltage detection means, the frequency determination means, and the frequency control means are:
3. The current resonance type converter according to claim 2, wherein the current resonance type converter is constituted by an actual circuit.
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Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014192726A1 (en) * | 2013-05-28 | 2014-12-04 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | Charger-discharger with equalization function using both convertor and multi-stage voltage doubler rectifier circuit |
JPWO2013132726A1 (en) * | 2012-03-05 | 2015-07-30 | 富士電機株式会社 | DC-DC converter |
JP2015171212A (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-28 | サンケン電気株式会社 | Current resonance type power supply device |
KR20160044791A (en) * | 2014-10-16 | 2016-04-26 | 주식회사 솔루엠 | Converter |
KR20160107323A (en) | 2014-03-13 | 2016-09-13 | 오므론 가부시키가이샤 | Current resonant type dc voltage converter, control integrated circuit, and current resonant type dc voltage conversion method |
JP2017070172A (en) * | 2015-10-02 | 2017-04-06 | キヤノン株式会社 | Power supply device and image forming apparatus |
JP2017163773A (en) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 新電元工業株式会社 | Switching power supply unit |
CN107196520A (en) * | 2017-07-27 | 2017-09-22 | 桐庐恒英电子有限公司 | A kind of resonance circuit |
WO2018139565A1 (en) | 2017-01-30 | 2018-08-02 | 古河電気工業株式会社 | Method for controlling inverter during startup and control device |
JP2019030122A (en) * | 2017-07-28 | 2019-02-21 | 株式会社日立産機システム | Resonance type power supply device |
JP2020156143A (en) * | 2019-03-18 | 2020-09-24 | 富士電機株式会社 | Control device for switching power supply |
CN112352375A (en) * | 2018-06-25 | 2021-02-09 | 金刚石电机株式会社 | DC-DC converter |
EP4209869A4 (en) * | 2020-09-30 | 2024-01-10 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Electronic device and control method therefor, touch system, and chip system |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10069427B2 (en) | 2016-04-06 | 2018-09-04 | Fuji Electric Co., Ltd. | Switching power supply apparatus |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5866577A (en) * | 1981-10-15 | 1983-04-20 | Nec Corp | Series resonance converter control circuit |
JPH0670593A (en) * | 1993-07-19 | 1994-03-11 | Hitachi Ltd | Controlling method for operation of induction motor |
JP2003274643A (en) * | 2002-03-13 | 2003-09-26 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | Dc voltage transducer |
JP2006204048A (en) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Series resonance converter |
JP2009100631A (en) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Sanken Electric Co Ltd | Dc transformer |
JP2010148162A (en) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Switching power source |
-
2010
- 2010-07-22 JP JP2010164845A patent/JP5591002B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5866577A (en) * | 1981-10-15 | 1983-04-20 | Nec Corp | Series resonance converter control circuit |
JPH0670593A (en) * | 1993-07-19 | 1994-03-11 | Hitachi Ltd | Controlling method for operation of induction motor |
JP2003274643A (en) * | 2002-03-13 | 2003-09-26 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | Dc voltage transducer |
JP2006204048A (en) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Series resonance converter |
JP2009100631A (en) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Sanken Electric Co Ltd | Dc transformer |
JP2010148162A (en) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Switching power source |
Cited By (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2013132726A1 (en) * | 2012-03-05 | 2015-07-30 | 富士電機株式会社 | DC-DC converter |
US10069323B2 (en) | 2013-05-28 | 2018-09-04 | Japan Aerospace Exploration Agency | Charge-discharge device with equalization function using both convertor and multi-stage voltage doubler rectifier circuit |
JP2014233128A (en) * | 2013-05-28 | 2014-12-11 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | Charger-discharger with equalization function using both converter and multi-stage voltage doubler rectifier circuit |
CN105247757A (en) * | 2013-05-28 | 2016-01-13 | 国立研究开发法人宇宙航空研究开发机构 | Charger-discharger with equalization function using both convertor and multi-stage voltage doubler rectifier circuit |
KR20160012142A (en) * | 2013-05-28 | 2016-02-02 | 코쿠리츠켄큐카이하츠호진 우츄우고우쿠우켄큐우카이하츠키코우 | Charge-discharge device with equalization function using both convertor and multi-stage voltage doubler rectifier circuit |
WO2014192726A1 (en) * | 2013-05-28 | 2014-12-04 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | Charger-discharger with equalization function using both convertor and multi-stage voltage doubler rectifier circuit |
KR102125595B1 (en) | 2013-05-28 | 2020-06-22 | 코쿠리츠켄큐카이하츠호진 우츄우고우쿠우켄큐우카이하츠키코우 | Charge-discharge device with equalization function using both convertor and multi-stage voltage doubler rectifier circuit |
CN105247757B (en) * | 2013-05-28 | 2018-12-11 | 国立研究开发法人宇宙航空研究开发机构 | And with converter and multistage voltage doubling rectifing circuit and with the charge and discharge electric appliance of equalization function |
JP2015171212A (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-28 | サンケン電気株式会社 | Current resonance type power supply device |
US9641088B2 (en) | 2014-03-06 | 2017-05-02 | Sanken Electric Co., Ltd. | Current resonant power source apparatus |
KR20160107323A (en) | 2014-03-13 | 2016-09-13 | 오므론 가부시키가이샤 | Current resonant type dc voltage converter, control integrated circuit, and current resonant type dc voltage conversion method |
US10079545B2 (en) | 2014-03-13 | 2018-09-18 | Omron Corporation | Current resonant type DC voltage converter, control integrated circuit, and current resonant type DC voltage conversion method |
KR20160044791A (en) * | 2014-10-16 | 2016-04-26 | 주식회사 솔루엠 | Converter |
KR101690305B1 (en) | 2014-10-16 | 2016-12-27 | 주식회사 솔루엠 | Converter |
JP2017070172A (en) * | 2015-10-02 | 2017-04-06 | キヤノン株式会社 | Power supply device and image forming apparatus |
JP2017163773A (en) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 新電元工業株式会社 | Switching power supply unit |
WO2018139565A1 (en) | 2017-01-30 | 2018-08-02 | 古河電気工業株式会社 | Method for controlling inverter during startup and control device |
CN107196520A (en) * | 2017-07-27 | 2017-09-22 | 桐庐恒英电子有限公司 | A kind of resonance circuit |
CN107196520B (en) * | 2017-07-27 | 2024-02-20 | 英飞特电子(杭州)股份有限公司 | Resonant circuit |
JP2019030122A (en) * | 2017-07-28 | 2019-02-21 | 株式会社日立産機システム | Resonance type power supply device |
CN112352375A (en) * | 2018-06-25 | 2021-02-09 | 金刚石电机株式会社 | DC-DC converter |
JP2020156143A (en) * | 2019-03-18 | 2020-09-24 | 富士電機株式会社 | Control device for switching power supply |
JP7275695B2 (en) | 2019-03-18 | 2023-05-18 | 富士電機株式会社 | Switching power supply controller |
EP4209869A4 (en) * | 2020-09-30 | 2024-01-10 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Electronic device and control method therefor, touch system, and chip system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5591002B2 (en) | 2014-09-17 |
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