[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP5547603B2 - Power supply - Google Patents

Power supply Download PDF

Info

Publication number
JP5547603B2
JP5547603B2 JP2010230579A JP2010230579A JP5547603B2 JP 5547603 B2 JP5547603 B2 JP 5547603B2 JP 2010230579 A JP2010230579 A JP 2010230579A JP 2010230579 A JP2010230579 A JP 2010230579A JP 5547603 B2 JP5547603 B2 JP 5547603B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
rectangular wave
supply device
wave voltage
terminals
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010230579A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012085465A (en
Inventor
尊衛 嶋田
輝三彰 谷口
浩幸 庄司
和 望月
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 Information and Telecommunication Engineering Ltd
Original Assignee
Hitachi Information and Telecommunication Engineering 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 Information and Telecommunication Engineering Ltd filed Critical Hitachi Information and Telecommunication Engineering Ltd
Priority to JP2010230579A priority Critical patent/JP5547603B2/en
Priority to TW100135573A priority patent/TWI445297B/en
Priority to CN201110308972.3A priority patent/CN102447397B/en
Publication of JP2012085465A publication Critical patent/JP2012085465A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5547603B2 publication Critical patent/JP5547603B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Description

本発明は、スイッチング周波数を変化させて出力を制御する電源装置に関する。   The present invention relates to a power supply apparatus that controls an output by changing a switching frequency.

近年、地球環境保全への意識の高まりから、電源装置には高効率化が求められており、スイッチング損失を抑えられる共振形コンバータが用いられている。また、電源装置の高機能化に対応するため、古くから用いられてきたアナログ制御方式に代わり、電源装置のデジタル制御化が進められている。
共振形コンバータでは、スイッチング回路により矩形波状電圧を生成し、この矩形波状電圧のHigh時間率を50%に維持しながら周波数を変化させることにより出力電力を調整する。共振形コンバータの出力電力を微小に変化させるためには、矩形波状電圧の周波数の変調分解能を上げる必要があり、矩形波状電圧の周期を微小に変化させる必要がある。矩形波状電圧の周期を微小に変化させるため、通常はクロック信号の周波数を上げている。なお、クロック周波数を上げずに矩形波状電圧の周期の変化を小さくする方法が特許文献1に開示されている。
In recent years, due to increasing awareness of global environmental conservation, high efficiency is required for power supply devices, and resonant converters that can suppress switching loss are used. Further, in order to cope with the higher functionality of the power supply device, digital control of the power supply device is being promoted instead of the analog control method that has been used for a long time.
In the resonant converter, a rectangular wave voltage is generated by a switching circuit, and the output power is adjusted by changing the frequency while maintaining the high time rate of the rectangular wave voltage at 50%. In order to slightly change the output power of the resonant converter, it is necessary to increase the modulation resolution of the frequency of the rectangular wave voltage, and it is necessary to slightly change the period of the rectangular wave voltage. In order to slightly change the period of the rectangular wave voltage, the frequency of the clock signal is usually increased. A method for reducing the change in the period of the rectangular wave voltage without increasing the clock frequency is disclosed in Patent Document 1.

特開2004−194484号公報JP 2004-194484 A

しかしながら、共振形コンバータの出力電力を微小に変化させるためにクロック信号の周波数を上げる方法は、消費電力の増加やコストアップを招く。
また、特許文献1に開示された方法では、逓倍器が必要であり、コストアップの要因となるという課題がある。
However, the method of increasing the frequency of the clock signal in order to change the output power of the resonant converter minutely causes an increase in power consumption and an increase in cost.
In addition, the method disclosed in Patent Document 1 requires a multiplier, which causes a problem of increasing costs.

そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは、出力電力を細かく制御しつつ、コストや消費電力を低減した電源装置を提供することである。   Therefore, the present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a power supply device that can reduce cost and power consumption while finely controlling output power.

前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、直流端子間に直流電源が接続され交流端子間に矩形波状電圧を出力するスイッチング回路と、交流端子間に入力した電流を整流して、直流負荷および平滑コンデンサが並列接続された直流端子間に出力する整流回路と、前記スイッチング回路の交流端子間に接続された1次巻線と前記整流回路の交流端子間に接続された2次巻線とを有し、前記1次巻線と前記2次巻線とを磁気結合するトランスと、前記1次巻線及び/又は前記2次巻線と直列接続された共振コンデンサ及び共振インダクタと、前記矩形波状電圧の周波数が変化するように前記スイッチング回路が有するスイッチング素子を制御する制御手段と、を備え、前記直流電源の電力を前記直流負荷に供給する電源装置であって、前記制御手段は、前記矩形波状電圧のHigh時間率を正負の対称動作が許容される所定の範囲内で維持しながら、前記矩形波状電圧の周期を前記制御手段の備えるクロック信号の1クロック周期ずつ変化させることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, the present invention is configured as follows.
That is, between a DC circuit where a DC power supply is connected between the DC terminals and a rectangular wave voltage is output between the AC terminals, and a current input between the AC terminals is rectified and a DC load and a smoothing capacitor are connected in parallel. A primary winding connected between the AC terminals of the switching circuit and a secondary winding connected between the AC terminals of the rectifying circuit, and the primary winding and the The transformer that magnetically couples the secondary winding, the resonant capacitor and the resonant inductor connected in series with the primary winding and / or the secondary winding, and the switching so that the frequency of the rectangular wave voltage changes. Control means for controlling a switching element included in the circuit, the power supply apparatus supplying power of the DC power supply to the DC load, wherein the control means is a Hi of the rectangular wave voltage while maintaining the h time constant within a predetermined range positive and negative symmetrical operation is allowed, and wherein the changing the period of the rectangular wave voltage by one clock cycle of the clock signal provided in the said control means.

本発明によれば、出力電力を細かく制御しつつ、コストや消費電力を低減した電源装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply device which reduced cost and power consumption can be provided, controlling output power finely.

本発明の第1実施形態の電源装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power supply device of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態におけるAC−DCコンバータ2の回路動作を説明する図である。It is a figure explaining the circuit operation | movement of the AC-DC converter 2 in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態におけるDC−DCコンバータ3の回路動作を説明するモードAの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the mode A explaining the circuit operation | movement of the DC-DC converter 3 in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態におけるDC−DCコンバータ3の回路動作を説明するモードBの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the mode B explaining the circuit operation | movement of the DC-DC converter 3 in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態におけるDC−DCコンバータ3の回路動作を説明するモードCの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the mode C explaining the circuit operation | movement of the DC-DC converter 3 in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態におけるDC−DCコンバータ3の回路動作を説明するモードDの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the mode D explaining the circuit operation | movement of the DC-DC converter 3 in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態におけるDC−DCコンバータ3の動作波形である矩形波状電圧の波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram of a rectangular wave voltage that is an operation waveform of the DC-DC converter 3 in the first embodiment of the present invention. 本発明の電源装置を採用した第2実施形態における電気自動車の電源システムの概要を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of the power supply system of the electric vehicle in 2nd Embodiment which employ | adopted the power supply device of this invention.

本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による電源装置1の構成を示す回路図である。この電源装置1は、交流電源5と、直流負荷6との間に備えられ、交流電源5から直流負荷6へ電力を供給する。
電源装置1は、交流電源5の交流電力を入力し、直流のリンク電圧VLINKを出力するAC−DCコンバータ2と、このリンク電圧VLINKを電源とし絶縁しつつ直流負荷6へ直流電力を供給するDC−DCコンバータ3と、これらのAC−DCコンバータ2とDC−DCコンバータ3を制御する制御手段4とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply device 1 according to the first embodiment of the present invention. The power supply device 1 is provided between the AC power supply 5 and the DC load 6, and supplies power from the AC power supply 5 to the DC load 6.
Power supply 1 receives the AC power of the AC power supply 5, the supply and the AC-DC converter 2 that outputs a DC link voltage V LINK, the DC power to the DC load 6 while insulating the link voltage V LINK and power And a control means 4 for controlling the AC-DC converter 2 and the DC-DC converter 3.

AC−DCコンバータ2では、ブリッジ接続された整流ダイオードD11〜D14により、交流電源5の交流電圧を全波整流している。この全波整流された電圧は、平滑インダクタL1と、昇圧スイッチング素子Q10と、昇圧ダイオードD10と、リンクコンデンサC1とにより構成された昇圧チョッパ回路7に入力されている。このリンクコンデンサC1の両端間の電圧がAC−DCコンバータ2の出力のリンク電圧VLINKとなる。 In the AC-DC converter 2, the AC voltage of the AC power supply 5 is full-wave rectified by bridge-connected rectifier diodes D11 to D14. The full-wave rectified voltage is input to a boost chopper circuit 7 including a smoothing inductor L1, a boost switching element Q10, a boost diode D10, and a link capacitor C1. The voltage between both ends of the link capacitor C1 becomes the link voltage V LINK of the output of the AC-DC converter 2.

制御手段4は、昇圧チョッパ回路7のN型のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)からなる昇圧スイッチング素子Q10を制御している。平滑インダクタL1と昇圧スイッチング素子Q10を備えた主たる目的は、昇圧スイッチング素子Q10を制御手段4で制御することにより、交流電源5からの入力電流を交流電源5の交流電圧と概ね相似な正弦波状にすることである。この制御により、交流電源5の交流電圧と入力電流の間の力率改善が行われる。なお、この制御の詳細は図2を参照して後述する。
また、制御手段4は後記するDC−DCコンバータ3の制御も行う。
The control means 4 controls the step-up switching element Q10 made of an N-type MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) of the step-up chopper circuit 7. The main purpose of including the smoothing inductor L1 and the step-up switching element Q10 is to control the step-up switching element Q10 by the control means 4 so that the input current from the AC power source 5 is made into a sinusoidal waveform that is substantially similar to the AC voltage of the AC power source 5. It is to be. By this control, the power factor between the AC voltage of the AC power supply 5 and the input current is improved. Details of this control will be described later with reference to FIG.
The control means 4 also controls the DC-DC converter 3 described later.

DC−DCコンバータ3は、フルブリッジ接続されたスイッチング素子Q1〜Q4からなるスイッチング回路8と、共振コンデンサCr1と共振インダクタLr1が直列接続された巻線N1と、巻線N2とを磁気結合するトランスT1と、ブリッジ接続されたダイオードD21〜D24と、平滑コンデンサC2とを備えている。   The DC-DC converter 3 includes a switching circuit 8 including switching elements Q1 to Q4 connected in a full bridge, a winding N1 in which a resonance capacitor Cr1 and a resonance inductor Lr1 are connected in series, and a winding N2. T1, bridge-connected diodes D21 to D24, and a smoothing capacitor C2.

なお、ここでトランスT1の漏れインダクタンスや配線インダクタンスにより、共振インダクタLr1を省略する場合もある。
また、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2を直列接続したものを第1のスイッチングレッグ、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4を直列接続したものを第2のスイッチングレッグと表記する。
Here, the resonant inductor Lr1 may be omitted depending on the leakage inductance or wiring inductance of the transformer T1.
Further, a switching element Q1 and a switching element Q2 connected in series are referred to as a first switching leg, and a switching element Q3 and a switching element Q4 are connected in series as a second switching leg.

スイッチング回路8を構成するフルブリッジ接続されたスイッチング素子Q1〜Q4が制御手段4により開閉制御されることによって、ノードNd1−Nd2間に矩形波状電圧が生成される。この矩形波状電圧を共振コンデンサCr1と共振インダクタLr1と巻線N1の直列接続体に印加して巻線N1に共振電流を流す。そして巻線N1と磁気結合している巻線N2に誘導された電流をブリッジ接続されたダイオードD21〜D24により整流し、さらに平滑コンデンサC2により平滑して、直流負荷6へ直流電力を供給する。なお、この制御と動作の詳細は図3を参照して後述する。   The switching elements Q1 to Q4 that are connected in a full bridge configuration that constitutes the switching circuit 8 are controlled to be opened and closed by the control unit 4, whereby a rectangular wave voltage is generated between the nodes Nd1 and Nd2. This rectangular wave voltage is applied to the series connection body of the resonance capacitor Cr1, the resonance inductor Lr1, and the winding N1, and a resonance current is caused to flow through the winding N1. The current induced in the winding N2 magnetically coupled to the winding N1 is rectified by the bridge-connected diodes D21 to D24, smoothed by the smoothing capacitor C2, and supplied to the DC load 6. Details of this control and operation will be described later with reference to FIG.

なお、ダイオードD21〜D24はフルブリッジ接続されていると記したが、より具体的な構成は次のとおりである。ダイオードD21のアノードとダイオードD22のカソードは接続され、ダイオードD21とダイオードD22は直列に接続された構成となり第1のダイオードレッグを形成している。また、ダイオードD23のアノードとダイオードD24のカソードは接続され、ダイオードD23とダイオードD24は直列に接続された構成となり第2のダイオードレッグを形成している。   Although the diodes D21 to D24 are described as being fully bridged, a more specific configuration is as follows. The anode of the diode D21 and the cathode of the diode D22 are connected, and the diode D21 and the diode D22 are connected in series to form a first diode leg. In addition, the anode of the diode D23 and the cathode of the diode D24 are connected, and the diode D23 and the diode D24 are connected in series to form a second diode leg.

第1のダイオードレッグと第2のダイオードレッグは並列に接続され、第1のダイオードレッグと第2のダイオードレッグの両端子間は直流端子間となっている。また、ダイオードD21とダイオードD22の直列接続点とダイオードD23とダイオードD24の直列接続点との間は交流端子間となっている。第1のダイオードレッグと第2のダイオードレッグの両端子間の直流端子間は前記したように平滑コンデンサC2と直流負荷6に接続されている。
また、ダイオードD21とダイオードD22の直列接続点とダイオードD23とダイオードD24の直列接続点との間の交流端子間は巻線N2に接続されている。
The first diode leg and the second diode leg are connected in parallel, and both terminals of the first diode leg and the second diode leg are between the DC terminals. The series connection point of the diode D21 and the diode D22 and the series connection point of the diode D23 and the diode D24 are between the AC terminals. The DC terminals between both terminals of the first diode leg and the second diode leg are connected to the smoothing capacitor C2 and the DC load 6 as described above.
The AC terminal between the series connection point of the diode D21 and the diode D22 and the series connection point of the diode D23 and the diode D24 is connected to the winding N2.

また、スイッチング素子Q1〜Q4には、それぞれ並列かつ逆方向(逆並列)にダイオードD1〜D4が接続されている。ここで、スイッチング素子Q1〜Q4としてMOSFETを用いた場合は、逆並列ダイオードD1〜D4としてMOSFETの寄生ダイオードを利用することができる。   In addition, diodes D1 to D4 are connected to the switching elements Q1 to Q4 in parallel and in the reverse direction (reverse parallel), respectively. Here, when a MOSFET is used as the switching elements Q1 to Q4, a parasitic diode of the MOSFET can be used as the antiparallel diodes D1 to D4.

また、電源装置1には入力電圧を検出する電圧センサ21と、リンク電圧VLINKを検出する電圧センサ22と、出力電圧を検出する電圧センサ23が備えられている。また、電源装置1には入力電流を検出する電流センサ24と、出力電流を検出する電流センサ25が備えられている。
以上の電圧センサ21〜23と電流センサ24、25は制御手段4に接続され、制御手段4は電圧センサ21〜23と電流センサ24、25によって検出された各電圧、電流の情報を参照して制御している。
In addition, the power supply device 1 includes a voltage sensor 21 that detects an input voltage, a voltage sensor 22 that detects a link voltage V LINK , and a voltage sensor 23 that detects an output voltage. In addition, the power supply device 1 includes a current sensor 24 that detects an input current and a current sensor 25 that detects an output current.
The voltage sensors 21 to 23 and the current sensors 24 and 25 are connected to the control unit 4, and the control unit 4 refers to the information on the voltages and currents detected by the voltage sensors 21 to 23 and the current sensors 24 and 25. I have control.

なお、前記したように制御手段4により、昇圧スイッチング素子Q10とスイッチング素子Q1〜Q4がデジタル的に制御されている。このために、図1において、制御手段4から昇圧スイッチング素子Q10とスイッチング素子Q1〜Q4のそれぞれのゲート端子に制御信号線が接続されている様子を示している。しかし、これは制御する関連を示したものであって、実際の制御信号線には制御に必要な電圧に変換された制御信号電圧が供給される。
例えば制御手段4は概ね12Vの電源で動作し、リンクコンデンサC1の両端には概ね380Vの直流電圧が加わっている。したがって、スイッチング素子Q1、Q3をオン(ON)させる場合にはスイッチング素子Q1、Q3のゲート(Q1)、(Q3)に380Vよりも12V高い電圧を加える必要がある。制御手段4からは直接には、このような高い電圧は供給できないので、変換回路(不図示)を介して高い信号電圧に変換してからスイッチング素子Q1、Q3のゲート(Q1)、(Q3)に供給している。
As described above, the boosting switching element Q10 and the switching elements Q1 to Q4 are digitally controlled by the control means 4. For this purpose, FIG. 1 shows a state in which control signal lines are connected from the control means 4 to the respective gate terminals of the step-up switching element Q10 and the switching elements Q1 to Q4. However, this shows the relation of control, and the control signal voltage converted into the voltage necessary for control is supplied to the actual control signal line.
For example, the control means 4 operates with a power supply of approximately 12V, and a DC voltage of approximately 380V is applied across the link capacitor C1. Therefore, when switching elements Q1 and Q3 are turned on, it is necessary to apply a voltage 12V higher than 380V to the gates (Q1) and (Q3) of switching elements Q1 and Q3. Since such a high voltage cannot be supplied directly from the control means 4, the gates (Q1) and (Q3) of the switching elements Q1 and Q3 are converted into a high signal voltage via a conversion circuit (not shown). To supply.

<AC−DCコンバータの回路動作>
次に、図2を用いてAC−DCコンバータ2の回路動作を説明する。ここでは、交流電源5の電圧が交流で正負反転する際の片側の1極性の場合について説明する。交流電源5の電圧が反転して、他の側である逆極性の場合の動作は、極性が逆であるだけで容易に類推可能であるので図示は省略している。
また、図2において、図2(a)、(b)は、スイッチング素子Q10がオン(ON)した状態である「モードa」と、スイッチング素子Q10がオフ(OFF)した状態である「モードb」における回路動作を示す。なお、図2(a)、(b)において、矢印のついた破線で電流の流れる方向と経路を示している。
<Circuit operation of AC-DC converter>
Next, the circuit operation of the AC-DC converter 2 will be described with reference to FIG. Here, the case of one polarity on one side when the voltage of the AC power source 5 is inverted between positive and negative by AC will be described. The operation in the case where the voltage of the AC power supply 5 is inverted and has the opposite polarity on the other side can be easily inferred only by having the opposite polarity.
2A and 2B, “a mode a” in which the switching element Q10 is turned on (ON) and “mode b” in which the switching element Q10 is turned off (OFF). The circuit operation in “ In FIGS. 2A and 2B, the direction and path of current flow are indicated by broken lines with arrows.

≪モードa≫
図2(a)に示したモードaでは、スイッチング素子Q10がオン状態である。交流電源5の電圧がダイオードD11とダイオードD14を介して平滑インダクタL1に印加され、交流電源5のエネルギーが平滑インダクタL1に蓄積される。
≪Mode a≫
In mode a shown in FIG. 2A, the switching element Q10 is in the on state. The voltage of the AC power supply 5 is applied to the smoothing inductor L1 via the diode D11 and the diode D14, and the energy of the AC power supply 5 is accumulated in the smoothing inductor L1.

≪モードb≫
図2(b)に示したのがモードbである。スイッチング素子Q10をターンオフ(オフ)すると、モードbの状態となる。モードbでは、平滑インダクタL1に蓄積されたエネルギーがダイオードD11とダイオードD14、および昇圧ダイオードD10を介してリンクコンデンサC1に放出される。
≪Mode b≫
The mode b is shown in FIG. When the switching element Q10 is turned off (off), the mode b is entered. In mode b, the energy stored in the smoothing inductor L1 is released to the link capacitor C1 via the diode D11, the diode D14, and the boost diode D10.

以降、モードaとモードbとを繰り返す。
なお、交流電源5は商用電源周波数の50Hz〜60Hzであるのに対して、スイッチング素子Q10は概ね20KHz〜100KHzでスイッチングされる。したがって、図2においては、交流電源5の極性が図示した状態のまま変化しない間に、スイッチング素子Q10は数100回から数1000回、スイッチングを繰り返すことになる。
また、前記したように、交流電源5の極性が反転した場合については図示していないが、極性が反転した場合にはダイオードD12とダイオードD13を介して前記したことと同様のことが行われる。
Thereafter, mode a and mode b are repeated.
The AC power supply 5 has a commercial power supply frequency of 50 Hz to 60 Hz, whereas the switching element Q10 is generally switched at 20 KHz to 100 KHz. Therefore, in FIG. 2, the switching element Q10 repeats switching from several hundred times to several thousand times while the polarity of the AC power supply 5 does not change as shown.
In addition, as described above, the case where the polarity of the AC power supply 5 is inverted is not illustrated, but when the polarity is inverted, the same thing as described above is performed via the diode D12 and the diode D13.

<DC−DCコンバータの回路動作>
次に、図3A〜図3Dを参照してDC−DCコンバータ3の回路動作を説明する。図3A〜図3Dは、それぞれ「モードA」〜「モードD」における回路動作を示す。
<Circuit operation of DC-DC converter>
Next, the circuit operation of the DC-DC converter 3 will be described with reference to FIGS. 3A to 3D. 3A to 3D show circuit operations in “mode A” to “mode D”, respectively.

≪モードA≫
図3AにモードAの状態を示す。モードAでは、スイッチング素子Q1、Q4がオン状態である。ノードNd1−Nd2間には、ノードNd1が正の向きに、リンクコンデンサC1の電圧VLINKが印加されている。リンクコンデンサC1から共振コンデンサCr1と共振インダクタLr1による共振電流が巻線N1に流れている。巻線N2に誘導された電流は、ダイオードD21、D24を介して、平滑コンデンサC2と出力の直流負荷6へ流れている。また、図3Aにおいて、矢印のついた破線で電流の流れる方向と経路を示している。
≪Mode A≫
FIG. 3A shows the mode A state. In mode A, the switching elements Q1 and Q4 are in the on state. A voltage V LINK of the link capacitor C1 is applied between the nodes Nd1 and Nd2 so that the node Nd1 is in a positive direction. A resonance current from the link capacitor C1 by the resonance capacitor Cr1 and the resonance inductor Lr1 flows through the winding N1. The current induced in the winding N2 flows to the smoothing capacitor C2 and the output DC load 6 via the diodes D21 and D24. In FIG. 3A, a broken line with an arrow indicates a current flow direction and a path.

なお、共振コンデンサCr1と共振インダクタLr1による共振電流と記したが、厳密には、トランスT1の漏れインダクタンスや励磁インダクタンスを含めた共振回路の電流となる。以下では適宜、単に「共振コンデンサCr1と共振インダクタLr1による共振」と表記する。
また、一次側に巻線N1と二次側に巻線N2を備えたトランスT1において、一次側の交流電圧の巻線比(N2/N1)に略比例した交流電圧が二次側に誘起される。
Although it is described as a resonance current by the resonance capacitor Cr1 and the resonance inductor Lr1, strictly speaking, it is a current of a resonance circuit including a leakage inductance and an excitation inductance of the transformer T1. Hereinafter, it is simply expressed as “resonance by the resonant capacitor Cr1 and the resonant inductor Lr1” as appropriate.
Further, in the transformer T1 having the winding N1 on the primary side and the winding N2 on the secondary side, an AC voltage substantially proportional to the winding ratio (N2 / N1) of the AC voltage on the primary side is induced on the secondary side. The

≪モードB≫
図3BにモードBの状態を示す。流れた電流により共振コンデンサCr1に電荷が蓄積し、共振コンデンサCr1と共振インダクタLr1による共振電流が流れ終わると、モードBの状態となる。モードBでは、巻線N1にはトランスT1の励磁電流が流れている。巻線N2の電圧は、出力の平滑コンデンサC2の電圧より低く、ダイオードD21、D24があるために巻線N2には電流が流れていない。
≪Mode B≫
FIG. 3B shows the state of mode B. When the electric current accumulates in the resonance capacitor Cr1 due to the flowing current and the resonance current by the resonance capacitor Cr1 and the resonance inductor Lr1 finishes flowing, the mode B is entered. In mode B, the exciting current of the transformer T1 flows through the winding N1. The voltage of the winding N2 is lower than the voltage of the output smoothing capacitor C2, and no current flows through the winding N2 because of the diodes D21 and D24.

≪モードC≫
図3CにモードCの状態を示す。スイッチング素子Q1、Q4をターンオフすると、モードCの状態となる。なお、モードAにおいて、共振電流が流れ終わる前にスイッチング素子Q1、Q4をターンオフすると、モードBが省略される場合がある。モードCでは、スイッチング素子Q1、Q4を流れていた共振インダクタLr1の電流が、ダイオードD2、D3を流れ、リンクコンデンサC1へ流れる。このとき、ノードNd1−Nd2間には、ノードNd2が正の向きに、リンクコンデンサC1の電圧が生じている。
次に、モードDに移行する前にスイッチング素子Q2、Q3をターンオン(オン)しておく。
≪Mode C≫
FIG. 3C shows the mode C state. When the switching elements Q1 and Q4 are turned off, the mode C is entered. In mode A, if switching elements Q1 and Q4 are turned off before the resonance current ends, mode B may be omitted. In mode C, the current of the resonant inductor Lr1 that has flowed through the switching elements Q1 and Q4 flows through the diodes D2 and D3 and flows to the link capacitor C1. At this time, the voltage of the link capacitor C1 is generated between the nodes Nd1 and Nd2 in the positive direction of the node Nd2.
Next, before switching to the mode D, the switching elements Q2 and Q3 are turned on.

≪モードD≫
図3DにモードDの状態を示す。巻線N1の電流が反転したのがモードDの状態である。モードDではスイッチング素子Q2、Q3がオンしているので、モードCの最終段階において、共振インダクタLr1のエネルギーがすべて吐き出されるとリンクコンデンサC1から共振インダクタLr1へ電流、つまりエネルギーが流れ込むことになる。
≪Mode D≫
FIG. 3D shows the mode D state. In the mode D, the current in the winding N1 is inverted. In mode D, since the switching elements Q2 and Q3 are on, when all the energy of the resonant inductor Lr1 is discharged in the final stage of mode C, a current, that is, energy flows from the link capacitor C1 to the resonant inductor Lr1.

モードDでは、ノードNd1−Nd2間には、ノードNd2が正の向きに、リンクコンデンサC1の電圧VLINKが印加されている。リンクコンデンサC1から共振コンデンサCr1と共振インダクタLr1による共振電流が巻線N1に流れている。ただし、矢印のついた破線で示した電流の流れる方向と経路はモードAとは逆となっている。
また、巻線N2に誘導された電流は、ダイオードD22、D23を介して、平滑コンデンサC2と出力の直流負荷6へ流れている。
In mode D, the voltage V LINK of the link capacitor C1 is applied between the nodes Nd1 and Nd2 so that the node Nd2 is in the positive direction. A resonance current from the link capacitor C1 by the resonance capacitor Cr1 and the resonance inductor Lr1 flows through the winding N1. However, the current flowing direction and the path indicated by the broken line with the arrow are opposite to those in the mode A.
The current induced in the winding N2 flows to the smoothing capacitor C2 and the output DC load 6 via the diodes D22 and D23.

このモードDは、モードAの対称動作である。したがって、前述したモードAにおいて、スイッチング素子Q1、Q4をスイッチング素子Q2、Q3、またダイオードD21、D4をダイオードD22、D23として、電流の流れる向きを逆に考えればよい。
以降、モードB、Cの対称動作が行われ、その後、再びモードAへ戻る。なお、対称動作の図示と説明は省略する。
This mode D is a symmetrical operation of mode A. Therefore, in the mode A described above, the switching elements Q1 and Q4 may be the switching elements Q2 and Q3, and the diodes D21 and D4 may be the diodes D22 and D23.
Thereafter, modes B and C are symmetrically operated, and then the mode A is returned again. In addition, illustration and description of a symmetrical operation are omitted.

このように電源装置1では、DC−DCコンバータ3を共振形コンバータとしており、スイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング周波数を変化させ、ノードNd1−Nd2間に生成する矩形波状電圧の周波数を変化させることにより出力を制御する。   As described above, in the power supply device 1, the DC-DC converter 3 is a resonant converter, and the switching frequency of the switching elements Q1 to Q4 is changed, and the frequency of the rectangular wave voltage generated between the nodes Nd1 and Nd2 is changed. Control the output.

<矩形波状電圧の生成方法>
次に、図4(a)〜(c)を用いてノードNd1−Nd2間の矩形波状電圧の生成方法を説明する。なお、図4(a)〜(c)において示されている項目は、(1)制御手段4における基本のクロック信号、(2)スイッチング素子Q1、Q4のそれぞれのゲート波形であるゲート:Q1、Q4、(3)スイッチング素子Q2、Q3のそれぞれのゲート波形であるゲート:Q2、Q3、(4)ノードNd1−Nd2間の矩形波状電圧である。また横軸は経過する時間である。
<Method for generating rectangular wave voltage>
Next, a method for generating a rectangular wave voltage between the nodes Nd1 and Nd2 will be described with reference to FIGS. The items shown in FIGS. 4A to 4C are (1) a basic clock signal in the control means 4, and (2) gates Q1 and Q1, which are the gate waveforms of the switching elements Q1 and Q4, respectively. Q4, (3) Gates that are the gate waveforms of the switching elements Q2, Q3: Q2, Q3, (4) A rectangular wave voltage between the nodes Nd1-Nd2. The horizontal axis is the elapsed time.

≪(a)10クロック周期≫
図4(a)は、クロック信号と、スイッチング素子Q1〜Q4のゲート信号と、ノードNd1−Nd2間の矩形波状電圧を示している。スイッチング素子Q1〜Q4は、オン時間を4クロック周期、オフ時間を6クロック周期とし、Q1とQ4のオン状態と、Q2とQ3のオン状態との間に、Q1〜Q4の全てがオフ状態となる1クロック周期のデッドタイムを設けている。これにより矩形波状電圧は、High(高電位、正、1)時間とLow(低電位、負、0)時間がともに5クロック周期となり、High時間率が50%、周期が10クロック周期となっている。
<< (a) 10 clock cycles >>
FIG. 4A shows a rectangular wave voltage between the clock signal, the gate signals of the switching elements Q1 to Q4, and the nodes Nd1 to Nd2. The switching elements Q1 to Q4 have an on time of 4 clock cycles and an off time of 6 clock cycles, and all of Q1 to Q4 are off between Q1 and Q4 on state and Q2 and Q3 on state. A dead time of 1 clock cycle is provided. As a result, the rectangular wave voltage has a high (high potential, positive, 1) time and a low (low potential, negative, 0) time of 5 clock cycles, a high time rate of 50%, and a cycle of 10 clock cycles. Yes.

≪(b)9クロック周期≫
次に、図4(b)では、図4(a)より少しだけ出力電力を絞るために、矩形波状電圧の周波数を1階調だけ高くしたときの波形を示している。スイッチング素子Q1、Q4のオン時間を3クロック周期に、スイッチング素子Q2、Q3のオフ時間を5クロック周期にそれぞれ短くしている。これにより、矩形波状電圧のHigh時間が4クロック周期、Low時間が5クロック周期となり、High時間率が44%、周期が9クロック周期となっている。
<< (b) 9 clock cycles >>
Next, FIG. 4B shows a waveform when the frequency of the rectangular wave voltage is increased by one gradation in order to reduce the output power a little compared with FIG. 4A. The on-time of the switching elements Q1 and Q4 is shortened to 3 clock cycles, and the off-time of the switching elements Q2 and Q3 is shortened to 5 clock cycles. Thus, the high time of the rectangular wave voltage is 4 clock cycles, the low time is 5 clock cycles, the high time rate is 44%, and the cycle is 9 clock cycles.

≪(c)8クロック周期≫
図4(c)は、矩形波状電圧の周波数を図4(b)より更に1階調だけ高くしたときの波形を示している。スイッチング素子Q1〜Q4は、オン時間を3クロック周期、オフ時間を5クロック周期とし、矩形波状電圧は、High時間とLow時間がともに4クロック周期となり、High時間率が50%、周期が8クロック周期となっている。
≪ (c) 8 clock cycles≫
FIG. 4C shows a waveform when the frequency of the rectangular wave voltage is set higher by one gradation than that in FIG. 4B. The switching elements Q1 to Q4 have an on-time of 3 clock cycles and an off-time of 5 clock cycles, and the rectangular wave voltage has both a high time and a low time of 4 clock cycles, a high time rate of 50%, and a cycle of 8 clocks. It is a cycle.

このように本実施形態では、図4(a)から(b)へは矩形波状電圧のHigh時間を1クロック周期短くし、図4(b)から(c)へは矩形波状電圧のLow時間を1クロック周期短くしている。これにより、図4(a)から(c)まで徐々に出力電力を絞るために、矩形波状電圧の周期を1クロック周期ずつ短くすることが可能となっている。
なお、この例では「基本的に所定値に」は「基本的に50%に」であるが、これは一例であり、発明の効果の奏する範囲で値は変更可能である。
As described above, in this embodiment, the high time of the rectangular wave voltage is shortened by one clock period from FIGS. 4A to 4B, and the low time of the rectangular wave voltage is changed from FIG. 4B to FIG. 4C. One clock cycle is shortened. Accordingly, in order to gradually reduce the output power from FIG. 4A to FIG. 4C, the period of the rectangular wave voltage can be shortened by one clock period.
In this example, “basically to a predetermined value” is “basically to 50%”, but this is an example, and the value can be changed within a range where the effect of the invention is exerted.

なお、共振コンデンサCr1と共振インダクタLr1とトランスT1の励磁インダクタンスによる共振周波数はスイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング周波数より低くしている。基本的にこの共振周波数とスイッチング周波数は近い方がDC−DCコンバータ3の出力電力は大きくなる。
図4(a)から(c)に示した場合においては、矩形波状電圧のクロック周期が10クロック周期から9クロック周期、そして8クロック周期へとなるにつれ、周波数としてはその逆数であって徐々に高くなる。したがって、スイッチング周波数は共振周波数から離れていくので、出力電力は低下する。すなわち徐々に出力電力が絞られていくのである。
The resonance frequency due to the excitation inductance of the resonance capacitor Cr1, the resonance inductor Lr1, and the transformer T1 is set lower than the switching frequency of the switching elements Q1 to Q4. Basically, the output power of the DC-DC converter 3 increases as the resonance frequency and the switching frequency are closer.
In the cases shown in FIGS. 4A to 4C, as the clock period of the rectangular wave voltage is changed from 10 clock periods to 9 clock periods and then to 8 clock periods, the frequency is the reciprocal and gradually increases. Get higher. Therefore, since the switching frequency moves away from the resonance frequency, the output power decreases. That is, the output power is gradually reduced.

以上、従来は、矩形波状電圧の周波数を1階調だけ変化させる場合には、矩形波状電圧のHigh時間とLow時間をともに1クロック周期ずつ変化させていたため、矩形波状電圧の周期は2クロック周期ずつ変化していた。
一方、本発明では、矩形波状電圧の周波数を1階調だけ変化させる場合には、矩形波状電圧のHigh時間とLow時間を交互に1クロック周期ずつ変化させることにより、矩形波状電圧の周期を1クロック周期ずつ変化させることができる。これにより、矩形波状電圧の周波数の変調分解能が2倍に向上するため、出力電圧や出力電流を細かく制御することができる。
As described above, conventionally, when the frequency of the rectangular wave voltage is changed by one gradation, both the high time and the low time of the rectangular wave voltage are changed by one clock period, so the period of the rectangular wave voltage is 2 clock periods. It was changing gradually.
On the other hand, in the present invention, when the frequency of the rectangular wave voltage is changed by one gradation, the rectangular wave voltage cycle is set to 1 by alternately changing the High time and Low time of the rectangular wave voltage by one clock cycle. The clock cycle can be changed. Thereby, since the modulation resolution of the frequency of the rectangular wave voltage is doubled, the output voltage and the output current can be finely controlled.

なお、矩形波状電圧のHigh時間率が50%、つまり、矩形波状電圧のHigh時間とLow時間の間隔が等しいことが望ましい。スイッチング素子Q1、Q4とスイッチング素子Q2、Q3の動作が、理想的には対称動作を保つためには図4におけるゲートQ1、Q4とゲートQ2、Q3の波形は対称である必要がある。このために、矩形波状電圧のHigh時間率が50%であることが望ましい。
図4(b)においては、矩形波状電圧のHigh時間率が50%から少し異なった値となっているが、この程度以下の相違であれば、実用的には問題にならないことが多い。
It is desirable that the high time rate of the rectangular wave voltage is 50%, that is, the interval between the high time and the low time of the rectangular wave voltage is equal. In order to keep the operations of the switching elements Q1, Q4 and the switching elements Q2, Q3 ideally symmetrical, the waveforms of the gates Q1, Q4 and the gates Q2, Q3 in FIG. 4 need to be symmetrical. For this reason, it is desirable that the high time rate of the rectangular wave voltage is 50%.
In FIG. 4B, the high time rate of the rectangular wave voltage is a little different from 50%, but if the difference is less than this level, there is often no practical problem.

また、前記したように制御手段4には、出力電圧を検出する電圧センサ23と、出力電流を検出する電流センサ25が接続されている。制御手段4は、検出した出力電圧を目標値に合わせるようにスイッチング周波数を調整すれば出力を定電圧制御することができ、検出した出力電流を目標値に合わせるようにスイッチング周波数を調整すれば出力を定電流制御することができる。   As described above, the control means 4 is connected to the voltage sensor 23 that detects the output voltage and the current sensor 25 that detects the output current. The control means 4 can control the output at a constant voltage by adjusting the switching frequency so that the detected output voltage matches the target value, and can output if the switching frequency is adjusted so that the detected output current matches the target value. The constant current can be controlled.

また、この定電圧制御と定電流制御を適切に選択すれば、出力を定電流定電圧制御することができる。
前記したように本発明の第1実施形態である電源装置1は、矩形波状電圧のHigh時間とLow時間を交互に1クロック周期ずつ変化させることにより、スイッチング周波数を細かく調整できるので、精密に定電圧制御や定電流制御をすることができる。
Further, if the constant voltage control and the constant current control are appropriately selected, the output can be controlled at a constant current and a constant voltage.
As described above, in the power supply device 1 according to the first embodiment of the present invention, the switching frequency can be finely adjusted by changing the high time and the low time of the rectangular wave voltage alternately by one clock period. Voltage control and constant current control can be performed.

なお、図1の第1実施形態において、交流電源から直流電力を得る手段としてAC−DCコンバータ2について説明したが、直流電源(DC電源)が既に備えられていて直流電力が得られる場合には、AC−DCコンバータ2は本発明の必須要素ではない。   In the first embodiment of FIG. 1, the AC-DC converter 2 has been described as means for obtaining DC power from an AC power supply. However, when a DC power supply (DC power supply) has already been provided and DC power can be obtained. The AC-DC converter 2 is not an essential element of the present invention.

(第2実施形態)
次に第2の実施形態を示す。
図5は、本発明による電源装置1を採用した電気自動車110の電源システムの概要を示す構成図である。電源装置1は、交流電源109に接続するプラグイン充電コネクタ108と、二次電池105に接続されている。
二次電池105には、電装機器101が接続された補機バッテリ106へ電力供給するDC−DCコンバータ100が接続されている。
また、二次電池105には、動力用モータ104を駆動するインバータ103へ電力供給するDC−DCコンバータ102が接続されている。
また、二次電池105には、急速充電器などの外部直流電源を接続して二次電池105を充電する急速充電コネクタ107が接続されている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment is shown.
FIG. 5 is a configuration diagram showing an outline of a power supply system of an electric vehicle 110 that employs the power supply device 1 according to the present invention. The power supply device 1 is connected to a plug-in charging connector 108 connected to an AC power source 109 and a secondary battery 105.
The secondary battery 105 is connected to a DC-DC converter 100 that supplies power to the auxiliary battery 106 to which the electrical equipment 101 is connected.
The secondary battery 105 is connected to a DC-DC converter 102 that supplies power to an inverter 103 that drives a power motor 104.
Further, the secondary battery 105 is connected to a quick charge connector 107 for charging the secondary battery 105 by connecting an external DC power source such as a quick charger.

電源装置1は、直流電力による出力を定電流定電圧制御しながら、プラグイン充電コネクタ108に接続された交流電源109の電力を用いて二次電池105を充電する。この第2実施形態においては、電源装置1を用いることで、電流や電圧を細かく制御しながら二次電池105を充電することができる。
なお、電源装置1は、ハイブリッド自動車や電気自動車以外の電動車両などにも適用できる。
The power supply device 1 charges the secondary battery 105 using the power of the AC power supply 109 connected to the plug-in charging connector 108 while controlling the output of the DC power at constant current and constant voltage. In the second embodiment, by using the power supply device 1, the secondary battery 105 can be charged while finely controlling current and voltage.
The power supply device 1 can also be applied to an electric vehicle other than a hybrid vehicle or an electric vehicle.

(その他の実施形態)
以上で説明した共振形のDC−DCコンバータ3では、スイッチング素子を4素子によるフルブリッジ接続した回路と、ダイオードを4素子によるブリッジ接続した回路との組合せとしたが、2素子によるハーフブリッジ回路やセンタタップ回路を組合せた回路方式としても同様の効果が得られる。
(Other embodiments)
In the resonance type DC-DC converter 3 described above, a combination of a circuit in which switching elements are full-bridge connected by four elements and a circuit in which diodes are bridge-connected by four elements is used. A similar effect can be obtained by a circuit system combining a center tap circuit.

また、スイッチング素子Q10(Q1〜Q4含む)は、MOSFETで説明したが、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)でもよい。   The switching element Q10 (including Q1 to Q4) has been described as a MOSFET, but may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

また、スイッチング素子Q1〜Q4がMOSFETによる構成ではない場合には、スイッチング素子Q1〜Q4にそれぞれ並列かつ逆方向(逆並列)にダイオードD1〜D4を付加する。なお、スイッチング素子Q1〜Q4がMOSFETによる構成である場合においても逆並列ダイオードD1〜D4を備えてもよい。   Further, when the switching elements Q1 to Q4 are not configured by MOSFETs, diodes D1 to D4 are added in parallel and in the reverse direction (reverse parallel) to the switching elements Q1 to Q4, respectively. Note that the antiparallel diodes D1 to D4 may be provided even when the switching elements Q1 to Q4 are configured by MOSFETs.

また、図1におけるダイオードD21〜D24からなる整流回路において、ダイオードD23とダイオードD24の代わりに、それぞれ第1の分圧コンデンサと第2の分圧コンデンサに置き換えることもできる。また、置き換えるのはダイオードD21とダイオードD22であってもよい。   Further, in the rectifier circuit including the diodes D21 to D24 in FIG. 1, a first voltage dividing capacitor and a second voltage dividing capacitor can be substituted for the diode D23 and the diode D24, respectively. Further, the diode D21 and the diode D22 may be replaced.

また、図1における共振コンデンサCr1の代わりに、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4を共振コンデンサに置き換えることもできる。このとき、スイッチング素子Q3とQ4と置き換えた共振コンデンサと共振インダクタLr1との間で共振が起こる。なお、置き換えるのはスイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2であってもよい。   Further, instead of the resonant capacitor Cr1 in FIG. 1, the switching element Q3 and the switching element Q4 can be replaced with a resonant capacitor. At this time, resonance occurs between the resonant capacitor replaced with the switching elements Q3 and Q4 and the resonant inductor Lr1. Note that the switching elements Q1 and Q2 may be replaced.

また、図1においては共振コンデンサCr1と共振インダクタLr1はトランスT1の一次側の回路に備えたが、トランスT1の二次側の回路に備えてもよい。また、トランスT1の一次側と二次側の両方の回路に備えてもよい。   Further, in FIG. 1, the resonance capacitor Cr1 and the resonance inductor Lr1 are provided in the circuit on the primary side of the transformer T1, but may be provided in the circuit on the secondary side of the transformer T1. Further, both the primary side and secondary side circuits of the transformer T1 may be provided.

また、図1において、トランスT1の一次側の巻線と回路のみの構成で、二次側に相当する構成は磁気結合したものであってもよい。例えば、IH(Induction Heating、誘導加熱)システムに本発明の電源装置を用いれば、被加熱導体の発熱量を細かく制御することができる。   Further, in FIG. 1, the configuration of only the primary side winding and circuit of the transformer T1 and the configuration corresponding to the secondary side may be magnetically coupled. For example, if the power supply device of the present invention is used in an IH (Induction Heating) system, the heat generation amount of the heated conductor can be finely controlled.

また、前述したように、図4(b)において矩形波状電圧のHigh時間率が50%から少し異なった値となっており、この程度以下の相違であれば問題にならないと説明した。したがって、High時間を5クロック周期、Low時間を4クロック周期とし、High時間率を56%、周期を9クロック周期としても前述した同様の効果が得られる。   In addition, as described above, in FIG. 4B, the high time rate of the rectangular wave voltage is slightly different from 50%, and it has been described that there is no problem if the difference is less than this level. Therefore, the same effect as described above can be obtained even when the High time is 5 clock cycles, the Low time is 4 clock cycles, the High time rate is 56%, and the cycle is 9 clock cycles.

また、図4(a)〜(c)では、デッドタイム(スイッチング素子Q1〜Q4がすべてオフ)をデジタル的にクロック信号から生成したが、デジタル的にクロック信号から生成した信号からアナログ的にデッドタイムを生成してゲート信号を得ることもできる。
この場合には、ゲート信号の立上りや立下りはクロック信号に同期しないが、矩形波状電圧のHigh時間とLow時間がクロック周期の整数倍となる点は図4(a)〜(c)と同じであり、本発明の特徴である前述のHigh時間とLow時間を交互に1クロック周期ずつ変化させる方法が適用できる。
4A to 4C, the dead time (the switching elements Q1 to Q4 are all off) is digitally generated from the clock signal. However, the dead time is analogly generated from the digitally generated signal from the clock signal. A gate signal can also be obtained by generating time.
In this case, the rise and fall of the gate signal are not synchronized with the clock signal, but the high time and low time of the rectangular wave voltage are the same as those in FIGS. 4A to 4C in that they are integral multiples of the clock cycle. The above-described method of changing the high time and the low time alternately by one clock cycle can be applied.

更に、見かけの周波数変調分解能を向上するために、矩形波状電圧の周期を異なる周期で交互に繰り返すことにより生成するディザリング(Dithering)と併用してもよい。例えば、図4(a)に示した周期10クロック周期と、図4(b)に示した周期9クロック周期とを交互に繰り返せば、見かけの上の周期が9.5クロック周期の矩形波状電圧を生成し、図4(a)と(b)の中間的な出力を得ることができる。   Furthermore, in order to improve the apparent frequency modulation resolution, it may be used in combination with dithering generated by alternately repeating the period of the rectangular wave voltage at different periods. For example, if the period of 10 clocks shown in FIG. 4A and the period of 9 clocks shown in FIG. 4B are alternately repeated, a rectangular wave voltage having an apparent period of 9.5 clocks And an intermediate output between FIGS. 4A and 4B can be obtained.

<比較回路例との対比>
なお、ディザリングにより図4(a)の10クロック周期と図4(c)の8クロック周期とを交互に繰り返せば、見かけの上の周期が9クロック周期の矩形波状電圧を生成できる。
しかしながらこの場合には、出力に9クロック周期の2倍である18クロック周期の脈動が重畳する。一般的に、ディザリングでは、出力に分数調波が重畳する。
一方、前記した本実施形態の図4(b)の周期9クロック周期の矩形波状電圧の場合には、分数調波が重畳しない出力を得ることができる。
<Comparison with comparative circuit example>
If the 10 clock cycle of FIG. 4A and the 8 clock cycle of FIG. 4C are alternately repeated by dithering, a rectangular wave voltage having an apparent cycle of 9 clock cycles can be generated.
However, in this case, pulsations of 18 clock cycles, which is twice the 9 clock cycles, are superimposed on the output. In general, dithering superimposes subharmonics on the output.
On the other hand, in the case of the rectangular wave voltage having a cycle of 9 clocks in FIG. 4B of the present embodiment described above, an output in which the subharmonic is not superimposed can be obtained.

(本実施形態、本発明の補足)
以上、本実施形態の電源装置はDC−DCコンバータ3において制御手段4によって矩形波状電圧のHigh時間率を概ね50%に維持しながら周波数の変調分解能を向上させることで、出力電力を細かく制御した電源装置を提供することができる。
そして、クロック周波数を上げず、また逓倍器を用いないので、低コストで低消費電力を実現した電源装置を提供することができる。
また、本実施形態の電源装置は、矩形波状電圧により共振電流を流し、デジタル的に周波数を変化させて出力を制御するシステムに広く適用することができる。例えば、前記したようにIH(誘導加熱)システムに本実施形態の電源装置を用いれば、被加熱導体の発熱量を細かく制御することができる。
(This embodiment, supplement of the present invention)
As described above, the power supply apparatus according to the present embodiment finely controls the output power by improving the frequency modulation resolution while maintaining the high time rate of the rectangular wave voltage at about 50% by the control means 4 in the DC-DC converter 3. A power supply device can be provided.
Since the clock frequency is not increased and the multiplier is not used, a power supply device that realizes low power consumption at low cost can be provided.
In addition, the power supply device of the present embodiment can be widely applied to systems that control the output by flowing a resonance current with a rectangular wave voltage and digitally changing the frequency. For example, as described above, if the power supply device of this embodiment is used in an IH (induction heating) system, the amount of heat generated by the heated conductor can be finely controlled.

1 電源装置
2 AC−DCコンバータ
3 DC−DCコンバータ
4 制御手段
5 交流電源
6 直流負荷
7 昇圧チョッパ回路
8 スイッチング回路
21、22、23 電圧センサ
24、25 電流センサ
101 電装機器
100、102 DC−DCコンバータ
103 インバータ
104 動力用モータ
105 二次電池
106 補機バッテリ
107 急速充電コネクタ
108 プラグイン充電コネクタ
109 交流電源
110 電気自動車。
C1 リンクコンデンサ
C2 平滑コンデンサ
Cr1 共振コンデンサ
D1〜D4 ダイオード、逆並列ダイオード
D10 昇圧ダイオード
D11〜D14 ダイオード、整流ダイオード
D21、D22 ダイオード(第1のダイオードレッグ)
D23、D24 ダイオード(第2のダイオードレッグ)
L1 平滑インダクタ
Lr1 共振インダクタ
N1、N2 巻線
Nd1、Nd2 ノード
Q1、Q2 スイッチング素子(第1のスイッチングレッグ)、ゲート、ゲート波形
Q3、Q4 スイッチング素子(第2のスイッチングレッグ)、ゲート、ゲート波形
Q10 スイッチング素子、昇圧スイッチング素子
T1 トランス
LEAK リンク電圧、電圧
出力電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply device 2 AC-DC converter 3 DC-DC converter 4 Control means 5 AC power supply 6 DC load 7 Boost chopper circuit 8 Switching circuit 21, 22, 23 Voltage sensor 24, 25 Current sensor 101 Electrical equipment 100, 102 DC-DC Converter 103 Inverter 104 Motor for power 105 Secondary battery 106 Auxiliary battery 107 Quick charge connector 108 Plug-in charge connector 109 AC power supply 110 Electric vehicle.
C1 Link capacitor C2 Smoothing capacitor Cr1 Resonant capacitor D1 to D4 Diode, antiparallel diode D10 Boost diode D11 to D14 Diode, Rectifier diode D21, D22 Diode (first diode leg)
D23, D24 Diode (second diode leg)
L1 Smoothing inductor Lr1 Resonant inductor N1, N2 Winding Nd1, Nd2 Node Q1, Q2 Switching element (first switching leg), gate, gate waveform Q3, Q4 Switching element (second switching leg), gate, gate waveform Q10 switching element, the boosting switching element T1 transformer V LEAK link voltage, the voltage V O output voltage

Claims (14)

直流端子間に直流電源が接続され交流端子間に矩形波状電圧を出力するスイッチング回路と、
交流端子間に入力した電流を整流して、直流負荷および平滑コンデンサが並列接続された直流端子間に出力する整流回路と、
前記スイッチング回路の交流端子間に接続された1次巻線と前記整流回路の交流端子間に接続された2次巻線とを有し、前記1次巻線と前記2次巻線とを磁気結合するトランスと、
前記1次巻線及び/又は前記2次巻線と直列接続された共振コンデンサ及び共振インダクタと、
前記矩形波状電圧の周波数が変化するように前記スイッチング回路が有するスイッチング素子を制御する制御手段と、
を備え、前記直流電源の電力を前記直流負荷に供給する電源装置であって、
前記制御手段は、前記矩形波状電圧のHigh時間率を正負の対称動作が許容される所定の範囲内で維持しながら、前記矩形波状電圧の周期を前記制御手段の備えるクロック信号の1クロック周期ずつ変化させることを特徴とする電源装置。
A switching circuit in which a DC power source is connected between the DC terminals and a rectangular wave voltage is output between the AC terminals;
A rectifying circuit that rectifies current input between AC terminals and outputs between DC terminals in which a DC load and a smoothing capacitor are connected in parallel;
A primary winding connected between the alternating current terminals of the switching circuit and a secondary winding connected between the alternating current terminals of the rectifying circuit, and the primary winding and the secondary winding are magnetically A transformer to be combined,
A resonant capacitor and a resonant inductor connected in series with the primary winding and / or the secondary winding;
Control means for controlling the switching element of the switching circuit so that the frequency of the rectangular wave voltage changes;
A power supply device that supplies power of the DC power supply to the DC load,
The control means maintains the high time rate of the rectangular wave voltage within a predetermined range in which positive and negative symmetrical operations are allowed, and sets the period of the rectangular wave voltage by one clock period of the clock signal included in the control means. A power supply device characterized by being changed.
請求項1において、前記所定の範囲内とは、前記矩形波状電圧のHigh時間率が44%から56%の範囲内とすることを特徴とする電源装置。2. The power supply device according to claim 1, wherein “within the predetermined range” means that a high time ratio of the rectangular wave voltage is within a range of 44% to 56%. 請求項1または請求項2において、前記電源装置は、さらにAC−DCコンバータを備え、
該AC−DCコンバータの入力端子間に交流電源が接続され、出力端子は前記スイッチング回路の直流端子間に接続されたことを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 1 or 2 , further comprising an AC-DC converter,
An AC power supply is connected between input terminals of the AC-DC converter, and an output terminal is connected between DC terminals of the switching circuit.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、前記制御手段は、前記矩形波状電圧のHigh時間とLow時間とを前記クロック信号の1クロック周期ずつ交互に変化させることを特徴とする電源装置。 4. The power supply device according to claim 1 , wherein the control unit alternately changes a high time and a low time of the rectangular wave voltage for each clock cycle of the clock signal. 5. . 請求項1乃至請求項のいずれか一項において、前記制御手段は、前記矩形波状電圧の周波数を変化させて前記直流負荷に供給する電力を変化させることを特徴とする電源装置。 In any one of claims 1 to 4, wherein, the power supply apparatus characterized by varying the power supplied to the DC load by varying the frequency of the rectangular wave voltage. 請求項1乃至請求項のいずれか一項において、前記整流回路は、第1、第2のダイオードを直列接続した第1のダイオードレッグと、第3、第4のダイオードを直列接続し、かつ前記第1のダイオードレッグに並列接続された第2のダイオードレッグとを備え、前記第1のダイオードレッグの両端間を直流端子間とし、前記第1、第2のダイオードの直列接続点と前記第3、第4のダイオードの直列接続点との間を交流端子間としたことを特徴とする電源装置。 In any one of claims 1 to 5, wherein the rectifier circuit includes first, a first diode leg in which the second diode connected in series, the third, the fourth diode connected in series, and A second diode leg connected in parallel to the first diode leg, and between both ends of the first diode leg as a direct current terminal, the series connection point of the first and second diodes and the first diode leg 3. A power supply device characterized in that a portion between the series connection points of the fourth and fourth diodes is an AC terminal. 請求項において、前記第3、第4のダイオードをそれぞれ第1、第2の分圧コンデンサに置き換えたことを特徴とする電源装置。 7. The power supply device according to claim 6 , wherein the third and fourth diodes are replaced with first and second voltage dividing capacitors, respectively. 請求項1乃至請求項のいずれか一項において、前記スイッチング回路は、第1、第2のスイッチング素子を直列接続した第1のスイッチングレッグと、第3、第4のスイッチング素子を直列接続し、かつ前記第1のスイッチングレッグに並列接続された第2のスイッチングレッグとを備え、前記第1のスイッチングレッグの両端間を直流端子間とし、前記第1、第2のスイッチング素子の直列接続点と前記第3、第4のスイッチング素子の直列接続点との間を交流端子間としたことを特徴とする電源装置。 In any one of claims 1 to 7, wherein the switching circuit includes first, a first switching leg, third, a fourth switching element connected in series with a second switching element connected in series And a second switching leg connected in parallel to the first switching leg, wherein both ends of the first switching leg are between DC terminals, and a series connection point of the first and second switching elements. A power supply device characterized in that the AC terminal is between the first and third switching elements connected in series. 請求項において、前記共振コンデンサは、前記第3、第4のスイッチング素子をそれぞれ置き換えた第1、第2の共振コンデンサとしたことを特徴とする電源装置。 9. The power supply device according to claim 8 , wherein the resonance capacitor is a first or second resonance capacitor in which the third and fourth switching elements are replaced. 請求項または請求項において、前記第1〜第4のスイッチング素子のそれぞれに逆並列ダイオードを備えたことを特徴とする電源装置。 According to claim 8 or claim 9, the power supply apparatus characterized by comprising a reverse parallel diode in each of the first to fourth switching elements. 請求項1乃至請求項10のいずれか一項において、前記制御手段は、前記電源装置の出力を定電流定電圧制御することを特徴とする電源装置。 In any one of claims 1 to 10, wherein, the power supply device, characterized in that the constant-current constant-voltage controls the output of the power supply. 直流端子間に直流電源が接続され交流端子間に矩形波状電圧を出力するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路の交流端子間に接続された巻線と、
前記巻線と直列接続された共振コンデンサと、
前記矩形波状電圧の周波数を変化させるように前記スイッチング回路が備えたスイッチング素子を制御する制御手段と、
を備え、
前記直流電源の電力により前記巻線と磁気結合した被加熱導体を誘導加熱する電源装置であって、
前記制御手段は、前記矩形波状電圧のHigh時間率を正負の対称動作が許容される所定の範囲内で維持しながら、前記矩形波状電圧の周期を前記制御手段の備えるクロック信号の1クロック周期ずつ変化させることを特徴とする電源装置。
A switching circuit in which a DC power source is connected between the DC terminals and a rectangular wave voltage is output between the AC terminals;
A winding connected between AC terminals of the switching circuit;
A resonant capacitor connected in series with the winding;
Control means for controlling a switching element included in the switching circuit so as to change the frequency of the rectangular wave voltage;
With
A power supply device that induction-heats a heated conductor that is magnetically coupled to the winding by the power of the DC power source,
The control means maintains the high time rate of the rectangular wave voltage within a predetermined range in which positive and negative symmetrical operations are allowed, and sets the period of the rectangular wave voltage by one clock period of the clock signal included in the control means. A power supply device characterized by being changed.
請求項12において、前記所定の範囲内とは、前記矩形波状電圧のHigh時間率が44%から56%の範囲内とすることを特徴とする電源装置。13. The power supply device according to claim 12, wherein the predetermined range is a high time ratio of the rectangular wave voltage within a range of 44% to 56%. 請求項12または請求項13において、前記電源装置は、さらにAC−DCコンバータを備え、
該AC−DCコンバータの入力端子間に交流電源が接続され、出力端子は前記スイッチング回路の直流端子間に接続されたことを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 12 or 13 , further comprising an AC-DC converter,
An AC power supply is connected between input terminals of the AC-DC converter, and an output terminal is connected between DC terminals of the switching circuit.
JP2010230579A 2010-10-13 2010-10-13 Power supply Expired - Fee Related JP5547603B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010230579A JP5547603B2 (en) 2010-10-13 2010-10-13 Power supply
TW100135573A TWI445297B (en) 2010-10-13 2011-09-30 Power supply
CN201110308972.3A CN102447397B (en) 2010-10-13 2011-10-13 Power supply device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010230579A JP5547603B2 (en) 2010-10-13 2010-10-13 Power supply

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012085465A JP2012085465A (en) 2012-04-26
JP5547603B2 true JP5547603B2 (en) 2014-07-16

Family

ID=46009570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010230579A Expired - Fee Related JP5547603B2 (en) 2010-10-13 2010-10-13 Power supply

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5547603B2 (en)
CN (1) CN102447397B (en)
TW (1) TWI445297B (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5704124B2 (en) * 2012-06-14 2015-04-22 株式会社村田製作所 Switching power supply
EP2915241A4 (en) 2012-10-31 2016-12-28 Massachusetts Inst Technology Systems and methods for a variable frequency multiplier power converter
CN103023352B (en) * 2012-12-11 2015-07-08 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 Alternative current-direct current power converter
JP2016189636A (en) * 2013-08-30 2016-11-04 新電元工業株式会社 Resonant multilevel converter
JP2015144554A (en) 2013-12-24 2015-08-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 Power conversion equipment
KR101649153B1 (en) * 2014-11-28 2016-08-18 엘지전자 주식회사 Lighting device
JP5866614B1 (en) * 2014-12-05 2016-02-17 パナソニックIpマネジメント株式会社 Switching power supply
CN105896986B (en) * 2014-12-11 2018-11-13 南京航空航天大学 A kind of controlled resonant converter and its control method
JP2016119790A (en) * 2014-12-22 2016-06-30 株式会社ノーリツ Power factor improvement circuit, switching power supply device and hot-water supply apparatus with the same
TWI602387B (en) * 2016-07-29 2017-10-11 Sea Sonic Electronics Co Ltd Can sense the inductor current boost converter circuit
JP7061548B2 (en) * 2018-10-04 2022-04-28 株式会社日立産機システム Resonant power supply
CN115529709B (en) * 2022-11-24 2023-03-10 中国科学院合肥物质科学研究院 Power supply suitable for plasma gun

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5581171A (en) * 1994-06-10 1996-12-03 Northrop Grumman Corporation Electric vehicle battery charger
US6844702B2 (en) * 2002-05-16 2005-01-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. System, method and apparatus for contact-less battery charging with dynamic control
JP4444076B2 (en) * 2004-11-15 2010-03-31 株式会社東芝 Induction heating cooker
CN101056061B (en) * 2006-04-14 2012-12-05 艾默生网络能源系统北美公司 A resonance circuit modulation control method and system
JP4787712B2 (en) * 2006-10-02 2011-10-05 日立コンピュータ機器株式会社 PWM signal generation circuit and power supply device including the same
TWI352494B (en) * 2007-04-07 2011-11-11 Inductotherm Corp Current fed inverter with pulse regulator for elec
CN101527510B (en) * 2008-03-03 2011-10-05 光宝科技股份有限公司 Control device used in resonance type DC/DC converter
CN101814838B (en) * 2009-02-19 2013-02-27 艾默生网络能源系统北美公司 Control method and device of power converter of resonance topological circuit

Also Published As

Publication number Publication date
TW201233032A (en) 2012-08-01
JP2012085465A (en) 2012-04-26
CN102447397A (en) 2012-05-09
TWI445297B (en) 2014-07-11
CN102447397B (en) 2014-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5547603B2 (en) Power supply
CN102801341B (en) There is the AC/DC transducer of PFC and DC/DC transducer
US10044278B2 (en) Power conversion device
US9929660B2 (en) Electric power conversion device
JP6103445B2 (en) Non-contact charging device power supply device
US8488346B2 (en) Power conversion apparatus and method
US8503204B2 (en) Power converter circuit
JP2015144554A (en) Power conversion equipment
JP2015208171A (en) Power supply unit
JPWO2013136753A1 (en) Non-contact charging device power supply device
JP2009100631A (en) Dc transformer
US8824180B2 (en) Power conversion apparatus
KR20170064100A (en) High Power Factor And High Efficiency Interleaved Dual-Buck Converter And Method Therefor
TW200824251A (en) Inverter circuit and control circuit thereof
KR101572873B1 (en) Dual directional inverter of electric energy storage system
JPWO2017104304A1 (en) Power converter
TWI551024B (en) Ac-dc power conversion device and control method thereof
JP2012222951A (en) Charging device
CN103718446B (en) Switching power unit
JP5457204B2 (en) Full bridge composite resonance type DC-DC converter
RU2464692C1 (en) Voltage converter (versions)
JP3874291B2 (en) Power supply
JP6277087B2 (en) Power converter
US20230047484A1 (en) Method of operating a power converter arrangement, control circuit and power converter arrangement
JP4306234B2 (en) Switching power supply

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121114

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20130809

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131126

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131129

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140415

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140515

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5547603

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees