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JPH067745B2 - Current resonance type converter - Google Patents
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JPH067745B2 - Current resonance type converter - Google Patents

Current resonance type converter

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JPH067745B2
JPH067745B2 JP17708789A JP17708789A JPH067745B2 JP H067745 B2 JPH067745 B2 JP H067745B2 JP 17708789 A JP17708789 A JP 17708789A JP 17708789 A JP17708789 A JP 17708789A JP H067745 B2 JPH067745 B2 JP H067745B2
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resonance
voltage
current
input
output voltage
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政樹 塩谷
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Yokogawa Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、電流共振型コンバータの出力制御特性の改善
に関するものである。
Description: <Industrial application field> The present invention relates to improvement of output control characteristics of a current resonance converter.

<従来の技術> 従来の電流共振型コンバータは、LC共振を利用して、
スイッチング素子の電流の変化を滑らかにする方式のも
ので、スイッチング時のノイズとスイッチングロスが小
さい事が特徴である。
<Prior Art> A conventional current resonance type converter utilizes LC resonance to
It is a system that smoothes the change in the current of the switching element, and is characterized by small noise and switching loss during switching.

この電流共振型コンバータでの出力電圧の制御は、スイ
ッチング周波数fsと共振周波数fnの比(fs/f
n)を変える事により行う。その関係は近似的に次式で
表わされる。
The output voltage control in this current resonance type converter is performed by the ratio (fs / f) of the switching frequency fs and the resonance frequency fn.
This is done by changing n). The relationship is approximately represented by the following equation.

/Vi=fs/fn … ただし、Viは入力電圧、Vは出力電圧である。V 0 / Vi = fs / fn ... However, Vi is an input voltage and V 0 is an output voltage.

通常はスイッチング周波数を変化させて出力電圧を制
御する方式が用いられるが、入力変動が大きい場合に
は、大きな周波数変化が生じる為、出力フィルタの設計
が困難であり、又、複数のコンバータを並列に運転する
場合には干渉が起こる等の課題を持つ。一方、共振用の
可変インダクタを用い、共振周波数を変化させて出力電
圧を制御する同一出願人に係わる先行技術があり、スイ
ッチング周波数を一定に出来るという利点がある。
Normally, the method of controlling the output voltage by changing the switching frequency is used, but when the input fluctuation is large, a large frequency change occurs, so it is difficult to design the output filter, and multiple converters are connected in parallel. When driving, there are problems such as interference. On the other hand, there is a prior art related to the same applicant who controls the output voltage by changing the resonance frequency by using a variable inductor for resonance, and has an advantage that the switching frequency can be made constant.

<発明が解決しようとする課題> しかしながら、上記従来技術に示す共振用インダクタン
スの値を変えて出力制御する方式においては、スイッチ
ング周波数を一定に出来る反面、入力範囲が広範な場合
は共振電流のピーク値が大きくなってしまう。例えば、
第8図はk倍の入力電圧変動に対してインダクタンスL
rを変えて出力電圧を制御した場合の特性図である。入
力電圧Vi=Vi1の時に、必要な電力電圧Vを出力出
来る様な共振周波数fnとなり、かつ共振電流ピーク値
Ipを最少に出来る特性インピーダンスZnとなる様な
Lr、Crを決める。
<Problems to be Solved by the Invention> However, in the method of controlling the output by changing the value of the resonance inductance as shown in the above-mentioned prior art, while the switching frequency can be made constant, the peak of the resonance current is generated when the input range is wide. The value becomes large. For example,
FIG. 8 shows the inductance L with respect to the input voltage fluctuation of k times.
FIG. 6 is a characteristic diagram when the output voltage is controlled by changing r. When the input voltage Vi = Vi1, Lr and Cr are determined so that the resonance frequency fn can output the required power voltage V 0 and the characteristic impedance Zn can minimize the resonance current peak value Ip.

出力電圧制御が行われていると、入力電圧Viが増加す
るにつれて、インダクタンスLrが小さくなり(共振周
波数fnを大きくする為に)、特性インピーダンスZn
は減少するので、共振電流ピーク値Ip(=Vi1/Z
n)は増加していく。入力電圧Vi2(=kVi1)では、
共振周波数fnはk倍(fn1→kfn1)、特性インピー
ダンスZnは1/k倍(Zn→Zn/k)、共振電流ピ
ーク値Ipはk倍(Ip1→kIp1)の変化が必要と
なる。従って、入力範囲kが大きいと、スイッチング素
子に大電流が流れ、スイッチング素子に掛るストレスが
大きくなり、広範な入力範囲に対応出来なくなるという
課題がある。
When the output voltage control is performed, the inductance Lr decreases (in order to increase the resonance frequency fn) as the input voltage Vi increases, and the characteristic impedance Zn.
Is decreased, the resonance current peak value Ip (= Vi1 / Z
n) is increasing. At the input voltage Vi2 (= kVi1),
The resonance frequency fn needs to be changed by k times (fn1 → kfn1), the characteristic impedance Zn needs to be changed by 1 / k times (Zn → Zn / k), and the resonance current peak value Ip needs to be changed by k 2 times (Ip1 → k 2 Ip1). . Therefore, when the input range k is large, a large current flows through the switching element, the stress applied to the switching element becomes large, and there is a problem that it cannot cope with a wide input range.

本発明は上記従来技術に示す課題を踏まえて成されたも
のであり、共振用インダクタンスの値を変えて出力制御
する方式の電流共振型コンバータであって、入力電圧が
変動しても、スイッチング素子に流れる電流のピーク値
が大きくならず、広範な入力電圧範囲にも対応する事の
出来る電流共振型コンバータを提供する事を目的とした
ものである。
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and is a current resonance type converter of a method of controlling output by changing a value of a resonance inductance, and a switching element even if an input voltage changes. It is an object of the present invention to provide a current resonance type converter which can cope with a wide input voltage range without increasing the peak value of the current flowing in the converter.

<課題を解決するための手段> 上記課題を解決する為の本発明の構成は、入力電圧に関
連する信号が印加され、スイッチ手段と可変インダクタ
とコンデンサが直列に接続するLC共振回路と、前記入
力電圧と第1の基準電圧とを比較して前記スイッチ手段
を制御するスイッチ制御回路と、前記コンデンサ両端の
電圧に基づく出力電圧と第2の基準電圧の差から前記可
変インダクタの制御電流を増減させる出力電圧制御回路
とを備え、制御電流で前記LC共振回路の共振周波数を
変化させる事により、出力電圧を前記第2の基準電圧に
対応する一定値に制御し、かつ前記スイッチ制御回路が
前記第1の基準電圧より低い入力電圧の場合は共振を2
回以上行なわせ、前記第1の基準電圧より高い入力電圧
の場合は共振を1回行なわせる様に構成した事を特徴と
するものである。
<Means for Solving the Problems> The configuration of the present invention for solving the above problems is an LC resonance circuit to which a signal related to an input voltage is applied, and a switch means, a variable inductor and a capacitor are connected in series, A switch control circuit that controls the switch means by comparing an input voltage with a first reference voltage, and a control current of the variable inductor is increased or decreased based on a difference between an output voltage based on a voltage across the capacitor and a second reference voltage. An output voltage control circuit for controlling the output voltage to change to a constant value corresponding to the second reference voltage by changing the resonance frequency of the LC resonance circuit with a control current, and the switch control circuit controls the output voltage. When the input voltage is lower than the first reference voltage, the resonance is 2
It is characterized in that the resonance is performed once or more, and the resonance is performed once when the input voltage is higher than the first reference voltage.

<作用> 本発明によると、共振用インダクタンスを考えて出力電
圧を制御する方式の電流共振型コンバータにおいて、低
い入力電圧の場合は共振を2回以上行い、高い入力電圧
の場合は共振を1回行う事により、入力電圧変動による
共振電流のピーク値の変化を小さくする事が出来るの
で、スイッチング素子のストレスが低減され、広い入力
電圧範囲にも対応する事が出来る。
<Operation> According to the present invention, in the current resonance type converter of the method of controlling the output voltage in consideration of the resonance inductance, the resonance is performed twice or more when the input voltage is low, and the resonance is performed once when the input voltage is high. By doing so, it is possible to reduce the change in the peak value of the resonance current due to the input voltage fluctuation, so that the stress of the switching element is reduced and it is possible to cope with a wide input voltage range.

<実施例> 以下、本発明を図面に基づいて説明する。<Examples> Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明に係わる電流共振型コンバータの一実施
例を示す構成図であり、ハーフブリッジ回路方式のもの
を示す。なお、本発明は、スイッチング素子に並列接続
されたダイオード等により、逆方向電流が流れる構成と
された全波形の電流共振型コンバータに関するものであ
り、これに対し、スイッチング素子の逆方向電流を直列
に接続されたダイオード等で阻止する構成とされた半波
形の電流共振型コンバータがある。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a current resonance type converter according to the present invention, which is of a half bridge circuit type. The present invention relates to a full-waveform current resonance type converter configured such that a reverse current flows through a diode or the like connected in parallel to the switching element. There is a half-wave current resonant converter configured to block with a diode or the like connected to.

第1図において、Viは入力電圧、1、2は入力電圧V
iを2分割する分割コンデンサ、3、4は入力電圧Vi
の両端に直列に接続するMOSFET等のスイッチング素子、
5、6はMOSFET3、4の寄生ダイオード、7、8はMOSF
ET3、4のゲート・ソース端子間に接続してMOSFET3、
4を駆動するゲートドライブ回路、9は分割コンデンサ
1、2の接続点にインダクタ用巻線の一端が接続する共
振用の可変インダクタ、10はMOSFET3、4の接続点と
可変インダクタ9のインダクタ用巻線の他端に1次巻線
の両端が接続するトランス、11はトランス10の1次
巻線の両端に接続された共振用のコンデンサ、12、1
3はトランス10の2次巻線の両端にそれぞれアノード
側が接続する整流用ダイオード、14は整流用ダイオー
ド12、13のカソード側にその一端が接続するチョー
クコイル、15、16はそれぞれチョークコイル14の
他端とトランス10の中点との間に接続するフィルタ用
コンデンサ及び負荷抵抗であり、14、15は出力フィ
ルタを構成する。17、18は負荷抵抗16の両端の電
圧を分圧する分圧用抵抗、19は第2の基準電圧、20
は分圧用抵抗17、18による分圧出力と第2の基準電
圧19との差をとり増幅する誤差増幅器、21は負荷抵
抗16の両端の電圧で駆動されるベース駆動回路、22
はベース駆動回路21の出力の電流増幅を行い可変イン
ダクタ9の制御巻線を駆動する電流制御用のトランジス
タであり、17〜22で出力電圧制御回路を構成してい
る。又、23、24は入力電圧Viを分圧する分圧用抵
抗、25は第1の基準電圧、26は分圧用抵抗23、2
4による入力電圧Viの分圧出力と第1の基準電圧25
との差をとり増幅する誤差増幅器、27は誤差増幅器2
6の出力から入力電圧Viの大きさに対応して、共振回
数を決め、それに基づいてMOSFET3、4のスイッチング
のタイミングを制御するゲートドライブ制御回路であ
り、23〜27でスイッチ制御回路を構成している。
In FIG. 1, Vi is an input voltage, 1 and 2 are input voltages V
A dividing capacitor for dividing i into two, 3 and 4 are input voltages Vi
A switching element such as MOSFET connected in series at both ends of
5 and 6 are parasitic diodes of MOSFETs 3 and 4, 7 and 8 are MOSF
MOSFET3, connected between the gate and source terminals of ET3,4
4 is a gate drive circuit for driving 4; 9 is a resonance variable inductor in which one end of the inductor winding is connected to the connection point of the divided capacitors 1 and 2; 10 is a connection point of the MOSFETs 3 and 4 and the inductor winding of the variable inductor 9; A transformer in which both ends of the primary winding are connected to the other end of the wire, 11 is a resonance capacitor connected to both ends of the primary winding of the transformer 10, 12, 1
3 is a rectifying diode whose anode side is connected to both ends of the secondary winding of the transformer 10, 14 is a choke coil whose one end is connected to the cathode side of the rectifying diodes 12 and 13, and 15 and 16 are choke coils 14 respectively. A filter capacitor and a load resistor connected between the other end and the middle point of the transformer 10, and 14 and 15 form an output filter. Reference numerals 17 and 18 denote voltage dividing resistors for dividing the voltage across the load resistor 16, 19 denotes a second reference voltage, and 20
Is an error amplifier for amplifying the difference between the divided output by the voltage dividing resistors 17 and 18 and the second reference voltage 19, 21 is a base driving circuit driven by the voltage across the load resistor 16, 22
Is a transistor for current control that amplifies the output of the base drive circuit 21 and drives the control winding of the variable inductor 9, and 17 to 22 form an output voltage control circuit. Further, 23 and 24 are voltage dividing resistors for dividing the input voltage Vi, 25 is a first reference voltage, 26 is a voltage dividing resistor 23, 2.
And the first reference voltage 25
An error amplifier for amplifying the difference between
6 is a gate drive control circuit that determines the number of resonances according to the magnitude of the input voltage Vi from the output of 6, and controls the switching timing of the MOSFETs 3 and 4 based on the number of resonances. ing.

この様な構成の電流共振型コンバータの動作を以下に説
明する。まず、その基本動作を第2図の動作波形図を用
いて説明する。
The operation of the current resonance converter having such a configuration will be described below. First, the basic operation will be described with reference to the operation waveform diagram of FIG.

(I)T0≦t≦T1の期間 時刻T0の直前では2つのMOSFET3、4は共にオフで、
2次側では整流ダイオード12、13を通って、負荷電
流I0が還流している。時刻T0でゲート・ソース電圧V
gs1によりMOSFET3がオンすると、ドレイン・ソース電
流Ids1はトランス10の1次巻線及び可変インダクタ
9を通ってリニアに増加し、これが整流ダイオード13
がオフするまで続く。
(I) T0 ≦ t ≦ T1 period Immediately before time T0, the two MOSFETs 3 and 4 are both off,
On the secondary side, the load current I0 flows back through the rectifying diodes 12 and 13. Gate-source voltage V at time T0
When the MOSFET 3 is turned on by gs1, the drain-source current Ids1 linearly increases through the primary winding of the transformer 10 and the variable inductor 9, which causes the rectification diode 13
Continues until turns off.

(II)T1≦t≦T2の期間 時刻T1で整流ダイオード13が逆バイアスされてオフ
すると、共振用コンデンサ11及び可変インダクタ9に
よる共振が開始される。
(II) Period of T1 ≦ t ≦ T2 At time T1, when the rectifying diode 13 is reverse-biased and turned off, resonance by the resonance capacitor 11 and the variable inductor 9 starts.

(III)T2≦t≦T3の期間 共振電流ILが負となり、MOSFET3の寄生ダイオード5
を通って入力側へ電力を回生する方向に電流が流れる。
この間にゲートソース電圧Vgs1によりMOSFET3をオフ
するので(t=Ta)、MOSFET3に電流が流れていない
時にターンオフ出来(零電流スイッチング)、スイッチ
ングロスが生じない。この時、共振電流のピーク値は次
の様な条件を満たさなければならない。(零電流スイッ
チングの為の条件) Vi/Zn=I0/N ただし、 N:トランス10の巻数比 (IV)T3≦t≦T4の期間 時刻T3において共振電流ILは流れなくなるので、共
振用コンデンサ11は整流ダイオード13がオンするま
でリニアに放電を続け、時刻T4で放電を終わる。
(III) T2 ≦ t ≦ T3 period The resonance current IL becomes negative and the parasitic diode 5 of the MOSFET 3
A current flows in the direction of regenerating electric power to the input side through.
During this period, the MOSFET 3 is turned off by the gate-source voltage Vgs1 (t = Ta), so that the MOSFET 3 can be turned off when no current is flowing (zero current switching) and no switching loss occurs. At this time, the peak value of the resonance current must satisfy the following conditions. (Conditions for zero current switching) Vi / Zn = I0 / N N: Turn ratio of the transformer 10 (IV) Period of T3 ≦ t ≦ T4 At time T3, the resonance current IL stops flowing, so the resonance capacitor 11 continues to discharge linearly until the rectifying diode 13 is turned on, and discharges at time T4. Ends.

T1≦t≦T3の期間では、2次側では整流ダイオード
12だけが順方向バイアスされてオンしている。
During the period of T1 ≦ t ≦ T3, only the rectifying diode 12 is forward biased and turned on on the secondary side.

この後、MOSFET4がターンオンする場合も上記と同様の
動作をするが、可変インダクタ9を流れる共振電流IL
の方向がMOSFET3とは逆になる。この様にMOSFET3と4
とが交互にオンしながら入力エネルギを2次側へ送って
いく。
After that, when the MOSFET 4 is turned on, the same operation as above is performed, but the resonance current IL flowing through the variable inductor 9
Direction is opposite to that of MOSFET 3. In this way MOSFETs 3 and 4
While and are alternately turned on, the input energy is sent to the secondary side.

次に、可変インダクタによる出力電圧制御について、第
1図及び、第3図に示す入力電圧変動に対応する共振波
形の比較図を用いて説明する。
Next, output voltage control by the variable inductor will be described with reference to FIGS. 1 and 3 which are comparative diagrams of resonance waveforms corresponding to input voltage fluctuations.

第3図に示す様に、入力電圧Vi2で動作している時(第
3図(イ))に、入力電圧がVi1(Vi2=kVi1、k>
1)に下がった(第3図(ロ))とすると、入出力電圧
比とfs/fnの関係は前記式より、 V0=(fs/fn)Vi ただし、 であるから、その直後に出力電圧V0も低下する。出力
電圧V0が低下すると、誤差増幅器20の負入力は第2
の基準電圧19より小さくなり、誤差増幅器20の出力
は正となる。ベース駆動回路21と電流制御用トランジ
スタ22は、誤差増幅器20の出力が正の時、制御電流
Ictが小さくなる様に構成している為、可変インダクタ
9のインダクタンスLrは増加する。即ち、入力電圧V
i1の時の可変インダクタ9のインダクタンスをLr1、入
力電圧Vi2の時のインダクタンスをLr2とすると、特性
インピーダンスZnと共振周波数fnと共振電流ILの
ピーク値Ipは、それぞれ次式で表わされる。
As shown in FIG. 3, when operating at the input voltage Vi2 (FIG. 3 (a)), the input voltage is Vi1 (Vi2 = kVi1, k>
1) (FIG. 3 (b)), the relationship between the input / output voltage ratio and fs / fn is expressed by the following equation: V0 = (fs / fn) Vi Therefore, immediately after that, the output voltage V0 also decreases. When the output voltage V0 decreases, the negative input of the error amplifier 20 becomes the second
Becomes smaller than the reference voltage 19 and the output of the error amplifier 20 becomes positive. Since the base drive circuit 21 and the current control transistor 22 are configured so that the control current Ict becomes small when the output of the error amplifier 20 is positive, the inductance Lr of the variable inductor 9 increases. That is, the input voltage V
When the inductance of the variable inductor 9 at i1 is Lr1 and the inductance at the input voltage Vi2 is Lr2, the characteristic impedance Zn, the resonance frequency fn, and the peak value Ip of the resonance current IL are respectively expressed by the following equations.

(入力電圧Vi1の時) Ip1=Vi1/Zn1 …−1 (入力電圧Vi2の時) Ip2=Vi2/Zn2=k・Ip1 …−2 ただし、Lr2=(1/k)Lr1、Vi2=kVi1、k>
Oである。
(When the input voltage is Vi1) Ip1 = Vi1 / Zn1 ...- 1 (when the input voltage is Vi2) Ip2 = Vi2 / Zn2 = k 2 · Ip1 ... -2 However, Lr2 = (1 / k 2 ) Lr1, Vi2 = kVi1, k>
It is O.

又、入力電圧変動前後の出力電圧は次式となる。Further, the output voltage before and after the fluctuation of the input voltage is given by the following equation.

(変動前) Vo2=(fs/fn2)Vi2 …−1 (変動後) Vo1=(fs/fn1)Vi1 …−2 ただし、Vi2=kVi1、fsは一定 従って、入力電圧がVi2からVi1へ減少すると、可変イ
ンダクタのインダクタンスLr1へ増加する為、共振周波
数はfn1へ下っていき、出力電圧がVo1=02となった時
点で安定する。この様に、可変インダクタを制御する事
により、入力変動に対して、出力電圧を一定に保つ事が
出来る。
(Before change) Vo2 = (fs / fn2) Vi2 ...- 1 (After change) Vo1 = (fs / fn1) Vi1 ...- 2 However, Vi2 = kVi1, fs is constant Therefore, when the input voltage decreases from Vi2 to Vi1 Since the inductance of the variable inductor is increased to Lr1, the resonance frequency drops to fn1 and becomes stable when the output voltage becomes Vo1 = 02. In this way, by controlling the variable inductor, the output voltage can be kept constant against input fluctuations.

次に、入力範囲が2倍の場合における共振電流ピーク値
を低減させるスイッチ制御回路(第1図中23〜27)
の動作を第4図を用いて説明する。なお、入力電圧Vi
の範囲は、Vi1≦Vi≦Vi2、Vi2=2Vi1とする。入
力電圧Viを分圧用抵抗23、24により分圧し、誤差
増幅器26にて、前記分圧出力と第1の基準電圧25と
の差をとり増幅する。その出力が、 の範囲であるか、 の範囲であるかを判定する。
Next, a switch control circuit (23 to 27 in FIG. 1) that reduces the resonance current peak value when the input range is doubled.
The operation will be described with reference to FIG. The input voltage Vi
The range is Vi1 ≦ Vi ≦ Vi2, Vi2 = 2Vi1. The input voltage Vi is divided by the voltage dividing resistors 23 and 24, and the error amplifier 26 amplifies the difference between the divided output and the first reference voltage 25. The output is Range of It is determined whether it is within the range.

の範囲であれば、第4図(イ)及び(ロ)に示す様に、
スイッチング1周期中に共振を2回行わせる様に、ゲー
トドライブ制御回路27はMOSFET3、4のゲートドライ
ブ回路7、8に指令を出す。一方、 の範囲であれば、第4図(ハ)及び(ニ)に示す様に、
共振を1回行う様に指令を出す。
If the range is, as shown in FIGS. 4 (a) and (b),
The gate drive control circuit 27 issues a command to the gate drive circuits 7 and 8 of the MOSFETs 3 and 4 so that resonance is performed twice in one switching cycle. on the other hand, If the range is, as shown in FIGS. 4 (c) and 4 (d),
It issues a command to resonate once.

仮に、従来の様に1回の共振で全入力範囲をカバーしよ
うとすると、第5図に示すa(点線)の様に共振電流I
pは4倍の変動範囲を必要とする。従って、MOSFETには
少なくともIoMAX+4Ip1の電流が流れてしまう。これ
に対し、第1図の装置によれば、入力範囲を2つのレン
ジに分け、両方のレンジにおいて、ピーク電流を小さく
出来る様な特性インピーダンスZnを設計出来る為、第
5図に示すb(実線)及びcの様に、電流ピーク値を低
減する事がある。即ち、前記式より、スイッチング周
波数fs、出力電圧V及び入力範囲kが決定すると、
必要な共振周波数fnの範囲が第6図a(点線)の様に
求まる。第6図のaは、1回の共振で全入力範囲をカバ
ーする場合、入力電圧Vi1〜2Vi1(入出力電圧比V
/Vi1〜V/2Vi1)に対して共振周波数fn1〜2f
n1が必要となる事を示す。一方、前記式は下記の様に
表わされ、 V/Vi=fs/fn=Tn/Ts ただし、Tn=1/fn、Ts=1/fs 入出力比はスイッチング周期Tsと共振電流の通電期間
Tnの時比率で決定される。従って、第7図に示す様
に、Ts期間中にfn1の共振を1回行う場合(イ図)
と、2fn1の共振を2回行なわせる場合(ロ図)とは等
価であり、V/Viは等しくなる(fs/fn1=f
s/2/2fn1)。従 にする事により、所望の入出力電圧比V/2Vi1〜V
/Vi1が得られる事が解る。
If it is attempted to cover the entire input range with a single resonance as in the conventional case, the resonance current I becomes as shown by a (dotted line) in FIG.
p requires a 4-fold variation range. Therefore, a current of at least IoMAX + 4Ip1 flows through the MOSFET. On the other hand, according to the device of FIG. 1, the input range can be divided into two ranges, and the characteristic impedance Zn that can reduce the peak current can be designed in both ranges. ) And c, the current peak value may be reduced. That is, when the switching frequency fs, the output voltage V 0, and the input range k are determined from the above equation,
The required range of the resonance frequency fn is obtained as shown in Fig. 6a (dotted line). In FIG. 6A, when the entire input range is covered by one resonance, the input voltage Vi1 to 2Vi1 (input / output voltage ratio V 0
/ Vi1~V 0 / 2Vi1) resonance frequency against fn1~2f
Indicates that n1 is required. On the other hand, the above formula is expressed as follows: V 0 / Vi = fs / fn = Tn / Ts where Tn = 1 / fn, Ts = 1 / fs The input / output ratio is the switching cycle Ts and the resonance current It is determined by the duty ratio of the period Tn. Therefore, as shown in Fig. 7, when the resonance of fn1 is performed once during the Ts period (Fig. A)
Is equivalent to the case where resonance of 2fn1 is performed twice (b), and V 0 / Vi becomes equal (fs / fn1 = f
s / 2 / 2fn1). Servant By setting the desired input / output voltage ratio V 0 / 2Vi 1 to V
It is understood that 0 / Vi1 can be obtained.

2回共振させた場合の入力電圧Vi1及び 1回共振させた場合の入力電圧 及び2Vi1における特性インピーダンスZn、共振ピー
ク電流Ip、MOSFETを流れる電流ILのピーク値の計算
式を求める。ただし、入力電圧 において、MOSFETのオン、オフ時間、ゲートドライブ回
路と制御回路の遅れ時間等を考慮して、回生電流が最も
小さくなる様に特性インピーダンスを設計し、その値を
Zaとする。
Input voltage Vi1 when resonating twice and Input voltage when resonating once And a calculation formula of the characteristic impedance Zn at 2Vi1, the resonance peak current Ip, and the peak value of the current IL flowing through the MOSFET. However, the input voltage In consideration, the characteristic impedance is designed so that the regenerative current is minimized in consideration of the on / off time of the MOSFET, the delay time of the gate drive circuit and the control circuit, and the value is set to Za.

となり、共振ピーク電流Ipの値は、どちらの入力レン
ジにおいても、Ip1〜2Ip1となり、2倍の変化範囲に
収める事が出来る。実際は、2回目の共振が1回目より
僅かに減衰するので、減衰分の入力エネルギを補充する
分だけ共振ピーク電流Ipが少し大きくなるが、1回の
共振で全入力をカバーするよりは遥かに少ない共振ピー
ク電流Ipですむ事になる。
Therefore, the value of the resonance peak current Ip becomes Ip1 to 2Ip1 in both input ranges, and can be kept in the double change range. Actually, since the second resonance is slightly attenuated compared to the first resonance, the resonance peak current Ip becomes a little larger by supplementing the input energy for the attenuation, but it is far more than the one resonance covers all the inputs. A small resonance peak current Ip will suffice.

なお、上記実施例では入力範囲が2倍の場合について説
明したが、任意の入力範囲においても、2回共振を用い
て入力レンジを2分する事により、共振ピーク電流を低
減する事が出来る。
In the above embodiment, the case where the input range is doubled has been described, but even in an arbitrary input range, the resonance peak current can be reduced by dividing the input range into two by using resonance twice.

又、上記実施例においては、入力レンジ1(共振1
回)、入力レンジ2(共振2回)の2つのレンジで共振
電流を低減させる例を示したが、一般には入力電圧範囲
に応じて任意のn個のレンジ (共振n回)を設定する事が出来る。
In the above embodiment, the input range 1 (resonance 1
However, an example in which the resonance current is reduced in two ranges, that is, the input range 2 (resonance 2 times) is shown, but in general, any n number of ranges (resonance n times) should be set according to the input voltage range. Can be done.

又、上記実施例で例示したスイッチング素子はMOSFETに
限定されるものではない。
Further, the switching element illustrated in the above embodiment is not limited to the MOSFET.

<発明の効果> 以上、実施例と共に具体的に説明した様に、本発明によ
れば、スイッチング周波数が一定のままで、出力電圧を
一定値に制御する事が出来ると共に、入力電圧変動によ
る共振電流のピーク値の変化を小さくする事が出来るの
で、スイッチング素子のストレスが軽減され、広い入力
電圧範囲にも対応する事が出来る電流共振型コンバータ
を実現する事が出来る。
<Effects of the Invention> As described above in detail with reference to the embodiments, according to the present invention, the output voltage can be controlled to a constant value while the switching frequency remains constant, and the resonance due to the input voltage fluctuation can be achieved. Since the change in the peak value of the current can be reduced, the stress of the switching element is reduced, and a current resonance type converter that can handle a wide input voltage range can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係わる電流共振型コンバータの一実施
例を示す構成図、第2図は第1図装置の動作を説明する
為の動作波形図、第3図は入力電圧変動に対応する共振
波形の比較図、第4図は第1図装置により共振電流ピー
ク値が低減する様子を示す共振波形図、第5図は第1図
装置における入力電圧と共振周波数及び共振電流ピーク
値の関係を示す特性図、第6図は入力範囲が2倍の場合
の入出力電圧比と共振周波数の関係を示す特性図、第7
図は2回共振の場合のスイッチング周波数と共振周波数
の関係を示す図、第8図は従来の電流共振型コンバータ
において、k倍の入力電圧変動に対してインダクタンス
Lrを変えて出力電圧を制御した場合の特性図である。 9…共振用可変インダクタ、11…共振用コンデンサ、
17、18、23、24…分圧用抵抗、19…第2の基
準電圧、20、26…誤差増幅器、21…ベース駆動回
路、22…電流制御用トランジスタ、25…第1の基準
電圧、27…ゲートドライブ制御回路、Vi…入力電
圧、V…出力電圧。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a current resonance type converter according to the present invention, FIG. 2 is an operation waveform diagram for explaining the operation of the apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 corresponds to input voltage fluctuation. FIG. 4 is a resonance waveform diagram showing how the resonance current peak value is reduced by the device of FIG. 1, and FIG. 5 is a relationship between the input voltage, the resonance frequency and the resonance current peak value of the device of FIG. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the input / output voltage ratio and the resonance frequency when the input range is double, and FIG.
The figure shows the relationship between the switching frequency and the resonance frequency in the case of double resonance, and FIG. 8 shows the conventional current resonance type converter in which the output voltage is controlled by changing the inductance Lr with respect to the input voltage fluctuation of k times. It is a characteristic diagram in a case. 9 ... Resonant variable inductor, 11 ... Resonant capacitor,
17, 18, 23, 24 ... Voltage dividing resistors, 19 ... Second reference voltage, 20, 26 ... Error amplifier, 21 ... Base drive circuit, 22 ... Current control transistor, 25 ... First reference voltage, 27 ... Gate drive control circuit, Vi ... Input voltage, V 0 ... Output voltage.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入力直流電源にスイッチ素子,可変インダ
クタとコンデンサから成るLC共振回路,整流回路及び
平滑回路を備え、この平滑回路より出力電圧を得るよう
にした不連続モードの電流共振形コンバータにおいて、 動作時の前記入力直流電圧を検出してその電圧が予め区
分された入力電圧レンジの内のどのレンジに入るかを判
定する回路と、その判定結果に従って前記スイッチ素子
のオン時間を切り換えることにより前記入力直流電圧の
値に応じてスイッチングの1周期中の共振回数を変える
制御手段と、前記出力電圧と基準電圧の差から前記可変
インダクタの制御電流を増減させて前記LC共振回路の
共振周波数を変化させることにより前記出力電圧を前記
基準電圧に対応する一定値に制御する出力電圧制御回路
とを備えたことを特徴とする電流共振形コンバータ。
1. A discontinuous mode current resonance type converter in which an input DC power supply is provided with a switching element, an LC resonance circuit including a variable inductor and a capacitor, a rectification circuit and a smoothing circuit, and an output voltage is obtained from the smoothing circuit. A circuit for detecting the input DC voltage during operation and determining which range of the input voltage range the voltage is divided into, and switching the ON time of the switch element according to the determination result. Control means for changing the number of resonances in one cycle of switching according to the value of the input DC voltage, and increasing or decreasing the control current of the variable inductor from the difference between the output voltage and the reference voltage to change the resonance frequency of the LC resonance circuit. And an output voltage control circuit for controlling the output voltage to a constant value corresponding to the reference voltage by changing the output voltage. Characteristic current resonance type converter.
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