JP2799760B2 - Resonant converter - Google Patents

Resonant converter

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義雄 鈴木
靖生 大橋
豊 鍬田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は共振形コンバータ,特に低入力電圧,大電
力,高周波動作の共振形コンバータに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resonant converter, and more particularly to a resonant converter operating at a low input voltage, a large power, and a high frequency.

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by conventional technology and invention]

共振形コンバータはスイッチング損失が小さくなり,
特に変換周波数を高くした場合にその効果が大きく,ひ
ろく使われている。しかるに,低入力電圧で比較的大電
流の場合には共振用インダクタンスを低くしないと回路
設計条件を満たすことができない。この場合には,漏洩
インダクタンスが共振インダクタンスに比較して無視で
きなくなる程大きい値となる。したがってこの漏洩イン
ダクタンスをむしろ積極的に共振インダクタンスとして
利用し,専用のインダクタを省くことになるが,それで
もなお,所定インダクタンス値より大きいインダクタン
ス値にとどまる。本発明はこのような,低入力電圧,大
出力電圧,高周波動作の共振コンバータを実現するため
の条件たる低インダクタンスを実現することを第1の課
題とする。
Resonant converters have low switching loss,
In particular, when the conversion frequency is increased, the effect is large and widely used. However, in the case of a low input voltage and a relatively large current, the circuit design conditions cannot be satisfied unless the resonance inductance is reduced. In this case, the value of the leakage inductance becomes so large that it cannot be ignored compared to the resonance inductance. Therefore, this leakage inductance is used as a resonance inductance rather positively, and a dedicated inductor is omitted, but the inductance value is still larger than a predetermined inductance value. A first object of the present invention is to realize a low inductance, which is a condition for realizing such a resonant converter operating at a low input voltage, a large output voltage, and a high frequency.

また,このような高周波大電力の共振形コンバータで
は変圧器のコアは高周波損失の低い材料を選んで使用す
るが,それでもなおコアの自己損失による発熱量が大き
く,コアの温度上昇により許容磁束密度が低下する。そ
こでコア断面積を増加させて解決しようとするが,断面
積増加に伴い,放熱条件が低下するため,増加した断面
積分の磁束密度がとれない結果となる。本発明は共振形
コンバータにおいて,必要最小限のコア断面積の変圧器
を得ることを第2の課題とする。
In such a high-frequency, high-power resonant converter, the core of the transformer uses a material with a low high-frequency loss. However, the heat generated by the self-loss of the core is still large. Decrease. Therefore, an attempt is made to solve the problem by increasing the cross-sectional area of the core. However, as the cross-sectional area increases, the heat radiation condition is reduced, so that the magnetic flux density of the increased sectional integral cannot be obtained. A second object of the present invention is to obtain a transformer having a minimum necessary core cross-sectional area in a resonant converter.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は以上の課題を解決するため, 互いに等しい巻数の複数の変圧器の各一次巻線を同極性
に並列接続し,この変圧器の各二次巻線を同極性に並列
接続すると共に,並列接続された複数の変圧器の一次巻
線に現れる総合漏洩インダクタンスとコンデンサとによ
り直列共振回路を形成するものである。また必要に応じ
て,独立のインダクタンスを設ける。
In order to solve the above problems, the present invention connects the primary windings of a plurality of transformers having the same number of turns in parallel with each other in the same polarity, and connects the secondary windings of the transformers in parallel with the same polarity. A series resonance circuit is formed by a total leakage inductance and a capacitor appearing in primary windings of a plurality of transformers connected in parallel. If necessary, provide an independent inductance.

〔作用〕[Action]

変圧器の各一次巻線は並列接続されるので,漏洩イン
ダクタンスは並列個数分だけ減少する。また,各二次巻
線についても並列接続されているので,漏洩インダクタ
ンスは同様に減少する。従って,一次側からみたインダ
クタンスは並列個数分だけ減少する。従って単一の変圧
器の場合より等価インダクタンスが低くなる。
Since each primary winding of the transformer is connected in parallel, the leakage inductance is reduced by the number in parallel. In addition, since the secondary windings are also connected in parallel, the leakage inductance is similarly reduced. Therefore, the inductance seen from the primary side decreases by the number of parallel units. Therefore, the equivalent inductance is lower than in the case of a single transformer.

また,複数のコアのため,単一の相当断面積のコアの
場合より総表面積が大きいので,放熱効果が向上する。
In addition, since a plurality of cores have a larger total surface area than a single core having an equivalent cross-sectional area, the heat radiation effect is improved.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明の一実施例を示す図である。先ず構
成を説明すると,入力端子11,12から直流電圧を受け
て,ほぼ等しい値のコンデンサ21,22にそれぞれ半分づ
つの電圧を蓄える。これらのコンデンサ21,22にはそれ
ぞれダイオード23,24が並列接続される。また入力端子1
1,12は互いに直列接続された電界効果トランジスタ31,3
2にも接続される。ここで,コンデンサ21と22の接続中
点を節点81とし,電界効果トランジスタ31と32との接続
中点を節点82とする。節点81と82との間に変圧器4,5,6
の各一次巻線41,51,61がそれぞれ漏洩インダクタンス4
2,52,62を介して並列に接続される。漏洩変圧器4の二
次巻線43,44は中点47を挟んで,互いに等しい巻数であ
り,それぞれ漏洩インダクタンス45,46が直列に存在し
ている。変圧器5,6についても同様である。これら変圧
器4,5,6の二次巻線は節点91,92,93でそれぞれ並列接続
されている。これらの節点91,92,93から各巻線までの接
続線の長さは極力短く,且つ互いにほぼ等しくなるよう
配置する。そして節点91はダイオード71を介し,節点92
はダイオード72を介し,共にコンデンサ73の正端子に接
続される。また節点92はコンデンサ73の負端子に接続さ
れる。コンデンサ73の両端は出力端子74,75に接続され
る。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. First, the configuration will be described. A DC voltage is received from the input terminals 11 and 12 and half of the voltage is stored in capacitors 21 and 22 having substantially the same value. Diodes 23 and 24 are connected in parallel to these capacitors 21 and 22, respectively. Input terminal 1
1,12 are field-effect transistors 31,3 connected in series with each other.
Also connected to 2. Here, a connection point between the capacitors 21 and 22 is a node 81, and a connection point between the field effect transistors 31 and 32 is a node 82. Transformers 4,5,6 between nodes 81 and 82
The primary windings 41, 51, and 61 have leakage inductance 4
They are connected in parallel via 2,52,62. The secondary windings 43 and 44 of the leakage transformer 4 have the same number of turns with respect to the midpoint 47, and leakage inductances 45 and 46 are present in series, respectively. The same applies to the transformers 5 and 6. The secondary windings of these transformers 4, 5, 6 are connected in parallel at nodes 91, 92, 93, respectively. The lengths of the connecting wires from these nodes 91, 92, 93 to the windings are arranged as short as possible and substantially equal to each other. The node 91 is connected via the diode 71 to the node 92.
Are both connected to the positive terminal of a capacitor 73 via a diode 72. Node 92 is connected to the negative terminal of capacitor 73. Both ends of the capacitor 73 are connected to output terminals 74 and 75.

このように構成された共振コンバータにおいて,変圧
器4,5,6はそれぞれ対応する巻線が並列接続されている
ので,等価的には,各漏洩インダクタンスが並列接続さ
れた構成となる。
In the resonant converter thus configured, the transformers 4, 5, and 6 have the respective windings connected in parallel, so equivalently, each of the leakage inductances is connected in parallel.

つまり,漏洩インダクタンスは等価的に三分されて,
各巻線の巻数がすべて等しいとすれば, Leq≒(Llp+Lls)/3 とあらわされる。ここに, Leq:等価総合漏洩インダクタンス Llp:一次漏洩インダクタンス Lls:二次漏洩インダクタンス である。
In other words, the leakage inductance is equivalently divided into three,
If the number of turns of each winding is all equal, it is expressed as LeqL (Llp + Lls) / 3. Here, Leq: equivalent total leakage inductance Llp: primary leakage inductance Lls: secondary leakage inductance

各二次巻線の誘起電圧の差異により循環電流が流れる
場合があるが,二次側の漏洩インダクタンスにより,こ
の循環電流は低い値に制限される。各漏洩インダクタン
スは直列共振回路の一要素であるので,その共振作用に
よりコンバータの動作周波数に対しては,高いインピー
ダンスを示し,並列状態における電流バランサとしての
効果が大きい。また,各変圧器の二次巻線は交流電圧の
段階で並列接続されているので,偏磁現象が起こり始め
ても,解消方向に作用する。
A circulating current may flow due to the difference in the induced voltage of each secondary winding, but this circulating current is limited to a low value by the leakage inductance on the secondary side. Since each leakage inductance is one element of the series resonance circuit, it exhibits a high impedance with respect to the operating frequency of the converter due to its resonance action, and has a large effect as a current balancer in a parallel state. In addition, since the secondary windings of the transformers are connected in parallel at the stage of the AC voltage, even if the magnetic demagnetization phenomenon starts to occur, the secondary winding acts in a direction to eliminate the phenomenon.

また,コアは複数個になるので,単一で相当断面積の
コアの場合より放熱能率が高いので,コアの総合的な必
要断面積をより小さくできる。
Further, since there are a plurality of cores, the heat radiation efficiency is higher than in the case of a single core having an equivalent cross-sectional area, so that the overall required cross-sectional area of the core can be reduced.

上記実施例では変圧器を3個並列にしているが,必要
に応じて任意の複数個の変圧器を並列にすることができ
る。
In the above embodiment, three transformers are arranged in parallel. However, any number of transformers can be arranged in parallel as needed.

図示していないが,必要に応じて共振回路のインダク
タンスとして,総合漏洩インダクタンスに加えて独立の
インダクタンスを備えても共振形コンバータを構成でき
る。
Although not shown, the resonance type converter can be configured by providing an independent inductance in addition to the total leakage inductance as the inductance of the resonance circuit if necessary.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は以上述べたような特徴を有するので,低い入
力電圧のコンバータにおいて下記の効果を奏する。
Since the present invention has the above-described features, the following effects can be obtained in a converter having a low input voltage.

(1) 所定の値,特に小さい所望値の共振インダクタ
ンスを得ることができる。
(1) It is possible to obtain a resonance inductance having a predetermined value, particularly a small desired value.

(2) 専用のインダクタが不要とすることもできる。(2) A dedicated inductor may not be required.

(3) 構成が単純で信頼性が高く,経済的である。(3) Simple structure, high reliability, and economical.

(4) 偏磁の危険が少ない。(4) There is little danger of magnetization.

(5) コアの必要断面積を小さく抑えることができ,
経済的である。
(5) The required cross-sectional area of the core can be kept small,
It is economical.

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

第1図は本発明の一実施例である。 11,12……入力端子,21,22……コンデンサ 23,24……ダイオード,31,32……電界効果トランジスタ,
4,5,6……変圧器,41……一次巻線, 42……一次漏洩インダクタンス,43,44……二次巻線45,4
6……二次漏洩インダクタンス,71,72……ダイオード,73
……コンデンサ,74,75……出力端子
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. 11,12 …… Input terminal, 21,22 …… Capacitor 23,24 …… Diode, 31,32 …… Field-effect transistor,
4,5,6… Transformer, 41… Primary winding, 42… Primary leakage inductance, 43,44… Secondary winding 45,4
6 …… Secondary leakage inductance, 71, 72 …… Diode, 73
…… Capacitors, 74,75 …… Output terminals

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 義雄 東京都豊島区高田1丁目18番1号 オリ ジン電気株式会社内 (72)発明者 大橋 靖生 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 鍬田 豊 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 審査官 小池 正彦 (56)参考文献 特開 平3−60370(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02M 3/00 - 3/44──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoshio Suzuki 1-18-1 Takada, Toshima-ku, Tokyo Origen Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yasuo Ohashi 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Japan Within the Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Yutaka Kuyada Examiner, Nippon Telegraph and Telephone Corporation Masahiko Koike, 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo 58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H02M 3/00-3/44

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】互いに等しい巻数の複数の変圧器の各一次
巻線を同極性に並列接続し,前記変圧器の各二次巻線を
同極性に並列接続して整流手段を介して直流出力を供給
すると共に,前記並列接続された複数の変圧器の一次巻
線に現れる総合漏洩インダクタンスとコンデンサとによ
り直列共振回路を形成してなることを特徴とする共振形
コンバータ。
1. A primary winding of a plurality of transformers having the same number of turns is connected in parallel with the same polarity, and secondary windings of the transformer are connected in parallel with the same polarity. And a series resonant circuit formed by a total leakage inductance and a capacitor appearing in primary windings of the plurality of transformers connected in parallel.
【請求項2】互いに等しい巻数の複数の変圧器の各一次
巻線を同極性に並列接続し,前記変圧器の各二次巻線を
同極性に並列接続して整流手段を介して直流出力を供給
すると共に,前記並列接続された複数の変圧器の一次巻
線に現れる総合漏洩インダクタンスと独立インダクタン
スとコンデンサとにより直列共振回路を形成してなるこ
とを特徴とする共振形コンバータ。
2. The primary windings of a plurality of transformers having the same number of turns are connected in parallel with the same polarity, and the secondary windings of the transformers are connected in parallel with the same polarity. And a series resonant circuit formed by a total leakage inductance, an independent inductance, and a capacitor appearing in primary windings of the plurality of transformers connected in parallel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100909751B1 (en) * 2006-07-11 2009-07-29 산켄덴키 가부시키가이샤 Resonant switching power supply

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100909751B1 (en) * 2006-07-11 2009-07-29 산켄덴키 가부시키가이샤 Resonant switching power supply
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