JPWO2007116481A1 - Power supply - Google Patents
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Abstract
電源装置は、入力端子1とトランス5の1次巻線N1との間に接続された1次回路11と、トランス5の2次巻線N2と出力端子2との間に接続された2次回路12と、トランス5に設けられた補助巻線N3と、1次回路11における第1の電流に起因して補助巻線N3に発生する第1の極性を有する第1の電圧を検出する第1の電圧検出回路(91、63)と、1次回路11における第2の電流に起因して補助巻線N3に発生する第2の極性を有する第2の電圧を検出する第2の電圧検出回路(92、64)と、第1及び第2の電圧の絶対値を比較する比較回路10とを備える。The power supply device includes a primary circuit 11 connected between the input terminal 1 and the primary winding N1 of the transformer 5, and a secondary circuit connected between the secondary winding N2 of the transformer 5 and the output terminal 2. The circuit 12, the auxiliary winding N 3 provided in the transformer 5, and a first voltage having a first polarity generated in the auxiliary winding N 3 due to the first current in the primary circuit 11 are detected. 1st voltage detection circuit (91, 63) and the 2nd voltage detection which detects the 2nd voltage which has the 2nd polarity which occurs in auxiliary winding N3 due to the 2nd current in primary circuit 11 The circuit (92, 64) and the comparison circuit 10 that compares the absolute values of the first and second voltages are provided.
Description
本発明は、電源装置に関し、特に、トランスにおける偏励磁を防止した大容量の電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device, and more particularly to a large-capacity power supply device that prevents partial excitation in a transformer.
例えばフルブリッジ型コンバータのような電源装置においては、図4に示すように、トランス105の1次巻線N1に直列にコンデンサ109を接続することにより、直流成分を遮断し、トランス105の偏励磁を防止している。
For example, in a power supply device such as a full-bridge converter, as shown in FIG. 4, by connecting a
図4のフルブリッジ型コンバータの1次側の回路において、正の半波の印加期間(図3(A)のパルス幅t1のパルスの印加されている期間及びその前後の期間)においては、実線の矢印で示すルートaに沿って、電流が流れる。即ち、電源104(+)、入力端子101、半導体スイッチ133、トランス(主トランス)105、コンデンサ109、半導体スイッチ132、入力端子101、電源104(−)の順で、電流が流れる。一方、負の半波の印加期間(図3(B)のパルス幅t2のパルスの印加されている期間及びその前後の期間)においては、点線の矢印で示すルートbに沿って、電流が流れる。即ち、電源104(+)、入力端子101、半導体スイッチ131、コンデンサ109、トランス105、半導体スイッチ134、入力端子101、電源104(−)の順で、電流が流れる。従って、コンデンサ109により直流成分が遮断されるので、トランス105における偏励磁を防止することができる。
In the circuit on the primary side of the full-bridge converter in FIG. 4, a solid line is applied in the positive half-wave application period (the period in which the pulse having the pulse width t1 in FIG. 3A is applied and the period before and after that). A current flows along a route a indicated by an arrow. That is, the current flows in the order of the power source 104 (+), the
なお、インバータの出力電流に基づいて偏励磁による直流成分を抑制する補正量を用いて、偏励磁現象が発生してもインバータの交流出力側に流れる直流成分を抑制できるように、インバータを制御することが知られている(下記特許文献1参照)。
It should be noted that the inverter is controlled so that the DC component flowing to the AC output side of the inverter can be suppressed even if the partial excitation phenomenon occurs, using the correction amount that suppresses the DC component due to the partial excitation based on the output current of the inverter. It is known (see
また、スイッチング素子からなる2組の直列回路の中点間にトランスの1次巻線と共振コンデンサの直列回路を設けることにより、簡単な構成で効率の良い変換を行うことが知られている(下記特許文献2参照)。 In addition, it is known to perform efficient conversion with a simple configuration by providing a series circuit of a primary winding of a transformer and a resonant capacitor between the middle points of two series of switching elements. See Patent Document 2 below).
また、トランスが発生する磁界を打ち消すような磁界を発生する補助巻線をトランスに設けることにより、トランスの1次巻線電流が過電流となっている期間のみ補助巻線に磁界を発生させて、トランスが発生する磁界を打ち消し、これにより、トランスの偏励磁を防止することが知られている(下記特許文献3参照)。
本発明者が、図4に示すような電源装置(フルブリッジ型コンバータ)について検討したところ、以下のような問題があることが判った。 When the present inventor examined a power supply device (full-bridge converter) as shown in FIG. 4, it was found that there were the following problems.
第1に、トランス105の1次巻線N1に流れる電流(1次電流)が、全てコンデンサ109に流れる。このため、電源装置が大容量になるに伴って、コンデンサ109に流れる電流が大きくなる。しかし、コンデンサ109には、その電流(許容リップル電流)や耐電圧において制約がある。この許容リップル電流や耐圧の制約を超えて使用することは、安全上の観点から不可能である。そして、コンデンサ109の許容リップル電流や耐圧を大きくすることは困難であり、これらの大きな改善はあまり望むことができない。特に、コンデンサ109の許容リップル電流を大きくすることは殆どできない。従って、コンデンサ109によりトランス105の偏励磁を防止する方法は大容量の電源装置には適さない。また、図4に示すような電源装置は大容量の電源装置に適しているとは言えない。
First, the current (primary current) flowing through the primary winding N1 of the
第2に、トランス105の1次回路111において、偏励磁防止用の素子として、例えばコンデンサ109を付加しなければならない。しかし、1次回路111は当該電源装置の主回路であるので、これにコンデンサ109のようなスイッチング素子以外の素子を付加することは、設計や保守の観点から避けることが望ましい。また、電源装置によってはその実装空間や外形に制約があるが、コンデンサ109を付加した場合、当該制約に対応できない可能性がある。
Second, in the
本発明は、トランスの1次回路を変更することなく、トランスにおける偏励磁を防止することにより、安定した動作を可能とした大容量の電源装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a large-capacity power supply device that enables stable operation by preventing partial excitation in the transformer without changing the primary circuit of the transformer.
本発明の電源装置は、入力端子と、出力端子と、1次巻線と2次巻線を備えるトランスと、前記入力端子と前記トランスの1次巻線との間に接続された1次回路と、前記トランスの2次巻線と前記出力端子との間に接続された2次回路と、前記トランスに設けられた補助巻線と、前記1次回路における第1の電流に起因して前記補助巻線に発生する電圧であって、第1の極性を有する第1の電圧の絶対値を検出する第1の電圧検出回路と、前記1次回路における前記第1の電流とは逆方向に流れる第2の電流に起因して前記補助巻線に発生する電圧であって、前記第1の極性とは逆の第2の極性を有する第2の電圧の絶対値を検出する第2の電圧検出回路と、前記第1及び第2の電圧の絶対値を比較する比較回路とを備える。 A power supply apparatus according to the present invention includes an input terminal, an output terminal, a transformer including a primary winding and a secondary winding, and a primary circuit connected between the input terminal and the primary winding of the transformer. And a secondary circuit connected between the secondary winding of the transformer and the output terminal, an auxiliary winding provided in the transformer, and the first current in the primary circuit The first voltage detection circuit that detects the absolute value of the first voltage having the first polarity, which is a voltage generated in the auxiliary winding, and the first current in the primary circuit are in the opposite direction A second voltage that is generated in the auxiliary winding due to the flowing second current and that detects an absolute value of the second voltage having a second polarity opposite to the first polarity. A detection circuit; and a comparison circuit that compares absolute values of the first and second voltages.
また、好ましくは、本発明の電源装置の一実施態様によれば、電源装置は、更に、前記比較の結果に基づいて、前記第1及び第2の電圧の絶対値の差が無くなるように、前記1次回路を制御する制御部を備える。 Preferably, according to one embodiment of the power supply device of the present invention, the power supply device further eliminates the difference between the absolute values of the first and second voltages based on the result of the comparison. A control unit for controlling the primary circuit is provided.
また、好ましくは、本発明の電源装置の一実施態様によれば、前記第1の電圧検出回路は、前記補助巻線の正側と中点との間に接続された第1のコンデンサからなり、前記第2の電圧検出回路は、前記補助巻線の中点と負側との間に接続された第2のコンデンサからなる。 Preferably, according to one embodiment of the power supply device of the present invention, the first voltage detection circuit comprises a first capacitor connected between a positive side and a middle point of the auxiliary winding. The second voltage detection circuit includes a second capacitor connected between the midpoint and the negative side of the auxiliary winding.
また、好ましくは、本発明の電源装置の一実施態様によれば、前記第1の電圧検出回路は、更に、前記補助巻線の正側と前記第1のコンデンサとの間に接続された第1のダイオードからなり、前記第2の電圧検出回路は、更に、前記補助巻線の負側と前記第2のコンデンサとの間に接続された第2のダイオードからなる。 Preferably, according to one embodiment of the power supply device of the present invention, the first voltage detection circuit is further connected between a positive side of the auxiliary winding and the first capacitor. And the second voltage detection circuit further includes a second diode connected between the negative side of the auxiliary winding and the second capacitor.
また、好ましくは、本発明の電源装置の一実施態様によれば、前記比較回路は、前記第1のコンデンサの前記補助巻線の正側に接続された端子に現れる端子電圧と、前記第2のコンデンサの前記補助巻線の負側に接続された端子に現れる端子電圧とを比較するコンパレータからなる。 Preferably, according to one embodiment of the power supply device of the present invention, the comparison circuit includes a terminal voltage appearing at a terminal connected to a positive side of the auxiliary winding of the first capacitor, and the second And a comparator that compares a terminal voltage appearing at a terminal connected to the negative side of the auxiliary winding of the capacitor.
本発明の電源装置によれば、トランスに補助巻線を設け、1次回路における第1の電流に起因して補助巻線に発生する第1の電圧と、1次回路における第2の電流に起因して補助巻線に発生する第2の電圧とを比較する。これにより、トランスに発生する偏励磁を直接検出し制御することができるので、許容リップル電流や耐電圧において制約があるコンデンサを用いることなく、トランスの偏励磁を防止することができる。また、電源装置の主回路である1次回路においてコンデンサのようなスイッチング素子以外の素子を付加することなく、トランスの偏励磁を防止することができる。 According to the power supply device of the present invention, the auxiliary winding is provided in the transformer, and the first voltage generated in the auxiliary winding due to the first current in the primary circuit and the second current in the primary circuit are provided. This is compared with the second voltage generated in the auxiliary winding. As a result, since the partial excitation generated in the transformer can be directly detected and controlled, it is possible to prevent the partial excitation of the transformer without using a capacitor with restrictions on allowable ripple current and withstand voltage. Moreover, the partial excitation of the transformer can be prevented without adding an element other than a switching element such as a capacitor in the primary circuit which is the main circuit of the power supply apparatus.
また、本発明の一実施態様によれば、前記比較の結果に基づいて、第1及び第2の電圧の絶対値の差が無くなるように、1次回路を制御する。これにより、補助巻線に生じる電圧に基づいて、トランスに発生する偏励磁を打ち消すように1次回路の動作を直接制御することができるので、コンデンサを用いることなく、トランスの偏励磁を防止することができる。 According to an embodiment of the present invention, the primary circuit is controlled based on the result of the comparison so that the difference between the absolute values of the first and second voltages is eliminated. As a result, the operation of the primary circuit can be directly controlled based on the voltage generated in the auxiliary winding so as to cancel the partial excitation generated in the transformer, so that the partial excitation of the transformer is prevented without using a capacitor. be able to.
また、本発明の一実施態様によれば、第1の電圧検出回路は第1のコンデンサからなり、第2の電圧検出回路は第2のコンデンサからなる。これにより、比較的に簡単な構成により第1及び第2の電圧を検出することができ、この結果、トランスの偏励磁を防止することができる。 According to one embodiment of the present invention, the first voltage detection circuit is composed of a first capacitor, and the second voltage detection circuit is composed of a second capacitor. Thereby, the first and second voltages can be detected with a relatively simple configuration, and as a result, the partial excitation of the transformer can be prevented.
また、本発明の一実施態様によれば、第1の電圧検出回路は第1のコンデンサと第1のダイオードからなり、第2の電圧検出回路は第2のコンデンサと第2のダイオードからなる。これにより、第1及び第2の電圧検出回路において電流が逆流することを防止して、第1及び第2の電圧を正確に検出することができ、この結果、トランスの偏励磁を防止することができる。 Further, according to one embodiment of the present invention, the first voltage detection circuit includes a first capacitor and a first diode, and the second voltage detection circuit includes a second capacitor and a second diode. Thereby, it is possible to prevent the current from flowing backward in the first and second voltage detection circuits and to accurately detect the first and second voltages, and as a result, to prevent the partial excitation of the transformer. Can do.
また、本発明の一実施態様によれば、第1及び第2の電圧をコンパレータを用いて比較する。これにより、比較的に簡単な構成の回路により第1及び第2の電圧を検出することができ、この結果、トランスの偏励磁を防止することができる。 According to one embodiment of the present invention, the first and second voltages are compared using a comparator. As a result, the first and second voltages can be detected by a circuit having a relatively simple configuration, and as a result, partial excitation of the transformer can be prevented.
1 入力端子
2 出力端子
5 トランス
11 1次回路
12 2次回路
13 偏励磁検出回路
14 制御部
31〜34 半導体スイッチDESCRIPTION OF
図1は、電源装置構成図であり、本発明の一実施態様による電源装置の構成を示す。電源装置は、入力端子1と、出力端子2と、トランス5と、1次回路11と、2次回路12と、偏励磁検出回路13と、制御部14とからなる。トランス5は、1次巻線N1及び2次巻線N2に加えて、補助巻線N3を備える。なお、N1は1次巻線N1の巻数をも表す。N2及びN3も同様である。2次巻線N2は、後述するように、その中点において、2次巻線N2の第1部分N2−1と第2部分N2−2とに2等分される。2次巻線N2に対応するように、補助巻線N3も、その中点において、補助巻線N3の第1部分N3−1と第2部分N3−2とに2等分される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply device and shows a configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention. The power supply device includes an
入力端子1は、複数個(即ち、2個)設けられる。入力端子1の間に、電源4が接続される。電源4は、この電源装置に電源、例えば後述する図3(A)の最上段に示すような波形を有する電源を供給する。なお、電源4はこれに限られず、他の種々の電源であっても良い。
A plurality (that is, two) of
1次回路(入力回路)11は、入力端子1とトランス5の1次巻線N1との間に接続される。1次回路11は、第1〜第4のスイッチング素子、例えば半導体スイッチ31〜34からなるブリッジ回路からなる。第1及び第2の半導体スイッチ31及び32が、この順に直列に接続され、第1の直列回路を構成する。第3及び第4の半導体スイッチ33及び34が、この順に直列に接続され、第2の直列回路を構成する。第1及び第2の直列回路が、並列に接続され、入力端子1の間に挿入される。トランス5の1次巻線N1の一方の端子は、直列に接続された第1及び第2の半導体スイッチ31及び32の接続点(中点)に接続される。トランス5の1次巻線N1の他方の端子は、直列に接続された第3及び第4の半導体スイッチ33及び34の接続点(中点)に接続される。
The primary circuit (input circuit) 11 is connected between the
半導体スイッチ31〜34は、周知のように、例えば電力用のMOSFET、IGBT、BJT、SIT、サイリスタ、GTO等の半導体素子からなる。半導体スイッチ31〜34の制御電極(ゲート電極又はベース電極等)には、各々、制御部14から所定の制御信号が供給される。これにより、半導体スイッチ31〜34は、基本的には、電源4の出力の振幅の変化に対応するように、そのON/OFFが制御される。
As is well known, the semiconductor switches 31 to 34 are made of, for example, a semiconductor element such as a power MOSFET, IGBT, BJT, SIT, thyristor, or GTO. A predetermined control signal is supplied from the
2次回路(出力回路)12は、トランス5の2次巻線N2と出力端子2との間に接続される。出力端子2は、複数個(即ち、2個)設けられる。出力端子2の間に、この電源装置の出力である直流電圧が出力される。2次回路12は、ダイオード61及び62、インダクタンス7、コンデンサ8からなる。なお、ダイオード61及び62は、周知のように、ダイオードに代えてMOSFET、IGBT、SIT等で構成しても良い。トランス5の2次巻線N2の双方の端子に接続されたダイオード61及び62を介して、トランス5の出力電圧が、出力端子2の一方に出力される。出力端子2の他方は、トランス5の2次巻線N2の中点に接続される。即ち、中点によって、トランス5の2次巻線N2が、その第1部分N2−1と第2部分N2−2との巻数比が等しくなるように、2分割される。インダクタンス7及びコンデンサ8は平滑回路を構成し、この平滑回路が出力端子2の間に挿入される。これにより、トランス5の出力電圧が整流、平滑される。
The secondary circuit (output circuit) 12 is connected between the secondary winding N <b> 2 of the transformer 5 and the output terminal 2. A plurality of (that is, two) output terminals 2 are provided. Between the output terminals 2, a DC voltage that is the output of the power supply device is output. The
偏励磁検出回路13は、第1の電圧検出回路と、第2の電圧検出回路と、比較回路10とを備える。なお、トランス5の補助巻線N3は偏励磁検出回路13の一部を構成すると考えることができる。また、偏励磁検出回路13が2次回路12に設けられると考えることができる。
The partial
第1の電圧検出回路は、1次回路11における第1の電流に起因して補助巻線N3に発生する電圧であって、第1の極性を有する第1の電圧の絶対値を検出する。第1の電流は、ルートa(後述する図2に点線で示す)の電流であり、正の半波の期間における電流である。第1の電圧検出回路は、第1のコンデンサ91と第1のダイオード63とからなる。第1のダイオード63は、電流の逆流(還流)を防止するためのダイオードである。従って、第1の電圧検出回路は、少なくとも第1のコンデンサ91を備えれば良い。第1のコンデンサ91は、補助巻線N3の正側の端子と中点との間に接続される。第1のダイオード63は、補助巻線N3の正側の端子と前記第1のコンデンサ91との間に接続される。補助巻線N3の中点は、接地電位に接続される。
The first voltage detection circuit is a voltage generated in the auxiliary winding N3 due to the first current in the
第2の電圧検出回路は、1次回路11における第2の電流に起因して補助巻線N3に発生する電圧であって、第1の極性とは逆の第2の極性を有する第2の電圧の絶対値を検出する。第2の電流は、ルートb(図2に一点鎖線で示す)の電流であり、負の半波の期間における電流である。第2の電圧検出回路は、第2のコンデンサ92と第2のダイオード64とからなる。第2のダイオード64は、電流の逆流(還流)を防止するためのダイオードである。従って、第2の電圧検出回路は、少なくとも第2のコンデンサ92を備えれば良い。第2のコンデンサ92は、補助巻線N3の中点と負側の端子との間に接続される。第2のダイオード64は、補助巻線N3の負側の端子と第2のコンデンサ92との間に接続される。
The second voltage detection circuit is a voltage generated in the auxiliary winding N3 due to the second current in the
比較回路10は、例えばコンパレータ10からなり、第1及び第2の電圧の絶対値を比較してその差分を求める。即ち、第1の電圧検出回路である第1のコンデンサ91の出力は、コンパレータ10の一方の入力端子に入力される。第2の電圧検出回路である第2のコンデンサ92の出力は、コンパレータ10の他方の入力端子に入力される。これにより、比較回路10は、第1のコンデンサ91の補助巻線N3の正側に接続された端子に現れる端子電圧と、第2のコンデンサ92の補助巻線N3の負側に接続された端子に現れる端子電圧とを比較してその差分を求める。比較回路10の出力は、制御部14に入力される(フィードバックされる)。
The
制御部14は、周知のように、1次回路11を構成する半導体スイッチ31〜34の制御電極に、各々、所定の制御信号を供給し、そのON/OFFを制御する。即ち、1周期の正の半波の期間において、半導体スイッチ32及び33が導通(ON)とされ、同時に半導体スイッチ31及び34が非導通(OFF)とされる。次に、負の半波の期間において、半導体スイッチ31、34が導通(ON)とされ、同時に半導体スイッチ32及び33は非導通(OFF)とされる。また、制御部14は、後述するように、比較回路10における比較の結果(求めた差分、以下同じ)に基づいて、1次回路11を制御する。即ち、1次回路11をフィードバック制御する。
As is well known, the
図2は、図1の電源装置の動作の説明図である。なお、図2において、制御部14及び符号11〜13の図示は省略される。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the power supply device of FIG. In FIG. 2, illustration of the
最初に、電源4を入力とする図1の電源装置における、正の半波の動作を説明する。この場合、前述のように、制御部14からの制御信号により、半導体スイッチ32及び33が導通(ON)する。これにより、図2において点線aで示すルートが形成され、このルートに電流が流れる。
First, the operation of the positive half wave in the power supply device of FIG. In this case, as described above, the semiconductor switches 32 and 33 are turned on (ON) by the control signal from the
即ち、電流(第1の電流)は、電源4(+)から、入力端子1、半導体スイッチ33、トランス5の1次巻線N1、半導体スイッチ32、入力端子1、電源4(−)の順に流れる(1次巻線N1の正のループ)。これにより、トランス5の1次巻線N1に電源電圧Vinが印加される。この際、同時に、補助巻線N3(N3−1)において、巻線方向に対応する電圧が誘起され、電流が流れ(補助巻線N3の正のループ)、ダイオード63を介してコンデンサ91を充電する。
That is, the current (first current) is from the power source 4 (+) to the
次に、電源4を入力とする図1の電源装置における、負の半波の動作を説明する。この場合、前述のように、制御部14からの制御信号により、半導体スイッチ31、34が導通(ON)する。これにより、図2において一点鎖線bで示すルートが形成され、このルートに電流が流れる。
Next, the operation of the negative half wave in the power supply device of FIG. In this case, as described above, the semiconductor switches 31 and 34 are turned on (ON) by the control signal from the
即ち、電流(第2の電流)は、電源4(+)から、入力端子1、半導体スイッチ31、トランス5の1次巻線N1、半導体スイッチ34、入力端子1、電源4(−)の順に流れる(1次巻線N1の負のループ)。これにより、トランス5の1次巻線N1に、正のループの場合とは逆向きに、電源電圧Vinが印加される。この際、同時に、補助巻線N3(N3−2)において、対応する電圧が、巻線方向とは逆向きに誘起され、電流が流れ(補助巻線N3の負のループ)、ダイオード64を介してコンデンサ92を充電する。
That is, the current (second current) is supplied from the power source 4 (+) to the
以上のように、偏励磁検出回路13が、トランス5に設けられた補助巻線N3に発生する第1及び第2の電圧を検出する。これにより、偏励磁検出回路13が、トランス5の1次巻線N1(及び結果として2次巻線N2)の電圧を検出する。即ち、トランス5に発生する偏励磁を検出する。
As described above, the partial
第1の電圧は、第1のコンデンサ91の補助巻線N3の正側に接続された端子に現れる電圧であり、第1の電圧検出回路である第1のコンデンサ91により検出される。第1の電圧は、1次回路11において第1の方向(図2におけるルートa)に電流が流れた場合に、トランス5に印加される電圧Vinにより生じる電圧であり、トランス5の1次巻線N1の正側に発生する電圧と等価である。第1の電圧の値は、1次回路11における当該電流のパルス幅に比例した値となる。即ち、トランス5に印加される電圧Vinにより、補助巻線N3において、ルートaと同様の点線で表されるルート(マスタ側ルート)に電流が流れ、第1のコンデンサ91が充電される。第1のコンデンサ91は第1の電圧の値まで充電される。
The first voltage is a voltage appearing at a terminal connected to the positive side of the auxiliary winding N3 of the
第2の電圧は、第2のコンデンサ92の補助巻線N3の負側に接続された端子に現れる電圧であり、第2の電圧検出回路である第2のコンデンサ92により検出される。第2の電圧は、1次回路11において第2の方向(図2におけるルートb)に電流が流れた場合に、トランス5に印加される電圧Vinにより生じる電圧であり、トランス5の1次巻線N1の負側に発生する電圧と等価である。第2の電圧の値は、1次回路11における当該電流のパルス幅に比例した値となる。即ち、トランス5に印加される電圧Vinにより、補助巻線N3において、ルートbと同様の一点鎖線で表されるルート(スレーブ側ルート)に電流が流れ、第2のコンデンサ92が充電される。第2のコンデンサ92は第2の電圧の値まで充電される。
The second voltage is a voltage that appears at a terminal connected to the negative side of the auxiliary winding N3 of the
制御部14は、以上の比較回路10における比較の結果に基づいて、第1及び第2の電圧の絶対値の差が無くなるように、1次回路11を制御する。即ち、制御部14は、1次回路11において、半導体スイッチ32及び33のスイッチングにおいてそのONとされる時間(正の半波におけるON時間、図3(A)におけるパルス幅t1)と、半導体スイッチ31及び34のスイッチングにおいてそのONとされる時間(負の半波におけるON時間、図3(A)におけるパルス幅t2)とを、その時点の値よりも長くするように又は短くするように制御する。
The
例えば、第1の電圧が第2の電圧よりも大きい場合、半導体スイッチ32及び33の導通時間(ON時間)t1が、例えばその時点での導通時間よりも所定の時間だけ短くされる。短縮の幅は経験的に予め定められる(以下同じ)。又は、半導体スイッチ31及び34の導通時間t2が、例えばその時点での導通時間よりも所定の時間だけ長くされる。逆に、第2の電圧が第1の電圧よりも大きい場合、半導体スイッチ31及び34の導通時間t2が、例えばその時点での導通時間よりも所定の時間だけ短くされる。又は、半導体スイッチ32及び33の導通時間t1が、例えばその時点での導通時間よりも所定の時間だけ長くされる。この制御が逐次的に行われることにより、最終的には、t1=t2となる。これにより、トランス5における偏励磁を防止することができる。 For example, when the first voltage is higher than the second voltage, the conduction time (ON time) t1 of the semiconductor switches 32 and 33 is shortened by a predetermined time, for example, than the conduction time at that time. The range of shortening is determined empirically (the same applies hereinafter). Alternatively, the conduction time t2 of the semiconductor switches 31 and 34 is made longer by a predetermined time than the conduction time at that time, for example. Conversely, when the second voltage is greater than the first voltage, the conduction time t2 of the semiconductor switches 31 and 34 is shortened by a predetermined time, for example, from the conduction time at that time. Alternatively, the conduction time t1 of the semiconductor switches 32 and 33 is set longer by a predetermined time than the conduction time at that time, for example. By sequentially performing this control, t1 = t2 is finally obtained. Thereby, partial excitation in the transformer 5 can be prevented.
図3は、図1の電源装置の波形を示す。特に、図3(A)は図1の電源装置の正常時の波形を示し、図3(B)は図1の電源装置の異常時の波形を示す。 FIG. 3 shows waveforms of the power supply device of FIG. 3A shows a waveform when the power supply device of FIG. 1 is normal, and FIG. 3B shows a waveform when the power supply device of FIG. 1 is abnormal.
図3(A)においては、偏励磁検出回路13(及び制御部4)により、トランス5の偏励磁が防止されている。この結果、電源4からの入力波形において正側(正の半波の印加期間)におけるパルス幅t1と負側(負の半波の印加期間)におけるパルス幅t2とが等しくなる。これにより、1次回路11における電流IT1-N1 は入力波形に応じた正常な波形となり、補助巻線N3−1に流れる電流IT1N3-1及び補助巻線N3−2に流れる電流IT1N3-2も正常な波形となる。この結果、コンデンサ91に生じる第1の電圧VC1及びコンデンサ92に生じる第2の電圧VC2が等しくなり、その差分は「0」となる。この場合、制御部14は、パルス幅t1及びパルス幅t2をそのまま維持する。従って、この波形は、偏励磁検出回路13によりトランス5の偏励磁を防止することができることを示す。In FIG. 3A, the partial excitation of the transformer 5 is prevented by the partial excitation detection circuit 13 (and the control unit 4). As a result, in the input waveform from the power supply 4, the pulse width t1 on the positive side (positive half-wave application period) and the pulse width t2 on the negative side (negative half-wave application period) are equal. As a result, the current I T1-N1 in the
一方、図3(B)においては、何らかの原因で、電源4からの入力波形において、正側におけるパルス幅t1と負側におけるパルス幅t2とが等しくなくなる。即ち、t1>t2である。この結果、コンデンサ91に生じる第1の電圧VC1が、コンデンサ92に生じる第2の電圧VC2よりも大きくなる。即ち、VC1>VC2である。このままでは、トランス5が、偏励磁により飽和して、最終的には過電流により破壊されてしまう。t1<t2の場合もこれと同様である。On the other hand, in FIG. 3B, for some reason, in the input waveform from the power supply 4, the pulse width t1 on the positive side and the pulse width t2 on the negative side are not equal. That is, t1> t2. As a result, the first voltage V C1 generated in the
なお、図3 (B)の波形は、図4の電源装置においてコンデンサ109を省略した場合の例とほぼ等しい。即ち、大容量の電力変換を行う電源装置においては、コンデンサ109の耐電圧や許容リップル電流の制約から、コンデンサ109を適用(接続)することができない。このため、トランス105が、偏励磁により飽和して、最終的には過電流により破壊されてしまい、トランス105の偏励磁を防止することができない。
Note that the waveform in FIG. 3B is almost the same as the example in which the
そこで、本発明においては、比較回路10がコンデンサ91に生じる第1の電圧VC1とコンデンサ92に生じる第2の電圧VC2とを比較し、この比較結果である差分VCS=VC1−VC2>0(又は、VCS=VC2−VC1>0)に基づいて、差分VCSが「0」となるように(「0」となる方向に向けて)1次回路11が制御される。この結果、再度、図3(A)に示すように、電源4からの入力波形において、正側におけるパルス幅t1と負側におけるパルス幅t2とが等しくなる。従って、この波形は、本発明の偏励磁検出回路13により、トランス5の偏励磁が防止されていることを示す。Therefore, in the present invention, the
以上から判るように、偏励磁検出回路13により、トランス5の偏励磁を防止することができる。これにより、トランス5の偏励磁を防止した大容量の(即ち、大容量の電力変換を行う)電源装置を実現することができる。
As can be seen from the above, the partial excitation detection of the transformer 5 can be prevented by the partial
以上、本発明をその実施の形態に従って説明したが、本発明は、その主旨の範囲内で種々の変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated according to the embodiment, this invention can be variously deformed within the scope of the gist.
例えば、本発明は、図1に示すフルブリッジ型コンバータに限らず、プッシュプル型コンバータ等の種々のスイッチングコンバータに適用することができ、また、コンデンサを用いて直流成分を遮断している形式の種々の電源装置に適用することができる。 For example, the present invention is not limited to the full-bridge converter shown in FIG. 1, but can be applied to various switching converters such as a push-pull converter, and a DC component is cut off using a capacitor. It can be applied to various power supply devices.
以上、説明したように、本発明によれば、電源装置において、許容リップル電流や耐電圧において制約があるコンデンサを用いることなく、トランスの偏励磁を防止することができる。従って、コンデンサを用いないので、トランスの1次巻線に大きな電流が流れても、トランスの偏励磁を防止することができる。これにより、トランスの偏励磁を防止した大容量の電力変換を行う電源装置を実現することができる。また、電源装置の主回路である1次回路においてスイッチング素子以外の素子を付加することなく、トランスの偏励磁を防止することができる。従って、電源装置の設計及び保守を容易にすることができ、また、電源装置に対する実装空間や外形の制約にも対応することができる。
As described above, according to the present invention, in the power supply device, it is possible to prevent the partial excitation of the transformer without using a capacitor that is limited in allowable ripple current and withstand voltage. Therefore, since no capacitor is used, even if a large current flows in the primary winding of the transformer, it is possible to prevent the partial excitation of the transformer. As a result, it is possible to realize a power supply device that performs large-capacity power conversion while preventing the partial excitation of the transformer. Moreover, the partial excitation of the transformer can be prevented without adding any elements other than the switching elements in the primary circuit which is the main circuit of the power supply apparatus. Therefore, the design and maintenance of the power supply device can be facilitated, and restrictions on the mounting space and the outer shape of the power supply device can be dealt with.
Claims (7)
出力端子と、
1次巻線と2次巻線を備えるトランスと、
前記入力端子と前記トランスの1次巻線との間に接続された1次回路と、
前記トランスの2次巻線と前記出力端子との間に接続された2次回路と、
前記トランスに設けられた補助巻線と、
前記1次回路における第1の電流に起因して前記補助巻線に発生する電圧であって、第1の極性を有する第1の電圧の絶対値を検出する第1の電圧検出回路と、
前記1次回路における前記第1の電流とは逆方向に流れる第2の電流に起因して前記補助巻線に発生する電圧であって、前記第1の極性とは逆の第2の極性を有する第2の電圧の絶対値を検出する第2の電圧検出回路と、
前記第1及び第2の電圧の絶対値を比較する比較回路とを備える
ことを特徴とする電源装置。An input terminal;
An output terminal;
A transformer comprising a primary winding and a secondary winding;
A primary circuit connected between the input terminal and a primary winding of the transformer;
A secondary circuit connected between the secondary winding of the transformer and the output terminal;
An auxiliary winding provided in the transformer;
A first voltage detection circuit for detecting an absolute value of a first voltage having a first polarity, which is a voltage generated in the auxiliary winding due to a first current in the primary circuit;
A voltage generated in the auxiliary winding due to a second current flowing in a direction opposite to the first current in the primary circuit, wherein the second polarity is opposite to the first polarity. A second voltage detection circuit for detecting an absolute value of the second voltage having;
A power supply apparatus comprising: a comparison circuit that compares absolute values of the first and second voltages.
前記比較の結果に基づいて、前記第1及び第2の電圧の絶対値の差が無くなるように、前記1次回路を制御する制御部を備える
ことを特徴とする電源装置。The power supply device according to claim 1, further comprising:
A power supply apparatus comprising: a control unit that controls the primary circuit so that a difference between absolute values of the first and second voltages is eliminated based on a result of the comparison.
前記1次回路が、半導体スイッチからなるブリッジ回路からなり、
前記制御部が、前記比較の結果に基づいて、前記第1及び第2の電圧の絶対値の差が無くなるように、前記半導体スイッチのスイッチングを制御する
ことを特徴とする電源装置。The power supply device according to claim 2,
The primary circuit comprises a bridge circuit comprising a semiconductor switch;
The power supply device, wherein the control unit controls switching of the semiconductor switch based on a result of the comparison so that a difference between absolute values of the first and second voltages is eliminated.
前記1次回路が、第1及び第2の半導体スイッチをこの順に直列に接続した第1の直列回路と、第3及び第4の半導体スイッチをこの順に直列に接続した第2の直列回路とを並列に接続したブリッジ回路からなり、
前記制御部が、前記比較の結果に基づいて、前記第1及び第2の電圧の絶対値の差が無くなるように、前記第1及び第4の半導体スイッチのスイッチングと、前記第2及び第3の半導体スイッチのスイッチングとを制御する
ことを特徴とする電源装置。The power supply device according to claim 3,
The primary circuit includes a first series circuit in which first and second semiconductor switches are connected in series in this order, and a second series circuit in which third and fourth semiconductor switches are connected in series in this order. It consists of a bridge circuit connected in parallel,
Based on the result of the comparison, the control unit switches the first and fourth semiconductor switches and eliminates the difference between the absolute values of the first and second voltages. A power supply device that controls switching of the semiconductor switch.
前記第1の電圧検出回路が、前記補助巻線の正側と中点との間に接続された第1のコンデンサからなり、
前記第2の電圧検出回路が、前記補助巻線の中点と負側との間に接続された第2のコンデンサからなる
ことを特徴とする電源装置。The power supply device according to claim 1,
The first voltage detection circuit comprises a first capacitor connected between a positive side and a middle point of the auxiliary winding;
The power supply apparatus, wherein the second voltage detection circuit includes a second capacitor connected between a midpoint and a negative side of the auxiliary winding.
前記第1の電圧検出回路が、更に、前記補助巻線の正側と前記第1のコンデンサとの間に接続された第1のダイオードからなり、
前記第2の電圧検出回路が、更に、前記補助巻線の負側と前記第2のコンデンサとの間に接続された第2のダイオードからなる
ことを特徴とする電源装置。The power supply device according to claim 5,
The first voltage detection circuit further comprises a first diode connected between a positive side of the auxiliary winding and the first capacitor;
The power supply apparatus, wherein the second voltage detection circuit further includes a second diode connected between a negative side of the auxiliary winding and the second capacitor.
前記比較回路が、前記第1のコンデンサの前記補助巻線の正側に接続された端子に現れる端子電圧と、前記第2のコンデンサの前記補助巻線の負側に接続された端子に現れる端子電圧とを比較するコンパレータからなる
ことを特徴とする電源装置。
The power supply device according to claim 5,
The comparison circuit has a terminal voltage appearing at a terminal connected to the positive side of the auxiliary winding of the first capacitor, and a terminal appearing at a terminal connected to the negative side of the auxiliary winding of the second capacitor A power supply device comprising a comparator for comparing voltage.
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