(57)【要約】【課題】２つ以上の電流共振型スイッチングコンバータを並列動作させても、電流のバランスを調節し、各々の電流共振型スイッチングコンバータの出力電力の負担を等しくする。【解決手段】コンバータトランス６ａの二次巻き線側の一方と平滑用コンデンサ１１の正極側との間に、ＭＯＳＦＥＴ７ａ、平滑用チョークコイル１０ａが設けられ、トランス６ａの二次巻き線側の他方とコンデンサ１１の正極側との間に、ＭＯＳＦＥＴ８ａ、チョークコイル１０ａが設けられる。トランス６ａの二次巻き線のセンタータップとコンデンサ１１の負極側が接続される。同様に、ＭＯＳＦＥＴ７ａ、８ａ、平滑用チョークコイル１０ｂが設けられる。コイル１０ａおよび１０ｂは、磁気的に結合している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの一次巻き線側に設けられる駆動回路と接続される第１および第２の電界効果トランジスタと、上記第１の電界効果トランジスタのソースと、第２の電界効果トランジスタのドレインとが接続され、上記第２の電界効果トランジスタのソースと、上記トランスの一次巻き線の一方との間に設けられるコンデンサと、
上記トランスの二次巻き線側に設けられる平滑回路とから共振型コンバータブロックが構成され、
少なくとも２つの上記共振型コンバータブロックを並列に設け、
上記平滑回路を構成するチョークコイルをそれぞれ磁気的に結合するようにしたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
トランスの一次巻き線側に設けられる駆動回路と接続される第１および第２の電界効果トランジスタと、上記第１の電界効果トランジスタのソースと、第２の電界効果トランジスタのドレインとが接続され、上記第２の電界効果トランジスタのソースおよびドレインの間に設けられる共振回路と、
上記トランスの二次巻き線側に設けられる平滑回路とから共振型コンバータブロックが構成され、
少なくとも２つの上記共振型コンバータブロックを並列に設け、
上記共振回路を構成し、上記トランスの一次巻き線と並列に設けられるチョークコイルをそれぞれ磁気的に結合するようにしたことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
トランスの一次巻き線側に設けられる駆動回路と接続される第１および第２の電界効果トランジスタと、上記第１の電界効果トランジスタのソースと、第２の電界効果トランジスタのドレインとが接続され、上記第２の電界効果トランジスタのソースおよびドレインの間に設けられる共振回路と、
上記トランスの二次巻き線側に設けられる平滑回路とから共振型コンバータブロックが構成され、
少なくとも２つの上記共振型コンバータブロックを並列に設け、
上記共振回路を構成し、上記トランスの一次巻き線と並列に設けられる第１のチョークコイルをそれぞれ磁気的に結合し、上記平滑回路を構成する第２のチョークコイルをそれぞれ磁気的に結合するようにしたことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の共振型スイッチングコンバータが並列接続された電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電流共振型スイッチングコンバータと並列動作について説明する。まず、従来の電流共振型スイッチングコンバータの一例を図５に示す。Ｎ型のＦＥＴ（Field Effect Transistor）３２のドレインは、電圧源３１の正極側と接続され、そのソースは、Ｎ型のＦＥＴ３３のドレインと接続され、そのゲートは、コントロール回路３４と接続される。
【０００３】
ＦＥＴ３３のソースは、電圧源３１の負極側と接続され、そのゲートは、コントロール回路３４と接続される。コンバータトランス３６の一次巻き線側の一方は、ＦＥＴ３３のドレインと接続され、その他方は、共振用コンデンサ３５を介してＦＥＴ３３のソースと接続される。
【０００４】
コンバータトランス３６の二次巻き線側の一方は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）３７のソースと接続され、その他方は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴ３８のソースと接続される。このコンバータトランス３６の二次巻き線には、センタータップが設けられており、このセンタータップと平滑用コンデンサ４１の負極側が接続される。
【０００５】
ＭＯＳＦＥＴ３７のドレインは、平滑用チョークコイル４０を介して平滑用コンデンサ４１の正極側と接続され、そのゲートは、コントロール回路３９と接続される。ＭＯＳＦＥＴ３８のドレインは、平滑用チョークコイル４０を介して平滑用コンデンサ４１の正極側と接続され、そのゲートは、コントロール回路３９と接続される。平滑用コンデンサ４１と並列に負荷４２が設けられている。平滑用コンデンサ４１の正極側には、コントロール回路３４が接続される。
【０００６】
このような構成の図５の電流共振型スイッチングコンバータでは、大電力の出力を得る場合、コンバータトランスなどの温度上昇を考慮すると部品の大型化・高コスト化、さらに部品の大型化に伴い、電源自体の大型化・高コスト化などの問題が生じる。
【０００７】
そこで、大型化・高コスト化を抑え、且つ大電力の出力を得るために、電流共振型スイッチングコンバータを並列に配置する方法がある。図６に示すように、並列接続している電流共振型スイッチングコンバータの一次巻き線側および二次巻き線側ともに同一部品・同一構成とする。具体的には、コンバータトランス３６ａおよび３６ｂの一次巻き線側のＦＥＴ３２ａおよび３２ｂ並びに３３ａおよび３３ｂは、同一部品で、スイッチング周期も同一とする。
【０００８】
なお、個々のスイッチング電源の分担電流が等しくなるようにするために、複数のコンバータ回路のそれぞれに備えられたトランスの一次巻き線が互いに並列に接続され、さらに複数のコンバータ回路に含まれる共振用コンデンサのそれぞれ、および共振用インダクタのそれぞれが互いに接続されるようにしたものがある。このようにすることによって、スイッチング素子側から見て、共振回路およびトランスの一次巻き線のインピーダンスが、複数のコンバータ回路において、互いに等しくなるので、共振回路を構成する回路素子の選別が不要であり、生産性の低下、回路素子に起因する負荷分担のバランスの不均等を回避するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２８５２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような、電流共振型スイッチングコンバータの共振条件は、共振用コンバータトランスや平滑用チョークコイル、コンデンサで決定される。しかしながら、共振用コンバータトランスや平滑用チョークコイルなどの磁気部品は、同一製品であってもコアの透磁率やギャップ等に差があるためインダクタンスは各々違う値となる。そのため、この図６に示す構成では、平滑用チョークコイルのインダクタンスの差が共振条件を変える原因となる。
【００１１】
この図６に示す並列に設けられた電流共振型スイッチングコンバータでは、平滑用チョークコイル４０ａおよび４０ｂのインダクタンスの差が共振条件を変える原因となる。この共振条件の差は、並列動作時において、電流の振幅の差となり、インダクタンスが大きい平滑用チョークコイル４０ａまたは４０ｂが設けられている回路に多くの電流が流れる。
【００１２】
一例として、平滑用チョークコイル４０ａのインダクタンスが平滑用チョークコイル４０ｂのインダクタンスより大きい場合、図７に示すように、電流Ｉ１１ａが電流Ｉ１１ｂより振幅が大きくなる。また、共振用コンデンサ３５ａの端子電圧Ｖ１１ａも共振用コンデンサ３５ｂの端子電圧Ｖ１１ｂより振幅が大きくなる。
【００１３】
この電流のバランスの不均等は、ＦＥＴ３２ａ、３３ａ、およびコンバータトランス３６ａなどの温度を上昇させ、各々の部品温度のバランスを崩し、部品寿命に悪影響を与え、最悪の場合破壊に至る問題となる。また、コンバータトランス３６ａおよび３６ｂの二次巻き線側から出力される電力配分が不均等となる問題がある。これらは、製品の信頼性を低下させる原因となる。
【００１４】
これに対して、電流のバランスを均等にするために、コンバータトランス３６ａおよび３６ｂや共振用チョークコイル４０ａおよび４０ｂなどの磁気部品のインダクタンスを測定し、値の近い最適な組み合わせを作り、共振条件をほぼ等しくし、電流のバランスを均等にする方法がある。しかしながら、生産性が極度に悪くなる可能性があり、現実的ではない。
【００１５】
従って、この発明の目的は、２つ以上の電流共振型スイッチングコンバータを並列動作させても、電流のバランスを調節し、各々の電流共振型スイッチングコンバータの出力電力の負担を等しくする電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を達成するために請求項１の発明は、トランスの一次巻き線側に設けられる駆動回路と接続される第１および第２の電界効果トランジスタと、第１の電界効果トランジスタのソースと、第２の電界効果トランジスタのドレインとが接続され、第２の電界効果トランジスタのソースと、トランスの一次巻き線の一方との間に設けられるコンデンサと、トランスの二次巻き線側に設けられる平滑回路とから共振型コンバータブロックが構成され、少なくとも２つの共振型コンバータブロックを並列に設け、平滑回路を構成するチョークコイルをそれぞれ磁気的に結合するようにしたことを特徴とする電源装置である。
【００１７】
請求項２の発明は、トランスの一次巻き線側に設けられる駆動回路と接続される第１および第２の電界効果トランジスタと、第１の電界効果トランジスタのソースと、第２の電界効果トランジスタのドレインとが接続され、第２の電界効果トランジスタのソースおよびドレインの間に設けられる共振回路と、トランスの二次巻き線側に設けられる平滑回路とから共振型コンバータブロックが構成され、少なくとも２つの共振型コンバータブロックを並列に設け、共振回路を構成し、トランスの一次巻き線と並列に設けられるチョークコイルをそれぞれ磁気的に結合するようにしたことを特徴とする電源装置である。
【００１８】
請求項３の発明は、トランスの一次巻き線側に設けられる駆動回路と接続される第１および第２の電界効果トランジスタと、第１の電界効果トランジスタのソースと、第２の電界効果トランジスタのドレインとが接続され、第２の電界効果トランジスタのソースおよびドレインの間に設けられる共振回路と、トランスの二次巻き線側に設けられる平滑回路とから共振型コンバータブロックが構成され、少なくとも２つの共振型コンバータブロックを並列に設け、共振回路を構成し、トランスの一次巻き線と並列に設けられる第１のチョークコイルをそれぞれ磁気的に結合し、平滑回路を構成する第２のチョークコイルをそれぞれ磁気的に結合するようにしたことを特徴とする電源装置である。
【００１９】
このように、電流共振型スイッチングコンバータを並列動作させても、コンバータトランスの一次巻き線側および／または二次巻き線側に同一のコアに巻かれているため磁気的に結合している共振用チョークコイルを設けることによって、それぞれに流れる電流を均等にすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に依れば、簡単な回路構成によって、２つ以上の電流共振型スイッチングコンバータを並列動作して、大電力の出力を得るような場合であっても、装置の大型化を抑え、低コストを図ることができる。
【００２１】
この発明に依れば、共振用コンバータトランスの一次巻き線側または二次巻き線側に設けられたチョークコイルを磁気的に結合して、インダクタンスを補正することによって、２つ以上の電流共振型スイッチングコンバータの並列動作時の共振条件を最適な値にすることができる。このように、共振条件を最適な値にすることができるので、電流の位相差や振幅差を取り除くことができ、または電流のバランスを均等にすることができる。
【００２２】
この発明に依れば、装置に使用されている部品の温度のバランスを均等にすることができる。また、２つ以上の電流共振型スイッチングコンバータを並列動作させても各々の出力電力の負担を均等にすることができる。さらに、各々の箇所の部品の寿命を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明が適用された第１の実施形態の全体的構成を示す。Ｎ型のＦＥＴ２ａのドレインは、電圧源１の正極側と接続され、そのソースは、Ｎ型のＦＥＴ３ａのドレインと接続され、そのゲートは、コントロール回路４と接続される。
【００２４】
ＦＥＴ３ａのソースは、電圧源１の負極側と接続され、そのゲートは、コントロール回路４と接続される。コンバータトランス６ａの一次巻き線側の一方は、ＦＥＴ３ａのドレインと接続され、その他方は、共振用コンデンサ５ａを介してＦＥＴ３ａのソースと接続される。
【００２５】
コンバータトランス６ａの二次巻き線側の一方は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴ７ａのソースと接続され、その他方は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴ８ａのソースと接続される。このコンバータトランス６ａの二次巻き線には、センタータップが設けられており、このセンタータップと平滑用コンデンサ１１の負極側が接続される。
【００２６】
ＭＯＳＦＥＴ７ａのドレインは、平滑用チョークコイル１０ａを介して平滑用コンデンサ１１の正極側と接続され、そのゲートは、コントロール回路９と接続される。ＭＯＳＦＥＴ８ａのドレインは、平滑用チョークコイル１０ａを介して平滑用コンデンサ１１の正極側と接続され、そのゲートは、コントロール回路９と接続される。平滑用コンデンサ１１と並列に負荷１２が設けられている。平滑用コンデンサ１１の正極側には、コントロール回路４が接続される。
【００２７】
Ｎ型のＦＥＴ２ｂのドレインは、電圧源１の正極側と接続され、そのソースは、Ｎ型のＦＥＴ３ｂのドレインと接続され、そのゲートは、コントロール回路４と接続される。ＦＥＴ３ｂのソースは、電圧源１の負極側と接続され、そのゲートは、コントロール回路４と接続される。コンバータトランス６ｂの一次巻き線側の一方は、ＦＥＴ３ｂのドレインと接続され、その他方は、共振用コンデンサ５ｂを介してＦＥＴ３ｂのソースと接続される。
【００２８】
コンバータトランス６ｂの二次巻き線側の一方は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴ７ｂのソースと接続され、その他方は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴ８ｂのソースと接続される。このコンバータトランス６ｂの二次巻き線には、センタータップが設けられており、このセンタータップと平滑用コンデンサ１１の負極側が接続される。
【００２９】
ＭＯＳＦＥＴ７ｂのドレインは、平滑用チョークコイル１０ｂを介して平滑用コンデンサ１１の正極側と接続され、そのゲートは、コントロール回路９と接続される。平滑用チョークコイル１０ａおよび１０ｂは、同一のコアに巻かれているため、磁気的に結合している。ＭＯＳＦＥＴ８ｂのドレインは、平滑用チョークコイル１０ｂを介して平滑用コンデンサ１１の正極側と接続され、そのゲートは、コントロール回路９と接続される。
【００３０】
この第１の実施形態では、ＦＥＴ２ａ、２ｂ、３ａ、および３ｂは、同一部品であり、ＦＥＴ２ａおよび２ｂは、スイッチング周期を同一とし、ＦＥＴ３ａおよび３ｂは、スイッチング周期を同一とする。並列接続している電流共振型スイッチングコンバータの一次巻き線側および二次巻き線側ともに同一部品による同一構成とする。
【００３１】
なお、ＦＥＴ２ａおよび２ｂがオンのときにコンバータトランス６ａおよび６ｂの一次巻き線側に流れる電圧源１からの電流Ｉ１ａおよびＩ１ｂと、ＦＥＴ３ａおよび３ｂがオンのときにコンバータトランス６ａおよび６ｂの一次巻き線側に流れる共振用コンデンサ５ａおよび５ｂからの放電電流Ｉ２ａおよびＩ２ｂとを共振電流と称する。
【００３２】
この第１の実施形態の動作を説明する。ＦＥＴ２ａおよび２ｂをオンとし、ＦＥＴ３ａおよび３ｂをオフとすると、電圧源１から電流Ｉ１ａおよびＩ１ｂがコンバータトランス６ａおよび６ｂの一次巻き線に流れ、共振用コンデンサ５ａおよび５ｂに電荷が蓄積される。
【００３３】
また、コンバータトランス６ａおよび６ｂの二次巻き線側では、同期整流するために、ＭＯＳＦＥＴ８ａおよび８ｂが同時にオンとなり、電流Ｉ４ａおよびＩ４ｂが流れる。このとき、ＭＯＳＦＥＴ７ａおよび７ｂはオフとなる。この電流Ｉ４ａおよびＩ４ｂは、それぞれ平滑用チョークコイル１０ａおよび１０ｂを介して合成され、電流Ｉ５として負荷１２に流れる。このとき、平滑用チョークコイル１０ａおよび１０ｂは、同じコアを用いるのでインダクタンスは補正され、共振条件は略々等しくなるので、図２に示すように電流Ｉ１ａおよびＩ１ｂも略々等しくなる。同様に、共振用コンデンサ５ａおよび５ｂの端子電圧Ｖ１ａおよびＶ１ｂも略々等しくなる。
【００３４】
ＦＥＴ２ａおよび２ｂをオフとすると、電圧源１から供給されていた電流が遮断されるので、電流Ｉ１ａおよびＩ１ｂは流れなくなる。ＦＥＴ３ａおよび３ｂをオンすると、電流Ｉ１ａおよびＩ１ｂとは逆向きの電流Ｉ２ａおよびＩ２ｂが流れる。この電流Ｉ２ａおよびＩ２ｂは、共振用コンデンサ５ａおよび５ｂから出力される。
【００３５】
また、コンバータトランス６ａおよび６ｂの二次巻き線側では、同期整流するために、ＭＯＳＦＥＴ７ａおよび７ｂが同時にオンとなり、電流Ｉ３ａおよびＩ３ｂが流れる。このとき、ＭＯＳＦＥＴ８ａおよび８ｂはオフとなる。この電流Ｉ３ａおよびＩ３ｂは、それぞれ平滑用チョークコイル１０ａおよび１０ｂを介して合成され、電流Ｉ５として負荷１２に流れる。このとき、平滑用チョークコイル１０ａおよび１０ｂは、同じコアを用いるのでインダクタンスは補正され、共振条件は略々等しくなるので、図２に示すように電流Ｉ１ａおよびＩ１ｂも略々等しくなる。同様に、共振用コンデンサ５ａおよび５ｂの端子電圧Ｖ１ａおよびＶ１ｂも略々等しくなる。
【００３６】
このように、各々の電流共振型スイッチングコンバータを並列動作させて、１つの出力を得る回路構成であっても、パワー負担を等しくすることができる。
【００３７】
図３を参照して、この発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態では、コンバータトランス６ａの一次巻き線側と並列に共振用チョークコイル２１ａが設けられ、同様にコンバータトランス６ｂの一次巻き線側と並列に共振用チョークコイル２１ｂが設けられている。この共振用チョークコイル２１ａおよび２１ｂは、同一のコアに巻かれているため、磁気的に結合している。従って、電流Ｉ１ａおよびＩ１ｂ、並びに電圧Ｖ１ａおよびＶ１ｂが略々等しくなる。
【００３８】
平滑用チョークコイル２２ａは、ＭＯＳＦＥＴ７ａのドレインと、ＭＯＳＦＥＴ８ａのドレインとの接続点と、平滑用コンデンサ１１の正極側との間に設けられる。平滑用チョークコイル２２ｂは、ＭＯＳＦＥＴ７ｂのドレインと、ＭＯＳＦＥＴ８ｂのドレインとの接続点と、平滑用コンデンサ１１の正極側に設けられる。
【００３９】
図４を参照して、この発明の第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態では、コンバータトランス６ａおよび６ｂのそれぞれの一次巻き線と並列に、同一のコアに巻かれているため磁気的に結合している共振用チョークコイル２１ａおよび２１ｂが設けられている。
【００４０】
さらに、ＭＯＳＦＥＴ７ａのドレインと、ＭＯＳＦＥＴ８ａのドレインとの接続点と、平滑用コンデンサ１１の正極側との間に平滑用チョークコイル１０ａが設けられる。同様に、ＭＯＳＦＥＴ７ｂのドレインと、ＭＯＳＦＥＴ８ｂのドレインとの接続点と、平滑用コンデンサ１１の正極側との間に平滑用チョークコイル１０ｂが設けられる。上述したようにこの平滑用チョークコイル１０ａおよび１０ｂは、同一のコアに巻かれているため、磁気的に結合している。
【００４１】
なお、上述したＭＯＳＦＥＴ７ａ、７ｂ、８ａ、および８ｂには、寄生ダイオードが付加されている。
【００４２】
この発明は、上述したこの発明の一実施形態等に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明が適用される第１の実施形態について説明するための回路図である。
【図２】この発明が適用される第１の実施形態について説明するための特性図である。
【図３】この発明が適用される第２の実施形態について説明するための回路図である。
【図４】この発明が適用される第３の実施形態について説明するための回路図である。
【図５】電流共振型スイッチングコンバータについて説明するための回路図である。
【図６】電流共振型スイッチングコンバータの並列動作について説明するための概略図である。
【図７】電流共振型スイッチングコンバータの並列動作について説明するための特性図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    電圧源
２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ    ＦＥＴ
４、９    コントロール回路
５ａ、５ｂ    共振用コンデンサ
６ａ、６ｂ    コンバータトランス
７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ    ＭＯＳＦＥＴ
１０ａ、１０ｂ    平滑用チョークコイル
１１    平滑用コンデンサ
１２    負荷
【図１】
2005033956.tif 000003
【図２】
2005033956.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005033956.tif 000006
【図５】
2005033956.tif 000007
【図６】
2005033956.tif 000008
【図７】
2005033956.tif 000009