(57)【要約】【課題】共振変換器に同期整流をもたらすこと、およびその動作方法を提供する。【解決手段】共振変換器は、直列に結合される第１および第２のスイッチと、第１のスイッチおよび第２のスイッチに結合されて、それらの動作を制御する制御器と、第１および第２のスイッチの間のノードに結合される一次コイルを備える第１の変圧器と、第１の変圧器の一次コイルに結合される共振インダクタとを有する一次段階を含む。共振変換器はまた、共振インダクタに結合される一次コイルならびに第１および第２のコイル部分を備える二次コイルで形成される第２の変圧器、二次コイルの第１のコイル部分に結合される第３のスイッチ、ならびに二次コイルの第２のコイル部分に結合される第４のスイッチを有する二次段階を含む。スイッチ駆動回路は、同期整流のために第３および第４のスイッチを駆動するために設けられ、スイッチ駆動回路は、第１の変圧器の二次コイルを備える。【選択図】図２
2017028987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のスイッチと、
前記第１のスイッチと直列に結合される第２のスイッチと、
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチに結合されて前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの動作を制御するようプログラムされる制御器と、
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの間のノードに結合される一次コイル（６４、１１４）を備える第１の変圧器と、
前記第１の変圧器の前記一次コイル（６４、１１４）に結合される共振インダクタ（５６）と、
を含む共振変換器一次段階（８７）と、
第２の変圧器であって、
前記共振インダクタ（５６）に結合される一次コイル（６４、１１４）と、
第１のコイル部分（６８）および前記第１のコイル部分（６８）に結合される第２のコイル部分（７０）を備える二次コイル（６６、１１６）と、
を備える第２の変圧器と、
前記第２の変圧器の前記二次コイル（６６、１１６）の前記第１のコイル部分（６８）に結合される第３のスイッチと、
前記第２の変圧器の前記二次コイル（６６、１１６）の前記第２のコイル部分（７０）に結合される第４のスイッチと、
を含む共振変換器二次段階（８９）と、
同期整流のために前記第３のスイッチおよび前記第４のスイッチを駆動するように構成されるスイッチ駆動回路（１１０）であって、前記スイッチ駆動回路（１１０）が前記第１の変圧器の二次コイル（６６、１１６）を備える、スイッチ駆動回路（１１０）と、
を備える共振変換器。
【請求項２】
前記第１の変圧器の前記一次コイル（６４、１１４）が、前記共振インダクタ（５６）と一体化される、請求項１に記載の共振変換器。
【請求項３】
前記第１の変圧器の前記一次コイル（６４、１１４）が、分割ボビン構成で前記共振インダクタ（５６）と一体化される、請求項２に記載の共振変換器。
【請求項４】
前記スイッチ駆動回路（１１０）が、
前記第１の変圧器の前記二次コイル（６６、１１６）に結合される入力および出力を含む電圧フォロア回路（１２０）と、
前記電圧フォロア回路（１２０）の前記出力に結合される入力および出力を含む反転増幅器回路と、
前記第３のスイッチを駆動するための第１のコンパレータ回路（１４８）であって、前記第１のコンパレータ回路（１４８）が前記反転増幅器回路の前記出力に結合される第１のコンパレータ回路（１４８）と、
前記第４のスイッチを駆動するための第２のコンパレータ回路（１５０）であって、前記第２のコンパレータ回路（１５０）が前記反転増幅器回路の前記出力に結合される第２のコンパレータ回路（１５０）とをさらに備える、請求項１に記載の共振変換器。
【請求項５】
前記スイッチ駆動回路（１１０）の前記第１のコンパレータ回路が、演算増幅器（１２２、１３４、１５２、１６２）を備え、前記スイッチ駆動回路（１１０）の前記第２のコンパレータ回路（１５０）が、演算増幅器（１２２、１３４、１５２、１６２）を備え、各演算増幅器（１２２、１３４、１５２、１６２）が、非反転入力（１２４、１３６、１５８、１６４）および反転入力（１２６、１４０、１５４、１６８）を備える、請求項４に記載の共振変換器。
【請求項６】
前記第１のコンパレータ回路（１４８）の前記演算増幅器（１２２、１３４、１５２、１６２）の前記非反転入力（１２４、１３６、１５８、１６４）が、前記反転増幅器回路の前記出力に結合され、
前記第２のコンパレータ回路（１５０）の前記演算増幅器（１２２、１３４、１５２、１６２）の前記反転入力（１２６、１４０、１５４、１６８）が、前記反転増幅器回路の前記出力に結合される、請求項５に記載の共振変換器。
【請求項７】
前記第１の変圧器が、空気コア変圧器である、請求項１に記載の共振変換器。
【請求項８】
前記第１の変圧器が、変流器（１１２）である、請求項１に記載の共振変換器。
【請求項９】
前記第１のスイッチと並列に結合される第１のダイオードと、前記第２のスイッチと並列に結合されて前記第１のスイッチと直列に結合される第２のダイオードと、
前記第２のダイオードと並列に結合されるコンデンサとをさらに備える、請求項１に記載の共振変換器。
【請求項１０】
共振変換器において同期整流するための方法であって、前記方法は、
スイッチの一次ペアをもたらすステップと、
スイッチの前記一次ペアに制御器を結合するステップであって、前記制御器がスイッチの前記一次ペアの動作を制御するよう構成されるステップと、
スイッチの前記一次ペアに変流器（１１２）の一次コイル（６４、１１４）を結合するステップと、
前記変流器（１１２）に計器用変圧器（６２）の一次コイル（６４、１１４）を結合するステップと、
を備える共振変換器一次段階（８７）を提供するステップと、
前記計器用変圧器の二次コイル（６６、１１６）を提供するステップと、
前記変圧器の前記二次コイル（６６、１１６）に二次スイッチのペアを結合するステップと、
を備える共振変換器二次段階（８９）を提供するステップと、
二次スイッチの前記ペアをスイッチ駆動回路（１１０）に結合するステップであって、前記スイッチ駆動回路（１１０）が前記変流器（１１２）の二次コイル（６６、１１６）を備えるステップと、
前記共振変換器一次段階（８７）に電力をもたらすステップと、
前記変流器（１１２）の前記一次コイル（６４、１１４）および前記計器用変圧器（６２）の前記一次コイル（６４、１１４）を通って電力を導くよう前記制御器でスイッチの前記一次ペアを制御するステップと、
を備え、
前記計器用変圧器（６２）の前記一次コイル（６４、１１４）を通って流れる前記電力により、電力が、前記計器用変圧器（６２）の前記二次コイル（６６、１１６）を通って流れ、
前記変流器（１１２）の前記一次コイル（６４、１１４）を通って流れる前記電力により、電力が、前記変流器（１１２）の前記二次コイル（６６、１１６）を通って流れ、
前記変流器（１１２）の前記二次コイル（６６、１１６）を通って流れる前記電力により、前記スイッチ駆動回路（１１０）が、二次スイッチの前記ペアを駆動し、前記計器用変圧器（６２）の前記二次コイル（６６、１１６）を通って流れる前記電力を負荷（２６、９６）に導く、
方法。
【請求項１１】
二次スイッチの前記ペアにスイッチ駆動回路（１１０）を結合するステップが、
前記変流器（１１２）の前記二次コイル（６６、１１６）を電圧フォロア回路（１２０）の入力に結合するステップと、
前記電圧フォロア回路（１２０）の出力を反転増幅器回路の入力に結合するステップと、
前記反転増幅器回路の出力を第１のコンパレータ回路（１４８）の入力に結合するステップと、
前記反転増幅器回路の前記出力を第２のコンパレータ回路（１５０）の入力に結合するステップとを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記反転増幅器回路の前記出力を前記第１のコンパレータ回路（１４８）の前記入力に結合するステップが、前記反転増幅器回路の前記出力を前記第１のコンパレータ回路（１４８）の演算増幅器（１２２、１３４、１５２、１６２）に結合するステップを備え、
前記反転増幅器回路の前記出力を前記第２のコンパレータ回路（１５０）の前記入力に結合するステップが、前記反転増幅器回路の前記出力を前記第２のコンパレータ回路（１５０）の演算増幅器（１２２、１３４、１５２、１６２）に結合するステップを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記反転増幅器回路の前記出力を前記第１のコンパレータ回路（１４８）の前記演算増幅器（１２２、１３４、１５２、１６２）に結合するステップが、前記反転増幅器回路の前記出力を前記第１のコンパレータ回路（１４８）の前記演算増幅器（１２２、１３４、１５２、１６２）の非反転入力（１２４、１３６、１５８、１６４）に結合するステップを備え、
前記反転増幅器回路の前記出力を前記第２のコンパレータ回路（１５０）の演算増幅器（１２２、１３４、１５２、１６２）に結合するステップが、前記反転増幅器回路の前記出力を前記第２のコンパレータ回路（１５０）の前記演算増幅器（１２２、１３４、１５２、１６２）の反転入力（１２６、１４０、１５４、１６８）に結合するステップを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記共振変換器一次段階（８７）を提供するステップが、前記変流器（１１２）の前記一次コイル（６４、１１４）と前記計器用変圧器（６２）の前記一次コイル（６４、１１４）との間にインダクタを結合するステップをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記共振変換器一次段階（８７）を提供するステップが、前記変流器（１１２）の前記一次コイル（６４、１１４）を、前記インダクタと、分割ボビン構成で一体化するステップをさらに備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記共振変換器一次段階（８７）を、前記共振変換器二次段階（８９）および前記スイッチ駆動回路（１１０）から切り離すステップをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
第１のスイッチおよび前記第１のスイッチと直列に結合される第２のスイッチを備えるハーフブリッジ回路（２８）と、
前記ハーフブリッジ回路（２８）に結合されて、前記ハーフブリッジ回路（２８）を制御するようプログラムされる第１の制御器と、
前記ハーフブリッジ回路（２８）と並列に結合されるダイオードのペアであって、ダイオードの前記ペアが第２のダイオードと直列の第１のダイオードを備えるダイオードのペアと、
ダイオードの前記ペアの前記第２のダイオードと並列に結合される第１のコンデンサと、
前記ハーフブリッジ回路（２８）の前記第１のスイッチおよび前記ハーフブリッジ回路（２８）の前記第２のスイッチの間のノードに結合されるインダクタと、
変圧器であって、
前記インダクタに結合されて、前記第１のダイオードおよび前記第２のダイオードの間のノードに結合される一次コイル（６４、１１４）と、
第１のコイル部分（６８）および前記第１のコイル部分（６８）に結合される第２のコイル部分（７０）を備える二次コイル（６６、１１６）と、
を備える変圧器と、
前記変圧器の前記二次コイル（６６、１１６）の前記第１のコイル部分（６８）に結合される第３のスイッチおよび前記変圧器の前記二次コイル（６６、１１６）の前記第２のコイル部分（７０）に結合される第４のスイッチを含むスイッチのペアと、
前記第３のスイッチを通る前記電流を感知するために前記第３のスイッチに結合される第１の電流センサと、
前記第４のスイッチを通る前記電流を感知するために前記第４のスイッチに結合される第２の電流センサと、
前記第１の電流センサ、前記第２の電流センサ、およびスイッチの前記ペアに結合されて、前記第１の電流センサおよび前記第２の電流センサによって感知された前記電流に基づいて前記ハーフブリッジ回路（２８）で同期的にスイッチの前記ペアを制御するようプログラムされる第２の制御器と、
を備える、クランプ直列共振変換器。
【請求項１８】
スイッチの前記ペアの前記第３のスイッチが、第１の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を備え、スイッチの前記ペアの前記第４のスイッチが、第２のＭＯＳＦＥＴを備え、
前記第１の電流センサが、前記第１のＭＯＳＦＥＴに対するソース電流へのドレインを感知し、前記第２の電流センサが、前記第２のＭＯＳＦＥＴに対するソース電流へのドレインを感知する、請求項１７に記載のクランプ直列共振変換器。
【請求項１９】
前記第２の制御器が、前記第１の電流センサおよび前記第２の電流センサによって感知されたゼロ電流遷移に基づいて、スイッチの前記ペアをオンおよびオフにするようプログラムされる、請求項１７に記載のクランプ直列共振変換器。
【請求項２０】
前記第２の制御器が、集積回路である、請求項１７に記載のクランプ直列共振変換器。
【請求項２１】
ダイオードの前記ペアの前記第１のダイオードと並列に結合される第２のコンデンサをさらに備え、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサが分割構成である、請求項１７に記載のクランプ直列共振変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、変換器における整流に関し、より詳しくは、共振変換器における同期整流のための回路および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
共振変換器は、直流電流（ＤＣ）電力におけるＤＣ電圧を、増大または降下されたＤＣ電圧に変換するためによく使用される回路であり、共振変換器をＤＣ−ＤＣ変換器にする。変換処理は、ＤＣ電力を交流電流（ＡＣ）電力に反転すること、ＡＣ電力の電圧を増大または降下すること、およびＡＣ電力をＤＣ電圧が増大または降下されたＤＣ電力に変換することを含むことができる。電力をＡＣからＤＣに変換する処理は、整流と呼ばれることが多い。共振変換器は、共振変換器がどのように構築され（例えば、直列負荷なのか並列負荷なのか）、どのように制御されるか（例えば、固定周波数なのか可変周波数なのか、ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）なのかゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）なのか、および連続共振なのか非連続共振なのか）に基づいて、さまざまな分類を有する。共振変換器のそのような分類の１つは、クランプ直列共振変換器（ＣＳＲＣ）である。
【０００３】
図１を参照すると、当業者には既知のＣＳＲＣ１２を含む電力変換回路１０が示される。ＡＣ電力をもたらすＡＣ電源１４が、３つの回路部品を介してＣＳＲＣ１２に結合される。ＡＣ電源１４は、電磁妨害（ＥＭＩ）フィルタ１６と直列に結合され、ＡＣ電源１４によってもたらされるＡＣ電力からＥＭＩを除去する。ＥＭＩフィルタ１６は、４ダイオード全波ブリッジ整流器（ダイオードブリッジ）１８に結合され、ＡＣ電源１４からのＡＣ電力を、ＡＣ電力がＥＭＩフィルタ１６を通過した後、ＤＣ電力に整流する。ダイオードブリッジ１８は、ＤＣ電力を出力し、ＤＣリンク電圧ＶDCLがＤＣリンク２０にもたらされる。ダイオードブリッジ１８は、１つまたは複数のコンデンサを含むコンデンサバンク２２と並列に結合され、ＤＣリンク電圧を平滑化し、次いで、平滑化された電圧が、ＣＳＲＣ１２にもたらされる。ＣＳＲＣ１２は、この場合、ＤＣ−ＤＣ変換器の役目を果たす。以下でさらに説明するように、ＣＳＲＣ１２は、ダイオードブリッジ１８からのＤＣ電力をＡＣ電力に反転し、ＡＣ電力の電圧を増大し、ＡＣ電力を、増大されたＤＣ電圧を伴うＤＣ電力に変換する。ＣＳＲＣ１２の出力は、フィルタコンデンサ２４に結合され、フィルタコンデンサ２４は、負荷２６と並列に結合される。
【０００４】
ＣＳＲＣ１２は、２つのスイッチ３０、３２を伴うハーフブリッジ回路２８を含む。スイッチ３０、３２は、例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの、任意の適切な電子スイッチとすることができる。スイッチ３０、３２は、互いと直列に結合され、コンデンサバンク２２と並列に結合される。スイッチ３０は、ボディダイオード３６および寄生接合コンデンサ３８と並列のスイッチ本体３４を含み、スイッチ３２は、ボディダイオード４２および寄生接合コンデンサ４４と並列のスイッチ本体４０と並列に結合される。スイッチ３０、３２は、制御システム４６によって制御され、制御システム４６は、例えば、集積回路などの、任意の適切な電子制御器を含むことができる。制御システム４６は、スイッチ３０、３２を制御して、ダイオードブリッジ１８からのＤＣ電力を、ＡＣ電力に反転する。スイッチ３０、３２はまた、互いに直列に結合される２つのクランプダイオード４８、５０と並列に結合される。
【０００５】
ＣＳＲＣ１２は、クランプダイオード５０と並列に結合される共振コンデンサ５４を含む共振回路５２と、スイッチ３０、３２の間のノード５８に結合される共振インダクタ５６と、共振コンデンサ５４および共振インダクタ５６と直列に結合される磁化インダクタ６０とを含む。単一変圧器ハイブリッドコイルとして構成される計器用変圧器６２が、磁化インダクタ６０と並列に結合される。磁化インダクタ６０が、計器用変圧器６２と並列に結合されるディスクリート回路要素として示されているが、磁化インダクタ６０が、計器用変圧器６２に組み込まれ、計器用変圧器６２のコアの磁化を示すことが当業者には知られている。計器用変圧器６２は、磁化インダクタ６０と並列に結合される一次コイル６４と、一次コイル６４から分離されている二次コイル６６とを含む。二次コイル６６は、第１のコイル部分６８と第２のコイル部分７０とを含み、二次コイル６６は、３つの出力７２、７４、および７６を含む。一次コイル６４に入力された電力は出力７２、７４に現れるが、出力７６が第１のコイル部分６８と第２のコイル部分７０との間でブリッジされるため、何らの電力も出力７６に現れない。計器用変圧器６２は、スイッチ３０、３２によってもたらされて一次コイル６４に入力されるＡＣ電力を、出力７２、７４でスケーリング電圧出力を伴うＡＣ電力に変換する。
【０００６】
出力７２、７４は、全波整流器回路７８に結合され、全波整流器回路７８は、出力７２およびノード８２の間に結合される整流ダイオード８０と、出力７４およびノード８２の間に結合される整流ダイオード８４とを含む。整流ダイオード８０のアノードは、出力７２に結合され、整流ダイオード８４のアノードは、出力７４に結合される。整流ダイオード８０、８４のカソードは、ノード８２に結合される。全波整流器回路７８は、整流ダイオード８０、８４の構成により、出力７２、７４で出力される増大電圧を伴うＡＣ電力を整流する。整流ダイオード８０、８４は正の電圧降下によってのみ作動するので、負荷２６にかかる電圧は常に正である。フィルタコンデンサ２４および負荷２６は、それぞれ、ノード８２と出力７６との間に結合される。
【０００７】
全波整流器回路７８の整流ダイオード８０、８４は、ＤＣ電力を負荷２６にもたらすのに有効であるが、ダイオード整流と関連した効率問題が存在する。例えば、ダイオードにおける順方向電圧降下は、出力電圧が降下した場合に著しくなり、変換器の効率を下げる。したがって、当業者は、整流ダイオードの代わりに整流スイッチを使用することを含む、同期整流を使用するようになってきた。しかしながら、整流スイッチに対する駆動回路は、かなり複雑で大型であることが多く、整流スイッチを使用するためにコストおよびエネルギを多く消費する。したがって、整流ダイオードを整流スイッチで置き換えることによって得られる効率は失われ、多くの当業者は、共振変換器で整流ダイオードのままにすることを選択する。
【０００８】
したがって、コストおよびエネルギ消費を減らすために、単純化され、小型化された共振変換器内で同期整流するための駆動回路を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第８８５４８４０号明細書
【発明の概要】
【００１０】
本発明の実施形態は、共振変換器に同期整流をもたらすこと、およびその動作方法を提供する。スイッチ駆動回路は、ＡＣ電力を同期的に整流するように整流スイッチを制御する。スイッチは、例えば、変流器などの変圧器、または、例えば、集積回路などの制御システムを含むことができる。
【００１１】
本発明の一実施態様によれば、共振変換器は、第１のスイッチ、第１のスイッチと直列に結合される第２のスイッチ、第１のスイッチおよび第２のスイッチに結合されて第１のスイッチおよび第２のスイッチの動作を制御するようプログラムされる制御器、第１のスイッチおよび第２のスイッチの間のノードに結合される一次コイルを備える第１の変圧器、ならびに第１の変圧器の一次コイルに結合される共振インダクタを有する共振変換器一次段階を含む。共振変換器はまた、共振インダクタに結合される一次コイルと第１のコイル部分および第１のコイル部分に結合される第２のコイル部分を備える二次コイルとで形成される第２の変圧器、第２の変圧器の二次コイルの第１のコイル部分に結合される第３のスイッチ、ならびに第２の変圧器の二次コイルの第２のコイル部分に結合される第４のスイッチを有する共振変換器二次段階を含む。共振変換器は、同期整流のために第３のスイッチおよび第４のスイッチを駆動するよう構成されるスイッチ駆動回路をさらに含み、スイッチ駆動回路は、第１の変圧器の二次コイルを備える。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、共振変換器において同期整流するための方法は、スイッチの一次ペアを設けることによって共振変換器一次段階を提供すること、スイッチの一次ペアの動作を制御するよう構成される制御器をスイッチの一次ペアに結合すること、スイッチの一次ペアに変流器の一次コイルを結合すること、および変流器に計器用変圧器の一次コイルを結合すること、を含む。本方法はまた、計器用変圧器の二次コイルを設けて、変圧器の二次コイルに二次スイッチのペアを結合することによって、共振変換器二次段階を提供することを含む。本方法は、変流器の二次コイルを備えるスイッチ駆動回路を二次スイッチペアに結合すること、共振変換器一次段階に電力をもたらすこと、ならびに変流器の一次コイルおよび計器用変圧器の一次コイルを電力が通るよう制御器でスイッチの一次ペアを制御することをさらに含み、計器用変圧器の一次コイルを通って流れる電力により、電力が、計器用変圧器の二次コイルを通って流れ、変流器の一次コイルを通って流れる電力により、電力が、変流器の二次コイルを通って流れ、変流器の二次コイルを通って流れる電流により、スイッチ駆動回路が、二次スイッチのペアを駆動して、計器用変圧器の二次コイルを通って流れる電力を負荷に導く。
【００１３】
本発明のさらに別の態様によれば、クランプ直列共振変換器は、第１のスイッチおよび第１のスイッチと直列に結合される第２のスイッチを備えるハーフブリッジ回路、ハーフブリッジ回路に結合されてハーフブリッジ回路を制御するようプログラムされる第１の制御器、ならびにハーフブリッジ回路と並列に結合されるダイオードのペアを含み、ダイオードのペアは、第２のダイオードと直列の第１のダイオードを備える。クランプ直列共振変換器はまた、ダイオードのペアの第２のダイオードと並列に結合されるコンデンサと、ハーフブリッジ回路の第１のスイッチおよびハーフブリッジ回路の第２のスイッチの間のノードに結合されるインダクタと、インダクタに結合され、さらに第１のダイオードおよび第２のダイオードの間のノードに結合される一次コイルならびに第１のコイル部分および第１のコイル部分に結合される第２のコイル部分を備える二次コイルを備える変圧器とを含む。クランプ直列共振変換器は、変圧器の二次コイルの第１のコイル部分に結合される第３のスイッチおよび変圧器の二次コイルの第２のコイル部分に結合される第４のスイッチと、第３のスイッチを通る電流を感知するために第３のスイッチに結合される第１の電流センサと、第４のスイッチを通る電流を感知するために第４のスイッチに結合される第２の電流センサと、第１の電流センサ、第２の電流センサ、およびスイッチのペアに結合されて、第１の電流センサおよび第２の電流センサによって感知された電流に基づいてハーフブリッジ回路で同期的にスイッチのペアを制御するようプログラムされる第２の制御器とをさらに含む。
【００１４】
本発明のさまざまな他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかになるだろう。
【００１５】
本図面は、本発明を実行するために現在予期される好適な実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】当業者には既知のＣＳＲＣを含む電力変換回路を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、ＣＳＲＣを含む電力変換回路を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、図２のＣＳＲＣの場合の動作波形を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態による、ＣＳＲＣを含む電力変換回路を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、図４のＣＳＲＣの場合の動作波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書で説明する本発明の実施形態は、共振変換器において同期整流を実現するための回路および方法に関する。スイッチ駆動回路が、共振変換器内の整流スイッチを制御して、ハーフブリッジ回路で同期的にＡＣ電力を整流するために設けられる。同期整流のためのシステムおよび方法が、クランプ直列共振変換器に関して本明細書で記載されるが、同期整流のための回路および方法は、他の種類の共振変換器で使用してもよい。
【００１８】
図２を参照すると、本発明の一実施形態による、ＣＳＲＣ８８を含む電力変換回路８６が示される。ＤＣ電源９０は、ＣＳＲＣ８８に結合されるＤＣリンク９２に、ＤＣ電圧ＶDCをもたらす。ＣＳＲＣ８８の出力は、電圧安定化コンデンサ９４に結合され、電圧安定化コンデンサ９４は、負荷９６と並列に結合される。ＣＳＲＣ８８は、図１のＣＳＲＣ１２の構成要素と同様の多くの構成要素を含み、したがって、図１で構成要素を示すために使用される番号はまた、図２で同様の構成要素を示すために使用される。ＣＳＲＣ８８は、一次段階８７と、一次段階８７から分離された二次段階８９とを含む。一次段階８７は、制御システム４６に結合されるスイッチ３０、３２を含むＣＳＲＣ１２のハーフブリッジ回路２８を含む。スイッチ３０、３２のそれぞれは、（図１の）ＣＳＲＣ１２に示すような３つのスイッチ部品ではなく、ＣＳＲＣ８８内の単一スイッチ部品として示される。一次段階８７はまた、クランプダイオード４８、５０と、共振コンデンサ５４、共振インダクタ５６、および磁化インダクタ６０を含む共振回路５２と、計器用変圧器６２の一次コイル６４とを含む。いくつかの実施形態において、共振コンデンサ５４は、分割構成である。分割構成では、共振コンデンサ５４のキャパシタンスは、５０％減少し、共振コンデンサ５４のキャパシタンスと等しいキャパシタンスを有する第２の共振コンデンサ（図示せず）が、クランプダイオード４８と並列に結合される。この分割構成は、リプル電流を５０％下げることができる。電流ｉLは、共振インダクタ５６を通って流れ、電圧ＶCは、共振コンデンサ５４に存在し、電圧ＶTPは、一次コイル６４に存在する。二次段階８９は、第１のコイル部分６８、第２のコイル部分７０、および出力７２、７４、７６を含む変圧器６２の二次コイル６６を含む。しかしながら、ＣＳＲＣ１２（図１）はダイオード整流のために構成されるが、図２のＣＳＲＣ８８は、同期整流のために構成される。
【００１９】
図２にさらに示すように、二次段階８９はまた、整流スイッチ１００、１０２を含む同期整流器回路９８を含む。整流スイッチ１００、１０２は、例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの、任意の適切な電子スイッチとすることができる。整流スイッチ１００は、ノード１０４および出力７２に結合される。整流スイッチ１０２は、ノード１０４および出力７４に結合される。同期整流器回路９８は、スイッチ駆動回路１１０によって制御され、スイッチ駆動回路１１０は、一次段階８７から分離されている。
【００２０】
ＣＳＲＣ８８の一次段階８７は、スイッチ３０、３２の間のノード５８と共振インダクタ５６との間に結合される一次コイル１１４を含む変流器１１２を含む。変流器１１２はまた、スイッチ駆動回路１１０に電力供給する二次コイル１１６を含む。変流器１１２は、典型的に、磁気コアを含む。しかしながら、代替実施形態において、変流器１１２は、空気コアを含み、より高いスイッチング周波数を可能にすることができる。また、代替実施形態において、変流器１１２の一次コイル１１４は、共振インダクタ５６または共振回路５２と一体化される。変流器１１２は、分割ボビン構成で共振インダクタ５６と一体化してもよく、その結果、変流器１１２および共振インダクタ５６は、共通のコアを有する。二次コイル１１６は、抵抗器１１８と並列に結合され、電圧フォロア回路１２０と直列に結合される。電圧フォロア回路１２０は、演算増幅器（ｏｐ−ａｍｐ）１２２を含む。Ｏｐ−ａｍｐ１２２は、二次コイル１１６に結合される非反転入力１２４と、ｏｐ−ａｍｐ１２２の出力１２８に結合される反転入力１２６を含む。電圧フォロア回路１２０は、ユニティバッファ増幅器の役目を果たすよう構成される。電圧フォロア回路１２０の出力１２９は、二次コイル１１６が非反転入力１２４に入力する電圧Ｖ124に等しい電圧Ｖ129を出力するが（Ｖ129＝Ｖ124）、任意の負荷影響が除去される。
【００２１】
電圧フォロア回路１２０は、反転増幅器回路１３０に結合される。反転増幅器回路１３０は、出力１２９に結合される入力抵抗器Ｒinと、接地１３８に結合される非反転入力１３６を含むｏｐ−ａｍｐ１３４とを含む。Ｏｐ−ａｍｐ１３４はまた、反転入力１４０と、フィードバック抵抗器Ｒｆを介して反転入力１４０に結合される出力１４２とを含む。反転増幅器回路１３０は、反転増幅器回路１３０の出力１４６が、電圧フォロア回路１２０により出力された電圧Ｖ129と反転増幅器回路１３０の利得Ｇ130とを掛け合わせた値と等しい電圧Ｖ146（Ｖ146＝Ｇ130×Ｖ129）を出力するよう構成される。反転増幅器回路１３０の利得Ｇ130は、フィードバック抵抗器Ｒfの抵抗のマイナス値を入力抵抗器Ｒinの抵抗値で割った値に等しい（Ｇ130＝−Ｒf／Ｒin）。
【００２２】
反転増幅器回路１３０は、コンパレータ回路１４８、１５０に結合される。コンパレータ回路１４８は、ｏｐ−ａｍｐ１５２を含む。Ｏｐ−ａｍｐ１５２は、正のＤＣ基準電圧Ｖ156に結合される反転入力１５４と、出力１４６に結合される非反転入力１５８と、整流スイッチ１０２に結合される出力１６０とを含む。Ｏｐ−ａｍｐ１５２は、出力１６０が、非反転入力１５８に入力された電圧Ｖ158から反転入力１５４に入力された電圧Ｖ154を引き、それにｏｐ−ａｍｐ１５２の利得を駆けた値に等しい電圧Ｖ160（Ｖ160＝Ｇ152×（Ｖ158−Ｖ154））を出力するよう構成される。したがって、出力１６０は、利得Ｇ152に、反転増幅器回路１３０によって出力されたＶ146から正のＤＣ基準電圧Ｖ156を引いた値を掛け合わせた値（Ｖ160＝Ｇ152×（Ｖ146−Ｖ156））を出力する。したがって、出力１６０は、電圧Ｖ146が、正のＤＣ基準電圧Ｖ156よりも大きい場合、正の電圧Ｖ160を、整流スイッチ１０２に出力し（Ｖ146＞Ｖ156の場合、Ｖ160が正である）、整流スイッチ１０２をオンに切り替え、出力１６０は、電圧Ｖ146が、正のＤＣ基準電圧Ｖ156よりも小さい場合、負の電圧Ｖ160を、整流スイッチ１０２に出力し（Ｖ146＜Ｖ156の場合、Ｖ160が負である）、整流スイッチ１０２をオフに切り替える。
【００２３】
コンパレータ回路１５０は、負のＤＣ基準電圧Ｖ166に結合される非反転入力１６４と、出力１４６に結合される反転入力１６８と、整流スイッチ１００に結合される出力１７０とを有するｏｐ−ａｍｐ１６２を含む。Ｏｐ−ａｍｐ１６２は、出力１７０が、非反転入力１６４に入力された電圧Ｖ164から反転入力１６８に入力された電圧Ｖ168を引き、それにｏｐ−ａｍｐ１６２の利得Ｇ162をかけた値に等しい電圧Ｖ170（Ｖ170＝Ｇ162×（Ｖ164−Ｖ168））を出力するよう構成される。したがって、出力１７０は、Ｇ162に、負のＤＣ基準電圧Ｖ166から反転増幅器回路１３０によって出力された電圧Ｖ146を引いた値をかけた値（Ｖ170＝Ｇ162×（Ｖ166−Ｖ146））を出力する。したがって、出力１７０は、電圧Ｖ146が、負のＤＣ基準電圧Ｖ166よりも小さい場合、正の電圧Ｖ170を、整流スイッチ１００に出力し（Ｖ166＞Ｖ146の場合、Ｖ170が正である）、整流スイッチ１００をオンに切り替え、出力１７０は、電圧Ｖ146が、負のＤＣ基準電圧Ｖ166よりも大きい場合、負の電圧Ｖ170を、整流スイッチ１００に出力し（Ｖ146＞Ｖ166の場合、Ｖ170が負である）、整流スイッチ１００をオフに切り替える。
【００２４】
図３を参照し、図２を引き続き参照すると、図１７２は、ＣＳＲＣ８８の動作を示す。スイッチング波形１７４、１７６は、それぞれ、図２のスイッチ３０、３２の動作に対応する。図のように、スイッチ３０、３２のスイッチング波形１７４、１７６は、互いに補完し、短絡を防ぐために、スイッチ３０は、スイッチ３２と決して同時にオンにならない。実際に、デッドタイムは、スイッチング波形１７４、１７６に組み込まれ、その結果、スイッチ３０またはスイッチ３２は、時間ｔ3から時間ｔ4の間、および時間ｔ7からｔ8の間、オンに切り替わらない。スイッチング波形１７４、１７６は、図２の電流ｉLに対応する電流波形１７８と、図２の電圧ＶCおよび電圧ＶTPにそれぞれ対応する電圧波形１８０、１８２を、時間ｔ0から時間ｔ8へのパターンに従って制御する。
【００２５】
時間ｔ0で、スイッチ３０は、オンに切り替わる。スイッチ３０がオンに切り替えられたので、電流ｉLは正弦曲線的に増加し、電圧ＶCは指数関数的に増加し、電圧ＶTPは、ＶDCに増加しており、ここで、電圧ＶTPは、クランプされる。電圧ＶTPが正である間、計器用変圧器６２は、計器用変圧器６２の二次コイル６６の出力７４と出力７６との間に負の二次電圧ＶTSをもたらす。電流ｉLが正であるので、変流器１１２は、負の二次電圧Ｖ124と電流とをスイッチ駆動回路１１０にもたらす。電圧フォロア回路１２０は、変流器１１２の二次コイル１１６から負の二次電圧Ｖ124を受け取り、電圧フォロア回路１２０の出力１２９は、負荷影響を負の二次電圧Ｖ124から取り除いた後、負の電圧Ｖ129を出力する。反転増幅器回路１３０は、電圧フォロア回路１２０から負の電圧Ｖ129を受け取り、反転増幅器回路１３０の出力１４６は、上記のように、Ｖ146＝−Ｒf／Ｒin×Ｖ129であるため、正の電圧Ｖ146を出力する。コンパレータ回路１４８は、反転増幅器回路１３０から正の電圧Ｖ146を受け取り、コンパレータ回路１４８の出力１６０は、Ｖ160＝Ｇ152×（Ｖ146−Ｖ156）であり、Ｖ146がＶ156より大きいので、正の電圧Ｖ160を出力して、整流スイッチ１０２をオンに切り替える。コンパレータ回路１５０は、反転増幅器回路１３０から正の電圧Ｖ146を受け取り、コンパレータ回路１５０の出力１７０は、Ｖ170＝Ｇ162×（Ｖ166−Ｖ146）であり、Ｖ166がＶ146より小さいので、負の電圧Ｖ170を出力して、整流スイッチ１００をオフに切り替える。したがって、整流スイッチ１０２は、オンに切り替えられ、整流スイッチ１００は、オフに切り替えられる。正の電圧ＶTSが出力７２と出力７４との間に存在するので、負の電圧が出力７４と出力７６との間に存在し、正の電圧ＶOUTを負荷９６に存在させる。
【００２６】
電圧ＶC-が時間ｔ1でＶDCに増加した場合、図２のクランプダイオード４８が起動し、電圧ＶCからＶDCにクランプし、電流ｉLが線形状に減少し始める。電流ｉLが依然として正であるため、電圧ＶTP−がＶDCで維持され、整流スイッチ１０２がオンに切り替えられたままであり、整流スイッチ１００がオフに切り替えらたままである。スイッチ３０、３２のスイッチング期間が、共振コンデンサ５４と共振インダクタ５６との間の共振期間より長いので、電流ｉLは、スイッチ３０がオフに切り替えられる前に、磁化インダクタ６０を流れる電流（磁化電流）のレベルに減少する。電流ｉLが時間ｔ2で磁化電流に達した場合、電圧ＶCはＶDCのままであり、電圧ＶTPは、ゼロボルトに線形状に減少する。電流ｉLが時間ｔ2と時間ｔ3との間で一定レベルである間、電圧ＶTSおよび電圧Ｖ124-は、ゼロボルトに降下し、整流スイッチ１００、１０２が、オフに切り替わる。
【００２７】
時間ｔ3で、スイッチ３０はオフに切り替えられ、電圧ＶCが指数関数的に減少し始める。共振コンデンサ５４が放電しているので、電流ｉLが正弦曲線的に減少し始め、電圧ＶTPが−ＶDCに線形的に減少し始める。電圧ＶTPが負である間、計器用変圧器６２は、計器用変圧器６２の二次コイル６６の出力７２と出力７６との間に負の二次電圧ＶTSをもたらす。電流ｉLが負であるので、変流器１１２は、正の二次電圧Ｖ124と電流とをスイッチ駆動回路１１０にもたらす。電圧フォロア回路１２０は、変流器１１２の二次コイル１１６から正の二次電圧Ｖ124を受け取り、電圧フォロア回路１２０の出力１２９は、負荷影響を正の二次電圧Ｖ124から取り除いた後、正の電圧Ｖ129を出力する。反転増幅器回路１３０は、電圧フォロア回路１２０から正の電圧Ｖ129を受け取り、反転増幅器回路１３０の出力１４６は、上記のように、Ｖ146＝−Ｒf／Ｒin×Ｖ129であるため、負の電圧Ｖ146を出力する。コンパレータ回路１４８は、反転増幅器回路１３０から負の電圧Ｖ146を受け取り、コンパレータ回路１４８の出力１６０は、Ｖ160＝Ｇ152×（Ｖ146−Ｖ156）であり、Ｖ146がＶ156より小さいので、負の電圧Ｖ160を出力して、整流スイッチ１０２をオフに切り替える。コンパレータ回路１５０は、反転増幅器回路１３０から負の電圧Ｖ146を受け取り、コンパレータ回路１５０の出力１７０は、Ｖ170＝Ｇ162×（Ｖ166−Ｖ146）であり、Ｖ166がＶ146より大きいので、正の電圧Ｖ170を出力して、整流スイッチ１００をオンに切り替える。したがって、整流スイッチ１００は、オンに切り替えられ、整流スイッチ１０２は、オフに切り替えられる。負の電圧ＶTSが出力７２と出力７４との間に存在するので、負の電圧が出力７２と出力７６との間に存在し、正の電圧ＶOUTを負荷９６に存在させる。
【００２８】
時間ｔ4で、スイッチ３２はオンに切り替えられ、電圧ＶTPが−ＶDCに減少する。また、時間ｔ4で、電流ｉLおよび電圧ＶCは、以前のように減少し続ける。電圧ＶC-が時間ｔ5でゼロに減少した場合、図２のクランプダイオード５０が起動し、電圧ＶCからゼロボルトにクランプし、電流ｉLが線形状に増加し始める。また、時間ｔ5で、電圧ＶTP−が−ＶDCで維持され、整流スイッチ１００がオンに切り替えられたままであり、整流スイッチ１０２がオフに切り替えらたままである。スイッチ３０、３２のスイッチング期間が、共振コンデンサ５４と共振インダクタ５６との間の共振期間より長いので、電流ｉLは、スイッチ３２がオフに切り替えられる前に、磁化インダクタ電流に増加する。
【００２９】
電流ｉLが時間ｔ6で磁化電流に達した場合、電圧ＶCはゼロボルトのままであり、電圧ＶTPは、ゼロボルトに線形状に増加する。電流ｉLが時間ｔ6と時間ｔ7との間で一定レベルである間、電圧ＶTSおよび電圧Ｖ124-は、ゼロボルトに上昇し、整流スイッチ１００、１０２が、オフに切り替わる。スイッチ３２が時間ｔ7でオフに切り替えられた場合、電流ｉLがゼロボルトに増加し始め、電圧ＶTPがＶDCに線形的に増加し始め、上記のように、スイッチ駆動回路１１０が、整流スイッチ１０２をオンに切り替え、整流スイッチ１００をオフに切り替える。時間ｔ8で、スイッチ３０がオンに切り替えられ、時間ｔ0から時間ｔ8で確立されたパターンを繰り返す。
【００３０】
図１から図２に関して上記したように、スイッチ駆動回路１１０は、スイッチ３０と同期的に動作するように整流スイッチ１０２を駆動し、スイッチ３２と同期的に動作するように整流スイッチ１００を駆動するよう構成される。言い換えると、整流スイッチ１０２は、スイッチ３０がオンに切り替えられた場合にのみオンに切り替えられ、整流スイッチ１００は、スイッチ３２がオンに切り替えられた場合にのみオンに切り替えられる。同期整流のためのスイッチ駆動回路１１０の動作は、整流スイッチ１００、１０２が同時にオンに切り替わることを防止するよう設計される。
【００３１】
図４を参照すると、本発明の別の実施形態による、ＣＳＲＣ１８６を含む電力変換回路１８４が示される。ＣＳＲＣ１８６は、図１のＣＳＲＣ１２および図２のＣＳＲＣ８８の構成要素と同様の多くの構成要素を含み、したがって、図１および図２で構成要素を示すために使用される番号はまた、図４で同様の構成要素を示すために使用される。ＤＣ電源９０は、ＣＳＲＣ１８６に結合されるＤＣリンク９２に、ＤＣ電圧ＶDCをもたらす。ＣＳＲＣ１８６の出力は、電圧安定化コンデンサ９４に結合され、電圧安定化コンデンサ９４は、負荷９６と並列に結合される。
【００３２】
ＣＳＲＣ１８６は、ＣＳＲＣ１２（図１）およびＣＳＲＣ８８（図２）のハーフブリッジ回路２８を含み、ハーフブリッジ回路２８は、制御システム４６に結合されたスイッチ３０、３２を含む。スイッチ３０、３２のそれぞれは、図２に関して説明したように単一のスイッチ部品として示される。ＣＳＲＣ１８６はまた、クランプダイオード４８、５０と、共振コンデンサ５４、共振インダクタ５６、および磁化インダクタ６０を含む共振回路５２と、一次コイル６４および二次コイル６６を含む変圧器６２とを含む。いくつかの実施形態において、共振コンデンサ５４は、図２のＣＳＲＣ８８に関して上記した分割構成にある。二次コイル６６は、第１のコイル部分６８、第２のコイル部分７０、および出力７２、７４、７６を含む。ＣＳＲＣ８８のように、ＣＳＲＣ１８６は、整流スイッチ１００、１０２を含む同期整流器回路９８を介して同期整流するよう構成される。整流スイッチ１００、１０２は、例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの、任意の適切な電子スイッチとすることができる。整流スイッチ１００は、ノード１０４および出力７２に結合される。整流スイッチ１０２は、ノード１０４および出力７４に結合される。同期整流器回路９８は、制御システム１８８によって制御される。一実施形態によれば、制御システム１８８は、例えば、ＩＲ１１６８Ｓ集積回路などの集積回路を含むことができる。制御システム１８８はまた、整流スイッチ１００、１０２を通る電流をそれぞれ感知する２つの電流センサ１９０、１９２を含む。制御システム１８８は、ＺＣＳを取得するため、ゼロ電流遷移付近で整流スイッチ１００、１０２をオンに切り替えるよう構成される。
【００３３】
ＣＳＲＣ１８６の動作を、図５と共に説明する。図５は、図４のＣＳＲＣ１８６の同期整流器回路９８の整流スイッチ１００の動作についての図１９４を示す。整流スイッチ１００は、ＣＳＲＣ１８６のハーフブリッジ回路２８のスイッチ３２を用いて同期的にオンとオフとを切り替えられる。図１９４は、整流スイッチ１００の動作のみを表しているが、図１９４はまた、整流スイッチ１０２に適用され、整流スイッチ１０２は、ＣＳＲＣ１８６のハーフブリッジ回路２８のスイッチ３０を用いて同期的にオンとオフとを切り替えられる。電流波形１９６は、整流スイッチ１００を通って流れる電流ｉDSに対応する。電圧波形１９８は、整流スイッチ１００にかかる電圧ＶDSに対応する。スイッチング波形２００は、整流スイッチ１００の動作に対応する。スイッチング波形２０２は、最小時間の間、整流スイッチ１００をオンに切り替えたままにするために使用されるブランキング期間に対応する。
【００３４】
整流スイッチ１００の伝導相が開始された場合、電流ｉDSは、整流スイッチ１００のボディダイオード（図示せず）を通って流れ始め、整流スイッチ１００にかかる負の電圧ＶDSを生成する。ボディダイオードは、一般に、抵抗で整流スイッチ１００に起因する電圧降下よりもかなり高い電圧降下を有し、したがって、ターンオン閾値電圧ＶTH2をトリガする。ターンオン閾値電圧ＶTH2がトリガされた場合、制御システム１８８は、整流スイッチ１００をオンに切り替え、電圧ＶDSをＩD×ＲDSONに降下させ、ここで、ＲDSONは、整流スイッチ１００がオンに切り替えられた場合の整流スイッチ１００の抵抗である。電圧ＶDSの電圧降下は、通常、入力コンパレータをターンオフする可能性のある、ある程度のリンギングを伴う。したがって、最小時間の間、パワーＭＯＳＦＥＴをオンに維持する、固定最小オン時間（ＭＯＴ）ブランキング期間が使用される。固定ＭＯＴは、整流スイッチ１００の最小伝導時間を、したがって、ＣＳＲＣ１８６の最大スイッチング周波数を制限する。
【００３５】
整流スイッチ１００がオンに切り替えられると、整流スイッチ１００は、電圧ＶDSがターンオフ閾値電圧ＶTH1を横切る場所に整流電流が減衰するまでオンのままである。デバイス電流はここでは正弦波であるので、電圧ＶDSは、比較的低いｄＶ／ｄｔでターンオフ閾値電圧ＶTH1を横切る。ターンオフ閾値電圧ＶTH1が横切られると、電流は、ボディダイオードを通って再び流れ始め、電圧ＶDSを負に急変化させる。残余電流の量に応じて、電圧ＶDSは、再びターンオン閾値電圧ＶTH2をトリガすることができ、したがって、ターンオン閾値電圧ＶTH2は、ターンオフ閾値電圧ＶTH1がトリガされた後、期間ｔBLANKの間、ブランキングされる。電圧ＶDSが正のリセット閾値ＶTH3を横切った場合、ｔBLANKが終了し、制御システム１８８は、次の伝導サイクルの準備ができている。
【００３６】
したがって、有利には、本発明の実施形態は、共振変換器に同期整流をもたらす。同期整流は、整流スイッチおよびスイッチ駆動回路によってもたらされる。第１の実施形態において、スイッチ駆動回路は、スイッチング電圧を整流スイッチにもたらして、電圧フォロア回路を通じてオンまたはオフに切り替える変流器と、反転増幅器回路と、各整流スイッチに対するコンパレータ回路とを含む。スイッチ駆動回路は、スイッチング信号を整流スイッチにもたらし、整流スイッチがＡＣ電力からＤＣ電力に同期的に整流するよう構成される。第２の実施形態において、スイッチ駆動回路は、各整流スイッチに対する電流センサを含む制御システムを含む。制御システムは、電流センサによって感知された電流に基づいて、整流スイッチのオンとオフとを切り替える。共振変換器の第１の実施形態は、第２の実施形態よりも高速な、同期整流の方法を提供することができるが、第１の実施形態は、よりコストがかかる可能性がある。第２の実施形態は、第１の実施形態よりも動作が遅い可能性があるが、第２の実施形態は、第１の実施形態よりもより効率的である可能性がある。しかしながら、同期整流を用いる共振変換器の第１および第２の実施形態はどちらも、同期整流を用いる以前の共振変換器より単純で小型の構造を提供する。したがって、同期整流を用いる共振変換器の実施形態は、製造コスト、および共振変換器において同期整流を実現することと関連したエネルギ消費を削減する。
【００３７】
したがって、本発明の一実施形態によれば、共振変換器は、第１のスイッチ、第１のスイッチと直列に結合される第２のスイッチ、第１のスイッチおよび第２のスイッチに結合されて第１のスイッチおよび第２のスイッチの動作を制御するようプログラムされる制御器、第１のスイッチおよび第２のスイッチの間のノードに結合される一次コイルを備える第１の変圧器、ならびに第１の変圧器の一次コイルに結合される共振インダクタを有する共振変換器一次段階を含む。共振変換器はまた、共振インダクタに結合される一次コイルと第１のコイル部分および第１のコイル部分に結合される第２のコイル部分を備える二次コイルとで形成される第２の変圧器、第２の変圧器の二次コイルの第１のコイル部分に結合される第３のスイッチ、ならびに二次変圧器の二次コイルの第２のコイル部分に結合される第４のスイッチを有する共振変換器二次段階を含む。共振変換器は、同期整流のために第３のスイッチおよび第４のスイッチを駆動するよう構成されるスイッチ駆動回路をさらに含み、スイッチ駆動回路は、第１の変圧器の二次コイルを備える。
【００３８】
本発明の別の実施形態によれば、共振変換器において同期整流するための方法は、スイッチの一次ペアを設けることによって共振変換器一次段階を提供すること、スイッチの一次ペアの動作を制御するよう構成される制御器をスイッチの一次ペアに結合すること、スイッチの一次ペアに変流器の一次コイルを結合すること、および変流器に計器用変圧器の一次コイルを結合すること、を含む。本方法はまた、計器用変圧器の二次コイルを設けて、変圧器の二次コイルに二次スイッチのペアを結合することによって、共振変換器二次段階を提供することを含む。本方法は、変流器の二次コイルを備えるスイッチ駆動回路を二次スイッチペアに結合すること、共振変換器に電力をもたらすこと、ならびに変流器の一次コイルおよび計器用変圧器の一次コイルを電力が通るよう制御器でスイッチの一次ペアを制御することをさらに含み、計器用変圧器の一次コイルを通って流れる電力により、電力が、計器用変圧器の二次コイルを通って流れ、変流器の一次コイルを通って流れる電力により、電力が、変流器の二次コイルを通って流れ、変流器の二次コイルを通って流れる電流により、スイッチ駆動回路が、二次スイッチのペアを駆動して、計器用変圧器の二次コイルを通って流れる電力を負荷に導く。
【００３９】
本発明のさらに別の実施形態によれば、クランプ直列共振変換器は、第１のスイッチおよび第１のスイッチと直列に結合される第２のスイッチを備えるハーフブリッジ回路、ハーフブリッジ回路に結合されてハーフブリッジ回路を制御するようプログラムされる第１の制御器、ならびにハーフブリッジ回路と並列に結合されるダイオードのペアを含み、ダイオードのペアは、第２のダイオードと直列の第１のダイオードを備える。クランプ直列共振変換器はまた、ダイオードのペアの第２のダイオードと並列に結合されるコンデンサと、ハーフブリッジ回路の第１のスイッチおよびハーフブリッジ回路の第２のスイッチの間のノードに結合されるインダクタと、インダクタに結合され、さらに第１のダイオードおよび第２のダイオードの間のノードに結合される一次コイルならびに第１のコイル部分および第１のコイル部分に結合される第２のコイル部分を備える二次コイルを備える変圧器とを含む。クランプ直列共振変換器は、変圧器の二次コイルの第１のコイル部分に結合される第３のスイッチおよび変圧器の二次コイルの第２のコイル部分に結合される第４のスイッチと、第３のスイッチを通る電流を感知するために第３のスイッチに結合される第１の電流センサと、第４のスイッチを通る電流を感知するために第４のスイッチに結合される第２の電流センサと、第１の電流センサ、第２の電流センサ、およびスイッチのペアに結合されて、第１の電流センサおよび第２の電流センサによって感知された電流に基づいてハーフブリッジ回路で同期的にスイッチのペアを制御するようプログラムされる第２の制御器とをさらに含む。
【００４０】
本発明は、好適な実施形態の観点から説明されており、明示されたものとは別に、同等例、代替例、および変形例が可能であり、添付の特許請求の範囲内である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  電力変換回路
１２  ＣＳＲＣ
１４  ＡＣ電源
１６  電磁妨害（ＥＭＩ）フィルタ
１８  ４ダイオード全波ブリッジ整流器（ダイオードブリッジ）
２０  ＤＣリンク
２２  コンデンサバンク
２４  フィルタコンデンサ
２６  負荷
２８  ハーフブリッジ回路
３０  スイッチ
３２  スイッチ
３４  スイッチ本体
３６  ボディダイオード
３８  寄生接合コンデンサ
４０  スイッチ本体
４２  ボディダイオード
４４  寄生接合コンデンサ
４６  制御システム
４８  クランプダイオード
５０  クランプダイオード
５２  共振回路
５４  共振コンデンサ
５６  共振インダクタ
５８  ノード
６０  磁化インダクタ
６２  計器用変圧器
６４  一次コイル
６６  二次コイル
６８  第１のコイル部分
７０  第２のコイル部分
７２  出力
７４  出力
７６  出力
７８  全波整流器回路
８０  整流ダイオード
８２  ノード
８４  整流ダイオード
８６  電力変換回路
８７  一次段階
８８  ＣＳＲＣ
８９  二次段階
９０  ＤＣ電源
９２  ＤＣリンク
９４  電圧安定化コンデンサ
９６  負荷
９８  同期整流器回路
１００  整流スイッチ
１０２  整流スイッチ
１０４  ノード
１１０  スイッチ駆動回路
１１２  変流器
１１４  一次コイル
１１６  二次コイル
１１８  抵抗器
１２０  電圧フォロア回路
１２２  演算増幅器（ｏｐ−ａｍｐ）
１２４  非反転入力
１２６  反転入力
１２８  出力
１２９  出力
１３０  反転増幅器回路
１３４  ｏｐ−ａｍｐ
１３６  非反転入力
１３８  接地
１４０  反転入力
１４２  出力
１４６  出力
１４８  コンパレータ回路
１５０  コンパレータ回路
１５２  ｏｐ−ａｍｐ
１５４  反転入力
１５８  非反転入力
１６０  出力
１６２  ｏｐ−ａｍｐ
１６４  非反転入力
１６８  反転入力
１７０  出力
１８４  電力変換回路
１８６  ＣＳＲＣ
１８８  制御システム
【図１】
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【図２】
2017028987.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017028987.tif 000006
【図５】
2017028987.tif 000007
【外国語明細書】
2017028987000001.pdf