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公開番号2022142216
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-09-30
出願番号2021042309
出願日2021-03-16
発明の名称スイッチング電源装置
出願人コーセル株式会社
代理人個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20220922BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】共振電圧信号発生部又は共振電流信号発生部はコンパクトで安価に構成できる電流共振型ハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置10において、共振動作監視回路34は、一端が共振用コンデンサ26の一端に接続された降圧用コンデンサ36と降圧用コンデンサの他端とグランドライン18との間に接続された共振電圧信号発生部38(1)及び共振電流信号発生部40(1)、40(2)を備える。共振電圧信号発生部は、信号生成用コンデンサ42a、42bの直列回路で成り、共振電圧信号Sv(1)を出力する。共振電流信号発生部は、分流用コンデンサ44aと電流電圧変換用抵抗44bとの直列回路で成り共振電流信号Si(1)、Si(2)を出力する。降圧用コンデンサの容量は、共振用コンデンサの容量よりも小さく、降圧用コンデンサの他端に発生する電圧が50V以下になるように設定される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、一端が前記入力ラインに接続された第一のスイッチング素子と、前記一のスイッチング素子の他端と前記グランドラインとの間に接続された第二のスイッチング素子と、入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一及び第二のスイッチング素子の接続点に接続されたトランスと、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記入力ライン又は前記グランドラインに接続された共振用コンデンサと、前記入力巻線と直列に隣接する位置に挿入された共振用インダクタと、前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、前記第一及び第二のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一の制御部とを備えた電流共振型のスイッチング電源装置において、
前記トランス、前記共振用コンデンサ及び前記共振用インダクタによる共振動作を監視する共振動作監視回路が設けられ、前記共振動作監視回路は、一端が前記共振用コンデンサの一端に接続された降圧用コンデンサと、前記降圧用コンデンサの他端と前記グランドラインとの間に接続されたｎ個（ｎ：自然数）の共振電圧信号発生部と、前記降圧用コンデンサの他端と前記グランドラインとの間に接続されたｋ個（ｋ：自然数）の共振電流信号発生部とを備え、
前記共振電圧信号発生部は、複数個の信号生成用コンデンサの直列回路で成り、当該直列回路の中の特定の接続点に、前記共振用コンデンサの両端に発生する共振電圧と略相似な波形の電圧を発生させ、この電圧を共振電圧信号として出力するものであり、
前記共振電流信号発生部は、分流用コンデンサと電流電圧変換用抵抗との直列回路で成り、前記分流用コンデンサと前記電流電圧変換用抵抗との接続点に、前記入力巻線に流れる共振電流と略相似な波形の電圧を発生させ、この電圧を共振電流信号として出力するものであり、
前記降圧用コンデンサの容量は、前記共振用コンデンサの容量よりも小さく、前記降圧用コンデンサの他端に発生する電圧が５０Ｖ以下になるように設定され、前記信号生成用コンデンサ及び前記分流用コンデンサは、耐電圧が５０Ｖ以下のコンデンサ素子が使用されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、一端が前記入力ラインに接続された第一のスイッチング素子と、前記一のスイッチング素子の他端と前記グランドラインとの間に接続された第二のスイッチング素子と、入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一及び第二のスイッチング素子の接続点に接続されたトランスと、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記入力ライン又は前記グランドラインに接続された共振用コンデンサと、前記入力巻線と直列に隣接する位置に挿入された共振用インダクタと、前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、前記第一及び第二のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一の制御部とを備えた電流共振型のスイッチング電源装置において、
前記トランス、前記共振用コンデンサ及び前記共振用インダクタによる共振動作を監視する共振動作監視回路が設けられ、前記共振動作監視回路は、一端が前記共振用コンデンサの一端に接続された降圧用コンデンサと、前記降圧用コンデンサの他端と前記グランドラインとの間に接続されたｎ個（ｎ≧２）の共振電圧信号発生部とを備え、
前記共振電圧信号発生部は、複数個の信号生成用コンデンサの直列回路で成り、当該直列回路の中の特定の接続点に、前記共振用コンデンサの両端に発生する共振電圧と略相似な波形の電圧を発生させ、この電圧を共振電圧信号として出力するものであり、
前記降圧用コンデンサの容量は、前記共振用コンデンサの容量よりも小さく、前記降圧用コンデンサの他端に発生する電圧が５０Ｖ以下になるように設定され、前記信号生成用コンデンサは、耐電圧が５０Ｖ以下のコンデンサ素子が使用されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、一端が前記入力ラインに接続された第一のスイッチング素子と、前記一のスイッチング素子の他端と前記グランドラインとの間に接続された第二のスイッチング素子と、入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一及び第二のスイッチング素子の接続点に接続されたトランスと、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記入力ライン又は前記グランドラインに接続された共振用コンデンサと、前記入力巻線と直列に隣接する位置に挿入された共振用インダクタと、前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、前記第一及び第二のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する第一の制御部とを備えた電流共振型のスイッチング電源装置において、
前記トランス、前記共振用コンデンサ及び前記共振用インダクタによる共振動作を監視する共振動作監視回路が設けられ、前記共振動作監視回路は、一端が前記共振用コンデンサの一端に接続された降圧用コンデンサと、前記降圧用コンデンサの他端と前記グランドラインとの間に接続されたｋ個（ｋ≧２）の共振電流信号発生部とを備え、
前記共振電流信号発生部は、分流用コンデンサと電流電圧変換用抵抗との直列回路で成り、前記分流用コンデンサと前記電流電圧変換用抵抗との接続点に、前記入力巻線に流れる共振電流と略相似な波形の電圧を発生させ、この電圧を共振電流信号として出力するものであり、
前記降圧用コンデンサの容量は、前記共振用コンデンサの容量よりも小さく、前記降圧用コンデンサの他端に発生する電圧が５０Ｖ以下になるように設定され、前記分流用コンデンサは、耐電圧が５０Ｖ以下のコンデンサ素子が使用されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記共振用コンデンサは、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記入力ラインに接続された第一の共振用コンデンサと、一端が前記入力巻線の他端に接続され、他端が前記グランドラインに接続された第二の共振用コンデンサとで構成されている請求項１乃至３のいずれか記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記共振用インダクタは、前記トランスのリーケージインダクタンスで代用されている請求項１乃至４のいずれか記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
内部の制御用プログラムを書き換え可能なデジタルプロセッサを備えた第二の制御部が設けられ、
前記共振動作監視回路は、前記共振動作に関する複数の信号を発生させ、その中の特定の信号を前記第一の制御部に向けて出力し、その他の信号を前記第二の制御部に向けて出力し、
前記第二の制御部は、前記共振動作監視回路から取得した前記その他の信号を前記デジタルプロセッサで分析し、その分析結果に基づいて、前記第一の制御部の動作を変更させる請求項１乃至５のいずれか記載のスイッチング電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスの入力巻線と直列の位置に共振用コンデンサ及び共振用インダクタを設けた電流共振型ハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
電流共振型ハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置は、トランス、共振用コンデンサ及び共振用インダクタによる独特な共振動作が行われ、この共振動作を検出することによって、電力変換動作の状況（実際の共振周波数、出力電力、出力電流等）を把握することができることが知られている。そのため、従来から、共振動作の状況を検出し、その検出結果を各種の制御や保護機能に利用することが行われている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示されたＬＬＣコンバータ（電流共振型ハーフブリッジコンバータ）は、共振電圧及び共振電流を検出し、その検出結果を、負荷の応答性を向上させたり、位相補償設計の容易性を向上させたりするために利用している。
【０００４】
特許文献１のＬＬＣコンバータには、共振電圧を検出する回路（以下、共振電圧信号発生部と称する。）として、トランスの入力巻線及び共振用コンデンサの接続点とグランドラインとの間にコンデンサＣ４，Ｃ６の直列回路を接続し、コンデンサＣ６に発生する電圧を共振電圧信号VCRとして出力する回路が設けられている。コンデンサＣ４，Ｃ６の直列回路はいわゆる分圧回路で、入力巻線及び共振用コンデンサの接続点に発生する共振電圧を、制御回路が扱いやすい共振電圧信号（例えば数ボルト以下の低電圧信号）に降圧する動作を行う。
【０００５】
また、共振電流を検出する回路（以下、共振電流信号発生部と称する。）として、トランスの入力巻線及び共振用コンデンサの接続点とグランドラインとの間にコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ６の直列回路を接続し、抵抗Ｒ６に発生する電圧を共振電流信号VISとして出力する回路が設けられている。コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ６は、トランスの入力巻線に流れる共振電流の一部を分流させ、制御回路が扱いやすい共振電流信号（例えば数ボルト以下の低電圧信号）に変換する動作を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２０－７８１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された共振電圧信号発生部及び共振電流信号発生部の構成を、商用交流電圧が入力されるスイッチング電源装置に適用した場合、入力巻線及び共振用コンデンサの接続点に百数十ボルト～数百ボルトの高電圧が発生するので、特許文献１の図面に開示されたコンデンサＣ３やＣ４は、少なくとも百ボルト以上の耐電圧を有したものを選択しなければならない。
【０００８】
一般に、上記コンデンサＣ３，Ｃ４，Ｃ６のような用途には、面実装型のセラミックコンデンサが適している。市販のセラミックコンデンサは、耐電圧が５０Ｖ以下の範囲はラインアップが豊富で価格も比較的安価であるが、耐電圧が５０Ｖを超えるとラインアップが限られ価格も割高になる傾向がある。また、仮にコンデンサの素子内部の耐電圧が保証されていても、２つの外部電極が近接している小型の素子は、百数十ボルト～数百ボルトの高電圧が印加された時に沿面放電が発生するおそれがあるので使用できず、十分に外形が大きいものを選択しなければならない。
【０００９】
したがって、特許文献１に開示された共振電圧信号発生部及び共振電流信号発生部を構成する時は、複数のコンデンサ（コンデンサＣ３，Ｃ４）を、外形が大きくて高価な素子にしなければならないという問題があった。さらに、近年、より高度な制御を行うため、或いは保護機能を充実させてさらに安全性を向上させるため、共振電圧信号発生部及び共振電流信号発生部の数を増やしたいという事情があり、実装スペースの増加やコストアップを抑えることが課題になっていた。
【００１０】
本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、共振電圧信号発生部又は共振電流信号発生部又はその両方をコンパクトで安価に構成できる電流共振型ハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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