特許ウォッチ

公開番号2024176003
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023094178
出願日2023-06-07
発明の名称共振電流制御形直流電源
出願人個人
代理人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20241212BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】共振形DCDCコンバータを構成する上で、少なくとも共振用スイッチと出力制御用スイッチが必要としていたが、回路構成の更なる簡単化と効率向上が課題となる。
【解決手段】共振電流制御形DCDCコンバータ200は、フライバックDCDCコンバータ230-2が、スイッチSがオン期間に共振キャパシタCrの充電電圧から電流をインダクタLdに流し、オフ信号により、インダクタLdの電流は継続して負荷側に流すが、共振キャパシタCrからの電流はオフに移す共通した電流制御動作により、次の共振電流動作を開始する。共振動作と出力制御動作を兼ね備えることにより、更なる回路構成の簡単化と効率改善ができると共に、交流電源の全波整流出力を直流電源に用いることにより、交流電流波形改善、力率改善も改善する。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
直流電源に、必要に応じて逆流防止ダイオードを介して、共振インダクタLrと必要に応じて逆充電防止用ダイオードを逆並列に接続した共振キャパシタCrを直列接続したＬＣ共振回路を接続し、前記共振キャパシタCrの両端にスイッチSとインダクタLdおよびダイオードで構成される昇降圧チョッパ回路あるいは降圧チョッパ回路を用いたDC-DCコンバータを接続して、前記DC-DCコンバータの出力に平滑キャパシタCdが並列接続された直流負荷を接続する回路構成において、
前記ＬＣ共振回路の共振周期に同期して前記スイッチＳのスイッチングパルス幅を制御することにより、1個のスイッチだけで前記ＬＣ共振電流の制御と前記直流負荷への電圧、電流制御を可能とすることを特徴とする共振電流制御形直流電源。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
請求項１記載の共振電流制御形電源における前記DC-DCコンバータを構成とする前記昇降圧チョッパ回路を、前記共振キャパシタCrの両端に、変圧器の一次巻線と前記スイッチを直列接続して接続し、前記変圧器の二次巻線の一端に逆流防止ダイオードを介して前記平滑用キャパシタCdに接続し、前記平滑用キャパシタCdの他端に前記変圧器の二次巻線の他端を接続し、前記平滑用キャパシタCdの両端に直流負荷を接続するフライバック形ＤＣＤＣコンバータの回路構成とし、
前記降圧チョッパ回路は、前記共振キャパシタCrの両端に、変圧器の一次巻線と前記スイッチを直列接続して接続し、前記変圧器の二次巻線の一端に逆流防止ダイオードにフリーフォイーリングダイオードと平滑用インダクタLdを介して平滑用キャパシタCdに接続し、前記平滑用キャパシタCdおよび前記フリーフォイーリングダイオードの他端を前記変圧器の二次巻線の他端に接続し、前記平滑用キャパシタCdの両端に直流負荷を接続するフォワード形ＤＣＤＣコンバータの回路構成とし、
変圧器を用いた構成とすることにより、大幅な電圧制御と前記直流電源から絶縁した直流出力を得ることを可能とすることを特徴とする共振電流制御形直流電源。
【請求項３】
請求項１から請求項２記載の共振電流制御形電源における前記直流電源を、交流電源から全波整流回路を介して構成し、前記スイッチによるスイッチングパルス幅制御により、
前記交流電源が単相正弦波の場合は、前記全波整流回路の交流側に前記共振電流に対する共振周波数成分を除去する交流フィルタ回路を介することにより交流電流波形を正弦波状とし、
前記交流電源が三相平衡正弦波の場合は、前記全波整流回路の直流出力側に共振周波数成分を除去する交流フィルタ回路を介することにより、120度通流幅の方形波状の交流電流波形とし、
前記直流負荷への電圧、電流制御を可能とすることを特徴とする共振電流制御形直流電源。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としてのＬＥＤ照明器具用電源から比較的容量の大きなインバータエアコンなど比較的容量の大きな応用分野の電気エネルギーを消費する負荷に対する直流電源の電源品質改善と小型化、軽量化、低価格化に貢献する技術である。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ照明は、本来の低消費電力や長寿命の特徴に加えて省エネ化への期待や制御機能の向上が図られるため、近年の照明器具の低価格化と共に広く普及してきた。
【０００３】
ＬＥＤ照明電源は、電気エネルギーを一方的に需要要求に応じて消費する負荷であるため、極めて簡単な回路構成でも実用に供することができるが、市販される台数が極めて多いため、比較的簡単な回路構成で必要とする特性を有することが求められている。
【０００４】
一般的なＬＥＤ照明用電源は、交流電源を整流して電解コンデンサで平滑した後、スイッチ回路で調光制御しており、ハードスイッチング損失、スイッチングノイズ、電解コンデンサによる寿命等の課題に加えて、力率改善対策としてＰＦＣ（Power Factor Correction:力率改善）整流回路を付加したものは、ＬＥＤ照明用駆動電源としては動作電圧が高くなり、その後段に電圧を下げるためにＤＣ－ＤＣコンバータを接続する２段構成となるなど、回路構成がさらに複雑化するなどの課題があった。
【０００５】
一方、インバータエアコンなどのインバータの直流電源の構成においては、ＬＥＤ照明用電源に比べて比較的動作電圧が高く、動作電流も大きいので、整流動作における電流波形ひずみによる周辺機器への影響も大きい。
【０００６】
このため、インバータエアコン用の直流電源構成においてもＰＦＣコンバータが用いられており、主回路構成が複雑化するだけでなく、スイッチング損失、高周波ノイズが課題となるため、種々の改善策も講じられている。
【０００７】
こうした課題に対し、スイッチング損失やスイッチングノイズの低減に有効なソフトスイッチング技術による共振形整流制御動作と、それに接続するＤＣＤＣコンバータによる電流制御動作を組み合わせた制御により、極めて簡単な回路構成ではあるが、優れた流入電流特性のもと、ＤＣＤＣコンバータの課題に対し、イッチング制御で出力電圧電流制御を実現することができる共振形ＡＣ－ＤＣ電源が発明されている。
【０００８】
この電源は、第一のスイッチング素子をオンすることにより、零電流ソフトスイッチングで共振キャパシタを充電することができ、共振キャパシタに接続されたＤＣ－ＤＣコンバータの第二のスイッチング素子をオン、オフする通流幅制御をかけることにより、整流回路の出力電圧電流制御と流入電流波形の改善を一定のスイッチング周波で行うことができる。
【０００９】
本発明は、第一のスイッチング素子を用いることなく、第二のスイッチング素子のオン、オフ制御だけで、共振電流による共振キャパシタへの充電と、ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧電流制御を行わせることができ、主回路構成の更なる簡単化とスイッチング素子での通電損失を無くすことができ効率の更なる改善も期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特願１９９０－９７２７２：「一石式共振形コンバータ」
特願１９９５－２１３０５０：「共振形コンバータ」
特願２００７－２８８２９：「共振電流制御方法」
特許第６６６７７５０：「ＤＣ－ＤＣコンバータ」
特許第６７７５７４５：「ＡＣ－ＤＣコンバータ」
特許第７１３７２６０：「ＡＣ－ＤＣ電源」
特願２０２３－０４７０７３１：「共振形ＡＣ－ＤＣ電源」
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許