応用電力変換工学 - 大阪大学ps.eei.eng.osaka-u.ac.jp/funaki/notes/class/h20/h20... ·...
TRANSCRIPT
1
応用電力変換工学舟木剛
第12回 ソフトスイッチング
共振形コンバータ
2008年12月17日
2008/12/17 応用電力変換工学 2
ソフトスイッチング
• ソフトスイッチング
– スイッチの状態遷移(スイッチング)条件• 印加電圧(順方向阻止)が0の状態でターンオン(ZVS)• 通流電流が0の状態でターンオフ(ZCS)
– スイッチング損失が低減• 状態遷移中の電圧・電流積が0
– 種類– 共振スイッチコンバータ
– 負荷共振コンバータ
– 共振dcリンクコンバータ
2
2008/12/17 応用電力変換工学 3
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータ
• LCの共振により,ソフトスイッチング(ZCS)を実現
Vs
Lr Lo
Cr Co RL
iL ic
id
io
Vovc
Vs
Lr
Cr
iL ic
id
io
vc ↓
S
S
2008/12/17 応用電力変換工学 4
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータ
• 回路条件– 回路の基本構成はBuckコンバータ
– 入力側LC共振回路• インダクタLr• コンデンサCr
– 出力インダクタンスLoが大きい• 出力電流Ioのリップル少ない
– Io≒一定
• Lo>>Lr
• 損失無視
3
2008/12/17 応用電力変換工学 5
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータの周期定常状態の動作
– 直前• 負荷電流Ioがダイオードを環流(vc=0)
• スイッチON(t=0)– 電源電流iLは共振用Lrにより,ゆっくり立ち上がる(ダイオードONのまま)
• iL<Ioの間,ダイオードに電流が流れる
• iL=Ioで,ダイオードがOFF(t=t1)
Vs
Lr iL
id
io
↓
2008/12/17 応用電力変換工学 6
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータの周期定常状態の動作
• スイッチON,ダイオードOFF(t≧t1)– 出力電流Io一定(Loが大)
• ic=iL-IoがCrを充電– vcの上昇と共にILが減少
» コンデンサ電圧vcが,ダ
イオードを逆バイアス
– iL=0でスイッチが電流を流さなくなる。(バイポーラ素子)。スイッチ非導通(t=t2)
Vs
Lr
Cr
iL ic io
vc ↓
4
2008/12/17 応用電力変換工学 7
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータの周期定常状態の動作
• ダイオードOFF(t≧t2)– 出力電流Io一定(Loが大)
• ic=-IoがCrを放電– vcが減少
» コンデンサ電圧vcが,ダイオードを逆バイアス
– コンデンサCr電圧vc>0の間にスイッチOFF
• 非導通からOFFへ• スイッチング損失無し
(IL=0:ZCS)– vc=0でダイオードがON。
(t=t3)
Vs Cr
ic io
vc ↓
2008/12/17 応用電力変換工学 8
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータの周期定常状態の動作
• スイッチOFF,ダイオードON(t>t3)– Id=Io
Vs
io
vc ↓
5
2008/12/17 応用電力変換工学 9
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータの周期定常状態の動作
• 動作区間– 0≦t≦t1 スイッチON
ダイオードON– t1<t≦t2 スイッチON
ダイオードOFF– t2<t≦t3 スイッチ非導通→OFF(ZCS)
ダイオードOFF– t3<t<T スイッチOFF
ダイオードON
2008/12/17 応用電力変換工学 10
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータ
• 動作区間0≦t≦t1– Lrの電流iL
• 初期値iL(t=0)=0• 電源電圧Vs
( )r
st
sr
L LtVdtV
Lti == ∫0
1
( ) or
sL I
LtVti == 1
1
s
or
VILt =1
6
2008/12/17 応用電力変換工学 11
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータ
• 動作区間t1≦t≦t2– 初期値vc(t=t1)=0
( ) ( )dt
tdiLVtv Lrsc −=
( ) ( ) oLc Ititi −= sIII o
LC −=
( )( )ccr
tccr
IsVCVsVC
=
=− 1
( )( )
( )oLrs
tLLrs
c
IsILs
V
IsILs
VV
−−=
−−= 1
( ) ( )tidt
tdvC cc
r =
sIII o
CL +=
2008/12/17 応用電力変換工学 12
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータ
• 動作区間t1≦t≦t2
ccr IsVC =
[ ]
Crs
ooCrs
oo
Crs
c
sILs
V
IIsILs
V
IsIIsL
sVV
−=
−+−=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +−=
( )crsr
crs
rc
IsLVC
sILs
VsCI
2−=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −=
( ) tLCVtti
rrCLr
rsc
1sin1 =+
21
1
21
11
211
sLCV
sVC
sCLVCI
rr
rr
rr
rr
rr
CL
CL
r
rs
CL
CLCLsr
rrsrc
+=
+=
+=
7
2008/12/17 応用電力変換工学 13
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータ
• 動作区間t1≦t≦t2– 各部の電圧・電流
( ) ( )[ ]1cos1 1 ttVtvrrCLsc −−=
( ) ( )
( )1sin 1 ttLCVI
tiIti
rrCLr
rso
coL
−+=
+=
( ) ( )1sin 1 ttLCVti
rrCLr
rsc −=
2008/12/17 応用電力変換工学 14
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータ
• 動作区間t1≦t≦t2– t2を求める
( ) ( )
0
12sin2 1
=
−+= ttLCVIti
rrCLr
rsoL
( ) oCLr
rs Itt
LCV
rr−=− 12sin 1
( )r
r
s
oCL C
LVItt
rr−=− 12sin 1
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−+= −
r
r
s
orr C
LVICLtt 1sin12
8
2008/12/17 応用電力変換工学 15
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータ
• 動作区間t2≦t≦t3– コンデンサCrが-Ioで放電
– T3でコンデンサの電圧が0
( ) ( )
( )
( ) ( )22
21
21
2
2
tvttCI
tvdtIC
tvdtiC
tv
cr
o
c
t
t or
c
t
t cr
c
+−−=
+−=
+=
∫
∫
( )223 tvICtt c
o
r+=
( ) ( ) 0223 =+−− tvttCI
cr
o
( ) 03 =tvc
T3は負荷に依存
2008/12/17 応用電力変換工学 16
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータ
• 動作区間t3≦t<T– インダクタ電流
• スイッチOFF
– コンデンサ
• 電圧はダイオード導通中のため
• 電流は,出力電圧と同じ
0=cv
0=Li
od Ii −=
9
2008/12/17 応用電力変換工学 17
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータ
• 出力電圧– 出力エネルギーWoと入力エネルギーWsの関係
TIV
dtIVW
oo
T
ooo
=
= ∫0
( )
( ) ( )[ ]⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
−−−−+=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−++=
=
∫∫
∫
112cos1212
1sin
12
2
11
1
0
0
ttCVttItL
VV
dtttLCVIVdt
LtVV
dtiVW
rr
rr
CLrsor
ss
t
t CLr
rsos
t
r
ss
T
Lss
2008/12/17 応用電力変換工学 18
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータ
• 出力電圧
so WW =
( ) ( )[ ]⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
−−−−+= 112cos1212
12 ttCVttItL
VVTIVrrCLrso
r
ssoo
( ) ( )[ ]
( ) ( )[ ]⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
−−−−+=
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
−−−−+=
112cos11212
112cos1212
12
12
ttCVI
tttLI
VTV
ttCVttItL
VTI
VV
rr
rr
CLrsoro
ss
CLrsor
s
o
so
10
2008/12/17 応用電力変換工学 19
ゼロ電流スイッチング(ZCS)共振形コンバータ
• 出力電圧
( )[ ] ( ) ( )⎪⎭
⎪⎬⎫
⎪⎩
⎪⎨⎧
−+−+−−
−= 2312
12cos1231
2 1
2 ttVttttC
tttL
VTVV s
CLrr
sso
rr
( )
( )[ ]12cos123
223
1 ttVtt
C
tvtt
CI
rrCLsr
cr
o
−−−
=
−=
2008/12/17 応用電力変換工学 20
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータ
• LCの共振により,ソフトスイッチング(ZVS)を実現
Vs
Lr Lo
CrCo RL
iL
ic
id
io
Vo
vc
S
Vs
Lr
Cr
iL
ic
id
io
vc
S
↓
D1
Ds
Ds
D1
11
2008/12/17 応用電力変換工学 21
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータ
• 回路条件– 回路の基本構成はBuckコンバータ
– 入力側直列LC共振回路• インダクタLr• コンデンサCr• スイッチの逆並列ダイオード(MOSFET)
– 出力インダクタンスLoが大きい• 出力電流Ioのリップルが少ない。
– Io≒一定
• Lo>>Lr
• 損失無視
2008/12/17 応用電力変換工学 22
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータの周期定常状態動作
– 直前(t<0)• スイッチON。
(電源からエネルギー供給)
– Dsオフ(電流0)– 電圧vc=0
• D1オフ(電流0)
• スイッチOFF(t=0)– この時スイッチ電圧vc=0(ZVS)– Cr経由でiL=Ioとなる
• iLがCrを充電
– 電圧vcが時間比例で上昇
Vs
LrCriL=io
icvc
↓
12
2008/12/17 応用電力変換工学 23
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータの周期定常状態動作
• D1がON(t=t1)– vc=vsとなった時点でD1がONする
• iL=Io一定よりVLr=0– D1がONの状態(t≧t1)
• 電源側– CrとLrの直列共振回路形成
» iL減少開始(負になってもOK)
» vcは上昇するがピーク後減少開始する
• 負荷側– D1経由で電流Io一定
Vs
LrCriL
ic
id
iovc
↓
2008/12/17 応用電力変換工学 24
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータの周期定常状態動作
• DSがONする(t=t2)– vc=0となった時点
• CrとLrの共振
• 以降DsがON– vc=0– iL<0を流す
– VsがLrに印加(t≧t2)• iLが時間比例で増加
– DSのON中にSをONする• スイッチ電圧0(ZVS)• DSがONなので影響無し
• iL負のピークで再び増加に転じる
Vs
Lr iL
id
io
↓
13
2008/12/17 応用電力変換工学 25
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータの周期定常状態動作
• DSがOFFする(t=t3)– Id=Ioとなった時点
• DSがOFF• ILはSを流れる
– D1がOFFするまで継続(t=T)
Vs
Lr iL io
↓
2008/12/17 応用電力変換工学 26
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータの周期定常状態動作
• 動作区間– 0≦t≦t1 スイッチOFF D1 OFF DS OFF– t1<t≦t2 スイッチOFF D1 ON DS OFF– t2<t≦t3 スイッチ導通 D1 ON DS ON– t3<t≦T スイッチON D1 ON DS OFF
14
2008/12/17 応用電力変換工学 27
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータ
• 動作区間0≦t≦t1– Lrの電流iL
• 初期値iL=Io,vc=0• 電源電圧Vs• 条件 ic=iL=Io• vc=Vsとなる時点がt1
( )r
ot
or
c CtIdtI
Ctv == ∫0
1
Sr
o VC
tI=1
So
r VICt =1
2008/12/17 応用電力変換工学 28
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータ
• 動作区間t1≦t≦t2– 初期値vc0=Vs, iL0=Io
( ) ( )dt
tdiLtvV Lrcs +=
( )( ) Lscr
ccr
IVsVCVsVC
=−=− 0
( )
( )oLrs
LLrs
c
IsILs
V
IsILs
VV
−−=
−−= 0
( ) ( ) ( )tidt
tdvCti Lc
rc ==
15
2008/12/17 応用電力変換工学 29
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータ
• 動作区間t1≦t≦t2( )
( )
( )oLrr
soLrs
r
scrL
IsICsL
VIsILs
VsC
VsVCI
−−=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ −−=
−=
( ) orrrrL ICsLCLsI =+ 21
( ) tItirrCLoL
1cos=
2
2
1
1
sCL
sICLsICsLI
rr
o
rr
orrL
+=
+=
2008/12/17 応用電力変換工学 30
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータ
• 動作区間t1≦t≦t2– 各部の電圧・電流
• 時間軸をt1に合せて
( ) ( )
( )
( )11
111
sin
sin
ttIV
ttILVdt
tdiLVtv
rrr
r
rrrr
CLCL
os
CLCLors
Lrsc
−+=
−+=
−=
( ) ( )11cos ttIti
rrCLoL −=
16
2008/12/17 応用電力変換工学 31
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータ
• 動作区間t1≦t≦t2– t2を求める(vc=0)
( ) ( )0
sin 121
2
=
−+= ttIVtvrrr
rCLC
Losc
( ) sCLCL
o VttIrrr
r −=− 121sin
( )r
r
o
sCL L
CIVtt
rr−=− 12
1sin1
12 sin t
LC
IVCLt
r
r
o
srr +⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= −
2008/12/17 応用電力変換工学 32
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータ
• 動作区間t2≦t≦t3– リアクトルLrが電源電圧Vsで充電
– T3でリアクトル電流がIo
( ) ( )
( ) ( )121
2
22
cos1
1
ttIttVL
tidtVL
ti
rrCLosr
L
t
t sr
L
−+−=
+= ∫
( ) ( ) ( ) 0cos112
1233 =−+−= ttIttV
Lti
rrCLosr
L
17
2008/12/17 応用電力変換工学 33
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータ
• 動作区間t3≦t≦t4– インダクタ電流
• スイッチON
– インダクタ電圧
• 電流が一定値のため
0=Lv
oL Ii =
( ) 2121
3 cos tttIVLt
rrCLos
r +−−=( ) ( )121
23 cos1 ttIttVL rrCLos
r
−−=−
2008/12/17 応用電力変換工学 34
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータ
• 出力電圧– 環流ダイオードの印加電圧vx
• 0≦t ≦ t1
• t1 ≦t<t2• t2≦t<t3• t3 ≦t<T
( ) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−=−=
1
1ttV
CtIVtv sr
osx
( ) 0=tvx
( ) 0=tvx
( ) sx Vtv =
18
2008/12/17 応用電力変換工学 35
ゼロ電圧スイッチング(ZVS)共振形コンバータ
• 出力電圧– Loの平均電圧は0となる
[ ]
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧ −+=
⎪⎭
⎪⎬⎫
⎪⎩
⎪⎨⎧
+⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
=
∫∫
∫
31
01
2
01
0
2
2
11
1
3
1
3
1
tTtTV
tt
ttTV
dtVdtttV
T
dtvT
V
s
Tt
t
s
T
t s
t
s
T
xo
2008/12/17 応用電力変換工学 36
直列共振形コンバータ
• 直列共振インバータ部
R vo
L C
vi
vdc
R vo
L C
vi
19
2008/12/17 応用電力変換工学 37
直列共振形コンバータ-インバータ部-
• 直列共振インバータ部– 負荷に対して,直列共振部(LC)を挿入
– インバータ部は,矩形波電圧を出力
• 共振部によりバンドパスフィルタされた出力となる
– LC部の共振周波数を,スイッチング周波数に設
定
2008/12/17 応用電力変換工学 38
直列共振形コンバータ-インバータ部-
• 回路条件– RLC回路の回路方程式
– 入出力電圧の比
• 実数化して
222 11
1
1⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+
=
CRRL
CLR
RVV
S
O
ωω
ωω
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+
=++
=
CLjR
R
RCj
Lj
RVV
S
O
ωω
ωω 11
RVR
CjLjV O
S ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++=
ωω 1
⎪⎩
⎪⎨
⎧
=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++=
RIV
IRCj
LjV
O
S ωω 1
20
2008/12/17 応用電力変換工学 39
直列共振形コンバータ-インバータ部-
• 共振条件– 虚数部が0– LC共振部がフィルタとして動作
• 矩形波に含まれる共振周波数成分
• 共振回路部のフィルタ特性
– 負荷が大きい方が(Rが小)フィルタ特性が良い
• 共振周波数付近でスイッチングすることによる損失低減
– 共振による電流零点生成
• 周波数制御による,出力電圧制御
CRRLQ
ωω 1
==
πππ
πdc
dcdcVxdxVxdxVV 4sinsin1
0
0
1 =⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ +−= ∫∫−
LC1
0 =ω01
00 =+
CjLj
ωω
2008/12/17 応用電力変換工学 40
直列共振形コンバータ
• ハーフブリッジDC-DCコンバータ
RL
vo
Lr Cr
va
Vs
R vb1
L Cva1
IoIb
Co
DR1
DR4
DR3
DR2
vb
iLD1
D2
S1
S2
0.5Vs
0.5Vs
is1
21
2008/12/17 応用電力変換工学 41
直列共振形コンバータ-DC-DCコンバータ-
• 回路構成
– ハーフブリッジインバータ
– 全波整流回路
• 直列共振部でインバータと整流回路を接続
• インバータ部は,矩形波電圧を出力
• LC部でインバータ出力がフィルタされる
• スイッチング周波数で,出力制御
2008/12/17 応用電力変換工学 42
直列共振形コンバータ
• 直列共振DC-DCコンバータの出力制御
– ωs>ω0の時(スイッチング周波数が共振周波数より高い場合)
• ターンオンZVS• ターンオフ≒ZCS(零ではない)
• 回路条件
– インバータ部出力電圧と,整流器部電圧の関係• インバータ部出力電圧Va基本波成分(電源電圧Vs)
• 整流器部交流電圧Vb基本波成分(直流電圧はV0で一定とする)
πππ
πO
OObVxdxVxdxVV 4sinsin1
0
0=⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛ +−= ∫∫−
πππ
πS
SSaVxdxVxdxVV 4sinsin1
0
0=⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛ +−= ∫∫−
22
2008/12/17 応用電力変換工学 43
直列共振形コンバータ
• 回路条件
– インバータ部出力電圧と,整流器部電圧の関係• 直列共振部の電流が正弦波 (振幅IL)
– 直流出力電流平均値Io
• 共振回路側から整流回路を見た実効抵抗Re– 整流回路部交流電流IL・電圧Vb振幅(共振周波数)
LO
O
O
O
L
be R
IV
I
V
IVR 22
88
2
4
ππππ ====
πππ L
LOIxdxII 2sin1
0=⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛= ∫
2008/12/17 応用電力変換工学 44
直列共振形コンバータ
• 整流器の実効抵抗Reに対する回路方程式– RLC回路の回路方程式
• インバータ部Va(交流回路)• 整流器部Vb (直流回路)
– 入出力電圧の比
• 実数化して
– ωを変えることで変換比が変わる
– Qが変わっても,最大の電圧比は1– 負荷が0となると出力電圧が制御できない
222 11
1
1⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−+
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+
=
eee
e
S
O
CRRL
CLR
RVV
ωω
ωω
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
==
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++==
LeO
b
LeS
a
IRVV
IRCj
LjVV
π
ωω
π4
14
23
2008/12/17 応用電力変換工学 45
直列共振形コンバータ
• 直列共振DC-DCコンバータの出力制御
スイッチング周波数が共振周波数より低い場合– ω0/2<ωs<ω0の時
• ターンオン時
– 順方向電圧・電流によるスイッチング損失
» 反対アームのダイオード電流を転流
• ターンオフ時
– 逆方向(ダイオード)電流となり,ZCS
– ωs<ω0/2のとき
• スイッチオン周期の間に,共振波形が一周期以上
– ターンオン・オフ共にZCS化可能
» 但し,不連続導通
2008/12/17 応用電力変換工学 46
並列共振形コンバータ
RL
vo
Lr
Cr
va
Vs
Io
Ib Co
DR1
DR4
DR3
DR2
vb
iLD1
D2
S1
S2
0.5Vs
0.5Vs
is1
Lo
R
vb1
L Cva1
24
2008/12/17 応用電力変換工学 47
並列共振形コンバータ
• 直列共振コンバータ回路図(全体)– 共振部のコンデンサCrを並列接続
• Crの充電電圧極性で整流回路動作が決まる
– 直流負荷側にリアクトルを挿入• 負荷電流を一定Ioに保つ(定電流出力)
– 直列共振型は定電圧
– 整流器部の入力• ±Ioの矩形波電流
• 共振コンデンサ電圧
– 共振周波数の正弦波電圧
– 直流出力電圧を決定
2008/12/17 応用電力変換工学 48
並列共振形コンバータ
• 入出力の関係– 整流器負荷
• 等価な交流抵抗Reとする
– スイッチング周波数(ω)≒共振周波数において• インバータ部はスイッチング周波数成分(Va1)のみを考える
– 共振部• 共振部のインピーダンス
• 共振コンデンサ部の正弦波電圧Vb1• 共振電流Ib1
– (スイッチング角周波数ω)
rCrL C
XLXω
ω 1, ==
πππ S
SaVxdxVV 4sin2
01 == ∫
25
2008/12/17 応用電力変換工学 49
並列共振形コンバータ
• 共振部の回路方程式(交流回路)– 共振Lでの電圧降下
– 共振Cと負荷抵抗Reは並列
– 入出力電圧比
111 aLab IjXVV −=
11 111
a
eC
b I
RjX
V+
−
=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
−−=
eCbLab RjX
VjXVV 11111
11 1 ae
L
C
Lb V
RXj
XXV =⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+−
2008/12/17 応用電力変換工学 50
並列共振形コンバータ
• 回路条件– 交流部等価回路
• 共振入力部と出力部の電圧比
• 直流出力電圧Voと共振出力部電圧Vb1との関係
• 直流出力電流Ioと共振出力部電流Ib1との関係
• 負荷抵抗RLと交流抵抗Reの関係
e
L
C
LRX
XX
a
b
jVV
+−=
11
1
1
LO
O
O
O
b
be R
IV
I
V
IVR
8842
22
1
1 πππ
π
====
OOb IxdxIIππ
π 4sin201 == ∫
[ ]πππ
ππ 10
10 1
2cossin1 bbbO
VxVxdxVV === ∫
26
2008/12/17 応用電力変換工学 51
並列共振形コンバータ
• 入出力電圧の比
• 実数化して
– 直列共振型の方が出力電圧高い
– Qによって,入出力電圧比最大値が変わる
( ) 2221
18
e
L
C
LRX
XXS
O
VV
+−=π
e
L
C
LRX
XX
a
b
a
b
S
O
jVV
V
V
VV
+−===
1188
4
2
21
12
1
1
ππππ
12
bO VVπ
=
14 as VV π=
r
L
LRQω
=
2008/12/17 応用電力変換工学 52
直並列共振形コンバータ
RL
vo
Lr
Cpva
Vs
Io
Ib Co
DR1
DR4
DR3
DR2
vbiL
D1
D2
S1
S2
0.5Vs
0.5Vs
is1
Lo
R
vb1
Lr Cp
va1
Cs
Cs
27
2008/12/17 応用電力変換工学 53
直並列共振形コンバータ
• 回路条件– 整流器部以降は並列共振形とおなじ
– スイッチング周波数成分ωを考える• 共振部の入出力電圧比
14 as VV π=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+++−=
− eCp RjXLCsaa jXjXIV
11111
12
bO VVπ
=
( )( )
( )
( ) 11
11
1
1
1
1
1
11
111
1111
11
11
11
11
1
+⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ ++−
+++−
+
+++−
+++−+−−
+++−
−−
−
−
−
−
==
=
+−−=
+−−=
eRCpjXLCs
eRCpjXLCs
eRCpjX
eRCpjXLCs
eRCpjXLCsLCs
eRCpjXLCs
a
XXjajXjX
a
jXjX
jXjXjXjX
a
jXjX
VLCsa
LCsaab
VV
V
jXjXV
jXjXIVV ( )( )
e
LCs
Cp
LCs
RjXLCsa
b
RXXj
XXX
XXjVV
eCp
+−+
−+
=
+++−=
−
1
1
11
111
1
2008/12/17 応用電力変換工学 54
直並列共振形コンバータ
• 回路条件– 整流器部以降は並列共振形とおなじ
– スイッチング周波数成分ωを考える• 共振部の入出力電圧比
e
LCs
Cp
LCsa
b
a
b
S
O
RXXj
XXXV
V
V
V
VV
+−+
−+
===1
188
4
2
21
12
1
1
ππππ
222
2
222
11
18
1
18
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−+
=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ +−+⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −+
=
esep
s
p
e
LCs
Cp
LCsS
O
RCRLLC
CC
RXX
XXXV
V
ωωω
π
π
28
2008/12/17 応用電力変換工学 55
課題
• 動作を解析せよ