• 締切済み

ソフトスイッチングについて

ある論文を読んでいたところ、コンバータにおいてトランスの漏れインダクタンスによりZCSが行われ、スイッチング素子と並列にキャパシタを配置することでZVSが可能と書かれていました。 この現象の定性的な説明が書かれた文献、もしくはサイトがあれば教えてください。 よろしくお願いします。

みんなの回答

  • bogen555
  • ベストアンサー率64% (111/173)
回答No.9

実験して書き込むように助言したんですが、無視されて日本語読解力の問題になりましたね。 日本語では、文中に句点「、」があるとゆうことは、その後の文節は独立したものと考えるのがよろしいでしょう。 そうでなければ接続詞の「あわせて」とか「ともに」とかが入るでしょう。 紹介した教科書を熟読し、実験で検証することを薦めます。 そういえば質問者は別の質問をしています。 日本語の問題はないようですから、そちらに回答することを薦めます。 http://okwave.jp/qa/q8323080.html

  • veryyoung
  • ベストアンサー率75% (65/86)
回答No.8

No.7様にいただいた指摘に関してですが、 「オフの前に零になるいわゆる零電流スイッチングが達成され・・」 ではなく、 「ターン・オンの際、共振回路により電流が緩やかに立ち上がり、オフの前に零になるいわゆる零電流スイッチングが達成され・・零電流スイッチング」 つまり、ターン・オンも零電流スイッチングと私は解釈します。実際「電流共振回路と双対の関係として電圧共振回路が導出される。・・・スイッチのターン・オンとターン・オフ時の電圧を零にし・・・」と、ターン・オンとターン・オフが零電圧スイッチである旨、書かれています。 ＞　ZCS（零電流スイッチング）>オフの前に電流が零になる ＞　ZVS（零電圧スイッチング）>オンの前に電圧が零になる その定義ではハードスイッチングでも成り立つシーケンスが存在してしまいます。スイッチング損失は遷移期間に発生するものであって、「前の状態だけ」で規定されるものでは無いでしょう。以下のような定義の方が合理的ではありませんか。 ZCS（零電流スイッチング）：電流零を維持しつつ、スイッチングを行う。オンオフ直前直後とも電流零。 ZVS（零電圧スイッチング）：電圧零を維持しつつ、スイッチングを行う。オンオフ直前直後とも電圧零。 電流零が維持されていれば、電圧が変化しても電圧電流積であるスイッチング損失は零、電圧零が維持されていれば、電流が変化してもスイッチング損失は零。 表記質問文の、「トランスの漏れインダクタンスによりZCS」は電流零を維持しつつスイッチングを行うための直列インダクタ、また「スイッチング素子と並列にキャパシタを配置することでZVS」は電圧零を維持しつつスイッチングを行うためのキャパシタだという方向の回答で良いように思うのですが。零電流スイッチング、零電圧スイッチングというのは回路方式によらない概念ですよね。

  • bogen555
  • ベストアンサー率64% (111/173)
回答No.7

ANo.6は何を言いたいのか理解できませんが、引用文は正確ですね。 「オフの前に零になるいわゆる零電流スイッチングが達成され、・・・」 つまり、 ZCS（零電流スイッチング）>オフの前に電流が零になる ZVS（零電圧スイッチング）>オンの前に電圧が零になる とゆうことです。 これ以上のことは具体的な回路がわからなければ言いようがないわけです。 電流共振形のスイッチング方式は下で例に挙げたLLC共振型コンバータ以外にはほとんど使われていません。 しかも1次側ではZCSにはならず、2次側整流器のみZCSです。 降圧チョッパ（buck converter）で実験してみれば、電流共振形はメリットがないことがわかります。 従って、降圧チョッパの電流共振形制御ICは市販されていません。 次回は実験してからの回答が望まれるところです。

  • veryyoung
  • ベストアンサー率75% (65/86)
回答No.6

No.5様にいただいた指摘に関してですが、 > ZCS：節点間をOFFするときに電流がゼロになっていることです。ONするときは堂でもエエです。 > なぜどうでもエエかとゆうと、OFF→ONの直前はスイッチの電流はゼロになっているからです。 着目すべきは直前でなくて、それに続く遷移域ではありませんか。ハードスイッチングの場合、サージ電流が生じてスイッチ両端の電圧が下がれないから損失が生じるのですよね。直列インダクタがあれば、スイッチ両端が零電圧になれるではありませんか。添付図は、buck converter　の波形例です。上がハードスイッチ、下がソフトスイッチ、それぞれスイッチ両端電圧と電流を示してあります。 ソフトスイッチング電源技術 --よくわかるSW電源入門　原田耕介　p7からp13(初版１刷の場合)は、質問者様の疑問に応える内容が要約されています。構成項目として「電圧サージと電流サージ」「電流共振回路」「電圧共振回路」。 以下引用---- スイッチがオフからオンになる場合・・・サージ電流が流れる。これには２つの原因がある。・・・スイッチのドレイン-ソース間容量・・・第２の原因は、二次側に結合されたダイオードのリカバリー特性によって生じるサージ電流である。電流共振形のスイッチング方式は・・・一般的で・・・実用化が進んでいる。・・・ターン・オンの際、共振回路により電流が緩やかに立ち上がり、オフの前に零になるいわゆる零電流スイッチングが達成され、スイッチング損失は極めて小さくなる。電流共振回路と双対の関係として電圧共振回路が導出される。・・・スイッチのターン・オンとターン・オフ時の電圧を零にし・・・ ---引用終わり

画像を拡大する
  • bogen555
  • ベストアンサー率64% (111/173)
回答No.5

> ZCS：節点間をOFFするときに電流がゼロになっていることです。ONするときは堂でもエエです。 なぜどうでもエエかとゆうと、OFF→ONの直前はスイッチの電流はゼロになっているからです。 スイッチの電流がゼロになっていなかったら、OFFしていなかったとゆうことです。 > ZVS：節点間をONするときに電圧がゼロになっていることです。OFFするときは堂でもエエです。 なぜどうでもエエかとゆうと、ON→OFFの直前はスイッチの電圧はほぼゼロ（ON電圧）になっているからです。 スイッチの電圧がほぼゼロになっていなかったら、ONしていなかったとゆうことです。 MOSFETではZVSが重要で、下で例に挙げた4種ともZCSにはなっていません。 ZCSで顕著に損失が低減されるのは、テール電流があるIGBTです。 ある論文のAbstractと回路構成だけでも紹介して戴ければ、より詳しい回答が期待できます。 スイッチはMOSFETかIGBTか、ZCSとZVSを実現しているのはメインスイッチか補助スイッチか等です。

  • veryyoung
  • ベストアンサー率75% (65/86)
回答No.4

No.3様がどうでも良いとおっしゃるZCSのON、ZVSのOFFシーケンスに関してですが、 ハードスイッチングにおいて、スイッチング素子がONする際、整流回路フリーホイールダイオードのリカバリー中は、短絡サージ電流が生じる例、スイッチング素子をOFFする際、トランス漏れインダクタンスによるキックバックサージ電圧が生じる例、それらサージがスイッチング素子の電圧電流積を増大させる状況を考えますと、スイッチング素子直列インダクタ、並列キャパシタは、このためにあるように思います。それにより実現されるZCSでのON、ZVSでのOFFシーケンスは、損失やノイズの軽減に効果を発揮していると思います。共振モードの発祥はこの辺りにあると理解しておりました。 一方で、ZCSのOFF、ZVSのONは、上記の改善効果を得る「副作用」として付加インダクタ、キャパシタに「蓄積されてしまうエネルギ」を大人しく回生させ、消費させない為の零スイッチングであり、タイミングの規定は重要ながら、主役では無いと感じられます。 高周波でFETのドレイン容量等「静電容量」が問題となり、ZVSのONが重要である事は理解できます。ZVSが重宝とのお話は有用な知見ではありますが、質問内容は、 ＞　トランスの漏れインダクタンスによりZCSが行われ、スイッチング素子と並列にキャパシタを配置することでZVSが可能 な理由かと思われます。

  • bogen555
  • ベストアンサー率64% (111/173)
回答No.3

A#2は教科書の定義と違ってますが、出典はどこでしょうか？ 「ソフトスイッチング電源技術 --よくわかるSW電源入門」の監修者原田先生が書かれた教科書にはないですよ。 ZCS：節点間をOFFするときに電流がゼロになっていることです。ONするときは堂でもエエです。 ZVS：節点間をONするときに電圧がゼロになっていることです。OFFするときは堂でもエエです。 最近の高速コンバータでは、スイッチング損失（過渡損）は単純化すれば寄生・浮遊容量の放電損失（充電はインダクタンスにより無損失で行われる）だから、ZVSが重要でZCSについては特にこだわっていません。

  • veryyoung
  • ベストアンサー率75% (65/86)
回答No.2

ZCS：電圧の掛かっている節点間をONする際、インダクタがスイッチング素子と直列に入っていれば短絡サージ電流が抑圧できます。キャパシタとの半波共振によれば、電流は増加後、減少に向かい、電流零の状態を実現でき、このタイミングでスイッチをオフします。 ZVS：電流の流れている経路をOFFする際、キャパシタがスイッチング素子と並列に入っていれば開放サージ電圧が抑圧できます。インダクタとの半波共振によれば電圧は、増加後、減少に向かい、電圧零の状態を実現でき、このタイミングでスイッチをオンします。 基本は、そんな感じかと思います。 下記の本でいろいろな共振法を概覧できますが、現在絶版のようです。参考まで。 ソフトスイッチング電源技術 --よくわかるSW電源入門　原田耕介　ISBN4-526-04480-6

  • bogen555
  • ベストアンサー率64% (111/173)
回答No.1

技術的な質問で、「ある論文」と出典を隠蔽するのは何か理由があるのでしょうか？ ある論文の詳細がわからない以上、一般的な回答になりますが、ソフトスイッチングの教科書と言えばこの本です。 http://www.amazon.co.jp/dp/0470905387 これは電源の教科書ですが、ソフトスイッチングについても触れています。 http://www.amazon.co.jp/dp/0792372700 日本語の電源教科書はこれで、ソフトスイッチングについても触れてますが、記述が上記2書に比べ不親切です。 http://www.amazon.co.jp/dp/4339005932 また「スイッチング電源技術シンポジウム」で毎年ソフトスイッチングのセミナーが開催されています。 テキスト合本を、学校だったら電源関係の研究室で見せてもらい読んでみたらどうでしょうか？ http://www.jma.or.jp/tf/sym/switch.html ソフトスイッチングの電源で、よく使われている方式は次の３つです。 ３つともメイン・スイッチにMOSFETを使用しているため、ZVSさせていてZCSについては特にこだわっていません。 １．アクティブ・クランプ http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/ucc2891.pdf ２．LLC共振型コンバータ http://www.semicon.sanken-ele.co.jp/sk_content/ssc9522s_an_jp.pdf ３．位相制御フルブリッジ http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/ucc28950.pdf かろうじてソフトスイッチング（Quasi-Resonant）しているのが、RCCコンバータです。 http://www.semicon.sanken-ele.co.jp/sk_content/str-w67xxseries_an_jp.pdf

  1. カテゴリ
  2. 学問・教育
  3. 応用科学（農工医）
  4. 電気・電子工学

関連するQ&A

注目のQ&A

カテゴリ

あなたにピッタリな商品が見つかる！ OKWAVE セレクト

専門家に質問してみよう

職業から探して質問する
質問する