JP3055121B2 - Chopper type DC-DC converter - Google Patents

Chopper type DC-DC converter

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JP3055121B2
JP3055121B2 JP9046393A JP4639397A JP3055121B2 JP 3055121 B2 JP3055121 B2 JP 3055121B2 JP 9046393 A JP9046393 A JP 9046393A JP 4639397 A JP4639397 A JP 4639397A JP 3055121 B2 JP3055121 B2 JP 3055121B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はチョッパ型DC−D
Cコンバータ、特に部品点数が少なくかつスイッチング
損失が少ないチョッパ型DC−DCコンバータに関する
ものである。
The present invention relates to a chopper type DC-D.
The present invention relates to a C converter, particularly to a chopper type DC-DC converter having a small number of components and a small switching loss.

【0002】[0002]

【従来の技術】直流電源からの直流電力を直接スイッチ
ング素子のオン・オフ動作により断続して高周波電力に
変換し、この高周波電力をリアクトル及び出力コンデン
サにより平滑化して再度直流電力に変換することによ
り、直流電源の電圧とは異なる電圧の直流出力を負荷に
供給するチョッパ型DC−DCコンバータは、従来から
電子機器等の電源回路に広く使用されている。例えば、
図6に示す従来の降圧チョッパ型DC−DCコンバータ
は、直流電源1と、コレクタ端子(一方の主端子)が直
流電源1の正極端子(一端)に接続されたスイッチング
素子としてのトランジスタ2と、トランジスタ2のエミ
ッタ端子(他方の主端子)と直流電源1の負極端子(他
端)とに接続された帰還用の出力整流素子としての出力
ダイオード3と、一端がトランジスタ2及び出力ダイオ
ード3の接続点に接続されたリアクトル4と、リアクト
ル4の他端と直流電源1の負極端子とに接続された出力
コンデンサ5と、出力コンデンサ5と並列に接続された
負荷6と、トランジスタ2のベース端子に制御パルス信
号を付与してトランジスタ2をオン・オフ制御する制御
回路7とを備えている。この降圧チョッパ型DC−DC
コンバータでは、トランジスタ2をオン・オフ制御する
ことにより、直流電源1の電圧よりも低い電圧の直流出
力が負荷6に供給される。
2. Description of the Related Art DC power from a DC power supply is intermittently converted by direct on / off operation of a switching element into high-frequency power, and this high-frequency power is smoothed by a reactor and an output capacitor and converted into DC power again. 2. Description of the Related Art A chopper type DC-DC converter that supplies a DC output of a voltage different from the voltage of a DC power supply to a load has been widely used in power supply circuits of electronic devices and the like. For example,
The conventional step-down chopper type DC-DC converter shown in FIG. 6 includes a DC power supply 1, a transistor 2 as a switching element having a collector terminal (one main terminal) connected to a positive terminal (one end) of the DC power supply 1, An output diode 3 as a feedback output rectifier connected to the emitter terminal (the other main terminal) of the transistor 2 and the negative terminal (the other end) of the DC power supply 1, and one end connected to the transistor 2 and the output diode 3 A reactor 4 connected to the point, an output capacitor 5 connected to the other end of the reactor 4 and the negative terminal of the DC power supply 1, a load 6 connected in parallel with the output capacitor 5, and a base terminal of the transistor 2. And a control circuit 7 for applying a control pulse signal to control on / off of the transistor 2. This step-down chopper type DC-DC
In the converter, a DC output of a voltage lower than the voltage of the DC power supply 1 is supplied to the load 6 by controlling on / off of the transistor 2.

【0003】また、図7に示す従来の昇圧チョッパ型D
C−DCコンバータは、直流電源1と、コレクタ端子が
直流電源1の正側ライン(一方のライン)に接続されか
つエミッタ端子が直流電源1の負側ライン(他方のライ
ン)に接続されたスイッチング素子としてのトランジス
タ2と、直流電源1とトランジスタ2との間の正側ライ
ンに接続されたリアクトル4と、アノード端子(一端)
がトランジスタ2のコレクタ端子に接続された出力整流
素子としての出力ダイオード3と、出力ダイオード3の
カソード端子(他端)と直流電源1の負側ラインとに接
続された出力コンデンサ5と、出力コンデンサ5と並列
に接続された負荷6と、トランジスタ2のベース端子に
制御パルス信号を付与してトランジスタ2をオン・オフ
制御する制御回路7とを備えている。この昇圧チョッパ
型DC−DCコンバータでは、トランジスタ2をオン・
オフ制御することにより、直流電源1の電圧よりも高い
電圧の直流出力が負荷6に供給される。
Further, a conventional boost chopper type D shown in FIG.
The C-DC converter includes a DC power source 1 and a switching device in which a collector terminal is connected to a positive line (one line) of the DC power source 1 and an emitter terminal is connected to a negative line (the other line) of the DC power source 1. A transistor 2 as an element, a reactor 4 connected to a positive line between the DC power supply 1 and the transistor 2, and an anode terminal (one end)
Is an output diode 3 as an output rectifying element connected to the collector terminal of the transistor 2, an output capacitor 5 connected to the cathode terminal (the other end) of the output diode 3 and the negative line of the DC power supply 1, and an output capacitor. The control circuit 7 includes a load 6 connected in parallel with the control circuit 5, and a control circuit 7 for applying a control pulse signal to the base terminal of the transistor 2 to perform on / off control of the transistor 2. In this step-up chopper type DC-DC converter, the transistor 2 is turned on.
By performing the OFF control, a DC output of a voltage higher than the voltage of the DC power supply 1 is supplied to the load 6.

【0004】図6及び図7に示す制御回路7は、負荷6
の端子電圧の変動に比例してトランジスタ2のベース端
子に付与する制御パルス信号の時間幅を変化させること
により、トランジスタ2のオン期間を制御し、負荷6に
供給される直流電力の安定化を図っている。
[0006] A control circuit 7 shown in FIGS.
The on-period of the transistor 2 is controlled by changing the time width of the control pulse signal applied to the base terminal of the transistor 2 in proportion to the fluctuation of the terminal voltage of the transistor 2, thereby stabilizing the DC power supplied to the load 6. I'm trying.

【0005】図6及び図7の降圧及び昇圧チョッパ型D
C−DCコンバータでは、トランジスタ2のターンオン
又はターンオフ時において、図8に示すようにトランジ
スタ2のコレクタ−エミッタ間電圧波形VCEとトランジ
スタ2のコレクタ電流波形ICとの重複部分Wに基づく
大きなスイッチング損失が発生する欠点があった。ま
た、トランジスタ2のコレクタ−エミッタ間電圧波形V
CE及びコレクタ電流波形ICの立上りが急峻であるた
め、スパイク状のサージ電圧Vsr、サージ電流Isr及び
ノイズが発生する。
[0005] Step-down and step-up chopper type D shown in FIGS.
In the C-DC converter, when the transistor 2 is turned on or turned off, as shown in FIG. 8, large switching based on the overlapping portion W of the collector-emitter voltage waveform V CE of the transistor 2 and the collector current waveform I C of the transistor 2 is performed. There is a disadvantage that loss occurs. The voltage waveform V between the collector and the emitter of the transistor 2
Since the rising of the CE and the collector current waveform I C is steep, spike-shaped surge voltage V sr , surge current I sr and noise are generated.

【0006】上記の問題点を解決するため、本願発明者
は以前に図9〜図12に示すチョッパ型DC−DCコン
バータを提案し、特願平7−283959号として平成
7年10月31日付けで特許出願している。図9及び図
10に示すチョッパ型DC−DCコンバータは、それぞ
れ図6及び図7に示す降圧及び昇圧チョッパ型DC−D
Cコンバータにおいて、トランジスタ2及び出力ダイオ
ード3の接続点に、第1の共振用コンデンサ8の一端及
び第1のダイオード11の一端を接続し、第1の共振用
コンデンサ8の他端に第2のダイオード12の一端を接
続し、出力ダイオード3及び出力コンデンサ5の接続点
に第2のダイオード12の他端を接続し、第1のダイオ
ード11の他端に第2の共振用コンデンサ14の一端を
接続し、直流電源1及びトランジスタ2の接続点に第2
の共振用コンデンサ14の他端を接続し、第1のダイオ
ード11の他端と第1の共振用コンデンサ8の他端と
に、共振用リアクトル10及び第3の整流素子としての
第3のダイオード16を直列に接続したものである。図
9及び図10のチョッパ型DC−DCコンバータでは、
第1及び第2の共振用コンデンサ8、14と共振用リア
クトル10によりトランジスタ2のターンオフ及びター
ンオン時においてゼロ電圧及びゼロ電流スイッチングと
なり、スイッチング損失が低減される。また、トランジ
スタ2のターンオフ及びターンオン時に発生するスパイ
ク状のサージ電圧及びサージ電流は、第1及び第2の共
振用コンデンサ8、14と共振用リアクトル10との共
振作用により吸収され、トランジスタ2のオン・オフ動
作時のサージ電圧、サージ電流及びノイズが低減され
る。図11及び図12に示すチョッパ型DC−DCコン
バータは、それぞれ図9及び図10に示すチョッパ型D
C−DCコンバータの出力ダイオード3と直列に限流用
リアクトル21を接続している。図11及び図12に示
すチョッパ型DC−DCコンバータでは、トランジスタ
2のターンオン時において出力ダイオード3のリカバリ
特性により出力ダイオード3に流れる逆方向のリカバリ
電流を限流用リアクトル21の自己誘導作用により低減
して、スイッチング損失やノイズを図9及び図10の場
合より更に低減している。
In order to solve the above problems, the inventor of the present application has previously proposed a chopper type DC-DC converter shown in FIGS. 9 to 12 and disclosed in Japanese Patent Application No. 7-283959 on Oct. 31, 1995. A patent application has been filed. The chopper type DC-DC converters shown in FIGS. 9 and 10 correspond to the step-down and step-up chopper type DC-Ds shown in FIGS. 6 and 7, respectively.
In the C converter, one end of the first resonance capacitor 8 and one end of the first diode 11 are connected to a connection point of the transistor 2 and the output diode 3, and a second end is connected to the other end of the first resonance capacitor 8. One end of the diode 12 is connected, the other end of the second diode 12 is connected to the connection point of the output diode 3 and the output capacitor 5, and one end of the second resonance capacitor 14 is connected to the other end of the first diode 11. Connected to the connection point of DC power supply 1 and transistor 2
The other end of the resonance capacitor 14 is connected, and the other end of the first diode 11 and the other end of the first resonance capacitor 8 are connected to the resonance reactor 10 and a third diode as a third rectifier. 16 are connected in series. In the chopper type DC-DC converter of FIGS. 9 and 10,
The first and second resonance capacitors 8 and 14 and the resonance reactor 10 perform zero-voltage and zero-current switching when the transistor 2 is turned off and on, so that switching loss is reduced. Further, a spike-shaped surge voltage and surge current generated when the transistor 2 is turned off and turned on are absorbed by the resonance action between the first and second resonance capacitors 8 and 14 and the resonance reactor 10, and the transistor 2 is turned on. -Surge voltage, surge current and noise during off operation are reduced. The chopper type DC-DC converters shown in FIGS. 11 and 12 correspond to the chopper type D-DC converter shown in FIGS. 9 and 10, respectively.
A current limiting reactor 21 is connected in series with the output diode 3 of the C-DC converter. In the chopper type DC-DC converter shown in FIGS. 11 and 12, the reverse recovery current flowing through the output diode 3 is reduced by the self-inducing action of the current limiting reactor 21 due to the recovery characteristic of the output diode 3 when the transistor 2 is turned on. Thus, the switching loss and the noise are further reduced as compared with the case of FIGS.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図9及び図
10に示すチョッパ型DC−DCコンバータでは、出力
ダイオード3が逆回復時間の長い一般の整流用ダイオー
ドである場合、トランジスタ2のターンオン時において
出力ダイオード3に逆方向のリカバリ電流が流れ、スイ
ッチング損失やノイズが発生する欠点があった。また、
図11及び図12に示すチョッパ型DC−DCコンバー
タでは、出力ダイオード3に流れるリカバリ電流に起因
するスイッチング損失やノイズを限流用リアクトル21
により低減することはできるが、部品点数が増加し、レ
ギュレーション特性も劣化する欠点があった。特に、限
流用リアクトル21は巻線形素子であるため、寸法及び
重量共に大きく、リアクトル等の大形・大重量部品の削
減はDC−DCコンバータの小形・軽量化及びコストダ
ウンを図る上で極めて重要な課題である。
By the way, in the chopper type DC-DC converter shown in FIGS. 9 and 10, when the output diode 3 is a general rectifier diode having a long reverse recovery time, when the transistor 2 is turned on. There is a drawback that a recovery current flows in the output diode 3 in the reverse direction, causing switching loss and noise. Also,
In the chopper type DC-DC converter shown in FIGS. 11 and 12, switching loss and noise caused by the recovery current flowing through the output diode 3 are reduced by the current limiting reactor 21.
However, there is a disadvantage that the number of parts is increased and the regulation characteristics are deteriorated. In particular, since the current limiting reactor 21 is a wound-type element, its size and weight are large, and reduction of large and heavy parts such as the reactor is extremely important in reducing the size, weight, and cost of the DC-DC converter. Is an important task.

【0008】そこで、本発明は少ない部品点数でスイッ
チング損失やサージ電圧及び電流等を低減できるチョッ
パ型DC−DCコンバータを提供することを目的とす
る。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a chopper type DC-DC converter capable of reducing switching loss, surge voltage, current and the like with a small number of parts.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によるチョッパ型
DC−DCコンバータは、直流電源(1)と、直流電源(1)
の一端に一方の主端子が接続されたスイッチング素子
(2)と、スイッチング素子(2)の他方の主端子と直流電源
(1)の他端とに接続された出力整流素子(3)と、スイッチ
ング素子(2)及び出力整流素子(3)の接続点に一端が接続
されたリアクトル(4)と、リアクトル(4)の他端と直流電
源(1)の他端とに接続された出力コンデンサ(5)と、出力
コンデンサ(5)と並列に接続された負荷(6)とを備え、ス
イッチング素子(2)をオン・オフ制御することにより直
流電源(1)の電圧より低い電圧の直流出力を負荷(6)に供
給する。このチョッパ型DC−DCコンバータでは、ス
イッチング素子(2)と出力整流素子(3)及びリアクトル
(4)の接続点とに接続された共振用リアクトル(10)と、
スイッチング素子(2)及び共振用リアクトル(10)の接続
点に一端が接続された第1の整流素子(11)と、共振用リ
アクトル(10)及び出力整流素子(3)の接続点に一端が接
続された第1の共振用コンデンサ(8)と、第1の共振用
コンデンサ(8)の他端と直流電源(1)の他端とに接続され
た第2の整流素子(12)と、第1の整流素子(11)の他端と
直流電源(1)の一端とに接続された第2の共振用コンデ
ンサ(14)と、第1の整流素子(11)の他端と第1の共振用
コンデンサ(8)の他端とに接続された第3の整流素子(1
6)とを備え、スイッチング素子(2)のオフ時に第1の共
振用コンデンサ(8)が放電されると共に第2の共振用コ
ンデンサ(14)が正弦波状に充電され、スイッチング素子
(2)のオン時に第2の共振用コンデンサ(14)が放電され
ると共に第1の共振用コンデンサ(8)及び第2の共振用
コンデンサ(14)と共振用リアクトル(10)とが共振してス
イッチング素子(2)に共振電流が流れる。また、直流電
源(1)は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換する整
流回路から構成される。
A chopper type DC-DC converter according to the present invention comprises a DC power supply (1) and a DC power supply (1).
Switching element with one main terminal connected to one end of
(2), the other main terminal of the switching element (2) and the DC power supply
An output rectifier (3) connected to the other end of (1), a reactor (4) having one end connected to a connection point of the switching element (2) and the output rectifier (3), and a reactor (4) And an output capacitor (5) connected to the other end of the DC power supply (1), and a load (6) connected in parallel with the output capacitor (5), and the switching element (2) is turned on.・ By performing the off control, a DC output of a voltage lower than the voltage of the DC power supply (1) is supplied to the load (6). In this chopper type DC-DC converter, the switching element (2), the output rectifying element (3), and the reactor
A resonance reactor (10) connected to the connection point of (4),
One end is connected to a connection point between the switching element (2) and the resonance reactor (10), and one end is connected to a connection point between the resonance reactor (10) and the output rectification element (3). A connected first resonance capacitor (8), a second rectifier element (12) connected to the other end of the first resonance capacitor (8) and the other end of the DC power supply (1), A second resonance capacitor (14) connected to the other end of the first rectifier (11) and one end of the DC power supply (1); A third rectifier (1) connected to the other end of the resonance capacitor (8)
6), the first resonance capacitor (8) is discharged when the switching element (2) is turned off, and the second resonance capacitor (14) is charged in a sine wave shape when the switching element (2) is turned off.
When (2) is turned on, the second resonance capacitor (14) is discharged, and the first resonance capacitor (8), the second resonance capacitor (14), and the resonance reactor (10) resonate. As a result, a resonance current flows through the switching element (2). The DC power supply (1) includes a rectifier circuit that converts an AC voltage of an AC power supply into a DC voltage.

【0010】また、本発明による他のチョッパ型DC−
DCコンバータは、直流電源(1)と、リアクトル(4)を介
して直流電源(1)の一方のラインに一方の主端子が接続
されかつ直流電源(1)の他方のラインに他方の主端子が
接続されたスイッチング素子(2)と、リアクトル(4)及び
スイッチング素子(2)の一方の主端子の接続点に一端が
接続された出力整流素子(3)と、出力整流素子(3)の他端
と直流電源(1)の他方のラインとに接続された出力コン
デンサ(5)と、出力コンデンサ(5)と並列に接続された負
荷(6)とを備え、スイッチング素子(2)をオン・オフ制御
することにより直流電源(1)の電圧より高い電圧の直流
出力を負荷(6)に供給する。このチョッパ型DC−DC
コンバータでは、スイッチング素子(2)の一方の主端子
と出力整流素子(3)の一端とに接続された共振用リアク
トル(10)と、スイッチング素子(2)及び共振用リアクト
ル(10)の接続点に一端が接続された第1の整流素子(11)
と、共振用リアクトル(10)及び出力整流素子(3)の接続
点に一端が接続された第1の共振用コンデンサ(8)と、
第1の共振用コンデンサ(8)の他端に一端が接続されか
つ出力整流素子(3)及び出力コンデンサ(5)の接続点に他
端が接続された第2の整流素子(12)と、第1の整流素子
(11)の他端と直流電源(1)の他方のラインとに接続され
た第2の共振用コンデンサ(14)と、第1の整流素子(11)
の他端と第1の共振用コンデンサ(8)の他端とに接続さ
れた第3の整流素子(16)とを備え、スイッチング素子
(2)のオフ時に第1の共振用コンデンサ(8)が放電される
と共に第2の共振用コンデンサ(14)が正弦波状に充電さ
れ、スイッチング素子(2)のオン時に第2の共振用コン
デンサ(14)が放電されると共に第1の共振用コンデンサ
(8)及び第2の共振用コンデンサ(14)と共振用リアクト
ル(10)とが共振してスイッチング素子(2)に共振電流が
流れる。また、直流電源(1)は、交流電源の交流電圧を
直流電圧に変換する整流回路から構成され、整流回路の
交流入力側又は直流出力側にリアクトル(4)が接続され
る。
[0010] Another chopper type DC-
The DC converter has a DC power supply (1), one main terminal connected to one line of the DC power supply (1) via a reactor (4), and the other main terminal connected to the other line of the DC power supply (1). A switching element (2), an output rectifying element (3) having one end connected to a connection point of one main terminal of the reactor (4) and the switching element (2), and an output rectifying element (3). An output capacitor (5) connected to the other end and the other line of the DC power supply (1), and a load (6) connected in parallel with the output capacitor (5), and the switching element (2) is turned on. -By performing the off control, a DC output of a voltage higher than the voltage of the DC power supply (1) is supplied to the load (6). This chopper type DC-DC
In the converter, a resonance reactor (10) connected to one main terminal of the switching element (2) and one end of the output rectifier (3), and a connection point of the switching element (2) and the resonance reactor (10). First rectifier element (11) having one end connected to
A first resonance capacitor (8) having one end connected to a connection point between the resonance reactor (10) and the output rectifier (3);
A second rectifying element (12) having one end connected to the other end of the first resonance capacitor (8) and the other end connected to a connection point between the output rectifying element (3) and the output capacitor (5); First rectifier
A second resonance capacitor (14) connected to the other end of (11) and the other line of the DC power supply (1), and a first rectifier (11)
And a third rectifier element (16) connected to the other end of the first resonance capacitor (8) and the other end of the first resonance capacitor (8).
When (2) is off, the first resonance capacitor (8) is discharged, and the second resonance capacitor (14) is charged in a sine wave shape. When the switching element (2) is on, the second resonance capacitor (8) is discharged. (14) is discharged and the first resonance capacitor
(8), the second resonance capacitor (14) and the resonance reactor (10) resonate, and a resonance current flows through the switching element (2). The DC power supply (1) includes a rectifier circuit that converts an AC voltage of an AC power supply into a DC voltage, and a reactor (4) is connected to an AC input side or a DC output side of the rectifier circuit.

【0011】スイッチング素子(2)がオン状態からオフ
状態となると、第1の整流素子(11)が順バイアスされ、
スイッチング素子(2)に流れる電流は直ちに第2の共振
用コンデンサ(14)に流れる電流に切り替わり、第1の共
振用コンデンサ(8)が放電されると共に第2の共振用コ
ンデンサ(14)が正弦波状に充電される。これにより、ス
イッチング素子(2)の両端の電圧が0Vから正弦波状に
上昇するので、スイッチング素子(2)のターンオフ時に
ゼロ電圧スイッチングが達成され、ターンオフ時のスイ
ッチング損失を低減することができる。また、スイッチ
ング素子(2)がオフ状態からオン状態となると、第2の
共振用コンデンサ(14)が放電されると共に第1の共振用
コンデンサ(8)及び第2の共振用コンデンサ(14)と共振
用リアクトル(10)とが共振してスイッチング素子(2)に
共振電流が流れる。これにより、スイッチング素子(2)
の電流が0から直線的に増加するので、スイッチング素
子(2)のターンオン時にゼロ電流スイッチングが達成さ
れ、ターンオン時のスイッチング損失を低減することが
できる。したがって、スイッチング素子(2)のオン・オ
フ動作時のスイッチング損失を低減することができると
共に、第1の共振用コンデンサ(8)、第2の共振用コン
デンサ(14)及び共振用リアクトル(10)の共振作用により
スパイク状のサージ電圧及び電流を低減することができ
る。更に、スイッチング素子(2)のターンオン時に共振
用リアクトル(10)の自己誘導作用により出力整流素子
(3)の電流が緩やかに減少するので、スイッチング素子
(2)のターンオン時に出力整流素子(3)に流れる逆方向の
リカバリ電流が低減される。このため、従来必要とした
限流用リアクトルが不要となり部品点数を削減できると
共に、スイッチング素子(2)のターンオン時に出力整流
素子(3)のリカバリ特性によるスイッチング損失やノイ
ズをより低減することができる。
When the switching element (2) changes from the on state to the off state, the first rectifying element (11) is forward-biased,
The current flowing through the switching element (2) is immediately switched to the current flowing through the second resonance capacitor (14), the first resonance capacitor (8) is discharged, and the second resonance capacitor (14) is sinusoidally discharged. It is charged in a wave. Thus, the voltage across the switching element (2) rises in a sine wave form from 0 V, so that zero voltage switching is achieved when the switching element (2) is turned off, and switching loss at the time of turning off can be reduced. When the switching element (2) changes from the off state to the on state, the second resonance capacitor (14) is discharged, and the first resonance capacitor (8) and the second resonance capacitor (14) are connected. The resonance reactor (10) resonates and a resonance current flows through the switching element (2). Thereby, the switching element (2)
Current increases linearly from 0, zero current switching is achieved when the switching element (2) is turned on, and switching loss at the time of turn-on can be reduced. Therefore, the switching loss at the time of the ON / OFF operation of the switching element (2) can be reduced, and the first resonance capacitor (8), the second resonance capacitor (14), and the resonance reactor (10) can be reduced. Can reduce spike-shaped surge voltage and current. Furthermore, when the switching element (2) is turned on, the output rectifying element is generated by the self-inducing action of the resonance reactor (10).
Since the current of (3) gradually decreases, the switching element
The reverse recovery current flowing through the output rectifier (3) at the time of turning on (2) is reduced. For this reason, the current limiting reactor required conventionally is not required, and the number of components can be reduced, and the switching loss and noise due to the recovery characteristics of the output rectifying element (3) can be further reduced when the switching element (2) is turned on.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明によるチョッパ型D
C−DCコンバータの2つの実施形態を図1〜図4に基
づいて説明する。但し、図1及び図3では、それぞれ図
9及び図10に示す箇所と同一の部分には同一の符号を
付し、その説明を省略する。本発明によるチョッパ型D
C−DCコンバータを降圧コンバータに適用した場合の
実施形態を図1に示す。即ち、図1に示す降圧チョッパ
型DC−DCコンバータは、図9に示す降圧チョッパ型
DC−DCコンバータにおける共振用リアクトル10を
トランジスタ2と出力ダイオード3とに接続したもので
ある。ここで、共振用リアクトル10はリアクトル4よ
りもインダクタンスの極めて小さいものが使用される。
また、出力ダイオード3は逆回復時間の長い一般の整流
用ダイオードを使用しても構わない。その他の構成は、
図9に示す降圧チョッパ型DC−DCコンバータと同一
である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a chopper type D according to the present invention will be described.
Two embodiments of the C-DC converter will be described with reference to FIGS. However, in FIGS. 1 and 3, the same parts as those shown in FIGS. 9 and 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Chopper type D according to the present invention
FIG. 1 shows an embodiment in which a C-DC converter is applied to a step-down converter. That is, the step-down chopper type DC-DC converter shown in FIG. 1 is configured by connecting the resonance reactor 10 in the step-down chopper type DC-DC converter shown in FIG. Here, the resonance reactor 10 has a much smaller inductance than the reactor 4.
The output diode 3 may be a general rectifying diode having a long reverse recovery time. Other configurations are
This is the same as the step-down chopper type DC-DC converter shown in FIG.

【0013】図1に示す構成において、図2(A)に示す
ようにt1以前においてトランジスタ2がオン状態のと
きは、図2(B)及び(D)に示すようにトランジスタ2、
共振用リアクトル10及びリアクトル4を通して負荷6
へ電流Iが流れている。このとき、図2(G)に示すよう
に第1の共振用コンデンサ8は図1に示す極性で直流電
源1の電圧Eまで充電されている。図2(A)に示すよう
に、t1において制御回路7からトランジスタ2のベー
ス端子に付与された制御パルス信号電圧VBが高レベル
から低レベルになり、トランジスタ2がオン状態からオ
フ状態になると、第1のダイオード11が順バイアスさ
れ、図2(B)に示すようにトランジスタ2に流れていた
電流ITR、即ち負荷6の電流Iが直ちに第2の共振用コ
ンデンサ14に流れる電流に切り替わる。このとき、図
2(D)に示すように、共振用リアクトル10に流れる電
流ILが余弦波状に減少すると共に、第2のダイオード
12が順バイアスされ第1の共振用コンデンサ8からリ
アクトル4を通して負荷6側へ放電して行く。このた
め、図2(E)及び(G)に示すように第1の共振用コンデ
ンサ8の電流IC1が0から正弦波状に増加し、第1の共
振用コンデンサ8の両端の電圧VC1が直流電源1の電圧
Eから余弦波状に降下して行く。これに伴って、第2の
共振用コンデンサ14が0Vから正弦波状に充電されて
行き、図2(C)に示すように第2の共振用コンデンサ1
4の両端の電圧VC2が0Vから正弦波状に上昇して行
く。これにより、図2(H)に示すようにトランジスタ2
の両端の電圧VTRが0Vから正弦波状に上昇して行く。
このため、トランジスタ2のターンオフ時は電圧波形と
電流波形の重なりが少ないゼロ電圧スイッチングとな
る。
In the configuration shown in FIG. 1, when the transistor 2 is turned on before t 1 as shown in FIG. 2A, the transistor 2 is turned on as shown in FIGS. 2B and 2D.
Load 6 through resonance reactor 10 and reactor 4
Current I is flowing to At this time, as shown in FIG. 2 (G), the first resonance capacitor 8 is charged to the voltage E of the DC power supply 1 with the polarity shown in FIG. As shown in FIG. 2 (A), the control pulse signal voltage V B that is applied from the control circuit 7 at t 1 to the base terminal of the transistor 2 is made of a high level to a low level, the OFF state transistor 2 from the on state Then, the first diode 11 is forward-biased, and as shown in FIG. 2B, the current I TR flowing through the transistor 2, that is, the current I of the load 6 immediately changes to the current flowing through the second resonance capacitor 14. Switch. At this time, as shown in FIG. 2 (D), together with the current I L flowing through the resonant reactor 10 is reduced to a cosine wave, through the reactor 4 from the second diode 12 is forward biased first resonance capacitor 8 Discharge to the load 6 side. Therefore, as shown in FIGS. 2E and 2G, the current I C1 of the first resonance capacitor 8 increases sinusoidally from 0, and the voltage V C1 across the first resonance capacitor 8 increases. From the voltage E of the DC power supply 1, the voltage drops in a cosine waveform. Along with this, the second resonance capacitor 14 is charged in a sine wave form from 0 V, and as shown in FIG.
The voltage V C2 at both ends of No. 4 rises in a sine wave form from 0V. As a result, as shown in FIG.
Of the voltage VTR at both ends increases in a sine wave form from 0V.
Therefore, when the transistor 2 is turned off, zero voltage switching is performed in which the overlap between the voltage waveform and the current waveform is small.

【0014】図2(G)及び(C)に示すように、t2にお
いて第1及び第2の共振用コンデンサ8、14の両端の
電圧VC1、VC2がそれぞれ0V及び直流電源1の電圧E
になると、出力ダイオード3が順バイアスされて導通状
態になり、図2(E)及び(F)に示すように第1の共振用
コンデンサ8に流れていた電流IC1が出力ダイオード3
に流れる電流IDに切り替わる。これと同時に、図2
(D)に示すように共振用リアクトル10の電流ILが0
となる。このときのトランジスタ2の両端の電圧VTR
図2(H)に示すように直流電源1の電圧Eに等しい。ま
た、トランジスタ2がオフ状態のとき、負荷6の電流I
は出力ダイオード3からリアクトル4へ流れている。
As shown in FIGS. 2 (G) and 2 (C), at t 2 , the voltages V C1 and V C2 across the first and second resonance capacitors 8 and 14 are 0 V and the voltage of the DC power supply 1, respectively. E
, The output diode 3 is forward-biased and becomes conductive, and as shown in FIGS. 2E and 2F, the current I C1 flowing through the first resonance capacitor 8 is changed to the output diode 3.
Is switched to the current I D flowing through. At the same time, FIG.
Current I L 0 of the resonant reactor 10 as shown in (D)
Becomes At this time, the voltage V TR across the transistor 2 is equal to the voltage E of the DC power supply 1 as shown in FIG. When the transistor 2 is off, the current I
Flows from the output diode 3 to the reactor 4.

【0015】図2(A)に示すように、t3において制御
回路7からトランジスタ2のベース端子に付与された制
御パルス信号電圧VBが低レベルから高レベルになり、
トランジスタ2がオフ状態からオン状態になると、図2
(H)に示すようにトランジスタ2の両端の電圧VTRが速
やかに0Vまで降下する。このとき、共振用リアクトル
10には、出力ダイオード3の導通期間中、直流電源1
の電圧Eが印加されるので、図2(D)に示すように共振
用リアクトル10の電流ILが0から直線的に増加し、
共振用リアクトル10にエネルギが蓄積される。そし
て、t4において共振用リアクトル10の電流ILが負荷
6の電流Iに等しくなると、第2の共振用コンデンサ1
4が放電を開始し、第1及び第2の共振用コンデンサ
8、14と第1の共振用リアクトル10とが共振して第
2の共振用コンデンサ14、トランジスタ2、共振用リ
アクトル10、第1の共振用コンデンサ8及び第3のダ
イオード16の経路で共振電流が流れる。このため、共
振用リアクトル10にはこの共振電流が直流電源1から
供給される電流に重畳して流れる。このとき、第1の共
振用コンデンサ8に流れる電流IC1が図2(E)に示すよ
うに0から正弦波状に増加して第1の共振用コンデンサ
8が充電されて行き、図2(G)に示すように第1の共振
用コンデンサ8の両端の電圧VC1が0Vから正弦波状に
上昇して行く。これと共に、第2の共振用コンデンサ1
4の両端の電圧VC2が図2(C)に示すように電圧Eから
余弦波状に降下して行く。これにより、トランジスタ2
の電流ITRが図2(B)に示すように0から直線的に増加
して行く。したがって、トランジスタ2のターンオン時
において電圧波形と電流波形の重なりが少ないゼロ電流
スイッチングとなる。
As shown in FIG. 2A, at t 3 , the control pulse signal voltage V B applied from the control circuit 7 to the base terminal of the transistor 2 changes from a low level to a high level,
When the transistor 2 changes from the off state to the on state, FIG.
As shown in (H), the voltage V TR across the transistor 2 immediately drops to 0V. At this time, the DC power supply 1 is connected to the resonance reactor 10 while the output diode 3 is conducting.
Since the voltage E is applied, increases linearly from current I L 0 of the resonant reactor 10 as shown in FIG. 2 (D),
Energy is stored in the resonance reactor 10. When the current I L of the resonant reactor 10 is equal to the current I in the load 6 at t 4, the second resonance capacitor 1
4 starts discharging, the first and second resonance capacitors 8 and 14 and the first resonance reactor 10 resonate, and the second resonance capacitor 14, the transistor 2, the resonance reactor 10, and the first A resonance current flows through the path of the resonance capacitor 8 and the third diode 16. Therefore, the resonance current flows through the resonance reactor 10 while being superimposed on the current supplied from the DC power supply 1. At this time, the current I C1 flowing through the first resonance capacitor 8 increases in a sine wave form from 0 as shown in FIG. 2 (E), and the first resonance capacitor 8 is charged. As shown in ()), the voltage V C1 across the first resonance capacitor 8 rises in a sine wave form from 0V. At the same time, the second resonance capacitor 1
The voltage V C2 at both ends of C4 drops from the voltage E in a cosine wave as shown in FIG. Thereby, the transistor 2
The current I TR is gradually linearly increases from 0 as shown in FIG. 2 (B). Therefore, when the transistor 2 is turned on, zero current switching is performed with little overlap between the voltage waveform and the current waveform.

【0016】一方、出力ダイオード3に流れていた電流
Dは共振用リアクトル10の自己誘導作用により図2
(F)に示すように直線的に減少して行き、t4において
0になり、出力ダイオード3が非導通状態になると、負
荷6の電流Iがトランジスタ2及び共振用リアクトル1
0に流れる電流ITR、ILに切り替わって行く。このと
き、トランジスタ2及び共振用リアクトル10には前述
の共振電流が重畳して流れているので、トランジスタ2
及び共振用リアクトル10の電流ITR、ILは図2(B)
及び(D)に示すようにt4以降は正弦波状に変化する。
そして、t5において共振用リアクトル10の電流IL
図2(D)に示すように負荷6の電流Iに等しくなると、
第1及び第2の共振用コンデンサ8、14の両端の電圧
C1、VC2が図2(G)及び(C)に示すようにそれぞれ直
流電源1の電圧E及び0Vとなる。このとき、トランジ
スタ2の電流ITRは図2(B)に示すように負荷6の電流
Iに等しくなる。したがって、t5以降は直流電源1か
らトランジスタ2、共振用リアクトル10及びリアクト
ル4を通して負荷6へ電流Iが流れる。
On the other hand, the current ID flowing through the output diode 3 is caused by the self-inducing action of the resonance reactor 10 as shown in FIG.
As shown in (F), the current decreases linearly, becomes 0 at t 4 , and when the output diode 3 is turned off, the current I of the load 6 becomes the transistor 2 and the resonance reactor 1.
Current flowing to the 0 I TR, I switched to I L. At this time, since the above-described resonance current is superimposed and flows through the transistor 2 and the resonance reactor 10, the transistor 2
And the currents I TR and I L of the resonance reactor 10 are shown in FIG.
And t 4 subsequent changes sinusoidally as shown in (D).
When the current I L of the resonant reactor 10 is equal to the current I in the load 6, as shown in FIG. 2 (D) at t 5,
The voltages V C1 and V C2 across the first and second resonance capacitors 8 and 14 become the voltages E and 0 V of the DC power supply 1 as shown in FIGS. 2 (G) and 2 (C), respectively. At this time, the current I TR of the transistor 2 becomes equal to the current I of the load 6 as shown in FIG. Therefore, t 5 since the transistor 2 from the DC power source 1, a current I flows through the resonant reactor 10 and the reactor 4 to the load 6.

【0017】次に、本発明のチョッパ型DC−DCコン
バータを昇圧コンバータに適用した場合の実施形態を図
3に示す。即ち、図3に示す昇圧チョッパ型DC−DC
コンバータは、図1に示す実施形態と同様に、図10に
示す昇圧チョッパ型DC−DCコンバータにおける共振
用リアクトル10をトランジスタ2のコレクタ端子と出
力ダイオード3のアノード端子とに接続したものであ
る。ここで、共振用リアクトル10は図1に示す実施形
態と同様のものが使用される。また、出力ダイオード3
は図1に示す実施形態と同様に逆回復時間の長い一般の
整流用ダイオードを使用しても構わない。その他の構成
は、図10に示す昇圧チョッパ型DC−DCコンバータ
と同一である。
FIG. 3 shows an embodiment in which the chopper type DC-DC converter of the present invention is applied to a boost converter. That is, the step-up chopper type DC-DC shown in FIG.
As in the converter shown in FIG. 1, the converter is such that the resonance reactor 10 in the step-up chopper type DC-DC converter shown in FIG. 10 is connected to the collector terminal of the transistor 2 and the anode terminal of the output diode 3. Here, the same reactor as the embodiment shown in FIG. 1 is used as the resonance reactor 10. The output diode 3
As in the embodiment shown in FIG. 1, a general rectifying diode having a long reverse recovery time may be used. Other configurations are the same as those of the step-up chopper type DC-DC converter shown in FIG.

【0018】図3に示す構成において、図4(A)に示す
ようにt1以前においてトランジスタ2がオン状態のと
きは、図4(B)及び(D)に示すようにリアクトル4、共
振用リアクトル10及びトランジスタ2の経路で電流I
0が流れている。このとき、図4(G)に示すように第1
の共振用コンデンサ8は図3に示す極性で負荷6の端子
電圧、即ち出力電圧E0まで充電されている。図4(A)
に示すように、t1において制御回路7からトランジス
タ2のベース端子に付与された制御パルス信号電圧VB
が高レベルから低レベルになり、トランジスタ2がオン
状態からオフ状態になると、図2(B)に示すようにトラ
ンジスタ2に流れていた電流ITR、即ちリアクトル4の
電流I0が直ちに第1のダイオード11を通して第2の
共振用コンデンサ14に流れる電流に切り替わる。この
とき、図4(D)に示すように、共振用リアクトル10に
流れる電流ILが余弦波状に減少すると共に、第1の共
振用コンデンサ8から第2のダイオード12を通して負
荷6側へ放電して行く。このため、図4(E)及び(G)に
示すように第1の共振用コンデンサ8の電流IC1が0か
ら余弦波状に増加し、第1の共振用コンデンサ8の両端
の電圧VC1が出力電圧E0から余弦波状に降下して行
く。これに伴って、第2の共振用コンデンサ14が0V
から正弦波状に充電されて行き、図4(C)に示すように
第2の共振用コンデンサ14の両端の電圧VC2が0Vか
ら正弦波状に上昇して行く。これにより、図4(H)に示
すようにトランジスタ2の両端の電圧VTRが0Vから正
弦波状に上昇して行く。このため、トランジスタ2のタ
ーンオフ時は電圧波形と電流波形の重なりが少ないゼロ
電圧スイッチングとなる。
In the configuration shown in FIG. 3, when the transistor 2 is turned on before t 1 as shown in FIG. 4A, the reactor 4 and the resonance Current I in the path of reactor 10 and transistor 2
0 is flowing. At this time, as shown in FIG.
The resonance capacitor 8 is charged to the terminal voltage, i.e. the output voltage E 0 of the load 6 with the polarity shown in FIG. FIG. 4 (A)
As shown in FIG. 7, the control pulse signal voltage V B applied to the base terminal of the transistor 2 from the control circuit 7 at t 1 .
From the high level to the low level and the transistor 2 changes from the on state to the off state, as shown in FIG. 2B, the current I TR flowing through the transistor 2, that is, the current I 0 of the reactor 4 is immediately changed to the first level. To the current flowing through the second resonance capacitor 14 through the diode 11. At this time, as shown in FIG. 4 (D), together with the current I L flowing through the resonant reactor 10 is reduced to a cosine wave, discharge from the first resonance capacitor 8 to the second diode 12 through the load 6 side Go. Therefore, as shown in FIGS. 4E and 4G, the current I C1 of the first resonance capacitor 8 increases in a cosine wave form from 0, and the voltage V C1 across the first resonance capacitor 8 increases. The output voltage E 0 drops in a cosine wave shape. Accordingly, the voltage of the second resonance capacitor 14 becomes 0V.
, The voltage V C2 across the second resonance capacitor 14 rises sinusoidally from 0 V, as shown in FIG. 4C. Thus, as shown in FIG. 4H, the voltage V TR across the transistor 2 rises in a sine wave form from 0V. Therefore, when the transistor 2 is turned off, zero voltage switching is performed in which the overlap between the voltage waveform and the current waveform is small.

【0019】図4(G)及び(C)に示すように、t2にお
いて第1及び第2の共振用コンデンサ8、14の両端の
電圧VC1、VC2がそれぞれ0V及び出力電圧E0になる
と、出力ダイオード3が順バイアスされて導通状態にな
り、図4(E)及び(F)に示すように第1の共振用コンデ
ンサ8に流れていた電流IC1が図4(F)に示すように出
力ダイオード3に流れる電流IDに切り替わる。このと
きのトランジスタ2の両端の電圧VTRは図4(H)に示す
ように出力電圧E0に等しい。また、トランジスタ2が
オフ状態のとき、リアクトル4の電流I0は出力ダイオ
ード3を通して負荷6へ流れている。
As shown in FIGS. 4G and 4C, at t 2 , the voltages V C1 and V C2 across the first and second resonance capacitors 8 and 14 become 0 V and the output voltage E 0 , respectively. Then, the output diode 3 is forward-biased and becomes conductive, and the current I C1 flowing through the first resonance capacitor 8 as shown in FIGS. 4 (E) and 4 (F) is shown in FIG. 4 (F). To the current ID flowing through the output diode 3 as described above. At this time, the voltage V TR across the transistor 2 is equal to the output voltage E 0 as shown in FIG. When the transistor 2 is off, the current I 0 of the reactor 4 flows to the load 6 through the output diode 3.

【0020】図4(A)に示すように、t3において制御
回路7からトランジスタ2のベース端子に付与された制
御パルス信号電圧VBが低レベルから高レベルになり、
トランジスタ2がオフ状態からオン状態になると、図4
(H)に示すようにトランジスタ2の両端の電圧VTRが速
やかに0Vまで降下する。このとき、共振用リアクトル
10には、出力ダイオード3の導通期間中、出力電圧E
0が印加されるので、図4(D)に示すように共振用リア
クトル10の電流ILが0から直線的に増加し、共振用
リアクトル10にエネルギが蓄積される。そして、t4
において共振用リアクトル10の電流ILがリアクトル
4の電流I0に等しくなると、第2の共振用コンデンサ
14が放電を開始し、第1及び第2の共振用コンデンサ
8、14と第1の共振用リアクトル10とが共振して第
2の共振用コンデンサ14、第3のダイオード16、第
1の共振用コンデンサ8、共振用リアクトル10及びト
ランジスタ2の経路で共振電流が流れる。このため、共
振用リアクトル10にはこの共振電流が負荷6側から供
給される電流に重畳して流れる。このとき、第1の共振
用コンデンサ8に流れる電流IC1が図4(E)に示すよう
に0から正弦波状に増加して第1の共振用コンデンサ8
が充電されて行き、図4(G)に示すように第1の共振用
コンデンサ8の両端の電圧VC1が0Vから正弦波状に上
昇して行く。これと共に、第2の共振用コンデンサ14
の両端の電圧VC2が図4(C)に示すように電圧Eから余
弦波状に降下して行く。これにより、トランジスタ2の
電流ITRが図4(B)に示すように0から直線的に増加し
て行く。したがって、トランジスタ2のターンオン時に
おいて電圧波形と電流波形の重なりが少ないゼロ電流ス
イッチングとなる。
As shown in FIG. 4A, at t 3 , the control pulse signal voltage V B applied from the control circuit 7 to the base terminal of the transistor 2 changes from a low level to a high level.
When the transistor 2 changes from the off state to the on state, FIG.
As shown in (H), the voltage V TR across the transistor 2 immediately drops to 0V. At this time, the output voltage E is applied to the resonance reactor 10 during the conduction period of the output diode 3.
Since 0 is applied, increases linearly from current I L 0 of the resonant reactor 10 as shown in FIG. 4 (D), energy is stored in the resonant reactor 10. And t 4
When the current I L of the resonance reactor 10 becomes equal to the current I 0 of the reactor 4, the second resonance capacitor 14 starts discharging, and the first and second resonance capacitors 8, 14 and the first resonance capacitor When the resonance reactor 10 resonates, a resonance current flows through a path of the second resonance capacitor 14, the third diode 16, the first resonance capacitor 8, the resonance reactor 10, and the transistor 2. Therefore, the resonance current flows through the resonance reactor 10 while being superimposed on the current supplied from the load 6 side. At this time, the current I C1 flowing through the first resonance capacitor 8 increases in a sine wave form from 0 as shown in FIG.
Is charged, and as shown in FIG. 4 (G), the voltage V C1 across the first resonance capacitor 8 increases in a sine wave form from 0V. At the same time, the second resonance capacitor 14
The voltage V C2 at both ends of the voltage E falls in a cosine wave form from the voltage E as shown in FIG. As a result, the current I TR of the transistor 2 linearly increases from 0 as shown in FIG. Therefore, when the transistor 2 is turned on, zero current switching is performed with little overlap between the voltage waveform and the current waveform.

【0021】一方、出力ダイオード3に流れていた電流
Dは共振用リアクトル10の自己誘導作用により図4
(F)に示すように直線的に減少して行き、t4において
0になり、出力ダイオード3が非導通状態になると、リ
アクトル4の電流I0がトランジスタ2及び共振用リア
クトル10に流れる電流ITR、ILに切り替わって行
く。このとき、トランジスタ2及び共振用リアクトル1
0には前述の共振電流が重畳して流れているので、トラ
ンジスタ2及び共振用リアクトル10の電流ITR、IL
は図4(B)及び(D)に示すようにt4以降は正弦波状に
変化する。そして、t5において共振用リアクトル10
の電流ILが図4(D)に示すようにリアクトル4の電流
0に等しくなると、第1及び第2の共振用コンデンサ
8、14の両端の電圧VC1、VC2が図4(G)及び(C)に
示すようにそれぞれ出力電圧E0及び0Vとなる。この
とき、トランジスタ2の電流ITRは図4(B)に示すよう
にリアクトル4の電流I0に等しくなる。したがって、
5以降は直流電源1からリアクトル4、共振用リアク
トル10及びトランジスタ2の経路で電流I0が流れ
る。
On the other hand, the current ID flowing through the output diode 3 is caused by the self-inducing action of the resonance reactor 10 as shown in FIG.
As shown in (F), the current decreases linearly, becomes 0 at t 4 , and when the output diode 3 is turned off, the current I 0 of the reactor 4 becomes the current I 0 flowing through the transistor 2 and the resonance reactor 10. TR, I switched to I L. At this time, the transistor 2 and the resonance reactor 1
0, the above-mentioned resonance currents are superimposed and flow, so that the currents I TR and I L of the transistor 2 and the resonance reactor 10 are
FIG 4 (B) and (D) as shown in t 4 subsequent changes sinusoidally. Then, the resonance reactor 10 at t 5
When the current I L is equal to the current I 0 of the reactor 4 as shown in FIG. 4 (D), the voltage V C1, V C2 across the first and second resonance capacitor 8 and 14 in FIG. 4 (G ) And (C), the output voltages become E 0 and 0 V, respectively. At this time, the current I TR of the transistor 2 becomes equal to the current I 0 of the reactor 4 as shown in FIG. Therefore,
t 5 after the reactor 4 from the DC power source 1, a current flows I 0 in the path of the resonant reactor 10 and the transistor 2.

【0022】上述の通り、図1及び図3に示す実施形態
ではトランジスタ2のターンオフ及びターンオン時にお
いてゼロ電圧及びゼロ電流スイッチングが達成されるの
で、トランジスタ2のスイッチング損失を低減すること
ができる。また、トランジスタ2のターンオン及びター
ンオフ時に発生するスパイク状のサージ電流及びサージ
電圧は、第1及び第2の共振用コンデンサ8、14と第
1の共振用リアクトル10との共振作用により吸収さ
れ、トランジスタ2の電圧及び電流波形の立上りが緩や
かになるので、トランジスタ2のオン・オフ動作時にお
けるサージ電圧、サージ電流及びノイズを低減できる。
更に、トランジスタ2のターンオン時において出力ダイ
オード3に流れる逆方向のリカバリ電流は、共振用リア
クトル10の自己誘導作用により吸収され、出力ダイオ
ード3の電流が緩やかに減少して行くので、トランジス
タ2のターンオン時において出力ダイオード3に流れる
逆方向のリカバリ電流が低減される。このため、出力ダ
イオード3が逆回復時間の長い一般の整流用ダイオード
である場合において従来必要とした限流用リアクトルが
不要であり、部品点数の削減が可能である。したがっ
て、少ない部品点数でスイッチング損失やサージ電圧及
び電流等を低減できると共に、トランジスタ2のターン
オン時における出力ダイオード3のリカバリ特性による
スイッチング損失やノイズをより低減することができ
る。
As described above, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 3, zero voltage and zero current switching are achieved when the transistor 2 is turned off and turned on, so that the switching loss of the transistor 2 can be reduced. The spike-shaped surge current and surge voltage generated when the transistor 2 is turned on and off are absorbed by the resonance between the first and second resonance capacitors 8 and 14 and the first resonance reactor 10, and Since the rising of the voltage and current waveforms of the transistor 2 becomes gentle, the surge voltage, surge current, and noise during the on / off operation of the transistor 2 can be reduced.
Further, when the transistor 2 is turned on, the reverse recovery current flowing through the output diode 3 is absorbed by the self-induction action of the resonance reactor 10, and the current of the output diode 3 gradually decreases. At this time, the reverse recovery current flowing through the output diode 3 is reduced. For this reason, when the output diode 3 is a general rectifier diode having a long reverse recovery time, the current limiting reactor conventionally required is unnecessary, and the number of components can be reduced. Therefore, switching loss, surge voltage, current, and the like can be reduced with a small number of components, and switching loss and noise due to the recovery characteristics of the output diode 3 when the transistor 2 is turned on can be further reduced.

【0023】ところで、図3に示す実施形態ではリアク
トル4及び出力ダイオード3のアノード端子の接続点と
トランジスタ2のコレクタ端子とに共振用リアクトル1
0を接続した例を示したが、図5に示すようにリアクト
ル4及びトランジスタ2のコレクタ端子の接続点と出力
ダイオード3のアノード端子とに共振用リアクトル10
を接続してもよい。図5に示す実施形態の回路の場合、
トランジスタ2がオフ状態のときはリアクトル4の電流
0が共振用リアクトル10及び出力ダイオード3を通
して負荷6に流れ、この状態からトランジスタ2がター
ンオンするとリアクトル4及び共振用リアクトル10に
流れる電流がI0より変化するため、トランジスタ2に
流れる電流ITRは0より立ち上がる。このため、図5に
示す実施形態の回路の場合においても図3に示す実施形
態の回路の場合と同様に、トランジスタ2のターンオン
時において電圧波形と電流波形の重なりが少ないゼロ電
流スイッチングとなる。したがって、図5に示す実施形
態においても図3に示す実施形態と同様のスイッチング
損失やノイズの低減効果が得られる。
In the embodiment shown in FIG. 3, the resonance reactor 1 is connected between the connection point of the anode terminal of the reactor 4 and the output diode 3 and the collector terminal of the transistor 2.
5, the resonance reactor 10 is connected between the connection point between the collector terminal of the reactor 4 and the collector terminal of the transistor 2 and the anode terminal of the output diode 3 as shown in FIG.
May be connected. In the case of the circuit of the embodiment shown in FIG.
When the transistor 2 is in the off state, the current I 0 of the reactor 4 flows to the load 6 through the resonance reactor 10 and the output diode 3, and when the transistor 2 is turned on from this state, the current flowing in the reactor 4 and the resonance reactor 10 becomes I 0. The current I TR flowing through the transistor 2 rises from 0 because it changes more. Therefore, even in the case of the circuit of the embodiment shown in FIG. 5, as in the case of the circuit of the embodiment shown in FIG. 3, when the transistor 2 is turned on, zero current switching with little overlap between the voltage waveform and the current waveform is obtained. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 5, the same switching loss and noise reduction effects as those of the embodiment shown in FIG. 3 can be obtained.

【0024】本発明の実施態様は前記の実施形態に限定
されず、更に種々の変更が可能である。例えば、上記の
各実施形態ではスイッチング素子として接合型バイポー
ラトランジスタを使用した例を示したが、MOS-FE
T(MOS型電界効果トランジスタ)、J-FET(接
合型電界効果トランジスタ)、SCR(逆阻止3端子サ
イリスタ)等の他のスイッチング素子を使用してもよ
い。また、実際には、単相の商用交流電源の単相交流電
圧を直流電圧に変換する単相の整流回路又は三相の商用
交流電源の三相交流電圧を直流電圧に変換する三相の整
流回路を直流電源1として使用する場合が多いが、勿
論、直流電源1として乾電池やバッテリ等も使用可能で
ある。更に、図3及び図5に示す実施形態において単相
又は三相の整流回路を直流電源1として使用する場合に
は、前記の整流回路の交流入力側にリアクトル4を接続
しても構わない。
The embodiments of the present invention are not limited to the above embodiments, and various modifications are possible. For example, in each of the above embodiments, an example in which a junction bipolar transistor is used as a switching element has been described.
Other switching elements such as T (MOS field effect transistor), J-FET (junction field effect transistor), SCR (reverse blocking three-terminal thyristor) may be used. Also, in practice, a single-phase rectifier circuit that converts a single-phase AC voltage of a single-phase commercial AC power supply to a DC voltage or a three-phase rectifier that converts a three-phase AC voltage of a three-phase commercial AC power supply to a DC voltage. In many cases, the circuit is used as the DC power supply 1, but of course, a dry cell, a battery, or the like can be used as the DC power supply 1. Furthermore, when a single-phase or three-phase rectifier circuit is used as the DC power supply 1 in the embodiments shown in FIGS. 3 and 5, a reactor 4 may be connected to the AC input side of the rectifier circuit.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、従来必要とした限流用
リアクトル等の大形・大重量部品を不要にして部品点数
を削減できると共にスイッチング損失やノイズ等を低減
できるので、小形・軽量・低コストでかつ低損失・低ノ
イズのチョッパ型DC−DCコンバータの実現が可能と
なる。また、出力整流素子として逆回復時間の長い一般
の整流用ダイオードも使用可能であるので、必ずしも逆
回復時間の短いファーストリカバリダイオード(FR
D)を使用する必要がなく、使用電気部品の制限を受け
ない利点がある。
According to the present invention, large and heavy parts such as a current limiting reactor required conventionally can be eliminated and the number of parts can be reduced, and switching loss and noise can be reduced. A low-cost, low-loss, low-noise chopper-type DC-DC converter can be realized. Since a general rectifying diode having a long reverse recovery time can be used as the output rectifying element, the first recovery diode (FR) having a short reverse recovery time is not necessarily required.
There is an advantage that there is no need to use D) and there is no restriction on the electric components used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明による降圧チョッパ型DC−DCコン
バータの実施形態を示す電気回路図
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing an embodiment of a step-down chopper type DC-DC converter according to the present invention.

【図2】 図1の回路の各部の電圧及び電流を示す波形
FIG. 2 is a waveform chart showing voltages and currents of respective parts of the circuit of FIG.

【図3】 本発明による昇圧チョッパ型DC−DCコン
バータの実施形態を示す電気回路図
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing an embodiment of a step-up chopper type DC-DC converter according to the present invention.

【図4】 図3の回路の各部の電圧及び電流を示す波形
FIG. 4 is a waveform chart showing the voltage and current of each part of the circuit of FIG.

【図5】 図3の回路の変更実施形態を示す電気回路図FIG. 5 is an electrical diagram showing a modified embodiment of the circuit of FIG. 3;

【図6】 従来の降圧チョッパ型DC−DCコンバータ
を示す電気回路図
FIG. 6 is an electric circuit diagram showing a conventional step-down chopper type DC-DC converter.

【図7】 従来の昇圧チョッパ型DC−DCコンバータ
を示す電気回路図
FIG. 7 is an electric circuit diagram showing a conventional step-up chopper type DC-DC converter.

【図8】 図6及び図7の回路のスイッチング電圧波形
とスイッチング電流波形との重複部分を示す波形図
FIG. 8 is a waveform diagram showing an overlapping portion between the switching voltage waveform and the switching current waveform of the circuits of FIGS. 6 and 7;

【図9】 図6の回路におけるスイッチング特性の改善
例を示す電気回路図
9 is an electric circuit diagram showing an example of improvement of switching characteristics in the circuit of FIG.

【図10】 図7の回路におけるスイッチング特性の改
善例を示す電気回路図
FIG. 10 is an electric circuit diagram showing an example of improvement of switching characteristics in the circuit of FIG. 7;

【図11】 図9の回路の変更実施形態を示す電気回路
FIG. 11 is an electrical diagram illustrating a modified embodiment of the circuit of FIG. 9;

【図12】 図10の回路の変更実施形態を示す電気回
路図
FIG. 12 is an electrical diagram illustrating a modified embodiment of the circuit of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1...直流電源、2...トランジスタ(スイッチン
グ素子)、3...出力ダイオード(出力整流素子)、
4...リアクトル、5...出力コンデンサ、
6...負荷、7...制御回路、8...第1の共振
用コンデンサ、10...共振用リアクトル、1
1...第1のダイオード(第1の整流素子)、1
2...第2のダイオード(第2の整流素子)、1
4...第2の共振用コンデンサ、16...第3のダ
イオード(第3の整流素子)、21...限流用リアク
トル
1. . . DC power supply, 2. . . 2. transistor (switching element); . . Output diode (output rectifier),
4. . . Reactor, 5. . . Output capacitor,
6. . . Load, 7. . . Control circuit, 8. . . 10. first resonance capacitor; . . Reactor for resonance, 1
1. . . First diode (first rectifying element), 1
2. . . Second diode (second rectifier), 1
4. . . 12. second resonance capacitor; . . 13. third diode (third rectifier); . . Current limiting reactor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/155 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 3/155

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 直流電源と、該直流電源の一端に一方の
主端子が接続されたスイッチング素子と、該スイッチン
グ素子の他方の主端子と前記直流電源の他端とに接続さ
れた出力整流素子と、前記スイッチング素子及び前記出
力整流素子の接続点に一端が接続されたリアクトルと、
該リアクトルの他端と前記直流電源の他端とに接続され
た出力コンデンサと、該出力コンデンサと並列に接続さ
れた負荷とを備え、前記スイッチング素子をオン・オフ
制御することにより前記直流電源の電圧より低い電圧の
直流出力を前記負荷に供給するチョッパ型DC−DCコ
ンバータにおいて、 前記スイッチング素子と前記出力整流素子及び前記リア
クトルの接続点とに接続された共振用リアクトルと、前
記スイッチング素子及び前記共振用リアクトルの接続点
に一端が接続された第1の整流素子と、前記共振用リア
クトル及び前記出力整流素子の接続点に一端が接続され
た第1の共振用コンデンサと、前記第1の共振用コンデ
ンサの他端と前記直流電源の他端とに接続された第2の
整流素子と、前記第1の整流素子の他端と前記直流電源
の一端とに接続された第2の共振用コンデンサと、前記
第1の整流素子の他端と前記第1の共振用コンデンサの
他端とに接続された第3の整流素子とを備え、前記スイ
ッチング素子のオフ時に前記第1の共振用コンデンサが
放電されると共に前記第2の共振用コンデンサが正弦波
状に充電され、前記スイッチング素子のオン時に前記第
2の共振用コンデンサが放電されると共に前記第1の共
振用コンデンサ及び第2の共振用コンデンサと前記共振
用リアクトルとが共振して前記スイッチング素子に共振
電流が流れることを特徴とするチョッパ型DC−DCコ
ンバータ。
1. A DC power supply, a switching element having one main terminal connected to one end of the DC power supply, and an output rectifying element connected to the other main terminal of the switching element and the other end of the DC power supply. A reactor having one end connected to a connection point between the switching element and the output rectifying element,
An output capacitor connected to the other end of the reactor and the other end of the DC power supply, and a load connected in parallel with the output capacitor, the on / off control of the switching element to control the DC power supply A chopper-type DC-DC converter that supplies a DC output of a voltage lower than a voltage to the load, wherein a resonance reactor connected to a connection point between the switching element, the output rectifying element, and the reactor, the switching element, and the A first rectifying element having one end connected to a connection point of the resonance reactor, a first resonance capacitor having one end connected to a connection point of the resonance reactor and the output rectification element, and A second rectifier connected to the other end of the capacitor for use and the other end of the DC power supply; and a second rectifier connected to the other end of the first rectifier and the DC power supply. A second resonance capacitor connected to one end of the source; and a third rectifier connected to the other end of the first rectifier and the other end of the first capacitor. When the switching element is turned off, the first resonance capacitor is discharged, and the second resonance capacitor is charged in a sine wave shape. When the switching element is turned on, the second resonance capacitor is discharged. A chopper type DC-DC converter, wherein the first resonance capacitor, the second resonance capacitor, and the resonance reactor resonate, and a resonance current flows through the switching element.
【請求項2】 前記直流電源は、交流電源の交流電圧を
直流電圧に変換する整流回路から構成される請求項1に
記載のチョッパ型DC−DCコンバータ。
2. The chopper-type DC-DC converter according to claim 1, wherein the DC power supply includes a rectifier circuit that converts an AC voltage of the AC power supply into a DC voltage.
【請求項3】 直流電源と、リアクトルを介して前記直
流電源の一方のラインに一方の主端子が接続されかつ前
記直流電源の他方のラインに他方の主端子が接続された
スイッチング素子と、前記リアクトル及び前記スイッチ
ング素子の一方の主端子の接続点に一端が接続された出
力整流素子と、該出力整流素子の他端と前記直流電源の
他方のラインとに接続された出力コンデンサと、該出力
コンデンサと並列に接続された負荷とを備え、前記スイ
ッチング素子をオン・オフ制御することにより前記直流
電源の電圧より高い電圧の直流出力を前記負荷に供給す
るチョッパ型DC−DCコンバータにおいて、 前記スイッチング素子の一方の主端子と前記出力整流素
子の一端とに接続された共振用リアクトルと、前記スイ
ッチング素子及び前記共振用リアクトルの接続点に一端
が接続された第1の整流素子と、前記共振用リアクトル
及び前記出力整流素子の接続点に一端が接続された第1
の共振用コンデンサと、前記第1の共振用コンデンサの
他端に一端が接続されかつ前記出力整流素子及び前記出
力コンデンサの接続点に他端が接続された第2の整流素
子と、前記第1の整流素子の他端と前記直流電源の他方
のラインとに接続された第2の共振用コンデンサと、前
記第1の整流素子の他端と前記第1の共振用コンデンサ
の他端とに接続された第3の整流素子とを備え、前記ス
イッチング素子のオフ時に前記第1の共振用コンデンサ
が放電されると共に前記第2の共振用コンデンサが正弦
波状に充電され、前記スイッチング素子のオン時に前記
第2の共振用コンデンサが放電されると共に前記第1の
共振用コンデンサ及び第2の共振用コンデンサと前記共
振用リアクトルとが共振して前記スイッチング素子に共
振電流が流れることを特徴とするチョッパ型DC−DC
コンバータ。
3. A DC power supply, a switching element having one main terminal connected to one line of the DC power supply via a reactor and the other main terminal connected to the other line of the DC power supply, An output rectifying element having one end connected to a connection point between the reactor and one main terminal of the switching element; an output capacitor connected to the other end of the output rectifying element and the other line of the DC power supply; A chopper-type DC-DC converter that includes a capacitor and a load connected in parallel, and supplies a DC output of a voltage higher than the voltage of the DC power supply to the load by controlling on / off of the switching element. A resonance reactor connected to one main terminal of the element and one end of the output rectifier, the switching element and the resonance First a first rectifying element having one end connected to a connection point of the reactor, one end to the connection point of the resonant reactor and the output rectifying element connected 1
A second rectifying element having one end connected to the other end of the first resonance capacitor and the other end connected to a connection point between the output rectifying element and the output capacitor; A second resonance capacitor connected to the other end of the rectifying element and the other line of the DC power supply, and connected to the other end of the first rectifying element and the other end of the first resonance capacitor. A third rectifying element, the first resonance capacitor is discharged when the switching element is turned off, and the second resonance capacitor is charged in a sine wave shape when the switching element is turned off. When the second resonance capacitor is discharged, the first resonance capacitor, the second resonance capacitor, and the resonance reactor resonate, and a resonance current flows through the switching element. Chopper, characterized in DC-DC
converter.
【請求項4】 前記直流電源は、交流電源の交流電圧を
直流電圧に変換する整流回路から構成され、前記整流回
路の交流入力側又は直流出力側に前記リアクトルが接続
される請求項3に記載のチョッパ型DC−DCコンバー
タ。
4. The DC power supply according to claim 3, wherein the DC power supply includes a rectifier circuit that converts an AC voltage of an AC power supply into a DC voltage, and the reactor is connected to an AC input side or a DC output side of the rectifier circuit. Chopper type DC-DC converter.
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