JP3243666B2 - Resonant DC-DC converter - Google Patents

Resonant DC-DC converter

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JP3243666B2 JP07565793A JP7565793A JP3243666B2 JP 3243666 B2 JP3243666 B2 JP 3243666B2 JP 07565793 A JP07565793 A JP 07565793A JP 7565793 A JP7565793 A JP 7565793A JP 3243666 B2 JP3243666 B2 JP 3243666B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、直流電源からインバー
タを介して交流電圧を変圧器に送り、その出力を整流し
て直流電圧を負荷に供給する位相差制御方式の共振型D
C−DCコンバータに係り、特に、上記スイッチング素
子での損失を低減して高効率化を図ると共に、上記イン
バータの各スイッチング素子にかかる電圧の変化率を小
さくして低ノイズ化を図り、またインバータ動作開始時
のロスレススナバ回路の短絡などに起因するスイッチン
グ素子の破壊防止を図った共振型DC−DCコンバータ
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resonance type D of a phase difference control system which supplies an AC voltage from a DC power supply via an inverter to a transformer, rectifies the output and supplies the DC voltage to a load.
More particularly, the present invention relates to a C-DC converter, in which a loss in the switching element is reduced to increase the efficiency, and a rate of change of a voltage applied to each switching element of the inverter is reduced to reduce noise, The present invention relates to a resonance type DC-DC converter for preventing a switching element from being broken due to a short circuit of a lossless snubber circuit at the start of an operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】X線装置などに使用される直流電源装置
の一つとして、小型軽量化及び高効率化のためにDC−
DCコンバータと呼ばれるスイッチング方式の電源装置
が広く用いられている。
2. Description of the Related Art As one of DC power supply devices used in X-ray devices and the like, DC-DC power supplies have been developed for miniaturization and weight reduction and high efficiency.
A switching type power supply device called a DC converter is widely used.

【0003】しかし、現在、広く用いられているスイッ
チング方式の電源装置は、基本的にPWM制御している
ものであるため、取り扱う電圧及び電流波形が方形波と
なり、次のような問題点がある。
[0003] However, switching-type power supplies that are widely used at present are basically controlled by PWM, so that the voltage and current waveforms to be handled are square waves, and have the following problems. .

【0004】(1)スイッチングノイズが発生しやす
い。
(1) Switching noise is likely to occur.

【0005】(2)スイッチング時におけるスイッチン
グ素子での損失が大きい。
(2) The loss at the switching element during switching is large.

【0006】(3)変換器の動作周波数の上限がスイッ
チング素子のスイッチング時間に大きく依存する。
(3) The upper limit of the operating frequency of the converter greatly depends on the switching time of the switching element.

【0007】これらの問題点の解決策として、近年、コ
ンバータの一部に共振素子を挿入して電圧波形あるいは
電流波形を正弦波状にし、スイッチング時のスイッチン
グ素子の負担を軽減するDC−DCコンバータの開発が
進んでいる。
As a solution to these problems, in recent years, a DC-DC converter has been proposed in which a resonant element is inserted into a part of a converter to make a voltage waveform or a current waveform sinusoidal, thereby reducing the load on the switching element during switching. Development is in progress.

【0008】このような共振型DC−DCコンバータの
出力電圧を制御する方法に位相差制御方式があるが、従
来のこの種の制御方式を用いた共振型DC−DCコンバ
ータとして、特開昭63−190556号公報に記載さ
れたものがある。
As a method of controlling the output voltage of such a resonance type DC-DC converter, there is a phase difference control method. A conventional resonance type DC-DC converter using this type of control method is disclosed in There is one described in -190556.

【0009】この共振型DC−DCコンバータは、図6
に示すように、直流電源1と、この直流電源1の正極+
に接続された第1のスイッチング素子2a及び負極−に
接続された第2のスイッチング素子2bからなる第1の
直列接続体を有すると共に上記正極+に接続された第3
のスイッチング素子2c及び負極−に接続された第4の
スイッチング素子2dからなり上記第1の直列接続体に
並列接続された第2の直列接続体を有しかつ上記第1〜
第4のスイッチング素子2a〜2dにそれぞれ逆並列接
続された第1〜第4のダイオード3a〜3dを有し上記
直流電源1からの直流を交流に変換するインバータ4
と、このインバータ4の出力側にて直列接続されたイン
ダクタンス5及びコンデンサ6と、このインダクタンス
5及びコンデンサ6に直列接続され出力と絶縁する変圧
器7と、この変圧器7の出力を直流に変換し負荷に直流
出力を供給する整流器8と、この整流器8の出力側に接
続された負荷9に印加する電圧及び負荷9に流す電流の
設定信号に応じて上記第1〜第4のスイッチング素子2
a〜2dのオン,オフのタイミングを制御する手段(図
示省略)とを有してなり、上記負荷に所望の電圧,電流
にて直流出力を供給するものである。
This resonance type DC-DC converter is shown in FIG.
As shown in the figure, a DC power supply 1 and a positive electrode of the DC power supply 1
And a first series connected body composed of a first switching element 2a connected to the negative electrode and a second switching element 2b connected to the negative electrode, and a third connected to the positive electrode +.
, And a second series connected body connected in parallel to the first series connected body, and the first to the first series connected elements.
Inverter 4 having first to fourth diodes 3a to 3d connected in anti-parallel to fourth switching elements 2a to 2d, respectively, for converting DC from DC power supply 1 to AC.
And an inductance 5 and a capacitor 6 connected in series on the output side of the inverter 4, a transformer 7 connected in series with the inductance 5 and the capacitor 6 to insulate the output, and convert the output of the transformer 7 to DC. A rectifier 8 for supplying a DC output to the load, and the first to fourth switching elements 2 according to a setting signal of a voltage applied to a load 9 connected to an output side of the rectifier 8 and a current flowing through the load 9.
means (not shown) for controlling the on / off timings of a to 2d to supply a DC output to the load at a desired voltage and current.

【0010】なお、図6において、上記第1〜第4のス
イッチング素子2a〜2dとダイオード3a〜3dと
で、それぞれ第1のアーム10aと、第2のアーム10
bと、第3のアーム10cと、第4のアーム10dとが
構成されている。また、上記整流器8は、4つのダイオ
ード11a,11b,11c,11dで入力電圧を全波
整流するようになっている。更に、12は、上記整流器
8の出力電圧を負荷9に印加するための高電圧ケーブル
の静電容量を示しており、整流器8からの出力電圧を平
滑化するコンデンサとして機能する。
In FIG. 6, the first to fourth switching elements 2a to 2d and the diodes 3a to 3d respectively include a first arm 10a and a second arm 10a.
b, a third arm 10c, and a fourth arm 10d. The rectifier 8 is configured to perform full-wave rectification of the input voltage by the four diodes 11a, 11b, 11c, and 11d. Further, reference numeral 12 denotes the capacitance of a high-voltage cable for applying the output voltage of the rectifier 8 to the load 9, and functions as a capacitor for smoothing the output voltage from the rectifier 8.

【0011】次に、上記のように構成された従来の共振
型DC−DCコンバータの動作について、図7を参照し
て簡単に説明する。図7において、(a),(b),
(c),(d)は、それぞれ図6に示すインバータ4の
第1のスイッチング素子2a,第4のスイッチング素子
2d,第2のスイッチング素子2b,第3のスイッチン
グ素子2cのオン,オフの期間を示している。そして、
この図7から明らかなように、第1のスイッチング素子
2aと第4のスイッチング素子2dとは位相差αだけず
れてオンし、また、第2のスイッチング素子2bと第3
のスイッチング素子2cも位相差αだけずれてオンする
ようになっている。更に、第1のスイッチング素子2a
と第2のスイッチング素子2b、及び第3のスイッチン
グ素子2cと第4のスイッチング素子2dは、それぞれ
180゜の位相差で交互にオンする。
Next, the operation of the conventional resonant DC-DC converter configured as described above will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 7, (a), (b),
(C) and (d) respectively show the on and off periods of the first switching element 2a, the fourth switching element 2d, the second switching element 2b, and the third switching element 2c of the inverter 4 shown in FIG. Is shown. And
As is clear from FIG. 7, the first switching element 2a and the fourth switching element 2d are turned on with a phase difference α, and the second switching element 2b and the third switching element 2b are turned on.
The switching element 2c is turned on with a shift of the phase difference α. Further, the first switching element 2a
And the second switching element 2b, and the third and fourth switching elements 2c and 2d are alternately turned on with a phase difference of 180 °.

【0012】以上の動作では、(a)及び(b)に示す
第1のスイッチング素子2a及び第4のスイッチング素
子2dが同時にオンしている期間(Tb3〜Tb4)、並び
に(c)及び(d)に示す第2のスイッチング素子2b
及び第3のスイッチング素子2cが同時にオンしている
期間(Tb6〜Tb7)だけ図6に示す直流電源1から電力
が供給されるので、インバータ4の出力電力波形Vt は
図7(j)に示すように、上記の期間だけ電圧を正負の
波高値とする方形波となる。
In the above operation, the periods (Tb3 to Tb4) in which the first switching element 2a and the fourth switching element 2d shown in (a) and (b) are simultaneously turned on, and (c) and (d) The second switching element 2b shown in FIG.
Since power is supplied from the DC power supply 1 shown in FIG. 6 only during the period (Tb6 to Tb7) during which the third switching element 2c is simultaneously turned on, the output power waveform Vt of the inverter 4 is shown in FIG. As described above, a square wave having positive and negative peak values of the voltage only during the above period is obtained.

【0013】したがって、第1のスイッチング素子2a
と第4のスイッチング素子2dとの位相差αあるいは第
2のスイッチング素子2bと第3のスイッチング素子2
cとの位相差αを変化させると、それぞれのスイッチン
グ素子2a〜2dが同時にオンする期間を変化させるこ
とができ、図6に示す負荷9に供給する電力を制御する
ことができる。
Therefore, the first switching element 2a
Phase difference α between the second switching element 2b and the third switching element 2d.
By changing the phase difference α with respect to c, it is possible to change the period during which the respective switching elements 2a to 2d are simultaneously turned on, and to control the power supplied to the load 9 shown in FIG.

【0014】この場合の該当するスイッチング素子間の
位相差αと、出力電圧Vt との関係を示すと図8のよう
になる。この図8は、横軸を位相差αとし、縦軸を負荷
9への出力電圧Vt として、この位相差αと出力電圧V
t との関係を上記負荷9の抵抗値R1,R2,R3(R1 >
R2 >R3)をパラメータとして所定のカーブで表わし
たグラフである。
FIG. 8 shows the relationship between the phase difference α between the corresponding switching elements and the output voltage Vt in this case. In FIG. 8, the horizontal axis represents the phase difference α, and the vertical axis represents the output voltage Vt to the load 9.
The relationship with t is determined by the resistance values R1, R2, R3 (R1>
R2> R3) is a graph represented by a predetermined curve using a parameter as a parameter.

【0015】なお、X線管を負荷9とするX線高電圧装
置では、X線管に印加する電圧(管電圧)の立上がりは
高速性を要求される。このため、図3の直流電源1(通
常は商用電源を整流して得られる)の電圧をある一定の
値に設定した状態でX線曝射を開始する方法をとってい
る。
Incidentally, in the X-ray high-voltage device using the X-ray tube as the load 9, the rise of the voltage (tube voltage) applied to the X-ray tube requires high speed. For this reason, a method is employed in which X-ray irradiation is started with the voltage of the DC power supply 1 (normally obtained by rectifying a commercial power supply) shown in FIG. 3 set to a certain value.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の共振型DC−DCコンバータにおける課題を以
下に説明する。まず、ターンオンが遅れない第1のスイ
ッチング素子2aとこれに逆並列接続された第1のダイ
オード3aとからなる第1のアーム10a、及び第2の
スイッチング素子2bとこれに逆並列接続された第2の
ダイオード3bとからなる第2のアーム10bの動作を
検討する。
Problems to be solved by the conventional resonance type DC-DC converter configured as described above will be described below. First, a first arm 10a composed of a first switching element 2a whose turn-on is not delayed and a first diode 3a connected in anti-parallel to the first switching element 2a, and a second switching element 2b connected in anti-parallel to the first switching element 2b The operation of the second arm 10b including two diodes 3b will be considered.

【0017】図7(e)に示すように、第1のアーム1
0aに流れる電流I1 は、第1のスイッチング素子2a
へのオン信号が入力される時点Tb1では負である。した
がって、この時には、上記第1のスイッチング素子2a
に印加する電圧は、第1のダイオード3aのオン電圧だ
けであり、ほぼゼロである。そして、電流が負から正に
変化して第1のスイッチング素子2aに電流が流れ始め
る時のそのスイッチング素子2aの損失は、その時の電
圧と電流の積となるのでゼロである。しかし、上記第1
のスイッチング素子2aがターンオフする時点Tb4で
は、上記第1のアーム10aに流れる電流I1 は、図7
(e)に示すように正である。
As shown in FIG. 7E, the first arm 1
The current I1 flowing through the first switching element 2a
Is negative at time Tb1 when the ON signal is input. Therefore, at this time, the first switching element 2a
Is only the ON voltage of the first diode 3a and is almost zero. When the current changes from negative to positive and the current starts to flow through the first switching element 2a, the loss of the switching element 2a is zero because it is the product of the voltage and the current at that time. However, the first
The current I1 flowing through the first arm 10a at the time Tb4 when the switching element 2a of FIG.
It is positive as shown in (e).

【0018】上記第1のスイッチング素子2aがターン
オフを開始して電流がゼロになるまでの動作を図9に示
すが、この図に示すように電流がゼロになる前にそのス
イッチング素子2aの電圧が増加し始めるので、この電
流と電圧とによって第1のスイッチング素子2aは、斜
線を付して示す領域分の損失を生じることとなる。この
ような動作は、第2のアーム10bについても同様であ
る。
FIG. 9 shows the operation until the first switching element 2a starts to turn off and the current becomes zero. As shown in FIG. 9, before the current becomes zero, the voltage of the switching element 2a becomes zero. Begin to increase, the first switching element 2a generates a loss corresponding to the shaded region by the current and the voltage. Such an operation is the same for the second arm 10b.

【0019】上記のような損失を低減するためには、例
えば図10(a)に示すようにコン デンサ14と抵抗1
5を直列接続した構成や、同図(b)に示すようにコン
デンサ14、抵抗15及びダイオード16を組み合わせ
た構成の、ロスレススナバ回路と呼ばれる回路を、トラ
ンジスタなどのスイッチング素子13に対して並列接続
して用いていた。
[0019] In order to reduce the loss as described above, for example, 10 resistors and capacitors 14 as shown in (a) 1
5 are connected in series configuration, or con as shown in FIG. (B)
A circuit called a lossless snubber circuit having a configuration in which a capacitor 14, a resistor 15, and a diode 16 are combined is used in parallel with a switching element 13 such as a transistor.

【0020】このようなロスレススナバ回路を、上記第
1及び第2のスイッチング素子2a,2bに並列に設け
ると、各スイッチング素子2a,2bがターンオフする
ときの電圧の立ち上がりが抑制されて、ターンオフ時の
スイッチング損失が低減できるものであった。
When such a lossless snubber circuit is provided in parallel with the first and second switching elements 2a and 2b, the rise of the voltage when each of the switching elements 2a and 2b is turned off is suppressed, and the turn-off time is reduced. Was able to reduce the switching loss.

【0021】しかし、上記のようなロスレススナバ回路
では、図10に示すスイッチング素子13がオフしてい
るときに、コンデンサ14に蓄積された電荷は、上記ス
イッチング素子13がターンオンすると、そのスイッチ
ング素子13と抵抗15を介して放電されるので、抵抗
15によって損失が生じる。そして、この抵抗15はこ
の時の電流の最大値を制御するものなので、上記抵抗1
5がないと過大な電流が流れ、スイッチング素子13を
破壊することとなる。
However, in the above-described lossless snubber circuit, when the switching element 13 shown in FIG. 10 is turned off, the electric charge accumulated in the capacitor 14 turns on when the switching element 13 is turned on. Is discharged via the resistor 15 and the resistor 15 causes a loss. Since the resistance 15 controls the maximum value of the current at this time, the resistance 1
If there is no 5, an excessive current flows and the switching element 13 is destroyed.

【0022】上記抵抗15による損失は、スイッチング
素子13がターンオンとターンオフとを繰り返す毎に生
じるので、図6に示すインバータ4においては、各スイ
ッチング素子2a,2bの損失がそのインバータ4の動
作周波数に比例して増加する。特に、このような共振型
DC−DCコンバータにおいては、装置の小型軽量化の
ために動作周波数を高くすることが一般的であり、スイ
ッチング損失が非常に大きくなるものであった。
Since the loss caused by the resistor 15 occurs every time the switching element 13 repeats turn-on and turn-off, the loss of each of the switching elements 2a and 2b in the inverter 4 shown in FIG. Increase in proportion. In particular, in such a resonance type DC-DC converter, it is common to increase the operating frequency in order to reduce the size and weight of the device, and the switching loss becomes extremely large.

【0023】次に、図6及び図7に示す構成及び動作に
おいて、ターンオンが遅れる第3のスイッチング素子2
cとこれに逆並列接続された第3のダイオード3cとか
らなる第3のアーム10c、及び第4のスイッチング素
子2dとこれに逆並列接続された第4のダイオード3d
とからなる第4のアーム10dの動作を検討する。
Next, in the configuration and operation shown in FIGS. 6 and 7, the third switching element 2 whose turn-on is delayed
c and a third arm 10c composed of a third diode 3c connected thereto in anti-parallel, and a fourth switching element 2d and a fourth diode 3d connected thereto in anti-parallel.
Consider the operation of the fourth arm 10d composed of the following.

【0024】図7に示す例では、同図(b)に示す第4
のスイッチング素子2dのオン信号が出力されている期
間Tb3〜Tb6内の時点Tb5に第4のアーム10dの電流
I4はゼロとなり(図7(f)参照)、その時点Tb5以
後は負の電流が流れる。すなわち、第4のアーム10d
において逆並列接続された第4のダイオード3dに電流
が流れる。その後、時点Tb6において、図7(b)に示
すように第4のスイッチング素子2dへのオン信号がな
くなり、同図(d)に示すように第3のスイッチング素
子2cがターンオンを開始する。これにより、それまで
上記第4のダイオード3dを流れていた電流は、第3の
スイッチング素子2cに転流し、第4のダイオード3d
は逆バイアスされてターンオフする。
In the example shown in FIG. 7, the fourth type shown in FIG.
The current I4 of the fourth arm 10d becomes zero at time Tb5 in the period Tb3 to Tb6 during which the ON signal of the switching element 2d is output (see FIG. 7F), and after that time Tb5, a negative current is generated. Flows. That is, the fourth arm 10d
, A current flows through the fourth diode 3d connected in anti-parallel. Thereafter, at time Tb6, there is no ON signal to the fourth switching element 2d as shown in FIG. 7B, and the third switching element 2c starts to turn on as shown in FIG. 7D. As a result, the current that has been flowing through the fourth diode 3d is commutated to the third switching element 2c, and the fourth diode 3d
Is reverse biased and turned off.

【0025】しかし、このとき上記第4のダイオード3
dは瞬時にはターンオフすることができず、そのPN接
合の接合容量を充電するまでダイオード3dにリカバリ
電流と呼ばれる電流が流れる。したがって、このリカバ
リ電流が流れている間は、図6に示す第3のアーム10
cと第4のアーム10dとは短絡されている状態と等し
く、過大な電流が流れてスイッチング損失が増大するば
かりでなく、第3及び第4のスイッチング素子2c,2
dを破壊することもあった。このような動作は、第3の
スイッチング素子2cがターンオフするときにも同様と
なる。
However, at this time, the fourth diode 3
d cannot be turned off instantaneously, and a current called a recovery current flows through the diode 3d until the junction capacitance of the PN junction is charged. Therefore, while the recovery current is flowing, the third arm 10 shown in FIG.
c and the fourth arm 10d are equivalent to a short-circuited state, so that not only an excessive current flows to increase the switching loss, but also the third and fourth switching elements 2c and 2d.
d was sometimes destroyed. Such an operation is the same when the third switching element 2c is turned off.

【0026】以上のように、従来の共振型DC−DCコ
ンバータにおける位相差制御においては、図6に示すイ
ンバータ4の第1及び第2のアーム10a,10bの動
作と、第3及び第4のアーム10c,10dの動作とは
異なっており、第1及び第2のアーム10a,10bで
はロスレススナバ回路(図10参照)によるスイッチン
グ損失が増大したり、第3及び第4のアーム10c,1
0dでは各スイッチング素子2c,2dに逆並列接続さ
れたダイオード3c,3dのリカバリ電流によるアーム
短絡によって上記各スイッチング素子2c,2dが破壊
されるという問題があった。
As described above, in the phase difference control in the conventional resonance type DC-DC converter, the operation of the first and second arms 10a and 10b of the inverter 4 shown in FIG. The operation is different from that of the arms 10c and 10d. In the first and second arms 10a and 10b, the switching loss due to the lossless snubber circuit (see FIG. 10) increases, and the third and fourth arms 10c and 1d increase.
In the case of 0d, there is a problem that the switching elements 2c and 2d are destroyed by arm short-circuit due to the recovery current of the diodes 3c and 3d connected in anti-parallel to the switching elements 2c and 2d.

【0027】その他にも、各スイッチング素子2a〜2
dにかかる電圧が大きく、各スイッチング素子2a〜2
dに流れる電流の時間変化率が大きいことから、発生す
る電磁波障害ノイズが大きくなり、制御系に悪影響を及
ぼすことがあった。特に、このような共振型DC−DC
コンバータをX線装置としてのX線CT装置(X線コン
ピュータ断層装置)などの電源装置に用いた場合、数百
ボルト、数百アンペアをスイッチングするようなインバ
ータ4のすぐ近くで診断画像を構成するための微小信号
(数マイクロボルト)を検出しなければならないことに
なり、その電磁波障害ノイズの影響は非常に大きくな
り、強く改善が求められていた。
In addition, each of the switching elements 2a to 2
d, the switching elements 2a to 2
Since the time change rate of the current flowing through d is large, the generated electromagnetic interference noise increases, which may adversely affect the control system. In particular, such a resonance type DC-DC
When the converter is used in a power supply device such as an X-ray CT device (X-ray computed tomography device) as an X-ray device, a diagnostic image is formed immediately near the inverter 4 that switches several hundred volts and several hundred amps. Therefore, a small signal (several microvolts) must be detected, and the influence of the electromagnetic interference noise becomes very large, and a strong improvement has been demanded.

【0028】本発明は、このような問題点に対処し、イ
ンバータの各スイッチング素子にかかる電圧の変化率が
小さく電磁波障害ノイズを低減できると共に、スイッチ
ング素子での損失を低減して高効率化を図ることがで
き、更に、ダイオードのリカバリ電流やインバータ動作
開始時のロスレススナバ回路の短絡に起因するスイッチ
ング素子の破壊を防止することのできる共振型DC−D
Cコンバータを提供することを目的とする。
The present invention addresses such a problem and has a small change rate of the voltage applied to each switching element of the inverter, which can reduce the electromagnetic interference noise, and can reduce the loss in the switching element to increase the efficiency. And a resonance type DC-D capable of preventing a switching element from being destroyed due to a recovery current of a diode or a short circuit of a lossless snubber circuit at the start of an inverter operation.
It is intended to provide a C converter.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】上記課題は、 (1)インバータの各スイッチング素子に流れる電流
が、ターンオン時に負(スイッチング素子に逆並列接続
されたダイオードに電流が流れている状態)となり、ま
た、ターンオン時に正の方向に流れるような位相差と周
波数の動作モードを維持すること、 (2)スイッチング素子のオフ時にスイッチング素子に
かかる電圧の急激な上昇を抑えるために、各スイッチン
グ素子と並列にコンデンサのみによるロスレス(無損
失)スナバ回路を接続すること、 (3)インバータ入力電圧がゼロの時点から位相差を1
80゜にして、インバータ周期の前半の半周期間は第1
のスイッチング素子と第3のスイッチング素子を同時
に、後半の半周期間は第2のスイッチング素子と第4の
スイッチング素子を同時にオンさせ、この動作を負荷へ
の直流出力供給が開始されるまで繰り返すことなどによ
ってインバータ動作開始時のコンデンサに充電される電
圧をほぼゼロにしてスイッチング素子に流れる過電流を
抑制すること、によって、解決される。
Means for solving the problems are as follows. (1) The current flowing in each switching element of the inverter becomes negative (the state in which current flows in a diode connected in anti-parallel to the switching element) at the time of turn-on. Maintaining an operation mode of a phase difference and a frequency that flows in a positive direction at the time of turn-on; (2) in parallel with each switching element in order to suppress a sharp rise in voltage applied to the switching element when the switching element is off; Connect a lossless (lossless) snubber circuit using only a capacitor . (3) Reduce the phase difference by 1 from the point when the inverter input voltage is zero.
80 °, the first half of the inverter cycle
And the third switching element are turned on at the same time, the second switching element and the fourth switching element are turned on at the same time during the latter half period, and this operation is repeated until the DC output supply to the load is started. Thus, the voltage charged in the capacitor at the start of the inverter operation is made substantially zero to suppress the overcurrent flowing through the switching element.

【0030】本発明の目的は、上記(1)、(2)、
(3)の条件を満足するスイッチング(ソフトスイッチ
ングという)制御を行うことで達成される。すなわち、
中性点を有する直流電源と、この直流電源の正極に接続
された第1のスイッチング素子及び負極に接続された第
2のスイッチング素子からなる第1の直列接続体を有す
ると共に上記正極に接続された第3のスイッチング素子
及び負極に接続された第4のスイッチング素子からなり
上記第1の直列接続体に並列接続された第2の直列接続
体を有しかつ上記第1〜第4のスイッチング素子にそれ
ぞれ逆並列接続された第1〜第4のダイオードを有し上
記直流電源からの直流を交流に変換するインバータと、
このインバータの出力側に接続された少なくとも変圧器
を含んだインバータ出力回路と、上記変圧器に接続され
その出力を直流に変換する整流器とを有してなり、上記
整流器の出力側に接続される負荷に所望の電圧,電流に
て直流出力を供給する共振型DC−DCコンバータにお
いて、上記第1〜第4のスイッチング素子にそれぞれ並
列接続された第1〜第4のコンデンサと、上記第1及び
第2のスイッチング素子の接続点と上記直流電源の中性
点との間、並びに上記第3及び第4のスイッチング素子
の接続点と上記直流電源の中性点との間の両方に接続さ
れたインダクタンスとを設け、上記第1のスイッチング
素子がターンオンしてから第4のスイッチング素子がタ
ーンオンする位相差及び第2のスイッチング素子がター
ンオンしてから第3のスイッチング素子がターンオンす
る位相差を各々変化させることによって上記負荷に供給
する電力を制御すると共に、上記第1〜第4のスイッチ
ング素子へオン信号が入力される時点では、上記第1〜
第4のダイオードが通電中となる周波数及び位相差で上
記第1〜第4のスイッチング素子を駆動させ、上記直流
電源の電圧の立ち上げ時から該直流電源の電圧が所定の
電圧に達するまでの動作開始期間においては、上記位相
差を第1及び第2のスイッチング素子の動作周期の1/
2とした状態で上記各スイッチング素子を駆動させる制
御手段を設けることで達成される。
The object of the present invention is to provide the above (1), (2),
This is achieved by performing switching (soft switching) control that satisfies the condition (3). That is,
It has a DC power supply having a neutral point, a first series connection composed of a first switching element connected to the positive electrode of the DC power supply and a second switching element connected to the negative electrode, and is connected to the positive electrode. A third switching element, a fourth switching element connected to the negative electrode, and a second series connected body connected in parallel to the first series connected body; and the first to fourth switching elements. An inverter having first to fourth diodes connected in anti-parallel to each other to convert DC from the DC power supply to AC;
An inverter output circuit including at least a transformer connected to the output side of the inverter, and a rectifier connected to the transformer and converting the output to DC, and connected to an output side of the rectifier. In a resonance type DC-DC converter for supplying a DC output with a desired voltage and current to a load, first to fourth capacitors respectively connected in parallel to the first to fourth switching elements; between the connection point and the neutral point of the DC power source of the second switching element, and is connected to both between the connection point and the neutral point of the DC power source of said third and fourth switching elements And a phase difference at which the fourth switching element is turned on after the first switching element is turned on and a phase difference at which the second switching element is turned on. The switching element controls the power supplied to the load by varying each phase difference to turn on, and in time the ON signal to the first to fourth switching elements is input, the first to
The first to fourth switching elements are driven at a frequency and a phase difference at which the fourth diode is energized, and from when the voltage of the DC power supply rises until the voltage of the DC power supply reaches a predetermined voltage. In the operation start period, the above-mentioned phase difference is set to 1 / the operation cycle of the first and second switching elements.
In a state where 2 was achieved by providing a control hand stage for driving the respective switching elements.

【0031】また、上記動作開始期間中、上記変圧器一
次側又は上記インバータ出力端相互間を短絡させる制御
手段とを設けることで達成される。
Further, during the operation start period, this is achieved by providing control means for short-circuiting the primary side of the transformer or the inverter output terminals.

【0032】なお、ロスレススナバに用いるコンデンサ
の値は、デッドタイム中に充放電が完了可能な範囲内
で、設定しなければならない。
The value of the capacitor used for the lossless snubber must be set within a range where charging and discharging can be completed during the dead time.

【0033】[0033]

【作用】上述構成によれば、インバータの第1及び第2
のスイッチング素子の接続点と直流電源の中性点との
間、並びに第3及び第4のスイッチング素子の接続点と
直流電源の中性点との間の両方にインダクタンスを補助
回路として接続したことにより、上記インバータの各ア
ームに流れる電流がターンオン時に負となり、ターンオ
フ時には正となる位相差の動作モードを常に維持でき、
ダイオードのリカバリ電流に起因するスイッチング素子
の破壊が防止される。
According to the above construction, the first and second inverters are provided.
Between the neutral point of the DC power source and the connection point of the switching elements, as well as connecting the inductance as an auxiliary circuit to both between the neutral point of the DC power source and the connection point of the third and fourth switching elements Thereby, the current flowing through each arm of the inverter becomes negative at the time of turn-on, and can always maintain the operation mode of the phase difference that becomes positive at the time of turn-off,
The destruction of the switching element due to the recovery current of the diode is prevented.

【0034】また、上記インバータの第1〜第4のスイ
ッチング素子にはコンデンサをロスレススナバ回路とし
てそれぞれ並列に接続したことにより、デッドタイム期
間中の上記コンデンサの充放電によって各スイッチング
素子にかかる電圧の時間変化率の小さいソフトスイッチ
ング素子が実現できる。したがって、上記スイッチング
素子にかかる電圧の変化率が小さく、ノイズが低減され
ると共に、そのスイッチング素子での損失が低減して高
効率化される。
Also, capacitors are connected in parallel as lossless snubber circuits to the first to fourth switching elements of the inverter, respectively, so that the voltage applied to each switching element by charging and discharging of the capacitors during the dead time period is reduced. A soft switching element with a small rate of change in time can be realized. Therefore, the rate of change of the voltage applied to the switching element is small, the noise is reduced, and the loss in the switching element is reduced to increase the efficiency.

【0035】更に、直流電源の電圧の立ち上げ時から
直流電源の電圧が所定の電圧に達するまで、及びその後
の期間共に、スイッチング素子がターンオンする際に
は、常にそれと逆並列接続されたダイオードに電流が流
れ、ロスレススナバコンデンサに無用な充電がなされな
いので、ロスレススナバコンデンサの短絡を防いでイン
バータの各スイッチング素子の過電流がなくなり、それ
らスイッチング素子の破壊が防止される。
Further, from the time when the voltage of the DC power supply rises,
Until the voltage of the DC power supply reaches a predetermined voltage and during the subsequent period, when the switching element is turned on, current always flows through the diode connected in anti-parallel to the switching element, and unnecessary charge is not performed on the lossless snubber capacitor. Therefore, short-circuiting of the lossless snubber capacitor is prevented, overcurrent of each switching element of the inverter is eliminated, and destruction of the switching elements is prevented.

【0036】[0036]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0037】図1は、本発明による共振型DC−DCコ
ンバータの一実施例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a resonance type DC-DC converter according to the present invention.

【0038】この共振型DC−DCコンバータは、直流
電源からインバータを介して交流電圧を変圧器に送り、
その出力を整流して直流電圧を負荷に供給する電力変換
器となるもので、図1に示すように、直流電源1と、イ
ンバータ4と、インダクタンス5及びコンデンサ6と、
高電圧変圧器7と、高電圧整流器8と、負荷としてのX
線管17と、インバータ制御手段である周波数位相制御
回路71と、この周波数位相制御回路71に周波数,位
相などの設定値を与える周波数決定回路76,位相決定
回路70と、周波数位相制御回路71からの信号を受け
てインバータ4を駆動する駆動回路72〜74とを有し
てなり、インバータ式X線高電圧装置と呼ばれるもので
ある。
This resonance type DC-DC converter sends an AC voltage from a DC power supply via an inverter to a transformer,
The power converter rectifies the output and supplies a DC voltage to a load. As shown in FIG. 1, a DC power supply 1, an inverter 4, an inductance 5 and a capacitor 6,
A high voltage transformer 7, a high voltage rectifier 8, and X as a load
From the wire tube 17, a frequency phase control circuit 71 as an inverter control means, a frequency determination circuit 76, a phase determination circuit 70 for giving setting values such as a frequency and a phase to the frequency phase control circuit 71, and a frequency phase control circuit 71 And the drive circuits 72 to 74 for driving the inverter 4 in response to the above signal, and is called an inverter type X-ray high voltage device.

【0039】上記直流電源1は、例えば二次電池などで
あり、図1においては便宜上左右対称に2つずつの電源
E/2を図示している。インバータ4は、上記直流電源
1から直流を受電して交流に変換するもので、直流電源
1の正極+に接続された第1のスイッチング素子として
のトランジスタ20a及び直流電源1の負極−に接続さ
れた第2のスイッチング素子としてのトランジスタ20
bからなる第1の直列接続体と、上記正極+に接続され
た第3のスイッチング素子としてのトランジスタ20c
及び負極−に接続された第4のスイッチング素子として
のトランジスタ20dからなり上記第1の直列接続体に
並列接続された第2の直列接続体と、上記各トランジス
タ20a〜20dにそれぞれ逆並列接続された第1〜第
4のダイオード3a〜3dとからなる。
The DC power supply 1 is, for example, a secondary battery. In FIG. 1, two power supplies E / 2 are shown symmetrically for the sake of convenience. The inverter 4 receives direct current from the direct current power source 1 and converts it into alternating current. The inverter 4 is connected to a transistor 20 a as a first switching element connected to the positive electrode + of the direct current power source 1 and to the negative electrode − of the direct current power source 1. Transistor 20 as a second switching element
b, and a transistor 20c as a third switching element connected to the positive electrode +
And a second series-connected body composed of a transistor 20d as a fourth switching element connected to the negative electrode and connected in parallel to the first series-connected body, and anti-parallel connected to the transistors 20a to 20d, respectively. And first to fourth diodes 3a to 3d.

【0040】なお、上記各トランジスタ20a〜20d
は、それぞれベース電流を流すことによってターンオン
するようになっている。そして、第1のトランジスタ2
0aと第1のダイオード3aとで第1のアーム10a
を、第2のトランジスタ20bと第2のダイオード3b
とで第2のアーム10bを、第3のトランジスタ20c
と第3のダイオード3cとで第3のアーム10cを、第
4のトランジスタ20dと第4のダイオード3dとで第
4のアーム10dを、それぞれ構成している。
The above transistors 20a to 20d
Are turned on by flowing a base current. And the first transistor 2
0a and the first diode 3a, the first arm 10a
With the second transistor 20b and the second diode 3b
And the second arm 10b is connected to the third transistor 20c.
And the third diode 3c constitute a third arm 10c, and the fourth transistor 20d and the fourth diode 3d constitute a fourth arm 10d.

【0041】上記インバータ4の出力側には、インダク
タンス5が接続されると共に、このインダクタンス5に
コンデンサ6が直列接続されている。そして、このイ
ンダクタンス5とコンデンサ6とで共振回路を構成して
いる。上記インダクタンス5及びコンデンサ6には高電
圧変圧器7の一次巻線が直列接続されており、この高電
圧変圧器7で前記インバータ4からの出力電圧を昇圧す
ると共に、出力と絶縁している。
An inductor 5 is connected to the output side of the inverter 4 and a capacitor 6 is connected to the inductor 5 in series. The inductance 5 and the capacitor 6 constitute a resonance circuit. A primary winding of a high-voltage transformer 7 is connected in series to the inductance 5 and the capacitor 6, and the high-voltage transformer 7 boosts the output voltage from the inverter 4 and insulates the output from the output.

【0042】高電圧整流器8は、上記高電圧変圧器7か
らの出力電圧を全波整流して直流に変換するもので、図
6に示すと同様に4つのダイオード11a〜11dから
なる。更に、上記高電圧整流器8の出力側には、X線管
17が負荷として接続されている。なお、12は、上記
高電圧整流器8の出力電圧を平滑化するコンデンサであ
る。
The high voltage rectifier 8 converts the output voltage from the high voltage transformer 7 into a direct current by full-wave rectification, and includes four diodes 11a to 11d as shown in FIG. Further, an X-ray tube 17 is connected as a load to the output side of the high voltage rectifier 8. Reference numeral 12 denotes a capacitor for smoothing the output voltage of the high-voltage rectifier 8.

【0043】ここで、本発明においては、上記インバー
タ4の第1〜第4のトランジスタ20a〜20dには、
ロスレス(無損失)スナバ回路として用いる第1〜第4
コンデンサ22a〜22dがそれぞれ並列に接続され
ると共に、第1及び第2のトランジスタ20a,20b
の接続点と直流電源1の中性点(電位E/2)との間、
並びに第3及び第4のトランジスタ20c,20dの接
続点と上記直流電源1の中性点との間には、補助回路と
してそれぞれインダクタンス23a,23bが接続され
ている。
Here, in the present invention, the first to fourth transistors 20a to 20d of the inverter 4 include:
1st to 4th used as lossless (lossless) snubber circuit
With the capacitor 22a~22d are connected in parallel, first and second transistors 20a, 20b
, And the neutral point (potential E / 2) of the DC power supply 1
Further, between the connection point of the third and fourth transistors 20c and 20d and the neutral point of the DC power supply 1, inductances 23a and 23b are connected as auxiliary circuits, respectively.

【0044】位相決定回路70はX線管17に印加する
電圧(以下、管電圧という)及びX線管17に流す電流
(以下、管電流という)に対応した信号によって第1〜
第4のトランジスタ20a〜20dの動作位相を決める
ものである。周波数決定回路76は管電圧に対応した信
号によって第1〜第4のトランジスタ20a〜20dの
動作周波数を決めるものである。周波数位相制御回路7
1は位相決定回路70及び周波数決定回路76の信号に
応じて第1〜第4のトランジスタ20a〜20dの動作
する位相及び周波数に対する信号をX線曝射信号によっ
て出力するものである。駆動回路72〜75はそれぞれ
周波数位相制御回路71からの信号に従って第1〜第4
のトランジスタ20a〜20dを駆動するものである。
The phase determining circuit 70 determines the first to the first signals based on a voltage applied to the X-ray tube 17 (hereinafter referred to as a tube voltage) and a signal corresponding to a current flowing through the X-ray tube 17 (hereinafter referred to as a tube current).
This determines the operation phase of the fourth transistors 20a to 20d. The frequency determining circuit 76 determines the operating frequency of the first to fourth transistors 20a to 20d based on a signal corresponding to the tube voltage. Frequency phase control circuit 7
Reference numeral 1 denotes an X-ray emission signal that outputs a signal corresponding to the phase and frequency at which the first to fourth transistors 20a to 20d operate according to the signals of the phase determination circuit 70 and the frequency determination circuit 76. The drive circuits 72 to 75 respectively perform first to fourth signals in accordance with a signal from the frequency phase control circuit 71.
Drive the transistors 20a to 20d.

【0045】次に、このように構成された共振型DC−
DCコンバータの動作について説明する。
Next, the resonance type DC-
The operation of the DC converter will be described.

【0046】まず、図1に示す共振型DC−DCコンバ
ータにおける主回路構成部(直流電源1,インバータ
4,インダクタンス5,コンデンサ6,高電圧変圧器
7,高電圧整流器8,X線管17)は、図2に示すよう
な等価回路となる。すなわち、インバータ4の各トラン
ジスタ20a〜20dは、図6に示すと同様にそれぞれ
第1のスイッチング素子2a,第2のスイッチング素子
2b,第3のスイッチング素子2c,第4のスイッチン
グ素子2dと表され、X線管17は負荷9と表される。
そこで、この図2に示す等価回路を用いて、上記の主回
路構成部の動作原理を図3及び図4を参照して説明す
る。
First, the main circuit components of the resonance type DC-DC converter shown in FIG. 1 (DC power supply 1, inverter 4, inductance 5, capacitor 6, high voltage transformer 7, high voltage rectifier 8, X-ray tube 17) Is an equivalent circuit as shown in FIG. That is, the transistors 20a to 20d of the inverter 4 are represented as a first switching element 2a, a second switching element 2b, a third switching element 2c, and a fourth switching element 2d, respectively, as shown in FIG. , X-ray tube 17 is designated as load 9.
Therefore, the operation principle of the main circuit component will be described with reference to FIGS. 3 and 4 using the equivalent circuit shown in FIG.

【0047】図2の等価回路において、インバータ4の
第1のアーム10a及び第2のアーム10b側に着目す
る。そして、インダクタンス23aを、直流電源1側へ
流れる電流をIaとし、上記第1及び第2のアーム10
a,10bから高電圧変圧器7側へ出力される電流をI
rとする。この状態で、第1のスイッチング素子2aが
オンのときにその第1のスイッチング素子2aを流れる
電流I1 は、 I1 =Ia+Ir …(1) で表される。
In the equivalent circuit of FIG. 2, attention is paid to the first arm 10a and the second arm 10b of the inverter 4. The current flowing through the inductance 23a to the DC power supply 1 side is defined as Ia, and the first and second arms 10a and 10b are connected to each other.
a, 10b are output to the high-voltage transformer 7 side by I
r. In this state, when the first switching element 2a is turned on, the current I1 flowing through the first switching element 2a is represented by I1 = Ia + Ir (1).

【0048】ここで、第1のスイッチング素子2a及び
第2のスイッチング素子2bは約50%のデューティサ
イクルでオン,オフするので、定常状態における電流I
aの波形は図3(e)に示すような三角波となり、第1
のスイッチング素子2aをオフしたときに(図3(a)
参照)電流Iaは最大値Ia(max)となる。すなわち、
ターンオフ時の電流I1 (0) は上記の式(1)から、 I1 (0) =Ia(max) +Ir(0) …(2) となる。ただし、Ir(0) はターンオフ時の電流Irを
意味する。
Since the first switching element 2a and the second switching element 2b are turned on and off with a duty cycle of about 50%, the current I in the steady state is
The waveform of “a” becomes a triangular wave as shown in FIG.
When the switching element 2a is turned off (FIG. 3 (a)
Reference) The current Ia becomes the maximum value Ia (max). That is,
From the above equation (1), the current I1 (0) at the time of turn-off is as follows: I1 (0) = Ia (max) + Ir (0) (2) Here, Ir (0) means the current Ir at the time of turn-off.

【0049】このとき、電流Iaの傾きはインダクタン
ス23aの値La及び直流電源1の中性点の電位E/2
によって決まるので、上記の最大値Ia(max) も上記L
a及びE/2によって決まる。したがって、ターンオフ
時の電流I1 (0) の大きさを常に一定値以上に設定する
ことが可能となる。すなわち、 I1 (0) =Ia(max) +Ir(0) >(一定値) …(3) となるようにIa(max) を設定することができる。
At this time, the slope of the current Ia depends on the value La of the inductance 23a and the potential E / 2 at the neutral point of the DC power supply 1.
The maximum value Ia (max) is also determined by L
a and E / 2. Therefore, it is possible to always set the magnitude of the current I1 (0) at the time of turn-off to a certain value or more. That is, Ia (max) can be set so that I1 (0) = Ia (max) + Ir (0)> (constant value) (3).

【0050】そして、このように設定すれば、各スイッ
チング素子2a,2bにおいてターンオン時にそれぞれ
のアーム10a,10bに流れる電流は、以下に述べる
ように負(各スイッチング素子2a,2bに逆並列接続
されたそれぞれのダイオード3a,3bに電流が流れて
いる状態)となる。このとき、図3(a),(b)に示
すように、第1のスイッチング素子2aがオフしてから
第2のスイッチング素子2bがオンするまでの間には、
いずれのスイッチング素子2a,2bもオフした状態で
あるデッドタイム期間Td が設定されている。
With this setting, the current flowing through each arm 10a, 10b at the time of turn-on in each switching element 2a, 2b is negative (as anti-parallel connected to each switching element 2a, 2b) as described below. The current flows through the respective diodes 3a and 3b). At this time, as shown in FIGS. 3A and 3B, between the time when the first switching element 2a is turned off and the time when the second switching element 2b is turned on,
A dead time period Td in which both the switching elements 2a and 2b are off is set.

【0051】以上のことから、上記デッドタイム期間T
d 中に図2に示すロスレススナバ回路としてのコンデン
22a,22bを効果的に利用したソフトスイッチン
グが実現可能となる。これについて、図4(a)〜
(d)は、第1のスイッチング素子2aがオンの状態
(a)からそのスイッチング素子2aをオフし(b)、
所定のデッドタイム(b)〜(c)の後に、第2のスイ
ッチング素子2bをオンする(d)までのモードを示し
ている。
As described above, the dead time period T
In d, the capacitor as the lossless snubber circuit shown in Fig. 2
Sa 22a, 22b effectively soft switching utilizing becomes feasible. In this regard, FIGS.
(D) turns off the first switching element 2a from the state (a) of the first switching element 2a (b),
The mode until the second switching element 2b is turned on (d) after a predetermined dead time (b) to (c) is shown.

【0052】まず、図4(a)では、第1のスイッチン
グ素子2aのみがオンしており、図3(e)に示すよう
に、電流Iaは電流Irの極性に拘わらずほぼ直線的に
増加する。また、その傾きはインダクタンス23aの値
La及び電源電位E/2に依存している。このとき、第
1のコンデンサ22aの電圧Vc1=0ボルト、第2の
ンデンサ22bの電圧Vc2=Eボルトである。
First, in FIG. 4A, only the first switching element 2a is on, and as shown in FIG. 3E, the current Ia increases almost linearly regardless of the polarity of the current Ir. I do. Further, the slope depends on the value La of the inductance 23a and the power supply potential E / 2. In this case, the voltage Vc1 = 0 volt of the first capacitor 22a, the second co
The voltage Vc2 of the capacitor 22b is E volt.

【0053】次に、図4(b)では、各スイッチング素
子2a,2bが共にオフとなる。このときは、図3
(e)に示すように電流Ia=Ia(max) であり、この
最大値Ia(max) の設定及び上掲(3)式により、ター
ンオフ時のスイッチング素子2aの電流I1 (0) は十分
大きな正の電流とすることができる。このため、図2に
示す補助回路としてのインダクタンス23a及び他のイ
ンダクタンス5並びにロスレススナバ回路としてのコン
デンサ22a,22bの共振現象により、上記コンデン
22aは充電を行い、同22bは放電を行う。
Next, in FIG. 4B, both the switching elements 2a and 2b are turned off. In this case, FIG.
As shown in (e), the current Ia = Ia (max). According to the setting of the maximum value Ia (max) and the above equation (3), the current I1 (0) of the switching element 2a at the time of turn-off is sufficiently large. It can be a positive current. Therefore, Con as an inductance 23a and other inductances 5 and lossless snubber circuit as an auxiliary circuit shown in FIG. 2
Due to the resonance phenomenon of the capacitors 22a and 22b, the capacitor
The battery 22a performs charging, and the battery 22b performs discharging.

【0054】次に、図4(c)では、上記コンデンサ
2a,22bの充放電が完了し、第1のコンデンサ22
aの電圧Vc1は0→Eボルトへ、第1のコンデンサ22
bの電圧Vc2はE→0ボルトへと変化し、第2のダイオ
ード3bが導通する。このとき、インダクタンス23a
を流れる電流Iaは、−E/2の電圧により減少し始め
る。
Next, in FIG. 4C, the capacitor 2
The charging and discharging of the first capacitor 22a and 22b are completed.
The voltage Vc1 of the first capacitor 22 is changed from 0 to E volt.
The voltage Vc2 at b changes from E to 0 volts, and the second diode 3b conducts. At this time, the inductance 23a
The current Ia flowing through starts to decrease by the voltage of -E / 2.

【0055】その後、図4(d)では、第2のスイッチ
ング素子2bにオン信号が与えられ、電流(Ia+I
r)の極性が正から負に反転すると、上記第2のスイッ
チング素子2bとを入れ換えた形で図4(a)〜(d)
と同様に進む。なお、図4(a)〜(d)の動作の間に
おける第1及び第2のコンデンサ22a,22bの電圧
Vc1,Vc2の変化を示すと、図4(e)のグラフのよう
になる。
Thereafter, in FIG. 4D, an ON signal is supplied to the second switching element 2b, and the current (Ia + I
When the polarity of r) reverses from positive to negative, the second switching element 2b is replaced with the second switching element 2b as shown in FIGS.
Proceed in the same way as. The changes in the voltages Vc1 and Vc2 of the first and second capacitors 22a and 22b during the operations of FIGS. 4A to 4D are as shown in the graph of FIG.

【0056】上述動作は、図2に示すインバータ4の第
3のアーム10c及び第4のアーム10d側についても
同様である。
The above operation is the same for the third arm 10c and the fourth arm 10d of the inverter 4 shown in FIG.

【0057】以上のことから、ターンオフ時の電流I1
(0) が第1及び第2のコンデンサ22a,22bの充放
電に必要な値以上となるように補助回路としてのインダ
クタンス23aの値Laを定め、図4(e)に示すデッ
ドタイム中に充放電が完了するようなコンデンサ22
a,22bの値を適宜選定することによって図2に示す
全てのスイッチング素子2a〜2dに対しロスレススナ
バ回路としてのコンデンサ22a〜22dを効果的に利
用したソフトスイッチングが実現可能となる。
From the above, the turn-off current I1
The value La of the inductance 23a as an auxiliary circuit is determined so that (0) is equal to or greater than the value required for charging and discharging the first and second capacitors 22a and 22b, and charging during the dead time shown in FIG. Capacitor 22 that completes discharge
By appropriately selecting the values of a and 22b, soft switching can be realized for all the switching elements 2a to 2d shown in FIG. 2 by effectively using the capacitors 22a to 22d as lossless snubber circuits.

【0058】ここで、X線高電圧装置では、管電圧の立
上がりの高速性が要求されるので、通常、整流回路(図
示せず。直流電源1に相当する。)の出力電圧、すなわ
ちインバータ4の入力電圧をある一定の値に設定した状
態でインバータ4のスイッチング素子2a〜2dを動作
させて曝射を開始する。
Here, in the X-ray high-voltage device, since a high-speed rise of the tube voltage is required, usually, the output voltage of the rectifier circuit (not shown; corresponding to the DC power supply 1), that is, the inverter 4 is used. The irradiation is started by operating the switching elements 2a to 2d of the inverter 4 in a state where the input voltage is set to a certain value.

【0059】しかし、このような動作方法では、ロスレ
ススナバ回路を用いた場合、起動時(インバータ4の動
作開始時)において、そのコンデンサ22a〜22dを
必ず短絡し、スイッチング素子2a〜2dの破壊が起こ
る可能性がある。
However, in such an operation method, when the lossless snubber circuit is used, the capacitors 22a to 22d are always short-circuited at the time of start-up (at the start of operation of the inverter 4), and the switching elements 2a to 2d are destroyed. Can happen.

【0060】このため本発明においては、上記整流回路
(直流電源1)の出力電圧がゼロから位相差最大の状態
でインバータ4の動作を開始し、その後の上記整流回路
の出力電圧が設定電圧に達するまでその動作を続ける。
その後、曝射開始信号と同期してインバータ4の位相差
を小さくして負荷9に電力を供給し、X線を出力させ
る。
Therefore, in the present invention, the operation of the inverter 4 is started in a state where the output voltage of the rectifier circuit (DC power supply 1) is from zero to the maximum phase difference, and the output voltage of the rectifier circuit thereafter becomes the set voltage. Continue the operation until it reaches.
Thereafter, in synchronization with the irradiation start signal, the phase difference of the inverter 4 is reduced to supply power to the load 9 and output X-rays.

【0061】先述したような動作原理により、各スイッ
チング素子2a〜2dには、補助回路であるインダクタ
ンス23a,23bを通じてそのスイッチング素子2a
〜2dに逆並列接続されたダイオード3a〜3dに電流
が流れ、各スイッチング素子2a〜2dにはゼロボルト
ターンオンを実現し、コンデンサ22a〜22dの短絡
を防止することができる。
According to the above-described operation principle, each of the switching elements 2a to 2d is connected to the switching element 2a through the inductances 23a and 23b as auxiliary circuits.
A current flows through the diodes 3a to 3d connected in anti-parallel to the switching elements 2a to 2d, and a zero volt turn-on is realized in each of the switching elements 2a to 2d, so that short circuits of the capacitors 22a to 22d can be prevented.

【0062】この方法によれば、曝射開始以前において
は位相差が最大であるため、負荷9には電流が流れず
(電力が供給されず)、補助回路であるインダクタンス
23a,23bだけに電流が流れ、スイッチング素子2
a〜2dを破壊する危険性なく動作させることができ
る。
According to this method, since the phase difference is maximum before the start of exposure, no current flows through the load 9 (no power is supplied), and the current flows only through the inductances 23a and 23b as auxiliary circuits. Flows and the switching element 2
It can be operated without risk of destroying a to 2d.

【0063】次に、図1に示す実施例に戻り、この実施
例の動作について図5、図8、図11及び図12を併用
して説明する。なお、図11中のスイッチング素子2a
〜2dは図1中のトランジスタ20a〜20dに対応す
る。
Next, returning to the embodiment shown in FIG. 1, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 5, 8, 11 and 12. The switching element 2a shown in FIG.
1 to 2d correspond to the transistors 20a to 20d in FIG.

【0064】まず、図11のタイムチャートから分かる
ように、X線曝射準備信号により直流電源の電圧(イン
バータ入力電圧)の立上げと共にインバータ周期の前半
の半周期は第1のトランジスタ20aと第3のトランジ
スタ20cを同時にオン、後半の半周期は第2のトラン
ジスタ20bと第4のトランジスタ20を同時にオンさ
せてインバータ入力電圧が定常に達してもX線曝射開始
までは上記動作を繰り返して第1〜第4のコンデンサ
0a〜20dに電圧を充電させないようにする。
First, as can be seen from the time chart of FIG. 11, when the voltage of the DC power supply (inverter input voltage) rises in response to the X-ray irradiation preparation signal, the first half of the inverter cycle is connected to the first transistor 20a and the first transistor 20a. The third transistor 20c is turned on at the same time, and in the latter half cycle, the second transistor 20b and the fourth transistor 20 are turned on at the same time, and even if the inverter input voltage reaches a steady state, the above operation is repeated until X-ray irradiation starts. First to fourth capacitors 2
The voltage is not charged to 0a to 20d.

【0065】負荷としてのX線管17に印加する管電圧
及び管電流が決まると、その管電圧に対応した管電圧設
定信号G1 、及び管電流に対応した管電流設定信号G2
を位相決定回路70及び周波数決定回路76に入力す
る。
When the tube voltage and tube current applied to the X-ray tube 17 as a load are determined, a tube voltage setting signal G1 corresponding to the tube voltage and a tube current setting signal G2 corresponding to the tube current.
Is input to the phase determination circuit 70 and the frequency determination circuit 76.

【0066】位相決定回路70では、上記管電圧設定信
号G1 及び管電流設定信号G2 から負荷抵抗値を求め、
この負荷抵抗値と管電圧とから前述の図8に示すグラフ
の関係を用いて、インバータ4の各トランジスタ20a
〜20dの動作位相差αを決定する。また、周波数決定
回路76では、上記管電圧設定信号G1 から図12に示
すグラフの関係を用いて、インバータ4の動作周波数を
決定する。
In the phase determination circuit 70, a load resistance value is obtained from the tube voltage setting signal G1 and the tube current setting signal G2.
Each of the transistors 20a of the inverter 4 is determined from the load resistance value and the tube voltage by using the relationship of the graph shown in FIG.
-20d is determined. The frequency determining circuit 76 determines the operating frequency of the inverter 4 from the tube voltage setting signal G1 using the relationship shown in the graph of FIG.

【0067】以上の動作位相差及び動作周波数に応じた
信号が周波数位相制御回路71に入力され、周波数位相
制御回路71ではこの信号から各トランジスタ20a〜
20dがターンオン及びターンオフする駆動信号を作成
する。
A signal corresponding to the above-mentioned operation phase difference and operation frequency is input to the frequency / phase control circuit 71.
20d creates a drive signal that turns on and off.

【0068】次に、図1において図示しないコントロー
ラからX線曝射信号G3 が上記周波数位相制御回路71
へ入力されると、インバータ4のトランジスタ20aを
ターンオンする信号が駆動回路72へ出力され、図11
に示すようにトランジスタ20aをオンする。
Next, an X-ray emission signal G3 is supplied from a controller (not shown) in FIG.
11, a signal for turning on the transistor 20 a of the inverter 4 is output to the drive circuit 72, and FIG.
The transistor 20a is turned on as shown in FIG.

【0069】これにより、+側(図中上側)の直流電源
1とインダクタンス23aの回路により補助電流が流れ
る。位相差がαとなる時間経過後にトランジスタ20d
をターンオンする信号が駆動回路75へ出力され、図1
1に示すようにトランジスタ20dがオンし、−側(図
中下側)の直流電源1とインダクタンス23bの回路に
より補助電流が流れると同時に共振回路には+側(図中
上側)の直流電源1と−側(図中下側)の直流電源1の
和の電圧が印加され、共振電流が流れ始める。
Thus, an auxiliary current flows through the circuit of the DC power supply 1 on the + side (upper side in the figure) and the inductance 23a. After the time when the phase difference becomes α, the transistor 20d
1 is output to the drive circuit 75,
As shown in FIG. 1, the transistor 20d is turned on, an auxiliary current flows through the circuit of the DC power supply 1 on the negative side (lower side in the figure) and the inductance 23b, and at the same time, the DC power supply 1 on the positive side (upper side in the figure) flows through the resonance circuit. And the negative voltage (lower side in the figure) of the DC power supply 1 is applied, and the resonance current starts to flow.

【0070】半周期経過し、周波数位相制御回路71か
らトランジスタ20aをオフし、トランジスタ20bを
オンする信号が出力されると、駆動回路72によりトラ
ンジスタ20aはオフし、その両端電圧はコンデンサ
2aにより抑制されて上昇すると共に、インダクタンス
23aの電流はトランジスタ20bと逆並列に接続され
たダイオード3bに転流し、トランジスタ20bの両端
電圧はほぼゼロにクランプされ、負荷17に流れている
共振電流の反転によりトランジスタ20bはゼロ電圧タ
ーンオンとなる。
When a signal that turns off the transistor 20a and turns on the transistor 20b is output from the frequency phase control circuit 71 after a half cycle has elapsed, the transistor 20a is turned off by the drive circuit 72, and the voltage across the capacitor 2
2a, the current of the inductance 23a is commutated to the diode 3b connected in anti-parallel with the transistor 20b, and the voltage across the transistor 20b is clamped to almost zero. The inversion causes the transistor 20b to be turned on with zero voltage.

【0071】トランジスタ20dが180゜オンして、
これをオフする信号が周波数位相制御回路71から出力
されると、駆動回路75によりトランジスタ20dはオ
フし、その両端電圧はコンデンサ22dにより抑制され
て上昇すると共に、インダクタンス23bの電流はトラ
ンジスタ20cと逆並列に接続されたダイオード3cに
転流し、トランジスタ20cの両端電圧はほぼゼロにク
ランプされ、負荷17に流れている共振電流の反転によ
りトランジスタ20cはゼロ電圧ターンオンとなる。
When the transistor 20d is turned on by 180 °,
When a signal for turning this off is output from the frequency phase control circuit 71, the transistor 20d is turned off by the drive circuit 75, the voltage across the transistor 20d is suppressed by the capacitor 22d and rises, and the current of the inductance 23b is opposite to that of the transistor 20c. The current is commutated to the diode 3c connected in parallel, the voltage between both ends of the transistor 20c is clamped to almost zero, and the transistor 20c is turned on by zero voltage due to the inversion of the resonance current flowing through the load 17.

【0072】これによって、トランジスタ20cと20
bがオン状態となり、共振回路にはこれまでと逆方向の
電流が流れ、以後は順次、周波数位相制御回路71から
の信号に従って各トランジスタ20a〜20dを駆動す
る。その結果、図5(i)に示すような共振電流It が
図1に示す高電圧変圧器7に流れ、X線管17には、設
定された管電圧が印加されると共に管電流が流れる。こ
のとき、第1のアーム10a〜第4のアーム10dに流
れる電流I1 〜I4 を見ると、図5(e)〜(h)に示
されるように、前述の図3及び図4で説明した動作原理
に従って、それぞれのトランジスタ20a〜20dの全
てにおいてターンオン時には負の値をとり、ターンオフ
時には正の値をとっていることが分かる。また、上記各
トランジスタ20a〜20dにかかる電圧の時間変化率
は図4を用いて説明したように小さくなっていることが
分かる。なお、図5に示したタイムチャートにおいて
は、各トランジスタ20a〜20d間のデッドタイム
は、便宜上省略してある。
As a result, transistors 20c and 20c
b is turned on, a current flows in the resonance circuit in a direction opposite to that in the past, and thereafter, the transistors 20a to 20d are sequentially driven in accordance with a signal from the frequency phase control circuit 71. As a result, a resonance current It as shown in FIG. 5I flows through the high-voltage transformer 7 shown in FIG. 1, and a set tube voltage is applied to the X-ray tube 17 and a tube current flows. At this time, looking at the currents I1 to I4 flowing through the first arm 10a to the fourth arm 10d, as shown in FIGS. 5E to 5H, the operation described with reference to FIGS. According to the principle, all the transistors 20a to 20d take a negative value at the time of turning on and take a positive value at the time of turning off. Further, it can be seen that the time rate of change of the voltage applied to each of the transistors 20a to 20d is small as described with reference to FIG. In the time chart shown in FIG. 5, the dead time between the transistors 20a to 20d is omitted for convenience.

【0073】上記位相決定回路70及び周波数決定回路
76は、図8,図12に示すような関係をテーブル化し
たメモリ、関数発生器又はオペアンプなどを用いて容易
に構成できるので詳細な説明は省略する。
Since the phase determination circuit 70 and the frequency determination circuit 76 can be easily configured using a memory, a function generator, an operational amplifier, or the like in which the relationships shown in FIGS. 8 and 12 are tabulated, detailed description is omitted. I do.

【0074】図13に本発明による共振型DC−DCコ
ンバータの第2の実施例を示す。この例は、補助回路に
スイッチ(スイッチング素子)を設けたもので、この補
助回路以外は図1と同様であるのでその説明を省略す
る。
FIG. 13 shows a second embodiment of the resonant DC-DC converter according to the present invention. In this example, a switch (switching element) is provided in the auxiliary circuit, and the configuration other than the auxiliary circuit is the same as that in FIG.

【0075】上述第1の実施例では、インバータ4の動
作中、補助回路に常に交流電流が流れ続ける。補助回路
のインダクタンス23a,22bの値は、位相差や負荷
条件が最悪のケースを想定して設計しなければならない
が、位相差やX線管17(負荷9)の種類によっては、
不必要な電流を流すことになり、トランジスタ20a〜
20dの導通損失やインダクタンス23a,22bの損
失の点で無駄の多い状態が存在する。そこで、第2の実
施例では、補助回路にスイッチング素子110〜113
を設け、トランジスタ20a〜20dの電流状態に応じ
て、トランジスタ20a〜20dのスイッチング期間に
のみ、ソフトスイッチング実現に必要な分だけ電流を流
す回路構成としている。この構成によって、いかなる位
相差や負荷範囲においても、第1の実施例よりも一層効
率のよい状態での動作が可能となる。なお、この図13
において、100〜103はダイオードである。
In the first embodiment, during the operation of the inverter 4, the alternating current always flows through the auxiliary circuit. The values of the inductances 23a and 22b of the auxiliary circuit must be designed on the assumption that the phase difference and the load condition are the worst. However, depending on the phase difference and the type of the X-ray tube 17 (load 9),
Unnecessary current flows, and the transistors 20a to 20a
There is a wasteful state in terms of conduction loss of 20d and loss of inductances 23a and 22b. Therefore, in the second embodiment, the switching elements 110 to 113 are added to the auxiliary circuit.
In accordance with the current state of the transistors 20a to 20d, and only during the switching period of the transistors 20a to 20d, a circuit is formed to allow current to flow as much as necessary for realizing soft switching. With this configuration, operation in a more efficient state than in the first embodiment becomes possible at any phase difference and load range. Note that FIG.
, 100 to 103 are diodes.

【0076】この補助回路の効果的な駆動方法は次の通
りである。すなわち、トランジスタ20aがターンオフ
する際の電流が、コンデンサ22aの充放電に必要以上
な値となるようにすればよいから、トランジスタ20a
のターンオフ時にスイッチング素子110を、また同様
に、トランジスタ20bをオフする時点でスイッチング
素子111を、トランジスタ20cをオフする時点でス
イッチング素子113を、そしてトランジスタ20dを
オフする時点でスイッチング素子112を、それぞれ導
通させればよい。このような方法によって、非常に広範
囲のX線管17(負荷範囲)をもつX線高電圧装置に対
しても、常に効率のよい動作を実現できる。
The effective driving method of this auxiliary circuit is as follows. That is, the current when the transistor 20a is turned off may be set to a value more than necessary for charging and discharging the capacitor 22a.
The switching element 110 when the transistor 20b is turned off, the switching element 113 when the transistor 20c is turned off, and the switching element 112 when the transistor 20d is turned off. What is necessary is just to make it conductive. According to such a method, an efficient operation can always be realized even for an X-ray high-voltage device having a very wide range of X-ray tubes 17 (load range).

【0077】図14は本発明による共振型DC−DCコ
ンバータの第3の実施例を示す回路図で、ここでは図1
と同様の構成にスイッチ200を付加したものである。
この場合、スイッチ200は、直流電源1の電圧の立ち
上げ時から上記整流器8の出力直流電圧が所定の電圧に
達するまでの動作開始期間(X線曝射開始前の、整流器
8の出力直流電圧がゼロボルトから所定の電圧に達する
までの期間)、上記変圧器7の一次側を短絡する(図1
5参照)。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a third embodiment of the resonant DC-DC converter according to the present invention.
A switch 200 is added to the same configuration as in FIG.
In this case, the switch 200 performs an operation start period from the time when the voltage of the DC power supply 1 rises to the time when the output DC voltage of the rectifier 8 reaches a predetermined voltage (the output DC voltage of the rectifier 8 before the start of X-ray exposure). 1 until the voltage reaches a predetermined voltage from zero volts), the primary side of the transformer 7 is short-circuited (FIG. 1).
5).

【0078】これによれば、周波数位相制御回路71の
動作の正否に拘わらず、上記期間中、コンデンサに無用
な充電がされる余地はなく、コンデンサ22a〜22d
の短絡を防いでインバータ4の各スイッチング素子20
a〜20dの過電流がなくなり、それらスイッチング素
子20a〜20dの破壊が防止される。
According to this, regardless of whether the operation of the frequency phase control circuit 71 is correct or not, there is no room for unnecessary charging of the capacitors during the above-mentioned period, and the capacitors 22a to 22d
Of each switching element 20 of the inverter 4
The overcurrent of the switching elements 20a to 20d is eliminated, and the destruction of the switching elements 20a to 20d is prevented.

【0079】図16は上記スイッチ200の具体的構成
例を示す回路図である。ここでは、変圧器7の一次側を
短絡する主スイッチとしてサイリスタ201,204を
逆並列に接続したものを用いたもので、X線曝射開始以
前はスイッチ202,205をオンして上記サイリスタ
201,204のゲートに電流を流し、それらを導通さ
せて高電圧変圧器7の一次側を短絡状態にし、X線曝射
開始信号G3で上記スイッチ202,205をオフして
サイリスタ201,204を非導通にし、X線管17
(負荷)にインバータ出力(整流器8の出力直流電圧)
を与えるものである。なお、図16において、203,
206は各々保護抵抗を示す。
FIG. 16 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the switch 200. Here, a thyristor 201, 204 connected in anti-parallel is used as a main switch for short-circuiting the primary side of the transformer 7, and before the start of X-ray exposure, the switches 202, 205 are turned on to turn on the thyristor 201. , 204, a current flows through the gates of the thyristors 201, 204, and the thyristors 201, 204 are turned off by turning off the switches 202, 205 with the X-ray irradiation start signal G3. Turn on the X-ray tube 17
Inverter output (output DC voltage of rectifier 8) to (load)
Is to give. Note that, in FIG.
Reference numeral 206 denotes a protection resistor.

【0080】図17は本発明による共振型DC−DCコ
ンバータの第4の実施例を示す回路図で、ここでは上記
スイッチ200をインバータ4の出力端相互間に接続し
たもので、このような構成でも上述第3の実施例と同様
の効果が得られる。
FIG. 17 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the resonant DC-DC converter according to the present invention. In this embodiment, the switch 200 is connected between the output terminals of the inverter 4 and has such a structure. However, the same effect as in the third embodiment can be obtained.

【0081】また、上述第3及び第4の実施例において
も、図13に示したような補助回路、すなわちインダク
タンス23a,23bに、ダイオード100〜103及
びスイッチング素子110〜113を付加してなる補助
回路を適用することができる。
In the third and fourth embodiments as well, the auxiliary circuit shown in FIG. 13, that is, the auxiliary circuit in which diodes 100 to 103 and switching elements 110 to 113 are added to the inductances 23a and 23b. Circuits can be applied.

【0082】なお上述各実施例では、インバータ4や補
助回路に用いたスイッチング素子としてトランジスタを
使用したが、これのみに限らず、GTOを使用してもよ
く、更に高周波化するにはMOS FET,IGBT,
SIトランジスタ,SIサイリスタなどのスイッチング
素子を用いてもよい。また、インバータ4の直流電源1
は、バッテリでもよく、商用電源を整流したものでもよ
い。更に、負荷はX線管17に限られず、他の一般的な
負荷でもよい。
In each of the above embodiments, a transistor is used as a switching element used in the inverter 4 and the auxiliary circuit. However, the present invention is not limited to this, and a GTO may be used. IGBT,
Switching elements such as SI transistors and SI thyristors may be used. The DC power supply 1 of the inverter 4
May be a battery or a rectified commercial power supply. Further, the load is not limited to the X-ray tube 17, but may be another general load.

【0083】また更に、周波数位相制御回路71は、通
常の比例−積分制御が一般的であるが、一度ディジタル
値に変換してソフトウェアによる制御を適用することも
可能である。
[0083] Also further, the frequency and phase control circuit 71 is generally proportional - although integral control is generally, it is also possible to apply the software control to convert once the digital value.

【0084】[0084]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンバータの第1及び第2のスイッチング素子の接続点と
直流電源の中性点との間、並びに第3及び第4のスイッ
チング素子の接続点と直流電源の中性点との間の両方に
インダクタンスを補助回路として接続したことにより、
上記インバータの各アームに流れる電流がターンオン時
に負となり、ターンオフ時には正となる位相差の動作モ
ードを常に維持でき、ダイオードのリカバリ電流に起因
するスイッチング素子の破壊を防止することができると
いう効果がある。
As described above, according to the present invention, between the connection point of the first and second switching elements of the inverter and the neutral point of the DC power supply, and between the connection point of the third and fourth switching elements. by connecting the inductance as an auxiliary circuit to both between the connection point between the neutral point of the DC power source,
The current flowing through each arm of the inverter becomes negative at the time of turn-on, and can always maintain the operation mode of the phase difference that becomes positive at the time of turn-off, thereby preventing the switching element from being destroyed due to the recovery current of the diode. .

【0085】また、上記インバータの第1〜第4のスイ
ッチング素子にはコンデンサをロスレススナバ回路とし
てそれぞれ並列に接続したことにより、デッドタイム期
間中の上記コンデンサの充放電によって各スイッチング
素子にかかる電圧の時間変化率の小さいソフトスイッチ
ング素子が実現できる。したがって、上記スイッチング
素子にかかる電圧の変化率が小さく、ノイズを低減する
ことができると共に、そのスイッチング素子での損失を
低減して高効率化を図ることができるという効果があ
る。
Further, since capacitors are connected in parallel as lossless snubber circuits to the first to fourth switching elements of the inverter, the voltage applied to each switching element by charging and discharging of the capacitors during the dead time period is reduced. A soft switching element with a small rate of change in time can be realized. Therefore, there is an effect that the rate of change of the voltage applied to the switching element is small, the noise can be reduced, and the loss in the switching element can be reduced to increase the efficiency.

【0086】更に、インバータ動作開始時においてコン
デンサに無用な充電がなされないので、コンデンサの短
絡を防いでインバータの各スイッチング素子の過電流が
なくなり、それらスイッチング素子の破壊を防止するこ
とができるという効果もある。
[0086] Further, configuration at the start inverter operation
Since the capacitor is not charged unnecessarily, short-circuiting of the capacitor is prevented, overcurrent of each switching element of the inverter is eliminated, and there is also an effect that destruction of the switching elements can be prevented.

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

【図1】本発明による共振型DC−DCコンバータの一
実施例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a resonance type DC-DC converter according to the present invention.

【図2】同上共振型DC−DCコンバータにおける主回
路構成部の等価回路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a main circuit component of the resonance type DC-DC converter.

【図3】同上主回路構成部の動作原理を説明するための
タイムチャートである。
FIG. 3 is a time chart for explaining the operation principle of the main circuit component.

【図4】同上主回路構成部における第1のスイッチング
素子及び第2のスイッチング素子の動作モードを説明す
るための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining operation modes of a first switching element and a second switching element in the main circuit configuration unit.

【図5】図1に示す回路の動作を説明するためのタイム
チャートである。
FIG. 5 is a time chart for explaining the operation of the circuit shown in FIG. 1;

【図6】従来の共振型DC−DCコンバータの回路図で
ある。
FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional resonance type DC-DC converter.

【図7】従来の共振型DC−DCコンバータの動作を説
明するためのタイムチャートである。
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation of a conventional resonance type DC-DC converter.

【図8】従来の位相差制御方式の共振型DC−DCコン
バータにおける位相差と出力電圧との関係を負荷抵抗を
パラメータとして示したグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a phase difference and an output voltage in a conventional phase difference control type resonant DC-DC converter using load resistance as a parameter.

【図9】ロスレススナバ回路を用いないときのターンオ
フ波形を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a turn-off waveform when a lossless snubber circuit is not used.

【図10】従来のロスレススナバ回路の例を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a conventional lossless snubber circuit.

【図11】図1中のX線管のX線曝射準備からX線曝射
を経て定常動作に至るまでのインバータの各スイッチン
グ素子の駆動制御を説明するためのタイムチャートであ
る。
11 is a time chart for explaining drive control of each switching element of the inverter from preparation for X-ray irradiation of the X-ray tube in FIG. 1 to normal operation through X-ray irradiation.

【図12】インバータ周波数と出力電圧の関係を位相差
αをパラメータとして表わした図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between an inverter frequency and an output voltage using a phase difference α as a parameter.

【図13】本発明による共振型DC−DCコンバータの
第2の実施例を示す回路図である。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a second embodiment of the resonance type DC-DC converter according to the present invention.

【図14】本発明による共振型DC−DCコンバータの
第3の実施例を示す回路図である。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a third embodiment of the resonance type DC-DC converter according to the present invention.

【図15】図14中のX線管のX線曝射準備からX線曝
射を経て定常動作に至るまでの各部の動作を示すタイム
チャートである。
FIG. 15 is a time chart showing the operation of each unit from preparation for X-ray irradiation of the X-ray tube in FIG. 14 to normal operation through X-ray irradiation.

【図16】図14中のスイッチの具体例を示す回路図で
ある。
FIG. 16 is a circuit diagram showing a specific example of a switch in FIG.

【図17】本発明による共振型DC−DCコンバータの
第4の実施例を示す回路図である。
FIG. 17 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the resonance type DC-DC converter according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……直流電源 3a〜3d……第1〜第4のダイオード 4……インバータ 5……インダクタンス 6,12……コンデンサ 7……高電圧変圧器 8……高電圧整流器 10a〜10d……第1〜第4のアーム 17……X線管(負荷) 20a〜20d……第1〜第4のトランジスタ(第1〜
第4のスイッチング素子) 22a〜22d……コンデンサ 23a,23b……インダクタンス(補助回路) 70……位相決定回路 71……周波数位相制御回路 72〜75……トランジスタの駆動回路 76……周波数決定回路 200……スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DC power supply 3a-3d ... 1st-4th diode 4 ... Inverter 5 ... Inductance 6, 12 ... Capacitor 7 ... High voltage transformer 8 ... High voltage rectifier 10a-10d ... First to fourth arms 17 X-ray tubes (loads) 20a to 20d First to fourth transistors (first to fourth transistors)
Fourth switching element 22a to 22d Capacitors 23a and 23b Inductance (auxiliary circuit) 70 Phase determining circuit 71 Frequency phase control circuit 72 to 75 Transistor driving circuit 76 Frequency determining circuit 200 switch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畠山 敬信 東京都千代田区内神田一丁目1番14号 株式会社 日立メディコ 内 (56)参考文献 特開 平2−131364(JP,A) 特開 昭63−190556(JP,A) 特開 平6−22551(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/28 H02M 3/335 H05G 1/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Takanobu Hatakeyama 1-1-1 Uchikanda, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Hitachi Medical Corporation (56) References JP-A-2-131364 (JP, A) JP-A Sho 63-190556 (JP, A) JP-A-6-22551 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02M 3/28 H02M 3/335 H05G 1/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 中性点を有する直流電源と、この直流電
源の正極に接続された第1のスイッチング素子及び負極
に接続された第2のスイッチング素子からなる第1の直
列接続体を有すると共に前記正極に接続された第3のス
イッチング素子及び負極に接続された第4のスイッチン
グ素子からなり前記第1の直列接続体に並列接続された
第2の直列接続体を有しかつ前記第1〜第4のスイッチ
ング素子にそれぞれ逆並列接続された第1〜第4のダイ
オードを有し前記直流電源からの直流を交流に変換する
インバータと、このインバータの出力側に接続された少
なくとも変圧器を含んだインバータ出力回路と、前記
圧器に接続されその出力を直流に変換する整流器とを有
してなり、この整流器の出力側に接続される負荷に所望
の電圧,電流にて直流出力を供給する共振型DC−DC
コンバータにおいて、前記 第1〜第4のスイッチング素子にそれぞれ並列接続
された第1〜第4のコンデンサと、前記第1及び第2の
スイッチング素子の接続点と前記直流電源の中性点との
間、並びに前記第3及び第4のスイッチング素子の接続
点と前記直流電源の中性点との間の両方に接続されたイ
ンダクタンスとを設け、前記 第1のスイッチング素子がターンオンしてから前記
第4のスイッチング素子がターンオンする位相差及び
第2のスイッチング素子がターンオンしてから前記
3のスイッチング素子がターンオンする位相差を各々変
化させることによって前記負荷に供給する電力を制御す
ると共に、前記第1〜第4のスイッチング素子へオン信
号が入力される時点では、前記第1〜第4のダイオード
が通電中となる周波数及び前記位相差で前記第1〜第4
のスイッチング素子を駆動させ、前記直流電源の電圧の
立ち上げ時から該直流電源の電圧が所定の電圧に達する
までの動作開始期間においては、前記位相差を前記第1
及び第2のスイッチング素子の動作周期の1/2とした
状態で前記各スイッチング素子を駆動させる制御手段を
具備することを特徴とする共振型DC−DCコンバー
タ。
1. A DC power supply having a neutral point, a first series connection body including a first switching element connected to a positive electrode of the DC power supply, and a second switching element connected to a negative electrode of the DC power supply. third fourth and a second series connection body connected in parallel with the first series connection formed of switching elements and the first to which is connected to the switching element and a negative electrode connected to the positive electrode It includes an inverter for converting a direct current into an alternating current from the direct current power source having a first through fourth diodes antiparallel connected to the fourth switching element, at least a transformer connected to the output side of the inverter I and the inverter output circuit, the variable <br/> connected to voltage divider made and a rectifier for converting the output into a direct current, a desired voltage to a load connected to the output side of the rectifier, the current It supplies a DC output resonant DC-DC
In the converter, between the neutral point of the first to fourth of the first to the fourth capacitor, the DC power supply and a connection point of said first and second switching elements connected in parallel respectively to the switching elements , and the third and the connection inductance to both provided between the fourth connection point and a neutral point of the DC power supply of the switching device, said from the first switching element is turned < phase difference before the fourth switching element is turned on and before
Serial with the second switching element to control the power supplied to the load by turning on and the after the third switching element is varied each phase difference to turn on, turned to the first to fourth switching elements at the time a signal is input, the first to fourth diodes first the first to the frequency and the phase difference to be in conduction 4
Of drives the switching element, wherein in the operation start period from the rise to the voltage of the DC power source reaches a predetermined voltage of the DC power supply voltage, the phase difference the first
And the second half with the <br/> state resonant DC-DC converter, characterized in that said <br/> having a control hand stage for driving the switching elements of the operation cycle of the switching element.
【請求項2】 中性点を有する直流電源と、この直流電
源の正極に接続された第1のスイッチング素子及び負極
に接続された第2のスイッチング素子からなる第1の直
列接続体を有すると共に前記正極に接続された第3のス
イッチング素子及び負極に接続された第4のスイッチン
グ素子からなり前記第1の直列接続体に並列接続された
第2の直列接続体を有しかつ前記第1〜第4のスイッチ
ング素子にそれぞれ逆並列接続された第1〜第4のダイ
オードを有し前記直流電源からの直流を交流に変換する
インバータと、このインバータの出力側に接続された少
なくとも変圧器を含んだインバータ出力回路と、前記
圧器に接続されその出力を直流に変換する整流器とを有
してなり、この整流器の出力側に接続される負荷に所望
の電圧,電流にて直流出力を供給する共振型DC−DC
コンバータにおいて、前記 第1〜第4のスイッチング素子にそれぞれ並列接続
された第1〜第4のコンデンサと、前記第1及び第2の
スイッチング素子の接続点と前記直流電源の中性点との
間、並びに前記第3及び第4のスイッチング素子の接続
点と前記直流電源の中性点との間の両方に接続されたイ
ンダクタンスとを設け、前記 第1のスイッチング素子がターンオンしてから前記
第4のスイッチング素子がターンオンする位相差及び
第2のスイッチング素子がターンオンしてから前記
3のスイッチング素子がターンオンする位相差を各々変
化させることによって前記負荷に供給する電力を制御す
ると共に、前記第1〜第4のスイッチング素子へオン信
号が入力される時点では、前記第1〜第4のダイオード
が通電中となる周波数及び前記位相差で前記第1〜第4
のスイッチング素子を駆動させ、前記直流電源の電圧の
立ち上げ時から該直流電源の電圧が所定の電圧に達する
までの動作開始期間においては、前記変圧器一次側又は
前記インバータ出力端相互間を短絡させつつ前記位相差
前記第1及び第2のスイッチング素子の動作周期の1
/2とした状態で前記各スイッチング素子を駆動させる
制御手段を具備することを特徴とする共振型DC−DC
コンバータ。
2. A DC power supply having a neutral point, and a first series connected body including a first switching element connected to a positive electrode of the DC power supply and a second switching element connected to a negative electrode of the DC power supply. third fourth and a second series connection body connected in parallel with the first series connection formed of switching elements and the first to which is connected to the switching element and a negative electrode connected to the positive electrode It includes an inverter for converting a direct current into an alternating current from the direct current power source having a first through fourth diodes antiparallel connected to the fourth switching element, at least a transformer connected to the output side of the inverter I and the inverter output circuit, the variable <br/> connected to voltage divider made and a rectifier for converting the output into a direct current, a desired voltage to a load connected to the output side of the rectifier, the current It supplies a DC output resonant DC-DC
In the converter, between the neutral point of the first to fourth of the first to the fourth capacitor, the DC power supply and a connection point of said first and second switching elements connected in parallel respectively to the switching elements , and the third and the connection inductance to both provided between the fourth connection point and a neutral point of the DC power supply of the switching device, said from the first switching element is turned < phase difference before the fourth switching element is turned on and before
Serial with the second switching element to control the power supplied to the load by turning on and the after the third switching element is varied each phase difference to turn on, turned to the first to fourth switching elements at the time a signal is input, the first to fourth diodes first the first to the frequency and the phase difference to be in conduction 4
Of drives the switching element, in the operation start period from the rising of the voltage of the DC power supply to the DC power supply voltage reaches a predetermined voltage, the transformer primary or
1 duty cycle of the phase difference while short circuit between the inverter output terminals cross the first and second switching elements
/ 2 and in a state characterized by including a control hand stage for driving the respective switching elements resonant DC-DC
converter.
【請求項3】 前記負荷はX線管であることを特徴とす
る請求項1又は2に記載の共振型DC−DCコンバー
タ。
3. The resonant DC-DC converter according to claim 1, wherein said load is an X-ray tube.
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