JP2000078836A - 昇圧型コンバータ装置 - Google Patents
昇圧型コンバータ装置Info
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Abstract
を目的とする。 【解決手段】 昇圧型コンバータ装置19において、昇
圧用インダクタを補助捲き線20bを具備したトランス
20で構成し、この補助捲き線にコンデンサ26を接続
し、トランス20のリーケージインダクタンスとコンデ
ンサ26との共振によりこのコンデンサに充電をおこな
うとと共に、この充電した電荷に基づき昇圧型コンバー
タ19のゼロ電圧状態での電流スイッチ動作を可能にし
たものである。
Description
装置に関する。
スイッチング素子のスイッチングデューティを制御する
ことにより、直流電源から入力した電圧よりも高い所定
の電圧値の直流出力を負荷に供給することのできる昇圧
型コンバータ装置が電子・電機機器の電源装置として広
く利用されている。
1の例を示したブロック図で、昇圧型コンバータ装置1
は直流電源部3と、直流電源部3の+出力端子3aと、
直流電源3の−出力端子3bと、リアクトルコイル部5
と、パワーMOSFET素子7と、主ダイオード素子9
と、平滑コンデンサ11と、+出力端子13aと、−出
力端子13b及び制御回路14を具備する。
アクトルコイル部5の一端を接続し、パワーMOSFE
T素子7のドレイン側をリアクトルコイル部5の他端に
接続し、パワーMOSFET素子7のソース側を直流電
源部3の−出力端子3bに接続し、パワーMOSFET
素子7のドレイン側とリアクトルコイル部5のこの他端
との接続中点を主ダイオード素子9のアノード側に接続
し、主ダイオード素子9のカソード側を+出力端子13
aに接続し、主ダイオード素子9のカソード側と+出力
端子13aとの接続中点に平滑コンデンサ11の+極側
及び制御回路14の制御信号入力端14aを接続し、制
御回路14のスイッチング信号出力端14bをパワーM
OSFET素子7のゲート側に接続し、パワーMOSF
ET素子7のソース側と平滑コンデンサ11の−極側と
を接続し、この接続点を−出力端子13bに接続して昇
圧型コンバータ装置1を構成する。
出力端子13bの間の出力電圧値が所定の値に一定に保
たれるように、パワーMOSFET素子7のゲート側に
供給するスイッチング信号のオフ期間とオン期間夫々の
時間幅の比率を+出力端子13aの出力電圧値に基づき
制御回路14で制御することにより、パワーMOSFE
T素子7のゲート側に供給するこのスイッチング信号の
オン期間にリアクトルコイル部5に蓄積したエネルギー
をこのスイッチング信号のオフ期間に放出する為にリア
クトルコイル部5で発生した電圧を直流電源部3の電圧
値に積み上げ、主ダイオード素子9を通じて平滑コンデ
ンサ11に蓄積することにより、直流電源部3の電圧値
を昇圧した一定の電圧値の電圧を+出力端子13a及び
−出力端子13bから負荷に供給できるように図ってい
る。
パワーMOSFET素子7のゲートに制御回路14のス
イッチング信号出力端14bから供給するスイッチング
信号がオフの期間を示し、ONで示した期間はこのスイ
ッチング信号がオンの期間を示している。
に示した昇圧型コンバータ装置1においては、制御回路
14のスイッチング信号出力端子14bからパワーMO
SFET素子7のゲートに供給するスイッチング信号が
オン状態からオフ状態になった時点において、図5Bに
波形図で示したようにパワーMOSFET素子7のドレ
イン−ソース間の電圧VDSとドレイン電流IDとが重
複する部分VIWが発生することが原因で、この重複部
分VIWにおいてパワーMOSFET素子7にスイッチ
ング損失が発生し、この損失に起因した電力損失により
この素子7に発熱を生じて昇圧型コンバータ装置1のD
C−DC変換効率を下げることになる。
チング周波数値に比例して増大する為、パワーMOSF
ET素子7の熱破壊防止上の制約からこのスイッチング
周波数値の向上が制限される不都合があった。
T素子等のスイッチング素子で構成した電流スイッチン
グ回路において、スイッチング素子でスイッチングする
電圧がゼロ電圧状態またはこれに近い状態での電流スイ
ッチ動作を可能とし、スイッチング損失を低減した昇圧
型コンバータ装置を提供することを目的とする。
バータ装置は、昇圧型コンバータ装置の昇圧用インダク
タを補助捲き線を具備したトランスで構成し、この補助
捲き線にコンデンサを接続してこのトランスのリーケー
ジインダクタンスとこのコンデンサとの共振によりコン
デンサに充電をおこなうとともに、このコンデンサに充
電した電荷に基づきゼロ電圧スイッチングを可能にし、
スイッチング損失を軽減した。
置の実施の形態の一例について図1A,B〜図4を参照
しながら説明する。但し図1A,B〜図3では図5A,
Bと同一の部分には同一の符号を付与し、詳細な説明を
省略する。
したブロック図で、19は昇圧型コンバータ装置を示
し、昇圧型コンバータ装置19は1次捲き線20a及び
2次捲き線20bを具備したトランス20と、逆流阻止
用の第1のダイオード22と、逆流阻止用の第2のダイ
オード24及び共振用コンデンサ26を具備する。
流電源部3の+出力端子3aに接続し、1次捲き線20
aの巻き終わり側をパワーMOSFET素子7のドレイ
ン側に接続し、2次捲き線20bの巻始め側を逆流阻止
用の第1のダイオード22のアノード側に接続し、第1
のダイオード22のカソード側を逆流阻止用の第2のダ
イオード24のアノード側及び共振用コンデンサ26の
一端側に接続し、共振用コンデンサ26の他端側を2次
捲き線20bの巻き終わり側に接続し、制御回路14の
制御信号入力端14aを平滑コンデンサ11の+極側に
接続し、制御回路14のスイッチング信号出力端14b
をパワーMOSFET素子7のゲート側に接続する。
他端側と2次捲き線20bのこの巻き終わり側との接続
中点をパワーMOSFET素子7のドレイン側及び主ダ
イオード素子9のアノード側に接続し、逆流阻止用の第
2のダイオード24のカソード側を主ダイオード素子9
のカソード側と平滑コンデンサ11の+極側とに接続
し、平滑コンデンサ11の+極側を+出力端子13aに
接続し、平滑コンデンサ11の−極側を−出力端子13
bに接続し、パワーMOSFET素子7のソース側を平
滑コンデンサ11の−極側及び直流電源部3の−出力端
子3bに接続して昇圧型コンバータ装置19を構成す
る。
型コンバータ装置19の動作について図1B、図2A及
び図2Bを参照して説明する。
昇圧型コンバータ装置19において、制御回路14から
ターンオン状態のパワーMOSFET素子7をターンオ
フ状態としたときの動作を説明する図、そして図2B
は、同じく図1Aに構成を示して説明した昇圧型コンバ
ータ装置19において、制御回路14からターンオフ状
態のパワーMOSFET素子7をターンオン状態にした
ときの動作を説明する図である。
7がターンオン状態からターンオフ状態になると、直流
電源部3の+出力端子3a、1次捲き線20a、主ダイ
オード素子9及び平滑コンデンサ11を通って直流電源
部3の−出力端子3bに戻る第1の電流通路I1 が形成
され、1次捲き線20aにパワーMOSFET素子7が
ターンオン状態の際に蓄積したエネルギーを放出するた
めに発生した電圧が直流電源部3の電圧に重畳され、直
流電源部3の電圧を昇圧した電圧を平滑コンデンサ11
に蓄積する。
ーンオフ状態になったときに、第1の電流通路I1 の他
に、直流電源部3の+出力端子3a、1次捲き線20
a、共振用コンデンサ26、逆流阻止用の第2のダイオ
ード24及び平滑コンデンサ11を通って直流電源部3
の−出力端子3bに戻る第2の電流通路I2 が形成され
る。
り、制御部14からパワーMOSFET素子7をターン
オン状態からターンオフ状態にしたときのドレイン電圧
VDSの立ち上がり波形を図1Bに示した如く傾斜させ、
図5Bに示して説明したパワーMOSFET素子7のド
レイン−ソース間の電圧VDSとドレイン電流IDDとが重
複する部分VIWの生成を抑圧し、ゼロ電圧状態または
これに近い状態での電流スイッチ動作を可能として、こ
の重複部分VIWの存在に起因して発生するスイッチン
グ損失を著しく減少させることができるようにする。
オフ状態からターンオン状態になると、図2Bに示す如
く直流電源部3の+出力端子3a、1次捲き線20a及
びパワーMOSFET素子7を通って直流電源部3の−
出力端子3bに戻る第3の電流通路I3 が形成されトラ
ンス20に電磁エネルギーが蓄積されると共に、2次捲
き線20bの巻き始め端、逆流阻止用の第1のダイオー
ド22及び共振用コンデンサ26を通って2次捲き線2
0bの巻き終わり端に戻る第4の電流通路I4が形成さ
れ、逆流阻止用の第1のダイオード22のカソード側に
接続している側が+となる極性に共振用コンデンサ26
が充電される。
トランス20のリーケージインダクタンスと共振用コン
デンサ26との共振電流により生成されるものであり、
そしてこの共振用コンデンサ26を流れる共振電流I4
は、第3の電流通路I3 を流れる電流の立ち上がり時に
現れ、共振用コンデンサ26に蓄積される電圧値がトラ
ンス20の1次捲き線20aと2次捲き線20bの捲き
線比に応じて2次捲き線20bに生成される電圧値に達
するまで流れ続ける。
ーンオン状態の期間において共振用コンデンサ26が共
振電流I4 により図2Bに示した極性に充電されるの
で、パワーMOSFET素子7がこのターンオン状態か
らターンオフ状態となったときに第2の電流通路I2 に
電流を流すことができ、かつ共振用コンデンサ26に蓄
積されていた電荷は第2の電流通路I2 を流れる電流に
より放電されて平滑コンデンサ11に蓄積され、或いは
+出力端子13a及び−出力端子13bを通じ負荷で消
費されるので、共振用コンデンサ26に蓄積された電荷
が無駄に消費されることなく有効に利用される。
3に示して説明する。但し図3では図1A,B及び図2
A,Bと同一の部分には同一の符号を付与し、詳細な説
明を省略する。
に充電した電荷を、パワーMOSFET素子7がターン
オフ状態にある期間において逆流阻止用の第2のダイオ
ード34を通じてトランス20の1次捲き線20a側に
帰還するようにした昇圧型コンバータ装置30を構成し
たもので、得られる効果については図1に示して説明し
た例と同等である。
説明した例(以下の説明においては本例というものとす
る)によれば、パワーMOSFET素子7がターンオフ
状態からターンオン状態になったときにトランス20の
リーケージインダクタンスと共振用コンデンサ26の共
振によって共振用コンデンサ26を充電しておくことに
より、パワーMOSFET素子7がターンオン状態から
ターンオフ状態になった時点において第2の電流通路I
2 を通じて電流を流すことができるようにして、パワー
MOSFET素子7をターンオン状態からターンオフに
したときのドレイン電圧VDSの立ち上がり信号波形を傾
斜させてドレイン電圧VDSの立ち上がりを遅らせたの
で、パワートランジスタ素子7のドレイン−ソース間の
電圧VDSとドレイン電流IDDとが重複する部分VIWを
著しく少なくすることができ、パワーMOSFET素子
7における無駄な電力消費を削減することができる。
子7がターンオフ状態からターンオン状態になったとき
に共振用コンデンサ26に充電された電荷は、この素子
7がターンオン状態からターンオフ状態になったときに
この第2の電流通路I2 を通じて平滑コンデンサ11に
蓄積され、或いは+出力端子13a及び−出力端子13
bを通じて負荷で消費されるようになるので、共振用コ
ンデンサ26に充電された電荷を無駄に消費することな
く有効に利用することができる。
タ装置におけるスイッチング損失を少なくすることがで
きるので、昇圧型コンバータ装置の高能率化を図れる。
失を少なくすることができるので、昇圧型コンバータ装
置におけるスイッチング周波数の高周波数化を図ること
ができ、昇圧用インダクタ及び平滑コンデンサ11のよ
り小容量化が可能になる等によって昇圧型コンバータ装
置の小型化を図れる。
で昇圧型コンバータ装置におけるスイッチング損失の低
減を図ることができるので、昇圧型コンバータ装置のコ
ストダウンを図れる。
説明した従来の構成と、図1A及び図3に示して説明し
た本例の構成を比較することより明らかなように、昇圧
部自体の部分の構成については従来の構成を変更する必
要がないのでこの部分には現状で入手可能なIC部品を
使用可能であり、従ってこの部分に第2の電流通路I2
および第4の電流通路I4 を形成する為に必要な構成を
追加すればよいので、従来の昇圧型コンバータ装置をベ
ースとして本例による昇圧型コンバータ装置を構成する
ことが極めて簡単でありながら、従来の昇圧型コンバー
タ装置のスイッチング損失について優れた改善効果を達
成することができる。
よる出力電圧制御方式として先に説明したスイッチング
デユーティ可変型の他、スイッチング周波数可変型に応
用した場合にも、昇圧型コンバータ装置のスイッチング
損失を少なくするように改善を図ることができる。
低コストのアクティブフイルタ型の昇圧型コンバータ装
置の実現を図ることができる。
ET素子等のスイッチング素子で構成した電流スイッチ
ング回路において、スイッチング素子でスイッチングす
る電圧がゼロ電圧状態またはこれに近い状態での電流ス
イッチ動作を可能としたので、昇圧型コンバータ装置か
らの不要輻射の低減を実現でき、電源装置におけるEM
I等の不要輻射対策の容易化を図ることができる。
ータ装置単体に適用した例について説明したが、本発明
は昇圧型コンバータ装置単体に本例を適用する場合に限
定されることなく、この昇圧型コンバータを電源装置の
一部として適用した場合及び電子機器の電源部に適用し
た場合等、本発明の精神を逸脱しない範囲においてその
他各種の機器及び装置に本例を適用し得る。
力側の力率改善の目的を達成するために適用した場合の
電源装置の例について説明する。
昇圧型コンバータ装置をAC電源入力−DC出力型電源
装置のアクティブフィルタ部に応用し、このAC電源側
の力率改善を図った電源装置の例を示した回路ブロック
図である。
示し、電源装置40をAC電源部41と、ノイズフィル
タ部43と、全波整流部45と、図1Aに示した昇圧型
コンバータ装置19または図3に示した昇圧型コンバー
タ装置30で構成したアクティブフィルタ部47と、A
C−DCコンバータ部49と、平滑部51及び直流電源
電圧出力端部53a,53bで構成する。
タ部43に交流電源信号を供給して不要ノイズ成分を除
去した交流電源信号をノイズフィルタ部43から全波整
流部45に供給し、全波整流部45においてこの交流電
源信号を全波整流して脈流電源信号とし、この脈流電源
信号をアクティブフィルタ部47に供給し、アクティブ
フィルタ部47を構成する昇圧型コンバータ装置19ま
たは30でこの脈流電源信号を昇圧した直流電圧を得て
後この直流電圧を交流電源信号に変換し、この交流電源
信号をAC−DCコンバータ部49に供給して所定の電
圧値の直流電源信号に変換し、この直流電源信号を平滑
部51に供給してリップル成分を除去し、リップル成分
を除去したこの直流電源信号を直流電源電圧出力端部5
3a,53bから出力する。
ら不要ノイズ成分を除去し全波整流して生成した脈流電
源信号を、昇圧型コンバータ装置19或いは30で構成
するアクティブフィルタ部47に入力しスイッチングを
行って昇圧した直流電圧を得る際に、このスイッチング
周波数を従来の昇圧型コンバータ装置のスイッチング周
波数に比較して高い周波数値にすることができるので、
AC電源部41側の交流電源信号に生じる電流波形歪を
著しく減少することができる。従って、AC電源部41
から入力する交流電源信号の力率を従来よりはるかに改
善できる効果が得られる。
においてゼロ電圧状態での電流スイッチ動作を可能とし
て、スイッチング損失を少なくすることができ、この昇
圧型コンバータ装置の高能率化を図れる。
形態の一例について説明する電気回路図である。Bは、
図1Aに示した電気回路図の動作を説明する為の波形図
である。
ある。Bは、他の信号の流れを説明する為の電気回路図
である。
他の一例について説明する電気回路図である。
にについて説明する回路ブロック図である。
明する電気回路図である。Bは、図5Aに示した電気回
路図の動作を説明する為の波形図である。
a‥‥1次捲き線、20b‥‥2次捲き線、26‥‥共
振用コンデンサ
Claims (2)
- 【請求項1】 昇圧型コンバータ装置において、昇圧用
インダクタを補助捲き線を具備したトランスで構成し、
当該補助捲き線にコンデンサを接続して前記トランスの
リーケージインダクタンスと前記コンデンサとの共振に
より前記コンデンサに充電をおこなうとともに、前記コ
ンデンサに充電した電荷に基づき前記昇圧型コンバータ
のゼロ電圧スイッチングを可能にし、スイッチング損失
を軽減したことを特徴とする昇圧型コンバータ装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載した昇圧型コンバータ装
置において、AC電源入力を整流手段で整流して得た脈
流を入力する構成として、力率改善を行ったことを特徴
とする昇圧型コンバータ装置。
Priority Applications (2)
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JP24209998A JP4010060B2 (ja) | 1998-08-27 | 1998-08-27 | 昇圧型コンバータ装置 |
US09/382,547 US6175219B1 (en) | 1998-08-27 | 1999-08-25 | Booster type converter with low power loss |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24209998A JP4010060B2 (ja) | 1998-08-27 | 1998-08-27 | 昇圧型コンバータ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000078836A true JP2000078836A (ja) | 2000-03-14 |
JP4010060B2 JP4010060B2 (ja) | 2007-11-21 |
Family
ID=17084298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24209998A Expired - Fee Related JP4010060B2 (ja) | 1998-08-27 | 1998-08-27 | 昇圧型コンバータ装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6175219B1 (ja) |
JP (1) | JP4010060B2 (ja) |
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