JP2001157444A - Dc-dc conversion device - Google Patents

Dc-dc conversion device

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JP2001157444A
JP2001157444A JP33600999A JP33600999A JP2001157444A JP 2001157444 A JP2001157444 A JP 2001157444A JP 33600999 A JP33600999 A JP 33600999A JP 33600999 A JP33600999 A JP 33600999A JP 2001157444 A JP2001157444 A JP 2001157444A
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smoothing reactor
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繁則 木下
Koichi Ueki
浩一 植木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform a synchronous rectifying operation even when a current smoothing reactor current is cut off and to reduce a loss generated in a DC-DC conversion device which is constituted by using a unipolar transistor as a main switching element. SOLUTION: The rise voltage of the parasitic diode of the unipolar transistor which constitutes the DC-DC conversion device (a chopper) is made larger than an ON-voltage at a time when a current is made to flow to the unipolar transistor. The operating frequency of the parasitic diode is made high which is nearly the same as the switching frequency of a unipolar semiconductor element. As a result, a bidirectional unipolar characteristic is obtained. A current smoothing reactor is formed as a DC reactor and a saturable reactor. The cutoff of the current smoothing reactor current is detected.

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】本発明は直流―直流変換装置
の回路構成、詳しくはユニポーラ型トランジスタを使用
して構成した直流―直流変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit configuration of a DC-DC converter, and more particularly, to a DC-DC converter configured using unipolar transistors.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10に示す回路は降圧チョッパとして
広く利用されている直流―直流変換回路である。図10
において、1は高圧側直流電源、2は高圧側の電圧平滑
コンデンサ、3は半導体スイッチ、4はダイオード、5
は電流平滑リアクトル、6は低圧側の電圧平滑コンデン
サ、7は低圧側直流電源である。図10の半導体スイッ
チはバイポーラ型素子であるIGBTの場合で示してあ
る。
2. Description of the Related Art A circuit shown in FIG. 10 is a DC-DC conversion circuit widely used as a step-down chopper. FIG.
1, 1 is a high-voltage side DC power supply, 2 is a high-voltage side voltage smoothing capacitor, 3 is a semiconductor switch, 4 is a diode,
Is a current smoothing reactor, 6 is a low voltage side voltage smoothing capacitor, and 7 is a low voltage side DC power supply. The semiconductor switch of FIG. 10 is shown in the case of an IGBT which is a bipolar element.

【0003】図10では、半導体スイッチ3を高周波ス
イッチング動作させることで直流―直流電力変換を行
う。電力変換制御は、半導体スイッチ3を一定周波数で
スイッチングし、Ton/Tの比率を制御することによ
り行う。ここで、Tonは半導体スイッチ3のオン時
間、Tはスイッチング周期である。図11は図10に図
示のチョッパの制御と各部の動作波形を示したものであ
る。図11において、(a)は半導体スイッチ3のゲー
トオン信号、(b)は電流平滑リアクトル5の電流、
(c)は半導体スイッチ3の電流、(d)はダイオード
4の電流、(e)は平滑コンデンサ6の電圧、の各波形
をそれぞれ示している。
In FIG. 10, DC-DC power conversion is performed by causing the semiconductor switch 3 to perform a high-frequency switching operation. The power conversion control is performed by switching the semiconductor switch 3 at a constant frequency and controlling the ratio of Ton / T. Here, Ton is the ON time of the semiconductor switch 3, and T is the switching cycle. FIG. 11 shows the control of the chopper shown in FIG. 10 and the operation waveform of each part. 11, (a) shows the gate-on signal of the semiconductor switch 3, (b) shows the current of the current smoothing reactor 5,
(C) shows the current of the semiconductor switch 3, (d) shows the current of the diode 4, and (e) shows the waveform of the voltage of the smoothing capacitor 6.

【0004】図10に図示のチョッパで、逆に低圧側か
ら高圧側への電力変換を可能にした図12に示すような
双方向電力変換型のチョッパもよく知られている。図1
2において、図10と同一構成要素には同一番号を付し
てある。図12は、図10に図示した回路に対して回路
要素3a、4aを付加したものである。即ち、半導体ス
イッチ3にはダイオード3aを、ダイオード4には半導
体スイッチ4aをそれぞれ図示のように接続する。図1
2では半導体スイッチ3のスイッチングによる降圧チョ
ッパ動作に加えて、半導体スイッチ4aをスイッチング
して低圧側から高圧側への電力変換を行う事ができる。
即ち、図12は降圧型、昇圧型の両方式の電力変換が可
能なチョッパ方式である。
A bidirectional power conversion type chopper, as shown in FIG. 12, which is capable of converting power from a low voltage side to a high voltage side with the chopper shown in FIG. 10 is also well known. FIG.
2, the same components as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals. FIG. 12 is obtained by adding circuit elements 3a and 4a to the circuit shown in FIG. That is, the diode 3a is connected to the semiconductor switch 3, and the semiconductor switch 4a is connected to the diode 4 as shown in the figure. FIG.
In 2, the semiconductor switch 4a can be switched to perform power conversion from the low voltage side to the high voltage side in addition to the step-down chopper operation by the switching of the semiconductor switch 3.
That is, FIG. 12 shows a chopper system capable of performing both a step-down type and a step-up type power conversion.

【0005】降圧チョッパの動作は図11の場合と同じ
であるが、昇圧チョッパ動作の場合は半導体スイッチ4
aを一定周期でスイッチングし、Ton/Tの比率を制
御することにより行う。ここでTonは半導体スイッチ
4aのオン時間、Tはスイッチング周期である。図13
に、昇圧チョッパ動作の各部波形を図11に対応して示
す。
The operation of the step-down chopper is the same as that of FIG.
This is performed by switching a at a constant cycle and controlling the ratio of Ton / T. Here, Ton is the ON time of the semiconductor switch 4a, and T is the switching cycle. FIG.
FIG. 11 shows waveforms of respective parts of the boost chopper operation corresponding to FIG.

【0006】図13で、(a1)は半導体スイッチ4a
のゲートオン信号、(b)は電流平滑リアクトル5の電
流、(f)は半導体スイッチ4aの電流、(g)はダイ
オード3aの電流、(h)は平滑コンデンサ2の電圧波
形である。
In FIG. 13, (a1) indicates a semiconductor switch 4a.
(B) shows the current of the current smoothing reactor 5, (f) shows the current of the semiconductor switch 4a, (g) shows the current of the diode 3a, and (h) shows the voltage waveform of the smoothing capacitor 2.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】双方向チョッパの大き
な課題は、 (1)装置の小型化 (2)装置の高効率化 (3)低価格化 (4)ノイズの低減 である。
The major problems of the bidirectional chopper are (1) miniaturization of the device, (2) higher efficiency of the device, (3) lower cost, and (4) reduction of noise.

【0008】双方向チョッパにおいて、上記課題を実現
するためには、 (5)スイッチング周波数をいかに高めるか (6)スイチング損失の損失をいかに低減出来るか が大きな課題である。図12の回路による装置の小型・
軽量化を図るために、図14に示すように、スイッチ素
子としてIGBTからMOSFETに換えた回路方式が
提案されている。この回路の特徴は、MOSFETにも
ともと内蔵されている寄生ダイオードを積極的にスイッ
チ素子の逆並列ダイオードとして活用し、素子数の低減
を図る事にある。
[0008] In the bidirectional chopper, in order to realize the above-mentioned problems, (5) how to increase the switching frequency and (6) how to reduce the loss of switching loss are major issues. The device shown in FIG.
In order to reduce the weight, as shown in FIG. 14, a circuit system in which an IGBT is replaced with a MOSFET as a switch element has been proposed. The feature of this circuit resides in that the parasitic diode originally built in the MOSFET is positively utilized as an anti-parallel diode of the switch element to reduce the number of elements.

【0009】図14において、図12と同一構成要素に
は同一番号を付してある。30、40はMOSFETス
イッチである。31、41はMOSFETトランジスタ
で、32、42はMOSFETの寄生ダイオードであ
る。図14の動作は図12の動作と同じであるので、説
明は省略する。図14に図示のチョッパにおける大きな
問題点は寄生ダイオードにある。MOSFETはユニポ
ーラ型素子であり、図15に示すようにユニポーラ型素
子特有のオン電圧―電流特性を有している。これに対し
寄生ダイオードはバイポーラ素子であるので、図16に
示すように、オン電圧―電流特性は立ち上がり電圧を有
している。
In FIG. 14, the same components as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals. 30 and 40 are MOSFET switches. 31 and 41 are MOSFET transistors, and 32 and 42 are MOSFET parasitic diodes. Since the operation in FIG. 14 is the same as the operation in FIG. 12, the description will be omitted. A major problem in the chopper shown in FIG. 14 is the parasitic diode. The MOSFET is a unipolar element, and has an ON voltage-current characteristic unique to the unipolar element as shown in FIG. On the other hand, since the parasitic diode is a bipolar element, the on-voltage-current characteristic has a rising voltage as shown in FIG.

【0010】図15、図16に示す特性からわかるよう
に、MOSFETのオン時の順・逆方向通流時の電圧―
電流特性は図17のようになる。ここでユニポーラ特性
素子とバイポーラ特性素子の効率について述べる。図1
8はチョッパなどの直流―直流変換装置出力と効率の一
例について示したもので、図18はスイッチング損失を
考慮しない、定常損失の場合の比較である。
As can be seen from the characteristics shown in FIGS. 15 and 16, the voltage at the time of forward and reverse current flow when the MOSFET is on is
The current characteristics are as shown in FIG. Here, the efficiency of the unipolar characteristic element and the bipolar characteristic element will be described. FIG.
8 shows an example of the output and efficiency of a DC-DC converter such as a chopper, and FIG. 18 shows a comparison in the case of a steady-state loss without considering a switching loss.

【0011】図18において、太線はユニポーラ型素
子、細線はバイポーラ型素子の特性をそれぞれ示してい
る。同図より、低出力領域でユニポーラ型素子がバイポ
ーラ型素子に対して効率が高くなることがわかる。しか
しながら現状では、 (1)双方向ユニポーラ型素子が実現されていない (2)MOSFET内蔵の寄生ダイオードの可能動作ス
イッチング周波数はMOSFETの1/10程度となっ
ており、図14に図示の回路構成のスイッチング周波数
は図12の回路方式のスイッチング周波数と同程度とな
っており、 MOSFETにしてもスイッチング周波数
は高められないことから、 (3)小型・軽量、高効率のチョッパの実現 が大きく待たれるところとなっている。この発明は、以
上のような課題を解決するチョッパを実現することにあ
る。
In FIG. 18, the bold line shows the characteristics of a unipolar device, and the thin line shows the characteristics of a bipolar device. From the figure, it is understood that the efficiency of the unipolar element is higher than that of the bipolar element in the low output region. However, at present, (1) a bidirectional unipolar element is not realized. (2) A possible operation switching frequency of a parasitic diode with a built-in MOSFET is about 1/10 of that of a MOSFET, and the circuit configuration shown in FIG. The switching frequency is almost the same as the switching frequency of the circuit system shown in Fig. 12. Since the switching frequency cannot be increased by using a MOSFET, (3) the realization of a compact, lightweight, and highly efficient chopper is greatly expected. It has become. An object of the present invention is to realize a chopper that solves the above problems.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、(1)MOS
FETはゲートオン時、電流は順・逆双方向に通流可能
である(2)バイポーラ素子は高速、高周波化すると、
立ち上がり電圧が高くなることに着目してなされたもの
で、その基本は、(3)MOSFETの寄生ダイオード
をMOSFETと同程度のスイッチング周波数で動作可
能に、(4)寄生ダイオードの立ち上がり電圧を高くし
て、順・逆双方向通流型のユニポーラ型オン特性に、し
たMOSFETをスイッチング素子として適用し、更に
ユニポーラ型トランジスタによる同期整流を行って、双
方向動作型の高効率・高周波チョッパを実現することで
あり、このため、第一の発明では、第1の直流電源の一
端に第1の半導体スイッチの一端を接続し、第1の半導
体スイッチの他端に、第2の半導体スイッチの一端と電
流平滑リアクトルの一端とをそれぞれ接続し、電流平滑
リアクトルの他端に第2の直流電源の一端を接続し、第
1の直流電源の他端と、第2の半導体スイッチの他端
と、第2の直流電源の他端とをそれぞれ接続してなる直
流―直流変換装置において、前記第1及び第2の半導体
スイッチはそれぞれ寄生ダイオードを有するユニポーラ
型トランジスタとし、前記寄生ダイオードの立ち上がり
電圧を、前記ユニポーラ型トランジスタに規定電流を通
流した時に発生するオン電圧以上とした。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides (1) MOS
When the gate of the FET is on, current can flow in both forward and reverse directions. (2) When the bipolar element is operated at high speed and high frequency,
Focusing on the fact that the rising voltage increases, the basics are (3) the parasitic diode of the MOSFET can be operated at the same switching frequency as the MOSFET, and (4) the rising voltage of the parasitic diode is increased. By applying a MOSFET as a switching element to a unipolar ON characteristic of a forward / reverse bidirectional flow type, and further performing synchronous rectification by a unipolar transistor, a high efficiency and high frequency chopper of a bidirectional operation type is realized. Therefore, in the first invention, one end of the first semiconductor switch is connected to one end of the first DC power supply, and one end of the second semiconductor switch is connected to the other end of the first semiconductor switch. One end of the current smoothing reactor is connected to one end of the current smoothing reactor, and one end of the second DC power supply is connected to the other end of the current smoothing reactor. And a DC-DC converter in which the other end of the second semiconductor switch is connected to the other end of the second DC power supply, wherein each of the first and second semiconductor switches has a parasitic diode. And a rising voltage of the parasitic diode is equal to or higher than an on-voltage generated when a specified current flows through the unipolar transistor.

【0013】また、第2の発明では、第1の発明の直流
―直流変換装置において、前記寄生ダイオードは、前記
それぞれのユニポーラ型トランジスタの動作スイッチン
グ周波数で動作できるように、高周波化した。また、第
3の発明では、第1及び第2の発明の直流―直流変換装
置において、前記ユニポーラ型トランジスタをMOSF
ETとした。
According to a second aspect of the present invention, in the DC-DC converter according to the first aspect of the present invention, the frequency of the parasitic diode is increased so that the parasitic diode can operate at an operation switching frequency of each of the unipolar transistors. In a third aspect, in the DC-DC converter according to the first and second aspects, the unipolar transistor is a MOSF.
ET.

【0014】また、第4の発明では、第1乃至第3のい
ずれかの発明の直流―直流変換装置において、前記第1
及び第2の半導体スイッチそれぞれの電流は、前記ユニ
ポーラ型トランジスタに通流させるようにした。また、
第5の発明では、第1乃至第4のいずれかの発明の直流
―直流変換装置において、前記第1及び第2の半導体ス
イッチのスイッチング動作によって、前記第1の直流電
源と第2の直流電源との間で双方向に電力変換を行わせ
ることとした。
According to a fourth aspect of the present invention, in the DC-DC converter according to any one of the first to third aspects of the present invention,
The current of each of the first and second semiconductor switches is caused to flow through the unipolar transistor. Also,
In a fifth aspect, in the DC-DC converter according to any one of the first to fourth aspects, the first DC power supply and the second DC power supply are operated by a switching operation of the first and second semiconductor switches. And bidirectional power conversion.

【0015】また、第6の発明では、第1乃至第5のい
ずれかの発明の直流―直流変換装置において、前記電流
平滑リアクトルは、直流リアクトルと可飽和リアクトル
の直列回路で形成され、前記電流平滑リアクトルの電流
反転時に前記可飽和リアクトルに発生する電圧によっ
て、前記電流リアクトルの電流断続を検知するようにし
た。
According to a sixth aspect of the present invention, in the DC-DC converter according to any one of the first to fifth aspects, the current smoothing reactor is formed by a series circuit of a DC reactor and a saturable reactor. The intermittent current of the current reactor is detected based on the voltage generated in the saturable reactor when the current of the smoothing reactor is inverted.

【0016】また、第7の発明では、第1乃至第6のい
ずれかの発明の直流―直流変換装置において、前記電流
平滑リアクトルは、直流リアクトルと可飽和リアクトル
の一次巻線の直列回路で形成され、前記電流平滑リアク
トルの電流反転時に前記可飽和リアクトルの二次巻線に
発生する電圧によって、前記電流平滑リアクトルの電流
断続を検知するようにした。
In a seventh aspect of the present invention, in the DC-DC converter according to any one of the first to sixth aspects, the current smoothing reactor is formed by a series circuit of a primary winding of a DC reactor and a saturable reactor. The current interruption of the current smoothing reactor is detected based on a voltage generated in a secondary winding of the saturable reactor at the time of reversing the current of the current smoothing reactor.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施形態を
示す回路構成図であり、請求項1乃至5に相当する。図
1において、図10、12、14と同一構成要素には同
一番号を付してある。図1において、110、120は
双方向通流ユニポーラ型の半導体スイッチであり、この
中の110a、120aはユニポーラ型トランジスタ、
110b、120bはユニポーラ型トランジスタに寄生
するダイオードである。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention, and corresponds to claims 1 to 5. 1, the same components as those in FIGS. 10, 12, and 14 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 1, reference numerals 110 and 120 denote bidirectional unipolar semiconductor switches, in which 110a and 120a denote unipolar transistors,
110b and 120b are diodes parasitic on the unipolar transistor.

【0018】図2は図1のユニポーラ型半導体スイッチ
の双方向通流時の電圧−電流特性図である。同図におい
て、順方向電流値If、逆方向電流値Irが通流電流幅
で、これに対応するスイッチ素子の両端電圧波形を示し
ている。図2では、寄生ダイオードの立ち上がり電圧V
oは、ユニポーラ型トランジスタの順方向通流時のオン
電圧Vofより大きいので、逆方向通流時の電圧はこの
立ち上がり電圧になることはない。
FIG. 2 is a voltage-current characteristic diagram of the unipolar semiconductor switch of FIG. 1 when flowing bidirectionally. In the figure, the forward current value If and the reverse current value Ir are current flowing widths, and the corresponding voltage waveforms across the switch element are shown. In FIG. 2, the rising voltage V of the parasitic diode
Since o is larger than the on-state voltage Vof when the unipolar transistor flows in the forward direction, the voltage when the current flows in the reverse direction does not become this rising voltage.

【0019】図3は図2の特性のユニポーラ型トランジ
スタの構造の一例をMOSFETを例に示したものであ
る。同図で、100aがトランジスタ部、100bが寄
生ダイオード部である。トランジスタ部は従来と同じで
あるが、100bの寄生ダイオード部の高周波化は従来
のダイオードの高周波化と同様の方法、即ち、白金等の
重金属の拡散や電子線照射等によってキャリアのライフ
タイムコントロールを行えばよい。
FIG. 3 shows an example of the structure of a unipolar transistor having the characteristics shown in FIG. 2 using a MOSFET as an example. In the figure, 100a is a transistor portion, and 100b is a parasitic diode portion. The transistor section is the same as the conventional one, but the high frequency of the parasitic diode section of 100b is the same as the conventional high frequency of the diode, that is, the lifetime control of the carrier is performed by diffusing heavy metals such as platinum or irradiating an electron beam. Just do it.

【0020】図1に示した回路構成では、図14に示し
た双方向型チョッパの回路構成に対して半導体スイッチ
の特性を双方向型ユニポーラ特性にすると共に、同期整
流動作を行う。図4は図1の回路動作説明図であり、降
圧動作の場合を図11に対応して示してある。ここで、
図4では電流平滑リアクトル電流が連続している場合を
示している。図4において、図11に示した動作波形と
同一のものは同一記号で示してある。
In the circuit configuration shown in FIG. 1, the characteristics of the semiconductor switch are changed to the bidirectional unipolar characteristics and the synchronous rectification operation is performed with respect to the circuit configuration of the bidirectional chopper shown in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of the circuit operation of FIG. 1, and shows the case of the step-down operation corresponding to FIG. here,
FIG. 4 shows a case where the current smoothing reactor current is continuous. In FIG. 4, the same operation waveforms as those shown in FIG. 11 are indicated by the same symbols.

【0021】図4で、(a1)はユニポーラトランジス
タ110aのゲートオン信号、(a2)はユニポーラト
ランジスタ120aのゲートオン信号、(c1)はユニ
ポーラトランジスタ110aの電流、(d1)はユニポ
ーラトランジスタ120aの電流をそれぞれ示してい
る。図4と図11の制御の違いは、図11では、ダイオ
ード4で平滑リアクトル電流を還流させているのに対
し、図4の例では、ユニポーラ型トランジスタ120a
にダイオード4と同じ動作をさせている点にある。即
ち、図2に示した逆方向通流域動作で120aをゲート
オンさせることで、寄生ダイオード120bに電流を流
すことなく、ユニポーラ型トランジスタ120a側に電
流を流す。この制御方式は同期整流方式と呼ばれる方式
である。
In FIG. 4, (a1) indicates the gate-on signal of the unipolar transistor 110a, (a2) indicates the gate-on signal of the unipolar transistor 120a, (c1) indicates the current of the unipolar transistor 110a, and (d1) indicates the current of the unipolar transistor 120a. Is shown. The difference between the control of FIG. 4 and FIG. 11 is that, in FIG. 11, the smoothing reactor current is circulated by the diode 4, whereas in the example of FIG.
The same operation as the diode 4 is performed. That is, by turning on the gate of the transistor 120a in the reverse flow region operation shown in FIG. 2, the current flows to the unipolar transistor 120a without flowing the current to the parasitic diode 120b. This control method is a method called a synchronous rectification method.

【0022】さて、図4に示した制御動作では、ユニポ
ーラ型トランジスタ120aがゲートオン状態で電流平
滑リアクトル電流が断続すると図5のに示すように、
直流電源7から電流が逆流してしまう。は電流が連続
している場合の電流方向を示している。この為、同期整
流方式では、この電流断続が発生したら、ユニポーラ型
トランジスタ120aのゲートをオフする必要がある。
In the control operation shown in FIG. 4, if the current smoothing reactor current is interrupted while the unipolar transistor 120a is in the gate-on state, as shown in FIG.
The current flows backward from the DC power supply 7. Indicates the current direction when the current is continuous. For this reason, in the synchronous rectification method, when this current interruption occurs, it is necessary to turn off the gate of the unipolar transistor 120a.

【0023】図6は、この場合の本発明の第2の実施形
態を示す回路構成図で、請求項6に相当する。図6にお
いて、図1と同一構成要素には同一番号を付してある。
図6において、200は可飽和リアクトル、300は電
流平滑リアクトルの電流断続検出回路、400は半導体
スイッチ110、120のゲート駆動回路を含む制御回
路である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention in this case, and corresponds to claim 6. 6, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 6, reference numeral 200 denotes a saturable reactor, 300 denotes a current interruption detecting circuit of the current smoothing reactor, and 400 denotes a control circuit including a gate drive circuit of the semiconductor switches 110 and 120.

【0024】図7は図6の動作説明図である。図7にお
いて、図4に示した動作と同一動作は同一記号で示して
ある。図7は、電流平滑リアクトルの電流が連続してい
る場合の動作図である。(i)は可飽和リアクトルに発
生する電圧波形である。ここで、電流平滑リアクトル電
流は連続している。このため、可飽和リアクトルの電流
反転がなく、可飽和リアクトルには電圧は発生しないの
で、同期整流用ユニポーラ型トランジスタ120aは半
導体スイッチ110aのゲートオフ期間中ゲートオンし
たままである。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of FIG. 7, the same operations as those shown in FIG. 4 are indicated by the same symbols. FIG. 7 is an operation diagram when the current of the current smoothing reactor is continuous. (I) is a voltage waveform generated in the saturable reactor. Here, the current smoothing reactor current is continuous. Therefore, there is no current reversal of the saturable reactor, and no voltage is generated in the saturable reactor, so that the synchronous rectifying unipolar transistor 120a remains gate-on during the gate-off period of the semiconductor switch 110a.

【0025】図8は電流平滑リアクトルの電流が断続す
る場合の動作図である。時刻で電流平滑リアクトル電
流が反転しようとするので、可飽和リアクトル200に
は電圧が図示の向きに発生する。この電圧発生を電流断
続検出回路300が検出して同期整流用ユニポーラ型ト
ランジスタ120aをゲートオフする。ユニポーラ型ト
ランジスタ110a、120aは共にゲートオフとなる
ので、直流電源7からの逆流は発生しなくて済むことに
なる。
FIG. 8 is an operation diagram when the current of the current smoothing reactor is intermittent. Since the current smoothing reactor current is about to reverse at time, a voltage is generated in the saturable reactor 200 in the direction shown. This voltage generation is detected by the current interruption detecting circuit 300, and the gate of the unipolar transistor 120a for synchronous rectification is turned off. Since the gates of both the unipolar transistors 110a and 120a are turned off, the backflow from the DC power supply 7 does not need to occur.

【0026】時刻で再び半導体スイッチ110aがオ
ンするので、可飽和リアクトルに電流が流れ始め、可飽
和リアクトルに時刻とは反対方向の極性の電圧が発生
する。図9は本発明の第3の実施形態の回路構成図であ
り、請求項7に相当する。図9において、図6と同一構
成要素には同一番号を付してある。図6との違いは、図
6の可飽和リアクトル200を二次巻線200bを有し
た可飽和リアクトル200aと置き換えたことであり、
この二次巻線に発生する電圧で電流平滑リアクトルの電
流断続を電流断続検出回路300aで検出する。図9
は、図8の可飽和リアクトル電圧検出を図9では二次巻
線から検出している点が異なるのみで、他はすべて同じ
であり、回路動作も図8と同じであるので、図9の動作
説明は省略する。
Since the semiconductor switch 110a is turned on again at the time, a current starts flowing through the saturable reactor, and a voltage having a polarity opposite to the time is generated in the saturable reactor. FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a third embodiment of the present invention, and corresponds to claim 7. 9, the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals. 6 is that the saturable reactor 200 of FIG. 6 is replaced with a saturable reactor 200a having a secondary winding 200b.
The current interruption of the current smoothing reactor is detected by the current interruption detection circuit 300a by the voltage generated in the secondary winding. FIG.
9 differs from FIG. 9 only in that the saturable reactor voltage detection in FIG. 8 is detected from the secondary winding in FIG. 9, and all other operations are the same. The circuit operation is also the same as in FIG. The description of the operation is omitted.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明はユニポーラ型トランジスタの寄
生ダイオードの立上がり電圧を高く、且つ高周波作動型
にして、双方向ユニポーラ動作型にしたスイッチング素
子を用いたチョッパ回路構成としたので次の効果が期待
できる。 (1)降圧動作と昇圧動作の双方向動作を一体型で実現
できるので、装置の小型・軽量化、低コスト化が実現で
きる。
According to the present invention, the following effects are expected because the rising voltage of the parasitic diode of the unipolar transistor is high, the high frequency operation type is used, and the bidirectional unipolar operation type switching element is used as the chopper circuit configuration. it can. (1) Since the two-way operation of the step-down operation and the step-up operation can be realized integrally, the size, weight, and cost of the device can be reduced.

【0028】(2)電流平滑リアクトル電流が断続して
も、同期整流動作を可能としているので、高効率が実現
できる。 (3)スイッチング素子は順方向、逆方向ともユニポー
ラ型動作となるので、スイッチ素子の損失の低減が図
れ、高効率なチョッパが実現できる。
(2) Even if the current smoothing reactor current is intermittent, synchronous rectification can be performed, so that high efficiency can be realized. (3) Since the switching element operates in a unipolar operation in both the forward and reverse directions, the loss of the switching element can be reduced, and a highly efficient chopper can be realized.

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

【図1】この発明の第1の実施例を示す回路構成図であ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の半導体スイッチの特性を説明する図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating characteristics of the semiconductor switch of FIG. 1;

【図3】図1の半導体スイッチの断面構造図の一例を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a sectional structural view of the semiconductor switch of FIG. 1;

【図4】図1の動作を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of FIG.

【図5】図1の別の動作を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating another operation of FIG. 1;

【図6】この発明の第2の実施例を示す回路構成図であ
る。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図7】図6の動作を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of FIG.

【図8】図6の動作を説明する別の図である。FIG. 8 is another diagram for explaining the operation of FIG. 6;

【図9】この発明の第3の実施例を示す回路構成図であ
る。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図10】従来の降圧チョッパの回路構成図である。FIG. 10 is a circuit configuration diagram of a conventional step-down chopper.

【図11】図10の動作を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating the operation of FIG.

【図12】従来の昇降圧チョッパの回路構成図である。FIG. 12 is a circuit configuration diagram of a conventional step-up / step-down chopper.

【図13】図12の動作を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the operation of FIG.

【図14】従来の昇降圧チョッパの他の回路構成図であ
る。
FIG. 14 is another circuit configuration diagram of a conventional step-up / step-down chopper.

【図15】図14の半導体スイッチのトタンジスタの特
性を示す図
FIG. 15 is a diagram showing characteristics of a transistor of the semiconductor switch of FIG. 14;

【図16】図14の半導体スイッチの寄生ダイオードの
特性を示す図
FIG. 16 is a diagram showing characteristics of a parasitic diode of the semiconductor switch of FIG. 14;

【図17】図14の半導体スイッチの順・逆方向特性を
示す図である。
17 is a diagram illustrating forward / backward characteristics of the semiconductor switch of FIG. 14;

【図18】半導体の損失特性を説明する図である。FIG. 18 is a diagram illustrating loss characteristics of a semiconductor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、7…直流電源、2、6…電圧平滑コンデンサ、3、
4a…バイポーラ型半導体スイッチ、3a、4…ダイオ
ード、4…電流平滑リアクトル、30、40、110、
120…ユニポーラ型半導体スイッチ、31、41、1
00a、110a、120a…ユニポーラトランジス
タ、32、42、100b、110b、120b…寄生
ダイオード、200、200a…可飽和リアクトル、2
00b…可飽和リアクトル二次巻線、300、300a
…電流平滑リアクトル電流断続検出回路、400…制御
回路
1, 7: DC power supply, 2, 6: voltage smoothing capacitor, 3,
4a: bipolar semiconductor switch, 3a, 4: diode, 4: current smoothing reactor, 30, 40, 110,
120: Unipolar semiconductor switch, 31, 41, 1
00a, 110a, 120a: unipolar transistor, 32, 42, 100b, 110b, 120b: parasitic diode, 200, 200a: saturable reactor, 2
00b: saturable reactor secondary winding, 300, 300a
... Current smoothing reactor current interrupt detection circuit, 400 ... Control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5G065 AA08 DA07 EA01 HA02 HA03 LA02 MA03 MA10 NA03 NA04 NA05 NA06 5H006 CA02 CA07 CB03 CB07 CC08 DA04 DB01 5H730 AA15 BB13 BB14 BB57 DD04 EE13 FG01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5G065 AA08 DA07 EA01 HA02 HA03 LA02 MA03 MA10 NA03 NA04 NA05 NA06 5H006 CA02 CA07 CB03 CB07 CC08 DA04 DB01 5H730 AA15 BB13 BB14 BB57 DD04 EE13 FG01

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の直流電源の一端に第1の半導体スイ
ッチの一端を接続し、第1の半導体スイッチの他端に、
第2の半導体スイッチの一端と電流平滑リアクトルの一
端とをそれぞれ接続し、電流平滑リアクトルの他端に第
2の直流電源の一端を接続し、第1の直流電源の他端
と、第2の半導体スイッチの他端と、第2の直流電源の
他端とをそれぞれ接続してなる直流―直流変換装置にお
いて、 前記第1及び第2の半導体スイッチはそれぞれ寄生ダイ
オードを有するユニポーラ型トランジスタとし、 前記寄生ダイオードの立ち上がり電圧を、前記ユニポー
ラ型トランジスタに規定電流を通流した時に発生するオ
ン電圧以上としたことを特徴とする直流―直流変換装
置。
An end of a first semiconductor switch is connected to one end of a first DC power supply, and the other end of the first semiconductor switch is connected to one end of the first semiconductor switch.
One end of the second semiconductor switch is connected to one end of the current smoothing reactor, one end of the second DC power supply is connected to the other end of the current smoothing reactor, and the other end of the first DC power supply is connected to the second end. In a DC-DC converter in which the other end of a semiconductor switch is connected to the other end of a second DC power supply, the first and second semiconductor switches are each a unipolar transistor having a parasitic diode. A DC-DC converter, wherein a rising voltage of a parasitic diode is equal to or higher than an ON voltage generated when a specified current flows through the unipolar transistor.
【請求項2】前記寄生ダイオードは、前記それぞれのユ
ニポーラ型トランジスタの動作スイッチング周波数で動
作できるように、高周波化したことを特徴とする請求項
1に記載の直流―直流変換装置。
2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the frequency of the parasitic diode is increased so that the parasitic diode can operate at an operation switching frequency of each of the unipolar transistors.
【請求項3】前記ユニポーラ型トランジスタをMOSF
ETとしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の直
流―直流変換装置。
3. The device according to claim 1, wherein said unipolar transistor is a MOSF.
3. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the DC-DC converter is ET.
【請求項4】前記第1及び第2の半導体スイッチそれぞ
れの電流は、前記ユニポーラ型トランジスタに通流させ
ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の
直流―直流変換装置。
4. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the current of each of the first and second semiconductor switches is passed through the unipolar transistor.
【請求項5】前記第1及び第2の半導体スイッチのスイ
ッチング動作によって、前記第1の直流電源と第2の直
流電源との間で双方向に電力変換を行わせることを特徴
とする請求項1乃至4のいずれかに記載の直流―直流変
換装置。
5. A bidirectional power conversion between the first DC power supply and the second DC power supply by a switching operation of the first and second semiconductor switches. The DC-DC converter according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】前記電流平滑リアクトルは、直流リアクト
ルと可飽和リアクトルの直列回路で形成され、前記電流
平滑リアクトルの電流反転時に前記可飽和リアクトルに
発生する電圧によって、前記電流リアクトルの電流断続
を検知するようにしたことを特徴とする請求項1乃至5
のいずれかに記載の直流―直流変換装置。
6. The current smoothing reactor is formed by a series circuit of a DC reactor and a saturable reactor, and detects a current discontinuity of the current reactor based on a voltage generated in the saturable reactor when the current of the current smoothing reactor is inverted. 6. The method according to claim 1, wherein
The direct-current to direct-current converter according to any one of the above.
【請求項7】前記電流平滑リアクトルは、直流リアクト
ルと可飽和リアクトルの一次巻線の直列回路で形成さ
れ、前記電流平滑リアクトルの電流反転時に前記可飽和
リアクトルの二次巻線に発生する電圧によって、前記電
流平滑リアクトルの電流断続を検知するようにしたこと
を特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の直流―
直流変換装置。
7. The current smoothing reactor is formed by a series circuit of a DC reactor and a primary winding of a saturable reactor, and is formed by a voltage generated in a secondary winding of the saturable reactor when the current of the current smoothing reactor is inverted. 7. The DC-DC converter according to claim 1, wherein an intermittent current of the current smoothing reactor is detected.
DC converter.
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