JP2001186756A - 昇圧コンバータ - Google Patents

昇圧コンバータ

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JP2001186756A
JP2001186756A JP36582299A JP36582299A JP2001186756A JP 2001186756 A JP2001186756 A JP 2001186756A JP 36582299 A JP36582299 A JP 36582299A JP 36582299 A JP36582299 A JP 36582299A JP 2001186756 A JP2001186756 A JP 2001186756A
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JP36582299A
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Hideyuki Kano
秀行 狩野
Masaaki Kounofuji
正明 甲野藤
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 この昇圧コンバータ10は、第1のチョーク
20、主スイッチング素子24および第1の整流ダイオ
ード26を含む主昇圧コンバータ回路28と、この主昇
圧コンバータ回路28に付加され、かつ第2のチョーク
30、補助スイッチング素子34および第2の整流ダイ
オード36を含む補助昇圧コンバータ回路38とを備
え、補助スイッチング素子34のオン期間を決める遅延
時間TDを主昇圧コンバータ回路28の入力電流Iiお
よび出力電圧Voに基づいてコンピュータ44により計
算することで、例えば太陽光発電等による直流入力電源
12を昇圧して出力電圧とし、この出力電圧を負荷18
に供給するものである。 【効果】 出力(P=Iin×Vout)に応じて、補
助スイッチング素子34のオン期間を変化させること
で、損失部分となる時間を少なくし、出力が変化しても
高効率で変換ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は昇圧コンバータに関
し、特にたとえば入力電圧より高い出力電圧を負荷に供
給し、入力電流高周波歪対策のための力率改善コンバー
タとして使用される昇圧コンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の昇圧コンバータとしては、例え
ば、米国特許第5,418,704号明細書および図面に
開示される様に、第1のチョーク、主スイッチング素子
および第1のダイオードを含む主昇圧コンバータに、第
2のチョーク、補助スイッチング素子および第2のダイ
オードを含む補助昇圧コンバータを付加接続して構成さ
れている。そして、この補助スイッチング素子を設ける
ことにより、効率を上げることが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の昇圧コ
ンバータにおいては、補助スイッチング素子の駆動時間
が一定で、固定されたタイミングでオンされている。そ
のために、出力の大小に依存して、効率が良くなる場合
と逆に悪くなる場合とがあり、結果的に効率アップの効
果が充分ではなかった。
【0004】それゆえに、この発明の主たる目的は、簡
単な回路構成により、ノイズ発生を極力抑制して変換効
率の良い昇圧コンバータを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、第1のチョ
ーク、主スイッチング手段および第1のダイオードを含
む主昇圧コンバータ回路と、この主昇圧コンバータ回路
に付加され、かつ第2のチョーク、補助スイッチング手
段および第2のダイオードを含む補助昇圧コンバータ回
路とを備え、補助スイッチング手段のオン期間を主昇圧
コンバータ回路の入力電流に応じて変える、昇圧コンバ
ータである。
【0006】
【作用】入力電流に応じて、補助スイッチング手段のオ
ン期間(駆動時間)を変化させることで、損失部分とな
る時間を少なくし、出力が変化しても高効率の変換が可
能となる。
【0007】
【発明の効果】この発明によれば、全ての出力帯域(高
出力〜低出力を含む)において、昇圧コンバータの変換
効率を向上させることができるものである。
【0008】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明により一層明らかとなろう。
【0009】
【実施例】図1に基づいてこの発明の一実施例を説明す
ると、昇圧コンバータ10は、例えば、入力コンデンサ
14を接続した太陽光発電電池等の入力直流電源12の
入力電圧を昇圧し、出力コンデンサ16を接続した負荷
18に昇圧された出力電圧を供給するものである。
【0010】この昇圧コンバータ10は、第1のチョー
ク20、ダイオード22を逆並列接続したゲート端子2
4aを有する主スイッチング素子24および第1の整流
ダイオード26を含む主昇圧コンバータ回路28と、こ
の主昇圧コンバータ回路28に付加され、かつ第2のチ
ョーク30、ダイオード32を逆並列接続したゲート端
子34aを有する補助スイッチング素子34および第2
の整流ダイオード36を含む補助昇圧コンバータ回路3
8とを備え、さらに第2のチョーク30には逆流防止ダ
イオード40を接続すると共に、第2のチョーク30、
逆流防止ダイオード40および補助スイッチング素子3
4との直列回路に、第2のチョーク30と共振動作する
共振コンデンサ42が並列に接続されている。
【0011】主スイッチング素子24および補助スイッ
チング素子34はコンピュータ44により駆動制御され
るもので、このコンピュータ44は、主回路上の出力電
圧Voを検出してPWM信号を発生させるPWM信号発
生回路46、ホール素子を使用した電流検出器48で検
出される主昇圧コンバータ回路28の入力電流Iiと出
力電圧Voを入力として遅延時間を算出する遅延時間算
出回路50、およびPWM信号と遅延時間信号とを入力
として、主スイッチング素子24がオンする前に補助ス
イッチング素子34がオンするようなゲート信号を作成
し、各素子24、34のゲート端子24a、34aに夫
々のゲート信号を付与して駆動制御を行うゲート信号発
生回路52とを含む。
【0012】次に、図2に示す動作波形を参照して、昇
圧コンバータ10の動作を説明する。但し、S:主スイ
ッチゲート信号、S1:補助スイッチゲート信号、Vd
s:主スイッチ電圧、Is:主スイッチ電流、ILr:
第2のチョーク電流の各波形を示している。そして、主
スイッチ電圧Vdsがゼロの時に主スイッチ電流Isが
オン、オフ信号を与えゼロ電圧スイッチングを実現して
いる。 (1)T0−T1の期間 T0で補助スイッチング素子34をターンオンすると、
このスイッチング素子34の導通により第2のチョーク
30に流れる電流が増加し、T1の時点で入力電流Ii
に達する。そして、T0−T1の時間T01は、数1で
表されるように出力に応じて変わる。
【0013】
【数1】T01=(Ii・Lr)/Vo 但し、Lrは第2のチョーク30のインダクタンス値で
ある。 (2)T1−T2の期間 T1で第1の整流ダイオード26がオフし、第2のチョ
ーク30と共振コンデンサ42において共振動作が開始
する。主スイッチング素子24にはダイオード22が逆
並列に接続されているため共振動作は共振コンデンサ4
2の電圧(Vds)がゼロの時点(T2)で完了する。
この時の共振時間T12は、次式の数2で表されるよう
に固定されている。
【0014】
【数2】
【0015】但し、Crは共振コンデンサ42のコンダ
クタンス値である。 (3)T2−T3の期間 T2−T3間は共振動作が完了し、主スイッチング素子
24に逆並列接続されたダイオード22が導通している
期間である。この間は主スイッチ電圧Vdsがゼロであ
り、T3で主スイッチング素子24をターンオンするこ
とによりゼロ電圧スイッチングが実現できる。また、補
助スイッチング素子34はターンオフされる。この期間
は、損失部分となるので短い方がよい。 (4)T3−T4の期間 T3で補助スイッチング素子34はターンオフし、補助
スイッチ電圧は第2の整流ダイオード36が導通するま
で出力電圧Voとなる。この期間に主スイッチング素子
24はターンオンする。そして、第2のチョーク30の
電流(エネルギー)ILrは第2の整流ダイオード36
を通して放出され、T4でゼロになり、第2の整流ダイ
オード36はT4でターンオフする。 (5)T4−T5の期間 回路はこの間、PWM昇圧チョッパ動作を行い、第1の
チョークを充電する。 (6)T5−T6の期間 T5で主スイッチング素子24はターンオフする。主ス
イッチ電圧Vdsは共振コンデンサ42によってゼロ電
圧から上昇し、第1の整流ダイオード26がターンオン
するT6で出力電圧Voに達する。 (7)T6−T0の期間 回路はこの間、PWM昇圧チョッパ動作を行い、第1の
チョーク20の電流(エネルギー)を出力側へ放出す
る。そして、T0で補助スイッチング素子34はターン
オンし以後上述のサイクルを繰り返す。
【0016】ところで、従来は、低出力時から出力定格
まで共振条件を満たすように、補助スイッチング素子3
4のオン期間(駆動時間)を固定させていたので、低出
力時においてT0−T1の期間が短くなり、損失となる
T2−T3の期間が長くなるというような現象が起こ
り、その結果変換効率が低くなっていた。
【0017】そこで、この発明においては、出力に応じ
て補助スイッチング素子34の駆動時間を変化させるこ
とで、損失部分となる時間を少なくし、出力が変化して
も高効率変換ができるようにするものである。
【0018】このような高効率変換を実現するには、損
失部分の期間T2−T3を理論的にゼロにするとよい。
そのためには、補助スイッチング素子34のオン期間
(駆動時間)をTD(T0−T2)にあわせるとよい。
このTDは、上述の数1および数2より明らかなよう
に、次式の数3で表される。
【0019】
【数3】
【0020】特に、第1項の入力電流Iiは出力と正比
例の関係にあるため、出力が変化するとオン期間もそれ
に伴い変化する。従って、入力電流Iiを検出し、TD
を計算することで、補助スイッチング素子34のオン期
間(駆動時間)が決定できる。
【0021】この実施例においては、補助スイッチング
素子34のゲート端子34aに付与されるゲート信号
を、低出力時では短く、高出力時では長く設定すること
で効率アップを実現した。
【0022】図3にこれを具体化するためのゲート信号
発生回路52の一例が示されている。この回路52は、
図の通り、PWM信号を入力として受けかつ遅延時間信
号TSを付与される遅延回路54と、それぞれがPWM
信号を一方入力に受ける第1および第2のAND回路5
6および58と、AND回路56の出力を受けてAND
回路58の他方入力に与えるNOT回路60とを含む。
AND回路56の他方入力には遅延回路54の出力、す
なわち遅延時間TDだけ遅延されたPWM信号が与えら
れる。また、遅延時間信号TSは、先に説明した計算
式、数3により決定される。
【0023】このゲート信号発生回路52の動作を図4
に示される各部(A〜E)の波形を参照して説明する。
【0024】先ず、遅延回路54には出力電圧Voを入
力信号とする力PWM信号発生回路46からのPWM信
号(Aの波形)が入力されると共に入力電流Iiと出力
電圧Voとに基づいて遅延時間算出回路50で算出され
た遅延時間信号TSが付与されるので、遅延回路54の
出力波形は遅延時間TDだけ遅れてBの波形が第1のA
ND回路56に入力信号として入力される。また、この
AND回路56にはPWM信号(Aの波形)も入力され
ているので、両信号が一致している期間だけCの波形と
して出力されることになる。この出力信号は昇圧コンバ
ータ10の主スイッチング素子24のゲート端子24a
にゲート信号(図2のSに該当)として印加されると共
にNOT回路60に入力信号として付与される。NOT
回路60からは入力信号の波形を反転した出力信号(D
の波形)が出力され、この出力信号は第2のAND回路
58にPWM信号と共に入力される。そして、第2のA
ND回路58からは先に説明した遅延時間TDに相当す
る幅の出力信号が出力されて昇圧コンバータ10の補助
スイッチング素子34のゲート端子34aにゲート信号
(図2のS1に該当)として印加される。
【0025】その結果、先にも説明したように、主スイ
ッチング素子24がオンする前に補助スイッチング素子
34がオンすることになり、しかも補助スイッチング素
子34のオン期間は、低出力時には短く、高出力時には
長くなるので、昇圧変換に伴う損失部分は少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による昇圧コンバータの回
路構成図である。
【図2】図1における各部の動作波形図である。
【図3】図1におけるゲート信号発生回路の一例を示す
構成図である。
【図4】図3における各部の動作波形図である。
【符号の説明】
10 …昇圧コンバータ 24 …主スイッチング素子(主スイッチング手段) 28 …主昇圧コンバータ回路 34 …補助スイッチング素子(補助スイッチング手
段) 38 …補助昇圧コンバータ回路 44 …コンピュータ 46 …PWM信号発生回路 48 …電流検出器 50 …遅延時間算出回路 52 …ゲート信号発生回路 54 …遅延回路 56、58 …第1および第2のAND回路 60 …NOT回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1のチョーク、主スイッチング手段およ
    び第1のダイオードを含む主昇圧コンバータ回路と、 前記主昇圧コンバータ回路に付加され、かつ第2のチョ
    ーク、補助スイッチング手段および第2のダイオードを
    含む補助昇圧コンバータ回路とを備え、 前記補助スイッチング手段のオン期間を前記主昇圧コン
    バータ回路の入力電流に応じて変える、昇圧コンバー
    タ。
  2. 【請求項2】前記補助スイッチング手段にオン信号を与
    えるための遅延回路、および前記入力電流に基づいて前
    記遅延回路における遅延時間を計算する計算手段をさら
    に備える、請求項1記載の昇圧コンバータ。
  3. 【請求項3】前記計算手段は前記遅延時間をさらに出力
    電圧に基づいて計算する、請求項2記載の昇圧コンバー
    タ。
  4. 【請求項4】第1のチョーク、主スイッチング手段およ
    び第1のダイオードを含む主昇圧コンバータ回路、 前記主昇圧コンバータ回路に付加され、かつ第2のチョ
    ーク、補助スイッチング手段および第2のダイオードを
    含む補助昇圧コンバータ回路、 前記第1のチョークを流れる入力電流を検出する電流検
    出器、 前記電流検出器で検出された入力電流に応じて遅延時間
    を算出する遅延時間算出回路、 前記主スイッチング手段及び補助スイッチング手段を駆
    動制御するためのPWM信号を発生するPWM信号発生
    回路、および前記遅延時間算出回路で算出された遅延時
    間及び前記PWM信号発生回路で発生したPWM信号に
    応じて前記主スイッチング手段及び前記補助スイッチン
    グ手段に夫々ゲート信号を付与するゲート信号発生回路
    とを備え、 前記ゲート信号発生回路は、前記補助スイッチング手段
    のオン期間を前記電流検出器で検出される入力電流に応
    じて変える、昇圧コンバータ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007215393A (ja) * 2006-02-09 2007-08-23 Linear Technol Corp フォトフラッシュ充電器における入力電流を低減するシステムと方法
JP2010124612A (ja) * 2008-11-20 2010-06-03 Daihen Corp 電力変換装置及びその制御方法
JP2017123710A (ja) * 2016-01-05 2017-07-13 田淵電機株式会社 非絶縁型昇圧スイッチング電源装置

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