JP2002300770A

JP2002300770A - 電圧変換装置

Info

Publication number: JP2002300770A
Application number: JP2001137990A
Authority: JP
Inventors: Minoru Nihongi; 実二本木; Isami Norikoshi; 勇美乗越
Original assignee: NIHONGI DENKI KK
Current assignee: NIHONGI DENKI KK
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】無駄を排除し基本的に機能を安価に実現するこ
とが可能な電圧変換装置を提供する。【解決手段】２組の巻線を持つ１つのインダクターＬの
その巻線ｎ１と直列に整流素子Ｄ１、コンデンサーＣ
１，Ｃ２、整流素子Ｄ２、巻線ｎ２、負極直流電源、正
極直流電源とに接続された閉ループを持ち、前記コンデ
ンサーＣ１、Ｃ２の接続点を接地して該コンデンサーの
両側から、あるいは又、カスケード接続されたコンデン
サーＣ１とコンデンサーＣ２の＋側端子と−側端子か
ら、及びその両方を任意に組み合わせた状態で負荷を取
り出すように構成された回路を有し、所定の手段でオン
・オフさせることによりインダクターＬに蓄えるエネル
ギーをコントロールして出力電圧を制御するためのスイ
ッチ素子を、インダクターの一方の巻線ｎ１の一端と他
方の巻線ｎ２の同一極性側の一端との間に矯絡するよう
に接続してなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば昇圧型コン
バータ等のように、インダクターに蓄えるエネルギーを
制御することによって電圧変換を行う電圧変換装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、昇圧型コンバータは、例えば図６
に示すように構成されており、直流入力電圧Ｖｉｎはイ
ンダクターＬと整流素子Ｄを経由して、コンデンサーＣ
に印加される。また、出力に対する図示しない負荷はコ
ンデンサーＣと並列に接続されており、スイッチ素子が
作動しない定常状態では、出力電圧Ｖｏｕｔは直流入力
電圧Ｖｉｎと等しくなる。したがって、入力電圧Ｖｉｎ
＜出力電圧Ｖｏｕｔの状態で作動するコンバータである
ことから、昇圧型と称されている。

【０００３】この昇圧型コンバータの回路では、初期状
態等の入力電圧Ｖｉｎ＞出力電圧Ｖｏｕｔの状態の時
に、電源電圧ＶｉｎとインダクターＬ、整流素子Ｄ及び
コンデンサーＣとで閉ループが形成され、入力電源から
コンデンサーＣに向かって電流が流れる。この状態は、
出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎと等しくなって整流
素子Ｄにより閉ループが遮断されるまで続き、この時に
はスイッチ素子Ｑは制御不能となる。

【０００４】そして、入力電圧Ｖｉｎ≦出力電圧Ｖｏｕ
ｔの状態においてスイッチ素子Ｑがオンすると、電源電
圧ＶｉｎとインダクターＬ、整流素子Ｄ、コンデンサー
Ｃとで閉ループが形成され、インダクターＬは直流入力
電圧Ｖｉｎに並列に接続されたことになり、電流が増加
し磁束が増えてエネルギーが蓄積される。この時に出力
側のコンデンサーＣは、整流素子Ｄが逆バイアスになり
遮断されているので、閉ループは１つしか存在しない。
また、必要量のエネルギーを蓄積した後にスイッチ素子
Ｑをオフさせると、この閉ループが遮断されインダクタ
ーＬに印加されていた電圧とは逆向きの電圧を発生し、
直流入力電圧Ｖｉｎと加算される。この時に整流素子Ｄ
は順バイアスとなり、電源電圧Ｖｉｎとインダクター
Ｌ、整流素子Ｄ、コンデンサーＣとで閉ループが形成さ
れ、コンデンサーＣ及び負荷側へエネルギーが移送され
る。

【０００５】この動作の電圧と電流の関係は、スイッチ
素子Ｑがオンしている期間をｄｔ１とし、インダクター
Ｌがエネルギーを放出している期間をｄｔ２とすると、
下記に示す式で表される。すなわち、蓄積期間ＩＬ＝（Ｖｉｎ／Ｌ）・ｄｔ１（式１）放出時間ｄｔ２＝（Ｌ・ＩＬ）／（Ｖｏｕｔ＋Ｖｄ−Ｖｉｎ）（式２）但し、ＩＬはスイッチ素子Ｑがオフする直前のインダク
ターＬの電流ピーク値、ＬはインダクターＬのインダク
タンス値、Ｖｄは整流素子Ｄの順方向電圧降下である。

【０００６】また、昇圧コンバーターとして動作させた
時の入力電圧と出力電圧の関係は、下記に示す式で表さ
れる。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ（１＋（ｔｏｎ・Ｔ）／（ｔｏｆｆ・Ｔ））（式３）Ｄｕｔｙ比Ｄ＝ｔｏｎ／Ｔ＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｉｎ）／Ｖｏｕｔ（式４）但し、ｔｏｎはスイッチ素子Ｑのオン時間、ｔｏｆｆは
スイッチ素子Ｑのオフ時間、Ｔはスイッチ素子Ｑがオン
・オフを繰り返す時間である。

【０００７】一方、交流電源からなるべく高い電圧の直
流電圧を得る場合等に、＋側と−側にそれぞれ半波整流
方式を持ちそれをカスケード接続して、±の直流電圧と
して用いられている。この±電圧をさらに高い電圧に昇
圧して、制御するために電圧変換を行う簡便な方法とし
て、図５に示すように上記昇圧型コンバーターが、＋側
と−側にそれぞれに用いられている。この回路の場合、
負荷が＋側、−側それぞれに独立性が要求される場合を
除き、主として＋側の＋端子と−側の−端子とに接続さ
れるような場合には、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２は同じタ
イミングで同じ動作をすれば良く１つの制御回路で動作
させることができる。

【０００８】また、この場合、２つの回路が合成される
ので、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２それぞれがそのオン時間
に形成されていた閉ループと、合成されたことによる閉
ループが１つできて、合計３つの閉ループが形成され
る。また、オフ時にも同様に別の３つの閉ループが形成
される。なお、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２の耐圧は、オフ
時に直流入力電圧にインダクターＬ１、Ｌ２で発生する
電圧を加えた電圧が昇圧された出力電圧にクランプされ
る形となるため、出力電圧と同じ値が要求される。ま
た、整流素子Ｄ１、Ｄ２も遮断時に出力電圧をブロック
するため、出力電圧と同じ値が要求される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５の
昇圧型コンバーターにおいては、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ
２がオン時の閉ループで、２つのインダクターＬ１、Ｌ
２にエネルギーを蓄える機能を果たし、オフ時の閉ルー
プでエネルギーをコンデンサーＣ１、Ｃ２（出力側）に
移送する役目を担うことになるため、機能的に重複した
部品が存在して無駄があり、製品コストをアップさせる
という問題点を有している。そこで、この無駄を省こう
として、従来＋側、−側にそれぞれあったスイッチ素子
Ｑ１、Ｑ２を１つにすると、１つで±出力電圧値を加え
た値がスイッチ素子の耐圧として要求され、出力電圧が
高くなると必要な耐圧のスイッチ素子を選択できないと
いう反対効果がある。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的は、前記反対効果を押さえながら、
無駄を排除し基本的に機能を安価に実現することが可能
な電圧変換装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、本発明のうち請求項１記載の発明は、２組の巻線を
持つ１つのインダクターＬのその巻線ｎ１と直列に整流
素子Ｄ１、コンデンサーＣ１，Ｃ２、整流素子Ｄ２、巻
線ｎ２、負極直流電源、正極直流電源とに接続された閉
ループを持ち、前記コンデンサーＣ１、Ｃ２の接続点を
接地して該コンデンサーの両側から、あるいは又、カス
ケード接続されたコンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２
の＋側端子と−側端子から、及びその両方を任意に組み
合わせた状態で負荷を取り出すように構成された回路を
有し、所定の手段でオン・オフさせることによりインダ
クターＬに蓄えるエネルギーをコントロールして出力電
圧を制御するためのスイッチ素子を、インダクターの一
方の巻線ｎ１の一端と他方の巻線ｎ２の同一極性側の一
端との間に矯絡するように接続してなることを特徴とす
る。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、２組の巻線
を持つ１つのインダクターＬのその巻線ｎ１と直列に整
流素子Ｄ１、コンデンサーＣ、整流素子Ｄ２、巻線ｎ２
及び直流電源とに接続された閉ループを持ち、前記コン
デンサーＣの両端から負荷を取り出すように構成された
回路を有し、所定の手段でオン・オフさせることにより
インダクターに蓄えるエネルギーをコントロールして出
力電圧を制御するためのスイッチ素子を、インダクター
の一方の巻線ｎ１の一端と他方の巻線ｎ２の同一極性の
一端との間に矯絡するように接続してなることを特徴と
する。また、請求項３記載の発明は、前記スイッチ素子
の矯絡点が巻線同士の同一極性であることを特徴とす
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係わる電
圧変換装置の一実施例を示す回路図である。図におい
て、電圧変換装置の端子１には、接地された正極性の直
流電源の＋側が接続され、端子２には接地点でアースケ
ーブルが接続され、端子３には接地された負極性の直流
電源の−側が接続される。また、端子４には正極性の電
圧が出力され、端子５には負極性の電圧が出力され、こ
の端子４、５に図示しない負荷が接続される。なお、負
荷は、接地されている場合もあり、接地されていない場
合もあり、また正極側と負極側の負荷の容量が異なって
いる場合も含め、全て任意に組み合わせて使用される。

【００１４】Ｌは磁性材料をコアに持つインダクターで
同じ方向に巻かれた２つの巻線ｎ１、ｎ２を有し、その
巻数ｎ１、ｎ２は同じに設定されている。つまり、それ
ぞれの巻線ｎ１，ｎ２がもつインダクタンス値を同じと
し、なおかつ巻線端子の極性を明確に識別できるように
する。そして、１つの巻線ｎ１の巻き始め端子ａを端子
１に接続し、巻き終わり端子ｂを整流素子Ｄ１のアノー
ド端子に接続し、電源から負荷までの間の正極ラインに
巻線ｎ１と整流素子Ｄ１の直列パスを設ける。

【００１５】また、他方の巻線ｎ２は、電源から負荷ま
での間の負極ラインに同様に直列パスを設けるために、
巻き終わり端子ｃを端子３に、巻き始め端子ｄを整流素
子Ｄ２のカソード端子に接続する。なおここで、便宜上
巻線端子ａ、ｂ、ｃ、ｄを巻き始めと巻き終わりで表現
したが、巻線ｎ１、ｎ２それぞれの巻き方向が異なる場
合には表現が異なる。本質的に、巻き始めと巻き終わり
はどちらでも良く、ｂ端子とｃ端子の極性を合わせるこ
とが必要な条件である。

【００１６】Ｑはスイッチ素子で、例えば半導体スイッ
チと称されるＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴ、トランジスタ
等が使用され、インダクターＬの同極性巻線端子ｂ、ｃ
間に接続され、オンさせることにより、巻線ｎ１に端子
１、３間の電圧を印加して、インダクターＬにエネルギ
ーを蓄積する。なお、スイッチ素子Ｑの接続は、他方の
同極性端子ａ、ｄ間を選択した場合であっても、他方の
巻線ｎ２に電圧が印加されて同じくエネルギーが蓄積さ
れるのでどちらでもよい。

【００１７】Ｄ１、Ｄ２は整流素子で、例えば半導体整
流器と称されるシリコンダイオード、ＭＯＳ−ＦＥＴ等
が使用され、昇圧された出力電圧と入力電圧を遮断する
ために設けられ、インダクターＬがエネルギー放出時に
巻線ｎ１、ｎ２に発生する電圧が十分に高い時にのみ電
流を通す。

【００１８】Ｃ１、Ｃ２はコンデンサーで、キャパシタ
ーとも称されその種類は問わず目的に合わせて、電解コ
ンデンサー、フィルムコンデンサー、セラミックコンデ
ンサー等が使用され、電流の形で間欠的に送られてくる
エネルギーを一時的に蓄え、電圧源として負荷にエネル
ギーを供給するフィルターの役割を担うために設けられ
る。なお、これらの４点の部品は、接地点を中性点とす
る±電圧を出力するに必要不可欠であり、この点は、従
来と変わるところではない。また、図のＰ１は、スイッ
チ素子をオン・オフさせるためのドライブ制御回路であ
る。

【００１９】この電圧変換装置は次のよう動作する。す
なわち、負荷を除いて、スイッチ素子Ｑがオンの時に
は、接地点端子２から端子１間の正極性直流入力電源
と、インダクターＬの巻線ｎ１と、スイッチ素子Ｑ、及
び端子３から接地端子２間の負極性直流電源とで形成さ
れた１つの閉ループのみが存在し、端子２から接地へル
ープ電流は流れず、端子２への接続は電位の固定のみに
用いられる。

【００２０】この時に、インダクターＬは、巻線ｎ１が
直流入力電圧Ｖｉｎ^＋と直流入力電圧Ｖｉｎ⁻を加算し
た入力電源に並列に接続されて励磁され巻線ｎ１の電流
が増えて、エネルギーを蓄積する、このエネルギーは従
来の直流入力電圧の片側に接続された時と比べて４倍に
なる。この時に巻線ｎ２はＶｉｎ^＋＋Ｖｉｎ⁻の電圧を
発生し、（ｄ）点の電位を直流入力電圧Ｖｉｎ^＋のプラ
ス側電位まで引き上げる。また、（ｂ）点の電位はスイ
ッチ素子Ｑにより直流入力電圧Ｖｉｎ⁻のマイナス側電
位まで引き下げられているので、出力側のコンデンサー
Ｃ１、Ｃ２は整流素子Ｄ１、Ｄ２のどちらも逆バイアス
になり入力側から遮断されている。

【００２１】この時の整流素子Ｄ１、Ｄ２にかかる逆バ
イアス電圧は、整流素子Ｄ１に対しては出力の＋電圧Ｖ
ｏｕｔ^＋に−の直流入力電圧Ｖｉｎ⁻が加わり、整流素
子Ｄ２に対しては、出力の−の電圧Ｖｏｕｔ⁻に＋の直
流入力電圧Ｖｉｎ^＋が加わり、入力の±電圧が同じ値で
あれば、これら２つの整流素子Ｄ１、Ｄ２にかかる逆バ
イアス電圧は同じとなる。

【００２２】そして、必要量のエネルギーを蓄積した後
に、スイッチ素子Ｑをオフさせると、インダクターＬは
印加されていた電圧とは逆向きの電圧をその巻線ｎ１、
ｎ２に発生する。この時にオフしたスイッチ素子Ｑにか
かる電圧は、２つの直流入力電圧（端子１と端子３の間
の電圧）に、インタクターＬの巻線ｎ１に発生した電圧
を加えた値となる。これは、整流素子Ｄ１、Ｄ２にかか
る逆バイアス電圧ともほぼ等しく、出力電圧（Ｖｏｕｔ
^＋とＶｏｕｔ⁻を加えた端子４と端子５の間の電圧）よ
りもインダクターＬの巻線ｎ２が発生する電圧分だけ低
い値に収まる。したがって、スイッチ素子Ｑに要求され
る耐圧を軽減させることができて、昇圧比を大きくする
ということが、インダクターＬの巻線ｎ１、ｎ２に発生
させる電圧を高くすることであることから、大きくする
ほど軽減率も増えるという好都合な特性となる。

【００２３】スイッチ素子Ｑのオフにより巻線ｎ１に発
生した電圧は、直流入力電圧Ｖｉｎ^＋と加算されて整流
素子Ｄ１を順バイアスにして、接地端子２から端子１の
間の正極性直流入力電源と、インダクターＬの巻線ｎ
１、整流素子Ｄ１、コンデンサーＣ１で、接地端子２に
戻る閉ループを形成してコンデンサーＣ１を充電する。
また、巻線ｎ２に発生した電圧は、直流入力電圧Ｖｉｎ
^＋と加算されて整流素子Ｄ２を順バイアスにして、接地
端子２から端子３の間の負極性直流入力電源と、インダ
クターＬの巻線ｎ２と、整流素子Ｄ２、コンデンサーＣ
２で、接地端子２に戻る閉ループを形成してコンデンサ
ーＣ２を充電する。当然ながら、コンデンサーＣ１、Ｃ
２へ充電することは並列に接続されている負荷側にエネ
ルギーが移送されることを意味する。

【００２４】さらに、必然的にできてしまう合成ルー
プ、接地端子２から端子１の間の正極性直流入力電源と
インダクターＬの巻線ｎ１と、整流素子Ｄ１、コンデン
サーＣ１、コンデンサーＣ２、整流素子Ｄ２、インダク
ターＬの巻線ｎ２、端子３から接地端子２の間の負極性
直流入力電源とで、接地端子２に戻る閉ルーブが存在し
ている。したがって、±出力電圧の正・負の負荷がアン
バランスであっても対応でき、その場合には、端子２と
接地間にアンバランス分の電流が流れる。また、正・負
の負荷がバランスしている時には、合成ループにのみ電
流が流れ、端子２から接地へループ電流は流れず、端子
２への接続は電位を固定する役割のみ担っている。

【００２５】この場合に、インダクターＬに蓄えられた
エネルギーは、２つの巻線ｎ１、ｎ２を通して放出され
るので、それぞれの放出量は、２つの巻線ｎ１、ｎ２が
それぞれ関与している２つの閉ループの合成インピーダ
ンスが２つの巻線ｎ１、ｎ２にとって全く等しければ同
量となる。また、２つの巻線ｎ１、ｎ２の巻数を同数に
することにより、エネルギー放出時に発生する電圧は同
じとなるため、直流入力電圧Ｖｉｎ^＋とＶｉｎ⁻とが同
じであれば、昇圧された出力電圧Ｖｏｕｔ^＋とＶｏｕｔ
⁻は同じ値となる。もし仮に、＋側負荷と−側負荷が異
なった場合でも、上記閉ループのインピーダンスが異な
り、低い方のループに多くエネルギーを放出するので、
出力電圧は同じ値でバランスすることになる。

【００２６】スイッチ素子Ｑがオフでも、インダクター
Ｌがエネルギーを放出し終わってしまうと、インダクタ
ーＬの巻線ｎ１、ｎ２の発生電圧はなくなり、整流素子
Ｄ１、Ｄ２が遮断するため閉ループは存在しなくなる。
また、同じくスイッチ素子Ｑがオフ状態で、出力電圧が
入力電圧よりも下がると、あるいは電源投入時の初期状
態のように、出力電圧が入力電圧を超えるまで立ち上が
ってくる間は、上記３つの閉ループが形成されるが、こ
の時は、インダクターＬはエネルギーを放出することが
できず、飽和するまではエネルギーを蓄積することにな
る。

【００２７】この動作の電圧と電流の関係式は、スイッ
チ素子Ｑがオンしている時間をｄｔ１とし、インダクタ
ーＬがエネルギーを放出している時間をｄｔ２とする
と、下記に示す式で表される。蓄積時間ＩＬ＝（（２・Ｖｉ）／Ｌ）・ｄｔ１（式５）放出時間ｄｔ２＝（Ｌ・ＩＬ）／２Ｖｏ（式６）ここで、ＩＬはスイッチ素子Ｑがオフする直前のインダ
クターＬの巻線ｎ１の電流ピーク値、Ｖｉは直流入力電
圧の＋側Ｖｉｎ^＋と−側Ｖｉｎ⁻とが同じ電圧値として
その値、ＬはインダクターＬの巻線ｎ１、ｎ２それぞれ
の同じインダクタンス値、Ｖｄは整流素子Ｄ１、Ｄ２の
それぞれ順方向電圧降下分で同じ値、Ｖｏはインダクタ
ーＬの発生電圧で２つの巻線ｎ１、ｎ２がかかわるルー
プで低い方の電圧である。

【００２８】また、ループ上のラインロッドを、巻線ｎ
１がかかわる正極ループをｒ１、巻線ｎ２がかかわる負
極ループをｒ２とすると、Ｖｏｕｔ^＋≧Ｖｏｕｔ⁻の時、Ｖｏ＝Ｖｏｕｔ⁻＋Ｖｄ＋ＩＬｎ１・ｒ１−ＶｉＶｏｕｔ^＋≦Ｖｏｕｔ⁻の時、Ｖｏ＝Ｖｏｕｔ^＋＋Ｖｄ＋ＩＬｎ２・ｒ２−ＶｉＩＬｎ１＋ＩＬｎ２＝ＩＬ−（（Ｖｏｕｔ^＋＋Ｖｄ＋ＩＬｎ１・ｒ１−Ｖｉ）＋（Ｖｏｕｔ^＋＋Ｖｄ＋ＩＬｎ２・ｒ２−Ｖｉ））・ｄｔ２／Ｌ（式７）ここで、ＩＬｎ１はスイッチ素子Ｑがオフした後ｄｔ２
経過後時のインダクターＬの巻線ｎ１の電流値、ＩＬｎ
２はスイッチ素子Ｑがオフした後ｄｔ２経過後時のイン
ダクターＬの巻線ｎ２の電流値である。

【００２９】そこで、＋側と−側の閉ループの合成イン
ピーダンスが全く等しい場合には、そのラインドロップ
をｒとし、インダクターＬの電流をＩＬとすると、前記
式７は、次の式８で表される。ＩＬ＝ＩＬｎ１＋ＩＬｎ２＝ＩＬ−２・（Ｖ０）・ｄｔ２／Ｌ（式８）そして、ＩＬｎ１＝ＩＬｎ２＝ＩＬ／２である。

【００３０】また、上記回路を昇圧コンバータとして動
作させた時の入力電圧と出力電圧の関係式は、従来とは
異なり、下記の示す式で表される。出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ（１＋２・（ｔｏｎ・Ｔ）／（ｔｏｆｆ・Ｔ））（式９）Ｄｕｔｙ比Ｄ＝ｔｏｎ／Ｔ＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｉｎ）／（Ｖｏｕｔ＋Ｖｉｎ）（式１０）ここで、式９右辺の括弧の中に式３には無かった２とい
う係数がついており、これは入力電圧に対する出力電圧
の比である昇圧率が高くなることを意味している。ま
た、式１０の右辺の分母の項の括弧内には式４には無か
った入力電圧の項が入っており、これは同じ出力電圧を
得る場合のスイッチ素子ＱのオンＤｕｔｙ比を下げるこ
とを意味している。これらにより、従来に比べて高い電
圧を作り出す時の容易性を提供することになる。

【００３１】図４は、直流入力電圧Ｖｉｎ^＋、Ｖｉｎ⁻
をそれぞれ２００Ｖとし、出力電圧を±５００Ｖに昇圧
して１００ｋＷの出力を得る電圧変換装置に適用した場
合のシュミレーションによる動作波形を示している。図
４において、は整流素子Ｄ１の整流波形を示す。スイ
ッチ素子Ｑがオフした直後に流れ出す電流のピーク値
は、スイッチ素子Ｑがオフする直前に流れていたピーク
値よりちょうど半分になっている。残りの半分は整流素
子Ｄ２側に流れており、インダクターＬの２つの巻線ｎ
１、ｎ２は半分ずつ分担して、エネルギーを放出してい
る。はスイッチ素子Ｑの電流波形を示す。この電流は
全てインダクターＬの巻線ｎ１に流れており、右上がり
の傾斜はインダクタンス値と印加される電圧によって決
まる電流増加分である。また、オン直後に立ち上がって
いる電流値はスパイク状の値を除き、オン直前にインダ
クターＬに流れていた全電流と等しく、オン・オフを繰
り返す中で前サイクル終了時までバイアス的に流れてい
たインダクターＬの中の直流電流である。

【００３２】は整流素子Ｄ１の電圧波形を示す。Ｖｏ
ｕｔ^＋の５００ＶとＶｉｎの２００Ｖを加えた約７００
Ｖになっている。は出力電圧Ｖｏｕｔ^＋＋Ｖｏｕｔ⁻
の波形を示す。１０００Ｖのフラツトな波形となってい
る。Ｖｏｕｔ^＋、Ｖｏｕｔ⁻はそれぞれ５００Ｖになっ
ており、２００Ｖの入力から５００Ｖに昇圧するために
インダクターＬの巻線ｎ１は３００Ｖの電圧を発生して
いる。もう一方の巻線ｎ２も同じく３００Ｖ発生してお
り、２つの入力電圧と加えられてトータルで１０００Ｖ
になる。はスイッチ素子Ｑの電圧波形を示す。２つの
入力電圧Ｖｉｎ^＋とＶｉｎ⁻の和の４００Ｖと、インダ
クターＬの巻線ｎ１の発生電圧３００Ｖを加えた約７０
０Ｖになっている。スイッチ素子及び整流素子の順方向
電圧降下分等を無視すれば、この電圧は整流素子にかか
る電圧と同じ値になる。そして、出力電圧と比べた場合
に、確実にインダクターＬの巻線１つ分が発生している
昇圧電圧の値だけ低くなる。はスイッチ素子Ｑをオン
・オフさせるドライブ信号を示す。オン時間Ｄｕｔｙ比
が０．４３で４００Ｖの入力電圧から１０００Ｖに昇圧
するのに必要な値となっている。

【００３３】図２と図３は、本発明のそれぞれ他の実施
例を示す回路図である。以下、上記実施例と同一部位に
は同一符号を付して説明する。図２に示す実施例は、上
記実施例の接地端子２を省いたもので、端子間１４、１
５間には１つのコンデンサーＣが接続される。この実施
例においても、上記実施例と基本的に略同様の作用効果
が得られる。

【００３４】また、図３に示す実施例は、図１と同様、
インダクターの持つ電磁的特性を活用して１個のインダ
クターＬと１個のスイッチ素子Ｑで、変圧器を使用する
ことなく簡単に±２つの電圧を昇圧し、安定化等の制御
目的に合わせた電圧に制御するようにしたものである。
この実施例の場合、スイッチ素子Ｑの接続点がインダク
ターＬの２つの巻線ｎ１、ｎ２の出力側異極性端子とな
っており、エネルギーを蓄える時に、直流入力電圧（Ｖ
ｉｎ^＋＋Ｖｉｎ⁻）を２つの巻線ｎ１、ｎ２が半分づつ
分担し、同時に同じ電流が流れて、インダクターＬの磁
束が増加していく点が上記実施例と異なり、エネルギー
放出時は全く同じ回路となる。

【００３５】また、この回路の場合、直流入力電圧Ｖｉ
ｎ^＋、Ｖｉｎ⁻、インダクターＬ、スイッチ素子Ｑのオ
ン時間ｄｔ１が同じであると、蓄えられるエネルギーは
電流の２乗に比例するので、１つの巻線で倍の電圧を印
加した図１の場合に比較して、２つの巻線ｎ１、ｎ２に
半分づつ電圧を印加して２つ加えることになり、エネル
ギーの蓄積量は半分となる。したがって、この実施例の
回路は、図１の実施例と機能的に同じであっても特性が
異なり、昇圧型コンバータに適用した場合の入力電圧と
出力電圧の関係は、従来のものと同じで図１の回路と同
じ昇圧比を得ようとすると、スイッチ素子ＱのオンＤｕ
ｔｙ比を上げる必要がある。

【００３６】また、スイッチ素子Ｑにかかる電圧は±出
力電圧を加えた直流となり、素子を一つにしたことによ
り倍の耐圧が素子に要求される。一方、整流素子は従来
技術のものと同様に２個用いているので、かかる電圧は
それぞれ片側の出力電圧値となって従来と同様である。

【００３７】この回路によれば、インダクターＬに設け
た２つの巻線ｎ１、ｎ２を有効に利用している。つま
り、前述したように、直列接続されたコンデンサーＣ
１、Ｃ２を含む閉ループ上に、２つの巻線ｎ１、ｎ２は
直列に接続され、エネルギー放出時に昇圧機能を果た
し、スイッチ素子Ｑを含む閉ループ上には、１つの巻線
しか直列に接続されていないために、スイッチ素子Ｑに
かかる電圧は、インダクターＬの１つの巻線ｎ２が発生
する電圧だけ、±出力電圧を加えた電圧より低く低減さ
れる。

【００３８】仮に、スイッチ素子Ｑのオン時間ｄｔ１を
オフ時間ｄｔ２の半分にして、いわゆるＤｕｔｙ比０．
３３で制御すると、出力電圧は入力電圧の２倍に昇圧で
きるが、その場合でも、１つの巻線で分担する昇圧電圧
は入力電圧の片側分と等しくなり、出力電圧（±出力電
圧を加えた値）の１／４に相当する。すなわち、７５％
の電圧低減を実現できることになる。

【００３９】一方、整流素子に関してその遮断時にかか
る電圧は、従来技術のものは各出力電圧と等しかった
が、この回路では、片側の出力電圧に反対極性側の直流
に電圧が加わり、スイッチ素子Ｑと同じ電圧となり、従
来よりも高い逆耐圧が要求されるという反対効果が得ら
れる。しかしながら、一般的に整流素子は比較的高耐圧
のものがスイッチ素子Ｑに比較して安価で入手し易く、
特に出力容量が大きくなるにつれて高耐圧のスイッチ素
子Ｑは価格も高く品種も少なく入手が困難になってくる
ので、実質的にはスイッチ素子Ｑの耐圧低減には、整流
素子に対する反対効果を上回る大きな効果をもたらすこ
とになる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１ないし３
記載の発明によれば、正極用と負極用の２つのコンバー
タを必要とせず、安価に形成できて経済的効果が図れる
と共に、単一電源への応用も可能で、その場合低いＤｕ
ｔｙ比で同じ出力比を得ることができて、スイッチ素子
に要求される耐圧容量を低減させることができ、例えば
２倍の昇圧比を得る場合の耐圧が７５％でよく、また４
場合の昇圧比を得るための耐圧が６２．５％でよい等、
特に高圧出力を得る場合にスイッチ素子の選択の容易性
を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電圧変換装置の一実施例を示す
回路図

【図２】本発明に係わる電圧変換装置の他の実施例を示
す回路図

【図３】本発明に係わる電圧変換装置のさらに他の実施
例を示す回路図

【図４】本発明の動作波形図

【図５】従来例を示す回路図

【図６】従来を示す昇圧型コンバータの基本回路図

【符号の説明】

１、２、３、４、５端子Ｌ、Ｌ１、Ｌ２インダクターｎ１、ｎ２巻線ａ、ｂ、ｃ、ｄインダクターの接続点Ｑ、Ｑ１、Ｑ２スイッチ素子Ｄ、Ｄ１、Ｄ２整流素子Ｃ、Ｃ１、Ｃ２コンデンサーＰ１、Ｐ２トライブ制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２組の巻線を持つ１つのインダクターＬの
その巻線ｎ１と直列に整流素子Ｄ１、コンデンサーＣ
１，Ｃ２、整流素子Ｄ２、巻線ｎ２、負極直流電源、正
極直流電源とに接続された閉ループを持ち、前記コンデ
ンサーＣ１、Ｃ２の接続点を接地して該コンデンサーの
両側から、あるいは又、カスケード接続されたコンデン
サーＣ１とコンデンサーＣ２の＋側端子と−側端子か
ら、及びその両方を任意に組み合わせた状態で負荷を取
り出すように構成された回路を有し、所定の手段でオン
・オフさせることによりインダクターＬに蓄えるエネル
ギーをコントロールして出力電圧を制御するためのスイ
ッチ素子を、インダクターの一方の巻線ｎ１の一端と他
方の巻線ｎ２の同一極性側の一端との間に矯絡するよう
に接続してなることを特徴とする電圧変換装置。
【請求項２】２組の巻線を持つ１つのインダクターＬの
その巻線ｎ１と直列に整流素子Ｄ１、コンデンサーＣ、
整流素子Ｄ２、巻線ｎ２及び直流電源とに接続された閉
ループを持ち、前記コンデンサーＣの両端から負荷を取
り出すように構成された回路を有し、所定の手段でオン
・オフさせることによりインダクターに蓄えるエネルギ
ーをコントロールして出力電圧を制御するためのスイッ
チ素子を、インダクターの一方の巻線ｎ１の一端と他方
の巻線ｎ２の同一極性の一端との間に矯絡するように接
続してなることを特徴とする電圧変換装置。
【請求項３】前記スイッチ素子の矯絡点が巻線同士の同
一極性であることを特徴とする請求項１または２記載の
電圧変換装置。