JP2003111412A - Dc-dc converter - Google Patents

Dc-dc converter

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JP2003111412A JP2001301601A JP2001301601A JP2003111412A JP 2003111412 A JP2003111412 A JP 2003111412A JP 2001301601 A JP2001301601 A JP 2001301601A JP 2001301601 A JP2001301601 A JP 2001301601A JP 2003111412 A JP2003111412 A JP 2003111412A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain a DC-DC converter capable of reducing loss caused by a leakage inductance, and high conversion efficiency. SOLUTION: In this DC-DC converter, there are provided a plurality of basic units M1 (M1 to M4) which comprise a first circuit for converting an input DC signal into a high frequency signal by a switching device Q1 which is ON- OFF drive-controlled by a first pulse signal PWM (A), and filters and outputs the signal obtained by boosting the converted high frequency signal at the transformer T1; and a second circuit which converts the input DC signal into the high frequency signal by a switching device Q2 which is ON-OFF drive- controlled by a second pulse signal PWM (B) of the phase different 180 deg. from the first pulse signal PWM (A), and filters and outputs the signal obtained by boosting the converted high frequency signal at the transformer T2. The input sides of the plurality of basic units M1 to M4 are connected in parallel and the output sides thereof are connected in series.

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、トランスを用いた
絶縁型DC/DCコンバータに関し、特に高効率のDC
/DCコンバータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulation type DC / DC converter using a transformer, and particularly to a high efficiency DC
/ DC converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の絶縁型DC/DCコンバ
ータの一例が図4に示されている。図示の絶縁型DC/
DCコンバータ(フォワードコンバータ)回路では、入
力直流電圧がキャパシタC201を介してスナバとスイ
ッチ素子Q201の直列回路に入力され、スイッチ素子
Q201は、その入力側(ベース)に印加されるパルス
列信号によりON、OFF駆動制御され、スナバが絶縁
トランスT201の1次側とダイオードD201に並列
に接続されている。
2. Description of the Related Art An example of a conventional insulation type DC / DC converter of this type is shown in FIG. Insulated type DC /
In a DC converter (forward converter) circuit, an input DC voltage is input to a series circuit of a snubber and a switch element Q201 via a capacitor C201, and the switch element Q201 is turned on by a pulse train signal applied to its input side (base), The OFF drive control is performed, and the snubber is connected in parallel to the primary side of the insulating transformer T201 and the diode D201.

【0003】従来の絶縁型DC/DCコンバータは、こ
のような構成を有し、トランスT201の動作を介して
入力側から出力側にエネルギーを伝達する。スイッチ素
子Q201がオンの期間中に、エネルギーは直接出力に
転送される。スイッチ素子Q201がオンのとき、トラ
ンスの2次側は正となり、ダイオードD201を通して
電流が負荷に供給される。スイッチ素子Q201がター
ンオフした時には出力巻線は負となり、ダイオードD2
02に転流電流が流れる。
The conventional insulation type DC / DC converter has such a structure and transfers energy from the input side to the output side through the operation of the transformer T201. Energy is directly transferred to the output while the switch element Q201 is on. When the switch element Q201 is turned on, the secondary side of the transformer becomes positive and current is supplied to the load through the diode D201. When the switch element Q201 is turned off, the output winding becomes negative and the diode D2
A commutation current flows through 02.

【0004】図中のスナバは、スイッチ素子Q201や
ダイオードD201を、トランスのリーケージインダク
タンスによって発生する過電圧スパイクから保護するた
めのものである。
The snubber in the figure protects the switching element Q201 and the diode D201 from an overvoltage spike generated by the leakage inductance of the transformer.

【0005】上述の従来の絶縁型DC/DCコンバータ
(フォワードコンバータ)は、スイッチ素子Q201を
高周波パルスでON、OFF駆動制御することにより、
入力直流電圧を絶縁トランスT201を介して2次側で
昇圧し、この昇圧電圧をダイオードD201で整流し、
更に平滑コンデンサC202で平滑して出力に高電圧出
力を得ている。
The above-mentioned conventional insulation type DC / DC converter (forward converter) controls ON / OFF driving of the switching element Q201 by a high frequency pulse.
The input DC voltage is boosted on the secondary side through the insulating transformer T201, and the boosted voltage is rectified by the diode D201.
Further, the smoothing capacitor C202 smoothes it to obtain a high voltage output.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来型のDC/DCコンバータは、次のような問題点を
内包する。例えば、入力30Vから出力360Vを得る
場合を考え、スイッチ素子Q201をON.OFF駆動
制御するパルスのデューティを45%とすると、トラン
スT201の1次、2次の巻線比Nは約27となる。
However, such a conventional DC / DC converter has the following problems. For example, considering the case where an output of 360V is obtained from an input of 30V, the switch element Q201 is turned on. When the duty of the pulse for OFF drive control is 45%, the primary and secondary winding ratio N of the transformer T201 is about 27.

【0007】第1の問題点は、このように巻線比が大き
くなるとトランスT201の結合率が極端に悪化してリ
ーケージインダクタンス(漏れインダクタンス)が増加
することである。
The first problem is that the coupling ratio of the transformer T201 is extremely deteriorated and the leakage inductance is increased when the winding ratio is increased.

【0008】第2の問題点は、1次側の電流は巻数比N
に比例するため、巻線比が大になるとスイッチ素子Q2
01に多大なスイッチング電流が流れる。したがって、
大電流に対応したスイッチ素子を使用しなければならず
コストアップの要因となる。
The second problem is that the current on the primary side has a winding ratio N
Since it is proportional to
A large switching current flows through 01. Therefore,
A switch element corresponding to a large current must be used, which causes a cost increase.

【0009】第3の問題点は、上記増加するリーケージ
インダクタンスにはスイッチング電流の2乗に比例した
エネルギーが蓄えられるが、このエネルギーを付加的な
回路であるスナバ回路等で消費しなければならず高い変
換効率が望めないことである。
The third problem is that the increasing leakage inductance stores energy proportional to the square of the switching current, but this energy must be consumed by an additional circuit such as a snubber circuit. That is, high conversion efficiency cannot be expected.

【0010】第4の問題点は、トランスT201の2次
側の電圧が高くなると2次側の整流ダイオードD20
1、転流ダイオードD202のそれぞれに高耐圧品が必
要となる。一般的に高耐圧のダイオードは逆回復特性が
悪く、このため逆回復期間中にエネルギーを消費するこ
とになり、高い変換効率を阻む一因となっている。
The fourth problem is that when the voltage on the secondary side of the transformer T201 increases, the rectifying diode D20 on the secondary side
1. A high breakdown voltage product is required for each of the commutation diodes D202. Generally, a diode having a high breakdown voltage has a poor reverse recovery characteristic, and thus consumes energy during the reverse recovery period, which is one of the factors that hinder high conversion efficiency.

【0011】第5の問題点は、前記逆回復時間中に流れ
る電流はトランスT201を介して一次側に戻りスイッ
チ素子Q201の貫通電流となるため、この事も変換効
率の低下を招く原因となっている。
The fifth problem is that the current flowing during the reverse recovery time returns to the primary side through the transformer T201 and becomes a through current of the switch element Q201, which also causes a reduction in conversion efficiency. ing.

【0012】そこで、本発明の目的は、リーケージイン
ダクタンスによる損失を低減できるだけでなく変換効率
の高いDC/DCコンバータを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a DC / DC converter which not only can reduce loss due to leakage inductance but also have high conversion efficiency.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明によるDC/DCコンバータは、次のような
特徴的な構成を採用している。
In order to solve the above-mentioned problems, the DC / DC converter according to the present invention adopts the following characteristic structure.

【0014】(1)第1のパルス信号でON、OFF駆
動制御されるスイッチ素子により入力直流信号を高周波
信号に変換し、変換された高周波信号をトランスで昇圧
して得られる信号を平滑して出力する第1の回路と、前
記第1のパルス信号とは位相が180度異なる第2のパ
ルス信号でON、OFF駆動制御されるスイッチ素子に
より入力直流信号を高周波信号に変換し、変換された高
周波信号をトランスで昇圧して得られる信号を平滑して
出力する第2の回路とを有する基本ユニットを複数個備
え、前記複数個の基本ユニットの入力側が並列接続され
るとともに、前記複数個の基本ユニットの出力側が直列
接続されて成るDC/DCコンバータ。
(1) An input DC signal is converted into a high frequency signal by a switch element which is ON / OFF driven by a first pulse signal, and the converted high frequency signal is boosted by a transformer to smooth the signal obtained. The input first DC signal is converted into a high frequency signal by a switch element that is ON / OFF driven and controlled by a second pulse signal whose phase is 180 degrees different from that of the first circuit for outputting and the first pulse signal. A plurality of basic units each having a second circuit for smoothing and outputting a signal obtained by boosting a high frequency signal by a transformer are provided, and the input sides of the plurality of basic units are connected in parallel and the plurality of basic units are connected. A DC / DC converter in which the output side of the basic unit is connected in series.

【0015】(2)第1のパルス信号でON、OFF駆
動制御されるスイッチ素子により入力直流信号を高周波
信号に変換し、変換された高周波信号をトランスで昇圧
して得られる信号を出力する第1の回路を複数個有し、
各第1の回路の出力側が順次直列接続された第1のユニ
ット群と、前記第1のパルス信号とは位相が180度異
なる第2のパルス信号でON、OFF駆動制御されるス
イッチ素子により入力直流信号を高周波信号に変換し、
変換された高周波信号をトランスで昇圧して得られる信
号を出力する第2の回路を複数個有し、各第2の回路の
出力側が順次直列接続された第2のユニット群とを備
え、前記第1のユニット群と第2のユニット群の入力側
には前記入力直流信号が並列入力され、前記第1のユニ
ット群と第2のユニット群の出力を整流後に合成して出
力するDC/DCコンバータ。
(2) A first pulse signal is used to convert an input DC signal into a high-frequency signal by a switch element that is ON / OFF-driven and output a signal obtained by boosting the converted high-frequency signal with a transformer. Having a plurality of circuits of 1,
The first unit group in which the output side of each first circuit is sequentially connected in series and the second pulse signal whose phase is 180 degrees different from that of the first pulse signal are input by a switch element which is ON / OFF driven and controlled. Converts DC signals to high frequency signals,
A second unit group having a plurality of second circuits for outputting a signal obtained by boosting the converted high-frequency signal with a transformer, and a second unit group in which the output sides of the respective second circuits are sequentially connected in series; The input DC signal is input in parallel to the input sides of the first unit group and the second unit group, and the outputs of the first unit group and the second unit group are rectified and combined to output DC / DC. converter.

【0016】(3)前記スイッチング素子は、PWMコ
ンパレータで参照信号との比較により生成されるPWM
信号により駆動制御され、前記参照信号を変化させるこ
とによりDC/DCコンバータの出力を変化させる上記
(1)または(2)のDC/DCコンバータ。
(3) The switching element is a PWM generated by comparison with a reference signal by a PWM comparator.
The DC / DC converter according to (1) or (2), which is drive-controlled by a signal and changes the output of the DC / DC converter by changing the reference signal.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明によるDC/DCコ
ンバータの好適実施形態例を添付図を参照して説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of a DC / DC converter according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0018】本発明では、スイッチング位相が180度
異なるコンバータの整流出力を合成し、これを基本ブロ
ックとして電圧を積み上げることにより高電圧を得る。
あるいは、トランスの2次側を直列に接続して高周波電
圧を積み上げたスイッチング回路を2組用意し、それぞ
れを180度異なる位相で駆動制御して各組の出力を整
流後に加算することにより高電圧を得ている。
In the present invention, the rectified outputs of the converters whose switching phases are different by 180 degrees are combined, and this is used as a basic block to accumulate the voltage to obtain a high voltage.
Alternatively, two sets of switching circuits in which the secondary side of the transformer is connected in series and high-frequency voltage is accumulated are prepared, and each set is controlled to be driven by 180 degrees different phases, and the output of each set is added after rectification to obtain a high voltage. Is getting

【0019】図1は本発明のDC/DCコンバータの第
1の実施形態を示す簡略化回路図である。本実施形態
は、それぞれがパルスでON,OFF駆動制御されるス
イッチ素子により得られた信号をトランスで昇圧する2
つの回路を有し、これら2つの回路のスイッチ素子を互
いに180度位相が異なるパルスで駆動制御する。2つ
の回路をトランスの2次側で整流後に合成したものを基
本ユニット(M1〜M4)とし、この基本ユニットを複
数個(本例では4個)用いて電圧を積み上げることによ
り必要な高電圧を得る構成を採用している。基本ユニッ
トの入力は並列に、出力は直列に接続されている。その
結果、出力には入力電圧Viの積み上げ段数分の直流電
圧Voが高い変換効率で得られるものである。
FIG. 1 is a simplified circuit diagram showing a first embodiment of a DC / DC converter of the present invention. In this embodiment, a signal obtained by a switch element that is ON / OFF driven by a pulse is boosted by a transformer.
Two circuits are provided, and the switch elements of these two circuits are driven and controlled by pulses whose phases are different from each other by 180 degrees. A basic unit (M1 to M4) is a combination of two circuits after being rectified on the secondary side of the transformer, and a plurality of these basic units (four in this example) are used to build up the required high voltage. It adopts the configuration to obtain. The inputs of the basic units are connected in parallel and the outputs are connected in series. As a result, a DC voltage Vo corresponding to the number of stacked stages of the input voltage Vi can be obtained at the output with high conversion efficiency.

【0020】先ず、図1を参照して基本ユニットの動作
を以下説明する。以下の説明では基本ユニットM1を例
として説明するが、他の基本ユニットM2〜M4につい
ても同様である。基本ユニットM1を構成する第1また
は第2の回路(それぞれフォワードコンバータA、フォ
ワードコンバータB)は、入力直流電圧Viがキャパシ
タC1またはC2を介してトランスT1またはT2の入
力側に接続されている。基本ユニットM1は、これらフ
ォワードコンバータA、フォワードコンバータBのトラ
ンスT1とT2の2次側の整流出力で出力を合成するよ
うに構成されている。
First, the operation of the basic unit will be described below with reference to FIG. In the following description, the basic unit M1 will be described as an example, but the same applies to the other basic units M2 to M4. In the first or second circuit (the forward converter A and the forward converter B, respectively) forming the basic unit M1, the input DC voltage Vi is connected to the input side of the transformer T1 or T2 via the capacitor C1 or C2. The basic unit M1 is configured to combine the outputs with the rectified outputs on the secondary side of the transformers T1 and T2 of the forward converter A and the forward converter B.

【0021】より詳細に説明すると、フォワードコンバ
ータAの入力には並列に入力キャパシタC1が接続さ
れ、トランスT1とスイッチ素子Q1の直列回路がこの
キャパシタC1と並列に接続されている。スイッチ素子
Q1の入力端子(トランジスタであればベース端子)に
は、パルス発生器P1から出力される例えばPWM変調
されたパルス列信号PWM(A)が印加され、このパル
ス列に応じてスイッチ素子Q1がスイッチング動作す
る。トランスT1の2次側には整流ダイオードD1が接
続され、このダイオードD1の出力には転流ダイオード
D3及び平滑用チョークL1が接続されている。平滑用
チョークL1の出力には平滑用キャパシタC3が接続さ
れており、このキャパシタC3の両端に平滑された直流
が得られる。
More specifically, an input capacitor C1 is connected in parallel to the input of the forward converter A, and a series circuit of a transformer T1 and a switch element Q1 is connected in parallel with this capacitor C1. A pulse train signal PWM (A) output from the pulse generator P1, for example, is applied to the input terminal (base terminal in the case of a transistor) of the switch element Q1, and the switch element Q1 switches according to this pulse train. Operate. A rectifier diode D1 is connected to the secondary side of the transformer T1, and a commutation diode D3 and a smoothing choke L1 are connected to the output of this diode D1. A smoothing capacitor C3 is connected to the output of the smoothing choke L1, and smoothed direct current is obtained at both ends of this capacitor C3.

【0022】フォワードコンバータBの動作は前述のフ
ォワードコンバータAと同様であるが、図2に示すよう
に、パルス発生器P2から出力されるPWM変調パルス
列PWM(B)は、フォワードコンバータAのパルス発
生器P1から出力されるPWM変調パルス列PWM
(A)の位相とは180度異なっている。
The operation of the forward converter B is the same as that of the above-mentioned forward converter A, but as shown in FIG. 2, the PWM modulation pulse train PWM (B) output from the pulse generator P2 is generated by the pulse generation of the forward converter A. PWM modulation pulse train PWM output from device P1
It is different from the phase of (A) by 180 degrees.

【0023】フォワードコンバータBの入力には並列に
入力キャパシタC2が接続され、トランスT2とスイッ
チ素子Q2の直列回路がこのキャパシタC2と並列に接
続されている。スイッチ素子Q2の入力端子(トランジ
スタであればベース端子)には、パルス発生器P2から
出力される例えばPWM変調を受けたパルス列PWM
(B)が印加される。
An input capacitor C2 is connected in parallel to the input of the forward converter B, and a series circuit of a transformer T2 and a switch element Q2 is connected in parallel with this capacitor C2. The input terminal (or the base terminal if it is a transistor) of the switch element Q2 is, for example, a pulse train PWM that is output from the pulse generator P2 and has undergone PWM
(B) is applied.

【0024】前述のように、このパルス列PWM(B)
は、フォワードコンバータAのパルス列PWM(A)と
は位相が180度異なっている。このパルス列に応じて
スイッチ素子Q2はスイッチング動作を行う。トランス
T2の2次側には整流ダイオードD2が接続されてお
り、そのダイオードD2の出力はフォワードコンバータ
Aで説明した転流ダイオードD3に接続されている。す
なわち、フォワードコンバータAとフォワードコンバー
タBは転流ダイオードD3を共用する形で出力が合成さ
れている。
As described above, this pulse train PWM (B)
Is 180 degrees out of phase with the pulse train PWM (A) of the forward converter A. The switch element Q2 performs a switching operation according to this pulse train. A rectifying diode D2 is connected to the secondary side of the transformer T2, and the output of the diode D2 is connected to the commutation diode D3 described in the forward converter A. That is, the outputs of the forward converter A and the forward converter B are combined so that the commutation diode D3 is shared.

【0025】フォワードコンバータAとフォワードコン
バータBの合成点には平滑用チョークL1が接続され、
平滑用チョークL1の出力には平滑用キャパシタC3が
接続され、このキャパシタC3の両端から平滑された直
流が得られる。
A smoothing choke L1 is connected to the composite point of the forward converter A and the forward converter B,
A smoothing capacitor C3 is connected to the output of the smoothing choke L1, and smoothed DC is obtained from both ends of this capacitor C3.

【0026】上述のように、スイッチ素子Q1とQ2は
位相が180度異なったPWM変調されたパルス列信号
PWM(B)で駆動されており、各々のパルス列のデュ
ーティは50%以下とされている。
As described above, the switch elements Q1 and Q2 are driven by the PWM-modulated pulse train signal PWM (B) having a phase difference of 180 degrees, and the duty of each pulse train is 50% or less.

【0027】図1に示す実施形態では、基本ユニット
(M1〜M4)を複数個用意し、各ユニットの入力を並
列に接続し、一方、各ユニットの出力は直列に接続して
ユニットの個数分の高電圧直流出力を得ている。本実施
形態の場合、入力直流電圧は30V、最終直流出力電圧
は360Vであり、基本ユニット1個当たり90Vの出
力電圧を受け持っており、これを4段積み重ねている。
In the embodiment shown in FIG. 1, a plurality of basic units (M1 to M4) are prepared, and the inputs of each unit are connected in parallel, while the outputs of each unit are connected in series so as to correspond to the number of units. The high voltage DC output of is obtained. In the case of this embodiment, the input DC voltage is 30V and the final DC output voltage is 360V, and each basic unit is in charge of the output voltage of 90V, and these are stacked in four stages.

【0028】以上本発明の第1の実施形態を説明した
が、本実施形態のように、 基本ユニット内を位相を1
80度ずらした2コンバータ方式とすることにより、ト
ランスの巻数比は1コンバータ方式の場合にくらべて半
分にできる。例えば、前述の直流入力電圧30V、直流
出力電圧360V、デユーティが45%を例にとると、
従来例の1コンバータ方式の場合、巻数比Nは入力電圧
をVi、出力電圧をVo、デューティをDとするとN=
Vo/(Vi×D)であるから1:27となるが、本実
施形態による2コンバータ方式の場合は、それぞれのト
ランスの巻数比を1:13.5と半減できる。
The first embodiment of the present invention has been described above. As in the present embodiment, the phase is set to 1 in the basic unit.
By adopting the two-converter method with a shift of 80 degrees, the turns ratio of the transformer can be halved compared to the one-converter method. For example, taking the above-mentioned DC input voltage 30V, DC output voltage 360V, and duty of 45% as an example,
In the case of the 1-converter method of the conventional example, the winding ratio N is N = wherein the input voltage is Vi, the output voltage is Vo, and the duty is D.
Since it is Vo / (Vi × D), it is 1:27, but in the case of the two-converter method according to the present embodiment, the turns ratio of each transformer can be reduced to 1: 13.5, which is half.

【0029】更に、基本ユニットを複数段積み上げて使
用することにより基本ユニット内で使用するトランスT
1、T2の巻数比は積み上げ段数分の1になる。本実施
形態では4段であるから1/4、すなわち1:3.37
となり、理想である1:1により近づけることができ
る。
Further, the transformer T used in the basic unit by stacking and using the basic units in a plurality of stages.
The winding ratio of 1 and T2 is 1 / the number of stacked layers. In the present embodiment, since there are four stages, 1/4, that is, 1: 3.37.
And can be brought closer to the ideal 1: 1.

【0030】このように、トランスの巻数比は1段の場
合は1:27であるが、本実施形態によると1:3.3
7と巻数比を1/8に激減することができる。このため
コンバータの動作に悪影響を及ぼすリーケージインダク
タンスは低下する。
As described above, the turn ratio of the transformer is 1:27 in the case of one stage, but according to the present embodiment, it is 1: 3.3.
It is possible to drastically reduce the ratio of 7 to the number of turns to 1/8. Therefore, the leakage inductance that adversely affects the operation of the converter is reduced.

【0031】また、1次側のスイッチング電流について
は複数段で構成したことによる電流分散効果のため、各
基本ユニットでは少ない1次電流で済む。例えば、2次
側出力が1Aの場合を考えると、従来例のフォワードコ
ンバータでは1次側電流は27Aとなりスイッチング素
子等の選定には注意が必要であった。これに対して本実
施形態の場合には、1次側電流は1/8の3.37Aに
しかならず、スイッチング素子等も特別なものを使用す
る必要はないというメリットがある。
The switching current on the primary side can be reduced by a small amount of primary current in each basic unit due to the current distribution effect of the configuration of a plurality of stages. For example, considering the case where the secondary side output is 1A, the primary side current is 27A in the conventional forward converter, and attention must be paid to the selection of switching elements and the like. On the other hand, in the case of the present embodiment, the primary side current is only 1/8, which is 3.37 A, and there is an advantage that it is not necessary to use a special switching element or the like.

【0032】更に、リーケージインダクタンスに蓄積さ
れるエネルギーは、電流の2乗に比例するが、本実施形
態では、個々のトランスの1次側の電流は従来型のもの
に比べて前記のように1/8に減少しているので、個々
のトランスのリーケージインダクタンスの蓄積エネルギ
ーは1/64となる。
Further, the energy stored in the leakage inductance is proportional to the square of the current, but in this embodiment, the current on the primary side of each transformer is 1 as compared with the conventional type. Since it is reduced to / 8, the stored energy of the leakage inductance of each transformer is 1/64.

【0033】更にまた、本実施形態のインバータ全体で
はトランスを8個使用しているので、1/64の8倍、
すなわちインバータ全体では1/8となる。結局、従来
型の1段のフォワードコンバータに比べて1/8のリー
ケージインダクタンスとなり、その分だけリーケージイ
ンダクタンスによる損失を減らすことができる。
Furthermore, since eight transformers are used in the whole inverter of this embodiment, 8 times 1/64.
That is, the total inverter becomes 1/8. As a result, the leakage inductance is 1/8 that of the conventional one-stage forward converter, and the loss due to the leakage inductance can be reduced accordingly.

【0034】また、従来型のフォワードコンバータでは
出力電圧が360Vという高電圧であることから、整
流、転流ダイオードについてもその電圧に対応した逆耐
圧が必要であった。逆耐圧をVr、出力電圧をVo、デ
ューティをDとするとVr=Vo/Dであり、Dを45
%とするとVr=800Vとなり、800Vもの逆耐圧
が必要であった。これに対して、本実施形態によれば1
/8の100Vの逆耐圧でよいため、低損失で逆回復時
間の短い安価な200V耐圧のダイオードが使用可能と
なり、スイッチ素子に流れる短絡電流も大幅に減らすこ
とができる。
Further, since the output voltage of the conventional forward converter is as high as 360 V, the reverse withstand voltage corresponding to the voltage is also required for the rectification and commutation diodes. When the reverse breakdown voltage is Vr, the output voltage is Vo, and the duty is D, Vr = Vo / D, and D is 45
%, Vr = 800V, and a reverse breakdown voltage of 800V was required. On the other hand, according to the present embodiment, 1
Since a reverse withstand voltage of / 8 of 100 V is sufficient, an inexpensive diode with a withstand voltage of 200 V having a low loss and a short reverse recovery time can be used, and the short-circuit current flowing through the switch element can be significantly reduced.

【0035】以上述べた改良の相乗効果より、本実施形
態によれば、変換効率(=出力電力/入力電力)は97
%という高効率を実現できた。
Due to the synergistic effect of the improvements described above, according to the present embodiment, the conversion efficiency (= output power / input power) is 97.
We achieved a high efficiency of%.

【0036】尚、上述の例では基本ユニットの出力電圧
を同一としたが、これは個々のユニットで異なっていて
も構わない。
In the above example, the output voltage of the basic unit is the same, but this may be different in each unit.

【0037】図3は本発明の第2の実施形態を示すDC
/DCコンバータの簡略化した回路図である。本実施形
態では、部品点数を削減するため、トランスの2次側を
直列に接続して整流する以前に電圧を積み上げている。
(尚、第1の実施形態では整流後に電圧を積み上げてい
る。)トランスT101のブロック、トランスT102
のブロックは位相が180度異なったPWM信号で交互
に駆動されている。
FIG. 3 is a DC showing a second embodiment of the present invention.
It is the circuit diagram which simplified the / DC converter. In this embodiment, in order to reduce the number of components, the voltages are accumulated before the secondary side of the transformer is connected in series and rectified.
(In the first embodiment, the voltage is piled up after rectification.) Block of transformer T101, transformer T102
The blocks of are driven alternately by PWM signals whose phases are different by 180 degrees.

【0038】図3において、一点鎖線で囲まれたユニッ
トA101〜A104から成る第1のユニット群とB1
01〜B104から成る第2のユニット群のそれぞれの
ユニットは同様な回路構成であるが、第1のユニット群
と第2のユニット群におけるスイッチ素子に印加される
パルス列の位相は180度異なるPWMパルス列であ
る。
In FIG. 3, a first unit group consisting of units A101 to A104 surrounded by an alternate long and short dash line and B1
Each unit of the second unit group consisting of 01 to B104 has the same circuit configuration, but the phase of the pulse train applied to the switch elements in the first unit group and the second unit group is different by 180 degrees from each other. Is.

【0039】ユニットA101について説明すると、入
力直流電圧ViがキャパシタC101及びトランスT1
01とスイッチ素子Q101の直列回路に印加される。
スイッチ素子Q101は、入力側に印加されたパルス発
生器PAから出力されるPWMパルス列に応じてスイッ
チング動作が行われ、トランスT101の1次側に高周
波信号を発生する。1次側に入力された高周波信号は、
トランスT101の2次側に伝達される。ユニットA1
01以外のユニットでも同様な動作によりトランスの2
次側に高周波出力(スイッチング波形)が発生する。ト
ランスの2次側に発生する高周波出力は、同位相である
ため、ユニットA101のホット側とA104のグラン
ド側の両端には加算された高周波出力が発生する。
Explaining the unit A101, the input DC voltage Vi is the same as the capacitor C101 and the transformer T1.
01 and the switch element Q101 in series.
The switch element Q101 performs a switching operation according to the PWM pulse train output from the pulse generator PA applied to the input side, and generates a high frequency signal on the primary side of the transformer T101. The high frequency signal input to the primary side is
It is transmitted to the secondary side of the transformer T101. Unit A1
With units other than 01, the same operation as transformer 2
High frequency output (switching waveform) is generated on the secondary side. Since the high frequency outputs generated on the secondary side of the transformer have the same phase, added high frequency outputs are generated on both ends of the hot side of the unit A101 and the ground side of the unit A104.

【0040】同様な動作により、ユニットB101〜B
104の出力からも同様な動作により高周波出力が得ら
れる。
By the same operation, the units B101 to B are
A high frequency output is obtained from the output of 104 by the same operation.

【0041】こうして得られた第1のユニット群と第2
のユニット群のそれぞれのトランスの2次側の高周波出
力は、ダイオードD101とD102で整流され、そし
て平滑チョークL101と平滑キャパシタC103によ
り平滑されて直流出力電圧Voが得られる。
The first unit group and the second unit group thus obtained
The high frequency output on the secondary side of each transformer of the unit group is rectified by the diodes D101 and D102 and smoothed by the smoothing choke L101 and the smoothing capacitor C103 to obtain the DC output voltage Vo.

【0042】尚、上述の例では基本ユニットの出力電圧
を同一としたが、これは個々の基本ユニットで異なって
いても加算された高周波出力が両ユニット群で等しけれ
ば構わない。
In the above example, the output voltages of the basic units are the same, but this may be different in each basic unit as long as the added high frequency outputs are equal in both unit groups.

【0043】スイッチ素子Q101とQ102は、それ
ぞれ位相を180度ずらしたデューティが50%以下の
PWMパルス列で交互にオン、オフ駆動制御される。そ
のため、出力のデューティは100%近くまで可能であ
り、トランスの巻数比を理想である1:1に近づけるこ
とができる。又、平滑チョークL101のインダクタン
スは小さくできる。
The switch elements Q101 and Q102 are alternately on / off driven and controlled by a PWM pulse train having a phase shift of 180 degrees and a duty of 50% or less. Therefore, the output duty can be close to 100%, and the turns ratio of the transformer can be brought close to the ideal 1: 1. Further, the inductance of the smoothing choke L101 can be reduced.

【0044】第2の実施形態も第1の実施形態例と同様
に、従来型のフォワードコンバータに比べて、トランス
の巻数比、リーケージインダクタンスを低減できるとい
うメリットを有している。整流、転流ダイオードの逆耐
圧については、第2の実施形態では従来型のフォワード
コンバータの800Vの1/2である400Vである。
このため、低損失で逆回復時間の速い200V耐圧のダ
イオードは使うことができないが、ダイオード、平滑チ
ョーク、平滑キャパシタの数がそれぞれ1/4で良いた
め、部品点数の大幅な削減によるコストダウンが実現で
きる。また、ダイオードの順方向の電圧降下(Vf)が
4本分重ならないという長所もある。
Similar to the first embodiment, the second embodiment also has an advantage that the transformer winding ratio and the leakage inductance can be reduced as compared with the conventional forward converter. The reverse withstand voltage of the rectification and commutation diode is 400V which is 1/2 of 800V of the conventional forward converter in the second embodiment.
For this reason, a 200V breakdown voltage diode with low loss and fast reverse recovery time cannot be used, but since the number of diodes, smoothing chokes, and smoothing capacitors can be 1/4 each, cost reduction can be achieved by significantly reducing the number of parts. realizable. There is also an advantage that the forward voltage drops (Vf) of the diodes do not overlap by four.

【0045】第1と第2の実施形態例におけるスイッチ
ング制御は、PWM制御方式で行われている。このPW
M制御方式はDC/DCコンバータの出力を基準電圧と
比較して得た誤差信号を三角波(キャリア信号)が一方
の端子に加えられたPWMコンパレータの他方の端子に
与えてスイッチ素子の制御信号を発生している。この基
準信号を変化させればDC/DCコンバータの出力電圧
を前記外部信号に同期して変化させることが可能であ
る。
The switching control in the first and second embodiments is performed by the PWM control method. This PW
In the M control method, the error signal obtained by comparing the output of the DC / DC converter with the reference voltage is given to the other terminal of the PWM comparator to which the triangular wave (carrier signal) is applied to one terminal, and the control signal of the switch element is supplied. It has occurred. By changing the reference signal, the output voltage of the DC / DC converter can be changed in synchronization with the external signal.

【0046】以上、本発明によるDC/DCコンバータ
の好適実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、
斯かる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら
本発明を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱す
ることなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能で
あること、当業者には容易に理解できよう。
The configuration and operation of the preferred embodiment of the DC / DC converter according to the present invention have been described above in detail. But,
Such an embodiment is merely an example of the present invention and does not limit the present invention in any way. Those skilled in the art can easily understand that various modifications and changes can be made according to a specific application without departing from the gist of the present invention.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によるDC/
DCコンバータは、トランスの巻数比を1:1に近づけ
ることができ、リーケージインダクタンスによる損失を
低減でき、変換効率の高いDC/DCコンバータを実現
できる。
As described above, the DC / DC according to the present invention
In the DC converter, the turns ratio of the transformer can be made close to 1: 1, loss due to leakage inductance can be reduced, and a DC / DC converter with high conversion efficiency can be realized.

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

【図1】本発明によるDC/DCコンバータの第1の実
施形態を示す簡略化した回路図である。
FIG. 1 is a simplified circuit diagram showing a first embodiment of a DC / DC converter according to the present invention.

【図2】本実施形態におけるPWM波形のタイミング図
である。
FIG. 2 is a timing diagram of PWM waveforms in the present embodiment.

【図3】本発明によるDC/DCコンバータの第2の実
施形態を示す簡略化した回路図である。
FIG. 3 is a simplified circuit diagram showing a second embodiment of a DC / DC converter according to the present invention.

【図4】従来のDC/DCコンバータの一例を示す回路
図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a conventional DC / DC converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

C1、C2、C101、C102、C201 入力キャ
パシタ C3、C103、C202 平滑キャ
パシタ D1、D2、D101、D102、D201 整流ダイ
オード D3、D103、D202 転流ダイ
オード L1、L101、L201 平滑用チ
ョーク Q1、Q2、Q101、Q102、Q201 スイッチ
素子 P1,P2,PA,PB パルス発
生器
C1, C2, C101, C102, C201 Input capacitors C3, C103, C202 Smoothing capacitors D1, D2, D101, D102, D201 Rectifying diodes D3, D103, D202 Commutation diodes L1, L101, L201 Smoothing chokes Q1, Q2, Q101 , Q102, Q201 Switch elements P1, P2, PA, PB Pulse generator

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1のパルス信号でON、OFF駆動制御
されるスイッチ素子により入力直流信号を高周波信号に
変換し、変換された高周波信号をトランスで昇圧して得
られる信号を平滑して出力する第1の回路と、前記第1
のパルス信号とは位相が180度異なる第2のパルス信
号でON、OFF駆動制御されるスイッチ素子により入
力直流信号を高周波信号に変換し、変換された高周波信
号をトランスで昇圧して得られる信号を平滑して出力す
る第2の回路とを有する基本ユニットを複数個備え、 前記複数個の基本ユニットの入力側が並列接続されると
ともに、前記複数個の基本ユニットの出力側が直列接続
されて成ることを特徴とするDC/DCコンバータ。
1. An input DC signal is converted into a high frequency signal by a switch element which is ON / OFF driven controlled by a first pulse signal, and the converted high frequency signal is boosted by a transformer and a signal obtained is smoothed and output. And a first circuit for
A signal obtained by converting an input DC signal into a high frequency signal by a switching element that is ON / OFF driven and controlled by a second pulse signal whose phase is 180 degrees different from that of the pulse signal, and boosting the converted high frequency signal with a transformer. A plurality of basic units each having a second circuit for smoothing and outputting the input signal, the input sides of the plurality of basic units being connected in parallel, and the output sides of the plurality of basic units being connected in series. A DC / DC converter characterized by:
【請求項2】第1のパルス信号でON、OFF駆動制御
されるスイッチ素子により入力直流信号を高周波信号に
変換し、変換された高周波信号をトランスで昇圧して得
られる信号を出力する第1の回路を複数個有し、各第1
の回路の出力側が順次直列接続された第1のユニット群
と、 前記第1のパルス信号とは位相が180度異なる第2の
パルス信号でON、OFF駆動制御されるスイッチ素子
により入力直流信号を高周波信号に変換し、変換された
高周波信号をトランスで昇圧して得られる信号を出力す
る第2の回路を複数個有し、各第2の回路の出力側が順
次直列接続された第2のユニット群とを備え、 前記第1のユニット群と第2のユニット群の入力側には
前記入力直流信号が並列入力され、前記第1のユニット
群と第2のユニット群の出力を整流後に合成して出力す
ることを特徴とするDC/DCコンバータ。
2. A first pulse signal which is converted into a high frequency signal by a switching element which is ON / OFF driven by a first pulse signal and which outputs a signal obtained by boosting the converted high frequency signal with a transformer. A plurality of circuits, each of which is
The first unit group in which the output sides of the circuits are sequentially connected in series, and the input DC signal by the switch element whose ON / OFF drive is controlled by the second pulse signal whose phase is 180 degrees different from the first pulse signal. A second unit having a plurality of second circuits for converting into a high-frequency signal and outputting a signal obtained by boosting the converted high-frequency signal with a transformer, wherein the output sides of the respective second circuits are sequentially connected in series. The input DC signal is input in parallel to the input sides of the first unit group and the second unit group, and the outputs of the first unit group and the second unit group are combined after rectification and combined. A DC / DC converter characterized by outputting as an output.
【請求項3】前記スイッチング素子は、PWMコンパレ
ータで参照信号との比較により生成されるPWM信号に
より駆動制御され、前記参照信号を変化させることによ
りDC/DCコンバータの出力を変化させることを特徴
とする請求項1または2記載のDC/DCコンバータ。
3. The switching element is drive-controlled by a PWM signal generated by comparison with a reference signal by a PWM comparator, and the output of a DC / DC converter is changed by changing the reference signal. The DC / DC converter according to claim 1 or 2.
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