JP2003153527A - Step-up chopper circuit - Google Patents
Step-up chopper circuitInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、入力直流電源の
電圧を昇圧した直流電圧に変換して負荷に供給する昇圧
チョッパ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、この種の昇圧チョッパ回路の従
来例を示す回路構成図であり、１は入力直流電源、２は
昇圧チョッパ回路、５は昇圧チョッパ回路２の負荷であ
る。
【０００３】この昇圧チョッパ回路２は主リアクトル
（Ｌ）１１と、主ダイオード（Ｄ）１２と、バイポーラ
トランジスタ，ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴなどの自己消弧
形素子（ＳW ）とダイオード（ＤSW）の逆並列回路から
なる主スイッチ回路１３と、平滑コンデンサ（Ｃ）１４
と、負荷５の両端電圧、すなわち平滑コンデンサ（Ｃ）
１４の両端電圧を電圧検出器１５ａで検出し、この検出
値が所望の値になるように主スイッチ回路１３を形成す
る前記自己消弧形素子（ＳW ）を制御する制御回路１５
とから構成されている。
【０００４】図３に示した昇圧チョッパ回路２の動作
を、図４に示す動作波形図を参照しつつ、以下に説明す
る。
【０００５】図３において、主リアクトル（Ｌ）１１に
図示の方向に流れる電流をＩL とし、主スイッチ回路１
３に図示の方向に加わる電圧をｖSWとし、主スイッチ回
路１３に図示の方向に流れる電流をｉSWとすると、前記
電流ＩL が連続のときの前記電流ｉSWと前記電圧ｖSWと
は図４のように示され、このときの負荷５の両端電圧を
入力直流電源１の電圧を昇圧した所望の値の直流電圧に
するには、周知の如く制御回路１５により、例えば、前
記ＳW がオフしている期間を一定値とし、オンしている
期間を調整すればよい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図４に示した従来の昇
圧チョッパ回路２の動作波形において、図３に示した主
スイッチ回路１３を形成する前記自己消弧形素子
（ＳW ）をターンオンさせるとき、ターンオフさせると
きには、前記電流ｉSWを急激に導通，遮断していること
から、大きなスイッチング損失が発生し、その結果、こ
の昇圧チョッパ回路２では変換効率が低下する、また、
前記スイッチング損失に伴う発熱を放熱するために大き
な冷却フィンを必要することから昇圧チョッパ回路２全
体が大型化するなどの難点があった。
【０００７】この発明の目的は、前記主スイッチ回路を
形成する自己消弧形素子のスイッチング損失を軽減でき
る昇圧チョッパ回路を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の昇圧チョッパ
回路は、入力直流電源の一端に主リアクトルの一端を接
続し、主リアクトルの他端に、主ダイオードの一端と共
振リアクトルの一端とをそれぞれ接続し、主ダイオード
の他端と入力直流電源の他端との間に平滑コンデンサを
接続し、共振リアクトルの他端に、自己消弧形素子とダ
イオードの逆並列回路からなる主スイッチ回路の一端と
共振コンデンサの一端とをそれぞれ接続し、共振コンデ
ンサの他端に自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路
からなる補助スイッチ回路の一端を接続し、主スイッチ
回路の他端と補助スイッチ回路の他端とを、入力直流電
源の他端にそれぞれ接続し、主スイッチ回路に両端にス
ナバコンデンサを接続し、平滑コンデンサの両端に接続
される負荷の電圧が所望の値になるように、主スイッチ
回路および補助スイッチ回路の自己消弧形素子それぞれ
を互いに連係して制御する制御回路を備えてなることを
特徴とする。
【０００９】この発明の昇圧チョッパ回路では、従来の
昇圧チョッパ回路の主回路構成要素の他に共振リアクト
ル，共振コンデンサ，補助スイッチ回路，スナバコンデ
ンサを追加することで、主スイッチ回路の自己消弧形素
子のターンオン時にはゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）
とゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）とを行わせ、該素子
のターンオフ時にはゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）を
行わせることにより、前記自己消弧形素子のスイッチン
グ損失を軽減している。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の実施例を示す
昇圧チョッパ回路の回路構成図であり、図３に示した従
来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して
いる。
【００１１】すなわち、この昇圧チョッパ回路３には主
リアクトル（Ｌ）１１，主ダイオード（Ｄ）１２，主ス
イッチ回路１３，平滑コンデンサ１４の他に、共振リア
クトル（Ｌr ）３１と、共振コンデンサ（Ｃr ）３２
と、バイポーラトランジスタ，ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ
などの自己消弧形素子（Ｓa ）とダイオード（Ｄa ）の
逆並列回路からなる補助スイッチ回路３３と、スナバコ
ンデンサ（ＣS ）３４と、負荷５の両端電圧、すなわ
ち、平滑コンデンサ（Ｃ）１４の両端電圧を電圧検出器
３５ａで検出し、この検出値が所望の値になるように主
スイッチ回路１３を形成する前記自己消弧形素子
（ＳW ）および補助スイッチ回路３３を形成する前記自
己消弧形素子（Ｓa ）それぞれを連係して制御する制御
回路３５とから構成されている。
【００１２】図１に示した昇圧チョッパ回路３の動作
を、図２に示す動作波形図を参照しつつ、以下に説明す
る。なお、図２に示した時刻ｔ0 までを「モード０」
と、時刻ｔ0 からｔ1 までを「モード１」と、時刻ｔ1
からｔ2 までを「モード２」と、時刻ｔ2 からｔ3 まで
を「モード３」と、時刻ｔ3 からｔ4 までを「モード
４」と、時刻ｔ4 からｔ5 までを「モード５」と、時刻
ｔ5 からｔ6 までを「モード６」と、時刻ｔ6 以降を
「モード７」と称している。
【００１３】先ず、「モード０」では、時刻ｔ0 までの
制御回路３５からのオン信号により主スイッチ回路１３
の自己消弧形素子（ＳW ）がオンしており、このオンに
より主リアクトル（Ｌ）１１にエネルギーが蓄積され
る。また、この期間では制御回路３５からのオフ信号に
より補助スイッチ回路３３の自己消弧形素子（Ｓa ）が
オフしており、共振コンデンサ３２（Ｃr ）には電流が
流れていない。ここで前記Ｃr ＞＞ＣS （スナバコンデ
ンサ３４）の関係があるものとする。
【００１４】次に、「モード１」の時刻ｔ0 で、制御回
路３５からのオフ信号が発せられ、このオフ信号により
主スイッチ回路１３の自己消弧形素子（ＳW ）がターン
オフを開始する。このターンオフにより前記ＳW に流れ
ていた電流（ｉSW）はスナバコンデンサ（ＣS ）３４に
流れ込むことで、共振リアクトル（Ｌr ）３１と前記Ｃ
S との共振動作が起こる。すなわち、「モード０」から
「モード１」に遷移する時には、前記共振動作により前
記ＳWはゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）でターンオフ
する。
【００１５】次に、「モード２」の時刻ｔ1 で、上述の
共振動作により、スナバコンデンサ（ＣS ）３４の電圧
が増大し、この電圧、すなわち、主スイッチ回路１３の
両端電圧（ｖSW）がクランプ電圧（ｖC ）に達すると、
補助スイッチ回路３３のダイオード（Ｄa ）と主ダイオ
ード（Ｄ）とが導通状態になる。この導通状態の期間
（ｔ1 〜ｔ2 ）中に制御回路３５により、補助スイッチ
回路３３の自己消弧形素子（Ｓa ）にオン信号を発す
る。
【００１６】次に、「モード３」の時刻ｔ2 で、補助ス
イッチ回路３３の電流（ｉSA）、すなわち、補助スイッ
チ回路３３のダイオード（Ｄa ）に流れていた電流が減
少し、やがてその極性が変わるが、上述の「モード２」
の期間から補助スイッチ回路３３の自己消弧形素子（Ｓ
a ）に制御回路３５からオン信号を与えているので、こ
の電流極性が変化したときの前記Ｓa は、ゼロ電圧スイ
ッチング（ＺＶＳ）とゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）
により、ターンオンする。また、この時、共振リアクト
ル（Ｌr ）３１に流れている電流（ｉLr）も減少し、や
がてその極性が変わる。この極性が変わった後の電流の
一部は入力直流電源１に回生される。
【００１７】次に、「モード４」の時刻ｔ3 で、制御回
路３５により予め設定しておいた主スイッチ回路１３の
自己消弧形素子（ＳW ）のオフ期間、すなわち、補助ス
イッチ回路３３の自己消弧形素子（Ｓa ）のオン期間が
過ぎたので、前記Ｓa にオフ信号を発する。このときに
は、前記電圧ｖSWがクランプ電圧ｖC の状態にあるの
で、前記Ｓa はゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）でター
ンオフする。このターンオフの開始により、共振リアク
トル（Ｌr ）３１とスナバコンデンサ（ＣS ）３４の共
振動作で前記ＣS の電圧ｖSWは放電し、時刻ｔ４で零と
なる。
【００１８】次に、「モード５」では、上述の如く前記
電圧ｖSWが零になったことから、主スイッチ回路１３の
ダイオード（ＤSW）が導通を開始する。この期間に制御
回路３５から主スイッチ回路１３の自己消弧形素子（Ｓ
W ）にオン信号を発することにより、主スイッチ回路１
３の電流、すなわち、ダイオードＤSWの電流ｉSWは次第
に減少し、時刻ｔ5 で零となる。
【００１９】最後に、「モード６」では、既に「モード
５」のときに、制御回路３５から前記ＳW にオン信号が
発せられていることから、上述の時刻ｔ5 で、主スイッ
チ回路１３の自己消弧形素子（ＳW ）はゼロ電圧スイッ
チング（ＺＶＳ）とゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）と
でターンオンを開始し、時刻ｔ6 でこのターンオンが完
了すると、「モード７」、すなわち、先述の「モード
０」に移行する。
【００２０】以上の説明から明らかなように、制御回路
３５では負荷５の両端電圧が所望の値になるように、例
えば、時刻ｔ4 から次の「モード０」の時刻ｔ0 までの
期間を調整しつつ、この期間には主スイッチ回路１３の
自己消弧形素子（ＳW ）にオン信号を発し、また、時刻
ｔ1 から時刻ｔ3 までの予め定めたほぼ一定の期間では
補助スイッチ回路３３の自己消弧形素子（Ｓa ）に発す
る如く、前記自己消弧形素子（ＳW ）および補助スイッ
チ回路３３を形成する前記自己消弧形素子（Ｓ a ）それ
ぞれを連係して制御すればよい。
【００２１】
【発明の効果】この発明の昇圧チョッパ回路では、主ス
イッチ回路の自己消弧形素子のターンオン時にはゼロ電
圧スイッチング（ＺＶＳ）とゼロ電流スイッチング（Ｚ
ＣＳ）とを行わせ、該素子のターンオフ時にはゼロ電圧
スイッチング（ＺＶＳ）を行わせることで前記自己消弧
形素子のスイッチング損失を軽減し、この昇圧チョッパ
回路の変換効率の向上と小型化とを可能にしている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0001]
The present invention relates to an input DC power supply.
Boost to convert the voltage to a boosted DC voltage and supply it to the load
It relates to a chopper circuit.
[0002]
2. Description of the Related Art FIG.
1 is a circuit configuration diagram showing a conventional example, where 1 is an input DC power supply, and 2 is
The boost chopper circuit 5 is a load of the boost chopper circuit 2.
You.
The boost chopper circuit 2 comprises a main reactor
(L) 11, main diode (D) 12, bipolar
Self-extinguishing of transistors, MOSFETs, IGBTs, etc.
Shape element (SW) And a diode (DSW) From the anti-parallel circuit
Main switch circuit 13 and smoothing capacitor (C) 14
And the voltage across the load 5, ie, the smoothing capacitor (C)
14 is detected by a voltage detector 15a.
The main switch circuit 13 is formed so that the value becomes a desired value.
The self-extinguishing element (SW) Control circuit 15
It is composed of
Operation of boost chopper circuit 2 shown in FIG.
Will be described below with reference to the operation waveform diagram shown in FIG.
You.
In FIG. 3, the main reactor (L) 11
The current flowing in the direction shownLAnd the main switch circuit 1
The voltage applied to the direction shown in FIG.SWAnd the main switch times
The current flowing in the direction shown in FIG.SWThen,
Current ILThe current i whenSWAnd the voltage vSWWhen
Is shown in FIG. 4, and the voltage across the load 5 at this time is
Increase the voltage of the input DC power supply 1 to a desired value of DC voltage
To do so, the control circuit 15 operates, for example,
Note SWThe period during which is off is a constant value, and the period is on
The period may be adjusted.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The conventional lift shown in FIG.
In the operation waveform of the pressure chopper circuit 2, the main waveform shown in FIG.
The self-extinguishing element forming the switch circuit 13
(SW) When turning on, when turning off
The current iSWIs rapidly conducting and shutting off
Causes large switching losses, and as a result
In the step-up chopper circuit 2, the conversion efficiency is reduced.
Large to dissipate heat generated by the switching loss
Since all the cooling fins are required,
There were drawbacks, such as an increase in body size.
[0007] An object of the present invention is to provide a main switch circuit comprising:
The switching loss of the formed self-extinguishing element can be reduced.
To provide a boost chopper circuit.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION A boost chopper according to the present invention.
The circuit connects one end of the main reactor to one end of the input DC power supply.
Connected to one end of the main diode at the other end of the main reactor.
Connect one end of the vibration reactor
A smoothing capacitor between the other end of the
Connected to the other end of the resonant reactor and a self-extinguishing element.
One end of the main switch circuit consisting of an anti-parallel circuit of Iode
Connect one end of the resonance capacitor to
An anti-parallel circuit of a self-extinguishing element and a diode at the other end of the sensor
One end of the auxiliary switch circuit consisting of
Connect the other end of the circuit and the other end of the auxiliary switch
Connected to the other end of the
Connect a Nava capacitor and connect to both ends of the smoothing capacitor
Main switch so that the voltage of the load
Self-extinguishing element of circuit and auxiliary switch circuit
A control circuit for controlling the
Features.
In the boost chopper circuit of the present invention, the conventional
Resonant reactor in addition to the main circuit components of the boost chopper circuit
, Resonance capacitor, auxiliary switch circuit, snubber condenser
By adding a sensor, the self-extinguishing
Zero voltage switching (ZVS) when the child is turned on
And zero current switching (ZCS).
Zero-voltage switching (ZVS) at turn-off of
The switching of the self-extinguishing element
To reduce power loss.
[0010]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a boost chopper circuit, and is a circuit diagram shown in FIG.
Components having the same functions as the conventional circuit are denoted by the same reference numerals.
I have.
That is, the boost chopper circuit 3 mainly includes
Reactor (L) 11, Main diode (D) 12, Main switch
In addition to the switch circuit 13 and the smoothing capacitor 14,
Kutor (Lr) 31 and a resonance capacitor (Cr) 32
And bipolar transistor, MOSFET, IGBT
Self-extinguishing element (Sa) And a diode (Da)of
An auxiliary switch circuit 33 comprising an anti-parallel circuit;
Capacitor (CS) 34, the voltage across load 5,
The voltage across the smoothing capacitor (C) 14 is detected by a voltage detector.
35a, the main value is set so that the detected value becomes a desired value.
The self-extinguishing element forming the switch circuit 13
(SW) And the self-forming circuit forming the auxiliary switch circuit 33.
Self-extinguishing element (Sa) Control to control each in cooperation
And a circuit 35.
Operation of boost chopper circuit 3 shown in FIG.
Will be described below with reference to the operation waveform diagram shown in FIG.
You. The time t shown in FIG.0Up to "mode 0"
And time t0To t1Up to “mode 1” at time t1
To tTwoUp to “mode 2” at time tTwoTo tThreeUntil
At time tThreeTo tFourUp to "mode
4 "and time tFourTo tFiveUp to "mode 5" and time
tFiveTo t6Up to “mode 6” at time t6After
This is called “mode 7”.
First, in "mode 0", at time t0For up to
The main switch circuit 13 is turned on by an ON signal from the control circuit 35.
Self-extinguishing element (SW) Is on and this is on
More energy is stored in the main reactor (L) 11
You. Also, during this period, the off signal from the control circuit 35 is
The self-extinguishing type element (Sa)But
Off, and the resonance capacitor 32 (Cr) Has current
Not flowing. Where Cr>> CS(Snavaconde
Sensors 34).
Next, at time t of "mode 1"0And control times
An off signal from the road 35 is issued, and the off signal
The self-extinguishing type element (SW) Turns
Start off. By this turn-off, the SWFlow
Current (iSW) Is a snubber capacitor (CSTo 34)
By flowing, the resonance reactor (Lr) 31 and C
SResonance operation occurs. That is, from "mode 0"
When transitioning to “mode 1”, the previous
Note SWTurns off with zero voltage switching (ZVS)
I do.
Next, at time t of "mode 2"1In the above
By the resonance operation, the snubber capacitor (CS) 34 voltage
And this voltage, that is, the main switch circuit 13
Voltage between both ends (vSW) Is the clamp voltage (vC),
The diode (Da) And Lord Daio
To the node (D). Period of this conduction state
(T1~ TTwoThe auxiliary switch is operated by the control circuit 35 during the operation.
The self-extinguishing element (Sa) On signal
You.
Next, at time t of "mode 3"TwoAnd auxiliary
The current (iSA), That is, the auxiliary switch
The diode (Da)
The polarity changes a little, but the "mode 2" mentioned above
From the period of the self-extinguishing type element (S
a) Is given an ON signal from the control circuit 35,
S when the current polarity changesaIs the zero voltage switch.
Switching (ZVS) and Zero Current Switching (ZCS)
Turns on. Also, at this time, the resonance reactor
(Lr) 31Lr) Also decreased,
Eventually its polarity changes. Of the current after this polarity changes
A part is regenerated by the input DC power supply 1.
Next, at time t of "mode 4"ThreeAnd control times
Of the main switch circuit 13 preset by the path 35
Self-extinguishing element (SW) Off period, that is,
The self-extinguishing type element (Sa) Is on
SaSignal off. At this time
Is the voltage vSWIs the clamp voltage vCIn the state of
And the SaIs zero voltage switching (ZVS)
Turn off. The start of this turn-off causes a resonance reactor
Torr (Lr) 31 and a snubber capacitor (CS34)
The above-mentioned CSVoltage vSWDischarges and becomes zero at time t4.
Become.
Next, in "mode 5", as described above,
Voltage vSWHas become zero, the main switch circuit 13
Diode (DSW) Starts conducting. Control during this period
From the circuit 35 to the self-extinguishing element (S
W), The main switch circuit 1
3, the diode DSWCurrent iSWGradual
At time tFiveAnd becomes zero.
Finally, in "mode 6", "mode 6"
5 ”, the control circuit 35 sends the SWON signal
Because it is emitted, the time tFiveAnd the main switch
The self-extinguishing element (SW) Indicates the zero voltage switch.
Ching (ZVS) and Zero Current Switching (ZCS)
Starts turn-on at time t6This turn-on is complete
Upon completion, "mode 7", that is, "mode 7"
0 ”.
As apparent from the above description, the control circuit
In 35, an example is set so that the voltage between both ends of the load 5 becomes a desired value.
For example, time tFourFrom time t of the next “mode 0”0For up to
While adjusting the period, the main switch circuit 13
Self-extinguishing element (SW) On signal and time
t1To time tThreeIn a pre-determined, almost constant period until
The self-extinguishing type element (Sa)
As described above, the self-extinguishing element (SW) And auxiliary switch
The self-extinguishing element (S a)It
What is necessary is just to cooperate and control each.
[0021]
According to the boost chopper circuit of the present invention, the main switch
When the self-extinguishing element of the switch circuit is turned on,
Voltage switching (ZVS) and zero current switching (Z
CS), and when the element is turned off, a zero voltage is applied.
The self-extinguishing by switching (ZVS)
This step-up chopper reduces the switching loss of the
It is possible to improve the conversion efficiency and reduce the size of the circuit.
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す昇圧チョッパ回路の回
路構成図
【図２】図１の動作を説明する波形図
【図３】従来例を示す昇圧チョッパ回路の回路構成図
【図４】図３の動作を説明する波形図
【符号の説明】
１…入力直流電源、２，３…昇圧チョッパ回路、５…負
荷、１１…主リアクトル、１２…主ダイオード、１３…
主スイッチ回路、１４…平滑コンデンサ、１５…制御回
路、３１…共振リアクトル、３２…共振コンデンサ、３
３…補助スイッチ回路、３４…スナバコンデンサ、３５
…制御回路。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a boost chopper circuit showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a waveform diagram illustrating the operation of FIG. 1 FIG. Circuit configuration diagram [FIG. 4] Waveform diagram for explaining operation of FIG. 3 [Description of symbols] 1 ... input DC power supply, 2,3 ... boost chopper circuit, 5 ... load, 11 ... main reactor, 12 ... main diode, 13 …
Main switch circuit, 14: smoothing capacitor, 15: control circuit, 31: resonant reactor, 32: resonant capacitor, 3
3: Auxiliary switch circuit, 34: snubber capacitor, 35
... Control circuit.
Claims (1)
端を接続し、 主リアクトルの他端に、主ダイオードの一端と共振リア
クトルの一端とをそれぞれ接続し、 主ダイオードの他端と入力直流電源の他端との間に平滑
コンデンサを接続し、 共振リアクトルの他端に、自己消弧形素子とダイオード
の逆並列回路からなる主スイッチ回路の一端と共振コン
デンサの一端とをそれぞれ接続し、 共振コンデンサの他端に自己消弧形素子とダイオードの
逆並列回路からなる補助スイッチ回路の一端を接続し、 主スイッチ回路の他端と補助スイッチ回路の他端とを、
入力直流電源の他端にそれぞれ接続し、 主スイッチ回路に両端にスナバコンデンサを接続し、 平滑コンデンサの両端に接続される負荷の電圧が所望の
値になるように、主スイッチ回路および補助スイッチ回
路の自己消弧形素子それぞれを互いに連係して制御する
制御回路を備えてなることを特徴とする昇圧チョッパ回
路。Claims: 1. An end of an input DC power supply is connected to one end of a main reactor, and the other end of the main reactor is connected to one end of a main diode and one end of a resonance reactor, respectively. Connect a smoothing capacitor between the other end and the other end of the input DC power supply, and connect the other end of the resonance reactor to one end of a main switch circuit consisting of an anti-parallel circuit of a self-extinguishing element and a diode, and one end of a resonance capacitor. Are connected to one end of an auxiliary switch circuit composed of a self-extinguishing element and an anti-parallel circuit of a diode to the other end of the resonance capacitor, and the other end of the main switch circuit and the other end of the auxiliary switch circuit are connected to each other.
A main switch circuit and an auxiliary switch circuit are connected to the other end of the input DC power supply, and a snubber capacitor is connected to both ends of the main switch circuit so that the voltage of the load connected to both ends of the smoothing capacitor becomes a desired value. A step-up chopper circuit comprising a control circuit for controlling each of the self-extinguishing type elements in cooperation with each other.
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