JP2003348834A - Single-phase step-up/down converter - Google Patents

Single-phase step-up/down converter

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JP2003348834A
JP2003348834A JP2002156588A JP2002156588A JP2003348834A JP 2003348834 A JP2003348834 A JP 2003348834A JP 2002156588 A JP2002156588 A JP 2002156588A JP 2002156588 A JP2002156588 A JP 2002156588A JP 2003348834 A JP2003348834 A JP 2003348834A
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JP
Japan
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switching element
diode
circuit
switching
reactor
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Application number
JP2002156588A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Omori
洋一 大森
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To downsize a filter and a filter capacitor and reduce the switching loss and further to insulate the AC input power source and the DC power source of the output from each other. <P>SOLUTION: This single-phase step-up/down converter possesses a series circuit 9 which is composed of a reactor 92 connected in parallel with a series connection circuit 4 and a switching element 91, a series connection circuit which is composed of a filter capacitor 5 connected in parallel with the reactor 92 and a diode 10, and a control circuit 11 which controls the on/off of the switching circuit 91. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、単相交流電源から
可変電圧の直流電源を得る単相昇降圧コンバータに関す
るものである。
The present invention relates to a single-phase buck-boost converter for obtaining a variable-voltage DC power supply from a single-phase AC power supply.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は従来の単相昇降圧コンバータを示
し、この図に基づいて従来の技術を説明する。交流入力
電源1から得られた電力は、フィルタ2を介して整流回
路3に接続され直流に変換される。リアクトル42とス
イッチング素子41からなる直列接続回路4は、整流回
路3に並列に接続されており、スイッチング素子41は
制御回路7の信号に応じてスイッチングを行う。平滑コ
ンデンサ5とダイオード8の直列回路は、リアクトル4
2に並列に接続されて、平滑コンデンサ5の端子間で直
流出力が得られ、負荷20に直流の電力が供給される。
2. Description of the Related Art FIG. 6 shows a conventional single-phase buck-boost converter, and the prior art will be described with reference to FIG. The power obtained from the AC input power supply 1 is connected to the rectifier circuit 3 via the filter 2 and is converted to DC. The series connection circuit 4 including the reactor 42 and the switching element 41 is connected in parallel to the rectifier circuit 3, and the switching element 41 performs switching according to a signal from the control circuit 7. The series circuit of the smoothing capacitor 5 and the diode 8
2, a DC output is obtained between the terminals of the smoothing capacitor 5, and DC power is supplied to the load 20.

【0003】各部の電流波形は図7に示されており、ス
イッチング素子41がオンの状態では、リアクトル42
の電流IL1は整流回路3の出力電圧によってスイッチ
ング素子41を介して上昇し、スイッチング素子41が
オフになるとダイオード8を介して平滑コンデンサ5を
充電するために電流IL1は零まで減少する。つまりオ
ンでリアクトルに電力を蓄えてオフでその電力を平滑コ
ンデンサ5に転送する動作となる。よって整流回路3の
出力電流Isは図7の波線となり、平滑コンデンサ5の
充電電流Icは図7の一点鎖線となる。
FIG. 7 shows the current waveform of each part. When the switching element 41 is turned on, the reactor 42
The current IL1 rises via the switching element 41 by the output voltage of the rectifier circuit 3, and when the switching element 41 is turned off, the current IL1 decreases to zero in order to charge the smoothing capacitor 5 via the diode 8. That is, when the power is on, the power is stored in the reactor, and when the power is off, the power is transferred to the smoothing capacitor 5. Therefore, the output current Is of the rectifier circuit 3 becomes a dashed line in FIG. 7, and the charging current Ic of the smoothing capacitor 5 becomes a dashed line in FIG.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したように整流回
路3の出力電流Isは図7の波線となり、平滑コンデン
サ5の充電電流Icは図7の一点鎖線となり、どちらも
電流が零の期間が長い不連続な波形となる。よって不連
続な電流Isを滑らかにする為のフィルタ2の容量を大
きくする必要があり、フィルタ2を大きくすると、フィ
ルタ2の損失も大きくなる。同様に不連続なIcによる
充電で発生する出力直流電圧のリップルを抑制する為の
平滑コンデンサ5の容量も大きくする必要がある。つま
り、従来の構成ではフィルタ2や平滑コンデンサ5が小
さくできず装置の小型化や損失の減少が困難である。リ
アクトル42のインダクタンス値を小さくしてスイッチ
ング素子41のオンとオフの周期を短くすれば上記問題
を解決することができるが、スイッチング素子41のス
イッチング損失が上昇し、リアクトル42の鉄損が増加
する。本発明は、上述した点に鑑みて創案されたもの
で、その目的とするところは、前述した課題を解消し、
フィルタや平滑コンデンサの小型化が可能となり、また
スイッチング損失を低減することが可能となり、更に交
流入力電源と出力の直流電源とを絶縁することができる
単相昇降圧コンバータを提供することにある。
As described above, the output current Is of the rectifier circuit 3 is represented by a dashed line in FIG. 7, and the charging current Ic of the smoothing capacitor 5 is represented by a dashed line in FIG. The result is a long, discontinuous waveform. Therefore, it is necessary to increase the capacity of the filter 2 for smoothing the discontinuous current Is. When the size of the filter 2 is increased, the loss of the filter 2 also increases. Similarly, it is necessary to increase the capacity of the smoothing capacitor 5 for suppressing the ripple of the output DC voltage generated by the charging by the discontinuous Ic. That is, in the conventional configuration, the filter 2 and the smoothing capacitor 5 cannot be reduced in size, and it is difficult to reduce the size of the device and reduce the loss. The above problem can be solved by reducing the inductance value of the reactor 42 and shortening the ON / OFF cycle of the switching element 41, but the switching loss of the switching element 41 increases and the iron loss of the reactor 42 increases. . The present invention has been made in view of the above points, and aims to solve the above-described problems,
It is an object of the present invention to provide a single-phase buck-boost converter capable of reducing the size of a filter and a smoothing capacitor, reducing switching loss, and isolating an AC input power supply from an output DC power supply.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、 1.請求項1において、交流入力電源1から交流電力を
整流する整流回路3と、該整流回路3の交流側と交流入
力電源1との間に挿入されたフィルタ2と、前記整流回
路3の直流側に接続されたリアクトル42とスイッチン
グ素子41との直列接続スイッチング回路4と、前記リ
アクトル42と並列に接続された平滑コンデンサ5とダ
イオード8との直列接続したものと、前記スイッチング
素子41のオンオフを制御する制御回路7と、前記直列
接続スイッチング回路4と並列接続された,前記整流回
路3の負極側と前記スイッチング素子41との接続点と
整流回路3の正極側間にリアクトル92とスイッチング
素子91との直列接続したスイッチング回路9と、前記
平滑コンデンサ5とダイオード8との直列接続点と前記
リアクトル92とスイッチング素子91との直列接続点
間に接続されたダイオード10と、前記スイッチング素
子91のオンオフを制御する制御回路11を具備するこ
とを特徴とする単相昇降圧コンバータである。
[Means for Solving the Problems] That is, means for achieving the object are as follows: 2. The rectifier circuit 3 according to claim 1, which rectifies AC power from the AC input power supply 1, a filter 2 inserted between the AC side of the rectifier circuit 3 and the AC input power supply 1, and a DC side of the rectifier circuit 3. A series-connected switching circuit 4 of a reactor 42 and a switching element 41 connected to the power supply, a series connection of a smoothing capacitor 5 and a diode 8 connected in parallel to the reactor 42, and on / off control of the switching element 41 A control circuit 7, a reactor 92 and a switching element 91 connected between a connection point between the negative side of the rectifying circuit 3 and the switching element 41 and the positive side of the rectifying circuit 3, which are connected in parallel with the series-connected switching circuit 4. , A series connection point of the smoothing capacitor 5 and the diode 8, And a diode 10 connected between the series connection point between the quenching device 91, a single-phase buck-boost converter, characterized in that it comprises a control circuit 11 for controlling on and off of the switching element 91.

【0006】2.請求項2において、交流入力電源1か
ら交流電力を整流する整流回路3と、該整流回路3の交
流側と交流入力電源1との間に挿入されたフィルタ2
と、前記整流回路3の直流側に並列接続されたリアクト
ル42と、前記整流回路3とリアクトル42間に接続さ
れたスイッチング回路49と、該スイッチング回路49
のオンオフを制御する制御回路7と、前記リアクトル4
2と並列に接続された平滑コンデンサ5とダイオード8
との直列接続したものと、整流回路3の直流側に並列接
続された、前記整流回路3の負極側と前記スイッチング
回路49との接続点と整流回路3の正極側間にスイッチ
ング回路99とリアクトル92を直列接続したものと、
前記平滑コンデンサ5とダイオード8との接続点とスイ
ッチング回路99とリアクトル92との接続点間に接続
されたダイオード10と、スイッチング回路99のオン
オフを制御する制御回路11から構成され、スイッチン
グ回路49は、スイッチング素子47とダイオード44
との直列接続したものとダイオード48とスイッチング
素子46との直列接続したものを並列接続すると共にス
イッチング素子47とダイオード44との接続点とダイ
オード48とスイッチング素子46との接続点間にコン
デンサ45を接続し、スイッチング回路99は、スイッ
チング素子97とダイオード94との直列接続したもの
とダイオード98とスイッチング素子96との直列接続
したものを並列接続すると共にスイッチング素子97と
ダイオード94との接続点とダイオード98とスイッチ
ング素子96との接続点間にコンデンサ95を接続した
ことを特徴とする単相昇降圧コンバータである。
[0006] 2. 3. A rectifier circuit 3 for rectifying AC power from an AC input power supply 1, and a filter 2 inserted between the AC side of the rectifier circuit 3 and the AC input power supply 1.
A reactor 42 connected in parallel to the DC side of the rectifier circuit 3, a switching circuit 49 connected between the rectifier circuit 3 and the reactor 42,
A control circuit 7 for controlling on / off of the reactor;
2 and a smoothing capacitor 5 and a diode 8 connected in parallel.
And a switching circuit 99 and a reactor connected in parallel with the DC side of the rectifier circuit 3 and between a connection point between the negative side of the rectifier circuit 3 and the switching circuit 49 and the positive side of the rectifier circuit 3. 92 connected in series;
The switching circuit 49 includes a diode 10 connected between a connection point between the smoothing capacitor 5 and the diode 8, a connection point between the switching circuit 99 and the reactor 92, and a control circuit 11 for controlling on / off of the switching circuit 99. , Switching element 47 and diode 44
And a series connection of a diode 48 and a switching element 46 are connected in parallel, and a capacitor 45 is connected between the connection point of the switching element 47 and the diode 44 and the connection point of the diode 48 and the switching element 46. The switching circuit 99 connects the switching element 97 and the diode 94 in series and the diode 98 and the switching element 96 in series and connects the connection point of the switching element 97 and the diode 94 to the diode. A single-phase buck-boost converter characterized in that a capacitor 95 is connected between a connection point of a switching element 98 and a switching element 96.

【0007】3.請求項3において、交流入力電源1か
ら交流電力を整流する整流回路3と、該整流回路3の交
流側と交流入力電源1との間に挿入されたフィルタ2
と、前記整流回路3の直流側に接続されたリアクトル4
2とスイッチング素子41との直列接続したものと、前
記リアクトル42と並列に接続された平滑コンデンサ5
とダイオード8との直列接続したものと、前記スイッチ
ング素子41のオンオフを制御する制御回路7と、前記
リアクトル42とスイッチング素子41との直列接続し
たものと並列接続されたリアクトル92とスイッチング
素子91との直列接続したものと、前記平滑コンデンサ
5とダイオード8との直列接続点と前記リアクトル92
とスイッチング素子91との直列接続点間に接続された
ダイオード10と、前記スイッチング素子91のオンオ
フを制御する制御回路11と、前記整流回路3の負極側
とスイッチング素子41間に接続されたスイッチング回
路6と、前記スイッチング回路6のオンオフを制御する
制御回路12から構成され、スイッチング回路6は、ス
イッチング素子67とダイオード64との直列接続した
ものとダイオード68とスイッチング素子66との直列
接続したものを並列接続すると共にスイッチング素子6
7とダイオード64との接続点とダイオード68とスイ
ッチング素子66との接続点間にコンデンサ65を接続
したことを特徴とする単相昇降圧コンバータである。
[0007] 3. 4. A rectifier circuit 3 for rectifying AC power from an AC input power supply 1, and a filter 2 inserted between the AC side of the rectifier circuit 3 and the AC input power supply 1.
And a reactor 4 connected to the DC side of the rectifier circuit 3.
2 and a switching element 41 connected in series, and a smoothing capacitor 5 connected in parallel with the reactor 42.
And a control circuit 7 for controlling ON / OFF of the switching element 41; a reactor 92 and a switching element 91 connected in parallel with the series connection of the reactor 42 and the switching element 41; , A series connection point of the smoothing capacitor 5 and the diode 8 and the reactor 92.
A diode 10 connected between a series connection point of the switching element 91 and a control circuit 11 for controlling on / off of the switching element 91; and a switching circuit connected between the negative electrode of the rectifier circuit 3 and the switching element 41. 6 and a control circuit 12 for controlling the on / off of the switching circuit 6. The switching circuit 6 includes a series connection of a switching element 67 and a diode 64 and a series connection of a diode 68 and a switching element 66. Connecting in parallel and switching element 6
A single-phase buck-boost converter characterized in that a capacitor 65 is connected between a connection point between a diode 7 and a diode 64 and a connection point between a diode 68 and a switching element 66.

【0008】4.請求項4において、交流入力電源1か
ら交流電力を整流する整流回路3と、該整流回路3の交
流側と交流入力電源1との間に挿入されたフィルタ2
と、前記整流回路3の直流側に接続されたフライバック
トランス43の一次巻線とスイッチング素子41との直
列接続したものと、前記フライバックトランス43の二
次巻線と並列に接続された平滑コンデンサ5とダイオー
ド8との直列接続したものと、前記スイッチング素子4
1のオンオフを制御する制御回路7と、前記フライバッ
クトランス43の一次巻線とスイッチング素子41との
直列接続したものと並列に接続されたフライバックトラ
ンス93の一次巻線とスイッチング素子91との直列接
続したものと、前記平滑コンデンサ5とダイオード8と
の直列接続点と前記フライバックトランス93の二次巻
線との間に接続されたダイオード10と、前記スイッチ
ング素子91のオンオフを制御する制御回路11から構
成され、フライバックトランス43、93は、それぞれ
少なくとも1本の2次巻線を有するものであることを特
徴とする単相昇降圧コンバータである。以下、本発明の
一実施例を請求項に基づいて図面を参照しながら詳述す
る。
[0008] 4. 5. A rectifier circuit 3 for rectifying AC power from an AC input power supply 1, and a filter 2 inserted between the AC side of the rectifier circuit 3 and the AC input power supply 1.
And a series connection of a primary winding of a flyback transformer 43 connected to the DC side of the rectifier circuit 3 and the switching element 41, and a smoothing connected in parallel with a secondary winding of the flyback transformer 43. A series connection of a capacitor 5 and a diode 8;
1, a control circuit 7 for controlling the on / off operation of the switching element 91 and a primary winding of the flyback transformer 93 connected in series with a primary winding of the flyback transformer 43 and the switching element 41. A series connection, a diode 10 connected between a series connection point of the smoothing capacitor 5 and the diode 8 and a secondary winding of the flyback transformer 93, and control for controlling on / off of the switching element 91. Each of the flyback transformers 43 and 93 is a single-phase buck-boost converter having at least one secondary winding. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings based on the claims.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】請求項1に係る発明の実施例を図
1に示し、この図に基づいて説明する。交流入力電源1
から得られた電力は、フィルタ2を介して整流回路3に
入力され直流に変換される。リアクトル42とスイッチ
ング素子41からなる直列接続スイッチング回路4とリ
アクトル92とスイッチング素子91からなる直列接続
スイッチング回路9は、整流回路3に並列に接続されて
おり、スイッチング素子41とスイッチング素子91は
それぞれ制御回路7と制御回路11の信号に応じてスイ
ッチングを行う。ダイオード8とダイオード10は、そ
れぞれリアクトル42とリアクトル92に蓄えられた電
力を平滑コンデンサ5に供給し、平滑コンデンサ5の端
子間で直流出力が得られ、負荷20に直流の電力が供給
される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of the invention according to claim 1, and a description will be given with reference to FIG. AC input power 1
Is input to the rectifier circuit 3 via the filter 2 and is converted to DC. A series-connected switching circuit 4 including a reactor 42 and a switching element 41 and a series-connected switching circuit 9 including a reactor 92 and a switching element 91 are connected in parallel to the rectifier circuit 3, and the switching elements 41 and 91 are respectively controlled. Switching is performed according to signals from the circuit 7 and the control circuit 11. The diodes 8 and 10 supply the power stored in the reactor 42 and the reactor 92 to the smoothing capacitor 5, a DC output is obtained between the terminals of the smoothing capacitor 5, and the DC power is supplied to the load 20.

【0010】各部の電流波形は図5に示されており、ス
イッチング素子41の状態とスイッチング素子91の状
態は180度の位相差を持たせている。リアクトル42
の電流IL1とリアクトル92の電流IL2は、それぞ
れスイッチング素子41やスイッチング素子91がオン
の状態において整流回路3の出力電圧によって上昇し、
スイッチング素子41やスイッチング素子91がオフの
状態において、ダイオード8やダイオード10を介して
平滑コンデンサ5を充電するために電流IL1やIL2
は零まで減少する。よって整流回路3の出力電流Isは
図5の波線となり、平滑コンデンサ5の充電電流Icは
図5の一点鎖線となる。
The current waveform of each part is shown in FIG. 5, and the state of the switching element 41 and the state of the switching element 91 have a phase difference of 180 degrees. Reactor 42
Current IL1 and current IL2 of reactor 92 rise by the output voltage of rectifier circuit 3 when switching element 41 and switching element 91 are on, respectively.
When the switching element 41 or the switching element 91 is off, the current IL1 or IL2 is charged to charge the smoothing capacitor 5 via the diode 8 or the diode 10.
Decreases to zero. Therefore, the output current Is of the rectifier circuit 3 becomes a dashed line in FIG. 5, and the charging current Ic of the smoothing capacitor 5 becomes a dashed line in FIG.

【0011】図5は、従来技術の電流波形である図7と
同じ出力電力の状態での波形であり、Isの最大値は従
来の1/2となり、Isの周波数は2倍となっているの
で、この電流波形を平滑化するためのフィルタ2の容量
を小さくすることができフィルタ2の小型化が可能とな
る。同様に、平滑コンデンサの充電電流Icの最大値も
1/2近くとなり2倍の周波数のリップルとなるため
に、平滑コンデンサ5の容量も小さくすることができ
る。なお、従来技術に比べてスイッチング素子やダイオ
ードやリアクトルの数が2倍となるが、それらの電流容
量は約1/2となるので大きなデメリットとはならな
い。
FIG. 5 is a waveform in the same output power state as that of FIG. 7 which is a current waveform of the prior art. The maximum value of Is is 1/2 of the conventional value and the frequency of Is is twice. Therefore, the capacity of the filter 2 for smoothing the current waveform can be reduced, and the size of the filter 2 can be reduced. Similarly, the maximum value of the charging current Ic of the smoothing capacitor is also close to 1/2, and the ripple has twice the frequency, so that the capacity of the smoothing capacitor 5 can be reduced. Although the number of switching elements, diodes, and reactors is doubled as compared with the prior art, their current capacities are reduced to about 1/2, so that there is no significant disadvantage.

【0012】請求項2に係る発明の実施例を図2に示
し、この図に基づいて以下に説明する。なお、図1と同
じものは説明を省略する。図2は、図1のスイッチング
素子41の代わりに、スイッチング素子47とスイッチ
ング素子46とダイオード44とダイオード48とコン
デンサ45から成るスイッチング回路49を用い、図1
のスイッチング素子91の代わりに、スイッチング素子
97とスイッチング素子96とダイオード94とダイオ
ード98とコンデンサ95から成るスイッチング回路9
9を用いている。スイッチング素子47とスイッチング
素子46は、制御回路7出力の同じ制御信号でスイッチ
ングされ、スイッチング素子97とスイッチング素子9
6は、制御回路11出力の同じ制御信号でスイッチング
される。
An embodiment of the invention according to claim 2 is shown in FIG. 2 and will be described below with reference to FIG. The description of the same components as those in FIG. 1 will be omitted. FIG. 2 uses a switching circuit 49 including a switching element 47, a switching element 46, a diode 44, a diode 48, and a capacitor 45 instead of the switching element 41 of FIG.
, A switching circuit 9 composed of a switching element 97, a switching element 96, a diode 94, a diode 98, and a capacitor 95.
9 is used. The switching element 47 and the switching element 46 are switched by the same control signal output from the control circuit 7, and the switching element 97 and the switching element 9 are switched.
6 is switched by the same control signal output from the control circuit 11.

【0013】制御回路7出力がオフの時、コンデンサ4
5は図2の極性で充電されており、制御回路7出力がオ
ンになると、整流回路3をリアクトル42とスイッチン
グ素子47とコンデンサ45とスイッチング素子46と
の直列回路で短絡することになる。このスイッチング素
子47やスイッチング素子46のターンオン時は、ほぼ
電流零の状態が保たれるので零電流スイッチングとなり
スイッチング損失が非常に小さくなる。その後、コンデ
ンサ45の両端の電圧が零となるとダイオード44とダ
イオード48には順方向の電位がかかるので、コンデン
サ45を介さずに、スイッチング素子47とダイオード
44との直列回路やスイッチング素子46とダイオード
48との直列回路でリアクトル42の電流を流すように
なる。よって、スイッチング素子47やスイッチング素
子46の電流容量は、図1のスイッチング素子41の1
/2とすることができる。
When the output of the control circuit 7 is off, the capacitor 4
5 is charged with the polarity shown in FIG. 2, and when the output of the control circuit 7 is turned on, the rectifier circuit 3 is short-circuited by a series circuit of the reactor 42, the switching element 47, the capacitor 45, and the switching element 46. When the switching element 47 or the switching element 46 is turned on, almost zero current is maintained, so that zero current switching is performed, and the switching loss becomes very small. Thereafter, when the voltage at both ends of the capacitor 45 becomes zero, a forward potential is applied to the diode 44 and the diode 48, so that a series circuit of the switching element 47 and the diode 44 or the switching element 46 and the diode The current of the reactor 42 flows in a series circuit with the reactor 48. Therefore, the current capacity of the switching element 47 or the switching element 46 is one of the switching elements 41 of FIG.
/ 2.

【0014】制御回路7出力がオンからオフに変わる
と、リアクトル42の電流は、ダイオード44とコンデ
ンサ45とダイオード48を通じて流れ、コンデンサ4
5を充電するようになるので、スイッチング素子47や
スイッチング素子46の両端の電位は徐々にしか上昇し
ないため、零電圧でのスイッチングとなりスイッチング
損失が非常に小さくなる。その後、コンデンサ45の両
端の電位が、整流回路3の電位と平滑コンデンサ5の電
位との和以上になると、リアクトル42の電流はダイオ
ード8を介して平滑コンデンサ5を充電するように流れ
る。スイッチング回路99も同様な動作となる。
When the output of the control circuit 7 changes from on to off, the current of the reactor 42 flows through the diode 44, the capacitor 45 and the diode 48, and
5, the potential at both ends of the switching element 47 or the switching element 46 rises only gradually, so that the switching is performed at zero voltage, and the switching loss becomes very small. Thereafter, when the potential at both ends of the capacitor 45 becomes equal to or higher than the sum of the potential of the rectifier circuit 3 and the potential of the smoothing capacitor 5, the current of the reactor 42 flows through the diode 8 so as to charge the smoothing capacitor 5. The switching circuit 99 operates similarly.

【0015】以上より、各部の電流波形は、図1の場合
とほぼ同じで図5のようになるためにフィルタ3や平滑
コンデンサ5は、図1の場合と同様に小型とすることが
できる。またスイッチング回路49やスイッチング回路
99でのターンオンスイッチング時は零電流スイッチン
グとなり、ターンオフスイッチング時は零電圧スイッチ
ングとなるため、スイッチング損失を非常に小さくする
ことができる。
As described above, since the current waveforms of the respective parts are substantially the same as in FIG. 1 and are as shown in FIG. 5, the filter 3 and the smoothing capacitor 5 can be downsized as in FIG. Further, the switching circuit 49 and the switching circuit 99 perform zero-current switching at the time of turn-on switching, and perform zero-voltage switching at the time of turn-off switching, so that switching loss can be extremely reduced.

【0016】請求項3に係る発明の実施例を図3に示
し、この図に基づいて以下に説明する。なお、図1、2
と同じものは説明を省略する。図3は、図1のスイッチ
ング素子41とスイッチング素子91との接続点と整流
回路3との間にスイッチング回路6を挿入した構成とな
っており、スイッチング回路6のオンオフは制御回路1
2で制御される。スイッチング回路6は、スイッチング
素子67とスイッチング素子66とダイオード64とダ
イオード68とコンデンサ65から成る。
An embodiment of the invention according to claim 3 is shown in FIG. 3 and will be described below with reference to FIG. 1 and 2
The description of the same components as described above is omitted. FIG. 3 shows a configuration in which the switching circuit 6 is inserted between the connection point between the switching element 41 and the switching element 91 in FIG. 1 and the rectifier circuit 3.
2 is controlled. The switching circuit 6 includes a switching element 67, a switching element 66, a diode 64, a diode 68, and a capacitor 65.

【0017】制御回路12の出力信号は、図1の制御回
路7の出力と制御回路11の出力との論理和に相当する
信号であり、図3における制御回路7の出力信号はデュ
ーティ比50%のオンオフ信号で、その周波数は制御回
路12出力信号の周波数の1/2であり、オンオフの切
替ポイントは制御回路12出力信号がオンとなる直前で
ある。図3における制御回路11の出力信号は、図3の
制御回路7の出力信号の論理が反転したオンオフ信号で
ある。以上より、スイッチング素子41とスイッチング
素子91でリアクトル42と92を選択し、スイッチン
グ回路6で各リアクトルの電流のスイッチングを行うこ
とができるため、各部の電流波形は図1や図2の場合と
同じとなる。よって、図2の場合と同様にスイッチング
損失を非常に小さくできるにも拘わらず、図2に比べて
ダイオード2つコンデンサ1つを低減することができ
る。なお、図3のスイッチング回路6の動作は、図2の
スイッチング回路49またはスイッチング回路99と同
様なので説明を省略する。上述したように、図3のスイ
ッチング素子41やスイッチング素子91のスイッチン
グは、スイッチング回路6がオンする直前なので電流が
零の状態でのスイッチングとなりスイッチング損失増加
とはならない。
The output signal of the control circuit 12 is a signal corresponding to the logical sum of the output of the control circuit 7 of FIG. 1 and the output of the control circuit 11, and the output signal of the control circuit 7 of FIG. , The frequency of which is 1/2 of the frequency of the output signal of the control circuit 12, and the on / off switching point is immediately before the output signal of the control circuit 12 is turned on. The output signal of the control circuit 11 in FIG. 3 is an on / off signal obtained by inverting the logic of the output signal of the control circuit 7 in FIG. As described above, since the switching elements 41 and 91 can select the reactors 42 and 92 and the switching circuit 6 can switch the current of each reactor, the current waveform of each part is the same as that in FIGS. Becomes Therefore, as in the case of FIG. 2, although the switching loss can be extremely reduced, two diodes and one capacitor can be reduced as compared with FIG. The operation of the switching circuit 6 in FIG. 3 is the same as that of the switching circuit 49 or the switching circuit 99 in FIG. As described above, the switching of the switching elements 41 and 91 in FIG. 3 is performed immediately before the switching circuit 6 is turned on, so that the switching is performed in a state where the current is zero, and the switching loss does not increase.

【0018】請求項4に係る発明の実施例を図4に示
し、この図に基づいて以下に説明する。なお、図1と同
じものは説明を省略する。図4は、図1のリアクトル4
2とリアクトル92が、それぞれフライバックトランス
43,93に置き換わった構成となっており、交流入力
電源1と出力の直流電源とを絶縁することができる。各
部の動作は、図1の場合と全く同じであるためその説明
を省略する。
An embodiment of the invention according to claim 4 is shown in FIG. 4 and will be described below with reference to FIG. The description of the same components as those in FIG. 1 is omitted. FIG. 4 shows the reactor 4 of FIG.
2 and the reactor 92 are replaced by flyback transformers 43 and 93, respectively, so that the AC input power supply 1 and the output DC power supply can be insulated. The operation of each unit is exactly the same as that in FIG.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項1に係る発明により、スイッチング周波数を変える
ことなくフィルタの出力電流や平滑コンデンサの充電電
流のリップル周波数を2倍とし、リップルの振幅を1/
2とすることができるので、フィルタや平滑コンデンサ
の小型化が可能となる。請求項2や3により、請求項1
の効果を維持したまま、スイッチング損失を低減するこ
とが可能となる。請求項4により、請求項1〜3の効果
を維持したまま、交流入力電源と出力の直流電源とを絶
縁することができる。
As described above, according to the present invention, according to the first aspect of the present invention, the ripple frequency of the output current of the filter and the charging current of the smoothing capacitor can be doubled without changing the switching frequency, and the ripple can be reduced. The amplitude is 1 /
2, the size of the filter and the smoothing capacitor can be reduced. According to Claims 2 and 3, Claim 1
It is possible to reduce the switching loss while maintaining the effect of (1). According to the fourth aspect, the AC input power supply and the output DC power supply can be insulated while maintaining the effects of the first to third aspects.

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

【図1】請求項1に係る発明の実施例を表す回路図であ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the invention according to claim 1;

【図2】請求項2に係る発明の実施例を表す回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the invention according to claim 2;

【図3】請求項3に係る発明の実施例を表す回路図であ
る。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the invention according to claim 3;

【図4】請求項4に係る発明の実施例を表す回路図であ
る。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of the invention according to claim 4;

【図5】図1〜図4における各部の電流波形である。FIG. 5 is a current waveform of each part in FIGS.

【図6】従来技術の一例を表す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an example of a conventional technique.

【図7】従来技術の各部の電流波形である。FIG. 7 is a current waveform of each part according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・交流入力電源 2・・・フィルタ 3・・・整流回路 4・・・直列接続スイッチング回路 5・・・平滑コンデンサ 6・・・スイッチング回路 7・・・制御回路 8・・・ダイオード 9・・・直列接続スイッチング回路 10・・・ダイオード 11・・・制御回路 12・・・制御回路 20・・・負荷 41・・・スイッチング素子 42・・・リアクトル 43・・・フライバックトランス 44・・・ダイオード 45・・・コンデンサ 46・・・スイッチング素子 47・・・スイッチング素子 48・・・ダイオード 49・・・スイッチング回路 64・・・ダイオード 65・・・コンデンサ 66・・・スイッチング素子 67・・・スイッチング素子 68・・・ダイオード 91・・・スイッチング素子 92・・・リアクトル 93・・・フライバックトランス 94・・・ダイオード 95・・・コンデンサ 96・・・スイッチング素子 97・・・スイッチング素子 98・・・ダイオード 99・・・スイッチング回路 1 ... AC input power supply 2 ... Filter 3. Rectifier circuit 4: Switching circuit connected in series 5 ... Smoothing capacitor 6 Switching circuit 7 ... Control circuit 8 ... Diode 9 ... Switching circuit connected in series 10 ... Diode 11 ... Control circuit 12 ... Control circuit 20 ... Load 41 ・ ・ ・ Switching element 42 ... reactor 43 ・ ・ ・ Flyback transformer 44 ・ ・ ・ Diode 45 ・ ・ ・ Capacitor 46 Switching element 47 ・ ・ ・ Switching element 48 ・ ・ ・ Diode 49 Switching circuit 64 ... diode 65 ・ ・ ・ Capacitor 66 Switching element 67 ・ ・ ・ Switching element 68 ... diode 91 ・ ・ ・ Switching element 92 ... reactor 93 ・ ・ ・ Flyback transformer 94 ... diode 95 ... condenser 96 ・ ・ ・ Switching element 97 ・ ・ ・ Switching element 98 ・ ・ ・ Diode 99 Switching circuit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 交流入力電源(1)から交流電力を整流
する整流回路(3)と、該整流回路(3)の交流側と交
流入力電源(1)との間に挿入されたフィルタ(2)
と、前記整流回路(3)の直流側に接続されたリアクト
ル(42)とスイッチング素子(41)との直列接続ス
イッチング回路(4)と、前記リアクトル(42)と並
列に接続された平滑コンデンサ(5)とダイオード
(8)との直列接続したものと、前記スイッチング素子
(41)のオンオフを制御する制御回路(7)と、前記
直列接続スイッチング回路(4)と並列接続された,前
記整流回路(3)の負極側と前記スイッチング素子(4
1)との接続点と整流回路(3)の正極側間にリアクト
ル(92)とスイッチング素子(91)との直列接続し
たスイッチング回路(9)と、前記平滑コンデンサ
(5)とダイオード(8)との直列接続点と前記リアク
トル(92)とスイッチング素子(91)との直列接続
点間に接続されたダイオード(10)と、前記スイッチ
ング素子(91)のオンオフを制御する制御回路(1
1)を具備することを特徴とする単相昇降圧コンバー
タ。
A rectifier circuit (3) for rectifying AC power from an AC input power supply (1), and a filter (2) inserted between the AC side of the rectifier circuit (3) and the AC input power supply (1). )
A serially connected switching circuit (4) of a reactor (42) and a switching element (41) connected to the DC side of the rectifier circuit (3); and a smoothing capacitor (4) connected in parallel with the reactor (42). 5) a series connection of a diode (8), a control circuit (7) for controlling on / off of the switching element (41), and the rectifier circuit connected in parallel with the series connection switching circuit (4). The negative electrode side of (3) and the switching element (4)
A switching circuit (9) in which a reactor (92) and a switching element (91) are connected in series between a connection point with the rectifier circuit (3) and a connection point with the rectifier circuit (3); the smoothing capacitor (5) and a diode (8) And a diode (10) connected between a series connection point of the reactor (92) and the switching element (91), and a control circuit (1) for controlling on / off of the switching element (91).
A single-phase buck-boost converter comprising:
【請求項2】 交流入力電源(1)から交流電力を整流
する整流回路(3)と、該整流回路(3)の交流側と交
流入力電源(1)との間に挿入されたフィルタ(2)
と、前記整流回路(3)の直流側に並列接続されたリア
クトル(42)と、前記整流回路(3)とリアクトル
(42)間に接続されたスイッチング回路(49)と、
該スイッチング回路(49)のオンオフを制御する制御
回路(7)と、前記リアクトル(42)と並列に接続さ
れた平滑コンデンサ(5)とダイオード(8)との直列
接続したものと、整流回路(3)の直流側に並列接続さ
れた、前記整流回路(3)の負極側と前記スイッチング
回路(49)との接続点と整流回路(3)の正極側間に
スイッチング回路(99)とリアクトル(92)を直列
接続したものと、前記平滑コンデンサ(5)とダイオー
ド(8)との接続点とスイッチング回路(99)とリア
クトル(92)との接続点間に接続されたダイオード
(10)と、スイッチング回路(99)のオンオフを制
御する制御回路(11)から構成され、スイッチング回
路(49)は、スイッチング素子(47)とダイオード
(44)との直列接続したものとダイオード(48)と
スイッチング素子(46)との直列接続したものを並列
接続すると共にスイッチング素子(47)とダイオード
(44)との接続点とダイオード(48)とスイッチン
グ素子(46)との接続点間にコンデンサ(45)を接
続し、スイッチング回路(99)は、スイッチング素子
(97)とダイオード(94)との直列接続したものと
ダイオード(98)とスイッチング素子(96)との直
列接続したものを並列接続すると共にスイッチング素子
(97)とダイオード(94)との接続点とダイオード
(98)とスイッチング素子(96)との接続点間にコ
ンデンサ(95)を接続したことを特徴とする単相昇降
圧コンバータ。
2. A rectifier circuit (3) for rectifying AC power from an AC input power supply (1), and a filter (2) inserted between the AC side of the rectifier circuit (3) and the AC input power supply (1). )
A reactor (42) connected in parallel to the DC side of the rectifier circuit (3), a switching circuit (49) connected between the rectifier circuit (3) and the reactor (42),
A control circuit (7) for controlling on / off of the switching circuit (49); a series connection of a smoothing capacitor (5) and a diode (8) connected in parallel with the reactor (42); The switching circuit (99) and the reactor (3) are connected in parallel between the DC side of (3) and a connection point between the negative side of the rectifier circuit (3) and the switching circuit (49) and the positive side of the rectifier circuit (3). 92), a diode (10) connected between a connection point of the smoothing capacitor (5) and the diode (8), and a connection point of the switching circuit (99) and the reactor (92); The switching circuit (49) includes a control circuit (11) for controlling ON / OFF of a switching circuit (99). The switching circuit (49) is connected in series with a switching element (47) and a diode (44). And a series connection of a diode (48) and a switching element (46) are connected in parallel, and a connection point between the switching element (47) and the diode (44), a diode (48) and a switching element (46) are connected. A switching circuit (99) is connected in series with a switching element (97) and a diode (94), and a series connection of a diode (98) and a switching element (96). And a capacitor (95) connected between a connection point between the switching element (97) and the diode (94) and a connection point between the diode (98) and the switching element (96). Single-phase buck-boost converter.
【請求項3】 交流入力電源(1)から交流電力を整流
する整流回路(3)と、該整流回路(3)の交流側と交
流入力電源(1)との間に挿入されたフィルタ(2)
と、前記整流回路(3)の直流側に接続されたリアクト
ル(42)とスイッチング素子(41)との直列接続し
たものと、前記リアクトル(42)と並列に接続された
平滑コンデンサ(5)とダイオード(8)との直列接続
したものと、前記スイッチング素子(41)のオンオフ
を制御する制御回路(7)と、前記リアクトル(42)
とスイッチング素子(41)との直列接続したものと並
列接続されたリアクトル(92)とスイッチング素子
(91)との直列接続したものと、前記平滑コンデンサ
(5)とダイオード(8)との直列接続点と前記リアク
トル(92)とスイッチング素子(91)との直列接続
点間に接続されたダイオード(10)と、前記スイッチ
ング素子(91)のオンオフを制御する制御回路(1
1)と、前記整流回路(3)の負極側とスイッチング素
子(41)間に接続されたスイッチング回路(6)と、
前記スイッチング回路(6)のオンオフを制御する制御
回路(12)から構成され、スイッチング回路(6)
は、スイッチング素子(67)とダイオード(64)と
の直列接続したものとダイオード(68)とスイッチン
グ素子(66)との直列接続したものを並列接続すると
共にスイッチング素子(67)とダイオード(64)と
の接続点とダイオード(68)とスイッチング素子(6
6)との接続点間にコンデンサ(65)を接続したこと
を特徴とする単相昇降圧コンバータ。
3. A rectifier circuit (3) for rectifying AC power from an AC input power supply (1), and a filter (2) inserted between the AC side of the rectifier circuit (3) and the AC input power supply (1). )
A serially connected reactor (42) and a switching element (41) connected to the DC side of the rectifier circuit (3), and a smoothing capacitor (5) connected in parallel with the reactor (42). A series connection of a diode (8), a control circuit (7) for controlling on / off of the switching element (41), and the reactor (42)
And a switching element (41) connected in series, a reactor (92) connected in parallel with the switching element (91), and a series connection of the smoothing capacitor (5) and the diode (8). A diode (10) connected between a point, a series connection point of the reactor (92) and the switching element (91), and a control circuit (1) for controlling on / off of the switching element (91).
1) a switching circuit (6) connected between the negative electrode of the rectifier circuit (3) and the switching element (41);
A switching circuit (6) comprising a control circuit (12) for controlling on / off of the switching circuit (6);
Is connected in parallel with a series connection of a switching element (67) and a diode (64) and a series connection of a diode (68) and a switching element (66), and also includes a switching element (67) and a diode (64). , A diode (68) and a switching element (6).
6) A single-phase buck-boost converter, wherein a capacitor (65) is connected between the connection points with (6).
【請求項4】 交流入力電源(1)から交流電力を整流
する整流回路(3)と、該整流回路(3)の交流側と交
流入力電源(1)との間に挿入されたフィルタ(2)
と、前記整流回路(3)の直流側に接続されたフライバ
ックトランス(43)の一次巻線とスイッチング素子
(41)との直列接続したものと、前記フライバックト
ランス(43)の二次巻線と並列に接続された平滑コン
デンサ(5)とダイオード(8)との直列接続したもの
と、前記スイッチング素子(41)のオンオフを制御す
る制御回路(7)と、前記フライバックトランス(4
3)の一次巻線とスイッチング素子(41)との直列接
続したものと並列に接続されたフライバックトランス
(93)の一次巻線とスイッチング素子(91)との直
列接続したものと、前記平滑コンデンサ(5)とダイオ
ード(8)との直列接続点と前記フライバックトランス
(93)の二次巻線との間に接続されたダイオード(1
0)と、前記スイッチング素子(91)のオンオフを制
御する制御回路(11)から構成され、フライバックト
ランス(43)、(93)は、それぞれ少なくとも1本
の2次巻線を有するものであることを特徴とする単相昇
降圧コンバータ。
4. A rectifier circuit (3) for rectifying AC power from an AC input power supply (1), and a filter (2) inserted between the AC side of the rectifier circuit (3) and the AC input power supply (1). )
A serial connection of a primary winding of a flyback transformer (43) connected to the DC side of the rectifier circuit (3) and a switching element (41); and a secondary winding of the flyback transformer (43). A series connection of a smoothing capacitor (5) and a diode (8) connected in parallel with a line, a control circuit (7) for controlling on / off of the switching element (41), and a flyback transformer (4).
3) a series connection of a primary winding and a switching element (91) of a flyback transformer (93) connected in parallel with a primary winding and a switching element (41) connected in series; A diode (1) connected between a series connection point of a capacitor (5) and a diode (8) and a secondary winding of the flyback transformer (93).
0) and a control circuit (11) for controlling the on / off of the switching element (91). Each of the flyback transformers (43) and (93) has at least one secondary winding. A single-phase buck-boost converter characterized by the above-mentioned.
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