JP2005080369A - Dc/dc converting circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、昇圧,降圧が可能なDC/DC(直流/直流)変換回路に関する。 The present invention relates to a DC / DC (direct current / direct current) conversion circuit capable of step-up and step-down.
図9−1に例えば特許文献1に示されている従来例を示す。
同図において、1は直流電源回路(交流電源入力の場合は、整流回路+コンデンサとなる)、2はIGBT(絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ)などのスイッチ素子、3はリアクトル、4はダイオード、5はコンデンサで直流出力として負荷6に接続される。
この回路の動作は、IGBT2がオンすることで電流iaが流れ、リアクトル3にエネルギが蓄積される。その後、IGBT2がオフすると、リアクトル3に蓄積されていたエネルギは、コンデンサ5に供給される。
FIG. 9A shows a conventional example shown in
In the figure, 1 is a DC power supply circuit (in the case of an AC power supply input, it becomes a rectifier circuit + capacitor), 2 is a switching element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor), 3 is a reactor, 4 is a diode, 5 is The capacitor is connected to the
In the operation of this circuit, the current ia flows when the
理想的な回路の場合は、入力電圧V1と出力電圧V2との関には、IGBT2のオンデューティをαとして、次の(1)式のような関係がある。
V2=αV/(1−α) …(1)
上記(1)式より、αの値に応じて任意の電圧を出力可能なため、図9−1の回路は昇降圧変換回路となる。また、図9−2にIGBT2とダイオード4の接続位置を変えた例を示す。動作的には図9−1と全く同じなので、直列に接続された素子の接続位置の違いによるものは同一のものとし、特に区別しないものとする。
In the case of an ideal circuit, the relationship between the input voltage V1 and the output voltage V2 is expressed by the following equation (1) where the on-duty of the
V2 = αV / (1-α) (1)
From the above equation (1), since an arbitrary voltage can be output according to the value of α, the circuit of FIG. 9-1 becomes a step-up / down conversion circuit. FIG. 9-2 shows an example in which the connection position of the
図10に、図9の回路の応用として、入力の直流電源側は交流電源7と整流回路8とコンデンサ9からなり、直流負荷回路としては直流交流変換回路であるインバータ10(スイッチング素子としてのIGBT11と逆並列ダイオード12を組とする6組で構成)と、実際の負荷であるモータ13とからなる例を示す。
In FIG. 10, as an application of the circuit of FIG. 9, the input DC power supply side is composed of an AC power supply 7, a rectifier circuit 8 and a
図10の回路でインバータ運転を実施した場合、IGBT11のスイッチングに伴い、モータ13からはモータの巻線とモータのフレーム間の浮遊容量14を介しアース15に漏れ電流が流れる。この漏れ電流は、アース15および交流電源7を介し、主に図10のi1〜i4の経路で流れる。ここで、i1とi2はインバータ10の下アーム側のIGBT(例えばIGBT16)がオンしているときに流れ、i3とi4はインバータ10の上アーム側のIGBT(例えばIGBT11)がオンしているときに流れる。
When the inverter operation is performed in the circuit of FIG. 10, a leakage current flows from the
図10の電流i1〜i4は高周波電流であるため、同一電源系統につながっている他の装置の誤動作原因になったり、伝導ノイズ規格である雑音端子電圧レベルが高くなり、大型のフィルタが必要になるなどの問題がある。
したがって、この発明の課題は、負荷の浮遊容量とアースを介する高周波電流値を小さくし、同一系統につながっている他の装置の誤動作を低減することにある。
Since the currents i1 to i4 in FIG. 10 are high-frequency currents, it may cause malfunction of other devices connected to the same power supply system, or the noise terminal voltage level, which is a conduction noise standard, becomes high, and a large filter is required. There are problems such as becoming.
Accordingly, an object of the present invention is to reduce the stray capacitance of the load and the high-frequency current value via the ground, and to reduce malfunctions of other devices connected to the same system.
このような課題を解決するため、請求項1の発明では、直流電源回路または交流電源からコンバータを介する直流回路より任意の直流電圧を出力するDC/DC変換回路において、入力の直流電源の正側電位と負側電位間にスイッチ素子とリアクトルとダイオードを含む整流素子との直列回路を接続し、さらに、前記リアクトルと並列にコンデンサとダイオードを含む整流素子との直列回路を接続し、前記コンデンサを直流出力回路としてこれに負荷を接続することを特徴とする。
請求項2の発明では、直流電源回路または交流電源からコンバータを介する直流回路より任意の直流電圧を出力するDC/DC変換回路において、入力の直流電源の正側電位と負側電位間にスイッチ素子とリアクトルとの直列回路を接続し、さらに、前記リアクトルと並列にコンデンサと前記コンデンサを中間に配置した2素子以上のダイオードを含む整流素子との直列回路を接続し、前記コンデンサを直流出力回路としてこれに負荷を接続することを特徴とする。
In order to solve such problems, according to the first aspect of the present invention, in the DC power supply circuit or the DC / DC conversion circuit that outputs an arbitrary DC voltage from the AC power supply through the converter, the positive side of the input DC power supply is provided. A series circuit of a switching element, a reactor, and a rectifying element including a diode is connected between the potential and the negative potential, and further, a series circuit of a rectifying element including a capacitor and a diode is connected in parallel with the reactor, and the capacitor is As a direct current output circuit, a load is connected to the circuit.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a switching element between a positive side potential and a negative side potential of an input DC power supply in a DC power supply circuit or a DC / DC conversion circuit that outputs an arbitrary DC voltage from an AC power supply through a DC circuit via a converter. And a series circuit of a reactor and a rectifying element including two or more diodes in which the capacitor is disposed in parallel with the reactor, and the capacitor as a DC output circuit. A load is connected to this.
請求項3の発明では、直流電源回路または交流電源からコンバータを介する直流回路より任意の直流電圧を出力するDC/DC変換回路において、入力の直流電源の正側電位と負側電位間にスイッチ素子とリアクトルとの直列回路を接続し、さらに、前記リアクトルと並列にスイッチ素子とコンデンサとダイオードを含む整流素子との直列回路を接続し、前記コンデンサを直流出力回路としてこれに負荷を接続することを特徴とする。
請求項4の発明では、直流電源回路または交流電源からコンバータを介する直流回路より任意の直流電圧を出力するDC/DC変換回路において、入力の直流電源の正側電位と負側電位間にスイッチ素子とリアクトルとダイオードを含む整流素子との直列回路を接続し、さらに、前記リアクトルと並列にスイッチ素子とコンデンサとダイオードを含む整流素子との直列回路を接続し、前記コンデンサを直流出力回路としてこれに負荷を接続することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a switching element between a positive side potential and a negative side potential of an input DC power source in a DC power source circuit or a DC / DC conversion circuit that outputs an arbitrary DC voltage from an AC power source through a DC circuit via a converter. Connecting a series circuit of a rectifier including a switching element, a capacitor and a diode in parallel with the reactor, and connecting a load to the capacitor as a DC output circuit. Features.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a switching element between a positive side potential and a negative side potential of an input DC power supply in a DC power supply circuit or a DC / DC conversion circuit that outputs an arbitrary DC voltage from an AC power supply through a DC circuit via a converter. And a series circuit of a reactor and a rectifying element including a diode, and further, a series circuit of a switching element, a capacitor and a rectifying element including a diode are connected in parallel to the reactor, and the capacitor is used as a DC output circuit. It is characterized by connecting a load.
請求項5の発明では、直流電源回路または交流電源からコンバータを介する直流回路より任意の直流電圧を出力するDC/DC変換回路において、入力の直流電源の正側電位と負側電位間にリアクトルと前記リアクトルを中間に配置した2素子以上のスイッチ素子との直列回路を接続し、さらに、前記リアクトルと並列にスイッチ素子とコンデンサとダイオードを含む整流素子との直列回路を接続し、前記コンデンサを直流出力回路としてこれに負荷を接続することを特徴とする。
請求項6の発明では、直流電源回路または交流電源からコンバータを介する直流回路より任意の直流電圧を出力するDC/DC変換回路において、入力の直流電源の正側電位と負側電位間にスイッチ素子とリアクトルとダイオードを含む整流素子との直列回路を接続し、さらに、前記リアクトルと並列にスイッチ素子とコンデンサと逆耐圧機能を有するスイッチ素子との直列回路を接続し、前記コンデンサを直流出力回路としてこれに負荷を接続することを特徴とする。
According to the fifth aspect of the present invention, in the DC / DC conversion circuit that outputs an arbitrary DC voltage from the DC power supply circuit or the DC circuit via the converter from the AC power supply, the reactor is connected between the positive potential and the negative potential of the input DC power supply. A series circuit of two or more switching elements arranged in the middle of the reactor is connected, and further, a series circuit of a switching element, a rectifying element including a capacitor and a diode is connected in parallel with the reactor, and the capacitor is connected to a direct current. As an output circuit, a load is connected to this.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a switching element between a positive side potential and a negative side potential of an input DC power supply in a DC power supply circuit or a DC / DC conversion circuit that outputs an arbitrary DC voltage from an AC power supply through a converter. And a series circuit of a rectifying element including a reactor and a diode, and further, a series circuit of a switching element, a capacitor, and a switching element having a reverse withstand voltage function is connected in parallel with the reactor, and the capacitor is used as a DC output circuit. A load is connected to this.
請求項7の発明では、直流電源回路または交流電源からコンバータを介する直流回路より任意の直流電圧を出力するDC/DC変換回路において、入力の直流電源の正側電位と負側電位間にリアクトルと前記リアクトルを中間に配置した2素子以上のスイッチ素子との直列回路を接続し、さらに、前記リアクトルと並列にスイッチ素子とコンデンサと逆耐圧機能を有するスイッチ素子との直列回路を接続し、前記コンデンサを直流出力回路としてこれに負荷を接続することを特徴とする。
すなわち、上記いずれの発明も、負荷側からアースを介して流れる高周波漏れ電流の、電流経路のインピーダンス値をダイオードやスイッチ素子を用いることで等価的に大きくし、漏れ電流値を小さくするものである。
In a seventh aspect of the present invention, in a DC / DC conversion circuit that outputs an arbitrary DC voltage from a DC power supply circuit or an AC power supply through a converter, a reactor is connected between a positive potential and a negative potential of the input DC power supply. Connecting a series circuit of two or more switch elements arranged in the middle of the reactor, and further connecting a series circuit of a switch element, a capacitor, and a switch element having a reverse breakdown voltage function in parallel with the reactor; As a DC output circuit, a load is connected to this.
That is, in any of the above-described inventions, the impedance value of the current path of the high-frequency leakage current flowing from the load side through the ground is equivalently increased by using a diode or a switch element, and the leakage current value is decreased. .
この発明によれば、負荷の浮遊容量とアースを介する高周波電流値が小さくなるため、本装置と同一系統につながっている他の装置の誤動作現象を低減することが可能となる。その結果、伝導ノイズ規格である雑音端子電圧レベルの低減化、EMI(Electromagnetic Interference)フィルタの小型化などにより、高信頼で小型低コストの装置が実現可能となる。 According to the present invention, since the high-frequency current value via the stray capacitance of the load and the ground becomes small, it becomes possible to reduce malfunction of other devices connected to the same system as this device. As a result, it is possible to realize a highly reliable, small and low cost apparatus by reducing the noise terminal voltage level, which is a conduction noise standard, and reducing the size of an EMI (Electromagnetic Interference) filter.
図1−1はこの発明の第1の実施の形態その1を示す構成図である。
図1からも明らかなように、これは図9,図10の従来例に対し、コンデンサ9とリアクトル3間にダイオード18を接続した点が特徴である。こうすることで、図10における電流i1がダイオード18によってブロックされ、流れなくなる。その分、従来のものより浮遊容量14およびアース15を介する漏れ電流値は減少する。ダイオード18の代わりに、逆耐圧のあるスイッチング素子や複合素子などを用いることができ、以下、これをダイオードを含む整流素子とも言う。
FIG. 1-1 is a block diagram showing a
As is apparent from FIG. 1, this is characterized in that a
図1−2はこの発明の第1の実施の形態その2を示す構成図である。
図1−1に対し、コンデンサ5とリアクトル3間にダイオード19を接続して構成される。こうすることで、図10における電流i4もダイオード19によってブロックされ、流れなくなる。その分、従来のものより浮遊容量14およびアース15を介する漏れ電流値は、図1−1に示すものより減少する。
FIG. 1-2 is a block diagram showing a
1-1, a
図2はこの発明の第2の実施の形態を示す構成図である。
図9,図10の従来例に対し、コンデンサ5とリアクトル3間にダイオード19を接続した点が特徴である。こうすることで、図10における電流i4がダイオード19によってブロックされ、流れなくなる。その分、従来のものより浮遊容量14およびアース15を介する漏れ電流値は減少する。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
9 and 10 is characterized in that a
図3−1は図2の変形例その1を示す構成図である。
図9,図10の従来例に対し、コンデンサ9とリアクトル3間にIGBTなどのスイッチ素子20を接続し、このスイッチ素子20をスイッチ素子17と同時にオン,オフさせる点が特徴である。こうすることで、スイッチ素子17,20がオフしている期間中は、図10における電流i1〜i4は流れなくなる。その分、従来のものより浮遊容量14およびアース15を介する漏れ電流値は減少する。
FIG. 3A is a configuration diagram illustrating a first modification of FIG.
9 and 10 is characterized in that a
図3−2は図2の変形例その2を示す構成図である。
図3−1に示すものに対し、コンデンサ5とリアクトル3間にダイオード19を接続した点が特徴である。こうすることで、スイッチ素子17,20がオフしている期間中は、図10における電流i1〜i4は流れなくなるとともに、オンしている期間にも電流i4がダイオード19によってブロックされて流れなくなり、その分、従来のものより浮遊容量14およびアース15を介する漏れ電流値は、図3−1のものより減少する。
FIG. 3-2 is a configuration diagram showing a second modification of FIG.
A characteristic of the device shown in FIG. 3A is that a
図4はこの発明の第3の実施の形態を示す構成図である。
図9,図10の従来例に対し、コンデンサ5とリアクトル3間にIGBTなどのスイッチ素子21とダイオード19を接続し、スイッチ素子17とスイッチ素子21を交互にオン,オフさせる点が特徴である。こうすることで、スイッチ素子21がオフしている期間中は、図10における電流i3,i4はスイッチ素子21とダイオード19によってブロックされ、流れなくなる。その分、従来のものより浮遊容量14およびアース15を介する漏れ電流値は減少する。
FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
9 and 10 is characterized in that a
図5はこの発明の第4の実施の形態を示す構成図である。
図4に示すものに対し、コンデンサ9とリアクトル3間にダイオード18を接続した点が特徴である。こうすることで、図10における電流i1がダイオード18によってブロックされ、流れなくなる。その分、従来のものより浮遊容量14およびアース15を介する漏れ電流値は、図4に示すものよりも減少する。
FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
4 is characterized in that a
図6はこの発明の第5の実施の形態を示す構成図である。
図4に示すものに対し、コンデンサ9とリアクトル3間にスイッチ素子20を接続し、スイッチ素子17とスイッチ素子20は同時にオン,オフさせ、21とは交互にオン,オフさせる点が特徴である。こうすることで、スイッチ素子17,20がオフしている期間中は、図10における電流i1〜i4は流れなくなるとともに、オンしている期間にもスイッチ素子21はオフしているため、電流i3,i4はスイッチ素子21とダイオード19によってブロックされて流れなくなり、その分、従来のものより浮遊容量14およびアース15を介する漏れ電流値は、図4に示すものよりも減少する。
FIG. 6 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
4 is characterized in that a
図7−1はこの発明の第6の実施の形態その1を示す構成図である。
図5に示すものに対し、逆耐圧機能を有するスイッチ素子として、ダイオード19と直列にスイッチ素子22を接続し、スイッチ素子17とスイッチ素子21,22とを交互にオン,オフさせる点が特徴である。こうすることで、スイッチ素子21,22がオフしている期間中は、図10における電流i1〜i4は流れなくなるとともに、オンしている期間にもオフしているスイッチ素子17とダイオード18によって電流i1,i2はブロックされて流れなくなり、その分、浮遊容量14およびアース15を介する漏れ電流値は、図5に示すものよりも減少する。
FIG. 7-1 is a block diagram showing the first embodiment of the sixth embodiment of the present invention.
5 is characterized in that, as a switch element having a reverse withstand voltage function, a
図7−2はこの発明の第6の実施の形態その2を示す構成図である。
図7−1に示すものに対し、スイッチ素子22とダイオード19の代わりに、GTO(ゲートターンオフサイリスタ)などの逆耐圧機能を有するスイッチ素子23を用いた例である。その動作,効果は図7−1と同様である。
FIG. 7-2 is a block diagram showing the
FIG. 7A shows an example in which a
図8−1はこの発明の第7の実施の形態その1を示す構成図である。
図6に示すものに対し、逆耐圧機能を有するスイッチ素子として、ダイオード19と直列にスイッチ素子22を接続し、これをスイッチ素子21と同時にオン,オフさせる点が特徴である。こうすることで、スイッチ素子17,20がオフしている期間中は、図10における電流i1〜i4は流れなくなるとともに、オンしている期間にもスイッチ素子21,22はオフしているため、電流i1〜i4は流れない。これにより、原理的には浮遊容量14およびアース15を介する漏れ電流値をなくすことができる。
FIG. 8-1 is a block diagram showing the
6 is characterized in that, as a switch element having a reverse withstand voltage function, a
図8−2はこの発明の第7の実施の形態その2を示す構成図である。
図8−1に示すものに対し、スイッチ素子22とダイオード19の代わりに、GTO(ゲートターンオフサイリスタ)などの逆耐圧機能を有するスイッチ素子23を用いた例である。その動作,効果は図8−1と同様である。
FIG. 8-2 is a block diagram showing a second embodiment 7 of the present invention.
FIG. 8A shows an example in which a
1…直流電源、2,17,20,21,22,23…スイッチ素子、3…リアクトル、4,18,19…ダイオード、5,9…コンデンサ、6…負荷。
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CN109831107A (en) * | 2019-02-28 | 2019-05-31 | 华为技术有限公司 | A kind of power conversion unit and the method for controlling power conversion unit output impedance |
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