JP2008306786A5 - - Google Patents

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昇圧チョッパ装置Boost chopper device

本発明は、複数の昇圧チョッパ回路を並列に接続してなる昇圧チョッパ装置に関し、特に、昇圧チョッパ動作に悪影響を与えることなく、複数の昇圧チョッパ回路の直流リアクトルの部分を小型、軽量化して全体的に小型化、軽量化、低コスト化が可能な昇圧チョッパ装置に関する。   The present invention relates to a boost chopper device in which a plurality of boost chopper circuits are connected in parallel, and in particular, the DC reactor portion of a plurality of boost chopper circuits is reduced in size and weight without adversely affecting boost chopper operation. In particular, the present invention relates to a boost chopper device that can be reduced in size, weight, and cost.

従来、負荷に供給する電圧を昇圧させるための昇圧手段として、昇圧チョッパ回路が使用されている。そして、この昇圧チョッパ回路の出力電圧を大きくしたときに出力電圧を安定させるために、複数の昇圧チョッパ回路を並列接続することが行われている。   Conventionally, a boost chopper circuit has been used as a boosting means for boosting a voltage supplied to a load. In order to stabilize the output voltage when the output voltage of the boost chopper circuit is increased, a plurality of boost chopper circuits are connected in parallel.

例えば、特開平11-206112号公報には、並列接続された4個の昇圧チョッパ回路を有するスイッチングレギュレータが記載されている。図18は、このスイッチングレギュレータの具体構成を示す回路図である。   For example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-206112 describes a switching regulator having four boost chopper circuits connected in parallel. FIG. 18 is a circuit diagram showing a specific configuration of this switching regulator.

このスイッチングレギュレータ100は、直流電源101が接続される入力端aと負荷116が接続される出力端bの間に直流リアクトル102〜105と転流用のダイオード106〜109とがこの順に直列に接続された直列回路が4個並列に接続されている。出力端bと接地点cとの間に平滑用のコンデンサ114が接続され、各直列回路の直流リアクトルとダイオードの各接続点d〜接続点gと接地点cとの間に4個の電界効果トランジスタ(以下FETと称する)110〜113がそれぞれ接続されている。4個のFET110〜113の各ゲートには、オン・オフ動作を制御するためのPWM制御回路115が接続されている。PWM制御回路115には出力端bの電圧Voが入力されている。 In the switching regulator 100, a DC reactor 102 to 105 and a commutation diode 106 to 109 are connected in series in this order between an input terminal a to which a DC power supply 101 is connected and an output terminal b to which a load 116 is connected. Four series circuits are connected in parallel. A smoothing capacitor 114 is connected between the output terminal b and the ground point c, and four field effects are provided between the DC reactor of each series circuit and each of the connection points d to g of the diode and the ground point c. Transistors (hereinafter referred to as FETs) 110 to 113 are connected to each other. A PWM control circuit 115 for controlling the on / off operation is connected to the gates of the four FETs 110 to 113. The voltage Vo at the output terminal b is input to the PWM control circuit 115.

4個の直流リアクトル102〜105及び4個のダイオード106〜109からなる4個の直列回路と4個のFET110〜113と平滑用のコンデンサ114とによって、直流電源101の電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路Aが構成されている。1個の直列回路と、その直列回路内の接続点に並列接続されたFETと、その直列回路の出力側(ダイオードのカソード)に接続されたコンデンサ114とによって昇圧動作が行われるから、昇圧チョッパ回路Aは、等価的に4個の昇圧チョッパ回路が並列に接続された構成となっている。   A step-up chopper circuit that boosts the voltage of the DC power supply 101 by four series circuits composed of four DC reactors 102 to 105 and four diodes 106 to 109, four FETs 110 to 113, and a smoothing capacitor 114. A is configured. Since the boosting operation is performed by one series circuit, the FET connected in parallel to the connection point in the series circuit, and the capacitor 114 connected to the output side (the cathode of the diode) of the series circuit, the boosting chopper The circuit A has a configuration in which four boost chopper circuits are equivalently connected in parallel.

昇圧チョッパ回路A内の1個の昇圧チョッパ回路、例えば、直流リアクトル102、ダイオード106、FET110及びコンデンサ114で構成される昇圧チョッパ回路は、FET110のオン期間に直流電源101から出力される直流エネルギーを一旦、直流リアクトル102に蓄積し、そのオン期間に続くオフ期間に直流リアクトル102に蓄積された直流エネルギーをコンデンサ114及び負荷116に放出する。他の3個の昇圧チョッパ回路も同様の動作を行う。   One step-up chopper circuit in the step-up chopper circuit A, for example, a step-up chopper circuit composed of the DC reactor 102, the diode 106, the FET 110, and the capacitor 114 receives the DC energy output from the DC power supply 101 during the ON period of the FET 110. Once accumulated in the DC reactor 102, the DC energy accumulated in the DC reactor 102 is discharged to the capacitor 114 and the load 116 during the OFF period following the ON period. The other three boost chopper circuits perform the same operation.

PWM制御回路115は、昇圧チョッパ回路Aから出力される電圧が所定の昇圧電圧となるように、所定の駆動パルスを生成して4個のFET110〜113の各ゲートに入力する。具体的には、PWM制御回路115は、所定のデューティ比(オン期間/(オン期間+オフ期間))(例では75%)の駆動パルスを1/4周期ずつずらせて4個のFET110〜113の各ゲートに順次入力する動作を繰返す。   The PWM control circuit 115 generates a predetermined drive pulse and inputs it to the gates of the four FETs 110 to 113 so that the voltage output from the boost chopper circuit A becomes a predetermined boost voltage. Specifically, the PWM control circuit 115 shifts a drive pulse of a predetermined duty ratio (on period / (on period + off period)) (75% in the example) by ¼ period to change the four FETs 110 to 113. The operation of sequentially inputting to each gate is repeated.

上記のPWM制御回路115のFET110〜113に対する駆動パルスの制御により、FET110〜113は、デューティ比75%場合、1/4周期ずつずれて順番に1/4周期分だけオフ期間となる。この結果、FET110〜113のオン期間に直流リアクトル102〜105にそれぞれ蓄積された直流エネルギーは、順番にコンデンサ114に放出されて負荷116に供給される。   By controlling the drive pulses for the FETs 110 to 113 of the PWM control circuit 115 described above, the FETs 110 to 113 are shifted off by a quarter cycle and sequentially turned off for a quarter cycle when the duty ratio is 75%. As a result, the DC energy accumulated in the DC reactors 102 to 105 during the ON period of the FETs 110 to 113 is sequentially discharged to the capacitor 114 and supplied to the load 116.

上記のスイッチングレギュレータ100は、FET110〜113のオン期間に直流リアクトル102〜105にそれぞれ蓄積された直流エネルギーを順番にコンデンサ114に放出しながら負荷116に供給する構成であるので、実質的に昇圧チョッパ回路A内に並列に接続された4個の昇圧チョッパ回路を時分割で動作させる構成となっている。 Since the switching regulator 100 is configured to supply the DC power stored in the DC reactors 102 to 105 to the load 116 while sequentially discharging the DC energy to the capacitor 114 during the ON period of the FETs 110 to 113, the boosting chopper is substantially provided. In the circuit A, four boost chopper circuits connected in parallel are operated in a time division manner.

特開平11-206112号公報JP 11-206112 A

上記のスイッチングレギュレータ100の昇圧チョッパ回路Aは、4個の昇圧チョッパ回路を単純に並列接続したものと考えられるので、同一性能を1個の昇圧チョッパ回路で構成する場合よりもその大きさや重量が増大するという問題がある。この問題は、比較的容量の大きい昇圧チョッパ装置を複数台並列に接続して更なる大容量の昇圧チョッパ装置を構成する場合には、装置全体の大きさや重量の増大だけでなく、製造コストも増大させるので重要である。 The step-up chopper circuit A of the switching regulator 100 is considered to be obtained by simply connecting four step-up chopper circuits in parallel. Therefore, the size and weight of the step-up chopper circuit A are larger than those of a single step-up chopper circuit having the same performance. There is a problem of increasing. This problem is that when a plurality of booster chopper devices with relatively large capacities are connected in parallel to form a booster chopper device with a larger capacity, not only the size and weight of the entire device but also the manufacturing cost is increased. It is important because it increases.

なお、特許文献1には、PWM制御回路115によるFET110〜113の駆動制御によりコンデンサ114に流れる電流を均等化し、コンデンサ114に係る負担を軽減して低寿命を回避することしか記載されておらず、上記の問題については全く言及されていない。   Note that Patent Document 1 only describes that the current flowing through the capacitor 114 is equalized by driving control of the FETs 110 to 113 by the PWM control circuit 115 to reduce the burden on the capacitor 114 and avoid a low life. No mention is made of the above problems.

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、複数の昇圧チョッパ回路を並列接続してなる昇圧チョッパ装置であって、昇圧チョッパ動作に悪影響を与えることなく、小型化、軽量化、低コスト化が可能な昇圧チョッパ装置を提供するものである。   The present invention has been conceived under the circumstances described above, and is a boost chopper device formed by connecting a plurality of boost chopper circuits in parallel, and can be downsized without adversely affecting the boost chopper operation. It is an object of the present invention to provide a boost chopper device that can be reduced in weight and cost.

本発明は、等価的に、直流電源が接続される入力端と負荷が接続される出力端の間に直流リアクトルとダイオードとがこの順に直列に接続された複数の直列回路が並列に接続され、前記出力端と接地点との間にコンデンサが接続されるとともに、各直列回路の直流リアクトルとダイオードの接続点と前記接地点との間にそれぞれスイッチ素子が接続された昇圧チョッパ回路と、前記複数のスイッチ素子のオン・オフ動作をそれぞれ集中制御する制御回路とで構成される昇圧チョッパ装置において、各昇圧チョッパ回路の直流リアクトルは、共通のコアに各直流リアクトルの巻き線をそれぞれ巻いて構成され、前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子に対し、所定のデューティ比の同一波形のパルス信号を同位相、若しくは所定の位相ずつずらせて出力することを特徴とする(請求項1)。 In the present invention, equivalently, a plurality of series circuits in which a DC reactor and a diode are connected in series in this order are connected in parallel between an input terminal to which a DC power source is connected and an output terminal to which a load is connected, A step-up chopper circuit in which a capacitor is connected between the output end and a ground point, and a switching element is connected between a DC reactor of each series circuit, a connection point of a diode, and the ground point; In the step-up chopper device configured with a control circuit that centrally controls the on / off operation of each switch element, the DC reactor of each step-up chopper circuit is configured by winding each DC reactor winding around a common core. The control circuit shifts a pulse signal having the same waveform with a predetermined duty ratio in the same phase or a predetermined phase to the plurality of switch elements. It was characterized by outputting (claim 1).

なお、請求項1に記載の昇圧チョッパ装置において、各昇圧チョッパ回路の直流リアクトルは、リアクトル数分の棒状の磁性部材の両端を相互に接続してなる1個の鉄心で構成した共通のコアに減極性で各直流リアクトルの巻き線をそれぞれ巻いて構成され、前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子に対し、所定のデューティ比の同一波形のパルス信号を同位相で出力するようにするとよい(請求項2)。ここに、デューティ比は、オン時間/(オン時間+オフ時間)で表されるように、オン・オフの1周期に占めるオン時間の割合である。   In the step-up chopper device according to claim 1, the DC reactor of each step-up chopper circuit is a common core composed of one iron core formed by connecting both ends of rod-shaped magnetic members corresponding to the number of reactors. Each DC reactor is wound in a depolarized manner, and the control circuit may output a pulse signal having the same waveform with a predetermined duty ratio to the plurality of switch elements in the same phase ( Claim 2). Here, the duty ratio is a ratio of on-time to one cycle of on / off as represented by on-time / (on-time + off-time).

また、請求項1に記載の昇圧チョッパ装置において、各昇圧チョッパ回路の直流リアクトルは、リアクトル数分の棒状の磁性部材の両端を相互に接続してなる1個の鉄心で構成した共通のコアに減極性で各直流リアクトルの巻き線をそれぞれ巻いて構成され、前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子に対し、所定のデューティ比の同一波形のパルス信号を前記所定の位相ずつずらせて出力して各スイッチ素子を異なる期間にオン動作させるようにするとよい(請求項3)。   Further, in the step-up chopper device according to claim 1, the DC reactor of each step-up chopper circuit has a common core composed of one iron core in which both ends of rod-shaped magnetic members corresponding to the number of reactors are connected to each other. Each of the DC reactors is wound in a depolarized manner, and the control circuit outputs a pulse signal having the same waveform with a predetermined duty ratio to each of the plurality of switch elements by shifting the predetermined phase. Each switch element may be turned on in different periods (claim 3).

また、請求項1に記載の昇圧チョッパ装置において、各昇圧チョッパ回路の直流リアクトルは、2本の棒状の磁性部材の両端を相互に接続してなる1個の鉄心で構成した共通のコアに加極性で各直流リアクトルの巻き線をそれぞれ巻いて構成され、前記制御回路は、所定のデューティ比のパルス信号を一方のスイッチ素子に出力し、そのパルス信号のレベルを反転したパルス信号を他方のスイッチ素子に出力して各スイッチ素子を互いにオン・オフ動作が逆になるように動作させるようにするとよい(請求項4)。   Further, in the boost chopper device according to claim 1, the DC reactor of each boost chopper circuit is added to a common core composed of one iron core in which both ends of two rod-shaped magnetic members are connected to each other. Each DC reactor is wound with a polarity, and the control circuit outputs a pulse signal having a predetermined duty ratio to one switch element, and the pulse signal obtained by inverting the level of the pulse signal is output to the other switch. It is preferable that each switch element is operated so that the on / off operation is reversed by outputting to the element.

また、請求項1に記載の昇圧チョッパ装置において、各昇圧チョッパ回路の直流リアクトルは、2本の棒状の磁性部材の両端を相互に接続してなる1個の鉄心で構成した共通のコアに加極性で各直流リアクトルの巻き線をそれぞれ巻いて構成され、前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子に対し、所定のデューティ比の同一波形のパルス信号を前記所定の位相ずつずらせて出力するようにするとよい(請求項5)。   Further, in the boost chopper device according to claim 1, the DC reactor of each boost chopper circuit is added to a common core composed of one iron core in which both ends of two rod-shaped magnetic members are connected to each other. Each DC reactor is wound with a polarity, and the control circuit is configured to output a pulse signal having the same waveform with a predetermined duty ratio to the plurality of switch elements by shifting the predetermined phase. (Claim 5).

また、請求項2〜5のいずれかに記載の昇圧チョッパ装置において、各昇圧チョッパ回路の直流リアクトルは、共通のコアに代えて、リアクトル数分の棒状の第1の磁性部材が中央に配置された棒状の第2の磁性部材の周囲に配置され、かつ、それらの両端部が当該第2の磁性部材の両端部にそれぞれ接続された構造を有する1個の鉄心からなる共通のコアに、各直流リアクトルの巻き線をそれぞれ巻いて構成してもよい(請求項6)。   Further, in the step-up chopper device according to any one of claims 2 to 5, the direct current reactor of each step-up chopper circuit has a rod-shaped first magnetic member corresponding to the number of reactors arranged in the center instead of a common core. A common core composed of a single iron core having a structure that is arranged around the rod-shaped second magnetic member and whose both ends are respectively connected to both ends of the second magnetic member; You may comprise, respectively winding the winding of a direct current reactor (Claim 6).

本発明によれば、各昇圧チョッパ回路の直流リアクトルは、リアクトル数分の棒状の磁性部材の両端を相互に接続してなる1個の鉄心で構成した共通のコア、又は、リアクトル数分の棒状の第1の磁性部材が中央に配置された棒状の第2の磁性部材の周囲に配置され、かつ、それらの両端部が当該第2の磁性部材の両端部にそれぞれ接続された構造を有する1個の鉄心からなる共通のコアに、各直流リアクトルの巻き線をそれぞれ巻いて構成されているので、各昇圧チョッパ回路の直流リアクトルを、別々のコアに巻き線を巻いた単独の直流リアクトルで構成した場合に比べて、小型化、軽量化が可能になる。   According to the present invention, the DC reactor of each step-up chopper circuit is a common core composed of one iron core formed by connecting both ends of rod-shaped magnetic members for the number of reactors, or a rod-shaped for the number of reactors. The first magnetic member has a structure in which the first magnetic member is arranged around the rod-shaped second magnetic member arranged in the center, and both end portions thereof are respectively connected to both end portions of the second magnetic member. Since each DC reactor winding is wound around a common core consisting of a single iron core, each boost chopper circuit DC reactor is composed of a single DC reactor wound around a separate core Compared to the case, the size and weight can be reduced.

更に、請求項2に記載の発明によれば、各直流リアクトルの巻き線を共通のコアに減極性で巻き、制御回路は、複数のスイッチ素子に対し所定のデューティ比の同一波形のパルス信号を同位相で出力するので、各スイッチ素子を同時にオン動作し、複数の昇圧チョッパ回路は、実質的に互いに干渉することなく同時に直流リアクトルへの直流エネルギーの蓄積動作及びその蓄積エネルギーのコンデンサへの放出動作を行うことになり、装置全体の昇圧性能を著しく損なうことがない。   According to the second aspect of the present invention, the windings of the DC reactors are wound around the common core with depolarization, and the control circuit applies pulse signals having the same waveform with a predetermined duty ratio to the plurality of switch elements. Since the signals are output in the same phase, the switch elements are simultaneously turned on, and the plurality of boost chopper circuits simultaneously store DC energy in the DC reactor and release the stored energy to the capacitor without substantially interfering with each other. The operation is performed, and the boosting performance of the entire apparatus is not significantly impaired.

また、請求項3に記載の発明によれば、各直流リアクトルの巻き線を共通のコアに減極性で巻き、制御回路は、複数のスイッチ素子に対し所定のデューティ比の同一波形のパルス信号を所定の位相ずつずらせて出力して各スイッチ素子を異なる期間にオン動作させるので、複数の昇圧チョッパ回路は、実質的に互いに干渉することなく時分割で直流リアクトルへの直流エネルギーの蓄積動作及びその蓄積エネルギーのコンデンサへの放出動作を行うことになり、装置全体の昇圧性能を著しく損なうことがない。   According to a third aspect of the present invention, the windings of the DC reactors are wound around a common core with depolarization, and the control circuit applies pulse signals having the same waveform with a predetermined duty ratio to a plurality of switch elements. A plurality of step-up chopper circuits are operated to store DC energy in a DC reactor in a time-division manner without substantially interfering with each other, because each switch element is turned on during a different period by outputting with a predetermined phase shift. The stored energy is discharged to the capacitor, and the boosting performance of the entire device is not significantly impaired.

また、請求項4に記載の発明によれば、各直流リアクトルの巻き線を共通のコアに加極性で巻き、制御回路は、所定のデューティ比のパルス信号を一方のスイッチ素子に出力し、そのパルス信号のレベルを反転したパルス信号を他方のスイッチ素子に出力して各スイッチ素子を互いにオン・オフ動作が逆になるように動作させるので、2つの昇圧チョッパ回路は、実質的に互いに干渉することなく、一方の昇圧チョッパ回路が直流リアクトルへの直流エネルギーの蓄積動作をすると、他方の昇圧チョッパ回路は直流リアクトルに蓄積した直流エネルギーのコンデンサへの放出動作を行う関係で同時に昇圧チョッパ動作を行うことになり、装置全体の昇圧性能を著しく損なうことがない。   According to the invention of claim 4, the windings of the DC reactors are wound around the common core with a polarity, and the control circuit outputs a pulse signal having a predetermined duty ratio to one of the switch elements. Since the pulse signal obtained by inverting the level of the pulse signal is output to the other switch element to operate each switch element so that the on / off operation is reversed, the two boost chopper circuits substantially interfere with each other. If one step-up chopper circuit stores DC energy in the DC reactor, the other step-up chopper circuit performs the step-up chopper operation simultaneously because the other step-up chopper circuit discharges the DC energy stored in the DC reactor to the capacitor. As a result, the boosting performance of the entire apparatus is not significantly impaired.

また、直流電源から入力される直流電流は、2つの昇圧チョッパ回路の各直流リアクトルに流れる電流を加算したものであるが、一方の昇圧チョッパ回路のスイッチ素子がオンのときには当該昇圧チョッパ回路の直流リアクトルに単調増加する電流が流れ、他方の昇圧チョッパ回路のスイッチ素子はオフであるので、当該直流リアクトルには単調減少する電流が流れるので、入力電流はほぼ平坦になり、その変動量を抑制することができる。   The DC current input from the DC power source is a sum of currents flowing through the DC reactors of the two boost chopper circuits. When the switch element of one boost chopper circuit is on, the DC current of the boost chopper circuit is Since the monotonically increasing current flows through the reactor and the switching element of the other step-up chopper circuit is off, the monotonically decreasing current flows through the DC reactor, so the input current becomes almost flat and suppresses the fluctuation amount. be able to.

また、請求項6に記載の発明によれば、各巻き線に電流が流れた際に当該巻き線が巻回された第1の磁性部材に生じる磁束が主として当該第1の磁性部材と第2の磁性部材とで構成される磁路を通るので、巻き線同士の相互インダクタンスを小さくすることができる。これにより、相互インダクタンスによる装置全体の昇圧性能への悪影響を低減することができる。   According to the invention described in claim 6, the magnetic flux generated in the first magnetic member around which the winding is wound when a current flows through each winding is mainly the first magnetic member and the second magnetic member. Therefore, the mutual inductance between the windings can be reduced. Thereby, the adverse effect on the boosting performance of the entire apparatus due to the mutual inductance can be reduced.

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。   Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る昇圧チョッパ装置の第1実施形態の等価的な電気回路の構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing an equivalent electric circuit configuration of a first embodiment of a boost chopper device according to the present invention.

図1に示す昇圧チョッパ装置2は、直流電源1の電圧Vinを電圧Vo(≧Vin)に昇圧して負荷3に供給するものである。この昇圧チョッパ回路2は、直流電源1が接続される入力端aと負荷3が接続される出力端bの間に直流リアクトルL1,L2と転流用のダイオードD1,D2とがこの順に直列に接続された直列回路が2個並列に接続されている。出力端bと接地ラインcとの間に平滑用のコンデンサCが接続され、各直列回路の直流リアクトルとダイオードの各接続点d,eと接地ラインcとの間に2個のスイッチ素子SW1,SW2がそれぞれ接続されている。 A boost chopper device 2 shown in FIG. 1 boosts the voltage Vin of the DC power source 1 to a voltage Vo (≧ Vin) and supplies it to a load 3. In this step-up chopper circuit 2, DC reactors L1, L2 and commutation diodes D1, D2 are connected in series in this order between an input terminal a to which a DC power source 1 is connected and an output terminal b to which a load 3 is connected. Two connected series circuits are connected in parallel. A smoothing capacitor C is connected between the output terminal b and the ground line c, and two switch elements SW1, SW1 are connected between the DC reactor and diode connection points d and e of each series circuit and the ground line c. SW2 is connected to each other.

図1ではスイッチ素子SW1,SW2としてIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を用いているが、電界効果トランジスタであっても良い。スイッチ素子SW1,SW2の各制御端子(図1では、ゲート端子)には、オン・オフ動作を制御するための制御回路22が接続されている。制御回路22にはコンデンサCの両端電圧、すなわち、出力端bの電圧Voが入力されている。   In FIG. 1, IGBTs (insulated gate bipolar transistors) are used as the switch elements SW1 and SW2, but field effect transistors may be used. A control circuit 22 for controlling the on / off operation is connected to each control terminal (gate terminal in FIG. 1) of the switch elements SW1 and SW2. The control circuit 22 receives the voltage across the capacitor C, that is, the voltage Vo at the output terminal b.

昇圧チョッパ回路の基本的な回路構成は、周知のように、直流リアクトルとダイオードの直列回路と、その直列回路内の接続点と接地ラインに接続されたスイッチ素子と、その直列回路の出力側(ダイオードのカソード)と接地ラインに接続された平滑用のコンデンサとによって構成される。従って、昇圧チョッパ装置2は、等価的に2個の昇圧チョッパ回路が並列に接続された構成となっている。   As is well known, the basic circuit configuration of the step-up chopper circuit includes a series circuit of a DC reactor and a diode, a switching element connected to a connection point in the series circuit and a ground line, and an output side of the series circuit ( A cathode of the diode) and a smoothing capacitor connected to the ground line. Therefore, the boost chopper device 2 has a configuration in which two boost chopper circuits are equivalently connected in parallel.

すなわち、昇圧チョッパ装置2は、直流リアクトルL1とダイオードD1の直列回路とスイッチ素子SW1とコンデンサC1によって第1の昇圧チョッパ回路が構成され、直流リアクトルL2とダイオードD2の直列回路とスイッチ素子SW2とコンデンサC2によって第2の昇圧チョッパ回路が構成されている。なお、コンデンサC1とコンデンサC2は、出力端bと接地ラインcに並列接続されるから、図1では両コンデンサC1,C2を合成したコンデンサCを1個だけ記載している。 That is, in the step-up chopper device 2, a first step-up chopper circuit is configured by the series circuit of the DC reactor L1 and the diode D1, the switch element SW1, and the capacitor C1, and the series circuit of the DC reactor L2 and the diode D2, the switch element SW2, and the capacitor A second boost chopper circuit is configured by C2. Since the capacitor C1 and the capacitor C2 are connected in parallel to the output terminal b and the ground line c, only one capacitor C obtained by synthesizing both capacitors C1 and C2 is shown in FIG.

また、直流リアクトルL1,L2は、図2に示すように、共通のコア211に一方の直流リアクトルL1(以下、「第1の直流リアクトルL1」という。)の巻き線212と他方の直流リアクトルL2(以下、「第2の直流リアクトルL2」という。)の巻き線213を巻回して構成されている。コア211は、2つの棒状部材の両端をそれぞれ接続した縦長のロの字型の形状を有している。コア211は、例えば、アモルファス合金からなる磁性部材で構成されている。長手の相対向する2つの棒状部分211a,211bは脚部であり、脚部211a,211bの両端を接続している部分211cは継鉄部である。   Further, as shown in FIG. 2, the DC reactors L1 and L2 have a common core 211 and a winding 212 of one DC reactor L1 (hereinafter referred to as “first DC reactor L1”) and the other DC reactor L2. (Hereinafter referred to as “second DC reactor L <b> 2”) 213 is wound. The core 211 has a vertically long rectangular shape in which both ends of two rod-like members are connected to each other. The core 211 is made of, for example, a magnetic member made of an amorphous alloy. Two rod-like portions 211a and 211b opposite to each other in the longitudinal direction are leg portions, and a portion 211c connecting both ends of the leg portions 211a and 211b is a yoke portion.

各脚部211a,211bにそれぞれ第1の直流リアクトルL1の巻き線212と第2の直流リアクトルL2の巻き線213が巻回されている。巻き線212,213は、図3に示すように、互いに逆方向に巻回されている。すなわち、第1の直流リアクトルL1及び第2の直流リアクトルL2は、減極性の変圧器と同様の構造となっている。また、第1,第2の直流リアクトルL1,L2の巻き線の径及び長さは略同じで、第1,第2の直流リアクトルL1,L2の自己インダクタンスLL1,LL2は略同じ値としている。 A winding 212 of the first DC reactor L1 and a winding 213 of the second DC reactor L2 are wound around the legs 211a and 211b, respectively. As shown in FIG. 3, the windings 212 and 213 are wound in opposite directions. That is, the first DC reactor L1 and the second DC reactor L2 have the same structure as a depolarizing transformer. The diameters and lengths of the windings of the first and second DC reactors L1 and L2 are substantially the same, and the self inductances L L1 and L L2 of the first and second DC reactors L1 and L2 are substantially the same value. Yes.

なお、第1の直流リアクトルL1及び第2の直流リアクトルL2は、共通のコア211に一体的に構成され、昇圧チョッパ装置2の製作上、1個の部品として扱われるので、図1では、第1,第2の直流リアクトルL1,L2全体を直流リアクトル21としている。また、直流リアクトル21内の第1の直流リアクトルL1と第2の直流リアクトルL2の左側の黒丸は、直流リアクトル21が減極性の変圧器と同様の構造であることを示している。   Note that the first DC reactor L1 and the second DC reactor L2 are configured integrally with a common core 211 and are handled as one component in the manufacture of the boost chopper device 2, and therefore in FIG. The entire first and second DC reactors L 1 and L 2 are used as a DC reactor 21. The black circles on the left side of the first DC reactor L1 and the second DC reactor L2 in the DC reactor 21 indicate that the DC reactor 21 has the same structure as a depolarizing transformer.

制御回路22は、2個のスイッチ素子SW1,SW2のオン・オフ動作をそれぞれ集中制御する。制御回路22は、周波数及びデューティ比が同一の2つの駆動パルスS1,S2を生成し、各駆動パルスS1,S2を相互にハイレベル期間(スイッチ素子SW1,SW2をオンにする期間。以下、「オン期間」という。)が重複するようにスイッチ素子SW1(以下、「第1のスイッチ素子SW1」という。)とスイッチ素子SW2(以下、「第2のスイッチ素子SW2」という。)の各ゲート端子に供給する。以下、第1のスイッチ素子SW1に対する駆動パルスS1を「第1の駆動パルスS1」といい、第2のスイッチ素子SW2に対する駆動パルスS2を「第2の駆動パルスS2」という。   The control circuit 22 centrally controls the on / off operations of the two switch elements SW1 and SW2. The control circuit 22 generates two drive pulses S1, S2 having the same frequency and duty ratio, and sets the drive pulses S1, S2 to a high level period (a period in which the switch elements SW1, SW2 are turned on. The gate terminals of the switch element SW1 (hereinafter referred to as “first switch element SW1”) and the switch element SW2 (hereinafter referred to as “second switch element SW2”) so that the “on period” is overlapped. To supply. Hereinafter, the drive pulse S1 for the first switch element SW1 is referred to as “first drive pulse S1”, and the drive pulse S2 for the second switch element SW2 is referred to as “second drive pulse S2”.

なお、周知のように、昇圧チョッパ回路においては、駆動パルスの周期をT、スイッチ素子のオン期間をTON、オフ期間をTOFF、入力電圧をEin、出力電圧をEoutとすると、昇圧率β=Eout/Einは、β=T/TOFFで表される。そして、デューティ比DはTON/Tであるから、昇圧率β=T/TOFF=1/(1−D)>1で表され、出力電圧EoutはEin/(1−D)で表される。 As is well known, in the step-up chopper circuit, when the period of the drive pulse is T, the ON period of the switch element is T ON , the OFF period is T OFF , the input voltage is Ein, and the output voltage is Eout, the boost rate β = Eout / Ein is represented by β = T / TOFF . Since the duty ratio D is T ON / T, the boost ratio β = T / T OFF = 1 / (1-D)> 1 and the output voltage Eout is expressed by Ein / (1-D). The

制御回路22は、周波数は固定し(例えば、約5kHzに固定)、第1,第2の駆動パルスS1,S2のデューティ比Dを変化させて出力電圧Voを制御する。例えば、デューティ比D[%]が25%のとき、出力電圧Voはおよそ1.3Vinになり、デューティ比D[%]が50%のとき、出力電圧Voは2Vinになり、デューティ比D[%]が75%のとき、出力電圧Voは4Vinになる。なお、デューティ比D[%]は、デューティ比Dの%表示である。   The control circuit 22 fixes the frequency (for example, fixed at about 5 kHz), and controls the output voltage Vo by changing the duty ratio D of the first and second drive pulses S1, S2. For example, when the duty ratio D [%] is 25%, the output voltage Vo is approximately 1.3 Vin, and when the duty ratio D [%] is 50%, the output voltage Vo is 2 Vin and the duty ratio D [% ] Is 75%, the output voltage Vo is 4Vin. The duty ratio D [%] is a percentage display of the duty ratio D.

次に、第1実施形態の昇圧チョッパ装置2の動作について説明する。   Next, the operation of the boost chopper device 2 of the first embodiment will be described.

第1実施形態の昇圧チョッパ装置2は、第1,第2の直流リアクトルL1,L2を図2に示す直流リアクトル21で構成しているので、第1,第2の直流リアクトルL1,L2にそれぞれ電流が流れると、自己インダクタンスだけでなく相互インダクタンスが生じる。このため、巻き線212と巻き線213にそれぞれ電流IL1と電流IL2が流れると、第1の直流リアクトルL1のリアクトル電圧VL1(以下、「第1のリアクトル電圧VL1」という。)と第2の直流リアクトルL2のリアクトル電圧VL2(以下、「第2のリアクトル電圧VL2」という。)は、下記(1),(2)式で表される。なお、(1),(2)式において、LL1,LL2は自己インダクタンス、Mは相互インダクタンスである。また、巻き線212,213の抵抗分は無視している。 In the boost chopper device 2 of the first embodiment, since the first and second DC reactors L1 and L2 are constituted by the DC reactor 21 shown in FIG. 2, the first and second DC reactors L1 and L2 are respectively provided. When current flows, not only self-inductance but also mutual inductance occurs. For this reason, when current I L1 and current I L2 flow through winding 212 and winding 213, respectively, reactor voltage V L1 of first DC reactor L1 (hereinafter referred to as “first reactor voltage V L1 ”). reactor voltage V L2 of the second DC reactor L2 (hereinafter, referred to as a "second reactor voltage V L2".) is the following (1), is expressed by equation (2). In equations (1) and (2), L L1 and L L2 are self-inductances, and M is a mutual inductance. Further, the resistance of the windings 212 and 213 is ignored.

Figure 2008306786
Figure 2008306786

第1のスイッチ素子SW1がオンになると、第1の直流リアクトルL1の電源側のP1端子の電位はVin、負荷側のP2端子はほぼ接地レベル(0v)になるから、第1の直流リアクトルL1には、第1のリアクトル電圧VL1が電源電圧Vinとバランスするように電流IL1が流れる。第2のスイッチ素子SW2がオンになったときの第2の直流リアクトルL2に流れる電流IL2についても同様である。 When the first switch element SW1 is turned on, the potential of the P1 terminal on the power supply side of the first DC reactor L1 is Vin, and the P2 terminal on the load side is substantially at the ground level (0 V), so the first DC reactor L1. , A current I L1 flows so that the first reactor voltage V L1 is balanced with the power supply voltage Vin. The same applies to the current I L2 flowing through the second DC reactor L2 when the second switch element SW2 is turned on.

そして、第1の直流リアクトルL1の自己インダクタンスLL1と第2の直流リアクトルL2の自己インダクタンスLL2は略同じであるので、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2が同時にオンになるときは、過渡的な電流IL1と電流IL2の流れ方は略同じになり、LL1=LL2=L、dIL1/dt=dIL2/dt=dIL/dtとすると、第1,第2の直流リアクトルL1,L2には、下記(3)式を満たすように電流ILが流れる。 Since the self-inductance L L1 of the first DC reactor L1 and the self-inductance L L2 of the second DC reactor L2 are substantially the same, when the first and second switch elements SW1, SW2 are simultaneously turned on. When the transient currents I L1 and I L2 flow in substantially the same way, and L L1 = L L2 = L and dI L1 / dt = dI L2 / dt = dI L / dt, the first and second The current I L flows through the DC reactors L1 and L2 so as to satisfy the following expression (3).

Figure 2008306786
Figure 2008306786

上記(3)式は、第1,第2の直流リアクトルL1,L2の各自己インダクタンス L1 ,L L2 を(L+M)とし、第1の直流リアクトルL1と第2の直流リアクトルL2の間で相互誘導が生じないように第1の昇圧チョッパ回路と第2の昇圧チョッパ回路を同時に動作させたときの関係式と等価である。 In the above equation (3), the self-inductances L L1 and L L2 of the first and second DC reactors L1 and L2 are (L + M), and the mutual relationship between the first DC reactor L1 and the second DC reactor L2 This is equivalent to the relational expression when the first boost chopper circuit and the second boost chopper circuit are operated simultaneously so that no induction occurs.

従って、第1実施形態は、自己インダクタンス L1 の第1の直流リアクトルL1を有する第1の昇圧チョッパ回路と自己インダクタンス L2 の第2の直流リアクトルL2を有する第2の昇圧チョッパ回路を並列接続した回路を動作させているが、実質的に自己インダクタンス(L+M)の第1の直流リアクトルL1を有する第1の昇圧チョッパ回路と自己インダクタンス(L+M)の第2の直流リアクトルL2を有する第2の昇圧チョッパ回路とを互いに独立して動作させる構成となっている。 Accordingly, the first embodiment, the first parallel connection of the second step-up chopper circuit having a second DC reactor L2 of the first step-up chopper circuit and a self-inductance L L2 having a DC reactor L1 of self-inductance L L1 The first step-up chopper circuit having a first DC reactor L1 having a self-inductance (L + M) and a second DC reactor L2 having a self-inductance (L + M) are provided. The boost chopper circuit is configured to operate independently of each other.

一方、第1のスイッチ素子SW1がオフになると、そのオフ・タイミングにおける第1のリアクトル電圧VL1の極性が反転するので、第1の直流リアクトルL1の負荷側のP2端子の電圧は、(Vin+VL1)となり、この電圧(Vin+VL1)がダイオードD1を介してコンデンサCに印加される。第2のスイッチ素子SW2がオフになった場合も同様で、第2のスイッチ素子SW2がオフになると、第2の直流リアクトルL2の負荷側のP4端子の電圧は、(Vin+VL2)となり、この電圧(Vin+VL2)がダイオードD2を介してコンデンサCに印加される。 On the other hand, when the first switch element SW1 is turned off, the polarity of the first reactor voltage V L1 at the off timing is reversed, so the voltage at the P2 terminal on the load side of the first DC reactor L1 is (Vin + V L1 ), and this voltage (Vin + V L1 ) is applied to the capacitor C via the diode D1. The same applies to the case where the second switch element SW2 is turned off. When the second switch element SW2 is turned off, the voltage at the P4 terminal on the load side of the second DC reactor L2 becomes (Vin + V L2 ). A voltage (Vin + V L2 ) is applied to the capacitor C through the diode D2.

従って、第1の直流リアクトルL1に流れる電流IL1は、第1のスイッチ素子SW1のオン期間でIONからIOFFまで単調増加し、第1のスイッチ素子SW1のオフ期間でIOFFからIONまで単調減少する三角波状の波形となる。第2の直流リアクトルL2に流れる電流IL2も電流IL1と同様の三角波状の波形となり、しかも電流IL1と同位相となる。 Accordingly, the current I L1 flowing through the first DC reactor L1 monotonously increases from I ON to I OFF during the ON period of the first switch element SW1, and from I OFF to I ON during the OFF period of the first switch element SW1. It becomes a triangular wave waveform that decreases monotonically. It becomes a second similar triangular waveform current I L2 also current I L1 flowing to DC reactor L2, yet the same phase as the current I L1.

図4〜図6は、第1実施形態の昇圧チョッパ装置2の電源供給動作を示す波形図で、第1,第2の駆動パルスS1,S2、第1,第2の直流リアクトルL1,L2に流れる電流IL1,IL2、入力電流Iin、接続点d,eの電圧Vd,Ve及び出力電圧Voの各波形を示したものである。図4は、第1,第2の駆動パルスS1,S2のデューティ比D[%]を33%としたときのもの、図5は、第1,第2の駆動パルスS1,S2のデューティ比D[%]を50%としたときのもの、図6は、第1,第2の駆動パルスS1,S2のデューティ比D[%]を75%としたときのものである。 4 to 6 are waveform diagrams showing the power supply operation of the step-up chopper device 2 of the first embodiment. The first and second drive pulses S1 and S2, the first and second DC reactors L1 and L2 are shown in FIG. The waveforms of flowing currents I L1 and I L2 , input current Iin, voltages Vd and Ve at connection points d and e, and output voltage Vo are shown. 4 shows a case where the duty ratio D [%] of the first and second drive pulses S1, S2 is 33%, and FIG. 5 shows the duty ratio D of the first and second drive pulses S1, S2. FIG. 6 shows the case where [%] is set to 50%, and FIG. 6 shows the case where the duty ratio D [%] of the first and second drive pulses S1, S2 is set to 75%.

図4〜図6に示すように、第1実施形態では、第1の直流リアクトルL1の電流IL1と第2の直流リアクトルL2の電流IL2は同一の波形を示し、自己インダクタンス(L+M)の第1の直流リアクトルL1を有する第1の昇圧チョッパ回路と自己インダクタンス(L+M)の第2の直流リアクトルL2を有する第2の昇圧チョッパ回路とが互いに独立して動作していることが分かる。 As shown in FIGS. 4 to 6, in the first embodiment, the current I L1 of the first DC reactor L1 current I L2 of the second DC reactor L2 shows the same waveform, the self-inductance of the (L + M) It can be seen that the first step-up chopper circuit having the first DC reactor L1 and the second step-up chopper circuit having the second DC reactor L2 having the self-inductance (L + M) operate independently of each other.

また、第1実施形態では、直流電源1からの入力電流Iinが均等に二分されてそれぞれ第1の昇圧チョッパ回路と第2の昇圧チョッパ回路でそれぞれ独立して昇圧チョッパ動作に利用されるので、入力電流Iinの波形は、第1の直流リアクトルL1の電流IL1の三角波状の波形と第2の直流リアクトルL2の電流IL2の三角波状の波形を加算したものとなる。 Further, in the first embodiment, the input current Iin from the DC power source 1 is equally divided into two parts, and is used independently for the boost chopper operation in the first boost chopper circuit and the second boost chopper circuit, respectively. The waveform of the input current Iin is obtained by adding the triangular waveform of the current I L1 of the first DC reactor L1 and the triangular waveform of the current I L2 of the second DC reactor L2.

第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2のオン期間における第1,第2の直流リアクトルL1,L2の電流IL1,IL2の傾斜角は、デューティ比Dに関係なく略同一であるから、オン期間が長いほど、電流IL1,IL2の変化幅(図4〜図6において、IONとIOFFの差)は大きくなる。従って、入力電流Iinの変化幅も、オン期間が長いほど、すなわち、昇圧率βが大きいほど、大きくなる。 Since the inclination angles of the currents I L1 and I L2 of the first and second DC reactors L1 and L2 in the ON period of the first and second switch elements SW1 and SW2 are substantially the same regardless of the duty ratio D, The longer the ON period, the larger the change width of the currents I L1 and I L2 (the difference between I ON and I OFF in FIGS. 4 to 6). Therefore, the change width of the input current Iin also increases as the ON period is longer, that is, as the step-up rate β is larger.

接続点d,eの電圧Vd,Veは、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2がオンになると、接地レベル(接地ラインcのレベル)になるが、正確には第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2のコレクタ−エミッタ間の電圧Vceとなる。一方、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2がオフになると、電圧Vd,Veは、入力電圧Vinにそのオフ・タイミングのときの第1,第2のリアクトル電圧VL1,VL2を加算した電圧となる。この電圧は、β・Vinで、電圧Vd,Veは、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2のオフ期間中、略β・Vinになっている。 When the first and second switch elements SW1 and SW2 are turned on, the voltages Vd and Ve at the connection points d and e are at the ground level (the level of the ground line c) . The voltage Vce is between the collector and emitter of the switch elements SW1 and SW2. On the other hand, when the first and second switch elements SW1 and SW2 are turned off, the voltages Vd and Ve add the first and second reactor voltages V L1 and V L2 at the off timing to the input voltage Vin. Voltage. This voltage is β · Vin, and the voltages Vd and Ve are substantially β · Vin during the OFF period of the first and second switch elements SW1 and SW2.

また、コンデンサCは大容量であるから、出力電圧Voはβ×Vinに保持される。なお
、デューティ比33%,50%,75%のとき、昇圧率βはそれぞれ1.5、2.0、4.0であるので、図4〜図6では、出力電圧Voはそれぞれ1.5×Vin、2×Vin、4
×Vinとなっている。
Further, since the capacitor C has a large capacity, the output voltage Vo is held at β × Vin. When the duty ratio is 33%, 50%, and 75%, the step-up rate β is 1.5, 2.0, and 4.0, respectively. Therefore, in FIGS. 4 to 6, the output voltage Vo is 1.5. × Vin, 2 × Vin, 4
× Vin.

第1実施形態を、第1の直流リアクトルL1と第2の直流リアクトルL2とを独立して製作し、第1の昇圧チョッパ回路と第2の昇圧チョッパ回路とを完全に独立して並列接続した構造で第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2を同時にオン・オフ動作させる構成(以下、この構成を「標準構成」という。)と対比すると、第1実施形態は標準構成に対して、第1,第2の直流リアクトルL1,L2の自己インダクタンスが L1 ,L L2 から(L+M)に増加する点が相違すると考えられる。 In the first embodiment, the first DC reactor L1 and the second DC reactor L2 are independently manufactured, and the first boost chopper circuit and the second boost chopper circuit are completely independently connected in parallel. In contrast to the configuration in which the first switch element SW1 and the second switch element SW2 are simultaneously turned on / off in the structure (hereinafter, this configuration is referred to as “standard configuration”), the first embodiment is compared with the standard configuration. The self-inductances of the first and second DC reactors L1 and L2 are considered to be different from L L1 and L L2 to (L + M).

上記(3)式から明らかなように、自己インダクタンスが(L+M)のときのdIL/dtは、自己インダクタンスがLのときよりも小さくなる(すなわち、電流ILの傾斜はより緩やかになる)から、第1実施形態は、標準構成よりも第1,第2の直流リアクトルL1,L2に流れる電流IL1,IL2の傾斜を抑制することができるという特徴がある。 As is apparent from the above equation (3), dI L / dt when the self-inductance is (L + M) is smaller than when the self-inductance is L (that is, the slope of the current I L becomes more gradual). Thus, the first embodiment is characterized in that the slopes of the currents I L1 and I L2 flowing through the first and second DC reactors L1 and L2 can be suppressed as compared with the standard configuration.

2個の昇圧チョッパ回路を並列接続した構成では、入力電流Iinの波形が電流IL1,IL2の三角波状の各波形を加算したものになり、電流IL1,IL2の各波形の変動幅(IOFFとIONの差)が大きいほど、入力電流Iinの変動幅が大きくなるが、第1実施形態では、標準構成に対して入力電流Iinの変動幅を抑制できる利点がある。 The two step-up chopper circuit connected in parallel configuration, the input current waveform Iin becomes to the sum of triangular the waveforms of the current I L1, I L2, the variation width of the waveform of the current I L1, I L2 As the (difference between I OFF and I ON ) increases, the fluctuation range of the input current Iin increases. However, the first embodiment has an advantage that the fluctuation range of the input current Iin can be suppressed with respect to the standard configuration.

なお、第1実施形態では、2個の昇圧チョッパ回路を並列接続した構成について説明したが、上記のことは、3個以上の昇圧チョッパ回路を並列接続した場合にも適用できる。   In the first embodiment, the configuration in which two boost chopper circuits are connected in parallel has been described. However, the above can also be applied to a case in which three or more boost chopper circuits are connected in parallel.

例えば、図7は、3個の昇圧チョッパ回路を並列接続し、デューティ比50%の駆動パルスで3個のスイッチ素子SW1,SW2,SW3を同時にオン・オフ動作させた場合の電源供給動作を示す波形図である。なお、この場合の3個の直流リアクトルL1,L2,L3は、図8に示すように、共通のコア211’の各脚部211a’,211b’,211c’に互いに減極性となるように直流リアクトルL1,L2,L3の各巻き線212,213,214をそれぞれ巻回した直流リアクトル21’として製作される。 For example, FIG. 7 shows a power supply operation when three boost chopper circuits are connected in parallel and the three switch elements SW1, SW2, and SW3 are simultaneously turned on / off with a drive pulse having a duty ratio of 50%. It is a waveform diagram. In this case, the three DC reactors L1, L2, and L3 are connected to each other so that the legs 211a ', 211b', and 211c 'of the common core 211' are depolarized as shown in FIG. It is produced as a reactor L1, L2, DC reactor 21, each winding 212, 213, and 214 were wound each L3 '.

図7に示すように、3個の昇圧チョッパ回路を並列接続した構成でも、第1〜第3の直流リアクトルL1,L2,L3の電流IL1,IL2,IL3は略同一の三角波状の波形となり、各リアクトルL1,L2,L3の負荷側の電圧も第1〜第3の駆動パルスS1,S2,S3のオン期間に接地レベルとなり、オフ期間にβ×Vinとなるように変化する。従って、3個の昇圧チョッパ回路を並列接続した構成でも実質的に第1〜第3の昇圧チョッパ回路を相互に独立して同時に動作させ、各昇圧チョッパ回路により昇圧電圧で直流エネルギーを負荷3に供給する動作をさせることができる。 As shown in FIG. 7, even in a configuration in which three boost chopper circuits are connected in parallel, the currents I L1 , I L2 , and I L3 of the first to third DC reactors L1, L2, and L3 have substantially the same triangular wave shape. The voltage on the load side of each of the reactors L1, L2, and L3 also changes to a ground level during the on period of the first to third drive pulses S1, S2, and S3, and changes to β × Vin during the off period. Therefore, even in a configuration in which three boost chopper circuits are connected in parallel, the first to third boost chopper circuits are substantially operated simultaneously and independently from each other, and DC energy is supplied to the load 3 by the boost voltage by each boost chopper circuit. The supplying operation can be performed.

次に、本発明に係る昇圧チョッパ装置の第2実施形態について説明する。   Next, a second embodiment of the boost chopper device according to the present invention will be described.

第2実施形態は、第1実施形態に対して第1,第2の駆動パルスS1,S2が異なるのみで、等価的な電気回路の構成は図1に示すものと同じである。従って、以下では、第1,第2の駆動パルスS1,S2による昇圧チョッパ装置の電源供給動作について、図9の波形図を用いて説明する。なお、図9は、第2実施形態の昇圧チョッパ装置2の電源供給動作を示す波形図で、第1,第2の駆動パルスS1,S2のデューティ比を25%としたときのものである。   The second embodiment differs from the first embodiment only in the first and second drive pulses S1 and S2, and the configuration of an equivalent electric circuit is the same as that shown in FIG. Therefore, hereinafter, the power supply operation of the boost chopper device by the first and second drive pulses S1 and S2 will be described with reference to the waveform diagram of FIG. FIG. 9 is a waveform diagram showing the power supply operation of the step-up chopper device 2 of the second embodiment, and is when the duty ratio of the first and second drive pulses S1, S2 is 25%.

第2実施形態では、制御回路22は、固定の周波数で所定のデューティ比の第1,第2の駆動パルスS1,S2を相互にオン期間が重複しないように第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2の各ゲート端子に供給する。具体的には、制御回路22は、同一駆動パルスを位相を180°ずつずらせて第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2にそれぞれ供給する。   In the second embodiment, the control circuit 22 uses the first switch element SW1 and the second switch pulse SW1 and the second drive pulse S1 and the second drive pulse S1 and S2 with a fixed frequency and a predetermined duty ratio so that the ON periods do not overlap each other. Is supplied to each gate terminal of the switch element SW2. Specifically, the control circuit 22 supplies the same drive pulse to the first switch element SW1 and the second switch element SW2 by shifting the phase by 180 °.

第1実施形態では、第1の直流リアクトルL1と第2の直流リアクトルL2が同時に直流エネルギーの蓄積とその蓄積エネルギーの放出とを繰り返すように、第1,第2の駆動パルスS1と第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2のオン・オフ動作を制御したので、上記(3)に示されるように、第1の直流リアクトルL1と第2の直流リアクトルL2との間の相互インダクタンスMはそれぞれ自己インダクタンス L1 ,L L2 (=L)を増加させるように作用した。 In the first embodiment, the first and second drive pulses S1 and the first and second drive pulses S1 and 1 are set so that the first DC reactor L1 and the second DC reactor L2 simultaneously repeat the accumulation of the DC energy and the release of the accumulated energy. Since the on / off operation of the second switch elements SW1 and SW2 is controlled, as shown in (3) above, the mutual inductance M between the first DC reactor L1 and the second DC reactor L2 is respectively The self-inductances L L1 and L L2 (= L) were increased.

第2実施形態では、デューティ比D[%]が50%より小さい場合、例えば、図9に示すように、第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2は、(SW1,SW2):(オフ,オフ)→(オン,オフ)→(オフ,オフ)→(オフ,オン)→(オフ,オフ)を繰り返し、一方のスイッチ素子がオフのときに他方のスイッチ素子がオンになる。このため、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2のオン期間に、上記(3)式を適用することはできない。   In the second embodiment, when the duty ratio D [%] is smaller than 50%, for example, as shown in FIG. 9, the first switch element SW1 and the second switch element SW2 are (SW1, SW2): ( (OFF, OFF) → (ON, OFF) → (OFF, OFF) → (OFF, ON) → (OFF, OFF) When one switch element is OFF, the other switch element is turned ON. For this reason, the above equation (3) cannot be applied to the ON periods of the first and second switch elements SW1 and SW2.

第2実施形態では、一方のスイッチ素子がオン・オフ動作をするとき、他方のスイッチ素子は必ずオフ状態になっている。昇圧チョッパ回路は、スイッチ素子のオン期間に直流リアクトルに直流エネルギーを蓄積するように単調増加する電流ILが流れ、スイッチ素子のオフ期間に直流リアクトルに蓄積された直流エネルギーをコンデンサ及び負荷に放出するように単調減少する電流ILが流れる。従って、第2実施形態では、第1のスイッチ素子SW1がオンになるときは、第2のスイッチ素子SW2はオフになっているから、第2の直流リアクトルL2に蓄積された直流エネルギーをコンデンサC及び負荷3に放出するように単調減少する電流IL2が流れているときに、第1の直流リアクトルL1に直流エネルギーを蓄積するように単調増加する電流IL1が流れることになる。逆の場合も同様である。 In the second embodiment, when one switch element performs an on / off operation, the other switch element is always in an off state. Boost chopper circuit, current I L increases monotonically to accumulate DC energy to the DC reactor during the ON period of the switching element flows, release the DC energy stored in the DC reactor in the OFF period of the switching element to the capacitor and the load current I L decreases monotonically to flow. Therefore, in the second embodiment, when the first switch element SW1 is turned on, the second switch element SW2 is turned off, so that the DC energy stored in the second DC reactor L2 is transferred to the capacitor C When the current I L2 that monotonously decreases so as to be discharged to the load 3 flows, the current I L1 that monotonously increases so as to accumulate DC energy in the first DC reactor L1 flows. The same applies to the reverse case.

例えば、第2のスイッチ素子SW2がオフの状態では、第2の直流リアクトルL2の負荷側のP4端子の電圧Veは、(Vin+VL2)になる。第1のスイッチ素子SW1がオフ状態で第1の直流リアクトルL1に電流IL1が流れていなければ、第2の直流リアクトルL2の第2のリアクトル電圧VL2は、上記(2)式でdIL1/dt=0としたLL2・dIL2/dtで表され、しかもdIL2/dt<0であるので、第2の直流リアクトルL2の負荷側のP4端子が+極性となっている(例えば、図9の電圧Veの(a)の直前のタイミングのレベル参照)。 For example, in the state where the second switch element SW2 is off, the voltage Ve at the P4 terminal on the load side of the second DC reactor L2 is (Vin + V L2 ). If the current I L1 does not flow through the first DC reactor L1 when the first switch element SW1 is in the OFF state, the second reactor voltage V L2 of the second DC reactor L2 is expressed by dI L1 in the above equation (2). Since it is expressed by L L2 · dI L2 / dt with / dt = 0, and dI L2 / dt <0, the P4 terminal on the load side of the second DC reactor L2 has a positive polarity (for example, (Refer to the timing level immediately before (a) of the voltage Ve in FIG. 9).

この状態で、第1のスイッチ素子SW1がオンになると(例えば、図9の(a)のタイミング参照)、第1の直流リアクトルL1に直流電源1の電源電圧Vinが加わりdIL1/dt(>0)の電流IL1が流れるので、これにより第2の直流リアクトルL2に電源側のP3端子が+極性となるような電圧を誘起しようとして第2の直流リアクトルL2の電流IL2をゼロまで急激に低下させる。そして、電流IL2がゼロになると(図9の(b)のタイミング参照)、第1の直流リアクトルL1の電流IL1によりM・dIL1/dtの電圧が第2の直流リアクトルL2の両端に誘起される。 In this state, when the first switch element SW1 is turned on (see, for example, the timing in FIG. 9A), the power supply voltage Vin of the DC power supply 1 is applied to the first DC reactor L1, and dI L1 / dt (> 0) current I L1 flows, so that the current I L2 of the second DC reactor L2 is suddenly reduced to zero in order to induce a voltage in the second DC reactor L2 so that the P3 terminal on the power supply side has a positive polarity. To lower. When the current I L2 becomes zero (see the timing of FIG. 9B), the current I L1 of the first DC reactor L1 causes a voltage of M · dI L1 / dt to flow across the second DC reactor L2. Induced.

M・dIL1/dtの電圧の極性はLL2・dIL2/dtの電圧とは逆極性であるから、第2の直流リアクトルL2には、電源側のP3端子が+極性となるようにM・dIL1/dtの電圧が誘起される。従って、第2の直流リアクトルL2の負荷側のP4端子の電圧Veは、第1のスイッチ素子SW1がオンのときには、ほぼゼロ(Vin−VL2≒0)になる(図9の電圧Veの(b)の直後のタイミングのレベル参照)。 Since the polarity of the voltage of M · dI L1 / dt is opposite to that of the voltage of L L2 · dI L2 / dt, the second DC reactor L2 has an M polarity so that the P3 terminal on the power supply side has a positive polarity. A voltage of dI L1 / dt is induced. Therefore, the voltage Ve at the P4 terminal on the load side of the second DC reactor L2 is substantially zero (Vin−V L2 ≈0) when the first switch element SW1 is on (the voltage Ve of FIG. Refer to the timing level immediately after b).

すなわち、第2のスイッチ素子SW2がオフになり、そのオフ期間に第2の直流リアクトルL2に蓄積された直流エネルギーがコンデンサC及び負荷3に放出されている状態で第1のスイッチ素子SW1がオンになると、直ちに蓄積エネルギーのコンデンサC及び負荷3への放出が停止され、その後は、第2のスイッチ素子SW2がオンになるまで第2の直流リアクトルL2には直流エネルギーは蓄積されず、コンデンサC及び負荷3にも放出されない。   In other words, the second switch element SW2 is turned off, and the first switch element SW1 is turned on while the DC energy accumulated in the second DC reactor L2 is released to the capacitor C and the load 3 during the off period. , Immediately, the discharge of the stored energy to the capacitor C and the load 3 is stopped. Thereafter, no DC energy is stored in the second DC reactor L2 until the second switch element SW2 is turned on, and the capacitor C Neither is it discharged into the load 3.

この結果、第2実施形態では、第1のスイッチ素子SW1のオン動作が、第2の昇圧チョッパ回路によるエネルギー供給動作を第1の昇圧チョッパ回路によるエネルギー供給動作に切り替える機能を果たすことになる。第1のスイッチ素子SW1がオフ状態で、第2のスイッチ素子SW2がオンになる場合(例えば、図9の(d)のタイミング参照)も同様である。   As a result, in the second embodiment, the ON operation of the first switch element SW1 performs a function of switching the energy supply operation by the second boost chopper circuit to the energy supply operation by the first boost chopper circuit. The same applies to the case where the first switch element SW1 is turned off and the second switch element SW2 is turned on (for example, refer to the timing in FIG. 9D).

すなわち、図9の波形図において、例えば、(a)のタイミングで第1のスイッチ素子SW1がオンになると、第1の直流リアクトルL1の電流IL1により第2の直流リアクトルL2に誘起されるM・dIL1/dtの電圧で第2の直流リアクトルL2からコンデンサC及び負荷3に放出されていた電流IL2が直ちに停止され、(b)のタイミングから第2のスイッチ素子SW2がオンになる(d)のタイミングまで第1の昇圧チョッパ回路によるエネルギー供給動作に切り替えられる。 That is, in the waveform diagram of FIG. 9, for example, the first switching element SW1 at a timing of (a) is turned on, is induced by the current I L1 of the first DC reactor L1 to the second DC reactor L2 M The current I L2 discharged from the second DC reactor L2 to the capacitor C and the load 3 at the voltage of dI L1 / dt is immediately stopped, and the second switch element SW2 is turned on from the timing (b) ( The operation is switched to the energy supply operation by the first boost chopper circuit until the timing d).

(b)から(d)の期間では、第1のスイッチ素子SW1がオフになる(c)のタイミングまで第1の直流リアクトルL1に直流エネルギーが蓄積され、第1のスイッチ素子SW1がオフになると、その蓄積エネルギーがコンデンサC及び負荷3に放出されるようになる。この蓄積エネルギーのコンデンサC及び負荷3への放出は、第2のスイッチ素子SW2がオンにならなければ、第1のスイッチ素子SW1が次にオンになる(f)のタイミングまで継続されるが、(d)のタイミングで第2のスイッチ素子SW2がオンになるので、第1の直流リアクトルL1からコンデンサC及び負荷3に放出されていた電流IL1は直ちに停止され、(e)のタイミングから第1のスイッチ素子SW1が次にオンになる(f)のタイミングまで第2の昇圧チョッパ回路によるエネルギー供給動作に切り替えられる。 During the period from (b) to (d), when DC energy is accumulated in the first DC reactor L1 until the timing of (c) when the first switch element SW1 is turned off, and the first switch element SW1 is turned off. The stored energy is released to the capacitor C and the load 3. The discharge of the stored energy to the capacitor C and the load 3 is continued until the timing (f) when the first switch element SW1 is turned on next unless the second switch element SW2 is turned on. Since the second switch element SW2 is turned on at the timing (d), the current I L1 discharged from the first DC reactor L1 to the capacitor C and the load 3 is immediately stopped, and the second switching element SW2 is turned on from the timing (e). The switching operation is switched to the energy supply operation by the second step-up chopper circuit until the timing (f) when the first switch element SW1 is turned on next.

以上のような動作をすることにより、電圧Veは、以下のような波形の変化を繰返す。すなわち、電圧Veは、第1のスイッチ素子SW1がオンになると、ほぼゼロ(Vin−VL2≒0)になり、オン期間中、ほぼゼロ(Vin−VL2≒0)に保持されるが、第1のスイッチ素子SW1がオフになると、ほぼβ×Vin(Vin+VL2≒β×Vin)に反転し、その後、第2のスイッチ素子SW2がオンになり、昇圧チョッパ動作が第2のチョッパ回路に切り換えられると、一旦、接地レベルに低下する。そして、第2のスイッチ素子SW2がオフになると、電圧Veは、β×Vinのレベルに復帰し、その後、第1のスイッチ素子SW1がオンになると、ほぼゼロ(Vin−VL2≒0)に低下する。 By performing the operation as described above, the voltage Ve repeats the following waveform changes. That is, the voltage Ve is substantially zero (Vin−V L2 ≈0) when the first switch element SW1 is turned on, and is maintained at substantially zero (Vin−V L2 ≈0) during the on period. When the first switch element SW1 is turned off, it is almost inverted to β × Vin (Vin + V L2 ≈β × Vin), and then the second switch element SW2 is turned on, and the step-up chopper operation is performed in the second chopper circuit. is switched, once, it drops to the ground level. When the second switch element SW2 is turned off, the voltage Ve returns to the level of β × Vin. After that, when the first switch element SW1 is turned on, the voltage Ve is substantially zero (Vin−V L2 ≈0). descend.

電圧Vdも同様の波形の変化を繰返す。すなわち、電圧Vdは、第2のスイッチ素子SW2がオンになると、ほぼゼロ(Vin−VL1≒0)になり、オン期間中、ほぼゼロ(Vin−VL1≒0)に保持されるが、第2のスイッチ素子SW2がオフになると、ほぼβ×Vin(Vin+VL1≒β×Vin)に反転し、その後、第1のスイッチ素子SW1がオンになり、昇圧チョッパ動作が第1のチョッパ回路に切り換えられると、一旦、接地レベルに低下する。そして、第1のスイッチ素子SW1がオフになると、電圧Vdは、β×Vinのレベルに復帰し、その後、第2のスイッチ素子SW2がオンになると、ほぼゼロ(Vin−VL1≒0)に低下する。 The voltage Vd repeats the same waveform change. That is, the voltage Vd becomes substantially zero (Vin−V L1 ≈0) when the second switch element SW2 is turned on, and is kept substantially zero (Vin−V L1 ≈0) during the on period. When the second switch element SW2 is turned off, the inversion is approximately β × Vin (Vin + V L1 ≈β × Vin), and then the first switch element SW1 is turned on, and the boost chopper operation is performed in the first chopper circuit. is switched, once, it drops to the ground level. When the first switch element SW1 is turned off, the voltage Vd returns to the level of β × Vin. After that, when the second switch element SW2 is turned on, the voltage Vd is almost zero (Vin−V L1 ≈0). descend.

なお、第2実施形態では、昇圧率βはβ=1/(1−N×D)(Nは昇圧チョッパ回路の並列台数)となる。従って、図9では、昇圧率β=1/(1−2×0.25)=2.0となっている。   In the second embodiment, the step-up rate β is β = 1 / (1−N × D) (N is the number of step-up chopper circuits in parallel). Therefore, in FIG. 9, the boost rate β = 1 / (1-2 × 0.25) = 2.0.

一方、第1の直流リアクトルL1の電流IL1は、第1のスイッチ素子SW1がオンになると、第2の直流リアクトルL2の電流IL2を急激にゼロにするように急上昇し、当該電流IL2がゼロになったタイミングからVin=L1×dIL1/dtを満たすように単調増加して第1の直流リアクトルL1に直流エネルギーを蓄積する。その後、第1のスイッチ素子SW1がオフになると、電流IL1は単調減少に転じ、蓄積した直流エネルギーをコンデンサC及び負荷3に放出する(図9の電流IL1の(a)〜(d)の期間の波形参照)。そして、第2のスイッチ素子SW2がオンになると、第2の直流リアクトルL2に電流IL2が流れ、これにより電流IL1は急激にゼロになる。 On the other hand, the current I L1 of the first DC reactor L1, the first switch element SW1 is turned on, soaring as rapidly to zero current I L2 of the second DC reactor L2, the current I L2 From the timing when becomes zero, it increases monotonically so as to satisfy Vin = L1 × dI L1 / dt, and DC energy is accumulated in the first DC reactor L1. Thereafter, when the first switch element SW1 is turned off, the current I L1 turns to monotonously decrease, and the accumulated DC energy is released to the capacitor C and the load 3 ((a) to (d) of the current I L1 in FIG. 9). Refer to the waveform for the period of When the second switch element SW2 is turned on, the current I L2 flows through the second DC reactor L2, thereby causing the current I L1 to suddenly become zero.

第1の直流リアクトルL1の電流IL1は、第2のスイッチ素子SW2がオンして電流IL1がゼロになってから第1のスイッチ素子SW1がオンするまでは流れず、第1のスイッチ素子SW1がオンしてから第2のスイッチ素子SW2がオンするまで上記の変化を行い、以下、そのような変化を繰返す。 The current I L1 of the first DC reactor L1 does not flow until the first switch element SW1 is turned on after the second switch element SW2 is turned on and the current I L1 becomes zero, and the first switch element SW1 is turned on. The above change is performed from when SW1 is turned on until the second switch element SW2 is turned on, and such change is repeated thereafter.

第2の直流リアクトルL2の電流IL2も第1の直流リアクトルL1の電流IL1と同様の変化を行うが、第1のスイッチ素子SW1がオンして電流IL2がゼロになってから第2のスイッチ素子SW2がオンするまでは流れず、第2のスイッチ素子SW2がオンしてから第1のスイッチ素子SW1がオンするまで上記の変化を行う点が第1の直流リアクトルL1の電流IL1と異なる。 The current I L2 of the second DC reactor L2 changes in the same way as the current I L1 of the first DC reactor L1, but after the first switch element SW1 is turned on and the current I L2 becomes zero, the second current L L2 is zero. The current does not flow until the switching element SW2 of the first DC reactor L1 is turned on, and the current I L1 of the first DC reactor L1 is changed from the second switching element SW2 to the turning on of the first switching element SW1. And different.

第2実施形態では、各昇圧チョッパ回路が動作している期間では第1,第2の直流リアクトルL1,L2に流れる電流IL1,IL2の波形は三角の山形をしているので、電流IL1と電流IL2を加算した入力電流Iinの三角波状の波形の周期は、第1実施形態の入力電流Iinの三角波状の波形の周期に対して1/2となる。従って、第2実施形態では、第1実施形態よりも入力電流Iinの変動幅を小さくすることができる。その一方、第2実施形態は、各昇圧チョッパ回路が第1,第2の駆動パルスS1,S2の1/2周期毎に交互に間欠動作をするので、各昇圧チョッパ回路の駆動効率は第1実施形態よりも低下する。 In the second embodiment, since the waveforms of the currents I L1 and I L2 flowing through the first and second DC reactors L1 and L2 are triangular, during the period in which each step-up chopper circuit is operating, the current I period of the triangular waveform of the input current Iin obtained by adding the L1 and the current I L2 is a half relative to the period of the triangular waveform of the input current Iin of the first embodiment. Therefore, in the second embodiment, the fluctuation range of the input current Iin can be made smaller than in the first embodiment. On the other hand, in the second embodiment, each boost chopper circuit performs intermittent operation alternately every half cycle of the first and second drive pulses S1, S2, so that the drive efficiency of each boost chopper circuit is the first. It is lower than the embodiment.

なお、デューティ比D[%]を50%にした場合は、第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2は、(SW1,SW2):(オン,オフ)→(オフ,オン)を繰り返し、両スイッチ素子が同時に(オフ,オフ)となる期間はなくなる。   When the duty ratio D [%] is 50%, the first switch element SW1 and the second switch element SW2 repeat (SW1, SW2): (ON, OFF) → (OFF, ON). The period during which both switch elements are simultaneously (off, off) is eliminated.

図9の示す波形図において、デューティ比D[%]を25%から徐々に50%に増加させると、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2が同時にオフになる期間(例えば、図9の(c)から(d)期間)が短くなるから、各昇圧チョッパ回路が昇圧チョッパ動作している期間のうち、直流リアクトルに蓄積した直流エネルギーをコンデンサC及び負荷3に放出する期間が減少することになる。デューティ比D[%]を50%にした場合は、コンデンサCへの直流エネルギーの放出期間がなくなった場合と考えられる。   In the waveform diagram shown in FIG. 9, when the duty ratio D [%] is gradually increased from 25% to 50%, the first switch element SW1 and the second switch element SW2 are simultaneously turned off (for example, FIG. 9). (Period from (c) to (d)), the period during which the DC energy stored in the DC reactor is released to the capacitor C and the load 3 is reduced during the period in which each boost chopper circuit is operating as a boost chopper. become. When the duty ratio D [%] is set to 50%, it is considered that the period for discharging the DC energy to the capacitor C is lost.

図10は、第2実施形態において、デューティ比D[%]を50%にした場合の波形図である。   FIG. 10 is a waveform diagram when the duty ratio D [%] is 50% in the second embodiment.

同図に示すように、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2がオンになる毎に、第1,第2の直流リアクトルL1,L2に流れる電流IL1,IL2が交互に切り換えられ、いずれか一方の電流が流れる。このことは、デューティ比を50%より小さくした場合も同じであるが、デューティ比を50%にした場合は、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2のオン期間ではそれぞれ第1の直流リアクトルL1または第2の直流リアクトルL2への直流エネルギーの蓄積動作しか行われず、理論上はコンデンサC及び負荷3への直流エネルギーの放出は行われない。しかし、実際は、電流は瞬時に切り替わることはできないので、電流が切り替わるわずかな期間にコンデンサC及び負荷3へ直流エネルギーが一気に供給されることになり、そのときの昇圧比は非常に大きなものとなる。デューティ比を50%より大きくした場合も第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2が同時にオフになる期間が生じないから、上記の動作は、デューティ比50%以上で同様に行われると類推することができる。従って、第2実施形態では、デューティ比D[%]を50%よりも小さい範囲で昇圧チョッパ動作を行う場合に適する。 As shown in the figure, each time the first and second switch elements SW1 and SW2 are turned on, the currents I L1 and I L2 flowing through the first and second DC reactors L1 and L2 are alternately switched, Either one of the currents flows. This is the same when the duty ratio is made smaller than 50%. However, when the duty ratio is made 50%, the first DC reactor is respectively used in the ON period of the first and second switch elements SW1 and SW2. Only DC energy is stored in the L1 or the second DC reactor L2, and theoretically no DC energy is discharged to the capacitor C and the load 3. However, in practice, since the current cannot be switched instantaneously, DC energy is supplied to the capacitor C and the load 3 at a short period during which the current switches, and the step-up ratio at that time becomes very large. . Even when the duty ratio is greater than 50%, there is no period in which the first and second switch elements SW1 and SW2 are simultaneously turned off. Therefore, it can be analogized that the above operation is similarly performed at a duty ratio of 50% or more. be able to. Therefore, the second embodiment is suitable for the step-up chopper operation when the duty ratio D [%] is in a range smaller than 50%.

上記のように、第2実施形態は、第1実施形態とは異なり、第1の昇圧チョッパ回路と第2の昇圧チョッパ回路が第1の駆動パルスS1又は第2の駆動パルスS2の1/2周期で交互に動作する構成となっている。   As described above, the second embodiment differs from the first embodiment in that the first boost chopper circuit and the second boost chopper circuit are 1/2 of the first drive pulse S1 or the second drive pulse S2. It is configured to operate alternately with a period.

第1実施形態では、第1の昇圧チョッパ回路と第2の昇圧チョッパ回路が同時に昇圧チョッパ動作をするので、コンデンサCは、第1の昇圧チョッパ回路及び第2の昇圧チョッパ回路で共用できる大容量の素子を選択する必要があるが、第2実施形態では、コンデンサCが時分割で第1の昇圧チョッパ回路または第2の昇圧チョッパ回路に共用されるので、第1実施形態ほどの大容量の素子は要しない。   In the first embodiment, the first boost chopper circuit and the second boost chopper circuit simultaneously perform the boost chopper operation, so that the capacitor C can be shared by the first boost chopper circuit and the second boost chopper circuit. However, in the second embodiment, the capacitor C is shared by the first boost chopper circuit or the second boost chopper circuit in a time-sharing manner, so that it has a large capacity as in the first embodiment. No element is required.

なお、第2実施形態では、2個の昇圧チョッパ回路を並列接続した構成について説明したが、上記のことは、3個以上の昇圧チョッパ回路を並列接続した場合にも適用できる。   In the second embodiment, the configuration in which two boost chopper circuits are connected in parallel has been described. However, the above description can also be applied to a case in which three or more boost chopper circuits are connected in parallel.

例えば、図11は、3個の昇圧チョッパ回路を並列接続し、デューティ比20%の駆動パルスで3個のスイッチ素子SW1,SW2,SW3を同時にオンしないようにオン・オフ動作させた場合の電源供給動作を示す波形図である。なお、この場合の3個の直流リアクトルL1,L2,L3の構成は、図8に示したものと同じである。また、図11では、昇圧率β=1/(1−3×0.20)=2.5となっている。 For example, FIG. 11 shows a power supply when three boost chopper circuits are connected in parallel and the three switch elements SW1, SW2 and SW3 are turned on / off simultaneously with a drive pulse having a duty ratio of 20%. It is a wave form diagram which shows supply operation | movement. In this case, the configuration of the three DC reactors L1, L2, and L3 is the same as that shown in FIG. Further, in FIG. 11, the step-up rate β = 1 / (1−3 × 0.20) = 2.5.

図11に示すように、3個の昇圧チョッパ回路を並列接続した構成でも実質的に第1〜第3の昇圧チョッパ回路をそれぞれ1/3周期ずつ時分割で動作させ、各昇圧チョッパ回路により昇圧電圧で直流エネルギーを負荷3に供給する動作をさせることができることがわかる。   As shown in FIG. 11, even in a configuration in which three boost chopper circuits are connected in parallel, the first to third boost chopper circuits are operated in a time-sharing manner for each 1/3 period and boosted by each boost chopper circuit. It turns out that the operation | movement which supplies DC energy to the load 3 with a voltage can be made.

なお、一般に、昇圧チョッパ回路の並列接続数をN個とすると、各昇圧チョッパ回路を等間隔で切り換え運転させるため、各昇圧チョッパ回路のスイッチ素子がオンになる期間は相互に360°/Nずつずらせるようにするとよい。このようにすれば、入力電流Iinの変動幅を効果的に抑制することができる。   In general, if the number of boost chopper circuits connected in parallel is N, each boost chopper circuit is switched and operated at equal intervals. Therefore, the switch elements of each boost chopper circuit are turned on by 360 ° / N each other. It is good to make it shift. In this way, the fluctuation range of the input current Iin can be effectively suppressed.

次に、本発明に係る昇圧チョッパ装置の第3実施形態について説明する。   Next, a third embodiment of the boost chopper device according to the present invention will be described.

第3実施形態は、第1実施形態に対して直流リアクトル21の構造と第1,第2の駆動パルスS1,S2が異なる。直流リアクトル21の構造の相違点は、第1の直流リアクトルL1の巻き線212と第2の直流リアクトルL2の巻き線213が、図12に示すように、互いに同方向に巻回されている点である。すなわち、第3実施形態の第1の直流リアクトルL1及び第2の直流リアクトルL2は、加極性の変圧器と同様の構造となっている。   The third embodiment differs from the first embodiment in the structure of the DC reactor 21 and the first and second drive pulses S1, S2. The difference in the structure of the DC reactor 21 is that the winding 212 of the first DC reactor L1 and the winding 213 of the second DC reactor L2 are wound in the same direction as shown in FIG. It is. That is, the first DC reactor L1 and the second DC reactor L2 of the third embodiment have the same structure as that of the additive-polarity transformer.

従って、図示はしないが、第3実施形態の等価的な電気回路の構成は、図1において、直流リアクトル21内の第2の直流リアクトルL2の黒丸の位置をP4端子側に変更するか、直流リアクトル21内の第1の直流リアクトルL1の黒丸の位置をP2端子側に変更したものとなる。   Therefore, although not shown, the equivalent electric circuit configuration of the third embodiment is that the position of the black circle of the second DC reactor L2 in the DC reactor 21 is changed to the P4 terminal side in FIG. The position of the black circle of the first DC reactor L1 in the reactor 21 is changed to the P2 terminal side.

また、第3実施形態では、制御回路22は、固定の周波数でデューティ比50%の第1,第2の駆動パルスS1,S2を相互にオン期間が重複しないように第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2の各ゲート端子に供給する。なお、デューティ比50%の場合は、第1の駆動パルスS1がオンのときは第2の駆動パルスS2がオフになり、第1の駆動パルスS1がオフのときは第2の駆動パルスS2がオンになるから、同一の駆動パルスを位相を180°ずつずらせて第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2にそれぞれ供給する、若しくは、第1のスイッチ素子SW1に供給するデューティ比50%の駆動パルスのレベルを反転させて第2のスイッチ素子SW2に供給する構成であると言ってもよい。或いは、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2に第1,第2の駆動パルスS1,S2を互いオン・オフが逆になるように供給する構成であると言ってもよい。   In the third embodiment, the control circuit 22 is connected to the first switch element SW1 so that the ON periods of the first and second drive pulses S1 and S2 having a fixed frequency and a duty ratio of 50% do not overlap each other. The voltage is supplied to each gate terminal of the second switch element SW2. When the duty ratio is 50%, the second drive pulse S2 is turned off when the first drive pulse S1 is turned on, and the second drive pulse S2 is turned off when the first drive pulse S1 is turned off. Since they are turned on, the same drive pulse is supplied to the first switch element SW1 and the second switch element SW2 with the phase shifted by 180 °, respectively, or the duty ratio supplied to the first switch element SW1 is 50%. It may be said that the drive pulse level is inverted and supplied to the second switch element SW2. Alternatively, it may be said that the first and second drive pulses S1 and S2 are supplied to the first and second switch elements SW1 and SW2 so that the on / off states are reversed.

第1実施形態の直流リアクトル21は、減極性の変圧器と同様の構造となっているのに対し、第3実施形態の直流リアクトル21は、加極性の変圧器と同様の構造となっているので、第1実施形態と同様に第1の駆動パルスS1と第2の駆動パルスS2を同位相にする(オン期間が重複するようにする)と、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2が同時にオンになるときは、dIL1/dt=dIL2/dt=dIL/dt>0であるが、相互誘導により第1の直流リアクトルL1の両端に誘起される電圧M・dIL2/dtの極性は、第1実施形態の場合と逆になる。相互誘導により第2の直流リアクトルL2の両端に誘起される電圧M・dIL1/dtの極性も同様である。 The DC reactor 21 of the first embodiment has a structure similar to that of a depolarizing transformer, whereas the DC reactor 21 of the third embodiment has a structure similar to that of a positive polarity transformer. Therefore, when the first drive pulse S1 and the second drive pulse S2 have the same phase (the ON periods overlap) as in the first embodiment, the first and second switch elements SW1, SW2 Are simultaneously turned on, dI L1 / dt = dI L2 / dt = dI L / dt> 0, but the voltage M · dI L2 / dt induced across the first DC reactor L1 by mutual induction. The polarity of is opposite to that in the first embodiment. The polarity of the voltage M · dI L1 / dt induced at both ends of the second DC reactor L2 by mutual induction is also the same.

従って、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2に第1,第2の駆動パルスS1,S2を同位相で供給すると、上記(3)式に相当する式は、下記(4)式となる。下記(4)式によれば、自己誘導により生じる電圧(L×dIL/dt)が相互誘導により生じる電圧(M×dIL/dt)により相殺されることなるから、実質的に第1の直流リアクトルL1の自己インダクタンスがLから(L−M)に減少したのと等価である。第2の直流リアクトルL2についても同様である。 Accordingly, when the first and second drive pulses S1 and S2 are supplied to the first and second switch elements SW1 and SW2 in the same phase, the expression corresponding to the above expression (3) becomes the following expression (4). . According to the following equation (4), since thereby the voltage generated by self-induction (L × dI L / dt) is offset by a voltage generated by mutual induction (M × dI L / dt) , substantially first This is equivalent to the reduction of the self-inductance of the direct current reactor L1 from L to (LM). The same applies to the second DC reactor L2.

Figure 2008306786
Figure 2008306786

第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2に第1,第2の駆動パルスS1,S2を同位相で供給した場合、例えば、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2のオン期間では、上記(4)式を満たすように、非常に大きな変化率で第1,第2の直流リアクトルL1,L2にそれぞれ電流ILを流すことになる。従って、この場合は、この電流に耐え得る直流リアクトル21及び第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2及びダイオードD1,D2を設ける必要がある。 When the first and second drive pulses S1 and S2 are supplied to the first and second switch elements SW1 and SW2 in the same phase, for example, in the ON period of the first and second switch elements SW1 and SW2, (4) so as to satisfy the formula, first with a very large rate of change, it will respectively applying a current I L to the second DC reactors L1, L2. Therefore, in this case, it is necessary to provide the DC reactor 21 that can withstand this current, the first and second switch elements SW1 and SW2, and the diodes D1 and D2.

一方、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2に第1,第2の駆動パルスS1,S2を互いにオン・オフが逆になるように供給すると、第1のスイッチ素子SW1がオンしている(第1の直流リアクトルL1に直流エネルギーを蓄積している)ときには、第2のスイッチ素子SW2はオフしているので、第2の直流リアクトルL2に蓄積された直流エネルギーがコンデンサC及び負荷3放出され、第2のスイッチ素子SW2がオンしている(第2の直流リアクトルL2に直流エネルギーを蓄積している)ときには、第1のスイッチ素子SW1はオフしているので、第1の直流リアクトルL1に蓄積された直流エネルギーをコンデンサC及び負荷3に放出される。   On the other hand, when the first and second drive pulses S1 and S2 are supplied to the first and second switch elements SW1 and SW2 so that the on / off states are reversed, the first switch element SW1 is turned on. When the DC energy is stored in the first DC reactor L1, the second switch element SW2 is turned off, so that the DC energy stored in the second DC reactor L2 is discharged from the capacitor C and the load 3 When the second switch element SW2 is on (direct current energy is stored in the second direct current reactor L2), the first switch element SW1 is off, so the first direct current reactor L1 The DC energy stored in is discharged to the capacitor C and the load 3.

第1のスイッチ素子SW1のオン期間では、第1の直流リアクトルL1にdIL1/dt>0の電流IL1が流れ、第2の直流リアクトルL2にdIL2/dt<0の電流IL2が流れるが、相互誘導により第1の直流リアクトルL1に誘起される電圧(M・dIL2/dt)は自己誘導により第1の直流リアクトルL1に誘起される電圧(LL1・dIL1/dt)と同じ極性である。同様に、第2のスイッチ素子SW2のオン期間でも、第2の直流リアクトルL2にdIL2/dt>0の電流IL2が流れ、第1の直流リアクトルL1にdIL1/dt<0の電流IL1が流れるが、相互誘導により第2の直流リアクトルL2に誘起される電圧(M・dIL1/dt)は自己誘導により第2の直流リアクトルL2に誘起される電圧(LL2・dIL2/dt)と同じ極性である。 In the on period of the first switching element SW1, a first DC reactor L1 dI L1 / dt> 0 current I L1 flows in the current I L2 of dI L2 / dt <0 flows through the second DC reactor L2 However, the voltage (M · dI L2 / dt) induced in the first DC reactor L1 by mutual induction is the same as the voltage (L L1 · dI L1 / dt) induced in the first DC reactor L1 by self-induction. Polarity. Similarly, even during the ON period of the second switch element SW2, a current I L2 of dI L2 / dt> 0 flows through the second DC reactor L2, and a current I of dI L1 / dt <0 flows through the first DC reactor L1. Although L1 flows, the voltage (M · dI L1 / dt) induced in the second DC reactor L2 by mutual induction is the voltage (L L2 · dI L2 / dt) induced in the second DC reactor L2 by self-induction. ) With the same polarity.

従って、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2に第1,第2の駆動パルスS1,S2を互いにオン・オフが逆になるように供給した場合、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2のオン期間では、上記(3)式を満たすように、第1,第2の直流リアクトルL1,L2にそれぞれ電流ILが流れるから、正常な昇圧チョッパ動作が可能となる。しかも、この場合は、直流リアクトル21及び第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2に対して、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2に第1,第2の駆動パルスS1,S2を同位相で供給する場合のような電流ILの急激な変化を考慮する必要はない。 Accordingly, when the first and second drive pulses S1 and S2 are supplied to the first and second switch elements SW1 and SW2 so that the on / off states are reversed, the first and second switch elements SW1 and SW2 are switched. in SW2 oN period, so as to satisfy the equation (3), first, each from flowing current I L to the second DC reactors L1, L2, it is possible to normal boosting chopper operation. Moreover, in this case, the first and second drive pulses S1, S2 are set to the same as the first and second switch elements SW1, SW2 with respect to the DC reactor 21 and the first, second switch elements SW1, SW2. there is no need to consider a sudden change in the current I L as in the case of supplying phase.

このため、第3実施形態では、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2に第1,第2の駆動パルスS1,S2を互いにオン・オフが逆になるように供給している。そして、上記のように、第3実施形態でも上記(3)式を満たすように、第1,第2の直流リアクトルL1,L2にそれぞれ電流ILが流れるから、第3実施形態も第1実施形態と同様に、実質的に自己インダクタンス(L+M)の第1の直流リアクトルL1を有する第1の昇圧チョッパ回路と自己インダクタンス(L+M)の第2の直流リアクトルL2を有する第2の昇圧チョッパ回路とを互いに独立して動作させる構成となっている。 For this reason, in the third embodiment, the first and second drive pulses S1 and S2 are supplied to the first and second switch elements SW1 and SW2 so that the on / off states are reversed. As described above, in the third embodiment, the current I L flows through the first and second DC reactors L1 and L2 so as to satisfy the above expression (3). Therefore, the third embodiment is also the first embodiment. Similar to the configuration, a first step-up chopper circuit having a first DC reactor L1 having a substantially self-inductance (L + M) and a second step-up chopper circuit having a second DC reactor L2 having a self-inductance (L + M); Are operated independently of each other.

尤も、第3実施形態では、第1のスイッチ素子SW1がオンのときには第2のスイッチ素子SW2はオフで、第1のスイッチ素子SW1がオフのときは第2のスイッチ素子SW2はオンであるから、第1の直流リアクトルL1に直流エネルギーが蓄積されているときは第2の直流リアクトルL2から蓄積した直流エネルギーがコンデンサC及び負荷3に放出され、第1の直流リアクトルL1から蓄積された直流エネルギーがコンデンサC及び負荷3に放出されているときには第2の直流リアクトルL2に直流エネルギーが蓄積される動作が繰り返される。   However, in the third embodiment, the second switch element SW2 is off when the first switch element SW1 is on, and the second switch element SW2 is on when the first switch element SW1 is off. When DC energy is accumulated in the first DC reactor L1, the DC energy accumulated from the second DC reactor L2 is discharged to the capacitor C and the load 3, and the DC energy accumulated from the first DC reactor L1. Is discharged to the capacitor C and the load 3, the operation of storing DC energy in the second DC reactor L2 is repeated.

すなわち、第3実施形態は、第1実施形態と異なり、一方の昇圧チョッパ回路が直流エネルギーを蓄積しているときには他方の昇圧チョッパ回路が蓄積した直流エネルギーをコンデンサC及び負荷3に放出しており、直流エネルギーの蓄積と放出を互いに補完し合う関係で動作する。   That is, the third embodiment differs from the first embodiment in that when one boost chopper circuit stores DC energy, the DC energy stored in the other boost chopper circuit is discharged to the capacitor C and the load 3. It operates in a mutually complementary relationship with the storage and release of DC energy.

従って、第3実施形態の第1,第2の直流リアクトルL1,L2の電流IL1,IL2及び入力電流Iinの波形も第1実施形態と同様に三角波状の波形となるが、第3実施形態では、第1の直流リアクトルL1の電流IL1が単調増加しているときには第2の直流リアクトルL2の電流IL2が単調減少し、第1の直流リアクトルL1の電流IL1が単調減少しているときには第2の直流リアクトルL2の電流IL2が単調増加する関係となるから、電流IL1と電流IL2を加算した入力電流Iinの変動幅は第1実施形態に比べて小さくなる。 Accordingly, the waveforms of the currents I L1 and I L2 and the input current Iin of the first and second DC reactors L1 and L2 of the third embodiment are also triangular like the first embodiment, but the third embodiment In the embodiment, when the current I L1 of the first DC reactor L1 monotonically increases, the current I L2 of the second DC reactor L2 monotonously decreases, and the current I L1 of the first DC reactor L1 monotonously decreases. Since the current I L2 of the second DC reactor L2 monotonically increases when it is, the fluctuation range of the input current Iin obtained by adding the current I L1 and the current I L2 is smaller than that of the first embodiment.

図13は、第3実施形態の昇圧チョッパ装置2の電源供給動作を示す波形図で、第1,第2の駆動パルスS1,S2のデューティ比を50%としたときのものである。   FIG. 13 is a waveform diagram showing the power supply operation of the step-up chopper device 2 of the third embodiment, and is when the duty ratio of the first and second drive pulses S1, S2 is 50%.

図13の波形図と図5の波形図を対比すれば、明らかなように、図13の波形図は、図5の波形図において、第2の駆動パルスS2、第2の直流リアクトルL2の電流IL2及び接続点eの電圧Veの波形の位相を180°遅らせたものとなっている。 As apparent from the comparison between the waveform diagram of FIG. 13 and the waveform diagram of FIG. 5, the waveform diagram of FIG. 13 is the current of the second drive pulse S2 and the second DC reactor L2 in the waveform diagram of FIG. The phase of the waveform of the voltage Ve at I L2 and the connection point e is delayed by 180 °.

第1の直流リアクトルL1の電流IL1と第2の直流リアクトルL2の電流IL2の波形は同一の三角波状で、電流IL2は電流IL1に対して180°遅れているから、第3実施形態では、電流IL1に電流IL2を加算した入力電流Iinの変動幅をほぼゼロにすることができる。また、電圧Vdが接地レベルのときには電圧Veはβ×Vinとなり、電圧Veが接地レベルのときには電圧Vdはβ×Vinとなるから、電圧Vdの波形に電圧Veの波形を重畳した出力電圧Voの波形も変動が殆どなく、安定して昇圧レベルβ×Vinに保持することができる。 The current I L1 of the first DC reactor L1 is the waveform of the current I L2 of the second DC reactor L2 in the same triangular, current I L2 is because delayed 180 ° relative to the current I L1, third embodiment In the embodiment, the fluctuation range of the input current Iin obtained by adding the current I L2 to the current I L1 can be made substantially zero. Further, when the voltage Vd is at the ground level, the voltage Ve is β × Vin, and when the voltage Ve is at the ground level, the voltage Vd is β × Vin. Therefore , the output voltage Vo in which the waveform of the voltage Ve is superimposed on the waveform of the voltage Vd. The waveform hardly fluctuates and can be stably held at the boost level β × Vin.

なお、第3実施形態では、第1のスイッチ素子SW1及び第2のスイッチ素子SW2のオン・オフ動作が互い逆になるときに上記の動作を行うので、デューティ比を変化させて昇圧レベルを変化させる場合は、第1の駆動パルスS1と第2の駆動パルスS2は、第1のスイッチ素子SW1及び第2のスイッチ素子SW2のオン・オフ動作が互いに逆になるようにそれぞれ第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2に供給するとよい。すなわち、第3実施形態では、所定のデューティ比の駆動パルスが一方のスイッチ素子に供給され、その駆動パルスのレベルを反転して他方のスイッチ素子に供給するとよい。   In the third embodiment, since the above operation is performed when the on / off operation of the first switch element SW1 and the second switch element SW2 is opposite to each other, the boost level is changed by changing the duty ratio. In this case, the first drive pulse S1 and the second drive pulse S2 are respectively switched so that the on / off operations of the first switch element SW1 and the second switch element SW2 are opposite to each other. It is good to supply to SW1 and 2nd switch element SW2. That is, in the third embodiment, a drive pulse with a predetermined duty ratio is supplied to one switch element, and the level of the drive pulse is inverted and supplied to the other switch element.

第3実施形態では、一方の昇圧チョッパ回路のデューティ比をD1(%)とすると、他方の昇圧チョッパ回路のデューティ比D2は(100−D1)(%)となる。昇圧チョッパ装置2の出力電圧Voは、デューティ比D1,D2の大きい方で決まると考えられるので、第3実施形態では、デューティ比50%以上で動作する。従って、第3実施形態は、デューティ比を50%よりも大きい範囲で昇圧チョッパ動作を行う場合に適する。   In the third embodiment, if the duty ratio of one boost chopper circuit is D1 (%), the duty ratio D2 of the other boost chopper circuit is (100−D1) (%). Since the output voltage Vo of the step-up chopper device 2 is considered to be determined by the larger one of the duty ratios D1 and D2, the third embodiment operates at a duty ratio of 50% or more. Therefore, the third embodiment is suitable for the step-up chopper operation when the duty ratio is larger than 50%.

次に、本発明に係る昇圧チョッパ装置の第4実施形態について説明する。   Next, a fourth embodiment of the boost chopper device according to the present invention will be described.

第4実施形態は、第3実施形態の変形例で、第3実施形態に対して第1,第2の駆動パルスS1,S2が異なる。すなわち、第1,第2の駆動パルスS1,S2を第2実施形態と同様にしたものである。第4実施形態の制御回路22は、固定の周波数で所定のデューティ比の同一駆動パルスを位相を180°ずつずらせて第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2にそれぞれ供給する。ゆえに、第4実施形態においては、デューティ比50%を越える領域では、第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2が両方ともオンの期間が存在し、デューティ比50%未満の領域では、第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2が両方ともオフとなる期間が存在することになる。   The fourth embodiment is a modification of the third embodiment, and the first and second drive pulses S1, S2 are different from the third embodiment. That is, the first and second drive pulses S1 and S2 are the same as those in the second embodiment. The control circuit 22 of the fourth embodiment supplies the same drive pulse with a fixed frequency and a predetermined duty ratio to the first switch element SW1 and the second switch element SW2, respectively, with the phase shifted by 180 °. Therefore, in the fourth embodiment, in the region where the duty ratio exceeds 50%, both the first switch element SW1 and the second switch element SW2 are on, and in the region where the duty ratio is less than 50%, There is a period in which both the first switch element SW1 and the second switch element SW2 are off.

第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2のオン・オフ動作が互いに逆の期間の動作は、第3実施形態の場合と同じ動作となるので、ここでは、第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2が両方ともオン及びオフとなる期間の動作について説明する。   Since the operation in the period in which the on / off operations of the first and second switch elements SW1 and SW2 are opposite to each other is the same as that in the third embodiment, here, the first switch element SW1 and the second switch element SW2 An operation during a period in which both switch elements SW2 are turned on and off will be described.

第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2が両方ともオン及びオフとなる期間は、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2に第1,第2の駆動パルスS1,S2を同位相で供給したときと同じことになり、上記(4)式が成り立つことになる。すなわち、実質的に第1の直流リアクトルL1の自己インダクタンス及び第2の直流リアクトルL2の自己インダクタンスがLから(L−M)に減少したのと等価となる。   During the period when both the first switch element SW1 and the second switch element SW2 are turned on and off, the first and second drive pulses S1 and S2 are in phase with the first and second switch elements SW1 and SW2. Therefore, the above equation (4) is established. That is, it is substantially equivalent to a reduction in self-inductance of the first DC reactor L1 and self-inductance of the second DC reactor L2 from L to (LM).

ゆえに、第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2が両方ともオン及びオフとなる期間では、上記(4)式を満たすように、非常に大きな変化率で第1,第2の直流リアクトルL1,L2にそれぞれ電流ILを流すことになる。 Therefore, in the period when both the first switch element SW1 and the second switch element SW2 are turned on and off, the first and second DC reactors are changed at a very large change rate so as to satisfy the above expression (4). The current IL is passed through L1 and L2, respectively.

以上のようなことから、第4実施形態では、第3実施形態の動作に加えてデューティ比50%を越える領域では、第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2が両方ともオンの期間が存在し、その期間に自己インダクタンス(L−M)の第1の直流リアクトルL1を有する第1の昇圧チョッパ回路と自己インダクタンス(L−M)の第2の直流リアクトルL2を有する第2の昇圧チョッパ回路が同時に第1の直流リアクトルL1及び第2の直流リアクトルL2に直流エネルギーが蓄積される動作が加わることになる。   As described above, in the fourth embodiment, in the region where the duty ratio exceeds 50% in addition to the operation of the third embodiment, both the first switch element SW1 and the second switch element SW2 are on. And a second step-up chopper circuit having a first DC reactor L1 having a self-inductance (LM) and a second DC reactor L2 having a self-inductance (LM) during that period. At the same time, the operation of accumulating DC energy in the first DC reactor L1 and the second DC reactor L2 is added to the chopper circuit.

一方、デューティ比50%未満の領域では、第1のスイッチ素子SW1と第2のスイッチ素子SW2が両方ともオフとなる期間が存在し、その期間に自己インダクタンス(L−M)の第1の直流リアクトルL1を有する第1の昇圧チョッパ回路と自己インダクタンス(L−M)の第2の直流リアクトルL2を有する第2の昇圧チョッパ回路が同時にコンデンサC及び負荷3に直流エネルギーが放出される動作が加わることになる。   On the other hand, in the region where the duty ratio is less than 50%, there is a period in which both the first switch element SW1 and the second switch element SW2 are off, and the first direct current of self-inductance (LM) is in that period. The first step-up chopper circuit having the reactor L1 and the second step-up chopper circuit having the second DC reactor L2 having a self-inductance (LM) are simultaneously operated to release DC energy to the capacitor C and the load 3. It will be.

図14は、第4実施形態のデューティ比50%を越える領域における昇圧チョッパ装置2の電源供給動作を示す波形図で、第1,第2の駆動パルスS1,S2のデューティ比を75%としたときのものである。   FIG. 14 is a waveform diagram showing the power supply operation of the step-up chopper device 2 in the region where the duty ratio exceeds 50% in the fourth embodiment, and the duty ratio of the first and second drive pulses S1, S2 is 75%. It's time.

同図に示すように、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2が両方ともオンになる期間が存在し、その期間に第1,第2の直流リアクトルL1,L2に流れる電流IL1,IL2が大きく跳ね上がるが、その後第1のスイッチ素子SW1もしくは第2のスイッチ素子SW2がオフになった際に、第1,第2の直流リアクトルL1,L2に蓄積された直流エネルギーがコンデンサC及び負荷3へ放出され、問題なく昇圧チョッパ動作が行われていることがわかる。 As shown in the figure, there is a period in which both the first and second switch elements SW1 and SW2 are on, and the currents I L1 and I2 flowing in the first and second DC reactors L1 and L2 during that period. L2 jumps greatly, but when the first switch element SW1 or the second switch element SW2 is turned off thereafter, the DC energy accumulated in the first and second DC reactors L1 and L2 is transferred to the capacitor C and the load. It can be seen that the step-up chopper operation is performed without any problem.

図15は、第4実施形態のデューティ比50%未満の領域における昇圧チョッパ装置2の電源供給動作を示す波形図で、第1,第2の駆動パルスS1,S2のデューティ比を25%としたときのものである。   FIG. 15 is a waveform diagram showing the power supply operation of the step-up chopper device 2 in the region where the duty ratio is less than 50% in the fourth embodiment, and the duty ratio of the first and second drive pulses S1, S2 is 25%. It's time.

同図に示すように、第1,第2のスイッチ素子SW1,SW2が両方ともオフになる期間、すなわち第1,第2の直流リアクトルL1,L2に蓄積された直流エネルギーが一気にコンデンサC及び負荷3へ放出される期間が存在するものの、その後第1のスイッチ素子SW1もしくは第2のスイッチ素子SW2がオンになった際に、第1の直流リアクトルL1もしくは第2の直流リアクトルL2への直流エネルギーの蓄積動作が行われ、問題なく昇圧チョッパ動作が行われていることがわかる。 As shown in the figure, during the period when both the first and second switch elements SW1 and SW2 are turned off, that is, the DC energy accumulated in the first and second DC reactors L1 and L2 is immediately transferred to the capacitor C and the load. DC energy to the first DC reactor L1 or the second DC reactor L2 when the first switch element SW1 or the second switch element SW2 is turned on after that, although there is a period of time to be released to 3 It can be seen that the boosting chopper operation is performed without any problem.

第4実施形態は、第3実施形態のようなデューティ比の制約はないが、第3実施形態よりも入力電流Iinの変動幅が大きくなるという特徴がある。   The fourth embodiment is not limited by the duty ratio as in the third embodiment, but has a feature that the fluctuation range of the input current Iin is larger than that in the third embodiment.

上記実施形態では、直流リアクトル21を図2や図8のように構成したが、図16や図17に示すように、構成してもよい。図16は、図2の直流リアクトル21の変形例であって、コア211の2つの脚部211a,211bの間に巻き線が巻回されない脚部215を設けたものである。一方、図17には、図8の直流リアクトル21’の変形例であって、コア211’の3つの脚部211a’,211b’,211c’の中央に巻き線の巻回されない脚部215’を設け、脚部211a’,211b’,211c’の両端をそれぞれ脚部215’の両端に接続したものである。   In the above embodiment, the DC reactor 21 is configured as shown in FIGS. 2 and 8, but may be configured as shown in FIGS. 16 and 17. FIG. 16 is a modification of the DC reactor 21 of FIG. 2, in which a leg portion 215 around which no winding is wound is provided between two leg portions 211 a and 211 b of the core 211. On the other hand, FIG. 17 shows a modification of the DC reactor 21 ′ of FIG. 8, and a leg portion 215 ′ in which no winding is wound around the center of the three leg portions 211a ′, 211b ′, 211c ′ of the core 211 ′. And both ends of the leg portions 211a ′, 211b ′, 211c ′ are respectively connected to both ends of the leg portion 215 ′.

図16に示す直流リアクトル21”では、巻き線212,213に電流が流れることによってコア211内に生じる磁界が主として脚部215を通ることになるので、第1の直流リアクトルL1と第2の直流リアクトルL2との間の相互インダクタンスMを低減することができる。図17に示す直流リアクトル21”も同様で、巻き線212,213,214に電流が流れることによってコア211’内に生じる磁界が主として脚部215’を通ることになるので、第1の直流リアクトルL1、第2の直流リアクトルL2及び第3の直流リアクトルL3との間の相互インダクタンスMを低減することができる。   In the DC reactor 21 ″ shown in FIG. 16, the magnetic field generated in the core 211 due to the current flowing through the windings 212 and 213 mainly passes through the leg portion 215. Therefore, the first DC reactor L1 and the second DC The mutual inductance M between the reactor L2 and the reactor L2 can be reduced. The same applies to the DC reactor 21 "shown in Fig. 17, and the magnetic field generated in the core 211 'mainly due to the current flowing through the windings 212, 213, 214 is mainly. Since the leg portion 215 ′ is passed, the mutual inductance M between the first DC reactor L1, the second DC reactor L2, and the third DC reactor L3 can be reduced.

なお、、直流リアクトルの数が4個以上の場合は、図17において、脚部215’の周囲に直流リアクトルの数だけ脚部を配置し、それらの脚部の両端を脚部215’の両端に接続したコアを使用し、脚部215’の周囲の各脚部に各直流リアクトルの巻き線を巻回して直流リアクトル21”を製作すればよい。   When the number of direct current reactors is four or more, in FIG. 17, as many leg portions as the number of direct current reactors are arranged around the leg portion 215 ′, and both ends of the leg portions are connected to both end portions of the leg portion 215 ′. The DC reactor 21 ″ may be manufactured by using the core connected to the base and winding the winding of each DC reactor around each leg around the leg 215 ′.

図16や図17に示す直流リアクトル21”を用いた場合は、各昇圧チョッパ回路の昇圧チョッパ動作における相互インダクタンスMの影響を低減することができる。   When the DC reactor 21 ″ shown in FIGS. 16 and 17 is used, the influence of the mutual inductance M in the boost chopper operation of each boost chopper circuit can be reduced.

上記のように、第1〜第4実施形態によれば、共通のコアに複数の巻き線を巻回して複数の直流リアクトルを一体的に構成し、その直流リアクトルの巻き線の極性に応じて複数のスイッチ素子のオン・オフ動作を適正に制御するようにしているので、各昇圧チョッパ回路の昇圧チョッパ動作に悪影響を与えることなく、昇圧チョッパ装置2の小型化、軽量化、低コスト化が可能になる。   As described above, according to the first to fourth embodiments, a plurality of windings are wound around a common core to integrally configure a plurality of DC reactors, and depending on the polarity of the windings of the DC reactors Since the ON / OFF operations of the plurality of switch elements are appropriately controlled, the boost chopper device 2 can be reduced in size, weight, and cost without adversely affecting the boost chopper operation of each boost chopper circuit. It becomes possible.

なお、上記のように、第1〜第4実施形態には昇圧チョッパ動作の特性に各実施形態に特有の特徴があるので、昇圧チョッパ装置2を適用する負荷3に応じて各実施形態を使い分けるようにするとよい。   As described above, the first to fourth embodiments have characteristics unique to each embodiment in the characteristics of the step-up chopper operation. Therefore, the embodiments are selectively used according to the load 3 to which the step-up chopper device 2 is applied. It is good to do so.

本発明に係る昇圧チョッパ回路の第1実施形態の等価的な電気回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the equivalent electric circuit of 1st Embodiment of the step-up chopper circuit based on this invention. コアを共通にした2つの直流リアクトルの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of two DC reactors which made the core common. 2つの直流リアクトルの巻き線の巻き方を説明するための図である。It is a figure for demonstrating how to wind the winding of two DC reactors. 第1実施形態の昇圧チョッパ装置をデューティ比33%の駆動パルスで駆動したときの電源供給動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows power supply operation when the pressure | voltage rise chopper apparatus of 1st Embodiment is driven with the drive pulse of 33% of duty ratio. 第1実施形態の昇圧チョッパ装置をデューティ比50%の駆動パルスで駆動したときの電源供給動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the power supply operation | movement when the boost chopper apparatus of 1st Embodiment is driven with the drive pulse of 50% of duty ratio. 第1実施形態の昇圧チョッパ装置をデューティ比75%の駆動パルスで駆動したときの電源供給動作を示す波形図である。6 is a waveform diagram showing a power supply operation when the boost chopper device of the first embodiment is driven with a drive pulse having a duty ratio of 75%. FIG. 昇圧チョッパ装置を3個の昇圧チョッパ回路の並列接続とし、デューティ比50%の駆動パルスで駆動する第1実施形態の変形例の電源供給動作を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing a power supply operation of a modification of the first embodiment in which a boost chopper device is connected in parallel with three boost chopper circuits and driven by a drive pulse with a duty ratio of 50%. 3個の昇圧チョッパ回路を並列接続した構成とする場合の3個の直流リアクトルの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of three DC reactors when it is set as the structure which connected the 3 step-up chopper circuits in parallel. 第2実施形態の昇圧チョッパ装置をデューティ比25%の駆動パルスで駆動したときの電源供給動作を示す波形図である。FIG. 10 is a waveform diagram showing a power supply operation when the step-up chopper device of the second embodiment is driven with a drive pulse having a duty ratio of 25%. 第2実施形態の昇圧チョッパ装置をデューティ比50%の駆動パルスで駆動したときの電源供給動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows power supply operation when the pressure | voltage rise chopper apparatus of 2nd Embodiment is driven with the drive pulse of 50% of duty ratio. 昇圧チョッパ装置を3個の昇圧チョッパ回路の並列接続とし、デューティ比20%の駆動パルスで駆動する第2実施形態の変形例の電源供給動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the power supply operation | movement of the modification of 2nd Embodiment which makes a step-up chopper apparatus parallel connection of three step-up chopper circuits, and drives it with the drive pulse of 20% of duty ratio. 第3実施形態の2つの直流リアクトルの巻き線の巻き方を説明するための図である。It is a figure for demonstrating how to wind the winding of two DC reactors of 3rd Embodiment. 第3実施形態の昇圧チョッパ装置をデューティ比50%の駆動パルスで駆動したときの電源供給動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows power supply operation when the pressure | voltage rise chopper apparatus of 3rd Embodiment is driven with the drive pulse of 50% of duty ratio. 第4実施形態の昇圧チョッパ装置をデューティ比75%の駆動パルスで駆動したときの電源供給動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows power supply operation when the pressure | voltage rise chopper apparatus of 4th Embodiment is driven with the drive pulse of 75% of duty ratio. 第4実施形態の昇圧チョッパ装置をデューティ比25%の駆動パルスで駆動したときの電源供給動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows power supply operation when the pressure | voltage rise chopper apparatus of 4th Embodiment is driven with the drive pulse of 25% of duty ratios. コアを共通にした2つの直流リアクトルの構造の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the structure of two DC reactors which made the core common. コアを共通にした3つの直流リアクトルの構造の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the structure of three direct current reactors which made the core common. 従来の昇圧チョッパ装置の等価的な電気回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the equivalent electric circuit of the conventional boost chopper apparatus.

1 直流電源
2 昇圧チョッパ装置
21,21’,21” 直流リアクトル
211,211’ コア
212,213,214 巻き線
22 制御回路
L1 第1の直流リアクトル
L2 第2の直流リアクトル
D1、D2 ダイオード
SW1 第1のスイッチ素子
SW2 第2のスイッチ素子
C コンデンサ
3 負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply 2 Boost chopper device 21, 21 ', 21 "DC reactor 211, 211' Core 212, 213, 214 Winding 22 Control circuit L1 1st DC reactor L2 2nd DC reactor D1, D2 Diode SW1 1st Switch element SW2 second switch element C capacitor 3 load

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