JP2010115099A - Boost chopper circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make the gradient of a switching current of a switch component gentle at the start of the current, to reduce the turn-on loss of the switch component and the loss of the reverse current characteristic of a diode, to make a zero voltage turned-off via the low loss snubber circuit at the turn-off of the switch component, and improve the efficiency of a boost chopper circuit. <P>SOLUTION: In order to make the zero-voltage turned off, the energy of a capacitor C2 is moved to a capacitor C3 by series resonance operation when a switch component Q1 is turned on and excess accumulative magnetic energy is absorbed by the capacitor C2 to discharge the capacitor C3 to a smoothing capacitor C1 and a load RL via a transformer T1 and a diode D5 when the switch component is turned off. In order to make the gradient of the switching current of the switch component gentle at the start thereof, the main coil 1A of a boost reactor L1 is provided with a coil 1B to accumulate magnetic energy while the switch component of a reactor L2 is turned off and to discharge magnetic energy while the switch component Q1 is turned on. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、直流電源を昇圧するチョッパ回路、ならびに力率を改善するための昇圧型の力率改善回路に係り、特に効率の向上が図れる昇圧チョッパ回路に関する。The present invention relates to a chopper circuit that boosts a DC power supply and a boost type power factor correction circuit for improving the power factor, and more particularly to a boost chopper circuit that can improve efficiency.

従来の昇圧チョッパ回路を、図12に示す。図12は、入力電源V1の正極側に、昇圧リアクトルL1の一端を接続し、別の一端をダイオードD1のアノード側と、スイッチ素子Q1の高圧側端子を接続し、ダイオードD1のカソード側を平滑コンデンサC1の正極側に接続し、入力電源V1の負極側と平滑コンデンサC1の負極側を接続し、平滑コンデンサC1に負荷RLを並列接続し、スイッチ素子Q1の低圧側端子を平滑コンデンサC1の負極側に接続し、スイッチ素子Q1の両端に、抵抗R1とコンデンサC2からなる直列回路を接続し、スイッチ素子Q1の制御端子に発振制御回路10を接続した構成である。A conventional boost chopper circuit is shown in FIG. In FIG. 12, one end of the step-up reactor L1 is connected to the positive side of the input power supply V1, the other end is connected to the anode side of the diode D1, and the high-voltage side terminal of the switch element Q1, and the cathode side of the diode D1 is smoothed. Connected to the positive side of the capacitor C1, the negative side of the input power source V1 and the negative side of the smoothing capacitor C1 are connected, the load RL is connected in parallel to the smoothing capacitor C1, and the low voltage side terminal of the switching element Q1 is connected to the negative side of the smoothing capacitor C1. In this configuration, a series circuit composed of a resistor R1 and a capacitor C2 is connected to both ends of the switch element Q1, and the oscillation control circuit 10 is connected to the control terminal of the switch element Q1.

図13は図12の動作波形である。図13の時刻t1において、スイッチ素子Q1を発振制御回路10によりオンさせ、昇圧リアクトルL1に磁気エネルギーを蓄積させる。次にスイッチ素子Q1を発振制御回路10によりオフさせると、入力電源V1を重畳しながら、ダイオードD1を通り平滑コンデンサC1と負荷RLに、昇圧リアクトルL1の磁気エネルギーが放出される。以上により、入力電源V1より高い所定の電圧を得る。FIG. 13 shows operation waveforms of FIG. At time t1 in FIG. 13, the switching element Q1 is turned on by the oscillation control circuit 10, and magnetic energy is accumulated in the boost reactor L1. Next, when the switching element Q1 is turned off by the oscillation control circuit 10, the magnetic energy of the step-up reactor L1 is released through the diode D1 to the smoothing capacitor C1 and the load RL while superimposing the input power supply V1. Thus, a predetermined voltage higher than that of the input power supply V1 is obtained.

スイッチ素子Q1がオフすると、余分な蓄積エネルギーの影響により、高いサージ電圧がスイッチ素子Q1の両端に発生する。このときのスイッチ素子Q1のVQ1の立ち上がり勾配は急勾配になる。これを抑制するため、一般に図12の抵抗R1とコンデンサC2の直列回路を、スイッチ素子Q1に並列に接続する。これによりスイッチ素子Q1がオフすると、余分な蓄積エネルギーが、R1を通してC2に充電されるため、スイッチ素子Q1のVQ1の立ち上がり勾配は、なだらかになり、高いサージ電圧が抑制される。次にスイッチ素子Q1がオンすると、C2のエネルギーは、R1で制限されながらスイッチ素子Q1で放電され、ゼロ電圧ターンオフとなり、スイッチ素子Q1のターンオフ時の損失は軽減される。When the switch element Q1 is turned off, a high surge voltage is generated across the switch element Q1 due to the influence of excess stored energy. At this time, the rising slope of VQ1 of the switching element Q1 is steep. In order to suppress this, in general, the series circuit of the resistor R1 and the capacitor C2 in FIG. 12 is connected in parallel to the switch element Q1. Thus, when the switch element Q1 is turned off, excess accumulated energy is charged to C2 through R1, so that the rising slope of VQ1 of the switch element Q1 becomes gentle, and a high surge voltage is suppressed. Next, when the switch element Q1 is turned on, the energy of C2 is discharged by the switch element Q1 while being limited by R1, and the zero voltage turn-off is performed, and the loss at the time of turn-off of the switch element Q1 is reduced.

しかしながら、従来の回路では次の二つの問題が存在する。一つ目は、スイッチ素子Q1がオンしたときのスイッチング電流IQ1の立ち上がりが、急勾配のため、図13のt1の区間に、大きなスイッチング損失とダイオードD1の逆電流損失が発生する。ダイオードD1の逆電流に関しては、図13には記載していない。  However, the conventional circuit has the following two problems. First, since the rising of the switching current IQ1 when the switch element Q1 is turned on is steep, a large switching loss and a reverse current loss of the diode D1 occur in the section t1 in FIG. The reverse current of the diode D1 is not shown in FIG.

二つ目は、図13のt1とt2の区間に、抵抗R1とコンデンサC2からなるスナバ回路には、スイッチ素子のオフとオンの際に、コンデンサC2へ充放電電流IR1が流れる。この充放電電流IR1は抵抗R1にも流れる為、大きな損失が発生する。また、充放電電流IR1の内、スイッチ素子Q1に流れる放電電流は、立ち上がりが急勾配になるため、図13のt1の区間のスイッチ素子Q1の損失は更に増加する。また時刻t1のスイッチ素子Q1の損失を小さくするため、抵抗R1の値を大きくすると、コンデンサC2を放電しきれずに、ゼロ電圧ターンオフにならなくなり、スイッチ素子Q1のターンオフ時の損失が増加する。以上の二つの問題は、発振周波数が高くなると更に過大となる。Second, in a section between t1 and t2 in FIG. 13, a charge / discharge current IR1 flows to the capacitor C2 in the snubber circuit including the resistor R1 and the capacitor C2 when the switch element is turned off and on. Since this charging / discharging current IR1 also flows through the resistor R1, a large loss occurs. Further, among the charging / discharging current IR1, the discharge current flowing through the switch element Q1 has a steep rise, so that the loss of the switch element Q1 in the section t1 in FIG. 13 further increases. Further, if the value of the resistor R1 is increased in order to reduce the loss of the switching element Q1 at time t1, the capacitor C2 cannot be completely discharged and the zero voltage is not turned off, and the loss at the time of turning off the switching element Q1 increases. The above two problems become more excessive as the oscillation frequency increases.

一つ目の課題である前記スイッチ素子のスイッチング電流の立ち上がり勾配をなだらかにするための第1の解決手段として、従来の昇圧チョッパ回路において、前記昇圧リアクトルの主巻線に磁気結合された巻上げ巻線を設け、主巻線と巻上げ巻線の接続点から、第2のダイオードを介して前記平滑コンデンサの正極側に接続し、前記昇圧リアクトルの巻上げ巻線の別の端子と前記スイッチ素子の高圧側端子の接続点から、前記第1のダイオードと第1のリアクトルからなる直列回路を、前記平滑コンデンサの正極側へ接続した。As a first solution for smoothing the rising slope of the switching current of the switching element, which is the first problem, in a conventional boost chopper circuit, a winding winding magnetically coupled to the main winding of the boost reactor A wire is provided and connected to the positive side of the smoothing capacitor through a second diode from the connection point of the main winding and the winding winding, and another terminal of the winding winding of the boost reactor and the high voltage of the switch element A series circuit composed of the first diode and the first reactor was connected to the positive electrode side of the smoothing capacitor from the connection point of the side terminal.

前記一つ目の課題の第2の解決手段として、従来の昇圧チョッパ回路において、前記入力電源の正極側と前記昇圧リアクトルとの間に第1のリアクトルを接続し、前記昇圧リアクトルの主巻線に磁気結合された巻上げ巻線を設け、主巻線と巻上げ巻線の接続点に前記スイッチ素子の高圧側端子を接続し、更に接続点から第2のダイオードを介して前記平滑コンデンサの正極側へ接続し、前記昇圧リアクトルの巻上げ巻線の別の端子から前記第1のダイオードを介して前記平滑コンデンサの正極側へ接続した。As a second solution to the first problem, in a conventional boost chopper circuit, a first reactor is connected between a positive electrode side of the input power source and the boost reactor, and the main winding of the boost reactor A winding winding magnetically coupled to the winding, and a high-voltage side terminal of the switch element is connected to a connection point between the main winding and the winding winding, and a positive electrode side of the smoothing capacitor is connected from the connection point via a second diode. And connected to the positive electrode side of the smoothing capacitor via the first diode from another terminal of the winding winding of the step-up reactor.

二つ目の課題であるゼロ電圧ターンオフをする為の第1の解決手段として、従来の昇圧チョッパ回路において、前記スイッチ素子の高圧側端子に第3のダイオードのアノード側を接続し、カソード側を第1のコンデンサの一端に接続し、第1のコンデンサの別の一端を、前記スイッチ素子の低圧側端子もしくは、前記平滑コンデンサの正極側に接続し、第3のダイオードと第1のコンデンサの接続点に第4のダイオードのアノード側を接続し、カソード側と第2のコンデンサを接続し、1次巻線と2次巻線を設けたトランスの1次巻線の一端を第2のコンデンサの別の一端に接続し、前記トランスの1次巻線の別の一端を前記スイッチ素子の高圧側端子に接続し、前記第4のダイオードと前記第2のコンデンサの接続点から前記トランスの2次巻線と第5のダイオードからなる直列回路を第1のダイオードのカソード側に接続し、前記第2のコンデンサと前記トランスの1次巻線の接続点の極性と、第2のコンデンサと前記トランスの2次巻線の接続点の極性は、同極性となる向きに接続した。As a first solution for zero voltage turn-off, which is the second problem, in the conventional boost chopper circuit, the anode side of the third diode is connected to the high voltage side terminal of the switch element, and the cathode side is connected. Connect to one end of the first capacitor, connect the other end of the first capacitor to the low voltage side terminal of the switch element or the positive side of the smoothing capacitor, and connect the third diode to the first capacitor The anode side of the fourth diode is connected to the point, the cathode side and the second capacitor are connected, and one end of the primary winding of the transformer provided with the primary winding and the secondary winding is connected to the second capacitor. The other end of the primary winding of the transformer is connected to the high-voltage side terminal of the switch element, and 2 points of the transformer are connected from the connection point of the fourth diode and the second capacitor. A series circuit composed of a winding and a fifth diode is connected to the cathode side of the first diode, the polarity of the connection point between the second capacitor and the primary winding of the transformer, the second capacitor and the transformer The polarity of the connection point of the secondary winding was connected in the direction of the same polarity.

前記二つ目の課題の第2の解決手段として、前記の二つ目の課題の第1の解決手段から、前記トランスの1次巻線を、第2のリアクトルに置き換え、2次巻線を第3のリアクトルに置き換え、第2のリアクトルと前記第2のコンデンサの接続点から第6のダイオードを介して平滑コンデンサの正極側に接続した。As a second solution of the second problem, the primary winding of the transformer is replaced with a second reactor from the first solution of the second problem. It replaced with the 3rd reactor and it connected to the positive electrode side of the smoothing capacitor through the 6th diode from the connection point of the 2nd reactor and the said 2nd capacitor | condenser.

前記二つ目の課題の第3の解決手段として、前記の二つ目の課題の第2の解決手段から、第3のリアクトルを配線へ変更した。As a third solving means for the second problem, the third reactor is changed to wiring from the second solving means for the second problem.

前記二つ目の課題の第4の解決手段として、前記スイッチ素子の高圧側端子に第3のダイオードのアノード側を接続し、カソード側と第1のコンデンサの一端を接続し、第1のコンデンサの別の一端を平滑コンデンサの正極側に接続し、第1のコンデンサと第3のダイオードの接続点に第4のダイオードのアノード側を接続し、カソード側と第2のリアクトルを接続し、第2のリアクトルの別の一端を第2のコンデンサの一端に接続し、別の一端を前記スイッチ素子の高圧側端子に接続し、第2のコンデンサと第2のリアクトルの接続点から、第5のダイオードを介して前記平滑コンデンサの正極側へ接続した。As a fourth solution to the second problem, the anode side of the third diode is connected to the high-voltage side terminal of the switch element, the cathode side and one end of the first capacitor are connected, and the first capacitor Is connected to the positive side of the smoothing capacitor, the anode side of the fourth diode is connected to the connection point of the first capacitor and the third diode, the cathode side and the second reactor are connected, The other end of the second reactor is connected to one end of the second capacitor, the other end is connected to the high-voltage side terminal of the switch element, and the fifth capacitor It connected to the positive electrode side of the smoothing capacitor via a diode.

以上による一つ目の課題の解決手段と二つ目の課題の解決手段を、組み合わせた昇圧チョッパ回路とした。A step-up chopper circuit in which the means for solving the first problem and the means for solving the second problem are combined.

本発明によれば、以上による昇圧チョッパ回路構成にすることにより、スイッチ素子のターンオンの際には、スイッチ素子のスイッチング電流の立ち上がり勾配が、なだらかになり、スイッチ素子のターンオン損失とダイオードの逆電流特性損失が低減される。続いて、スイッチ素子のターンオフの際には、低損失スナバ回路により、リアクトルの余分な蓄積エネルギーを吸収し、スイッチ素子のターンオン損失を増加させること無く、平滑コンデンサと負荷へ放出させるゼロ電圧ターンオフとなり、損失が低減される。スイッチ素子のスイッチング電流とターンオフの電圧の立ち上がり勾配がなだらかに成るため、電磁ノイズの低減効果も期待できる。さらに、昇圧型の力率改善回路に適用しても良い。According to the present invention, with the boost chopper circuit configuration as described above, when the switch element is turned on, the rising slope of the switching current of the switch element becomes gentle, and the turn-on loss of the switch element and the reverse current of the diode Characteristic loss is reduced. Subsequently, when the switch element is turned off, a low-loss snubber circuit absorbs the excess stored energy of the reactor, and the zero turn-off voltage is released to the smoothing capacitor and the load without increasing the turn-on loss of the switch element. , Loss is reduced. Since the rising slope of the switching current and the turn-off voltage of the switch element becomes gentle, an effect of reducing electromagnetic noise can be expected. Furthermore, the present invention may be applied to a boost type power factor correction circuit.

「第1の実施形態」“First Embodiment”

本発明の第1の実施形態を図1に示す。図1は、請求項1と請求項3における構成例である。請求項1を示す構成は、入力電源V1の正極側に、磁気結合された主巻線1Aと巻上げ巻線1Bを備えた昇圧リアクトルL1とダイオードD1とリアクトルL2からなる直列回路を接続し、他の端を平滑コンデンサC1の正極側へ接続した。図1の昇圧リアクトルL1の黒ボッチは、巻線の極性を示している。ここで、リアクトルL2は、昇圧リアクトルL1に対してインダクタンス値を、1/10倍以下とした。A first embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 shows a configuration example in claims 1 and 3. In the configuration of claim 1, a series circuit composed of a step-up reactor L1, a diode D1, and a reactor L2 each including a magnetically coupled main winding 1A and a winding winding 1B is connected to the positive electrode side of the input power source V1. Was connected to the positive electrode side of the smoothing capacitor C1. The black button of the boost reactor L1 in FIG. 1 indicates the polarity of the winding. Here, the reactor L2 has an inductance value of 1/10 times or less that of the boost reactor L1.

平滑コンデンサC1に並列に負荷RLを接続し、平滑コンデンサC1の負極側と入力電源V1の負極側が接続される。昇圧リアクトルL1の巻上げ巻線1Bの一端と、平滑コンデンサC1の負極側との間にスイッチ素子Q1を接続した。スイッチ素子Q1の制御端子には、発振制御回路10を接続する。A load RL is connected in parallel to the smoothing capacitor C1, and the negative electrode side of the smoothing capacitor C1 and the negative electrode side of the input power supply V1 are connected. A switching element Q1 was connected between one end of the winding 1B of the step-up reactor L1 and the negative electrode side of the smoothing capacitor C1. The oscillation control circuit 10 is connected to the control terminal of the switch element Q1.

昇圧リアクトルL1の主巻線1Aと巻上げ巻線1Bの接続点から、ダイオードD2を介して平滑コンデンサC1の正極側に接続する。A connection point between the main winding 1A and the winding winding 1B of the boost reactor L1 is connected to the positive electrode side of the smoothing capacitor C1 through the diode D2.

次に、請求項3の低損失スナバ回路の構成として、スイッチ素子Q1の高圧側端子に、ダイオードD3のアノード側を接続し、カソード側をコンデンサC2の一端に接続し、別の一端をスイッチ素子Q1の低圧側端子に接続した。コンデンサC2については、スイッチ素子Q1の低圧側端子ではなく、平滑コンデンサC1の正極側に接続しても良い。Next, as a configuration of the low loss snubber circuit of claim 3, the anode side of the diode D3 is connected to the high voltage side terminal of the switch element Q1, the cathode side is connected to one end of the capacitor C2, and the other end is connected to the switch element. Connected to the low voltage side terminal of Q1. The capacitor C2 may be connected to the positive side of the smoothing capacitor C1 instead of the low voltage side terminal of the switching element Q1.

コンデンサC2とダイオードD3の接続点から、ダイオードD4を介して、コンデンサC3の一端を接続する。コンデンサC3の別の一端を、1次巻線1Pと2次巻線1Sを備え、且つ磁気結合されたトランスT1の1次巻線1Pに接続し、1次巻線1Pの別の一端をスイッチ素子Q1の高圧側端子に接続する。One end of the capacitor C3 is connected from the connection point of the capacitor C2 and the diode D3 via the diode D4. The other end of the capacitor C3 is connected to the primary winding 1P of the transformer T1 having the primary winding 1P and the secondary winding 1S, and the other end of the primary winding 1P is switched. Connect to the high voltage side terminal of the element Q1.

コンデンサC3とダイオードD4の接続点に、トランスT1の2次巻線1SとダイオードD5からなる直列回路の一端を接続し、他の一端をダイオードD1のカソード側に接続する。One end of a series circuit composed of the secondary winding 1S of the transformer T1 and the diode D5 is connected to the connection point between the capacitor C3 and the diode D4, and the other end is connected to the cathode side of the diode D1.

図1のトランスT1の黒ボッチは、巻線の極性を示しており、トランスT1の1次巻線1Pと2次巻線1Sが同極性となる向きにコンデンサC3を挟んで接続されている。ダイオードD1とリアクトルL2の位置は、逆にしても良い。1 indicates the polarity of the winding, and the primary winding 1P and the secondary winding 1S of the transformer T1 are connected with the capacitor C3 interposed therebetween in the direction of the same polarity. The positions of the diode D1 and the reactor L2 may be reversed.

次に、本発明の第1実施形態の動作波形を図2に示す。動作について、図2を参照しながら説明する。時刻t1〜t2において、時刻t1にスイッチ素子Q1がターンオフすると、昇圧リアクトルL1から蓄積された磁気エネルギーの放出が始まり、ダイオードD3を介して、コンデンサC2に充電され、スイッチ素子Q1のVQ1の立ち上がり勾配はなだらかに成る。コンデンサC2の充電は、時刻t2で終了する。また、コンデンサC3の両端電圧VC3は、スイッチ素子Q1がオンのときに、ダイオードD4側が正側となる向きで、充電されている。時刻t1にて、コンデンサC3の負側に昇圧リアクトルL1のフライバック電圧が印加され、コンデンサC3の正側は、トランスT1の1次巻線1Pと2次巻線1SとダイオードD5、及びリアクトルL2を介して出力電圧Voにクランプされることで、コンデンサC3のエネルギーは、平滑コンデンサC1と負荷RLへ放電される。この時の放電電流波形は図2のIT1PとIT1Sとなる。図2については、トランスT1の1次巻線1Pと2次巻線1Sの巻数が等しいときの波形である。Next, operation waveforms of the first embodiment of the present invention are shown in FIG. The operation will be described with reference to FIG. When the switch element Q1 is turned off at the time t1 at the time t1 to t2, the release of the magnetic energy accumulated from the boost reactor L1 starts, and the capacitor C2 is charged via the diode D3, and the rising slope of VQ1 of the switch element Q1 It becomes gentle. The charging of the capacitor C2 ends at time t2. Further, the voltage VC3 across the capacitor C3 is charged in such a direction that the diode D4 side is the positive side when the switch element Q1 is on. At time t1, the flyback voltage of the boost reactor L1 is applied to the negative side of the capacitor C3, and the positive side of the capacitor C3 is the primary winding 1P, the secondary winding 1S, the diode D5, and the reactor L2 of the transformer T1. As a result, the energy of the capacitor C3 is discharged to the smoothing capacitor C1 and the load RL. The discharge current waveforms at this time are IT1P and IT1S in FIG. FIG. 2 shows a waveform when the number of turns of the primary winding 1P and the secondary winding 1S of the transformer T1 is equal.

時刻t2になり、コンデンサC2の充電が終了すると、通常ならば、昇圧リアクトルL1の巻上げ巻線1Bのフライバック電圧は、主巻線1Aより高いために、ダイオードD2には、放出電流ID2は流れない。しかしながら、ダイオードD1に直列にリアクトルL2を接続することにより、ダイオードD1の放出電流ID1は、リアクトルL2のインピーダンスにより、図2のように、なだらかな立ち上がり勾配となる。一部は、トランスT1の1次巻線1Pを通り、IT1Sとして流れ、時刻t3でコンデンサC3の電圧VC3がゼロになると、IT1Sもゼロとなる。以上によりダイオードD2には、ダイオードD1から流れるはずの放出電流の内、流れない分が流れることになる。時刻t2〜t4の間のスイッチ素子Q1の両端電圧VQ1は、主巻線1Aより放出電流ID2が流れており、且つ磁気結合されている為、巻上げ巻線1Bの電圧分が出力電圧Voに重畳された値になる。仮に、主巻線1Aと巻上げ巻線1Bが磁気結合されていなければ、スイッチ素子Q1のVQ1には、大きなサージ電圧が発生してしまう。When the charging of the capacitor C2 ends at time t2, normally, since the flyback voltage of the winding 1B of the boost reactor L1 is higher than that of the main winding 1A, the emission current ID2 flows through the diode D2. Absent. However, by connecting the reactor L2 in series with the diode D1, the emission current ID1 of the diode D1 has a gentle rising slope as shown in FIG. 2 due to the impedance of the reactor L2. A part passes through the primary winding 1P of the transformer T1 and flows as IT1S. When the voltage VC3 of the capacitor C3 becomes zero at time t3, IT1S also becomes zero. As described above, the portion of the emission current that should flow from the diode D1 flows through the diode D2. Since the discharge current ID2 flows from the main winding 1A and is magnetically coupled to the voltage VQ1 across the switching element Q1 between the times t2 and t4, the voltage of the winding 1B is superimposed on the output voltage Vo. It becomes the value. If the main winding 1A and the winding winding 1B are not magnetically coupled, a large surge voltage is generated at VQ1 of the switch element Q1.

コンデンサC3の放電動作時のトランスT1は、図1の1次巻線1Pの黒ボッチの無い方向から電流が流れる。この時、2次巻線1Sには、黒ボッチが無いダイオードD5側が正極となり、ダイオードD5方向へ電流が流れるので、トランスのON−ON動作となり、磁気エネルギーの伝達のみで、蓄積能力が無い。このため、コンデンサC3は、急速に放電される。In the transformer T1 during the discharging operation of the capacitor C3, a current flows from a direction where the black winding of the primary winding 1P in FIG. 1 is not present. At this time, in the secondary winding 1S, the diode D5 side without the black dot becomes the positive electrode, and current flows in the direction of the diode D5, so that the transformer is turned on and off, and only the magnetic energy is transmitted, and there is no storage capability. For this reason, the capacitor C3 is rapidly discharged.

一方、コンデンサC3の充電動作時では、トランスT1の1次巻線1Pには、黒ボッチ側からスイッチ素子Q1に充電電流が流れる。このとき、2次巻線1Sは黒ボッチ側が正側となるが、ダイオードD5により、2次巻線には電流が流れない。これは、トランスのON−OFF動作となり、磁気エネルギーの蓄積能力が有るので、充電電流は緩やかな立ち上がり波形となる。On the other hand, during the charging operation of the capacitor C3, a charging current flows from the black button side to the switch element Q1 through the primary winding 1P of the transformer T1. At this time, the black winding side of the secondary winding 1S is the positive side, but no current flows through the secondary winding due to the diode D5. This is an ON / OFF operation of the transformer and has a magnetic energy storage capability, so that the charging current has a gentle rising waveform.

時刻t4になると、ダイオードD1の放出電流ID1が所定値になり、ダイオードD2の放出電流ID2はゼロとなる。このとき、ダイオードD1のみがオン状態となるので、昇圧リアクトルL1の巻上げ巻線1Bのスイッチ素子Q1側の電位は、ほぼ出力電圧Voに低下し、スイッチ素子Q1のVQ1も同様の波形となる。また、コンデンサC2の両端電圧VC2は、スイッチ素子Q1のVQ1とほぼ同じ値で充電されていた為、トランスT1の1次巻線1Pより、若干の電流IT1Pが流れ始める。At time t4, the emission current ID1 of the diode D1 becomes a predetermined value, and the emission current ID2 of the diode D2 becomes zero. At this time, since only the diode D1 is turned on, the potential on the switch element Q1 side of the winding 1B of the boost reactor L1 is substantially reduced to the output voltage Vo, and the VQ1 of the switch element Q1 has a similar waveform. Further, since the voltage VC2 across the capacitor C2 is charged with substantially the same value as VQ1 of the switch element Q1, a slight current IT1P starts to flow from the primary winding 1P of the transformer T1.

時刻t5になると、スイッチ素子Q1がターンオンとなる。この時、時刻t3〜t5の間に蓄積されたリアクトルL2の磁気エネルギーが時刻t5〜t6の区間に、ダイオードD1→平滑コンデンサC1と負荷RL→入力電源→昇圧リアクトルL1→リアクトルL2の経路で放出される。これにより、スイッチ素子Q1のスイッチング電流IQ1は、リアクトルL2の放出電流分だけ流れなくなり、図2に示すように、Q1の立ち上がり勾配が、なだらかに成る。
同時に、コンデンサC2のエネルギーは、コンデンサC3に移行しながら放電される。この放電電流を示すIT1Pは、コンデンサC2とコンデンサC3から成る合成容量とトランスT1の1次巻線1Pによる直列共振動作となり、時刻t7で終了する。上記IT1Pは、共振波形となることにより、スイッチング電流IQ1の立ち上がり勾配に影響を与えない。時刻t7からt1については、従来の昇圧チョッパ回路と同様で、スイッチ素子Q1はオン状態であり、昇圧リアクトルL1に磁気エネルギーを蓄積する。以上の動作を繰り返すことにより、スイッチ素子Q1のターンオンには、スイッチング電流IQ1の立ち上がり勾配がなだらかになり、ターンオフでは、ゼロ電圧ターンオフとなる。
「第2の実施形態」
At time t5, the switch element Q1 is turned on. At this time, the magnetic energy of the reactor L2 accumulated between the time t3 and the time t5 is discharged through the path of the diode D1 → the smoothing capacitor C1 and the load RL → the input power source → the boost reactor L1 → the reactor L2 during the time t5 to t6. Is done. As a result, the switching current IQ1 of the switching element Q1 does not flow by the amount corresponding to the emission current of the reactor L2, and the rising slope of Q1 becomes gentle as shown in FIG.
At the same time, the energy of the capacitor C2 is discharged while transferring to the capacitor C3. IT1P indicating this discharge current becomes a series resonance operation by the combined capacitance composed of the capacitor C2 and the capacitor C3 and the primary winding 1P of the transformer T1, and ends at time t7. The IT1P does not affect the rising slope of the switching current IQ1 by having a resonance waveform. From time t7 to t1, similarly to the conventional step-up chopper circuit, the switch element Q1 is in the on state, and magnetic energy is stored in the step-up reactor L1. By repeating the above operation, the rising slope of the switching current IQ1 becomes gentle when the switch element Q1 is turned on, and zero voltage is turned off when the switch element Q1 is turned off.
“Second Embodiment”

本発明の第2の実施形態を図3に示す。図3の回路構成は、請求項2と請求項3による回路構成としている。A second embodiment of the present invention is shown in FIG. The circuit configuration of FIG. 3 is the circuit configuration according to claims 2 and 3.

請求項2を示す回路構成として、入力電源V1の正極側にリアクトルL2の一端を接続し、他の一端を磁気結合された主巻線1Aと巻上げ巻線1Bを備えた昇圧リアクトルL1の主巻線1Aの一端に接続し、巻上げ巻線1Bの一端から、ダイオードD1を介して平滑コンデンサC1の正極側に接続する。図3の昇圧リアクトルL1の黒ボッチは、巻線の極性を示している。ここで、リアクトルL2は、昇圧リアクトルL1に対してインダクタンス値を、1/2倍以上とした。昇圧リアクトルL1とリアクトルL2の合成インダクタンス値は、図12の従来の昇圧チョッパ回路の昇圧リアクトルL1のインダクタンス値と同程度となる。このため、リアクトルの損失が分散され、温度上昇について、低減が図れる。As a circuit configuration showing the second aspect, the main winding of the step-up reactor L1 having one end of the reactor L2 connected to the positive electrode side of the input power source V1 and the other end magnetically coupled to the main winding 1A and the winding winding 1B. Connected to one end of the wire 1A, and connected from one end of the winding 1B to the positive side of the smoothing capacitor C1 via the diode D1. The black button of the boost reactor L1 in FIG. 3 indicates the polarity of the winding. Here, the reactor L2 has an inductance value of ½ times or more that of the boost reactor L1. The combined inductance value of boost reactor L1 and reactor L2 is approximately the same as the inductance value of boost reactor L1 of the conventional boost chopper circuit of FIG. For this reason, the loss of the reactor is dispersed, and the temperature rise can be reduced.

昇圧リアクトルL1の主巻線1Aと巻上げ巻線1Bの接続点から、ダイオードD2を介して平滑コンデンサC1の正極側へ接続する。平滑コンデンサC1に並列に負荷RLを接続し、平滑コンデンサC1の負極側と、入力電源V1の負極側を接続する。A connection point between the main winding 1A and the winding winding 1B of the boost reactor L1 is connected to the positive electrode side of the smoothing capacitor C1 through the diode D2. A load RL is connected in parallel to the smoothing capacitor C1, and the negative electrode side of the smoothing capacitor C1 and the negative electrode side of the input power supply V1 are connected.

昇圧リアクトルL1の主巻線1Aと巻上げ巻線1Bの接続点と平滑コンデンサC1の負極側との間に、スイッチ素子Q1を接続する。スイッチ素子Q1の制御端子には、発振制御回路10を接続する。請求項3の低損失スナバ回路の構成は、第1の実施形態と同じである。A switching element Q1 is connected between the connection point of the main winding 1A and the winding winding 1B of the boost reactor L1 and the negative side of the smoothing capacitor C1. The oscillation control circuit 10 is connected to the control terminal of the switch element Q1. The configuration of the low loss snubber circuit of claim 3 is the same as that of the first embodiment.

次に、本発明の第2の実施形態の動作波形を図4に示す。前記の第1の実施形態と異なる点について、図4を参照しながら説明する。図4の時刻t1からt2においては、トランスT1の2次巻線1SのIT1Sが異なる。これは、第1の実施形態では、トランスT1の2次巻線1Sと平滑コンデンサC1との間に、リアクトルL2が挿入されていた為である。時刻t1〜t2区間に、コンデンサC3は放電され、VC3がゼロになると同時に、コンデンサC2は充電され、スイッチ素子Q1の両端電圧VQ1の立ち上がり勾配は、なだらかに成る。Next, operation waveforms of the second embodiment of the present invention are shown in FIG. Differences from the first embodiment will be described with reference to FIG. From time t1 to time t2 in FIG. 4, the IT1S of the secondary winding 1S of the transformer T1 is different. This is because in the first embodiment, the reactor L2 is inserted between the secondary winding 1S of the transformer T1 and the smoothing capacitor C1. During time t1 to t2, the capacitor C3 is discharged and VC3 becomes zero. At the same time, the capacitor C2 is charged, and the rising slope of the voltage VQ1 across the switch element Q1 becomes gentle.

図4の時刻t2になると、ダイオードD1とD2に放出電流ID1とID2が流れ始める。通常ならば、昇圧リアクトルL1の主巻線1Aより巻上げ巻線1Bのフライバック電圧の方が高い為、ダイオードD2には放出電流ID2は流れない。しかしながら、リアクトルL2がある為、昇圧リアクトルL1の1Bからの放出電流の立ち上がり勾配はなだらかになり、ダイオードD1に流れない分が、放出電流ID2としてダイオードD2に流れる。ダイオードD1からの放出電流ID1が所定値になると、ダイオードD2からの放出電流はゼロになる。この時、スイッチ素子Q1の両端電圧VQ1は、第1の実施形態とは異なり、スイッチ素子Q1の高圧側端子は、巻上げ巻線1Bの負極側に接続されており、正極側は出力電圧Voとほぼ同じ電位となるので、巻上げ巻線1Bの電圧分だけ下がり、VQ1は出力電圧Voよりも低くなる。At time t2 in FIG. 4, emission currents ID1 and ID2 begin to flow through the diodes D1 and D2. Normally, since the flyback voltage of the winding 1B is higher than the main winding 1A of the boost reactor L1, the emission current ID2 does not flow through the diode D2. However, since there is the reactor L2, the rising slope of the emission current from 1B of the step-up reactor L1 becomes gentle, and the portion that does not flow to the diode D1 flows to the diode D2 as the emission current ID2. When the emission current ID1 from the diode D1 reaches a predetermined value, the emission current from the diode D2 becomes zero. At this time, the voltage VQ1 across the switch element Q1 is different from the first embodiment, the high-voltage side terminal of the switch element Q1 is connected to the negative side of the winding 1B, and the positive side is the output voltage Vo. Since the potentials are substantially the same, the voltage drops by the voltage of the winding 1B, and VQ1 becomes lower than the output voltage Vo.

図4の時刻t4になると、スイッチ素子Q1はターンオンとなり、同時にリアクトルL2の極性が反転する。時刻t2からt4の間に巻上げ巻線1Bによって蓄積されたリアクトルL2の磁気エネルギー分の放出が始まる。この時刻t4からt5の区間の放出電流は、スイッチ素子Q1には流れないので、スイッチング電流IQ1の立ち上がり勾配はなだらかに成る。請求項3による低損失スナバ回路の動作は、第1の実施形態と同じとなる。以上により、スイッチ素子Q1のスイッチング電流IQ1の立ち上がり勾配は、なだらかになる。またスイッチ素子Q1の両端電圧VQ1の立ち上がり勾配もなだらかになり、ゼロ電圧ターンオフとなる。
「第3の実施形態」
At time t4 in FIG. 4, the switch element Q1 is turned on, and at the same time, the polarity of the reactor L2 is reversed. Release of the magnetic energy of the reactor L2 accumulated by the winding 1B from time t2 to t4 starts. Since the emission current during the period from the time t4 to the time t5 does not flow to the switch element Q1, the rising slope of the switching current IQ1 becomes gentle. The operation of the low-loss snubber circuit according to claim 3 is the same as that of the first embodiment. As described above, the rising gradient of the switching current IQ1 of the switch element Q1 becomes gentle. Further, the rising slope of the voltage VQ1 across the switch element Q1 becomes gentle, and the zero voltage is turned off.
“Third Embodiment”

本発明の第3の実施形態を図5に、動作説明図を図6に示す。図5は、請求項2と請求項4の低損失スナバ回路の構成としている。FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 5 shows the configuration of the low loss snubber circuit according to claims 2 and 4.

請求項4を示す構成は、第2の実施形態におけるトランスT1の1次巻線1PをリアクトルL3に変更し、2次巻線1SをリアクトルL4に変更し、リアクトルL3とコンデンサC3との接続点からダイオードD6を介して平滑コンデンサC1の正極側へ接続した構成としている。請求項2を示す構成は、第2の実施形態と同じである。図5は、入力電圧V1と出力電圧Voとの電位差が比較的大きく、スイッチ素子Q1のオン比が大きいという条件における場合である。In the configuration showing the fourth aspect, the primary winding 1P of the transformer T1 in the second embodiment is changed to the reactor L3, the secondary winding 1S is changed to the reactor L4, and the connection point between the reactor L3 and the capacitor C3. To the positive electrode side of the smoothing capacitor C1 through the diode D6. The configuration showing claim 2 is the same as that of the second embodiment. FIG. 5 shows a case where the potential difference between the input voltage V1 and the output voltage Vo is relatively large and the ON ratio of the switch element Q1 is large.

第2の実施形態との大きな違いは、請求項3の低損失スナバ回路から請求項4の低損失スナバ回路となっていることであり、図6のようにコンデンサC3のVC3が充電されるタイミングが、図2に示すVC3と図4に示すVC3よりも遅れている。また、図6の時刻t5のコンデンサC2の放電終了時間も遅れている。The major difference from the second embodiment is that the low loss snubber circuit of claim 3 is changed to the low loss snubber circuit of claim 4, and the timing at which VC3 of the capacitor C3 is charged as shown in FIG. However, it is behind VC3 shown in FIG. 2 and VC3 shown in FIG. Further, the discharge end time of the capacitor C2 at time t5 in FIG. 6 is also delayed.

図6の時刻t1からt2において、スイッチ素子Q1がターンオフすると、昇圧リアクトルL1とリアクトルL2および、配線の寄生インダクタンスに蓄積された磁気エネルギーの放出が始まり、ダイオードD3を介してコンデンサC2に充電されるので、スイッチ素子Q1のVQ1の立ち上がり勾配は、なだらかになる。When the switch element Q1 is turned off from time t1 to time t2 in FIG. 6, the release of magnetic energy accumulated in the step-up reactor L1 and the reactor L2 and the parasitic inductance of the wiring starts, and the capacitor C2 is charged via the diode D3. Therefore, the rising slope of VQ1 of the switch element Q1 becomes gentle.

図6の時刻t2〜t3では、スイッチ素子Q1のオン期間中に、ダイオードD4側が正となる向きに充電された状態にあるコンデンサC3を、昇圧リアクトルL1のフライバック電圧により、リアクトルL3とリアクトルL4とダイオードD5を通り、出力電圧Voでクランプされながら、平滑コンデンサC1と負荷RLへ放電する。この放電電流は、図6のIL3に示す。このIL3は、時刻t2からt3の区間では、リアクトルL3とリアクトルL4とコンデンサC3の直列共振動作となる。At times t2 to t3 in FIG. 6, during the ON period of the switch element Q1, the capacitor C3 that is charged in a direction in which the diode D4 side is positive is connected to the reactor L3 and the reactor L4 by the flyback voltage of the boost reactor L1. And passes through the diode D5 and is discharged to the smoothing capacitor C1 and the load RL while being clamped by the output voltage Vo. This discharge current is indicated by IL3 in FIG. This IL3 is a series resonance operation of the reactor L3, the reactor L4, and the capacitor C3 in the section from the time t2 to the time t3.

図6の時刻t5において、コンデンサC2の放電電流は、IL3であり、スイッチ素子Q1へ流れる。しかし、リアクトルL3は、時刻t2からt5の区間中に昇圧リアクトルL1から平滑コンデンサC1方向にIL3が流れていた為、磁気エネルギーが蓄積されている。これにより、スイッチ素子Q1へ流れるIL3とリアクトルL3の蓄積エネルギーの放出電流とが打ち消し合う形になり、コンデンサC2の放電終了時間が、第1と第2の実施形態よりも遅れる。At time t5 in FIG. 6, the discharge current of the capacitor C2 is IL3 and flows to the switch element Q1. However, in reactor L3, magnetic energy is accumulated because IL3 flows from boost reactor L1 in the direction of smoothing capacitor C1 during the period from time t2 to t5. As a result, IL3 flowing to the switch element Q1 and the discharge current of the stored energy of the reactor L3 cancel each other, and the discharge end time of the capacitor C2 is delayed compared to the first and second embodiments.

スイッチ素子Q1のスイッチング電流IQ1の立ち上がり勾配をなだらかにする動作については、第2の実施形態と同様となる。The operation for smoothening the rising slope of the switching current IQ1 of the switch element Q1 is the same as in the second embodiment.

ここで、図5のダイオードD6の効果について説明する。比較波形を図7に示す。図5の動作波形を図7−aに示す。ダイオードD6が無い場合を図7−bに示す。時刻t2からt3区間のコンデンサC3は、直列共振動作により、放電される。この共振電流IL3は、時刻t3にて最大となる。コンデンサC3の両端電圧は、位相が90度異なり、ゼロボルトになる。ゼロボルトになると、ダイオードD6がオンとなり、共振動作ではなくなる。この時、ダイオードD6が無い場合は、共振動作が持続し、共振の振動動作による転弧が起こり、スイッチ素子Q1がターンオンする時刻t4に、再びコンデンサC3には、ダイオードD4側が正側となる向きにエネルギーが蓄積された状態と成り、コンデンサC2のエネルギーを全てコンデンサC3に移行できなくなる。この状態になると、ゼロ電圧ターンオフとはならなくなる。以上の共振の振動動作による転弧を防ぐため、ダイオードD6を挿入した。
「第4の実施形態」
Here, the effect of the diode D6 in FIG. 5 will be described. A comparative waveform is shown in FIG. The operation waveform of FIG. 5 is shown in FIG. A case where there is no diode D6 is shown in FIG. The capacitor C3 from time t2 to t3 is discharged by the series resonance operation. This resonance current IL3 becomes maximum at time t3. The voltage across the capacitor C3 has a phase difference of 90 degrees and is zero volts. When the voltage reaches zero volts, the diode D6 is turned on and the resonance operation is not performed. At this time, when the diode D6 is not present, the resonance operation continues, the arcing due to the oscillation operation of the resonance occurs, and at the time t4 when the switch element Q1 is turned on, the capacitor C3 again has a direction in which the diode D4 side becomes the positive side. In other words, the energy of the capacitor C2 cannot be transferred to the capacitor C3. In this state, zero voltage turn-off is no longer possible. A diode D6 was inserted in order to prevent arcing due to the above-described resonant vibration operation.
“Fourth Embodiment”

第4の実施形態を図8に示す。図8は、請求項2と請求項5による構成であり、第3の実施形態におけるリアクトルL4を削除した構成としている。動作については、第3の実施形態と同じであるが、リアクトルL4が無い為、コンデンサC2の放電終了時間が第3の実施形態よりも遅れることになる。このため、入力電圧V1と出力電圧Voとの電位差が、前記第3の実施形態よりも大きい場合に適用する。A fourth embodiment is shown in FIG. FIG. 8 shows a configuration according to claim 2 and claim 5 in which the reactor L4 in the third embodiment is deleted. The operation is the same as that of the third embodiment, but since there is no reactor L4, the discharge end time of the capacitor C2 is delayed from that of the third embodiment. Therefore, this is applied when the potential difference between the input voltage V1 and the output voltage Vo is larger than that in the third embodiment.

ここで、リアクトルL4の効果について、図7−cを参照して説明する。リアクトルL4が有る場合の動作波形図7−aの時刻t2からt3において、コンデンサC3の放電電流を示すIL3は最大となる。IL3は同時にリアクトルL4にも流れるので、エネルギーが蓄積される。ダイオードD6がオンとなると、リアクトルL4は、蓄積エネルギーの放出を始める。このエネルギーの放出は、リアクトルL4→ダイオードD5→平滑コンデンサC1→コンデンサC2→ダイオードD4→リアクトルL4の経路となり、コンデンサC2のエネルギーの一部を放電する。Here, the effect of the reactor L4 will be described with reference to FIG. Operation Waveform with Reactor L4 From time t2 to t3 in FIG. 7A, IL3 indicating the discharge current of the capacitor C3 becomes maximum. Since IL3 also flows to reactor L4 at the same time, energy is accumulated. When the diode D6 is turned on, the reactor L4 starts to release stored energy. This energy release becomes a path of reactor L4 → diode D5 → smoothing capacitor C1 → capacitor C2 → diode D4 → reactor L4, and discharges a part of the energy of the capacitor C2.

一方、リアクトルL4が無い場合には、ダイオードD5のID5は、時刻t3でダイオードD6のオンと同時にゼロアンペアとなり、コンデンサC2を放電しない。以上により、リアクトルL4の効果は、コンデンサC2の放電終了時間を速くする。以上により、第4の実施形態は、第3の実施形態よりも入力電圧V1と出力電圧Voとの差が大きい場合に適している。
「第5の実施形態」
On the other hand, when there is no reactor L4, ID5 of the diode D5 becomes zero ampere simultaneously with the turning on of the diode D6 at time t3, and does not discharge the capacitor C2. As described above, the effect of the reactor L4 increases the discharge end time of the capacitor C2. As described above, the fourth embodiment is suitable when the difference between the input voltage V1 and the output voltage Vo is larger than that of the third embodiment.
“Fifth Embodiment”

第5の実施形態を図9に、動作波形を図10に示す。図9は、請求項1と請求項6の低損失スナバ回路による回路構成である。請求項1を示す回路構成は、第1の実施形態と同じである。ダイオードD1とリアクトルL2の接続位置は、入れ替えても良い。FIG. 9 shows the fifth embodiment, and FIG. 10 shows the operation waveforms. FIG. 9 shows a circuit configuration of the low loss snubber circuit according to claims 1 and 6. The circuit configuration showing claim 1 is the same as that of the first embodiment. The connection position of the diode D1 and the reactor L2 may be switched.

請求項6を示す回路構成は、ダイオードD3のアノード側をスイッチ素子Q1の高圧側端子に接続し、カソード側をコンデンサC2の一端に接続し、別の一端を平滑コンデンサC1の正極側に接続している。ダイオードD3とコンデンサC2の接続点にダイオードD4のアノード側を接続し、カソード側をリアクトルL3の一端に接続している。In the circuit configuration shown in claim 6, the anode side of the diode D3 is connected to the high voltage side terminal of the switch element Q1, the cathode side is connected to one end of the capacitor C2, and the other end is connected to the positive side of the smoothing capacitor C1. ing. The anode side of the diode D4 is connected to the connection point between the diode D3 and the capacitor C2, and the cathode side is connected to one end of the reactor L3.

リアクトルL3の別の一端に、コンデンサC3の一端を接続し、別の一端をスイッチ素子Q1の高圧側端子に接続している。コンデンサC3とリアクトルL3の接続点から、ダイオードD5を介してダイオードD1のカソード側に接続した構成としている。One end of the capacitor C3 is connected to another end of the reactor L3, and the other end is connected to the high-voltage side terminal of the switch element Q1. The connection point between the capacitor C3 and the reactor L3 is connected to the cathode side of the diode D1 via the diode D5.

スイッチ素子Q1のスイッチング電流IQ1の立ち上がり勾配をなだらかにする動作原理は、第1の実施形態と同じとなる。図10の時刻t4において、コンデンサC2とコンデンサC3は、出力電圧Voから充電され、スイッチ素子Q1に、IL3が流れ始める。このときのIL3は、コンデンサC2とコンデンサC3からなる合成容量とリアクトルL3との直列共振波形となるため、スイッチ素子Q1のスイッチング電流IQ1の立ち上がり勾配に影響を与えない。時刻t6で、コンデンサC2は、平滑コンデンサC1の正極側が正となる向きで充電されている。コンデンサC3は、リアクトルL3側が正となる向きに充電されている。The operating principle for smoothening the rising gradient of the switching current IQ1 of the switch element Q1 is the same as in the first embodiment. At time t4 in FIG. 10, the capacitor C2 and the capacitor C3 are charged from the output voltage Vo, and IL3 starts to flow through the switch element Q1. IL3 at this time has a series resonance waveform of the combined capacitance composed of the capacitor C2 and the capacitor C3 and the reactor L3, and thus does not affect the rising slope of the switching current IQ1 of the switch element Q1. At time t6, the capacitor C2 is charged in a direction in which the positive electrode side of the smoothing capacitor C1 is positive. Capacitor C3 is charged in a direction in which reactor L3 is positive.

時刻t1において、スイッチ素子Q1がターンオフになると、コンデンサC3とコンデンサC2の負極側から昇圧リアクトルL1のフライバック電圧が印加される。
このため、コンデンサC2は、ダイオードD3を介して、平滑コンデンサC1と負荷RLへ、出力電圧Voでクランプされ、急速に放電される。これは、スイッチ素子Q1のオン期間に蓄積された余分な磁気エネルギーを吸収することになる。コンデンサC3は、ダイオードD5を介して、平滑コンデンサC1と負荷RLへ、出力電圧Voでクランプされ、急速に放電される。この放電電流波形は、図10に示すID5となる。また、リアクトルL3は、時刻t4からt6区間に蓄積した磁気エネルギーを、ダイオードD5を介して、平滑コンデンサC1へ放出する。以上により、コンデンサC2とコンデンサC3の充放電が、スイッチ素子Q1の1周期間に完了し、ゼロ電圧ターンオフとなる。
「第6の実施形態」
When the switching element Q1 is turned off at time t1, the flyback voltage of the boost reactor L1 is applied from the negative side of the capacitors C3 and C2.
For this reason, the capacitor C2 is clamped at the output voltage Vo to the smoothing capacitor C1 and the load RL via the diode D3, and rapidly discharged. This absorbs excess magnetic energy accumulated during the ON period of the switch element Q1. The capacitor C3 is clamped at the output voltage Vo to the smoothing capacitor C1 and the load RL via the diode D5, and is rapidly discharged. This discharge current waveform is ID5 shown in FIG. Further, the reactor L3 releases the magnetic energy accumulated in the section from time t4 to t6 to the smoothing capacitor C1 via the diode D5. Thus, charging / discharging of the capacitor C2 and the capacitor C3 is completed in one cycle of the switch element Q1, and the zero voltage is turned off.
“Sixth Embodiment”

本発明の第6の実施形態を図11に示す。図11は、第1の実施形態の入力電源を別方式に変更し、力率改善回路として使用する場合である。動作原理は、第1の実施形態と同じとなる。A sixth embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 11 shows a case where the input power supply of the first embodiment is changed to another method and used as a power factor correction circuit. The operation principle is the same as in the first embodiment.

昇圧型のチョッパ回路を備えたスイッチング電源装置に関する。The present invention relates to a switching power supply device including a step-up chopper circuit.

本発明の請求項1と請求項3による第1の実施形態を示す回路Circuit showing a first embodiment according to claim 1 and claim 3 of the present invention 第1の実施形態の動作波形Operation waveform of the first embodiment 本発明の請求項2と請求項3による第2の実施形態を示す回路Circuit showing a second embodiment according to claim 2 and claim 3 of the present invention 第2の実施形態の動作波形Operation waveform of the second embodiment 本発明の請求項2と請求項4による第3の実施形態を示す回路Circuit showing a third embodiment according to claim 2 and claim 4 of the present invention 第3の実施形態の動作波形Operation waveform of the third embodiment 第3の実施形態の動作波形Operation waveform of the third embodiment 第3の実施形態におけるダイオードD6を削除した場合の動作波形Operation waveform when diode D6 in the third embodiment is deleted 第3の実施形態におけるリアクトルL4を削除した場合の動作波形Operation waveform when reactor L4 in the third embodiment is deleted 本発明の請求項2と請求項5による第4の実施形態を示す回路Circuit showing a fourth embodiment according to claim 2 and claim 5 of the present invention 本発明の請求項1と請求項6による第5の実施形態を示す回路Circuit showing a fifth embodiment according to claims 1 and 6 of the present invention 第5の実施形態の動作波形Operation waveform of the fifth embodiment 本発明の別の入力電源方式による第6の実施形態を示す回路The circuit which shows 6th Embodiment by another input power supply system of this invention 従来の昇圧チョッパ回路図Conventional boost chopper circuit diagram 従来の昇圧チョッパ回路の動作説明図Operation explanatory diagram of conventional boost chopper circuit

符号の説明Explanation of symbols

VAC :交流電源
V1 :入力電源
Vo :出力電圧
DS1 :ブリッジダイオード
L1 :昇圧リアクトル
1A :L1の主巻線
1B :L1の巻上げ巻線
L2、L3、L4 :第1、第2、第3のリアクトル
Q1 :スイッチ素子
10 :発振制御回路
C1 :平滑コンデンサ
C2、C3 :第1、第2のコンデンサ
D1、D2、D3 :第1、第2、第3のダイオード
D4、D5、D6 :第4、第5、第6のダイオード
RL :負荷
R1 :抵抗
T1 :トランス
1P :T1の1次巻線
1S :T1の2次巻線
IR1 :抵抗R1を流れる電流
ID1、ID2 :第1のダイオードD1、第2のダイオードD2に流れる電流
ID4、ID5 :第4のダイオードD4、第5のダイオードD5に流れる電流
ID6 :第6のダイオードD6に流れる電流
VQ1 :スイッチ素子Q1の両端電圧
IQ1 :スイッチ素子Q1のスイッチング電流
VC2、VC3 :第1のコンデンサC2、第2のコンデンサC3の両端電圧
IT1P :トランスT1の1次巻線を流れる電流
IT1S :トランスT1の2次巻線を流れる電流
IL1 :昇圧リアクトルL1に流れる電流
IL2 :第1のリアクトルL2に流れる電流
IL3 :第2のリアクトルL3に流れる電流
IL4 :第3のリアクトルL4に流れる電流
VAC: AC power supply V1: Input power supply Vo: Output voltage DS1: Bridge diode L1: Boost reactor 1A: Main winding 1B of L1: Winding windings L2, L3, L4 of L1: First, second, and third reactors Q1: switch element 10: oscillation control circuit C1: smoothing capacitors C2, C3: first and second capacitors D1, D2, D3: first, second and third diodes D4, D5, D6: fourth and fourth 5, sixth diode RL: load R1: resistor T1: transformer 1P: primary winding 1S of T1: secondary winding IR1 of T1: current ID1, ID2 flowing through resistor R1, first diode D1, second Currents ID4 and ID5 flowing in the diode D2 of the current: current ID6 flowing in the fourth diode D4 and the fifth diode D5: current VQ1 flowing in the sixth diode D6: Voltage IQ1 across switch element Q1: Switching current VC2 and VC3 of switch element Q1: Voltage across terminal IT1P of first capacitor C2 and second capacitor C3: Current IT1S flowing through the primary winding of transformer T1: Transformer T1 Current IL1 flowing through the secondary winding: Current IL2 flowing through the step-up reactor L1: Current IL3 flowing through the first reactor L2: Current IL4 flowing through the second reactor L3: Current flowing through the third reactor L4

Claims (6)

入力電源と昇圧リアクトルとスイッチ素子と第1のダイオードと平滑コンデンサと、前記スイッチ素子の制御端子に接続された発振制御回路を備えた、昇圧チョッパ回路において、前記昇圧リアクトルの主巻線に磁気結合された巻上げ巻線を設け、主巻線と巻上げ巻線の接続点から、第2のダイオードを介して前記平滑コンデンサの正極側に接続する。前記昇圧リアクトルの巻上げ巻線の別の端子と前記スイッチ素子の高圧側端子の接続点から第1のダイオードと第1のリアクトルからなる直列回路を、前記平滑コンデンサの正極側へ接続することにより、前記スイッチ素子のターンオン時のスイッチング電流の立ち上がり勾配をなだらかにして、スイッチ素子の損失の低減と、前記第1と第2のダイオードの逆電流特性損失を低減することを特徴とする昇圧チョッパ回路。In a step-up chopper circuit, comprising an input power source, a step-up reactor, a switch element, a first diode, a smoothing capacitor, and an oscillation control circuit connected to the control terminal of the switch element, magnetic coupling to the main winding of the step-up reactor The wound winding is provided, and is connected to the positive electrode side of the smoothing capacitor through a second diode from a connection point between the main winding and the winding winding. By connecting a series circuit composed of a first diode and a first reactor from a connection point between another terminal of the winding winding of the step-up reactor and the high-voltage side terminal of the switch element to the positive side of the smoothing capacitor, A step-up chopper circuit characterized by smoothing a rising slope of a switching current when the switch element is turned on to reduce loss of the switch element and reverse current characteristic loss of the first and second diodes. 入力電源と昇圧リアクトルとスイッチ素子と第1のダイオードと平滑コンデンサと、前記スイッチ素子の制御端子に接続された発振制御回路を備えた、昇圧チョッパ回路において、前記入力電源の正極側と前記昇圧リアクトルとの間に、第1のリアクトルを接続する。前記昇圧リアクトルの主巻線に磁気結合された巻上げ巻線を設け、主巻線と巻上げ巻線の接続点に前記スイッチ素子の高圧側端子を接続し、更に接続点から第2のダイオードを介して前記平滑コンデンサの正極側に接続する。前記昇圧リアクトルの巻上げ巻線の別の一端から第1のダイオードを介して前記平滑コンデンサの正極側に接続することにより、前記スイッチ素子のターンオン時のスイッチング電流の立ち上がり勾配をなだらかにして、スイッチ素子の損失の低減と、前記第1と第2のダイオードの逆電流特性損失を低減することを特徴とする昇圧チョッパ回路。In a step-up chopper circuit comprising an input power source, a step-up reactor, a switch element, a first diode, a smoothing capacitor, and an oscillation control circuit connected to a control terminal of the switch element, the positive side of the input power source and the step-up reactor The first reactor is connected between the two. A winding coil magnetically coupled to the main winding of the step-up reactor is provided, a high-voltage side terminal of the switch element is connected to a connection point between the main winding and the winding winding, and a second diode is connected from the connection point. Connected to the positive electrode side of the smoothing capacitor. By connecting the other end of the winding winding of the step-up reactor via the first diode to the positive side of the smoothing capacitor, the rising slope of the switching current when the switch element is turned on is made smooth. And a reverse current characteristic loss of the first and second diodes. 入力電源と昇圧リアクトルとスイッチ素子と第1のダイオードと平滑コンデンサと、前記スイッチ素子の制御端子に接続された発振制御回路を備えた、昇圧チョッパ回路と請求項1と請求項2の昇圧チョッパ回路において、更に前記スイッチ素子の高圧側端子に第3のダイオードのアノード側を接続し、カソード側を第1のコンデンサの一端に接続し、第1のコンデンサの別の一端を、前記スイッチ素子の低圧側端子、もしくは前期平滑コンデンサの正極側に接続し、第3のダイオードと第1のコンデンサの接続点に、第4のダイオードのアノード側を接続し、カソード側を第2のコンデンサの一端に接続する。1次巻線と2次巻線を設けたトランスの1次巻線の一端を第2のコンデンサの別の一端に接続し、前記トランスの1次巻線の別の一端を、前記スイッチ素子の高圧惻端子と第1のダイオードのアノード側との間に接続する。前記第4のダイオードと前記第2のコンデンサの接続点から、前記トランスの2次巻線と第5のダイオードからなる直列回路を、第1のダイオードのカソード側に接続する。前記第2のコンデンサと前記トランスの1次巻線の接続点の極性と、第2のコンデンサと前記トランスの2次巻線の接続点の極性は、同極性となる向きに接続する。以上による低損失スナバ回路を備えたことを特徴とする昇圧チョッパ回路。3. A step-up chopper circuit comprising an input power source, a step-up reactor, a switch element, a first diode, a smoothing capacitor, and an oscillation control circuit connected to a control terminal of the switch element, and the step-up chopper circuit according to claim 1 and claim 2. In addition, the anode side of the third diode is connected to the high voltage side terminal of the switch element, the cathode side is connected to one end of the first capacitor, and the other end of the first capacitor is connected to the low voltage of the switch element. Connect to the side terminal or the positive side of the smoothing capacitor, connect the anode side of the fourth diode to the connection point of the third diode and the first capacitor, and connect the cathode side to one end of the second capacitor To do. One end of the primary winding of the transformer provided with the primary winding and the secondary winding is connected to another end of the second capacitor, and the other end of the primary winding of the transformer is connected to the switch element. Connected between the high voltage terminal and the anode side of the first diode. A series circuit including a secondary winding of the transformer and a fifth diode is connected to a cathode side of the first diode from a connection point between the fourth diode and the second capacitor. The polarity of the connection point of the second capacitor and the primary winding of the transformer and the polarity of the connection point of the second capacitor and the secondary winding of the transformer are connected in the same polarity. A step-up chopper circuit comprising the low-loss snubber circuit as described above. 請求項3の昇圧チョッパ回路において、前記トランスの1次巻線を、第2のリアクトルに置き換え、2次巻線を第3のリアクトルに置き換え、第2のリアクトルと第2のコンデンサの接続点から第6のダイオードを介して平滑コンデンサの正極側に接続した低損失スナバ回路を備えたことを特徴とする昇圧チョッパ回路。4. The step-up chopper circuit according to claim 3, wherein the primary winding of the transformer is replaced with a second reactor, the secondary winding is replaced with a third reactor, and the connection point between the second reactor and the second capacitor is determined. A step-up chopper circuit comprising a low-loss snubber circuit connected to a positive electrode side of a smoothing capacitor via a sixth diode. 入力電源と昇圧リアクトルとスイッチ素子と第1のダイオードと平滑コンデンサと、前記スイッチ素子の制御端子に接続された発振制御回路を備えた、昇圧チョッパ回路と請求項2の昇圧チョッパ回路において、請求項4の低損失スナバ回路の第3のリアクトルを配線に置き換えた低損失スナバ回路を備えたことを特徴とする昇圧チョッパ回路。3. A step-up chopper circuit comprising an input power source, a step-up reactor, a switch element, a first diode, a smoothing capacitor, and an oscillation control circuit connected to a control terminal of the switch element. A step-up chopper circuit comprising a low-loss snubber circuit in which the third reactor of the four low-loss snubber circuits is replaced with a wiring. 入力電源と昇圧リアクトルとスイッチ素子と第1のダイオードと平滑コンデンサと、前記スイッチ素子の制御端子に接続された発振制御回路を備えた、昇圧チョッパ回路と請求項1と請求項2の昇圧チョッパ回路において、前記スイッチ素子の高圧側端子に第3のダイオードのアノード側を接続し、カソード側と第1のコンデンサを接続し、第1のコンデンサの別の一端を平滑コンデンサの正極側に接続する。第1のコンデンサと第3のダイオードの接続点に、第4のダイオードのアノード側を接続し、カソード側に第2のリアクトルの一端を接続する。第2のリアクトルの別の一端を、第2のコンデンサの一端に接続し、第2のコンデンサの別の一端を、前記スイッチ素子の高圧側端子と第1のダイオードのアノード側との間に接続する。第2のコンデンサと第2のリアクトルの接続点から、第5のダイオードを介して前記第1のダイオードのカソード側に接続する。以上による低損失スナバ回路を備えたことを特徴とする昇圧チョッパ回路。3. A step-up chopper circuit comprising an input power source, a step-up reactor, a switch element, a first diode, a smoothing capacitor, and an oscillation control circuit connected to a control terminal of the switch element, and the step-up chopper circuit according to claim 1 and claim 2. , The anode side of the third diode is connected to the high-voltage side terminal of the switch element, the cathode side and the first capacitor are connected, and the other end of the first capacitor is connected to the positive side of the smoothing capacitor. The anode side of the fourth diode is connected to the connection point of the first capacitor and the third diode, and one end of the second reactor is connected to the cathode side. Another end of the second reactor is connected to one end of the second capacitor, and another end of the second capacitor is connected between the high-voltage side terminal of the switch element and the anode side of the first diode. To do. A connection point between the second capacitor and the second reactor is connected to the cathode side of the first diode through a fifth diode. A step-up chopper circuit comprising the low-loss snubber circuit as described above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102158090A (en) * 2011-03-04 2011-08-17 浙江大学 Boost converter with built-in transformer and voltage-doubling unit of switching capacitor
JP2012110208A (en) * 2010-10-20 2012-06-07 Denso Corp Power converter
US8824177B2 (en) 2010-06-21 2014-09-02 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device and snubber device having a SiC-MOSFET and a Zener diode

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