JP2012120294A - Dc-dc converter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce switching loss of a primary side phase shift type DC-DC converter.SOLUTION: The DC-DC converter includes an inverter INV, a transformer Tsf in which a high-frequency output of the inverter is inputted, a rectification circuit Rec which rectifies an output of the transformer, a tap-fitted inductor Lot whose tap is connected to a plus side output terminal of the rectification circuit, with an end connected to a plus-side converter output terminal, and a diode D7 connected between a converter output terminal drawn out of a minus side output terminal of the rectification circuit and the other end of the inductor Lot. A capacitor voltage dividing circuit is connected between input terminals of the inverter. A resonance reactor L2 is connected between the voltage division point and the output terminal of a control phase side of the inverter. Charging/discharging is performed with a snubber capacitor of the leg of control phase through the reactor L2, so that the switching operation of a switch element of the leg of control phase acts as soft switching, for reduced switching loss.

Description

本発明は、直流電圧を高周波電圧に変換するフルブリッジインバータと、その出力を整流する整流回路とを備えた一次側位相シフト方式のDC−DCコンバータに関するものである。   The present invention relates to a primary-side phase shift DC-DC converter including a full-bridge inverter that converts a DC voltage into a high-frequency voltage and a rectifier circuit that rectifies the output of the inverter.

フルブリッジインバータと整流回路とを組み合わせた一次側位相シフト方式のDC−DCコンバータは、基本的には図4に示されているように構成される。同図において、INVは直流電源1の出力電圧Eを高周波交流電圧Vcdに変換するフルブリッジインバータ、TsfはインバータINVの出力が入力されたトランス、Recはトランスの高周波交流出力を整流して直流出力に変換する整流回路、Fは整流回路Recの出力電圧から高調波成分を除去するフィルタ回路、Roは負荷である。   A primary-side phase shift DC-DC converter combining a full-bridge inverter and a rectifier circuit is basically configured as shown in FIG. In the figure, INV is a full-bridge inverter that converts the output voltage E of the DC power source 1 to a high-frequency AC voltage Vcd, Tsf is a transformer that receives the output of the inverter INV, and Rec is a DC output that rectifies the high-frequency AC output of the transformer. R is a rectifier circuit for converting to F, F is a filter circuit for removing harmonic components from the output voltage of the rectifier circuit Rec, and Ro is a load.

インバータINVは、スイッチ素子Q1と該スイッチ素子に並列に接続されたスナバキャパシタC1とスイッチ素子Q1に逆並列接続された帰還ダイオードD1とからなる上側アームと、スイッチ素子Q2と該スイッチ素子に並列に接続されたスナバキャパシタC2とスイッチ素子Q2に逆並列接続された帰還ダイオードD2とからなる下側アームとを直列に接続して構成した基準相のレグ2と、スイッチ素子Q3とスイッチ素子Q3に並列に接続されたスナバキャパシタC3とスイッチ素子Q3に逆並列接続された帰還ダイオードD3とからなる上側アームと、スイッチ素子Q4とスイッチ素子Q4に並列に接続されたスナバキャパシタC4とスイッチ素子Q4に逆並列接続された帰還ダイオードD4とからなる下側アームとを直列に接続して構成した制御相のレグ3とを並列に接続した回路からなっている。   The inverter INV includes an upper arm including a switch element Q1, a snubber capacitor C1 connected in parallel to the switch element, and a feedback diode D1 connected in reverse parallel to the switch element Q1, a switch element Q2 and the switch element in parallel. A leg 2 of the reference phase configured by connecting in series a lower arm composed of a connected snubber capacitor C2 and a feedback diode D2 connected in reverse parallel to the switch element Q2, and in parallel to the switch element Q3 and the switch element Q3 Is connected in parallel to the snubber capacitor C3 and the switch element Q4 connected in parallel to the switch element Q4 and the switch element Q4. Connected in series with lower arm consisting of connected feedback diode D4 Consists circuits and leg 3 of the control phase constituted connected in parallel Te.

このインバータにおいては、基準相のレグ2と制御相のレグ3との並列回路の上アーム側の端部及び下アーム側の端部がそれぞれプラス側入力端子a及びマイナス側入力端子bとなっており、これらの入力端子間に直流電源1の出力電圧Eが印加されている。また基準相のレグ2の上側アームと下側アームとの接続点及び制御相のレグ3の上側アームと下側アームとの接続点がそれぞれ第1及び第2のインバータ出力端子c及びdとなっており、これらのインバータ出力端子間に得られる電圧Vcdが直列リアクトルL1を通してトランスの一次コイルW1に印加されている。   In this inverter, the end on the upper arm side and the end on the lower arm side of the parallel circuit of the leg 2 of the reference phase and the leg 3 of the control phase are a positive input terminal a and a negative input terminal b, respectively. The output voltage E of the DC power source 1 is applied between these input terminals. The connection points between the upper arm and the lower arm of the leg 2 of the reference phase and the connection points of the upper arm and the lower arm of the leg 3 of the control phase are respectively the first and second inverter output terminals c and d. The voltage Vcd obtained between these inverter output terminals is applied to the primary coil W1 of the transformer through the series reactor L1.

トランスTsfは一次コイルW1と二次コイルW2とを有し、二次コイルW2からセンタタップtcが引出されている。整流回路Recは、トランスの二次コイルW2の一端にアノードが接続されたダイオードD5と、二次コイルW2の他端にアノードが接続され、カソードがダイオードD5のカソードに共通接続されたダイオードD6とからなり、ダイオードD5及びD6のカソードの共通接続点及びトランスの二次コイルのセンタタップtcがそれぞれ整流回路Recのプラス側出力端子e及びマイナス側出力端子fとなっている。   The transformer Tsf has a primary coil W1 and a secondary coil W2, and a center tap tc is drawn from the secondary coil W2. The rectifier circuit Rec includes a diode D5 having an anode connected to one end of a secondary coil W2 of the transformer, a diode D6 having an anode connected to the other end of the secondary coil W2, and a cathode commonly connected to the cathode of the diode D5. The common connection point of the cathodes of the diodes D5 and D6 and the center tap tc of the secondary coil of the transformer serve as the positive output terminal e and the negative output terminal f of the rectifier circuit Rec, respectively.

フィルタ回路Fは、一端が整流回路Recのプラス側出力端子eに接続されたインダクタ(チョークコイル)Loと、インダクタLoの他端と整流回路Recのマイナス側出力端子fとの間に接続されたキャパシタCoとからなっている。インダクタLoの他端及び整流回路Recのマイナス側出力端子fからそれぞれプラス側コンバータ出力端子g及びマイナス側コンバータ出力端子hが引出され、これらのコンバータ出力端子の間に負荷Roが接続されている。   The filter circuit F has one end connected between the inductor (choke coil) Lo connected to the plus output terminal e of the rectifier circuit Rec, and the other end of the inductor Lo and the minus output terminal f of the rectifier circuit Rec. It consists of a capacitor Co. A plus-side converter output terminal g and a minus-side converter output terminal h are drawn from the other end of the inductor Lo and a minus-side output terminal f of the rectifier circuit Rec, respectively, and a load Ro is connected between these converter output terminals.

図4に示したDC−DCコンバータの各部の電圧波形及び電流波形を図5に示した。図5において(A)は基準相のレグ2のスイッチ素子Q1及びQ2のゲートにそれぞれ供給される駆動信号S1及びS2を示し、(B)は制御相のレグ3のスイッチ素子Q3及びQ4のゲートにそれぞれ供給される駆動信号S3及びS4を示している。また図5(C)は、トランスに入力される電圧(インバータの出力電圧)Vcdを示し、同図(D)は、トランスの一次コイルW1に流れる電流I1を示している。図5において、Tはインバータの出力電圧の一周期を示している。   FIG. 5 shows the voltage waveform and current waveform of each part of the DC-DC converter shown in FIG. 5A shows drive signals S1 and S2 supplied to the gates of the switching elements Q1 and Q2 of the leg 2 of the reference phase, respectively, and FIG. 5B shows the gates of the switching elements Q3 and Q4 of the leg 3 of the control phase. The drive signals S3 and S4 respectively supplied are shown in FIG. FIG. 5C shows the voltage (output voltage of the inverter) Vcd input to the transformer, and FIG. 5D shows the current I1 flowing through the primary coil W1 of the transformer. In FIG. 5, T indicates one cycle of the output voltage of the inverter.

図4に示されたDC−DCコンバータにおいて、スイッチ素子Q1ないしQ4は、それぞれのゲートに駆動信号S1ないしS4が与えられた時にオン状態になって、駆動信号S1ないしS4が与えられている期間オン状態を保持し、駆動信号S1ないしS4が除去された時にオフ状態になる。このDC−DCコンバータにおいては、図5の(A)及び(B)に示されているように、インバータINVのスイッチ素子Q1及びQ2が、導通角をほぼ180°として交互にオン状態にされ、スイッチ素子Q1及びQ2のそれぞれの対角位置にあるスイッチ素子Q4及びQ3が、スイッチ素子Q1及びQ2をオン状態にするタイミングに対して所定の位相角αだけ遅れたタイミングで、導通角をほぼ180°として交互にオン状態にされる。直流電源1が短絡されるのを防ぐため、同じレグのスイッチ素子Q1,Q2をそれぞれオン状態にする期間の間、及びスイッチ素子Q3,Q4をそれぞれオン状態にする期間の間には適当なデッドタイムが設けられる。   In the DC-DC converter shown in FIG. 4, the switch elements Q1 to Q4 are turned on when the drive signals S1 to S4 are applied to the respective gates, and the drive signals S1 to S4 are applied. The on state is maintained, and the off state is obtained when the drive signals S1 to S4 are removed. In this DC-DC converter, as shown in FIGS. 5A and 5B, the switch elements Q1 and Q2 of the inverter INV are alternately turned on with a conduction angle of approximately 180 °, The switch elements Q4 and Q3 at the diagonal positions of the switch elements Q1 and Q2 have a conduction angle of approximately 180 at a timing delayed by a predetermined phase angle α with respect to the timing at which the switch elements Q1 and Q2 are turned on. Alternately turned on as °. In order to prevent the DC power supply 1 from being short-circuited, an appropriate dead time is applied during a period during which the switch elements Q1, Q2 of the same leg are turned on and during a period during which the switch elements Q3, Q4 are turned on. Time is provided.

上記のようにスイッチ素子Q1ないしQ4がオンオフさせられることにより、直流電源1の出力電圧Eが高周波交流電圧Vcdに変換される。この交流電圧Vcdはトランスにより変成され、整流回路Recにより整流されて直流電圧Vrに変換された後、フィルタ回路Fにより高調波成分が除去されて直流出力電圧Eoとして負荷Roに印加される。   As described above, the switch elements Q1 to Q4 are turned on and off, whereby the output voltage E of the DC power supply 1 is converted into the high-frequency AC voltage Vcd. This AC voltage Vcd is transformed by a transformer, rectified by a rectifier circuit Rec and converted into a DC voltage Vr, a harmonic component is removed by a filter circuit F, and the DC output voltage Eo is applied to a load Ro.

図4に示されたDC−DCコンバータにおいて、駆動信号S1及びS4が与えられて、基準相のレグの上アームのスイッチ素子Q1と、制御相のレグの下アームのスイッチ素子Q4とがオン状態にあるときには、直流電源1からスイッチ素子Q1と直列リアクトルL1とトランスの一次コイルW1とスイッチ素子Q4とを通して図示の矢印方向の電流I1が流れる。このときトランスの二次コイルには、ダイオードD5に電流を流す向きの電圧が誘起し、二次コイルW2の半部W21からダイオードD5とチョークコイルLoと負荷Roとを通して負荷電流Id5が流れる。トランスTsfの一次コイルを通して流れる電流I1は、負荷電流Id5によりトランスTsfの一次側に誘起する電流にトランスTsfの励磁電流が重畳された電流である。   In the DC-DC converter shown in FIG. 4, the drive signals S1 and S4 are supplied, and the switch element Q1 of the upper arm of the reference phase leg and the switch element Q4 of the lower arm of the control phase leg are in the ON state. , Current I1 in the direction of the arrow flows from DC power source 1 through switch element Q1, series reactor L1, transformer primary coil W1, and switch element Q4. At this time, a voltage in a direction in which current flows through the diode D5 is induced in the secondary coil of the transformer, and a load current Id5 flows from the half W21 of the secondary coil W2 through the diode D5, the choke coil Lo, and the load Ro. The current I1 flowing through the primary coil of the transformer Tsf is a current obtained by superimposing the exciting current of the transformer Tsf on the current induced on the primary side of the transformer Tsf by the load current Id5.

この状態で、基準相のレグの上アームのスイッチ素子Q1をオフ状態にするために駆動信号S1がゼロにされる。このときスイッチ素子Q1に並列接続されているスナバキャパシタC1が、直流電源1の出力電圧Eと、直列リアクトルL1及びトランスの励磁インダクタンスに蓄積されたエネルギとにより、直流電源1→キャパシタC1→直列リアクトルL1→一次コイルW1→スイッチ素子Q4→直流電源1の経路で充電され、回路のインダクタンスに蓄積されている電磁エネルギがスナバキャパシタC1に吸収される。このとき流れるキャパシタC1の充電電流は、トランスTsfの二次コイルに流れる負荷電流によりトランスTsfの一次側に誘起する電流にトランスTsfの励磁電流が重畳された電流I1である。   In this state, the drive signal S1 is set to zero to turn off the switching element Q1 of the upper arm of the reference phase leg. At this time, the snubber capacitor C1 connected in parallel to the switch element Q1 is connected to the DC power supply 1 → the capacitor C1 → the series reactor by the output voltage E of the DC power supply 1 and the energy accumulated in the series reactor L1 and the exciting inductance of the transformer. The electromagnetic energy stored in the circuit inductance is absorbed by the snubber capacitor C1 by charging through the path of L1 → primary coil W1 → switching element Q4 → DC power supply 1. The charging current of the capacitor C1 flowing at this time is a current I1 in which the exciting current of the transformer Tsf is superimposed on the current induced on the primary side of the transformer Tsf by the load current flowing in the secondary coil of the transformer Tsf.

ターンオフさせる基準相のレグの上アームのスイッチ素子Q1の両端のスナバキャパシタC1は、スイッチ素子Q1のターンオフの進行に伴って徐々に充電されていくため、その両端の電圧Vc1はほぼ直線的に上昇していく。これによりスイッチ素子Q1をターンオフさせる際にその両端の電圧の上昇が緩和され、スイッチ素子Q1のゼロ電圧スイッチング(ZVS:Zero Voltage Switching)が達成される。   The snubber capacitor C1 at both ends of the switch element Q1 on the upper arm of the reference phase leg to be turned off is gradually charged as the switch element Q1 is turned off, so that the voltage Vc1 at both ends thereof rises almost linearly. I will do it. As a result, when the switch element Q1 is turned off, an increase in voltage at both ends thereof is alleviated, and zero voltage switching (ZVS) of the switch element Q1 is achieved.

上記のように、オフ状態にされる基準相のレグの上アームのスイッチ素子Q1の両端に接続されたスナバキャパシタC1が充電されることにより、スイッチ素子Q1に並列接続されているダイオードD1が逆バイアスされて、該ダイオードD1を通して電流が流れないようにされる。   As described above, when the snubber capacitor C1 connected to both ends of the switch element Q1 of the upper arm of the reference phase leg to be turned off is charged, the diode D1 connected in parallel to the switch element Q1 is reversed. Biased so that no current flows through the diode D1.

またスナバキャパシタC1が充電される際に、基準相のレグ2の下アームのスイッチ素子(次にターンオンさせるスイッチ素子)Q2の両端に接続されたスナバキャパシタC2に蓄積されている電荷が、キャパシタC2→直列リアクトルL1→トランスの一次コイルW1→制御相のレグの下アームのスイッチ素Q4→キャパシタC2の経路で放電する。これにより、次にターンオンさせる基準相のレグの下アームのスイッチ素子Q2に並列接続されたスナバキャパシタC2の両端の電圧Vc2が直線的に低下していく。このスナバキャパシタC2の放電が完了したときに、スイッチ素子Q2に逆並列接続された帰還ダイオードD2の逆バイアスが解除されるため、直列リアクトルL1とトランスの励磁インダクタンスとに蓄積されたエネルギにより、一次コイルW1→スイッチ素子Q4→ダイオードD2→直列リアクトルL1→一次コイルW1の経路でダイオードD2に順方向電流Id2が流れるようになる。この順方向電流Id2は、トランスTsfの二次コイルを通して流れている負荷電流によりトランスの一次コイルに誘起する電流にトランスTsfの励磁電流が重畳された電流(トランスの一次電流I1)である。このようにダイオードD2に順方向電流が流れることにより、次にターンオンさせる基準相のレグ2の下アームのスイッチ素子Q2の両端の電圧がほぼゼロにされ、駆動信号S2が与えられたスイッチ素子Q2は、電流がほぼゼロの状態でターンオンする。これによりスイッチ素子Q2のゼロ電圧スイッチング(ZVS)及びゼロ電流スイッチング(ZCS:Zero Current Switching)が達成される。   Further, when the snubber capacitor C1 is charged, the electric charge accumulated in the snubber capacitor C2 connected to both ends of the lower-arm switch element (switch element to be turned on next) Q2 of the leg 2 of the reference phase is transferred to the capacitor C2. → Series reactor L1 → Primary coil W1 of transformer → Switch element Q4 on lower arm of control phase → Discharge through the path of capacitor C2. As a result, the voltage Vc2 across the snubber capacitor C2 connected in parallel to the switch element Q2 of the lower arm of the reference phase leg to be turned on next decreases linearly. When the discharge of the snubber capacitor C2 is completed, the reverse bias of the feedback diode D2 connected in reverse parallel to the switch element Q2 is released, so that the primary energy is stored in the series reactor L1 and the magnetizing inductance of the transformer. The forward current Id2 flows through the diode D2 through the path of the coil W1, the switching element Q4, the diode D2, the series reactor L1, and the primary coil W1. This forward current Id2 is a current (transformer primary current I1) in which the exciting current of the transformer Tsf is superimposed on the current induced in the primary coil of the transformer by the load current flowing through the secondary coil of the transformer Tsf. As a result of the forward current flowing through the diode D2, the voltage across the switch element Q2 of the lower arm of the reference phase leg 2 to be turned on next is almost zero, and the switch element Q2 to which the drive signal S2 is applied is supplied. Turns on with almost zero current. Thereby, zero voltage switching (ZVS) and zero current switching (ZCS) of the switching element Q2 are achieved.

駆動信号S1がゼロにされて、直列リアクトルL1とトランスの励磁インダクタンスとに蓄積されたエネルギによりダイオードD2に順方向電流Id2が流れる期間、及び基準相のレグ2の下アームのスイッチ素子Q2と制御相のレグ3の下アームのスイッチ素子Q4とが同時にオン状態にある期間においては、一次コイルW1→スイッチ素子Q4→ダイオードD2→直列リアクトルL1→一次コイルW1の経路で、図示の矢印方向の循環電流I1が流れる。この循環電流が流れる期間トランスTsfの二次側では、二次コイルW21→ダイオードD5→インダクタLo→負荷Ro→二次コイルW21の閉回路を電流が還流する。循環電流I1は、トランスの二次側を流れる還流電流によりトランスの一次コイルに誘起する電流にトランスの励磁電流が重畳された電流である。図5においては、電流I1の循環電流として流れる部分に斜線を施してある。   The period in which the forward current Id2 flows through the diode D2 by the energy accumulated in the series reactor L1 and the exciting inductance of the transformer when the drive signal S1 is set to zero, and the switching element Q2 of the lower arm of the reference phase leg 2 and control In the period in which the switching element Q4 of the lower arm of the phase leg 3 is in the ON state at the same time, the circulation in the direction indicated by the arrow in the path of the primary coil W1, the switching element Q4, the diode D2, the series reactor L1, and the primary coil W1. Current I1 flows. On the secondary side of the transformer Tsf during which this circulating current flows, the current flows back through the closed circuit of the secondary coil W21 → the diode D5 → the inductor Lo → the load Ro → the secondary coil W21. The circulating current I1 is a current in which the exciting current of the transformer is superimposed on the current induced in the primary coil of the transformer by the return current flowing on the secondary side of the transformer. In FIG. 5, the part which flows as the circulating current of the current I1 is hatched.

基準相のレグの下アームのスイッチ素子Q2と制御相のレグの下アームのスイッチ素子Q4とがオン状態にあるときに、制御相のレグの下アームのスイッチ素子Q4をターンオフさせるために駆動信号S4がゼロにされる。このとき、スイッチ素子Q1及びQ3がオフ状態になっていて、制御相のレグの下アームのスナバキャパシタC4は、直列リアクトルL1とトランスの励磁インダクタンスとに蓄積されている電磁エネルギにより、直列リアクトルL1→トランスの一次コイルW1→キャパシタC4→ダイオードD2→直列リアクトルL1の経路で充電される。このときキャパシタC4に流れる充電電流は、トランスTsfの二次側を流れる負荷電流によりトランスの一次コイルに誘起する電流にトランスの励磁電流が重畳された電流I1である。これにより、キャパシタC4の両端の電圧Vc4がほぼ直線的に上昇していき、スイッチ素子Q4の両端の電圧がほぼ直線的に上昇していくため、スイッチ素子Q4がターンオフする際にその両端の電圧の上昇が緩和される。これにより、スイッチ素子Q4のZVSが達成される。   When the switch element Q2 of the lower arm of the reference phase leg and the switch element Q4 of the lower arm of the control phase leg are in the ON state, the drive signal is used to turn off the switch element Q4 of the lower arm of the control phase leg. S4 is set to zero. At this time, the switch elements Q1 and Q3 are in the OFF state, and the snubber capacitor C4 of the lower arm of the control phase leg is connected to the series reactor L1 by the electromagnetic energy accumulated in the series reactor L1 and the exciting inductance of the transformer. → Transformer primary coil W1 → Capacitor C4 → Diode D2 → Charge through a series reactor L1. At this time, the charging current flowing through the capacitor C4 is a current I1 in which the exciting current of the transformer is superimposed on the current induced in the primary coil of the transformer by the load current flowing through the secondary side of the transformer Tsf. As a result, the voltage Vc4 across the capacitor C4 rises almost linearly and the voltage across the switch element Q4 rises almost linearly. Therefore, when the switch element Q4 turns off, Rise is moderated. Thereby, ZVS of the switch element Q4 is achieved.

またスイッチ素子Q4がターンオフする過程で、制御相の上アームのスイッチ素子Q3の両端のスナバキャパシタC3が、キャパシタC3→直流電源1の静電容量→逆バイアスが解除されている基準相のレグのダイオードD2→直列リアクトルL1→トランスの一次コイルW1→キャパシタC3の経路で放電するため、キャパシタC3の両端の電圧Vc3がほぼ直線的に低下していく。このキャパシタC3の放電が完了したときにダイオードD3の逆バイアスが解除されるため、直列リアクトルL1とトランスTsfの励磁インダクタンスとに蓄積されている電磁エネルギにより、トランスの一次コイルW1→ダイオードD3→直流電源1の静電容量→ダイオードD2→直列リアクトルL1→トランスの一次コイルW1の経路でダイオードD3に順方向電流Id3が流れる。この順方向電流Id3は、トランスTsfの二次コイルを流れている負荷電流によりトランスの一次コイルに流れる電流にトランスの励磁電流が重畳された電流(一次電流I1)である。ダイオードD3に順方向電流Id3が流れることにより、スイッチ素子Q3の両端の電圧がほぼゼロにされる。この状態でスイッチ素子Q3に駆動信号S3を与えることにより、スイッチ素子Q3を電流がほぼゼロの状態でターンオンさせ、スイッチ素子Q3のゼロ電流スイッチング(ZCS:Zero Current Switching)を達成する。これにより基準相のレグの下アームのスイッチ素子Q2と制御相のレグの上アームのスイッチ素子Q3とを同時にオンさせた状態にする。   Further, in the process of turning off the switch element Q4, the snubber capacitor C3 at both ends of the switch element Q3 of the upper arm of the control phase is switched between the capacitor C3 → the capacitance of the DC power source 1 → the leg of the reference phase whose reverse bias is released. Since the discharge is performed in the path of the diode D2, the series reactor L1, the primary coil W1, and the capacitor C3, the voltage Vc3 across the capacitor C3 decreases almost linearly. Since the reverse bias of the diode D3 is released when the discharge of the capacitor C3 is completed, the transformer primary coil W1 → diode D3 → DC is generated by the electromagnetic energy accumulated in the series reactor L1 and the exciting inductance of the transformer Tsf. The forward current Id3 flows through the diode D3 through the path of the capacitance of the power supply 1 → the diode D2 → the series reactor L1 → the primary coil W1 of the transformer. This forward current Id3 is a current (primary current I1) in which the exciting current of the transformer is superimposed on the current flowing in the primary coil of the transformer by the load current flowing in the secondary coil of the transformer Tsf. When the forward current Id3 flows through the diode D3, the voltage across the switch element Q3 is made substantially zero. In this state, by applying the drive signal S3 to the switch element Q3, the switch element Q3 is turned on in a state where the current is substantially zero, and zero current switching (ZCS) of the switch element Q3 is achieved. Accordingly, the switch element Q2 of the lower arm of the reference phase leg and the switch element Q3 of the upper arm of the control phase leg are simultaneously turned on.

基準相のレグの下アームのスイッチ素子Q2と制御相のレグの上アームのスイッチ素子Q3とを同時にオンさせた状態では、直流電源1からスイッチ素子Q3とトランスの一次コイルW1と直列リアクトルL1とスイッチ素子Q2とを通して、図示の矢印方向と逆方向の電流I1が流れる。このときトランスの二次コイルW2には、ダイオードD6を通して電流が流れる向きの電圧が誘起し、二次コイルの半部W22からダイオードD6とチョークコイルLoとキャパシタCoとを通して負荷電流Id6が流れる。このときトランスの一次コイルを通して流れている電流I1は、負荷電流Id6によりトランスの一次コイルに誘起する電流にトランスの励磁電流が重畳された電流である。   When the switching element Q2 of the lower arm of the reference phase leg and the switching element Q3 of the upper arm of the control phase leg are simultaneously turned on, the switching element Q3, the transformer primary coil W1, the series reactor L1, A current I1 in the direction opposite to the direction of the arrow flows through the switch element Q2. At this time, a voltage in the direction in which the current flows through the diode D6 is induced in the secondary coil W2 of the transformer, and the load current Id6 flows from the half W22 of the secondary coil through the diode D6, the choke coil Lo, and the capacitor Co. At this time, the current I1 flowing through the primary coil of the transformer is a current obtained by superimposing the exciting current of the transformer on the current induced in the primary coil of the transformer by the load current Id6.

次いで基準相のレグ2の下アームのスイッチ素子Q2をターンオフさせるために駆動信号S2がゼロにされる。このとき、直流電源1→スイッチ素子Q3→トランスの一次コイルW1→直列リアクトルL1→キャパシタC2→直流電源1の経路で流れる電流I1によりキャパシタC2が充電され、スイッチ素子Q2の両端の電圧Vc2がほぼ直線的に上昇する。これにより基準相のレグの下アームのスイッチ素子Q2をターンオフさせる際にその両端の電圧の上昇が緩和され、スイッチ素子Q2のZVSが達成される。   Next, the drive signal S2 is set to zero in order to turn off the switching element Q2 of the lower arm of the leg 2 of the reference phase. At this time, the capacitor C2 is charged by the current I1 flowing through the path of the DC power source 1 → the switch element Q3 → the primary coil W1 of the transformer → the series reactor L1 → the capacitor C2 → the DC power source 1, and the voltage Vc2 across the switch element Q2 is almost equal. Ascend linearly. As a result, when the switch element Q2 of the lower arm of the reference phase leg is turned off, an increase in voltage at both ends thereof is mitigated, and ZVS of the switch element Q2 is achieved.

またスイッチ素子Q2をターンオフする過程で、基準相のレグの上アームのスイッチ素子Q1の両端のスナバキャパシタC1が、キャパシタC1→スイッチ素子Q3→トランスの一次コイルW1→直列リアクトルL1→キャパシタC1の経路で放電し、この放電が完了したときにダイオードD1の逆バイアスが解除される。これにより、直列リアクトルL1及びトランスTsfの励磁インダクタンスに蓄積されているエネルギにより、トランスの一次コイルW1→直列リアクトルL1→ダイオードD1→スイッチ素子Q3→トランスの一次コイルW1の経路でダイオードD1に順方向電流Id1が流れる。この順方向電流Id1は、トランスTsfの二次コイルを通して流れている負荷電流によりトランスの一次コイルに誘起する電流にトランスTsfの励磁電流が重畳された電流(トランスの一次電流I1)である。このようにダイオードD1に順方向電流が流れることにより、スイッチ素子Q1の両端の電圧がほぼゼロにされる。この状態で、駆動信号S1を発生させて基準相のレグの上アームのスイッチ素子Q1を電流がほぼゼロの状態でターンオンさせ、ZVS及びZCSを達成する。これにより基準相のレグの上アームのスイッチ素子Q1と制御相のレグの上アームのスイッチ素子Q3とを同時にオンさせた状態にする。   Further, in the process of turning off the switching element Q2, the snubber capacitor C1 at both ends of the switching element Q1 on the upper arm of the reference phase leg is routed from the capacitor C1, the switching element Q3, the transformer primary coil W1, the series reactor L1, and the capacitor C1. When the discharge is completed, the reverse bias of the diode D1 is released. As a result, the energy accumulated in the exciting inductances of the series reactor L1 and the transformer Tsf causes the transformer primary coil W1, the series reactor L1, the diode D1, the switch element Q3, and the transformer primary coil W1 to forward to the diode D1. A current Id1 flows. This forward current Id1 is a current (transformer primary current I1) in which the exciting current of the transformer Tsf is superimposed on the current induced in the primary coil of the transformer by the load current flowing through the secondary coil of the transformer Tsf. Thus, the forward current flows through the diode D1, so that the voltage across the switch element Q1 is substantially zero. In this state, the drive signal S1 is generated to turn on the switching element Q1 of the upper arm of the reference phase leg in a state where the current is almost zero, thereby achieving ZVS and ZCS. As a result, the switch element Q1 of the upper arm of the reference phase leg and the switch element Q3 of the upper arm of the control phase leg are simultaneously turned on.

直列リアクトルL1及びトランスの励磁インダクタンスに蓄積されているエネルギにより、ダイオードD1を通して順方向電流が流れる期間及びスイッチ素子Q1とQ3とが同時にオン状態になる期間においては、一次コイルW1→直列リアクトルL1→ダイオードD1→スイッチ素子Q3→一次コイルW1の経路で、図示の矢印方向と逆方向の循環電流I1が流れる。この循環電流が流れる期間トランスTsfの二次側では、二次コイルW22→ダイオードD6→インダクタLo→負荷Ro→二次コイルW22の閉回路を電流が還流する。循環電流I1には、この還流電流によりトランスの一次コイルに誘起する一次電流が重畳されている。   The primary coil W1 → the series reactor L1 → in the period when the forward current flows through the diode D1 and the switch elements Q1 and Q3 are simultaneously turned on by the energy stored in the series reactor L1 and the magnetizing inductance of the transformer. A circulating current I1 in the direction opposite to the direction of the arrow flows through the path of the diode D1, the switching element Q3, and the primary coil W1. On the secondary side of the transformer Tsf during which the circulating current flows, the current flows back through a closed circuit of the secondary coil W22 → the diode D6 → the inductor Lo → the load Ro → the secondary coil W22. A primary current that is induced in the primary coil of the transformer by the return current is superimposed on the circulating current I1.

基準相のレグの上アームのスイッチ素子Q1をオン状態にした後、所定のタイミングで制御相のレグの上アームのスイッチ素子Q3の駆動信号S3をゼロにする。このときトランスTsfの一次コイルW1の励磁インダクタンスと直列リアクトルL1とに蓄積されているエネルギとにより、トランスの一次コイルW1→直列リアクトルL1→ダイオードD1→キャパシタC3の経路で、キャパシタC3が充電される。これによりキャパシタC3の両端の電圧Vc3がほぼ直線的に上昇し、スイッチ素子Q3がターンオフする際にその両端の電圧の上昇が緩和される。これによりスイッチ素子Q3のZVSが達成される。   After the switching element Q1 of the upper arm of the reference phase leg is turned on, the drive signal S3 of the switching element Q3 of the upper arm of the control phase leg is set to zero at a predetermined timing. At this time, the capacitor C3 is charged through the path of the transformer primary coil W1, the series reactor L1, the diode D1, and the capacitor C3 by the excitation inductance of the primary coil W1 of the transformer Tsf and the energy stored in the series reactor L1. . As a result, the voltage Vc3 across the capacitor C3 rises almost linearly, and when the switch element Q3 is turned off, the rise in voltage across the capacitor C3 is alleviated. Thereby, ZVS of the switching element Q3 is achieved.

また、スイッチ素子Q3をターンオフさせる過程で、制御相のレグ3の下アームのスイッチ素子Q4の両端に接続されたキャパシタC4が、キャパシタC4→一次コイルW1→直列リアクトルL1→ダイオードD1→直流電源1の静電容量→キャパシタC4の経路で放電する。この放電が完了したときにダイオードD4の逆バイアスが解除されるため、一次コイルW1→直列リアクトルL1→ダイオードD1→直流電源1の静電容量→ダイオードD4→一次コイルW1の経路でダイオードD4に順方向電流Id4が流れる。この順方向電流Id4は、トランスTsfの二次コイルを流れている負荷電流によりトランスの一次コイルに誘起する電流に励磁電流が重畳された電流である。ダイオードD4に順方向電流Id4が流れることにより、スイッチ素子Q4の両端の電圧がほぼゼロにされる。この状態で駆動信号S4を発生させることにより、制御相のレグの下アームのスイッチ素子Q4を電流がほぼゼロの状態でターンオンさせ、ZVS及びZCSを達成する。   In the process of turning off the switch element Q3, the capacitor C4 connected to both ends of the switch element Q4 of the lower arm of the control phase leg 3 is connected to the capacitor C4 → the primary coil W1 → the series reactor L1 → the diode D1 → the DC power supply 1 The capacitor is discharged along the path of the capacitor C4. When this discharge is completed, the reverse bias of the diode D4 is released. Therefore, the primary coil W1 → the series reactor L1 → the diode D1 → the capacitance of the DC power supply 1 → the diode D4 → the primary coil W1 in the order of the diode D4. A direction current Id4 flows. The forward current Id4 is a current in which an excitation current is superimposed on a current induced in the primary coil of the transformer by a load current flowing through the secondary coil of the transformer Tsf. When the forward current Id4 flows through the diode D4, the voltage across the switch element Q4 is made substantially zero. By generating the drive signal S4 in this state, the switch element Q4 of the lower arm of the control phase leg is turned on in a state where the current is almost zero, and ZVS and ZCS are achieved.

インバータINVは、上記の動作を繰り返すことにより、直流電源1の出力電圧Eを交流電圧Vcdに変換する。この交流電圧をトランスTsfにより変成された交流電圧に変換し、この交流電圧を整流回路Recにより両波整流して直流電圧Vrに変換した後、フィルタ回路Fにより直流電圧Vrから高調波成分を除去し、フィルタ回路Fから負荷Roに高調波成分が除去された直流電圧Eoを印加する。負荷に与える直流電圧の大きさは、基準相のレグのスイッチ素子をオン状態にするタイミングと、対角位置にある制御相のレグのスイッチ素子をオン状態にするタイミングとの間の位相角αを0°ないしほぼ180°の範囲で変化させることにより制御される。   The inverter INV converts the output voltage E of the DC power source 1 into the AC voltage Vcd by repeating the above operation. This AC voltage is converted into an AC voltage transformed by the transformer Tsf, and this AC voltage is converted into a DC voltage Vr by performing both-wave rectification by the rectifier circuit Rec, and then a harmonic component is removed from the DC voltage Vr by the filter circuit F. Then, the DC voltage Eo from which the harmonic component is removed is applied from the filter circuit F to the load Ro. The magnitude of the DC voltage applied to the load is determined by the phase angle α between the timing when the switching element of the reference phase leg is turned on and the timing when the switching element of the control phase leg in the diagonal position is turned on. Is controlled in the range of 0 ° to approximately 180 °.

上記のように、図4に示されたDC−DCコンバータにおいては、図5に斜線で示した期間、基準相のレグ2と制御相のレグ3との間を大きな循環電流が流れるため、スイッチ素子で生じる導通損失が大きくなり、変換効率が低下するのを避けられない。この問題を解決するため、特許文献1に示されたDC−DCコンバータが提案された、特許文献1に示されたDC−DCコンバータにおいては、図6に示されているように、整流回路Recの後段のフィルタ回路Fに設けるインダクタとして、途中からタップtoが引き出されたタップ付きインダクタLotが用いられている。このDC−DCコンバータにおいては、タップ付きインダクタLotの一端及び整流回路Recのマイナス側出力端子fからそれぞれプラス側コンバータ出力端子g及びマイナス側コンバータ出力端子hが引き出され、タップ付きインダクタLotの他端とマイナス側コンバータ出力端子hとの間にアノードをマイナス側コンバータ出力端子h側に向けてフライホイールダイオードD7が接続されている。またタップ付きインダクタLotのタップtoは整流回路Recのプラス側出力端子eに接続されている。   As described above, in the DC-DC converter shown in FIG. 4, a large circulating current flows between the reference phase leg 2 and the control phase leg 3 during the period indicated by the oblique lines in FIG. It is inevitable that the conduction loss generated in the element increases and the conversion efficiency decreases. In order to solve this problem, the DC-DC converter shown in Patent Document 1 has been proposed. In the DC-DC converter shown in Patent Document 1, the rectifier circuit Rec is used as shown in FIG. As an inductor provided in the subsequent filter circuit F, a tapped inductor Lot in which a tap to is drawn out in the middle is used. In this DC-DC converter, a positive-side converter output terminal g and a negative-side converter output terminal h are drawn from one end of the tapped inductor Lot and a negative-side output terminal f of the rectifier circuit Rec, respectively, and the other end of the tapped inductor Lot. The flywheel diode D7 is connected between the negative converter output terminal h and the anode facing the negative converter output terminal h. The tap to of the tapped inductor Lot is connected to the positive output terminal e of the rectifier circuit Rec.

図6に示されたDC−DCコンバータの各部の電圧及び電流波形を図7に示した。図7において(A)ないし(D)はそれぞれスイッチ素子Q1ないしQ4に与えられる駆動信号S1ないしS4を示し、(E)はインバータの出力電圧Vcdを実線で、出力電流I1を破線で示している。また(F)ないし(I)はそれぞれスイッチ素子Q1ないしQ4の両端の電圧Vq1ないしVq4を実線で示し、スイッチ素子Q1ないしQ4を流れる電流Iq1ないしいq4及び帰還ダイオードD1ないしD4を流れる電流Id1ないしId4を破線で示している。更に(J)は整流回路Recの出力電圧Vrを示し、(K)は整流回路RecのダイオードD5を流れる電流Id5を実線で、ダイオードD6を流れる電流Id6を破線で示している。また(L)はダイオードD7の両端の電圧Vd7を実線で示し、ダイオードD7を流れる電流Id7を破線で示している。   FIG. 7 shows voltage and current waveforms at various parts of the DC-DC converter shown in FIG. 7A to 7D show drive signals S1 to S4 applied to the switch elements Q1 to Q4, respectively, and FIG. 7E shows the output voltage Vcd of the inverter by a solid line and the output current I1 by a broken line. . Further, (F) to (I) indicate the voltages Vq1 to Vq4 across the switching elements Q1 to Q4 by solid lines, respectively, the currents Iq1 to q4 flowing through the switching elements Q1 to Q4 and the currents Id1 to Q4 flowing through the feedback diodes D1 to D4 Id4 is indicated by a broken line. Further, (J) shows the output voltage Vr of the rectifier circuit Rec, and (K) shows the current Id5 flowing through the diode D5 of the rectifier circuit Rec by a solid line and the current Id6 flowing through the diode D6 by a broken line. (L) indicates the voltage Vd7 across the diode D7 by a solid line, and the current Id7 flowing through the diode D7 by a broken line.

図6に示されたDC−DCコンバータにおいて、図7(A)に示すように、時刻t1で駆動信号S1がゼロになると、キャパシタC1の充電が開始されるため、図7(F)に示されているように、スイッチ素子Q1を通して流れていた電流Iq1がゼロになる。キャパシタC1の充電の進行に伴って、スイッチ素子Q1の両端の電圧Vq1がゆっくりと上昇していく。これによりスイッチ素子Q1のZVSが達成される。時刻t1でキャパシタC1の充電が開始されると、キャパシタC2が直列リアクトルL1とトランスの一次コイルW1とスイッチ素子S4とを通して放電するため、スイッチ素子Q2の両端の電圧Vq2が低下していく。時刻t2でキャパシタC2の放電が完了すると、ダイオードD2の逆バイアスが解除されて図7(G)に示すようにダイオードD2に順方向電流Id2が流れるため、スイッチ素子Q2の両端の電圧Vq2がほぼゼロに保たれる。   In the DC-DC converter shown in FIG. 6, as shown in FIG. 7A, when the drive signal S1 becomes zero at time t1, charging of the capacitor C1 is started. As shown, the current Iq1 flowing through the switch element Q1 becomes zero. As the charging of the capacitor C1 proceeds, the voltage Vq1 across the switch element Q1 slowly increases. Thereby, the ZVS of the switch element Q1 is achieved. When charging of the capacitor C1 is started at time t1, the capacitor C2 is discharged through the series reactor L1, the primary coil W1 of the transformer, and the switch element S4, so that the voltage Vq2 across the switch element Q2 decreases. When the discharge of the capacitor C2 is completed at time t2, the reverse bias of the diode D2 is released and the forward current Id2 flows through the diode D2 as shown in FIG. 7G, so that the voltage Vq2 across the switch element Q2 is almost equal. Kept at zero.

時刻t2でキャパシタC2の放電が完了し、ダイオードD2に順方向電流Id2が流れたときに整流回路の出力電圧VrによりインダクタLotに誘起する電圧で、フィルタ回路FのダイオードD7に電流Id7が流れ始めるため、ダイオードD5を通して流れる電流Id5が減少していく。このとき電流Id5によりトランスの一次側に誘起する電流が減少していくため、図7(E)及び(I)に示すように、一次電流I1及びスイッチ素子Q4を通して流れる電流Iq4が減少していき、ダイオードD2を通して流れる順方向電流Id2も減少していく。スイッチ素子Q2の両端の電圧Vq2がほぼゼロに保たれている時刻t3で駆動信号S2が発生すると電流ゼロの状態でスイッチ素子Q2がターンオンし、ZCSが達成される。   At time t2, the discharge of the capacitor C2 is completed, and when the forward current Id2 flows through the diode D2, the current Id7 begins to flow through the diode D7 of the filter circuit F with a voltage induced in the inductor Lot by the output voltage Vr of the rectifier circuit. For this reason, the current Id5 flowing through the diode D5 decreases. At this time, since the current induced on the primary side of the transformer by the current Id5 decreases, as shown in FIGS. 7E and 7I, the primary current I1 and the current Iq4 flowing through the switch element Q4 decrease. The forward current Id2 flowing through the diode D2 also decreases. When the drive signal S2 is generated at time t3 when the voltage Vq2 across the switch element Q2 is maintained at substantially zero, the switch element Q2 is turned on in a state of zero current, and ZCS is achieved.

ダイオードD7を通して流れる電流Id7が飽和すると、トランスの二次側では、ダイオードD7→インダクタLot→キャパシタCo及び負荷Ro→ダイオードD7の閉回路を電流が還流する状態になって、トランスTsfの二次コイルに電流が流れなくなり、図7(K)に示すようにダイオードD5を通して流れる電流Id5がゼロになる。この状態では、トランスの一次電流I1はトランスTsfの励磁電流のみとなる。   When the current Id7 flowing through the diode D7 is saturated, on the secondary side of the transformer, the current flows back through the closed circuit of the diode D7 → the inductor Lot → the capacitor Co and the load Ro → the diode D7, and the secondary coil of the transformer Tsf As shown in FIG. 7K, the current Id5 flowing through the diode D5 becomes zero. In this state, the primary current I1 of the transformer is only the exciting current of the transformer Tsf.

時刻t4で駆動信号S4がゼロになるが、このときキャパシタC4は、トランスの励磁電流で充電されるだけであるため、キャパシタC4の充電はほとんど行なわれず、スイッチ素子Q4のZVSは行なわれない。駆動信号S4がゼロにされた後、所定のターンオフタイムが経過した時にスイッチ素子Q4がターンオフし、電流Iq4が遮断される。このとき回路の静電容量及びインダクタンスにより振動が生じる。次いで駆動信号S3が発生すると、スイッチ素子Q3がオン状態に遷移していき、時刻t5でスイッチ素子Q3のターンオンが完了する。   At time t4, the drive signal S4 becomes zero. At this time, the capacitor C4 is only charged with the exciting current of the transformer, so that the capacitor C4 is hardly charged and the switching element Q4 is not ZVS. After the drive signal S4 is set to zero, the switch element Q4 is turned off when the predetermined turn-off time has elapsed, and the current Iq4 is cut off. At this time, vibration occurs due to the capacitance and inductance of the circuit. Next, when the drive signal S3 is generated, the switch element Q3 transitions to the on state, and the turn-on of the switch element Q3 is completed at time t5.

時刻t6で駆動信号S2がゼロになると、キャパシタC2の充電が開始され、スイッチ素子Q2を通して流れていた電流Iq2がゼロになる。キャパシタC2の充電の進行に伴ってスイッチ素子Q2の両端の電圧Vq2がゆっくりと上昇していく。これによりスイッチ素子Q2のZVSが達成される。時刻t6でキャパシタC2の充電が開始されると、キャパシタC1の放電が開始されるため、スイッチ素子Q1の両端の電圧Vq1が低下していく。時刻t7でキャパシタC1の放電が完了すると、ダイオードD1の逆バイアスが解除されて図7(F)に示すようにダイオードD1に順方向電流Id1が流れるため、スイッチ素子Q1の両端の電圧Vq1がほぼゼロに保たれる。   When the drive signal S2 becomes zero at time t6, charging of the capacitor C2 is started, and the current Iq2 flowing through the switch element Q2 becomes zero. As charging of the capacitor C2 progresses, the voltage Vq2 across the switch element Q2 slowly increases. As a result, ZVS of the switch element Q2 is achieved. When charging of the capacitor C2 is started at time t6, discharging of the capacitor C1 is started, so that the voltage Vq1 across the switch element Q1 decreases. When the discharge of the capacitor C1 is completed at time t7, the reverse bias of the diode D1 is released and the forward current Id1 flows through the diode D1 as shown in FIG. 7F, so that the voltage Vq1 across the switch element Q1 is almost equal. Kept at zero.

時刻t7でキャパシタC1の放電が完了すると、整流回路Fの出力電圧VrによりインダクタLotに誘起する電圧によりフィルタ回路FのダイオードD7に電流Id7が流れ始め、ダイオードD6を通して流れる電流Id6が減少していく。このとき電流Id6によりトランスの一次側に誘起する電流が減少していくため、図7(E)及び(F)に示すように、一次電流I1及びダイオードD1を通して流れる順方向電流Id1が減少していく。スイッチ素子Q1の両端の電圧Vq1がほぼゼロに保たれている時刻t8で駆動信号S1が発生すると電流ゼロの状態でスイッチ素子Q1がターンオンし、ZCSが達成される。   When the discharge of the capacitor C1 is completed at time t7, the current Id7 starts to flow through the diode D7 of the filter circuit F due to the voltage induced in the inductor Lot by the output voltage Vr of the rectifier circuit F, and the current Id6 flowing through the diode D6 decreases. . At this time, the current induced on the primary side of the transformer by the current Id6 decreases, so that the forward current Id1 flowing through the primary current I1 and the diode D1 decreases as shown in FIGS. 7E and 7F. Go. When the drive signal S1 is generated at time t8 when the voltage Vq1 across the switch element Q1 is maintained at substantially zero, the switch element Q1 is turned on with zero current, and ZCS is achieved.

上記のように、図6に示したDC−DCコンバータにおいては、スイッチ素子Q1がターンオフした後、ダイオードD2が導通し、トランスTsfの二次側の回路に電流が還流する期間に、タップ付きインダクタLotの作用により、インダクタLot→負荷→ダイオードD7→インダクタLotの閉回路を通して電流Id7を流すことにより、トランスの一次側と二次側とを切り離して、トランスの二次側を流れる還流電流により、トランスの一次側に電流が流れないようにすることができるため、図7(G)に示されているように、ダイオードD2を通して流れる電流Id2を減衰させることができ、循環電流が流れる際に生じる損失を少なくすることができる。   As described above, in the DC-DC converter shown in FIG. 6, after the switch element Q1 is turned off, the diode D2 is turned on, and the tapped inductor is supplied during the period in which current flows back to the secondary side circuit of the transformer Tsf. By the action of Lot, by flowing the current Id7 through the closed circuit of the inductor Lot → load → diode D7 → inductor Lot, the primary side and the secondary side of the transformer are separated, and the return current flowing on the secondary side of the transformer Since it is possible to prevent the current from flowing to the primary side of the transformer, the current Id2 flowing through the diode D2 can be attenuated as shown in FIG. 7G, which occurs when the circulating current flows. Loss can be reduced.

同様に、スイッチ素子Q2がターンオフした後、ダイオードD1が導通した際に、インダクタLotに誘起する過渡電圧でインダクタLot→負荷→ダイオードD7→インダクタLotの閉回路を通して電流Id7を流すことにより、トランスの一次側と二次側とを切り離して、トランスの二次側を流れる還流電流によりトランスの一次側に電流が流れるのを防ぐことができるため、図7(F)に示されているようにダイオードD1を通して流れる電流Id1を減衰させることができ、循環電流が流れる際に生じる損失を少なくすることができる。   Similarly, when the diode D1 is turned on after the switch element Q2 is turned off, a current Id7 is caused to flow through the closed circuit of the inductor Lot → load → diode D7 → inductor Lot with a transient voltage induced in the inductor Lot. Since the primary side and the secondary side are separated from each other and the current flowing to the primary side of the transformer can be prevented by the return current flowing through the secondary side of the transformer, the diode as shown in FIG. The current Id1 flowing through D1 can be attenuated, and loss caused when the circulating current flows can be reduced.

特開平6−14544号公報JP-A-6-14544

図6に示されたDC−DCコンバータでは、基準相のレグ2のスイッチ素子Q1をターンオフさせる際及びスイッチ素子Q2をターンオフさせる際に、スイッチ素子Q1及びQ2を流れている電流をスナバキャパシタC1及びC2に移行させて、スイッチ素子Q1及びQ2を流れる電流をゼロにするとともに、スナバキャパシタC1及びC2の充電に伴って、スイッチ素子Q1及びQ2の両端の電圧をゆっくりと立ち上げることができるため、基準相のレグのスイッチ素子Q1及びQ2のゼロ電圧スイッチング(ZVS)を行なわせることができる。また基準相のレグのスイッチ素子Q1,Q2をターンオンする際には、直流電源の出力により十分に充電されたキャパシタC1,C2を放電させて、帰還ダイオードD1,D2に順方向電流を流すことができるため、スイッチ素子Q1,Q2の両端の電圧を低減させて、ゼロ電圧スイッチング(ZVS)及びゼロ電流スイッチング(ZCS)を行なわせることができる。従って、基準相のレグのスイッチ素子Q1及びQ2をオンオフさせる際には、スイッチング損失がほとんど発生しない。   In the DC-DC converter shown in FIG. 6, when the switch element Q1 of the leg 2 of the reference phase is turned off and when the switch element Q2 is turned off, the current flowing through the switch elements Q1 and Q2 is converted into the snubber capacitor C1 and Since the current flowing through the switch elements Q1 and Q2 is reduced to zero and the voltage across the switch elements Q1 and Q2 can be slowly raised as the snubber capacitors C1 and C2 are charged, Zero voltage switching (ZVS) of the switching elements Q1 and Q2 in the leg of the reference phase can be performed. Further, when turning on the switching elements Q1 and Q2 of the leg of the reference phase, the capacitors C1 and C2 that are sufficiently charged by the output of the DC power supply are discharged, and a forward current flows through the feedback diodes D1 and D2. Therefore, the voltage across the switching elements Q1 and Q2 can be reduced, and zero voltage switching (ZVS) and zero current switching (ZCS) can be performed. Therefore, when the switching elements Q1 and Q2 of the reference phase leg are turned on and off, almost no switching loss occurs.

これに対し、制御相のレグ3のスイッチ素子Q3,Q4をターンオフさせる際には、タップ付きインダクタLotの働きによりトランスTsfの一次側と二次側とが切り離されることにより、トランスTsfの一次コイルを流れる電流がトランスの励磁電流のみとなり、キャパシタC3,C4の充電電流がトランスTsfの励磁電流のみになるため、キャパシタC3,C4をほとんど充電することができない。そのため、スイッチ素子Q3,Q4をターンオフさせる際にそれぞれの両端の電圧を立ち上げることができず、スイッチ素子Q3,Q4のZVSを行なわせることができない。また制御相のレグのスイッチ素子Q3,Q4をターンオフする際に、トランスTsfの一次側と二次側とが切り離されていることにより、帰還ダイオードD3,D4にトランスの励磁電流しか流すことができず、帰還ダイオードD3,D4に十分に順方向電流を流すことができないため、スイッチ素子Q3,Q4をターンオンする際にZCSを行なわせることができない。   On the other hand, when the switching elements Q3 and Q4 of the leg 3 of the control phase are turned off, the primary side and the secondary side of the transformer Tsf are disconnected by the action of the tapped inductor Lot, so that the primary coil of the transformer Tsf Since the current flowing through the transformer is only the exciting current of the transformer and the charging current of the capacitors C3 and C4 is only the exciting current of the transformer Tsf, the capacitors C3 and C4 can hardly be charged. For this reason, when the switch elements Q3 and Q4 are turned off, the voltages at both ends cannot be raised, and ZVS of the switch elements Q3 and Q4 cannot be performed. Further, when the switching elements Q3 and Q4 of the control phase leg are turned off, the primary side and the secondary side of the transformer Tsf are disconnected, so that only the excitation current of the transformer can be supplied to the feedback diodes D3 and D4. Therefore, since the forward current cannot sufficiently flow through the feedback diodes D3 and D4, ZCS cannot be performed when the switch elements Q3 and Q4 are turned on.

上記のように、図6に示されたDC−DCコンバータでは、制御相のレグのスイッチ素子Q3,Q4をターンオフする際にZVSを行わせることができず、またスイッチ素子Q3,Q4をターンオンする際にZCSを行なわせることができないため、これらのスイッチ素子でスイッチング損失が生じるのを避けられない。   As described above, in the DC-DC converter shown in FIG. 6, ZVS cannot be performed when the switch elements Q3 and Q4 of the control phase leg are turned off, and the switch elements Q3 and Q4 are turned on. Since ZCS cannot be performed at this time, it is inevitable that switching loss occurs in these switch elements.

また図6に示されたDC−DCコンバータでは、実際の動作時に、回路定数や入出力条件により、制御相のレグのスイッチ素子Q3,Q4がターンオフする際にキャパシタC3,C4がオンオフを繰り返して振動電流が流れ、損失が生じる。この損失は、インバータINVが数100kHz以上の周波数で動作する場合に無視できない値になる。   In the DC-DC converter shown in FIG. 6, during actual operation, the capacitors C3 and C4 are repeatedly turned on and off when the switch elements Q3 and Q4 of the control phase leg are turned off depending on circuit constants and input / output conditions. Oscillating current flows and loss occurs. This loss becomes a value that cannot be ignored when the inverter INV operates at a frequency of several hundred kHz or more.

図6に示されたDC−DCコンバータにおいて、インバータを300kHzで動作させた場合の実動作波形の一例を図8に示した。図8において、aはスイッチ素子Q3,Q4の両端の電圧Vq3,Vq4の波形を示し、bはスイッチ素子Q3,Q4を流れる電流Iq3,Iq4の波形を示している。図示のように、図6に示されたDC−DCコンバータにおいては、制御相のレグのスイッチ素子Q3,Q4が時刻taでターンオンする際及び時刻tbでターンオフする際に僅かではあるが電流Iq3,Iq4が流れ、インバータの動作周波数が高い場合にこのスイッチング損失が無視できない値になって、変換効率を低下させる原因になる。   FIG. 8 shows an example of actual operation waveforms when the inverter is operated at 300 kHz in the DC-DC converter shown in FIG. In FIG. 8, a shows the waveforms of the voltages Vq3 and Vq4 across the switch elements Q3 and Q4, and b shows the waveforms of the currents Iq3 and Iq4 flowing through the switch elements Q3 and Q4. As shown in the figure, in the DC-DC converter shown in FIG. 6, when the switch elements Q3 and Q4 of the control phase leg are turned on at time ta and turned off at time tb, the current Iq3 is small. When Iq4 flows and the operating frequency of the inverter is high, this switching loss becomes a value that cannot be ignored, which causes a decrease in conversion efficiency.

本発明の目的は、インバータの出力を変成するトランスの二次出力を整流する整流回路の出力側に設けられるフィルタ回路にタップ付きのインダクタを設けて、基準相のレグのスイッチ素子をオンオフする際のスイッチング損失の低減を図る一次側位相シフト方式のDC−DCコンバータにおいて、制御相のレグのスイッチ素子をオンオフする際のスイッチング損失の低減を図って、効率の更なる向上を図ることにある。   An object of the present invention is to provide an inductor with a tap in a filter circuit provided on the output side of a rectifier circuit that rectifies a secondary output of a transformer that transforms an output of an inverter, and to turn on / off a switching element of a reference phase leg In the primary side phase shift type DC-DC converter which aims to reduce the switching loss, the switching loss at the time of turning on and off the switching element of the control phase leg is reduced to further improve the efficiency.

本発明は、スイッチ素子と該スイッチ素子に並列に接続されたスナバキャパシタと該スイッチ素子に逆並列接続された帰還ダイオードとにより上下の各アームが構成された基準相及び制御相のレグを並列接続して、基準相のレグと制御相のレグとの並列回路の上アーム側の端部及び下アーム側の端部をそれぞれプラス側及びマイナス側入力端子とし、基準相のレグの上下のアームの接続点及び制御相のレグの上下のアームの接続点をそれぞれ第1及び第2のインバータ出力端子として、前記入力端子間に印加された直流電圧を高周波交流電圧に変換して前記第1及び第2のインバータ出力端子から出力するフルブリッジインバータと、一次コイルに前記インバータの出力が入力されたトランスと、前記トランスの二次コイルの誘起電圧を整流する整流回路と、前記整流回路のプラス側出力端子にタップが接続されたタップ付きインダクタと、タップ付きインダクタの一端及び整流回路のマイナス側出力端子からそれぞれ引き出されたプラス側コンバータ出力端子及びマイナス側コンバータ出力端子と、タップ付きインダクタの他端とマイナス側コンバータ出力端子との間にアノードをマイナス側コンバータ出力端子側に向けて接続されたフライホイールダイオードとを備えたDC−DCコンバータを対象とする。   In the present invention, a reference phase leg and a control phase leg in which upper and lower arms are configured by a switch element, a snubber capacitor connected in parallel to the switch element, and a feedback diode connected in reverse parallel to the switch element are connected in parallel. Then, the upper arm side end and lower arm side end of the parallel circuit of the reference phase leg and the control phase leg are respectively the plus side and minus side input terminals, and the upper and lower arms of the reference phase leg are Using the connection point and the connection point of the upper and lower arms of the control phase leg as the first and second inverter output terminals, respectively, the DC voltage applied between the input terminals is converted into a high-frequency AC voltage to convert the first and second Rectifying the induced voltage of the secondary coil of the transformer, the full-bridge inverter that outputs from the inverter output terminal of 2, the transformer in which the output of the inverter is input to the primary coil Rectifier circuit, a tapped inductor with a tap connected to the plus side output terminal of the rectifier circuit, a positive side converter output terminal and a minus side drawn from one end of the tapped inductor and the minus side output terminal of the rectifier circuit, respectively. The present invention is directed to a DC-DC converter including a converter output terminal and a flywheel diode having an anode connected to the negative converter output terminal side between the other end of the tapped inductor and the negative converter output terminal. .

本発明においては、前記の目的を達成するため、インバータの入力端子間にコンデンサ分圧回路を接続し、このコンデンサ分圧回路の分圧点と第2のインバータ出力端子との間に共振リアクトルを接続した。   In the present invention, in order to achieve the above object, a capacitor voltage dividing circuit is connected between the input terminals of the inverter, and a resonant reactor is provided between the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the second inverter output terminal. Connected.

各スイッチ素子に並列接続するスナバキャパシタは、外付けのキャパシタからなっていてもよく、各スイッチ素子が有する寄生キャパシタからなっていてもよい。また外付けのキャパシタと寄生キャパシタとの双方をスナバキャパシタとして用いてもよい。   The snubber capacitor connected in parallel to each switch element may be composed of an external capacitor or a parasitic capacitor included in each switch element. Further, both an external capacitor and a parasitic capacitor may be used as the snubber capacitor.

上記のように構成すると、コンデンサ分圧回路を電圧源として、共振リアクトルを通して制御相のレグの上アーム及び下アームのスイッチ素子の両端のキャパシタを充放電させることができるため、制御相のレグの上アーム及び下アームのスイッチ素子のターンオフ時にZVS動作を行わせることができ、ターンオン時にZVS動作及びZCS動作を行わせることができる。   With the above configuration, the capacitor voltage dividing circuit can be used as a voltage source to charge and discharge the capacitors at both ends of the upper and lower switch elements of the control phase leg through the resonant reactor. A ZVS operation can be performed when the upper arm and lower arm switch elements are turned off, and a ZVS operation and a ZCS operation can be performed when the switch elements are turned on.

従って、本発明によれば、フィルタ回路に設けるタップ付きインダクタの作用により得られる循環電流低減効果に加えて、制御相のスイッチ素子のスイッチング損失を低減させる効果を得ることができ、一次側位相シフト方式のDC−DCコンバータの変換効率の向上を図ることができる。   Therefore, according to the present invention, in addition to the circulating current reduction effect obtained by the action of the tapped inductor provided in the filter circuit, the effect of reducing the switching loss of the switching element of the control phase can be obtained, and the primary side phase shift The conversion efficiency of the DC-DC converter of the system can be improved.

上記整流回路は、トランスの二次コイルの一端及び他端にそれぞれアノードが接続され、カソードが共通接続された第1及び第2の整流用ダイオードを備えて、第1及び第2の整流用ダイオードのカソードの共通接続点及びトランスの二次コイルに設けた中間タップをそれぞれプラス側出力端子及びマイナス側出力端子とした両波整流回路により構成してもよく、トランスの二次コイルの誘起電圧が交流入力端子間に印加されたダイオードブリッジ全波整流回路により構成してもよい。   The rectifier circuit includes first and second rectifier diodes having an anode connected to one end and the other end of a secondary coil of a transformer, and a cathode connected in common, the first and second rectifier diodes. May be constituted by a double-wave rectifier circuit in which the intermediate tap provided on the common connection point of the cathode and the secondary coil of the transformer are respectively the positive output terminal and the negative output terminal, and the induced voltage of the secondary coil of the transformer is You may comprise by the diode bridge full wave rectifier circuit applied between alternating current input terminals.

トランスの励磁インダクタンスが小さい場合には、トランスの一次コイルに対して直列に直列リアクトルを接続しておくのが好ましい。   When the excitation inductance of the transformer is small, it is preferable to connect a series reactor in series with the primary coil of the transformer.

本発明によれば、インバータの入力端子間にコンデンサ分圧回路を接続するとともに、このコンデンサ分圧回路の分圧点と第2のインバータ出力端子 (制御相の上アームのキャパシタと下アームのキャパシタとの接続点)との間に共振リアクトルを接続して、コンデンサ分圧回路を電圧源として、共振リアクトルを通して制御相のレグの上アーム及び下アームのスイッチ素子の両端のキャパシタを充放電させるようにしたため、制御相のレグの上アーム及び下アームのスイッチ素子のターンオフ時にZVS動作を行わせることができ、ターンオン時にZVS動作及びZCS動作を行わせることができる。従って、本発明によれば、フィルタ回路に設けるタップ付きインダクタの作用により得られる循環電流低減効果に加えて、制御相のスイッチ素子のスイッチング損失を低減させる効果を得ることができ、一次側位相シフト方式のDC−DCコンバータの変換効率の向上を図ることができる。   According to the present invention, the capacitor voltage dividing circuit is connected between the input terminals of the inverter, and the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the second inverter output terminal (the capacitor of the upper arm and the capacitor of the lower arm of the control phase) And a capacitor voltage dividing circuit as a voltage source to charge and discharge the capacitors at both ends of the upper and lower arm switching elements of the control phase through the resonant reactor. Therefore, the ZVS operation can be performed when the switch elements of the upper arm and the lower arm of the control phase leg are turned off, and the ZVS operation and the ZCS operation can be performed at the turn-on. Therefore, according to the present invention, in addition to the circulating current reduction effect obtained by the action of the tapped inductor provided in the filter circuit, the effect of reducing the switching loss of the switching element of the control phase can be obtained, and the primary side phase shift The conversion efficiency of the DC-DC converter of the system can be improved.

本発明に係わるDC−DCコンバータの一実施形態を示した回路図である。1 is a circuit diagram showing an embodiment of a DC-DC converter according to the present invention. 図1の各部の電圧、電流の波形を示した波形図である。It is a wave form diagram which showed the waveform of the voltage of each part of FIG. 1, and an electric current. 図1に示したDC−DCコンバータの制御相のスイッチ素子の両端の電圧及び通電電流のオンオフ動作時の実測波形を示した波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing measured waveforms during the on / off operation of voltages and energization currents at both ends of a control phase switch element of the DC-DC converter shown in FIG. 1. 一次側位相シフト方式のDC−DCコンバータの基本的な構成を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the fundamental structure of the DC-DC converter of a primary side phase shift system. 図4の各部の電圧、電流波形を示した波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing voltage and current waveforms at various parts in FIG. 4. 特許文献1に示された一次側位相シフト方式のDC−DCコンバータの構成を示した回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a primary-side phase shift DC-DC converter disclosed in Patent Document 1. 図6の各部の電圧、電流の波形を示した波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing waveforms of voltages and currents at various parts in FIG. 6. 図6に示したDC−DCコンバータの制御相のスイッチ素子の両端の電圧及び通電電流のオンオフ動作時の実測波形を示した波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing measured waveforms at the time of on / off operation of voltages and energization currents of switch elements in the control phase of the DC-DC converter shown in FIG. 6.

図1ないし図3を参照して、本発明に係わるDC−DCコンバータの一実施形態について説明する。図1において、図6に示したDC−DCコンバータの各部と同等の部分にはそれぞれ図4及び図6に示された符号と同一の符号を付してある。   With reference to FIG. 1 thru | or FIG. 3, one Embodiment of the DC-DC converter concerning this invention is described. In FIG. 1, parts that are the same as the parts of the DC-DC converter shown in FIG. 6 are given the same reference numerals as those shown in FIGS.

図1に示されたDC−DCコンバータは、図6に示されたDC−DCコンバータと同様に、フルブリッジインバータINVと、インバータINVの出力が入力されたトランスTsfと、トランスTsfの高周波交流出力を整流して直流出力に変換する整流回路Recと、整流回路Recの出力電圧から高調波成分を除去するフィルタ回路Fとにより構成され、フィルタ回路Fの出力端子間に負荷Roが接続される。   As in the DC-DC converter shown in FIG. 6, the DC-DC converter shown in FIG. 1 is a full-bridge inverter INV, a transformer Tsf to which the output of the inverter INV is input, and a high-frequency AC output of the transformer Tsf. , And a filter circuit F that removes harmonic components from the output voltage of the rectifier circuit Rec. A load Ro is connected between the output terminals of the filter circuit F.

インバータINVは、スイッチ素子Q1と該スイッチ素子に並列に接続されたスナバキャパシタC1とスイッチ素子Q1に逆並列接続された帰還ダイオードD1とからなる上側アームと、スイッチ素子Q2と該スイッチ素子に並列に接続されたスナバキャパシタC2とスイッチ素子Q2に逆並列接続された帰還ダイオードD2とからなる下側アームとを直列に接続して構成した基準相のレグ2と、スイッチ素子Q3とスイッチ素子Q3に並列に接続されたスナバキャパシタC3とスイッチ素子Q3に逆並列接続された帰還ダイオードD3とからなる上側アームと、スイッチ素子Q4とスイッチ素子Q4に並列に接続されたスナバキャパシタC4とスイッチ素子Q4に逆並列接続された帰還ダイオードD4とからなる下側アームとを直列に接続して構成した制御相のレグ3とを並列に接続した回路からなっている。各スイッチ素子としては、駆動信号が与えられた時にオン状態に遷移して駆動信号が与えられている間オン状態を保持し、駆動信号が除去されたときにオフ状態に遷移する半導体スイッチ素子を用いる。各スイッチ素子としては、MOSFETやIGBTのように、スイッチ損失が小さいものを用いることが好ましい。   The inverter INV includes an upper arm including a switch element Q1, a snubber capacitor C1 connected in parallel to the switch element, and a feedback diode D1 connected in reverse parallel to the switch element Q1, a switch element Q2 and the switch element in parallel. A leg 2 of the reference phase configured by connecting in series a lower arm composed of a connected snubber capacitor C2 and a feedback diode D2 connected in reverse parallel to the switch element Q2, and in parallel to the switch element Q3 and the switch element Q3 Is connected in parallel to the snubber capacitor C3 and the switch element Q4 connected in parallel to the switch element Q4 and the switch element Q4. Connected in series with lower arm consisting of connected feedback diode D4 Consists circuits and leg 3 of the control phase constituted connected in parallel Te. Each switch element is a semiconductor switch element that transitions to an on state when a drive signal is applied, maintains an on state while the drive signal is applied, and transitions to an off state when the drive signal is removed. Use. As each switch element, it is preferable to use an element having a small switch loss, such as a MOSFET or an IGBT.

図示のインバータINVにおいては、基準相のレグ2と制御相のレグ3との並列回路の上アーム側の端部及び下アーム側の端部がそれぞれプラス側入力端子a及びマイナス側入力端子bとなっており、これらの入力端子間に直流電源1の出力電圧Eが印加されている。また基準相のレグ2の上側アームと下側アームとの接続点及び制御相のレグ3の上側アームと下側アームとの接続点がそれぞれ第1及び第2のインバータ出力端子c及びdとなっていて、これらのインバータ出力端子間に得られる電圧Vcdが直列リアクトルL1を通してトランスの一次コイルW1に印加されている。   In the illustrated inverter INV, the upper arm end and the lower arm end of the parallel circuit of the reference phase leg 2 and the control phase leg 3 are respectively connected to the positive input terminal a and the negative input terminal b. The output voltage E of the DC power source 1 is applied between these input terminals. The connection points between the upper arm and the lower arm of the leg 2 of the reference phase and the connection points of the upper arm and the lower arm of the leg 3 of the control phase are respectively the first and second inverter output terminals c and d. The voltage Vcd obtained between these inverter output terminals is applied to the primary coil W1 of the transformer through the series reactor L1.

トランスTsfは一次コイルW1と二次コイルW2とを有し、二次コイルW2からセンタタップtcが引出されている。整流回路Recは、トランスの二次コイルW2の一端にアノードが接続されたダイオードD5と、二次コイルW2の他端にアノードが接続され、カソードがダイオードD5のカソードに共通接続されたダイオードD6とからなり、ダイオードD5及びD6のカソードの共通接続点及びトランスの二次コイルのセンタタップtcがそれぞれ整流回路Recのプラス側出力端子e及びマイナス側出力端子fとなっている。   The transformer Tsf has a primary coil W1 and a secondary coil W2, and a center tap tc is drawn from the secondary coil W2. The rectifier circuit Rec includes a diode D5 having an anode connected to one end of a secondary coil W2 of the transformer, a diode D6 having an anode connected to the other end of the secondary coil W2, and a cathode commonly connected to the cathode of the diode D5. The common connection point of the cathodes of the diodes D5 and D6 and the center tap tc of the secondary coil of the transformer serve as the positive output terminal e and the negative output terminal f of the rectifier circuit Rec, respectively.

フィルタ回路Fは、整流回路Recのプラス側出力端子eにタップtoが接続されたタップ付きインダクタLotと、タップ付きインダクタLotの一端及び整流回路Recのマイナス側出力端子fからそれぞれ引き出されたプラス側コンバータ出力端子g及びマイナス側コンバータ出力端子hと、タップ付きインダクタLotの他端とマイナス側コンバータ出力端子hとの間にアノードをマイナス側コンバータ出力端子h側に向けて接続されたフライホイールダイオードD7とを備えている。   The filter circuit F includes a tapped inductor Lot whose tap to is connected to the plus side output terminal e of the rectifier circuit Rec, one end of the tapped inductor Lot, and the plus side drawn from the minus side output terminal f of the rectifier circuit Rec. A flywheel diode D7 having an anode connected to the negative converter output terminal h side between the converter output terminal g and the negative converter output terminal h and the other end of the tapped inductor Lot and the negative converter output terminal h. And.

以上の構成は、図6に示されたDC−DCコンバータの構成と同一である。本実施形態においては、インバータINVの入力端子a,b間に、コンデンサC5とC6との直列回路からなるコンデンサ分圧回路CDが接続され、このコンデンサ分圧回路CDの分圧点と第2のインバータ出力端子dとの間に共振リアクトルL2が接続されている。   The above configuration is the same as that of the DC-DC converter shown in FIG. In the present embodiment, a capacitor voltage dividing circuit CD comprising a series circuit of capacitors C5 and C6 is connected between the input terminals a and b of the inverter INV, and the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit CD is connected to the second voltage dividing point CD. A resonant reactor L2 is connected to the inverter output terminal d.

図1のDC−DCコンバータの各部の電圧、電流波形を図2に示した。図2において、(A)ないし(D)はそれぞれスイッチ素子Q1ないしQ4に与えられる駆動信号S1ないしS4を示している。図2(E)は、インバータの出力電圧Vcdを実線で示し、出力電流I1を破線で示している。また図2(F)ないし(I)はそれぞれスイッチ素子Q1ないしQ4の両端の電圧Vq1ないしVq4を実線で示し、スイッチ素子Q1ないしQ4を流れる電流Iq1ないしいq4及び帰還ダイオードD1ないしD4を流れる電流Id1ないしId4を破線で示している。図2(J)は共振リアクトルL2を流れる電流IL2を示し、図2(K)は、整流回路Recの出力電圧Vrを示し、(L)は整流回路RecのダイオードD5を流れる電流Id5を実線で、ダイオードD6を流れる電流Id6を破線で示している。また(M)はダイオードD7の両端の電圧Vd7を実線で示し、ダイオードD7を流れる電流Id7を破線で示している。   FIG. 2 shows voltage and current waveforms at various parts of the DC-DC converter of FIG. In FIG. 2, (A) through (D) show drive signals S1 through S4 applied to the switch elements Q1 through Q4, respectively. In FIG. 2E, the output voltage Vcd of the inverter is indicated by a solid line, and the output current I1 is indicated by a broken line. 2 (F) to (I) show the voltages Vq1 to Vq4 across the switching elements Q1 to Q4 by solid lines, respectively, the current Iq1 flowing through the switching elements Q1 to Q4 and the current flowing through the feedback diodes D1 to D4. Id1 to Id4 are indicated by broken lines. 2 (J) shows the current IL2 flowing through the resonant reactor L2, FIG. 2 (K) shows the output voltage Vr of the rectifier circuit Rec, and (L) shows the current Id5 flowing through the diode D5 of the rectifier circuit Rec as a solid line. The current Id6 flowing through the diode D6 is indicated by a broken line. Further, (M) indicates the voltage Vd7 across the diode D7 by a solid line, and the current Id7 flowing through the diode D7 by a broken line.

図1に示されたDC−DCコンバータにおいて、コンデンサC5及びC6の静電容量が十分に大きく、かつそれぞれの静電容量が等しい場合、C5及びC6はそれぞれE/2の電圧を発生する電圧源と考えることができ、制御相のスイッチ素子Q3,Q4のオンオフにより共振リアクトルL2に一定の傾きの電流が流れる。   In the DC-DC converter shown in FIG. 1, when the capacitances of the capacitors C5 and C6 are sufficiently large and the respective capacitances are equal, C5 and C6 are each a voltage source that generates a voltage of E / 2. A current having a constant slope flows through the resonant reactor L2 by turning on and off the switching elements Q3 and Q4 in the control phase.

図1のDC−DCコンバータにおいては、制御相の下アームのスイッチ素子Q4がオン状態にあるときに、コンデンサC6→共振リアクトルL2→スイッチ素子Q4→コンデンサC6の経路と、直流電源1→コンデンサC5→共振リアクトルL2→スイッチ素子Q4→直流電源1の経路とを通して共振リアクトルL2に図示の矢印方向の電流IL2が流れる。この電流IL2は一定の傾きで増大していく。時間をtとし、共振リアクトルL2のインダクタンスをL2で表わすと、スイッチ素子Q4がオン状態にあるときに共振リアクトルL2を通して流れる電流は、IL2=(E/L2)×tで表わすことができる。また制御相の上アームのスイッチ素子Q3がオン状態にあるときには、コンデンサC5→スイッチ素子Q3→共振リアクトルL2→コンデンサC5の経路と、直流電源1→スイッチ素子Q3→共振リアクトルL2→コンデンサC6→直流電源1の経路とを通して電流IL2が流れる。この電流の傾きは、スイッチ素子Q4がオン状態にあるときに共振リアクトルL2を流れる電流の傾きと逆になる。スイッチ素子Q3がオン状態にあるときに共振リアクトルL2を通して流れる電流は、IL2=−(E/L2)×tで表わすことができる。   In the DC-DC converter of FIG. 1, when the switch element Q4 of the lower arm of the control phase is in the ON state, the path of the capacitor C6 → resonance reactor L2 → switch element Q4 → capacitor C6 and DC power supply 1 → capacitor C5 → Resonance reactor L2 → Switch element Q4 → The current IL2 in the direction of the arrow shown in FIG. This current IL2 increases with a constant slope. When time is t and the inductance of the resonant reactor L2 is represented by L2, the current flowing through the resonant reactor L2 when the switching element Q4 is in the ON state can be represented by IL2 = (E / L2) × t. Further, when the switch element Q3 of the upper arm of the control phase is in the ON state, the path of the capacitor C5 → switch element Q3 → resonance reactor L2 → capacitor C5 and DC power source 1 → switch element Q3 → resonance reactor L2 → capacitor C6 → DC A current IL2 flows through the path of the power supply 1. The slope of this current is opposite to the slope of the current flowing through the resonant reactor L2 when the switch element Q4 is in the on state. The current flowing through the resonant reactor L2 when the switch element Q3 is in the on state can be expressed as IL2 = − (E / L2) × t.

従って、スイッチ素子Q3がオン状態にあるときにスイッチ素子Q3に流れる電流Iq3は、図7のIq3にIL2を加算した波形になり、スイッチ素子Q4がオン状態にあるときにスイッチ素子Q4に流れる電流Iq4は、図7のIq4にIL2を加算した波形になる。   Therefore, the current Iq3 flowing through the switch element Q3 when the switch element Q3 is in the on state has a waveform obtained by adding IL2 to Iq3 in FIG. 7, and the current flowing through the switch element Q4 when the switch element Q4 is in the on state. Iq4 has a waveform obtained by adding IL2 to Iq4 in FIG.

また図1の帰還ダイオードD3に流れる電流Id3は、図7のId3にIL2を加算した波形になり、図1の帰還ダイオードD4に流れる電流Id4は、図7のId4にIL2を加算した波形になる。コンデンサC5及びC6をそれぞれ流れる電流をIC5及びIC6とすると、共振リアクトルL2を通して流れる電流IL2は、IL2=IC5+IC6で表わされる。   Further, the current Id3 flowing through the feedback diode D3 in FIG. 1 has a waveform obtained by adding IL2 to Id3 in FIG. 7, and the current Id4 flowing through the feedback diode D4 in FIG. 1 has a waveform obtained by adding IL2 to Id4 in FIG. . Assuming that the currents flowing through the capacitors C5 and C6 are IC5 and IC6, respectively, the current IL2 flowing through the resonance reactor L2 is expressed as IL2 = IC5 + IC6.

制御相のスイッチ素子Q4をターンオフする際には、トランスTsfの励磁電流に、スイッチ素子Q4がオン状態にある期間にリアクトルL2に蓄えられたエネルギにより流れる電流が加算されて、キャパシタC4の充電とキャパシタC3の放電とが行われる。この場合、キャパシタC4の充電は、トランスの一次コイルW1→キャパシタC4→ダイオードD2→リアクトルL1→トランスの一次コイルW1の経路と、リアクトルL2→キャパシタC4→キャパシタC6→リアクトルL2の経路とで行われる。またキャパシタC3の放電は、キャパシタC3→直流電源1→ダイオードD2→リアクトルL1→トランスの一次コイルW1→キャパシタC3の経路と、キャパシタC3→キャパシタC5→リアクトルL2→キャパシタC3の経路とで行われる。   When the switch element Q4 of the control phase is turned off, the current flowing due to the energy stored in the reactor L2 during the period when the switch element Q4 is in the ON state is added to the exciting current of the transformer Tsf to charge the capacitor C4. The capacitor C3 is discharged. In this case, charging of the capacitor C4 is performed by the path of the transformer primary coil W1, the capacitor C4, the diode D2, the reactor L1, the transformer primary coil W1, and the path of the reactor L2, the capacitor C4, the capacitor C6, and the reactor L2. . The capacitor C3 is discharged through a path of the capacitor C3 → DC power supply 1 → diode D2 → reactor L1 → transformer primary coil W1 → capacitor C3 and a path of capacitor C3 → capacitor C5 → reactor L2 → capacitor C3.

制御相のスイッチ素子Q3がターンオフする際には、トランスTsfの励磁電流に、スイッチQ3がオン状態にある期間にリアクトルL2に蓄えられたエネルギにより流れる電流が加算されて、キャパシタC3の充電とキャパシタC4の放電とが行われる。この場合、キャパシタC3の充電は、トランスの一次コイルW1→リアクトルL1→ダイオードD1→キャパシタC3→トランスの一次コイルW1の経路と、リアクトルL2→キャパシタC5→キャパシタC3→リアクトルL2の経路とで行われる。またキャパシタC4の放電は、キャパシタC4→トランスの一次コイルW1→リアクトルL1→ダイオードD1→直流電源1→キャパシタC4の経路と、キャパシタC4→リアクトルL2→キャパシタC6→キャパシタC4の経路とで行われる。   When the switch element Q3 of the control phase is turned off, the current flowing by the energy stored in the reactor L2 during the period when the switch Q3 is on is added to the exciting current of the transformer Tsf, and charging of the capacitor C3 and the capacitor C4 is discharged. In this case, the charging of the capacitor C3 is performed through the path of the transformer primary coil W1, the reactor L1, the diode D1, the capacitor C3, and the transformer primary coil W1, and the path of the reactor L2, the capacitor C5, the capacitor C3, and the reactor L2. . Further, the capacitor C4 is discharged through the path of the capacitor C4 → the primary coil W1 of the transformer → the reactor L1 → the diode D1 → the DC power source 1 → the capacitor C4, and the path of the capacitor C4 → the reactor L2 → the capacitor C6 → the capacitor C4.

共振リアクトルL2は、スイッチ素子Q3及びQ4がオン状態にあるときにエネルギを蓄積し、蓄積したエネルギで、スイッチ素子Q3をオフしてからスイッチ素子Q4をオンするまでの間のデッドタイムの期間、及びスイッチ素子Q4をオフ状態にしてからスイッチ素子Q3をオン状態にするまでの間のデッドタイムの期間キャパシタC3,C4の充放電を行う。   The resonant reactor L2 accumulates energy when the switch elements Q3 and Q4 are in the ON state, and a dead time period from when the switch element Q3 is turned off to when the switch element Q4 is turned on with the accumulated energy, In addition, the capacitors C3 and C4 are charged and discharged during a dead time from when the switch element Q4 is turned off to when the switch element Q3 is turned on.

図1に示されたDC−DCコンバータにおいて、図2(A)に示すように、時刻t1で駆動信号S1がゼロになると、スイッチ素子Q1のターンオフ動作が開始されるとともに、キャパシタC1の充電が開始されるため、図1(F)に示されているように、スイッチ素子Q1を通して流れていた電流Iq1がゼロにされる。キャパシタC1の充電の進行に伴って、スイッチ素子Q1の両端の電圧Vq1がゆっくりと上昇していく。これにより、スイッチ素子Q1がターンオフする際にその両端の電圧の上昇が緩和され、スイッチ素子Q1のゼロ電圧スイッチング(ZVS)が達成される。   In the DC-DC converter shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2A, when the drive signal S1 becomes zero at time t1, the turn-off operation of the switch element Q1 is started and the charging of the capacitor C1 is started. Since the process is started, as shown in FIG. 1F, the current Iq1 flowing through the switch element Q1 is made zero. As the charging of the capacitor C1 proceeds, the voltage Vq1 across the switch element Q1 slowly increases. As a result, when the switch element Q1 is turned off, an increase in voltage at both ends thereof is alleviated, and zero voltage switching (ZVS) of the switch element Q1 is achieved.

時刻t1でスイッチ素子Q1のターンオフ動作が開始されると、キャパシタC2が、キャパシタC2→直列リアクトルL1→トランスの一次コイルW1→スイッチ素子S4→キャパシタC2の経路で放電するため、スイッチ素子Q2の両端の電圧Vq2が低下していく。時刻t2でキャパシタC2の放電が完了すると、ダイオードD2の逆バイアスが解除されて、直列リアクトルL1と一次コイルW1とに蓄積されたエネルギにより、直列リアクトルL1→トランスの一次コイルW1→スイッチ素子Q4→ダイオードD2→直列リアクトルL1の経路で、図2(G)に示すようにダイオードD2に順方向電流Id2が流れる。この順方向電流Id2は、トランスTsfの二次コイルを流れる電流Id5によりトランスの一次コイルに誘起する電流にトランスTsfの励磁電流が重畳された電流(トランスの一次電流I1)である。このようにダイオードD2に順方向電流が流れることにより、スイッチ素子Q2の両端の電圧Vq2がほぼゼロに保たれる。   When the turn-off operation of the switch element Q1 is started at the time t1, the capacitor C2 is discharged along the path of the capacitor C2, the series reactor L1, the transformer primary coil W1, the switch element S4, and the capacitor C2, so that both ends of the switch element Q2 Voltage Vq2 decreases. When the discharge of the capacitor C2 is completed at time t2, the reverse bias of the diode D2 is released, and the energy accumulated in the series reactor L1 and the primary coil W1 causes the series reactor L1 → the primary coil W1 of the transformer → the switch element Q4 → A forward current Id2 flows through the diode D2 through the path of the diode D2 → the series reactor L1, as shown in FIG. This forward current Id2 is a current (transformer primary current I1) in which the exciting current of the transformer Tsf is superimposed on the current induced in the primary coil of the transformer by the current Id5 flowing through the secondary coil of the transformer Tsf. In this way, the forward current flows through the diode D2, so that the voltage Vq2 across the switch element Q2 is kept substantially zero.

時刻t2でキャパシタC2の放電が完了して、ダイオードD2に順方向電流Id2が流れたときに整流回路の出力電圧VrによりインダクタLotに誘起する電圧で、フィルタ回路FのダイオードD7に電流Id7(図2M)が流れ始めるため、ダイオードD5を通して流れる電流Id5(図2L)が減少していく。このとき電流Id5によりトランスの一次側に誘起する電流が減少していくため、図2(E)及び(I)に示すように、一次電流I1及びスイッチ素子Q4を通して流れる電流Iq4が減少していき、ダイオードD2を通して流れる順方向電流Id2(図2G)も減少していく。スイッチ素子Q2の両端の電圧Vq2がほぼゼロに保たれている間の時刻t3で駆動信号S2が発生すると電流ゼロの状態でスイッチ素子Q2がターンオンし、ゼロ電流スイッチング(ZCS)が達成される。   When the discharge of the capacitor C2 is completed at the time t2 and the forward current Id2 flows through the diode D2, the current Id7 (see FIG. 5) is applied to the diode D7 of the filter circuit F with a voltage induced in the inductor Lot by the output voltage Vr of the rectifier circuit. 2M) starts to flow, the current Id5 (FIG. 2L) flowing through the diode D5 decreases. At this time, since the current induced on the primary side of the transformer by the current Id5 decreases, as shown in FIGS. 2E and 2I, the primary current I1 and the current Iq4 flowing through the switch element Q4 decrease. The forward current Id2 flowing through the diode D2 (FIG. 2G) also decreases. When the drive signal S2 is generated at time t3 while the voltage Vq2 across the switch element Q2 is maintained at substantially zero, the switch element Q2 is turned on in a state of zero current, and zero current switching (ZCS) is achieved.

図2(M)に示されているように、ダイオードD7を通して流れる電流Id7が飽和すると、トランスTsfの二次側では、ダイオードD7→インダクタLot→キャパシタCo及び負荷Ro→ダイオードD7の閉回路を電流が還流する状態になって、トランスTsfの二次コイルに電流が流れなくなり、図2(L)に示すようにダイオードD5を通して流れる電流Id5がゼロになる。この状態では、トランスの一次電流I1はトランスTsfの励磁電流のみとなる。   As shown in FIG. 2 (M), when the current Id7 flowing through the diode D7 is saturated, the secondary side of the transformer Tsf passes through the closed circuit of the diode D7 → the inductor Lot → the capacitor Co and the load Ro → the diode D7. In a recirculating state, no current flows through the secondary coil of the transformer Tsf, and the current Id5 flowing through the diode D5 becomes zero as shown in FIG. In this state, the primary current I1 of the transformer is only the exciting current of the transformer Tsf.

時刻t4で駆動信号S4がゼロになると、スイッチ素子Q4のターンオフ動作が開始され、トランスの一次コイルW1→キャパシタC4→ダイオードD2→リアクトルL1→トランスの一次コイルW1の経路と、共振リアクトルL2→キャパシタC4→キャパシタC6→共振リアクトルL2の経路とでキャパシタC4の充電が行われる。これにより、スイッチ素子Q4の両端の電圧が直線的に上昇していき、そのターンオフがZVSにより行われる。   When the drive signal S4 becomes zero at time t4, the turn-off operation of the switch element Q4 is started, the path of the transformer primary coil W1, the capacitor C4, the diode D2, the reactor L1, the transformer primary coil W1, and the resonant reactor L2 → capacitor. The capacitor C4 is charged along the path C4 → capacitor C6 → resonance reactor L2. As a result, the voltage across the switch element Q4 rises linearly, and the turn-off is performed by ZVS.

また時刻t4でスイッチ素子Q4のターンオフ動作が開始されると、キャパシタC3→直流電源1→ダイオードD2→リアクトルL1→トランスの一次コイルW1→キャパシタC3の経路と、キャパシタC3→コンデンサC5→共振リアクトルL2→キャパシタC3の経路とでキャパシタC3の放電が行われる。キャパシタC3の放電が完了すると、ダイオードD3の逆バイアスが解除されるため、トランスの一次コイルW1→ダイオードD3→直流電源1→ダイオードD2→直列リアクトルL1→一次コイルW1の経路と、コンデンサC6→共振リアクトルL2→ダイオードD3→直流電源1→コンデンサC6の経路と、コンデンサC5→共振リアクトルL2→ダイオードD3→コンデンサC5の経路とでダイオードD3に順方向電流が流れ、スイッチ素子Q3の両端の電圧がほぼゼロにされる。この状態で駆動信号S3が与えられると、スイッチ素子Q3のターンオフ動作がZVS及びZCSで行われ、時刻t5でそのターンオンが完了する。   When the turn-off operation of the switch element Q4 is started at time t4, the path of the capacitor C3 → DC power supply 1 → diode D2 → reactor L1 → transformer primary coil W1 → capacitor C3, capacitor C3 → capacitor C5 → resonance reactor L2 → The capacitor C3 is discharged along the path of the capacitor C3. When the discharge of the capacitor C3 is completed, the reverse bias of the diode D3 is released. Therefore, the transformer primary coil W1, the diode D3, the DC power supply 1, the diode D2, the series reactor L1, the path of the primary coil W1, and the capacitor C6 → resonance. A forward current flows in the diode D3 through the path of the reactor L2, the diode D3, the DC power supply 1, the capacitor C6, and the path of the capacitor C5, the resonant reactor L2, the diode D3, and the capacitor C5, and the voltage across the switch element Q3 is almost equal. Zeroed out. When drive signal S3 is applied in this state, turn-off operation of switch element Q3 is performed at ZVS and ZCS, and the turn-on is completed at time t5.

時刻t4からt5までのデッドタイムの期間は、L2,C3及びC4のLC回路で過渡現象が生じるが、この過渡減少で振動が生じないように、デッドタイムを十分短くしておけば、図2(J)に示したように、リアクトルL2を流れる電流IL2は、振動を伴うことなく時刻t4で増加から減少に転じ、連続した三角波形になる。時刻t5でスイッチ素子Q3がターンオンすると、強制的に共振リアクトルL2を流れる電流IL2の向きが反対にされ、コンデンサC5→スイッチ素子Q3→リアクトルL2→コンデンサC5の経路と、直流電源1→スイッチ素子Q3→共振リアクトルL2→コンデンサC6→直流電源1の経路とで図示の矢印と逆方向の電流IL2が流れる。この電流IL2は、時間の経過に伴って、増大していく。   During the dead time period from the time t4 to the time t5, a transient phenomenon occurs in the LC circuits of L2, C3, and C4. If the dead time is sufficiently shortened so that no vibration occurs due to the transient decrease, FIG. As shown in (J), the current IL2 flowing through the reactor L2 changes from increasing to decreasing at time t4 without vibration, and becomes a continuous triangular waveform. When the switch element Q3 is turned on at time t5, the direction of the current IL2 flowing through the resonant reactor L2 is forcibly reversed, and the path of the capacitor C5 → switch element Q3 → reactor L2 → capacitor C5 and the DC power source 1 → switch element Q3. The current IL2 in the direction opposite to the arrow in the figure flows through the path of the resonance reactor L2, the capacitor C6, and the DC power source 1. This current IL2 increases with time.

時刻t6で駆動信号S2がゼロにされると、スイッチ素子Q2のターンオフ動作が開始され、直流電源1→スイッチ素子Q3→トランスの一次コイルW1→直列リアクトルL1→キャパシタC2→直流電源1の経路で流れる電流I1によりキャパシタC2が充電される。このキャパシタC2の充電電流I1は、トランスTsfの二次コイルを流れる負荷電流Id6(図2L)によりトランスの一次コイルに誘起する電流にトランスの励磁電流が重畳された電流である。このようにキャパシタC2が充電されることにより、スイッチ素子Q2の両端の電圧Vq2がほぼ直線的に上昇し、その両端の電圧の上昇が緩和されるため、スイッチ素子Q2のターンオフがZVSにより行われる。   When the drive signal S2 is set to zero at time t6, the switch element Q2 is turned off, and the DC power source 1 → switch element Q3 → transformer primary coil W1 → series reactor L1 → capacitor C2 → DC power source 1 The capacitor C2 is charged by the flowing current I1. The charging current I1 of the capacitor C2 is a current obtained by superimposing the exciting current of the transformer on the current induced in the primary coil of the transformer by the load current Id6 (FIG. 2L) flowing through the secondary coil of the transformer Tsf. Since the capacitor C2 is charged in this way, the voltage Vq2 across the switch element Q2 rises almost linearly, and the rise in voltage across the both ends is mitigated, so that the switch element Q2 is turned off by ZVS. .

スイッチ素子Q2をターンオフする過程で、基準相のレグの上アームのスイッチ素子Q1の両端のスナバキャパシタC1が、キャパシタC1→スイッチ素子Q3→トランスの一次コイルW1→直列リアクトルL1→キャパシタC1の経路で放電し、この放電が完了したときにダイオードD1の逆バイアスが解除される。これにより、直列リアクトルL1及びトランスTsfの励磁インダクタンスに蓄積されているエネルギにより、トランスの一次コイルW1→直列リアクトルL1→ダイオードD1→スイッチ素子Q3→トランスの一次コイルW1の経路でダイオードD1に順方向電流Id1が流れる。この順方向電流Id1は、トランスTsfの二次コイルを通して流れている負荷電流Id6によりトランスTsfの一次コイルに誘起する電流にトランスTsfの励磁電流が重畳された電流(トランスの一次電流I1)である。このようにダイオードD1に順方向電流が流れることにより、スイッチ素子Q1の両端の電圧がほぼゼロになる。この状態で、時刻t8で駆動信号S1が与えられると、スイッチ素子Q1のターンオンがZVS及びZCSにより行われる。   In the process of turning off the switch element Q2, the snubber capacitor C1 at both ends of the switch element Q1 of the upper arm of the reference phase leg is in the path of capacitor C → switch element Q3 → transformer primary coil W1 → series reactor L1 → capacitor C1. When the discharge is completed, the reverse bias of the diode D1 is released. As a result, the energy accumulated in the exciting inductances of the series reactor L1 and the transformer Tsf causes the transformer primary coil W1, the series reactor L1, the diode D1, the switch element Q3, and the transformer primary coil W1 to forward to the diode D1. A current Id1 flows. This forward current Id1 is a current (transformer primary current I1) in which the exciting current of the transformer Tsf is superimposed on the current induced in the primary coil of the transformer Tsf by the load current Id6 flowing through the secondary coil of the transformer Tsf. . As a result of the forward current flowing through the diode D1, the voltage across the switch element Q1 becomes almost zero. In this state, when the drive signal S1 is given at time t8, the switch element Q1 is turned on by ZVS and ZCS.

上記のように、インバータの入力端子間にコンデンサ分圧回路CDを接続するとともに、この分圧回路の分圧点と第2のインバータ出力端子との間に共振リアクトルを接続し、この共振リアクトルL2を通して電流IL2を流して、制御相のキャパシタC3,C4の充電を行わせるようにすると、電流IL2による損失が生じるが、この損失は、電流IL2をキャパシタC3,C4の充放電を行わせるために必要最小限の大きさとすることにより、スイッチ素子Q3,Q4のZVS及びZCSを行わなかった時に生じるスイッチング損失よりも大幅に少なくすることができる。   As described above, the capacitor voltage dividing circuit CD is connected between the input terminals of the inverter, and a resonant reactor is connected between the voltage dividing point of the voltage dividing circuit and the second inverter output terminal, and this resonant reactor L2 is connected. When the current IL2 is supplied through the capacitor C3 and the capacitor C3 and C4 in the control phase are charged, a loss due to the current IL2 occurs. This loss causes the capacitor IL and the capacitor C3 and C4 to be charged and discharged. By setting the required minimum size, it is possible to significantly reduce the switching loss that occurs when ZVS and ZCS of the switching elements Q3 and Q4 are not performed.

図1に示されたDC−DCコンバータにおいて、インバータを300kHzで動作させた場合の実動作波形の一例を図3に示した。図3において、aは制御相のレグのスイッチ素子Q3,Q4の両端の電圧Vq3,Vq4の波形を示し、bはスイッチ素子Q3,Q4を流れる電流Iq3,Iq4の波形を示している。図示のように、図1に示されたDC−DCコンバータにおいては、制御相のレグのスイッチ素子Q3,Q4が時刻taでターンオンする際の動作をZVS及びZCS動作し、時刻tbでターンオフする際の動作をZVS動作とすることができるため、制御相のレグのスイッチ素子のスイッチング損失の低減を図ることができる。   FIG. 3 shows an example of actual operation waveforms when the inverter is operated at 300 kHz in the DC-DC converter shown in FIG. In FIG. 3, “a” shows waveforms of voltages Vq3 and Vq4 across the switching elements Q3 and Q4 of the control phase leg, and “b” shows waveforms of currents Iq3 and Iq4 flowing through the switching elements Q3 and Q4. As shown in the figure, in the DC-DC converter shown in FIG. 1, when the switching elements Q3 and Q4 of the control phase leg are turned on at time ta, the ZVS and ZCS operations are performed, and when the switch elements Q3 and Q4 are turned off at time tb. Therefore, the switching loss of the switch element of the control phase leg can be reduced.

上記の実施形態では、トランスの二次側に設ける整流回路を両波整流回路としたが、トランスの二次側に設ける整流回路Recは、各アームをダイオードにより構成したフルブリッジ回路からなる周知のダイオードブリッジ全波整流回路としてもよい。整流回路Recをダイオードブリッジ全波整流回路とする場合には、トランスTsfの二次コイルにセンタタップを設けることなく、該二次コイルの誘起電圧を全波整流回路の交流入力端子間に印加する。   In the above embodiment, the rectifier circuit provided on the secondary side of the transformer is a double-wave rectifier circuit. However, the rectifier circuit Rec provided on the secondary side of the transformer is a well-known circuit composed of a full bridge circuit in which each arm is configured by a diode. A diode bridge full-wave rectifier circuit may be used. When the rectifier circuit Rec is a diode bridge full-wave rectifier circuit, an induced voltage of the secondary coil is applied between the AC input terminals of the full-wave rectifier circuit without providing a center tap on the secondary coil of the transformer Tsf. .

以上のように、本発明によれば、インバータの入力端子間にコンデンサ分圧回路を接続するとともに、このコンデンサ分圧回路の分圧点と第2のインバータ出力端子 (制御相の上アームのキャパシタと下アームのキャパシタとの接続点)との間に共振リアクトルを接続して、コンデンサ分圧回路を電圧源として、共振リアクトルを通して制御相のレグの上アーム及び下アームのスイッチ素子の両端のキャパシタの充放電を行わせるようにしたので、制御相のレグの上アーム及び下アームのスイッチ素子のターンオフ時にZVS動作を行わせることができ、ターンオン時に共にZVS動作及びZCS動作を行わせることができる。従って、本発明によれば、フィルタ回路に設けるタップ付きインダクタの作用により得られる循環電流低減効果に加えて、制御相のスイッチ素子のスイッチング損失を低減させる効果を得ることができ、一次側位相シフト方式のDC−DCコンバータの変換効率の向上を図ることができる。   As described above, according to the present invention, the capacitor voltage dividing circuit is connected between the input terminals of the inverter, and the voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the second inverter output terminal (the capacitor of the upper arm of the control phase) And a capacitor at both ends of the switching elements of the upper arm and the lower arm of the control phase leg through the resonant reactor using a capacitor voltage divider as a voltage source. Therefore, the ZVS operation can be performed when the upper and lower arm switch elements of the control phase leg are turned off, and both the ZVS operation and the ZCS operation can be performed at the time of turn-on. . Therefore, according to the present invention, in addition to the circulating current reduction effect obtained by the action of the tapped inductor provided in the filter circuit, the effect of reducing the switching loss of the switching element of the control phase can be obtained, and the primary side phase shift The conversion efficiency of the DC-DC converter of the system can be improved.

1 直流電源
2 基準相のレグ
3 制御相のレグ
INV フルブリッジインバータ
Q1 基準相のレグの上アームのスイッチ素子
C1 基準相のレグの上アームのスナバキャパシタ
D1 基準相のレグの上アームの帰還ダイオード
Q2 基準相のレグの下アームのスイッチ素子
C2 基準相のレグの下アームのスナバキャパシタ
D2 基準相のレグの下アームの帰還ダイオード
Q3 制御相のレグの上アームのスイッチ素子
C3 制御相のレグの上アームのスナバキャパシタ
D3 制御相のレグの上アームの帰還ダイオード
Q4 制御相のレグの下アームのスイッチ素子
C4 制御相のレグの下アームのスナバキャパシタ
D4 制御相のレグの下アームの帰還ダイオード
Tsf トランス
W1 一次コイル
W2 二次コイル
L1 直列リアクトル
Rec 整流回路
D5 第1の整流用ダイオード
D6 第2の整流用ダイオード
D7 フライホイールダイオード
Lot タップ付きインダクタ
Co キャパシタ
Ro 負荷
1 DC power supply 2 Reference phase leg 3 Control phase leg INV Full bridge inverter Q1 Reference phase leg upper arm snubber capacitor C1 Reference phase leg upper arm snubber capacitor D1 Reference phase leg upper arm feedback diode Q2 Reference phase leg lower arm switch element C2 Reference phase leg lower arm snubber capacitor D2 Reference phase leg lower arm feedback diode Q3 Control phase leg upper arm switch element C3 Control phase leg Upper arm snubber capacitor D3 Control phase leg upper arm feedback diode Q4 Control phase leg lower arm snubber capacitor C4 Control phase leg lower arm snubber capacitor D4 Control phase leg lower arm feedback diode Tsf Transformer W1 Primary coil W2 Secondary coil L1 Series reactor Rec Adjustment Circuit D5 first rectifier diode D6 second rectifier diode D7 flywheel diode Lot tapped inductor Co capacitor Ro load

Claims (4)

スイッチ素子と該スイッチ素子に並列に接続されたスナバキャパシタと該スイッチ素子に逆並列接続された帰還ダイオードとにより上下の各アームが構成された基準相及び制御相のレグを並列接続して、前記基準相のレグと制御相のレグとの並列回路の上アーム側の端部及び下アーム側の端部をそれぞれプラス側及びマイナス側入力端子とし、前記基準相のレグの上下のアームの接続点及び制御相のレグの上下のアームの接続点をそれぞれ第1及び第2のインバータ出力端子として、前記入力端子間に印加された直流電圧を高周波交流電圧に変換して前記第1及び第2のインバータ出力端子から出力するフルブリッジインバータと、一次コイルに前記インバータの出力が入力されたトランスと、前記トランスの二次コイルの誘起電圧を整流する整流回路と、前記整流回路のプラス側出力端子にタップが接続されたタップ付きインダクタと、前記タップ付きインダクタの一端及び前記整流回路のマイナス側出力端子からそれぞれ引き出されたプラス側コンバータ出力端子及びマイナス側コンバータ出力端子と、前記タップ付きインダクタの他端と前記マイナス側コンバータ出力端子との間にアノードをマイナス側コンバータ出力端子側に向けて接続されたフライホイールダイオードとを備えたDC−DCコンバータにおいて、
前記インバータの入力端子間に接続されたコンデンサ分圧回路と、
前記コンデンサ分圧回路の分圧点と前記第2のインバータ出力端子との間に接続された共振リアクトルと、
を具備したことを特徴とするDC−DCコンバータ。
The leg of the reference phase and the control phase in which the upper and lower arms are constituted by the switch element, the snubber capacitor connected in parallel to the switch element, and the feedback diode connected in reverse parallel to the switch element, are connected in parallel, The upper arm end and lower arm end of the parallel circuit of the reference phase leg and the control phase leg are the positive and negative input terminals, respectively, and the connection points of the upper and lower arms of the reference phase leg And the connection points of the upper and lower arms of the control phase leg are respectively the first and second inverter output terminals, and the DC voltage applied between the input terminals is converted into a high-frequency AC voltage to convert the first and second Rectifying the induced voltage of the full-bridge inverter that is output from the inverter output terminal, the transformer in which the output of the inverter is input to the primary coil, and the secondary coil of the transformer A rectifier circuit, a tapped inductor having a tap connected to the plus side output terminal of the rectifier circuit, a plus side converter output terminal and a minus side drawn from one end of the tapped inductor and the minus side output terminal of the rectifier circuit, respectively. In a DC-DC converter comprising: a side converter output terminal; and a flywheel diode having an anode connected to the negative converter output terminal side between the other end of the tapped inductor and the negative converter output terminal ,
A capacitor voltage divider connected between the input terminals of the inverter;
A resonant reactor connected between a voltage dividing point of the capacitor voltage dividing circuit and the second inverter output terminal;
A DC-DC converter comprising:
前記整流回路は、前記トランスの二次コイルの一端及び他端にそれぞれアノードが接続され、カソードが共通接続された第1及び第2の整流用ダイオードを備えて、前記第1及び第2の整流用ダイオードのカソードの共通接続点及び前記トランスの二次コイルに設けた中間タップをそれぞれプラス側出力端子及びマイナス側出力端子とした両波整流回路からなっている請求項1に記載のDC−DCコンバータ。   The rectifier circuit includes first and second rectifier diodes, each having an anode connected to one end and the other end of the secondary coil of the transformer, and a cathode connected in common. 2. The DC-DC according to claim 1, comprising a double-wave rectifier circuit in which a common connection point of a cathode of a diode and an intermediate tap provided in a secondary coil of the transformer are respectively used as a positive output terminal and a negative output terminal. converter. 前記整流回路は、前記トランスの二次コイルに誘起する電圧が交流入力端子に印加されるように設けられたダイオードブリッジ全波整流回路からなっている請求項1に記載のDC−DCコンバータ。   2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the rectifier circuit includes a diode bridge full-wave rectifier circuit provided so that a voltage induced in a secondary coil of the transformer is applied to an AC input terminal. 前記トランスの一次コイルに対して直列に直列リアクトルが接続されている請求項1,2または3に記載のDC−DCコンバータ。   4. The DC-DC converter according to claim 1, wherein a series reactor is connected in series with a primary coil of the transformer.
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