JP2014168355A - Forward converter of active clamp system and driving method thereof - Google Patents

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宏樹 渡辺
Shigeji Yamashita
茂治 山下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a forward converter of active clamp system in which efficiency is enhanced by lowering the magnetic flux density of a main transformer and reducing the switching frequency, thereby reducing the switching loss, and to provide a driving method thereof.SOLUTION: On the primary of a main transformer, the primary winding of the main transformer arranged between a pair of main switching elements, an active clamp circuit arranged on the secondary of the main transformer, and a feedback circuit for lowering the switching frequency of the pair of main switching elements when a load current is large, are provided, and a forward converter of active clamp system turns the pair of main switching elements and the switching element of the active clamp circuit alternately.

Description

本発明は、主トランスの磁束密度を低下させてスイッチング周波数を低減することにより、効率を向上させたアクティブクランプ方式のフォワードコンバータとその駆動方法に関する。   The present invention relates to an active clamp type forward converter that improves efficiency by reducing the switching frequency by lowering the magnetic flux density of a main transformer and a driving method thereof.

下記特許文献1には、直流電圧源からトランス、半導体スイッチを介して負荷に直流電力を供給するスイッチング電源、より具体的には半導体スイッチに印加される電圧を低減させて耐圧の小さな半導体スイッチを使用した回路をトランスの1次側に構成したスイッチング電源に関する発明が記載されている。   In Patent Document 1 below, a switching power source that supplies DC power from a DC voltage source to a load via a transformer and a semiconductor switch, more specifically, a semiconductor switch having a low withstand voltage by reducing the voltage applied to the semiconductor switch. An invention relating to a switching power supply in which the circuit used is configured on the primary side of a transformer is described.

特許文献1によれば、半導体スイッチに印加される電圧を低減させるとともに、半導体スイッチを冷却させるための冷却体などを小型化させることを目的とし、トランスの1次巻線側を半導体スイッチを介して直流電源に接続し、半導体スイッチをオン、オフさせることにより絶縁された直流電圧をトランスの2次巻線側に出力するスイッチング電源において、直流電源に第1の半導体スイッチとトランスの1次巻線との直列回路を並列に接続し、トランスの2次巻線に整流回路を接続し、第2の半導体スイッチとトランスの3次巻線と第1のコンデンサとの直列回路を前記トランスの1次巻線に並列に接続したスイッチング電源とする。   According to Patent Document 1, the voltage applied to the semiconductor switch is reduced and the cooling body for cooling the semiconductor switch is miniaturized, and the primary winding side of the transformer is interposed via the semiconductor switch. In a switching power supply that outputs a DC voltage that is insulated by turning on and off the semiconductor switch to the secondary winding side of the transformer, the first semiconductor switch and the primary winding of the transformer are connected to the DC power supply. A series circuit with a line is connected in parallel, a rectifier circuit is connected to the secondary winding of the transformer, and a series circuit of the second semiconductor switch, the tertiary winding of the transformer and the first capacitor is connected to the transformer 1 A switching power supply connected in parallel with the next winding.

これにより、第2の半導体スイッチの耐圧を低減することができ、また、第1および第2の半導体スイッチの耐圧を低減することができることにより、半導体スイッチのオン抵抗をより低く抑えることが可能となる。このため導通損失を低減できるので、変換効率が向上し、従来の導通損失による放熱が低減でき、半導体スイッチの冷却体などを小型化させることができる。また、スイッチング損失を抑えることで、より一層の変換効率の向上が図れることが記載されている。   As a result, the withstand voltage of the second semiconductor switch can be reduced, and the withstand voltage of the first and second semiconductor switches can be reduced, whereby the on-resistance of the semiconductor switch can be kept lower. Become. Therefore, the conduction loss can be reduced, the conversion efficiency can be improved, the heat radiation due to the conventional conduction loss can be reduced, and the semiconductor switch cooling body and the like can be miniaturized. Further, it is described that the conversion efficiency can be further improved by suppressing the switching loss.

特開2000−262055号公報JP 2000-262055 A

従来、主スイッチング素子はデューティー比0.5以下で同相で動作させており、主トランスが片励磁方式であったため、周波数の可変自由度が狭かった。このため、比較的高い周波数を利用することしかできず、高い周波数に起因した大きなスイッチング損失が生じていた。   Conventionally, the main switching element has been operated in the same phase with a duty ratio of 0.5 or less, and since the main transformer was a single excitation system, the frequency variable freedom was narrow. For this reason, only a relatively high frequency can be used, resulting in a large switching loss due to the high frequency.

本発明は、上述した問題点に鑑み為された発明であって、主トランスの磁束密度を低下させてスイッチング周波数を低減することにより、スイッチング損失を低減して効率を向上させたアクティブクランプ方式のフォワードコンバータとその駆動方法を実現することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and is an active clamp system that reduces switching loss and improves efficiency by reducing the magnetic flux density of the main transformer and reducing the switching frequency. It aims at realizing a forward converter and its driving method.

本発明のアクティブクランプ方式のフォワードコンバータは、主トランスの一次側において、一対の主スイッチング素子間に配置された主トランスの一次巻線と、主トランスの二次側に配置されたアクティブクランプ回路と、負荷電流の大きな場合に前記一対の主スイッチング素子のスイッチング周波数を低減させるフィードバック回路と、を備え、一対の主スイッチング素子と前記アクティブクランプ回路のスイッチング素子とを交互にオンさせることを特徴とする。   An active clamp type forward converter of the present invention includes, on the primary side of a main transformer, a primary winding of a main transformer disposed between a pair of main switching elements, an active clamp circuit disposed on a secondary side of the main transformer, A feedback circuit that reduces the switching frequency of the pair of main switching elements when the load current is large, and the pair of main switching elements and the switching elements of the active clamp circuit are alternately turned on. .

また、本発明のアクティブクランプ方式のフォワードコンバータの駆動方法は、主トランスの一次側において、一対の主スイッチング素子間に配置された主トランスの一次巻線と、主トランスの二次側に配置されたアクティブクランプ回路と、を備え、一対の主スイッチング素子をオンとすると共に、アクティブクランプ回路のスイッチング素子をオフとする工程と、一対の主スイッチング素子をオフとすると共に、アクティブクランプ回路のスイッチング素子をオンとする工程と、を有し、負荷電流に対応してスイッチング周波数を変化させるフィードバック回路が、負荷電流の大きな場合に一対の主スイッチング素子のスイッチング周波数を低減させることを特徴とする。   The active clamp type forward converter driving method of the present invention is arranged on the primary side of the main transformer on the primary winding of the main transformer arranged between the pair of main switching elements and on the secondary side of the main transformer. An active clamp circuit, turning on the pair of main switching elements and turning off the switching elements of the active clamp circuit, and turning off the pair of main switching elements and switching elements of the active clamp circuit A feedback circuit that changes the switching frequency corresponding to the load current, and reduces the switching frequency of the pair of main switching elements when the load current is large.

主トランスの磁束密度を低下させてスイッチング周波数を低減することにより、スイッチング損失を低減して効率を向上させたアクティブクランプ方式のフォワードコンバータとその駆動方法を実現できる。   By reducing the magnetic flux density of the main transformer and reducing the switching frequency, it is possible to realize an active clamp type forward converter and its driving method in which the switching loss is reduced and the efficiency is improved.

第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータの回路構成概要を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the circuit structure outline | summary of the active clamp type DC-DC converter concerning 1st embodiment. 出力容量(Coss)を説明する図であり(a)がFETを説明し、(b)がそのFETの等価回路を説明する図である。It is a figure explaining output capacity (Coss), (a) explains FET, and (b) is a figure explaining the equivalent circuit of the FET. 第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータの回路動作の説明のために、各部位の電流・電圧のタイムチャートを説明する図であり、(a)が主スイッチング素子(Q−A)と主スイッチング素子(Q−B)とを動作させるゲート電圧(G)を示し、(b)が第三のスイッチング素子(Q)を動作させるゲート電圧(G)を示し、(c)が主スイッチング素子(Q−A)と主スイッチング素子(Q−B)とのドレイン−ソース間電圧を示し、(d)が主スイッチング素子(Q−A)と主スイッチング素子(Q−B)とのドレイン−ソース間電流(IQ2)を示し、(e)が第三のスイッチング素子(Q)のドレイン−ソース間電流(IQ1)を示し、(f)が主トランス(T)の一次側コイル(L)400(1)の励起電圧(VT1)を示し、(g)が他の一次側コイル(L)の励起電圧(VT3)を示し、(h)が第三のスイッチング素子(Q)のドレイン−ソース間電圧(VD−S1)を示す。For explanation of the circuit operation of the DC-DC converter in the active clamp system according to the first embodiment, a diagram illustrating a time chart of current and voltage of each part, (a) the main switching element (Q 2 -A) and the main switching element (Q 2 -B) and the gate voltage for operating the indicates (G 2), shows the (b) a third switching element (Q 1) a gate voltage for operating the (G 1) the drain of (c) the main switching element (Q 2 -A) and the main switching element (Q 2 -B) - shows the source voltage, a main switching (d) the main switching element (Q 2 -A) The drain-source current (I Q2 ) with the element (Q 2 -B) is shown, (e) shows the drain-source current (I Q1 ) of the third switching element (Q 1 ), and (f) Is the main transformer ( Shows the excitation voltage of 1) the primary coil (L 1) 400 (1) (V T1), shows the excitation voltage (V T3) of (g) other primary coil (L 3), (h) Indicates the drain-source voltage (V D-S1 ) of the third switching element (Q 1 ). 第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータの動作概要を順次説明するフローチャートである。5 is a flowchart for sequentially explaining the outline of the operation of the active clamp type DC-DC converter according to the first embodiment. 入力低電圧の場合の1石の従来回路例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a conventional circuit of one stone in the case of input low voltage. 入力低電圧の場合の従来回路例の動作説明を各部位の電流電圧により示すチャート図である。It is a chart which shows operation | movement description of the example of a conventional circuit in the case of an input low voltage with the current voltage of each site | part. 入力高電圧の場合の2石の従来回路例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a conventional circuit of 2 stones in the case of input high voltage. 第二の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータの構成概要を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the structure outline | summary of the DC-DC converter of the active clamp system concerning 2nd embodiment. FETのゲート、ドレイン、ソースの各線間容量を説明する図である。It is a figure explaining each line capacity | capacitance of the gate of a FET, a drain, and a source. 本実施形態のアクティブクランプ方式のフォワードコンバータの概要を説明する図である。It is a figure explaining the outline | summary of the forward converter of an active clamp system of this embodiment. アクティブクランプ方式のフォワードコンバータの主トランス(T)の磁場の強さ(H)と磁束密度(B)との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the magnetic field strength (H) and magnetic flux density (B) of the main transformer (T) of an active clamp type forward converter. 従来のフォワードコンバータの主トランス(T)の磁場の強さ(H)と磁束密度(B)とを説明する図である。It is a figure explaining the magnetic field strength (H) and magnetic flux density (B) of the main transformer (T) of the conventional forward converter. 図10のアクティブクランプ方式のフォワードコンバータの動作状況の概要を説明するチャート図であり、(a)が主スイッチング素子(Q)と主スイッチング素子(Q)のゲート信号(ノードG)を説明するタイミングチャートであり、(b)がアクティブクランプ回路のスイッチング素子(Q)のゲート信号(ノードG)を説明するタイミングチャートであり、(c)が主スイッチング素子(Q)のドレイン(D)−ソース(S2)間電圧(VD−S2)を説明するタイミングチャートであり、(d)が主スイッチング素子(Q)のドレイン(D)−ソース(S2)間電流(IQ)を説明するタイミングチャートであり、(e)がアクティブクランプ回路のスイッチング素子(Q)の電流(IQ3)を説明する図である。A chart for explaining the outline of the operation status of the forward converter of the active clamp scheme of FIG. 10, a (a) the main switching element (Q 1) and the gate signal of the main switching element (Q 2) (node G 1) is an explanatory timing chart, the drain of the (b) is a timing chart for explaining the gate signal (node G 2) of the switching elements of the active clamp circuit (Q 3), (c) the main switching element (Q 2) (D) is a timing chart for explaining a voltage (V D- S2) between the source (S2), and (d) is a current (IQ 2 ) between the drain (D) and the source (S2) of the main switching element (Q 2 ). (E) shows the current (I Q3 ) of the switching element (Q 3 ) of the active clamp circuit. It is a figure explaining. アクティブクランプ方式のフォワードコンバータ運転方法を説明するための回路概要図である。It is a circuit schematic diagram for demonstrating the forward converter operating method of an active clamp system. 図14に示すアクティブクランプ方式のフォワードコンバータ運転方法を説明するため回路において、フォワードコンバータの周波数を変化させた場合と、フォワードコンバータの周波数を変化させない場合(一定の場合)とで比較して説明する図である。In order to explain the operation method of the active clamp type forward converter shown in FIG. 14, in the circuit, the case where the frequency of the forward converter is changed and the case where the frequency of the forward converter is not changed (a constant case) will be explained. FIG.

本実施形態では、アクティブクランプ方式のフォワードコンバータにおいて、スイッチング周波数を負荷電流の大小により変化させて、スイッチング損失を低減させるDC−DCコンバータを提案する。本実施形態はすなわち、アクティブクランプ方式の周波数可変フォワードコンバータに関する提案である。   The present embodiment proposes a DC-DC converter that reduces switching loss by changing the switching frequency according to the magnitude of the load current in an active clamp type forward converter. That is, the present embodiment is a proposal related to an active clamp frequency variable forward converter.

従来、フォワードコンバータはその主トランスにおいて片励磁動作であり、磁束密度の飽和を考慮しなければならないため、スイッチング周波数の可変には実質的な対応が不可能であった。この実施形態においては、フォワードコンバータにアクティブクランプ方式を採用して主トランスの励磁を正負とし、主トランスの磁束密度の最高値を低減させて、これにより磁束密度の飽和を回避させる。   Conventionally, the forward converter is a single-excitation operation in its main transformer and has to consider the saturation of the magnetic flux density, so that it is impossible to substantially cope with the variable switching frequency. In this embodiment, an active clamp system is employed in the forward converter to make the main transformer excitation positive and negative, thereby reducing the maximum value of the main transformer magnetic flux density, thereby avoiding saturation of the magnetic flux density.

これにより、主トランスは、一次側に配置された一対の主スイッチング素子のスイッチング周波数可変に対応できるものとなり、重負荷時すなわち負荷電流が大きな場合にはスイッチング周波数を低減させて、スイッチング損失を低減させることが可能となる。どの程度の負荷電流となった場合にスイッチング周波数を低減させるかは、全体効率との関係で適宜オペレータが設定してもよい。   As a result, the main transformer can cope with variable switching frequency of a pair of main switching elements arranged on the primary side, and at heavy load, that is, when the load current is large, the switching frequency is reduced to reduce the switching loss. It becomes possible to make it. The operator may appropriately set the load current at which the switching frequency is reduced in relation to the overall efficiency.

ここで、スイッチング損失はスイッチング動作ごとに生じることから、一般にはスイッチング周波数に依存して変動し、スイッチング周波数が高くなればスイッチング損失も大きくなることが知られている。従って、重負荷時においてスイッチング周波数を低減させてスイッチング損失を低減させることにより、DC−DCコンバータの効率を高めることが可能となる。   Here, since the switching loss occurs for each switching operation, it generally varies depending on the switching frequency, and it is known that the switching loss increases as the switching frequency increases. Therefore, it is possible to increase the efficiency of the DC-DC converter by reducing the switching loss by reducing the switching frequency under heavy load.

具体的なアクティブクランプ方式のフォワードコンバータの駆動方法は、主トランスの一次側に配された一対の主スイッチング素子のスイッチング周波数を負荷電流(出力電流)の大小に対応して変動させる。すなわち、負荷電流が大きな場合にはスイッチング周波数を低減させ、負荷電流が大きくない場合にはスイッチング周波数を当初の値に戻す。このようなスイッチング周波数の低減動作は、負荷電流と閾値とを比較し、閾値を超えた場合に遂行するものとしてもよい。   A specific active clamp type forward converter driving method varies the switching frequency of a pair of main switching elements arranged on the primary side of the main transformer in accordance with the magnitude of the load current (output current). That is, when the load current is large, the switching frequency is reduced, and when the load current is not large, the switching frequency is returned to the initial value. Such switching frequency reduction operation may be performed when the load current is compared with a threshold value and the threshold value is exceeded.

従来、フォワードコンバータは、主スイッチング素子(Q1,Q2)をデューティー比0.5以下で同相で動作させて、主トランス(T)の磁束は片励磁動作であったため、スイッチング周波数の可変には磁束飽和の観点から厳しい制約があり、実質的には対応できなかった。   Conventionally, the forward converter operates the main switching elements (Q1, Q2) in the same phase with a duty ratio of 0.5 or less, and the magnetic flux of the main transformer (T) is a single excitation operation. There were severe restrictions from the viewpoint of saturation, and practically it was not possible.

本実施形態のアクティブクランプ方式では、一対の主スイッチング素子(Q1,Q2)と主トランス(T)の二次側に設けられたアクティブクランプ回路のスイッチング素子(Q)とを交互にスイッチ動作させる。これによって、主トランスの励磁を正負とすることができ、トランスの磁束密度の最高値が飽和磁束密度を超えないように低減させることが可能となる。磁束は、電圧と時間との積で決まるところ、周波数を下げることにより磁束が増大しても飽和磁束密度を超えないものとなる。 In the active clamp system of the present embodiment, the pair of main switching elements (Q1, Q2) and the switching element (Q 3 ) of the active clamp circuit provided on the secondary side of the main transformer (T) are alternately switched. . As a result, the excitation of the main transformer can be positive and negative, and the maximum value of the magnetic flux density of the transformer can be reduced so as not to exceed the saturation magnetic flux density. As the magnetic flux is determined by the product of voltage and time, even if the magnetic flux increases by lowering the frequency, it does not exceed the saturation magnetic flux density.

従って、磁束密度の飽和に制約を受けることなく、スイッチング周波数を下げることができる。さらに、スイッチング周波数を下げることにより、スイッチング毎に生じるスイッチング損失の低減を図ることができ、従ってDC−DCコンバータの効率を向上させることができるものとなる。そこで、図面に従って、本実施形態について以下に説明する。   Therefore, the switching frequency can be lowered without being restricted by saturation of the magnetic flux density. Further, by reducing the switching frequency, it is possible to reduce the switching loss that occurs at each switching, and therefore the efficiency of the DC-DC converter can be improved. Therefore, this embodiment will be described below with reference to the drawings.

図10は、本実施形態のアクティブクランプ方式のフォワードコンバータ100の構成概要を説明する図である。図10に示すように、アクティブクランプ方式のフォワードコンバータ100の一次側は、直流電源10に接続された一対の主スイッチング素子(Q)20(1)と主スイッチング素子(Q)20(2)と、主トランス(T)40と、主トランス(T)40の二次側に、出力用の二次側巻線とは別途設けられたアクティブクランプ回路30とを備える。 FIG. 10 is a diagram for explaining the outline of the configuration of the active clamp type forward converter 100 of the present embodiment. As shown in FIG. 10, the primary side of the active clamp type forward converter 100 includes a pair of main switching elements (Q 1 ) 20 (1) and main switching elements (Q 2 ) 20 (2) connected to the DC power supply 10. ), A main transformer (T) 40, and an active clamp circuit 30 provided separately from the secondary winding for output on the secondary side of the main transformer (T) 40.

また、図10に示すように、アクティブクランプ方式のフォワードコンバータ100の二次側は、主トランス(T)40の出力用二次側巻線と直列に接続される整流ダイオード(D)70(1)と、主トランス(T)40の出力用二次側巻線と並列に接続される整流ダイオード(D)70(2)と、インダクタ(L)80と、平滑キャパシタ(C)85とを備える。また、負荷90は、直流モータとしてもよく、直流電源で動作する任意の負荷としてもよい。   As shown in FIG. 10, the secondary side of the active clamp type forward converter 100 has a rectifier diode (D) 70 (1) connected in series with the output secondary winding of the main transformer (T) 40. ), A rectifier diode (D) 70 (2) connected in parallel with the output secondary winding of the main transformer (T) 40, an inductor (L) 80, and a smoothing capacitor (C) 85. . Further, the load 90 may be a DC motor or an arbitrary load that operates with a DC power source.

また、図10から明らかなように、実施形態にかかるアクティブクランプ方式のフォワードコンバータ100は、主トランス(T)40の二次側において、負荷90に接続された出力用二次側巻線とアクティブクランプ回路30の巻線とが各々個別に設けられる。   As is clear from FIG. 10, the active clamp type forward converter 100 according to the embodiment is active on the secondary side of the main transformer (T) 40 and the output secondary side winding connected to the load 90. The windings of the clamp circuit 30 are individually provided.

また、図10において、アクティブクランプ回路30は、巻線と直列に接続されたキャパシタ(C)31及びスイッチング素子(Q)32とを備える。また、負荷90に供給される出力は、出力電圧検出部1で検出されて比較器3に入力される。また、主トランス(T)40の一次側電流は、電流検出部2で検出されて、検出された一次側電流に対応して発振周波数調整部4で発振周波数が調整される。 In FIG. 10, the active clamp circuit 30 includes a capacitor (C) 31 and a switching element (Q 3 ) 32 connected in series with the winding. The output supplied to the load 90 is detected by the output voltage detection unit 1 and input to the comparator 3. Further, the primary current of the main transformer (T) 40 is detected by the current detection unit 2, and the oscillation frequency is adjusted by the oscillation frequency adjustment unit 4 corresponding to the detected primary side current.

発振周波数調整部4の出力は、比較器3に入力されて、比較器3の出力が、主スイッチング素子(Q)20(1)と主スイッチング素子(Q)20(2)のゲート信号となる。また、比較器3の反転出力が、アクティブクランプ回路30のスイッチング素子(Q)32のゲート信号となる。 The output of the oscillation frequency adjusting unit 4 is input to the comparator 3, and the output of the comparator 3 is the gate signal of the main switching element (Q 1 ) 20 (1) and the main switching element (Q 2 ) 20 (2). It becomes. Further, the inverted output of the comparator 3 becomes a gate signal of the switching element (Q 3 ) 32 of the active clamp circuit 30.

上述の回路構成により、アクティブクランプ方式のフォワードコンバータ100は、負荷90への負荷電流が大きな場合には、主スイッチング素子(Q)20(1)と主スイッチング素子(Q)20(2)のオンオフスイッチング駆動周波数を低減させる動作を遂行できる。これにより、スイッチング損失を低減させることが可能となる。この場合において、主トランス(T)40の磁束密度は正負の励磁とされることから、磁束密度の飽和の制約を受けることはない。 With the circuit configuration described above, the active clamp type forward converter 100 has a main switching element (Q 1 ) 20 (1) and a main switching element (Q 2 ) 20 (2) when the load current to the load 90 is large. The operation of reducing the on / off switching drive frequency can be performed. Thereby, switching loss can be reduced. In this case, since the magnetic flux density of the main transformer (T) 40 is positive and negative excitation, there is no restriction on saturation of the magnetic flux density.

また、図11は、アクティブクランプ方式のフォワードコンバータ100の主トランス(T)40の磁場の強さ(H)と磁束密度(B)との関係を説明する図である。また、図12は、従来のフォワードコンバータの主トランス(T)の磁場の強さ(H)と磁束密度(B)とを説明する図である。   FIG. 11 is a diagram for explaining the relationship between the magnetic field strength (H) of the main transformer (T) 40 of the active clamp type forward converter 100 and the magnetic flux density (B). FIG. 12 is a diagram for explaining the magnetic field strength (H) and magnetic flux density (B) of the main transformer (T) of the conventional forward converter.

図11及び図12に示すように、従来は正側のみのいわゆる片励磁とされて、磁束密度は最高値(B)に達していた。また、図11に示す従来の片励磁における磁束密度の変動範囲(ΔB)は、図12に示す本実施形態の正負励磁における磁束密度の変動範囲(ΔB)に等しいものの、正負励磁であるため磁束密度の最高値(B)は、(B)の約1/2となる。 As shown in FIG. 11 and FIG. 12, conventionally, only the positive side is so-called single excitation, and the magnetic flux density has reached the maximum value (B 1 ). Further, the fluctuation range (ΔB 1 ) of the magnetic flux density in the conventional single excitation shown in FIG. 11 is equal to the fluctuation range (ΔB 2 ) of the magnetic flux density in the positive and negative excitation of the present embodiment shown in FIG. Therefore, the maximum value (B 2 ) of the magnetic flux density is about ½ of (B 1 ).

従って、飽和磁束密度(B)の制約を考慮する必要はなく、主スイッチング素子のスイッチング周波数を小さくすることができる。 Therefore, it is not necessary to consider the restriction of the saturation magnetic flux density (B m ), and the switching frequency of the main switching element can be reduced.

図13は、図10のアクティブクランプ方式のフォワードコンバータ100の動作状況の概要を説明するタイミングチャート図である。図13(a)が主スイッチング素子(Q)20(1)と主スイッチング素子(Q)20(2)のゲート信号(ノードG)を説明するタイミングチャートであり、図13(b)がアクティブクランプ回路30のスイッチング素子(Q)32のゲート信号(ノードG)を説明するタイミングチャートである。 FIG. 13 is a timing chart for explaining the outline of the operation state of the active clamp type forward converter 100 of FIG. FIG. 13A is a timing chart for explaining gate signals (node G 1 ) of the main switching element (Q 1 ) 20 (1) and the main switching element (Q 2 ) 20 (2), and FIG. FIG. 6 is a timing chart for explaining a gate signal (node G 2 ) of the switching element (Q 3 ) 32 of the active clamp circuit 30.

また、図13(c)が主スイッチング素子(Q)20(2)のドレイン(D)−ソース(S)間電圧(VD−S2)を説明するタイミングチャートであり、図13(d)が主スイッチング素子(Q)20(2)のドレイン(D)−ソース(S)間電流(IQ)を説明するタイミングチャートである。 FIG. 13C is a timing chart for explaining the drain (D) -source (S 2 ) voltage (V D−S2 ) of the main switching element (Q 2 ) 20 (2). ) Is a timing chart for explaining the current (IQ 2 ) between the drain (D) and the source (S 2 ) of the main switching element (Q 2 ) 20 (2).

また、図13(e)がアクティブクランプ回路30のスイッチング素子(Q)32の電流(IQ3)を説明する図である。また、図13においては、時間(t)において負荷電流が閾値を超えて、主スイッチング駆動周波数を低減させる動作を遂行した状態を説明している。 FIG. 13E is a diagram for explaining the current (I Q3 ) of the switching element (Q 3 ) 32 of the active clamp circuit 30. FIG. 13 illustrates a state in which the load current exceeds the threshold at time (t) and the operation for reducing the main switching drive frequency is performed.

このため、図13(a),(b)に示すように時間(t)より前においては主スイッチング素子(Q)20(1)と主スイッチング素子(Q)20(2)のゲート信号(ノードG)及びアクティブクランプ回路30のスイッチング素子(Q)32のゲート信号(ノードG)のスイッチング周波数が(f)であるのに対し、時間(t)より後においては当該スイッチング周波数が(1/2f)へと低減されている。 Therefore, as shown in FIGS. 13A and 13B, the gate signals of the main switching element (Q 1 ) 20 (1) and the main switching element (Q 2 ) 20 (2) before time (t). While the switching frequency of the gate signal (node G 2 ) of the (node G 1 ) and the switching element (Q 3 ) 32 of the active clamp circuit 30 is (f), the switching frequency is after the time (t). Is reduced to (1 / 2f).

これにより、スイッチング損失が低減されることとなり、DC−DCコンバータの効率を高めることができる。また、図14は、アクティブクランプ方式のフォワードコンバータ運転方法を説明するための回路概要図である。また、図15は、図14に示すアクティブクランプ方式のフォワードコンバータ運転方法を説明するため回路において、フォワードコンバータの周波数を変化させた場合と、フォワードコンバータの周波数を変化させない場合(一定の場合)とで比較して説明する図である。   Thereby, switching loss is reduced and the efficiency of the DC-DC converter can be increased. FIG. 14 is a schematic circuit diagram for explaining an active clamp type forward converter operation method. Further, FIG. 15 is a circuit for explaining the active clamp type forward converter operation method shown in FIG. 14, in the case where the frequency of the forward converter is changed, and in the case where the frequency of the forward converter is not changed (a constant case). It is a figure demonstrated in comparison.

図14及び図15を参照すれば、メインスイッチング素子のオンオフに応じて、メイントランスのインダクタに対してある傾きでエル電流(I)が流れるところ、周波数が変わらない場合にはエル電流(I)の傾きが常に一定である。また、出力電流(I)はエル電流(I)の中心値であるから、図15に示すように出力電流(I)が下がった場合に中心値がどんどん零に近づくこととなる。 Referring to FIGS. 14 and 15, when an L current (I L ) flows with a certain inclination with respect to the inductor of the main transformer in accordance with on / off of the main switching element, if the frequency does not change, the L current (I L The slope of L ) is always constant. Since the output current (I o ) is the center value of the L current (I L ), the center value gradually approaches zero when the output current (I o ) decreases as shown in FIG.

この場合に、周波数が変わらなければスパン(間隔)が同一であるので、エル電流(I)の下限が零に張り付いてしまう(チョークコイルLがカットオフ状態となる)。ここで、出力電圧(V)は、エル電流(I)に対応してリップルとして傾きで上昇してくることから、出力電圧(V)の中心値に対してリップルがエル電流(I)と比例(相関)する。 In this case, since the span (interval) is the same unless the frequency is changed, the lower limit of the L current (I L ) is stuck to zero (the choke coil L is cut off). Here, since the output voltage (V o ) rises with a slope as a ripple corresponding to the el current (I L ), the ripple is an el current (I) with respect to the center value of the output voltage (V o ). L ) and is proportional (correlated).

このため、エル電流(I)の下限が零に張り付いてしまう(チョークコイルLがカットオフ状態となる)状況が生じると、出力電圧(V)がいわば無制御状態のようになり極めて不安定となる。 For this reason, when a situation occurs in which the lower limit of the L current (I L ) is stuck to zero (the choke coil L is in the cut-off state), the output voltage (V o ) becomes a so-called uncontrolled state. It becomes unstable.

一方、周波数を変化させた場合には、エル電流(I)の傾きが同一であるものの、スパン(間隔)が短くなるので、エル電流(I)の下限が零に張り付いてしまう(チョークコイルLがカットオフ状態となる)状況が生じ難い。また、仮にエル電流(I)の下限が零に張り付いてしまう(チョークコイルLがカットオフ状態となる)状況が生じる場合には、その部分についてはダミーの負荷抵抗を考慮することにより、カットオフ状態を回避できる。 On the other hand, when the frequency is changed, although the slope of the EL current (I L ) is the same, the span (interval) is shortened, so that the lower limit of the EL current (I L ) is stuck to zero ( The situation where the choke coil L is cut off is less likely to occur. In addition, if a situation occurs in which the lower limit of the L current (I L ) is stuck to zero (the choke coil L is in a cut-off state), the dummy load resistance is considered for that portion, A cut-off state can be avoided.

上述のアクティブクランプ方式のフォワードコンバータとその駆動方法は、後述するアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータにおいても適用することが可能である。そこで、上述のアクティブクランプ方式のフォワードコンバータとその駆動方法を適用可能なアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータについて、以下に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、アクティブクランプ回路が二次側ではなく一次側に構成されている図で説明しているが、当該回路は一次側と二次側との何れ側に設けてもよい(図面上の記載向きが異なるだけ)。
(アクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ)
The above active clamp type forward converter and its driving method can also be applied to an active clamp type DC-DC converter described later. An active clamp type DC-DC converter to which the above-described active clamp type forward converter and its driving method can be applied will be described below. In the following description, for the sake of convenience, the active clamp circuit is described on the primary side instead of the secondary side, but the circuit may be provided on either the primary side or the secondary side. Good (only the description direction on the drawing is different).
(Active clamp type DC-DC converter)

実施形態で説明するアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータは、主トランスの追加された他の一次側巻線を利用して追加的なアクティブクランプ回路を設ける。これにより、アクティブ素子(スイッチング素子)の耐圧を下げ、主スイッチング素子の出力容量(Coss)を放電させてからオン(導通)させて、零電圧スイッチングさせ、損失低減を図ることができる。   In the active clamp type DC-DC converter described in the embodiment, an additional active clamp circuit is provided by using another primary winding added to the main transformer. As a result, the withstand voltage of the active element (switching element) can be lowered, the output capacitance (Coss) of the main switching element can be discharged and then turned on (conducted), and zero voltage switching can be performed to reduce loss.

FETを典型例とするアクティブ素子は高耐電圧となるほど指数関数的に抵抗が増大するため、高耐電圧となるほど損失も指数関数的に増大することが知られている。従って、耐圧を下げて低耐電圧のアクティブ素子を利用可能なように低電圧化できれば、損失は大幅に低減可能である。   It is known that an active element having a FET as a typical example increases in resistance exponentially as the withstand voltage increases, so that the loss increases exponentially as the withstand voltage increases. Therefore, the loss can be greatly reduced if the voltage can be lowered so that the withstand voltage can be lowered and an active element having a low withstand voltage can be used.

また、零電圧スイッチングとしなければ、(1/2)×Coss×(Vd−s×fの損失が発生するところ、本実施形態におけるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータにおいては、これを低減できるものとなる。また、追加された他の一次側巻線は、主トランスの一次側にタップを設けてその一部分を充当することとしてもよい。ここで、fは周波数であり、Cossはスイッチング素子の出力容量であり、Vd−sはスイッチング素子のドレイン−ソース間電圧である。 If zero voltage switching is not used, a loss of (1/2) × Coss × (V d−s ) 2 × f occurs. In the active clamp type DC-DC converter according to the present embodiment, this loss is generated. It can be reduced. Further, the other added primary winding may be provided with a tap provided on the primary side of the main transformer. Here, f is the frequency, Coss is the output capacitance of the switching element, and V d−s is the drain-source voltage of the switching element.

(第一の実施形態)
図1は、第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000の回路構成概要を説明する概念図である。図1に示すように、アクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000の一次側は、直流電源(E)100に接続された主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)と、主トランス(T)400の一次側コイル(L)400(1)と、カップリングコイル(T)500の一次側チョークコイル500(1)とが直列に接続されて、アクティブクランプ回路を構成する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an outline of a circuit configuration of an active clamp type DC-DC converter 1000 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the primary side of the active clamp type DC-DC converter 1000 includes a main switching element (Q 2 -A) 200 (1) connected to a DC power supply (E 1 ) 100 and a main switching element ( Q 2 -B) 200 (2), the primary side coil (L 1 ) 400 (1) of the main transformer (T 1 ) 400, the primary side choke coil 500 (1) of the coupling coil (T 2 ) 500, Are connected in series to form an active clamp circuit.

また、図1に示すように、アクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000の二次側は、主トランス(T)400の二次側コイル(L)400(3)と直列に接続される整流ダイオード(D)700(1)と、主トランス(T)400の二次側コイル(L)400(3)と並列に接続される整流ダイオード(D)700(2)と、インダクタンス(L)800と、平滑コンデンサ(C)850とを備える。また、負荷(R)900は、直流モータとしてもよく、直流電源で動作する任意の負荷としてもよい。 Further, as shown in FIG. 1, the secondary side of the active clamp type DC-DC converter 1000 is connected in series with the secondary side coil (L 2 ) 400 (3) of the main transformer (T 1 ) 400. A rectifier diode (D 1 ) 700 (1), a rectifier diode (D 2 ) 700 (2) connected in parallel with the secondary coil (L 2 ) 400 (3) of the main transformer (T 1 ) 400, An inductance (L 4 ) 800 and a smoothing capacitor (C 2 ) 850 are provided. Further, the load (R 0 ) 900 may be a DC motor or an arbitrary load that operates with a DC power supply.

また、図1から明らかなように、第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000は、主トランス(T)400の一次側コイル(L)400(1)とは別に一次側に設けられた他の一次側コイル(L)400(2)を備える。 As is clear from FIG. 1, the active clamp type DC-DC converter 1000 according to the first embodiment is separate from the primary coil (L 1 ) 400 (1) of the main transformer (T 1 ) 400. Another primary coil (L 3 ) 400 (2) provided on the primary side is provided.

他の一次側コイル(L)400(2)には、コンデンサ(C)600と、カップリングコイル(T)500の二次側チョークコイル500(2)と第三のスイッチング素子(Q)300とが順次接続される。 The other primary side coil (L 3 ) 400 (2) includes a capacitor (C 1 ) 600, a secondary side choke coil 500 (2) of the coupling coil (T 2 ) 500, and a third switching element (Q 1 ) 300 are sequentially connected.

図1において、主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)において、ドレインとソースとの間にはいわゆるCossと称される見かけ上の出力容量が存在する。図2は、出力容量(Coss)を説明する図であり(a)がFETを説明し、(b)がそのFETの等価回路を説明する図である。 In FIG. 1, in the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2), an apparent so-called Coss is formed between the drain and the source. Output capacity exists. 2A and 2B are diagrams for explaining the output capacitance (Coss). FIG. 2A is a diagram for explaining an FET, and FIG. 2B is a diagram for explaining an equivalent circuit of the FET.

図2に示すように、FET等のスイッチング素子はゲート(G)とドレイン(D)とソース(S)との三つの端子のうちの任意の二つの各端子間に見かけ上の容量が存在することが知られている。すなわち、ゲートとドレインとの間には帰還容量(Crss)が見かけ上存在し、ゲートとソースとの間には出力容量(Ciss)が見かけ上存在し、ドレインとソースとの間には出力容量(Coss)が見かけ上存在することとなる。   As shown in FIG. 2, the switching element such as an FET has an apparent capacitance between any two of the three terminals of the gate (G), drain (D), and source (S). It is known. That is, the feedback capacitance (Crss) apparently exists between the gate and the drain, the output capacitance (Ciss) apparently exists between the gate and the source, and the output capacitance between the drain and the source. (Coss) apparently exists.

第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000においては、上述の三つの容量のうち、主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)の出力容量(Coss)に蓄積される電荷を低減させて、典型的にはその蓄積電荷をゼロとしてから、主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)をオン導通させることにより、零電圧スイッチングさせることができるので電力ロスが低減されて好ましい。 In the active clamp type DC-DC converter 1000 according to the first embodiment, the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) among the three capacitors described above. The charge stored in the output capacitor (Coss) of 200 (2) is reduced and typically the stored charge is reduced to zero, and then the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element ( by Q 2 -B) 200 (2) is the on conduction, preferable are reduced power loss can be made to zero-voltage switching.

図3は、第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000の回路動作の説明のために、各部位の電流・電圧のタイムチャートを説明する図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a current / voltage time chart of each part for explaining the circuit operation of the active clamp type DC-DC converter 1000 according to the first embodiment.

図3(a)が主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)とを動作させるゲート電圧(G)を示し、(b)が第三のスイッチング素子(Q)300を動作させるゲート電圧(G)を示し、(c)が主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)とのドレイン−ソース間電圧を示し、(d)が主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)とのドレイン−ソース間電流(IQ2)を示し、(e)が第三のスイッチング素子(Q)300のドレイン−ソース間電流(IQ1)を示し、(f)が主トランス(T)400の一次側コイル(L)400(1)の励起電圧(VT1)を示し、(g)が他の一次側コイル(L)400(2)の励起電圧(VT3)を示し、(h)が第三のスイッチング素子(Q)300のドレイン−ソース間電圧(VD−S1)を示している。 FIG. 3A shows a gate voltage (G 2 ) for operating the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2), and FIG. the third switching element (Q 1) shows the 300 gate voltage for operating the (G 1), (c) the main switching element (Q 2 -A) 200 (1 ) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) shows the drain-source voltage, and (d) shows the drain-source voltage between the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2). Current (I Q2 ), (e) the drain-source current (I Q1 ) of the third switching element (Q 1 ) 300, and (f) the primary coil of the main transformer (T 1 ) 400 (L 1 ) 400 (1) excitation voltage (V T1 ), (g) shows the excitation voltage (V T3 ) of the other primary coil (L 3 ) 400 (2), and (h) shows the drain of the third switching element (Q 1 ) 300. -Indicates a source-to-source voltage (V D-S1 ).

図3(a)において、主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)とを動作させるゲート電圧(G)のオンオフ一周期を「T」とし、それらのゲート電圧(G)のオン期間を「D」として示している。 In FIG. 3A, the on-off cycle of the gate voltage (G 2 ) for operating the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) is expressed as “ “T” and the on period of these gate voltages (G 2 ) are shown as “D”.

また、図3(c)に示す期間「t」において、主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)との出力容量(Coss)に蓄積された電荷が放出されるため、電荷放出後、図3(a)に示すように、主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)とを動作させるゲート電圧(G)がオンとされてこれらが導通しても、零電圧スイッチングさせることが可能となるので、電力ロスを低減できることとなる。 Further, in the period “t” shown in FIG. 3C, the output capacitance (Coss) of the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) is increased. Since the accumulated charge is released, after the charge is discharged, as shown in FIG. 3A, the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2 Even if the gate voltage (G 2 ) that operates the above is turned on and they are turned on, zero voltage switching can be performed, so that power loss can be reduced.

また、図3(c)に示すように、主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)とのドレイン−ソース間電圧(Q)のピーク値は、(1/2)(E+V)となる。ここで、「V」は主トランス(T)400の一次側コイル(L)400(1)の励起電圧(VT1)の最小値(負側の電圧値)であり、「E」は主トランス(T)400の一次側コイル(L)400(1)の励起電圧(VT1)の最大値(正側の電圧値)であるものとする(図3(f)を参照)。 Further, as shown in FIG. 3C, the drain-source voltage (Q 2 ) between the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 ( 2 ). The peak value of is (1/2) (E + V F ). Here, “V F ” is the minimum value (negative voltage value) of the excitation voltage (V T1 ) of the primary side coil (L 1 ) 400 (1) of the main transformer (T 1 ) 400, and “E” Is the maximum value (positive voltage value) of the excitation voltage (V T1 ) of the primary coil (L 1 ) 400 (1) of the main transformer (T 1 ) 400 (see FIG. 3F). ).

また、図3(d)において示した破線は、後述する従来の回路例において、緩慢に傾斜して電流(IQ2)が次第に減少していく状態を比較して説明する破線である(図6(e)のIT1タイムチャートを参照)。第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000においては、第三のスイッチング素子(Q)300を動作させるゲート電圧(G)がオン(導通)となることにより、カップリングコイル(T)500を介してアンペアターンの法則によりエネルギーが伝達されるので、主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)とを動作させるゲート電圧(G)のオフと同時に、図3(d)に実線で示すように、迅速かつ瞬時に電流(IQ2)がゼロとなる。 Further, the broken line shown in FIG. 3 (d) is a broken line that compares and explains a state in which the current (I Q2 ) gradually decreases and gradually decreases in the conventional circuit example described later (FIG. 6). (See the IT1 time chart in (e)). In the active clamp type DC-DC converter 1000 according to the first embodiment, the gate voltage (G 1 ) for operating the third switching element (Q 1 ) 300 is turned on (conducted), whereby coupling is performed. Since energy is transmitted through the coil (T 2 ) 500 according to the ampere-turn law, the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) At the same time when the gate voltage (G 2 ) to be operated is turned off, the current (I Q2 ) becomes zero quickly and instantaneously as shown by the solid line in FIG.

また、図3(f)において、主スイッチング素子(Q−A)200(1)と主スイッチング素子(Q−B)200(2)とを動作させるゲート電圧(G)のオンから一定時間だけ、主トランス(T)400の一次側コイル(L)400(1)の励起電圧(VT1)が立ち上がらずにゼロで推移しているが、これはカップリングコイル(T)500の一次側チョークコイル500(1)が立ち上がり電圧を取り込んでいるためである。 Further, in FIG. 3F, the gate voltage (G 2 ) for operating the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) is constant from the on state. The excitation voltage (V T1 ) of the primary coil (L 1 ) 400 (1) of the main transformer (T 1 ) 400 does not rise and changes to zero for the time, but this is the coupling coil (T 2 ). This is because the primary side choke coil 500 (1) 500 takes in the rising voltage.

また、図3(g)に示すように、他の一次側コイル(L)400(2)の励起電圧(VT3)は、その最大値(正側の値)が(N/N)Eとなり、その最小値(負側の値)が(N/N)Vとなる。ここで、「N」は主トランス(T)400の一次側コイル(L)400(1)の巻数であり、「N」は他の一次側コイル(L)400(2)の巻数である。なお、図1においては、主トランス(T)400の二次側コイル(L)400(3)の巻数を「N」として示している。 Further, as shown in FIG. 3G, the maximum value (positive value) of the excitation voltage (V T3 ) of the other primary coil (L 3 ) 400 (2) is (N 3 / N 1). ) E, and its minimum value (negative value) is (N 3 / N 1 ) V F. Here, “N 1 ” is the number of turns of the primary side coil (L 1 ) 400 (1) of the main transformer (T 1 ) 400, and “N 3 ” is the other primary side coil (L 3 ) 400 (2). Is the number of turns. In FIG. 1, the number of turns of the secondary coil (L 2 ) 400 (3) of the main transformer (T 1 ) 400 is indicated as “N 2 ”.

また、図3(h)に示すように、第三のスイッチング素子(Q)300のドレイン−ソース間電圧(VD−S1)の最大値(正側)は(N/N)(E+V)となり、その最小値はゼロとなる。また、「N」をカップリングコイル(T)500の一次側チョークコイル500(1)の巻数とし、「N」をカップリングコイル(T)500の二次側チョークコイル500(2)の巻数とすれば、N:N=N:Nであるものとする。 Further, as shown in FIG. 3H, the maximum value (positive side) of the drain-source voltage (V D-S1 ) of the third switching element (Q 1 ) 300 is (N 3 / N 1 ) ( E + V F ), and its minimum value is zero. Further, the number of turns of "N A" coupling coil (T 2) 500 of the primary side choke coil 500 (1), "N B" coupling coil (T 2) 500 of the secondary side choke coil 500 (2 ) Is assumed to be N A : N B = N 1 : N 3 .

また、出力容量(Coss)が大きい場合などその蓄積電荷が多い場合には、Nを比較的小さく構成して、これにより励磁電流を増大させることで、より多くの蓄積電荷を放出させることが可能となる。 Further, when the output capacitance (Coss) the accumulated charge like is large is large, a relatively small structure to N 1, thereby to increase the excitation current, be released more accumulated charge It becomes possible.

また、図1に示す第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000は、第三のスイッチング素子(Q)300の耐圧を低く設計することが可能である。例えば、主スイッチング素子(Q−A)200(1)の耐圧が400Vであり、と主スイッチング素子(Q−B)200(2)の耐圧が400Vであった場合には、従来は計800Vの耐圧設計となるスイッチング素子が必要であったところ、第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000においては、上述したように巻数比で電圧調整が可能であるので、巻数比を適宜調整することにより第三のスイッチング素子(Q)300の耐圧を低く設計することが可能である。 Further, the active clamp type DC-DC converter 1000 according to the first embodiment shown in FIG. 1 can be designed to have a low breakdown voltage of the third switching element (Q 1 ) 300. For example, when the withstand voltage of the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) is 400 V and the withstand voltage of the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) is 400 V, conventionally, When a switching element having a withstand voltage design of 800 V is necessary, in the active clamp type DC-DC converter 1000 according to the first embodiment, the voltage can be adjusted by the turn ratio as described above. By appropriately adjusting the ratio, the withstand voltage of the third switching element (Q 1 ) 300 can be designed to be low.

これにより、回路構成が容易かつ小型・軽量になるとともに、低損失な回路を実現できる。一般に、スイッチング素子の耐圧が増大すれば、オン抵抗も増大しオン損失が指数関数的に増大する。第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000においては、第三のスイッチング素子(Q)300として、オン抵抗が比較的小さなスイッチング素子を用いることが可能となるので、そのオン損失を低減できることとなる。 As a result, the circuit configuration is easy, small and light, and a low-loss circuit can be realized. In general, when the breakdown voltage of the switching element increases, the on-resistance increases and the on-loss increases exponentially. In the active clamp type DC-DC converter 1000 according to the first embodiment, a switching element having a relatively small on-resistance can be used as the third switching element (Q 1 ) 300. Loss can be reduced.

図4は、第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000の動作概要を順次説明するフローチャートである。そこで、図4に示す各ステップごとに、アクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000の動作概要を以下に順次説明する。   FIG. 4 is a flowchart for sequentially explaining the operation outline of the active clamp type DC-DC converter 1000 according to the first embodiment. Therefore, the operation outline of the active clamp type DC-DC converter 1000 will be sequentially described below for each step shown in FIG.

以下の説明において、主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)と、第三のスイッチング素子(Q)300と、は各々ゲート電圧(G)と、ゲート電圧(G)と、でスイッチングオン・オフ駆動されるが、ゲート電圧(G)とゲート電圧(G)とを生成して出力する不図示の制御部を備えていてもよい。 In the following description, the main switching element (Q 2 -A) 200 (1), the main switching element (Q 2 -B) 200 (2), and the third switching element (Q 1 ) 300 are each represented by a gate voltage. (G 2 ) and the gate voltage (G 1 ) are switched on / off, and a control unit (not shown) that generates and outputs the gate voltage (G 2 ) and the gate voltage (G 1 ) is provided. You may have.

(ステップS410)
アクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000の主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)をオフ(非導通)とする。また、第三のスイッチング素子(Q)300をオン(導通)とする。図3に示すように、主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)のオフ(非導通)動作と、第三のスイッチング素子(Q)300のオン(導通)動作と、は同時に遂行される。
(Step S410)
The main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) of the active clamp type DC-DC converter 1000 are turned off (non-conducting). Further, the third switching element (Q 1 ) 300 is turned on (conductive). As shown in FIG. 3, the off (non-conducting) operation of the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2), and the third switching element (Q 1 ) The on (conduction) operation of 300 is performed simultaneously.

(ステップS420)
第三のスイッチング素子(Q)300をオフとする。この時、主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)は、ステップS410の動作によるオフ状態を継続したままとする。従って、主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)と第三のスイッチング素子(Q)300との一次側のアクティブクランプ回路を構成する三つのスイッチング素子は、全てオフ状態となる。
(Step S420)
The third switching element (Q 1 ) 300 is turned off. At this time, the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) remain in the OFF state due to the operation of step S 410. Accordingly, the primary switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the primary switching element (Q 2 -B) 200 (2) and the third switching element (Q 1 ) 300 are configured as primary active clamp circuits. All the three switching elements to be turned off are turned off.

これにより、カップリングコイル(T)500の二次側チョークコイル500(2)の磁場を維持しようとし、カップリングコイル(T)500の一次側チョークコイル500(1)に電流が流れるので、典型的には共振現象を生じて、主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)の出力容量(Coss)に蓄積されていた電荷が放電される。すなわち、このステップS420の処理により、二次側チョークコイル500(2)から一次側チョークコイル500(1)にエネルギーが伝達される。 Thus, trying to keep the magnetic field coupling coil (T 2) 500 of the secondary side choke coil 500 (2), the current flows through the coupling coil (T 2) 500 of the primary side choke coil 500 (1) Typically, a charge is generated in the output capacitance (Coss) of the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) by causing a resonance phenomenon. Is discharged. That is, energy is transmitted from the secondary side choke coil 500 (2) to the primary side choke coil 500 (1) by the process of step S420.

(ステップS430)
主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)の出力容量(Coss)に蓄積されていた電荷が放電されるのに十分な期間「t」が経過したか否かを判断する。
(Step S430)
A period “t” sufficient for discharging the charge accumulated in the output capacitance (Coss) of the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2). Is determined.

期間「t」は、予めDC−DCコンバータ1000の制御部等に設定されている値を用いることができるが、駆動状況に合わせて変更し調整可能なように構成してもよい。予め設定する場合には、主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)の出力容量(Coss)に蓄積されている電荷が放電されるのに十分な期間「t」として設定するものとする。また、出力容量(Coss)に蓄積されている電荷が多い場合には、主トランス(T)400の一次側コイル(L)400(1)の巻数Nを小さくして蓄積電荷がより多く放電されるようにするため、主トランス(T)400の一次側コイル(L)400(1)の巻数Nを例えば可変巻数として構成してもよい。 As the period “t”, a value set in advance in the control unit or the like of the DC-DC converter 1000 can be used. However, the period “t” may be configured to be changed and adjusted according to the driving situation. In the case of setting in advance, the electric charge accumulated in the output capacitance (Coss) of the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) is discharged. It is assumed that the time period “t” is sufficient. Further, when the charge accumulated in the output capacitance (Coss) is large, the number of turns N 1 of the primary coil (L 1 ) 400 (1) of the main transformer (T 1 ) 400 is reduced, and the accumulated charge is further increased. In order to discharge a large amount, the number of turns N 1 of the primary coil (L 1 ) 400 (1) of the main transformer (T 1 ) 400 may be configured as a variable number of turns, for example.

主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)の出力容量(Coss)に蓄積されていた電荷が放電されるのに十分な期間「t」が経過した場合にはステップS440へと進み、主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)の出力容量(Coss)に蓄積されていた電荷が放電されるのに十分な期間「t」が経過していない場合にはステップS430で待機する。 A period “t” sufficient for discharging the charge accumulated in the output capacitance (Coss) of the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2). ”Has passed, the process proceeds to step S440 and is stored in the output capacitance (Coss) of the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2). If the period “t” sufficient for discharging the electric charge has not elapsed, the process waits in step S430.

(ステップS440)
主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)をオンとして導通させる。この場合に、ステップS430の期間「t」の放電処理により、主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)の出力容量(Coss)は蓄積電荷が典型的にはゼロとなっている。
(Step S440)
The main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) are turned on to conduct. In this case, the output capacity (Coss) of the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) by the discharge process in the period “t” in step S 430 is The accumulated charge is typically zero.

従って、主スイッチング素子(Q−A)200(1)及び主スイッチング素子(Q−B)200(2)をオンとして導通させた場合に、いわゆる零電圧スイッチングとさせることができる。上述したように零電圧スイッチングとすることにより損失を低減できる。 Therefore, when the main switching element (Q 2 -A) 200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 200 (2) are turned on and conducted, so-called zero voltage switching can be performed. As described above, the loss can be reduced by the zero voltage switching.

(ステップS450)
アクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000の駆動動作を終了する場合には、このフローに記載したステップを終了する。アクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000の駆動動作を終了しない場合には、ステップS410へと戻る。
(Step S450)
When the driving operation of the active clamp type DC-DC converter 1000 is ended, the steps described in this flow are ended. If the driving operation of the active clamp type DC-DC converter 1000 is not terminated, the process returns to step S410.

(比較例)
ここで、第一の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000の理解を容易にするために、従来のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータを図5乃至図7に例示して簡単に説明する。
(Comparative example)
Here, in order to facilitate understanding of the active clamp type DC-DC converter 1000 according to the first embodiment, a conventional active clamp type DC-DC converter is illustrated in FIGS. explain.

図5は入力低電圧の場合の1石の従来回路例を説明する図であり、図6は入力低電圧の場合の1石の従来回路例の動作説明を各部位の電流電圧により示すチャート図であり、図7は入力高電圧の場合の2石の従来回路例を説明する図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a conventional circuit for one stone in the case of an input low voltage, and FIG. 6 is a chart showing the operation of the conventional circuit example of one stone in the case of an input low voltage by the current voltage of each part. FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional circuit example of two stones in the case of an input high voltage.

図5乃至図7から理解できるように、従来の回路例においては、いずれもスイッチング素子の耐電圧を低くすることができず、特に図7に示す入力高電圧の回路例においては、スイッチング素子の耐電圧は極めて高い値としなければ、実用に耐えないものとなる。   As can be understood from FIGS. 5 to 7, none of the conventional circuit examples can lower the withstand voltage of the switching element. In particular, in the circuit example of the input high voltage shown in FIG. Unless the withstand voltage is set to an extremely high value, it cannot be practically used.

また、図5及び図6に示すように、従来、トランスTの一次側にコンデンサCとスイッチング素子Qとを挿入し、スイッチング素子Qがオフした瞬間にスイッチング素子QをオンとしてコンデンサCにトランスTのエネルギーを貯めて、一定時間後にこれを放出することで、図6(g)に示すようにトランスTの一次側の正電圧と負電圧との時間面積が同一となるように駆動する。 Further, as shown in FIGS. 5 and 6, conventional, and insert the capacitor C 1 and the switching element Q 1 on the primary side of the transformer T 1, it turns on the switching element Q 1 at the moment when the switching element Q 2 is turned off By storing the energy of the transformer T 1 in the capacitor C 1 and releasing it after a certain time, the time area of the positive voltage and the negative voltage on the primary side of the transformer T 1 is the same as shown in FIG. Drive to become.

また、図5から明らかなように、従来はスイッチング素子Qが浮いた状態で接続されているため、高耐圧のMOS−FET等を用いる必要があり、オン損失が増大することを避けられなかった。また、図6において、E・D=V(1−D)との関係が成立する。また、零電圧スイッチングが可能となる条件としては、Lm・Im=Coss・Vdsである。ここで、Imは主トランスTの一次側の励磁電流であり、Lmは主トランスTのインダクタンスであり、Vdsは主スイッチング素子Qのドレイン−ソース間電圧である。 Further, as apparent from FIG. 5, conventionally since it is connected in a floating state switching element Q 1, it is necessary to use a MOS-FET or the like of the high voltage, inevitable that on loss increases It was. In FIG. 6, the relationship E · D = V F (1−D) is established. Further, a condition that enables zero voltage switching is Lm · Im 2 = Coss · Vds 2 . Here, Im is the magnetizing current in the primary side of the main transformer T 1, Lm is the inductance of the main transformer T 1, Vds is the drain of the main switching element Q 2 - source voltage.

また、図6(a)が主スイッチング素子Qを動作させるゲート電圧Gを示し、(b)がスイッチング素子Qを動作させるゲート電圧Gを示し、(c)が主スイッチング素子Qのドレイン−ソース間電圧を示し、(d)が主スイッチング素子Qのドレイン−ソース電流IQ2を示し、(e)が主トランスTの一次側コイルの電流IT1を示し、(f)がスイッチング素子Qのドレイン−ソース電流IQ1を示し、(g)が主トランスTの一次側コイルの電圧VT1を示し、(h)がスイッチング素子Qのドレイン−ソース間電圧(VD−S1)を示している。 Also shows FIGS. 6 (a) is the gate voltage G 2 for operating the main switching element Q 2, (b) indicates a gate voltage G 1 for operating the switching element Q 1, (c) the main switching element Q 2 drain - shows the source voltage, (d) a drain of the main switching element Q 2 - shows the source current I Q2, (e) indicates the current I T1 of the primary side coil of the main transformer T 1, (f) There drain of the switching element Q 1 - shows the source current I Q1, (g) indicates the voltage V T1 of the primary side coil of the main transformer T 1, (h) is the drain of the switching element Q 1 - source voltage (V D-S1 ).

(第二の実施形態)
図8は、第二の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ8000の構成概要を説明する概念図である。第二の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ8000は、第三のスイッチング素子Qに接続される他の巻線を、主トランスの一次側の所望位置からタップを設けることで、一次側巻線の一部を用いるものとする。このため、タップの位置を調整することで、巻線比を適宜調整可能であるので、第三のスイッチング素子Qの耐圧を比較的低く調整可能である。
(Second embodiment)
FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating an outline of a configuration of an active clamp type DC-DC converter 8000 according to the second embodiment. Second active clamp DC-DC Converter 8000 according to the embodiment of the, by the other winding is connected to the third switching element Q 1, is provided a tap from a desired position in the primary side of the main transformer, A part of the primary winding is used. Therefore, by adjusting the position of the tap, since the turns ratio is suitably adjustable, relatively low adjustable a third withstand voltage of the switching element Q 1.

図8に示すように、アクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ8000の一次側は、直流電源(E)8100に接続された主スイッチング素子(Q−A)8200(1)と主スイッチング素子(Q−B)8200(2)と、主トランス(T)8400の一次側コイル(L)8400(1)と、カップリングコイル(T)8500の一次側チョークコイル8500(1)とが直列に接続されて、アクティブクランプ回路を構成する。 As shown in FIG. 8, the primary side of the active clamp type DC-DC converter 8000 includes a main switching element (Q 2 -A) 8200 (1) connected to a DC power supply (E 1 ) 8100 and a main switching element ( Q and 2 -B) 8200 (2), a main transformer (T 1) 8400 of the primary coil (L 1) 8400 (1), the primary side choke coil 8500 of the coupling coil (T 2) 8500 (1) Are connected in series to form an active clamp circuit.

また、図8に示すように、アクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ8000の二次側は、主トランス(T)8400の二次側コイル(L)8400(3)と直列に接続される整流ダイオード(D)8700(1)と、主トランス(T)8400の二次側コイル(L)8400(3)と並列に接続される整流ダイオード(D)8700(2)と、インダクタンス(L)8800と、平滑コンデンサ(C)8850とを備える。また、負荷(R)8900は、直流モータとしてもよく、直流電源で動作する任意の負荷としてもよい。 Further, as shown in FIG. 8, the secondary side of the active clamp type DC-DC converter 8000 is connected in series with the secondary coil (L 2 ) 8400 (3) of the main transformer (T 1 ) 8400. A rectifier diode (D 1 ) 8700 (1), a rectifier diode (D 2 ) 8700 (2) connected in parallel with the secondary coil (L 2 ) 8400 (3) of the main transformer (T 1 ) 8400, An inductance (L 4 ) 8800 and a smoothing capacitor (C 2 ) 8850 are provided. Further, the load (R 0 ) 8900 may be a DC motor or an arbitrary load that operates with a DC power supply.

また、図8から明らかなように、第二の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ8000は、主トランス(T)8400の一次側コイル(L)8400(1)の一部にタップを設けて設けられた他の一次側コイル(L)8400(2)を備える。 As is apparent from FIG. 8, the active clamp type DC-DC converter 8000 according to the second embodiment is a part of the primary coil (L 1 ) 8400 (1) of the primary transformer (T 1 ) 8400. Is provided with another primary side coil (L 3 ) 8400 (2) provided with a tap.

他の一次側コイル(L)8400(2)には、コンデンサ(C)8600と、カップリングコイル(T)8500の二次側チョークコイル8500(2)と第三のスイッチング素子(Q)8300とが順次接続される。 The other primary side coil (L 3 ) 8400 (2) includes a capacitor (C 1 ) 8600, a secondary side choke coil 8500 (2) of the coupling coil (T 2 ) 8500, and a third switching element (Q 1 ) 8300 are sequentially connected.

図8に示すように、主スイッチング素子(Q−A)8200(1)と主スイッチング素子(Q−B)8200(2)においては、ドレインとソースとの間にはいわゆるCossと称される見かけ上の出力容量が生じる。図9は、FETのゲート、ドレイン、ソースの各線間容量を説明する図である。 As shown in FIG. 8, in the main switching element (Q 2 -A) 8200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 8200 (2), the so-called Coss is called between the drain and the source. This produces an apparent output capacity. FIG. 9 is a diagram illustrating the line capacitances of the gate, drain, and source of the FET.

図9に示すように、FET等のスイッチング素子はゲート(G)とドレイン(D)とソース(S)との三つの端子のうちの任意の二つの各端子間に容量、Cgd,Cds,Cgsが存在することが知られている。ここで、見かけ上の入力容量Ciss=Cgd+Cgsであり、見かけ上の出力容量Coss=Cds+Cgdであり、見かけ上の帰還要領Crss=Cgdである。   As shown in FIG. 9, a switching element such as an FET has a capacitance, Cgd, Cds, Cgs between any two of the three terminals of the gate (G), drain (D), and source (S). Is known to exist. Here, the apparent input capacitance Ciss = Cgd + Cgs, the apparent output capacitance Coss = Cds + Cgd, and the apparent feedback procedure Crss = Cgd.

第二の実施形態にかかるアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ8000においては、上述の三つの容量のうち、主スイッチング素子(Q−A)8200(1)と主スイッチング素子(Q−B)8200(2)の出力容量(Coss)に蓄積される電荷を低減させて、典型的にはその蓄積電荷をゼロとしてから、主スイッチング素子(Q−A)8200(1)と主スイッチング素子(Q−B)8200(2)をオン導通させることにより、零電圧スイッチングさせることができるので好ましい。 In the active clamp type DC-DC converter 8000 according to the second embodiment, the main switching element (Q 2 -A) 8200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) among the three capacitors described above. The charge accumulated in the output capacitance (Coss) of the 8200 (2) is reduced and typically the accumulated charge is reduced to zero, and then the main switching element (Q 2 -A) 8200 (1) and the main switching element ( by Q 2 -B) 8200 (2) is the on conduction, preferable because it is possible to zero-voltage switching.

ここで、「N」は主トランス(T)8400の一次側コイル(L)8400(1)の巻数であり、「N」はタップで形成した他の一次側コイル(L)8400(2)の巻数である。また、図8においては、主トランス(T)8400の二次側コイル(L)8400(3)の巻数を「N」として示している。 Here, “N 1 ” is the number of turns of the primary coil (L 1 ) 8400 (1) of the main transformer (T 1 ) 8400, and “N 3 ” is another primary coil (L 3 ) formed by a tap. The number of turns is 8400 (2). In FIG. 8, the number of turns of the secondary coil (L 2 ) 8400 (3) of the main transformer (T 1 ) 8400 is shown as “N 2 ”.

また、「N」をカップリングコイル(T)8500の一次側チョークコイル8500(1)の巻数とし、「N」をカップリングコイル(T)8500の二次側チョークコイル8500(2)の巻数とすれば、N:N=N:Nであるものとする。 Further, "N A" and the number of turns of the coupling coil (T 2) 8500 of the primary choke coil 8500 (1), "N B" coupling coil (T 2) 8500 of the secondary side choke coil 8500 (2 ) Is assumed to be N A : N B = N 1 : N 3 .

また、主スイッチング素子(Q−A)8200(1)と主スイッチング素子(Q−B)8200(2)の出力容量(Coss)が大きい場合などその蓄積電荷が多い場合には、Nを比較的小さく構成して励磁電流を増大させることで、より多くの蓄積電荷を放出させることが可能となる。また、主トランス(T)8400の一次側コイル(L)8400(1)の巻数Nを小さくして蓄積電荷がより多く放電されるように、主トランス(T)8400の一次側コイル(L)8400(1)の巻数Nを可変巻数としてもよい。 Further, when the accumulated charge is large, such as when the output capacitance (Coss) of the main switching element (Q 2 -A) 8200 (1) and the main switching element (Q 2 -B) 8200 (2) is large, N 1 It is possible to release a larger amount of accumulated charge by increasing the excitation current with a relatively small configuration. Further, the primary side of the main transformer (T 1 ) 8400 is such that the number of turns N 1 of the primary side coil (L 1 ) 8400 (1) of the main transformer (T 1 ) 8400 is reduced to discharge more accumulated charge. the number of turns N 1 of the coil (L 1) 8400 (1) may be variable number of turns.

本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータは、主トランスの一次側において、二つの主スイッチング素子間に備えられる第一の一次巻線と、第一の一次巻線と直列に接続された第一チョークコイルと、主トランスの一次側において、第三のスイッチング素子と並列接続された第二の一次巻線と、第二の一次巻線と並列接続された第二チョークコイルとを備え、第一チョークコイルと第二チョークコイルとは、カップリングトランスを形成することを特徴とする。   The active clamp type DC-DC converter of the present invention includes a first primary winding provided between two main switching elements and a first primary winding connected in series with the first primary winding on the primary side of the main transformer. A first choke coil, a primary side of the main transformer, a second primary winding connected in parallel with the third switching element, and a second choke coil connected in parallel with the second primary winding, The one choke coil and the second choke coil form a coupling transformer.

また、本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータは、好ましくはカップリングトランスが、主スイッチング素子の出力容量(Coss)のエネルギーを伝送することを特徴とする。   The active clamp type DC-DC converter of the present invention is preferably characterized in that the coupling transformer transmits the energy of the output capacitance (Coss) of the main switching element.

また、本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータは、さらに好ましくは第一の一次巻線と第二の一次巻線との巻線比が、カップリングトランスを構成する第一チョークコイルと第二チョークコイルとの巻線比と同一であることを特徴とする。   In the active clamp type DC-DC converter according to the present invention, the winding ratio of the first primary winding to the second primary winding is more preferably the first choke coil constituting the coupling transformer and the second primary winding. The winding ratio is the same as that of the two choke coils.

また、本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータは、主トランスの一次側において、二つの主スイッチング素子間に備えられる一次巻線と、一次巻線と直列に接続された第一チョークコイルと、主トランスの一次側において、第三のスイッチング素子と直列接続された第二チョークコイルと、第二チョークコイルと接続されて多端が一次巻線にタップを形成して接続されたコンデンサとを備え、第一チョークコイルと第二チョークコイルとは、カップリングトランスを形成することを特徴とする。   The active clamp type DC-DC converter of the present invention includes a primary winding provided between two main switching elements on a primary side of a main transformer, and a first choke coil connected in series with the primary winding. A primary choke comprising a second choke coil connected in series with a third switching element, and a capacitor connected to the second choke coil and connected at multiple ends by forming a tap on the primary winding. The first choke coil and the second choke coil form a coupling transformer.

また、本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータは、好ましくはカップリングトランスが、主スイッチング素子の出力容量(Coss)のエネルギーを伝送することを特徴とする。   The active clamp type DC-DC converter of the present invention is preferably characterized in that the coupling transformer transmits the energy of the output capacitance (Coss) of the main switching element.

また、本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータは、さらに好ましくは一次巻線と一次巻線のタップを形成されて第三のスイッチング素子と並列接続されている部位との巻線比は、カップリングトランスを構成する第一チョークコイルと第二チョークコイルとの巻線比と同一であることを特徴とする。   Further, the active clamp type DC-DC converter of the present invention more preferably has a winding ratio of a primary winding and a portion where the tap of the primary winding is formed and connected in parallel with the third switching element, The winding ratio of the first choke coil and the second choke coil constituting the coupling transformer is the same.

また、本発明のスイッチング電源装置は、上述のいずれかに記載のDC−DCコンバータを備えることを特徴とする。   Moreover, the switching power supply device of this invention is equipped with the DC-DC converter in any one of the above-mentioned.

また、本発明のモータドライバは、上述のいずれかに記載のDC−DCコンバータを備えることを特徴とする。   A motor driver according to the present invention includes any one of the above-described DC-DC converters.

また、本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータの駆動方法は、主トランスの一次側において、二つの主スイッチング素子間に備えられる第一の一次巻線と、第一の一次巻線と直列に接続された第一チョークコイルと、主トランスの一次側において、第三のスイッチング素子と並列接続された第二の一次巻線と、第二の一次巻線と並列接続された第二チョークコイルとを備え、第一チョークコイルと第二チョークコイルとは、カップリングトランスを形成し、二つの主スイッチング素子をオフすると同時に第三のスイッチング素子をオンとする工程と、二つの主スイッチング素子をオンする場合に、第三のスイッチング素子を先にオフとして二つの主スイッチング素子の出力容量(Coss)の電荷を放出させた後、二つの主スイッチング素子をオンとする工程と、を有することを特徴とする。   The active clamp type DC-DC converter driving method according to the present invention includes a first primary winding provided between two main switching elements on the primary side of a main transformer, and a first primary winding in series. A first choke coil connected to the main transformer, a second primary winding connected in parallel to the third switching element on the primary side of the main transformer, and a second choke coil connected in parallel to the second primary winding The first choke coil and the second choke coil form a coupling transformer, turning off the two main switching elements and simultaneously turning on the third switching element, and two main switching elements When turning on, after the third switching element is turned off first, the charge of the output capacitance (Coss) of the two main switching elements is discharged, and then the two main switching elements are discharged. A step of turning on the switching element, characterized by having a.

また、本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータの駆動方法は、好ましくはカップリングトランスが、主スイッチング素子の出力容量(Coss)のエネルギーを伝送することを特徴とする。   Also, the driving method of the active clamp type DC-DC converter of the present invention is preferably characterized in that the coupling transformer transmits the energy of the output capacitance (Coss) of the main switching element.

また、本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータの駆動方法は、さらに好ましくは第一の一次巻線と第二の一次巻線との巻線比が、カップリングトランスを構成する第一チョークコイルと第二チョークコイルとの巻線比と同一であることを特徴とする。   Further, in the driving method of the active clamp type DC-DC converter according to the present invention, the winding ratio of the first primary winding and the second primary winding is more preferably the first choke constituting the coupling transformer. The winding ratio of the coil and the second choke coil is the same.

また、本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータの駆動方法は、主トランスの一次側において、二つの主スイッチング素子間に備えられる一次巻線と、一次巻線と直列に接続された第一チョークコイルと、主トランスの一次側において、第三のスイッチング素子と直列接続された第二チョークコイルと、第二チョークコイルと接続されて多端が一次巻線にタップを形成して接続されたコンデンサとを備え、第一チョークコイルと第二チョークコイルとは、カップリングトランスを形成し、二つの主スイッチング素子をオフすると同時に第三のスイッチング素子をオンとする工程と、二つの主スイッチング素子をオンする場合に、第三のスイッチング素子を先にオフとして二つの主スイッチング素子の出力容量(Coss)の電荷を放出させた後、二つの主スイッチング素子をオンとする工程と、を有することを特徴とする。   The active clamp type DC-DC converter driving method according to the present invention includes a primary winding provided between two main switching elements on a primary side of a main transformer, and a first winding connected in series with the primary winding. A choke coil, a second choke coil connected in series with a third switching element on the primary side of the main transformer, and a capacitor connected to the second choke coil and connected at multiple ends by forming taps on the primary winding The first choke coil and the second choke coil form a coupling transformer, turning off the two main switching elements and simultaneously turning on the third switching element, and two main switching elements When turning on, the third switching element is turned off first and the output capacitance (Coss) of the two main switching elements is After releasing, and having a step of turning on the two main switching elements.

また、本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータの駆動方法は、好ましくはカップリングトランスが、主スイッチング素子の出力容量(Coss)のエネルギーを伝送することを特徴とする。   Also, the driving method of the active clamp type DC-DC converter of the present invention is preferably characterized in that the coupling transformer transmits the energy of the output capacitance (Coss) of the main switching element.

また、本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータの駆動方法は、さらに好ましくは一次巻線と一次巻線のタップを形成されて第三のスイッチング素子と並列接続されている部位との巻線比が、カップリングトランスを構成する第一チョークコイルと第二チョークコイルとの巻線比と同一であることを特徴とする。   In the active clamp type DC-DC converter driving method of the present invention, it is more preferable that the primary winding and the tap of the primary winding are formed and the winding with the portion connected in parallel with the third switching element. The ratio is the same as the winding ratio of the first choke coil and the second choke coil constituting the coupling transformer.

また、本発明のDC−DCコンバータは、上述のいずれかに記載のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータにおいて、二つの主スイッチング素子が零電圧スイッチングを遂行することを特徴とする。   The DC-DC converter according to the present invention is characterized in that, in any of the above-described active clamp type DC-DC converters, two main switching elements perform zero voltage switching.

また、本発明のDC−DCコンバータの駆動方法は、上述のいずれかに記載のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータの駆動方法において、二つの主スイッチング素子が零電圧スイッチングを遂行することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a driving method for a DC-DC converter according to any one of the above-described active-clamp DC-DC converters, wherein two main switching elements perform zero voltage switching. To do.

上述の構成により、主スイッチング素子の出力容量(Coss)の電荷を放電させ、かつ主スイッチング素子の耐圧を低くすることができ、そのオン抵抗を低くしてオン損失を低減するアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ等を実現できる。   With the above-described configuration, an active clamp type DC that discharges the charge of the output capacitance (Coss) of the main switching element and lowers the withstand voltage of the main switching element, reduces the on-resistance and reduces the on-loss. -A DC converter or the like can be realized.

上述の各実施形態で例示したアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ1000,8000等は、各実施形態での説明に限定されるものではなく、各実施形態で説明する技術思想の範囲内かつ自明な範囲内で、適宜その構成や動作及び動作方法等を変更することができる。また、説明の便宜上各実施形態ごとに個別に説明しているが、各実施形態の構成を適宜組み合わせて適用し、またその動作も適宜組み合わせてアレンジしてもよい。   The active clamp type DC-DC converters 1000, 8000 and the like exemplified in the above embodiments are not limited to the description in each embodiment, and are within the scope of the technical idea described in each embodiment and are obvious. Within the scope, the configuration, operation, operation method, and the like can be changed as appropriate. In addition, for convenience of explanation, each embodiment has been described individually. However, the configurations of the embodiments may be applied in an appropriate combination, and operations thereof may be arranged in an appropriate combination.

本発明のアクティブクランプ方式のDC−DCコンバータは、各種スイッチング電源装置やモータ駆動装置、インバータ等の回路の構成として広く適用できる。   The active clamp type DC-DC converter of the present invention can be widely applied as a circuit configuration of various switching power supply devices, motor drive devices, inverters, and the like.

100・・直流電源(E)、200・・主スイッチング素子、300・・第三のスイッチング素子、400・・主トランス、500・・カップリングコイル(T)、600・・コンデンサ(C)、700・・整流ダイオード、800・・インダクタンス(L)、900・・負荷(R)、1000・・アクティブクランプ方式のDC−DCコンバータ。 100 ... DC power supply (E 1), 200 ... main switching element, 300 ... third switching element, 400 ... main transformer, 500 ... coupling coil (T 2), 600 ... capacitor (C 1 ), 700 ... rectifier diode, 800 ... inductance (L 4), 900 ... load (R 0), 1000 ·· DC -DC converter in the active clamp method.

Claims (6)

アクティブクランプ方式のフォワードコンバータにおいて、
主トランスの一次側において、一対の主スイッチング素子間に配置された前記主トランスの一次巻線と、
前記主トランスの二次側に配置されたアクティブクランプ回路と、
負荷電流の大きな場合に前記一対の主スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させるフィードバック回路を備え、
前記一対の主スイッチング素子と前記アクティブクランプ回路のスイッチング素子とを交互にオンさせる
ことを特徴とするアクティブクランプ方式のフォワードコンバータ。
In the active clamp type forward converter,
On the primary side of the main transformer, the primary winding of the main transformer disposed between a pair of main switching elements;
An active clamp circuit disposed on the secondary side of the main transformer;
A feedback circuit for reducing the switching frequency of the pair of main switching elements when the load current is large;
The active clamp type forward converter, wherein the pair of main switching elements and the switching elements of the active clamp circuit are alternately turned on.
請求項1に記載のアクティブクランプ方式のフォワードコンバータにおいて、
前記アクティブクランプ回路は、
前記主トランスの二次巻線とキャパシタと前記スイッチング素子とを備える
ことを特徴とするアクティブクランプ方式のフォワードコンバータ。
In the active clamp type forward converter according to claim 1,
The active clamp circuit is:
An active clamp type forward converter comprising a secondary winding of the main transformer, a capacitor, and the switching element.
請求項1または請求項2に記載のアクティブクランプ方式のフォワードコンバータにおいて、
前記主トランスの励磁方式は正負励磁である
ことを特徴とするアクティブクランプ方式のフォワードコンバータ。
In the active clamp type forward converter according to claim 1 or 2,
An active clamp type forward converter characterized in that the excitation method of the main transformer is positive and negative excitation.
アクティブクランプ方式のフォワードコンバータの駆動方法において、
主トランスの一次側において、一対の主スイッチング素子間に配置された前記主トランスの一次巻線と、
前記主トランスの二次側に配置されたアクティブクランプ回路と、を備え、
前記一対の主スイッチング素子をオンとすると共に、前記アクティブクランプ回路のスイッチング素子をオフとする工程と、
前記一対の主スイッチング素子をオフとすると共に、前記アクティブクランプ回路のスイッチング素子をオンとする工程と、を有し、
負荷電流に対応してスイッチング周波数を変化させるフィードバック回路が、前記負荷電流の大きな場合に前記一対の主スイッチング素子のスイッチング周波数を低減させる
ことを特徴とするアクティブクランプ方式のフォワードコンバータの駆動方法。
In the drive method of the active clamp type forward converter,
On the primary side of the main transformer, the primary winding of the main transformer disposed between a pair of main switching elements;
An active clamp circuit disposed on the secondary side of the main transformer,
Turning on the pair of main switching elements and turning off the switching elements of the active clamp circuit;
Turning off the pair of main switching elements and turning on the switching elements of the active clamp circuit,
An active clamp type forward converter driving method, wherein a feedback circuit that changes a switching frequency in response to a load current reduces the switching frequency of the pair of main switching elements when the load current is large.
請求項4に記載のアクティブクランプ方式のフォワードコンバータの駆動方法において、
前記アクティブクランプ回路は、
前記主トランスの二次巻線とキャパシタと前記スイッチング素子とを備える
ことを特徴とするアクティブクランプ方式のフォワードコンバータの駆動方法。
In the driving method of the forward clamp type forward converter according to claim 4,
The active clamp circuit is:
A drive method for an active clamp type forward converter, comprising: a secondary winding of the main transformer; a capacitor; and the switching element.
請求項4または請求項5に記載のアクティブクランプ方式のフォワードコンバータの駆動方法において、
前記主トランスの励磁方式は正負励磁である
ことを特徴とするアクティブクランプ方式のフォワードコンバータの駆動方法。
In the driving method of the active clamp type forward converter according to claim 4 or 5,
An active clamp type forward converter driving method, wherein the main transformer excitation method is positive or negative excitation.
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