JP2017221073A - Dc/dcコンバータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1入力端T1に一端が接続された一次コイルL1と、一次コイルに対し磁気結合されかつ第1入力端に他端が接続された二次コイルL2とを具備するトランスTRと、一次コイルを接続又は遮断するべくオンオフ駆動される、制御端を具備するスイッチング素子Qと、二次コイルの一端と第1出力端T3の間に接続され、オン期間には第1入力端から二次コイルを通り第1出力端に至る経路の第1電流i1を導通させかつオフ期間には第1電流を遮断する第1整流手段D1と、一次コイルの他端と第1出力端の間に接続され、オン期間には第1入力端から一次コイルを通り第1出力端に至る経路の第2電流を遮断しかつオフ期間には第2電流を導通させる第2整流手段D2と、を有する。
【選択図】図1
Description
(a)前記第1入力端(T1)に一端が接続された一次コイル(L1)と、該一次コイル(L1)に対し磁気結合されかつ該第1入力端(T1)に他端が接続された二次コイル(L2)とを具備するトランス(TR)と、
(b)前記一次コイル(L1)の他端と前記共通端(T2,T4)の間の電流路を導通又は遮断するべくオンオフ駆動される、制御端を具備するスイッチング素子(Q)と、
(c)前記二次コイル(L2)の一端と前記第1出力端(T3)の間に接続され、前記スイッチング素子(Q)のオン時に前記一次コイル(L1)の自己誘導に起因する相互誘導により前記二次コイル(L2)の一端に生じる電位に対して順バイアスとなりかつオフ時に逆バイアスとなる第1整流手段(D1)と、
(d)前記一次コイル(L1)の他端と前記第1出力端(T3)の間に接続され、前記スイッチング素子(Q)のオン時に前記一次コイル(L1)の自己誘導により該一次コイル(L1)の他端に生じる電位に対して逆バイアスとなりかつオフ時に順バイアスとなる第2整流手段(D2)と、を有することを特徴とする。
・ 上記態様において、前記一次コイル(L1)と前記二次コイル(L2)の磁気結合が疎結合であることが、好適である。
・ 上記態様において、前記第1整流手段(D1)及び前記第2整流手段(D2)がそれぞれダイオードであることが、好適である。
・ 上記態様において、前記一次コイル(L1)と前記二次コイル(L2)が前記トランス(TR)のコアに離隔して巻回されていることが、好適である。
上記態様において、前記トランスがギャップを有することが、好適である。
・ 本発明の別の態様は、第1及び第2入力端(T1,T2)と第1及び第2出力端(T3,T4)の間で直流電力を変換するDC/DCコンバータであって、
(a)前記第1入力端(T1)に一端が接続された一次コイル(L1)と、該一次コイル(L1)に対し磁気結合されかつ該第2出力端(T4)に他端が接続された第1の二次コイル(L21)と、該一次コイル(L1)に対し磁気結合されかつ該第2出力端(T4)に一端が接続された第2の二次コイル(L22)とを具備するトランス(TR)と、
(b)前記一次コイル(L1)の他端と前記第2入力端(T2)の間の電流路を導通又は遮断するべくオンオフ駆動される、制御端を具備するスイッチング素子(Q)と、
(c)前記第1の二次コイル(L21)の一端と前記第1出力端(T3)の間に接続され、前記スイッチング素子(Q)のオン時に前記一次コイル(L1)の自己誘導に起因する相互誘導により該第1の二次コイル(L21)の一端に生じる電位に対して順バイアスとなりかつオフ時に逆バイアスとなる第1整流手段(D1)と、
(d)前記第2の二次コイル(L22)の他端と前記第1出力端(T3)の間に接続され、前記スイッチング素子(Q)のオン時に前記一次コイル(L1)の自己誘導に起因する相互誘導により該第2の二次コイル(L22)の他端に生じる電位に対して逆バイアスとなりかつオフ時に順バイアスとなる第2整流手段(D2)と、を有することを特徴とする。
・ 上記態様において、前記一次コイル(L1)と前記第1の二次コイル(L21)の磁気結合が疎結合であり、かつ、前記一次コイル(L1)と前記第2の二次コイル(22)の磁気結合が密結合であることが、好適である。
・ 上記態様において、前記第1整流手段(D1)及び前記第2整流手段(D2)がそれぞれダイオードであることが、好適である。
・ 上記態様において、前記一次コイル(L1)と前記第1の二次コイル(L21)が前記トランス(TR)のコアに離隔して巻回されておりかつ前記一次コイル(L1)と前記第2の二次コイル(L22)が前記トランス(TR)のコアに重ね巻きされていることが、好適である。
・ 上記態様において、前記トランス(TR)がギャップを有することが、好適である。
(1−1)非絶縁型DC/DCコンバータの構成
図1は、本発明のDC/DCコンバータの第1の実施形態の基本構成例を示す回路図である。
本回路は、入力端T1と入力端T2の間に直流電力が供給される。すなわち直流電圧が印加される。また、出力端T3と出力端T4の間に直流電力が出力される。第1の実施形態は非絶縁型であり、入力端T2と出力端T4は接続され、共通端となっている。この共通端は通常は接地される。以下では、共通端を接地電位とし、入力端T1及び出力端T3を正電位の入出力端とした場合について説明するが、負電位の入出力端とすることもできる。
図2(a)(b)は、図1に示した回路図におけるオン期間及びオフ期間の電流の流れをトランスTRの構成例と共に模式的に示した図である。図3は、図1に示した回路の各箇所における電流及び電圧の時間変化の例を模式的に示した図である。図2及び図3を参照して図1の回路の動作を説明する。
図2(a)中に、オン期間の電流の経路を示している。スイッチング素子Qのゲートに入力されるパルス電圧である制御信号Vgは、例えば図3(a)の通りである。本例では、制御信号Vgがオンになるとスイッチング素子Qの電流路が導通し、直流電圧が一次コイルL1の一端に印加され、一次コイルL1の一端が正電位、他端が負電位となる。これにより、入力端T1→一次コイルL1→スイッチング素子Q→入力端T2の経路で電流idが流れる。電流idのオン期間の変化は、図3(b)の通りである。このとき、一次コイルL1の他端に接続されたダイオードD2は逆バイアスとなるので電流は流れない。
図2(b)は、オフ期間の電流の経路を示している。制御信号Vgがオフになると、スイッチング素子Qの電流路が遮断され、一次コイルL1を流れる電流idは消失する。これにより、一次コイルL1及び二次コイルL2にそれぞれ逆起電力が生じる。二次コイルL2に生じた逆起電力によりダイオードD1は逆バイアスとなるので第1電流i1は零となる。一方、一次コイルL1に生じた逆起電力によりダイオードD2が順バイアスとなって導通し、入力端T1→一次コイルL1→ダイオードD2→出力端T3→負荷→出力端T4(入力端T2)の経路で第2電流i2が流れる。第2電流i2のオフ期間の変化は、図3(d)の通りである。第2電流i2は、フライバック方式におけるオフ期間のフライバック電流に相当する。
ダイオードD1、D2から出力端T3に出力される電流i1とi2を合わせると、図3(e)のようになる。図3では電流を臨界モードで示しているが、連続モード又は不連続モードの場合も本発明の範囲に含まれるものとする。
(2−1)絶縁型DC/DCコンバータの構成
図4は、本発明のDC/DCコンバータの第2の実施形態の基本構成例を示す回路図である。第2の実施形態は絶縁型であり、入力端T1と入力端T2の間に直流電力を供給される入力側と、出力端T3と出力端T4の間に直流電力を出力する出力側が、トランスTRにより絶縁されている。以下では、入力端T1及び出力端T3を正電位の入出力端とし、入力端T2及び出力端T4を接地電位とした場合について説明するが、負電位の入出力端とすることもできる。
図5(a)(b)は、図4に示した回路図におけるオン期間及びオフ期間の電流の流れをトランスの構成例と共に模式的に示した図である。図3の波形図は第2の実施形態でも共通するので、図5及び図3を参照して図4の回路の動作を説明する。
図5(a)は、オン期間の電流の経路を示している。スイッチング素子Qのゲートに入力されるパルス電圧である制御信号Vgは、例えば図3(a)の通りである。制御信号Vgがオンになると、スイッチング素子Qの電流路が導通し、直流電圧が一次コイルL1の一端に印加され、一次コイルL1の一端が正電位、他端が負電位となる。これにより、入力端T1→一次コイルL1→スイッチング素子Q→入力端T2の経路で電流idが流れる。電流idのオン期間の変化は、図3(b)の通りである。
図5(b)は、オフ期間の電流の経路を示している。制御信号Vgがオフになると、スイッチング素子Qの電流路が遮断され、一次コイルL1を流れる電流idは消失する。これにより、一次コイルL1、第1の二次コイルL21及び第2の二次コイルL22のそれぞれに逆起電力が生じる。一次コイルL1は電流路が遮断され、電流は零となる。
L1 一次コイル
L2、L21、L22 二次コイル
T1、T2 入力端
T3、T4 出力端
Q スイッチング素子
D1、D2 ダイオード
C 平滑コンデンサ
Claims (10)
- 第1及び第2入力端(T1,T2)と第1及び第2出力端(T3,T4)の間で直流電力を変換するDC/DCコンバータであって、該第2入力端(T2)と該第2出力端(T4)は共通端であり、
(a)前記第1入力端(T1)に一端が接続された一次コイル(L1)と、該一次コイル(L1)に対し磁気結合されかつ該第1入力端(T1)に他端が接続された二次コイル(L2)とを具備するトランス(TR)と、
(b)前記一次コイル(L1)の他端と前記共通端(T2,T4)の間の電流路を導通又は遮断するべくオンオフ駆動される、制御端を具備するスイッチング素子(Q)と、
(c)前記二次コイル(L2)の一端と前記第1出力端(T3)の間に接続され、前記スイッチング素子(Q)のオン時に前記一次コイル(L1)の自己誘導に起因する相互誘導により前記二次コイル(L2)の一端に生じる電位に対して順バイアスとなりかつオフ時に逆バイアスとなる第1整流手段(D1)と、
(d)前記一次コイル(L1)の他端と前記第1出力端(T3)の間に接続され、前記スイッチング素子(Q)のオン時に前記一次コイル(L1)の自己誘導により該一次コイル(L1)の他端に生じる電位に対して逆バイアスとなりかつオフ時に順バイアスとなる第2整流手段(D2)と、を有することを特徴とする
DC/DCコンバータ。 - 前記一次コイル(L1)と前記二次コイル(L2)の磁気結合が疎結合であることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記第1整流手段(D1)及び前記第2整流手段(D2)がそれぞれダイオードであることを特徴とする請求項1又は2に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記一次コイル(L1)と前記二次コイル(L2)が前記トランス(TR)のコアに離隔して巻回されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載のDC/DCコンバータ。
- 前記トランス(TR)がギャップを有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
- 第1及び第2入力端(T1,T2)と第1及び第2出力端(T3,T4)の間で直流電力を変換するDC/DCコンバータであって、
(a)前記第1入力端(T1)に一端が接続された一次コイル(L1)と、該一次コイル(L1)に対し磁気結合されかつ該第2出力端(T4)に他端が接続された第1の二次コイル(L21)と、該一次コイル(L1)に対し磁気結合されかつ該第2出力端(T4)に一端が接続された第2の二次コイル(L22)とを具備するトランス(TR)と、
(b)前記一次コイル(L1)の他端と前記第2入力端(T2)の間の電流路を導通又は遮断するべくオンオフ駆動される、制御端を具備するスイッチング素子(Q)と、
(c)前記第1の二次コイル(L21)の一端と前記第1出力端(T3)の間に接続され、前記スイッチング素子(Q)のオン時に前記一次コイル(L1)の自己誘導に起因する相互誘導により該第1の二次コイル(L21)の一端に生じる電位に対して順バイアスとなりかつオフ時に逆バイアスとなる第1整流手段(D1)と、
(d)前記第2の二次コイル(L22)の他端と前記第1出力端(T3)の間に接続され、前記スイッチング素子(Q)のオン時に前記一次コイル(L1)の自己誘導に起因する相互誘導により該第2の二次コイル(L22)の他端に生じる電位に対して逆バイアスとなりかつオフ時に順バイアスとなる第2整流手段(D2)と、を有することを特徴とする
DC/DCコンバータ。 - 前記一次コイル(L1)と前記第1の二次コイル(L21)の磁気結合が疎結合であり、かつ、前記一次コイル(L1)と前記第2の二次コイル(22)の磁気結合が密結合であることを特徴とする請求項6に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記第1整流手段(D1)及び前記第2整流手段(D2)がそれぞれダイオードであることを特徴とする請求項6又は7に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記一次コイル(L1)と前記第1の二次コイル(L21)が前記トランス(TR)のコアに離隔して巻回されておりかつ前記一次コイル(L1)と前記第2の二次コイル(L22)が前記トランス(TR)のコアに重ね巻きされていることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
- 前記トランス(TR)がギャップを有することを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
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