JP2972415B2 - ブーストコンバータ - Google Patents
ブーストコンバータInfo
- Publication number
- JP2972415B2 JP2972415B2 JP3305362A JP30536291A JP2972415B2 JP 2972415 B2 JP2972415 B2 JP 2972415B2 JP 3305362 A JP3305362 A JP 3305362A JP 30536291 A JP30536291 A JP 30536291A JP 2972415 B2 JP2972415 B2 JP 2972415B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitor
- transistor
- voltage
- coil
- diode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Description
【０００１】
【技術分野】本発明はブーストコンバータに関するもの
である。
である。
【０００２】
【従来技術】従来のブーストコンバータの例を図２に示
す。電源１の両端にコイル２とスイッチング素子である
トランジスタ５との直列回路が接続され、このコイル２
とダイオード８と更にコンデンサ１０との直列回路が、
電源１の両端に接続されている。
す。電源１の両端にコイル２とスイッチング素子である
トランジスタ５との直列回路が接続され、このコイル２
とダイオード８と更にコンデンサ１０との直列回路が、
電源１の両端に接続されている。
【０００３】そして、トランジスタ５の両端に抵抗３と
コンデンサ４と直列回路が接続され、ダイオード８の両
端に抵抗６とコンデンサ７の直列回路が接続されてい
る。コンデンサ１０の両端電圧が出力として負荷１１へ
印加される。
コンデンサ４と直列回路が接続され、ダイオード８の両
端に抵抗６とコンデンサ７の直列回路が接続されてい
る。コンデンサ１０の両端電圧が出力として負荷１１へ
印加される。
【０００４】トランジスタ５は出力電圧が一定となる様
に、ＰＷＭ制御回路９によって出力電圧に応じたスイッ
チング周波数でオンオフ制御される。すなわち、トラン
ジスタ５がオンのときに、電源１からコイル２へ磁気エ
ネルギを蓄積し、このエネルギをトランジスタ５がオフ
のときにダイオード８を介して出力コンデンサ１０及び
負荷１１へ供給するようになっている。
に、ＰＷＭ制御回路９によって出力電圧に応じたスイッ
チング周波数でオンオフ制御される。すなわち、トラン
ジスタ５がオンのときに、電源１からコイル２へ磁気エ
ネルギを蓄積し、このエネルギをトランジスタ５がオフ
のときにダイオード８を介して出力コンデンサ１０及び
負荷１１へ供給するようになっている。
【０００５】このとき、磁気エネルギは入力電源１に重
畳されて出力コンデンサ１０へ供給されるために、入力
電圧よりも高い出力電圧を得ることができるのである。
この出力電圧は放出エネルギと負荷抵抗値とにより定ま
り、スイッチングトランジスタ５のオンオフ周波数を小
とすれば、放出エネルギも大となって出力電圧が上昇す
ることになる。
畳されて出力コンデンサ１０へ供給されるために、入力
電圧よりも高い出力電圧を得ることができるのである。
この出力電圧は放出エネルギと負荷抵抗値とにより定ま
り、スイッチングトランジスタ５のオンオフ周波数を小
とすれば、放出エネルギも大となって出力電圧が上昇す
ることになる。
【０００６】尚、抵抗３，６、コンデンサ４，７はスイ
ッチングトランジスタ５のターンオン，ターンオフ時に
おけるサージ電圧を抑圧するためサージアブゾーバとし
て動作する。
ッチングトランジスタ５のターンオン，ターンオフ時に
おけるサージ電圧を抑圧するためサージアブゾーバとし
て動作する。
【０００７】上述の従来回路はトランジスタ５の負荷が
誘導負荷であり、ターンオン及びターンオフ時に急激な
大電流をスイッチするため、トランジスタ５及びダイオ
ード８のスイッチング損失が大きいという欠点がある。
誘導負荷であり、ターンオン及びターンオフ時に急激な
大電流をスイッチするため、トランジスタ５及びダイオ
ード８のスイッチング損失が大きいという欠点がある。
【０００８】また、スイッチング動作時にコイル２の磁
気エネルギによって発生するサージ電圧及び出力ノイズ
を低減するために、抵抗、コンデンサからなるサージア
ブゾーバが必要である。特に、効率低下は高周波スイッ
チング時ほど顕著になるため、高周波化による小形化を
阻害する要因ともなっている。
気エネルギによって発生するサージ電圧及び出力ノイズ
を低減するために、抵抗、コンデンサからなるサージア
ブゾーバが必要である。特に、効率低下は高周波スイッ
チング時ほど顕著になるため、高周波化による小形化を
阻害する要因ともなっている。
【０００９】
【発明の目的】本発明の目的は、高周波化、高効率化、
低ノイズ化を図り、かつサージアブゾーバを不要として
小形化を図ったブーストコンバータを提供することであ
る。
低ノイズ化を図り、かつサージアブゾーバを不要として
小形化を図ったブーストコンバータを提供することであ
る。
【００１０】
【発明の構成】本発明によるブーストコンバータは、電
源の両端に直列に接続された第１及び第２のスイッチン
グ素子と、前記第１のスイッチング素子の両端に直列に
接続された第１のダイオード、第１のコンデンサ及びコ
イルと、前記第１のコンデンサに並列に接続された第２
のダイオードと、前記第１のコンデンサ、前記コイル及
び前記第２のスイッチング素子からなる直列回路の両端
に直列に接続された第３のダイオード及び第２のコンデ
ンサと、前記第１及び第２のスイッチング素子を出力電
圧に応じた周波数で相補的にオンオフ制御する制御回路
とを有し、前記第２のコンデンサの両端電圧を前記出力
電圧として導出するようにしたことを特徴とする。
源の両端に直列に接続された第１及び第２のスイッチン
グ素子と、前記第１のスイッチング素子の両端に直列に
接続された第１のダイオード、第１のコンデンサ及びコ
イルと、前記第１のコンデンサに並列に接続された第２
のダイオードと、前記第１のコンデンサ、前記コイル及
び前記第２のスイッチング素子からなる直列回路の両端
に直列に接続された第３のダイオード及び第２のコンデ
ンサと、前記第１及び第２のスイッチング素子を出力電
圧に応じた周波数で相補的にオンオフ制御する制御回路
とを有し、前記第２のコンデンサの両端電圧を前記出力
電圧として導出するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１２】図１は本発明の一実施例を示す回路図であ
り、図２と同等部分は同一符号にて示す。出力電圧に対
応する周波数でトランジスタ５，１３を交互に相補的に
オンオフ制御する周波数制御回路９を有し、入力電源１
の両端にこれ等トランジスタ５，１３の直列回路が接続
される。
り、図２と同等部分は同一符号にて示す。出力電圧に対
応する周波数でトランジスタ５，１３を交互に相補的に
オンオフ制御する周波数制御回路９を有し、入力電源１
の両端にこれ等トランジスタ５，１３の直列回路が接続
される。
【００１３】トランジスタ１３の両端にダイオード１２
とコンデンサ１４とコイル２とからなる直列回路が接続
され、コンデンサ１４と並列にダイオード１６が接続さ
れ、また入力電源１の両端にダイオード８，１２とコン
デンサ１０との直列回路が接続され、コンデンサ１０の
両端電圧が出力となっている。
とコンデンサ１４とコイル２とからなる直列回路が接続
され、コンデンサ１４と並列にダイオード１６が接続さ
れ、また入力電源１の両端にダイオード８，１２とコン
デンサ１０との直列回路が接続され、コンデンサ１０の
両端電圧が出力となっている。
【００１４】周波数制御回路９によってドライブされる
トランジスタ５，１３のスイッチング周波数は出力電圧
に応じて変化し出力電圧を一定に保つ。また、出力コン
デンサ１０は負荷１１に連続した一定電圧を供給できる
様に十分大きい静電容量値を有する。
トランジスタ５，１３のスイッチング周波数は出力電圧
に応じて変化し出力電圧を一定に保つ。また、出力コン
デンサ１０は負荷１１に連続した一定電圧を供給できる
様に十分大きい静電容量値を有する。
【００１５】次に、本実施例の動作について図３のタイ
ムチャートを用いて説明する。トランジスタ５がオンし
トランジスタ１３がオフしている期間をサイクルＡと
し、トランジスタ５がオフしトランジスタ１３がオンし
ている期間をサイクルＢとし、サイクルＡとサイクルＢ
とで一周期Ｔを形成しているものとする。
ムチャートを用いて説明する。トランジスタ５がオンし
トランジスタ１３がオフしている期間をサイクルＡと
し、トランジスタ５がオフしトランジスタ１３がオンし
ている期間をサイクルＢとし、サイクルＡとサイクルＢ
とで一周期Ｔを形成しているものとする。
【００１６】入力電圧をＥ、出力電圧をＶ0 とすると、
トランジスタ５のターンオン直前、すなわちサイクルＢ
の終りでは、後述する様にコンデンサ１４の両端電圧０
ｖである。従って、サイクルＡでトランジスタ５がオン
すると、コイル２とコンデンサ１４との共振作用によ
り、図３（ａ）に示す様な共振電流ｉ1 がコンデンサ１
４に流入する。この共振電流ｉ1 によってコンデンサ１
４が充電されてコンデンサ１４の両端電圧ｖ14は同図
（ｂ）の様になる。
トランジスタ５のターンオン直前、すなわちサイクルＢ
の終りでは、後述する様にコンデンサ１４の両端電圧０
ｖである。従って、サイクルＡでトランジスタ５がオン
すると、コイル２とコンデンサ１４との共振作用によ
り、図３（ａ）に示す様な共振電流ｉ1 がコンデンサ１
４に流入する。この共振電流ｉ1 によってコンデンサ１
４が充電されてコンデンサ１４の両端電圧ｖ14は同図
（ｂ）の様になる。
【００１７】今、コイル２のインダクタンスをＬ、コン
デンサ１４の容量をＣとすると、サイクルＡの始点を基
準とした時刻ｔにおける共振電流ｉ1 及びコンデンサ両
端電圧ｖ14は、０＜ｔ＜π（ＬＣ）1/2 の期間におい
て、 ｉ1 ＝（Ｃ／Ｌ）1/2 Ｅsin ｛ｔ／（ＬＣ）1/2 ｝……（１） ｖ14＝Ｅ（１−cos ｛ｔ／（ＬＣ）1/2 ｝ ……（２） となる（図３（ａ），（ｂ）参照）。
デンサ１４の容量をＣとすると、サイクルＡの始点を基
準とした時刻ｔにおける共振電流ｉ1 及びコンデンサ両
端電圧ｖ14は、０＜ｔ＜π（ＬＣ）1/2 の期間におい
て、 ｉ1 ＝（Ｃ／Ｌ）1/2 Ｅsin ｛ｔ／（ＬＣ）1/2 ｝……（１） ｖ14＝Ｅ（１−cos ｛ｔ／（ＬＣ）1/2 ｝ ……（２） となる（図３（ａ），（ｂ）参照）。
【００１８】従って、コンデンサ１４はｔ＝π（ＬＣ）
1/2 ではＶ0 まで充電される。
1/2 ではＶ0 まで充電される。
【００１９】π（ＬＣ）1/2 ＜ｔ＜τ／２の期間では、
ダイオード１２が逆電圧となってオフ状態になり、トラ
ンジスタ１３は未だオフであるから、コンデンサ１４は
充電も放電もされる図３（ｂ）に示す様に、ｔ＝π（Ｌ
Ｃ）1/2 におけるＶ0 をそのまま保持している。
ダイオード１２が逆電圧となってオフ状態になり、トラ
ンジスタ１３は未だオフであるから、コンデンサ１４は
充電も放電もされる図３（ｂ）に示す様に、ｔ＝π（Ｌ
Ｃ）1/2 におけるＶ0 をそのまま保持している。
【００２０】次にサイクルＢにおいて、トランジスタ５
がオフしトランジスタ１３がオンすると、コンデンサ１
４に充電された電荷は、入力電圧１に重畳されてダイオ
ード８とコイル２とを介して出力コンデンサ１０へ放電
される。この時、コイル２に流れる電流ｉ2 は図３
（ｃ）の様になる。
がオフしトランジスタ１３がオンすると、コンデンサ１
４に充電された電荷は、入力電圧１に重畳されてダイオ
ード８とコイル２とを介して出力コンデンサ１０へ放電
される。この時、コイル２に流れる電流ｉ2 は図３
（ｃ）の様になる。
【００２１】放電期間τC の後は放電中にコイル２に蓄
積された磁気エネルギがダイオード８，トランジスタ１
３，入力電源１を通してコンデンサ１０へ供給され、こ
のリセット期間τR の後は無電流となる。
積された磁気エネルギがダイオード８，トランジスタ１
３，入力電源１を通してコンデンサ１０へ供給され、こ
のリセット期間τR の後は無電流となる。
【００２２】出力コンデンサ１０は十分大きな静電容量
を有し一定の出力電圧Ｖ0 を負荷抵抗１１に供給するも
のとすると、Ｔ／２≦ｔ≦Ｔ／２＋τCにおいては、 ｉ2 ＝（Ｃ／Ｌ）1/2 （３Ｅ−Ｖ0)sin ｛（ｔ−Ｔ／２）／（ＬＣ）1/2 ｝ ……（３） ｖ14＝（Ｖ0 −Ｅ）＋（３Ｅ−Ｖ0 ）cos ｛（ｔ−Ｔ／２）／（ＬＣ）1/2 ｝ τC ＝（ＬＣ）1/2 cos -1｛（Ｅ−Ｖ0 ）／（３Ｅ−Ｖ0 ）｝ となる。但し、Ｅ＜Ｖ0 とする（図３（ｂ），（ｃ）参
照）。
を有し一定の出力電圧Ｖ0 を負荷抵抗１１に供給するも
のとすると、Ｔ／２≦ｔ≦Ｔ／２＋τCにおいては、 ｉ2 ＝（Ｃ／Ｌ）1/2 （３Ｅ−Ｖ0)sin ｛（ｔ−Ｔ／２）／（ＬＣ）1/2 ｝ ……（３） ｖ14＝（Ｖ0 −Ｅ）＋（３Ｅ−Ｖ0 ）cos ｛（ｔ−Ｔ／２）／（ＬＣ）1/2 ｝ τC ＝（ＬＣ）1/2 cos -1｛（Ｅ−Ｖ0 ）／（３Ｅ−Ｖ0 ）｝ となる。但し、Ｅ＜Ｖ0 とする（図３（ｂ），（ｃ）参
照）。
【００２３】そして、放電期間τC の終り、すなわちｔ
＝Ｔ／２＋τCにおいて、電流ｉ2が最大値ＩM となる。
＝Ｔ／２＋τCにおいて、電流ｉ2が最大値ＩM となる。
【００２４】次に、リセット期間τR においては、 ｉ2 ＝ＩM −（Ｖ0 −Ｅ）（ｔ−Ｔ／２−τC ）／Ｌ ……（５） τR ＝ＬＩM ／（Ｖ0 −Ｅ） ……（６） となる。すなわち、この期間において、ｉ2 は（Ｖ0 −
Ｅ）／Ｌの傾きで減少し、τR 後に０となる。すなわち
コイル２の磁束がリセットされる。リセット後は次のサ
イクルＡが開始されるまで回路動作は静止している。
尚、この時コンデンサ１４の両端電圧は０Ｖである。
Ｅ）／Ｌの傾きで減少し、τR 後に０となる。すなわち
コイル２の磁束がリセットされる。リセット後は次のサ
イクルＡが開始されるまで回路動作は静止している。
尚、この時コンデンサ１４の両端電圧は０Ｖである。
【００２５】今、負荷抵抗１１の抵抗値をＲとすると、
出力電力はＶ0 2 ／Ｒであり、一周期間の電力Ｐ0 Ｔは
コンデンサ１４の静電エネルギＣ（２Ｅ）2 ／２が放電
されたものである。従って、 Ｐ0 ＝Ｖ0 2 ／Ｒ＝Ｃ（２Ｅ）2 ／２Ｔ ……（７） Ｖ0 ＝（２ＣＲｆ）1/2 ２Ｅ ……（８） となる。但し、ｆ＝１／Ｔとする。
出力電力はＶ0 2 ／Ｒであり、一周期間の電力Ｐ0 Ｔは
コンデンサ１４の静電エネルギＣ（２Ｅ）2 ／２が放電
されたものである。従って、 Ｐ0 ＝Ｖ0 2 ／Ｒ＝Ｃ（２Ｅ）2 ／２Ｔ ……（７） Ｖ0 ＝（２ＣＲｆ）1/2 ２Ｅ ……（８） となる。但し、ｆ＝１／Ｔとする。
【００２６】すなわち、入力電圧Ｅ、負荷抵抗Ｒの変動
に対してスイッチング周波数ｆを調整することにより、
出力Ｖ0 を安定化することができる。制御回路９は出力
電圧Ｖ0 に応じてこの周波数ｆを制御し、出力電圧Ｖ0
を安定化する様動作するのである。
に対してスイッチング周波数ｆを調整することにより、
出力Ｖ0 を安定化することができる。制御回路９は出力
電圧Ｖ0 に応じてこの周波数ｆを制御し、出力電圧Ｖ0
を安定化する様動作するのである。
【００２７】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、サイ
クルＡ，Ｂの始点、終点ではコイルを流れる電流が０で
あるため、スイッチング動作によって発生するノイズ及
びスイッチング損失が極小となるという効果がある。従
って、スイッチング周波数を高周波化しても低損失、低
雑音で動作するため、高周波化による小形化が容易であ
る。また、ノイズ成分は基本周波数成分のみであり、高
周波成分が少なく原理的に低ノイズであり、トランジス
タ、ダイオードのサージアブゾーバは不要である等多く
の利点を有する。
クルＡ，Ｂの始点、終点ではコイルを流れる電流が０で
あるため、スイッチング動作によって発生するノイズ及
びスイッチング損失が極小となるという効果がある。従
って、スイッチング周波数を高周波化しても低損失、低
雑音で動作するため、高周波化による小形化が容易であ
る。また、ノイズ成分は基本周波数成分のみであり、高
周波成分が少なく原理的に低ノイズであり、トランジス
タ、ダイオードのサージアブゾーバは不要である等多く
の利点を有する。
【図１】本発明の実施例の回路図である。
【図２】従来のブーストコンバータの回路図である。
【図３】本発明の実施例の動作を示す波形図である。
１ 電源 ２ コイル ５，１３ トランジスタ ８，１２，１６ ダイオード ９ 制御回路 １０，１４ コンデンサ １１ 負荷
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02M 3/155
Claims (1)
- 【請求項１】 電源の両端に直列に接続された第１及び
第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素
子の両端に直列に接続された第１のダイオード、第１の
コンデンサ及びコイルと、前記第１のコンデンサに並列
に接続された第２のダイオードと、前記第１のコンデン
サ、前記コイル及び前記第２のスイッチング素子からな
る直列回路の両端に直列に接続された第３のダイオード
及び第２のコンデンサと、前記第１及び第２のスイッチ
ング素子を出力電圧に応じた周波数で相補的にオンオフ
制御する制御回路とを有し、前記第２のコンデンサの両
端電圧を前記出力電圧として導出するようにしたことを
特徴とするブーストコンバータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3305362A JP2972415B2 (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | ブーストコンバータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3305362A JP2972415B2 (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | ブーストコンバータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05122926A JPH05122926A (ja) | 1993-05-18 |
| JP2972415B2 true JP2972415B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=17944207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3305362A Expired - Lifetime JP2972415B2 (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | ブーストコンバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2972415B2 (ja) |
-
1991
- 1991-10-24 JP JP3305362A patent/JP2972415B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05122926A (ja) | 1993-05-18 |
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