JP2996014B2 - DC-DC converter - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はDC−DCコンバータに
関し、特に電圧共振型DC−DCフォワードコンバータ
の主スイッチの電力損失特性の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC-DC converter, and more particularly to an improvement in a power loss characteristic of a main switch of a voltage resonance type DC-DC forward converter.
【0002】[0002]
【従来の技術】周知のように、DC−DCコンバータの
ターンオン損失は、ゼロボルトスイッチング(ZVS)
法を電圧共振型または電流共振型DC−DCコンバータ
に適用することにより著しく改良されてきている。特に
電圧共振型コンバータは主スイッチとして使用するMO
SFETの出力容量を共振用コンデンサの一部として利
用できるのでスイッチング周波数の高周波化に適してい
る。そのため、電圧共振型DC−DCコンバータを用
い、高い周波数で高い効率を得るために多くの研究が進
められている。2. Description of the Related Art As is well known, the turn-on loss of a DC-DC converter is reduced by zero volt switching (ZVS).
The method has been significantly improved by applying the method to a voltage resonance type or current resonance type DC-DC converter. Especially, the voltage resonance type converter is
Since the output capacitance of the SFET can be used as a part of the resonance capacitor, it is suitable for increasing the switching frequency. Therefore, many studies have been conducted to obtain high efficiency at a high frequency using a voltage resonance type DC-DC converter.
【0003】図6は1石式電圧共振DC−DCフォワー
ドコンバータの従来例の回路図である。回路はDC電源
1、主トランス5、主スイッチ3、主スイッチ3に並列
に接続されたコンデンサ4、電圧クランパ70、整流ダ
イオード11、電流スナバ回路71、入力コンデンサ
2、出力コンデンサ12、および主スイッチ3のスイッ
チングを制御するためのループ制御回路14で成ってい
る。図中、コイル15は主トランスのリーケージインダ
クタンスおよび必要な場合には外付けされたコイルのイ
ンダクタンスを表わす。FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional example of a single-type voltage resonance DC-DC forward converter. The circuit includes a DC power supply 1, a main transformer 5, a main switch 3, a capacitor 4 connected in parallel to the main switch 3, a voltage clamper 70, a rectifier diode 11, a current snubber circuit 71, an input capacitor 2, an output capacitor 12, and a main switch. 3 comprises a loop control circuit 14 for controlling the switching. In the figure, the coil 15 represents the leakage inductance of the main transformer and, if necessary, the inductance of an externally attached coil.
【0004】主スイッチ3とコンデンサ4は主トランス
5に直列に接続され、主スイッチ3はループ制御回路1
4の制御によって駆動され、コンバータの出力を調節す
る。コンデンサ4は、主トランス5のインダクタンスL
P と共に直列共振回路を形成し、該共振回路は主スイッ
チ3のターンオン時にゼロボルトの電圧を主スイッチ3
に印加する。このようにしてターンオン時の電力損失、
すなわちターンオン損失を減少させることができる。A main switch 3 and a capacitor 4 are connected in series to a main transformer 5, and the main switch 3 is connected to a loop control circuit 1
4 to control the output of the converter. The capacitor 4 has an inductance L of the main transformer 5.
P forms a series resonance circuit, which turns on the main switch 3 with a voltage of zero volts when the main switch 3 is turned on.
Is applied. In this way, the power loss at turn-on,
That is, the turn-on loss can be reduced.
【0005】電圧クランパ70は、主スイッチ3のオン
期間に主トランス5のコアに蓄積された磁気エネルギー
をリセットし、該コアが磁気的に飽和することを防止す
る。電圧クランパ70は、ダイオードと、互いに並列に
接続された抵抗およびコンデンサから成り、主トランス
5の1次巻線6に並列に接続されている。コアに蓄積さ
れた磁気エネルギーは、主スイッチ3のオフ期間中に電
圧クランパ70中の抵抗によって消散され、ターンオフ
時のサージ電圧はコンデンサに吸収される。電流スナバ
回路71は、主トランス5の2次電流のターンオフ時に
コイル15によって誘導されるサージ電流を分路してダ
イオード11を保護する。この回路は、抵抗とコンデン
サが直列に接続されて成り、抵抗は電流のエネルギーを
消散させ、コンデンサは電流を平滑する。The voltage clamper 70 resets the magnetic energy stored in the core of the main transformer 5 during the ON period of the main switch 3 to prevent the core from being magnetically saturated. The voltage clamper 70 includes a diode, a resistor and a capacitor connected in parallel with each other, and is connected in parallel to the primary winding 6 of the main transformer 5. The magnetic energy stored in the core is dissipated by the resistance in the voltage clamper 70 during the off period of the main switch 3, and the surge voltage at the time of turning off is absorbed by the capacitor. The current snubber circuit 71 protects the diode 11 by shunting the surge current induced by the coil 15 when the secondary current of the main transformer 5 is turned off. This circuit consists of a resistor and a capacitor connected in series, the resistor dissipating the energy of the current and the capacitor smoothing the current.
【0006】この電圧共振型DC−DCフォワードコン
バータは次のように動作する。先ず、主スイッチ3がタ
ーンオフすると、1次巻線6に共振電流が流れ始め、主
スイッチ3の電圧VDSは0ボルトから立上る。半サイク
ル後電圧VDSが0に戻ったとき、主スイッチ3は、ルー
プ制御回路14の制御によってオンに切換えられる。こ
のようにしてターンオン損失は防止される。オン期間の
長さはコンバータの出力電圧VO の設定値に比例し、設
定値からの偏差がある場合には、該偏差を補償するよう
に、オン期間の長さが調節される。This voltage resonance type DC-DC forward converter operates as follows. First, when the main switch 3 is turned off, beginning the resonant current in the primary winding 6 flows, the voltage V DS of the main switch 3 rises from 0 volts. When the voltage VDS returns to 0 after a half cycle, the main switch 3 is turned on under the control of the loop control circuit 14. In this way, turn-on losses are prevented. The length of the ON period is proportional to the set value of the output voltage V O of the converter, and if there is a deviation from the set value, the length of the ON period is adjusted so as to compensate for the deviation.
【0007】図7は多出力1石式電圧共振型DC−DC
フォワードコンバータの従来例の構成図である。簡単の
ために、主出力回路72と1つの補助出力回路73のみ
が図示されている。通常は、最も高い出力が主出力に選
ばれ、その選択された主出力が主スイッチ3の電圧共振
スイッチングによって制御される。主出力の制御が補助
出力に影響しないように、補助出力回路73は固有の出
力調節回路を備えている。図7に示されている電圧共振
スイッチング回路と主出力回路で成るコンバータは最も
通常のコンバータであって(例えば、電子情報通信学会
90巻439号PE90−69参照)、補助出力回路7
3は、主トランスの補助2次巻線77の出力電流を整流
ダイオード11によって整流して出力する。出力電圧V
AOは、主出力回路72から独立してシリーズドロッパ7
6によって調節される。FIG. 7 is a diagram showing a multi-output single-pole voltage resonance type DC-DC.
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional example of a forward converter. For simplicity, only the main output circuit 72 and one auxiliary output circuit 73 are shown. Usually, the highest output is selected as the main output, and the selected main output is controlled by the voltage resonance switching of the main switch 3. The auxiliary output circuit 73 has its own output adjusting circuit so that the control of the main output does not affect the auxiliary output. The converter composed of the voltage resonance switching circuit and the main output circuit shown in FIG. 7 is the most usual converter (for example, see IEICE 90 Vol. 439, PE 90-69), and the auxiliary output circuit 7
3 rectifies the output current of the auxiliary secondary winding 77 of the main transformer by the rectifier diode 11 and outputs the rectified output current. Output voltage V
AO is independent of the main output circuit 72,
Adjusted by 6.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】図6に示されている従
来の電圧共振DC−DCコンバータにおいては、正弦波
の共振電圧を主スイッチに印加するために必然的にピー
ク電圧をもスイッチ素子に印加する結果になり、その高
いピーク電圧によってスイッチ素子に電圧ストレスが生
じるという問題点がある。この電圧ストレスを防止する
ために高電圧スイッチを用いる必要があるけれど、通
常、高電圧スイッチは高いオン抵抗をもつのでオン抵抗
損失を生じ、そのことがコンバータの効率を下げる原因
になっている。さらに、高い電圧の印加による弊害を防
止するために電圧クランパ70や電流スナバ回路71を
用いると、これらの回路内で電力損失を生ずるばかりで
なく、これらの回路を注意深く使用しない場合には、共
振電圧波形そのものが変形し、そのことが主スイッチの
ターンオン損失の原因にもなる。In the conventional voltage-resonant DC-DC converter shown in FIG. 6, in order to apply a sinusoidal resonance voltage to the main switch, a peak voltage is necessarily applied to the switch element. As a result, the high peak voltage causes voltage stress on the switching element. Although it is necessary to use a high-voltage switch to prevent this voltage stress, the high-voltage switch usually has a high on-resistance, causing an on-resistance loss, which causes a decrease in the efficiency of the converter. Further, when the voltage clamper 70 and the current snubber circuit 71 are used to prevent the adverse effects caused by the application of a high voltage, not only power loss occurs in these circuits but also if these circuits are not used carefully, The voltage waveform itself is deformed, which also causes a turn-on loss of the main switch.
【0009】図7に示されている従来の多出力型DC−
DCコンバータにおいては、補助出力回路の入力電圧の
変動をシリーズドロッパを用いて補償するとき不可避的
に電力損失を生ずるという問題点がある。補助出力回路
の入力電圧の変動は、通常、主出力回路の負荷電流が変
化し、または主出力回路への入力電圧が変動した場合
に、それに応答して主スイッチのオン期間が変化し、ス
イッチング周波数が変化したときに生じる。The conventional multi-output type DC- shown in FIG.
In the DC converter, there is a problem that a power loss is inevitably generated when the fluctuation of the input voltage of the auxiliary output circuit is compensated using the series dropper. The change in the input voltage of the auxiliary output circuit usually occurs when the load current of the main output circuit changes, or when the input voltage to the main output circuit changes, the on-period of the main switch changes in response to the change. Occurs when the frequency changes.
【0010】本発明の目的は低電圧、低オン抵抗の主ス
イッチを使用することができ、かつ、整流ダイオードの
電力損失を低減することができるスナバ回路付き電圧共
振型DC−DCフォワードコンバータを提供することに
ある。An object of the present invention is to provide a voltage-resonant DC-DC forward converter with a snubber circuit that can use a low-voltage, low-on-resistance main switch and reduce the power loss of a rectifier diode. Is to do.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電圧共振型DC−DCフォワードコンバ
ータは、コンデンサと第1のダイオードが直列に接続さ
れて成り、主トランスの2次巻線の両端に接続されて該
2次巻線と共に第1のダイオードの順方向に共振電流を
導通する共振回路を形成する直列回路と、前記コンデン
サに蓄積されている電荷を前記第1のダイオードのオフ
期間に放電する放電手段とを有し、第1のダイオードの
順方向は、前記2次巻線から整流用の第2のダイオード
を経て平滑回路へ2次電流が供給されている期間には、
前記共振電流の導通が阻止されるように定められている
スナバ手段を有する。To achieve the above object, a voltage resonance type DC-DC forward converter according to the present invention comprises a capacitor and a first diode connected in series, and a secondary transformer of a main transformer. A series circuit that is connected to both ends of a winding and forms a resonance circuit that conducts a resonance current in the forward direction of the first diode together with the secondary winding, and charges the electric charge stored in the capacitor with the first diode And a discharging means for discharging during the off period of the first diode. The forward direction of the first diode corresponds to a period in which the secondary current is supplied from the secondary winding to the smoothing circuit via the second diode for rectification. Is
Snubber means is provided so as to prevent conduction of the resonance current.
【0012】[0012]
【作用】本発明の電圧共振型DC−DCフォワードコン
バータの作用は3つの期間に分けて説明することができ
る。先ず、主スイッチがターンオフした時点以後、第2
のダイオードの順方向電圧が0になって負荷への2次電
流の供給が停止するまでの期間(期間I)、第1のダイ
オードに印加される電圧が順方向になって共振回路が導
通し、第1のダイオードの順方向への共振電流によって
コンデンサが充電され、コンデンサの充電電圧の上昇と
共に第1のダイオードの順方向電圧が低下し、最後に第
1のダイオードがターンオフする迄の期間(期間II)、
第1のダイオードのターンオフ後、主スイッチのオフ期
間が終了する迄の期間であって、コンデンサに蓄積され
ている電荷はこの期間中に放電手段を経て放電される
(期間III )。The operation of the voltage resonance type DC-DC forward converter according to the present invention can be described in three periods. First, after the main switch is turned off,
During the period (period I) until the forward voltage of the diode becomes 0 and the supply of the secondary current to the load stops, the voltage applied to the first diode becomes forward and the resonance circuit becomes conductive. , The capacitor is charged by the forward resonance current of the first diode, the forward voltage of the first diode decreases as the charging voltage of the capacitor increases, and the period until the first diode is finally turned off ( Period II),
The charge stored in the capacitor is discharged through the discharging means during this period until the end of the off period of the main switch after the first diode is turned off (period III).
【0013】以下の記述においては、主トランスの1次
側および2次側に構成された共振回路をそれぞれ1次共
振回路、2次共振回路と記し、それぞれの共振回路に流
れる共振電流を1次共振電流、2次共振電流と記す。期
間Iにおいては2次共振回路における共振は阻止される
ので、主スイッチに印加される電圧は、1次共振回路の
共振周期T1 に対応する時定数で立上がる。期間IIで
は、2次共振回路が導通して共振が起り、それが主トラ
ンスを介して1次共振回路の共振に作用するので、1次
共振回路の共振は、1次側に換算された2次共振回路の
容量とインダクタンスが1次巻線の自己誘導に並列に接
続された等価共振回路の共振周期T2 で行われる。した
がって、期間IIにおいては、主スイッチに印加される電
圧は、T1に比べて大きな時定数T2 でゆっくりと変化
する。期間III では、2次共振回路の導通が再び阻止さ
れるので、主スイッチに印加される電圧は再び周期T1
の正弦波の波形を画いて0ボルト迄下降する。このよう
に、主スイッチに印加される電圧は、期間IおよびIII
では正弦波の波形で立上り、立下るけれど期間IIではゆ
っくり変化する。そのため、主スイッチの印加電圧は、
ピークの部分が切りとられた正弦波、すなわち截頭正弦
波になり、高いピーク電圧が主スイッチに印加されるこ
とが避けられる。In the following description, the resonance circuits formed on the primary side and the secondary side of the main transformer will be referred to as a primary resonance circuit and a secondary resonance circuit, respectively, and the resonance current flowing through each resonance circuit will be referred to as the primary resonance circuit. It is referred to as a resonance current or a secondary resonance current. Since in the period I, the resonance in the secondary resonant circuit is prevented, the voltage applied to the main switch, rises with a time constant corresponding to the resonance period T 1 of the first resonance circuit. In the period II, the secondary resonance circuit conducts and resonance occurs, which acts on the resonance of the primary resonance circuit via the main transformer. Therefore, the resonance of the primary resonance circuit is converted to the primary side. capacitance and inductance of the next resonant circuit is performed at the resonance period T 2 of the equivalent resonance circuit connected in parallel to the self-induction of the primary winding. Accordingly, in the period II, the voltage applied to the main switch, change slowly with a large time constant T 2 compared to T 1. In the period III, the conduction of the secondary resonance circuit is stopped again, so that the voltage applied to the main switch is changed to the period T 1 again.
And then drop to 0 volts. Thus, the voltage applied to the main switch is equal to the period I and III.
Rises and falls with a sinusoidal waveform, but slowly changes in period II. Therefore, the applied voltage of the main switch is
The peak portion becomes a truncated sine wave, that is, a truncated sine wave, and a high peak voltage is prevented from being applied to the main switch.
【0014】前記したように、主トランスの1次回路に
は、期間IIにおいて主スイッチの印加電圧が截頭正弦波
になるように1次共振電流が流れる。その結果、2次巻
線には、期間IIにおいてゆっくりと変化する2次電圧が
発生する。周知のように、第2のダイオード(整流ダイ
オード)がオフ状態になった後には主トランスの2次電
圧が逆電圧として第2のダイオードに印加される。した
がって、第2のダイオードに逆回復電流が流れる期間II
の初期に、2次電圧の変化(2次電圧の逆方向の立上
り)が小さい場合には逆回復電流の2次電圧による電力
損失が小さくなる。本発明のスナバ回路は期間IIにおい
て2次電圧をゆっくり変化させるので、前記の電力損失
は低減する。As described above, the primary resonance current flows through the primary circuit of the main transformer such that the voltage applied to the main switch becomes a truncated sine wave in the period II. As a result, a secondary voltage that changes slowly in the period II is generated in the secondary winding. As is well known, after the second diode (rectifying diode) is turned off, the secondary voltage of the main transformer is applied to the second diode as a reverse voltage. Therefore, the period II during which the reverse recovery current flows through the second diode II
If the change in the secondary voltage (the rising of the secondary voltage in the reverse direction) is small in the initial stage, the power loss due to the secondary voltage of the reverse recovery current decreases. The power loss is reduced because the snubber circuit of the present invention changes the secondary voltage slowly during period II.
【0015】[0015]
【実施例】次に図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。図1は本発明のスナバ回路を備えた電圧共振DC−
DCフォワードコンバータの回路図である。コンバータ
の主要部分については前掲図6を参照して既に説明して
あるので、その説明を省略する。スナバ回路18は、コ
ンデンサ8とダイオード9との直列接続とコイル10と
から成っている。前記直列接続の両端は、主トランス5
の2次巻線7の両端に接続され、2次巻線7,ダイオー
ド9,コンデンサ8は、ダイオード9の順方向のみに導
通する直列共振回路を構成している。以下、この共振回
路を2次共振回路と記し、2次共振回路に生成される共
振電流を2次共振電流と記す。ダイオード9の順方向
は、2次巻線7が整流ダイオード11を経て平滑回路1
2へ2次電流を供給している間は、ダイオード9が2次
共振電流の発生を阻止する方向へ向けられている。コイ
ル10はコンデンサ8とダイオード9との接続部と整流
ダイオード11のカソードとの間に接続され、コンデン
サ8に蓄積された電荷の放電路を形成する。その放電は
ダイオード9がオフのときに行われる。コイル15は主
トランス5のリーケージインダクタンスと必要な場合に
外付けされたコイルのインダクタンスを表わす。コンデ
ンサ8の容量は、主スイッチ3がオフ状態にされたとき
該スイッチに印加される共振電圧の立上りを緩やかにす
ると共にピークを低くし、かつ、主スイッチ3のオフ期
間を所定値より長くしないように定められる。コイル1
0のインダクタンスは、コンバータの出力にリップルが
生ずることを防止することができる程度に大きくし、し
かし、電圧共振スイッチングの次のサイクルが始まる前
にコンデンサ8の電荷をリセットできる程度に小さく定
められる。したがって、コイル10のインダクタンスは
コンデンサ8の容量とコイル10のインダクタンスによ
る時定数が電圧共振スイッチングの平均周期と同程度に
なるように定められる。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a voltage resonance DC- equipped with a snubber circuit of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a DC forward converter. Since the main parts of the converter have already been described with reference to FIG. 6 described above, the description thereof will be omitted. The snubber circuit 18 includes a series connection of a capacitor 8 and a diode 9 and a coil 10. Both ends of the series connection are connected to the main transformer 5
Are connected to both ends of the secondary winding 7, and the secondary winding 7, the diode 9, and the capacitor 8 constitute a series resonance circuit that conducts only in the forward direction of the diode 9. Hereinafter, this resonance circuit is referred to as a secondary resonance circuit, and the resonance current generated in the secondary resonance circuit is referred to as a secondary resonance current. The forward direction of the diode 9 is such that the secondary winding 7 passes through the rectifier diode 11
While the secondary current is being supplied to 2, the diode 9 is directed in a direction to prevent the generation of the secondary resonance current. The coil 10 is connected between the connection between the capacitor 8 and the diode 9 and the cathode of the rectifier diode 11, and forms a discharge path for the electric charge accumulated in the capacitor 8. The discharge is performed when the diode 9 is off. The coil 15 represents the leakage inductance of the main transformer 5 and the inductance of an externally attached coil if necessary. When the main switch 3 is turned off, the capacitance of the capacitor 8 slows the rise of the resonance voltage applied to the main switch 3 and lowers the peak, and does not make the off period of the main switch 3 longer than a predetermined value. It is determined as follows. Coil 1
The inductance of 0 is made large enough to prevent ripple from occurring at the output of the converter, but small enough to reset the charge on capacitor 8 before the next cycle of voltage resonant switching begins. Therefore, the inductance of the coil 10 is determined so that the time constant of the capacitance of the capacitor 8 and the inductance of the coil 10 becomes substantially equal to the average period of the voltage resonance switching.
【0016】次にこのスナバ回路の動作を説明する。図
2は、本発明のスナバ回路の動作を説明するための各部
の信号のタイムチャート、図3は、2次共振回路が導通
している期間における電圧共振DC−DCフォワードコ
ンバータの2次側から見た等価回路を示す。主スイッチ
3が時刻t0 にターンオンすると1次電流は1次巻線6
を通って、一定の勾配で立ち上り、それによって2次巻
線に一定の誘導起電力E2 が発生する(図2(b)参
照)。誘導起電力E2 は一定の勾配で立上る2次電流を
生成する(図2(c)参照)。そのとき勾配は (E2−VO
−VF)/Le である。ここで、E2 は2次側から見た等価
起電力であって、EをDC電源1の起電力とし、n2/n1
を主トランスの巻線比とするとき E2=(n2/n1)E であ
る。また、VO ,VF はそれぞれコンバータの出力電圧
およびダイオード11に印加されている順電圧であり、
Le はコイル15のインダクタンスである。Next, the operation of the snubber circuit will be described. FIG. 2 is a time chart of signals of respective parts for explaining the operation of the snubber circuit according to the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating the operation from the secondary side of the voltage resonance DC-DC forward converter during the period when the secondary resonance circuit is conducting. The equivalent circuit seen is shown. When the main switch 3 is turned on at time t 0 , the primary current is
Through, rising at a constant gradient, whereby induced electromotive force E 2 is generated in a certain secondary winding (see Figure 2 (b)). Induced electromotive force E 2 generates a secondary current rises with a constant gradient (see FIG. 2 (c)). Then the gradient is (E 2 −V O
−V F ) / L e . Here, E 2 is an equivalent electromotive force as viewed from the secondary side, where E is the electromotive force of the DC power source 1 and n 2 / n 1
Is the winding ratio of the main transformer, E 2 = (n 2 / n 1 ) E. V O and V F are the output voltage of the converter and the forward voltage applied to the diode 11, respectively.
Le is the inductance of the coil 15.
【0017】時刻t1 で主スイッチ3がオフ状態になる
と、1次巻線6中に生成された共振電流(以下、1次共
振電流と記す)によって主スイッチ3に印加される電圧
VDSは周期T1=2π(LPCP)1/2 の正弦関数の波形で立上
る。ここでLP ,CP はそれぞれ1次巻線のインダクタ
ンスおよび共振コンデンサ4の容量である。同時に、2
次巻線7に、同じ周期T1 の誘導起電力が逆向き(主ス
イッチ3がオン状態のとき2次巻線7に生じる誘導起電
力の向きを正の向きとする。)に誘起され、その結果、
2次巻線7の両端間電圧V7 は図2(b)に示されてい
るように低下する。電圧V7 の低下によってダイオード
11の順方向電流ID が減少し、時刻t2 で電流ID は
0になる。When the main switch 3 is turned off at time t 1 , the voltage V DS applied to the main switch 3 by the resonance current (hereinafter, referred to as the primary resonance current) generated in the primary winding 6 becomes It rises with a sine function waveform having a period T 1 = 2π (L P C P ) 1/2 . Here the capacity of the L P, C P each primary winding of the inductance and the resonant capacitor 4. At the same time, 2
Induced electromotive force of the same cycle T 1 is induced in the secondary winding 7 in the opposite direction (the direction of the induced electromotive force generated in the secondary winding 7 when the main switch 3 is in the on state is positive). as a result,
The voltage V 7 across the secondary winding 7 decreases as shown in FIG. Reduces the forward current I D of the diode 11 by the voltage drop V 7, current I D at time t 2 becomes zero.
【0018】時刻t2 でダイオード11がオフ状態にな
ると、2次共振回路は、コイル10を経由する電路以外
は平滑回路12から遮断される。この状態のもとで2次
巻線7中に逆向きに発生した起電力がダイオード9に印
加されている逆バイアスを越えるとダイオード9がオン
状態になり、その順方向に2次共振電流を導通する。図
3は、2次共振が起っている時の電圧共振DC−DCフ
ォワードコンバータの等価回路を示す。共振はインダク
タンスLP 、容量CP およびCS (インダクダンスLe
を無視する)を通して起り、共振周期T2 は2π[LP{CP
+(n2/n1)2CS}]1/2 になる。このようにして図2のVDS
およびV7 のタイムチャートに示されているような緩や
かな立上りと低いピーク値とが達成される。コンデンサ
8の電圧が最高値に達すると、逆向きの共振電流はダイ
オード9によって阻止されるので2次共振は停止する。
そしてコンデンサ8に充電されている電荷はコイル10
を通って放電され、平滑回路12に入力される。When the diode 11 is turned off at time t 2 , the secondary resonance circuit is cut off from the smoothing circuit 12 except for the electric circuit passing through the coil 10. In this state, when the electromotive force generated in the secondary winding 7 in the reverse direction exceeds the reverse bias applied to the diode 9, the diode 9 is turned on, and the secondary resonance current flows in the forward direction. Conduct. FIG. 3 shows an equivalent circuit of the voltage resonance DC-DC forward converter when secondary resonance occurs. Resonant inductance L P, capacitance C P and C S (Indakudansu L e
), And the resonance period T 2 is 2π [L P {C P
+ (N 2 / n 1 ) 2 C S }] 1/2 . Thus, the V DS of FIG.
And gradual rise and lower peak value as shown in the time chart of V 7 and is achieved. When the voltage of the capacitor 8 reaches the maximum value, the secondary resonance stops because the reverse resonance current is blocked by the diode 9.
The electric charge charged in the capacitor 8 is the coil 10
And is input to the smoothing circuit 12.
【0019】以上の記述から明らかなように、2次共振
が阻止されている時刻t1 から時刻t2 までの期間(期
間I)においては、電圧VDSおよびV7 の曲線は短い周
期T1 の正弦波の波形で立上がり、2次共振が起ってい
る時刻t2 から時刻t3 までの期間(期間II)において
は、電圧VDSおよびV7 の曲線は、過渡期間を除き長い
周期T2 の正弦波の波形で変化し、2次共振が再び阻止
される時刻t3 から時刻t4 (主スイッチ3のオフ期間
の終了時刻)までの期間(期間III )には電圧VDSおよ
びV7 の曲線は短い周期の正弦波の波形で立下がる。期
間IおよびIIIにおける電圧VDSの急峻な立上がり、立
下がりによって主スイッチ3のオフ期間を短縮すること
ができる(オフ期間が長すぎるとコンバータの出力にリ
ップルができる)。また、期間IIにおける電圧VDSのゆ
っくりした振舞いによって電圧VDSのピーク値を下げる
ことができ、その結果、低電圧、低オン抵抗のスイッチ
ング素子を主スイッチとして使用することができる。As is clear from the above description, in the period (time period I) from time t 1 to time t 2 when the secondary resonance is blocked, the curves of the voltages V DS and V 7 have the short period T 1. rising sinusoidal waveform, in a period from the time t 2 the secondary resonance is occurred until the time t 3 (period II), the curve of the voltage V DS and V 7, the long period T except transitional period changes in second sinusoidal waveform, the period from the time t 3 when the secondary resonance is prevented again until time t 4 (the end time of the off period of the main switch 3) (period III) in the voltage V DS and V The curve 7 falls with a short-period sinusoidal waveform. Period steep rise of the voltage V DS in I and III, it is possible to shorten the off period of the main switch 3 by falling (off period can ripple in the output of the too long converter). Further, it is possible to lower the peak value of the voltage V DS by slow behavior of the voltage V DS in the period II, as a result, it is possible to use low voltage, low on-resistance of the switching element as a main switch.
【0020】本発明のスナバ回路は、もう1つの利点を
もっている。期間IIの初め、時刻t2 においてダイオー
ド11がオン状態からオフ状態に切換ったときに、ダイ
オード11に逆回復電流が流れる。この電流は図2
(c)に逆電流として示されている。逆回復電流は時刻
t2 から時刻t5 までの期間(期間IV)流れる。前記し
たように、ダイオード9は期間IVにおいてオン状態にあ
るので、電圧V7 はダイオード9,コイル10を介して
ダイオード11に逆方向に印加される。その結果、電圧
V7 と逆回復電流とは正の力率を作り、それによって電
力損失が発生する。この電力損失は、期間IVにおける電
圧V7 の勾配が緩やかである程少くなる。本発明のスナ
バ回路によって電圧V7 は、期間IVにおいて緩やかに立
上がる(逆方向)ので、本発明のスナバ回路を用いない
場合(この場合には周期T1 の正弦波の波形で立上が
る)に比べて電力の損失を低減することができる。The snubber circuit of the present invention has another advantage. Beginning of period II, when the diode 11 is Tsu switched from the ON state to the OFF state at time t 2, the reverse recovery current flows through the diode 11. This current is shown in FIG.
This is shown as a reverse current in (c). Reverse recovery current flows during the period from time t 2 to time t 5 (period IV). As described above, since the diode 9 is in the ON state during the period IV, the voltage V 7 is applied to the diode 11 via the diode 9 and the coil 10 in the reverse direction. As a result, the reverse recovery current and the voltage V 7 to make a positive power factor, whereby the power loss. The power loss, the slope of the voltage V 7 becomes less extent is slow in the period IV. Since the voltage V 7 rises slowly (in the reverse direction) in the period IV by the snubber circuit of the present invention, when the snubber circuit of the present invention is not used (in this case, it rises with a sinusoidal waveform having a period T 1 ). Power loss can be reduced as compared with
【0021】本発明のスナバ回路の動作は、エネルギー
保存の視点から次のように要約される。主スイッチがタ
ーンオフすると、主トランスの残留磁気エネルギーによ
って1次共振電流が流れる。もし、本発明のスナバ回路
が設けられていない場合には、この1次共振電流のエネ
ルギーは、共振用コンデンサ4の充電電圧が図2(a)
の点線で表わされたピークを作る程度に大きい。しか
し、スナバ回路を設けると、残留磁気エネルギーの一部
は、2次共振電流を仲介としてコンデンサ8に静電エネ
ルギーとして蓄積される。したがって、1次共振電流の
エネルギーはコンデンサ8の静電エネルギーの分だけ減
少し、その結果、共振用コンデンサ4の電圧(=VDS)
は上昇できなくなってピークの部分が切断された波形に
なる。一方、コンデンサ8中に静電エネルギーとして蓄
積された磁気エネルギーは、コイル10を経由して負荷
に供給され、そこで有効に利用される。The operation of the snubber circuit of the present invention can be summarized as follows from the viewpoint of energy conservation. When the main switch is turned off, a primary resonance current flows due to the residual magnetic energy of the main transformer. If the snubber circuit of the present invention is not provided, the energy of the primary resonance current is determined by the charging voltage of the resonance capacitor 4 as shown in FIG.
Large enough to produce the peak represented by the dotted line. However, when the snubber circuit is provided, a part of the residual magnetic energy is stored in the capacitor 8 as electrostatic energy through the secondary resonance current. Therefore, the energy of the primary resonance current decreases by the amount of the electrostatic energy of the capacitor 8, and as a result, the voltage of the resonance capacitor 4 (= V DS )
Cannot be ascended and has a waveform with a peak portion cut off. On the other hand, the magnetic energy stored as electrostatic energy in the capacitor 8 is supplied to the load via the coil 10 and is effectively used there.
【0022】本発明のスナバ回路は、図4および図5に
それぞれ示されているように、半波型および全波形電圧
共振DC−DCフォワードコンバータに使用することが
できる。The snubber circuit of the present invention can be used in half-wave and full-wave voltage resonant DC-DC forward converters as shown in FIGS. 4 and 5, respectively.
【0023】[0023]
【発明の効果】以上説明したように本発明のDC−DC
コンバータは次の効果をもつ。本発明の第1のDC−D
Cコンバータであるスナバ回路付き電圧共振DC−DC
フォワードコンバータは、2次電流の負荷への供給が阻
止されている期間に主トランスの2次巻線を流れる誘導
電流のエネルギーをスナバ回路のコンデンサに静電エネ
ルギーとして蓄積することにより、 (a)主スイッチに印加される電圧の波形を截頭正弦波
形にすることができ、それによって、低電圧、低オン抵
抗のスイッチ素子を主スイッチとして用いることがで
き、 (b)整流用ダイオードがオフ状態になったとき、該ダ
イオードに印加される逆電圧の立上がりの勾配を緩やか
にすることができ、それによって逆回復電流による電力
損失を低減することができ、 (c)さらに、スナバ回路のコンデンサに蓄積された電
荷をコイルを通して負荷へ放電することにより、コンデ
ンサの静電エネルギーを有効に使用することができる。As described above, the DC-DC of the present invention is
The converter has the following effects. First DC-D of the present invention
Voltage resonant DC-DC with snubber circuit as C converter
The forward converter accumulates the energy of the induced current flowing through the secondary winding of the main transformer as electrostatic energy in the capacitor of the snubber circuit during the period when the supply of the secondary current to the load is stopped. The waveform of the voltage applied to the main switch can be made into a truncated sine waveform, whereby a low-voltage, low-on-resistance switch element can be used as the main switch. , The rising slope of the reverse voltage applied to the diode can be made gentler, whereby the power loss due to the reverse recovery current can be reduced. (C) Furthermore, the capacitor of the snubber circuit By discharging the accumulated charge to the load through the coil, the electrostatic energy of the capacitor can be effectively used.
【図1】本発明のスナバ回路を備えた電圧共振DC−D
Cフォワードコンバータの回路図である。FIG. 1 shows a voltage resonance DC-D having a snubber circuit according to the present invention.
It is a circuit diagram of a C forward converter.
【図2】本発明のスナバ回路の動作を説明するための各
部の信号のタイムチャートである。FIG. 2 is a time chart of signals of each section for explaining the operation of the snubber circuit of the present invention.
【図3】2次共振回路が導通している期間における電圧
共振DC−DCフォワードコンバータの2次側から見た
等価回路である。FIG. 3 is an equivalent circuit viewed from the secondary side of the voltage resonance DC-DC forward converter during a period when the secondary resonance circuit is conducting.
【図4】本発明のスナバ回路を用いた半波形電圧共振D
C−DCフォワードコンバータである。FIG. 4 shows half-wave voltage resonance D using the snubber circuit of the present invention.
It is a C-DC forward converter.
【図5】本発明のスナバ回路を用いた全波形電圧共振D
C−DCフォワードコンバータである。FIG. 5 is a full waveform voltage resonance D using the snubber circuit of the present invention.
It is a C-DC forward converter.
【図6】1石式電圧共振DC−DCフォワードコンバー
タの従来例の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional example of a single-type voltage resonance DC-DC forward converter.
【図7】多出力1石式電圧共振DC−DCフォワードコ
ンバータの従来例の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional example of a multi-output single-pole voltage resonance DC-DC forward converter.
1 DC電源 2 入力コンデンサ 3 主スイッチ 4 共振用コンデンサ 5 主トランス 6 1次巻線 7 2次巻線 8 コンデンサ 9 ダイオード 10 コイル 11 整流ダイオード 12 出力コンデンサ 13 負荷 14 ループ制御回路 15 リーケージインダクタンス REFERENCE SIGNS LIST 1 DC power supply 2 input capacitor 3 main switch 4 resonance capacitor 5 main transformer 6 primary winding 7 secondary winding 8 capacitor 9 diode 10 coil 11 rectifying diode 12 output capacitor 13 load 14 loop control circuit 15 leakage inductance
Claims (1)
に接続されて成り、主トランスの2次巻線の両端に接続
されて該2次巻線と共に第1のダイオードの順方向に共
振電流を導通する共振回路を形成する直列回路と、前記
コンデンサに蓄積されている電荷を前記第1のダイオー
ドのオフ期間に放電する放電手段とを有し、第1のダイ
オードの順方向は、前記2次巻線から整流用の第2のダ
イオードを経て平滑回路へ2次電流が供給されている期
間には前記共振電流の導通が阻止されるように定めら
れ、前記放電手段は、前記コンデンサと第1のダイオー
ドの接続点と平滑回路との間に接続されている誘導素子
を備えている、スナバ手段を有する電圧共振型DC−D
Cフォワードコンバータ。A capacitor and a first diode are connected in series, and are connected to both ends of a secondary winding of a main transformer to generate a resonance current in the forward direction of the first diode together with the secondary winding. A series circuit forming a conducting resonance circuit; and discharging means for discharging the electric charge accumulated in the capacitor during an off period of the first diode. During the period in which the secondary current is supplied from the winding to the smoothing circuit via the second diode for rectification, the conduction of the resonance current is determined to be prevented . Daioh
Inductive element connected between the connection point of the gate and the smoothing circuit
And a voltage resonance type having a snubber means DC-D
C forward converter.
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