JP3124921B2 - DC-DC converter - Google Patents

DC-DC converter

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JP3124921B2
JP3124921B2 JP08065519A JP6551996A JP3124921B2 JP 3124921 B2 JP3124921 B2 JP 3124921B2 JP 08065519 A JP08065519 A JP 08065519A JP 6551996 A JP6551996 A JP 6551996A JP 3124921 B2 JP3124921 B2 JP 3124921B2
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switching element
reactor
capacitor
diode
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聡 浜田
嘉明 小室
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Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
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Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、直流入力から降
圧、昇圧また昇・降圧した直流の電圧源を得るDC−D
Cコンバータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC-D for obtaining a step-down, step-up or step-up / step-down DC voltage source from a DC input.
It relates to a C converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電子回路用電源、バッテリー充電
器、高力率正弦波入力整流器等に用いられるDC−DC
コンバータは、図5に示すものが使用されていた。1は
入力電圧源、2は高周波でオンオフ動作する第1のスイ
ッチング素子、51は第1のスイッチング素子2により
スイッチングされた出力を平滑する平滑リアクトル、7
は平滑用コンデンサ、9は出力に接続された負荷であ
る。なお、52はフリーホイリングダイオードである。
2. Description of the Related Art Conventionally, DC-DC used in power supplies for electronic circuits, battery chargers, high power factor sine wave input rectifiers, and the like.
The converter shown in FIG. 5 was used. 1 is an input voltage source, 2 is a first switching element that turns on and off at a high frequency, 51 is a smoothing reactor that smoothes the output switched by the first switching element 2, 7
Is a smoothing capacitor, and 9 is a load connected to the output. Reference numeral 52 denotes a free-wheeling diode.

【0003】このDC−DCコンバータの動作を図6を
用いて説明する。時刻to以前において第1のスイッチ
ング素子2がオンしており、入力電源1から第1のスイ
ッチング素子2、平滑リアクトル51を介して負荷電流
Ioが流れている。
The operation of the DC-DC converter will be described with reference to FIG. Before time to, the first switching element 2 is turned on, and the load current Io flows from the input power supply 1 via the first switching element 2 and the smoothing reactor 51.

【0004】図6(a)に示すように、駆動信号がオフ
して、時刻toでスイッチング素子2がオフすると、図
6(c)に示すように第1のスイッチング素子2に流れ
る電流が0となり、平滑リアクトル51のエネルギーが
図6(e)に示すようにフリーホイリング ダイオード
52を介して負荷9に環流する。
As shown in FIG. 6A, when the drive signal is turned off and the switching element 2 is turned off at time to, the current flowing through the first switching element 2 becomes 0 as shown in FIG. Then, the energy of the smoothing reactor 51 flows back to the load 9 via the free-wheeling diode 52 as shown in FIG.

【0005】時刻t1で図6(a)に示すように駆動信
号が入力して、第1のスイッチング素子2がオンする
と、図6(e)に示すようフリーホイリングダイオード
52がオフする。それとともに、図6(c)に示すよう
に第1のスイッチング素子2の電流が増加し、平滑用リ
アクトル51を介して負荷9に電流が流れる。このと
き、フリーホイリングダイオード52の逆回復に伴う大
きなサージ電流が第1のスイッチング素子2を介して図
6(c)に示すように流れる。
When a driving signal is input at time t1 as shown in FIG. 6A and the first switching element 2 is turned on, the free-wheeling diode 52 is turned off as shown in FIG. 6E. At the same time, as shown in FIG. 6C, the current of the first switching element 2 increases, and the current flows to the load 9 via the smoothing reactor 51. At this time, a large surge current due to the reverse recovery of the free-wheeling diode 52 flows through the first switching element 2 as shown in FIG.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】第1のスイッチング素
子2がターンオフするとき、第1のスイッチング素子2
には図6(b)に示すように大きなdv/dtが発生
し、第1のスイッチング素子2のサージ電圧が大きくな
り、ターンオフ損失も大きくなる。また、第1のスイッ
チング素子2がターンオンするときには、フリーホイリ
ングダイオード52の逆回復に伴う大きなサージ電流が
第1のスイッチング素子2に流れるため、第1のスイッ
チング素子2のターンオン損失が大きくなる。さらにこ
れらのサージ電圧、電流によってコンバータから発生す
る電磁ノイズも大きいという問題がある。この結果、ス
イッチング素子の電圧・電流容量や放熱フィン及びノイ
ズフィルタ等を大きくする必要があり効率も低いものと
なっていた。
When the first switching element 2 is turned off, the first switching element 2 is turned off.
As shown in FIG. 6B, a large dv / dt occurs, the surge voltage of the first switching element 2 increases, and the turn-off loss also increases. Further, when the first switching element 2 is turned on, a large surge current due to the reverse recovery of the free-wheeling diode 52 flows through the first switching element 2, so that the turn-on loss of the first switching element 2 increases. Further, there is a problem that electromagnetic noise generated from the converter due to the surge voltage and current is large. As a result, it is necessary to increase the voltage / current capacity of the switching element, the radiation fins, the noise filter, and the like, so that the efficiency is low.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のDC−DCコン
バータは、入力電圧源に直列に接続され高周波でオンオ
フ動作する第1のスイッチング素子と、中間タップを有
し上記第1のスイッチング素子の出力を平滑する平滑用
リアクトルと、上記平滑用リアクトルの巻足巻線に接続
されるフリーホイリングダイオードと、上記第1のスイ
ッチング素子の出力と上記平滑用リアクトルとの間に設
けられた可飽和リアクトルと、上記第1のスイッチング
素子の出力と上記入力電圧源との間に設けられ、上記第
1のスイッチング素子のオンオフ動作時にオフオン動作
する第2のスイッチング素子と、上記第1のスイッチン
グ素子と逆並列に設けられた第1ダイオードと第1コン
デンサと、上記第2のスイッチング素子と逆並列に設け
られた第2ダイオードと第2コンデンサ並びに第1リア
クトルと第3コンデンサとの直列回路とを備えたもので
ある。これにより、第1のスイッチング素子及び第2の
スイッチング素子がターンオン時、ターンオフ時ともゼ
ロ電圧スイッチングで動作する。このため、スイッチン
グ損失が小さくなり、dV/dtも小さくなる。
A DC-DC converter according to the present invention comprises a first switching element connected in series to an input voltage source and operating on and off at a high frequency, and a first switching element having an intermediate tap. A smoothing reactor for smoothing an output, a freewheeling diode connected to a winding winding of the smoothing reactor, and a saturable filter provided between the output of the first switching element and the smoothing reactor. A second switching element that is provided between the reactor and the output of the first switching element and the input voltage source, and that turns off and on when the first switching element turns on and off; A first diode and a first capacitor provided in anti-parallel, and a second diode provided in anti-parallel with the second switching element; Is obtained by a series circuit of a de the second capacitor and the first reactor and the third capacitor. Thereby, the first switching element and the second switching element operate with zero voltage switching both when turning on and when turning off. For this reason, switching loss is reduced and dV / dt is also reduced.

【0008】また、入力電圧源に直列に接続され中間タ
ップを有する平滑用リアクトルと、上記平滑用リアクト
ルの中間タップに接続された可飽和リアクトルと、上記
可飽和リアクトルの出力と上記入力電圧源との間に設け
られ高周波でオンオフ動作する第1のスイッチング素子
と、上記可飽和リアクトルの出力と上記負荷との間に設
けられ上記第1のスイッチング素子のオンオフ動作時に
オフオン動作する第2のスイッチング素子と、上記平滑
用リアクトルの巻足巻線と負荷との間に接続されるフリ
ーホイリングダイオードと、上記第1のスイッチング素
子と逆並列に設けられた第1ダイオードと第1コンデン
サ並びに第1リアクトルと第3コンデンサの直列回路
と、上記第2のスイッチング素子と逆並列に設けられた
第2ダイオードと第2コンデンサとを備えたものであ
る。これにより、第1のスイッチング素子及び第2のス
イッチング素子がターンオン時、ターンオフ時ともゼロ
電圧スイッチングで動作する。このため、スイッチング
損失が小さくなり、dV/dtも小さくなる。
Also, a smoothing reactor connected in series to an input voltage source and having an intermediate tap, a saturable reactor connected to the intermediate tap of the smoothing reactor, an output of the saturable reactor and the input voltage source, And a second switching element, which is provided between the output of the saturable reactor and the load, and is turned on and off when the first switching element is turned on and off. A freewheeling diode connected between a winding winding of the smoothing reactor and a load; a first diode, a first capacitor, and a first reactor provided in anti-parallel with the first switching element. And a second circuit provided in anti-parallel with the second switching element. It is obtained by a capacitor. Thereby, the first switching element and the second switching element operate with zero voltage switching both when turning on and when turning off. For this reason, switching loss is reduced and dV / dt is also reduced.

【0009】また、入力電圧源に直列に接続され高周波
でオンオフ動作する第1のスイッチング素子と、上記第
1のスイッチング素子の出力に接続された可飽和リアク
トルと、上記可飽和リアクトルの出力と上記入力電圧源
との間に設けられ中間タップを有する平滑用リアクトル
と、上記第1のスイッチング素子の出力と負荷との間に
設けられ上記第1のスイッチング素子のオンオフ動作時
にオフオン動作する第2のスイッチング素子と、上記平
滑用リアクトルの巻足巻線と上記負荷との間に接続され
るフリーホイリングダイオードと、上記第1のスイッチ
ング素子と逆並列に設けられた第1ダイオードと第1コ
ンデンサと、上記第2のスイッチング素子と逆並列に設
けられた第2ダイオードと第2コンデンサ並びに第1リ
アクトルと第3コンデンサの直列回路とを備えたもので
ある。これにより、第1のスイッチング素子及び第2の
スイッチング素子がターンオン時、ターンオフ時ともゼ
ロ電圧スイッチングで動作する。このため、スイッチン
グ損失が小さくなり、dV/dtも小さくなる。
A first switching element connected in series to an input voltage source and operating on and off at a high frequency; a saturable reactor connected to an output of the first switching element; an output of the saturable reactor; A second reactor provided between the output of the first switching element and a load, the second switching element being provided between the output of the first switching element and the load and being turned on / off when the first switching element is turned on / off; A switching element, a freewheeling diode connected between the winding winding of the smoothing reactor and the load, a first diode and a first capacitor provided in anti-parallel with the first switching element. A second diode and a second capacitor, and a first reactor and a third capacitor, which are provided in anti-parallel with the second switching element. It is obtained by a series circuit of the capacitor. Thereby, the first switching element and the second switching element operate with zero voltage switching both when turning on and when turning off. For this reason, switching loss is reduced and dV / dt is also reduced.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明のDC−DCコンバータの
実施の形態について、その一例を図1から図4を参照し
て説明する。図1において、1は入力電圧源、2は高周
波でオンオフ動作する自己消弧形の第1のスイッチング
素子で入力電圧源1の一端Aに接続されている。3は第
1のスイッチング素子2の出力端Cに接続される可飽和
リアクトル、4はタップP2を有し、タップP2が可飽
和リアクトル3の出力端に接続される平滑リアクトル、
7は平滑リアクトル4の出力巻線5の出力端P1と入力
電圧源1の他端に接続される平滑コンデンサ、9はDC
−DCコンバータの出力に接続される負荷である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a DC-DC converter according to the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an input voltage source, and 2 denotes a self-extinguishing first switching element which operates on and off at a high frequency, and is connected to one end A of the input voltage source 1. 3 is a saturable reactor connected to the output terminal C of the first switching element 2, 4 is a smoothing reactor having a tap P2, and the tap P2 is connected to the output terminal of the saturable reactor 3.
7 is a smoothing capacitor connected to the output terminal P1 of the output winding 5 of the smoothing reactor 4 and the other end of the input voltage source 1, and 9 is a DC
-A load connected to the output of the DC converter.

【0011】また、11は第1のスイッチング素子2の
出力端Cと、入力電圧源1の他端Bとの間に接続され、
高周波でオンオフ動作する自己消弧形の第2のスイッチ
ング素子、12は平滑リアクトル4の巻足巻線6の出力
端と入力電圧源1の他端Bとの間に接続されるフリーホ
イリングダイオード、13,14は第1のスイッチング
素子2と逆並列に接続される第1ダイオードと第1コン
デンサであり、16,17は第2のスイッチング素子1
1と逆並列に接続される第2ダイオードと第2コンデン
サである。21,22は直列接続され第2のスイッチン
グ素子11と逆列に接続される第1リアクトルと第3コ
ンデンサである。
[0011] Further, 11 is connected between the output terminal C of the first switching element 2 and the other end B of the input voltage source 1,
A self-extinguishing second switching element 12 that operates on and off at a high frequency is a free-wheeling diode connected between the output end of the foot winding 6 of the smoothing reactor 4 and the other end B of the input voltage source 1. , 13 and 14 are a first diode and a first capacitor connected in anti-parallel with the first switching element 2, and 16, 17 are second switching elements 1
A second diode and a second capacitor connected in anti-parallel with the first diode. Reference numerals 21 and 22 denote a first reactor and a third capacitor which are connected in series and connected in a reverse row to the second switching element 11.

【0012】そして、スイッチング素子2,11はそれ
ぞれ図2(a),(b)に示すように駆動信号が印加さ
れ、駆動信号の切り替わり時点でスイッチング素子2,
11が共にオフとなる短い駆動信号休止期間tda,t
dbが設けられている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, a drive signal is applied to each of the switching elements 2 and 11, and when the drive signal is switched, the switching elements 2 and 11 are switched.
11 are both off, a short drive signal pause period tda, t
db is provided.

【0013】以下に動作を説明する。時刻to直前にお
いては、図2(a),(b)に示すように第1のスイッ
チング素子2には駆動信号が入力され、第2のスイッチ
ング素子11には駆動信号が入力されていないため、第
1のスイッチング素子2は図2(c)の実線で示すよう
に第1のスイッチング素子2の両端電圧は0でオンし、
第2のスイッチング素子11は図2(c)の破線で示す
ように第2のスイッチング素子11の両端電圧は入力電
圧源1の電圧Eになりオフしている。
The operation will be described below. Immediately before the time to, a drive signal is input to the first switching element 2 and no drive signal is input to the second switching element 11 as shown in FIGS. 2A and 2B. As shown by the solid line in FIG. 2C, the first switching element 2 is turned on when the voltage across the first switching element 2 is 0,
As shown by the broken line in FIG. 2C, the voltage across the second switching element 11 becomes the voltage E of the input voltage source 1 and is turned off.

【0014】第1のスイッチング素子2のオンにより、
入力電圧源1、第1のスイッチング素子2、飽和状態の
可飽和リアクトル3、平滑リアクトル4を介して負荷9
に電流が流れている。又、入力電圧源1、第1のスイッ
チング素子2、第1リアクトル21、第3コンデンサ2
2に電流が流れるとともに、コンデンサ17は入力電圧
源1の電圧Eの値に充電されている。
When the first switching element 2 is turned on,
Load 9 via input voltage source 1, first switching element 2, saturated saturable reactor 3, and smoothing reactor 4
Current is flowing through Also, an input voltage source 1, a first switching element 2, a first reactor 21, a third capacitor 2
2, the capacitor 17 is charged to the value of the voltage E of the input voltage source 1.

【0015】図2(a)で示すように時刻toで第1の
スイッチング素子2の駆動信号がオフすると、第1のス
イッチング素子2に流れてした電流は第1コンデンサ1
4を介して流れ、コンデンサ14の両端電圧、すなわ
ち、第1のスイッチング素子2の両端電圧は図2(c)
の実線に示すように上昇していく。ここで、第1のスイ
ッチング素子2のターンオフ時間に対して第1のスイッ
チング素子2の両端電圧V2の上昇時間が長くなるよう
に選定すると、第1のスイッチング素子2のターンオフ
損失はほぼ0となる。
As shown in FIG. 2A, when the drive signal of the first switching element 2 is turned off at time to, the current flowing through the first switching element 2 is reduced to the first capacitor 1
4, the voltage across the capacitor 14, that is, the voltage across the first switching element 2 is as shown in FIG.
As shown by the solid line. Here, if the rise time of the voltage V2 across the first switching element 2 is selected to be longer than the turn-off time of the first switching element 2, the turn-off loss of the first switching element 2 becomes almost zero. .

【0016】一方、第2のコンデンサ17の充電電荷は
可飽和リアクトル3、平滑リアクトル4、負荷9並びに
リアクトル21、コンデンサ22を介して図2(c)の
破線に示すように放電し、コンデンサ17の充電電荷の
放電による損失も発生しない。
On the other hand, the charge of the second capacitor 17 is discharged through the saturable reactor 3, the smoothing reactor 4, the load 9, the reactor 21, and the capacitor 22 as shown by a broken line in FIG. There is no loss due to the discharge of the charged charge.

【0017】そして、第2コンデンサ17の電荷が放電
し、図2(c)に示すように時刻t1で第2コンデンサ
17の両端電圧が0となると、第2ダイオード16がオ
ンし、第1リアクトル21の蓄積エネルギーが第3コン
デンサ22、ダイオード16を介して放出し、第1リア
クトル21には図2(d)に示す電流が、ダイオード1
6には図2(e)の破線で示す電流が流れる。さらにス
イッチング素子2のオン時に蓄積した平滑リアクトル4
のエネルギーはフリーホイリングダイオード12のオン
により図2(g)に示すようにフリーホイリングダイオ
ード12、平滑リアクトル4の2次巻線6、出力巻線5
を介して負荷9に流れる。又、可飽和リアクトル3は流
れる電流の減少によって不飽和となる。
Then, when the electric charge of the second capacitor 17 is discharged and the voltage across the second capacitor 17 becomes 0 at time t1 as shown in FIG. 2C, the second diode 16 is turned on and the first reactor is turned on. The energy stored in the first reactor 21 is released through the third capacitor 22 and the diode 16, and the current shown in FIG.
A current indicated by a broken line in FIG. Further, the smoothing reactor 4 accumulated when the switching element 2 is turned on.
As shown in FIG. 2 (g), the freewheeling diode 12 turns on the freewheeling diode 12, the secondary winding 6 of the smoothing reactor 4, and the output winding 5 as shown in FIG.
Through the load 9. Further, the saturable reactor 3 becomes unsaturated due to a decrease in the flowing current.

【0018】ダイオード16がオンしている期間の時刻
t2において、スイッチング素子11に図2(b)に示
すように駆動信号を入力する。第1リアクトル21から
流出し、ダイオード16に流れる電流は図2(e)の破
線で示すように減少していき、0に達するとスイッチン
グ素子11がオンし、正方向に電流が流れる。スイッチ
ング素子11のターンオン損失は0となる。この時、コ
ンデンサ14は入力電圧源1の電圧Eの値にクランプさ
れている。
At time t2 when the diode 16 is on, a drive signal is input to the switching element 11 as shown in FIG. The current flowing out of the first reactor 21 and flowing through the diode 16 decreases as shown by the broken line in FIG. 2E, and when the current reaches 0, the switching element 11 is turned on and the current flows in the positive direction. The turn-on loss of the switching element 11 is zero. At this time, the capacitor 14 is clamped to the value of the voltage E of the input voltage source 1.

【0019】そして、図2(b)に示すように時刻t3
でスイッチング素子11の駆動信号をオフすると、リア
クトル21から、入力電圧源1、コンデンサ14、コン
デンサ17に電流が流れ、コンデンサ14の両端電圧は
図2(c)の実線で示すように減少し、コンデンサ17
の両端電圧は図2(c)の破線で示すように上昇してい
く。ここでスイッチング素子11のターンオフ時間に対
して、コンデンサ17の両端電圧V11の上昇時間が長
くなるように設定すると、スイッチング素子11のター
ンオフ損失はほぼ0となる。
Then, as shown in FIG.
When the driving signal of the switching element 11 is turned off, a current flows from the reactor 21 to the input voltage source 1, the capacitor 14, and the capacitor 17, and the voltage across the capacitor 14 decreases as shown by the solid line in FIG. Capacitor 17
2 rises as shown by the broken line in FIG. Here, if the rise time of the voltage V11 across the capacitor 17 is set to be longer than the turn-off time of the switching element 11, the turn-off loss of the switching element 11 becomes almost zero.

【0020】一方、コンデンサ14に充電されていた電
荷は、電圧源1に帰還され、コンデンサ14の充電電荷
は、電圧源1、コンデンサ22、リアクトル21を介し
て放電し、電荷の放電に伴う損失も発生しない。そし
て、コンデンサ14の両端電圧が0になると、ダイオー
ド13がオンし、図2(e)に示すようにリアクトル2
1のエネルギーはダイオード13、電圧源1、コンデン
サ22に流れるとともに、可飽和リアクトル3に図2
(h)に示すようにセット方向の電圧を印加する。しか
し、可飽和リアクトル3は不飽和状態にある。
On the other hand, the electric charge charged in the capacitor 14 is fed back to the voltage source 1, and the electric charge of the capacitor 14 is discharged through the voltage source 1, the capacitor 22, and the reactor 21. Also does not occur. Then, when the voltage between both ends of the capacitor 14 becomes 0, the diode 13 is turned on, and as shown in FIG.
1 flows through the diode 13, the voltage source 1, and the capacitor 22, and the saturable reactor 3 as shown in FIG.
As shown in (h), a voltage in the set direction is applied. However, the saturable reactor 3 is in an unsaturated state.

【0021】ダイオード13がオンしている期間の時刻
t5に図2(a)に示すようにスイッチング素子2に駆
動信号を入力する。スイッチング素子2がオンしても、
可飽和リアクトル3はまだ不飽和状態を続け、負荷9に
は図2(f)に示すように平滑リアクトル4からフリー
ホイリングダイオード12を介して負荷電流が流れてい
る。
At time t5 when the diode 13 is on, a drive signal is input to the switching element 2 as shown in FIG. Even if the switching element 2 is turned on,
The saturable reactor 3 is still in an unsaturated state, and a load current flows through the load 9 from the smoothing reactor 4 via the freewheeling diode 12 as shown in FIG.

【0022】そして、可飽和リアクトル3の磁束レベル
が上昇して、図2(b)で示すように時刻t6で飽和に
達すると、フリーホイリングダイオード12はオフし、
負荷電流Ioは入力電圧源1、スイッチング素子2、可
飽和リアクトル3、平滑リアクトル4を介して、負荷9
に流れる。スイッチング素子2にはすでに駆動信号が印
加されているため、スイッチング素子はゼロ電圧でター
ンオンする。また、リアクトル21の電流は、可飽和リ
アクトル3、平滑リアクトル4、負荷9、コンデンサ2
2を介して流れ続けて減少し、0に達した後は入力電圧
源1からスイッチング素子2を介して流れ込み、時刻t
7で一周期が終了する。
When the magnetic flux level of the saturable reactor 3 rises and reaches saturation at time t6 as shown in FIG. 2B, the free-wheeling diode 12 is turned off,
The load current Io is supplied to the load 9 via the input voltage source 1, the switching element 2, the saturable reactor 3, and the smoothing reactor 4.
Flows to Since the drive signal has already been applied to the switching element 2, the switching element turns on at zero voltage. The current of the reactor 21 includes a saturable reactor 3, a smoothing reactor 4, a load 9, and a capacitor 2.
After flowing down through the switching element 2, the current flows through the switching element 2 from the input voltage source 1.
One cycle ends at 7.

【0023】スイッチング素子2及び第2のスイッチン
グ素子11はターンオン時、ターンオフ時ともゼロ電圧
スイッチングで動作するため、スイッチング損失を極め
て小さくすることができる。又、スイッチング素子2及
び補助イッチング素子11のdv/dtも小さくなるた
め、電磁ノイズの発生が抑制される。
Since the switching element 2 and the second switching element 11 operate at zero voltage switching both at the time of turn-on and at the time of turn-off, the switching loss can be extremely reduced. Further, since dv / dt of the switching element 2 and the auxiliary switching element 11 is also reduced, the generation of electromagnetic noise is suppressed.

【0024】なお、可飽和リアクトル3がスイッチング
素子2の導通を阻止する必要がある期間は、スイッチン
グ周期に対して十分小さくてよいことから、可飽和リア
クトルの容量は小さくすることができる。さらに、可飽
和リアクトルの働きによりリアクトル21に流れる電流
ipは負荷電流Ioに比べて十分小さくてよいことか
ら、リアクトル21、第2のスイッチング素子11、ダ
イオード16の電流容量もスイッチング素子2の電流容
量に比べて極めて小さくできる。また、スイッチング素
子2には負荷電流Ioと、リアクトル21の電流ipが
流れるが、リアクトル21の電流ipが負荷電流Ioよ
り十分小さいため、スイッチング素子の電流容量は従来
回路のそれと比べて若干大きくなるのみである。
Note that the period during which the saturable reactor 3 needs to prevent conduction of the switching element 2 may be sufficiently small with respect to the switching cycle, so that the capacity of the saturable reactor can be reduced. Further, the current ip flowing through the reactor 21 due to the function of the saturable reactor may be sufficiently smaller than the load current Io, so that the current capacity of the reactor 21, the second switching element 11, and the diode 16 is also the current capacity of the switching element 2. Can be made extremely small. Further, although the load current Io and the current ip of the reactor 21 flow through the switching element 2, the current ip of the reactor 21 is sufficiently smaller than the load current Io, so that the current capacity of the switching element is slightly larger than that of the conventional circuit. Only.

【0025】又、スイッチング素子2及び第2のスイッ
チング素子11にMOSFETを使用した場合、コンデ
ンサ14,17はそれぞれMOSFETの接合容量が利
用でき、ダイオード13,16はそれぞれM0SFET
の内部ダイオードが利用できる。さらに、可飽和リアク
トルは小容量でゼロ電圧スイッチングが実現でき、その
放熱フィン、ノイズフィルタ等の小型化及び高効率化が
得られる。
When MOSFETs are used for the switching element 2 and the second switching element 11, the capacitors 14 and 17 can use the junction capacitances of the MOSFETs, and the diodes 13 and 16 can be used as the MOS FETs, respectively.
Internal diodes are available. Further, the saturable reactor can realize zero-voltage switching with a small capacity, and the miniaturization and high efficiency of the radiation fin, the noise filter and the like can be obtained.

【0026】なお、コンバータの出力制御は、図2に示
す時比率D(DT/T)を変化させることで行える。
又、低電圧を出力する場合、フリーホイリングダイオー
ド12に代えてMOSFETを使用すると、ダイオード
に比べてオン電圧が小さくなり損失が小さくなる。
The output of the converter can be controlled by changing the duty ratio D (DT / T) shown in FIG.
When a low voltage is output, if a MOSFET is used instead of the free-wheeling diode 12, the on-state voltage is reduced and the loss is reduced as compared with the diode.

【0027】上記図1の実施の形態では、降圧した直流
の電圧源を得るDC−DCコンバータに関するものを示
したが、昇圧した直流の電圧源を得るDC−DCコンバ
ータの実施の形態を図3に示す。すなわち、入力電圧源
Eに直列に接続され中間タップを有する平滑用リアクト
ル4と、平滑用リアクトル4の中間タップP2に接続さ
れた可飽和リアクトル3と、可飽和リアクトル3の出力
と入力電圧源との間に設けられ高周波でオンオフ動作す
る第1のスイッチング素子2と、可飽和リアクトル3の
出力と負荷との間に設けられ第1のスイッチング素子2
のオンオフ動作時にオフオン動作する第2のスイッチン
グ素子11と、平滑用リアクトル4の巻足巻線6と負荷
9との間に接続されるフリーホイリングダイオード12
と、第1のスイッチング素子12と逆並列に設けられた
第1ダイオード13と第1コンデンサ14並びに第1リ
アクトル21と第3コンデンサ22の直列回路と、第2
のスイッチング素子と逆並列に設けられた第2ダイオー
ド16と第2コンデンサ17とを備えている。
In the embodiment of FIG. 1, a DC-DC converter for obtaining a step-down DC voltage source has been described. However, an embodiment of a DC-DC converter for obtaining a step-up DC voltage source is shown in FIG. Shown in That is, the smoothing reactor 4 having an intermediate tap connected in series to the input voltage source E, the saturable reactor 3 connected to the intermediate tap P2 of the smoothing reactor 4, the output of the saturable reactor 3, and the input voltage source And a first switching element 2 provided between the output of the saturable reactor 3 and the load.
A second switching element 11 that is turned on and off when the power supply is turned on and off, and a free-wheeling diode 12 that is connected between the foot winding 6 of the smoothing reactor 4 and the load 9.
A first diode 13 and a first capacitor 14 provided in anti-parallel to the first switching element 12 and a series circuit of the first reactor 21 and the third capacitor 22;
A second diode 16 and a second capacitor 17 provided in anti-parallel with the switching element.

【0028】上記図3のDC−DCコンバータは、図1
のDC−DCコンバータと同じように第2のスイッチン
グ素子の動作を、第1のスイッチング素子に対応させる
ようにし、オンオフ動作させることにより、同様の動作
を行わせることができる。
The DC-DC converter shown in FIG.
Similar to the DC-DC converter described above, the operation of the second switching element is made to correspond to the first switching element, and the same operation can be performed by performing on / off operation.

【0029】また、昇降圧した直流の電圧源を得るDC
−DCコンバータの実施の形態を図4に示す。すなわ
ち、入力電圧源Eに直列に接続され高周波でオンオフ動
作する第1のスイッチング素子2と、第1のスイッチン
グ素子2の出力に接続された可飽和リアクトル3と、可
飽和リアクトル3の出力と入力電圧源との間に設けられ
中間タップを有する平滑用リアクトル4と、第1のスイ
ッチング素子2の出力と負荷との間に設けられ第1のス
イッチング素子2のオンオフ動作時にオフオン動作する
第2のスイッチング素子11と、平滑用リアクトル4の
巻足巻線6と負荷9との間に接続されるフリーホイリン
グダイオード12と、第1のスイッチング素子12と逆
並列に設けられた第1ダイオード13と第1コンデンサ
14と、第2のスイッチング素子と逆並列に設けられた
第2ダイオード16と第2コンデンサ17並びに第1リ
アクトル21と第3コンデンサ22の直列回路とを備え
ている。
Also, a DC for obtaining a step-up / step-down DC voltage source
FIG. 4 shows an embodiment of a DC converter. That is, a first switching element 2 connected in series to the input voltage source E and operating on and off at a high frequency, a saturable reactor 3 connected to an output of the first switching element 2, an output of the saturable reactor 3 and an input A smoothing reactor 4 provided between the output of the first switching element 2 and the load, and a second reactor which is provided between the output of the first switching element 2 and the load and is turned on and off when the first switching element 2 is turned on and off; A switching element 11, a freewheeling diode 12 connected between the winding winding 6 of the smoothing reactor 4 and the load 9, a first diode 13 provided in anti-parallel with the first switching element 12, The first capacitor 14, the second diode 16 and the second capacitor 17 provided in anti-parallel with the second switching element, and the first reactor 2 When and a series circuit of a third capacitor 22.

【0030】上記図4のDC−DCコンバータは、図1
のDC−DCコンバータと同じように第2のスイッチン
グ素子の動作を、第1のスイッチング素子に対応させる
ようにし、オンオフ動作させることにより、同様の動作
を行わせることができる。
The DC-DC converter shown in FIG.
Similar to the DC-DC converter described above, the operation of the second switching element is made to correspond to the first switching element, and the same operation can be performed by performing on / off operation.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明のDC−DCコンバータによれ
ば、ターンオン時、ターンオフ時ともゼロ電圧スイッチ
ングで動作するため、スイッチング損失を極めて小さく
することができる。又、スイッチング素子のdv/dt
も小さくなるため、電磁ノイズの発生が抑制される。そ
の結果、放熱フィン、ノイズフィルタを小型化、高力率
化することができる。
According to the DC-DC converter of the present invention, the switching operation is performed at zero voltage switching both at the time of turn-on and at the time of turn-off, so that the switching loss can be extremely reduced. Also, dv / dt of the switching element
Therefore, generation of electromagnetic noise is suppressed. As a result, the radiation fins and the noise filter can be reduced in size and have a high power factor.

【0032】又、追加される可飽和リアクトルも第1の
スイッチング素子の導通を阻止する必要がある期間は、
スイッチング周期に対して十分小さくてよいから、小容
量にすることができる。又、リアクトル21に流れる電
流は負荷電流より十分小さくできるので、リアクトル、
第2のスイッチング素子、第1、第2ダイオードも小容
量にすることができる。
The period during which the additional saturable reactor also needs to prevent conduction of the first switching element is:
Since the switching period may be sufficiently small, the capacity can be reduced. Further, since the current flowing through the reactor 21 can be made sufficiently smaller than the load current,
The second switching element and the first and second diodes can also be made small in capacity.

【0033】又、第1及び第2のスイッチング素子にM
OSFETを使用した場合、第1及び第2コンデンサは
MOSFETの接合容量が利用でき、ダイオードに内部
のダイオードを利用することもできる。さらに、可飽和
リアクトルはゼロ電圧スイッチングができ、放熱フィ
ン、ノイズフィルタを小型化できる。
The first and second switching elements have M
When the OSFET is used, the junction capacitance of the MOSFET can be used for the first and second capacitors, and an internal diode can be used for the diode. Further, the saturable reactor can perform zero voltage switching, and can reduce the size of the radiation fin and the noise filter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のDC−DCコンバータの一実施形態の
概略接続図である。
FIG. 1 is a schematic connection diagram of an embodiment of a DC-DC converter of the present invention.

【図2】図1の各部のタイミングチャートである。FIG. 2 is a timing chart of each unit in FIG.

【図3】本発明のDC−DCコンバータの他の実施形態
の概略接続図である。
FIG. 3 is a schematic connection diagram of another embodiment of the DC-DC converter of the present invention.

【図4】本発明のDC−DCコンバータの他の実施形態
の概略接続図である。
FIG. 4 is a schematic connection diagram of another embodiment of the DC-DC converter of the present invention.

【図5】従来例のDC−DCコンバータの概略接続図で
ある。
FIG. 5 is a schematic connection diagram of a conventional DC-DC converter.

【図6】図5の各部のタイムチャート図である。FIG. 6 is a time chart of each unit in FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力電圧源 2 (第1の)スイッチング素子 3 可飽和リアクトル 4 平滑リアクトル 9 負荷 11 (第2の)スイッチング素子 13 (第1)ダイオード 14 (第1)コンデンサ 16 (第2)ダイオード 17 (第2)コンデンサ 21 (第1)リアクトル 22 (第3)コンデンサ Reference Signs List 1 input voltage source 2 (first) switching element 3 saturable reactor 4 smoothing reactor 9 load 11 (second) switching element 13 (first) diode 14 (first) capacitor 16 (second) diode 17 (second 2) Capacitor 21 (first) reactor 22 (third) capacitor

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力電圧源に直列に接続され高周波でオ
ンオフ動作する第1のスイッチング素子と、中間タップ
を有し上記第1のスイッチング素子の出力を平滑する平
滑用リアクトルと、上記平滑用リアクトルの巻足巻線に
接続されるフリーホイリングダイオードと、上記第1の
スイッチング素子の出力と上記平滑用リアクトルとの間
に設けられた可飽和リアクトルと、上記第1のスイッチ
ング素子の出力と上記入力電圧源との間に設けられ、上
記第1のスイッチング素子のオンオフ動作時にオフオン
動作する第2のスイッチング素子と、上記第1のスイッ
チング素子と逆並列に設けられた第1ダイオードと第1
コンデンサと、上記第2のスイッチング素子と逆並列に
設けられた第2ダイオードと第2コンデンサ並びに第1
リアクトルと第3コンデンサとの直列回路とを備えたD
C−DCコンバータ。
1. A first switching element connected in series to an input voltage source and operating on and off at a high frequency, a smoothing reactor having an intermediate tap for smoothing an output of the first switching element, and a smoothing reactor. A free-wheeling diode connected to the winding of the winding, a saturable reactor provided between the output of the first switching element and the smoothing reactor, the output of the first switching element, A second switching element that is provided between the input voltage source and that is turned on and off when the first switching element is turned on and off, a first diode provided in antiparallel to the first switching element, and a first diode.
A capacitor, a second diode and a second capacitor provided in antiparallel with the second switching element, and a first diode.
D having a series circuit of a reactor and a third capacitor
C-DC converter.
【請求項2】 入力電圧源に直列に接続され中間タップ
を有する平滑用リアクトルと、上記平滑用リアクトルの
中間タップに接続された可飽和リアクトルと、上記可飽
和リアクトルの出力と上記入力電圧源との間に設けられ
高周波でオンオフ動作する第1のスイッチング素子と、
上記可飽和リアクトルの出力と上記負荷との間に設けら
れ上記第1のスイッチング素子のオンオフ動作時にオフ
オン動作する第2のスイッチング素子と、上記平滑用リ
アクトルの巻足巻線と負荷との間に接続されるフリーホ
イリングダイオードと、上記第1のスイッチング素子と
逆並列に設けられた第1ダイオードと第1コンデンサ並
びに第1リアクトルと第3コンデンサの直列回路と、上
記第2のスイッチング素子と逆並列に設けられた第2ダ
イオードと第2コンデンサとを備えたDC−DCコンバ
ータ。
2. A smoothing reactor having an intermediate tap connected in series to an input voltage source, a saturable reactor connected to an intermediate tap of the smoothing reactor, an output of the saturable reactor, and the input voltage source. A first switching element provided between the first switching element and an on / off operation at a high frequency;
A second switching element that is provided between the output of the saturable reactor and the load and that is turned off and on when the first switching element is turned on and off, and between a winding foot winding of the smoothing reactor and the load; A connected freewheeling diode, a series circuit of a first diode and a first capacitor, and a first reactor and a third capacitor provided in antiparallel with the first switching element; A DC-DC converter comprising a second diode and a second capacitor provided in parallel.
【請求項3】 入力電圧源に直列に接続され高周波でオ
ンオフ動作する第1のスイッチング素子と、上記第1の
スイッチング素子の出力に接続された可飽和リアクトル
と、上記可飽和リアクトルの出力と上記入力電圧源との
間に設けられ中間タップを有する平滑用リアクトルと、
上記第1のスイッチング素子の出力と負荷との間に設け
られ上記第1のスイッチング素子のオンオフ動作時にオ
フオン動作する第2のスイッチング素子と、上記平滑用
リアクトルの巻足巻線と上記負荷との間に接続されるフ
リーホイリングダイオードと、上記第1のスイッチング
素子と逆並列に設けられた第1ダイオードと第1コンデ
ンサと、上記第2のスイッチング素子と逆並列に設けら
れた第2ダイオードと第2コンデンサ並びに第1リアク
トルと第3コンデンサの直列回路とを備えたDC−DC
コンバータ。
3. A first switching element connected in series to an input voltage source and operating on and off at a high frequency, a saturable reactor connected to an output of the first switching element, an output of the saturable reactor, A smoothing reactor having an intermediate tap provided between the input voltage source,
A second switching element that is provided between the output of the first switching element and the load and that is turned on and off when the first switching element is turned on and off, and a winding foot winding of the smoothing reactor and the load. A free-wheeling diode connected therebetween, a first diode and a first capacitor provided in antiparallel with the first switching element, and a second diode provided in antiparallel with the second switching element. DC-DC comprising a second capacitor and a series circuit of a first reactor and a third capacitor
converter.
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