JP3275856B2 - Power converter - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、直流電力を交流電
力へ変換する装置に係り、特に変圧器の一次巻線から発
生する余剰電力の回収および処理に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for converting DC power into AC power, and more particularly to recovery and processing of surplus power generated from a primary winding of a transformer.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、変圧器を用いて直流電力を交
流電力に変換する装置は、スイッチングレギュレータ、
ACアダプター、バッテリー充電器など種々な製品に用
いられている。このような電力変換装置においては、電
力用のスイッチングトランジスタ等により変圧器の一次
巻線にパルス電力が供給されるので、パルス電力がオフ
する際に一次巻線からは余剰電力が発生し、これがスイ
ッチングトランジスタのコレクタ−エミッタ電圧を高い
電圧変化率(dv/dt)で変化させて、いわゆるサー
ジ電圧を発生させる。この高い電圧変化率のサージ電圧
はスイッチングトランジスタにとって電気的ストレスと
なるので、従来から、電力変換装置には、この余剰電力
を処理するスナバ回路が設けられている。2. Description of the Related Art Conventionally, a device for converting DC power into AC power using a transformer is a switching regulator,
It is used for various products such as AC adapters and battery chargers. In such a power converter, since pulse power is supplied to the primary winding of the transformer by a power switching transistor or the like, excess power is generated from the primary winding when the pulse power is turned off. The so-called surge voltage is generated by changing the collector-emitter voltage of the switching transistor at a high voltage change rate (dv / dt). Since the surge voltage having the high voltage change rate causes an electrical stress for the switching transistor, the power conversion device has conventionally been provided with a snubber circuit for processing the surplus power.
【0003】図7は、従来の電力変換装置の回路構成で
ある。同図に於いて、電圧がVINの電源1に変圧器2
が接続されている。この変圧器2には、電源1のプラス
極、マイナス極にそれぞれ接続された一次巻線2A、2
Bと、二次巻線2Cと、クランプ巻線2F、2Gが巻線
されており、一次巻線2A、2B、クランプ巻線2F、
2Gは同一巻数となっている。トランジスタ3は、電力
用スイッチングトランジスタであり、一次巻線2A、2
Bの間に接続される。クランプコンデンサ10A、10
Bの間にはダイオード11が接続され、トランジスタ3
のコレクタ、エミッタに並列接続される。二次巻線2C
の後段には整流平滑回路と負荷とからなり、電力の供給
を受ける二次回路6が接続される。FIG. 7 shows a circuit configuration of a conventional power converter. In the figure, a transformer 2 is connected to a power supply 1 having a voltage of VIN.
Is connected. This transformer 2 has primary windings 2A, 2A connected to a positive pole and a negative pole of a power source 1, respectively.
B, secondary winding 2C, and clamp windings 2F, 2G are wound, and primary windings 2A, 2B, clamp winding 2F,
2G has the same number of turns. The transistor 3 is a power switching transistor, and includes the primary windings 2A and 2A.
B is connected. Clamp capacitors 10A, 10
A diode 11 is connected between B and the transistor 3
Connected in parallel to the collector and emitter of Secondary winding 2C
The subsequent stage is connected to a secondary circuit 6 including a rectifying / smoothing circuit and a load and receiving power supply.
【0004】この装置の電力変換動作を説明する。[0004] The power conversion operation of this device will be described.
【0005】トランジスタ3がオンして、一次巻線2
A、2Bに電源1からの電流が流れると、一次巻線2A
と巻数同一のクランプ巻線2Gにも同じ値の電圧が誘起
されるため、クランプコンデンサ10Aには、電圧VI
Nが印加される。同様にクランプコンデンサ10Bにも
電圧VINが印加される。尚、ダイオード11はクラン
プコンデンサ10Bから、クランプコンデンサ10Aへ
の電流を阻止する。When the transistor 3 is turned on, the primary winding 2
A, 2B, when the current from the power supply 1 flows, the primary winding 2A
Since the same value of voltage is induced also in the clamp winding 2G having the same number of turns, the voltage VI is applied to the clamp capacitor 10A.
N is applied. Similarly, the voltage VIN is applied to the clamp capacitor 10B. The diode 11 blocks current from the clamp capacitor 10B to the clamp capacitor 10A.
【0006】トランジスタ3がオフすると、一次巻線2
A、2Bにオン期間とは逆向きのサージ電圧が発生す
る。When the transistor 3 is turned off, the primary winding 2
A surge voltage is generated in A and 2B in a direction opposite to the ON period.
【0007】このサージ電圧により発生した電流はコン
デンサ10Aおよび10Bに充電される。そして電流が
消滅すると、充電された電力の一部が、クランプコンデ
ンサ10A、10Bの両端電圧がVINとなるまで変圧
器2の一次巻線2A、2Bを介して、電源1に放出す
る。The current generated by the surge voltage charges capacitors 10A and 10B. When the current disappears, a part of the charged power is discharged to the power supply 1 through the primary windings 2A and 2B of the transformer 2 until the voltage between both ends of the clamp capacitors 10A and 10B becomes VIN.
【0008】即ち、これらクランプコンデンサがスナバ
回路としてサージ電圧の電圧変化率を小さくすることで
トランジスタの電気的ストレスを軽減している。That is, these clamp capacitors function as a snubber circuit to reduce the voltage change rate of the surge voltage, thereby reducing the electrical stress of the transistor.
【0009】尚、この従来の電力変換装置の詳細は、
『Ching-Shan Leuほか:A Built in Input Filter Forw
ard Converter, PESC'94 917頁』に記載されている。[0009] The details of this conventional power converter are as follows.
Ching-Shan Leu and others: A Built in Input Filter Forw
ard Converter, PESC '94, page 917].
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】このように従来の電力
変換装置は、サージ電圧の電圧変化率を小さくしてトラ
ンジスタ(スイッチング素子)の電気的ストレスを軽減
するものであった。As described above, the conventional power converter reduces the voltage change rate of the surge voltage to reduce the electrical stress of the transistor (switching element).
【0011】しかし、クランプ巻線が一次巻線と逆向き
の起電力を発生するので、クランプコンデンサは完全放
電されずに、トランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧
は、常時クランプコンデンサの両端電圧の和(電圧VI
Nの2倍)に維持されるので、以下の問題点があった。However, since the clamp winding generates an electromotive force in the direction opposite to that of the primary winding, the clamp capacitor is not completely discharged, and the voltage between the collector and the emitter of the transistor is always the sum of the voltages across the clamp capacitor. Voltage VI
N), which causes the following problems.
【0012】即ち、トランジスタがターンオフするとき
にコレクタ−エミッタ電圧が0Vから電圧VINの2倍
にまで急激に上昇してしまう(電圧変化率(dv/d
t)が大きい)ので、トランジスタの電気的ストレスが
依然大きかった。That is, when the transistor is turned off, the collector-emitter voltage rises sharply from 0 V to twice the voltage VIN (voltage change rate (dv / d
t) is large), so that the electrical stress of the transistor is still large.
【0013】また、クランプコンデンサが完全放電しな
いので、トランジスタがターンオフするときに、余剰電
力がクランプコンデンサに充分に充電されずにノイズが
除去しきれなかった。よって自身の回路や近接する他の
機器を誤動作させる可能性があった。Further, since the clamp capacitor does not completely discharge, when the transistor is turned off, surplus power is not sufficiently charged in the clamp capacitor, and noise cannot be completely removed. Therefore, there is a possibility that the own circuit and other nearby devices may malfunction.
【0014】一方、トランジスタがターンオンするとき
には、クランプコンデンサからトランジスタにピーク値
の高い放電電流が供給され、このときにもノイズが発生
した。On the other hand, when the transistor is turned on, a discharge current having a high peak value is supplied from the clamp capacitor to the transistor, and noise also occurs at this time.
【0015】また、この回路以外にも種々の回路が電力
変換装置に使用されていたが、これらは、スナバ回路が
電力を消費してしまうものや、変圧器を磁気飽和させて
しまうものであり電力変換効率が悪かった。In addition, various circuits other than this circuit have been used in the power converter. However, these circuits consume power in the snubber circuit and magnetically saturate the transformer. Power conversion efficiency was poor.
【0016】そこで、この発明は上記従来の課題に鑑み
なされたもので、ノイズおよびスイッチング素子の電気
的ストレスが少なくてしかも変換効率の良い電力変換装
置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide a power conversion device which has less noise and electric stress of a switching element and has high conversion efficiency.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】この発明の電力変換装置
は、直流電源に対し、スイッチング素子を挟んで第1お
よび第2の一次巻線が直列に接続された非接地型の主回
路を有し、前記スイッチング素子をオン・オフ動作させ
て、前記第1あるいは第2の一次巻線の少なくとも一方
に電磁結合された二次巻線に交流電力を生じさせる電力
変換装置において、前記スイッチング素子の前記第1の
一次巻線との接続点から第2の一次巻線との接続点に向
けて、第1のコンデンサ、整流素子、第2のコンデンサ
を順次に直列接続してなる回路を有し、前記スイッチン
グ素子のオフ動作に伴い、前記第1および第2の一次巻
線から発生した余剰電力を充電する充電手段と、この充
電手段により充電された電力を、リアクトルを介して前
記直流電源あるいは前記各一次巻線へと放出させるエネ
ルギ放出手段と、を備えたことを特徴とする。The power converter of the present invention has an ungrounded main circuit in which first and second primary windings are connected in series to a DC power supply with a switching element interposed therebetween. And a power converter for turning on / off the switching element to generate AC power in a secondary winding electromagnetically coupled to at least one of the first and second primary windings. A circuit in which a first capacitor, a rectifier, and a second capacitor are sequentially connected in series from a connection point with the first primary winding to a connection point with the second primary winding. A charging unit for charging surplus power generated from the first and second primary windings in accordance with an OFF operation of the switching element; and a power supply for charging the power charged by the charging unit via a reactor to the DC power supply. I Characterized by comprising a an energy release means for releasing to the respective primary winding.
【0018】この構成により、第1および第2のコンデ
ンサが、スイッチング素子のオフ動作に伴い第1および
第2の一次巻線から発生する余剰電力を整流素子で整流
して充電する一方、スイッチング素子がオンに転じる
と、各コンデンサに充電された余剰電力が放電され、リ
アクトルにより電流ピークが抑制されて、直流電源また
は各一次巻線に転流する。そしてスイッチング素子が再
びオフされるまでに第1および第2のコンデンサは完全
放電する。次回に余剰電力が発生したときは、その余剰
電力は、再び第1および第2のコンデンサに充電され
る。With this configuration, the first and second capacitors rectify and charge the surplus power generated from the first and second primary windings by the rectifying element when the switching element is turned off, while charging the switching element. Turns on, the surplus power charged in each capacitor is discharged, the current peak is suppressed by the reactor, and the current is commutated to the DC power supply or each primary winding. The first and second capacitors are completely discharged before the switching element is turned off again. When surplus power is generated next time, the surplus power is charged into the first and second capacitors again.
【0019】また、この発明の電力変換装置は、前記エ
ネルギ放出手段には、前記充電された電力を転流させる
環流素子とリアクトルとの直列回路が2回路設けられ、
この各回路は、前記第1および第2のコンデンサの前記
整流素子との各接続点から、前記第2および第1の一次
巻線の前記直流電源との各接続点へと接続されたことを
特徴とする。Further, in the power converter of the present invention, the energy discharging means is provided with two series circuits of a circulating element for commutating the charged power and a reactor,
Each of the circuits is connected from each connection point of the first and second capacitors with the rectifying element to each connection point of the second and first primary windings with the DC power supply. Features.
【0020】この構成により、第1および第2のコンデ
ンサに充電された余剰電力が、スイッチング素子がオン
に転じる際、環流素子を通り、それぞれ第2の一次巻
線、第1の一次巻線に転流して電力伝達される。従っ
て、余剰電力が二次巻線の負荷側に供給できるので好適
である。さらに、各コンデンサの放電後も各リアクトル
に残留する磁気エネルギーが、充電手段の整流素子を通
って、直流電源に転流し再利用できるようになる。With this configuration, when the switching element turns on, the surplus power charged in the first and second capacitors passes through the circulating element and is applied to the second primary winding and the first primary winding, respectively. The power is transferred by commutation. Therefore, it is preferable because surplus power can be supplied to the load side of the secondary winding. Furthermore, even after the discharge of each capacitor, the magnetic energy remaining in each reactor passes through the rectifying element of the charging means, is diverted to the DC power supply, and can be reused.
【0021】また、この発明の電力変換装置は、前記エ
ネルギ放出手段は、前記充電された電力を、前記第1お
よび第2のコンデンサの前記整流素子との各接続点にそ
れぞれ接続された環流素子、ならびに前記直流電源と直
列に前記主回路に挿入された共通のリアクトルを介して
それぞれ前記直流電源に放出させることを特徴とする。Further, in the power converter according to the present invention, the energy discharging means may include a circulating element in which the charged power is connected to each connection point of the first and second capacitors with the rectifying element. And the DC power supply is discharged to the DC power supply via a common reactor inserted in the main circuit in series with the DC power supply.
【0022】この構成により、各コンデンサに充電され
た余剰電力は、各環流素子を通り、共通のリアクトルを
通って直流電源に放出する。従って余剰電力が全て回収
され再利用可能となるので好適である。しかも、リアク
トルを共通化したので装置が小型化できる。With this configuration, the surplus power charged in each capacitor passes through each circulating element and is discharged to a DC power supply through a common reactor. Therefore, it is preferable because all the surplus electric power is recovered and can be reused. In addition, since the reactor is shared, the size of the apparatus can be reduced.
【0023】また、この発明の電力変換装置は、前記第
1および第2の一次巻線のどちらか一方に電磁結合され
た補助巻線を有し、この補助巻線に対し、前記交流電力
を整流平滑した後段の負荷あるいは前記直流電源が、整
流素子を介して直列に接続されたことを特徴とする。Further, the power converter of the present invention has an auxiliary winding electromagnetically coupled to one of the first and second primary windings, and supplies the AC power to the auxiliary winding. A rectifying-smoothed subsequent load or the DC power supply is connected in series via a rectifying element.
【0024】この構成により、余剰電力の一部が補助巻
線に磁気エネルギーとして伝達され、さらに整流素子を
介して負荷あるいは直流電源に伝達される。従って、余
剰電力により一次巻線に生ずるサージ電圧は、負荷ある
いは直流電源の電圧により、そのピークが制限される。
従って、一次巻線と補助巻線との巻数比および電力伝達
先の電圧を適切に設定することで、スイッチング素子を
破壊から保護できるので好適である。With this configuration, part of the surplus power is transmitted to the auxiliary winding as magnetic energy, and further transmitted to the load or the DC power supply via the rectifier. Therefore, the peak of the surge voltage generated in the primary winding due to the surplus power is limited by the voltage of the load or the DC power supply.
Therefore, by appropriately setting the turns ratio between the primary winding and the auxiliary winding and the voltage at the power transmission destination, the switching element can be protected from destruction, which is preferable.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の電力変換装置の実
施の形態について図1ないし図6を参照して説明する。
尚、従来の電力変換装置と同一の構成については同一符
号をつけて詳述を省略する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a power converter according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
Note that the same components as those of the conventional power converter are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
【0026】図1は、本発明の電力変換装置の第1の実
施の形態を示す回路構成図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the power converter of the present invention.
【0027】この図に示すように電力変換装置は、従来
と同様に直流電力を供給する電源1、変圧器2およびト
ランジスタ3で一次側回路を構成し、従来と同一の二次
回路6を後段に接続したものである。As shown in this figure, the power converter comprises a power supply 1 for supplying DC power, a transformer 2 and a transistor 3 in the same manner as in the prior art to constitute a primary circuit, and a secondary circuit 6 which is the same as in the prior art is provided at the subsequent stage. Connected to.
【0028】この実施の形態において変圧器2は、従来
同様に同一巻数の一次巻線2A、2Bおよび二次巻線2
Cを有するが、補助巻線は設けていない。In this embodiment, the transformer 2 comprises the same number of primary windings 2A, 2B and
C, but without the auxiliary winding.
【0029】トランジスタ3は一次巻線2A、2Bの間
に接続される。尚、トランジスタは、バイポーラトラン
ジスタや、電界効果トランジスタ等の電流開閉が可能な
素子(回路)であればよい。従って、ドライブする回路
については採用する素子(回路)に応じて設ければよい
ので、ここでは記載および説明を省略する。The transistor 3 is connected between the primary windings 2A and 2B. Note that the transistor may be any element (circuit) that can open and close current, such as a bipolar transistor or a field effect transistor. Therefore, the circuit to be driven may be provided according to the element (circuit) to be employed, and the description and description thereof will be omitted.
【0030】また充電回路4は、トランジスタ3のコレ
クタに接続されたコンデンサ4Aと、該コンデンサに直
列接続されたスナバダイオード4Bと、該ダイオードに
直列接続されたコンデンサ4Cとからなり、該コンデン
サの他端はトランジスタ3のエミッタに接続される。即
ち、充電回路4は、いわゆるスナバ回路を構成してい
る。The charging circuit 4 includes a capacitor 4A connected to the collector of the transistor 3, a snubber diode 4B connected in series to the capacitor, and a capacitor 4C connected in series to the diode. The end is connected to the emitter of transistor 3. That is, the charging circuit 4 forms a so-called snubber circuit.
【0031】エネルギ放出回路5は、環流ダイオードと
リアクトルとで構成される直列回路を2回路有する。即
ち、環流ダイオード5Aとリアクトル5Cとで一方の回
路が、環流ダイオード5Bとリアクトル5Dとで他方の
回路が構成され、それぞれコンデンサ4C、4Aから、
一次巻線2A、2Bと電源1との接続点へと接続されて
いる。The energy release circuit 5 has two series circuits composed of a freewheeling diode and a reactor. That is, one circuit is constituted by the freewheel diode 5A and the reactor 5C, and the other circuit is constituted by the freewheel diode 5B and the reactor 5D.
It is connected to a connection point between the primary windings 2A and 2B and the power supply 1.
【0032】図2は、図1に対応する波形図であり、同
図(A)は、トランジスタ3のコレクタ−エミッタ間電
圧Vce、同図(B)は、コンデンサ4A(4C)の充
放電電流、同図(C)は環流ダイオード5A(5B)を
流れる電流の波形をそれぞれ示すものである。FIG. 2 is a waveform diagram corresponding to FIG. 1. FIG. 2 (A) shows the collector-emitter voltage Vce of the transistor 3, and FIG. 2 (B) shows the charge / discharge current of the capacitor 4A (4C). (C) shows the waveform of the current flowing through the freewheeling diode 5A (5B).
【0033】図3は、図1の回路における電流経路の遷
移を表したものであり、図3(A)は、トランジスタ3
のオン期間、同図(B)は、コンデンサ4A,4Cの充
電期間、同図(C)は、コンデンサ4Aの放電期間、同
図(D)は、リアクトル5C,5Dに残留電流が流れる
期間の経路をそれぞれ示すものである。尚、図3(C)
は、コンデンサ4Aからの放電を示すが、コンデンサ4
Cからはこの経路と対照をなす経路で放電される。ま
た、電流経路を見やすくするため、経路に含まれない回
路素子の符号は省略した。FIG. 3 shows the transition of the current path in the circuit of FIG. 1, and FIG.
(B) shows the charging period of the capacitors 4A and 4C, FIG. (C) shows the discharging period of the capacitor 4A, and FIG. (D) shows the period during which the residual current flows through the reactors 5C and 5D. Each shows a route. FIG. 3 (C)
Indicates discharge from the capacitor 4A.
C is discharged through a path that is in contrast to this path. Further, in order to make the current path easy to see, reference numerals of circuit elements not included in the path are omitted.
【0034】このような構成とした第1の実施の形態で
は、トランジスタ3が導通状態にあるときは、図3
(A)に示すように一次巻線2A、2Bに電流が流れ、
二次巻線2Cに電力が供給される。このときコンデンサ
4A、4Cは放電された状態にある。In the first embodiment having such a configuration, when the transistor 3 is in a conductive state, the transistor shown in FIG.
As shown in (A), current flows through the primary windings 2A and 2B,
Power is supplied to the secondary winding 2C. At this time, the capacitors 4A and 4C are in a discharged state.
【0035】この状態から、トランジスタ3がターンオ
フされると、変圧器2の一次巻線2A、2Bは、蓄積し
た磁気エネルギーにより電流を維持すべく働くので、図
3(B)に示すように、電源1から一次巻線2A、コン
デンサ4A、スナバダイオード4B、コンデンサ4C、
一次巻線2B、そして電源1へと電流が流れる。即ち、
図2(B)のaに示すようにコンデンサ4A、4Cへの
充電が始り、その両端電圧が0Vから徐々に上昇する。
このとき、トランジスタ3のコレクタ−エミッタ電圧V
ceは、コンデンサ4A、コンデンサ4Cの両端電圧の
和となり、図2(A)のbに示すように上昇する。変圧
器2の一次巻線2A、2Bの磁気エネルギーが、すべて
コンデンサ4A、4Cに充電されると、図2(A)のc
に示すように、Vceはピークに達する。From this state, when the transistor 3 is turned off, the primary windings 2A and 2B of the transformer 2 work to maintain the current by the stored magnetic energy, and as shown in FIG. From power supply 1, primary winding 2A, capacitor 4A, snubber diode 4B, capacitor 4C,
A current flows to the primary winding 2B and the power supply 1. That is,
As shown in a of FIG. 2B, charging of the capacitors 4A and 4C starts, and the voltage between both ends gradually increases from 0V.
At this time, the collector-emitter voltage V
ce is the sum of the voltages across the capacitors 4A and 4C, and rises as shown in FIG. 2A. When all the magnetic energy of the primary windings 2A and 2B of the transformer 2 is charged in the capacitors 4A and 4C, c in FIG.
As shown in the figure, Vce reaches a peak.
【0036】このようにコンデンサ4A、4Cが放電さ
れている状態にあると、トランジスタ3のコレクタ−エ
ミッタ電圧の電圧変化率(dv/dt)を低くすること
ができる。When the capacitors 4A and 4C are discharged as described above, the voltage change rate (dv / dt) of the collector-emitter voltage of the transistor 3 can be reduced.
【0037】その後、コンデンサ4A、コンデンサ4C
は、図3(B)の逆の電流経路で放電して(図2(B)
のd)、トランジスタ3のコレクタ−エミッタ電圧Vc
eは図2(A)のeに示すように電源1の電圧VINと
なるまで減少していく。Thereafter, the capacitors 4A and 4C
Discharges in the reverse current path of FIG. 3 (B) (FIG. 2 (B)
D), the collector-emitter voltage Vc of the transistor 3
e decreases until it reaches the voltage VIN of the power supply 1 as indicated by e in FIG.
【0038】次に、所定のタイミングでトランジスタ3
がターンオンされると、コンデンサ4Aに充電された電
力は、図3(C)に示すように、トランジスタ3、一次
巻線2B、環流ダイオード5B、リアクトル5Dがなす
閉路で放電される。Next, at a predetermined timing, the transistor 3
Is turned on, the electric power charged in the capacitor 4A is discharged in a closed circuit formed by the transistor 3, the primary winding 2B, the freewheeling diode 5B, and the reactor 5D, as shown in FIG. 3C.
【0039】即ち、図2(B)のfに示す波形で放電が
なされ、ダイオード5Bにも同図(C)のhに示すよう
に、この放電電流が流れる。コンデンサ4Cに充電され
た電力も同様に、リアクトル5C、環流ダイオード5
A、一次巻線2A、トランジスタ3とでなす閉路で放電
される。That is, discharge is performed with the waveform shown by f in FIG. 2B, and this discharge current also flows through the diode 5B as shown by h in FIG. 2C. Similarly, the power charged in the capacitor 4C is the reactor 5C and the freewheeling diode 5C.
A, the primary winding 2A, and the transistor 3 discharge in a closed circuit.
【0040】この放電期間においては、リアクトル5
C、5Dのインダクタンスによって放電電流のピーク値
が抑制されるので、トランジスタ3のコレクタ−エミッ
タ電圧は図2(A)gに示すように、緩やかに低下して
いきトランジスタ3はターンオンする。尚、充電回路4
のスナバダイオード4Bには、この放電期間中、逆電圧
が印加されている。During this discharge period, the reactor 5
Since the peak value of the discharge current is suppressed by the inductance of C and 5D, the collector-emitter voltage of the transistor 3 gradually decreases as shown in FIG. 2A, and the transistor 3 turns on. In addition, the charging circuit 4
During this discharge period, a reverse voltage is applied to the snubber diode 4B.
【0041】上記放電電流は、リアクトル5C、5Dに
磁気エネルギーとして残留する。コンデンサ4A、4C
が完全放電すると、この残留磁気エネルギーは、環流ダ
イオード5B、リアクトル5D、スナバダイオード4
B、リアクトル5C、ダイオード5Aの経路で電源1に
転流し帰還する。図2(C)の斜線部iの部分の電流
が、この経路で流れる残留電流である。The discharge current remains in the reactors 5C and 5D as magnetic energy. Capacitors 4A, 4C
Is completely discharged, the residual magnetic energy is generated by the freewheel diode 5B, the reactor 5D, and the snubber diode 4B.
B, commutates to the power supply 1 via the path of the reactor 5C and the diode 5A and returns. The current indicated by the hatched portion i in FIG. 2C is the residual current flowing through this path.
【0042】従って、この状態で再びトランジスタ3が
ターンオフしても、コンデンサ4Aおよびコンデンサ4
Cは完全放電されているので、再度一次巻線からの電力
を上記のように処理できる。Accordingly, even if the transistor 3 is turned off again in this state, the capacitors 4A and 4
Since C is completely discharged, the power from the primary winding can be processed again as described above.
【0043】上記のように、この実施の形態では、トラ
ンジスタのオフ動作に伴い、各一次巻線から発生する余
剰電力を充電でき、充電された余剰電力は、トランジス
タのオン動作に伴い、リアクトルにより電流ピークが抑
制されつつ放電して、各一次巻線に電力伝達され、その
後、電源に転流し帰還されるので、余剰電力を損失させ
ずに再利用することができる。また、この動作はノイズ
の発生も抑えることができる。As described above, in this embodiment, the surplus power generated from each primary winding can be charged with the off operation of the transistor, and the charged surplus power is charged by the reactor with the on operation of the transistor. Since the electric current is discharged while the current peak is suppressed, the electric power is transmitted to each primary winding, and then the electric current is commutated to the power supply and returned, so that the surplus electric power can be reused without loss. This operation can also suppress generation of noise.
【0044】そしてトランジスタがターンオフされるま
でにコンデンサ4A、4Cは完全放電するので再度余剰
電力が発生してもトランジスタの電圧変化率(dv/d
t)を抑制しうるとともにノイズも除去できる。Since the capacitors 4A and 4C are completely discharged before the transistor is turned off, the voltage change rate (dv / d) of the transistor even if surplus power is generated again.
t) can be suppressed and noise can be removed.
【0045】ところで、この発明の電力変換装置の第1
の実施の形態では、ターンオフの際のトランジスタ3の
コレクタ−エミッタ間に印加されるサージ電圧のピーク
値は、一次巻線2A、2Bに蓄えられた磁気エネルギー
とコンデンサ4A、4Cのインピーダンスで決まる。The first embodiment of the power converter of the present invention
In the embodiment, the peak value of the surge voltage applied between the collector and the emitter of the transistor 3 at the time of turn-off is determined by the magnetic energy stored in the primary windings 2A and 2B and the impedance of the capacitors 4A and 4C.
【0046】従って、磁気エネルギーが大きい場合に
は、サージ電圧のピーク値がコレクタ−エミッタ間耐電
圧を越えて、トランジスタの破壊につながる可能性があ
る。Therefore, when the magnetic energy is large, the peak value of the surge voltage may exceed the withstand voltage between the collector and the emitter, leading to a possibility of destruction of the transistor.
【0047】そこで、ターンオフ時のサージ電圧のピー
ク値を抑制するように構成したこの発明の電力変換装置
の第2の実施の形態を説明する。Therefore, a description will be given of a second embodiment of the power converter according to the present invention, which is configured to suppress the peak value of the surge voltage at the time of turning off.
【0048】図4は、この実施の形態の回路構成図であ
る。FIG. 4 is a circuit diagram of this embodiment.
【0049】変圧器2には新たに補助巻線2Dが追加さ
れ、この巻線は、ダイオード7を介して電源1に接続さ
れる。変圧器2の一次巻線2A、2B、補助巻線2Dの
巻数比はN:N:Mとなっている。そのほかの構成は第
1の実施の形態と同一である。An auxiliary winding 2D is newly added to the transformer 2, and this winding is connected to the power supply 1 via the diode 7. The turns ratio of the primary windings 2A and 2B and the auxiliary winding 2D of the transformer 2 is N: N: M. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
【0050】このような構成においては、第1の実施の
形態と同様に、トランジスタ3をターンオフするとトラ
ンジスタ3のコレクタ−エミッタ間電圧は、徐々に上昇
する。In such a configuration, as in the first embodiment, when the transistor 3 is turned off, the voltage between the collector and the emitter of the transistor 3 gradually increases.
【0051】そして、補助巻線2Dにも電圧が誘起され
る。Then, a voltage is also induced in the auxiliary winding 2D.
【0052】一次巻線2Aの巻線電圧をVnとした場
合、補助巻線2Dの巻線電圧Vmは次式の関係を維持し
ながら上昇する。When the winding voltage of the primary winding 2A is Vn, the winding voltage Vm of the auxiliary winding 2D increases while maintaining the following equation.
【0053】[0053]
【数1】 Vm=Vn×M/N (1) そして、この電圧が電源1の電圧VINを超えるとダイ
オード7が導通して、それ以上上昇しなくなるので、次
式の関係が成立つ。Vm = Vn × M / N (1) When this voltage exceeds the voltage VIN of the power supply 1, the diode 7 conducts and does not further rise, so that the following relationship is established.
【0054】[0054]
【数2】 Vm=Vn×M/N<VIN (2) この式から、次式が成立する。Vm = Vn × M / N <VIN (2) From this equation, the following equation is established.
【0055】[0055]
【数3】 Vn<VIN×N/M (3) 即ち、このようにダイオード7を介して、補助巻線2D
を電源1に接続することにより、一次巻線2Aの巻線電
圧Vnの上限が制限される。一次巻線2Bの巻線電圧も
同様にこの値に制限される。Vn <VIN × N / M (3) That is, the auxiliary winding 2D
To the power supply 1, the upper limit of the winding voltage Vn of the primary winding 2A is limited. The winding voltage of the primary winding 2B is similarly limited to this value.
【0056】また、トランジスタ3のコレクタ−エミッ
タ間電圧Vceは、The collector-emitter voltage Vce of the transistor 3 is
【数4】 Vce=2×Vn+VIN (4) であるので、数式(3)を数式(4)に代入すると、Since Vce = 2 × Vn + VIN (4), the expression (3) is substituted into the expression (4).
【数5】 Vce=2×Vn+VIN <2×(VIN×N/M)+VIN <VIN(1+2N/M) (5) となり、トランジスタ3のコレクタ−エミッタ間に印加
されるサージ電圧のピーク値がこの値に制限され、一方
で、このピーク値を越える部分の電力は、ダイオード7
を介して電源1に帰還する。Vce = 2 × Vn + VIN <2 × (VIN × N / M) + VIN <VIN (1 + 2N / M) (5) where the peak value of the surge voltage applied between the collector and the emitter of the transistor 3 is Value, while the power above this peak value is
To the power supply 1 via
【0057】従って、使用するトランジスタの定格に合
わせて、補助巻線2Dと一次巻線2A、2Bとの巻数比
を調整することで、コレクタ−エミッタ間に印加される
サージ電圧のピーク値を制限し、トランジスタを破壊か
ら保護することができる。また、ピーク値を越える電力
が電源に帰還するので電力を損失することがない。Therefore, the peak value of the surge voltage applied between the collector and the emitter is limited by adjusting the turns ratio between the auxiliary winding 2D and the primary windings 2A and 2B according to the rating of the transistor used. Thus, the transistor can be protected from destruction. Further, since the power exceeding the peak value returns to the power supply, no power is lost.
【0058】ところで、この実施の形態では、電源1に
余剰電力の一部を帰還させるように構成したが、電力の
帰還先は、二次側の負荷であってもよい。In this embodiment, a part of the surplus power is fed back to the power supply 1, but the power may be returned to a secondary load.
【0059】図5は、第2の実施の形態の変形例を示し
た回路構成図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a modification of the second embodiment.
【0060】この変形例では、余剰電力の一部は、二次
側に設けられた補助巻線2E、ダイオード8を通して、
電圧安定化された二次側回路の負荷9に供給され消費さ
れる。この回路においては、負荷9に対して供給が必要
な電力の一部が、補助巻線2E、ダイオード8を通して
供給されるので、二次巻線2Cから伝達される電力が少
なくてすみ、結果的に装置の電力変換効率を上げること
ができる。In this modification, a part of the surplus power passes through the auxiliary winding 2E and the diode 8 provided on the secondary side.
The power is supplied to and consumed by the load 9 of the voltage-stabilized secondary circuit. In this circuit, a part of the electric power required to be supplied to the load 9 is supplied through the auxiliary winding 2E and the diode 8, so that less electric power is transmitted from the secondary winding 2C, and as a result, This can increase the power conversion efficiency of the device.
【0061】さて、上記第1および第2の実施の形態で
は、リアクトルを2個設けて、各コンデンサに充電され
た余剰電力を電源や負荷に伝達したが、次に、リアクト
ルを共通化して回路の簡略化を図った第3の実施の形態
を説明する。In the first and second embodiments, two reactors are provided, and the surplus power charged in each capacitor is transmitted to the power supply or the load. A third embodiment that simplifies the description will be described.
【0062】図6は、この実施の形態の回路構成図であ
る。FIG. 6 is a circuit configuration diagram of this embodiment.
【0063】ここでは、第1の実施の形態において、一
対にして設けられたリアクトル5C、5Dに代えて、単
一のリアクトル5Eを電源1に直列に接続して回路が構
成される。その他の構成要素は、第1および第2の実施
の形態と同一である。Here, in the first embodiment, a circuit is configured by connecting a single reactor 5E to the power supply 1 in series instead of the reactors 5C and 5D provided as a pair. Other components are the same as those of the first and second embodiments.
【0064】この回路構成においては、コンデンサ4
A、4Cへの充電動作までは上記第1および第2の実施
の形態と同一であるが、トランジスタ3がターンオンす
ると、充電された電力は、コンデンサ4A、トランジス
タ3、コンデンサ4C、環流ダイオード5A、リアクト
ル5E、電源1、環流ダイオード5Bで構成された閉路
で放電されて電源1に放出する。In this circuit configuration, the capacitor 4
A and 4C are the same as those in the first and second embodiments up to the charging operation, but when the transistor 3 is turned on, the charged power becomes the capacitor 4A, the transistor 3, the capacitor 4C, the freewheeling diode 5A, Discharged in a closed circuit composed of the reactor 5E, the power supply 1 and the freewheeling diode 5B, and discharged to the power supply 1.
【0065】従って、少ない部品点数で、放電電流のピ
ーク値抑制の効果を維持できると同時に装置構成が簡略
化され、小型化が可能となる。Therefore, the effect of suppressing the peak value of the discharge current can be maintained with a small number of parts, and at the same time, the structure of the device is simplified and the size can be reduced.
【0066】尚、上記の説明においては、同一の変圧器
に一次巻線2A、2Bが設けられたが、これら巻線は、
別々の変圧器のものであってもよい。In the above description, the primary windings 2A and 2B are provided on the same transformer.
It may be that of a separate transformer.
【0067】二次回路6においては、半波型、全波型、
倍電圧型回路等の公知技術を用いることができる。ま
た、二次巻線2Cを逆向きに巻線して、フライバック型
の電力変換装置とすることも勿論可能である。そして直
流電力を供給する電源は、交流電源を整流平滑したもの
であってもよい。In the secondary circuit 6, a half-wave type, a full-wave type,
A known technique such as a voltage doubler type circuit can be used. It is also possible to form a flyback type power converter by winding the secondary winding 2C in the opposite direction. The power supply for supplying DC power may be a rectified and smoothed AC power supply.
【0068】[0068]
【発明の効果】以上のように、この発明の電力変換装置
によれば、充電手段を設けたことで、スイッチング素子
のオフ動作に伴い、各一次巻線から発生する余剰電力を
充電でき、エネルギ放出手段を設けたことで、充電され
た余剰電力は、スイッチング素子のオン動作に伴い、リ
アクトルにより電流ピークが抑制されつつ、直流電源ま
たは各一次巻線に放出され電力伝達されるので、装置の
損失を少なくできる。そしてスイッチング素子が再びオ
フされるまでに充電手段のコンデンサは完全放電するの
で再度余剰電力が発生してもスイッチング素子の電圧変
化率(dv/dt)を低く抑制しうるとともにノイズも
除去できる。As described above, according to the power converter of the present invention, the provision of the charging means allows the surplus power generated from each primary winding to be charged with the turning-off operation of the switching element, and the energy With the provision of the discharging means, the charged surplus power is released to the DC power supply or each primary winding and transmitted while the current peak is suppressed by the reactor with the ON operation of the switching element, so that the power of the device is Loss can be reduced. Since the capacitor of the charging means is completely discharged before the switching element is turned off again, even if surplus power is generated again, the voltage change rate (dv / dt) of the switching element can be suppressed low and noise can be removed.
【0069】従って、ノイズおよびスイッチング素子の
電気的ストレスが少なく、しかも高い変換効率の電力変
換が実現できる。Therefore, it is possible to realize power conversion with little noise and electric stress of the switching element and high conversion efficiency.
【図1】本発明による電力変換装置の第1の実施の形態
の回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a first embodiment of a power conversion device according to the present invention.
【図2】図1に示す装置における各波形図であり、図2
(A)は、スイッチング素子のコレクタ−エミッタ電圧
を、同図(B)は、コンデンサの充放電電流を、同図
(C)は、環流ダイオードの電流をそれぞれ示すもので
ある。2 is a diagram showing waveforms in the apparatus shown in FIG. 1, and FIG.
(A) shows the collector-emitter voltage of the switching element, (B) shows the charge / discharge current of the capacitor, and (C) shows the current of the freewheeling diode.
【図3】図1に示す装置における時間経過に伴う電流経
路の遷移図であり、図3(A)は、スイッチング素子の
オン期間、同図(B)は、コンデンサの充電期間、同図
(C)は、コンデンサの放電期間、同図(D)は、リア
クトルに残留電流が流れる期間の経路をそれぞれ示すも
のである。3A and 3B are transition diagrams of a current path over time in the device shown in FIG. 1; FIG. 3A shows an on-period of a switching element, FIG. C) shows the path during the discharge period of the capacitor, and FIG. 4D shows the path during the period in which the residual current flows through the reactor.
【図4】本発明による電力変換装置の第2の実施の形態
の回路構成図である。FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a second embodiment of the power converter according to the present invention.
【図5】本発明による電力変換装置の第2の実施の形態
の変形例の回路構成図である。FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a modified example of the second embodiment of the power converter according to the present invention.
【図6】本発明による電力変換装置の第3の実施の形態
の回路構成図である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a third embodiment of the power converter according to the present invention.
【図7】従来の電力変換装置の回路構成図である。FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a conventional power converter.
1 電源 2 変圧器 2A、2B 一次巻線 2C 二次巻線 2D、2E 補助巻線 3 トランジスタ 4 充電回路 4A、4C コンデンサ 4B、スナバダイオード 5 エネルギ放出回路 5A、5B 環流ダイオード 5C、5D、5E リアクトル 6 二次回路 7、8 ダイオード 9 負荷 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply 2 Transformer 2A, 2B Primary winding 2C Secondary winding 2D, 2E Auxiliary winding 3 Transistor 4 Charging circuit 4A, 4C Capacitor 4B, Snubber diode 5 Energy emission circuit 5A, 5B Freewheeling diode 5C, 5D, 5E Reactor 6 Secondary circuit 7, 8 Diode 9 Load
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/537 H02M 3/28 H02M 3/335 H02M 7/48 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 7/537 H02M 3/28 H02M 3/335 H02M 7/48
Claims (4)
んで第1および第2の一次巻線が直列に接続された非接
地型の主回路を有し、前記スイッチング素子をオン・オ
フ動作させて、前記第1あるいは第2の一次巻線の少な
くとも一方に電磁結合された二次巻線に交流電力を生じ
させる電力変換装置において、 前記スイッチング素子の前記第1の一次巻線との接続点
から第2の一次巻線との接続点に向けて、第1のコンデ
ンサ、整流素子、第2のコンデンサを順次に直列接続し
てなる回路を有し、前記スイッチング素子のオフ動作に
伴い、前記第1および第2の一次巻線から発生した余剰
電力を充電する充電手段と、 この充電手段により充電された電力を、リアクトルを介
して前記直流電源あるいは前記各一次巻線へと放出させ
るエネルギ放出手段と、を備えたことを特徴とする電力
変換装置。1. A non- connected DC power supply in which first and second primary windings are connected in series across a switching element.
A power converter that has a ground-type main circuit, turns on and off the switching element, and generates AC power in a secondary winding electromagnetically coupled to at least one of the first or second primary winding. In the apparatus, a first capacitor, a rectifying element, and a second capacitor are sequentially connected in series from a connection point of the switching element with the first primary winding to a connection point of the switching element with a second primary winding. Charging means for charging surplus power generated from the first and second primary windings in accordance with the turning-off operation of the switching element; and a reactor for charging the power charged by the charging means. And an energy discharging means for discharging the electric power to the DC power supply or each of the primary windings via the DC power supply.
れた電力を転流させる環流素子とリアクトルとの直列回
路が2回路設けられ、この各回路は、前記第1および第
2のコンデンサの前記整流素子との各接続点から、前記
第2および第1の一次巻線の前記直流電源との各接続点
へと接続されたことを特徴とする請求項1記載の電力変
換装置。2. The energy discharging means is provided with two series circuits of a circulating element for commutating the charged power and a reactor, and each of the circuits includes a series circuit of the first and second capacitors. The power converter according to claim 1, wherein each of the connection points with the rectifying element is connected to each of the connection points of the second and first primary windings with the DC power supply.
た電力を、前記第1および第2のコンデンサの前記整流
素子との各接続点にそれぞれ接続された環流素子、なら
びに前記直流電源と直列に前記主回路に挿入された共通
のリアクトルを介してそれぞれ前記直流電源に転流させ
ることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。3. The energy discharging means is configured to transfer the charged power in series with a free-wheeling element connected to each of the connection points of the first and second capacitors with the rectifying element, and the DC power supply. The power converter according to claim 1, wherein commutation is performed to each of the DC power supplies via a common reactor inserted into the main circuit.
か一方に電磁結合された補助巻線を有し、この補助巻線
に対し、前記交流電力を整流平滑した後段の負荷あるい
は前記直流電源が、整流素子を介して直列に接続された
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1
項記載の電力変換装置。4. An auxiliary winding which is electromagnetically coupled to one of the first and second primary windings, and a load at a subsequent stage of rectifying and smoothing the AC power with respect to the auxiliary winding. The DC power supply is connected in series via a rectifier element.
Item 3. The power converter according to item 1.
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