JP3934654B2 - DC-DC converter - Google Patents

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    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
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Description

この発明は、DC−DCコンバータに係り、特に、分散型直流電源からの電力を中電力容量の電力に変換する分散型電源用の絶縁型DC−DCコンバータ及びこのDC−DCコンバータを用いた連系インバータに関する。     The present invention relates to a DC-DC converter, and more particularly to an insulated DC-DC converter for a distributed power source that converts power from a distributed DC power source into medium-power capacity power, and a connection using the DC-DC converter. Related to inverters.

分散型直流電源、例えば、家庭用燃料電池、太陽光発電或いは風力発電システムから電力を中電力容量(0.3KW〜10KW)の電力に変換する分散型電源システムは、インバータなどの電力変換装置を備え、この電力変換装置では、入力(1次側)と系統(2次側)との絶縁が望まれている。このような電力変換装置に、高周波絶縁型のコンバータが使用されても、非絶縁型のコンバータに比較して、効率が悪化する問題がある。     A distributed power source that converts power from a distributed DC power source, for example, a household fuel cell, a solar power generation system, or a wind power generation system into a medium power capacity (0.3 kW to 10 kW) power, includes a power conversion device such as an inverter. In this power converter, insulation between the input (primary side) and the system (secondary side) is desired. Even if a high-frequency insulation type converter is used in such a power conversion device, there is a problem that efficiency is deteriorated as compared with a non-insulation type converter.

また、燃料電池などの電源では、定格未満の出力で運転する頻度が必然的に多くなることから、上記のような定格出力時における効率向上はもとより、定格出力の50%以下の小電力の小出力運転時の効率を向上することが重要な課題となっている。   In addition, since a power source such as a fuel cell inevitably increases the frequency of operation at an output less than the rated value, not only the efficiency is improved at the rated output as described above, but also the small power of 50% or less of the rated output is small. Improving efficiency during output operation is an important issue.

本発明は、上記問題点を解決するためになされてものであり、その目的は、高効率のDC−DCコンバーを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a highly efficient DC-DC converter.

この発明によれば、
交互にスイッチングされるように接続された第1のスイッチング素子から構成される第1のスイッチング回路を含み、出力電圧が変動する低電圧直流電源から直流電力が入力され、この直流電力をDC−AC変換して出力する第1の電圧共振回路と、
導通電流が零並びに印加電圧が零のタイミングで前記第1のスイッチング素子をターンオン及びターンオフして前記第1の電圧共振回路における電圧共振を維持する第1のドライバと、
1次側及び2次側を有し、その1次側に前記第1の電圧共振回路からの出力電圧が入力される第1の絶縁型高周波トランスと、
前記第1のトランスの2次側に接続される第1の電流共振回路と、
前記第1の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第1の整流回路と、
前記第1の整流回路からの出力電圧を平滑化して第1出力電圧を出力する第1の平滑回路と、
交互にスイッチングされるように接続された第2のスイッチング素子から構成される第2のスイッチング回路を含み、前記低電圧直流電源からの直流電力をDC−AC変換して出力する第2の電圧共振回路と、
導通電流が零並びに印加電圧が零のタイミングで前記第2のスイッチング素子をターンオン及びターンオフして前記第2の電圧共振回路における電圧共振を維持する第2のドライバと、
1次側及び2次側を有し、その1次側に前記第2の電圧共振回路からの出力電圧が入力される第2の絶縁型高周波トランスと、
前記第2のトランスの2次側に接続される第2の電流共振回路と、
前記第2の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第2の整流回路と、
前記第2の整流回路からの出力電圧を平滑化して第2出力電圧を出力する第2の平滑回路と、
前記第1及び第2の出力電圧の高電位側間に接続された第1のダイオード並びに前記第1及び第2の出力電圧の低電位側間に接続された第2のダイオード及びこれら第1及び第2のダイオード間に直列に接続された第3のスイッチング素子から構成され、変調された電圧を出力するパルス幅変調回路と、
前記パルス幅変調回路からの変調された電圧を平滑化して第3の出力電圧として出力する第3の平滑回路と、
前記第3のスイッチング素子をオンオフするパルスを生成するパルス生成回路であって、前記第3のスイッチング素子のオン動作で前記第1及び第2のダイオードを前記第3の平滑回路に直列接続し、オフ動作で前記第1及び第2のダイオードを夫々前記第3の平滑回路に並列接続し、前記第3の出力電圧に従って前記パルスのパルス幅を設定して前記第3の出力電圧を略一定とするパルス生成回路と、
を具備することを特徴とするDC―DCコンバータが提供される。
According to this invention,
DC power is input from a low voltage DC power supply including a first switching circuit composed of first switching elements connected to be alternately switched, and the output voltage varies. A first voltage resonance circuit for converting and outputting;
A first driver that maintains voltage resonance in the first voltage resonance circuit by turning on and off the first switching element at a timing when the conduction current is zero and the applied voltage is zero;
A first insulated high-frequency transformer having a primary side and a secondary side, into which an output voltage from the first voltage resonance circuit is input;
A first current resonance circuit connected to the secondary side of the first transformer;
A first rectifier circuit for rectifying an output current output from the first current resonance circuit;
A first smoothing circuit that outputs a first output voltage by smoothing the output voltage from the first rectifier circuit,
A second voltage resonance including a second switching circuit composed of second switching elements connected to be alternately switched, and DC-AC converted and output DC power from the low-voltage DC power supply Circuit,
A second driver for maintaining voltage resonance in the second voltage resonance circuit by turning on and off the second switching element at a timing when the conduction current is zero and the applied voltage is zero;
A second insulated high-frequency transformer having a primary side and a secondary side, into which an output voltage from the second voltage resonance circuit is input;
A second current resonance circuit connected to the secondary side of the second transformer;
A second rectifier circuit for rectifying an output current output from the second current resonance circuit;
A second smoothing circuit for outputting a second output voltage by smoothing the output voltage from the second rectifier circuit,
A first diode connected between the high potential sides of the first and second output voltages, a second diode connected between the low potential sides of the first and second output voltages, and the first and second A pulse width modulation circuit configured of a third switching element connected in series between the second diodes and outputting a modulated voltage;
A third smoothing circuit for smoothing the modulated voltage from the pulse width modulation circuit and outputting it as a third output voltage;
A pulse generation circuit for generating a pulse for turning on and off the third switching element, wherein the first and second diodes are connected in series to the third smoothing circuit by the on operation of the third switching element; The first and second diodes are respectively connected in parallel to the third smoothing circuit in the off operation, and the pulse width of the pulse is set according to the third output voltage so that the third output voltage is substantially constant. A pulse generation circuit to
A DC-DC converter is provided.

また、この発明によれば、
交互にスイッチングされるように接続された第1のスイッチング素子から構成される第1のスイッチング回路を含み、出力電圧が変動する低電圧直流電源から直流電力が入力され、この直流電力をDC−AC変換して出力する電圧共振回路と、
導通電流が零並びに印加電圧が零のタイミングで前記第1のスイッチング素子をターンオン及びターンオフして前記第1の電圧共振回路における電圧共振を維持する第1のドライバと、
1次側及び2次側を有し、その1次側に前記第1の電圧共振回路からの出力電圧が入力される絶縁型高周波トランスと、
前記第1のトランスの2次側に接続される第1及び第2の電流共振回路と、
前記第1及び第2の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第1及び第2の整流回路と、
前記第1及び第2の整流回路からの出力電圧を夫々平滑化して第1及び第2の出力電圧を出力する第1及び第2の平滑回路と、
前記第1及び第2の出力電圧の高電位側間に接続された第1のダイオード並びに前記第1及び第2の出力電圧の低電位側間に接続された第2のダイオード及びこれら第1及び第2のダイオード間に直列に接続された第2のスイッチング素子から構成され、変調された電圧を出力するパルス幅変調回路と、
前記パルス幅変調回路からの出力電圧を平滑化して第3の出力電圧として出力する第3の平滑回路と、
前記第2のスイッチング素子をオンオフするパルスを生成するパルス生成回路であって、前記第2のスイッチング素子のオン動作で前記第1及び第2のダイオードを前記第3の平滑回路に直列接続し、オフ動作で前記第1及び第2のダイオードを夫々前記第3の平滑回路に並列接続し、前記第3の出力電圧に従って前記パルスのパルス幅を設定して前記第3の出力電圧を略一定とするパルス生成回路と、
を具備するDC―DCコンバータが提供される。
Moreover, according to this invention,
DC power is input from a low voltage DC power supply including a first switching circuit composed of first switching elements connected to be alternately switched, and the output voltage varies. A voltage resonant circuit that converts and outputs, and
A first driver that maintains voltage resonance in the first voltage resonance circuit by turning on and off the first switching element at a timing when the conduction current is zero and the applied voltage is zero;
An insulated high-frequency transformer having a primary side and a secondary side, into which the output voltage from the first voltage resonance circuit is input;
First and second current resonance circuits connected to the secondary side of the first transformer;
First and second rectifier circuits for rectifying output currents output from the first and second current resonance circuits;
First and second smoothing circuits for smoothing output voltages from the first and second rectifier circuits and outputting first and second output voltages, respectively;
A first diode connected between the high potential sides of the first and second output voltages, a second diode connected between the low potential sides of the first and second output voltages, and the first and second A pulse width modulation circuit configured of a second switching element connected in series between the second diodes and outputting a modulated voltage;
A third smoothing circuit for smoothing the output voltage from the pulse width modulation circuit and outputting the smoothed output voltage as a third output voltage;
A pulse generation circuit for generating a pulse for turning on and off the second switching element, wherein the first and second diodes are connected in series to the third smoothing circuit by an on operation of the second switching element; The first and second diodes are respectively connected in parallel to the third smoothing circuit in the off operation, and the pulse width of the pulse is set according to the third output voltage so that the third output voltage is substantially constant. A pulse generation circuit to
A DC-DC converter is provided.

更に、この発明によれば、
交互にスイッチングされるように接続された第1のスイッチング素子から構成される第1のスイッチング回路を含み、出力電圧が変動する低電圧直流電源から直流電力が入力され、この直流電力をDC−AC変換して出力する電圧共振回路と、
導通電流が零並びに印加電圧が零のタイミングで前記第1のスイッチング素子をターンオン及びターンオフして前記第1の電圧共振回路における電圧共振を維持する第1のドライバと、
1次側及び2次側を有し、その1次側に前記第1の電圧共振回路からの出力電圧が入力される第1及び第2の絶縁型高周波トランスと、
前記第1及び第2のトランスの2次側に夫々接続される第1及び第2の電流共振回路と、
前記第1及び第2の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第1及び第2の整流回路と、
前記第1及び第2の整流回路からの出力電圧を夫々平滑化して第1及び第2の出力電圧を出力する第1及び第2の平滑回路と、
前記第1及び第2の出力電圧の高電位側間に接続された第1のダイオード並びに前記第1及び第2の出力電圧の低電位側間に接続された第2のダイオード及びこれら第1及び第2のダイオード間に直列に接続された第2のスイッチング素子から構成され、変調された電圧を出力するパルス幅変調回路と、
前記パルス幅変調回路からの出力電圧を平滑化して第3の出力電圧として出力する第3の平滑回路と、
前記第2のスイッチング素子をオンオフするパルスを生成するパルス生成回路であって、前記第2のスイッチング素子のオン動作で前記第1及び第2のダイオードを前記第3の平滑回路に直列接続し、オフ動作で前記第1及び第2のダイオードを夫々前記第3の平滑回路に並列接続し、前記第3の出力電圧に従って前記パルスのパルス幅を設定して前記第3の出力電圧を略一定とするパルス生成回路と、
を具備するDCDCコンバータが提供される。
Furthermore, according to the present invention,
DC power is input from a low voltage DC power supply including a first switching circuit composed of first switching elements connected to be alternately switched, and the output voltage varies. A voltage resonant circuit that converts and outputs, and
A first driver that maintains voltage resonance in the first voltage resonance circuit by turning on and off the first switching element at a timing when the conduction current is zero and the applied voltage is zero;
First and second isolated high-frequency transformers, each having a primary side and a secondary side, into which an output voltage from the first voltage resonance circuit is input;
First and second current resonance circuits respectively connected to the secondary sides of the first and second transformers;
First and second rectifier circuits for rectifying output currents output from the first and second current resonance circuits;
First and second smoothing circuits for smoothing output voltages from the first and second rectifier circuits and outputting first and second output voltages, respectively;
A first diode connected between the high potential sides of the first and second output voltages, a second diode connected between the low potential sides of the first and second output voltages, and the first and second A pulse width modulation circuit configured of a second switching element connected in series between the second diodes and outputting a modulated voltage;
A third smoothing circuit for smoothing the output voltage from the pulse width modulation circuit and outputting the smoothed output voltage as a third output voltage;
A pulse generation circuit for generating a pulse for turning on and off the second switching element, wherein the first and second diodes are connected in series to the third smoothing circuit by an on operation of the second switching element; The first and second diodes are respectively connected in parallel to the third smoothing circuit in the off operation, and the pulse width of the pulse is set according to the third output voltage so that the third output voltage is substantially constant. A pulse generation circuit to
A DCDC converter is provided.

この発明のDC−DCコンバータによれば、スイッチングロスのない高効率の変換を実現することができる。   According to the DC-DC converter of the present invention, high-efficiency conversion without switching loss can be realized.

以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係るDC−DCコンバータを説明する。   Hereinafter, a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as necessary.

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態に係るDC−DCコンバータ及びこれを用いた連系インバータについて説明する。     Hereinafter, a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention and a connected inverter using the same will be described with reference to the drawings.

図1は、この発明の実施の形態に係るコンバータ部10(DC−DCコンバータ)とDC−AC変換を行うインバータ部20からなる連系インバータ2が適用される分散型電源システム1の概略構成を示している。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a distributed power supply system 1 to which a connected inverter 2 including a converter unit 10 (DC-DC converter) and an inverter unit 20 that performs DC-AC conversion according to an embodiment of the present invention is applied. Show.

図1に分散型電源システム1おいて、出力に変動を伴う直流電源3、例えば、燃料電池、太陽電池、或いは風力発電からの出力(直流電力)がパワーコンディショナーとしての連系インバータに入力され、連系インバータ内のコンバータ部でDC-DC変換され、変換されたDC出力がインバータ部20で交流出力、比較的小出力(例えば、0.3kW〜数10kW程度)に変換されて、負荷に、例えば、家庭内の負荷に商用電圧(系統電圧)として出力される。ここで、商用電圧(系統電圧)は、日本では、101V或いは202V(単相3線接続の場合)に相当し、米国では、115V或いは230Vに相当している。   In the distributed power supply system 1 in FIG. 1, the output (DC power) from a DC power supply 3 with a fluctuation in output, for example, a fuel cell, a solar cell, or wind power generation, is input to a connected inverter as a power conditioner, DC-DC conversion is performed in the converter unit in the interconnection inverter, and the converted DC output is converted into an AC output and a relatively small output (for example, about 0.3 kW to several tens of kW) by the inverter unit 20 to the load. For example, it is output as a commercial voltage (system voltage) to a household load. Here, the commercial voltage (system voltage) corresponds to 101V or 202V (in the case of single-phase three-wire connection) in Japan, and corresponds to 115V or 230V in the United States.

尚、燃料電池システムでは、コンバータ部10に入力電圧として80V以下、現状では、20V〜60Vの電圧が入力され、無負荷の際にその出力電圧Voutが最も高く、負荷が大きくなるにつれて電圧が25%〜30%程度低下する特性を有している。また、太陽電池モジュールを備える太陽光発電システムでは、1枚の太陽電池モジュールで17−21Vの電圧が出力され、システムとしては、170V〜350Vが出力される。その出力電圧Voutは、120V〜450Vの範囲で変動される。更に、風力発電システムでは、50V程度の出力電圧Voutが発生されるが、羽根が回転している際には、30V〜50Vの範囲で出力が変動される。   In the fuel cell system, an input voltage of 80 V or less, currently 20 V to 60 V, is input to the converter unit 10, and the output voltage Vout is highest when there is no load, and the voltage becomes 25 as the load increases. % To about 30%. Moreover, in a solar power generation system provided with a solar cell module, the voltage of 17-21V is output by one solar cell module, and 170V-350V is output as a system. The output voltage Vout varies in the range of 120V to 450V. Furthermore, in the wind power generation system, an output voltage Vout of about 50V is generated, but when the blades are rotating, the output varies within a range of 30V to 50V.

図2は、この発明の一実施の形態に係るコンバータ部10の回路構成を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration of converter unit 10 according to the embodiment of the present invention.

このコンバータ部10は、高周波絶縁型のDC−DCコンバータであって、高周波トランス12、図1に示される直流電源3と高周波トランス12の一次側との間に配置され、高周波の電圧を出力する電圧共振回路11、高周波トランス12の二次側に配置された電流共振回路13及び電流共振回路13からの出力電流を整流する整流回路14を備えている。コンバータ部10は、この整流回路14からの出力電圧Voutに応じて電圧共振回路11を制御するスイッチング制御部17を更に備えている。図2に示されるDC−DCコンバータは、通常の高電圧電源に適用されるDC−DCコンバータとは異なり、電圧共振回路11が一次側に配置され、電流共振回路13が高い電圧を出力する二次側に配置されている。後に説明されるようにこのDC−DCコンバータは、出力制御されてそのDC−DCコンバータからは略一定電圧、例えば、目標電圧として400Vが出力される。   The converter unit 10 is a high-frequency insulation type DC-DC converter, and is disposed between the high-frequency transformer 12, the DC power source 3 shown in FIG. 1 and the primary side of the high-frequency transformer 12, and outputs a high-frequency voltage. A voltage resonance circuit 11, a current resonance circuit 13 disposed on the secondary side of the high-frequency transformer 12, and a rectification circuit 14 that rectifies the output current from the current resonance circuit 13 are provided. The converter unit 10 further includes a switching control unit 17 that controls the voltage resonance circuit 11 in accordance with the output voltage Vout from the rectifier circuit 14. The DC-DC converter shown in FIG. 2 differs from the DC-DC converter applied to a normal high voltage power supply in that the voltage resonance circuit 11 is arranged on the primary side and the current resonance circuit 13 outputs a high voltage. Located on the next side. As will be described later, the output of this DC-DC converter is controlled, and a substantially constant voltage, for example, 400 V is output as a target voltage from the DC-DC converter.

通常の高電圧電源に適用されるDC−DCコンバータでは、高周波トランス12の一次側に電流共振回路及び電圧共振回路を配置している。しかし、図2に示されるDC−DCコンバータ部10では、比較的低電圧な電源3に適用されるため、通常のDC−DCコンバータと同様に高周波トランス12の一次側に電流共振回路が配置される場合には、出力される電力量が増加されると、必然的に電流が多くなり、電流値が高くなり過ぎてしまう。従って、図2に示すコンバータ10部では、電圧共振回路11が高周波トランス12の一次側に配置され、電流共振回路13が高電圧が出力される高周波トランス12の二次側に配置されている。連系インバータが日本で使用される場合を想定すると、DC−DCコンバータ部10が通常系統200Vの連系インバータユニットに接続され、高周波トランス12の二次側からは、370V程度の電圧が出力される。   In a DC-DC converter applied to a normal high-voltage power supply, a current resonance circuit and a voltage resonance circuit are arranged on the primary side of the high-frequency transformer 12. However, since the DC-DC converter unit 10 shown in FIG. 2 is applied to the power supply 3 having a relatively low voltage, a current resonance circuit is arranged on the primary side of the high-frequency transformer 12 in the same manner as a normal DC-DC converter. In this case, if the amount of output power is increased, the current inevitably increases and the current value becomes too high. Therefore, in the converter 10 shown in FIG. 2, the voltage resonance circuit 11 is disposed on the primary side of the high-frequency transformer 12, and the current resonance circuit 13 is disposed on the secondary side of the high-frequency transformer 12 that outputs a high voltage. Assuming that the interconnection inverter is used in Japan, the DC-DC converter unit 10 is connected to the interconnection inverter unit of the normal system 200V, and a voltage of about 370V is output from the secondary side of the high-frequency transformer 12. The

一次側に配置された電圧共振回路11は、FET(電界効果トランジスタ)或いはIGBT(絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子を備え、スイッチング素子のソース・ドレイン間(IGBTの場合にはエミッタ・コレクタ間)にキャパシタが接続され、電圧共振回路11が電圧共振するように構成される。また、二次側に配置された電流共振回路13は、直列共振により、電流共振するように構成される。   The voltage resonance circuit 11 disposed on the primary side includes a switching element such as an FET (field effect transistor) or an IGBT (insulated gate / bipolar transistor), and between the source and drain of the switching element (in the case of IGBT, an emitter-collector). A capacitor is connected between the voltage resonance circuit 11 and the voltage resonance circuit 11 is configured to perform voltage resonance. The current resonance circuit 13 arranged on the secondary side is configured to resonate by series resonance.

上記のようにスイッチング素子を備えた回路構成における回路の動作を以下に簡単に説明する。   The operation of the circuit in the circuit configuration including the switching element as described above will be briefly described below.

電圧共振回路11では、電源からの出力が減少されると、出力電圧(高周波の電圧)Voutを略一定にすべくスイッチング素子の動作周波数が増加される。この動作周波数の増加に伴い、電流共振回路のインピーダンスが増加される。即ち、電流共振回路では、共振周波数で最も出力が大きくなり、出力が小さくなるにつれて周波数が増加される。   In the voltage resonance circuit 11, when the output from the power source is decreased, the operating frequency of the switching element is increased so as to make the output voltage (high frequency voltage) Vout substantially constant. As the operating frequency increases, the impedance of the current resonance circuit is increased. That is, in the current resonance circuit, the output becomes the largest at the resonance frequency, and the frequency increases as the output becomes smaller.

図3A及び図3Bを参照して電圧共振回路におけるスイッチングロスについてより詳細に説明する。図3Aは、電圧共振回路からの出力が大きい定格出力モードにおける高周波トランスの2次側の電流及び電圧波形を示し、図3Bは、電圧共振回路からの出力が小さい小出力モードにおける高周波トランスの2次側の電流及び電圧波形を示している。電源からの出力が十分に大きい定格出力モードでは、スイッチング素子が所定の動作周波数で動作されて図3Aに示されるように出力電流が正弦波で変化されるに対して、電圧共振回路からの出力が減少されて出力が低下される小出力モードでは、高周波トランスの2次側の電流及び電圧波形を示す図3Bに示されるように電流波形は、歪んでいびつになり、周波数が増加される。   The switching loss in the voltage resonance circuit will be described in more detail with reference to FIGS. 3A and 3B. FIG. 3A shows the current and voltage waveform on the secondary side of the high-frequency transformer in the rated output mode where the output from the voltage resonance circuit is large, and FIG. 3B shows 2 of the high-frequency transformer in the small output mode where the output from the voltage resonance circuit is small. The current and voltage waveforms on the secondary side are shown. In the rated output mode in which the output from the power supply is sufficiently large, the switching element is operated at a predetermined operating frequency and the output current is changed in a sine wave as shown in FIG. 3A, whereas the output from the voltage resonance circuit is In the small output mode in which the output is reduced due to decrease, the current waveform becomes distorted and distorted as shown in FIG. 3B showing the current and voltage waveform on the secondary side of the high frequency transformer, and the frequency is increased.

本実施形態に係るDC−DCコンバータでは、電流共振回路13の動作周波数を変えてDC−DCコンバータのエネルギーの変換を制御することによって、電圧共振回路11において電圧を位相変調し、共振を維持しながら、高効率で、ゼロ電圧スイッチング(ZVS)を実現している。このように、この発明の実施形態では、周波数を変化させると、2次側の電流共振回路13の動作点が移動し、周波数が下がるとパワーが上昇し、周波数を上げるとパワーが下降するという、エネルギーの伝送量が変化する性質を利用している。従って、高効率のDC−DCコンバータを実現することができる。   In the DC-DC converter according to the present embodiment, by changing the operating frequency of the current resonance circuit 13 and controlling the energy conversion of the DC-DC converter, the voltage resonance circuit 11 modulates the voltage to maintain resonance. However, high-efficiency zero voltage switching (ZVS) is achieved. As described above, in the embodiment of the present invention, when the frequency is changed, the operating point of the current resonance circuit 13 on the secondary side moves, the power increases when the frequency decreases, and the power decreases when the frequency increases. It uses the property that the amount of transmitted energy changes. Therefore, a highly efficient DC-DC converter can be realized.

図2に示される電圧共振回路11は、
(1)フルブリッジ
(2)ハーフブリッジ
(3)プッシュプル
の3通りの回路構成を採用することができる。これら電圧共振回路の具体的な回路例が図4から図6に示されている。
The voltage resonance circuit 11 shown in FIG.
(1) Full circuit (2) Half bridge (3) Push-pull Three circuit configurations can be adopted. Specific circuit examples of these voltage resonance circuits are shown in FIGS.

また、図2に示す電流共振回路13は、
(4)フルブリッジ整流回路
(5)倍電圧整流回路
の2通りの回路構成を採用することができる。これら電流共振回路13の具体的な回路例が図7及び図8に示されている。
Further, the current resonance circuit 13 shown in FIG.
(4) Full bridge rectifier circuit (5) Two circuit configurations of voltage doubler rectifier circuit can be adopted. Specific circuit examples of the current resonance circuit 13 are shown in FIGS.

上述の記述から明らかなように、電圧共振回路11と電流共振回路13の組み合わせは、合計6通りであり、図2に示したDC−DCコンバータ回路10は、この6通りの組み合わせで実現することができる。   As is clear from the above description, there are a total of six combinations of the voltage resonance circuit 11 and the current resonance circuit 13, and the DC-DC converter circuit 10 shown in FIG. Can do.

図4から図6を参照して電圧共振回路11の回路例を説明する。尚、図4から図6において、蓄電用のキャパシタC1は、通常電解コンデンサが使用されるが、各回路において共通であるので、説明を省略する。また、スイッチング素子として、FETを用いた場合を説明する。   A circuit example of the voltage resonance circuit 11 will be described with reference to FIGS. 4 to 6, an ordinary electrolytic capacitor is used as the storage capacitor C1, but the description is omitted because it is common in each circuit. A case where an FET is used as the switching element will be described.

図4は、フルブリッジ回路で電圧共振回路11を構成した第1の回路例を示している。   FIG. 4 shows a first circuit example in which the voltage resonance circuit 11 is configured by a full bridge circuit.

図4に示す電圧共振回路においては、スイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2が直列接続され、スイッチング素子Q3及びスイッチング素子Q4が直列接続されている。スイッチング素子Q1〜Q4には、キャパシタC2〜C5が夫々スイッチング素子のソース・ドレイン間に並列に接続されている。また、スイッチング素子Q1、Q2の直列回路及びスイッチング素子Q3,Q4の直列回路がフルブリッジ回路を構成するように夫々入力側の直流電源に並列接続されている。即ち、スイッチング素子Q1、Q3のドレインが電源のプラス側に接続され、スイッチング素子Q2、Q4のソースが電源のマイナス側に接続されている。   In the voltage resonance circuit shown in FIG. 4, the switching element Q1 and the switching element Q2 are connected in series, and the switching element Q3 and the switching element Q4 are connected in series. In the switching elements Q1 to Q4, capacitors C2 to C5 are connected in parallel between the source and drain of the switching elements, respectively. The series circuit of the switching elements Q1 and Q2 and the series circuit of the switching elements Q3 and Q4 are respectively connected in parallel to the DC power supply on the input side so as to form a full bridge circuit. That is, the drains of the switching elements Q1 and Q3 are connected to the positive side of the power supply, and the sources of the switching elements Q2 and Q4 are connected to the negative side of the power supply.

また、スイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2間の接続部が出力側のトランスT1の一端部に接続され、スイッチング素子Q3及びスイッチング素子Q4の接続部がトランスT1の他端部に接続されている。   Further, a connection part between the switching element Q1 and the switching element Q2 is connected to one end part of the transformer T1 on the output side, and a connection part between the switching element Q3 and the switching element Q4 is connected to the other end part of the transformer T1.

図4に示すフルブリッジ回路には、スイッチング素子Q1〜Q4を所定のタイミングでオン・オフするためにスイッチング制御部17が設けられている。このスイッチング制御部17は、ドライバDR1、DR2、MCU(マイクロコントロールユニット)18、インターフェースIFから構成されている。このスイッチング制御部17においては、DC−DCコンバータ回路10の出力電圧Voutが検出されてこの検出信号がインターフェースIF、例えば、アイソレーションアンプを介してMCU18に与えられ、このMCU18から周波数制御及び位相制御用の制御信号がドライバDR1、DR2に出力される。ドライバDR1、DR2からは、フィードバック信号としてスイッチング素子Q1〜Q4のゲートに制御信号が与えられ、スイッチング素子Q1〜Q4が制御されている。   In the full bridge circuit shown in FIG. 4, a switching control unit 17 is provided to turn on and off the switching elements Q1 to Q4 at a predetermined timing. The switching control unit 17 includes drivers DR1, DR2, MCU (micro control unit) 18, and interface IF. In the switching control unit 17, the output voltage Vout of the DC-DC converter circuit 10 is detected, and this detection signal is supplied to the MCU 18 via an interface IF, for example, an isolation amplifier, and the MCU 18 performs frequency control and phase control. Control signals are output to the drivers DR1 and DR2. Drivers DR1 and DR2 provide control signals to the gates of switching elements Q1 to Q4 as feedback signals to control switching elements Q1 to Q4.

図4に示す電圧共振回路には、スイッチング素子Q1、Q2の直列接続及びスイッチング素子Q3、Q4の直列接続に、更に、キャパシタC10、C11の直列接続が並列接続されている。そして、キャパシタC10、C11の接続点にチョークコイルLCの一端が接続され、チョークコイルLCの他端がトランスT1の1次側のコイルの中間点に接続されている。なお、この明細書においては、キャパシタC10、C11及びチョークコイルLCからなる回路を「転流回路」と称する。   In the voltage resonance circuit shown in FIG. 4, a series connection of switching elements Q1 and Q2, a series connection of switching elements Q3 and Q4, and a series connection of capacitors C10 and C11 are further connected in parallel. One end of the choke coil LC is connected to the connection point of the capacitors C10 and C11, and the other end of the choke coil LC is connected to the intermediate point of the primary coil of the transformer T1. In this specification, a circuit including the capacitors C10 and C11 and the choke coil LC is referred to as a “commutation circuit”.

この転流回路は、定格出力の数%から30%程度の小出力時の効率を向上させるために設けられ、小出力時において、この転流回路によって、電圧共振が維持される。具体的には、定格出力などの比較的高出力時には、共振回路、即ち、例えば、トランジスタQ1とキャパシタC2とで形成される共振回路で共振を行い、低出力時には、このような回路では、共振が維持できないので、チョークコイルLCとキャパシタC1、C2、C3、C4、C5によって共振を維持している。具体的には、電力が低下するとトランスに流れる電流が減少されるが、この電流がチョークコイルLCからの電流で補われることにより、共振が維持される。   This commutation circuit is provided in order to improve the efficiency at the time of small output of several percent to 30% of the rated output, and voltage resonance is maintained by this commutation circuit at the time of small output. Specifically, when a relatively high output such as a rated output is used, resonance is performed by a resonance circuit, that is, a resonance circuit formed by, for example, the transistor Q1 and the capacitor C2. Therefore, resonance is maintained by the choke coil LC and the capacitors C1, C2, C3, C4, and C5. Specifically, when the power is reduced, the current flowing through the transformer is reduced, but this current is supplemented by the current from the choke coil LC, so that resonance is maintained.

従って、上記のように電圧共振回路11とトランスとの間に転流回路を設けることで、小出力時においても共振を維持することができ、小出力時においても高い変換効率を実現することができる。   Therefore, by providing a commutation circuit between the voltage resonance circuit 11 and the transformer as described above, resonance can be maintained even when the output is small, and high conversion efficiency can be realized even when the output is small. it can.

図4に示される回路の動作については、後に説明する。   The operation of the circuit shown in FIG. 4 will be described later.

図5は、ハーフブリッジ回路で電圧共振回路11を構成した第2の回路例を示している。図5においては、図4と同一回路部品及び同一部分には、同一符号を付している。   FIG. 5 shows a second circuit example in which the voltage resonance circuit 11 is configured by a half-bridge circuit. In FIG. 5, the same circuit components and the same parts as those in FIG.

図5に示す電圧共振回路おいては、スイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2が直列接続され、スイッチング素子Q1、Q2には、キャパシタC2、C3がそれぞれスイッチング素子のソース・ドレイン間に並列に接続されている。また、スイッチング素子Q1、Q2の直列回路には、直列接続されたキャパシタC6,C7が並列接続されてハーフブリッジ回路を構成している。   In the voltage resonance circuit shown in FIG. 5, a switching element Q1 and a switching element Q2 are connected in series, and capacitors C2 and C3 are connected in parallel between the source and drain of the switching element, respectively. Yes. In addition, in the series circuit of the switching elements Q1 and Q2, capacitors C6 and C7 connected in series are connected in parallel to form a half bridge circuit.

そして、スイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2の接続部がトランスT1の一端部に接続され、キャパシタC6及びキャパシタC7の接続部がトランスT1の他端部に接続されている。   A connection portion between the switching elements Q1 and Q2 is connected to one end portion of the transformer T1, and a connection portion between the capacitors C6 and C7 is connected to the other end portion of the transformer T1.

図5に示すハーフブリッジ回路には、スイッチング素子Q1、Q2を所定のタイミングでオン・オフするために、ドライバDR1が設けられている。DC−DCコンバータ回路10の出力電圧Voutが検出されてこの信号がインターフェースIFを介してMCU18に与えられ、このMCU18から周波数制御用の制御信号がドライバDR1に出力される。ドライバDR1からは、フィードバック信号としてスイッチング素子Q1、Q2のゲートに制御信号が与えられ、スイッチング素子Q1、Q2が制御されている。   The half-bridge circuit shown in FIG. 5 is provided with a driver DR1 for turning on / off the switching elements Q1, Q2 at a predetermined timing. The output voltage Vout of the DC-DC converter circuit 10 is detected and this signal is applied to the MCU 18 via the interface IF, and a control signal for frequency control is output from the MCU 18 to the driver DR1. From the driver DR1, a control signal is given as a feedback signal to the gates of the switching elements Q1, Q2, and the switching elements Q1, Q2 are controlled.

図6は、プッシュプル型で電圧共振回路11を構成した第3の回路例を示している。図6は、プッシュプル型の電圧共振回路を示している。図6においては、図4と同一回路部品及び同一部分には、同一符号を付している。   FIG. 6 shows a third circuit example in which the voltage resonance circuit 11 is configured as a push-pull type. FIG. 6 shows a push-pull type voltage resonance circuit. In FIG. 6, the same reference numerals are given to the same circuit components and the same parts as those in FIG.

図6において、スイッチング素子Q1のドレインがトランスT1の一端部に接続され、スイッチング素子Q2のドレインがトランスT1の他端部に接続され、スイッチング素子Q1、Q2のソースは、直流電源のマイナス側に接続されている。また、直流電源のプラス側は、トランスT1の一端部と他端部の中間部に接続されている。   In FIG. 6, the drain of the switching element Q1 is connected to one end of the transformer T1, the drain of the switching element Q2 is connected to the other end of the transformer T1, and the sources of the switching elements Q1 and Q2 are connected to the negative side of the DC power supply. It is connected. Further, the positive side of the DC power supply is connected to an intermediate portion between one end and the other end of the transformer T1.

図6に示すプッシュプル型で電圧共振回路11には、スイッチング素子Q1、Q2を所定のタイミングでオン・オフするために、ドライバDR1が設けられている。DC−DCコンバータ回路10の出力電圧Voutが検出されてこの信号がインターフェースIFを介してMCU18に与えられ、このMCU18から周波数制御用の制御信号がドライバDR1に出力される。ドライバDR1からは、フィードバック信号としてスイッチング素子Q1、Q2のゲートに制御信号が与えられ、スイッチング素子Q1、Q2が制御されている。   The push-pull type voltage resonance circuit 11 shown in FIG. 6 is provided with a driver DR1 in order to turn on and off the switching elements Q1 and Q2 at a predetermined timing. The output voltage Vout of the DC-DC converter circuit 10 is detected and this signal is applied to the MCU 18 via the interface IF, and a control signal for frequency control is output from the MCU 18 to the driver DR1. From the driver DR1, a control signal is given as a feedback signal to the gates of the switching elements Q1, Q2, and the switching elements Q1, Q2 are controlled.

次に、図7及び図8を参照して電流共振回路13の具体的な回路例を示す。   Next, a specific circuit example of the current resonance circuit 13 will be described with reference to FIGS.

図7は、フルブリッジ整流回路14及び電流共振回路13を組み合わせた第4の回路例を示している。   FIG. 7 shows a fourth circuit example in which the full bridge rectifier circuit 14 and the current resonance circuit 13 are combined.

電流共振回路13は、インダクタL及びキャパシタC8を直列接続して構成されている。この電流共振回路13では、トランスT1の一端部にインダクタLが接続され、キャパシタC8が出力側のブリッジ整流回路14に接続されている。ブリッジ整流回路14では、キャパシタC8の出力側は、直列接続されたダイオードD1及びダイオードD2の接続部に接続され、トランスT1の他端は、ダイオードD3とダイオードD4の接続部に接続されている。また、ダイオードD1、D2が直列接続され、ダイオードD3、D4が直列接続され、ダイオードD1、D2の直列接続とD3、D4の直列接続とが並列接続されてブリッジ回路を構成している。ブリッジ回路の出力側には、平滑用のキャパシタC9がブリッジ回路に並列に接続されている。平滑用のキャパシタC9としては、通常電解コンデンサが使用される。この平滑用のキャパシタC9には、インターフェースIFが接続され、出力電圧信号VoutがこのインターフェースIFに出力される。   The current resonance circuit 13 is configured by connecting an inductor L and a capacitor C8 in series. In the current resonance circuit 13, an inductor L is connected to one end of the transformer T1, and a capacitor C8 is connected to the bridge rectifier circuit 14 on the output side. In the bridge rectifier circuit 14, the output side of the capacitor C8 is connected to the connection part of the diode D1 and the diode D2 connected in series, and the other end of the transformer T1 is connected to the connection part of the diode D3 and the diode D4. The diodes D1 and D2 are connected in series, the diodes D3 and D4 are connected in series, and the series connection of the diodes D1 and D2 and the series connection of D3 and D4 are connected in parallel to form a bridge circuit. On the output side of the bridge circuit, a smoothing capacitor C9 is connected in parallel to the bridge circuit. As the smoothing capacitor C9, an electrolytic capacitor is usually used. An interface IF is connected to the smoothing capacitor C9, and an output voltage signal Vout is output to the interface IF.

図8は、昇圧ブリッジ回路14及び電流共振回路13を組み合わせた第5の回路例を示している。図8においては、図7と同一回路部品及び同一部分には、同一符号を付している。   FIG. 8 shows a fifth circuit example in which the step-up bridge circuit 14 and the current resonance circuit 13 are combined. In FIG. 8, the same circuit parts and the same parts as those of FIG.

電流共振回路13は、図7に示す回路と同様にインダクタLとキャパシタC8とが直列接続され、トランスT1の一端部にインダクタLが接続され、キャパシタC8が出力側に接続されている。昇圧ブリッジ回路14では、ダイオードD1及びダイオードD2が直列接続され、キャパシタC8の出力側が直列接続されたダイオードD1、D2の接続部に接続されている。また、トランスT1の他端は、ダイオードD2のアノード側に接続され、キャパシタC9の一端に接続されている。また、ダイオードD2のアノード側がキャパシタC9の一端に接続され、ダイオードD1のカソード側はキャパシタC9の他端に接続されてダイオードD1、D2の直列回路に平滑用のキャパシタC9が並列に接続されている。この平滑用のキャパシタC9には、スイッチング制御部17のインターフェースIFが接続され、出力電圧信号VoutがこのインターフェースIFに出力される。   In the current resonance circuit 13, an inductor L and a capacitor C8 are connected in series as in the circuit shown in FIG. 7, the inductor L is connected to one end of the transformer T1, and the capacitor C8 is connected to the output side. In the step-up bridge circuit 14, the diode D1 and the diode D2 are connected in series, and the output side of the capacitor C8 is connected to the connection part of the diodes D1 and D2 connected in series. The other end of the transformer T1 is connected to the anode side of the diode D2, and is connected to one end of the capacitor C9. The anode side of the diode D2 is connected to one end of the capacitor C9, the cathode side of the diode D1 is connected to the other end of the capacitor C9, and the smoothing capacitor C9 is connected in parallel to the series circuit of the diodes D1 and D2. . The smoothing capacitor C9 is connected to the interface IF of the switching control unit 17, and the output voltage signal Vout is output to the interface IF.

図9及び図10を参照して定格出力モード、小出力モード及び無負荷モードにおけるDC−DCコンバータの動作について説明する。図9は、図4に示すフルブリッジ電圧共振回路11に図7に示されるフルブリッジ整流回路14を組み合わせたDC−DCコンバータの回路構成を示している。図9においては、図4及び図7に示されると同一部分には同じ符号を付してその説明は省略する。また、図10は、スイッチング制御部17のMCU18の機能を説明する為の機能ブロックを示している。   The operation of the DC-DC converter in the rated output mode, the small output mode, and the no-load mode will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows a circuit configuration of a DC-DC converter in which the full bridge rectifier circuit 14 shown in FIG. 7 is combined with the full bridge voltage resonance circuit 11 shown in FIG. 9, the same parts as those shown in FIGS. 4 and 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. FIG. 10 shows functional blocks for explaining the function of the MCU 18 of the switching control unit 17.

図10に示されるように、MCU18において、整流回路14からの出力電圧信号Voutが目標電圧Vrefと比較される。整流回路14に負荷が接続されていない場合には、無負荷モードでDC−DCコンバータが動作される。また、整流回路14に負荷が接続され、目標電圧Vrefに相当する定格の電圧の範囲内に入る出力電圧が検出される場合には、定格出力モードでDC−DCコンバータ11が動作される。更に、整流回路14に負荷が接続されているが、目標電圧Vrefに相当する定格電圧よりも若干低い出力電圧信号Voutが検出される場合には、小出力モードでDC−DCコンバータが動作される。   As shown in FIG. 10, in the MCU 18, the output voltage signal Vout from the rectifier circuit 14 is compared with the target voltage Vref. When no load is connected to the rectifier circuit 14, the DC-DC converter is operated in the no-load mode. When a load is connected to the rectifier circuit 14 and an output voltage that falls within the rated voltage range corresponding to the target voltage Vref is detected, the DC-DC converter 11 is operated in the rated output mode. Furthermore, when a load is connected to the rectifier circuit 14 but an output voltage signal Vout slightly lower than the rated voltage corresponding to the target voltage Vref is detected, the DC-DC converter is operated in the small output mode. .

無負荷モードでは、設定された目標電圧Vrefと出力電圧信号Voutとが比較器34で比較される。無負荷モードでは、出力電圧信号Voutが目標電圧Vrefに比べて十分に大きい或いは略等しいことから、図9に示す電圧共振回路の共振周波数f0よりも大きな周波数faが周波数テーブル30から選定され、また、第1及び第3のFETQ1,Q3が同位相で、また、第2及び第4のFETQ2,Q4が同位相で動作される位相が位相テーブル32から選定される。パルスジェネレータ35は、この選定された位相及び周波数で第1〜第4のゲートパルスを対応するFETQ1〜Q4に与えることとなる。この無負荷モードでは、基本的には、高周波トランスT1の一次側が交互に直流電圧源のプラス側及びマイナス側に交互に接続されるようにDC−DCコンバータが動作される。   In the no-load mode, the set target voltage Vref and the output voltage signal Vout are compared by the comparator 34. In the no-load mode, since the output voltage signal Vout is sufficiently larger or substantially equal to the target voltage Vref, a frequency fa larger than the resonance frequency f0 of the voltage resonance circuit shown in FIG. 9 is selected from the frequency table 30. From the phase table 32, the first and third FETs Q1 and Q3 are operated in the same phase, and the second and fourth FETs Q2 and Q4 are operated in the same phase. The pulse generator 35 applies the first to fourth gate pulses to the corresponding FETs Q1 to Q4 at the selected phase and frequency. In this no-load mode, basically, the DC-DC converter is operated so that the primary side of the high-frequency transformer T1 is alternately connected to the positive side and the negative side of the DC voltage source.

定格モードでは、比較器34で比較される出力電圧信号Voutが目標電圧Vrefに対して低いことから、図9に示す電圧共振回路の共振周波数f0に略等しい周波数f0が周波数テーブル30から選定され、また、第1及び第4のFETQ1,Q4が同位相で、また、第2及び第3のFETQ2,Q3が同位相で動作される位相が位相テーブル32から選定される。ここで、第1及び第3のFETQ1,Q3に関しては、180度の位相差が与えられ、また、第2及び第4のFETQ2,Q4に関しても180度の位相差が与えられるタイミングが位相テーブル32から選定される。パルスジェネレータ35は、この選定された位相及び周波数で第1〜第4のゲートパルスを対応するFETQ1〜Q4に与えることとなる。この定格モードでは、基本的には、高周波トランスT1の一次側両端が直流電圧源のプラス側及びマイナス側に周期的に切り替えられて接続されるようにDC−DCコンバータが動作される。   In the rated mode, since the output voltage signal Vout compared by the comparator 34 is lower than the target voltage Vref, the frequency f0 substantially equal to the resonance frequency f0 of the voltage resonance circuit shown in FIG. In addition, the phase table 32 selects a phase in which the first and fourth FETs Q1 and Q4 are operated in the same phase, and the second and third FETs Q2 and Q3 are operated in the same phase. Here, a phase difference of 180 degrees is given to the first and third FETs Q1 and Q3, and a timing at which a phase difference of 180 degrees is given also to the second and fourth FETs Q2 and Q4 is the phase table 32. Selected from. The pulse generator 35 applies the first to fourth gate pulses to the corresponding FETs Q1 to Q4 at the selected phase and frequency. In this rated mode, basically, the DC-DC converter is operated so that both ends of the primary side of the high-frequency transformer T1 are periodically switched and connected to the positive side and the negative side of the DC voltage source.

小出力モードでは、比較器34で比較される目標電圧Vrefに比べて出力電圧信号Voutが高いことから、図9に示す電圧共振回路の共振周波数f0よりも大きな周波数fbが周波数テーブル30で選定され、第1及び第3のFETQ1,Q4が出力に応じて定められた0〜180度間の位相差を有し、また、第2及び第4のFETQ2,Q4がある位相が位相テーブル32から選定される。パルスジェネレータ35は、この選定された位相及び周波数で第1〜第4のゲートパルスを対応するFETQ1〜Q4に与えることとなる。この小出力モードでは、基本的には、高周波トランスT1の一次側両端が直流電圧源のプラス側及びマイナス側に周期的に切り替えられて接続されるとともにその間において転流回路からエネルギー供給を受けてDC−DCコンバータが動作される。   In the small output mode, since the output voltage signal Vout is higher than the target voltage Vref compared by the comparator 34, a frequency fb larger than the resonance frequency f0 of the voltage resonance circuit shown in FIG. The first and third FETs Q1 and Q4 have a phase difference between 0 to 180 degrees determined according to the output, and the phase where the second and fourth FETs Q2 and Q4 are selected from the phase table 32 Is done. The pulse generator 35 applies the first to fourth gate pulses to the corresponding FETs Q1 to Q4 at the selected phase and frequency. In this small output mode, basically, both ends of the primary side of the high-frequency transformer T1 are periodically switched to and connected to the positive side and the negative side of the DC voltage source and receive energy supply from the commutation circuit therebetween. The DC-DC converter is operated.

尚、DC−DCコンバータの出力を抑制するには、周波数テーブル30から選定される周波数が高く選定され、電流共振回路のインピーダンスを共振点からずらすことによって達成される。従って、目標電圧とともに周波数テーブルで選定される周波数をMCU18の外部から選定するようにしても良い。   In order to suppress the output of the DC-DC converter, the frequency selected from the frequency table 30 is selected to be high, and the impedance of the current resonance circuit is shifted from the resonance point. Therefore, the frequency selected in the frequency table together with the target voltage may be selected from outside the MCU 18.

始めに、図11(A)〜図11(H)を参照して直流電源3が定格で出力電圧(目標電圧Vout)を発生する定格出力モードでのDC−DCコンバータの動作について説明する。   First, the operation of the DC-DC converter in the rated output mode in which the DC power supply 3 is rated and generates an output voltage (target voltage Vout) will be described with reference to FIGS. 11 (A) to 11 (H).

図9に示すDC−DCコンバータが図示せぬスイッチを介して直流電源3に接続されると、キャパシタC1の充電が開始される。同様に、キャパシタC1に対して並列に接続されているキャパシタC2,C3の直列回路及びキャパシタC4,C5の直列回路の充電も開始される。   When the DC-DC converter shown in FIG. 9 is connected to the DC power source 3 via a switch (not shown), charging of the capacitor C1 is started. Similarly, charging of the series circuit of capacitors C2 and C3 and the series circuit of capacitors C4 and C5 connected in parallel to the capacitor C1 is also started.

ある時点t1で制御パルス信号がドライバ回路DR1、DR2に与えられてドライバ回路DR1、DR2が動作される。この時点t1において、制御パルス信号に同期して図11(E)に示す第1及び第4のゲート信号が高レベルから低レベルに切り替えられる。従って、図11(A)に示すように、第1及び第4のゲートパルスが与えられていたFETQ1,Q4は、オフに維持される。   At a certain time t1, a control pulse signal is given to the driver circuits DR1 and DR2, and the driver circuits DR1 and DR2 are operated. At this time t1, the first and fourth gate signals shown in FIG. 11E are switched from the high level to the low level in synchronization with the control pulse signal. Therefore, as shown in FIG. 11A, the FETs Q1 and Q4 to which the first and fourth gate pulses have been applied are kept off.

時点t1後、トランスの励磁電流によって、FETQ2,Q3のソース・ドレイン間の電圧が図11(B)に示すように低下し始め、図11(A)に示すように、FETQ1,Q4のソース・ドレイン間の電圧が上昇し始める。また、図11(C)に示すように、高周波トランスT1の一次側電圧も上昇を開始する。   After time t1, the voltage between the source and drain of the FETs Q2 and Q3 starts to decrease as shown in FIG. 11B due to the exciting current of the transformer, and as shown in FIG. The voltage across the drain begins to rise. Further, as shown in FIG. 11C, the primary side voltage of the high-frequency transformer T1 also starts to rise.

時点t1から所定時間Δtだけ経過した時点t2に達すると、FETQ2,Q3のゲートに図11(D)に示される第2及び第3のゲート信号が与えられ、そのソース・ドレイン間が図11(B)に示されるように導通され、FETQ2,Q3のソース・ドレイン間電圧がゼロに低下され、FETQ2,Q3は、オン状態に維持される。また、オフに維持されるFETQ1,Q4のソース・ドレイン間電圧は、図11(A)に示すように入力電圧に達する。従って、図11(C)に示すように高周波トランスT1の一次側電圧もある所定の電圧に達し、FETQ2,Q3に電流が供給され、そのドレイン電流が図11(F)に示すように増加される。この電流が励磁電流として高周波トランスT1の一次側に供給され、その結果、その二次側に誘起電圧が発生される。   When reaching a time point t2 after a predetermined time Δt has elapsed from the time point t1, the second and third gate signals shown in FIG. 11D are given to the gates of the FETs Q2 and Q3, and the source and drain are connected between FIG. As shown in B), the source-drain voltage of the FETs Q2 and Q3 is reduced to zero, and the FETs Q2 and Q3 are maintained in the on state. Further, the source-drain voltages of the FETs Q1 and Q4 that are kept off reach the input voltage as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 11C, the primary side voltage of the high-frequency transformer T1 also reaches a predetermined voltage, current is supplied to the FETs Q2 and Q3, and the drain current is increased as shown in FIG. 11F. The This current is supplied as an exciting current to the primary side of the high-frequency transformer T1, and as a result, an induced voltage is generated on the secondary side.

尚、高周波トランスT1の2次側に接続される電流共振回路のインピーダンスは、FETQ2,Q3がオンした直後は高いことから、FETQ2,Q3のドレイン電流はゼロから緩やかに増加される。また、時点t2〜時点t3には、この高周波トランスT1の2次側に接続される電流共振回路の共振周波数に応じて半波の正弦波となるドレイン電流が生ずることとなる。   Since the impedance of the current resonance circuit connected to the secondary side of the high frequency transformer T1 is high immediately after the FETs Q2 and Q3 are turned on, the drain currents of the FETs Q2 and Q3 are gradually increased from zero. Further, at time t2 to time t3, a drain current having a half-wave sine wave is generated according to the resonance frequency of the current resonance circuit connected to the secondary side of the high-frequency transformer T1.

時点t3において、FETQ2,Q3に与えられていた第2及び第3のゲート信号がオフされると、FETQ2,Q3がオフされ、ドレイン電流が図11(F)に示すようにゼロとなる。従って、高周波トランスT1の2次側へのエネルギーの供給が停止される。また、図11(B)に示すようにオフされたFETQ2,Q3のソース・ドレイン間電圧が次第に上昇され、図11(A)に示すようにオフされているFETQ2,Q4のソース・ドレイン間電圧が次第に上昇される。FETQ2,Q3のソース・ドレイン間電圧の上昇に伴ってこのFETQ1,Q4のソース・ドレイン間の電圧が低下する。従って、高周波トランスT1の一次側電圧も次第に低下される。   At time t3, when the second and third gate signals applied to the FETs Q2 and Q3 are turned off, the FETs Q2 and Q3 are turned off, and the drain current becomes zero as shown in FIG. Accordingly, the supply of energy to the secondary side of the high-frequency transformer T1 is stopped. Further, the source-drain voltage of the FETs Q2 and Q3 turned off as shown in FIG. 11B is gradually increased, and the source-drain voltage of the FETs Q2 and Q4 turned off as shown in FIG. 11A. Is gradually raised. As the voltage between the source and drain of the FETs Q2 and Q3 increases, the voltage between the source and drain of the FETs Q1 and Q4 decreases. Accordingly, the primary voltage of the high-frequency transformer T1 is also gradually reduced.

時点t3から所定時間Δtだけ経過した時点t4に達すると、FETQ2、Q3のゲートに図11(E)に示される第1及び第4のゲート信号が与えられ、そのソース・ドレイン間が図11(A)に示されるように導通され、FETQ1、Q4のソース・ドレイン間電圧がゼロに低下される。時点t4から時点t5までは、FETQ1、Q4はオン状態に維持される。また、オフに維持されるFETQ2、Q4のソース・ドレイン間電圧は、図11(B)に示すように入力電圧に達する。従って、図11(C)に示すように高周波トランスT1の一次側電圧もマイナス側のある所定の電圧に達し、キャパシタC1、C2,C3から導通したFETQ2、Q3に電流が供給され、そのドレイン電流が図11(G)に示すように増加される。この電流が励磁電流として高周波トランスT1の一次側に供給され、その結果、その二次側に誘起電圧が発生される。   When reaching a time point t4 after a predetermined time Δt from the time point t3, the first and fourth gate signals shown in FIG. Conduction is performed as shown in A), and the source-drain voltages of the FETs Q1 and Q4 are reduced to zero. From time t4 to time t5, the FETs Q1 and Q4 are maintained in the on state. Further, the source-drain voltages of the FETs Q2 and Q4 that are kept off reach the input voltage as shown in FIG. Accordingly, as shown in FIG. 11C, the primary voltage of the high-frequency transformer T1 also reaches a predetermined voltage on the negative side, and current is supplied from the capacitors C1, C2, and C3 to the FETs Q2 and Q3 that are conducted, and the drain current thereof Is increased as shown in FIG. This current is supplied as an exciting current to the primary side of the high-frequency transformer T1, and as a result, an induced voltage is generated on the secondary side.

ここで、時点t3〜t4においては、FETQ1,Q4に並列に接続されているキャパシタC2,C5は、緩やかに放電され、従って、FETQ1,Q4のソース・ドレイン間電圧も緩やかに降下される。その後時点t4でFETQ1,Q4がオンされるが、スイッチングした瞬間におけるFETQ1,Q4のソース・ドレイン間電圧の変化がきわめて少なく、実質的なゼロ電圧共振スイッチング(ZVS)が実現される。   Here, from time t3 to time t4, the capacitors C2 and C5 connected in parallel to the FETs Q1 and Q4 are slowly discharged, and therefore the source-drain voltages of the FETs Q1 and Q4 are also gradually lowered. Thereafter, the FETs Q1 and Q4 are turned on at time t4, but the change in the voltage between the source and drain of the FETs Q1 and Q4 at the moment of switching is extremely small, and a substantial zero voltage resonance switching (ZVS) is realized.

時点t5からは、再び時点t1〜t4におけると同様の動作が繰り返されて高周波トランスT1の二次側に誘起電圧が発生される。ここで、時点t5,t6,t7,t8は、夫々時点t1,t2,t3,t4に相当し、対応する時点の説明を参照されたい。   From time t5, the same operation as at times t1 to t4 is repeated again to generate an induced voltage on the secondary side of the high-frequency transformer T1. Here, time points t5, t6, t7, and t8 correspond to time points t1, t2, t3, and t4, respectively, and refer to the description of the corresponding time points.

ここで、時点t5〜t6においても、FETQ1,Q4に並列に接続されているキャパシタC2,C5は、同様に緩やかに充電され、従って、FETQ1,Q4のソース・ドレイン間電圧も緩やかに上昇される。その後時点t6でFETQ2,Q3がオンされるが、スイッチングした瞬間におけるFETQ2,Q3のソース・ドレイン間電圧の変化がきわめて少なく、実質的なゼロ電圧共振スイッチング(ZVS)が実現される。   Here, from time t5 to t6, the capacitors C2 and C5 connected in parallel to the FETs Q1 and Q4 are similarly slowly charged, and accordingly, the source-drain voltages of the FETs Q1 and Q4 are also gradually increased. . Thereafter, the FETs Q2 and Q3 are turned on at the time point t6, but the change in the voltage between the source and drain of the FETs Q2 and Q3 at the moment of switching is extremely small, and a substantial zero voltage resonance switching (ZVS) is realized.

上述したように電圧共振回路が動作されることによって高周波トランスT1の2次側には、図12(A)及び11(B)に示すような電圧波形及び電流波形が出力される。即ち、図11(C)に示される高周波トランスT1の1次側の電圧波形に対応して図12(A)に示すように台形波の電圧が高周波トランスT1の2次側に現れ、また、図11(H)に示される高周波トランスT1の1次側の電流波形に対応して図12(B)に示すように台形波の電圧が高周波トランスT1の2次側に現れる。   As described above, by operating the voltage resonance circuit, a voltage waveform and a current waveform as shown in FIGS. 12A and 11B are output to the secondary side of the high-frequency transformer T1. That is, a trapezoidal wave voltage appears on the secondary side of the high-frequency transformer T1, as shown in FIG. 12A, corresponding to the voltage waveform on the primary side of the high-frequency transformer T1 shown in FIG. Corresponding to the current waveform on the primary side of the high-frequency transformer T1 shown in FIG. 11 (H), a trapezoidal voltage appears on the secondary side of the high-frequency transformer T1 as shown in FIG. 12 (B).

尚、上述したDC−DCコンバータにおいては、FETQ1,Q4のゲートに印加される第1及び第4のゲート信号が同位相で発生され、また、FETQ2,Q3のゲートに印加される第2及び第3のゲート信号が同位相で発生されることから、チョークコイルLC及びキャパシタC10,C11で構成される転流回路には、電流が供給されず、実質的に作動されないこととなる。   In the DC-DC converter described above, the first and fourth gate signals applied to the gates of the FETs Q1 and Q4 are generated in the same phase, and the second and second gate signals applied to the gates of the FETs Q2 and Q3. Since the three gate signals are generated in the same phase, no current is supplied to the commutation circuit including the choke coil LC and the capacitors C10 and C11, and the circuit is not substantially activated.

図5に示すハーフブリッジ電圧共振回路11及び図6に示すプッシュプル型で電圧共振回路11についての動作は、図4のフルブリッジ電圧共振回路11の説明を参照すれば当業者であれば、容易に理解することができることからその説明は省略する。   The operation of the half-bridge voltage resonance circuit 11 shown in FIG. 5 and the push-pull type voltage resonance circuit 11 shown in FIG. 6 can be easily performed by those skilled in the art with reference to the description of the full-bridge voltage resonance circuit 11 shown in FIG. Therefore, the description thereof is omitted.

上述したDC−DCコンバータの動作説明では、対象とする電源3が定格で電圧を出力しているものとして説明している。しかし、通常の電源、例えば燃料電池では、定格出力未満、いわゆる小出力(定格の30%程度)で運転される場合が多い。この場合には、共振が維持できなくなる(即ち、ソフトスイッチングが不完全になる)ことにより、効率が極端に低下することになる。従って、小出力モード、特に、定格出力の50%以下の小出力運転時における効率を上げる必要がある。そこで、小出力モード時にも効率を維持できるように制御信号が調整される。即ち、小出力モードにおいては、二次側電圧が定格以上の電圧(目標電圧以上、例えば、400V以下)に達する場合には、MCU18は、ドライバに小出力モード時における制御信号を与え、ドライバから下記のように定格モード時に比べて高い周波数の第1〜第4のゲート信号を発生させる。また、MCU18は、下記に説明するように第1及び第4のゲート信号に位相差を与え、また、第2及び第3のゲート信号に位相差を与えるようにドライバ回路DR1、DR2を動作させる。   In the above description of the operation of the DC-DC converter, it is assumed that the target power supply 3 is outputting a voltage with a rating. However, an ordinary power source, for example, a fuel cell, is often operated at a so-called small output (about 30% of the rating) below the rated output. In this case, the resonance cannot be maintained (that is, the soft switching becomes incomplete), and the efficiency is extremely lowered. Therefore, it is necessary to increase the efficiency in the small output mode, particularly in the small output operation of 50% or less of the rated output. Therefore, the control signal is adjusted so that the efficiency can be maintained even in the small output mode. That is, in the small output mode, when the secondary side voltage reaches a voltage higher than the rated voltage (above the target voltage, for example, 400 V or less), the MCU 18 gives the driver a control signal in the small output mode, and from the driver. As described below, the first to fourth gate signals having higher frequencies than those in the rated mode are generated. Further, the MCU 18 operates the driver circuits DR1 and DR2 so as to give a phase difference to the first and fourth gate signals as described below, and to give a phase difference to the second and third gate signals. .

電源3が小出力モード(定格の30%程度)となった場合において、図4で説明したフルブリッジの回路で構成される図9に示すDC−DCコンバータがその出力を維持するための動作を図13(A)〜図13(M)を参照して説明する。図9に示されるようにチョークコイルLCに流れる電流IL1が+電流である場合には、キャパシタC7からトランスT1の中間タップに電流が流れ、IL1が−電流である場合には、キャパシタC7にトランスT1の中間タップから電流が流れるとしている。また、高周波トランスT1の一次側に流れる電流IT1は、トランジスタQ1、Q2の接続点に高周波トランスT1の一次側から流れる向きをプラスとし、トランジスタQ1、Q2の接続点から高周波トランスT1の一次側から流れる向きをマイナスとしている。同様に高周波トランスT1の一次側に流れる電流IT2は、トランジスタQ3、Q4の接続点に高周波トランスT1の一次側から流れる向きをプラスとし、トランジスタQ1、Q2の接続点から高周波トランスT1の一次側から流れる向きをマイナスとしている。   When the power supply 3 is in the small output mode (about 30% of the rating), the DC-DC converter shown in FIG. 9 constituted by the full-bridge circuit described in FIG. 4 performs an operation for maintaining the output. This will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 9, when the current IL1 flowing through the choke coil LC is a positive current, a current flows from the capacitor C7 to the intermediate tap of the transformer T1, and when IL1 is a negative current, the transformer C7 receives a transformer. It is assumed that current flows from the intermediate tap of T1. The current IT1 flowing to the primary side of the high-frequency transformer T1 has a positive direction flowing from the primary side of the high-frequency transformer T1 to the connection point of the transistors Q1 and Q2, and from the connection point of the transistors Q1 and Q2 to the primary side of the high-frequency transformer T1. The flow direction is negative. Similarly, the current IT2 flowing to the primary side of the high-frequency transformer T1 has a positive direction flowing from the primary side of the high-frequency transformer T1 to the connection point of the transistors Q3 and Q4, and from the primary side of the high-frequency transformer T1 from the connection point of the transistors Q1 and Q2. The flow direction is negative.

図9に示すDC−DCコンバータが図示せぬスイッチを介して直流電源3に接続されると、キャパシタC1の充電が開始される。同様に、キャパシタC1に対して並列に接続されているキャパシタC2,C3の直列回路、キャパシタC4,C5の直列回路及びキャパシタC6,C7の直列回路の充電も開始される。   When the DC-DC converter shown in FIG. 9 is connected to the DC power source 3 via a switch (not shown), charging of the capacitor C1 is started. Similarly, charging of the series circuit of capacitors C2 and C3 connected in parallel to the capacitor C1, the series circuit of capacitors C4 and C5, and the series circuit of capacitors C6 and C7 is also started.

時点t11前において、制御パルス信号がドライバ回路DR1、DR2に与えられてこのドライバFETDR1、DR2が動作され、トランジスタQ2、Q4がオンされている状態にある場合には、図13(E)に示されるように高周波トランスT1の一次側がマイナス側に接続されて接地電位となる。従って、キャパシタC7が充電状態にあれば、このキャパシタC7から電流IL1が図13(J)に示すようにチョークコイルLCを介して高周波トランスT1の一次側に流れ始めることとなる。この電流IL1は、高周波トランスT1の一次側で分岐されて高周波トランスの一次側にFETQ2、Q4を介して直流電源のマイナス側に流れることとなる。その結果、図13(K)及び(L)に示すように電流IT1,IT2が高周波トランスの一次側に電流が流れることとなる。ここで、高周波トランスT1の一次側が接地電位のままであることから、高周波トランスT1の2次側の電流共振回路13からは、電流Irが出力されない。   When the control pulse signal is supplied to the driver circuits DR1 and DR2 and the driver FETs DR1 and DR2 are operated and the transistors Q2 and Q4 are turned on before time t11, the state shown in FIG. As described above, the primary side of the high-frequency transformer T1 is connected to the minus side and becomes the ground potential. Therefore, if the capacitor C7 is in a charged state, the current IL1 starts to flow from the capacitor C7 to the primary side of the high-frequency transformer T1 through the choke coil LC as shown in FIG. This current IL1 is branched on the primary side of the high-frequency transformer T1, and flows to the negative side of the DC power supply via the FETs Q2 and Q4 to the primary side of the high-frequency transformer. As a result, as shown in FIGS. 13K and 13L, currents IT1 and IT2 flow through the primary side of the high-frequency transformer. Here, since the primary side of the high frequency transformer T1 remains at the ground potential, the current Ir is not output from the current resonance circuit 13 on the secondary side of the high frequency transformer T1.

ある時点t11でドライバ回路DR1からの第2のゲート信号が図13(H)に示すように高レベルから低レベルに切り替えられ、オン状態にあったFETQ2がオフされる。また、時点t11からΔtk経過した時点t12で第1のゲート信号が図13(I)に示すように低レベルから高レベルに切り替えられる。従って、図13(B)に示すように、オフ状態になったFETQ2のソース・ドレイン間電圧が上昇される。   At a certain time t11, the second gate signal from the driver circuit DR1 is switched from the high level to the low level as shown in FIG. 13 (H), and the FET Q2 in the on state is turned off. Further, at time t12 when Δtk has elapsed from time t11, the first gate signal is switched from the low level to the high level as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 13B, the source-drain voltage of the FET Q2 in the off state is increased.

時点t11においては、図13(F)に示すように第3のゲート信号が低レベルに維持される。従って、図13(C)に示すように、第3のゲートパルスが与えられているFETQ3は、オフ状態に維持される。また、時点t11においても、図13(G)に示すように第4のゲート信号が高レベルに維持されている。従って、図13(D)に示すように、第4のゲートパルスが与えられているFETQ4のみがオン状態に維持される。   At time t11, as shown in FIG. 13F, the third gate signal is maintained at a low level. Therefore, as shown in FIG. 13C, the FET Q3 to which the third gate pulse is applied is maintained in the off state. Also at time t11, as shown in FIG. 13G, the fourth gate signal is maintained at a high level. Therefore, as shown in FIG. 13D, only the FET Q4 to which the fourth gate pulse is applied is maintained in the on state.

時点t11後、FETQ2に与えられたゲートの遮断る電圧によってFETQ2のソース・ドレイン間がオフ状態となる。従って、FETQ1のソース・ドレイン間の電圧が図13(A)に示すように低下し始め、図13(B)に示すように、オフに切り替えられたFETQ2のソース・ドレイン間の電圧が上昇し始める。また、時点t11以後においても、トランジスタQ3、Q4は、夫々オフ及びオンに維持されていることから、トランジスタQ3、Q4のドレイン・ソース間電圧は、高レベル及び低レベルに維持されることとなる。FETQ2がオフされることに伴い、図13(E)に示すようにトランスLCの一次側電位が次第にマイナス側から上昇し、図13(K)及び12(L)に示すように高周波トランスT1の一次側の電流IT1がピークに達し、電流IT2が増加し始める。また、図13(J)に示すようにキャパシタC7からチョークコイルLC11を介してチョーク電流IL1が供給され続ける。   After the time t11, the source-drain region of the FET Q2 is turned off by the gate cutoff voltage applied to the FET Q2. Accordingly, the voltage between the source and drain of the FET Q1 starts to decrease as shown in FIG. 13A, and the voltage between the source and drain of the FET Q2 switched to OFF increases as shown in FIG. 13B. start. Since the transistors Q3 and Q4 are kept off and on after time t11, the drain-source voltages of the transistors Q3 and Q4 are kept at a high level and a low level. . As the FET Q2 is turned off, the primary side potential of the transformer LC gradually rises from the minus side as shown in FIG. 13 (E), and the high-frequency transformer T1 of the high-frequency transformer T1 is shown in FIGS. The primary current IT1 reaches a peak and the current IT2 begins to increase. Further, as shown in FIG. 13J, the choke current IL1 is continuously supplied from the capacitor C7 via the choke coil LC11.

時点t12に達すると、FETQ1のゲートに図13(I)に示される第1のゲート信号が与えられ、そのソース・ドレイン間が図13(A)に示されるように導通され、FETQ1のソース・ドレイン間電圧がゼロに低下されてFETQ1は、オン状態に維持される。また、オフに維持されるFETQ2のソース・ドレイン間電圧は、図13(B)に示すように入力電圧に達する。従って、オン状態にあるFETQ1、Q4の直列回路を介して図13(E)に示すように高周波トランスT1の一次側電圧もある所定の電圧に達し、高周波トランスT1の一次側の電流IT1が次第に減少され、電流IT2が増加される。時点t12以降においも、図13(J)に示すようにキャパシタC11からチョークコイルLCを介して電流が供給され続けられる。従って、高周波トランスT1の2次側の電流共振回路13からは、図13(M)に示されるように電流Irが出力され始める。   When the time point t12 is reached, the first gate signal shown in FIG. 13 (I) is applied to the gate of the FET Q1, and the source and drain are made conductive as shown in FIG. 13 (A). The drain-to-drain voltage is reduced to zero, and the FET Q1 is kept on. Further, the source-drain voltage of the FET Q2 which is kept off reaches the input voltage as shown in FIG. Accordingly, the primary side voltage of the high frequency transformer T1 also reaches a predetermined voltage via the series circuit of the FETs Q1 and Q4 in the on state as shown in FIG. 13E, and the current IT1 on the primary side of the high frequency transformer T1 gradually increases. Decrease and increase current IT2. Even after time t12, current continues to be supplied from the capacitor C11 through the choke coil LC as shown in FIG. Therefore, the current Ir starts to be output from the current resonance circuit 13 on the secondary side of the high-frequency transformer T1, as shown in FIG.

時点t13において、図13(G)に示すように第4のゲート信号がFETQ4をオフすると、高周波トランスT1の1次側の電圧が降下を開始し、また、キャパシタC7からのチョークコイルLCを介する電流の供給が低下し、この低下に伴って高周波トランスT1の一次側の電流IT1が実質的に停止し、また、電流IT2がピークから低下し始める。従って、高周波トランスT1の2次側の電流共振回路13からは、図13(M)に示されるようにマイナス側のピークに達した電流Irが減少し始める。   At time t13, as shown in FIG. 13G, when the fourth gate signal turns off the FET Q4, the voltage on the primary side of the high-frequency transformer T1 starts to drop, and also passes through the choke coil LC from the capacitor C7. The current supply decreases, and with this decrease, the current IT1 on the primary side of the high-frequency transformer T1 substantially stops, and the current IT2 starts to decrease from the peak. Therefore, from the secondary current resonance circuit 13 of the high-frequency transformer T1, the current Ir that has reached the negative peak starts to decrease as shown in FIG.

時点t13から所定時間Δtだけ経過した時点t14においては、FETQ3のソース・ドレイン電圧が略ゼロとなると略同時に図13(F)に示すように第3のゲート信号がFETQ3を導通させる。FETQ1,Q3がオンされ、FETQ2,Q4がオフされていることから、図13(E)に示すように高周波トランスT1の一次側は、プラス側電圧に維持され、図13(J)に示すようにキャパシタC7を充電する方向に電流がチョークコイルLCを流れるようにチョークコイルLCを流れる電流の方向が変化される。従って、高周波トランスT1の一次側は、図13(E)に示すように接地電圧となり、電流共振回路13からは、図13(M)に示されるように電流Irの供給が停止される。また、図13(K)及び図13(L)に示すように、高周波トランスT1の一次側に流れる電流IT1もマイナス方向に増加され、電流IT2も減少される。   At time t14 when a predetermined time Δt has elapsed from time t13, when the source / drain voltage of the FET Q3 becomes substantially zero, the third gate signal causes the FET Q3 to conduct as shown in FIG. 13 (F). Since the FETs Q1 and Q3 are turned on and the FETs Q2 and Q4 are turned off, the primary side of the high-frequency transformer T1 is maintained at the plus side voltage as shown in FIG. 13E, and as shown in FIG. The direction of the current flowing through the choke coil LC is changed so that the current flows through the choke coil LC in the direction of charging the capacitor C7. Therefore, the primary side of the high-frequency transformer T1 becomes the ground voltage as shown in FIG. 13E, and the current Ir is stopped from the current resonance circuit 13 as shown in FIG. 13M. Further, as shown in FIGS. 13K and 13L, the current IT1 flowing in the primary side of the high-frequency transformer T1 is also increased in the negative direction, and the current IT2 is also decreased.

時点t15において、第1のゲートパルスによってFETQ1がオフされると、FETQ1のドレイン・ソース間電圧が上昇され、FETQ2のドレイン・ソース間電圧が低下される。ここで、FETQ3がオン状態にあることから、図13(E)に示すように高周波トランスT1の一次側の電圧が低下し始める。   At time t15, when the FET Q1 is turned off by the first gate pulse, the drain-source voltage of the FET Q1 is increased, and the drain-source voltage of the FET Q2 is decreased. Here, since the FET Q3 is in the ON state, the voltage on the primary side of the high-frequency transformer T1 starts to decrease as shown in FIG.

時点t16において、第2のゲートパルスによってFETQ2がオンされると、そのソース・ドレイン間が図13(B)に示されるように導通され、FETQ2のソース・ドレイン間電圧がゼロに低下されてFETQ2は、オン状態に維持される。また、オフに維持されるFETQ1のソース・ドレイン間電圧は、図13(A)に示すように入力電圧に達すまで上昇される。従って、オン状態にあるFETQ2、Q3の直列回路を介して図13(E)に示すように高周波トランスT1の一次側電圧もマイナス側のある所定の電圧に達し、高周波トランスT1の一次側のマイナス電流IT1が次第に減少され、電流IT2もマイナス側により増加される。時点t16以降においも、図13(J)に示すようにキャパシタC7にチョークコイルLCを介して電流が供給され続けられてキャパシタC7が充電される。従って、高周波トランスT1の2次側の電流共振回路13からは、図13(M)に示されるようにプラスの電流Irが出力され始める。   At time t16, when the FET Q2 is turned on by the second gate pulse, the source-drain is made conductive as shown in FIG. 13B, the source-drain voltage of the FET Q2 is lowered to zero, and the FET Q2 Is kept on. Further, the source-drain voltage of the FET Q1 maintained off is increased until it reaches the input voltage as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 13E, the primary voltage of the high-frequency transformer T1 also reaches a predetermined negative voltage through the series circuit of the FETs Q2 and Q3 in the on state, and the negative voltage on the primary side of the high-frequency transformer T1. The current IT1 is gradually decreased, and the current IT2 is also increased on the negative side. Even after time t16, as shown in FIG. 13J, the current is continuously supplied to the capacitor C7 via the choke coil LC, and the capacitor C7 is charged. Therefore, a positive current Ir starts to be output from the current resonance circuit 13 on the secondary side of the high-frequency transformer T1, as shown in FIG.

時点t17において、図13(G)に示すように第3のゲート信号がFETQ3をオフすると、高周波トランスT1の1次側の電圧が上昇を開始し、また、キャパシタC7を充電する為のチョークコイルLCを介する電流IL1の供給が低下し、この低下に伴って高周波トランスT1の一次側の電流IT1が実質的に停止し、また、マイナス電流IT2がピークから減少し始める。従って、高周波トランスT1の2次側の電流共振回路13からは、図13(M)に示されるようにプラス側のピークに達した電流Irが減少し始める。   At time t17, as shown in FIG. 13G, when the third gate signal turns off the FET Q3, the primary voltage of the high-frequency transformer T1 starts to rise, and the choke coil for charging the capacitor C7. The supply of the current IL1 through the LC decreases, and the current IT1 on the primary side of the high-frequency transformer T1 substantially stops along with the decrease, and the negative current IT2 starts to decrease from the peak. Therefore, from the secondary side current resonance circuit 13 of the high-frequency transformer T1, the current Ir that has reached the peak on the positive side starts to decrease as shown in FIG.

時点t17から所定時間Δtだけ経過した時点t18においては、FETQ4のソース・ドレイン電圧が略ゼロとなると略同時に図13(G)に示すように第4のゲート信号がFETQ4を導通させる。FETQ2,Q4がオンされ、FETQ1,Q3がオフされていることから、図13(E)に示すように高周波トランスT1の一次側は、ゼロ電圧に維持され、図13(J)に示すようにキャパシタC7からチョークコイルLCへの電流が開始される。従って、高周波トランスT1の一次側は、図13(E)に示すように接地電圧となり、電流共振回路13からは、図13(M)に示されるように電流Irの供給が停止される。また、図13(K)及び図13(L)に示すように、高周波トランスT1の一次側に流れる電流IT1もプラス側に増加され、電流IT2もプラス側に増加される。   At time t18 after a predetermined time Δt has elapsed from time t17, when the source-drain voltage of the FET Q4 becomes substantially zero, the fourth gate signal causes the FET Q4 to conduct as shown in FIG. 13G. Since the FETs Q2 and Q4 are turned on and the FETs Q1 and Q3 are turned off, the primary side of the high frequency transformer T1 is maintained at zero voltage as shown in FIG. 13 (E), as shown in FIG. 13 (J). Current from the capacitor C7 to the choke coil LC is started. Therefore, the primary side of the high-frequency transformer T1 becomes the ground voltage as shown in FIG. 13E, and the current Ir is stopped from the current resonance circuit 13 as shown in FIG. 13M. Further, as shown in FIGS. 13K and 13L, the current IT1 flowing on the primary side of the high-frequency transformer T1 is also increased to the plus side, and the current IT2 is also increased to the plus side.

時点t19に達すると、時点t11〜時点t18を参照して説明した動作が再び繰り返され、電流共振回路13からは、図13(M)に示されるように電流Irが供給される。   When reaching the time point t19, the operation described with reference to the time points t11 to t18 is repeated again, and the current Ir is supplied from the current resonance circuit 13 as shown in FIG.

図5に示すハーフブリッジ電圧共振回路11及び図6に示すプッシュプル型で電圧共振回路11についての動作は、図4のフルブリッジ電圧共振回路11の説明を参照すれば当業者であれば、容易に理解することができることからその説明は省略する。   The operation of the half-bridge voltage resonance circuit 11 shown in FIG. 5 and the push-pull type voltage resonance circuit 11 shown in FIG. 6 can be easily performed by those skilled in the art with reference to the description of the full-bridge voltage resonance circuit 11 shown in FIG. Therefore, the description thereof is omitted.

図14(A)〜13(M)は、整流回路14に負荷が接続されていない場合における図9に示される各部の波形を示している。整流回路14に負荷が接続されていない場合にあっても電圧共振回路11では、電圧共振が維持されるが、電流共振回路14に高周波トランスT1から電流が供給されないことから、電流共振回路14は、動作されないこととなる。   14 (A) to 13 (M) show the waveforms of the respective parts shown in FIG. 9 when no load is connected to the rectifier circuit 14. Even when no load is connected to the rectifier circuit 14, the voltage resonance circuit 11 maintains the voltage resonance, but since no current is supplied from the high-frequency transformer T1 to the current resonance circuit 14, the current resonance circuit 14 , Will not work.

無負荷時には、図14(F)〜13(I)に示されるように第2及び第4のゲート信号が同位相で発生され、また、第1及び第3のゲート信号が同位相で発生され、図14(A)〜13(D)に示されるようにFETQ2,Q4及びトランジスタQ1,Q3が同期してオン・オフされる。以下に無負荷時における図9に示す回路の動作を説明する。   When no load is applied, the second and fourth gate signals are generated in the same phase as shown in FIGS. 14F to 13I, and the first and third gate signals are generated in the same phase. 14A to 13D, the FETs Q2 and Q4 and the transistors Q1 and Q3 are turned on / off in synchronization. The operation of the circuit shown in FIG. 9 at no load will be described below.

時点t11において、制御パルス信号に同期して図14(G)及び図14(H)に示すように第2及び第4のゲート信号が高レベルから低レベルに切り替えられる。従って、図14(A)に示すように、第2及び第4のゲートパルスが与えられていたFETQ2,Q4は、オフに維持される。また、時点t12では、第1及び第3のゲート信号が図14(F)及び図14(I)に示すように発生される。   At time t11, in synchronization with the control pulse signal, the second and fourth gate signals are switched from the high level to the low level as shown in FIGS. 14 (G) and 14 (H). Accordingly, as shown in FIG. 14A, the FETs Q2 and Q4 to which the second and fourth gate pulses have been applied are kept off. At time t12, the first and third gate signals are generated as shown in FIGS. 14 (F) and 14 (I).

時点t11前においては、FETQ2,Q4がオンに維持され、FETQ1,Q3がオフに維持されていることから、高周波トランスT1の一次側は、導通したFETQ2、Q4によって直流電源のマイナス側に接続され、同電位に維持されることから、その一次側には、電位差が生ぜず、一次側電圧は、ゼロに維持される。従って、高周波トランスT1の2次側からは、図14(M)に示すように電流Ir1が出力されず、ゼロに維持されることとなる。また、図14(J)に示すように充電されているキャパシタC11からチョークコイルL1を介して高周波トランスT1の中間タップに電流IL1が供給され、図14(K)及び13(L)に示すようにその一次側からFETQ2,Q4に電流IT1,IT2が供給される。   Before time t11, the FETs Q2 and Q4 are kept on and the FETs Q1 and Q3 are kept off. Therefore, the primary side of the high-frequency transformer T1 is connected to the negative side of the DC power supply by the conductive FETs Q2 and Q4. Since the same potential is maintained, no potential difference occurs on the primary side, and the primary side voltage is maintained at zero. Accordingly, the current Ir1 is not output from the secondary side of the high-frequency transformer T1, as shown in FIG. 14 (M), and is maintained at zero. Further, as shown in FIG. 14 (J), the current IL1 is supplied from the charged capacitor C11 to the intermediate tap of the high-frequency transformer T1 through the choke coil L1, as shown in FIGS. 14 (K) and 13 (L). Currents IT1 and IT2 are supplied to the FETs Q2 and Q4 from the primary side.

時点t11においては、FETQ2,Q4がオフされるにともなって図14(J)に示すように電流IL1の増加が止まり、また、図14(K)及び13(L)に示すように高周波トランスT1の一次側からFETQ2,Q4に流れていた電流IT1,IT2の増加が停止される。この時点t11においても、高周波トランスT1の一次側は、同電位に維持されることから、その一次側には、電位差が生ぜず、一次側電圧は、ゼロに維持され、高周波トランスT1の2次側からは、図14(M)に示すように電流Ir1が出力されず、ゼロに維持される。   At time t11, as the FETs Q2 and Q4 are turned off, the increase in the current IL1 stops as shown in FIG. 14 (J), and the high-frequency transformer T1 as shown in FIGS. 14 (K) and 13 (L). Of the currents IT1 and IT2 flowing from the primary side to the FETs Q2 and Q4 is stopped. Even at this time t11, since the primary side of the high-frequency transformer T1 is maintained at the same potential, no potential difference is generated on the primary side, the primary-side voltage is maintained at zero, and the secondary side of the high-frequency transformer T1 is maintained. From the side, the current Ir1 is not output as shown in FIG.

時点t11後、チョークコイルL1の電流によりキャパシタC2,C4及びC3,C5が夫々充電される。従って、FETQ1,Q3のソース・ドレイン間の電圧が図14(A)及び図14(C)に示すように低下し始め、図14(B)及び図14(D)に示すように、FETQ2,Q4のソース・ドレイン間の電圧が上昇し始める。   After time t11, the capacitors C2, C4 and C3, C5 are charged by the current of the choke coil L1, respectively. Therefore, the voltage between the source and drain of the FETs Q1 and Q3 starts to decrease as shown in FIGS. 14A and 14C, and as shown in FIGS. 14B and 14D, the FETs Q2 and Q3 are reduced. The voltage between the source and drain of Q4 starts to rise.

時点t11から所定時間Δtだけ経過した時点t12に達すると、FETQ1、Q3のゲートに図14(F)及び13(I)に示されるように高レベルの第1及び第3のゲート信号が与えられ、そのソース・ドレイン間が図14(A)及び13(C)に示されるように導通され、FETQ1、Q3のソース・ドレイン間電圧がゼロに低下され、FETQ1、Q3は、オン状態に維持される。また、オフに維持されるFETQ2、Q4のソース・ドレイン間電圧は、図14(B)及び図14(D)に示すように入力電圧に達する。高周波トランスT1の一次側は、導通したFETQ1、Q3によって同電位に維持されることから、その一次側には、電位差が生ぜず、一次側電圧は、ゼロに維持される。従って、高周波トランスT1の2次側からは、図14(M)に示すように電流Ir1が出力されず、ゼロに維持される
時点t12〜時点t15においては、図14(J)に示すように電流IL1が次第に減少し、電源のプラス側からの電流によってキャパシタC11が充電され始める。即ち、電流IL1がプラスからマイナスに変化してキャパシタC11を充電し始める。電流IL1の変化に伴い、図14(K)及び13(L)に示すように電流IT1,IT2もプラスからマイナスに緩やかに変化される。
When reaching a time point t12 after a predetermined time Δt has elapsed from the time point t11, high-level first and third gate signals are given to the gates of the FETs Q1 and Q3 as shown in FIGS. 14 (F) and 13 (I). As shown in FIGS. 14 (A) and 13 (C), the source-drain voltage is made conductive, the source-drain voltage of the FETs Q1, Q3 is reduced to zero, and the FETs Q1, Q3 are kept on. The Further, the source-drain voltages of the FETs Q2 and Q4 that are kept off reach the input voltage as shown in FIGS. 14B and 14D. Since the primary side of the high-frequency transformer T1 is maintained at the same potential by the conducting FETs Q1 and Q3, no potential difference is generated on the primary side, and the primary side voltage is maintained at zero. Accordingly, the current Ir1 is not output from the secondary side of the high frequency transformer T1 as shown in FIG. 14 (M) and is maintained at zero. From time t12 to time t15, as shown in FIG. 14 (J). The current IL1 gradually decreases, and the capacitor C11 starts to be charged by the current from the positive side of the power supply. That is, the current IL1 changes from positive to negative and starts to charge the capacitor C11. As the current IL1 changes, the currents IT1 and IT2 change gradually from positive to negative as shown in FIGS. 14 (K) and 13 (L).

時点t15において、FETQ1,Q3に与えられていた第1及び第3のゲート信号がオフされると、FETQ1,Q3がオフされ、FETQ1,Q3のソース、ドレイン間電圧が緩やかに上昇される。   At time t15, when the first and third gate signals applied to the FETs Q1 and Q3 are turned off, the FETs Q1 and Q3 are turned off, and the source-drain voltages of the FETs Q1 and Q3 are gradually increased.

また、時点t15から所定時間Δtだけ経過した時点t16において、FETQ2、Q4のゲートに図14(G)及び図14(H)に示される第2及び第4のゲート信号が与えられて図14(B)及び図14(D)に示されるようにFETQ2、Q4が導通され、FETQ2、Q4のソース・ドレイン間電圧がゼロに低下される。高周波トランスT1の一次側は、FETQ2、Q4を介して電源のマイナス側に接続され、その両端が同電位に維持されることから、その一次側には、電位差が生ぜず、一次側電圧は、ゼロに維持され、高周波トランスT1の2次側からは、同様に図14(M)に示すように電流Ir1が出力されず、ゼロに維持される。   Further, at time t16 when a predetermined time Δt has elapsed from time t15, the second and fourth gate signals shown in FIGS. 14G and 14H are given to the gates of the FETs Q2 and Q4, and FIG. B) and the FETs Q2 and Q4 are turned on as shown in FIG. 14D, and the source-drain voltages of the FETs Q2 and Q4 are reduced to zero. The primary side of the high-frequency transformer T1 is connected to the negative side of the power supply via the FETs Q2 and Q4, and both ends thereof are maintained at the same potential. Therefore, no potential difference is generated on the primary side, and the primary side voltage is Similarly, the current Ir1 is not output from the secondary side of the high-frequency transformer T1, as shown in FIG. 14 (M), and is maintained at zero.

その後、時点t11に相当する時点18において、FETQ2、Q4がオフされ、FETQ1、Q3がオンされて時点t11から時点t18が繰り返される。   Thereafter, at time 18 corresponding to time t11, FETs Q2 and Q4 are turned off, FETs Q1 and Q3 are turned on, and time t11 to time t18 are repeated.

上述した連系インバータでは、コンバータ部10が1つのDC−DCコンバータ回路を有する場合にその変換効率を向上するための構成を説明したが、図15に示すように2つのDC−DCコンバータ回路、即ち、ユニットを有する回路構成としても良い。このようなコンバータ部10では、下記に説明するように、効率向上を図るために、2つのDC−DCコンバータユニットの接続がスイッチングされて切り替えられ、高効率で電圧が出力される。   In the above-described interconnected inverter, the configuration for improving the conversion efficiency when the converter unit 10 has one DC-DC converter circuit has been described. However, as shown in FIG. 15, two DC-DC converter circuits, That is, it is good also as a circuit structure which has a unit. In such a converter unit 10, as described below, in order to improve efficiency, the connection of the two DC-DC converter units is switched and switched, and a voltage is output with high efficiency.

図15に示すコンバータユニット10−1、10−2では、その1次側回路11が図4〜図6のいずれかに示す回路のいずれかで構成され、トランスT1が図4〜図9のいずれかに示されるトランスT1に相当している。また、2次側回路13は、図7又は図8に示される回路に相当している。従って、このコンバータユニット10−1、10−2からは、2次側回路13内のキャパシタC9の両端電圧が電圧信号として出力される。コンバータユニット10−1、10−2については、既にこれら図面を参照して説明しているので、その説明は省略する。   In converter units 10-1 and 10-2 shown in FIG. 15, the primary circuit 11 is configured by any of the circuits shown in FIGS. 4 to 6, and the transformer T <b> 1 is any of FIGS. 4 to 9. This corresponds to the transformer T1 shown in FIG. The secondary side circuit 13 corresponds to the circuit shown in FIG. 7 or FIG. Therefore, the voltage across the capacitor C9 in the secondary circuit 13 is output as a voltage signal from the converter units 10-1 and 10-2. Since the converter units 10-1 and 10-2 have already been described with reference to these drawings, description thereof will be omitted.

尚、図15に示すコンバータユニット10−1、10−2の1次側回路11を図4、図9に示すキャパシタC10,C11及チョークコイルL1で構成される転流回路LCは設けられなくとも良い。即ち、図15に示される回路では、第1のコンバータユニット10−1及び第2のコンバータユニット10−2は、小出力時に電力エネルギーを補充する為のチョークコイルL1及びキャパシタC10,C11から成る転流回路を備えなくても良く、コンバータ部10での効率向上を図ることができる。   The primary side circuit 11 of the converter units 10-1 and 10-2 shown in FIG. 15 is not provided with the commutation circuit LC including the capacitors C10 and C11 and the choke coil L1 shown in FIGS. good. That is, in the circuit shown in FIG. 15, the first converter unit 10-1 and the second converter unit 10-2 are each composed of a choke coil L1 and capacitors C10 and C11 for supplementing power energy at the time of a small output. The flow circuit may not be provided, and the efficiency in the converter unit 10 can be improved.

図15に示すように、第1のコンバータユニット10−1の高電圧側に相当する平滑コンデンサC9の高電位側と第2のコンバータユニット10−2の高電圧側に相当する平滑コンデンサC9の高電位側との間および第1のコンバータユニット10−1の低電圧側に相当する平滑コンデンサC9の低電位側と第2のコンバータユニット10−2の低電圧側に相当する平滑コンデンサC9の低電位側との間に、それぞれダイオードD5、D6が接続されている。ダイオードD5、D6のアノード側が第2のコンバータユニット10−2に、ダイオードD5、D6のカソード側が第1のコンバータユニット10−1に接続されている。また、第1のコンバータユニット10−1の低電圧側と、第2のコンバータユニット10−2の高電圧側との間にトランジスタQ7が設けられている。トランジスタQ7は、ドライバ17によりパルス幅変調(PWM)動作されることによって駆動される。これにより、スイッチングの電圧差が低減されて、スイッチング損失が低減される。図15に示す回路では、平滑回路15の出力がPWM発生器16にフィードバックされ、これに基づいてPWM信号がPWM発生器16で発生されてトランジスタQ7が駆動される。このドライバ17は、フォトカプラを含み電気的には、トランジスタQTが平滑回路15の出力側から分離されている。   As shown in FIG. 15, the high potential side of the smoothing capacitor C9 corresponding to the high voltage side of the first converter unit 10-1 and the high potential side of the smoothing capacitor C9 corresponding to the high voltage side of the second converter unit 10-2. The low potential of the smoothing capacitor C9 corresponding to the low voltage side of the smoothing capacitor C9 corresponding to the low voltage side of the first converter unit 10-1 and the low voltage side of the second converter unit 10-2. Diodes D5 and D6 are respectively connected between the two sides. The anode sides of the diodes D5 and D6 are connected to the second converter unit 10-2, and the cathode sides of the diodes D5 and D6 are connected to the first converter unit 10-1. A transistor Q7 is provided between the low voltage side of the first converter unit 10-1 and the high voltage side of the second converter unit 10-2. The transistor Q7 is driven by a pulse width modulation (PWM) operation by the driver 17. Thereby, the voltage difference of switching is reduced and switching loss is reduced. In the circuit shown in FIG. 15, the output of the smoothing circuit 15 is fed back to the PWM generator 16, and based on this, a PWM signal is generated by the PWM generator 16 to drive the transistor Q7. The driver 17 includes a photocoupler, and the transistor QT is electrically isolated from the output side of the smoothing circuit 15.

図15に示す回路においては、図16(A)及び16(B)に示すように第1のコンバータユニット10−1及び第2のコンバータユニット10−2からは、一定の出力電圧Vout1,Vout2が出力される。ある時点t21において、PWM信号発生器16からPWM信号が発生され、ドライバ17によって図16(C)に示すようにトランジスタQ7がオンされると、ダイオードD5,D6が直列接続され、ダイオードD5,D6間の接続点に第1のコンバータユニット10−1の低電圧側が接続されるとともに第2のコンバータユニット10−2の高電圧側が接続される。従って、図16(D)に示すように、電源Vout1及び電源Vout2を直列接続したような電圧Vout3がダイオードD5,D6の直列回路から出力され、この電圧Vout3が平滑回路15に入力される。時点t22において、PWM信号がオフになると、第1のコンバータユニット10−1及び第2のコンバータユニット10−2の高周波トランスの2次側が並列に平滑回路15に接続され、第1のコンバータユニット10−1及び第2のコンバータユニット10−2の高周波トランスの2次側から平滑回路15に電圧Vout1或いはVout2が供給される。従って、平滑回路15の入力電圧は、図16(D)に示すように低下される。同様に時点t23において、PWM信号発生器16からのPWM信号がオンされて図16(C)に示すようにトランジスタQ7がオンされると、ダイオードD5,D6が直列接続され、ダイオードD5,D6間の接続点に第1のコンバータユニット10−1の低電圧側が接続されるとともに第2のコンバータユニット10−2の高電圧側が接続される。従って、図16(D)に示すように、電源Vout1及び電源Vout2を直列接続したような電圧Vout3がダイオードD5,D6の直列回路から出力され、この電圧Vout3が平滑回路15に入力される。時点t24において、PWM信号がオフになると、第1のコンバータユニット10−1及び第2のコンバータユニット10−2の高周波トランスの2次側が並列に平滑回路15に接続され、第1のコンバータユニット10−1及び第2のコンバータユニット10−2の高周波トランスの2次側から平滑回路15に電圧Vout1或いはVout2が供給される。PWM信号のパルス幅に応じて図16(E)に示すように平滑回路15からは入力電圧Vout3を平滑化した出力電圧Vout4が出力される。ここで、PWM信号のパルス幅が大きければ、平滑回路15からの出力電圧Vout4が大きくなり、PWM信号のパルス幅が小さければ、平滑回路15からの出力電圧Vout4が小さくなる。従って、平滑回路15からの出力電圧がPWM信号発生器16で検出され、適切なパルス幅が選定されることによって平滑回路15の出力を一定とすることができる。   In the circuit shown in FIG. 15, as shown in FIGS. 16A and 16B, the first converter unit 10-1 and the second converter unit 10-2 receive constant output voltages Vout1 and Vout2. Is output. At a certain time t21, a PWM signal is generated from the PWM signal generator 16, and when the transistor Q7 is turned on by the driver 17 as shown in FIG. 16C, the diodes D5 and D6 are connected in series, and the diodes D5 and D6 are connected. The low voltage side of the first converter unit 10-1 is connected to the connection point between them, and the high voltage side of the second converter unit 10-2 is connected. Accordingly, as shown in FIG. 16D, a voltage Vout3 in which the power supply Vout1 and the power supply Vout2 are connected in series is output from the series circuit of the diodes D5 and D6, and this voltage Vout3 is input to the smoothing circuit 15. When the PWM signal is turned off at time t22, the secondary sides of the high-frequency transformers of the first converter unit 10-1 and the second converter unit 10-2 are connected in parallel to the smoothing circuit 15, and the first converter unit 10 -1 and the second converter unit 10-2 are supplied with voltage Vout1 or Vout2 from the secondary side of the high-frequency transformer to the smoothing circuit 15. Therefore, the input voltage of the smoothing circuit 15 is lowered as shown in FIG. Similarly, at time t23, when the PWM signal from the PWM signal generator 16 is turned on and the transistor Q7 is turned on as shown in FIG. 16C, the diodes D5 and D6 are connected in series, and between the diodes D5 and D6. Are connected to the low voltage side of the first converter unit 10-1 and to the high voltage side of the second converter unit 10-2. Accordingly, as shown in FIG. 16D, a voltage Vout3 in which the power supply Vout1 and the power supply Vout2 are connected in series is output from the series circuit of the diodes D5 and D6, and this voltage Vout3 is input to the smoothing circuit 15. When the PWM signal is turned off at time t24, the secondary sides of the high-frequency transformers of the first converter unit 10-1 and the second converter unit 10-2 are connected in parallel to the smoothing circuit 15, and the first converter unit 10 -1 and the second converter unit 10-2 are supplied with voltage Vout1 or Vout2 from the secondary side of the high-frequency transformer to the smoothing circuit 15. As shown in FIG. 16E, the smoothing circuit 15 outputs an output voltage Vout4 obtained by smoothing the input voltage Vout3 according to the pulse width of the PWM signal. Here, the output voltage Vout4 from the smoothing circuit 15 increases if the pulse width of the PWM signal is large, and the output voltage Vout4 from the smoothing circuit 15 decreases if the pulse width of the PWM signal is small. Accordingly, the output voltage from the smoothing circuit 15 is detected by the PWM signal generator 16, and the output of the smoothing circuit 15 can be made constant by selecting an appropriate pulse width.

以上のように、トランジスタQ7がPWM動作をすると、第1のコンバータユニット10−1と第2のコンバータユニット10−2が、直並列を繰り返す。このとき、2つのユニットで回路が構成される場合には、出力Voutは、
Vout≒Vout1×PWM比率+Vout2
となり、出力制御範囲は、
Vout=Vout1×2
となる。即ち、図17に示すようにトランジスタQ7のオン・オフに応じた出力電圧Vout4が出力される。
As described above, when the transistor Q7 performs the PWM operation, the first converter unit 10-1 and the second converter unit 10-2 repeat series-parallel. At this time, when the circuit is composed of two units, the output Vout is
Vout≈Vout1 × PWM ratio + Vout2
And the output control range is
Vout = Vout1 × 2
It becomes. That is, as shown in FIG. 17, the output voltage Vout4 corresponding to the on / off state of the transistor Q7 is output.

なお、上述したコンバータ部10の回路は、1つの1次側の回路に2つ或いはそれ以上の2次側の回路が図18に示すように設けられても良い。即ち、図18に示すように、1つのトランスT1に、複数の2次側まき線を巻いた回路にも適用することができる。即ち、トランスT1が1つの1次側有し、また、複数、例えば、2つの2次側を有し、図4〜図6に示される電圧共振回路がトランスT1の一次側に接続され、2つの2次側の夫々に図7又は図8に示されるように構成される第1及び第2の整流回路13―1、13−2が接続されている。そして、第1の整流回路13―1の平滑コンデンサC9の高電位側と第2の整流回路13―2の平滑コンデンサC9の高電位側との間および第1の整流回路13―1の平滑コンデンサC9の低電位側と第2の整流回路13―2の平滑コンデンサC9の低電位側との間に、それぞれダイオードD5、D6が接続されている。図15と同様にドライバ17によりパルス幅変調(PWM)動作されるトランジスタQ7がダイオードD5、D6間に接続されている。図18においては、ドライバ17及びPWM信号発生器については図示を省略しているが、図16(A)〜(E)に示すと同様に動作される。   In the circuit of the converter unit 10 described above, two or more secondary circuits may be provided in one primary circuit as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 18, the present invention can also be applied to a circuit in which a plurality of secondary windings are wound around one transformer T1. That is, the transformer T1 has one primary side and a plurality of, for example, two secondary sides, and the voltage resonance circuit shown in FIGS. 4 to 6 is connected to the primary side of the transformer T1, and 2 The first and second rectifier circuits 13-1 and 13-2 configured as shown in FIG. 7 or FIG. 8 are connected to the two secondary sides, respectively. And between the high potential side of the smoothing capacitor C9 of the first rectifier circuit 13-1 and the high potential side of the smoothing capacitor C9 of the second rectifier circuit 13-2 and the smoothing capacitor of the first rectifier circuit 13-1. Diodes D5 and D6 are respectively connected between the low potential side of C9 and the low potential side of the smoothing capacitor C9 of the second rectifier circuit 13-2. As in FIG. 15, a transistor Q7 that is pulse width modulated (PWM) operated by the driver 17 is connected between the diodes D5 and D6. In FIG. 18, the driver 17 and the PWM signal generator are not shown, but operate in the same manner as shown in FIGS.

また、図19に示すように、1つの1次側の回路に複数のトランスT1−1,T1−2が用意されても良い。図19に示される回路においては、複数のトランスT1−1,T1−2の夫々には、図7又は図8に示されるように構成される第1及び第2の整流回路13―1、13−2が接続されている。そして、第1の整流回路13―1の平滑コンデンサC9の高電位側と第2の整流回路13―2の平滑コンデンサC9の高電位側との間および第1の整流回路13―1の平滑コンデンサC9の低電位側と第2の整流回路13―2の平滑コンデンサC9の低電位側との間に、それぞれダイオードD5、D6が接続されている。図15と同様にドライバ17によりパルス幅変調(PWM)動作されるトランジスタQ7がダイオードD5、D6間に接続されている。図18においては、ドライバ17及びPWM信号発生器については図示を省略しているが、図16(A)〜(E)に示すと同様に動作される。   Further, as shown in FIG. 19, a plurality of transformers T1-1 and T1-2 may be prepared in one primary side circuit. In the circuit shown in FIG. 19, each of the plurality of transformers T <b> 1-1 and T <b> 1-2 includes first and second rectifier circuits 13-1 and 13-13 configured as shown in FIG. 7 or FIG. 8. -2 is connected. And between the high potential side of the smoothing capacitor C9 of the first rectifier circuit 13-1 and the high potential side of the smoothing capacitor C9 of the second rectifier circuit 13-2 and the smoothing capacitor of the first rectifier circuit 13-1. Diodes D5 and D6 are respectively connected between the low potential side of C9 and the low potential side of the smoothing capacitor C9 of the second rectifier circuit 13-2. As in FIG. 15, a transistor Q7 that is pulse width modulated (PWM) operated by the driver 17 is connected between the diodes D5 and D6. In FIG. 18, the driver 17 and the PWM signal generator are not shown, but operate in the same manner as shown in FIGS.

尚、図18及び図19に示す1次側回路11には、図4、図9に示すキャパシタC10,C11及チョークコイルL1で構成される転流回路LCは設けられなくとも良いことを明記しておく。また、本実施形態に係る回路は、2次側の出力が2つ以上であれば、電圧−電流共振型のDC−DCコンバータを用いていない回路にも適用可能である。   It should be noted that the primary circuit 11 shown in FIGS. 18 and 19 does not have to be provided with the commutation circuit LC composed of the capacitors C10 and C11 and the choke coil L1 shown in FIGS. Keep it. The circuit according to the present embodiment is also applicable to a circuit that does not use a voltage-current resonance type DC-DC converter as long as there are two or more outputs on the secondary side.

上述したDC−DCコンバータにおいては、下記の実施態様が好ましい。なお、下記の実施態様は、独立に適用してもよいし、適宜組み合わせて適用してもよい。   In the above-described DC-DC converter, the following embodiments are preferable. Note that the following embodiments may be applied independently or in appropriate combinations.

(1) 前記電圧共振回路は、ブリッジ型又はプッシュプル型のいずれかであること。   (1) The voltage resonance circuit is either a bridge type or a push-pull type.

(2) (1)において、前記ブリッジ型の電圧共振回路は、並列接続されたスイッチング素子とキャパシタがブリッジを構成するように接続されていること。   (2) In (1), the bridge type voltage resonance circuit is connected so that a switching element and a capacitor connected in parallel constitute a bridge.

(3) (2)において、前記ブリッジ型の電圧共振回路は、第1から第4のスイッチング素子と、前記第1から第4のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された第1から第4のキャパシタとを備え、直列接続された前記第1と第2のスイッチング素子と直列接続された前記第3と第4のスイッチング素子とが並列接続されてブリッジを構成すること。   (3) In (2), the bridge-type voltage resonance circuit includes first to fourth switching elements and first to fourth capacitors connected in parallel to the first to fourth switching elements, respectively. The third and fourth switching elements connected in series with the first and second switching elements connected in series are connected in parallel to form a bridge.

尚、(2)及び(3)において、スイッチング素子に並列に接続されるキャパシタは、スイッチング素子の内部容量によって代用することもできる。   In (2) and (3), the capacitor connected in parallel to the switching element can be substituted by the internal capacitance of the switching element.

(4) 前記電流共振回路は、直列接続されたコイルとキャパシタを備え、前記コイルが前記トランスの第1端に接続され、前記キャパシタが整流回路に接続されていること。   (4) The current resonance circuit includes a coil and a capacitor connected in series, the coil is connected to a first end of the transformer, and the capacitor is connected to a rectifier circuit.

(5) 前記整流回路は、フルブリッジ整流回路または倍電圧整流回路であること。   (5) The rectifier circuit is a full-bridge rectifier circuit or a voltage doubler rectifier circuit.

(6) 低電力入力時における共振を維持するための転流回路を前記電圧共振回路と前記トランスとの間に設けたこと。   (6) A commutation circuit for maintaining resonance at the time of low power input is provided between the voltage resonance circuit and the transformer.

(7) 前記転流回路は、前記ブリッジ回路に並列に接続され、直列接続された2つのキャパシタと、前記キャパシタの接続点と前記トランスの1次側まき線とに接続されたコイルとを含むこと。   (7) The commutation circuit includes two capacitors connected in parallel to the bridge circuit and connected in series, and a coil connected to a connection point of the capacitors and a primary winding of the transformer. thing.

以上のように,定格出力時はもちろんのこと、小出力時においても高い変換効率を有するDC−DCコンバータを提供できる。   As described above, it is possible to provide a DC-DC converter having high conversion efficiency not only at the rated output but also at the small output.

この発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention at the stage of implementation. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.

また、例えば各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   In addition, for example, even if some structural requirements are deleted from all the structural requirements shown in each embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the effect of the invention Can be obtained as an invention.

図1は、この発明のコンバータ部及びインバータ部からなる連系インバータが適用される分散型電源システムを概略的に示す構成図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing a distributed power supply system to which a connected inverter comprising a converter unit and an inverter unit of the present invention is applied. この発明の一実施の形態にかかるDC−DCコンバータ部の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the DC-DC converter part concerning one Embodiment of this invention. DC−DCコンバータの2次側の出力を概略的に示す波形図である。It is a wave form diagram which shows roughly the output of the secondary side of a DC-DC converter. DC−DCコンバータの2次側の出力を概略的に示す波形図である。It is a wave form diagram which shows roughly the output of the secondary side of a DC-DC converter. 図2に示す電圧共振回路の1例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a voltage resonance circuit shown in FIG. 2. 図2に示す電圧共振回路の他の例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing another example of the voltage resonance circuit shown in FIG. 2. 図2に示す電圧共振回路の更に他の例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing still another example of the voltage resonance circuit shown in FIG. 2. 図2に示す電流共振回路の回路例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a circuit example of the current resonance circuit shown in FIG. 2. 図2に示す電流共振回路の他の回路例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing another circuit example of the current resonance circuit shown in FIG. 2. 図4及び図7の組み合わせに係る回路例を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a circuit example according to the combination of FIG. 4 and FIG. 7. 図9に示すDC−DCコンバータのMCUの機能を示す制御部ブロック図である。It is a control part block diagram which shows the function of MCU of the DC-DC converter shown in FIG. (A)〜(H)は、図9に示すDC−DCコンバータの定格出力モードにおける各部の波形を示す波形図である。(A)-(H) is a wave form diagram which shows the waveform of each part in the rated output mode of the DC-DC converter shown in FIG. (A)及び(B)は、定格出力モードにおける図9に示す高周波トランスの2次側の電圧及電流波形を示す波形図である。(A) And (B) is a wave form diagram which shows the voltage and electric current waveform of the secondary side of the high frequency transformer shown in FIG. 9 in a rated output mode. (A)〜(M)は、図9に示すDC−DCコンバータの小出力モードにおける各部の波形を示す波形図である。(A)-(M) is a wave form diagram which shows the waveform of each part in the small output mode of the DC-DC converter shown in FIG. (A)〜(M)は、図9に示すDC−DCコンバータの無負荷モードにおける各部の波形を示す波形図である。(A)-(M) is a wave form diagram which shows the waveform of each part in the no-load mode of the DC-DC converter shown in FIG. 図15は、図1に示されるコンバータ部が2つのDC−DCコンバータユニットで構成される回路を示すブロック図である。FIG. 15 is a block diagram showing a circuit in which the converter unit shown in FIG. 1 is composed of two DC-DC converter units. (A)〜(E)は、図15に示す回路における各部の波形を示す波形図である。(A)-(E) is a wave form diagram which shows the waveform of each part in the circuit shown in FIG. 図15に示す回路における出力電圧Voutの変化を示すグラフである。16 is a graph showing changes in output voltage Vout in the circuit shown in FIG. 15. 図15に示す回路の変形例を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram showing a modification of the circuit shown in FIG. 15. 図15に示す回路の変形例を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram showing a modification of the circuit shown in FIG. 15.

符号の説明Explanation of symbols

C1〜C11…キャパシタ、Q1〜Q4…スイッチング素子、T1…トランス、DR1、DR2…ドライバ、D1〜D6…ダイオード、L…インダクタ、LC…チョークコイル、QT…トランジスタ、1…分散型電源システム、2…連系インバータ、3…電源、10…コンバータ部、11…電圧共振回路、12…高周波トランス、13…電流共振回路、14…整流回路、16…PWM発生器、17…ドライバ、20…インバータ部   C1 to C11 ... capacitors, Q1 to Q4 ... switching elements, T1 ... transformers, DR1, DR2 ... drivers, D1 to D6 ... diodes, L ... inductors, LC ... choke coils, QT ... transistors, 1 ... distributed power supply systems, 2 ... interconnected inverter, 3 ... power supply, 10 ... converter part, 11 ... voltage resonance circuit, 12 ... high frequency transformer, 13 ... current resonance circuit, 14 ... rectifier circuit, 16 ... PWM generator, 17 ... driver, 20 ... inverter part

Claims (12)

交互にスイッチングされるように接続された第1のスイッチング素子から構成される第1のスイッチング回路を含み、出力電圧が変動する低電圧直流電源から直流電力が入力され、この直流電力をDC−AC変換して出力する第1の電圧共振回路と、
導通電流が零並びに印加電圧が零のタイミングで前記第1のスイッチング素子をターンオン及びターンオフして前記第1の電圧共振回路における電圧共振を維持する第1のドライバと、
1次側及び2次側を有し、その1次側に前記第1の電圧共振回路からの出力電圧が入力される第1の絶縁型高周波トランスと、
前記第1のトランスの2次側に接続される第1の電流共振回路と、
前記第1の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第1の整流回路と、
前記第1の整流回路からの出力電圧を平滑化して第1出力電圧を出力する第1の平滑回路と、
交互にスイッチングされるように接続された第2のスイッチング素子から構成される第2のスイッチング回路を含み、前記低電圧直流電源からの直流電力をDC−AC変換して出力する第2の電圧共振回路と、
導通電流が零並びに印加電圧が零のタイミングで前記第2のスイッチング素子をターンオン及びターンオフして前記第2の電圧共振回路における電圧共振を維持する第2のドライバと、
1次側及び2次側を有し、その1次側に前記第2の電圧共振回路からの出力電圧が入力される第2の絶縁型高周波トランスと、
前記第2のトランスの2次側に接続される第2の電流共振回路と、
前記第2の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第2の整流回路と、
前記第2の整流回路からの出力電圧を平滑化して第2出力電圧を出力する第2の平滑回路と、
前記第1及び第2の出力電圧の高電位側間に接続された第1のダイオード並びに前記第1及び第2の出力電圧の低電位側間に接続された第2のダイオード及びこれら第1及び第2のダイオード間に直列に接続された第3のスイッチング素子から構成され、変調された電圧を出力するパルス幅変調回路と、
前記パルス幅変調回路からの変調された電圧を平滑化して第3の出力電圧として出力する第3の平滑回路と、
前記第3のスイッチング素子をオンオフするパルスを生成するパルス生成回路であって、前記第3のスイッチング素子のオン動作で前記第1及び第2のダイオードを前記第3の平滑回路に直列接続し、オフ動作で前記第1及び第2のダイオードを夫々前記第3の平滑回路に並列接続し、前記第3の出力電圧に従って前記パルスのパルス幅を設定して前記第3の出力電圧を略一定とするパルス生成回路と、
を具備することを特徴とするDC―DCコンバータ。
DC power is input from a low voltage DC power supply including a first switching circuit composed of first switching elements connected to be alternately switched, and the output voltage varies. A first voltage resonance circuit for converting and outputting;
A first driver that maintains voltage resonance in the first voltage resonance circuit by turning on and off the first switching element at a timing when the conduction current is zero and the applied voltage is zero;
A first insulated high-frequency transformer having a primary side and a secondary side, into which an output voltage from the first voltage resonance circuit is input;
A first current resonance circuit connected to the secondary side of the first transformer;
A first rectifier circuit for rectifying an output current output from the first current resonance circuit;
A first smoothing circuit that outputs a first output voltage by smoothing the output voltage from the first rectifier circuit,
A second voltage resonance including a second switching circuit composed of second switching elements connected to be alternately switched, and DC-AC converted and output DC power from the low-voltage DC power supply Circuit,
A second driver for maintaining voltage resonance in the second voltage resonance circuit by turning on and off the second switching element at a timing when the conduction current is zero and the applied voltage is zero;
A second insulated high-frequency transformer having a primary side and a secondary side, into which an output voltage from the second voltage resonance circuit is input;
A second current resonance circuit connected to the secondary side of the second transformer;
A second rectifier circuit for rectifying an output current output from the second current resonance circuit;
A second smoothing circuit for outputting a second output voltage by smoothing the output voltage from the second rectifier circuit,
A first diode connected between the high potential sides of the first and second output voltages, a second diode connected between the low potential sides of the first and second output voltages, and the first and second A pulse width modulation circuit configured of a third switching element connected in series between the second diodes and outputting a modulated voltage;
A third smoothing circuit for smoothing the modulated voltage from the pulse width modulation circuit and outputting it as a third output voltage;
A pulse generation circuit for generating a pulse for turning on and off the third switching element, wherein the first and second diodes are connected in series to the third smoothing circuit by the on operation of the third switching element; The first and second diodes are respectively connected in parallel to the third smoothing circuit in the off operation, and the pulse width of the pulse is set according to the third output voltage so that the third output voltage is substantially constant. A pulse generation circuit to
A DC-DC converter comprising:
前記パルス生成回路は、前記第3の平滑回路と第3のスイッチング素子とを電気的に分離するフォトカプラを含むことを特徴とする請求項1のDC―DCコンバータ。 2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the pulse generation circuit includes a photocoupler that electrically separates the third smoothing circuit and the third switching element. 前記第1及び第2のスイッチング回路は、夫々前記第1及び第2のスイッチング素子がブリッジ型又はプッシュプル型のいずれかに接続配置されて構成されることを特徴とする請求項1に記載のDC−DCコンバータ。     2. The first and second switching circuits are configured by connecting and arranging the first and second switching elements in either a bridge type or a push-pull type, respectively. DC-DC converter. 前記低電圧直流電源は、燃料電池、太陽光発電或いは風力発電システムに相当することを特徴とする請求項1に記載のDC−DCコンバータ。     The DC-DC converter according to claim 1, wherein the low-voltage direct current power source corresponds to a fuel cell, a solar power generation system, or a wind power generation system. 交互にスイッチングされるように接続された第1のスイッチング素子から構成される第1のスイッチング回路を含み、出力電圧が変動する低電圧直流電源から直流電力が入力され、この直流電力をDC−AC変換して出力する電圧共振回路と、
導通電流が零並びに印加電圧が零のタイミングで前記第1のスイッチング素子をターンオン及びターンオフして前記第1の電圧共振回路における電圧共振を維持する第1のドライバと、
1次側及び2次側を有し、その1次側に前記第1の電圧共振回路からの出力電圧が入力される絶縁型高周波トランスと、
前記第1のトランスの2次側に接続される第1及び第2の電流共振回路と、
前記第1及び第2の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第1及び第2の整流回路と、
前記第1及び第2の整流回路からの出力電圧を夫々平滑化して第1及び第2の出力電圧を出力する第1及び第2の平滑回路と、
前記第1及び第2の出力電圧の高電位側間に接続された第1のダイオード並びに前記第1及び第2の出力電圧の低電位側間に接続された第2のダイオード及びこれら第1及び第2のダイオード間に直列に接続された第2のスイッチング素子から構成され、変調された電圧を出力するパルス幅変調回路と、
前記パルス幅変調回路からの出力電圧を平滑化して第3の出力電圧として出力する第3の平滑回路と、
前記第2のスイッチング素子をオンオフするパルスを生成するパルス生成回路であって、前記第2のスイッチング素子のオン動作で前記第1及び第2のダイオードを前記第3の平滑回路に直列接続し、オフ動作で前記第1及び第2のダイオードを夫々前記第3の平滑回路に並列接続し、前記第3の出力電圧に従って前記パルスのパルス幅を設定して前記第3の出力電圧を略一定とするパルス生成回路と、
を具備するDC―DCコンバータ。
DC power is input from a low voltage DC power supply including a first switching circuit composed of first switching elements connected to be alternately switched, and the output voltage varies. A voltage resonant circuit that converts and outputs, and
A first driver that maintains voltage resonance in the first voltage resonance circuit by turning on and off the first switching element at a timing when the conduction current is zero and the applied voltage is zero;
An insulated high-frequency transformer having a primary side and a secondary side, into which the output voltage from the first voltage resonance circuit is input;
First and second current resonance circuits connected to the secondary side of the first transformer;
First and second rectifier circuits for rectifying output currents output from the first and second current resonance circuits;
First and second smoothing circuits for smoothing output voltages from the first and second rectifier circuits and outputting first and second output voltages, respectively;
A first diode connected between the high potential sides of the first and second output voltages, a second diode connected between the low potential sides of the first and second output voltages, and the first and second A pulse width modulation circuit configured of a second switching element connected in series between the second diodes and outputting a modulated voltage;
A third smoothing circuit for smoothing the output voltage from the pulse width modulation circuit and outputting the smoothed output voltage as a third output voltage;
A pulse generation circuit for generating a pulse for turning on and off the second switching element, wherein the first and second diodes are connected in series to the third smoothing circuit by an on operation of the second switching element; The first and second diodes are respectively connected in parallel to the third smoothing circuit in the off operation, and the pulse width of the pulse is set according to the third output voltage so that the third output voltage is substantially constant. A pulse generation circuit to
A DC-DC converter comprising:
前記パルス生成回路は、前記第3の平滑回路と第のスイッチング素子とを電気的に分離するフォトカプラを含むことを特徴とする請求項5のDC―DCコンバータ。 6. The DC-DC converter according to claim 5, wherein the pulse generation circuit includes a photocoupler that electrically separates the third smoothing circuit and the second switching element. 前記第1のスイッチング回路は、前記第1のスイッチング素子がブリッジ型又はプッシュプル型のいずれかに接続配置されて構成されることを特徴とする請求項5に記載のDC−DCコンバータ。     6. The DC-DC converter according to claim 5, wherein the first switching circuit is configured such that the first switching element is connected and arranged in either a bridge type or a push-pull type. 前記低電圧直流電源は、燃料電池、太陽光発電或いは風力発電システムに相当することを特徴とする請求項5に記載のDC−DCコンバータ。     6. The DC-DC converter according to claim 5, wherein the low-voltage direct current power source corresponds to a fuel cell, solar power generation or wind power generation system. 交互にスイッチングされるように接続された第1のスイッチング素子から構成される第1のスイッチング回路を含み、出力電圧が変動する低電圧直流電源から直流電力が入力され、この直流電力をDC−AC変換して出力する電圧共振回路と、
導通電流が零並びに印加電圧が零のタイミングで前記第1のスイッチング素子をターンオン及びターンオフして前記第1の電圧共振回路における電圧共振を維持する第1のドライバと、
1次側及び2次側を有し、その1次側に前記第1の電圧共振回路からの出力電圧が入力される第1及び第2の絶縁型高周波トランスと、
前記第1及び第2のトランスの2次側に夫々接続される第1及び第2の電流共振回路と、
前記第1及び第2の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第1及び第2の整流回路と、
前記第1及び第2の整流回路からの出力電圧を夫々平滑化して第1及び第2の出力電圧を出力する第1及び第2の平滑回路と、
前記第1及び第2の出力電圧の高電位側間に接続された第1のダイオード並びに前記第1及び第2の出力電圧の低電位側間に接続された第2のダイオード及びこれら第1及び第2のダイオード間に直列に接続された第2のスイッチング素子から構成され、変調された電圧を出力するパルス幅変調回路と、
前記パルス幅変調回路からの出力電圧を平滑化して第3の出力電圧として出力する第3の平滑回路と、
前記第2のスイッチング素子をオンオフするパルスを生成するパルス生成回路であって、前記第2のスイッチング素子のオン動作で前記第1及び第2のダイオードを前記第3の平滑回路に直列接続し、オフ動作で前記第1及び第2のダイオードを夫々前記第3の平滑回路に並列接続し、前記第3の出力電圧に従って前記パルスのパルス幅を設定して前記第3の出力電圧を略一定とするパルス生成回路と、
を具備するDCDCコンバータ。
DC power is input from a low voltage DC power supply including a first switching circuit composed of first switching elements connected to be alternately switched, and the output voltage varies. A voltage resonant circuit that converts and outputs, and
A first driver that maintains voltage resonance in the first voltage resonance circuit by turning on and off the first switching element at a timing when the conduction current is zero and the applied voltage is zero;
First and second isolated high-frequency transformers, each having a primary side and a secondary side, into which an output voltage from the first voltage resonance circuit is input;
First and second current resonance circuits respectively connected to the secondary sides of the first and second transformers;
First and second rectifier circuits for rectifying output currents output from the first and second current resonance circuits;
First and second smoothing circuits for smoothing output voltages from the first and second rectifier circuits and outputting first and second output voltages, respectively;
A first diode connected between the high potential sides of the first and second output voltages, a second diode connected between the low potential sides of the first and second output voltages, and the first and second A pulse width modulation circuit configured of a second switching element connected in series between the second diodes and outputting a modulated voltage;
A third smoothing circuit for smoothing the output voltage from the pulse width modulation circuit and outputting the smoothed output voltage as a third output voltage;
A pulse generation circuit for generating a pulse for turning on and off the second switching element, wherein the first and second diodes are connected in series to the third smoothing circuit by an on operation of the second switching element; The first and second diodes are respectively connected in parallel to the third smoothing circuit in the off operation, and the pulse width of the pulse is set according to the third output voltage so that the third output voltage is substantially constant. A pulse generation circuit to
A DCDC converter comprising:
前記パルス生成回路は、前記第3の平滑回路と第のスイッチング素子とを電気的に分離するフォトカプラを含むことを特徴とする請求項9のDC―DCコンバータ。 10. The DC-DC converter according to claim 9, wherein the pulse generation circuit includes a photocoupler that electrically separates the third smoothing circuit and the second switching element. 前記第1のスイッチング回路は、前記第1のスイッチング素子がブリッジ型又はプッシュプル型のいずれかに接続配置されて構成されることを特徴とする請求項9に記載のDC−DCコンバータ。     10. The DC-DC converter according to claim 9, wherein the first switching circuit is configured by connecting the first switching element to either a bridge type or a push-pull type. 前記低電圧直流電源は、燃料電池、太陽光発電或いは風力発電システムに相当することを特徴とする請求項に記載のDC−DCコンバータ。 The DC-DC converter according to claim 9 , wherein the low-voltage direct current power source corresponds to a fuel cell, solar power generation or wind power generation system.
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