JP5565186B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置、特にスイッチング電源等に用いられるダイオード等の半導体スイッチング素子に印加されるサージ電圧を抑制するに好適なスナバ回路を備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device including a snubber circuit suitable for suppressing a surge voltage applied to a semiconductor switching element such as a diode used in a switching power supply or the like.
従来、入力された直流電圧を半導体スイッチング素子によりスイッチングして交流を生成した後、変圧器によって昇圧または降圧し、これを整流して異なる直流電圧に変換して出力する絶縁型DC−DCコンバータが知られている(例えば、特許文献1参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, an isolated DC-DC converter that switches an input DC voltage by a semiconductor switching element to generate AC, then boosts or steps down by a transformer, rectifies it, converts it to a different DC voltage, and outputs it. It is known (for example, refer to Patent Document 1).
図8は、直流から交流を生成する半導体スイッチング素子にMOSFETを用いて構成した絶縁型DC−DCコンバータ(以下、「DC−DCコンバータ」という。)の一例を示した概略構成図である。このDC−DCコンバータは、2つのMOSFETのうち、一方のMOSFET(Q1またはQ3)のソースと、他方のMOSFET(Q2またはQ4)のドレインを接続した直列回路が2組並列に接続されてインバータ2を構成している。 FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an insulated DC-DC converter (hereinafter referred to as “DC-DC converter”) configured using a MOSFET as a semiconductor switching element that generates alternating current from direct current. In this DC-DC converter, two sets of series circuits in which the source of one of the MOSFETs (Q1 or Q3) and the drain of the other MOSFET (Q2 or Q4) are connected in parallel are connected to the inverter 2 Is configured.
オンオフ制御部3は、インバータ2のMOSFET(Q1,Q4)をそれぞれオンする一方、MOSFET(Q2,Q3)をそれぞれオフする状態(第1の状態)と、このオンとオフを入れ替えた状態(第2の状態)およびすべてのMOSFET(Q1〜Q4)をオフする状態(第3の状態)を作る。そしてオンオフ制御部3は、これら第1〜第3の状態を高速で切り替え、変圧器Tの一次巻線W1に高周波の交流(矩形波)が印加されるように制御する。このように制御することによって、変圧器Tの二次巻線W2には一次巻線W1に与えられた矩形波に応じた電圧(交流)が生じる。この高周波交流の周波数は、変圧器Tの小型化および騒音防止のために、一般に10kHz以上とされることが多い。 The on / off control unit 3 turns on the MOSFETs (Q1, Q4) of the inverter 2 and turns off the MOSFETs (Q2, Q3) (first state), and switches the on and off (first state). 2 state) and a state (third state) in which all MOSFETs (Q1 to Q4) are turned off. And the on / off control part 3 switches these 1st-3rd states at high speed, and controls so that a high frequency alternating current (rectangular wave) may be applied to the primary winding W1 of the transformer T. By controlling in this way, a voltage (alternating current) corresponding to the rectangular wave applied to the primary winding W1 is generated in the secondary winding W2 of the transformer T. In order to reduce the size of the transformer T and prevent noise, the frequency of the high-frequency alternating current is generally set to 10 kHz or more in many cases.
変圧器Tの二次巻線W2には、この二次巻線W2に生じた高周波交流を整流するため、電流遮断時間の短いダイオードD1,D2,D3,D4からなる整流回路4が接続されている。この整流回路4の出力は脈流であるため、平滑インダクタLおよび平滑コンデンサCを直列に接続した平滑回路が、整流回路4の出力端子間に接続される。そして、平滑コンデンサCの両端に生じる平滑された直流電圧が負荷5に供給されるようになっている。 The secondary winding W2 of the transformer T is connected with a rectifier circuit 4 composed of diodes D1, D2, D3, D4 having a short current cutoff time in order to rectify high-frequency alternating current generated in the secondary winding W2. Yes. Since the output of the rectifier circuit 4 is a pulsating current, a smoothing circuit in which a smoothing inductor L and a smoothing capacitor C are connected in series is connected between the output terminals of the rectifying circuit 4. A smoothed DC voltage generated at both ends of the smoothing capacitor C is supplied to the load 5.
オンオフ制御部3は、上述したように第1〜第3の状態を高速で切り替えるとともに、MOSFET(Q1〜Q4)のオン期間とオフ期間の比率を制御することによって、負荷5に印加される直流電圧値を調整する。 The on / off control unit 3 switches the first to third states at a high speed as described above, and controls the ratio between the on period and the off period of the MOSFETs (Q1 to Q4), thereby applying the direct current applied to the load 5. Adjust the voltage value.
なお、第3の状態では、上記MOSFET(Q1〜Q4)のすべてがオフし、変圧器Tの一次巻線W1に印加された電圧が0Vとなる。この第3の状態においても、DC−DCコンバータは、平滑インダクタLに蓄えられた磁気エネルギーを放出し、負荷5に電流を供給し続ける。DC−DCコンバータが第3の状態にある期間を還流期間とする。 In the third state, all the MOSFETs (Q1 to Q4) are turned off, and the voltage applied to the primary winding W1 of the transformer T becomes 0V. Even in this third state, the DC-DC converter releases the magnetic energy stored in the smoothing inductor L and continues to supply current to the load 5. A period in which the DC-DC converter is in the third state is defined as a reflux period.
ところで、DC−DCコンバータが還流期間から第1の状態に移行すると、ダイオードD2,D3には逆電圧が印加される。このとき、ダイオードD2,D3はごく短時間に逆電流すなわち逆回復電流を流した後、これを遮断する動作を行う。この逆回復電流の供給源は、変圧器Tである。 By the way, when the DC-DC converter shifts from the reflux period to the first state, a reverse voltage is applied to the diodes D2 and D3. At this time, the diodes D2 and D3 perform an operation of cutting off a reverse current, that is, a reverse recovery current in a very short time. The source of this reverse recovery current is a transformer T.
変圧器Tに流れる逆回復電流の経路には、変圧器Tの漏れインダクタンスLeと、ダイオードD1〜D4の寄生容量Cp1〜Cp4とが存在する。漏れインダクタンスLeと寄生容量Cp2,Cp3とは直列共振回路を形成している。したがって、還流期間から第1の状態に移行するとき、変圧器Tの二次巻線W2に生じた起電力E2によりLC共振が発生する。 The path of the reverse recovery current flowing through the transformer T includes the leakage inductance Le of the transformer T and the parasitic capacitances Cp1 to Cp4 of the diodes D1 to D4. The leakage inductance Le and the parasitic capacitances Cp2 and Cp3 form a series resonance circuit. Therefore, when shifting from the return period to the first state, LC resonance occurs due to the electromotive force E2 generated in the secondary winding W2 of the transformer T.
このLC共振において、漏れインダクタンスLeの初期電流を0A、寄生容量Cp2,Cp3の初期電圧を0Vとすると、寄生容量Cp2,Cp3に生じるサージ電圧のピーク値は、LC共振回路に印加される電圧(ここでは、起電力E2)の2倍に達することが知られている。このサージ電圧のピーク値は、LC共振回路に流れる初期電流(ここでは、逆回復電流)の存在によってさらに高くなる。なお、還流期間から第2の状態に移行する場合には、ダイオードD1,D4についても同様のサージ電圧が印加される。 In this LC resonance, when the initial current of the leakage inductance Le is 0 A and the initial voltages of the parasitic capacitors Cp2 and Cp3 are 0 V, the peak value of the surge voltage generated in the parasitic capacitors Cp2 and Cp3 is the voltage applied to the LC resonance circuit ( Here, it is known to reach twice the electromotive force E2). The peak value of this surge voltage is further increased due to the presence of an initial current (here, reverse recovery current) flowing through the LC resonance circuit. In addition, when shifting to a 2nd state from a recirculation | reflux period, the same surge voltage is applied also to the diodes D1 and D4.
このサージ電圧のピーク値が素子の許容する逆電圧を超えると、ダイオードD1〜D4は破損する恐れがある。そこで、このようなサージ電圧からスイッチング素子を保護するためのスナバ回路を備えた電力変換装置が知られている(例えば、特許文献2〜4参照。)。 When the peak value of the surge voltage exceeds the reverse voltage allowed by the element, the diodes D1 to D4 may be damaged. Then, the power converter device provided with the snubber circuit for protecting a switching element from such a surge voltage is known (for example, refer patent documents 2-4).
例えば、図8に示したDC−DCコンバータは特許文献4に開示されているものであり、そのスナバ回路は、コンデンサCs1とダイオードDs1とが直列に接続された第1直列回路と、ダイオードDs2とツェナーダイオードDzsとが直列に接続された第2直列回路と、ダイオードDs3とインダクタLsとが直列に接続された第3直列回路とで構成されている。 For example, the DC-DC converter shown in FIG. 8 is disclosed in Patent Document 4, and the snubber circuit includes a first series circuit in which a capacitor Cs1 and a diode Ds1 are connected in series, and a diode Ds2. The second series circuit includes a Zener diode Dzs connected in series, and the third series circuit includes a diode Ds3 and an inductor Ls connected in series.
そして、第1直列回路は整流回路4の出力端子間に接続されている。第2直列回路はその一端が第1直列回路のコンデンサCs1とダイオードDs1の直列接続点に接続され、その他端が平滑回路の平滑インダクタLと平滑コンデンサCの直列接続点に接続されている。第3直列回路は第2直列回路に並列に接続されている。 The first series circuit is connected between the output terminals of the rectifier circuit 4. One end of the second series circuit is connected to the series connection point of the capacitor Cs1 and the diode Ds1 of the first series circuit, and the other end is connected to the series connection point of the smoothing inductor L and the smoothing capacitor C of the smoothing circuit. The third series circuit is connected in parallel to the second series circuit.
このように構成されたスナバ回路を有するDC−DCコンバータにおいて、まず、還流期間中、図9に示すようにコンデンサCs1→平滑インダクタL→負荷5→ダイオードDs1→コンデンサCs1の経路で電流が流れる。この電流により、コンデンサCs1に蓄えられたエネルギーは負荷5に回生される。したがって、コンデンサCs1は、不要な損失を伴わずに次の充電サイクルに移行する前にほぼ0Vまで放電する。 In the DC-DC converter having the snubber circuit configured as described above, first, during the return period, a current flows through a path of the capacitor Cs1, the smoothing inductor L, the load 5, the diode Ds1, and the capacitor Cs1, as shown in FIG. Due to this current, the energy stored in the capacitor Cs1 is regenerated in the load 5. Therefore, the capacitor Cs1 is discharged to almost 0V before shifting to the next charging cycle without unnecessary loss.
次に、還流期間から第1の状態に移行すると、スナバ回路に流れる電流は、図10に示すように、最初に変圧器Tの二次巻線W2→ダイオードD1→コンデンサCs1→ダイオードDs3→インダクタLs→平滑コンデンサC→ダイオードD4→変圧器Tの二次巻線W2の経路で流れ始める。このとき、インダクタLsにより、コンデンサCs1を充電する電流のピーク値が抑制される。 Next, when a transition is made from the return period to the first state, the current flowing in the snubber circuit is as follows. First, the secondary winding W2 of the transformer T → diode D1 → capacitor Cs1 → diode Ds3 → inductor. The flow starts from the path of Ls → smoothing capacitor C → diode D4 → secondary winding W2 of transformer T. At this time, the inductor Ls suppresses the peak value of the current that charges the capacitor Cs1.
次に、第1直列回路のコンデンサCs1とダイオードDs1の直列接続点の電圧が、ツェナーダイオードDzsのツェナー電圧Vzsと平滑コンデンサCの両端電圧、すなわち負荷5に印加されるDC−DCコンバータの出力電圧Eoとの和[Vzs+Eo]を超えると、スナバ回路に流れる電流は、上記経路に加えて、図11に示すように変圧器Tの二次巻線W2→ダイオードD1→コンデンサCs1→ダイオードDs2→ツェナーダイオードDzs→平滑コンデンサC→ダイオードD4→変圧器Tの二次巻線W2の経路でも流れ始める。 Next, the voltage at the series connection point of the capacitor Cs1 and the diode Ds1 of the first series circuit is the Zener voltage Vzs of the Zener diode Dzs and the voltage across the smoothing capacitor C, that is, the output voltage of the DC-DC converter applied to the load 5. When the sum of Eo [Vzs + Eo] is exceeded, in addition to the above path, the current flowing in the snubber circuit is as shown in FIG. 11, the secondary winding W2 of the transformer T → diode D1 → capacitor Cs1 → diode Ds2 → zener. It begins to flow also in the path of the secondary winding W2 of the diode Dzs → smoothing capacitor C → diode D4 → transformer T.
このようにダイオードD2,D3が電流を遮断しても漏れインダクタンスLeの電流がスナバ回路に流れ続ける。その結果、ダイオードD2,D3の寄生容量Cp2,Cp3の充電電流が低減され、ダイオードD2,D3に印加される電圧は低くなる。 Thus, even if the diodes D2 and D3 cut off the current, the current of the leakage inductance Le continues to flow through the snubber circuit. As a result, the charging current of the parasitic capacitances Cp2, Cp3 of the diodes D2, D3 is reduced, and the voltage applied to the diodes D2, D3 is lowered.
次に、上記スナバ回路に流れる電流によりコンデンサCs1が充電され、その両端電圧Ecは上昇する。これにより、漏れインダクタンスLeにはDC−DCコンバータの出力電圧EoとコンデンサCs1の両端電圧Ecとを加えた電圧が逆電圧として印加される。その結果、漏れインダクタンスLeに流れていた電流は減少する。 Next, the capacitor Cs1 is charged by the current flowing through the snubber circuit, and the voltage Ec across the capacitor Cs1 rises. As a result, a voltage obtained by adding the output voltage Eo of the DC-DC converter and the voltage Ec across the capacitor Cs1 is applied as a reverse voltage to the leakage inductance Le. As a result, the current flowing through the leakage inductance Le decreases.
これに伴ってダイオードDs1が導通するとインダクタLsの電流は、図12に示すようにインダクタLs→平滑コンデンサC→ダイオードDs1→ダイオードDs3→インダクタLsの経路で流れるようになる。この電流により、インダクタLsに蓄えられたエネルギーが平滑コンデンサCに移行する。 As a result, when the diode Ds1 becomes conductive, the current of the inductor Ls flows through the path of inductor Ls → smoothing capacitor C → diode Ds1 → diode Ds3 → inductor Ls as shown in FIG. With this current, the energy stored in the inductor Ls is transferred to the smoothing capacitor C.
ところで、還流期間から第1の状態に移行するとき、上述のとおり、変圧器Tの漏れインダクタンスLeとコンデンサCs1との間で、LC共振が生じる。このLC共振によってコンデンサCs1の両端に生じる電圧Ecのピーク値Ecpは、簡単化のためインダクタLsの影響を無視すると、次式で示される。 By the way, when shifting from the reflux period to the first state, as described above, LC resonance occurs between the leakage inductance Le of the transformer T and the capacitor Cs1. The peak value Ecp of the voltage Ec generated at both ends of the capacitor Cs1 due to the LC resonance is expressed by the following equation when the influence of the inductor Ls is ignored for simplification.
Ecp=2×{E2−(Eo+Vzs)}
このため、整流回路4のダイオードD1〜D4に印加される電圧のピーク値Erpは、次式となる。
Ecp = 2 × {E2− (Eo + Vzs)}
For this reason, the peak value Erp of the voltage applied to the diodes D1 to D4 of the rectifier circuit 4 is expressed by the following equation.
Erp=2×{E2−(Eo+Vzs)}+(Eo+Vzs)
=2×E2−(Eo+Vzs)
この式が示すように、図8に示すDC−DCコンバータにおいて、整流回路4のダイオードD1〜D4に印加される電圧のピーク値Erpは、スナバ回路がない場合に印加される電圧[2×E2]よりも低く抑えられる。
Erp = 2 × {E2− (Eo + Vzs)} + (Eo + Vzs)
= 2 × E2- (Eo + Vzs)
As shown in this equation, in the DC-DC converter shown in FIG. 8, the peak value Erp of the voltage applied to the diodes D1 to D4 of the rectifier circuit 4 is the voltage [2 × E2 applied when there is no snubber circuit. ].
しかしながら、上述の従来のスナバ回路では、DC−DCコンバータの運転状態によって、整流回路4に印加される電圧が抑制されない場合がある。具体的には、DC−DCコンバータが起動するとき、オンオフ制御部3はMOSFET(Q1〜Q4)のオン期間をゼロから開始し、徐々にオン期間を長くして、出力電圧Eoを0Vから定格電圧まで立ち上げていくという、いわゆるソフトスタート制御を一般的に行う。また、負荷5が過負荷状態になった場合には、MOSFET(Q1〜Q4)のオン期間をゼロ付近にまで短くして出力電圧Eoを低下させ、出力電流が制限値を超えないようにする制御が行われる。このときにも、出力電圧Eoは略0Vになる場合がある。 However, in the conventional snubber circuit described above, the voltage applied to the rectifier circuit 4 may not be suppressed depending on the operating state of the DC-DC converter. Specifically, when the DC-DC converter is started, the on / off control unit 3 starts the on period of the MOSFETs (Q1 to Q4) from zero, gradually lengthens the on period, and the output voltage Eo is rated from 0V. Generally, so-called soft start control is performed in which the voltage is raised to a voltage. When the load 5 is overloaded, the ON period of the MOSFETs (Q1 to Q4) is shortened to near zero to reduce the output voltage Eo so that the output current does not exceed the limit value. Control is performed. Also at this time, the output voltage Eo may be approximately 0V.
このような場合、上述のスナバ回路では、出力電圧Eoが0Vになると、整流回路4のダイオードD1〜D4に印加される電圧のピーク値Erpは、
Erp=2×E2−Vzs
となり、電圧を抑制する効果が低減するという問題がある。
In such a case, in the above-described snubber circuit, when the output voltage Eo becomes 0 V, the peak value Erp of the voltage applied to the diodes D1 to D4 of the rectifier circuit 4 is
Erp = 2 × E2-Vzs
Thus, there is a problem that the effect of suppressing the voltage is reduced.
ここで、ダイオードD1〜D4に印加される電圧のピーク値を低い値に抑制するためにツェナー電圧Vzsを高い値に設定することが考えられる。しかし、ツェナー電圧Vzsを高くすると、ツェナーダイオードDzsで生じる損失が増加し、装置効率が低下する。さらに、熱容量の大きなツェナーダイオードDzsを使用する必要があり、装置が大型、高価格になるという問題がある。 Here, it is conceivable to set the Zener voltage Vzs to a high value in order to suppress the peak value of the voltage applied to the diodes D1 to D4 to a low value. However, when the Zener voltage Vzs is increased, the loss generated in the Zener diode Dzs is increased and the device efficiency is lowered. Furthermore, it is necessary to use a Zener diode Dzs having a large heat capacity, and there is a problem that the apparatus becomes large and expensive.
本発明は、このような従来の電力変換装置が有していた問題を解決しようとするものであり、出力電圧Eoの値に関係なく、整流回路を構成するダイオードに印加される電圧のピーク値を抑制することができる電力変換装置を実現することを目的とする。 The present invention is intended to solve the problem of such a conventional power converter, and the peak value of the voltage applied to the diode constituting the rectifier circuit regardless of the value of the output voltage Eo. It aims at realizing the power converter which can control.
上記目的を達成するために、第1の発明は、入力電圧を整流して出力する整流回路と、平滑インダクタと平滑コンデンサとが直列に接続され、その両端が前記整流回路の出力端子間に接続される平滑回路と、スナバ回路と、を備える電力変換装置であって、
この電力変換装置のスナバ回路は、少なくとも、
第1コンデンサと第1ダイオードと制御端子を有する電圧制御部とが直列に接続され、その両端が前記整流回路の出力端子間に接続される直列回路と、
前記直列回路の第1コンデンサと第1ダイオードの直列接続点と、前記平滑回路の平滑インダクタと平滑コンデンサの直列接続点との間に接続される第2ダイオードと、
その一端が前記電圧制御部の制御端子に接続され、他の一端が前記平滑インダクタと平滑コンデンサの直列接続点に接続される電圧指令部と、で構成され、
前記電圧指令部は所定の基準電源を備える電力変換装置である。
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, a rectifier circuit that rectifies and outputs an input voltage, a smoothing inductor and a smoothing capacitor are connected in series, and both ends thereof are connected between output terminals of the rectifier circuit. A power converter comprising a smoothing circuit and a snubber circuit,
The snubber circuit of this power converter is at least
A series circuit in which a first capacitor, a first diode, and a voltage control unit having a control terminal are connected in series, and both ends thereof are connected between output terminals of the rectifier circuit;
A second diode connected between a series connection point of the first capacitor and the first diode of the series circuit and a series connection point of the smoothing inductor and the smoothing capacitor of the smoothing circuit;
One end thereof is connected to the control terminal of the voltage control unit, and the other end is constituted by a voltage command unit connected to a series connection point of the smoothing inductor and the smoothing capacitor,
The voltage command unit is a power conversion device including a predetermined reference power source.
また、第2の発明は、第1の発明に係る電力変換装置であって、
前記電圧指令部は、前記整流回路と前記平滑コンデンサとの接続点を基準点とし、前記電圧制御部と前記第1ダイオードとの接続点を電圧制御点として、前記電圧制御点に生ずべき電圧を指令値として出力し、
前記電圧制御部は、前記電圧指令部が出力する指令値に対して前記電圧制御点の電圧が一致するように、前記電圧制御点の電圧を調節するものである。
Moreover, 2nd invention is the power converter device which concerns on 1st invention, Comprising:
The voltage command unit, said rectifying circuit and a reference point connection point between the smoothing capacitor and the connection point between the first diode and the voltage control unit and the voltage control point, which may arise in the voltage control point Output the voltage as a command value,
The voltage control unit, as the voltage of the voltage control point is matched against the command value by the voltage command section outputs, and adjusts the voltage of the voltage control point.
また、第3の発明は、第2の発明に係る電力変換装置であって、
前記電圧指令部は、前記平滑コンデンサの電圧から前記基準電源の電圧を差し引いた電圧を、前記電圧制御部に対する指令値とするものである。
Moreover, 3rd invention is the power converter device which concerns on 2nd invention, Comprising:
The voltage command unit uses a voltage obtained by subtracting the voltage of the reference power supply from the voltage of the smoothing capacitor as a command value for the voltage control unit.
また、第4の発明は、第3の発明に係る電力変換装置であって、
前記電圧指令部が備える基準電源は、前記電力変換装置の定格出力電圧と略同じ電圧を基準電圧として発生するものである。
Moreover, 4th invention is the power converter device which concerns on 3rd invention, Comprising:
The reference power supply included in the voltage command unit generates a voltage that is substantially the same as the rated output voltage of the power converter as a reference voltage.
また、第5の発明は、第3の発明に係る電力変換装置であって、
前記電圧指令部が備える基準電源は、前記電力変換装置の定格出力電圧よりも高い電圧を基準電圧として発生するものである。
Moreover, 5th invention is the power converter device which concerns on 3rd invention, Comprising:
The reference power supply included in the voltage command unit generates a voltage higher than the rated output voltage of the power converter as a reference voltage.
また、第6の発明は、第1の発明乃至第5の発明のいずれか1の発明に係る電力変換装置であって、
前記電圧制御部は、コンデンサと制御端子を有する半導体スイッチ素子とを並列に接続した回路からなり、
前記電圧指令部は、定電圧素子からなるものである。
The sixth invention is a power conversion device according to any one of the first to fifth inventions,
The voltage control unit comprises a circuit in which a capacitor and a semiconductor switch element having a control terminal are connected in parallel,
The voltage command unit is composed of a constant voltage element.
本発明により、入力電圧を直流電圧に変換する電力変換装置において、整流回路を構成するダイオードが逆回復電流を遮断したとき、出力電圧Eoの値に関係なく、第1コンデンサの電圧Ecと平滑コンデンサの電圧、すなわち電力変換装置の出力電圧Eoとを加えた電圧が常に基準電源の電圧となるようにしたので、前記整流回路を構成するダイオードD1〜D4に印加される電圧のピーク値を効果的に抑制することができる。 According to the present invention, in a power conversion device that converts an input voltage into a DC voltage, when the diode constituting the rectifier circuit cuts off the reverse recovery current, the voltage Ec of the first capacitor and the smoothing capacitor regardless of the value of the output voltage Eo Therefore, the peak value of the voltage applied to the diodes D1 to D4 constituting the rectifier circuit is effective. Can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態を図1〜図7に基づいて詳細に説明する。なお、図1〜図7において、従来の電力変換装置の一例として示した図8のDC−DCコンバータと共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In FIG. 1 to FIG. 7, the same reference numerals are given to components common to the DC-DC converter of FIG. 8 shown as an example of a conventional power converter, and the description thereof is omitted.
本発明に係る電力変換装置の特徴はスナバ回路にある。その特徴を表す実施の態様の一例として、本発明に係るDC−DCコンバータの概略回路図を図1に示す。
図1に示すDC−DCコンバータのスナバ回路は、コンデンサCs1とダイオードDs1と制御端子を有する電圧制御部6とが直列に接続された直列回路と、ダイオードとDs2、電圧指令部7とからなる。上記構成要素からなるスナバ回路の具体的な接続および機能は以下のとおりである。
The power converter according to the present invention is characterized by a snubber circuit. A schematic circuit diagram of a DC-DC converter according to the present invention is shown in FIG.
The snubber circuit of the DC-DC converter shown in FIG. 1 includes a series circuit in which a capacitor Cs1, a diode Ds1, and a voltage control unit 6 having a control terminal are connected in series, a diode, Ds2, and a voltage command unit 7. Specific connections and functions of the snubber circuit composed of the above components are as follows.
まず、前記直列回路は、その両端が整流回路4の出力端子間に接続される。次に、ダイオードDs2は、コンデンサCs1とダイオードDs1の直列接続点と、平滑インダクタLと平滑コンデンサCの直列接続点との間に接続される。さらに、電圧指令部7の一端は、電圧制御部6の制御端子に接続され、少なくとも他の一端が平滑インダクタLと平滑コンデンサCの直列接続点に接続される。ここで、整流回路4と平滑コンデンサとの接続点を基準点Nとする。この基準点Nには、上述のとおり、電圧制御部6の一端も接続される。 First, both ends of the series circuit are connected between output terminals of the rectifier circuit 4. Next, the diode Ds2 is connected between the series connection point of the capacitor Cs1 and the diode Ds1, and the series connection point of the smoothing inductor L and the smoothing capacitor C. Furthermore, one end of the voltage command unit 7 is connected to the control terminal of the voltage control unit 6, and at least the other end is connected to the series connection point of the smoothing inductor L and the smoothing capacitor C. Here, a connection point between the rectifier circuit 4 and the smoothing capacitor is a reference point N. As described above, one end of the voltage control unit 6 is also connected to the reference point N.
ここで、電圧指令部7は、その内部に基準電源を有しており、その基準電圧Vzbは電力変換装置の出力電圧Eoの値に関係なく一定である。そして、電圧指令部7は、電力変換装置の出力電圧Eoからこの基準電圧Vzbを差し引いた電圧[Eo−Vzb]を出力する。電圧指令部7の出力は、基準点Nに対して電圧制御部6がその他端に生ずべき電圧である。 Here, the voltage command unit 7 has a reference power source therein, and the reference voltage Vzb is constant regardless of the value of the output voltage Eo of the power converter. The voltage command unit 7 then outputs a voltage [Eo−Vzb] obtained by subtracting the reference voltage Vzb from the output voltage Eo of the power converter. The output of the voltage command unit 7 is a voltage that the voltage control unit 6 should generate at the other end with respect to the reference point N.
一方、電圧制御部6は、その電圧(基準点Nに対する電圧制御部6の他端の電圧)[−Vs]が、電圧指令部7が出力する指令電圧[Eo−Vzb]と一致するように動作する。したがって、[−Vs=Eo−Vzb]の関係が成り立つ。 On the other hand, the voltage control unit 6 is configured such that the voltage (the voltage at the other end of the voltage control unit 6 with respect to the reference point N) [−Vs] matches the command voltage [Eo−Vzb] output from the voltage command unit 7. Operate. Therefore, the relationship [−Vs = Eo−Vzb] is established.
次に、電圧指令部7が出力する指令電圧を0V以下の負電圧に設定する。すなわち、電圧指令部7内の基準電圧Vzbを、Vzb≧Eoと設定する。これにより、電圧制御部6の電圧は0V以下の負電圧[−Vs]となる。したがって、整流回路4の出力電圧Erが0Vとなる還流期間において、コンデンサCs1の電圧EcはVsとなる。 Next, the command voltage output from the voltage command unit 7 is set to a negative voltage of 0 V or less. That is, the reference voltage Vzb in the voltage command unit 7 is set as Vzb ≧ Eo. Thereby, the voltage of the voltage control unit 6 becomes a negative voltage [−Vs] of 0 V or less. Accordingly, during the return period in which the output voltage Er of the rectifier circuit 4 is 0 V, the voltage Ec of the capacitor Cs1 is Vs.
一方、還流期間から第1の状態に移行するとき、変圧器Tの二次巻線W2には起電力E2が立ち上がる。このとき、整流回路4の出力電圧Erは、変圧器Tの二次巻線W2に生じた起電力E2である。これに対抗するスナバ回路の電圧[Ec+Eo]は、
Ec+Eo=Vs+Eo=Vzb
となる。
On the other hand, when shifting from the return period to the first state, the electromotive force E2 rises in the secondary winding W2 of the transformer T. At this time, the output voltage Er of the rectifier circuit 4 is an electromotive force E2 generated in the secondary winding W2 of the transformer T. The voltage [Ec + Eo] of the snubber circuit against this is
Ec + Eo = Vs + Eo = Vzb
It becomes.
上記から、図1のDC−DCコンバータにおいて、変圧器Tの漏れインダクタンスLeとコンデンサCs1とによるLC共振により、コンデンサCs1の両端に生じる電圧Ecのピーク値Ecpは、次式で示される。 From the above, in the DC-DC converter of FIG. 1, the peak value Ecp of the voltage Ec generated at both ends of the capacitor Cs1 due to LC resonance by the leakage inductance Le of the transformer T and the capacitor Cs1 is expressed by the following equation.
Ecp=2×(E2−Vzb)
このため、整流回路4のダイオードD1〜D4に印加される電圧のピーク値Erpは、次式となる。
Ecp = 2 × (E2-Vzb)
For this reason, the peak value Erp of the voltage applied to the diodes D1 to D4 of the rectifier circuit 4 is expressed by the following equation.
Erp=Ecp+Vzb=2×E2−Vzb
この式が示すように、整流回路4を構成するダイオードD1〜D4に印加される電圧のピーク値Erpは、スナバ回路がない場合に印加される電圧[2×E2]よりも、電圧指令部7内の基準電圧Vzbの分だけ低く抑えられる。
Erp = Ecp + Vzb = 2 × E2-Vzb
As shown by this equation, the peak value Erp of the voltage applied to the diodes D1 to D4 constituting the rectifier circuit 4 is higher than the voltage [2 × E2] applied when there is no snubber circuit. The reference voltage Vzb can be kept low.
また、電圧指令部7内の基準電圧Vzbは出力電圧Eoの値に関係なく一定である。したがって、本発明に係るDC−DCコンバータは、出力電圧Eoの値に関係なく、整流回路4に印加される電圧の抑制効果を、常に発揮することができる。 The reference voltage Vzb in the voltage command unit 7 is constant regardless of the value of the output voltage Eo. Therefore, the DC-DC converter according to the present invention can always exhibit the effect of suppressing the voltage applied to the rectifier circuit 4 regardless of the value of the output voltage Eo.
次に、図2は、電圧制御部6および電圧指令部7を具体的な回路で構成した実施の態様である。この実施の態様におけるスナバ回路の作用を、図2から図4を参照して説明する。 Next, FIG. 2 shows an embodiment in which the voltage control unit 6 and the voltage command unit 7 are configured by specific circuits. The operation of the snubber circuit in this embodiment will be described with reference to FIGS.
図2に示す実施の態様において、図1で示した電圧制御部6を、コンデンサCs2とトランジスタTrとを並列に接続した回路で構成している。また、電圧指令部7をツェナーダイオードDzbで構成している。図1でした説明に従い、コンデンサCs2の電圧をVsとし、ツェナーダイオードDzbの電圧をVzbとする。図2の他の構成要素については、図1の構成要素と同一である。 In the embodiment shown in FIG. 2, the voltage control unit 6 shown in FIG. 1 is configured by a circuit in which a capacitor Cs2 and a transistor Tr are connected in parallel. Further, the voltage command unit 7 is constituted by a Zener diode Dzb. According to the explanation given in FIG. 1, the voltage of the capacitor Cs2 is Vs, and the voltage of the Zener diode Dzb is Vzb. The other components in FIG. 2 are the same as the components in FIG.
ツェナーダイオードDzbの一端はトランジスタTrのベース端子Bに接続されている。したがって、トランジスタTrのベース端子Bの電位[Eo−Vzb]がエミッタ端子Eの電位より高いとき、トランジスタTrは導通する。トランジスタTrの導通により、コンデンサCs2の電荷は、トランジスタTrを介して放電する。このとき、トランジスタTrのベース電流は、平滑コンデンサC→ツェナーダイオードDzb→トランジスタTrのベース端子B→トランジスタTrのエミッタ端子E→コンデンサCs2→平滑コンデンサCの経路で流れる。
One end of the Zener diode Dzb is connected to the base terminal B of the transistor Tr. Therefore, when the potential [Eo−Vzb] of the base terminal B of the transistor Tr is higher than the potential of the emitter terminal E, the transistor Tr becomes conductive. Due to the conduction of the transistor Tr, the charge of the capacitor Cs2 is discharged through the transistor Tr. At this time, the base current of the transistor Tr flows through the path of the smoothing capacitor C → the Zener diode Dzb → the base terminal B of the transistor Tr → the emitter terminal E of the transistor Tr → the capacitor Cs 2 → the smoothing capacitor C.
なお、トランジスタTrを流れる放電電流のピーク値を制限するときは、基準点NとトランジスタTrのエミッタ端子Eとの間に、電流制限のための抵抗を挿入すればよい。
一方、ベース端子Bの電位[Eo−Vzb]がエミッタ端子Eの電位より低いとき、トランジスタTrは非導通となる。トランジスタTrが非道通のときは、コンデンサCs2の電荷は放電しない。
When limiting the peak value of the discharge current flowing through the transistor Tr, a resistor for limiting the current may be inserted between the reference point N and the emitter terminal E of the transistor Tr.
On the other hand, when the potential [Eo−Vzb] of the base terminal B is lower than the potential of the emitter terminal E, the transistor Tr becomes non-conductive. When the transistor Tr is off, the capacitor Cs2 is not discharged.
トランジスタTrの上記動作により、トランジスタTrのエミッタ端子Eの電位は、基準点Nに対し、常に[−Vs=Eo−Vzb]に維持される。
図3は、図2に示す実施の態様において、DC−DCコンバータが還流期間にあるとき、スナバ回路に流れる電流の経路を示す図である。還流期間において、スナバ回路の電流はコンデンサCs1→平滑インダクタL→平滑コンデンサC→コンデンサCs2→ダイオードDs1→コンデンサCs1の経路で流れる。この電流によってコンデンサCs2は充電される。しかし、上述のとおり、コンデンサCs2の電圧は、トランジスタTrとツェナーダイオードDzbの作用により、[−Vs=Eo−Vzb]に維持される。
With the above operation of the transistor Tr, the potential of the emitter terminal E of the transistor Tr is always maintained at [−Vs = Eo−Vzb] with respect to the reference point N.
FIG. 3 is a diagram showing a path of a current flowing through the snubber circuit when the DC-DC converter is in the return period in the embodiment shown in FIG. In the return period, the current of the snubber circuit flows through the path of the capacitor Cs1, the smoothing inductor L, the smoothing capacitor C, the capacitor Cs2, the diode Ds1, and the capacitor Cs1. The capacitor Cs2 is charged by this current. However, as described above, the voltage of the capacitor Cs2 is maintained at [−Vs = Eo−Vzb] by the action of the transistor Tr and the Zener diode Dzb.
図4は、上記還流期間から第1の状態に移行するとき、スナバ回路に流れる電流の経路を示す図である。変圧器Tの二次巻線W2に起電力E2が立ち上がることにより、変圧器Tの二次巻線W2→ダイオードD1→コンデンサCs1→ダイオードDs2→平滑コンデンサC→ダイオードD4→変圧器Tの二次巻線W2の経路で電流が流れる。 FIG. 4 is a diagram illustrating a path of a current that flows in the snubber circuit when shifting from the reflux period to the first state. When the electromotive force E2 rises in the secondary winding W2 of the transformer T, the secondary winding W2 of the transformer T → the diode D1 → the capacitor Cs1 → the diode Ds2 → the smoothing capacitor C → the diode D4 → the secondary of the transformer T. A current flows through the path of the winding W2.
この電流が流れ始めたとき、逆回復動作をしたダイオードD2,D3に逆電圧が印加される。この電圧のピーク値は、図1に示した実施の形態の場合と同様、整流回路4の出力電圧Erのピーク値Erpである。また、その大きさは、DC−DCコンバータの出力電圧Eoに関係なく、[Erp=2×E2−Vzb]である。 When this current starts to flow, a reverse voltage is applied to the diodes D2 and D3 that have performed reverse recovery operation. The peak value of this voltage is the peak value Erp of the output voltage Er of the rectifier circuit 4 as in the embodiment shown in FIG. The magnitude is [Erp = 2 × E2-Vzb] regardless of the output voltage Eo of the DC-DC converter.
ツェナーダイオードDzbの電圧Vzbは、DC−DCコンバータの出力電圧Eoの値に関係なく一定である。したがって、図2に示す実施の形態に係るDC−DCコンバータのスナバ回路は、出力電圧Eoの値に関係なく、常に、整流回路4のダイオードD1〜D4に印加される電圧のピーク値Erpを抑制する効果を発揮することができる。 The voltage Vzb of the Zener diode Dzb is constant regardless of the value of the output voltage Eo of the DC-DC converter. Therefore, the snubber circuit of the DC-DC converter according to the embodiment shown in FIG. 2 always suppresses the peak value Erp of the voltage applied to the diodes D1 to D4 of the rectifier circuit 4 regardless of the value of the output voltage Eo. The effect which it does can be demonstrated.
次に、図5は、本発明に係る電力変換装置の他の実施の形態であるDC−DCコンバータの構成を示す概略回路図である。図1に示した実施の形態と異なる点は、ダイオードDs2と直列にインダクタLsを備えているところである。インダクタLsは、コンデンサCs1を充電する電流のピーク値を抑制する働きをする。その他の構成要素の機能は、図1に示す構成要素の機能と同じである。 Next, FIG. 5 is a schematic circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter which is another embodiment of the power conversion device according to the present invention. The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that an inductor Ls is provided in series with the diode Ds2. The inductor Ls functions to suppress the peak value of the current that charges the capacitor Cs1. The functions of the other components are the same as the functions of the components shown in FIG.
したがって、図5に示す実施の態様においても、整流回路4のダイオードD1〜D4に印加される電圧のピーク値Erpを、[Erp=2×E2−Vzb]に抑制することができる。また、ピーク値Erpは、DC−DCコンバータの出力電圧Eoの影響を受けない。したがって、図5に示す実施の形態に係るスナバ回路は、常に、整流回路4のダイオードD1〜D4に印加される電圧のピーク値Erpを抑制する効果を発揮することができる。 Therefore, also in the embodiment shown in FIG. 5, the peak value Erp of the voltage applied to the diodes D1 to D4 of the rectifier circuit 4 can be suppressed to [Erp = 2 × E2-Vzb]. Moreover, the peak value Erp is not affected by the output voltage Eo of the DC-DC converter. Therefore, the snubber circuit according to the embodiment shown in FIG. 5 can always exhibit the effect of suppressing the peak value Erp of the voltage applied to the diodes D1 to D4 of the rectifier circuit 4.
また、図2に示した実施の態様と同様、図5で示した電圧制御部6を、コンデンサCs2とトランジスタTrとを並列に接続した回路で構成し、電圧指令部7をツェナーダイオードDzbで構成することができる。 Similarly to the embodiment shown in FIG. 2, the voltage control unit 6 shown in FIG. 5 is configured by a circuit in which a capacitor Cs2 and a transistor Tr are connected in parallel, and the voltage command unit 7 is configured by a zener diode Dzb. can do.
このような実施の態様においても、整流回路4のダイオードD1〜D4に印加される電圧のピーク値Erpを、[Erp=2×E2−Vzb]とすることができる。また、ピーク値Erpは、DC−DCコンバータの出力電圧Eoの影響を受けない。したがって、このように構成したスナバ回路であっても、常に、整流回路4のダイオードD1〜D4に印加される電圧のピーク値Erpを抑制する効果を発揮することができる。 Also in such an embodiment, the peak value Erp of the voltage applied to the diodes D1 to D4 of the rectifier circuit 4 can be set to [Erp = 2 × E2-Vzb]. Moreover, the peak value Erp is not affected by the output voltage Eo of the DC-DC converter. Therefore, even in the snubber circuit configured as described above, the effect of suppressing the peak value Erp of the voltage applied to the diodes D1 to D4 of the rectifier circuit 4 can always be exhibited.
次に、図6は、本発明に係る電力変換装置の他の実施の形態であるDC−DCコンバータを示す概略回路図である。図6に示すDC−DCコンバータは、図2に示すDC−DCコンバータの構成要素である変圧器Tを二次側にセンタータップを有する変圧器Taに置き換えている。また、ダイオードD1〜D4からなるフルブリッジの整流回路4を、ダイオードD1、D3からなる整流回路4aに置き換えている。 Next, FIG. 6 is a schematic circuit diagram showing a DC-DC converter which is another embodiment of the power conversion device according to the present invention. In the DC-DC converter shown in FIG. 6, the transformer T, which is a component of the DC-DC converter shown in FIG. 2, is replaced with a transformer Ta having a center tap on the secondary side. Further, the full-bridge rectifier circuit 4 composed of the diodes D1 to D4 is replaced with a rectifier circuit 4a composed of the diodes D1 and D3.
ここで、変圧器Taの二次巻線W21に整流回路4aのダイオードD1が接続され、二次巻線W22に整流回路4aのダイオードD3が接続されている。整流回路4aのダイオードD1とD3の接続点には平滑回路の平滑インダクタL側の一端が接続され、変圧器Taの二次巻線W21とW22の直列接続点(基準点N)に平滑回路の平滑コンデンサCの一端が接続される。また、変圧器Taの二次巻線には漏れインダクタンスLe1、Le2が存在する。 Here, the diode D1 of the rectifier circuit 4a is connected to the secondary winding W21 of the transformer Ta, and the diode D3 of the rectifier circuit 4a is connected to the secondary winding W22. One end of the smoothing circuit on the smoothing inductor L side is connected to the connection point between the diodes D1 and D3 of the rectifier circuit 4a, and the smoothing circuit is connected to the series connection point (reference point N) of the secondary windings W21 and W22 of the transformer Ta. One end of the smoothing capacitor C is connected. Further, leakage inductances Le1 and Le2 exist in the secondary winding of the transformer Ta.
このように構成されたDC−DCコンバータにおいて、コンデンサCs1とダイオードDs1とを直列に接続した回路に、さらにコンデンサCs2とトランジスタを並列接続した回路を直列に接続した直列回路が、平滑回路と並列に、整流回路4aのダイオードD1とD3の接続点と基準点Nとの間に接続される。また、ダイオードDs2が、コンデンサCs1とダイオードDs1の接続点と平滑インダクタLと平滑コンデンサCの接続点との間に接続される。さらに、ツェナーダイオードDzbが、トランジスタTrのベース端子Bと、平滑インダクタLと平滑コンデンサCの接続点との間に接続される。 In the DC-DC converter thus configured, a series circuit in which a capacitor Cs1 and a diode Ds1 are connected in series and a circuit in which a capacitor Cs2 and a transistor are connected in parallel are connected in series is connected in parallel with the smoothing circuit. The rectifier circuit 4a is connected between the connection point of the diodes D1 and D3 and the reference point N. The diode Ds2 is connected between the connection point of the capacitor Cs1 and the diode Ds1 and the connection point of the smoothing inductor L and the smoothing capacitor C. Further, a Zener diode Dzb is connected between the base terminal B of the transistor Tr and a connection point between the smoothing inductor L and the smoothing capacitor C.
ところで、変圧器Taの二次巻線W21に起電力E21が立ち上がると、スナバ回路には、変圧器Taの二次巻線W21→整流回路4aのダイオードD1→コンデンサCs1→平滑コンデンサC→変圧器Taの二次巻線W21の経路で電流が流れる。また、変圧器Taの二次巻線W22に起電力E22が立ち上がると、スナバ回路には、変圧器Taの二次巻線W22→整流回路4aのダイオードD3→コンデンサCs1→平滑コンデンサC→変圧器Taの二次巻線W22の経路で電流が流れる。 By the way, when the electromotive force E21 rises in the secondary winding W21 of the transformer Ta, the snubber circuit includes the secondary winding W21 of the transformer Ta → the diode D1 of the rectifier circuit 4a → the capacitor Cs1 → the smoothing capacitor C → the transformer. A current flows through the path of the Ta secondary winding W21. When the electromotive force E22 rises in the secondary winding W22 of the transformer Ta, the snubber circuit includes a secondary winding W22 of the transformer Ta → the diode D3 of the rectifier circuit 4a → the capacitor Cs1 → the smoothing capacitor C → the transformer. A current flows through the path of the Ta secondary winding W22.
したがって、図6に示す実施の形態においても、図2に示した実施の形態と同様、本発明に係るスナバ回路を適用することにより整流回路4aのダイオードD1およびD3に印加される電圧のピーク値Erpを、常に[2×E21(E22)−Vzb]に抑制することができる。 Therefore, in the embodiment shown in FIG. 6, as in the embodiment shown in FIG. 2, the peak value of the voltage applied to the diodes D1 and D3 of the rectifier circuit 4a by applying the snubber circuit according to the present invention. Erp can always be suppressed to [2 × E21 (E22) −Vzb].
なお、上述してきた本発明に係る実施の態様では、コンデンサCs2にトランジスタTrを並列に接続しているが、コンデンサCs2と並列に接続するのはトランジスタである必要はなく、MOSFETやIGBTなど制御端子を有し、この制御端子に入力される信号により導通/非導通の状態を切り換えることができるスイッチ素子であればよい。 In the embodiment according to the present invention described above, the transistor Tr is connected in parallel to the capacitor Cs2. However, it is not necessary to connect the transistor Tr in parallel with the capacitor Cs2, and a control terminal such as a MOSFET or IGBT is used. And a switch element that can be switched between a conductive state and a non-conductive state by a signal input to the control terminal.
また、上述してきた実施の態様では、インバータ2をフルブリッジで記載しているが、インバータ2はハーフブリッジであってもよい。インバータ2をハーフブリッジとする場合には、電源1が2分割される。 In the embodiment described above, the inverter 2 is described as a full bridge, but the inverter 2 may be a half bridge. When the inverter 2 is a half bridge, the power source 1 is divided into two.
図7は、本発明に係る電力変換装置のさらに他の実施の形態であるDC−DCコンバータを示す概略回路図である。図7に示すDC−DCコンバータは、一石式DC−DCコンバータと呼ばれるものである。図2に示すDC−DCコンバータの構成要素であるMOSFET(Q1〜Q4)からなるインバータ2を、MOSFET(Q1)からなるインバータ2bに置き換えている。また、ダイオードD1〜D4からなるフルブリッジの整流回路4をダイオードD1、D3からなる整流回路4bに置き換えている。 FIG. 7 is a schematic circuit diagram showing a DC-DC converter which is still another embodiment of the power conversion device according to the present invention. The DC-DC converter shown in FIG. 7 is called a one-stone DC-DC converter. The inverter 2 composed of MOSFETs (Q1 to Q4), which are components of the DC-DC converter shown in FIG. 2, is replaced with an inverter 2b composed of MOSFET (Q1). Further, the full-bridge rectifier circuit 4 composed of diodes D1 to D4 is replaced with a rectifier circuit 4b composed of diodes D1 and D3.
ここで、変圧器Tの一次巻線の一端は直流電源1の一端に接続され、その他端はMOSFET(Q1)を介して直流電源1の他端に接続される。整流回路4bはダイオードD1とダイオードD3の直列回路からなり、変圧器Tの二次巻線W2に接続される。変圧器Tの二次巻線W2には漏れインダクタンスLeが存在する。平滑インダクタLと平滑コンデンサCの直列回路からなる平滑回路は、整流回路4bのダイオードD3の両端に接続される。負荷5は、平滑回路の平滑コンデンサCの両端に接続される。 Here, one end of the primary winding of the transformer T is connected to one end of the DC power source 1, and the other end is connected to the other end of the DC power source 1 through a MOSFET (Q1). The rectifier circuit 4b is composed of a series circuit of a diode D1 and a diode D3, and is connected to the secondary winding W2 of the transformer T. A leakage inductance Le exists in the secondary winding W2 of the transformer T. A smoothing circuit composed of a series circuit of a smoothing inductor L and a smoothing capacitor C is connected to both ends of the diode D3 of the rectifier circuit 4b. The load 5 is connected to both ends of the smoothing capacitor C of the smoothing circuit.
また、コンデンサCs1とダイオードDs1とを直列に接続した回路に、さらにコンデンサCs2とトランジスタを並列接続した回路を直列に接続した直列回路が、平滑回路と並列に、整流回路4bのダイオードD3の両端に接続される。さらに、ダイオードDs2が、コンデンサCs1とダイオードDs1の接続点と平滑インダクタLと平滑コンデンサCの接続点との間に接続される。さらに、ツェナーダイオードDzbが、トランジスタTrのベース端子Bと、平滑インダクタLと平滑コンデンサCの接続点との間に接続される。 In addition, a series circuit in which a capacitor Cs1 and a diode Ds1 are connected in series and a circuit in which a capacitor Cs2 and a transistor are connected in parallel is connected in series is connected in parallel to the smoothing circuit, at both ends of the diode D3 of the rectifier circuit 4b. Connected. Furthermore, the diode Ds2 is connected between the connection point of the capacitor Cs1 and the diode Ds1, and the connection point of the smoothing inductor L and the smoothing capacitor C. Further, a Zener diode Dzb is connected between the base terminal B of the transistor Tr and a connection point between the smoothing inductor L and the smoothing capacitor C.
このように構成されたDC−DCコンバータにおいて、変圧器Tの二次巻線W2に起電力E2が生じると、コンデンサCs1を充電する電流が、変圧器Tの二次巻線W2→ダイオードD1→コンデンサCs1→平滑コンデンサC→変圧器Tの二次巻線W2の経路で流れる。 In the DC-DC converter configured as described above, when an electromotive force E2 is generated in the secondary winding W2 of the transformer T, the current charging the capacitor Cs1 is changed to the secondary winding W2 of the transformer T → the diode D1 → It flows through the path of the secondary winding W2 of the capacitor Cs1 → smoothing capacitor C → transformer T.
したがって、図7に示す実施の形態においても、図2に示した実施の形態と同様、本発明に係るスナバ回路を適用することにより整流回路4bのダイオードD3に印加される電圧のピーク値Erpを[2×E2−Vzb]に抑制することができる。 Therefore, also in the embodiment shown in FIG. 7, the peak value Erp of the voltage applied to the diode D3 of the rectifier circuit 4b is obtained by applying the snubber circuit according to the present invention as in the embodiment shown in FIG. [2 × E2-Vzb] can be suppressed.
なお、上述してきた本発明に係る電力変換装置の実施の形態は、正の電圧を出力するDC−DCコンバータに関するものであるが、本発明は負の電圧を出力するDC−DCコンバータ等の電力変換装置にも適用することができる。 The above-described embodiment of the power conversion device according to the present invention relates to a DC-DC converter that outputs a positive voltage. However, the present invention relates to power such as a DC-DC converter that outputs a negative voltage. The present invention can also be applied to a conversion device.
さらに、本発明に係る電力変換装置は、上記実施の形態に限定されるものではなく、漏れインダクタンスに起因してダイオード等の半導体素子に印加されるサージ電圧を抑制する装置に適用することができる。 Furthermore, the power conversion device according to the present invention is not limited to the above embodiment, and can be applied to a device that suppresses a surge voltage applied to a semiconductor element such as a diode due to leakage inductance. .
1・・・直流電源、2,2b・・・インバータ、3・・・オンオフ制御部、4,4a,4b・・・整流回路、5・・・負荷、6・・・電圧制御部、7・・・電圧指令部、C・・・平滑コンデンサ、Cp1〜Cp4・・・寄生容量、Cs1,Cs2・・・コンデンサ、D1〜D4・・・ダイオード、Ds1,Ds2・・・ダイオード、Dzb,Dzs・・・ツェナーダイオード、L・・・平滑インダクタ、Le・・・漏れインダクタンス、Ls・・・インダクタ、Q1〜Q4・・・MOSFET、T,Ta・・・変圧器、Tr・・・トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DC power supply, 2, 2b ... Inverter, 3 ... On-off control part, 4, 4a, 4b ... Rectifier circuit, 5 ... Load, 6 ... Voltage control part, 7 * ..Voltage command section, C ... smoothing capacitor, Cp1-Cp4 ... parasitic capacitance, Cs1, Cs2 ... capacitor, D1-D4 ... diode, Ds1, Ds2 ... diode, Dzb, Dzs ..Zener diode, L ... smooth inductor, Le ... leakage inductance, Ls ... inductor, Q1-Q4 ... MOSFET, T, Ta ... transformer, Tr ... transistor
Claims (6)
平滑インダクタと平滑コンデンサとが直列に接続され、その両端が前記整流回路の出力端子間に接続される平滑回路と、
スナバ回路と、
を備える電力変換装置であって、
前記スナバ回路は、少なくとも
第1コンデンサと第1ダイオードと制御端子を有する電圧制御部とが直列に接続され、その両端が前記整流回路の出力端子間に接続される直列回路と、
前記直列回路の第1コンデンサと第1ダイオードの直列接続点と、前記平滑回路の平滑インダクタと平滑コンデンサの直列接続点との間に接続される第2ダイオードと、
その一端が前記電圧制御部の制御端子に接続され、他の一端が前記平滑インダクタと平滑コンデンサの直列接続点に接続される電圧指令部と、
で構成され、
前記電圧指令部は基準電源を備えていることを特徴とする電力変換装置。 A rectifier circuit that rectifies and outputs an input voltage; and
A smoothing circuit in which a smoothing inductor and a smoothing capacitor are connected in series, and both ends thereof are connected between output terminals of the rectifier circuit;
Snubber circuit,
A power conversion device comprising:
The snubber circuit includes a series circuit in which at least a first capacitor, a first diode, and a voltage control unit having a control terminal are connected in series, and both ends thereof are connected between output terminals of the rectifier circuit;
A second diode connected between a series connection point of the first capacitor and the first diode of the series circuit and a series connection point of the smoothing inductor and the smoothing capacitor of the smoothing circuit;
One end of the voltage control unit is connected to the control terminal of the voltage control unit, and the other end is connected to the series connection point of the smoothing inductor and the smoothing capacitor.
Consists of
The voltage conversion unit includes a reference power supply.
前記電圧制御部は、前記電圧指令部が出力する指令値に対して前記電圧制御点の電圧が一致するように、前記電圧制御点の電圧を調節する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The voltage command unit, said rectifying circuit and a reference point connection point between the smoothing capacitor and the connection point between the first diode and the voltage control unit and the voltage control point, which may arise in the voltage control point Output the voltage as a command value,
The voltage control unit, as the voltage of the voltage control point with respect to the command value of the voltage command unit outputs match, according to claim 1, wherein adjusting the voltage of the voltage control point Power conversion device.
前記電圧指令部は、定電圧素子からなる
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The voltage control unit comprises a circuit in which a capacitor and a semiconductor switch element having a control terminal are connected in parallel,
The power converter according to any one of claims 1 to 5, wherein the voltage command unit includes a constant voltage element.
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