JPH03135367A - Dc―dcコンバータ - Google Patents

Dc―dcコンバータ

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JPH03135367A
JPH03135367A JP1266616A JP26661689A JPH03135367A JP H03135367 A JPH03135367 A JP H03135367A JP 1266616 A JP1266616 A JP 1266616A JP 26661689 A JP26661689 A JP 26661689A JP H03135367 A JPH03135367 A JP H03135367A
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Shigeru Kameyama
茂 亀山
Koji Arakawa
洸治 荒川
Kazufumi Watanabe
一史 渡辺
Hitoshi Yoshioka
均 吉岡
Isami Norikoshi
勇美 乗越
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Yutaka Electric Mfg Co Ltd
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TDK Lambda Corp
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Yutaka Electric Mfg Co Ltd
Toko Inc
TDK Lambda Corp
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    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
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    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
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    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、損失を低減するためのDC−DCコンバータ
の構成に関する。
〔従来技術〕
近年高い周波数で利用できるスイッチング素子の開発に
伴いDC−DCコンバータのスイッチング周波数が高く
なるにつれて、大きな体積を占めるトランス、チョーク
コイル、平滑コンデンサを小さ(構成できるようになり
、その小形化が期待される。
ところが、スイッチング素子のターンオン、ターンオフ
時の電流と電圧の重なりによって生ずるスイッチング損
失が高周波化に伴って増加して、前記した部品や回路素
子が小さくなっているにもかかわらず、損失による発熱
の放熱対策のために全体の小形化が進んでいないのが現
状である。
第2図は従来の一方式のフォワード型のDCDCコンバ
ータの回路図であり、第4図はその電圧、電流の波形図
である。
直流源E5、トランスT、の一次巻線LI、スイッチン
グ素子であるトランジスタQ1が直列回路を構成してお
り、トランスT+ の二次巻線L2には整流ダイオード
DI、チョークコイルL3、フライホイールダイオード
D2、平滑コンデンサC3からなる整流、平滑回路が接
続している。
トランジスタQ1には図示を省略しである制御回路から
ゲート電圧が加えられる。
このようなりC−DCコンバータは、トランジスタQ、
がオンしている時に入力側のトランスT。
の−次巻線L1に電流が流れ、出力側の二次巻線L2の
誘起電圧から整流、平滑回路を用いて直流出力を出力端
子1.1′に得る。
第4図はトランジスタQ1のゲート電圧VGI、ドレイ
ン・ソース間電圧V g H5−次巻vAL lを経て
トランジスタQ、を流れる電流IO+の波形を、横軸に
共通の時間軸をとって表しである。トランジスタQ、が
ターンオンする時刻1.からその後の時刻t2までの期
間、およびターンオフする時刻t3からその後の時刻t
4までの期間ではドレイン・ソース間電圧VQIと電流
T(I+が重なっている。この重なりにより、スイッチ
ング損失が生じる。
従来の一方式のDC−DCコンバータは、このようにし
て生ずるスイッチング1員失が高周波化に伴って増加す
る。また、スイッチング素子としてトランジスタQIの
ように絶縁ゲート型電界効果トランジスタを用いた場合
、時刻t1においてはトランジスタ出力に寄生する寄生
容量C2に電荷がある状態でターンオフすることになり
、寄生容量C2の短絡による損失とノイズも発生する。
〔課題〕
本発明の課題は、損失を低減することのできる1石式の
DC−DCコンバータを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は直流源、トランスの一次巻線、スイッチング素
子を直列接続し、該トランスの二次巻線に接続する整流
、平滑回路を経て直流出力を得るDC−DCコンバータ
において、スイッチング素子に並列にコンデンサを接続
し、二次巻線と整流ダイオード間に可飽和リアクトルを
接続してあることを特徴とする。
〔実施例〕
以下、本発明のDC−DCコンバータの実施例を示す第
1図の回路図を参照しながら説明する。
なお、第2図と同一部分は同じ符号を付与しである。
第1図の1石式のDC−DCコンバータは、直流源E8
、トランスTIの一次巻線L1、スイッチング素子であ
る絶縁ゲート型電界効果トランジスタQ、が直列回路を
構成しており、トランスTの二次巻線L2には整流ダイ
オードDI、チョークコイルし1、フライホイールダイ
オードD2、平滑コンデンサC9からなる整流、平滑回
路が接続している。
さらに、トランジスタQ1にはコンデンサC3が並列接
続しており、整流回路の整流ダイオードD、と二次巻線
L2間には可飽和リアクトルし。
が接続し、トランジスタQ1のオン期間にトランスT、
を通して電力を伝送するようにしである。
このように構成されたDC−DCコンバータの動作を第
3図の波形図を参照しながら説明する。
第3図はトランジスタQ、のゲート電圧VGI、ドレイ
ン・ソース間電圧V。I、ドレインからソースへ流れる
電流■。い整流ダイオードD1の電流10、トランジス
タQIの寄生容量C2とコンデンサC3に流れる電流の
和の電流I C23の波形を、横軸に共通の時間軸をと
って表しである。
オン期間が終わる時刻t、にトランジスタQ。
のゲート電圧V (、1が零になりターンオフすると、
トランスT、の一次巻線L1からトランジスタQ。
へ流れていた電流1G+は零となる。しかし、オン期間
中に一次巻線り、に流れていた電流の内の励磁電流は、
−次巻線L1のインダクタンスにより連続して流れ続け
ようとするために、トランジスタQ1の寄生容量C2お
よびトランジスタQ1に並列接続されたコンデンサC3
に転流し、両方を流れる電流の和の電流I、23として
流れ続ける。
このため、寄生容量C2とコンデンサC3の端子電圧、
即ちトランジスタQ、のドレイン・ソース間電圧Vgl
は、寄生容量C2とコンデンサC3を充電しながら緩や
かに立ち上がる。
従って、トランジスタQ1のターンオフ時の電圧V Q
 Iと電流■。、の重なりによるスイ・7チング損失は
発生しない。
その後、電圧■。1が直流源E、の電圧VESを越える
時刻t6からは一次巻線Ll、寄生容量C2とコンデン
サC3の合成容量、直流源E、からなる直列回路に共振
現象が生ずる。
これは、電圧■。1が直流源E、の電圧■6を越えた時
刻t6以後にトランスT、の一次巻線りにはトランジス
タQ、のオン時とは逆方向の電圧が加わるので、二次巻
線L2の端子電圧は・印の極性点側で負となり、整流ダ
イオードD、を流れていた電流L+はなくなりダイオー
ドD、がオフとなるので、出力電流はダイオードD2の
電流Iozとして流れ、トランスT1の二次側は電気的
に開放されるためである。
この共振の周波数fは(1)式で示され、コンデンサC
:lの端子電圧、つまりトランジスタQ。
のドレイン・ソース間電圧V。、は共振作用に従った正
弦波形状の変化をする。
f=1/2π Ll(C2+C3)   (1)なお、
(1)式において、Llは一次巻線L1のインダクタン
ス値、C2はトランジスタQ1の寄生容量、C3はコン
デンサC8の容量値を表している。
電圧■。1はピーク点に達してから緩やかに下降するが
、直流源E、の電圧vis以下になる時刻t7直後で一
次巻線L1には再びトランジスタQ、のオン時と同方向
の電圧が印加される。
この結果、二次巻線L2の・印の極性点側は正となり、
二次巻線L2に直接整流ダイオードD。
を接続してあれば、整流ダイオードD、が導通状態とな
り、それまで導通していたダイオードD2と同時に導通
状態となるので、トランスT1の二次側が電気的に短絡
される。このために、−次巻線+−、はインダクタンス
が存在しなくなり、共振要素がなくなるので、共振は持
続しない。
しかし本発明では、二次巻線L2と整流ダイオードD2
間には可飽和リアクトルL4を接続してあり、時刻t7
以後は二次巻線L2の・印の極性点側が正になってから
この可飽和リアクトルし4が飽和するまでの間、整流ダ
イオードD、の導通が遅れることになる。その間、トラ
ンスT、の二次側は依然として電気的に開放されている
ので共振は持続し、時刻tllでコンデンサC3の端子
電圧、即ちドレイン・ソース間電圧■。、が零になる。
可飽和リアクトルL4が飽和するまでの時間は、当然時
刻t8と時刻1.間の時間以上にする必要がある。
次に、時刻t8で電圧■。1が零になったことを検出し
、トランジスタQ、をターンオンするように制御する。
なお、第1図では電圧■。1のこのような状態を検出す
る回路は図示を省略しである。
電圧VQIが零となってからトランジスタQ、をターン
オンするために、そのターンオン時、即ち時刻1Bでは
トランジスタQ1における電圧■。。
と電流101が重ならないので、この重なりによるスイ
ッチング損失は発生しない。
またターンオンは、共振によりトランジスタQ1のドレ
イン・ソース間電圧■。1、即ち寄生容量C2とコンデ
ンサC3の端子電圧が零まで下降した状態で行われるの
で、寄生容ffi c zの短絡による損失とノ・イズ
の発生もない。
なお、第4図におけるトランジスタQ、の寄生容量C2
とコンデンサC:lの電流I C23は、−次巻線り、
側から寄生容量C2、コンデンサCユ側へ流れる場合を
(+)、逆の場合を(−)として表しである。
このようにしてターンオフ、ターンオンのいずれの場合
もスイッチング損失は生じないし、寄生容量C2の短絡
損失、短絡ノイズも生じない。
なお、スイッチング素子はバイポーラトランジスタでも
よく、本発明は一方式のフォワード型DC−DCコンバ
ータに広く応用できる。
〔効果〕
以上述べたように、本発明のDC−DCコンバータはス
イッチング素子と並列にコンデンサを接続し、トランス
の二次巻線と整流ダイオード間に可飽和リアクトルを接
続しである。
そして、スイッチング素子がターンオフする時は、励磁
電流をスイッチング素子に並列接続するコンデンサに流
して、そのスイッチング素子の端子電圧を緩やかに上昇
させることができる。またターンオン時には、共振現象
を持続させてスイッチング素子の端子電圧を零まで下降
した状態で行える。
このようにしてターンオフ、ターンオンのいずれの場合
も、電圧と電流の重なり期間をな(してスイッチング損
失をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のDC−DCコンバータの実施例を示す
回路図、第2図は従来のDC−DCコンバータの回路図
、第3図の本発明のDC−DCコンバータの電流と電圧
の波形図、第4図は第2図のDC−DCコンバータの電
流と電圧の波形図である。 Q、:トランジスタ   C+ 、C:l  :コンデ
ンサ  T1 ニドランス  L4 :可飽和リアクト

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 直流源には、トランスの一次巻線、スイッチング素子が
    直列接続され、該トランスの二次巻線に接続する整流、
    平滑回路を経て直流出力を得るDC−DCコンバータに
    おいて、スイッチング素子に並列にコンデンサを接続し
    、二次巻線と整流ダイオード間に可飽和リアクトルを接
    続してあることを特徴とするDC−DCコンバータ。
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