JPH041589B2 - - Google Patents

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JPH041589B2
JPH041589B2 JP5198986A JP5198986A JPH041589B2 JP H041589 B2 JPH041589 B2 JP H041589B2 JP 5198986 A JP5198986 A JP 5198986A JP 5198986 A JP5198986 A JP 5198986A JP H041589 B2 JPH041589 B2 JP H041589B2
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voltage
converter
output
capacitor
series
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Haruki Yoshikawa
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、直流電源に対して直列に接続され
ている複数のDC−DCコンバータの入力電圧の分
担を平衡させるDC−DCコンバータの直列運転方
式に関する。
[Detailed description of the invention] [Technical field to which the invention pertains] This invention relates to a series operation of DC-DC converters that balances the input voltage share of a plurality of DC-DC converters connected in series to a DC power supply. Regarding the method.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

直流電源からの直流電力を、これとは絶縁され
た所望電圧の直流電力に変換するのがDC−DCコ
ンバータであつて、これには各種の回路がある。
A DC-DC converter converts DC power from a DC power source into DC power of a desired voltage that is isolated from the DC power source, and there are various circuits for this converter.

第4図はDC−DCコンバータの各種の例を示す
回路図であつて、第4図イはフオワード形DC−
DCコンバータと称されるもの、第4図ロはフラ
イバツク形DC−DCコンバータと称されるもの、
第4図ハはブリツジインバータ形DC−DCコンバ
ータと称されるものであるが、負荷が大容量の場
合、あるいは直流電源の電圧が高い場合などで
は、1組のDC−DCコンバータでは容量あるいは
電圧が不足となるので、複数のDC−DCインバー
タを電源に対して直列に接続して使用することに
なる。
Figure 4 is a circuit diagram showing various examples of DC-DC converters, and Figure 4A is a forward type DC-DC converter.
What is called a DC converter, Figure 4 (b) is what is called a flyback type DC-DC converter,
Figure 4 C shows what is called a bridge inverter type DC-DC converter, but in cases where the load is large or the voltage of the DC power supply is high, one set of DC-DC converters may have a large capacity or Since the voltage is insufficient, multiple DC-DC inverters must be connected in series to the power supply.

第5図は2組のDC−DCコンバータを直列接続
する場合の主回路接続図であつて、入力フイルタ
コンデンサ2と3とを直列接続したものを直流電
源1に接続して電源電圧を分割し、入力フイルタ
コンデンサ2には符号4なるDC−DCコンバータ
(以下では正極側コンバータと呼称する)の入力
側を並列に接続し、入力フイルタコンデンサ3に
は符号5なるDC−DCコンバータ(以下では負極
側コンバータと呼称する)の入力側を並列に接続
するのであるが、これら正極側コンバータ4の出
力側と負極側コンバータ5の出力側とを相互に並
列接続したのち、出力コンデンサ6を介して負荷
7に変換された直流電力を供給する。ここで正極
側コンバータ4と負極側コンバータ5は、たとえ
ば第4図に示す回路構成のDC−DCコンバータが
使用される。
Figure 5 is a main circuit connection diagram when two sets of DC-DC converters are connected in series.Input filter capacitors 2 and 3 are connected in series and connected to DC power supply 1 to divide the power supply voltage. , the input side of a DC-DC converter numbered 4 (hereinafter referred to as the positive side converter) is connected in parallel to the input filter capacitor 2, and the input side of the DC-DC converter numbered 5 (hereinafter referred to as the negative side converter) is connected in parallel to the input filter capacitor 2. The input sides of the positive side converter 4 and the output side of the negative side converter 5 are connected in parallel, and then the output side of the positive side converter 4 and the output side of the negative side converter 5 are connected in parallel. 7 to supply converted DC power. Here, as the positive side converter 4 and the negative side converter 5, for example, a DC-DC converter having a circuit configuration shown in FIG. 4 is used.

ところで第5図に示すように複数のDC−DCコ
ンバータの入力側を電源に対して直列に接続して
使用する場合、各DC−DCコンバータの制御パル
ス幅に存在する差異に起因してそれぞれの入力フ
イルタコンデンサの電圧に不平衡を生じ、従つて
それぞれのDC−DCコンバータの出力容量にアン
バランスを生じるという欠点がある。
By the way, when the input sides of multiple DC-DC converters are connected in series to the power supply as shown in Figure 5, the difference between the control pulse widths of each DC-DC converter causes It has the disadvantage that it causes an unbalance in the voltage of the input filter capacitor, and therefore an unbalance in the output capacitance of each DC-DC converter.

第6図は2組のフオワード形DC−DCコンバー
タをその入力側で直列接続して運転する従来例を
示す回路図であつて、この第6図により上述のア
ンバランスが生じる理由を以下に説明する。ただ
しフオワード形DC−DCコンバータの回路構成と
その動作は周知であることから、これらの詳細説
明は省略する。
Fig. 6 is a circuit diagram showing a conventional example in which two sets of forward type DC-DC converters are connected in series on their input sides and operated.The reason why the above-mentioned imbalance occurs according to Fig. 6 is explained below. do. However, since the circuit configuration and operation of the forward type DC-DC converter are well known, detailed explanation thereof will be omitted.

第6図において、入力フイルタコンデンサ2と
3とが直列に接続されており、この直列回路に直
流電源1が接続されている。入力フイルタコンデ
ンサ2には正極形コンバータ4の入力側が並列に
接続されているが、この正極側コンバータ4はス
イツチング素子としてのトランジスタ41、整流
ダイオード42、還流ダイオード43、平滑リア
クトル44および変圧器45で構成されている。
また、スイツチング素子としてのトランジスタ5
1と整流ダイオード52と還流ダイオード53と
平滑リアクトル54ならびに変圧器55とで構成
されている負極側コンバータ5の入力側が入力フ
イルタコンデンサ3に並列に接続され、これら正
極側コンバータ4の出力側と負極側コンバータ5
の出力側とが相互に並列接続され、出力コンデン
サ6を介して負荷7に直流電力を供給する。
In FIG. 6, input filter capacitors 2 and 3 are connected in series, and a DC power source 1 is connected to this series circuit. The input side of a positive polarity converter 4 is connected in parallel to the input filter capacitor 2, and this positive polarity converter 4 includes a transistor 41 as a switching element, a rectifier diode 42, a freewheeling diode 43, a smoothing reactor 44, and a transformer 45. It is configured.
In addition, the transistor 5 as a switching element
1, a rectifier diode 52, a freewheeling diode 53, a smoothing reactor 54, and a transformer 55. The input side of the negative converter 5 is connected in parallel to the input filter capacitor 3, and the output side of the positive converter 4 and the negative electrode are connected in parallel to the input filter capacitor 3. side converter 5
are connected in parallel with each other, and supply DC power to a load 7 via an output capacitor 6.

第6図に示す従来例回路では直流電源1の電圧
Eの変動に対し、負荷7に与えられる出力電圧
E0が常に一定値を維持するように正極側コンバ
ータ4のトランジスタ41および負極側コンバー
タ5のトランジスタ51の導通率を調節するので
あるが、その制御回路は電圧設定器11、出力電
圧検出器12、自動電圧調整器13、パルス発生
回路14およびベース駆動回路15と16とで構
成されていて、電圧設定器11で設定する電圧と
出力電圧検出器12で検出される出力電圧E0
の偏差を自動電圧調整器13に与えると、この自
動電圧調整器13はその入力偏差を零にする制御
信号をパルス発生回路14に出力する。パルス発
生回路14は自動電圧調整器13からの出力に対
応して変化する制御パルス信号を発生し、ベース
駆動回路15はこの制御パルス信号を増幅してト
ランジスタ41を駆動し、同様にベース駆動回路
16も制御パルス信号を増幅してトランジスタ5
1を駆動する。かくしてトランジスタ41と51
は上述の制御回路からの信号によりオン・オフ制
御されてその導通幅を制御し、出力電圧E0を電
圧設定器11で設定している電圧に一致させるよ
うに動作する。
In the conventional example circuit shown in FIG. 6, the output voltage applied to the load 7 is
The conductivity of the transistor 41 of the positive converter 4 and the transistor 51 of the negative converter 5 is adjusted so that E 0 always maintains a constant value, and the control circuit includes a voltage setter 11 and an output voltage detector 12 , an automatic voltage regulator 13, a pulse generation circuit 14, and base drive circuits 15 and 16 . When the voltage is applied to the automatic voltage regulator 13, the automatic voltage regulator 13 outputs a control signal to the pulse generating circuit 14 to make the input deviation zero. The pulse generation circuit 14 generates a control pulse signal that changes in response to the output from the automatic voltage regulator 13, and the base drive circuit 15 amplifies this control pulse signal to drive the transistor 41. 16 also amplifies the control pulse signal and transmits it to the transistor 5.
Drive 1. Thus transistors 41 and 51
is turned on and off by a signal from the above-mentioned control circuit to control its conduction width, and operates to make the output voltage E 0 match the voltage set by the voltage setting device 11.

ところでベース駆動回路15,16にはそれぞ
れ固有の動作遅れがあり、またトランジスタ4
1,51もそれぞれにターンオフ時のストレージ
時間などが存在するために、パルス発生回路14
が出力する制御パルス信号幅αに対して、トラン
ジスタ41,51の実際の導通率はこのαよりも
大となる。さらにベース駆動回路15と16との
間には動作遅れ時間にばらつきがあり、またトラ
ンジスタ41と51との間にもストレージ時間の
ばらつきがあるため、トランジスタ41の導通率
α1とトランジスタ51と導通率α2との間にはΔα
なる差異を生じることとなる。
By the way, the base drive circuits 15 and 16 have their own inherent operation delays, and the transistor 4
1 and 51 each have their own storage time at turn-off, so the pulse generation circuit 14
The actual conductivity of the transistors 41 and 51 is larger than the control pulse signal width α outputted by the control pulse signal width α. Furthermore, there are variations in operation delay time between base drive circuits 15 and 16, and variations in storage time between transistors 41 and 51. Between the rate α and 2 is Δα
This will result in a difference.

第7図は第6図に示す従来例回路において制御
パルス信号に対するトランジスタの導通率をあら
わした動作波形図であつて、第7図イはパルス発
生回路14から出力される制御パルス信号の波形
を、第7図ロはトランジスタ41を流れる電流i4
の波形を、第7図ハはトランジスタ51を流れる
電流i5の波形をそれぞれがあらわしており、この
第7図から明かなように、トランジスタ41と5
1がオンしている期間は制御パルス信号よりも長
く、かつ両者の時間幅にはΔαなる差異がある。
FIG. 7 is an operating waveform diagram showing the conductivity of the transistor with respect to the control pulse signal in the conventional circuit shown in FIG. 6, and FIG. , Figure 7b shows the current i 4 flowing through the transistor 41.
7C represents the waveform of the current i5 flowing through the transistor 51 , and as is clear from this FIG.
The period during which the signal 1 is on is longer than the control pulse signal, and there is a difference in time width between the two by Δα.

第8図は第7図に示すような導通率差異がある
ときに第6図に示す従来例回路の動作をあらわし
た動作波形図であつて、第8図イは正極側コンバ
ータ4の動作を示すもので、トランジスタ41の
電流波形i4が実線で、また平滑リアクトル44を
流れる電流波形i6が破線で描かれている。また第
8図ロは負極側コンバータ5の動作を示すもの
で、トランジスタ51の電流波形i5が実線で、平
滑リアクトル54を流れる電流波形i7が破線で描
かれている。また第8図においては初期状態の動
作波形が左側に、定常状態における動作波形が右
側に図示されている。
8 is an operation waveform diagram showing the operation of the conventional circuit shown in FIG. 6 when there is a difference in conductivity as shown in FIG. 7, and FIG. 8A shows the operation of the positive side converter 4. In the figure, the current waveform i 4 of the transistor 41 is drawn as a solid line, and the current waveform i 6 flowing through the smoothing reactor 44 is drawn as a broken line. FIG. 8B shows the operation of the negative converter 5, in which the current waveform i 5 of the transistor 51 is drawn as a solid line, and the current waveform i 7 flowing through the smoothing reactor 54 is drawn as a broken line. Further, in FIG. 8, the operating waveforms in the initial state are shown on the left, and the operating waveforms in the steady state are shown on the right.

トランジスタ41と51との導通率に第7図に
示すようにΔαの差がある場合の動作を第6図と
第8図にもとづき、以下に説明する。なお説明を
簡単にするために、変圧器45,55それぞれの
1次巻線と2次巻線との巻線比はいずれも1対1
であるものとする。またi4,i5はトランジスタ4
1と51の電流を、i6,i7は平滑リアクトル44,
54の電流をあらわし、I6AとI7Aは平滑リアクト
ル44,54を流れる電流i6,i7の平均値をあら
わしている。
The operation when there is a difference Δα in the conductivity between the transistors 41 and 51 as shown in FIG. 7 will be described below with reference to FIGS. 6 and 8. In order to simplify the explanation, the winding ratio between the primary winding and the secondary winding of each of the transformers 45 and 55 is 1:1.
shall be. Also, i 4 and i 5 are transistors 4
1 and 51, i 6 and i 7 are smoothing reactors 44,
54, and I 6A and I 7A represent the average values of currents i 6 and i 7 flowing through the smoothing reactors 44 and 54, respectively.

入力フイルタコンデンサ2の電圧E2と入力フ
イルタコンデンサ3の電圧E3の電圧が等しく、
トランジスタ41と51の初期電流が等しい場合
を初期状態とすると、第8図の初期状態のところ
で図示のように、それぞれのトランジスタの導通
率が同一でないことから、トランジスタ41の電
流i4による電荷量と、トランジスタ51の電流i5
による電荷量とではΔαに相当する斜線分だけ負
極側コンバータ5の方が多くなる。ここで各部分
の電流は下記の(1)式に示す関係にある。
The voltage E 2 of input filter capacitor 2 and the voltage E 3 of input filter capacitor 3 are equal,
If the initial state is defined as the case where the initial currents of transistors 41 and 51 are equal, as shown in the initial state of FIG. 8, since the conductivity of each transistor is not the same, the amount of charge due to the current i 4 of transistor 41 is and the current i 5 of the transistor 51
The charge amount in the negative side converter 5 is larger by the diagonal line corresponding to Δα. Here, the currents in each part have the relationship shown in equation (1) below.

I1A=I2A+I4A=I3A+I5A ……(1) ただしI1Aは入力電流の平均値、I2Aに入力フイ
ルタコンデンサ2の電流平均値、I3Aは入力フイ
ルタコンデンサ3の電流平均値、I4Aはトランジ
スタ41の電流平均値、I5Aはトランジスタ51
の電流平均値である。
I 1A = I 2A + I 4A = I 3A + I 5A ...(1) However, I 1A is the average value of the input current, I 2A is the average current value of input filter capacitor 2, and I 3A is the average current value of input filter capacitor 3. , I 4A is the average current value of transistor 41, I 5A is the average current value of transistor 51
is the average current value of

前述したようにI4A<I5AであることからI2A>I3A
となることが(1)式から導かれる。このことは入力
フイルタコンデンサ2の充電電荷量が入力フイル
タコンデンサ3のそれよりも大であることを示し
ており、結局第7図に示す導通率の差Δαにより
入力フイルタコンデンサ2の電圧E2の方が電圧
E3よりも高くなり、電圧分担が不平衡になるこ
とを示している。
As mentioned above, since I 4A < I 5A , I 2A > I 3A
This can be derived from equation (1). This shows that the amount of charge in the input filter capacitor 2 is larger than that in the input filter capacitor 3, and as a result, the voltage E 2 of the input filter capacitor 2 is reduced due to the conductivity difference Δα shown in FIG. The voltage is higher
It becomes higher than E 3 , indicating that the voltage sharing becomes unbalanced.

このような初期状態から過渡状態を経て定常状
態におちついたところが第8図の右側に図示され
ている。この定常状態では両入力フイルタコンデ
ンサ2と3の電圧は前述したようにE2>E3であ
つてこの電圧は一定している。よつてこれら入力
フイルタコンデンサ2,3の電流の平均値は下記
の(2)式の関係にある。
The right side of FIG. 8 shows the state from such an initial state through a transient state to a steady state. In this steady state, the voltages of both input filter capacitors 2 and 3 are E 2 >E 3 as described above, and this voltage is constant. Therefore, the average value of the currents of these input filter capacitors 2 and 3 has the relationship expressed by the following equation (2).

I2A=I3A=0 ……(2) この(2)式と(1)式とから(3)式が得られる。 I 2A = I 3A = 0...(2) Equation (3) is obtained from equation (2) and equation (1).

I1A=I4A=I5A ……(3) すなわち定常状態においてはトランジスタ電流
i4とi5それぞれの平均値(第8図定常状態に図示
の斜線部の面積)は等しい。このことから下記の
(4)式の関係が得られる。
I 1A = I 4A = I 5A ...(3) In other words, in steady state, the transistor current
The average values of i 4 and i 5 (the area of the shaded area shown in the steady state in FIG. 8) are equal. From this, the following
The relationship of equation (4) is obtained.

I6A・α1=I7A・α2 ……(4) ここでα1,α2はそれぞれトランジスタ41,5
1の導通率であり、I6Aは平滑リアクトル44の
平均電流すなわち正極側コンバータ4の出力電流
であり、I7Aは平滑リアクトル54の平均電流す
なわち負極側コンバータ5の出力電流である。
I 6A・α 1 = I 7A・α 2 ...(4) Here, α 1 and α 2 are transistors 41 and 5, respectively.
1, I 6A is the average current of the smoothing reactor 44 , that is, the output current of the positive side converter 4 , and I 7A is the average current of the smoothing reactor 54 , that is, the output current of the negative side converter 5 .

正極側コンバータ4の出力容量をW1、負極側
コンバータ5の出力容量をW2とすると、 W1=I6A・E0 ……(5) W2=I7A・E0 ……(6) (4)式、(5)式、(6)式から下記の(7)式が得られる。
If the output capacity of the positive side converter 4 is W 1 and the output capacity of the negative side converter 5 is W 2 , then W 1 = I 6A・E 0 ...(5) W 2 = I 7A・E 0 ...(6) The following equation (7) can be obtained from equations (4), (5), and (6).

W1/W2=I6A・E0/I7A・E0=I6A/I7A=α2
α1……(7) すなわち両コンバータ4と5の出力容量を不平
衡はそれぞれのトランジスタ41と51の導通率
で定まることがわかる。そこで上記の各式を用い
て入力電圧の不平衡を求めると E2/E3=W1/I2A/W2/I3A ……(8) ここでI2A=I3Aなる関係があることから下記の
(9)式が得られる。
W 1 /W 2 =I 6A・E 0 /I 7A・E 0 =I 6A /I 7A2 /
α 1 ...(7) That is, it can be seen that the unbalanced output capacitance of both converters 4 and 5 is determined by the conductivity of the respective transistors 41 and 51. Therefore, when calculating the unbalance of the input voltage using the above formulas, E 2 /E 3 =W 1 /I 2A /W 2 /I 3A ...(8) Here, there is a relationship such that I 2A = I 3A . From below
Equation (9) is obtained.

E2/E3=W1/W2=α2/α1 ……(9) すなわちトランジスタ41と51の導通率がそ
れぞれα1とα2であるならば、入力フイルタコンデ
ンサ2と3の電圧の比E2/E3、ならびに正極側
コンバータ4の出力容量と負極側コンバータ5の
出力容量との比W1/W2はそれぞれα1/α2に反比
例していることがわかる。
E 2 /E 3 = W 1 /W 2 = α 2 / α 1 ...(9) That is, if the conductivity of transistors 41 and 51 is α 1 and α 2 , respectively, then the voltage of input filter capacitors 2 and 3 is It can be seen that the ratio E 2 /E 3 and the ratio W 1 /W 2 between the output capacity of the positive side converter 4 and the output capacity of the negative side converter 5 are inversely proportional to α 12 .

それ故この導通率α1とα2の差が大きいと、入力
フイルタコンデンサ2と3の電圧の不平衡が大と
なり、コンデンンサ電圧の高い方に接続されてい
るDC−DCコンバータに用いられる半導体素子の
電圧責務が厳しくなるので、この電圧不平衡分を
考慮して入力フイルタコンデンサや半導体素子な
らびに周辺機器には高耐圧のものを選定すること
になり、これが装置の大形化や価格の上昇をまね
く欠点がある。さらに導通率の差異に起因して各
DC−DCコンバータの出力容量の不平衡も大とな
り、出力容量が大となる方のDC−DCコンバータ
に使用する各種半導体素子、変圧器、平滑リアク
トルなどは、不平衡がないときに比して大きな電
流容量のものが必要になるばかりでなく発生損失
も大となり、このためにも装置の大形化・高価格
化をもたらす欠点を有する。
Therefore, if the difference between conductivity α 1 and α 2 is large, the voltage imbalance between input filter capacitors 2 and 3 will be large, and the semiconductor element used in the DC-DC converter connected to the capacitor with higher voltage will Since the voltage responsibility of the device becomes stricter, high voltage withstand voltages must be selected for the input filter capacitor, semiconductor elements, and peripheral equipment in consideration of this voltage imbalance, which increases the size and price of the device. There are many shortcomings. Furthermore, due to the difference in conductivity, each
The unbalance of the output capacity of the DC-DC converter also becomes large, and the various semiconductor elements, transformers, smoothing reactors, etc. used in the DC-DC converter with the larger output capacity are compared to when there is no unbalance. Not only does it require a large current capacity, but it also generates large losses, which also has the disadvantage of making the device larger and more expensive.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明は、複数のDC−DCコンバータを直列
接続して使用する場合の入力電圧の不平衡や出力
容量の不平衡を解消できるDC−DCコンバータの
直列運転方式を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a series operation system for DC-DC converters that can eliminate input voltage unbalance and output capacitance unbalance when a plurality of DC-DC converters are connected in series.

〔発明の要点〕[Key points of the invention]

この発明は、入力電圧をコンデンサで分割し、
それぞれのコンデンサDC−DCコンバータの入力
側を並列に接続するとともにその出力側同士を直
列または並列に接続して運転する場合に、上述の
各コンデンサが分担すべき電圧を定めておき、任
意のコンデンサの実際の電圧との間にアンバラン
スを生じたとき、この電圧アンバランスを修正す
る方向に動作する調節信号を発生させ、前記の任
意コンデンサに並列接続されたDC−DCコンバー
タでは自動電圧調整信号に応じて動作する制御パ
ルス発生回路に上述の電圧アンバランスを修正す
る調節信号を加算入力させることにより、当該
DC−DCコンバータの制御パルス幅を制御してそ
のトランジスタの導通率が他のトランジスタの導
通率と同じになるようにして入力コンデンサ電圧
の不平衡やDC−DCコンバータ出力容量の不平衡
を解消しようとするものである。
This invention divides the input voltage with a capacitor,
When operating the input sides of each capacitor DC-DC converter connected in parallel and the output sides connected in series or parallel, the voltage to be shared by each capacitor mentioned above is determined, and any capacitor When an unbalance occurs between the actual voltage of By adding and inputting the adjustment signal for correcting the voltage imbalance mentioned above to the control pulse generation circuit that operates according to the
Control the control pulse width of the DC-DC converter so that the conductivity of that transistor is the same as that of other transistors to eliminate the unbalance of the input capacitor voltage and the unbalance of the DC-DC converter output capacitance. That is.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図は本発明の実施例を示す回路図であつ
て、2組のフオワード形DC−DCコンバータの入
力側を直列に接続し、出力側は並列接続して運転
する場合を示している。すなわち入力フイルタコ
ンデンサ2と3とを直列に接続して直流電源1の
電圧を分割し、トランジスタ41と整流ダイオー
ド42と還流ダイオード43と平滑リアクトル4
4と変圧器45とで構成された正極側コンバータ
4の入力側を入力フイルタコンデンザ2に並列に
接続し、同様にトランジスタ51、整流ダイオー
ド52、還流ダイオード53、平滑リアクトル5
4ならびに変圧器55で構成された負極側コンバ
ータ5の入力側を入力フイルタコンデンサ3に並
列接続するとともに両コンバータ4と5の出力側
は相互に並列接続し、出力コンデンサ6を介して
負荷7に変換された直流電力を供給するようにし
ているのは前述の従来例回路(第6図参照)の場
合と同じである。また出力電圧を設定する電圧設
定器11、出力電圧E0を検出する出力電圧検出
器12、これら設定電圧と検出電圧との偏差を入
力してこの入力偏差を零にする制御信号を出力す
る自動電圧調整器13を備えていることも第6図
に示す従来例回路と同じであるから、これらの動
作についての説明は省略する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, in which the input sides of two sets of forward type DC-DC converters are connected in series, and the output sides are connected in parallel. That is, the input filter capacitors 2 and 3 are connected in series to divide the voltage of the DC power supply 1, and the voltage of the DC power supply 1 is divided by the transistor 41, the rectifier diode 42, the freewheeling diode 43, and the smoothing reactor 4.
4 and a transformer 45, the input side of the positive converter 4 is connected in parallel to the input filter capacitor 2, and similarly a transistor 51, a rectifier diode 52, a freewheeling diode 53, and a smoothing reactor 5 are connected in parallel to the input filter capacitor 2.
4 and a transformer 55 are connected in parallel to the input filter capacitor 3, and the output sides of both converters 4 and 5 are connected in parallel to each other, and are connected to the load 7 via the output capacitor 6. The converted DC power is supplied in the same manner as in the conventional circuit described above (see FIG. 6). There is also a voltage setting device 11 that sets the output voltage, an output voltage detector 12 that detects the output voltage E0 , and an automatic controller that inputs the deviation between these set voltages and the detected voltage and outputs a control signal to make this input deviation zero. Since the provision of the voltage regulator 13 is also the same as the conventional circuit shown in FIG. 6, a description of these operations will be omitted.

本発明においては入力フイルタコンデンサの全
電圧から個々のコンデンサが分担すべき電圧の目
標値を検出する電圧目標値検出器21と、任意の
入力フイルタコンデンサ(第1図に示す実施例回
路では負極側にある符号3なる入力フイルタコン
デンサ)の電圧の実際値を検出する電圧実際値検
出器22を備えていて、この電圧目標値と電圧実
際値との偏差を電圧調節器23に入力させること
により、この電圧調節器23からは入力偏差を零
にする制御信号を出力させ、この制御信号と自動
電圧調整器13からの出力信号とを加算したもの
を任意の、すなわち符号3なる入力フイルタコン
デンサに並列接続されている負極側コンバータ5
の制御パルス信号を発生させる制御パルス発生回
路24に入力させて、負極側コンバータ5のトラ
ンジスタ51の導通率を変化させるようにしてい
る。
In the present invention, a voltage target value detector 21 that detects the target value of the voltage to be shared by each capacitor from the total voltage of the input filter capacitor, and an arbitrary input filter capacitor (in the embodiment circuit shown in FIG. 1, the negative pole side It is equipped with an actual voltage value detector 22 that detects the actual value of the voltage of the input filter capacitor (input filter capacitor 3) located at This voltage regulator 23 outputs a control signal that makes the input deviation zero, and the sum of this control signal and the output signal from the automatic voltage regulator 13 is applied in parallel to an arbitrary input filter capacitor, that is, the input filter capacitor 3. Connected negative side converter 5
The conductivity of the transistor 51 of the negative side converter 5 is changed by inputting the control pulse signal to the control pulse generation circuit 24 that generates the control pulse signal.

すなわち入力フイルタコンデンサ2の電圧は
E2、入力フイルタコンデンサ3の電圧はE3であ
るから全電圧はE2+E3であり、従つてそれぞれ
の入力フイルタコンデンサが分担すべき電圧目標
値は(E2+E3)/2であつて、電圧目標値検出
器21はこの電圧目標値(E2+E3)/2を検出
する。一方電圧実際値検出器22は符号3なる入
力フイルタコンデンサの電圧E3を検出している。
ここでトランジスタ41の導通率α1とトランジス
タ51の導通率α2とには前述の従来例回路での説
明の同様にΔαになる差があつてα2>α1であると
するならば、(9)式からE2>E3となる。すなわち
符号2なる入力フイルタコンデンサの電圧の方が
大となる。かくして電圧目標値検出器21が検出
すると電圧目標値(E2+E3)/2と電圧実際値
検出器22が検出する電圧実際値E3との大小関
係は(10)式となる。
In other words, the voltage of input filter capacitor 2 is
E 2 , and the voltage of input filter capacitor 3 is E 3 , so the total voltage is E 2 + E 3 , so the voltage target value to be shared by each input filter capacitor is (E 2 + E 3 )/2. Then, the voltage target value detector 21 detects this voltage target value (E 2 +E 3 )/2. On the other hand, the voltage actual value detector 22 detects the voltage E 3 of the input filter capacitor, which is denoted by 3.
Here, if it is assumed that there is a difference of Δα between the conductivity α 1 of the transistor 41 and the conductivity α 2 of the transistor 51, which is Δα as explained in the conventional example circuit above, and α 21 , then From equation (9), E 2 > E 3 . In other words, the voltage of the input filter capacitor with code 2 is higher. Thus, when the voltage target value detector 21 detects, the magnitude relationship between the voltage target value (E 2 +E 3 )/2 and the voltage actual value E 3 detected by the voltage actual value detector 22 is expressed by equation (10).

E2+E3/2>E3 ……(10) 電圧調節器23は(10)式の左辺と右辺との偏差を
入力して、この入力偏差を零にする制御信号、す
なわち入力フイルタコンデンサ3の電圧E3を増
大させる方向の電圧−ΔVを発生する。それ故制
御パルス発生回路24に入力する信号は自動電圧
調整器13の出力よりもΔVだけ小となるので、
この制御パルス発生回路24が出力するパルス幅
は、自動電圧調整器13の出力がそのまま入力さ
れるパルス発生回路14から出力されるパルス幅
よりも小となり、従つてトランジスタ41に流れ
る電流波形i4と、トランジスタ51に流れる電流
波形i5とが等しくなる方向に制御され、この両電
流波形i4とi5が等しくなつたとき両入力フイルタ
コンデンサ電圧E2とE3とは等しくなる。両電圧
E2とE3とが等しくなれば電圧調節器23に入力
する偏差は零となり、この電圧調節器23は入力
偏差が零になつた時点における出力を保持しつづ
けることとなる。
E 2 +E 3 /2>E 3 ...(10) The voltage regulator 23 inputs the deviation between the left side and the right side of equation (10) and generates a control signal to make this input deviation zero, that is, the input filter capacitor 3 A voltage -ΔV is generated in a direction that increases the voltage E3 . Therefore, the signal input to the control pulse generation circuit 24 is smaller than the output of the automatic voltage regulator 13 by ΔV, so
The pulse width output by this control pulse generation circuit 24 is smaller than the pulse width output from the pulse generation circuit 14 to which the output of the automatic voltage regulator 13 is input as is, and therefore the current waveform i 4 flowing through the transistor 41 and the current waveform i 5 flowing through the transistor 51 are controlled in the direction that they become equal, and when both current waveforms i 4 and i 5 become equal, both input filter capacitor voltages E 2 and E 3 become equal. both voltages
When E 2 and E 3 become equal, the deviation input to the voltage regulator 23 becomes zero, and the voltage regulator 23 continues to hold the output at the time when the input deviation becomes zero.

上述の動作により制御パルス発生回路24が出
力するパルス幅は短縮されるので、出力電圧E0
はその分だけ減少することになるが、この出力電
圧E0の減少は電圧設定器11が設定する電圧と
の偏差となつて自動電圧調整器13の出力を増大
させることにより、自動的に補償される。
Due to the above operation, the pulse width output by the control pulse generation circuit 24 is shortened, so that the output voltage E 0
will decrease by that amount, but this decrease in the output voltage E 0 becomes a deviation from the voltage set by the voltage setting device 11 and is automatically compensated for by increasing the output of the automatic voltage regulator 13. be done.

第2図は第1図に示す実施例回路における各部
の動作をあらわした動作波形図であつて、第2図
イは自動電圧調整器13の出力を、第2図ロは制
御パルス発生回路24の入力を、第2図ハはパル
ス発生回路14の出力を、第2図ニは制御パルス
発生回路24の出力を、第2図ホはトランジスタ
41を流れる電流波形i4を、第2図ヘはトランジ
スタ51を流れる電流波形i5をそれぞれあらわし
ている。またこの第8図の左側は初期状態での動
作波形を、右側は定常状態での動作波形をそれぞ
れが示している。
FIG. 2 is an operation waveform diagram showing the operation of each part in the embodiment circuit shown in FIG. 1, in which FIG. 2A shows the output of the automatic voltage regulator 13, and FIG. 2C shows the output of the pulse generation circuit 14, FIG. 2D shows the output of the control pulse generation circuit 24, and FIG. 2E shows the current waveform i4 flowing through the transistor 41. represent the current waveform i5 flowing through the transistor 51, respectively. The left side of FIG. 8 shows operating waveforms in an initial state, and the right side shows operating waveforms in a steady state.

この第2図であきらかなように、当初は自動電
圧調整器13からの出力によりパルス発生回路1
4と制御パルス発生回路24はともにαなる幅の
パルス信号を出力するのであるが、ターンオフ時
のストレージ時間のばらつきなどにより、トラン
ジスタ41の導通率はα1に、トランジスタ51の
導通率はα2に増大し、両導通率にはΔαなる差を
生じている。そのためにそれぞれの入力フイルタ
コンデンサ電圧が不平衡となるが、この不平衡分
を電圧調節器23に入力させて、自動電圧調整器
13の出力にこの電圧調整器23の出力である−
ΔVを加算したものを制御パルス発生回路24の
入力とする(第2図ロ参照)ことにより、この制
御パルス発生回路24が出力するパルス幅は、パ
ルス発生回路14が出力するパルスの幅よりΔα
だけ小さくなるのでトランジスタ41と51の導
通率は等しくなり、従つて入力フイルタコンデン
サ2と3の電圧E2とE3との不平衡は解消できる。
なおこのとき出力電圧E0が低下するのを補償す
るべく自動電圧調整器13の出力は初期状態のと
きよりも増大しており、従つてパルス発生回路1
4が出力するパルスの幅は、初期状態におけるパ
ルス幅αよりも大となる。
As is clear from FIG. 2, initially the pulse generation circuit 1
4 and the control pulse generation circuit 24 both output pulse signals with a width of α, but due to variations in storage time at turn-off, etc., the conductivity of the transistor 41 is α 1 and the conductivity of the transistor 51 is α 2 , and a difference of Δα occurs between the two conductivity rates. Therefore, each input filter capacitor voltage becomes unbalanced, but this unbalanced amount is inputted to the voltage regulator 23, and the output of the automatic voltage regulator 13 is the output of this voltage regulator 23.
By inputting the sum of ΔV to the control pulse generation circuit 24 (see FIG. 2B), the pulse width output from the control pulse generation circuit 24 is Δα smaller than the width of the pulse output from the pulse generation circuit 14.
Since the conductivity of transistors 41 and 51 becomes equal, the unbalance between voltages E 2 and E 3 of input filter capacitors 2 and 3 can be eliminated.
At this time, in order to compensate for the decrease in the output voltage E 0 , the output of the automatic voltage regulator 13 is increased compared to the initial state, so that the output of the automatic voltage regulator 13 is increased compared to the initial state.
The width of the pulse outputted by No. 4 is larger than the pulse width α in the initial state.

なお、第1図に示す本発明の実施例回路では、
電圧実際値検出器22を電圧が低下する側の入力
フイルタコンデンサ3に設けてその電圧を検出す
るようにしているが、これとは逆に電圧が上昇す
る符号2なる入力フイルタコンデンサ側に設け、
電圧調節器23の出力を制御パルス発生回路24
の入力信号に加算するような構成にしても同様の
効果を発揮するのはもちろんである。さらに本発
明の実施例回路は2組のDC−DCコンバータの入
力側は直列接続、出力側は並列接続の場合で説明
しているが、より多数のDC−DCコンバータの入
力側を直列接続した場合でも本発明の主旨は適用
できるし、これらコンバータの出力側を直列接続
した場合でも本発明の主旨が適用できる。
In addition, in the embodiment circuit of the present invention shown in FIG.
The voltage actual value detector 22 is provided on the input filter capacitor 3 on the side where the voltage decreases to detect the voltage, but on the contrary, it is provided on the input filter capacitor 3 with the code 2 where the voltage increases.
A pulse generation circuit 24 controls the output of the voltage regulator 23.
Of course, the same effect can be obtained even if the configuration is such that the input signal is added to the input signal. Furthermore, although the example circuit of the present invention has been described with the input sides of two sets of DC-DC converters connected in series and the output sides connected in parallel, it is assumed that the input sides of a larger number of DC-DC converters are connected in series. The gist of the present invention can be applied even when the output sides of these converters are connected in series.

第3図は2石式DC−DCコンバータの一例を示
す回路図であつて、第3図イは2石式フオワード
形DC−DCコンバータを、第3図ロは2石式フラ
イバツク形DC−DCコンバータをそれぞれが示し
ている。
Figure 3 is a circuit diagram showing an example of a two-stone DC-DC converter, where Figure 3A shows a two-stone forward DC-DC converter, and Figure 3B shows a two-stone flyback DC-DC converter. Each shows a converter.

本発明では、この第3図に示す2石式DC−DC
コンバータにも適用できるし、スイツチング素子
としてトランジスタ以外の半導体スイツチ素子た
とえばゲートターンオフサイリスタなどを使用で
きることは勿論である。
In the present invention, the two-stone DC-DC shown in FIG.
It goes without saying that the invention can also be applied to converters, and semiconductor switching elements other than transistors, such as gate turn-off thyristors, can be used as switching elements.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明によれば、入力コンデンサを直列に接
続して直流電圧を分割し、各コンデンサに別個に
DC−DCコンバータの入力側を並列接続するとと
もに、これらコンバータの出力側は相互に並列接
続あるいは直列接続して構成されている装置を運
転するにあたつて、各入力コンデンサの電圧アン
バランスを抑制する方向の電圧調節信号を各DC
−DCコンバータの導通率を制御する信号に加算
することにより各DC−DCコンバータのスイツチ
ング素子の導通率を等しくして入力コンデンサの
電圧アンバランスとDC−DCコンバータの出力容
量アンバランスを解消させることができるので、
このようなアンバランスが存在していた従来の装
置にくらべて、DC−DCコンバータに使用する機
器や半導体素子の耐電圧や電流容量を低減させる
ことができるので、装置の小形化と価格を低減で
きる効果が得られる。
According to this invention, the input capacitors are connected in series to divide the DC voltage, and each capacitor has a separate
When operating a device in which the input sides of DC-DC converters are connected in parallel and the output sides of these converters are connected in parallel or in series, the voltage imbalance of each input capacitor is suppressed. The voltage regulation signal in the direction of each DC
- By adding the conductivity of the DC converter to the control signal, the conductivity of the switching elements of each DC-DC converter is made equal, thereby eliminating the voltage unbalance of the input capacitor and the output capacitance unbalance of the DC-DC converter. Because it is possible to
Compared to conventional equipment that had such an imbalance, it is possible to reduce the withstand voltage and current capacity of the equipment and semiconductor elements used in the DC-DC converter, reducing the size and cost of the equipment. You can get the desired effect.

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

第1図は本発明の実施例を示す回路図であり、
第2図は第1図に示す実施例回路における各部の
動作をあらわした動作波形図、第3図は2石式
DC−DCコンバータの一例の示す回路図である。
第4図はDC−DCコンバータの各種の例を示す回
路図であり、第5図は2組のDC−DCコンバータ
を直列接続する場合の主回路接続図、第6図は2
組のフオワード形DC−DCコンバータをその入力
側で直列接続して運転する従来例を示す回路図、
第7図は第6図に示す従来例回路において制御パ
ルス信号に対するトランジスタの導通率をあらわ
した動作波形図であり、第8図は第7図に示すよ
うな導通率差異があるときに第6図に示す従来例
回路の動作をあらわした動作波形図である。 1……直流電源、2,3……入力フイルタコン
デンサ、4……正極側コンバータ、5……負極側
コンバータ、6……出力コンデンサ、7……負
極、11……電圧設定器、12……出力電圧検出
器、13……自動電圧調整器、14……パルス発
生回路、15,16……ベース駆動回路、21…
…電圧目標値検出器、22……電圧実際値検出
器、23……電圧調節器、24……制御パルス発
生回路、41,51……スイツチング素子として
のトラジンスタ、42,52……整流ダイオー
ド、43,53……還流ダイオード、44,54
……平滑リアクトル、45,55……変圧器。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention,
Fig. 2 is an operation waveform diagram showing the operation of each part in the example circuit shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a two-stone type
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a DC-DC converter.
Fig. 4 is a circuit diagram showing various examples of DC-DC converters, Fig. 5 is a main circuit connection diagram when two sets of DC-DC converters are connected in series, and Fig. 6 is a circuit diagram showing various examples of DC-DC converters.
A circuit diagram showing a conventional example in which a pair of forward type DC-DC converters are connected in series on their input sides and operated.
FIG. 7 is an operation waveform diagram showing the conductivity of the transistor in response to the control pulse signal in the conventional circuit shown in FIG. 6, and FIG. FIG. 2 is an operation waveform diagram showing the operation of the conventional example circuit shown in the figure. 1... DC power supply, 2, 3... Input filter capacitor, 4... Positive pole side converter, 5... Negative pole side converter, 6... Output capacitor, 7... Negative pole, 11... Voltage setting device, 12... Output voltage detector, 13... automatic voltage regulator, 14... pulse generation circuit, 15, 16... base drive circuit, 21...
...Voltage target value detector, 22... Voltage actual value detector, 23... Voltage regulator, 24... Control pulse generation circuit, 41, 51... Trajinster as a switching element, 42, 52... Rectifier diode, 43, 53...freewheeling diode, 44, 54
...Smoothing reactor, 45, 55...Transformer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 複数のコンデンサを直列接続して直流電源に
接続し、スイツチング素子により変圧器1次巻線
に印加される直流電力をオン・オフすることで当
該変圧器の2次巻線から整流素子を介して直流電
力を取出すようにしているDC−DCコンバータの
入力側を前記各コンデンサのそれぞれに別個に並
列に接続するとともに、当該DC−DCコンバータ
の出力側は相互に直列接続あるいは並列接続し、
この出力側電圧を所定値に維持するための自動電
圧調整信号を前記各DC−DCコンバータのスイツ
チング素子に共通に与えてその導通率を調整して
いるDC−DCコンバータの直列運転方式におい
て、前記直列接続コンデンサに印加されている全
電圧から個々のコンデンサが分担すべき電圧目標
値を求め、かつ各コンデンサごとにコンデンサ印
加電圧の実際値を検出し、前記電圧目標値と任意
コンデンサの電圧実際値との偏差を零にする電圧
調節信号を求めて前記自動電圧調整信号に加算
し、前記の任意コンデンサに並列接続されている
DC−DCコンバータのスイツチング素子の導通率
を上記加算結果にもとづいて調節することを特徴
とするDC−DCコンバータの直列運転方式。
1 Multiple capacitors are connected in series and connected to a DC power supply, and a switching element turns on and off the DC power applied to the primary winding of the transformer, thereby transferring power from the secondary winding of the transformer through the rectifying element. The input side of a DC-DC converter configured to extract DC power is connected separately in parallel to each of the capacitors, and the output side of the DC-DC converter is connected in series or in parallel with each other,
In the series operation system of DC-DC converters, the automatic voltage adjustment signal for maintaining the output side voltage at a predetermined value is commonly applied to the switching elements of each of the DC-DC converters to adjust their conductivity. Determine the voltage target value to be shared by each capacitor from the total voltage applied to the series-connected capacitors, detect the actual value of the capacitor applied voltage for each capacitor, and calculate the voltage target value and the voltage actual value of any capacitor. A voltage adjustment signal that makes the deviation from the voltage zero is determined and added to the automatic voltage adjustment signal, and is connected in parallel to the arbitrary capacitor.
A series operation system for a DC-DC converter, characterized in that the conductivity of a switching element of the DC-DC converter is adjusted based on the above addition result.
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