JPH0537668Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〓産業上の利用分野〓 この考案は、昇圧用および降圧用として共通に
使用することができるDC−DCコンバータに関す
るものである。

〓考案の概要〓 トランス昇圧式のDC−DCコンバータに於て、
トランスの二次巻線の接地側端子をフライホイー
ルダイオードを介して接地するとともにスイツチ
ング素子を介して一次巻線の接地側でない端子に
接続し、昇圧動作の際には出力電圧として入力電
圧にトランスの二次電圧（を整流したもの）が重
畳された電圧が得られるようにし、また、降圧動
作の際にはトランスの二次巻線が単なるインダク
タンスとして動作するようにしたことにより、小
型、高効率、低ノイズを実現したものである。

〓従来の技術〓 従来、第４図に示されるようなDC−DCコンバ
ータが知られている。

同図に於て、１は入力電圧端子、２は出力電圧
端子、３はトランス、４はスイツチング素子、５
および６は２次側整流回路を構成するダイオード
およびコンデンサ、また、７および８はサージ電
圧抑制回路を構成するコンデンサおよび抵抗であ
る。

第５図は、トランス３の巻線比Ns／Np＝４／
３（サフイツクスｐおよびｓはそれぞれトランス
３の一次側および二次側を表す、以下同じ）とし
たときの各部の電圧電流波形を示したものであ
り、同図を参照しながらその動作について説明す
る。

いま、入力電圧端子１に直流電圧Viが入力さ
れ、スイツチング素子（トランジスタ）４のベー
スに短形波の電圧Vbが入力されると、スイツチ
ング素子４がオンの期間にVcがほぼ接地電位と
なり一次電流ｐは ｄｐ／dt＝Vi／Lp のように直線的に上昇する。このときに二次電流
ｓは、ダイオード５が逆極性となり阻止されて
いる。

次いで、スイツチング素子４がオフすると一次
電流ｐがゼロになるが一次側リアクタンスLp
により誘起電圧Vp（≒Vi）が発生し、これによ
り二次電圧Vsも正となりダイオード５を介して
出力電圧端子２に電力が供給される。

この場合、スイツチングデユーテイを50％とす
ると理想状態で入力電圧の３分の１の電圧分をス
テツプアツプすることができる。

ところが、このようなものに於ては、二次電圧
Vsを高くするために一次電流ｐを二次電流
ｓよりも多く供給する必要があり、このため負荷
電流よりかなり大きなピークを持つ電流をスイツ
チングするため、トランス３やスイツチング素子
４等の部品が大型となり変換効率が低いうえ強力
なノイズ源となり、しかも昇圧用としてしか使用
することができないという欠点があつた。

〓考案が解決しようとする問題点〓 この考案の目的は、上記従来装置の欠点を改良
することであり、小型で変換効率が高くかつ低ノ
イズであり昇圧用および降圧用として共通に使用
することができるDC−DCコンバータを提供する
ことである。

〓問題点を解決するための手段〓 上記の目的を達成するため、この考案のDC−
DCコンバータは、一次巻線および二次巻線を有
するトランスと、一次巻線の接地側端子とアース
との間に接続された第１のスイツチング素子と、
二次巻線に接続された整流回路と、二次巻線の接
地側端子とアースとの間に逆極性に接続されたフ
ライホイールダイオードと、二次巻線の接地側端
子と一次巻線の接地側でない端子との間に接続さ
れた第２のスイツチング素子とを備えている。

〓作用〓 昇圧動作の際には第２のスイツチング素子を導
通させた状態で第１のスイツチング素子を断続さ
せることにより、出力電圧として入力電圧にトラ
ンスの二次電圧（を整流したもの）が重畳された
電圧が得られるから、DC−DCコンバータに於て
はステツプアツプした分だけの電圧を発生させれ
ばよく扱う電力が著しく減少する。また、降圧動
作の際には第１のスイツチング素子を非導通にさ
せた状態で第２のスイツチング素子を断続させる
ことにより、トランスの二次巻線が単なるインダ
クタンスとして動作し、出力端子にはスイツチン
グデユーテイに応じた電圧が出力される。

〓実施例〓 この考案をリンギングチヨークコンバータに用
いた実施例について、第１図を参照しながら説明
する。

第４図に示された従来装置と異なるところは、
二次巻線の接地側端子とアースとの間にフライホ
イールダイオード９が逆極性に接続されている
点、二次巻線の接地側端子と一次巻線の接地側で
ない端子との間がスイツチング素子10により接続
されている点およびトランス３の巻線比Ns／Np
＝１／３になつている点であり、その他の部分は
すべて同一の構成を備えている。

第２図はその昇圧動作の際の各部の電圧電流波
形を示したものであり、まず、その昇圧動作につ
いて、第５図に示された従来装置のものと比較し
ながら説明する。

昇圧動作の際には、スイツチング素子10は導通
状態に保たれる。

スイツチング素子４がオンの期間に従来装置の
約１／４の一次電流ｐが流れ、次いでスイツチ
ング素子４がオフになると一次側の誘起電圧Vp
（≒Vi）により二次電圧Vs（＝Vp×Ns／Np＝
Vp／３）が発生する。

出力電圧Voは入力電圧Viに二次電圧Vs（を整
流した電圧）が重畳されるから、従来装置と同じ
く入力電圧Viが約４／３倍にステツプアツプさ
れて出力される。

DC−DCコンバータに於て発生させている電圧
はステツプアツプさせたVi／３だけであるから、
二次電流ｓが従来装置と同一であるとすれば、
従来装置と同１のステツプアツプを行なうために
その１／４の電力を扱つていることとなる。

第３図は、その降圧動作の際の各部の電圧電流
波形を示したものであり、同図を参照しながらそ
の降圧動作について説明する。

降圧動作の際には、スイツチング素子４は非導
通状態に保たれ、トランス３の二次巻線は単なる
インダクタンスとして動作する。

いまスイツチング素子10がオンすると、スイツ
チング素子10、トランス３の二次巻線およびダイ
オード５を介して出力端子２またはコンデンサ６
に電流ａが流れる。この電流ａは、トランス
３の二次巻線のインダクタンスLsおよびダイオ
ード５以降の入力インピーダンスＺにより定まる
時定数で増加する。

次いで、スイツチング素子10がオフすると、イ
ンダクタンスLsに蓄えられたエネルギーにより
フライホイールダイオード９を通して、インダク
タンスLsおよびインピーダンスＺにより定まる
時定数で減少する電流ｄが流れ続ける。

これにより、トランス３の二次巻線およびダイ
オード５には電流ａ＋ｄが流れ、出力端子に
は電圧Voが得られる。この出力電圧Voの値は、
スイツチング素子10のスイツチングデユーテイを
変更することにより適宜制御することができる。

なお、上記実施例はリンギングチヨークコイバ
ータに用いたものについて説明したが、これに限
られるものではなく、フオワード型やプツシユプ
ルなど他のタイプのコンバータにも使用すること
ができる。

また、スイツチング素子およびダイオードの極
性を変更することにより負極性の電源にも使用す
ることができるものである。

〓考案の効果〓 以上説明したように、この考案のDC−DCコン
バータは、昇圧動作の際には、従来装置と同一
のステツプアツプを行なうためにはるかに少い電
力を扱うだけでよいからトランスのコアサイズを
著しく小さくすることができ損失が小さくなり、
一次電流が小さくなることによりスイツチング
素子を小型にすることができ、スイツチングス
ピードの速い素子を使用することができるから損
失を一段と小さくすることができ、また、ピー
ク電圧が小さいためサージのエネルギーや波高値
も小さくなりノイズが低減されるとともにノイ
ズ抑圧回路に於ける損失を小さくすることができ
るから部品を小型化することができ、さらに、降
圧動作の際には、トランスの巻線をインダクタ
ンスとして使用するからコア等の部品を別個に設
ける必要がなく、また、チヨツパー方式である
ため変換効率が高いという数多くの独特の作用効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図…この考案の実施例の回路図、第２図…
その昇圧動作の際の回路動作を説明するための電
圧および電流波形図、第３図…その降圧動作の際
の回路動作を説明するための電圧および電流波形
図、第４図…従来装置の回路図、第５図…その回
路動作を説明するための電圧および電流波形図。 １……入力電圧端子、２……出力電圧端子、３
……トランス、４……スイツチング素子、５，６
……整流回路、７，８……サージ電圧抑制回路、
９……フライホイールダイオード、１０……スイ
ツチング素子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 一次巻線および二次巻線を有するトランスと、
   一次巻線の接地側端子とアースとの間に接続され
   た第１のスイツチング素子と、二次巻線に接続さ
   れた整流回路と、二次巻線の接地側端子とアース
   との間に逆極性に接続されたフライホイールダイ
   オードと、二次巻線の接地側端子と一次巻線の接
   地側でない端子との間に接続された第２のスイツ
   チング素子とを備え、昇圧動作の際には第２のス
   イツチング素子を導通させた状態で第１のスイツ
   チング素子を断続させ、また、降圧動作の際には
   第１のスイツチング素子を非導通にさせた状態で
   第２のスイツチング素子を断続させることを特徴
   とするDC−DCコンバータ。