JPH0564445A - Dc−dcコンバータ - Google Patents

Dc−dcコンバータ

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Publication number
JPH0564445A
JPH0564445A JP3246745A JP24674591A JPH0564445A JP H0564445 A JPH0564445 A JP H0564445A JP 3246745 A JP3246745 A JP 3246745A JP 24674591 A JP24674591 A JP 24674591A JP H0564445 A JPH0564445 A JP H0564445A
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JP
Japan
Prior art keywords
switch
diode
circuit
primary coil
parallel
Prior art date
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Pending
Application number
JP3246745A
Other languages
English (en)
Inventor
Akihiko Takita
章彦 滝田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication of JPH0564445A publication Critical patent/JPH0564445A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スイッチングロスが問題とならない小型のD
C−DCコンバータを提供する。 【構成】 トランス1の一次側を駆動回路とし、二次側
を出力回路とし、一次コイル2の一端側には共振コンデ
ンサ5と第1のダイオード12と第1のスイッチ13の並列
共振回路14を直列接続する。一次コイル2と共振並列回
路14の直列回路に第2のダイオード15を並列に接続す
る。第2のダイオード15のカソードと一次コイル2の接
続点に第2のスイッチ16と第3のダイオード18の並列回
路の一端側を接続し、他端側は電源17の正極側を接続
し、電源17の負極は第2のダイオードのアノード側に接
続して接地する。第1のスイッチ13と第2のスイッチ16
にはパルス幅制御回路20から駆動パルスを加え、第2の
スイッチのオン期間を第1のスイッチのオン期間の範囲
内で可変設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング電源等に
使用されるDC−DCコンバータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】スイッチング電源等に使用されるDC−
DCコンバータとして、図3に示す回路が知られてい
る。この回路は、トランス1を有し、このトランス1の
一次コイル2側に電源3とダイオード4と共振コンデン
サ5とスイッチ6を備えて駆動回路とし、二次コイル7
側にはダイオード8,9と、チョークコイル10と、コン
デンサ11とを備えて出力回路としたものである。
【0003】このDC−DCコンバータはスイッチ6の
オン時に出力回路に電圧が発生するフォワードタイプの
もので、スイッチ6のオン・オフ動作を周波数制御によ
って行い、スイッチ6のオン・オフの時間幅を変化させ
ることにより出力回路の出力電圧が制御されるものであ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
DC−DCコンバータは、スイッチ6のオン・オフ動作
を周波数制御によって行う方式であるため、回路設計を
行う際には、トランス1やチョークコイル10を周波数制
御範囲の中でいちばん低い周波数に合わせて設計しなけ
ればならないので(周波数が低いほどトランスやチョー
クコイルに流れる電流が大きくなるので、コアを通る磁
束密度が飽和しないように流れる電流が大きい方の周波
数に合わせて回路条件を設計する)、装置が大型化して
しまうという問題がある。
【0005】このような問題を解消するためには、スイ
ッチ動作をパルス幅制御により制御する方式が考えられ
る。しかし、このパルス幅制御方式を採用する場合に
は、図4に示すように、スイッチの両端にかかる電圧波
形の周期T0 を一定にし、スイッチをオフさせる時点t
F をスイッチの両端にかかる電圧波形の立ち上がり時点
に固定し、スイッチをオンさせるtS のタイミングを制
御してスイッチオンのパルス幅tON(tS 〜tF の区
間)を制御することにより行われるが、このパルス幅を
大きくすると、図4に示される如く、スイッチに印加さ
れている電圧波形が零にならない位置でスイッチオンさ
れてしまうため、スイッチオン時に電力損失が発生し、
特に、高い周波数でスイッチングを行うときにはこのロ
スが無視できないほど大きくなってしまうという問題が
生じる。
【0006】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、装置の小型化を達成するこ
とができ、しかも、スイッチオン時に電力損失を生じさ
せることがない高性能のDC−DCコンバータを提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、トランスの一次側を駆動回路とし、トランスの
二次側を出力回路としたDC−DCコンバータであっ
て、トランスの一次コイルの一端と電源の間に第1のス
イッチが直列に接続され、トランスの一次コイルの他端
と電源の間に第2のスイッチが直列に接続され、一次コ
イルと第1のスイッチの直列回路に第2のダイオードが
並列に接続され、第1のスイッチと並列に第1のダイオ
ードと共振コンデンサが接続され、第2のスイッチと並
列に第3のダイオードが接続されるとともに、前記第1
のダイオードと第2のダイオードと第3のダイオードは
電源に対して逆向き極性となっていることを特徴として
構成されている。
【0008】
【作用】上記構成の本発明において、第1のスイッチと
第2のスイッチがともにオンされているときには、電源
側から第2のスイッチを通りトランスの一次コイルを経
て第1のスイッチ側に電流が流れ、この第1のスイッチ
側に流れる電流は直線的に増加していく。第1のスイッ
チがオンしている状態で第2のスイッチをオフすると、
一次コイルに逆起電力が発生し、一次コイルから第1の
スイッチと第2のダイオードを通って一次コイルに戻る
閉ループで定電流が流れ、一次コイルに電磁エネルギが
蓄積される。
【0009】この状態で、第1のスイッチがオフする
と、前記閉ループを還流していた電流は共振コンデンサ
側へ流れて一次コイルのインダクタンスと共振コンデン
サによる共振動作により第1のスイッチの両端電圧は徐
々に上昇しながら一次コイル側の電磁エネルギが共振コ
ンデンサ側に移されるが、全ての電磁エネルギが移され
たときに、今度は共振コンデンサ側に蓄えられたエネル
ギは一次コイルから第3のダイオードを通って電源に全
て回生される。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1には本発明に係るDC−DCコンバータの一
実施例の回路構成が示されている。同図において、トラ
ンス1の一次コイル2の一端側には共振コンデンサ5と
第1のダイオード12とトランジスタやMOS FET等
のスイッチ素子によって構成される第1のスイッチ13と
の共振並列回路14が直列に接続されており、第1のダイ
オード12のカソード側は一次コイル2側の向きとなって
いる。そして、一次コイル2と共振並列回路14の直列回
路には第2のダイオード15がカソード側を一次コイル側
にして並列に接続されている。
【0011】この第2のダイオード15のカソードと一次
コイル2の接続点には第1のスイッチと同様なスイッチ
素子で構成される第2のスイッチ16の一端側が接続され
ており、第2のスイッチ16の他端側には電源17の正極側
が接続されており、電源17の負極側は前記第2のダイオ
ード15のアノード側に接続されている。また、電源17の
負極側は接地されており、前記第2のスイッチ16には第
3のダイオード18がカソード側を電源17側にして並列に
接続されている。これらトランス1の一次側は駆動回路
として機能している。
【0012】一方、トランス1の二次コイル7側には従
来の図3と同様にダイオード8,9とチョークコイル10
とコンデンサ11を有して出力回路となっている。
【0013】この実施例では駆動回路側にパルス幅制御
回路20が設けられており、このパルス幅制御回路20から
第1のスイッチ13へは図2の(a)に示す駆動パルスが
加えられており、同様に、第2のスイッチ16へは図2の
(b)に示す駆動パルスが加えられている。本実施例で
は、第1のスイッチ13に加える駆動パルスのパルス幅は
固定的に設定されており、第2のスイッチ16に加える駆
動パルスのパルス幅(パルスのオフの位置)は可変とな
っている。
【0014】この実施例は上記のように構成されてお
り、次にその回路動作を図2に示すタイムチャートに基
づき説明する。まず、t1 の時点では、第1のスイッチ
13と第2のスイッチ16はともにオンされており、電源17
からは第2のスイッチ16から一次コイル2および第1の
スイッチ13を通って電流が流れ、第1のスイッチ13に流
れる電流(一次コイル2に流れる電流IN )は図2の
(d)に示すように直線的に増加していき、一次コイル
2には電磁エネルギが蓄えられる。また、このとき、同
図の(h)に示すように、トランス1の二次コイル7側
には正の電圧が発生しているのでダイオード8が導通
し、図示されていない負荷側へ電力が供給され、フォワ
ードタイプとして動作する。
【0015】t2 の時点で、第2のスイッチ16がオフさ
れると、一次コイル2に逆起電力が発生し、一次コイル
2から第1のスイッチ13と第2のダイオード15を順に通
って一次コイル2に戻る閉ループに定電流が流れる。こ
の閉ループの等価回路中にはほとんど抵抗成分がないの
で、一次コイル2に蓄えられる電磁エネルギは損失なく
保存される。次にt3 の時点で第1のスイッチ13がオフ
されると、一次コイル2の両端間の電圧は零になり、出
力回路側への電力供給は零となる。
【0016】このt3 の時点で、第1のスイッチ13がオ
フすることにより、t2 〜t3 間に閉ループで還流して
いた電流は共振コンデンサ5側へ転流し、一次コイル2
のインダクタンスと共振コンデンサ5の共振により、第
1のスイッチ13の両端電圧VS (図2の(c))は共振
カーブに沿って上昇し始め、t4 の時点でVS はピーク
に達し、一次コイル2側に蓄えられていた電磁エネルギ
は全て共振コンデンサ5側に移動完了する。
【0017】そうすると、t4 〜t5 の区間で、共振コ
ンデンサ5に蓄えられたエネルギは一次コイル2から第
3のダイオード18を通って電源17に回生され、第1のス
イッチ13の両端電圧VS は共振カーブに沿って徐々に低
下し、VS が零となるt5 からt1 の区間で、第1のダ
イオード12が導通し、第1のダイオード12から一次コイ
ル2および第3のダイオード13を通って電源17に負の電
流が流れる。そして、t1 の時点で最初の説明の動作に
戻り、以下、前記した動作が繰り返し行われるのであ
る。
【0018】本実施例では、トランス1の一次側から二
次側の負荷へ供給されるエネルギを除いては全て電源17
側に回生されるので、エネルギの損失を生じることがな
く、効率の良い回路動作が可能となる。
【0019】また、第1のスイッチ13はこのスイッチ両
端間の電圧が零のときにオンするので、ゼロクロススイ
ッチング(スイッチ両端電圧が零の状態でスイッチオン
する動作)が可能となり、スイッチ13のオン動作時にス
イッチングロスを発生するということがなく、特に、高
周波数でのスイッチング動作を行う上で非常に好都合と
なる。
【0020】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では第2のスイッチ16のオン時を第1のスイッチ
13のオン時点に一致させているが、第2のスイッチ16の
オン時点を第1のスイッチ13のオン時点よりもやや手前
側にしてもよい。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、パルス幅制御によりス
イッチ動作を行わせるとき、スイッチ両端間の電圧が零
の状態でスイッチのオン動作を行わせることができるの
で、スイッチング動作時のロスを発生させることがな
く、高周波数でのスイッチング動作においてもスイッチ
ングロスが問題とならない高性能のDC−DCコンバー
タの提供が可能となる。
【0022】また、第1のスイッチのオン期間の範囲内
で第2のスイッチのオン期間、つまり、オフのタイミン
グを任意に可変制御して出力回路側に加える電圧を制御
することができ、その制御範囲を広く取ることが可能と
なる。
【0023】さらに、従来の周波数制御の電圧共振方式
のDC−DCコンバータに比べ、トランスやチョークコ
イルの小型化が可能になるので、装置の大幅な小型化が
可能となり、パルス幅制御を行うコントロールICも特
殊な仕様とする必要がなく、既存のもので十分対応で
き、本発明への回路変更が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るDC−DCコンバータの一実施例
を示す回路図である。
【図2】同実施例における回路動作時の各部の波形を示
すタイムチャートである。
【図3】従来の周波数制御方式のDC−DCコンバータ
の回路図である。
【図4】従来のDC−DCコンバータをパルス幅制御方
式とした場合に生じる不具合状態の説明図である。
【符号の説明】
1 トランス 2 一次コイル 3,17 電源 5 共振コンデンサ 7 二次コイル 12 第1のダイオード 13 第1のスイッチ 15 第2のダイオード 16 第2のスイッチ 18 第3のダイオード

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トランスの一次側を駆動回路とし、トラ
    ンスの二次側を出力回路としたDC−DCコンバータで
    あって、トランスの一次コイルの一端と電源の間に第1
    のスイッチが直列に接続され、トランスの一次コイルの
    他端と電源の間に第2のスイッチが直列に接続され、一
    次コイルと第1のスイッチの直列回路に第2のダイオー
    ドが並列に接続され、第1のスイッチと並列に第1のダ
    イオードと共振コンデンサが接続され、第2のスイッチ
    と並列に第3のダイオードが接続されるとともに、前記
    第1のダイオードと第2のダイオードと第3のダイオー
    ドは電源に対して逆向き極性となっているDC−DCコ
    ンバータ。
JP3246745A 1991-08-30 1991-08-30 Dc−dcコンバータ Pending JPH0564445A (ja)

Priority Applications (1)

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JP3246745A JPH0564445A (ja) 1991-08-30 1991-08-30 Dc−dcコンバータ

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JP3246745A JPH0564445A (ja) 1991-08-30 1991-08-30 Dc−dcコンバータ

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ID=17153027

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JP3246745A Pending JPH0564445A (ja) 1991-08-30 1991-08-30 Dc−dcコンバータ

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JP (1) JPH0564445A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016111749A (ja) * 2014-12-03 2016-06-20 株式会社リコー 電源装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016111749A (ja) * 2014-12-03 2016-06-20 株式会社リコー 電源装置

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