JPH08251914A - 昇圧電源装置 - Google Patents

昇圧電源装置

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JPH08251914A
JPH08251914A JP7074895A JP7074895A JPH08251914A JP H08251914 A JPH08251914 A JP H08251914A JP 7074895 A JP7074895 A JP 7074895A JP 7074895 A JP7074895 A JP 7074895A JP H08251914 A JPH08251914 A JP H08251914A
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JP
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circuit
power supply
current
diode
capacitor
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JP7074895A
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Koichi Morita
浩一 森田
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Sanken Electric Co Ltd
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Sanken Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 昇圧電源装置の整流ダイオードに少数キャリ
アの蓄積効果に基づく逆方向電流が流れることを防ぐ。 【構成】 直流電源Eの一端と他端との間に第1及び第
2のトランジスタQ1 、Q2 の直列回路を接続する。直
流電源Eと第1及び第2のトランジスタQ1 、Q2 の接
続中点との間に第1のインダクタンスコイルL1 と第1
のコンデンサC1の直列回路を接続する。第1のインダ
クタンスコイルL1 と第1のコンデンサC1 の接続中点
と出力端子との間に第2のインダクタンスコイルL2 と
ダイオードD1 の直列回路を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インダクタンス素子を
含む昇圧電源装置即ち昇圧コンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の典型的な昇圧コンバータは、図1
に示すように直流電源Eの一端と他端との間に接続され
たインダクタンスコイルLとスイッチQの直列回路と、
スイッチQに対してダイオードDを介して並列に接続さ
れたコンデンサCと、スイッチQをオン・オフ制御する
ための制御回路1とから成り、スイッチQのオン時にイ
ンダクタンスコイルLにエネルギーを蓄積し、スイッチ
Qのオフ時に電源Eの電圧とインダクタンスコイルLの
電圧との和の電圧をコンデンサCに供給し、コンデンサ
Cの電圧を負荷2に供給するように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ダイオード
Dの電流Id は図2に示すように流れ、スイッチQのオ
フからオンへの転換によってダイオードDが順方向バイ
アスから逆方向バイアスに転換した時に、少数キャリア
の蓄積効果のために逆方向電流が流れ、これが電力損失
になるのみでなく、ノイズとなる。
【0004】そこで、本発明の目的はダイオードの逆方
向電流を阻止することができる昇圧電源装置を提供する
ことにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、実施例を示す図面の符号を参照して説明す
ると、直流電源Eの一端と他端との間に接続された第1
及び第2のスイッチQ1 、Q2 の直列回路と、前記第1
及び第2のスイッチQ1 、Q2 を交互にオン・オフ制御
するスイッチ制御回路11と、その一端が前記直流電源
の一端に接続されたインダクタンス素子L1 と、前記イ
ンダクタンス素子L1 の他端と前記第1及び第2のスイ
ッチQ1 、Q2 の接続点との間に接続されたコンデンサ
C1 と、前記インダクタンス素子L1 の他端と直流出力
端子との間に接続されたダイオードD1 とを備えた昇圧
電源装置に係わるものである。
【0006】
【発明の作用及び効果】各請求項の発明によれば、整流
ダイオードに少数キャリアの蓄積効果に基づく逆方向電
流が流れなくなり、これによる電力損失及びノイズを防
ぐことができる。
【0007】
【第1の実施例】次に、図3及び図4を参照して第1の
実施例の昇圧電源装置を説明する。図3において、直流
電源Eの一端と他端との間に絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタ(FET)から成る第1及び第2のトランジス
タQ1 、Q2 の直列回路が接続されている。第1及び第
2のトランジスタQ1 、Q2 は第1及び第2のスイッチ
S1 、S2 の他にこれに逆並列に接続されたダイオード
Da 、Db を内蔵し、更に浮遊容量から成るキャパシタ
ンスCa 、Cb を有する。第1及び第2のスイッチS1
、S2 のゲートには制御回路11から図5(A)、
(B)に示すようにゲート信号Vg1、Vg2がデッドタイ
ムを有して交互に印加される。直流電源Eの一端には第
1のインダクタンス素子としての入力段インダクタンス
コイルL1 の一端が接続されている。この第1のインダ
クタンスコイルL1 の他端と第1及び第2のトランジス
タQ1 、Q2 の接続点との間に共振用の第1のコンデン
サC1 が接続されている。第2のインダクタンスコイル
L2 の一端は第1のインダクタンスコイルL1 の他端に
接続されている。ダイオードD1 は第2のインダクタン
スコイルL2 に直列に接続されている。出力用の第2の
コンデンサC2 の一端はダイオードD1 のカソードに接
続され、他端は電源Eの他端に接続されている。負荷1
2は出力コンデンサC2 に並列に接続されている。な
お、第2のコンデンサC2 と負荷12を合せて負荷回路
と考えることができる。また、第2のコンデンサC2 又
は負荷12の上側端子がこの電源装置の直流出力端子と
なる。
【0008】制御回路11は負荷12の電圧を一定に制
御するために負荷12の両端に接続された電圧検出用抵
抗13、14と、基準電圧源15と誤差増幅器16と三
角波発生回路17とコンパレータ18とから成る周知の
PWMパルス形成回路の他に、第1及び第2の遅延回路
19、20とNORゲート21とを有する。コンパレー
タ18からは図4(A)に示すPWMパルスが発生す
る。第1及び第2の遅延回路19、20は図4(A)の
PWMパルスを時間Td だけ順次に遅延させる。NOR
ゲート21はコンパレータ18の出力と第2の遅延回路
20の出力を入力として図4(D)のパルスを発生す
る。図4(B)の第1の遅延回路19の出力パルスが第
1のトランジスタQ1 のゲート信号Vg1となり、図4
(D)のNORゲート21の出力パルスが第2のトラン
ジスタQ2 のゲート信号Vg2となる。なお、制御回路1
1は図3に示す回路に限定されるものではなく、種々変
形可能である。
【0009】
【動作】次に、図3の各部の状態を示す図5を参照して
この昇圧電源装置の動作を説明する。なお、この説明に
おいて、電流経路は回路素子の符号を列記することによ
って示されている。図5のt0 〜t1 区間M1 では、第
2のトランジスタQ2 即ち第2のスイッチS2 がオン、
第1のトランジスタQ1 即ち第1のスイッチS1 はオフ
である。従って、この区間M1 ではE−L1 −C1 −S
2 の閉回路で図5(D)に示す第2のトランジスタQ2
の電流Iq2が流れ、インダクタンスコイルL1 及び第1
のコンデンサC1 が充電される。この区間M1 はt1 で
第2のトランジスタQ2 がオフ制御された時に終了す
る。
【0010】t1 〜t2 のデッドタイム区間M2 では、
第2のスイッチS2 のオフにより、キャパシタンスCb
が充電され、第2のトランジスタQ2 の電圧Vq2が図5
(C)に示すように徐々に高くなり、第1のトランジス
タQ1 の電圧は逆に徐々に低くなる。これにより、第1
及び第2のトランジスタQ1 、Q2 のソフトスイッチン
グ即ちゼロボルトスイッチングが可能になる。
【0011】第1のトランジスタQ1 はt2 時点でオン
制御されている。しかし、直ちに第1のスイッチS1 を
通って正方向の電流は流れない。t2 時点で第2のトラ
ンジスタQ2 のキャパシタンスCb が電源Eの電圧より
も高くなると、第1のトランジスタQ1 の内蔵ダイオー
ドDa が順バイアスされてオンになり、t2 〜t3 の区
間M3 では、L1 −C1 −Da の閉回路で図5(E)に
示す逆方向電流が流れる。
【0012】t3 で第1のトランジスタQ1 の逆方向電
流がゼロになった後のt3 〜t4 の区間M4 及びt4 〜
t5 の区間M5 では、E−S1 −C1 −L2 −D1 −C
2 の第1の閉回路に図5(E)で示す電流Iq1が流れ
る。出力電流はコンデンサC2と負荷12のいずれか一
方又は両方に流れるが、説明を簡単にするためにここで
はコンデンサC2 を流れるものとする。この電流Iq1は
第1のコンデンサC1 と第2のインダクタンスコイルL
2 との共振電流であり、正弦波状に流れる。この区間M
4 では、E−L1 −L2 −D1 −C2 の第2の閉回路も
形成されている。従って、ダイオードD1 の電流Id1は
2つの閉回路電流の合成となる。なお、t3 時点におい
ては第1のトランジスタQ1 の電圧Vq1はほぼゼロであ
るので、ターンオン時のソフトスイッチングが達成され
る。
【0013】t5 時点で第1のトランジスタQ1 がオフ
制御されると、第1のトランジスタQ1 のキャパシタン
スCa の充電がE−Ca −C1 −L2 −D1 −C2 の回
路で始まり、この電圧が徐々に高くなり、逆に第2のト
ランジスタQ2 のキャパシタンスCb の放電がCb −C
1 −L1 −E又はCb −C1 −L2 −D1 −C2 の回路
で生じ、このトランジスタQ2 の電圧Vq2は徐々に低く
なる。これにより、第1及び第2のトランジスタQ1 、
Q2 ソフトスイッチングが達成される。なお、このt5
〜t6 の区間M6 においてはE−L1 −L2 −D1 −C
2 の回路の電流も流れている。
【0014】t6 時点で第2のトランジスタQ2 がオン
制御される。しかし、直ちにこの正方向電流は流れな
い。t6 時点でダイオードDb が順バイアス状態になる
と、t6 〜t7 区間M7 でC1 −L1 −E−Db 又はC
1 −L1 −D1 −C2 −Db の回路で図5(D)に示す
負方向電流が流れる。なお、この区間M7 においてもE
−L1 −L2 −D1 −C2 の回路に電流が流れ続けてい
る。
【0015】t7 〜t8 区間M8 になると、E−L1 −
C1 −S2 の閉回路に電流が流れると共に、E−L1 −
L2 −D1 −C2 の閉回路にも電流が流れる。この区間
M8が終了すると再び区間M1 〜M8 と同一の動作が繰
返される。
【0016】図3の回路ではダイオードD1 の電流Id1
の波形が図4(F)に示すように正弦波になり、逆方向
電流(リカバリー電流)は流れない。従って、ダイオー
ドD1 の逆方向電流に基づく電力損失及びノイズの問題
が生じない。なお、この実施例では、オン・オフ周期T
は一定であり、第1のトランジスタQ1 のデューティ比
D=T1 /T、第2のトランジスタQ2 のデューティ比
1−DはインダクタンスコイルL1 の働きで昇圧された
出力電圧即ち第2のコンデンサC2 の電圧を一定にする
ように制御される。
【0017】
【第2の実施例】次に、図6および図7を参照して第2
の実施例を説明する。但し、第2の実施例を示す図6及
び図7及びこの他の実施例を示す図8〜図23において
図2及び図3及び実施例の相互間において実質的に同一
の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図
6の昇圧電源装置は、第1のトランジスタQ1 のドレイ
ンを第2のコンデンサC2 の上端即ち直流出力端子に接
続変更した他は図3と同一に構成したものである。
【0018】図7は図6の各部の状態を示す波形図であ
る。図7の波形は図7(G)のコンデンサC1 の電圧V
c1のゼロ点の位置が変更されている他は図5と同一であ
る。次に、図7の各区間の電流経路を示す。
【0019】区間M1 においては第2のトランジスタQ
2 がオンしているので、E−L1 −C1 −S1 の閉回路
で第1のインダクタンスコイルL1 と第1のコンデンサ
C1が充電される。
【0020】区間M2 においては、第1及び第2のトラ
ンジスタQ1 、Q2 がオフであるので、E−L1 −C1
−Cb の閉回路でキャパシタンスCb が充電され、第2
のトランジスタQ2 の電圧Vq2は図7(C)に示すよう
に徐々に高くなる。また、Ca −C2 −E−L1 −C1
の閉回路でキャパシタンスCa の放電が生じ、第1のト
ランジスタQ1 の電圧が徐々に低下する。これにより、
第1及び第2のトランジスタQ1 、Q2 のソフトスイッ
チングが可能になる。
【0021】区間M3 ではE−L1 −C1 −Da−C2
の逆電流が流れる。t3 時点で逆電流がゼロになった後
のM4 及びM5 区間ではE−L1 −L2 −D1 −C2 の
回路で電流が流れると共に、C1 −L2 −D1 −S1 の
回路でC1 L2 の共振電流が図7(E)に示すように正
弦波で流れる。
【0022】t5 時点で第1のトランジスタQがオフに
なった後のM6 区間では、L2 −D1 −Ca −C1 でキ
ャパシタンスCa が充電されて第1のトランジスタQ1
の両端電圧が徐々に高くなる。他方、Cb −C1 −L1
−Eの回路又はCb −C1 −L2 −D1 −C2 の回路で
キャパシタンスCb の放電が生じ、この電圧即ち第2の
トランジスタQ2 の電圧Vq2が図7(C)に示すように
徐々に低くなり、第1及び第2のトランジスタQ1 、Q
2 のソフトスイッチングが達成される。
【0023】M7 区間では、L2 −D1 −C2 −Db −
C1 の閉回路に電流が流れると共に、E−L1 −L2 −
D1 −C2 の閉回路にも電流が流れる。逆方向電流がゼ
ロになるt7 の次の区間M8 ではE−L1 −C1 −S2
の回路で第1のインダクタンスコイルL1 と第1のコン
デンサC1 の充電が開始する。また、E−L1 −L2−
D1 −C2 の回路で流れる第1のダイオードD1 の電流
Id1はt8 時点でゼロになる。
【0024】図6の回路によっても第1のダイオードD
1 に逆方向電流が流れないので第1の実施例と同一の作
用効果が得られる。
【0025】
【第3の実施例】図8に示す第3の実施例の昇圧電源装
置は、図3の第1のインダクタンスコイルL1 に第1及
び第2の部分L1a、L1bに分けるタップを設け、このタ
ップに第1のコンデンサC1 の左端を接続したものであ
り、この部分以外は図3と同一に構成されている。従っ
て、図8の回路の動作は図3の回路の動作と実質的に同
一である。
【0026】この第3の実施例によれば、第1の実施例
と同一の効果の他に、第1のインダクタンスコイルL1
のタップの変更により昇圧比を可変できるという効果が
得られ、また、出力電圧の上昇が可能になる。
【0027】
【第4の実施例】図9に示す第4の実施例の昇圧電源装
置は図8と同様に第1のインダクタンスコイルL1 に第
1及び第2の部分L1a、L1bに分けるタップを設け、こ
のタップに第2のインダクタンスコイルL2 の下端を接
続した他は、図3と同一に構成したものである。従っ
て、図9の回路の動作は図3の回路の動作と実質的に同
一である。
【0028】この第4の実施例によれば、第1の実施例
と同一の効果の他に、タップによって昇圧比を可変でき
るという効果が得られ、また、大きな電流を流すことが
できるという効果も得られる。
【0029】
【第5の実施例】図10に示す第5の実施例の昇圧電源
装置は、図3の回路に第2のダイオードD2 、第3のイ
ンダクタンスコイルL3 を付加し、且つ第2のコンデン
サC2 の接続位置を変え、且つ第1のコンデンサC1 を
第1のインダクタンスコイルL1のタップに接続した他
は図3と同一に構成したものである。この図10では、
出力段の第3のインダクタンスコイルL3 が第1のダイ
オードD1 と負荷2との間に直列に接続され、第2のコ
ンデンサC2 が第3のインダクタンスコイルL3 の出力
端と第1のトランジスタQ1 のドレインすなわち電源E
の一端との間に接続され、第2のダイオードD2 が第3
のインダクタンスコイルL3 と第2のコンデンサC2 と
の直列回路に対して並列に接続されている。従って、出
力の平滑回路がチョークアウトプット型に形成されてい
る。
【0030】図10の回路の基本的動作は図3の回路と
同一であり、各部の状態は図11に示すように変化す
る。今、電源Eの電圧をE1 、負荷12の電圧をE0 、
第1のインダクタンスコイルL1 の第1及び第2の部分
L1a、L1bの巻数比を1:N、第1のトランジスタQ1
のデューティ比をD、第2のトランジスタQ2 のデュー
ティ比を1−Dとし、デッドタイムを無視して入力電圧
E1 と出力電圧E0 の関係をを示すと次式になる。 ND(1−D)E1 =E0 −E1 E0 {1+ND(1−D)}E1 E0 /E1 =1−N(D−1)D=1+0.25N−N
(D−0.5)2 なお、第2のコンデンサC2 の電圧はND(1−D)E
1 であり、この電圧が入力電圧E1 に加算されて出力電
圧E0 となる。
【0031】図11のM1 区間ではE1 −L1a−C1 −
S2 の回路で図11(D)に示す第2のトランジスタQ
2 の電流Iq2が流れる。また、このM1 区間には第3の
インダクタンスコイルL3 のエネルギーの放出に依って
L3 −C2 −D2 の閉回路に図11(F)に示す電流I
d2が流れる。
【0032】図11のM2 区間ではE−L1a−C1 −C
b の回路でキャパシタンスCb が充電されると共に、C
a −L1a−C1 の回路でキャパシタンスCa の放電が生
じる。
【0033】M3 区間ではL1a−C1 −Da の閉回路で
図11(E)の負方向電流が流れる。t3 〜t4 のM4
区間及びt4 〜t5 のM5 区間ではL1b−L2 −D1 −
L3−C2 −S1 −C1 の回路で図11(E)に示す電
流Iq1が流れる。なお、M4区間の電圧変化は、di /
dt =NVc1/L2 で決まる。
【0034】M6 区間では、Cb −C1 −L1a−Eの回
路でキャパシタンスCb の放電が生じ、C1 −L1a−C
a の回路でキャパシタンスCa の充電が生じ、ソフトス
イッチングが可能になる。
【0035】M7 区間では、L2 −D1 −L3 −12−
D6 −C1 −L1bの回路で図11(D)の負方向電流I
q2が流れる。
【0036】M8 区間では、E−L1a−C1 −S2 の回
路で図11(D)の電流Iq2が流れる。
【0037】図11(G)に示す第1のダイオードD1
の電流の最大振幅値をI0 とすると、第2のダイオード
D2 の電流Id2の最大振幅値もI0 となり、第1のトラ
ンジスタQ1 の電流Iq1の正の最大振幅値はNDI0 、
負の最大振幅値はN(1−D)I0 となり、第2のトラ
ンジスタQ2 の電流Iq2の正の最大振幅値はN(1−
D)I0 、負の最大振幅値はNDI0 となる。
【0038】第5の実施例は第1の実施例と同一の効果
を有する他に、第3のインダクタンスコイル(チョーク
コイル)L3 で整流するためにリップルが少ないという
効果を有し、大電流向きの回路を提供することができ
る。
【0039】
【第6の実施例】図12に示す第6の実施例は、第5の
実施例において第1のトランジスタQ1のドレインを電
源Eに接続する代りに負荷12に接続したものに相当
し、その他は図10と同一に構成されている。従って、
図12の回路の基本的動作は図3の回路及び図10の回
路と実質的に同一である。図12において第2のコンデ
ンサC2 の電圧はND(1−D)E0 であり、入力電圧
E1 と出力電圧E0 との関係は次の通りである。 E0 −E1 =ND(1−D)E0 E0 /E1 =1/{1−ND(1−D)}=1/{N
(D−0.5)2 +1−0.25N}
【0040】図12の各部の状態を示す図13における
t0 〜T1 のM1 区間では、E−L1a−C1 −S2 によ
って第2のトランジスタQ2 の電流Iq2が図13(D)
に示すように流れる。また、このM1 区間ではL3 −C
2 −D2 の回路に図13(F)に示す電流Id2が流れ
る。
【0041】t1 〜t2 のM2 区間では、E−L1a−C
1 −Cb でキャパシタンスCb が充電され、Ca −C2
−L1a−C1 又はCa −12−E−L1a−C1 でキャパ
シタンスCa が放電する。
【0042】t2 〜t3 のM3 区間ではL1a−C1 −D
a −C2 で又はL1a−C1 −Da −12−Eで図13
(D)の電流Iq2の負方向主成分が流れる。
【0043】t3 〜t4 のM4 区間及びt4 〜t5 のM
5 区間ではL1b−L2 −D1 −L3−S1 −C1 の閉回
路で図13(E)の電流Iq1が流れる。
【0044】t5 〜t6 のM6 区間ではL1b−L2 −D
1 −L3 −Ca −C1 の回路でキャパシタンスCa が充
電され、またCb −C1 −L1a−E又はCb −C1 −L
1b−L2 −D1 −L3 −12の回路でキャパシタンスC
b が放電する。
【0045】t6 〜t7 のM7 区間ではL1b−L2 −D
1 −L3 −12−D6 −C1 の回路で図13(D)の電
流Iq2の負方向成分が流れる。
【0046】t7 〜t8 のM8 区間ではM1 区間と同様
にE−L1a−C1 −S2 の回路で電流Iq2が流れる。
【0047】なお、負荷12の電流をI0 とした時の各
電流Iq2、Iq1、Id2、Id1の最大振幅値は図13に示
す値になる。
【0048】図12の実施例によっても前述までの実施
例と同様な効果を得ることができる。
【0049】
【第7の実施例】図14に示す第7の実施例は、図10
の回路に第3のコンデンサC3 を加え、第1のコンデン
サC1 の左端を第1のインダクタンスコイルL1 の右端
に接続し、第2のインダクタンスコイルL2 の下端を第
1のインダクタンスコイルL1 の中間タップに接続し、
第1のダイオードD1 を省いた他は図10と同一に構成
したものである。図14の回路の基本的構成は図3及び
図10の回路と同一であるのでこれ等と同一の作用効果
を有する。
【0050】図15は図14の回路の各部の状態を示
す。図15のM1 〜M8 区間の電流経路は図10の実施
例と実質的に同一である。なお、電流Iq2、Id2は共振
によって正弦波になる。
【0051】
【第8の実施例】図16に示す第8の実施例は、図12
の回路に第3のコンデンサC3 を加え、第1のコンデン
サC1 の左端を第1のインダクタンスコイルL1 の右端
に接続し、第2のインダクタンスコイルL2 の下端を第
1のインダクタンスコイルL1 のタップに接続し、第1
のダイオードD1 を省いた他は図12と同一に構成され
ている。従って、図16の回路の基本的動作は図12の
回路と実質的に同一であり、同一の作用効果が得られ
る。
【0052】図17は図16の各部の状態を示す。図1
7のM1 〜M8 区間の電流経路は図13と実質的に同一
である。なお、電流Iq2、Id2は共振によって正弦波に
なる。
【0053】
【第9の実施例】図18に示す第9の実施例は、図3又
は図10の回路を変形したものに相当する。即ち、図1
8の回路は、第2のインダクタンスコイルL2 を第1の
コンデンサC1 に直列に接続し、第1のインダクタンス
コイルL1 に対する第1のコンデンサC1 の接続及び第
2のコンデンサC2 の接続位置は図3の回路と同一と
し、第2のダイオードD2 と第3のインダクタンスコイ
ルL3 とは図10と同様に接続し、この他は図3と同一
に形成したものである。この図18の回路は図3及び図
10の回路と同様に第1のコンデンサC1 の電圧Vc1を
制御することによって出力電圧E0 を制御している。
【0054】図18の回路の基本的動作は図3及び図1
0の回路と同一であり、この各部の状態は図19に示す
ようになる。図19の各区間M1 〜M8 における電流経
路は次の通りである。
【0055】区間M1 では第2のトランジスタQ2 がオ
ンであるので、E−L1 −C1 −L2 −S2 の回路で電
流Iq2が流れ、E−D2 −L3 −C2 の回路で電流Id2
が流れる。
【0056】t1 〜t2 の区間M2 では、E−L1 −C
1 −L2 −Cb の回路でキャパシタンスCb の充電電流
Icbが流れ、Ca −L1 −C1 −L2 の回路でキャパシ
タンスCa の放電電流が流れ、E−D2 −L3 −C2 の
回路の第2のダイオードD2の電流Id2が流れる。従っ
て、入力電流Iinは第3のインダクタンスコイルL3の
電流とキャパシタンスCb の電流の和となる。
【0057】t2 〜t3 の区間M3 では、L1 −C1 −
L2 −Da の回路で第1のトランジスタQ1 の電流Iq1
の負方向成分が流れる。また、E−L1 −D1 −L3 −
C2の回路で第1のダイオードD1 の電流Id1が流れる
と共に、E−D2 −L3 −C2 の回路で第2のダイオー
ドD2 の電流Id2が流れる。第1及び第2のダイオード
D1 、D2 を流れる電流Id1、Id2の大きさは互いに逆
の関係になり、0〜100%の範囲で変えることがで
き、一方が大きく設定されると、他方が小さくなる。こ
のM3 区間の長さは第2のインダクタンスコイルL2 の
大きさによって変化する。
【0058】図19のt3 〜t4 のM4 区間では、E−
L1 −D1 −L3 −C2 の回路と、E−S1 −L2 −C
1 −D1 −L3 −C2 の回路と、E−D2 −L3 −C2
の回路とに電流が流れる。第1及び第2のダイオードD
1 、D2 の電流分担は前の区間M3 と同じである。
【0059】t4 〜t5 のM5 区間では、第2のダイオ
ードD2 の電流Ib2はゼロであり、E−L1 −D1 −L
3 −C2 の回路と、E−S1 −L2 −C1 −D1 −L3
−C2 の回路とに電流が流れる。
【0060】t5 〜t6 のM6 区間では、E−L1 −D
1 −L3 −C2 の回路と、E−Ca−L2 −C1 −D1
−L3 −C2 の回路と、Cb −L2 −C1 −L1 −E1
の回路とに電流が流れ、キャパシタンスCa の充電、キ
ャパシタンスCb の放電が生じ、ソフトスイッチングが
達成される。
【0061】t6 〜t7 のM7 区間では、E−L1 −D
1 −L3 −C2 の回路と、E−D1L3 −C2 の回路
と、E−Db −L2 −C1 −L1 の回路とに電流が流れ
る。但し、第1及び第2のダイオードD1 、D2 の電流
の分担を0〜100%まで変えることができる。
【0062】t7 〜t8 のM8 区間では、前のM7 区間
と同様に第1及び第2のダイオードD1 、D2 を通る回
路に電流が流れ、且つE−L1 −C1 −L2 −S2 の回
路に正方向電流が流れる。なお、第1及び第2のダイオ
ードD1 、D2 を流れる電流Id1、Id2の分担は0〜1
00の範囲で変えることができる。
【0063】図18において第3のインダクタンスコイ
ルL3 の電流をI0 とすれば、各部の電流は図19の右
側に示す値になる。なお、第1のコンデンサC1 の電圧
Vc1はVc1=D・E1 となる。また、出力電圧E0 はE
0 =(1+D−D2 )・E1になる。
【0064】図18の回路の基本的な構成及び動作は前
述した実施例と同じであり、同様な作用効果を得ること
ができる。なお、出力電圧と入力電圧との比E0 /E1
は1+D−D2 である。
【0065】
【第10の実施例】図20に示す第10の実施例は、図
3の回路を変形したものに相当する。即ち、図20の回
路は、第2のインダクタンスコイルL2 を第1のコンデ
ンサC1 に直列に接続し、この他は図3と同一に形成し
たものである。この図20の回路は図3と同様に第1の
コンデンサC1 の電圧Vc1を制御することによって出力
電圧E0 を制御している。
【0066】図20の回路の基本的動作は図3の回路と
同一であり、この各部の状態は図21に示すようにな
る。図21の各区間M1 〜M8 における電流経路は次の
通りである。
【0067】区間M1 では第2のトランジスタQ2 がオ
ンであるので、E−L1 −C1 −L2 −S2 の回路で電
流Iq2が流れる。
【0068】t1 〜t2 の区間M2 では、E−L1 −C
1 −L2 −Cb の回路でキャパシタンスCb の充電電流
Icbが流れ、Ca −L1 −C1 −L2 の回路でキャパシ
タンスCa の放電電流が流れる。
【0069】t2 〜t3 の区間M3 では、L1 −C1 −
L2 −Da の回路で第1のトランジスタQ1 の電流Iq1
の負方向成分が流れる。また、E−L1 −D1 −C2 の
回路で第1のダイオードD1 の電流Id1が流れる。
【0070】図21のt3 〜t4 のM4 区間及びt4 〜
t5 のM5 区間では、E−L1 −D1 −C2 の回路と、
E−S1 −L2 −C1 −D1 −C2 の回路とに電流が流
れる。
【0071】t5 〜t6 のM6 区間では、E−Ca −L
2 −C1 −D1 −C2 の回路と、Cb −L2 −C1 −L
1 −E1 の回路とに電流が流れ、キャパシタンスCa の
充電、キャパシタンスCb の放電が生じ、ソフトスイッ
チングが達成される。
【0072】t6 〜t7 のM7 区間では、E−L1 −D
1 −C2 の回路と、L2 −C1 −D1 −C2 −Db の回
路とに電流が流れる。
【0073】t7 〜t8 のM8 区間では、E−L1 −D
1 −C2 の回路と、E−L1 −C1−L2 −S2 の回路
に正方向電流が流れる。
【0074】図20において、第1のコンデンサC1 の
電圧Vc1はVc1=D・E1 となる。また、出力電圧E0
はE0 =(1+D)・E1 になる。また、第1のトラン
ジスタQ1 の電流はIq1=D/{(1−D)・I0 }、
第2のトランジスタQ2 の電流はIq2=I0 、入力電流
Iinは、Iin=I0 ・D+I0 となる。
【0075】図20の回路の基本的な構成及び動作は図
3と同じであり、同様な作用効果を得ることができる。
なお、出力電圧と入力電圧との比E0 /E1 は1+Dで
ある。
【0076】
【第11の実施例】図22に示す第11の実施例は、図
18の回路を変形したものに相当する。即ち、図18の
回路の第1のインダクタンスコイルL1 を省いてここを
切り離し、第1のダイオードD1 を省いてここを短絡し
たものに相当する。即ち、図22の回路は第1及び第2
のトランジスタQ1 、Q2 の接続中点と第2のコンデン
サC2 との間に第2のインダクタンスコイルL2 と第1
のコンデンサC1 と第1のインダクタンスコイルL1 を
接続し、電源Eと第1のインダクタンスコイルL1 との
間にダイオードD1 を接続したものである。この図22
の回路はコンデンサインプット、チョークアウトプット
に構成されており、コンデンサの電圧を入力電圧に固定
し、チョークインプット型の整流器のデューティを制御
することによって出力電圧を調整するように構成されて
いる。
【0077】図22の回路の基本的動作は図3及び図1
9の回路と同一であり、この各部の状態は図23に示す
ようになる。図23の各区間M1 〜M8 における電流経
路は次の通りである。
【0078】他の実施例との関係上2つに分けられてい
る区間M1 及びM8 では第2のトランジスタQ2 がオン
であるので、E−D1 −C1 −L2 −S2 の回路で電流
Iq2が流れる、E−D1 −L3 −C2 の回路で電流Id1
が流れる。
【0079】t1 〜t2 区間M2 では、E−D1 −C1
−L2 −Cb の回路でキャパシタンスCb の充電電流I
cbが流れ、Ca −D1 −C1 −L2 の回路でキャパシタ
ンスCa の放電電流が流れ、E−D1 −L1 −C2 の回
路に昇圧用電流が流れる。従って、入力電流Iinは第1
のインダクタンスコイルL1 の電流とキャパシタンスC
b の電流の和となる。
【0080】t2 〜t3 の区間M3 では、L2 −Da −
D1 −C1 の回路で第1のトランジスタQ1 の電流Iq1
の負方向成分が流れる。また、E−D1 −L1 −C2 の
回路で第1のダイオードD1 の電流Id1が流れる。
【0081】図22のt3 〜t4 のM4 区間では、E−
D1 −L1 −C2 の回路と、E−S1 −L2 −C1 −L
1 −C2 の回路とに電流が流れる。
【0082】t4 〜t5 のM5 区間では、E−S1 −L
2 −C1 −L1 −C2 の回路に電流が流れる。
【0083】t5 〜t6 のM6 区間では、E−Ca −L
2 −C1 −L1 −C2 の回路と、Cb −L2 −C1 −L
1 −C2 −Eの回路とに電流が流れ、キャパシタンスC
a の充電、キャパシタンスCb の放電が生じ、ソフトス
イッチングが達成される。
【0084】t6 〜t7 のM7 区間では、E−D1 −L
1 −C2 の回路と、L2 −C1 −L1 −C2 −Db の回
路とに電流が流れる。
【0085】図22において、第1のコンデンサC1 の
電圧Vc1はVc1=E1 となる。また出力電圧E0 は、E
0 =E1 +E1 ・(1−D)=E1 (2−D)になる。
また入力電流Iinは、Iin=I0 (2−D)になる。
【0086】図22の回路の基本的な構成及び動作は前
述した実施例と同じであり、同様な作用効果を得ること
ができる。
【0087】
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 出力端子に第2のコンデンサC2 が接続されて
いるが、これを省いて負荷12のみを接続することがで
きる。 (2) 第1及び第2のトランジスタQ1 、Q2 をバイ
ポーラトランジスタとこれに対して逆並列接続されたダ
イオードとすることができる。また、スイッチS1 、S
2 とダイオードDa 、Db の代りに、ダイオードDa 、
Db に電流が流れる期間(t2 〜t3 、t6 〜t7 )に
もオンになる第1及び第2の半導体スイッチ又は電子ス
イッチを使用することができる。即ち、期間T1 、T2
でオンになる双方向スイッチを第1及び第2のスイッチ
とすることができる。 (3) 浮遊容量から成るキャパシタンスCa 、Cb の
代りに、個別のコンデンサをスイッチS1 、S2 に並列
に接続することができる。 (4) 図3、図6、図8、図9、図10、図12にお
いて第2のインダクタンスコイルL2 を第1のダイオー
ドD1 のカソード側に移すことができる。また、第2の
インダクタンスコイルL2 を第1のトランジスタQ1 の
オン時に流れる電流経路中の任意位置に接続することが
できる。 (5) 各実施例の直流電源Eを図24に示すようにダ
イオード31〜34のブリッジ接続から成る整流回路3
0とすることができる。整流回路30は好ましくは高周
波成分を除去するフィルタ35を介して商用交流電源3
6に接続する。第1及び第2のトランジスタQ1 、Q2
のオン・オフ繰返し周波数は交流電源36の周波数(例
えば50Hz)よりも十分に高い例えば10kHzとす
る。第1及び第2のトランジスタQ1 、Q2 の単位オン
・オフ周期に流れる入力電流の振幅は正弦波交流電圧の
振幅に依存するので、整流回路30の入力電流の包絡線
は正弦波交流電圧に近似し、力率改善が達成される。 (6) 第1及び第2のインダクタンスコイルL1 、L
2 を図25に示すように共通の磁性体コア40に巻いて
小型化を図ることができる。 (7) 各実施例において第2のインダクタンスコイル
L2 を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の昇圧コンバータを示す回路図である。
【図2】図1のダイオード電流を示す波形図である。
【図3】第1の実施例の昇圧電源回路を示す回路図であ
る。
【図4】図3の制御回路の各部の状態を示す波形図であ
る。
【図5】図3の各部の状態を示す波形図である。
【図6】第2の実施例の昇圧電源装置を示す回路図であ
る。
【図7】図6の各部の状態を示す波形図である。
【図8】第3の実施例の昇圧電源装置を示す回路図であ
る。
【図9】第4の実施例の昇圧電源装置を示す回路図であ
る。
【図10】第5の実施例の昇圧電源装置を示す回路図で
ある。
【図11】図10の各部の状態を示す波形図である。
【図12】第6の実施例の昇圧電源装置を示す回路図で
ある。
【図13】図12の各部の状態を示す波形図である。
【図14】第7の実施例の昇圧電源装置を示す回路図で
ある。
【図15】図14の各部の状態を示す波形図である。
【図16】第8の実施例の昇圧電源装置を示す回路図で
ある。
【図17】図16の各部の状態を示す波形図である。
【図18】第9の実施例の昇圧電源装置を示す回路図で
ある。
【図19】図18の各部の状態を示す波形図である。
【図20】第10の実施例の昇圧電源装置を示す回路図
である。
【図21】図20の各部の状態を示す波形図である。
【図22】第11の実施例の昇圧電源装置を示す回路図
である。
【図23】図22の各部の状態を示す波形図である。
【図24】変形例の直流電源を示す回路図である。
【図25】変形例のインダクタンスコイルを示す図であ
る。
【符号の説明】
Q1 、Q2 トランジスタ L1 、L2 インダクタンスコイル D1 ダイオード 12 負荷

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源(E)の一端と他端との間に接
    続された第1及び第2のスイッチ(Q1 、Q2 )の直列
    回路と、 前記第1及び第2のスイッチ(Q1 、Q2 )を交互にオ
    ン・オフ制御するスイッチ制御回路(11)と、 その一端が前記直流電源の一端に接続されたインダクタ
    ンス素子(L1 )と、 前記インダクタンス素子(L1 )の他端と前記第1及び
    第2のスイッチ(Q1、Q2 )の接続点との間に接続さ
    れたコンデンサ(C1 )と、 前記インダクタンス素子(L1 )の他端と直流出力端子
    との間に接続されたダイオード(D1 )とを備えた昇圧
    電源装置。
  2. 【請求項2】 一端と他端とを有する直流電源(E)
    と、 第1及び第2のスイッチ(Q1 、Q2 )の直列回路と、 前記第1及び第2のスイッチ(Q1 、Q2 )を交互にオ
    ン・オフ制御するスイッチ制御回路(11)と、 その一端が前記直流電源の一端に接続されたインダクタ
    ンス素子(L1 )と、 前記インダクタンス素子(L1 )の他端と前記第1及び
    第2のスイッチ(Q1、Q2 )の接続点との間に接続さ
    れたコンデンサ(C1 )と、 前記インダクタンス素子(L1 )の他端と直流出力端子
    との間に接続されたダイオ−ド(D1 )とを備え、前記
    第1及び第2のスイッチ(Q1 、Q2 )の直列回路の一
    端が前記直流出力端子に接続され、前記直列回路の他端
    が前記直流電源の他端に接続されていることを特徴とす
    る昇圧電源装置。
  3. 【請求項3】 前記第1のスイッチ(Q1 )を通って流
    れる正方向電流の経路中に別のインダクタンス素子(L
    2 )を接続したことを特徴とする請求項1又は2記載の
    昇圧電源装置。
  4. 【請求項4】 請求項1の昇圧電源装置において、更
    に、前記ダイオ−ド(D1 )と前記直流出力端子との間
    に出力段インダクタンス素子(L3 )が接続され、前記
    直流電源(E)の一端と前記出力段インダクタンス素子
    (L3 ) との間に別のダイオ−ド(D2 )が接続されて
    いることを特徴とする昇圧電源装置。
  5. 【請求項5】 前記別のダイオ−ド(D2 )と前記出力
    段インダクダンス素子(L3 )との直列回路に並列に別
    のコンデンサ(C2 )を接続したことを特徴とする請求
    項4記載の昇圧電源装置。
  6. 【請求項6】 請求項2記載の昇圧電源装置において、
    前記ダイオ−ド(D1 )と前記直流出力端子との間に出
    力段インダクタンス素子(L3 )を接続し、前記直流電
    源(E)と前記出力段インダクタンス素子(L3 )との
    間に別のダイオ−ド(D2)を接続したことを特徴とする
    昇圧電源装置。
  7. 【請求項7】 前記別のダイオ−ド(D2 )と前記出力
    段インダクタンス素子(L3 )の直列回路に対して並列
    に別のコンデンサ(C2 )を接続したことを特徴とする
    請求項6記載の昇圧電源装置。
  8. 【請求項8】 前記インダクタンス素子(L1 )と前記
    出力段インダクタンス素子(L3 )との間のダイオ−ド
    (D1 )とを省き、この代りにコンデンサ(C3 )を接
    続したことを特徴とする請求項4又は5又は6又は7記
    載の昇圧電源装置。
  9. 【請求項9】 直流電源(E)の一端と他端との間に接
    続された第1及び第2のスイッチ(Q1 、Q2 )の直列
    回路と、 前記第1及び第2のスイッチ(Q1 、Q2 )を交互にオ
    ン・オフ制御するスイッチ制御回路(11)と、 その他端が前記第1及び第2のスイッチ(Q1 、Q2 )
    の接続点との間に接続されたコンデンサ(C1 )と、 前記コンデンサ(C1 )の他端と直流出力端子との間に
    接続されたインダクタンス素子(L1 )と、 前記直流電源(E)の一端と前記インダクタンス素子と
    の間に接続されたダイオ−ド(D1 )とを備えた昇圧電
    源装置。
  10. 【請求項10】 前記第1のスイッチ(Q1 )の正方向
    電流が流れる経路中に共振用インダクタンス素子(L2
    )を接続したことを特徴とする請求項9記載の昇圧電
    源装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109643656A (zh) * 2016-09-02 2019-04-16 新电元工业株式会社 Mosfet以及电力转换电路
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