JPH09205770A - Dc-dc converter - Google Patents

Dc-dc converter

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JPH09205770A
JPH09205770A JP1208496A JP1208496A JPH09205770A JP H09205770 A JPH09205770 A JP H09205770A JP 1208496 A JP1208496 A JP 1208496A JP 1208496 A JP1208496 A JP 1208496A JP H09205770 A JPH09205770 A JP H09205770A
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JP
Japan
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switching elements
converter
capacitor
primary winding
switching element
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JP1208496A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyotaka Tsunoda
清隆 角田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC-DC converter which reduces switching loss and is low in occurrence of noise. SOLUTION: A converter 10 possesses a transformer T1 which has a primary winding N1 to which DC power Vin is applied and a secondary winding N2 , and a pair of switching elements Q1 and Q2 connected each in series both ends of the primary winding N1 , and when both switching elements Q1 and Q2 are off, the capacitor C1 is charged with the primary winding currents, and when both switching elements Q1 and Q2 are on, a choke current flows from the choke coil L1 and it discharges the capacity C1 . As a result, the rise speed of the cathode voltage at the time of both switching elements Q1 and Q2 being off can be suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、情報処理機器や電
子応用機器等に適用され、直流電源から所望の直流出力
を得るDC−DCコンバータに関し、より詳しくは、一
対のスイッチング素子を用いたDC−DCコンバータに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC-DC converter that is applied to information processing equipment, electronic equipment, and the like, and obtains a desired DC output from a DC power supply, and more specifically, a DC-DC converter using a pair of switching elements. -Regarding a DC converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の従来のDC−DCコンバータの
一例を図3に示す。
2. Description of the Related Art FIG. 3 shows an example of a conventional DC-DC converter of this type.

【0003】このDC−DCコンバータ1は、2石式フ
ォワード型のものであり、直流電源Vinが印加される1
次巻線N1 と2次巻線N2 とを有するトランスT1 と、
1次巻線N1 の両端に各々直列に接続された例えばFE
T(電界効果型トランジスタ)からなる一対のスイッチ
ング素子Q1 ,Q2 と、両スイッチング素子Q1 ,Q2
を同一のタイミングで断続制御する制御回路2と、両ス
イッチング素子Q1 ,Q2 のオン期間に得られた2次巻
線N2 の出力を整流平滑する整流平滑回路3と、両スイ
ッチング素子Q1 ,Q2 のドレイン間に接続された第1
のダイオードD1 と、両スイッチング素子Q1 ,Q2
ソース間に接続された第2のダイオードD2 とを具備し
ている。
This DC-DC converter 1 is of a two-stone type forward type, to which a DC power source Vin is applied.
A transformer T 1 having a secondary winding N 1 and a secondary winding N 2 ,
For example, FE connected in series at both ends of the primary winding N 1.
A pair of switching elements Q 1 and Q 2 made of T (field effect transistor) and both switching elements Q 1 and Q 2
Control circuit 2 for controlling the switching of the switching elements Q 1 and Q 2 at the same timing, a rectifying / smoothing circuit 3 for rectifying and smoothing the output of the secondary winding N 2 obtained during the ON period of both switching elements Q 1 and Q 2 , and both switching elements Q 1st connected between the drains of 1 and Q 2
Diode D 1 and a second diode D 2 connected between the sources of both switching elements Q 1 and Q 2 .

【0004】整流平滑回路3は、ダイオード30,31
と、チョークコイル32と、コンデンサ33とから構成
され、この整流平滑回路3の出力端に負荷LDが接続さ
れる。
The rectifying / smoothing circuit 3 includes diodes 30, 31.
A choke coil 32 and a capacitor 33, and a load LD is connected to the output terminal of the rectifying and smoothing circuit 3.

【0005】[0005]

【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1は、スイッチング素子Q1 ,Q
2 のオフ時におけるドレイン電圧の上昇速度を抑える回
路を付加していなかった。
However, the conventional DC-DC converter 1 has the switching elements Q 1 and Q 1 .
No circuit was added to suppress the rising speed of the drain voltage when 2 was turned off.

【0006】このため、従来のDC−DCコンバータ1
は、図4の波形図においてaで示すように、スイッチン
グ素子Q2 のオフ時(時刻t11,t14)におけるドレイ
ン電圧の上昇速度が急峻となっているため、ドレイン電
流がまだ流れているタイミングでドレイン電圧が上昇す
ることとなり、スイッチング素子Q1 ,Q2 のスイッチ
ング損失の原因となり、dV/dtに起因するノイズも
大きいという問題があった。
Therefore, the conventional DC-DC converter 1
As shown by a in the waveform diagram of FIG. 4, the drain current still flows because the drain voltage rises rapidly when the switching element Q 2 is off (time t 11 , t 14 ). There is a problem that the drain voltage rises at the timing, which causes switching loss of the switching elements Q 1 and Q 2 , and the noise due to dV / dt is large.

【0007】また、両スイッチング素子Q1 ,Q2 を同
一のタイミングで断続制御しているため、トランスT1
の励磁電流が切れた時刻t12とスイッチング素子Q1
2をターンオンした時刻t13との間のスイッチング素
子Q2 のドレイン電圧V1 が高いため、スイッチング素
子Q1 ,Q2 のターンオン損失が大きいという問題があ
った。
Since both switching elements Q 1 and Q 2 are intermittently controlled at the same timing, the transformer T 1
Time t 12 and the switching element Q 1 that the exciting current is cut off of,
Because of the high drain voltage V 1 of the switching element Q 2 between time t 13 which turns on the Q 2, has a problem that the turn-on loss of the switching elements Q 1, Q 2 is large.

【0008】そこで、本発明は、上記の問題を解決すべ
くなされたものであり、スイッチング損失を低減し、ノ
イズの発生の少ないDC−DCコンバータを提供するこ
とを目的とする。
Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a DC-DC converter that reduces switching loss and generates less noise.

【0009】[0009]

【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、直流電源が印加される1次巻線と2次巻線
とを有するトランスと、前記1次巻線の両端に各々直列
に接続された一対のスイッチング素子と、前記両スイッ
チング素子を断続制御する制御回路と、前記両スイッチ
ング素子のオン又はオフの期間に得られた前記2次巻線
の出力を整流平滑する整流平滑回路とを具備するDC−
DCコンバータにおいて、前記両スイッチング素子のオ
フ時に前記1次巻線電流が充電されるコンデンサと、前
記両スイッチング素子のオン時に前記コンデンサにチョ
ーク電流を流して前記コンデンサを放電させるチョーク
コイルとを備えたことを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above object, the present invention provides a transformer having a primary winding and a secondary winding to which a DC power source is applied, and both ends of the primary winding. A pair of switching elements connected in series, a control circuit for intermittently controlling both of the switching elements, and a rectifying and smoothing for rectifying and smoothing the output of the secondary winding obtained during the ON or OFF period of the both switching elements. DC-comprising a circuit
The DC converter includes a capacitor that is charged with the primary winding current when the switching elements are off, and a choke coil that causes a choke current to flow in the capacitor to discharge the capacitor when the switching elements are turned on. It is characterized by that.

【0010】上記構成の本発明によれば、両スイッチン
グ素子のオフ時に、コンデンサに1次巻線電流が充電さ
れ、両スイッチング素子のオン時に、チョークコイルか
らチョーク電流が流れてコンデンサを放電させる。この
結果、両スイッチング素子のオフ時のドレイン電圧の上
昇速度を抑えることが可能となる。
According to the present invention having the above structure, the primary winding current is charged in the capacitor when both switching elements are off, and the choke current flows from the choke coil to discharge the capacitor when both switching elements are on. As a result, it is possible to suppress the increase rate of the drain voltage when both switching elements are off.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0012】図1は本発明の実施の一形態に係るDC−
DCコンバータの回路図である。
FIG. 1 shows a DC-type converter according to an embodiment of the present invention.
It is a circuit diagram of a DC converter.

【0013】このDC−DCコンバータ10は、2石式
フォワード型のものであり、直流電源Vinが印加される
1次巻線N1 と2次巻線N2 とを有するトランスT
1 と、1次巻線N1 の両端に各々直列に接続された例え
ばFET(電界効果型トランジスタ)からなる一対のス
イッチング素子Q1 ,Q2 と、両スイッチング素子
1 ,Q2 を断続制御する制御回路12と、両スイッチ
ング素子Q1 ,Q2 のオン期間に得られた2次巻線N2
の出力を整流平滑する整流平滑回路3と、両スイッチン
グ素子Q1 ,Q2 のドレイン間に接続された第1のダイ
オードD1 と、両スイッチング素子Q1 ,Q2 のソース
間に接続された第2のダイオードD2 とを具備してい
る。
This DC-DC converter 10 is of a two-stone forward type and has a transformer T having a primary winding N 1 and a secondary winding N 2 to which a DC power source Vin is applied.
1 and a pair of switching elements Q 1 and Q 2 each composed of, for example, an FET (Field Effect Transistor) connected in series at both ends of the primary winding N 1 , and intermittent control of both switching elements Q 1 and Q 2. control circuit 12, both switching elements Q 1, 2 winding obtained during the on period of the Q 2 N 2
A rectification smoothing circuit 3 to the output of the rectifier smoothing, a first diode D 1 connected between drains of the switching elements Q 1, Q 2, which is connected between the both switching elements Q 1, Q 2 source And a second diode D 2 .

【0014】また、このDC−DCコンバータ10は、
電源電圧側のスイッチング素子Q1のソースに接続され
たコンデンサC1 と、グランド(GND)側のスイッチ
ング素子Q2 のドレインにアノードが接続されるととも
にカソードがコンデンサC1に接続された第3のダイオ
ードD3 と、電源電圧側とコンデンサC1 及び第3のダ
イオードD3 の接続点との間に接続された第4のダイオ
ードD4 及びチョークコイルL1 と、チョークコイルL
1 に並列に接続された抵抗R1 とを備えている。
Further, the DC-DC converter 10 is
A capacitor C 1 connected to the source of the switching element Q 1 on the power supply voltage side and a drain of the switching element Q 2 on the ground (GND) side connected to the anode and the cathode connected to the capacitor C 1 A diode D 3 , a fourth diode D 4 and a choke coil L 1 connected between the power supply voltage side and the connection point of the capacitor C 1 and the third diode D 3 , and a choke coil L
1 and a resistor R 1 connected in parallel.

【0015】コンデンサC1 は、両スイッチング素子Q
1 ,Q2 のオフ時に、1次巻線電流を充電することで、
両スイッチング素子Q1 ,Q2 のドレイン電圧の上昇速
度を抑えるようにしている。
The capacitor C 1 is composed of both switching elements Q.
By charging the primary winding current when 1 and Q 2 are off,
The rising speed of the drain voltage of both switching elements Q 1 and Q 2 is suppressed.

【0016】チョークコイルL1 は、両スイッチング素
子Q1 ,Q2 のオン時に、コンデンサC1 にチョーク電
流を流してコンデンサC1 を放電させるものである。
The choke coil L 1 discharges the capacitor C 1 by supplying a choke current to the capacitor C 1 when both switching elements Q 1 and Q 2 are turned on.

【0017】制御回路12は、GND側のスイッチング
素子Q2 を電源電圧側のスイッチング素子Q1 より速い
タイミングでオンさせるようになっている。
The control circuit 12 turns on the switching element Q 2 on the GND side at a timing faster than the switching element Q 1 on the power supply voltage side.

【0018】整流平滑回路3は、ダイオード30,31
と、チョークコイル32と、コンデンサ33とから構成
され、この整流平滑回路3の出力端に負荷LDが接続さ
れる。
The rectifying / smoothing circuit 3 includes diodes 30, 31.
A choke coil 32 and a capacitor 33, and a load LD is connected to the output terminal of the rectifying and smoothing circuit 3.

【0019】次に、本DC−DCコンバータ10の動作
を図2の波形図を参照して説明する。
Next, the operation of the DC-DC converter 10 will be described with reference to the waveform diagram of FIG.

【0020】まず、制御回路12は、GND側のスイッ
チング素子Q2 をオンさせ、所定時間Δt経過後に電源
電圧側のスイッチング素子Q1 をオンさせる。
First, the control circuit 12 turns on the switching element Q 2 on the GND side and turns on the switching element Q 1 on the power supply voltage side after a lapse of a predetermined time Δt.

【0021】両スイッチング素子Q1 ,Q2 のオン期間
では、電源電圧側のスイッチング素子Q1 のソース電圧
はVinとなり、GND側のスイッチング素子Q2 のド
レイン電圧はGNDレベルとなっている。
During the ON period of both the switching elements Q 1 and Q 2 , the source voltage of the switching element Q 1 on the power supply voltage side is Vin, and the drain voltage of the switching element Q 2 on the GND side is GND level.

【0022】また、このオン期間では、トランスT1
励磁電流は、徐々に増加している。また、第3のダイオ
ードD3 のカソード電圧は、スイッチング素子Q1 ,Q
2 のターンオン後、時刻t0 でOVとなり、その後はこ
の状態を維持している。また、チョークコイルL1
は、スイッチング素子Q1 ,Q2 のターンオンから時刻
0 の間、チョーク電流が流れる。コンデンサC1 の両
端間電圧は、放電してVinに達する。
Further, during this ON period, the exciting current of the transformer T 1 gradually increases. Further, the cathode voltage of the third diode D 3 is equal to the switching elements Q 1 and Q
After the turn-on of No. 2 , it becomes OV at time t 0 , and thereafter this state is maintained. In addition, a choke current flows through the choke coil L 1 from the turn-on of the switching elements Q 1 and Q 2 to time t 0 . The voltage across capacitor C 1 discharges to Vin.

【0023】時刻t1 で両スイッチング素子Q1 ,Q2
がオフすると、それまでトランスT1 を通過していた電
流が両スイッチング素子Q1 ,Q2 を通過せず、第3の
ダイオードD3 及びコンデンサC1 を通過する。このた
め、電源電圧側のスイッチング素子Q1 のソース電圧は
下降し、GND側のスイッチング素子Q2 のドレイン電
圧は図2のbで示すように従来よりも遅く上昇し、コン
デンサC1 の両端間電圧は、Vinから−Vinに変化
する。第1及び第2のダイオードD1 ,D2 により、ス
イッチング素子Q1 のソース電圧はGNDに、スイッチ
ング素子Q2 のドレイン電圧はVinに保持される。同
様に第3のダイオードD3 のカソード電圧はVinに、
コンデンサC1 の両端電圧は−Vinに保持される。
At time t 1 , both switching elements Q 1 and Q 2
When is turned off, the current that has passed through the transformer T 1 does not pass through both switching elements Q 1 and Q 2, but passes through the third diode D 3 and the capacitor C 1 . Therefore, the source voltage of the switching element to Q 1 supply voltage side is lowered, the drain voltage of the switching element Q 2 of the GND side is slow to rise than conventional, as shown by b in FIG. 2, across capacitor C 1 The voltage changes from Vin to −Vin. The source voltage of the switching element Q 1 is held at GND and the drain voltage of the switching element Q 2 is held at Vin by the first and second diodes D 1 and D 2 . Similarly, the cathode voltage of the third diode D 3 is Vin,
The voltage across the capacitor C 1 is held at −Vin.

【0024】時刻t3 になると、トランスT1 の励磁電
流が切れる。この時点でトランスT1 の1次側巻線電圧
が−VinからOVに変化する。この時、電源電圧側の
スイッチング素子Q1 のソース側の電位は、コンデンサ
1 ,第2及び第4のダイオードD2 ,D4 があること
により固定されるため、ほとんど変化しない。一方、G
ND側のスイッチング素子Q2 のドレイン電圧は、Vi
nからほぼOVに近い電圧V10まで変化する。
At time t 3 , the exciting current of the transformer T 1 is cut off. At this time, the primary winding voltage of the transformer T 1 changes from -Vin to OV. At this time, the potential on the source side of the switching element Q 1 on the power supply voltage side is fixed due to the presence of the capacitor C 1 and the second and fourth diodes D 2 and D 4 , and therefore hardly changes. On the other hand, G
The drain voltage of the switching element Q 2 on the ND side is Vi
The voltage changes from n to a voltage V 10 which is almost OV.

【0025】時刻t4 になると、制御回路12は、GN
D側のスイッチング素子Q2 をオンさせ、所定時間Δt
経過後に電源電圧側のスイッチング素子Q1 をオンさせ
る。これにより、GND側のスイッチング素子Q2 のド
レイン電圧V10をほぼOVに抑えることができるため、
ターンオン損失が少なくなる。
At time t 4 , the control circuit 12 causes the GN
The switching element Q 2 on the D side is turned on for a predetermined time Δt.
After the elapse, the switching element Q 1 on the power supply voltage side is turned on. As a result, the drain voltage V 10 of the switching element Q 2 on the GND side can be suppressed to about OV.
Turn-on loss is reduced.

【0026】時刻t5 になると、電源電圧側のスイッチ
ング素子Q1 がオンし、このスイッチング素子Q1 のソ
ース電圧がVinとなるため、第3のダイオードD3
カソード電圧が2Vinに上昇する。従って第4のダイ
オードD4 が導通しチョクコイルL1 とコンデンサC1
による共振電流が流れる。この結果、第3のダイオード
3 のカソード電圧は、OVまで低下し、初期の状態と
なる。
At time t 5 , the switching element Q 1 on the power supply voltage side is turned on and the source voltage of this switching element Q 1 becomes Vin, so that the cathode voltage of the third diode D 3 rises to 2 Vin. Therefore, the fourth diode D 4 becomes conductive, and the choke coil L 1 and the capacitor C 1
A resonance current flows due to. As a result, the cathode voltage of the third diode D 3 drops to OV, which is the initial state.

【0027】このような本DC−DCコンバータ10に
よれば、両スイッチング素子Q1 ,Q2 のオフ時のドレ
イン電圧の上昇速度を抑えることが可能となるので、ス
イッチング損失を低減し、ノイズの発生を少なくするこ
とができる。
According to the present DC-DC converter 10 as described above, since it is possible to suppress the rising speed of the drain voltage when both the switching elements Q 1 and Q 2 are off, it is possible to reduce the switching loss and reduce the noise. Occurrence can be reduced.

【0028】また、抵抗R1 は、チョークコイルL1
浮遊容量によるチョークコイルL1の両端間電圧の振動
を抑えるので、第3及び第4のダイオードD3 ,D4
印加される電圧を低減し、ノイズの発生をより少なくす
ることができる。
Further, the resistor R 1, since suppressing the vibration of the voltage across the choke coil L 1 due to the stray capacitance of the choke coil L 1, a voltage applied to the third and fourth diodes D 3, D 4 It is possible to reduce the noise and to reduce the generation of noise.

【0029】また、制御回路12は、GND側のスイッ
チング素子Q2 を電源電圧側のスイッチング素子Q1
り速いタイミングでオンさせているので、スイッチング
素子のターンオン損失をより低減することができる。
Further, since the control circuit 12 turns on the switching element Q 2 on the GND side at a timing faster than the switching element Q 1 on the power supply voltage side, it is possible to further reduce the turn-on loss of the switching element.

【0030】なお、本発明は、上記説明に限定されず
に、種々に変形可能である。例えば、本発明は、フォワ
ード型に限らず、フライバック型にも同様に適用するこ
とができる。
The present invention is not limited to the above description and can be modified in various ways. For example, the present invention can be applied not only to the forward type but also to the flyback type.

【0031】[0031]

【発明の効果】上述したように本発明によれば、両スイ
ッチング素子のオフ時のドレイン電圧の上昇速度を抑え
ることが可能となるので、スイッチング損失を低減し、
ノイズの発生を少なくすることができる。
As described above, according to the present invention, since it is possible to suppress the rising speed of the drain voltage when both switching elements are off, it is possible to reduce the switching loss,
It is possible to reduce the generation of noise.

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

【図1】本発明のDC−DCコンバータの回路図FIG. 1 is a circuit diagram of a DC-DC converter of the present invention.

【図2】本発明のDC−DCコンバータの波形図FIG. 2 is a waveform diagram of the DC-DC converter of the present invention.

【図3】従来のDC−DCコンバータの回路図FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional DC-DC converter.

【図4】従来のDC−DCコンバータの波形図FIG. 4 is a waveform diagram of a conventional DC-DC converter.

【符号の説明】 3 整流平滑回路 10 DC−DCコンバータ 12 制御回路 C1 コンデンサ D1 ,D2 ,D3 ,D4 ダイオード L1 チョークコイル LD 負荷 N1 1次巻線 N2 2次巻線 Q1 ,Q2 スイッチング素子 R1 抵抗 T1 トランス Vin 直流電源[EXPLANATION OF SYMBOLS] 3 rectifying and smoothing circuit 10 DC-DC converter 12 control circuit C 1 capacitor D 1, D 2, D 3 , D 4 diodes L 1 choke coil LD load N 1 1 winding N 2 2 winding Q 1 , Q 2 switching element R 1 resistance T 1 transformer Vin DC power supply

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直流電源が印加される1次巻線と2次巻
線とを有するトランスと、前記1次巻線の両端に各々直
列に接続された一対のスイッチング素子と、前記両スイ
ッチング素子を断続制御する制御回路と、前記両スイッ
チング素子のオン又はオフの期間に得られた前記2次巻
線の出力を整流平滑する整流平滑回路とを具備するDC
−DCコンバータにおいて、前記両スイッチング素子の
オフ時に前記1次巻線電流が充電されるコンデンサと、
前記両スイッチング素子のオン時に前記コンデンサにチ
ョーク電流を流して前記コンデンサを放電させるチョー
クコイルとを備えたことを特徴とするDC−DCコンバ
ータ。
1. A transformer having a primary winding and a secondary winding to which a DC power source is applied, a pair of switching elements connected in series at both ends of the primary winding, and both switching elements. And a rectifying / smoothing circuit for rectifying / smoothing the output of the secondary winding obtained while the switching elements are on / off.
-In the DC converter, a capacitor that is charged with the primary winding current when both the switching elements are off,
A DC-DC converter comprising: a choke coil that causes a choke current to flow in the capacitor to discharge the capacitor when both switching elements are turned on.
【請求項2】 前記チョークコイルに並列に抵抗を接続
し、チョークコイルの浮遊容量によるチョークコイルの
両端間電圧の振動を抑えるようにしたことを特徴とする
請求項1記載のDC−DCコンバータ。
2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein a resistance is connected in parallel to the choke coil to suppress oscillation of voltage across the choke coil due to stray capacitance of the choke coil.
【請求項3】 前記制御回路は、グランド側のスイッチ
ング素子を電源電圧側のスイッチング素子より速いタイ
ミングでオンさせることを特徴とする請求項1又は2記
載のDC−DCコンバータ。
3. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the control circuit turns on the switching element on the ground side at a faster timing than the switching element on the power supply voltage side.
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