JPH1023746A - 昇圧形電圧変換回路 - Google Patents
昇圧形電圧変換回路Info
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- JPH1023746A JPH1023746A JP19158496A JP19158496A JPH1023746A JP H1023746 A JPH1023746 A JP H1023746A JP 19158496 A JP19158496 A JP 19158496A JP 19158496 A JP19158496 A JP 19158496A JP H1023746 A JPH1023746 A JP H1023746A
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- Japan
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- switching element
- diode
- inductor
- auxiliary
- main switching
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 昇圧形電圧変換回路において，主スイッチン
グ素子の損失を減少させる。 【解決手段】 インダクタ７と整流ダイオード17と平滑
用コンデンサ21とダイオード11と主スイッチング素子９
とから昇圧形電圧変換回路を構成する。主スイッチング
素子９に並列に，インダクタ131(変圧器13の１次巻線）
と補助スイッチング素子15との直列回路を接続する。ま
た変圧器13の２次巻線132 はダイオード19を介して出力
端子23に接続される。補助スイッチング素子15の駆動信
号を主スイッチング素子９の駆動信号より時間的に速め
て，主スイッチング素子９の毎周期オンの前後には電極
間電圧をゼロにする。
グ素子の損失を減少させる。 【解決手段】 インダクタ７と整流ダイオード17と平滑
用コンデンサ21とダイオード11と主スイッチング素子９
とから昇圧形電圧変換回路を構成する。主スイッチング
素子９に並列に，インダクタ131(変圧器13の１次巻線）
と補助スイッチング素子15との直列回路を接続する。ま
た変圧器13の２次巻線132 はダイオード19を介して出力
端子23に接続される。補助スイッチング素子15の駆動信
号を主スイッチング素子９の駆動信号より時間的に速め
て，主スイッチング素子９の毎周期オンの前後には電極
間電圧をゼロにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は昇圧形電圧変換回路，
特にスイッチング損失を低減した昇圧形電圧変換回路に
関する。
特にスイッチング損失を低減した昇圧形電圧変換回路に
関する。
【０００２】
【従来技術】 変圧器を使用しないで，インダクタにス
イッチング素子によってエネルギーを蓄え，つぎにこの
エネルギーをスイッチング素子のオフ時に放出し，整流
ダイオードと平滑コンデンサを介して出力する昇圧形電
圧変換回路に関しては，スイッチング素子と整流ダイオ
ードの損失を低くすることが重要である。
イッチング素子によってエネルギーを蓄え，つぎにこの
エネルギーをスイッチング素子のオフ時に放出し，整流
ダイオードと平滑コンデンサを介して出力する昇圧形電
圧変換回路に関しては，スイッチング素子と整流ダイオ
ードの損失を低くすることが重要である。
【０００３】 例えば1991年11月にINTELEC で「新規な
ソフトスイッチング昇圧形，入力波形形成回路を使用し
た高効率通信機用整流回路」として発表され，同時にス
イス国特許第682611号として特許された回路がある。そ
の回路は，昇圧形電圧変換回路の主スイッチング素子に
並列に補助インダクタとダイオードと補助スイッチング
素子との直列回路を接続しておく。また主スイッチング
素子に補助コンデンサも接続しておく。さらにこの補助
インダクタとダイオードとの接続点から第３のダイオー
ドと第４のダイオードとの直列回路を介して出力端子に
接続する。
ソフトスイッチング昇圧形，入力波形形成回路を使用し
た高効率通信機用整流回路」として発表され，同時にス
イス国特許第682611号として特許された回路がある。そ
の回路は，昇圧形電圧変換回路の主スイッチング素子に
並列に補助インダクタとダイオードと補助スイッチング
素子との直列回路を接続しておく。また主スイッチング
素子に補助コンデンサも接続しておく。さらにこの補助
インダクタとダイオードとの接続点から第３のダイオー
ドと第４のダイオードとの直列回路を介して出力端子に
接続する。
【０００４】 この回路においては，補助インダクタと
補助コンデンサとが共振回路を形成して，補助インダク
タのみの作用とあいまって，スイッチング素子と整流用
ダイオードをソフトスイッチングするように動作させ
る。主スイッチング素子のオフからオンにわたって電圧
がゼロに保たれていて，スイッチング素子の損失を小さ
く抑えることができる。このスイッチング素子の動作モ
ードをゼロ電圧遷移（ＺＶＴ）と名付けている。
補助コンデンサとが共振回路を形成して，補助インダク
タのみの作用とあいまって，スイッチング素子と整流用
ダイオードをソフトスイッチングするように動作させ
る。主スイッチング素子のオフからオンにわたって電圧
がゼロに保たれていて，スイッチング素子の損失を小さ
く抑えることができる。このスイッチング素子の動作モ
ードをゼロ電圧遷移（ＺＶＴ）と名付けている。
【０００５】また，ほぼ同じ内容が1993年に別の発明者
により米国特許出願されて，1995年には米国特許第5,41
8,704 号として登録されている。
により米国特許出願されて，1995年には米国特許第5,41
8,704 号として登録されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】 これらの回路はスイ
ッチング素子の損失を低くするためには優れた回路であ
るが，設計上，補助インダクタと補助コンデンサとの共
振回路の条件を満たすことが必要である。本発明はゼロ
電圧遷移の動作モードを保つために共振回路を必要とし
ない新規な回路を提案するものである。
ッチング素子の損失を低くするためには優れた回路であ
るが，設計上，補助インダクタと補助コンデンサとの共
振回路の条件を満たすことが必要である。本発明はゼロ
電圧遷移の動作モードを保つために共振回路を必要とし
ない新規な回路を提案するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】 この課題を解決するた
め，本発明では以下の手段を提案するものである。直流
電源を受ける一対の入力端子と一対の出力端子とを備
え，この一方の入力端子と一方の出力端子とをコモン線
として接続されて，前記一対の出力端子に接続された負
荷に電圧変換された直流出力を供給する昇圧形電圧変換
回路であって；前記入力端子に一端を接続されたインダ
クタと，このインダクタの他端と前記出力端子との間に
直列に接続された整流ダイオードと，この整流ダイオー
ドと前記インダクタとの接続点に，一端を接続されたダ
イオードと，このダイオードの他端と前記コモン線との
間に接続された主スイッチング素子と，前記ダイオード
の他端と前記コモン線との間に接続され，互いに直列接
続された補助インダクタと補助スイッチング素子と，前
記補助インダクタに磁気結合された巻線の一端と前記出
力端子の一端との間に接続されたダイオードと，前記一
対の出力端子との間に接続された平滑コンデンサと，前
記主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを制御
駆動する制御駆動回路であって主スイッチング素子には
パルス幅変調しつつオンオフを繰り返す駆動信号を供給
し，補助スイッチング素子には同じ繰り返し周期で，各
周期ごとに時間的に先行して重複部分を備える駆動信号
を供給する制御駆動回路とを備えてなることを特徴とす
る昇圧形電圧変換回路を提案する。
め，本発明では以下の手段を提案するものである。直流
電源を受ける一対の入力端子と一対の出力端子とを備
え，この一方の入力端子と一方の出力端子とをコモン線
として接続されて，前記一対の出力端子に接続された負
荷に電圧変換された直流出力を供給する昇圧形電圧変換
回路であって；前記入力端子に一端を接続されたインダ
クタと，このインダクタの他端と前記出力端子との間に
直列に接続された整流ダイオードと，この整流ダイオー
ドと前記インダクタとの接続点に，一端を接続されたダ
イオードと，このダイオードの他端と前記コモン線との
間に接続された主スイッチング素子と，前記ダイオード
の他端と前記コモン線との間に接続され，互いに直列接
続された補助インダクタと補助スイッチング素子と，前
記補助インダクタに磁気結合された巻線の一端と前記出
力端子の一端との間に接続されたダイオードと，前記一
対の出力端子との間に接続された平滑コンデンサと，前
記主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを制御
駆動する制御駆動回路であって主スイッチング素子には
パルス幅変調しつつオンオフを繰り返す駆動信号を供給
し，補助スイッチング素子には同じ繰り返し周期で，各
周期ごとに時間的に先行して重複部分を備える駆動信号
を供給する制御駆動回路とを備えてなることを特徴とす
る昇圧形電圧変換回路を提案する。
【０００８】
【発明の実施の形態】 図１は本発明にかかる昇圧形電
圧変換回路を示す。図において直流電源１の＋側が入力
端子３に接続され，−側が入力端子５に接続される。ま
た出力端子23，25とを備え，入力端子５と出力端子25と
はコモン線６として接続される。出力端子23，25に接続
された負荷27に電圧変換された直流出力を供給するもの
である。内部回路は入力端子３からはインダクタ７と整
流ダイオード17とが直列接続され，出力端子23に接続さ
れる。出力端子23と25には並列に平滑用コンデンサ21が
接続される。またインダクタ７と整流用ダイオード17と
の接続点からは，ダイオード11と主スイッチング素子９
とを直列してコモン線６に接続される。ダイオード11の
カソードにはインダクタ131 と補助スイッチング素子15
とを介してコモン線６に接続される。ここでインダクタ
131 は変圧器13の１次巻線として構成され，その２次巻
線132 の一端はダイオード19を介して出力端子23に接続
される。また２次巻線132 の他端はコモン線６に接続さ
れる。変圧器13において１次巻線131 と２次巻線132 と
の極性は黒点に示す方向である。また，主スイッチング
素子９と補助スイッチング素子15とはそれぞれ制御駆動
回路29からの駆動信号によりオンオフスイッチ制御され
る。
圧変換回路を示す。図において直流電源１の＋側が入力
端子３に接続され，−側が入力端子５に接続される。ま
た出力端子23，25とを備え，入力端子５と出力端子25と
はコモン線６として接続される。出力端子23，25に接続
された負荷27に電圧変換された直流出力を供給するもの
である。内部回路は入力端子３からはインダクタ７と整
流ダイオード17とが直列接続され，出力端子23に接続さ
れる。出力端子23と25には並列に平滑用コンデンサ21が
接続される。またインダクタ７と整流用ダイオード17と
の接続点からは，ダイオード11と主スイッチング素子９
とを直列してコモン線６に接続される。ダイオード11の
カソードにはインダクタ131 と補助スイッチング素子15
とを介してコモン線６に接続される。ここでインダクタ
131 は変圧器13の１次巻線として構成され，その２次巻
線132 の一端はダイオード19を介して出力端子23に接続
される。また２次巻線132 の他端はコモン線６に接続さ
れる。変圧器13において１次巻線131 と２次巻線132 と
の極性は黒点に示す方向である。また，主スイッチング
素子９と補助スイッチング素子15とはそれぞれ制御駆動
回路29からの駆動信号によりオンオフスイッチ制御され
る。
【０００９】
【動作説明】 図２は，図１に示す回路の動作を説明す
るための波形図である。以下図１と図２とを参照して，
区間ごとに動作を説明する。
るための波形図である。以下図１と図２とを参照して，
区間ごとに動作を説明する。
【００１０】 to-t1:to以前では，主スイッチング素子
９と補助スイッチング素子15はオフしており，整流ダイ
オード17は導通している。toでは補助スイッチング素子
15はオンする。補助インダクタ131 の電流は直線的に上
昇する。
９と補助スイッチング素子15はオフしており，整流ダイ
オード17は導通している。toでは補助スイッチング素子
15はオンする。補助インダクタ131 の電流は直線的に上
昇する。
【００１１】t1-t2: 補助インダクタ131 の電流は，さ
らに増加し続ける。そしてt2で電流変化di/dt がゼロに
なることにより，補助インダクタ131 の両端の電圧もゼ
ロとなる。このとき主スイッチング素子９の逆並列ダイ
オード（ボディダイオード）が導通を始める。また，t2
の時点で，整流用のダイオード17が補助インダクタ131
の電流に関わる電流減少率で生じるリカバリー電流値で
ソフトスイッチングによりオフする。
らに増加し続ける。そしてt2で電流変化di/dt がゼロに
なることにより，補助インダクタ131 の両端の電圧もゼ
ロとなる。このとき主スイッチング素子９の逆並列ダイ
オード（ボディダイオード）が導通を始める。また，t2
の時点で，整流用のダイオード17が補助インダクタ131
の電流に関わる電流減少率で生じるリカバリー電流値で
ソフトスイッチングによりオフする。
【００１２】t2-t3: 主スイッチング素子９の逆並列ダ
イオード（いわゆるボディダイオード）がオンする。Ｚ
ＶＳを達成するためには，このボディダイオードが導通
している期間中に，主スイッチング素子９にオン信号を
与えなければならない。ここで，295 と299 の各ゲート
信号には重なる期間が必要となる。
イオード（いわゆるボディダイオード）がオンする。Ｚ
ＶＳを達成するためには，このボディダイオードが導通
している期間中に，主スイッチング素子９にオン信号を
与えなければならない。ここで，295 と299 の各ゲート
信号には重なる期間が必要となる。
【００１３】t3-t4: 時刻t3では補助スイッチング素子
15はオフしており，その両端の電圧はダイオード19の導
通のため, 出力電圧の値に変圧器13の巻数比を掛けた値
にクランプされている。この期間，主スイッチング素子
９はオンしている。補助インダクタ13に蓄えられたエネ
ルギーは，この期間でダイオード19を介して負荷27に伝
達される。補助インダクタ13の電流は短期間に減少し
て, 時刻t4でゼロになる。
15はオフしており，その両端の電圧はダイオード19の導
通のため, 出力電圧の値に変圧器13の巻数比を掛けた値
にクランプされている。この期間，主スイッチング素子
９はオンしている。補助インダクタ13に蓄えられたエネ
ルギーは，この期間でダイオード19を介して負荷27に伝
達される。補助インダクタ13の電流は短期間に減少し
て, 時刻t4でゼロになる。
【００１４】t4-t5: ダイオード17は時刻t4でオフす
る。この区間での回路動作は一般的なPWM 昇圧形コンバ
ータの動作と同様である。
る。この区間での回路動作は一般的なPWM 昇圧形コンバ
ータの動作と同様である。
【００１５】t5-t6: 時刻t5で主スイッチング素子９は
オフする。主スイッチング素子９の電圧は，インダクタ
７の蓄積エネルギーのはね上げによって直線的に充電さ
れて，電圧Voになる。
オフする。主スイッチング素子９の電圧は，インダクタ
７の蓄積エネルギーのはね上げによって直線的に充電さ
れて，電圧Voになる。
【００１６】t6-t0: この区間での回路動作は一般的な
PWM 昇圧形コンバータのフリーホィール動作と同様であ
る。時刻toでは補助スイッチング素子15が再びオンし
て, 次のスイッチングサイクルを開始する。
PWM 昇圧形コンバータのフリーホィール動作と同様であ
る。時刻toでは補助スイッチング素子15が再びオンし
て, 次のスイッチングサイクルを開始する。
【００１７】 変圧器13の１次巻線231 と２次巻線232
との巻数比を例えば１：２にすると，変圧器13のリセッ
ト時間をさらに短くすることができる。こうすると，主
スイッチング素子９のオンオフ周期を短くすることがで
きる。また負荷27への電流が大きいときにも，リセット
時間を低く抑えることができるので，設計の自由度がよ
り広範囲になる。なお，１次巻線231 と２次巻線232 と
の巻数比を１：１とするときには，２次巻線232 を省い
て，１次巻線231 とスイッチング素子15との接続点へダ
イオード19のアノードを直接的に接続することもでき
る。
との巻数比を例えば１：２にすると，変圧器13のリセッ
ト時間をさらに短くすることができる。こうすると，主
スイッチング素子９のオンオフ周期を短くすることがで
きる。また負荷27への電流が大きいときにも，リセット
時間を低く抑えることができるので，設計の自由度がよ
り広範囲になる。なお，１次巻線231 と２次巻線232 と
の巻数比を１：１とするときには，２次巻線232 を省い
て，１次巻線231 とスイッチング素子15との接続点へダ
イオード19のアノードを直接的に接続することもでき
る。
【００１８】
【発明の効果】 本発明は，以上述べたような特徴を有
し，主スイッチング素子のオンする前後において，その
両端の電圧がゼロであるため，スイッチング損失を低く
抑えることができる。また還流電流を遮断したり制限し
ているので，それによりスイッチング損失はさらに低減
する。
し，主スイッチング素子のオンする前後において，その
両端の電圧がゼロであるため，スイッチング損失を低く
抑えることができる。また還流電流を遮断したり制限し
ているので，それによりスイッチング損失はさらに低減
する。
【図１】本発明にかかる昇圧形電圧変換回路の回路図で
ある。
ある。
【図２】本発明にかかる昇圧形電圧変換回路の動作を説
明するための波形図である。
明するための波形図である。
１…直流電源 ３，５…入力端子 ６…コモン線
７…インダクタ ９…スイッチング素子 11…ダイオード 13
…変圧器 15…スイッチング素子 17…ダイオード 19
…ダイオード 21…平滑用コンデンサ 23，25…出力端子 27
…負荷 29…制御駆動回路
７…インダクタ ９…スイッチング素子 11…ダイオード 13
…変圧器 15…スイッチング素子 17…ダイオード 19
…ダイオード 21…平滑用コンデンサ 23，25…出力端子 27
…負荷 29…制御駆動回路
Claims (1)
- 【請求項１】直流電源を受ける一対の入力端子と一対の
出力端子とを備え，この一方の入力端子と一方の出力端
子とをコモン線として接続されて，前記一対の出力端子
に接続された負荷に電圧変換された直流出力を供給する
昇圧形電圧変換回路であって；前記入力端子に一端を接
続されたインダクタと，このインダクタの他端と前記出
力端子との間に直列に接続された整流ダイオードと，こ
の整流ダイオードと前記インダクタとの接続点に，一端
を接続されたダイオードと，このダイオードの他端と前
記コモン線との間に接続された主スイッチング素子と，
前記ダイオードの他端と前記コモン線との間に接続さ
れ，互いに直列接続された補助インダクタと補助スイッ
チング素子と，前記補助インダクタに磁気結合された巻
線の一端と前記出力端子の一端との間に接続されたダイ
オードと，前記一対の出力端子との間に接続された平滑
コンデンサと，前記主スイッチング素子と補助スイッチ
ング素子とを制御駆動する制御駆動回路であって主スイ
ッチング素子にはパルス幅変調しつつオンオフを繰り返
す駆動信号を供給し，補助スイッチング素子には同じ繰
り返し周期で，各周期ごとに時間的に先行して重複部分
を備える駆動信号を供給する制御駆動回路とを備えてな
ることを特徴とする昇圧形電圧変換回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19158496A JPH1023746A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 昇圧形電圧変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19158496A JPH1023746A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 昇圧形電圧変換回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1023746A true JPH1023746A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=16277084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19158496A Pending JPH1023746A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 昇圧形電圧変換回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1023746A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2011001500A1 (ja) * | 2009-06-30 | 2012-12-10 | 富士通株式会社 | Ｄｃ−ｄｃコンバータ、モジュール、電源装置及び電子機器 |
-
1996
- 1996-07-02 JP JP19158496A patent/JPH1023746A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2011001500A1 (ja) * | 2009-06-30 | 2012-12-10 | 富士通株式会社 | Ｄｃ−ｄｃコンバータ、モジュール、電源装置及び電子機器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20031002 |