JPH1023747A - 昇圧形電圧変換回路 - Google Patents
昇圧形電圧変換回路Info
- Publication number
- JPH1023747A JPH1023747A JP19158596A JP19158596A JPH1023747A JP H1023747 A JPH1023747 A JP H1023747A JP 19158596 A JP19158596 A JP 19158596A JP 19158596 A JP19158596 A JP 19158596A JP H1023747 A JPH1023747 A JP H1023747A
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- JP
- Japan
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- diode
- switching element
- inductor
- auxiliary
- circuit
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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
グ素子と整流ダイオード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とダイオード31とインダ
クタ131(変圧器13の１次巻線）と主スイッチング素子15
とから昇圧形電圧変換回路を構成する。ダイオード11の
カソードには補助スイッチング素子９をコモン線６の間
に接続する。また変圧器13の２次巻線132はダイオード1
9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９の駆動信号を主スイッチング素子15の駆動信号よ
り時間的に遅らせて，整流ダイオード17のリカバリー損
失を低減する。
グ素子と整流ダイオード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とダイオード31とインダ
クタ131(変圧器13の１次巻線）と主スイッチング素子15
とから昇圧形電圧変換回路を構成する。ダイオード11の
カソードには補助スイッチング素子９をコモン線６の間
に接続する。また変圧器13の２次巻線132はダイオード1
9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９の駆動信号を主スイッチング素子15の駆動信号よ
り時間的に遅らせて，整流ダイオード17のリカバリー損
失を低減する。
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。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。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5,418,704 号として登録され
ている。
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。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。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5,418,704 号として登録され
ている。
【０００４】
【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，昇
圧形電圧変換回路において，スイッチング損失を低くす
る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，昇
圧形電圧変換回路において，スイッチング損失を低くす
る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。
【０００５】
【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。すな
わち，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；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
ドと上記インダクタとの接続点に，一端を接続された第
２のダイオードと，この第２のダイオードの他端とコモ
ン線との間に接続され，互いに直列接続された補助イン
ダクタと第３のダイオードと主スイッチング素子と，第
２のダイオードの他端とコモン線との間に接続された補
助スイッチング素子と，補助インダクタに磁気結合され
た巻線の一端と出力端子の一端との間に接続された第４
のダイオードと，一対の出力端子との間に接続された平
滑コンデンサと，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遅延して重複部分を
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。すな
わち，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；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
ドと上記インダクタとの接続点に，一端を接続された第
２のダイオードと，この第２のダイオードの他端とコモ
ン線との間に接続され，互いに直列接続された補助イン
ダクタと第３のダイオードと主スイッチング素子と，第
２のダイオードの他端とコモン線との間に接続された補
助スイッチング素子と，補助インダクタに磁気結合され
た巻線の一端と出力端子の一端との間に接続された第４
のダイオードと，一対の出力端子との間に接続された平
滑コンデンサと，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遅延して重複部分を
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。
【０００６】 また第２の手段として上記の補助スイッ
チング素子に代えて第５のダイオードを備えるととも
に，上記の制御駆動回路は上記主スイッチング素子のみ
をパルス幅変調しつつオンオフを繰り返す駆動信号を供
給することも提案する。
チング素子に代えて第５のダイオードを備えるととも
に，上記の制御駆動回路は上記主スイッチング素子のみ
をパルス幅変調しつつオンオフを繰り返す駆動信号を供
給することも提案する。
【０００７】
【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，インダクタ131 とダイオード31と主ス
イッチング素子15とを介してコモン線６に接続される。
また，ダイオード11のカソードには補助スイッチング素
子９がコモン線６との間に接続される。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，補助スイッチ
ング素子９と主スイッチング素子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，インダクタ131 とダイオード31と主ス
イッチング素子15とを介してコモン線６に接続される。
また，ダイオード11のカソードには補助スイッチング素
子９がコモン線６との間に接続される。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，補助スイッチ
ング素子９と主スイッチング素子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。
【０００８】
【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，
区間ごとに動作説明をする。
るための波形図である。以下図１と図２とを参照して，
区間ごとに動作説明をする。
【０００９】 to-t1:to以前では，主スイッチング素子
15と補助スイッチング素子９はオフしており，整流ダイ
オード17は導通している。toでは主スイッチング素子15
はオンする。補助インダクタ13の電流は直線的に上昇
し，インダクタ７の定電流値に到達するまで上昇する。
この時点で，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。
15と補助スイッチング素子９はオフしており，整流ダイ
オード17は導通している。toでは主スイッチング素子15
はオンする。補助インダクタ13の電流は直線的に上昇
し，インダクタ７の定電流値に到達するまで上昇する。
この時点で，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。
【００１０】t1-t2: ダイオード17がオフした時点で補
助インダクタ131 の電流が最高値になりそれ以上上昇せ
ず一定電流になり，dv/dt がゼロになるため補助インダ
クタ131 の電圧はゼロになる。その後補助インダクタ13
1 に蓄積したエネルギーにより補助スイッチング素子９
の逆並列ダイオード（ボディダイオード）が導通を始
め，電流ゼロに向かって減少していく(t2)。
助インダクタ131 の電流が最高値になりそれ以上上昇せ
ず一定電流になり，dv/dt がゼロになるため補助インダ
クタ131 の電圧はゼロになる。その後補助インダクタ13
1 に蓄積したエネルギーにより補助スイッチング素子９
の逆並列ダイオード（ボディダイオード）が導通を始
め，電流ゼロに向かって減少していく(t2)。
【００１１】t2-t3: 補助スイッチング素子９の逆並列
ダイオード（ボディダイオード）が導通を終わる以前ま
たは終わると同時に補助スイッチング素子９をオンして
補助インダクタ131 に流れる電流を補助スイッチング素
子９に分流し，補助インダクタ131 に蓄積されるエネル
ギー(LI2/2) を小さくする。
ダイオード（ボディダイオード）が導通を終わる以前ま
たは終わると同時に補助スイッチング素子９をオンして
補助インダクタ131 に流れる電流を補助スイッチング素
子９に分流し，補助インダクタ131 に蓄積されるエネル
ギー(LI2/2) を小さくする。
【００１２】t3 : 時刻t3で主スイッチング素子15と
補助スイッチング素子９は同時にオフする。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。主スイッチング素子15と補助スイッチング素
子９の電圧は，はね上げ電圧により直線的に充電されて
出力電圧V0になる。同時に補助インダクタ131 に蓄積さ
れたエネルギーは２次巻線132 とダイオード19とを介し
て出力側に放出される。
補助スイッチング素子９は同時にオフする。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。主スイッチング素子15と補助スイッチング素
子９の電圧は，はね上げ電圧により直線的に充電されて
出力電圧V0になる。同時に補助インダクタ131 に蓄積さ
れたエネルギーは２次巻線132 とダイオード19とを介し
て出力側に放出される。
【００１３】t3-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。
【００１４】 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。
【００１５】 図３は，本発明にかかる第２の実施の形
態である。この回路は図１における補助スイッチング素
子９に代えて第５のダイオード33を備えるとともに，制
御駆動回路29は主スイッチング素子15のみをパルス幅変
調しつつオンオフを繰り返す駆動信号を供給するもので
ある。第５のダイオード33は一方向のスイッチング素子
として動作するもので，この回路の動作は，おおむね図
１に示す回路の場合と同様である。主スイッチング素子
15と関係する部品の耐電圧がやや高くなることに注意す
る必要がある。
態である。この回路は図１における補助スイッチング素
子９に代えて第５のダイオード33を備えるとともに，制
御駆動回路29は主スイッチング素子15のみをパルス幅変
調しつつオンオフを繰り返す駆動信号を供給するもので
ある。第５のダイオード33は一方向のスイッチング素子
として動作するもので，この回路の動作は，おおむね図
１に示す回路の場合と同様である。主スイッチング素子
15と関係する部品の耐電圧がやや高くなることに注意す
る必要がある。
【００１６】
【発明の効果】 本発明は，以上述べたような特徴を有
し，整流ダイオードのオフ時にリカバリー損失を低く抑
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，整流ダイオードのオフ時にリカバリー損失を低く抑
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。
【図３】本発明にかかる昇圧形電圧変換回路の第２の実
施の形態である。
施の形態である。
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 31…ダイオード 33
…ダイオード
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 31…ダイオード 33
…ダイオード
Claims (2)
- 【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
を接続された第２のダイオードと，この第２のダイオー
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第３のダイオードと主スイ
ッチング素子と，前記第２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第４のダイオードと，
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遅延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。 - 【請求項２】前記補助スイッチング素子に代えて第５の
ダイオードを備えるとともに，前記制御駆動回路は前記
主スイッチング素子のみを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することを特徴とする請求項
１記載の昇圧形電圧変換回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19158596A JPH1023747A (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 |
|---|---|---|---|
| JP19158596A JPH1023747A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 昇圧形電圧変換回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1023747A true JPH1023747A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=16277100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19158596A Pending JPH1023747A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 昇圧形電圧変換回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1023747A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10723591B2 (en) | 2015-04-09 | 2020-07-28 | Thyssenkrupp Elevator Innovation And Operations Gmbh | Guide rail for an elevator system |
| CN113162410A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-23 | 南通大学 | 一种三端口变换器及其控制方法 |
| CN114189151A (zh) * | 2020-09-15 | 2022-03-15 | 圣邦微电子（北京）股份有限公司 | Dc-dc升压变换器 |
-
1996
- 1996-07-02 JP JP19158596A patent/JPH1023747A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10723591B2 (en) | 2015-04-09 | 2020-07-28 | Thyssenkrupp Elevator Innovation And Operations Gmbh | Guide rail for an elevator system |
| CN114189151A (zh) * | 2020-09-15 | 2022-03-15 | 圣邦微电子（北京）股份有限公司 | Dc-dc升压变换器 |
| CN114189151B (zh) * | 2020-09-15 | 2024-02-06 | 圣邦微电子（北京）股份有限公司 | Dc-dc升压变换器 |
| CN113162410A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-23 | 南通大学 | 一种三端口变换器及其控制方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030409 |