JPH11187654A - Dc-to-dc converter - Google Patents

Dc-to-dc converter

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JPH11187654A
JPH11187654A JP9367300A JP36730097A JPH11187654A JP H11187654 A JPH11187654 A JP H11187654A JP 9367300 A JP9367300 A JP 9367300A JP 36730097 A JP36730097 A JP 36730097A JP H11187654 A JPH11187654 A JP H11187654A
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JP
Japan
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voltage
input voltage
circuit
duty ratio
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP9367300A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazunari Akiyama
和成 秋山
Isao Takahashi
勲 高橋
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.)
Isuzu Motors Ltd
Nagaoka University of Technology NUC
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Nagaoka University of Technology NUC
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a specified output voltage, even if the duty ratio with an inverter is not made so small by having a voltage through the switching of a connection switching circuit annexed to a rectifying circuit, when the input voltage becomes larger than a specified value. SOLUTION: A connection switching circuit 18 and inductances 23 and 24 for smoothing are annexed to a rectifying circuit 10 which lies on the output side of a transformer 9. When the fluctuating input voltage is lower than a certain specified value, the connection switching circuit 18 is turned on (transistors 21 and 22 are on), and when that it is above the specified value, it is controlled by a controller 17 so that it is turned off. When the connection switching circuit 18 is turned off, the voltage coming out as output is halved, so that even if the input voltage becomes large, it obviates the need for making the duty ratio very small even if the input voltage becomes large.

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、入力電圧が大きく
変動してもトランスでの損失が少なくなるようにしたD
C−DCコンバータに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a D (Digital-to-Digital) circuit in which the loss in a transformer is reduced even when the input voltage fluctuates greatly.
It relates to a C-DC converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は、DC−DCコンバータの第1の
従来例を示す図である。図7において、1は入力交流電
源、2は整流回路、6は平滑用コンデンサ、8はインバ
ータ、9はトランス、10は整流回路、11は平滑用イ
ンダクタンス、12は平滑用コンデンサ、13,14は
抵抗、15は電流検出器、16は負荷、17はコントロ
ーラである。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a diagram showing a first conventional example of a DC-DC converter. In FIG. 7, 1 is an input AC power supply, 2 is a rectifying circuit, 6 is a smoothing capacitor, 8 is an inverter, 9 is a transformer, 10 is a rectifying circuit, 11 is a smoothing inductance, 12 is a smoothing capacitor, and 13 and 14 are Reference numeral 15 denotes a current detector, 16 denotes a load, and 17 denotes a controller.

【0003】入力交流電源1の交流は整流回路2で整流
され、インバータ8に印加される。インバータ8は、コ
ントローラ17からの信号により制御され、印加された
直流を交流に変換し、トランス9へ送る。トランス9
は、変圧作用のほか入力側と出力側とを絶縁するという
作用をする。トランス9の出力は、整流回路10により
整流され、平滑用インダクタンス11および平滑用コン
デンサ12により平滑され、負荷16に供給される。抵
抗13,14は、出力電圧を検出するための分圧抵抗で
あり、平滑された直流電圧を分圧し、コントローラ17
に伝える。電流検出器15は、出力電流を検出するため
のものであり、検出信号はやはりコントローラ17へ伝
えられる。
The AC of an input AC power supply 1 is rectified by a rectifier circuit 2 and applied to an inverter 8. The inverter 8 is controlled by a signal from the controller 17, converts an applied direct current into an alternating current, and sends the alternating current to the transformer 9. Transformer 9
Has the function of insulating the input side and the output side in addition to the voltage transforming action. The output of the transformer 9 is rectified by a rectifier circuit 10, smoothed by a smoothing inductance 11 and a smoothing capacitor 12, and supplied to a load 16. The resistors 13 and 14 are voltage-dividing resistors for detecting an output voltage, divide the smoothed DC voltage,
Tell The current detector 15 is for detecting an output current, and a detection signal is also transmitted to the controller 17.

【0004】電流検出器15による電流検出は、出力電
流が予め定めてある所定値以上にならないよう監視する
ために行われる。もし、その所定値に達すれば、コント
ローラ17からインバータ8への制御信号を調節して、
それ以上増大しないようにされる。抵抗13,14によ
る出力電圧の検出は、出力電圧を予め定めてある所定値
に制御するために行われる。検出電圧はコントローラ1
7内で設定値と比較され、その比較結果に基づき、イン
バータ8への制御信号が生成される。インバータへの制
御信号は、出力として発生させる交流の周期(これは、
出力周波数が決めてあるから決まる)の長さのうち、ど
の位の長さだけスイッチング素子をオンしているかを表
す比(デューティ比)で表される。従って、出力電圧が
所定値より高いと、インバータ8のスイッチング素子を
オンしている時間の割合を短くし(デューティ比を小に
し)、所定値より低いとオン時間の割合を長くする(デ
ューティ比を大にする)よう、制御信号が調節される。
The current detection by the current detector 15 is performed to monitor the output current so as not to exceed a predetermined value. If the predetermined value is reached, the control signal from the controller 17 to the inverter 8 is adjusted,
It is prevented from increasing any further. The detection of the output voltage by the resistors 13 and 14 is performed to control the output voltage to a predetermined value. The detection voltage is the controller 1
The control signal is compared with the set value in 7, and a control signal to the inverter 8 is generated based on the comparison result. The control signal to the inverter is the period of the alternating current generated as output (this is
It is expressed by a ratio (duty ratio) indicating how long the switching element is turned on among the lengths determined by the output frequency. Therefore, when the output voltage is higher than a predetermined value, the ratio of the time during which the switching element of the inverter 8 is on is shortened (duty ratio is reduced), and when the output voltage is lower than the predetermined value, the ratio of the on time is increased (duty ratio). The control signal is adjusted so that

【0005】図5は、インバータでの入力電圧とデュー
ティ比との関係を説明する図である。この図は、出力電
圧としては一定の電圧を得ようとしているのに、入力電
圧が変動する場合、デューティ比はどのように変化させ
たらよいかを示している。縦軸は変動する入力電圧を表
し、横軸はデューティ比を表している。曲線イは、入力
電圧とデューティ比との関係を表す曲線であり、A,
B,Cは、その曲線上の点である。VA ,VB ,V
C は、それぞれ点A,B,Cの場合における入力電圧で
あり、DA ,DB ,DC は、それぞれ点A,B,Cの場
合におけるデューティ比である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the input voltage of the inverter and the duty ratio. This figure shows how to change the duty ratio when the input voltage fluctuates while trying to obtain a constant voltage as the output voltage. The vertical axis represents the fluctuating input voltage, and the horizontal axis represents the duty ratio. Curve A is a curve representing the relationship between the input voltage and the duty ratio.
B and C are points on the curve. V A , V B , V
C, respectively points A, B, the input voltage in the case of C, D A, D B, D C, respectively points A, B, a duty ratio in the case of C.

【0006】ここでは、得ようとしている出力電圧はV
C を整流した電圧であるとしている。従って、入力電圧
がVC の時のデューティ比DC は、100%とされる
(図5中の点Cの場合参照)。インバータの入力電圧が
C より増大した場合、インバータのスイッチング素子
のオン時間(デューティ比)をVC の場合と同じまま
(100%)としておくと、出力電圧は増大する。従っ
て、入力電圧がVC より高くなるにつれ、デューティ比
は次第に小さくされる。
Here, the output voltage to be obtained is V
C is a rectified voltage. Therefore, the duty ratio D C when the input voltage is V C is set to 100% (see the case of point C in FIG. 5). When the input voltage of the inverter is higher than V C , the output voltage is increased if the ON time (duty ratio) of the switching element of the inverter remains the same (100%) as that of V C. Thus, as the input voltage is higher than V C, the duty ratio is gradually decreased.

【0007】図6は、インバータに於いてデューティ比
が異なる場合のスイッチング時間を示す図である。図6
(A),図6(B),図6(C)は、それぞれ図5の点
A,B,Cにおけるスイッチングを表す図である。Tは
交流の半周期を表し、TONは半周期のうちスイッチング
素子がオンしている時間を表している。従って、TON
Tがデューティ比である。
FIG. 6 is a diagram showing the switching time when the duty ratio is different in the inverter. FIG.
6A, 6B, and 6C are diagrams showing switching at points A, B, and C in FIG. 5, respectively. T represents a half cycle of AC, and T ON represents a time during which the switching element is on in the half cycle. Therefore, T ON /
T is the duty ratio.

【0008】図6(C)は入力電圧がVC の時のスイッ
チングであるが、この時はTの期間全部にわたってオン
させられている(T=TON。デューティ比DC =100
%)。 図6(B)は入力電圧がVB の時のスイッチン
グであるが、VB はVC より大であるので、デューティ
比DB はDC より小とされ、オン時間は短くされる。図
6(A)は入力電圧がVA の時のスイッチングである
が、VA はVB より更に大であるので、デューティ比D
A はDB より更に小さくされ、オン時間は更に短くされ
る。
FIG. 6 (C) shows switching when the input voltage is V C , in which case it is turned on for the entire period of T (T = T ON, duty ratio D C = 100).
%). Although FIG. 6 (B) is a switching when the input voltage is V B, since V B is greater than V C, the duty ratio D B is smaller than D C, the on-time is shortened. Although FIG. 6 (A) is a switching when the input voltage is V A, since the V A further is greater than V B, the duty ratio D
A is still smaller than D B, on-time is further shortened.

【0009】図7に戻るが、DC−DCコンバータ中の
トランス9には、図6に示されるようなデューティ比で
決まる時間だけ、正方向,逆方向に電流が流されるわけ
であるが、一般にトランスの効率は、デューティ比が小
さくなるほど悪くなることが知られている。入力電圧が
あまり変動しないものであれば、所望の出力電圧との電
圧比を基にしてトランスの巻線比を決定し、デューティ
比が100%に近い値で制御されるようにすることが出
来るから、そのような場合は、トランスにおける効率を
高くすることが出来る。
Returning to FIG. 7, current flows in the forward and reverse directions through the transformer 9 in the DC-DC converter for a time determined by the duty ratio as shown in FIG. It is known that the efficiency of the transformer becomes worse as the duty ratio becomes smaller. If the input voltage does not fluctuate much, the winding ratio of the transformer is determined based on the voltage ratio with the desired output voltage, and the duty ratio can be controlled at a value close to 100%. Therefore, in such a case, the efficiency of the transformer can be increased.

【0010】しかし、入力電圧が大きく変動する場合
は、そのような対処をすることが出来ない。従って、ト
ランスの効率はどうしても悪くなる。そこで、このよう
な場合は、トランスの前または後にトランスの効率を良
くするよう電圧を変換する回路(昇圧回路あるいは降圧
回路)を挿設したものが考えられている。次に、それを
示す。
However, when the input voltage fluctuates greatly, such measures cannot be taken. Therefore, the efficiency of the transformer is inevitably reduced. Therefore, in such a case, a circuit in which a voltage converting circuit (a booster circuit or a step-down circuit) is inserted before or after the transformer to improve the efficiency of the transformer is considered. Next, it is shown.

【0011】図8は、DC−DCコンバータの第2の従
来例を示す図である。符号は図7のものに対応し、3は
電流検出器、4,5は抵抗、7は降圧回路である。電流
検出器3は入力電流を検出するためのものであり、抵抗
4,5は入力電圧を検出するための分圧抵抗である。電
流検出器3で入力電流が過大となったことを検出する
と、コントローラ17は、DC−DCコンバータを過電
流から保護する処置をとる(例えば、インバータ8への
制御信号を停止する)。
FIG. 8 is a diagram showing a second conventional example of a DC-DC converter. Reference numerals correspond to those in FIG. 7, 3 is a current detector, 4 and 5 are resistors, and 7 is a step-down circuit. The current detector 3 is for detecting an input current, and the resistors 4 and 5 are voltage dividing resistors for detecting an input voltage. When the current detector 3 detects that the input current has become excessive, the controller 17 takes measures to protect the DC-DC converter from overcurrent (for example, stop the control signal to the inverter 8).

【0012】抵抗4,5による入力電圧の検出は、降圧
回路7に降圧作用を行わせるか否かを決めるために行
う。降圧作用を行うか否かは、コントローラ17からの
信号により指示される。入力電圧が大の場合には、降圧
回路7に降圧作用を行わせる。そうすると、インバータ
8におけるデューティ比は、降圧しなかった場合に比べ
て大となり、トランス9の効率は、降圧しなかった場合
に比べてはるかに良くなる。
The detection of the input voltage by the resistors 4 and 5 is performed to determine whether or not the step-down circuit 7 performs the step-down operation. Whether to perform the step-down operation is instructed by a signal from the controller 17. When the input voltage is large, the step-down circuit 7 performs a step-down operation. Then, the duty ratio of the inverter 8 becomes larger than when the voltage is not reduced, and the efficiency of the transformer 9 is much better than when the voltage is not reduced.

【0013】なお、DC−DCコンバータに関する従来
の文献としては、例えば、特開平4−368464号公
報等がある。
As a conventional document relating to a DC-DC converter, there is, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-368644.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】降圧回路等を挿設して
デューティ比を大に保ち、トランスの効率を高くしよう
としたDC−DCコンバータでは、挿設する回路の分だ
け回路規模が大になると共に、コストが高くなってしま
うという問題点があった。本発明は、このような問題点
を解決することを課題とするものである。
In a DC-DC converter in which a step-down circuit or the like is inserted to maintain a high duty ratio to increase the efficiency of a transformer, the circuit scale is increased by the amount of the inserted circuit. In addition, there is a problem that the cost increases. An object of the present invention is to solve such a problem.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、変動する入力電圧をデューティ比制御
して交流に変換するインバータと、該交流を変圧するト
ランスと、変圧された交流を整流する整流回路と、整流
電圧を平滑して直流出力電圧とする平滑回路と、該直流
出力電圧を検出する電圧検出手段と、該直流出力電圧を
一定値とするため該電圧検出手段からの検出値を基に前
記インバータのデューティ比制御を行うコントローラと
を具えたDC−DCコンバータにおいて、入力電圧を検
出し、検出信号を前記コントローラへ入力する入力電圧
検出手段と、トランジスタとダイオードとの逆並列接続
体2個を直列に接続したものから成り、前記整流回路の
一方の直流出力側端子に隣接する2つのダイオードの出
力側間に接続された接続切換回路と、該2つのダイオー
ドの出力側にそれぞれ一端が接続され、他端が一括して
出力端子に接続された平滑用インダクタンスとを具え、
入力電圧が所定値より小である時は前記トランジスタを
オンとし、入力電圧が該所定値より大である時は前記ト
ランジスタをオフとするよう前記コントローラにより制
御することとした。
According to the present invention, there is provided an inverter for converting a fluctuating input voltage into an alternating current by controlling a duty ratio, a transformer for transforming the alternating current, and a transformer for transforming the alternating current. A rectifying circuit for rectifying, a smoothing circuit for smoothing the rectified voltage to a DC output voltage, voltage detecting means for detecting the DC output voltage, and detection from the voltage detecting means for setting the DC output voltage to a constant value In a DC-DC converter comprising a controller for controlling a duty ratio of the inverter based on a value, an input voltage detecting means for detecting an input voltage and inputting a detection signal to the controller, and an anti-parallel transistor and diode. It consists of two connected bodies connected in series, and is connected between the output sides of two diodes adjacent to one DC output side terminal of the rectifier circuit. A connection switching circuit, one ends on the output side of the two diodes is connected to an inductance for smoothing the other end of which is connected to the output terminal collectively comprises,
The controller is controlled to turn on the transistor when the input voltage is lower than a predetermined value, and to turn off the transistor when the input voltage is higher than the predetermined value.

【0016】なお、このようなDC−DCコンバータ
は、車両の内燃機関により駆動される発電機からの発電
電圧を入力電圧として、一定の直流出力電圧を得ようと
する場合に使用するDC−DCコンバータとして、好適
である。
Such a DC-DC converter is used for obtaining a constant DC output voltage by using a voltage generated by a generator driven by an internal combustion engine of a vehicle as an input voltage. It is suitable as a converter.

【0017】(解決する動作の概要)変動する入力電圧
より一定の出力電圧を得るためのDC−DCコンバータ
においては、インバータのデューティ比制御をし、それ
で得られた交流をトランスで変圧し、更に整流,平滑し
て得ている。一般にトランスでの損失は、インバータで
のデューティ比が小さい程大となる。本発明では、入力
電圧が所定値より大となると、整流回路に付設された接
続切換回路の切り換えにより、出力電圧が2分の1とさ
れるので、インバータでのデューティ比は、それほど小
さくしなくとも所定の出力電圧が得られる。そのため、
トランスの効率は、上記のように2分の1としない場合
に比べ、向上する。
(Summary of operation to be solved) In a DC-DC converter for obtaining a constant output voltage from a fluctuating input voltage, the duty ratio of the inverter is controlled, and the obtained AC is transformed by a transformer. Rectified and smoothed. Generally, the loss in the transformer increases as the duty ratio in the inverter decreases. According to the present invention, when the input voltage becomes larger than the predetermined value, the output voltage is reduced to one half by switching the connection switching circuit attached to the rectifier circuit. Therefore, the duty ratio of the inverter is not reduced so much. Thus, a predetermined output voltage is obtained. for that reason,
The efficiency of the transformer is improved as compared with the case where it is not reduced to half as described above.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図1は、本発明にかかわるD
C−DCコンバータを示す図である。符号は図8のもの
に対応し、10A,10B,10C,10Dは整流回路
10を構成するダイオード、18は接続切換回路、1
9,20はダイオード、21,22はトランジスタ、2
3,24は平滑用インダクタンスである。平滑用インダ
クタンス23,24は、等しいインダクタンス値Lを有
するものとする。図8と同じ符号の部分は、同様の動作
をするので、それらについての説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a D according to the present invention.
It is a figure showing a C-DC converter. Reference numerals correspond to those in FIG. 8, 10A, 10B, 10C, and 10D are diodes that constitute the rectifier circuit 10, 18 is a connection switching circuit,
9 and 20 are diodes, 21 and 22 are transistors, 2
Numerals 3 and 24 are smoothing inductances. The smoothing inductances 23 and 24 have the same inductance value L. The same reference numerals as those in FIG. 8 perform the same operation, and thus the description thereof will be omitted.

【0019】構成上、図8の従来例と相違する点は、降
圧回路7を廃止し、その代わりに接続切換回路18を設
けた点である。平滑用インダクタンス23,24は、従
来の平滑用インダクタンス11に対応するものであり、
純粋に新規に加えたものではない。ただ、接続切換回路
18の新設に対応させて、2個にしただけである。
The configuration differs from the conventional example of FIG. 8 in that the step-down circuit 7 is eliminated and a connection switching circuit 18 is provided instead. The smoothing inductances 23 and 24 correspond to the conventional smoothing inductance 11,
It is not purely new. However, only two connection switching circuits 18 are provided in correspondence with the new installation.

【0020】接続切換回路18の構成は、トランジスタ
とダイオードとの逆並列接続体2個を、直列に接続した
ものである。その接続切換回路18を、整流回路10の
一方の直流出力側端子に隣接するダイオード(10A,
10C)の出力側間に接続する。そして、該ダイオード
(10A,10C)の出力側には、それぞれ平滑用イン
ダクタンス23,24の一端を接続し、平滑用インダク
タンス23,24の他端は一括して出力端子に接続す
る。
The configuration of the connection switching circuit 18 is such that two antiparallel connected bodies of a transistor and a diode are connected in series. The connection switching circuit 18 is connected to a diode (10A, 10A) adjacent to one DC output terminal of the rectifier circuit 10.
10C). One end of each of the smoothing inductances 23 and 24 is connected to the output side of the diode (10A, 10C), and the other end of each of the smoothing inductances 23 and 24 is collectively connected to the output terminal.

【0021】接続切換回路18での切り換えは、コント
ローラ17からの制御信号により、トランジスタ21,
22がオンまたはオフされることにより行われる。図2
は、接続切換回路18により切り換えられた時の整流回
路10周辺の回路を説明する図である。図2(イ)は、
トランジスタ21,22がオンされた時のものであり、
図2(ロ)はトランジスタ21,22がオフされた時の
ものであり、図2(ハ)は(ロ)の回路を書き換えたも
のである。
Switching by the connection switching circuit 18 is controlled by a control signal from the controller 17 so that the transistors 21 and
This is performed by turning on or off the switch 22. FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining circuits around the rectifier circuit 10 when switching is performed by the connection switching circuit 18. Fig. 2 (a)
When the transistors 21 and 22 are turned on,
FIG. 2B shows the state when the transistors 21 and 22 are turned off, and FIG. 2C rewrites the circuit shown in FIG.

【0022】まず、図2(イ)の回路について説明す
る。図1の回路で、ダイオード10Aがオンする半波で
は、トランジスタ21がオンさせられ、ダイオード10
A→トランジスタ21→ダイオード20→平滑用インダ
クタンス24という経路で電流が流れる。逆に、ダイオ
ード10Cがオンする半波では、トランジスタ22がオ
ンさせられ、ダイオード10C→トランジスタ22→ダ
イオード19→平滑用インダクタンス23という経路で
電流が流れる。平滑用インダクタンス23,24のイン
ダクタンス値は、共に同じ(L)としているから、結
局、この時の回路は、図2(イ)の如く、整流回路10
に1つの平滑用インダクタンス23(または24)が接
続されていると考えてよい。従って、入力電圧をVi
すると、出力端子O1 ,O2 には、その整流電圧VI
現れる。
First, the circuit shown in FIG. In the circuit of FIG. 1, in a half-wave in which the diode 10A is turned on, the transistor 21 is turned on and the diode 10A is turned on.
A current flows through a path of A → transistor 21 → diode 20 → smoothing inductance 24. Conversely, in a half-wave when the diode 10C is turned on, the transistor 22 is turned on, and a current flows through the path of the diode 10C → the transistor 22 → the diode 19 → the smoothing inductance 23. Since the inductance values of the smoothing inductances 23 and 24 are the same (L), the circuit at this time ends up with a rectifier circuit 10 as shown in FIG.
May be considered to be connected to one smoothing inductance 23 (or 24). Therefore, when the input voltage V i, the output terminal O 1, O 2, appears the rectified voltage V I.

【0023】次に、トランジスタ21,22がオフされ
た時の回路を、図2(ハ)によって説明する。平滑用イ
ンダクタンス23,24の接続点をMとし、ダイオード
10B,10Dの接続点をNとする。接続点Mは、同じ
インダクタンス値Lを持つ平滑用インダクタンス23,
24に挟まれ、上下対称の回路構成の中間点となってい
ることより理解し得るように、この回路に交流の入力電
圧Vi が印加された場合、接続点Mの電圧はその2分の
1の整流電圧となる。即ち、出力端子O1 ,O2 間には
I /2の電圧が現れる。電圧が2分の1とされること
に伴い、ダイオード等の回路素子を耐圧の低いものとす
ることが出来、コストも安くなる。
Next, a circuit when the transistors 21 and 22 are turned off will be described with reference to FIG. The connection point between the smoothing inductances 23 and 24 is M, and the connection point between the diodes 10B and 10D is N. The connection point M is connected to the smoothing inductance 23 having the same inductance value L,
Sandwiched 24, as can be seen from the fact that a midpoint of the circuit configuration of the vertical symmetry, when the input voltage V i of the AC to the circuit is applied, the voltage at node M is the half 1 rectified voltage. That is, a voltage of V I / 2 appears between the output terminals O 1 and O 2 . As the voltage is reduced to half, circuit elements such as diodes can be made to have a low withstand voltage, and the cost can be reduced.

【0024】本発明で、前記のような接続切換回路18
を挿設した理由は、入力電圧が大きくなってもトランス
9の効率が悪くならないようにするためであるが、次
に、そのことについて説明する接続切換回路18の切り
換え制御を最初に述べておく。入力電圧が所定値以下で
あればトランジスタ21,22をオンとする(図2
(イ)の回路とする)。入力電圧が所定値より大であれ
ばトランジスタ21,22をオフとする(図2(ロ),
(ハ)の回路とする)。この切り換え制御は、既に述べ
たように、コントローラ17からの制御信号により行
う。
In the present invention, the connection switching circuit 18 as described above is used.
Is inserted so that the efficiency of the transformer 9 does not deteriorate even when the input voltage increases. Next, the switching control of the connection switching circuit 18 for explaining this fact will be described first. . If the input voltage is equal to or lower than a predetermined value, the transistors 21 and 22 are turned on (see FIG. 2).
(A) circuit). If the input voltage is higher than a predetermined value, the transistors 21 and 22 are turned off (FIG. 2B).
(C) circuit). This switching control is performed by the control signal from the controller 17 as described above.

【0025】このような切り換え制御を行うと、入力電
圧が前記所定値より大となっても、インバータ8でのデ
ューティ比を非常に小さな値とする必要がなくなる。そ
れを図3によって説明する。図3は、本発明におけるイ
ンバータでのデューティ比を説明する図である。縦軸,
横軸および符号は図5のものに対応している。V1 ,V
2 ,V3 は入力電圧であり、DM は入力電圧がV2 の時
のデューティ比である。V1 は、インバータ8でのデュ
ーティ比を100%として、所定の出力電圧を得ること
が出来る入力電圧である。V3 は想定される最大の入力
電圧である。V2 はV1 とV3 との間の電圧であって、
1 の2倍の電圧であり、この電圧を境にして接続切換
回路18による切り換え制御を行う。即ち、入力電圧が
2 以上になった時に図2(ロ)の回路(出力2分の1
倍回路)とし、入力電圧がV2 より小になった時に図2
(イ)の回路(出力1倍回路)となるようにする(但
し、実際にはハンチングを起こさないよう、切り換え制
御は或る程度のヒステリシスを持たせて行う。例えば、
2 を超えてV2 +αに上昇した時図2(ロ)の回路と
し、V2 を下回ってV2 −αまで低下した時図2(イ)
の回路とする。)。
By performing such switching control, it is not necessary to set the duty ratio of the inverter 8 to a very small value even when the input voltage becomes larger than the predetermined value. This will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating the duty ratio of the inverter according to the present invention. Vertical axis,
The horizontal axis and reference numerals correspond to those in FIG. V 1 , V
2 and V 3 are input voltages, and D M is a duty ratio when the input voltage is V 2 . V 1 is an input voltage at which a predetermined output voltage can be obtained with the duty ratio of the inverter 8 being 100%. V 3 is the maximum input voltage is assumed. V 2 is a voltage between V 1 and V 3,
The voltage is twice the voltage of V 1 , and switching control by the connection switching circuit 18 is performed at the voltage. That is, when the input voltage becomes V 2 or more, the circuit shown in FIG.
And multiplying circuit), FIG. 2 when the input voltage becomes smaller than V 2
The switching control is performed with a certain degree of hysteresis so that the circuit (a) is a circuit (single output circuit) (however, hunting does not actually occur.
The circuit of Figure 2 when raised to V 2 + alpha (ii) exceeds the V 2, when reduced to V 2-.alpha. below the V 2 2 (b)
Circuit. ).

【0026】そのようにすると、図3に示すように、入
力電圧がV1 〜V2 の範囲では、入力電圧とデューティ
比との関係は曲線イの如くである。これは従来と同様で
ある。この場合のデューティ比は、DM より大の範囲で
変わるだけであり、0%近くの非常に小さな値になるこ
とはない。従って、トランス9の効率は悪くなることは
ない。
In such a case, as shown in FIG. 3, when the input voltage is in the range of V 1 to V 2 , the relationship between the input voltage and the duty ratio is as shown by a curve A. This is the same as the conventional one. The duty ratio in this case only changes in a range larger than D M , and does not become a very small value close to 0%. Therefore, the efficiency of the transformer 9 does not deteriorate.

【0027】次に、入力電圧がV2 〜V3 の範囲では、
入力電圧とデューティ比との関係は曲線ロの如くとす
る。即ち、入力電圧がV2 の時にはデューティ比100
%とし、それより入力電圧が上昇するにつれて、デュー
ティ比も徐々に低下させてゆくという関係にする。この
ような関係にしてよい理由は、インバータ8による変換
により生成された交流が、トランス9を経た後、図2
(ロ)の回路により2分の1にされるからである。つま
り、インバータ8は2倍の電圧の交流を発生していても
よいからである。
Next, when the input voltage is in the range of V 2 to V 3 ,
The relationship between the input voltage and the duty ratio is as shown by a curve B. That is, when the input voltage is V 2 , the duty ratio is 100
%, And the duty ratio is gradually decreased as the input voltage increases. The reason why such a relationship may be satisfied is that the alternating current generated by the conversion by the inverter 8 passes through the transformer 9 and then returns to the state shown in FIG.
This is because it is halved by the circuit (b). That is, the inverter 8 may generate a double voltage alternating current.

【0028】もし、トランス9を経た後、2分の1にさ
れないのであれば、インバータ8でのデューティ比制御
は、図3の点線の曲線イ−1の如くに行われなければな
らない。そうすると、入力電圧がV3 近くになると、デ
ューティ比は0%近くの値とせざるを得ないが、これで
はトランス9の効率は非常に悪くなってしまう。本発明
では、図2(ロ)回路のように切り換えることにより、
それが回避される。なお、入力電圧の大きさは抵抗4,
5により検出され、コントローラ17はその検出値に基
づいて判断し、接続切換回路18に切り換え信号を送
る。
If the duty ratio is not reduced to one half after passing through the transformer 9, the duty ratio control in the inverter 8 must be performed as shown by the dotted curve a-1 in FIG. Then, when the input voltage becomes close to V 3 , the duty ratio must be set to a value close to 0%, but the efficiency of the transformer 9 becomes very poor. In the present invention, by switching as shown in FIG.
It is avoided. Note that the magnitude of the input voltage is
5, the controller 17 makes a determination based on the detected value, and sends a switching signal to the connection switching circuit 18.

【0029】以上のように、本発明のDC−DCコンバ
ータは、入力電圧が大きく変動しても、トランス9を効
率の良い状態で動作させることが出来るものであるが、
このようなDC−DCコンバータを使用するのに適した
例を、次に述べる。図4は、本発明のDC−DCコンバ
ータの使用例を示す図である。図4において、31はプ
ーリ、32はエンジン、33は吸気管、34は排気管、
35はターボチャージャ、36はコンプレッサブレー
ド、37は回転子、38は固定子、39はターボチャー
ジャ回転電機、40はタービンブレード、41はベル
ト、42はプーリ、43は車両発電機、44はコントロ
ーラ、45はパワー部、46はDC−DCコンバータ、
47はバッテリ、48は負荷である。
As described above, the DC-DC converter of the present invention can operate the transformer 9 in an efficient state even when the input voltage fluctuates greatly.
An example suitable for using such a DC-DC converter will be described below. FIG. 4 is a diagram showing an example of use of the DC-DC converter of the present invention. In FIG. 4, 31 is a pulley, 32 is an engine, 33 is an intake pipe, 34 is an exhaust pipe,
35 is a turbocharger, 36 is a compressor blade, 37 is a rotor, 38 is a stator, 39 is a turbocharger rotating electric machine, 40 is a turbine blade, 41 is a belt, 42 is a pulley, 43 is a vehicle generator, 44 is a controller, 45 is a power unit, 46 is a DC-DC converter,
47 is a battery and 48 is a load.

【0030】車両発電機43は、エンジン32によりプ
ーリ31,ベルト41,プーリ42を介して駆動され
る、車両搭載発電機である。ターボチャージャ35は、
排気管34からの排気ガスによりタービンブレード40
を回転させ、その回転力を利用してコンプレッサブレー
ド36を回転させて、外部の空気を吸気管33に取り入
れる。ターボチャージャ回転電機39は、そのターボチ
ャージャ35に組み込まれた回転電機であり、ターボチ
ャージャ35の回転軸に回転子37が取り付けられ、タ
ーボチャージャ35のハウジング内に固定子38が取り
付けられる。回転子37の回転により固定子38に起電
力が誘起され、それによる発電電圧が外部へ取り出され
る。
The vehicle generator 43 is a vehicle-mounted generator driven by the engine 32 via the pulley 31, the belt 41, and the pulley 42. The turbocharger 35 is
The exhaust gas from the exhaust pipe 34 causes the turbine blade 40
Is rotated, and the compressor blade 36 is rotated by using the rotational force to take in external air into the intake pipe 33. The turbocharger rotating electric machine 39 is a rotating electric machine incorporated in the turbocharger 35, and a rotor 37 is attached to a rotating shaft of the turbocharger 35, and a stator 38 is attached in a housing of the turbocharger 35. An electromotive force is induced in the stator 38 by the rotation of the rotor 37, and the generated voltage is taken out to the outside.

【0031】車両発電機43およびターボチャージャ回
転電機39からの発電電圧は、パワー部45に導入され
る。パワー部45は、DC−DCコンバータ46を内蔵
し、車両が必要とする電圧に変換する。その変換制御
は、コントローラ44によって行われる。変換された電
圧は、バッテリ47や車両内の電気の負荷48等に供給
される。車両発電機43の回転数は、エンジン回転数の
状況によって大きく変動する。特に、本実施例では、発
進時にはターボチャージャ回転電機39へ電圧を供給す
ることを考慮に入れ、高速に増速される(3〜5倍)の
で、車両発電機43からの発電電圧は大きく変動する。
従って、パワー部45に内蔵させるDC−DCコンバー
タ46としては、本発明のDC−DCコンバータを使用
することが適する。即ち、入力電圧が大きく変動して
も、デューティ比をあまり小さくすることなく使用でき
るので、トランスでの損失を少なくすることが出来るか
らである。
The generated voltage from the vehicle generator 43 and the turbocharger rotating electric machine 39 is introduced to the power section 45. The power unit 45 has a built-in DC-DC converter 46 and converts the voltage into a voltage required by the vehicle. The conversion control is performed by the controller 44. The converted voltage is supplied to a battery 47, an electric load 48 in the vehicle, and the like. The rotation speed of the vehicle generator 43 greatly varies depending on the condition of the engine rotation speed. In particular, in the present embodiment, the speed is increased at a high speed (3 to 5 times) in consideration of supplying a voltage to the turbocharger rotating electric machine 39 at the time of starting, so that the generated voltage from the vehicle generator 43 greatly fluctuates. I do.
Therefore, it is suitable to use the DC-DC converter of the present invention as the DC-DC converter 46 built in the power unit 45. That is, even if the input voltage fluctuates greatly, the duty ratio can be used without making the duty ratio too small, so that the loss in the transformer can be reduced.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上述べた如く、本発明のDC−DCコ
ンバータによれば、次のような効果を奏する。 (請求項1の発明の効果)入力電圧が所定値より大とな
ると、整流回路に付設された接続切換回路の切り換えに
より電圧が2分の1とされるので、インバータでのデュ
ーティ比はそれほど小としなくとも、所定の出力電圧を
得ることが出来る。そのため、接続切換回路による切り
換えということが行われない従来のものに比べ、トラン
スでの損失は少なくなり、その効率が向上する。なお、
降圧回路等が不用となるので、回路規模が小となる共
に、コストが安くなる。更に、電圧が2分の1とされる
ことに伴い、ダイオード等の回路素子を耐圧の低いもの
とすることが出来、この面でもコストが安くなる。
As described above, according to the DC-DC converter of the present invention, the following effects can be obtained. (Effect of Claim 1) When the input voltage becomes larger than a predetermined value, the voltage is reduced to one half by switching the connection switching circuit provided in the rectifier circuit, so that the duty ratio in the inverter is so small. Without this, a predetermined output voltage can be obtained. For this reason, the loss in the transformer is reduced and the efficiency is improved as compared with the conventional one in which switching by the connection switching circuit is not performed. In addition,
Since a step-down circuit or the like becomes unnecessary, the circuit scale is reduced and the cost is reduced. Further, as the voltage is reduced to half, circuit elements such as diodes can be reduced in withstand voltage, and the cost is reduced in this aspect as well.

【0033】(請求項2の発明の効果)車両発電機やタ
ーボチャージャ回転電機の発電電圧を入力として一定直
流電圧を得るためのDC−DCコンバータは、入力電
圧が大きく変動しても一定直流電圧を出力すること、車
両空間が限られていることより、出来るだけ狭いスペ
ースに搭載できること等が要望されているが、本発明の
DC−DCコンバータはそれらの条件を満たすものであ
り、車両搭載用に好適である。
(Effect of the Second Invention) A DC-DC converter for obtaining a constant DC voltage by using a power generation voltage of a vehicle generator or a turbocharger rotating electric machine as an input has a constant DC voltage even if the input voltage greatly varies. It is demanded that the DC-DC converter of the present invention satisfies these conditions, and that the DC-DC converter of the present invention satisfies those conditions. It is suitable for.

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

【図1】 本発明にかかわるDC−DCコンバータを示
す図
FIG. 1 is a diagram showing a DC-DC converter according to the present invention.

【図2】 接続切換回路18により切り換えられた時の
整流回路周辺の回路を説明する図
FIG. 2 is a diagram illustrating circuits around a rectifier circuit when switching is performed by a connection switching circuit 18.

【図3】 本発明におけるインバータでのデューティ比
を説明する図
FIG. 3 is a diagram illustrating a duty ratio of an inverter according to the present invention.

【図4】 本発明のDC−DCコンバータの使用例を示
す図
FIG. 4 is a diagram showing an example of use of the DC-DC converter of the present invention.

【図5】 インバータでの入力電圧とデューティ比との
関係を説明する図
FIG. 5 is a diagram for explaining a relationship between an input voltage and a duty ratio in an inverter.

【図6】 インバータに於いてデューティ比が異なる場
合のスイッチングを示す図
FIG. 6 is a diagram showing switching when the duty ratio is different in the inverter.

【図7】 DC−DCコンバータの第1の従来例を示す
FIG. 7 is a diagram showing a first conventional example of a DC-DC converter.

【図8】 DC−DCコンバータの第2の従来例を示す
FIG. 8 is a diagram showing a second conventional example of a DC-DC converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…入力交流電源、2…整流回路、3…電流検出器、
4,5…抵抗、6…平滑用コンデンサ、7…降圧回路、
8…インバータ、9…トランス、10…整流回路、10
A,10B,10C,10D…ダイオード、11…平滑
用インダクタンス、12…平滑用コンデンサ、13,1
4…抵抗、15…電流検出器、16…負荷、17…コン
トローラ、18…接続切換回路、19,20…ダイオー
ド、21,22…トランジスタ、23,24…平滑用イ
ンダクタンス、31…プーリ、32…エンジン、33…
吸気管、34…排気管、35…ターボチャージャ、36
…コンプレッサブレード、37…回転子、38…固定
子、39…ターボチャージャ回転電機、40…タービン
ブレード、41…ベルト、42…プーリ、43…車両発
電機、44…コントローラ、45…パワー部、46…D
C−DCコンバータ、47…バッテリ、48…負荷、V
A ,VB ,VC …入力電圧、DA ,DB ,DC ,DM
デューティ比
1: input AC power supply, 2: rectifier circuit, 3: current detector,
4, 5: resistor, 6: smoothing capacitor, 7: step-down circuit,
8 inverter, 9 transformer, 10 rectifier circuit, 10
A, 10B, 10C, 10D: diode, 11: smoothing inductance, 12: smoothing capacitor, 13, 1
4 ... resistance, 15 ... current detector, 16 ... load, 17 ... controller, 18 ... connection switching circuit, 19, 20 ... diode, 21, 22 ... transistor, 23, 24 ... smoothing inductance, 31 ... pulley, 32 ... Engine, 33 ...
Intake pipe, 34 ... exhaust pipe, 35 ... turbocharger, 36
... compressor blade, 37 ... rotor, 38 ... stator, 39 ... turbocharger rotating electric machine, 40 ... turbine blade, 41 ... belt, 42 ... pulley, 43 ... vehicle generator, 44 ... controller, 45 ... power section, 46 … D
C-DC converter, 47 ... battery, 48 ... load, V
A, V B, V C ... input voltage, D A, D B, D C, D M ...
Duty ratio

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 変動する入力電圧をデューティ比制御し
て交流に変換するインバータと、該交流を変圧するトラ
ンスと、変圧された交流を整流する整流回路と、整流電
圧を平滑して直流出力電圧とする平滑回路と、該直流出
力電圧を検出する電圧検出手段と、該直流出力電圧を一
定値とするため該電圧検出手段からの検出値を基に前記
インバータのデューティ比制御を行うコントローラとを
具えたDC−DCコンバータにおいて、入力電圧を検出
し、検出信号を前記コントローラへ入力する入力電圧検
出手段と、トランジスタとダイオードとの逆並列接続体
2個を直列に接続したものから成り、前記整流回路の一
方の直流出力側端子に隣接する2つのダイオードの出力
側間に接続された接続切換回路と、該2つのダイオード
の出力側にそれぞれ一端が接続され、他端が一括して出
力端子に接続された平滑用インダクタンスとを具え、入
力電圧が所定値より小である時は前記トランジスタをオ
ンとし、入力電圧が該所定値より大である時は前記トラ
ンジスタをオフとするよう前記コントローラにより制御
することを特徴とするDC−DCコンバータ。
An inverter for converting a fluctuating input voltage into an alternating current by controlling a duty ratio, an transformer for transforming the alternating current, a rectifying circuit for rectifying the transformed alternating current, and a DC output voltage for smoothing the rectified voltage. A smoothing circuit, voltage detection means for detecting the DC output voltage, and a controller for controlling the duty ratio of the inverter based on a detection value from the voltage detection means to make the DC output voltage a constant value. A DC-DC converter comprising: an input voltage detecting means for detecting an input voltage and inputting a detection signal to the controller; and an anti-parallel connected body of two transistors and a diode connected in series. A connection switching circuit connected between the output sides of two diodes adjacent to one DC output side terminal of the circuit; One end is connected, and the other end is collectively connected to an output terminal. The input terminal is turned on when the input voltage is lower than a predetermined value, and the input voltage is higher than the predetermined value. A DC-DC converter, wherein the controller controls the transistor to be turned off at one time.
【請求項2】 車両の内燃機関により駆動される発電機
からの発電電圧を入力電圧と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 generated voltage from a generator driven by an internal combustion engine of the vehicle is used as an input voltage.
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