JPH11299226A - 直流電圧変換装置 - Google Patents

直流電圧変換装置

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JPH11299226A
JPH11299226A JP9720598A JP9720598A JPH11299226A JP H11299226 A JPH11299226 A JP H11299226A JP 9720598 A JP9720598 A JP 9720598A JP 9720598 A JP9720598 A JP 9720598A JP H11299226 A JPH11299226 A JP H11299226A
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JP
Japan
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capacitor
switch
voltage
voltage converter
switching circuit
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JP9720598A
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English (en)
Inventor
Takeaki Tabata
壮章 田畑
Masateru Igarashi
征輝 五十嵐
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】入力される直流電源の電圧を降圧した任意の直
流電圧に変換する直流電圧変換装置の変換効率を改善
し、該装置の小型化を計る。 【解決手段】直流電圧変換装置20をスイッチ21,2
2からなるスイッチング回路23と、コンデンサ24,
25と、ダイオード26と、コンデンサ27とで構成
し、スイッチ21とスイッチ21とを交互にオン・オフ
させることにより、直流電源1の端子電圧Ed をコンデ
ンサ24とコンデンサ25とで分圧された電圧VO で負
荷2に供給する際に、コンデンサ24,25の容量を選
定することにより、任意にVO を設定でき、この直流電
圧変換装置20の変換効率を改善され、該装置が小型化
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、入力される直流
電源の電圧を降圧した任意の直流電圧に変換して負荷に
給電する直流電圧変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、この種の直流電圧変換装置の従
来例を示す回路構成図であり、1は端子電圧Ed の直流
電源、10は直流電圧変換装置、2は直流電圧変換装置
10の負荷を示す。この直流電圧変換装置10は抵抗1
1,12、定電圧ダイオード13、トランジスタ14、
コンデンサ15とから構成され、周知の技術のシリーズ
電源方式の直流電圧変換装置と称される。
【0003】図3において、コンデンサ15の電圧、す
なわち直流電圧変換装置10が負荷2に供給する電圧V
O は、定電圧ダイオード13のツェナー電圧Vz にほぼ
等しい値となり、このツェナー電圧Vz を任意の値に選
定することにより、入力される直流電源1の端子電圧E
d を降圧した任意の直流電圧VO に変換して負荷2に給
電することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図3に示した直流電圧
変換装置10において、負荷2に流れる電流をIO
し、抵抗12の抵抗値をR12としたときに、抵抗12の
発生損失WR12 は式(1)で表される。
【0005】
【数1】 WR12 =R12×(IO 2 =(Ed −VO 2 /R12 …(1) 上記式(1)から明らかなように、直流電源1の端子電
圧Ed と負荷2に供給する電圧VO との比が大きい場合
(Ed ≫VO )には抵抗12の発生損失WR12が大きく
なり、その結果、直流電圧変換装置10の変換効率が低
下し、また、抵抗12の所要ワット数が大きくなりこの
直流電圧変換装置が大型化するという問題があった。
【0006】この発明の目的は上記問題点を解決し、変
換効率を改善し、小型化した直流電圧変換装置を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この第1の発明は、第1
スイッチと第2スイッチとを直列接続し、該第1スイッ
チと第2スイッチとを交互にオン・オフさせるスイッチ
ング回路と、第2スイッチの両端に接続される第1コン
デンサと第2コンデンサの直列回路と、第2コンデンサ
の両端に接続されるダイオードと第3コンデンサの直列
回路とを備え、前記スイッチング回路の両端に入力の直
流電源を接続し、第3のコンデンサの両端に接続される
負荷に給電する構成の直流電圧変換装置とする。
【0008】また第2の発明は、第1スイッチと第2ス
イッチとを直列接続し、該直列回路の両端に第1コンデ
ンサを並列接続した複数(n)組の直並列回路のそれぞ
れの第1スイッチと第2スイッチとを同時、かつ、交互
にオン・オフさせるn組のスイッチング回路と、前記n
組のスイッチング回路をそれぞれ直列接続し、第k(k
=1・2・・・(n−1))番目のスイッチング回路の
第1スイッチと第2スイッチの接続点と、第(k+1)
番目のスイッチング回路の第1スイッチと第2スイッチ
の接続点との間に接続される(n−1)個の第2コンデ
ンサと、第n番目のスイッチング回路の第2スイッチの
両端に接続される第3コンデンサと第4コンデンサの直
列回路と、第4コンデンサの両端に接続されるダイオー
ドと第5コンデンサの直列回路とを備え、前記n組のス
イッチング回路を直列接続した両端に入力の直流電源を
接続し、第5コンデンサの両端に接続される負荷に給電
する構成の直流電圧変換装置とする。
【0009】この発明によれば、内部発生損失が僅かな
スイッチとコンデンサとダイオードとにより構成し、後
述の如く、入力される直流電源の電圧を降圧した任意の
直流電圧に変換して負荷に給電できるので、この直流電
圧変換装置の変換効率が改善され、該装置が小型化でき
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、請求項1に対応するこの
発明の第1の実施例を示す直流電圧変換装置の回路構成
図であり、1は端子電圧Ed の直流電源、20は直流電
圧変換装置、2は直流電圧変換装置20より電圧VO
供給される負荷を示す。この直流電圧変換装置20に
は、第1スイッチとしてのスイッチ21と、第2スイッ
チとしてのスイッチ22とから形成され、図示しない駆
動回路によりスイッチ21とスイッチ22とを交互にオ
ン・オフさせるスイッチング回路23と、第1コンデン
サとしてのコンデンサ24と、第2コンデンサとしての
コンデンサ25と、ダイオード26と、第3コンデンサ
としてのコンデンサ27とを備えている。
【0011】図1に示した直流電圧変換装置20の動作
を以下に説明する。先ず、スイッチング回路23のスイ
ッチ21がオン、スイッチ22がオフの状態にすると、
直流電源1→スイッチ21→コンデンサ24→コンデン
サ25→直流電源1の経路と、直流電源1→スイッチ2
1→コンデンサ24→ダイオード26→コンデンサ27
→直流電源1の経路とに電流が流れ、コンデンサ24,
25,27とをそれぞれ充電する。ここで説明を簡単に
するため、コンデンサ25の容量C25をコンデンサ27
の容量に比して十分大きくしておき、コンデンサ24の
容量をC24とすると、コンデンサ27の両端電圧、すな
わち、負荷2に供給する電圧(VO )は式(2)で表さ
れる。
【0012】
【数2】 VO ≒C24×Ed /(C24+C25) …(2) 次に、スイッチング回路23のスイッチ21がオフ、ス
イッチ22がオンの状態にすると、コンデンサ24,2
5それぞれの電圧はスイッチ22を介して放電するが、
ダイオード26によりコンデンサ27の電圧は放電しな
い。
【0013】すなわち、スイッチング回路23のスイッ
チ21とスイッチ22とを交互にオン・オフさせること
により、負荷2に供給する電圧(VO )は上記式(2)
の値を保持し、このとき、コンデンサ24,25それぞ
れの容量を選定することにより、入力される直流電源1
の端子電圧Ed を降圧した任意の直流電圧VO に変換し
て負荷2に給電することができる。
【0014】図2は、請求項2に対応するこの発明の第
2の実施例を示す直流電圧変換装置の回路構成図であ
り、1は端子電圧Ed の直流電源、30は直流電圧変換
装置、2は直流電圧変換装置30より電圧VO が供給さ
れる負荷を示す。この直流電圧変換装置30は前記n=
2としたときの回路構成であり、第1(前記k=1)番
目のスイッチング回路31の第1スイッチとしてのスイ
ッチ32と、第2スイッチとしてのスイッチ33と、第
1コンデンサとしてのコンデンサ34とを備え、また、
第2(=k+1)番目のスイッチング回路35の第1ス
イッチとしてのスイッチ36と、第2スイッチとしての
スイッチ37と、第1コンデンサとしてのコンデンサ3
8とを備え、図示しない駆動回路によりスイッチ32,
36とスイッチ33,37とを同時、かつ、交互にオン
・オフさせる。さらに、第2コンデンサとしてのコンデ
ンサ39と、第3コンデンサとしてのコンデンサ40
と、第4コンデンサとしてのコンデンサ41と、ダイオ
ード42と、第5コンデンサとしてのコンデンサ43と
を備えている。
【0015】図2に示した直流電圧変換装置30の動作
を以下に説明する。ここで説明を簡単にするため、図2
に示す如くコンデンサ34の容量をC34、コンデンサ3
8の容量をC38、コンデンサ39の容量をC39、コンデ
ンサ40の容量をC40、コンデンサ41の容量をC41
し、かつ、C34≫C39およびC38がC40とC41の直列容
量に比して十分大きく選定し、さらに、C41がコンデン
サ43の容量に比して十分大きく選定してあるものとす
る。
【0016】この直流電圧変換装置30が起動直前まで
は、スイッチ32,33,36,37は共にオフ状態に
あり、このとき、直流電源1→コンデンサ34→コンデ
ンサ38→直流電源の経路に電流によりコンデンサ3
4,38が充電され、コンデンサ38の両端電圧VC38
は式(3)で表される。
【0017】
【数3】 VC38 =C34×Ed /(C34+C38) …(3) 次に、直流電圧変換装置30を起動させ、スイッチング
回路31のスイッチ32をオン、スイッチ33をオフと
し、同時に、スイッチング回路35のスイッチ36をオ
ン、スイッチ37をオフ状態にすると、直流電源1→コ
ンデンサ34→コンデンサ38→直流電源の経路、直流
電源1→スイッチ32→コンデンサ39→コンデンサ4
0→コンデンサ41→直流電源1の経路、直流電源1→
スイッチ32→コンデンサ39→コンデンサ40→ダイ
オード42→コンデンサ43→直流電源1の経路などに
電流が流れ、コンデンサ39,40,41,43とをそ
れぞれ充電する。このとき、スイッチ36もオン状態に
あり、コンデンサ34,38,39〜41,43が上述
の値に選定されていると、コンデンサ43の両端電圧、
すなわち、負荷2に供給する電圧(VO )は式(4)で
表される。
【0018】
【数4】 VO ≒C40×VC38 /(C40+C41) …(4) その次に、スイッチング回路31のスイッチ32をオ
フ、スイッチ33をオンとし、同時に、スイッチング回
路35のスイッチ36をオフ、スイッチ37をオン状態
にすると、コンデンサ40,41それぞれの電圧はスイ
ッチ37を介して放電するが、ダイオード42によりコ
ンデンサ43の電圧は放電しない。
【0019】以後は、スイッチング回路31のスイッチ
32とスイッチ33とを交互にオン・オフさせ、同時
に、スイッチング回路35のスイッチ36とスイッチ3
7とを交互にオン・オフさせることにより、負荷2に供
給する電圧(VO )は上記式(4)の値を保持し、この
とき、コンデンサ34,38〜41,43それぞれの容
量を上述の条件で選定することにより、入力される直流
電源1の端子電圧Ed を降圧した任意の直流電圧VO
変換して負荷2に給電することができる。
【0020】すなわち、図2に示した直流電圧変換装置
30は前記n=2としたときの回路構成であるが、直流
電源1の端子電圧Ed と負荷2の電圧VO とがEd ≫V
O のときには、前記nを3以上として、前記スイッチン
グ回路をさらに多段にすることにより対応可能である。
【0021】
【発明の効果】この発明によれば、内部発生損失が僅か
なスイッチとコンデンサとダイオードとにより構成し、
入力される直流電源の電圧を降圧した任意の直流電圧に
変換して負荷に給電できるので、この直流電圧変換装置
の変換効率が改善され、該装置が小型化できる特に、そ
れぞれのスイッチにMOSFETなどの自己消弧形素子
を用いることにより、この直流電圧変換装置は集積回路
で形成でき、例えば、インテリジェントパワーモジュー
ル(IPM)における主回路電源からこのIPMの駆動
回路電源および制御回路電源を作るのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示す直流電圧変換装
置の回路構成図
【図2】この発明の第2の実施例を示す直流電圧変換装
置の回路構成図
【図3】従来例を示す直流電圧変換装置の回路構成図
【符号の説明】
1…直流電源、2…負荷、10…直流電圧変換装置、1
1,12…抵抗、13…定電圧ダイオード、14…トラ
ンジスタ、15…コンデンサ、20…直流電圧変換装
置、21,22…スイッチ、23…スイッチング回路、
24,25…コンデンサ、26…ダイオード、27…コ
ンデンサ、30…直流電圧変換装置、31…スイッチン
グ回路、32,33…スイッチ、34…コンデンサ、3
5…スイッチング回路、36,37…スイッチ、38〜
41…コンデンサ、42…ダイオード、43…コンデン
サ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1スイッチと第2スイッチとを直列接続
    し、該第1スイッチと第2スイッチとを交互にオン・オ
    フさせるスイッチング回路と、 第2スイッチの両端に接続される第1コンデンサと第2
    コンデンサの直列回路と、 第2コンデンサの両端に接続されるダイオードと第3コ
    ンデンサの直列回路とを備え、 前記スイッチング回路の両端に入力の直流電源を接続
    し、第3コンデンサの両端に接続される負荷に給電する
    ことを特徴とする直流電圧変換装置。
  2. 【請求項2】第1スイッチと第2スイッチとを直列接続
    し、該直列回路の両端に第1コンデンサを並列接続した
    複数(n)組の直並列回路のそれぞれの第1スイッチと
    第2スイッチとを同時、かつ、交互にオン・オフさせる
    n組のスイッチング回路と、 前記n組のスイッチング回路をそれぞれ直列接続し、第
    k(k=1・2・・・(n−1))番目のスイッチング
    回路の第1スイッチと第2スイッチの接続点と、第(k
    +1)番目のスイッチング回路の第1スイッチと第2ス
    イッチの接続点との間に接続される(n−1)個の第2
    コンデンサと、 第n番目のスイッチング回路の第2スイッチの両端に接
    続される第3コンデンサと第4コンデンサの直列回路
    と、 第4コンデンサの両端に接続されるダイオードと第5コ
    ンデンサの直列回路とを備え、 前記n組のスイッチング回路を直列接続した両端に入力
    の直流電源を接続し、第5コンデンサの両端に接続され
    る負荷に給電することを特徴とする直流電圧変換装置。
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