JPH11299236A - Transformer-insulated dc-to-dc converter - Google Patents

Transformer-insulated dc-to-dc converter

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JPH11299236A
JPH11299236A JP9609998A JP9609998A JPH11299236A JP H11299236 A JPH11299236 A JP H11299236A JP 9609998 A JP9609998 A JP 9609998A JP 9609998 A JP9609998 A JP 9609998A JP H11299236 A JPH11299236 A JP H11299236A
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transformer
switching element
winding
primary winding
converter
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萬太郎 中村
Masaaki Shimada
雅章 嶋田
Hiroshi Usui
浩 臼井
Seiya Fukumoto
征也 福本
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Sanken Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the switching loss and noise of a DC-to-DC converter and improve the efficiency. SOLUTION: This converter is provided with a diode 11, whose one end is connected to a connecting point between a primary winding 2a of a transformer 2 and a transistor 3, a resonance capacitor 12 connected between the other end of the diode 11 and the cathode terminal of a DC power supply 1, a primary winding 13a of an auxiliary transformer 13 and a diode 14 which are serially-connected between the resonance capacitor 12 and the primary winding 2a of the transformers 2, and a secondary winding 13b of the auxiliary transformer 13 and a diode 15 serially-connected to both ends of the DC power supply 1. At the transistor 3 turned on, voltage generated at the secondary winding 13b of the auxiliary transformer 13 is regenerated at the DC power supply 1 by resonance capacitor 12 and the auxiliary transformer 13 via the diode 15 for resonance current which flows through a closed-circuit of the primary winding 13a - diode 14 - transistor 3.

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、スイッチング損失
やノイズを低減できかつ高効率化を図ることが可能なト
ランス絶縁型DC−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 transformer-isolated DC-DC converter capable of reducing switching loss and noise and improving efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】直流電源とトランスの1次巻線とスイッ
チング素子とが直列に接続され、スイッチング素子をオ
ン・オフ動作させることにより、トランスの2次巻線か
ら整流平滑回路を介して直流電源の電圧とは異なる定電
圧の直流出力を負荷に供給する構成のトランス絶縁型D
C−DCコンバータは従来から電子機器等の電源回路等
に広く使用されている。例えば、図7に示す従来のトラ
ンス絶縁型DC−DCコンバータは、バッテリ又はコン
デンサ入力型整流回路等の直流電源1と、1次巻線2a
及び2次巻線2bを有するトランス2と、直流電源1の
両端に直列接続されたトランス2の1次巻線2a及びス
イッチング素子としてのトランジスタ3と、トランス2
の2次巻線2bに接続された整流ダイオード4及び平滑
コンデンサ5から成る整流平滑回路と、平滑コンデンサ
5と並列に接続された負荷6と、トランジスタ3のベー
ス端子に制御パルス信号VBを付与してトランジスタ3
をオン・オフ動作させる制御回路7とを備えている。特
に図示はしないが、制御回路7内には、一定の周期の三
角波電圧を発生する発振回路部と、基準電圧に対する負
荷6の端子電圧の誤差電圧を演算増幅する誤差増幅回路
部と、誤差増幅回路部の誤差出力電圧及び発振回路部の
三角波電圧を比較する比較回路部と、比較回路部の出力
電圧に比例した時間幅の制御パルス信号VBを発生して
トランジスタ3のベース端子に付与する制御パルス発生
回路部とが設けられている。このトランス絶縁型DC−
DCコンバータでは、制御回路7によりトランジスタ3
のベース端子に付与する制御パルス信号VBのパルス幅
を負荷6の端子電圧に応じて変化させ、トランジスタ3
のオン・オフ期間を制御することにより、直流電源1の
電圧Eとは異なる定電圧の直流出力VOを負荷6に供給
する。
2. Description of the Related Art A DC power supply, a primary winding of a transformer, and a switching element are connected in series, and the switching element is turned on and off, so that a DC power supply is supplied from a secondary winding of the transformer via a rectifying and smoothing circuit. Transformer-isolated type D that supplies a DC output of a constant voltage different from the voltage of
2. Description of the Related Art C-DC converters have been widely used in power supply circuits of electronic devices and the like. For example, a conventional transformer-isolated DC-DC converter shown in FIG. 7 includes a DC power supply 1 such as a battery or a capacitor input type rectifier circuit and a primary winding 2a.
A transformer 2 having a secondary winding 2b, a primary winding 2a of the transformer 2 connected in series to both ends of the DC power supply 1, and a transistor 3 as a switching element;
A rectifier smoothing circuit consisting of rectifier diodes 4 and a smoothing capacitor 5 is connected to the secondary winding 2b, a load 6 connected in parallel to the smoothing capacitor 5, a control pulse signal V B to the base terminal of the transistor 3 Granting Transistor 3
And a control circuit 7 for turning on and off the. Although not specifically shown, the control circuit 7 includes an oscillation circuit section for generating a triangular wave voltage having a constant period, an error amplification circuit section for arithmetically amplifying an error voltage of the terminal voltage of the load 6 with respect to the reference voltage, and an error amplification circuit section. a comparing circuit for comparing the error output voltage and the triangular wave voltage of the oscillator circuit portion of the circuit, and generates a control pulse signal V B proportional to the time width of the output voltage of the comparator circuit is applied to the base terminal of the transistor 3 And a control pulse generation circuit section. This transformer-insulated DC-
In the DC converter, the control circuit 7 controls the transistor 3
The pulse width of the control pulse signal V B for the grant to the base terminal is changed according to the terminal voltage of the load 6, the transistor 3
By controlling the ON / OFF period of the DC power supply 1, a DC output V O having a constant voltage different from the voltage E of the DC power supply 1 is supplied to the load 6.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図7に示す
トランス絶縁型DC−DCコンバータでは、トランジス
タ3のターンオン及びターンオフ時において図8に示す
ようにトランジスタ3のコレクタ−エミッタ間電圧波形
CEとトランジスタ3のコレクタ電流波形ICとの重複
部分Wに基づく大きなスイッチング損失が発生する欠点
があった。また、トランジスタ3のコレクタ−エミッタ
間電圧波形VCE及びコレクタ電流波形ICの立上りが急
峻であるため、スパイク状のサージ電圧Vsr、サージ電
流Isrが発生し、これらに基づくノイズが発生する欠点
があった。したがって、スイッチング損失やノイズ等の
発生によりコンバータ内部での電力損失が増大し、コン
バータの効率が低下する欠点があった。
By the way, in the transformer-insulated DC-DC converter shown in FIG. 7, when the transistor 3 is turned on and turned off, the collector-emitter voltage waveform V CE of the transistor 3 is changed as shown in FIG. large switching losses based on overlapping portion W of the collector current waveform I C of the transistor 3 is a drawback to occur. Further, since the rise of the collector-emitter voltage waveform V CE and the collector current waveform I C of the transistor 3 is steep, spike-shaped surge voltages V sr and surge current I sr are generated, and noise based on these is generated. There were drawbacks. Therefore, power loss inside the converter increases due to the occurrence of switching loss, noise, and the like, and the efficiency of the converter decreases.

【0004】そこで、本発明はスイッチング損失やノイ
ズを低減できかつ効率を向上できるトランス絶縁型DC
−DCコンバータを提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides a transformer-isolated DC that can reduce switching loss and noise and improve efficiency.
-To provide a DC converter.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】「請求項1」に係る発明
のトランス絶縁型DC−DCコンバータは、直流電源と
トランスの1次巻線とスイッチング素子とが直列に接続
され、前記スイッチング素子をオン・オフ動作させるこ
とにより前記トランスの2次巻線から整流平滑回路を介
して前記直流電源の電圧とは異なる定電圧の直流出力を
負荷に供給する。このトランス絶縁型DC−DCコンバ
ータでは、前記トランスの1次巻線及び前記スイッチン
グ素子の接続点に一端が接続された第1の整流素子と、
該第1の整流素子の他端と前記直流電源の他端との間に
接続された共振用コンデンサと、該共振用コンデンサ及
び前記第1の整流素子の接続点と前記トランスの1次巻
線及び前記第1の整流素子の接続点との間に直列に接続
された補助トランスの1次巻線及び第2の整流素子と、
前記直流電源の一端と他端との間に直列に接続された前
記補助トランスの2次巻線及び第3の整流素子とを備
え、前記スイッチング素子がオフ状態からオン状態にな
るとき、前記共振用コンデンサ及び前記補助トランスの
1次巻線及び前記第2の整流素子及び前記スイッチング
素子で形成される閉回路中に共振電流が流れ、これによ
り前記補助トランスの2次巻線に発生する電圧が前記第
3の整流素子を介して前記直流電源に回生される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a transformer-insulated DC-DC converter in which a DC power supply, a primary winding of a transformer, and a switching element are connected in series. By performing the on / off operation, a DC output of a constant voltage different from the voltage of the DC power supply is supplied from the secondary winding of the transformer via the rectifying and smoothing circuit to the load. In the transformer-insulated DC-DC converter, a first rectifier element having one end connected to a connection point between the primary winding of the transformer and the switching element;
A resonance capacitor connected between the other end of the first rectifier element and the other end of the DC power supply; a connection point between the resonance capacitor and the first rectifier element; and a primary winding of the transformer. And a primary winding of an auxiliary transformer and a second rectifier element connected in series between a connection point of the first rectifier element and
A secondary winding of the auxiliary transformer and a third rectifying element connected in series between one end and the other end of the DC power supply, wherein when the switching element changes from an off state to an on state, the resonance occurs. Current flows through a closed circuit formed by the capacitor for use and the primary winding of the auxiliary transformer and the second rectifying element and the switching element, whereby a voltage generated in the secondary winding of the auxiliary transformer is reduced. The DC power is regenerated through the third rectifier.

【0006】スイッチング素子をオンした状態でスイッ
チング素子をオフ状態に切り替えると、トランスの1次
巻線からスイッチング素子に流れていた電流が第1の整
流素子を介して共振用コンデンサに流れる電流に切り替
わり、共振用コンデンサが正弦波状に充電されて行く。
これにより、スイッチング素子の両端の電圧が0Vから
正弦波状に上昇するので、スイッチング素子のターンオ
フ時においてゼロ電圧スイッチング(ZVS)となり、
スイッチング損失が低減される。また、スイッチング素
子をオフ状態からオン状態にすると、オフ期間中に直流
電源の電圧まで充電された共振用コンデンサが放電を開
始し、共振用コンデンサ及び補助トランスの1次巻線及
び第2の整流素子及びスイッチング素子で形成される閉
回路中に共振電流が流れる。これにより、スイッチング
素子の電流が0から正弦波状に増加するので、スイッチ
ング素子のターンオン時においてゼロ電流スイッチング
(ZCS)となり、スイッチング損失が低減される。以
上により、スイッチング素子のオン・オフ動作時のスイ
ッチング損失を低減することができる。これと共に、ス
イッチング素子のターンオフ及びターンオン時に発生す
るスパイク状のサージ電圧及び電流は、共振用コンデン
サ及びトランスの漏洩インダクタンスの共振作用により
吸収され、スイッチング素子の電圧及び電流波形の立下
り及び立上りが緩やかになるので、サージ電圧及び電流
に基づくノイズを低減することができる。また、スイッ
チング素子のターンオン時において、前記の閉回路中に
流れる共振電流により補助トランスの2次巻線に発生す
る電圧が第3の整流素子を介して直流電源に回生される
ので、共振用コンデンサの放電エネルギの大部分が直流
電源に回生され、これによりコンバータ内部における電
力損失を低減して効率を向上することができる。
When the switching element is turned off with the switching element turned on, the current flowing from the primary winding of the transformer to the switching element is switched to a current flowing to the resonance capacitor via the first rectifier. The resonance capacitor is charged in a sinusoidal manner.
As a result, the voltage at both ends of the switching element rises in a sinusoidal manner from 0 V, so that when the switching element is turned off, zero voltage switching (ZVS) is performed.
Switching loss is reduced. When the switching element is turned on from the off state, the resonance capacitor charged to the voltage of the DC power supply during the off period starts discharging, and the resonance capacitor, the primary winding of the auxiliary transformer, and the second rectifier. A resonance current flows in a closed circuit formed by the element and the switching element. As a result, the current of the switching element increases in a sine wave form from 0, so that when the switching element is turned on, zero current switching (ZCS) is performed, and the switching loss is reduced. As described above, the switching loss at the time of the ON / OFF operation of the switching element can be reduced. At the same time, the spike-like surge voltage and current generated when the switching element is turned off and turned on are absorbed by the resonance action of the leakage inductance of the resonance capacitor and the transformer, and the falling and rising of the voltage and current waveforms of the switching element are gradual. Therefore, noise based on the surge voltage and the current can be reduced. Further, when the switching element is turned on, a voltage generated in the secondary winding of the auxiliary transformer is regenerated to the DC power supply through the third rectifying element due to the resonance current flowing in the closed circuit. Most of the discharge energy is regenerated to the DC power supply, thereby reducing power loss inside the converter and improving efficiency.

【0007】更に、「請求項2」に係る発明のトランス
絶縁型DC−DCコンバータでは、トランスの1次巻線
と前記スイッチング素子との間に限流用リアクトルを接
続している。このトランス絶縁型DC−DCコンバータ
では、スイッチング素子のターンオン時においてトラン
スの1次巻線からトランジスタに流れるサージ電流が限
流用リアクトルの自己誘導作用により吸収され、スイッ
チング素子に流れる電流が0から緩やかに増加するの
で、トランスが漏洩インダクタンスのない理想的なトラ
ンスである場合においても確実にゼロ電流スイッチング
となり、「請求項1」に係る発明に比較してスイッチン
グ素子のターンオン時におけるスイッチング損失やノイ
ズをより低減することができる。
Further, in the transformer-isolated DC-DC converter according to the second aspect of the present invention, a current limiting reactor is connected between the primary winding of the transformer and the switching element. In this transformer-insulated DC-DC converter, when the switching element is turned on, the surge current flowing from the primary winding of the transformer to the transistor is absorbed by the self-inducing action of the current limiting reactor, and the current flowing through the switching element gradually decreases from zero. As a result, even when the transformer is an ideal transformer having no leakage inductance, zero current switching is ensured, so that switching loss and noise at the time of turning on the switching element can be reduced as compared with the invention according to claim 1. Can be reduced.

【0008】「請求項3」に係る発明のトランス絶縁型
DC−DCコンバータは、前記トランスの1次巻線及び
前記スイッチング素子の接続点に一端が接続された第1
の整流素子と、該第1の整流素子の他端と前記直流電源
の他端との間に接続された共振用コンデンサと、該共振
用コンデンサ及び前記第1の整流素子の接続点と前記ト
ランスの1次巻線及び前記第1の整流素子の接続点との
間に直列に接続された前記トランスの補助巻線及び第2
の整流素子とを備え、前記スイッチング素子がオフ状態
からオン状態になるとき、前記共振用コンデンサ及び前
記トランスの補助巻線及び前記第2の整流素子及び前記
スイッチング素子で形成される閉回路中に共振電流が流
れ、これにより前記トランスの補助巻線に発生する電圧
が前記トランスの2次巻線及び前記整流平滑回路を介し
て前記負荷に供給される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a transformer-insulated DC-DC converter, wherein one end is connected to a connection point between the primary winding of the transformer and the switching element.
Rectifying element, a resonance capacitor connected between the other end of the first rectifying element and the other end of the DC power supply, a connection point between the resonance capacitor and the first rectifying element, and the transformer And an auxiliary winding of the transformer connected in series between a primary winding of the transformer and a connection point of the first rectifier.
When the switching element changes from the off state to the on state, when the resonance capacitor and the auxiliary winding of the transformer and the second rectifying element and the switching element form a closed circuit. A resonance current flows, whereby a voltage generated in the auxiliary winding of the transformer is supplied to the load via the secondary winding of the transformer and the rectifying and smoothing circuit.

【0009】スイッチング素子をオンした状態でスイッ
チング素子をオフ状態に切り替えると、トランスの1次
巻線からスイッチング素子に流れていた電流が第1の整
流素子を介して共振用コンデンサに流れる電流に切り替
わり、共振用コンデンサが正弦波状に充電されて行く。
これにより、スイッチング素子の両端の電圧が0Vから
正弦波状に上昇するので、スイッチング素子のターンオ
フ時においてゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチン
グ損失が低減される。また、スイッチング素子をオフ状
態からオン状態にすると、オフ期間中に直流電源の電圧
まで充電された共振用コンデンサが放電を開始し、共振
用コンデンサ及びトランスの補助巻線及び第2の整流素
子及びスイッチング素子で形成される閉回路中に共振電
流が流れる。これにより、スイッチング素子の電流が0
から正弦波状に増加するので、スイッチング素子のター
ンオン時においてゼロ電流スイッチングとなり、スイッ
チング損失が低減される。以上により、スイッチング素
子のオン・オフ動作時のスイッチング損失を低減するこ
とができる。これと共に、スイッチング素子のターンオ
フ及びターンオン時に発生するスパイク状のサージ電圧
及び電流が共振用コンデンサ及びトランスの漏洩インダ
クタンスの共振作用により吸収されるので、サージ電圧
及び電流に基づくノイズを低減することができる。ま
た、スイッチング素子のターンオン時において、前記の
閉回路中に流れる共振電流によりトランスの補助巻線に
発生する電圧がトランスの2次巻線及び整流平滑回路を
介して負荷に供給されるので、共振用コンデンサの放電
エネルギの大部分が負荷に供給され、これによりコンバ
ータ内部における電力損失を低減して効率を向上するこ
とができる。特に、「請求項3」に係る発明のトランス
絶縁型DC−DCコンバータでは、「請求項1」に係る
発明に比較して回路構成がより簡素になる利点がある。
When the switching element is turned off with the switching element turned on, the current flowing from the primary winding of the transformer to the switching element is switched to the current flowing to the resonance capacitor via the first rectifying element. The resonance capacitor is charged in a sinusoidal manner.
As a result, the voltage at both ends of the switching element rises in a sine wave form from 0 V, so that zero-voltage switching is performed when the switching element is turned off, and the switching loss is reduced. When the switching element is turned on from the off state, the resonance capacitor charged to the voltage of the DC power supply during the off period starts discharging, and the resonance capacitor and the auxiliary winding of the transformer, the second rectifying element, A resonance current flows in a closed circuit formed by the switching elements. Thereby, the current of the switching element becomes 0
, A zero current switching is performed when the switching element is turned on, and the switching loss is reduced. As described above, the switching loss at the time of the ON / OFF operation of the switching element can be reduced. At the same time, a spike-like surge voltage and current generated when the switching element is turned off and on are absorbed by the resonance action of the resonance capacitor and the leakage inductance of the transformer, so that noise based on the surge voltage and current can be reduced. . Further, when the switching element is turned on, the voltage generated in the auxiliary winding of the transformer by the resonance current flowing in the closed circuit is supplied to the load via the secondary winding of the transformer and the rectifying and smoothing circuit. Most of the discharge energy of the storage capacitor is supplied to the load, thereby reducing the power loss inside the converter and improving the efficiency. In particular, the transformer-insulated DC-DC converter according to the third aspect of the invention has an advantage that the circuit configuration is simpler than the invention according to the first aspect.

【0010】更に、「請求項4」に係る発明のトランス
絶縁型DC−DCコンバータでは、トランスの1次巻線
と前記スイッチング素子との間に限流用リアクトルを接
続している。このトランス絶縁型DC−DCコンバータ
では、スイッチング素子のターンオン時においてトラン
スの1次巻線からトランジスタに流れるサージ電流が限
流用リアクトルの自己誘導作用により吸収され、スイッ
チング素子に流れる電流が0から緩やかに増加するの
で、トランスが漏洩インダクタンスのない理想的なトラ
ンスである場合においても確実にゼロ電流スイッチング
となり、「請求項3」に係る発明に比較してスイッチン
グ素子のターンオン時におけるスイッチング損失やノイ
ズをより低減することができる。
Further, in the transformer-insulated DC-DC converter according to the present invention, a current limiting reactor is connected between the primary winding of the transformer and the switching element. In this transformer-insulated DC-DC converter, when the switching element is turned on, the surge current flowing from the primary winding of the transformer to the transistor is absorbed by the self-inducing action of the current limiting reactor, and the current flowing through the switching element gradually decreases from zero. As a result, even when the transformer is an ideal transformer having no leakage inductance, zero current switching is ensured, and switching loss and noise at the time of turning on the switching element are more reduced than in the invention according to claim 3. Can be reduced.

【0011】「請求項5」に係る発明のトランス絶縁型
DC−DCコンバータは、前記トランスの1次巻線と前
記スイッチング素子との間に接続された前記トランスの
補助巻線と、該トランスの補助巻線及び前記スイッチン
グ素子の接続点に一端が接続された第1の整流素子と、
該第1の整流素子の他端と前記直流電源の他端との間に
接続された共振用コンデンサと、該共振用コンデンサ及
び前記第1の整流素子の接続点と前記トランスの1次巻
線及び前記補助巻線の接続点との間に接続された第2の
整流素子とを備え、前記スイッチング素子がオフ状態か
らオン状態になるとき、前記共振用コンデンサ及び前記
第2の整流素子及び前記トランスの補助巻線及び前記ス
イッチング素子で形成される閉回路中に共振電流が流
れ、これにより前記トランスの補助巻線に発生する電圧
が前記トランスの2次巻線及び前記整流平滑回路を介し
て前記負荷に供給される。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a transformer-isolated DC-DC converter, comprising: an auxiliary winding of the transformer connected between a primary winding of the transformer and the switching element; A first rectifier element having one end connected to a connection point between the auxiliary winding and the switching element;
A resonance capacitor connected between the other end of the first rectifier element and the other end of the DC power supply; a connection point between the resonance capacitor and the first rectifier element; and a primary winding of the transformer. And a second rectifier element connected between the auxiliary winding and a connection point, wherein when the switching element is turned on from an off state, the resonance capacitor and the second rectifier element and A resonance current flows in a closed circuit formed by the auxiliary winding of the transformer and the switching element, whereby a voltage generated in the auxiliary winding of the transformer is transmitted through the secondary winding of the transformer and the rectifying and smoothing circuit. Supplied to the load.

【0012】スイッチング素子をオンした状態でスイッ
チング素子をオフ状態に切り替えると、トランスの1次
巻線から補助巻線を介してスイッチング素子に流れてい
た電流が第1の整流素子を介して共振用コンデンサに流
れる電流に切り替わり、共振用コンデンサが正弦波状に
充電されて行く。これにより、スイッチング素子の両端
の電圧が0Vから正弦波状に上昇するので、スイッチン
グ素子のターンオフ時においてゼロ電圧スイッチングと
なり、スイッチング損失が低減される。また、スイッチ
ング素子をオフ状態からオン状態にすると、オフ期間中
に直流電源の電圧まで充電された共振用コンデンサが放
電を開始し、共振用コンデンサ及び第2の整流素子及び
トランスの補助巻線及びスイッチング素子で形成される
閉回路中に共振電流が流れる。これにより、スイッチン
グ素子の電流が0から正弦波状に増加するので、スイッ
チング素子のターンオン時においてゼロ電流スイッチン
グとなり、スイッチング損失が低減される。以上によ
り、スイッチング素子のオン・オフ動作時のスイッチン
グ損失を低減することができる。これと共に、スイッチ
ング素子のターンオフ及びターンオン時に発生するスパ
イク状のサージ電圧及び電流は、共振用コンデンサ及び
トランスの漏洩インダクタンスの共振作用により吸収さ
れ、スイッチング素子の電圧及び電流波形の立下り及び
立上りが緩やかになるので、サージ電圧及び電流に基づ
くノイズを低減することができる。また、スイッチング
素子のターンオン時において、前記の閉回路中に流れる
共振電流によりトランスの補助巻線に発生する電圧がト
ランスの2次巻線及び整流平滑回路を介して負荷に供給
されるので、共振用コンデンサの放電エネルギの大部分
が負荷に供給され、これによりコンバータ内部における
電力損失を低減して効率を向上することができる。更
に、スイッチング素子のターンオン時において、トラン
スの1次巻線から補助巻線を介してスイッチング素子に
流れるサージ電流がトランスの補助巻線の自己誘導作用
により吸収され、スイッチング素子に流れる電流が0か
ら緩やかに増加するので、トランスが漏洩インダクタン
スのない理想的なトランスである場合に必要とした限流
用リアクトルが不要となる。したがって、少ない部品点
数でスイッチング素子のターンオン時におけるゼロ電流
スイッチングをより確実にしてスイッチング損失やノイ
ズをより低減することができる。
When the switching element is switched to the off state while the switching element is on, the current flowing from the primary winding of the transformer to the switching element via the auxiliary winding is used for resonance via the first rectifying element. The current is switched to the current flowing through the capacitor, and the resonance capacitor is charged in a sine wave shape. As a result, the voltage at both ends of the switching element rises in a sine wave form from 0 V, so that zero-voltage switching is performed when the switching element is turned off, and the switching loss is reduced. Also, when the switching element is turned on from the off state, the resonance capacitor charged to the voltage of the DC power supply during the off period starts discharging, and the resonance capacitor, the second rectifier, the auxiliary winding of the transformer, and the like. A resonance current flows in a closed circuit formed by the switching elements. As a result, the current of the switching element increases in a sine wave form from 0, so that zero current switching is performed when the switching element is turned on, and the switching loss is reduced. As described above, the switching loss at the time of the ON / OFF operation of the switching element can be reduced. At the same time, the spike-like surge voltage and current generated when the switching element is turned off and turned on are absorbed by the resonance action of the leakage inductance of the resonance capacitor and the transformer, and the falling and rising of the voltage and current waveforms of the switching element are gradual. Therefore, noise based on the surge voltage and the current can be reduced. Further, when the switching element is turned on, the voltage generated in the auxiliary winding of the transformer by the resonance current flowing in the closed circuit is supplied to the load via the secondary winding of the transformer and the rectifying and smoothing circuit. Most of the discharge energy of the storage capacitor is supplied to the load, thereby reducing the power loss inside the converter and improving the efficiency. Furthermore, when the switching element is turned on, a surge current flowing from the primary winding of the transformer to the switching element via the auxiliary winding is absorbed by the self-induction action of the auxiliary winding of the transformer, and the current flowing to the switching element is reduced from zero. Since the increase is gradual, the current limiting reactor required when the transformer is an ideal transformer having no leakage inductance becomes unnecessary. Therefore, zero current switching at the time of turning on the switching element can be more reliably performed with a small number of parts, and switching loss and noise can be further reduced.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明によるトランス絶縁
型DC−DCコンバータの一実施形態を図1及び図2に
基づいて説明する。但し、図1では図7に示す箇所と実
質的に同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省
略する。本実施形態のトランス絶縁型DC−DCコンバ
ータは、図1に示すように、トランス2の1次巻線2a
及びトランジスタ3の接続点にアノード端子(一端)が
接続された第1の整流素子としてのダイオード11と、
ダイオード11のカソード端子(他端)と直流電源1の
陰極端子(他端)との間に接続された共振用コンデンサ
12と、共振用コンデンサ12及びダイオード11のカ
ソード端子の接続点とトランス2の1次巻線2a及びダ
イオード11のアノード端子の接続点との間に直列に接
続された補助トランス13の1次巻線13a及び第2の
整流素子としてのダイオード14と、直流電源1の陽極
端子(一端)と陰極端子との間に直列に接続された補助
トランス13の2次巻線13b及び第3の整流素子とし
てのダイオード15とを備えている。なお、トランス2
及び補助トランス13は共に漏洩インダクタンスを有す
るリーケージトランスが使用される。その他の構成は、
図7のトランス絶縁型DC−DCコンバータと略同一で
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a transformer-insulated DC-DC converter according to the present invention will be described below with reference to FIGS. However, in FIG. 1, substantially the same parts as those shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. As shown in FIG. 1, the transformer-isolated DC-DC converter according to the present embodiment includes a primary winding 2a of a transformer 2.
And a diode 11 as a first rectifying element having an anode terminal (one end) connected to a connection point of the transistor 3;
A resonance capacitor 12 connected between the cathode terminal (the other end) of the diode 11 and the cathode terminal (the other end) of the DC power supply 1, and a connection point between the resonance capacitor 12 and the cathode terminal of the diode 11 and the transformer 2 A primary winding 13a of the auxiliary transformer 13 and a diode 14 as a second rectifier connected in series between the primary winding 2a and a connection point of the anode terminal of the diode 11, and an anode terminal of the DC power supply 1 A secondary winding 13b of the auxiliary transformer 13 and a diode 15 as a third rectifier are connected in series between the (one end) and the cathode terminal. The transformer 2
For both the auxiliary transformer 13 and the auxiliary transformer 13, a leakage transformer having a leakage inductance is used. Other configurations are
This is substantially the same as the transformer-insulated DC-DC converter of FIG.

【0014】次に、図1に示すトランス絶縁型DC−D
Cコンバータの動作について説明する。図2(A)に示す
ようにt1以前においてトランジスタ3がオン状態のと
きは、トランス2の1次巻線2a及びトランジスタ3に
電流I0が流れている。このとき、トランス2の2次巻
線2bに1次巻線2aの電圧と同極性の電圧が誘起され、
整流ダイオード4が導通状態であるため、トランス2の
2次巻線2bから整流ダイオード4を介して平滑コンデ
ンサ5を充電すると共に、負荷6に直流電力を供給して
いる。一方、t1以前において共振用コンデンサ12は
充電されておらず、両端の電圧は0Vである。
Next, a transformer-insulated DC-D shown in FIG.
The operation of the C converter will be described. As shown in FIG. 2A, when the transistor 3 is turned on before t 1 , a current I 0 flows through the primary winding 2a of the transformer 2 and the transistor 3. At this time, a voltage having the same polarity as the voltage of the primary winding 2a is induced in the secondary winding 2b of the transformer 2,
Since the rectifier diode 4 is in the conductive state, the smoothing capacitor 5 is charged from the secondary winding 2b of the transformer 2 via the rectifier diode 4, and DC power is supplied to the load 6. On the other hand, before t 1 , the resonance capacitor 12 is not charged, and the voltage at both ends is 0V.

【0015】図2(A)に示すように、t1において制御
回路7からトランジスタ3のベース端子に付与される制
御パルス信号電圧VBが高レベルから低レベルになり、
トランジスタ3がオン状態からオフ状態になると、トラ
ンジスタ3に流れていたトランス2の1次巻線2aの電
流I0がダイオード11を介して共振用コンデンサ12
に流れる電流に切り替わる。したがって、トランジスタ
3に流れる電流ITRは図2(C)に示すように0となる。
このとき、共振用コンデンサ12に流れる電流が正弦波
状に増加して共振用コンデンサ12が図1に示す極性で
充電されて行き、共振用コンデンサ12の電圧が0Vか
ら正弦波状に上昇する。これにより、図2(B)に示すよ
うにトランジスタ3の両端の電圧VTRが0Vから正弦波
状に上昇する。このため、トランジスタ3のターンオフ
時において電圧波形と電流波形の重なりが少ないゼロ電
圧スイッチングとなる。t2において、共振用コンデン
サ11が直流電源1の電圧Eまで充電され、トランジス
タ3の両端の電圧VTRが図2(B)に示すように直流電源
1の電圧Eに等しくなると、トランス2の2次巻線2b
の電圧が0Vとなるので整流ダイオード4が逆バイアス
されて非導通状態となり、トランジスタ3のオン期間中
に平滑コンデンサ5に充電された電荷が負荷6へ放出さ
れる。
As shown in FIG. 2A, at t 1 , the control pulse signal voltage V B applied from the control circuit 7 to the base terminal of the transistor 3 goes from a high level to a low level,
When the transistor 3 changes from the on state to the off state, the current I 0 of the primary winding 2 a of the transformer 2 flowing through the transistor 3 is transmitted through the diode 11 to the resonance capacitor 12.
The current is switched to Therefore, the current I TR flowing through the transistor 3 becomes 0 as shown in FIG.
At this time, the current flowing in the resonance capacitor 12 increases sinusoidally, and the resonance capacitor 12 is charged with the polarity shown in FIG. 1, and the voltage of the resonance capacitor 12 rises sinusoidally from 0V. Thus, as shown in FIG. 2B, the voltage V TR across the transistor 3 rises in a sine wave form from 0V. For this reason, when the transistor 3 is turned off, zero voltage switching is performed with little overlap between the voltage waveform and the current waveform. At t 2 , when the resonance capacitor 11 is charged to the voltage E of the DC power supply 1 and the voltage V TR across the transistor 3 becomes equal to the voltage E of the DC power supply 1 as shown in FIG. Secondary winding 2b
Becomes 0 V, the rectifier diode 4 is reverse-biased and becomes non-conductive, and the charge charged in the smoothing capacitor 5 during the ON period of the transistor 3 is discharged to the load 6.

【0016】図2(A)に示すように、t3において制御
回路7からトランジスタ3のベース端子に付与される制
御パルス信号電圧VBが低レベルから高レベルになり、
トランジスタ3がオフ状態からオン状態になると、図2
(B)に示すようにトランジスタ3の両端の電圧VTRが速
やかに0Vまで降下する。これと同時に、共振用コンデ
ンサ12が放電を開始し、共振用コンデンサ12とトラ
ンス2及び補助トランス13の漏洩インダクタンスとが
共振して共振用コンデンサ12−補助トランス13の1
次巻線13a−ダイオード14−トランジスタ3で形成
される閉回路中に共振電流が流れる。このとき、補助ト
ランス13の2次巻線13bに電圧が発生し、この2次
巻線13bに発生した電圧はダイオード15を介して直
流電源1に回生される。これにより、トランジスタ3の
ターンオン時における共振用コンデンサ12の放電エネ
ルギの大部分が補助トランス13及びダイオード15を
介して直流電源1に回生される。また、トランジスタ3
のターンオン時においてトランス2の1次巻線2aから
トランジスタ3に流れる電流ITRは図2(C)に示すよう
に0から直線的に増加して行き、t4においてトランジ
スタ3の電流ITRがトランス2の1次巻線2aの電流I0
に等しくなるとそれ以降は正弦波状に増加して行く。し
たがって、トランジスタ3のターンオン時において電圧
波形と電流波形の重なりが少ないゼロ電流スイッチング
となる。t5において、トランジスタ3の電流ITRの共
振電流分が0となり、図2(C)に示すようにトランス2
の1次巻線2aの電流I0に等しくなると、それ以降は直
流電源1からトランス2の1次巻線2a及びトランジス
タ3に電流I0が流れる。これにより、トランス2の2
次巻線2bに1次巻線2aの電圧と同極性の電圧が誘起さ
れて整流ダイオード4が導通状態となり、トランス2の
2次巻線2bから整流ダイオード4を介して平滑コンデ
ンサ5が充電されると共に、負荷6に直流電力が供給さ
れる。
As shown in FIG. 2A, at t 3 , the control pulse signal voltage V B applied from the control circuit 7 to the base terminal of the transistor 3 changes from a low level to a high level,
When the transistor 3 changes from the off state to the on state, FIG.
As shown in (B), the voltage V TR across the transistor 3 quickly drops to 0V. At the same time, the resonance capacitor 12 starts discharging, and the resonance capacitor 12 and the leakage inductance of the transformer 2 and the auxiliary transformer 13 resonate, and the resonance capacitor 12 and the auxiliary transformer 13
A resonance current flows in a closed circuit formed by the next winding 13a, the diode 14, and the transistor 3. At this time, a voltage is generated in the secondary winding 13b of the auxiliary transformer 13, and the voltage generated in the secondary winding 13b is regenerated to the DC power supply 1 via the diode 15. As a result, most of the discharge energy of the resonance capacitor 12 when the transistor 3 is turned on is regenerated to the DC power supply 1 via the auxiliary transformer 13 and the diode 15. Transistor 3
The current I TR flowing from the primary winding 2a of the transformer 2 to the transistor 3 during turn-on of gradually linearly increases from 0 as shown in FIG. 2 (C), a current I TR of the transistor 3 is at t 4 Current I 0 of primary winding 2a of transformer 2
After that, it increases in a sinusoidal manner thereafter. Therefore, when the transistor 3 is turned on, zero current switching with little overlap between the voltage waveform and the current waveform is achieved. In t 5, the resonant current component becomes zero current I TR of the transistor 3, trans as shown in FIG. 2 (C) 2
The primary winding when 2a becomes equal to the current I 0 of the, thereafter current I 0 flows in the primary winding 2a and the transistor 3 of the transformer 2 from the DC power source 1. Thereby, 2 of the transformer 2
A voltage having the same polarity as that of the voltage of the primary winding 2a is induced in the secondary winding 2b, and the rectifier diode 4 is turned on. The smoothing capacitor 5 is charged from the secondary winding 2b of the transformer 2 via the rectifier diode 4. At the same time, DC power is supplied to the load 6.

【0017】上記のように、本実施形態ではトランジス
タ3のターンオフ及びターンオン時においてゼロ電圧ス
イッチング及びゼロ電流スイッチングとなるので、スイ
ッチング損失を低減することができる。また、トランジ
スタ3のターンオフ及びターンオン時に発生するスパイ
ク状のサージ電圧及びサージ電流は、共振用コンデンサ
11とトランス2及び補助トランス21の漏洩インダク
タンスとの共振作用により吸収され、トランジスタ3の
電圧及び電流波形の立上り及び立下りが緩やかになるの
で、トランジスタ3のオン・オフ動作時のサージ電圧、
サージ電流に基づくノイズを低減することができる。更
に、トランジスタ3のターンオン時において共振用コン
デンサ12の放電エネルギの大部分が補助トランス13
及びダイオード15を介して直流電源1に回生されるの
で、コンバータ内部における電力損失を低減して効率を
向上することができる。
As described above, in this embodiment, zero voltage switching and zero current switching are performed when the transistor 3 is turned off and turned on, so that switching loss can be reduced. Further, a spike-shaped surge voltage and a surge current generated when the transistor 3 is turned off and turned on are absorbed by the resonance action of the resonance capacitor 11 and the leakage inductance of the transformer 2 and the auxiliary transformer 21, and the voltage and current waveforms of the transistor 3 Rises and falls slowly, so that the surge voltage when the transistor 3 is turned on and off,
Noise based on the surge current can be reduced. Further, when the transistor 3 is turned on, most of the discharge energy of the resonance capacitor 12 is supplied to the auxiliary transformer 13.
In addition, since the power is regenerated to the DC power supply 1 through the diode 15, the power loss inside the converter can be reduced and the efficiency can be improved.

【0018】図1に示す実施形態のトランス絶縁型DC
−DCコンバータは変更が可能である。例えば、図3に
示す実施形態のトランス絶縁型DC−DCコンバータ
は、図1に示すトランス絶縁型DC−DCコンバータに
おいて、トランス2の1次巻線2aとトランジスタ3と
の間に限流用リアクトル16を接続したものである。こ
の場合、トランス2は理想的に製作された漏洩インダク
タンスのないトランスを使用しても構わない。その他の
構成は、図1に示すトランス絶縁型DC−DCコンバー
タと略同様である。したがって、図3に示す実施形態の
トランス絶縁型DC−DCコンバータにおいても図1の
場合と略同様の作用効果が得られる。また、図3に示す
トランス絶縁型DC−DCコンバータでは、トランジス
タ3のターンオン時においてトランス2の1次巻線2a
からトランジスタ3に流れるサージ電流が限流用リアク
トル16の自己誘導作用により吸収され、トランジスタ
3に流れる電流ITRが0から緩やかに増加する。このた
め、トランス2が漏洩インダクタンスのない理想的なト
ランスである場合においてもサージ電流が発生しない。
したがって、トランジスタ3のターンオン時におけるゼ
ロ電流スイッチングがより確実になり、トランジスタ3
のターンオン時のスイッチング損失やノイズをより低減
することができる。
The transformer-insulated DC of the embodiment shown in FIG.
-The DC converter can be changed. For example, the transformer-isolated DC-DC converter according to the embodiment shown in FIG. 3 is different from the transformer-isolated DC-DC converter shown in FIG. Are connected. In this case, an ideally manufactured transformer having no leakage inductance may be used as the transformer 2. Other configurations are substantially the same as those of the transformer-insulated DC-DC converter shown in FIG. Therefore, in the transformer-insulated DC-DC converter of the embodiment shown in FIG. 3, substantially the same operation and effect as in FIG. 1 can be obtained. In the transformer-insulated DC-DC converter shown in FIG. 3, when the transistor 3 is turned on, the primary winding 2a of the transformer 2 is turned on.
, The surge current flowing through the transistor 3 is absorbed by the self-inducing action of the current limiting reactor 16, and the current I TR flowing through the transistor 3 gradually increases from zero. Therefore, even when the transformer 2 is an ideal transformer having no leakage inductance, no surge current is generated.
Therefore, the zero current switching at the time of turning on the transistor 3 becomes more reliable, and the transistor 3
, Switching loss and noise at the time of turn-on can be further reduced.

【0019】また、図4に示す実施形態のトランス絶縁
型DC−DCコンバータは、トランス2に補助巻線2c
を設けて図1に示す補助トランス13の1次巻線13a
の代わりに接続し、図1に示す補助トランス13の2次
巻線13b及びダイオード15を省略したものである。
但し、補助巻線2cの巻数は1次巻線2aの巻数より極め
て小さく設定される。その他の構成は、図1に示すトラ
ンス絶縁型DC−DCコンバータと略同様である。図4
に示すトランス絶縁型DC−DCコンバータでは、トラ
ンジスタ3のターンオン時において、共振用コンデンサ
12−トランス2の補助巻線2c−ダイオード14−ト
ランジスタ3で形成される閉回路中に流れる共振電流に
よりトランス2の補助巻線2cに電圧が発生し、この電
圧がトランス2の2次巻線2b及び整流ダイオード4及
び平滑コンデンサ5を介して負荷6に供給される。これ
により、トランジスタ3のターンオン時における共振用
コンデンサ12の放電エネルギの大部分がトランス2の
補助巻線2cから2次巻線2b及び整流ダイオード4及び
平滑コンデンサ5を介して負荷6に供給される。この他
のトランジスタ3のターンオフ時又はターンオン時にお
ける動作は、図1に示す実施形態の場合と略同様であ
る。したがって、図4に示す実施形態においても図1に
示す実施形態と略同様の効果が得られる。また、図4に
示すトランス絶縁型DC−DCコンバータでは、図1の
場合における補助トランス13の2次側回路、即ち補助
トランス13の2次巻線13b及びダイオード15を省
略できるので、回路構成がより簡素になる利点がある。
更に、図4に示すトランス絶縁型DC−DCコンバータ
についても、図5に示すように図3に示す場合と同様の
変更が可能である。したがって、図5に示す実施形態の
トランス絶縁型DC−DCコンバータにおいても図3の
場合と略同様の作用効果が得られる。
The transformer-isolated DC-DC converter of the embodiment shown in FIG.
The primary winding 13a of the auxiliary transformer 13 shown in FIG.
And the secondary winding 13b and the diode 15 of the auxiliary transformer 13 shown in FIG. 1 are omitted.
However, the number of turns of the auxiliary winding 2c is set to be extremely smaller than the number of turns of the primary winding 2a. Other configurations are substantially the same as those of the transformer-insulated DC-DC converter shown in FIG. FIG.
In the transformer-isolated DC-DC converter shown in FIG. 2, when the transistor 3 is turned on, the resonance current flowing in a closed circuit formed by the resonance capacitor 12, the auxiliary winding 2 c of the transformer 2, the diode 14, and the transistor 3 is used. A voltage is generated in the auxiliary winding 2c, and this voltage is supplied to the load 6 via the secondary winding 2b of the transformer 2, the rectifier diode 4 and the smoothing capacitor 5. Thus, most of the discharge energy of the resonance capacitor 12 when the transistor 3 is turned on is supplied from the auxiliary winding 2c of the transformer 2 to the load 6 via the secondary winding 2b, the rectifier diode 4, and the smoothing capacitor 5. . The other operations when the transistor 3 is turned off or turned on are substantially the same as those in the embodiment shown in FIG. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 4, substantially the same effects as in the embodiment shown in FIG. 1 can be obtained. Further, in the transformer-isolated DC-DC converter shown in FIG. 4, the secondary circuit of the auxiliary transformer 13 in the case of FIG. 1, that is, the secondary winding 13b and the diode 15 of the auxiliary transformer 13 can be omitted. It has the advantage of being simpler.
Further, the transformer-isolated DC-DC converter shown in FIG. 4 can be changed in the same manner as shown in FIG. 3 as shown in FIG. Therefore, in the transformer-insulated DC-DC converter of the embodiment shown in FIG. 5, substantially the same operation and effect as in the case of FIG. 3 can be obtained.

【0020】また、図6に示す実施形態のトランス絶縁
型DC−DCコンバータは、図4に示すトランス2の補
助巻線2cの接続位置を1次巻線2aとトランジスタ3と
の間に変更したものである。その他の構成は、図4に示
すトランス絶縁型DC−DCコンバータと略同様であ
る。よって、図6に示す実施形態においても図4に示す
実施形態と略同様の作用効果が得られる。更に、図6に
示すトランス絶縁型DC−DCコンバータでは、トラン
ジスタ3のターンオン時においてトランス2の1次巻線
2aから補助巻線2cを介してトランジスタ3に流れるサ
ージ電流がトランス2の補助巻線2cの自己誘導作用に
より吸収され、トランジスタ3に流れる電流が0から緩
やかに増加する。このため、例えば図5に示すようにト
ランス2が漏洩インダクタンスのない理想的なトランス
である場合に必要とした限流用リアクトル16が不要で
あり、その場合においてもサージ電流が発生しない。し
たがって、図6に示す実施形態のトランス絶縁型DC−
DCコンバータでは、トランス2が漏洩インダクタンス
のない理想的なトランスである場合においても、少ない
部品点数でトランジスタ3のターンオン時におけるゼロ
電流スイッチングをより確実にしてトランジスタ3のタ
ーンオン時のスイッチング損失やノイズをより低減する
ことができる。
In the transformer-isolated DC-DC converter of the embodiment shown in FIG. 6, the connection position of the auxiliary winding 2c of the transformer 2 shown in FIG. 4 is changed between the primary winding 2a and the transistor 3. Things. Other configurations are substantially the same as those of the transformer-insulated DC-DC converter shown in FIG. Therefore, the embodiment shown in FIG. 6 can obtain substantially the same operation and effect as the embodiment shown in FIG. Further, in the transformer-isolated DC-DC converter shown in FIG. 6, when the transistor 3 is turned on, a surge current flowing from the primary winding 2a of the transformer 2 to the transistor 3 via the auxiliary winding 2c causes an auxiliary winding of the transformer 2 to be turned on. The current flowing through the transistor 3 is absorbed by the self-inducing action of 2c and gradually increases from 0. For this reason, for example, as shown in FIG. 5, the current limiting reactor 16 required when the transformer 2 is an ideal transformer having no leakage inductance is unnecessary, and even in that case, no surge current is generated. Therefore, the transformer isolation type DC-
In the DC converter, even when the transformer 2 is an ideal transformer having no leakage inductance, the zero current switching at the time of turning on the transistor 3 is more reliably performed with a small number of parts, and the switching loss and noise at the time of turning on the transistor 3 are reduced. It can be further reduced.

【0021】本発明の実施態様は前記の各実施形態に限
定されず、更に種々の変更が可能である。例えば、図3
及び図5に示す各実施形態ではトランス2の1次巻線2
a及びダイオード14の接続点とトランジスタ3及びダ
イオード11の接続点との間に限流用リアクトル16を
接続した形態を示したが、図3及び図5の破線に示すよ
うにトランス2の1次巻線2aと直列に限流用リアクト
ル16を接続しても同様の作用効果が得られる。また、
上記の各実施形態ではフォワード型のDC−DCコンバ
ータに本発明を適用した形態を示したが、図1及び図3
に示す各実施形態についてはフライバック型のDC−D
Cコンバータにも適用が可能である。また、上記の各実
施形態ではスイッチング素子としてバイポーラ型トラン
ジスタを使用した形態を示したが、MOS-FET(M
OS型電界効果型トランジスタ)、J-FET(接合型
電界効果トランジスタ)、IGBT(絶縁ゲート型トラ
ンジスタ)又はサイリスタ等の他のスイッチング素子も
使用可能である。
The embodiments of the present invention are not limited to the above embodiments, and various modifications are possible. For example, FIG.
In each of the embodiments shown in FIG.
3A and 5A, the primary current limiting reactor 16 is connected between the connection point of the diode 14 and the connection point of the transistor 3 and the diode 11 as shown in FIG. 3 and FIG. Similar effects can be obtained by connecting the current limiting reactor 16 in series with the line 2a. Also,
In each of the above embodiments, the embodiment in which the present invention is applied to the forward type DC-DC converter is shown.
For each embodiment shown in FIG.
It is also applicable to a C converter. Further, in each of the above embodiments, a mode in which a bipolar transistor is used as a switching element has been described, but a MOS-FET (M
Other switching elements such as OS field effect transistors), J-FETs (junction field effect transistors), IGBTs (insulated gate transistors) or thyristors can also be used.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明によれば、スイッチング損失やノ
イズを低減できると共にコンバータ内部における電力損
失を低減できるので、トランス絶縁型DC−DCコンバ
ータの変換効率を大幅に向上することが可能となる。
According to the present invention, the switching loss and noise can be reduced and the power loss inside the converter can be reduced, so that the conversion efficiency of the transformer-isolated DC-DC converter can be greatly improved.

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

【図1】 本発明の一実施形態を示すトランス絶縁型D
C−DCコンバータの電気回路図
FIG. 1 shows a transformer insulation type D showing an embodiment of the present invention.
Electric circuit diagram of C-DC converter

【図2】 図1の回路の各部の電圧及び電流を示す波形
FIG. 2 is a waveform chart showing voltages and currents of respective parts of the circuit of FIG.

【図3】 図1の回路の変更実施形態を示す電気回路図FIG. 3 is an electric circuit diagram showing a modified embodiment of the circuit of FIG. 1;

【図4】 本発明の他の実施形態を示すトランス絶縁型
DC−DCコンバータの電気回路図
FIG. 4 is an electric circuit diagram of a transformer-insulated DC-DC converter showing another embodiment of the present invention.

【図5】 図4の回路の変更実施形態を示す電気回路図FIG. 5 is an electrical diagram showing a modified embodiment of the circuit of FIG.

【図6】 図4の回路のもう一つの変更実施形態を示す
電気回路図
FIG. 6 is an electrical diagram showing another modified embodiment of the circuit of FIG.

【図7】 従来のトランス絶縁型DC−DCコンバータ
を示す電気回路図
FIG. 7 is an electric circuit diagram showing a conventional transformer-insulated DC-DC converter.

【図8】 図7の回路のスイッチング電圧波形とスイッ
チング電流波形との重複部分を示す波形図
FIG. 8 is a waveform chart showing an overlapping portion of a switching voltage waveform and a switching current waveform of the circuit of FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1...直流電源、2...トランス、2a...1次
巻線、2b...2次巻線、2c...補助巻線、
3...トランジスタ(スイッチング素子)、4...
整流ダイオード、5...平滑コンデンサ、6...負
荷、7...制御回路、11...ダイオード(第1の
整流素子)、12...共振用コンデンサ、13...
補助トランス、13a...1次巻線、13b...2次
巻線、14...ダイオード(第2の整流素子)、1
5...ダイオード(第3の整流素子)、16...限
流用リアクトル
1. . . DC power supply, 2. . . Transformer, 2a. . . Primary winding, 2b. . . Secondary winding, 2c. . . Auxiliary winding,
3. . . 3. transistors (switching elements); . .
Rectifier diode, 5. . . 5. smoothing capacitor; . . Load, 7. . . Control circuit, 11. . . 11. diode (first rectifying element), . . 12. resonance capacitor; . .
Auxiliary transformer, 13a. . . Primary winding, 13b. . . Secondary winding, 14. . . Diode (second rectifier), 1
5. . . 15. diode (third rectifier); . . Current limiting reactor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福本 征也 埼玉県新座市北野3丁目6番3号 サンケ ン電気株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuation of the front page (72) Inventor Seiya Fukumoto 3-6-3 Kitano, Niiza-shi, Saitama Sanken Electric Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直流電源とトランスの1次巻線とスイッ
チング素子とが直列に接続され、前記スイッチング素子
をオン・オフ動作させることにより前記トランスの2次
巻線から整流平滑回路を介して前記直流電源の電圧とは
異なる定電圧の直流出力を負荷に供給するトランス絶縁
型DC−DCコンバータにおいて、 前記トランスの1次巻線及び前記スイッチング素子の接
続点に一端が接続された第1の整流素子と、該第1の整
流素子の他端と前記直流電源の他端との間に接続された
共振用コンデンサと、該共振用コンデンサ及び前記第1
の整流素子の接続点と前記トランスの1次巻線及び前記
第1の整流素子の接続点との間に直列に接続された補助
トランスの1次巻線及び第2の整流素子と、前記直流電
源の一端と他端との間に直列に接続された前記補助トラ
ンスの2次巻線及び第3の整流素子とを備え、 前記スイッチング素子がオフ状態からオン状態になると
き、前記共振用コンデンサ及び前記補助トランスの1次
巻線及び前記第2の整流素子及び前記スイッチング素子
で形成される閉回路中に共振電流が流れ、これにより前
記補助トランスの2次巻線に発生する電圧が前記第3の
整流素子を介して前記直流電源に回生されることを特徴
とするトランス絶縁型DC−DCコンバータ。
1. A DC power supply, a primary winding of a transformer, and a switching element are connected in series, and the switching element is turned on and off so that a secondary winding of the transformer is connected via a rectifying and smoothing circuit. In a transformer-insulated DC-DC converter for supplying a DC output of a constant voltage different from the voltage of a DC power supply to a load, a first rectifier having one end connected to a connection point between a primary winding of the transformer and the switching element. An element, a resonance capacitor connected between the other end of the first rectifying element and the other end of the DC power supply, the resonance capacitor and the first capacitor.
A primary winding and a second rectifier element of an auxiliary transformer connected in series between a connection point of the rectifier element and a primary winding of the transformer and a connection point of the first rectifier element; A secondary winding of the auxiliary transformer and a third rectifying element connected in series between one end and the other end of the power supply, wherein when the switching element changes from an off state to an on state, the resonance capacitor And a resonance current flows through a closed circuit formed by the primary winding of the auxiliary transformer, the second rectifier element, and the switching element, whereby the voltage generated in the secondary winding of the auxiliary transformer becomes 3. A transformer-isolated DC-DC converter, wherein the DC power is regenerated by the DC power supply via the rectifier element.
【請求項2】 前記トランスの1次巻線と前記スイッチ
ング素子との間に限流用リアクトルが接続された「請求
項1」に記載のトランス絶縁型DC−DCコンバータ。
2. The transformer-isolated DC-DC converter according to claim 1, wherein a current limiting reactor is connected between a primary winding of the transformer and the switching element.
【請求項3】 直流電源とトランスの1次巻線とスイッ
チング素子とが直列に接続され、前記スイッチング素子
をオン・オフ動作させることにより前記トランスの2次
巻線から整流平滑回路を介して前記直流電源の電圧とは
異なる定電圧の直流出力を負荷に供給するトランス絶縁
型DC−DCコンバータにおいて、 前記トランスの1次巻線及び前記スイッチング素子の接
続点に一端が接続された第1の整流素子と、該第1の整
流素子の他端と前記直流電源の他端との間に接続された
共振用コンデンサと、該共振用コンデンサ及び前記第1
の整流素子の接続点と前記トランスの1次巻線及び前記
第1の整流素子の接続点との間に直列に接続された前記
トランスの補助巻線及び第2の整流素子とを備え、 前記スイッチング素子がオフ状態からオン状態になると
き、前記共振用コンデンサ及び前記トランスの補助巻線
及び前記第2の整流素子及び前記スイッチング素子で形
成される閉回路中に共振電流が流れ、これにより前記ト
ランスの補助巻線に発生する電圧が前記トランスの2次
巻線及び前記整流平滑回路を介して前記負荷に供給され
ることを特徴とするトランス絶縁型DC−DCコンバー
タ。
3. A DC power supply, a primary winding of a transformer, and a switching element are connected in series, and the switching element is turned on and off so that the secondary winding of the transformer is connected via a rectifying and smoothing circuit. In a transformer-insulated DC-DC converter for supplying a DC output of a constant voltage different from the voltage of a DC power supply to a load, a first rectifier having one end connected to a connection point between a primary winding of the transformer and the switching element. An element, a resonance capacitor connected between the other end of the first rectifying element and the other end of the DC power supply, the resonance capacitor and the first capacitor.
An auxiliary winding and a second rectifier element of the transformer connected in series between a connection point of the rectifier element and a primary winding of the transformer and a connection point of the first rectifier element, When the switching element changes from the off state to the on state, a resonance current flows in a closed circuit formed by the resonance capacitor and the auxiliary winding of the transformer and the second rectifying element and the switching element. A transformer-isolated DC-DC converter, wherein a voltage generated in an auxiliary winding of the transformer is supplied to the load via a secondary winding of the transformer and the rectifying / smoothing circuit.
【請求項4】 前記トランスの1次巻線と前記スイッチ
ング素子との間に限流用リアクトルが接続された「請求
項3」に記載のトランス絶縁型DC−DCコンバータ。
4. The transformer-isolated DC-DC converter according to claim 3, wherein a current limiting reactor is connected between a primary winding of the transformer and the switching element.
【請求項5】 直流電源とトランスの1次巻線とスイッ
チング素子とが直列に接続され、前記スイッチング素子
をオン・オフ動作させることにより前記トランスの2次
巻線から整流平滑回路を介して前記直流電源の電圧とは
異なる定電圧の直流出力を負荷に供給するトランス絶縁
型DC−DCコンバータにおいて、 前記トランスの1次巻線と前記スイッチング素子との間
に接続された前記トランスの補助巻線と、該トランスの
補助巻線及び前記スイッチング素子の接続点に一端が接
続された第1の整流素子と、該第1の整流素子の他端と
前記直流電源の他端との間に接続された共振用コンデン
サと、該共振用コンデンサ及び前記第1の整流素子の接
続点と前記トランスの1次巻線及び前記補助巻線の接続
点との間に接続された第2の整流素子とを備え、 前記スイッチング素子がオフ状態からオン状態になると
き、前記共振用コンデンサ及び前記第2の整流素子及び
前記トランスの補助巻線及び前記スイッチング素子で形
成される閉回路中に共振電流が流れ、これにより前記ト
ランスの補助巻線に発生する電圧が前記トランスの2次
巻線及び前記整流平滑回路を介して前記負荷に供給され
ることを特徴とするトランス絶縁型DC−DCコンバー
タ。
5. A DC power supply, a primary winding of a transformer, and a switching element are connected in series, and the switching element is turned on / off to perform a rectifying / smoothing circuit from a secondary winding of the transformer. A transformer-insulated DC-DC converter for supplying a constant-voltage DC output different from the voltage of a DC power supply to a load, wherein an auxiliary winding of the transformer is connected between a primary winding of the transformer and the switching element. A first rectifier element having one end connected to a connection point between the auxiliary winding of the transformer and the switching element; and a first rectifier element connected between the other end of the first rectifier element and the other end of the DC power supply. And a second rectifier element connected between a connection point between the resonance capacitor and the first rectification element and a connection point between the primary winding and the auxiliary winding of the transformer. When the switching element changes from an off state to an on state, a resonance current flows in a closed circuit formed by the resonance capacitor, the second rectifying element, the auxiliary winding of the transformer, and the switching element. A transformer-isolated DC-DC converter, wherein a voltage generated in an auxiliary winding of the transformer is supplied to the load via a secondary winding of the transformer and the rectifying / smoothing circuit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012182932A (en) * 2011-03-02 2012-09-20 Nichicon Corp Switching power supply device

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