JPS5967869A - Dc−dcコンバ−タ装置 - Google Patents

Dc−dcコンバ−タ装置

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JPS5967869A
JPS5967869A JP57177184A JP17718482A JPS5967869A JP S5967869 A JPS5967869 A JP S5967869A JP 57177184 A JP57177184 A JP 57177184A JP 17718482 A JP17718482 A JP 17718482A JP S5967869 A JPS5967869 A JP S5967869A
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current
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transistor
transformer
voltage
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JP57177184A
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JPS6361872B2 (ja
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Yoshihiro Konishi
義弘 小西
Yoshitaka Fujiwara
藤原 喜隆
Kenichi Okamoto
研一 岡本
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
Fuji Electric Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、入力側では互いに直列接続されて直流電源に
接続され、出力側では互いに並列接続されて負荷側回路
に接続されている複数のトランジスタ式DC−DCコン
バータ単位からなり、各コンバータ単位の入力側には平
滑コンデンサが並列接続されているDC−DCコンバー
タ装置に関する。
鉄道車両の冷房装置、照明器具などの種々の電気機器に
給電する車両用補助電源として、高周波で運転されるD
C−DCコンバータと定電圧定周波インバーダとを組み
合わせた電力変換装置を使用し、これをトランジスタ化
することにより小形軽量化することが検討されている。
この場合にDC−DCコンバータの直流入力電圧は高圧
き電電圧であるため、コンバータ内のスイッチング素子
であるトランジスタの耐圧を上回るため、複数のDC−
DCコンバータ単位が直列接続され、各コンバータ単位
の入力側に設けた平滑コンデンサによって直流入力電圧
が分圧される。
第1図にか\る構成のDC−DCコンバータ装置が示さ
れている。ここでは2個のDC−DCコンバータ単位で
構成されている装置について示されている。直流電源1
に対して互いに入力側を直列接続されている2つのDC
−DCコンノく一夕単位(ま、それぞれ入力側に等しい
容量の平滑コンデンサ21゜22を備えていて、直流電
源1の電圧Eを半分番と分圧した入力端子を切加される
。第1のコンノく−ク単位は変圧器31と、この変圧器
31の1次巻線を平滑コンデンサ21に接続するパワー
トランジスタ41と、変圧器31の2次巻線に直列に接
続されたブロッキングダイオード51とから構成されて
しAる01inに第2のコンバータ単位は変圧器32と
、この変圧器32の1次巻線を平滑コンデンサ22ニ接
続するパワートランジスタ42と、変圧器31の2次巻
線に直列に接続されたブロッキングダイオード52とか
ら構成されている。両コンノく一夕単位の出力側は互い
に並列接続されて負荷側回路に接続されている。負荷側
回路としてはここではコンバ−タ単位の出力電圧を平滑
するコンデンサ6のみが図示されている。両コンバータ
単位は、トランジスタ41 、42のオン期間に変圧器
31.32にエネルギーを蓄積して、トランジスタ41
.42のオフ期間にその蓄積エネルギーを変圧器2次巻
線およびブロッキングダイオード51 、52を介して
コンデンサ゛6へ放出するという動作をするシ)Aつゆ
る1〕ンギンク゛チヨ一ク式DC−I)Cコンノく−ク
である。第2図Oこ示すように、両コンノく一夕単位の
トランジスタ41゜42は同時にオン・オフ制御さ11
1オン期間中9と(ま各トランジスタ41.42の電流
I、、I24まL” I2=  t + I。
L なる式にしたがって直線的tこ上昇する。但し、Eは直
流電源1の電圧、Lは変圧器3]、32の1次狽11換
算インダクタンス、■0はトランジスタ41 、42の
オン直後の電流、tはトランジスタオン時点力)らの経
過時間である。トランジスタ41 、42力Sオフされ
ることによって、変圧器31,321こ蓄積ニオ、ルギ
ーが放出される。このとき出力平滑コンデンサ6の電圧
をV。、変圧器3の巻数比をN、 : N、とすると、
トランジスタがオフするとき番と、トランジスタ41゜
42 ニ4−!E/2 + (Nt/N2) voす;
l:、電圧ト配mノイ7ダクタンスによるはね上り電圧
との牙日電圧力S力日わル(第2 図(D VTl、 
Vv2参i ) 。
上述のような構成および動作により、各コンバータ単位
におけるスイッチング素子に加わる電圧をその素子の許
容耐圧以下に保つことができ、また両コンバータ単位の
スイッチング素子は負荷を均等に分担することができ、
入力側の両平滑コンデンサは負荷をバランスよくかけら
れて互いに等しい電圧値を保持することができる。しか
しながら、これは各コンバータ単位の構成要素の特性が
そろっていることを前提としている。この前提を実際の
装置において満足させることは非常に困難であり、コン
バータ単位間における回路定数およびトランジスタのス
イッチング特性の相違が生じることは避は得ない。その
ために両コンバータ単位間において電圧、電流の不平衡
が生じる0とくに、スイッチング素子として使用される
トランジスタは、キャリア蓄積効果によるクーンオフの
遅れ時間、いわゆる蓄積時間(一般10〜20μsec
 )を有し、個々のトランジスタの特性のばらつきによ
り蓄積時間に差が生じるので、’DC−DCコンバータ
の動作周波数(1/T)が高い場合や、トランジスタの
通流率dが小さい場合におけるよ引こ、各トランジスタ
間の蓄積時間の差が導通時間(dT)lこ比較して無視
できない状態では、コンノく一夕単位間の電圧、電流の
不平衡が顕著となり、蓄積時間の長いトランジスタを有
するコンノく一夕単位内の電流が大きくなる。さらに、
蓄積時間は、トランジスタのしゃ断時の電流値に依存し
ており、その電流が大きげほど長くなる傾向にあるため
、欠番こ述べるようにコンバータ単位相互間で電流のや
りとりが生じる。
すなわち、まず蓄積時間の長いトランジスタをもつコン
バータ単位では、電源からエネルギーを供給される時間
が長いために他のクン/く一夕単位に比較して電流が大
きくなる。ところがコン/イータ単位は出力側で互いに
並列接続されてし)るため、各コンバータ単位の出力電
流の和は負荷電流lこ等しい値に拘束される。このため
一方のトランジスタのしゃ断電流が大きくなると、他方
のトランジスタのしゃ断電流は小さくなり、その結果蓄
積時間の差が拡大され、電流の不均衡がますます顕著に
なってゆく。
一方、そのように電流の不平衡が顕著になると、コンバ
ータ単位の入力側の平滑コンデンサの電圧分担が不平衡
となる。すなわち、蓄積時間の長いトランジスタをもつ
コンバータ単位に属する平滑コンデンサの電圧が除々に
下がっていく。これに対して他方のコンバータ単位に属
する平滑コンデンサの電圧は上昇してゆく。このような
平滑コンデンサの電圧分担の不平衡が継続すると、今ま
で電流の大きかったほうのコンバータ単位の電流は低下
し、電流の小さかったほうのコンバータ単位の電流は上
昇し、ついにはコンバータ単位間の電流の大小関係が逆
転する。すなわち、最初に蓄積時間の長かったトランジ
スタを有するコンバータ単位のほうの電流が小さくなっ
て、このトランジスタの蓄積時間が短くなり、そしてコ
ンバータ単位間の電流の大小関係が逆転して今まで述べ
てきた動作が繰り返されることになる。
上述の如き動作の繰り返しにより個々のコンバータ単位
の電流にハンチングが生じ、最悪の場合にはある時間負
荷電流のすべてを片方のコンバータ単位で負担すること
がある。このため、トランジスタはそのような最悪の場
合においても耐え得るように大きな電流容量を持つ必要
がある。しかも、トランジスタは大きな電、流をしゃ断
しなければならないことから、配線インダクタンスに起
因するトランジスタしゃ断時のはね上り電圧が大きくな
るので゛、トランジスタ保護のために設けられる図示さ
れていないスナバ回路が大きくなって、その損失が増大
する。
本発明の目的は、上述の不都合を解消して、電流不平衡
を生じない小形で高効率なりC−DCコンバータ装置を
提供することにある。
この−目的は、本発明によれば、冒頭に述べた如きDC
−DCコンバータ装置において、コンバータ単位間の入
力側共通接続点とこれに対応する平滑コンデンサ間の共
通接続点とを電流リアクトルを介して接続することによ
って達成される。
第3図は本発明によるDC−DCコンバータ装置の実施
例を示す回路図である。
第1図の従来例の回路図と異なるところは、両コンバー
タ単位の入力側共通接続点と両平滑コンデンサ21.2
2間の共通接続点とが電流制限りアクトルアを介して接
続されている点だけであるので、構成についての説明は
省略して、次に動作について説明する。
トランジスタ41.42はここでも共通の指令によりオ
ン・オフされる。トランジスタの特性上、トランジスタ
間の実際のオン時点のずれはほとんど無視できるのに対
して、オフ時点には蓄積時間の差により無視できないず
れが生じる。例えばトランジスタ42の蓄積時間が長い
とすると、第5図に示すように、3つの異なるモードI
側、■が生じる。
第4図(a)、(b)、(C)はそれぞれモードI、I
t訓の期間における第3図の回路動作の状態を表わす等
価回路である。
第4図(a)に示すように、モードIにおいてはトラン
ジスタ41 、42がいずれもオンであるので、各コン
バータ単位の変圧器31.32の1次巻線に電圧が印加
されて、各1次巻線電流■IIs I!1が立上ってゆ
き(第5図参照)、それぞれの変圧器にエネルギーが蓄
積される。
両トランジスタにオフ指令が与えられると、まず蓄積時
間の短いほうのトランジスタ41が先にオフする。これ
によって、第3図(b)に示す等価回路による動作が開
始される。トランジスタ31のオフによって変圧器31
の1次回路がしゃ断された結果、変圧器31に°蓄積さ
れたエネルギーはそれの2次巻線を介して蓄積コンデン
サ6へ向けて放出される。
このとき変圧器31の2次電流は第5図に示すように減
衰してゆく。これに対して変圧器32側では、まだトラ
ンジスタ42がオフしていないために1次電流121が
流れ続けることができる。しかしながら、モードIにお
ける1次電流I21は、トランジスタ41を介して流れ
ていたのに対して、モード■ではトランジスタ41がオ
フしたためにリアクトル7を介して流れざるを得なくな
る。ところがリアクトル7はそれのインダクタンスによ
り電流立上りを抑制するために、リアクトル電流■Lは
第5図に示すように徐々にしか上昇できない。したがっ
て、変圧器32の1次電流Inはモード■開始直前の値
i。
から一旦零に急降してからりアクドル電流■Lと一致し
て変化する。変圧器32の1次電流I21の急減により
変圧器32は2次側にダイオード52を導通する電圧を
発生して2次電流I22を生せしめ、自分の蓄積エネル
ギーを蓄積コンデンサ6へ向けて放出する。このモード
■における2次電流賜はN。
一二一(’OIL) 2 にて表わされる。但しN+/N2は変圧器の巻数比であ
る。すなわち、第5図に示すように、2次電流I22は
りアクドル電流工りの上昇相当分だけ減少してゆく。
それから遅れてトランジスタ42がオフしたとき、第4
図(C)に示す等価回路で動作するモード■が始まる。
トランジスタ42のオフによって、変圧器32の1次電
流I21 *すなわちリアクトル電流ILはトランジス
タの図示されていないスナバ回路を介して零に減衰する
。この場合に変圧器42の2次電流I22は1次電流消
失分だけ一旦上昇する。このモード■の期間中は両変圧
器31 、32は蓄積エネルギーをコンデンサ6へ向け
て放出し、両2次電流は同じように減衰してゆく。再び
両トランジスタ41゜42がオンされることにより、既
述のモード■に戻って同じ動作が繰り返される。モード
Iにおける変圧器1次電流の初期値はモード■における
変圧器2次電流の最終値と変圧比とによって決まる。
以上のよ°うに、本発明によれば、モード■における期
間において、まだオフしていないほうのトランジスタの
電流が電流制限りアクドルによって小さな値にとどめら
れるので、そのオフしていないほうのトランジスタがあ
たかもオフしているかのように、そのトランジスタに付
属する変圧器の蓄積エネルギーの放出が開始される。し
たがって、蓄積時間の差によって遅れてオフするトラン
ジスタに付属する変圧器が他よりも多くのエネルギーを
蓄積されることを抑制できる。これによりコンバータ単
位間における電流不平衡を抑制することができる、従来
におけるような電流ハンチング現象を防止することがで
きる。したがって、個々の単位コンバータにおいて使用
されるトランジスタの電流容量およびトランジスタ保護
のためのスナバ回路の容量は従来よりも小さくてすみ、
Dc−Dcコンバータの小形化および高効率化を達成す
ることができる。本発明によって付加される電流制限り
アクドルはモード■の期間(蓄積時間差)に飽和しない
程度の小さなものでよく、簡単なリングコアを使用する
ことができる。また、本発明は電流平衡化のための複雑
な制御は何ら必要でなく、共通のオン・オフ指令を個々
のトランジスタのゲートドライブ回路に与えるだけでよ
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のDC−DCコンバータ装置の一例を示す
回路図、第2図は第1図の従来例の回路動作を説明する
ためのタイムチャート、第3図は本発明によるDC−D
Cコンバータ装置の実施例を示す回路図、第4図(a)
 、 (b) 、 (C)は第3図の実施例の回路動作
の互いに異なる3つのモード期間における等価回路図、
第5図は第3図の実施例の回路。 作を説明するためのタイムチャートである。 1・・・直流電源、21.22・・・入力側平滑コンデ
ンサ、31.32・・・変圧器、41.42・・・トラ
ンジスタ、51.52・・・ブロッキングダイオード、
6・・・負荷側平滑コンデンサ、7・・・電流制限りア
クドル。 才1圀 第2(2)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)入力側では互いに直列接続されて直流電源に接続さ
    れ、出力側では互いに並列接続されて負荷側回路に接続
    されている複数のトランジスタ式DC−DCコンバータ
    単位からなり、各コンバータ単位の入力側には平滑コン
    デンサが並列接続されT t、N ルDC−DCコンバ
    ータ装置において、コンバータ単位間の入力側共通接続
    点とこれに対応する平滑コンデンサ間の共通接続点とを
    電流制限りアクドルを介して接続したことを特徴とする
    DC−DCコンバータ装置。 2)前記コンバータ単位はそれぞれリンギングチョーク
    式DC−DCコンバータであることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載のDC−DCコンバータ装置。
JP57177184A 1982-10-08 1982-10-08 Dc−dcコンバ−タ装置 Granted JPS5967869A (ja)

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JP57177184A JPS5967869A (ja) 1982-10-08 1982-10-08 Dc−dcコンバ−タ装置

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JP57177184A JPS5967869A (ja) 1982-10-08 1982-10-08 Dc−dcコンバ−タ装置

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JPS5967869A true JPS5967869A (ja) 1984-04-17
JPS6361872B2 JPS6361872B2 (ja) 1988-11-30

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992007417A1 (en) * 1990-10-19 1992-04-30 Italtel Societa' Italiana Telecomunicazioni S.P.A. Ac/dc converter
JPH06269171A (ja) * 1993-03-11 1994-09-22 Ekusen Kk リンギングチョークコンバータ方式のスイッチング電源装置
EP0928059A2 (de) * 1998-01-05 1999-07-07 Reinhard Kalfhaus Strom-Spannungswandler und zugehöriger Regelkreis
JP2010193614A (ja) * 2009-02-18 2010-09-02 Origin Electric Co Ltd 電力変換装置
JP2014017992A (ja) * 2012-07-10 2014-01-30 Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd Dc−dcコンバ−タ

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