JPS6192162A

JPS6192162A - Ｄｃ／ｄｃコンバ−タ

Info

Publication number: JPS6192162A
Application number: JP59210870A
Authority: JP
Inventors: Juichi Irie; 寿一入江
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1984-10-08
Filing date: 1984-10-08
Publication date: 1986-05-10
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: JPH0667181B2

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】

（技術分野）本発明＋ｉ、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータに係り、特には
、直流電圧をこれより高い直流電圧に、または極性が負
の直流電圧に変換するためにリアクトルとスイッチング
素子とを用い１こＤＣ／ＤＣコンバータに関する。（従来技術）第２１図は、従来例の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの代
表的な回路図であり、第２２図は、第２１図のＤ　Ｃ／
Ｄ　Ｃコンバータにおける電圧・電流波形図であり、第
２２図（ａ）は電源電圧Ｅｓと、Ｐ点の電圧と、出力電
圧ｖＯとの関係を示す波形図であり、第２２図（ｂ）は
各部の重置波形図である。第２１図において、符号Ｅｓは直流電源、しはリアクト
ル、Ｓはスイッチング素子、Ｄはダイオード、Ｃは平滑
用コンデンサである。ところで、このような構成を有する従来例のＤＣ／　Ｉ
）　Ｃコンバータの場合では、第２２図の時刻

【１〜【
２の期間では、スイッチング素子Ｓがオンであり、この
期間では、リアクトルしには電源電圧ｎｓが加イつり、
７［１流１Ｌ（ｉｆに等しい）は増加する。ＩＩ！Ｉ＊
ｌｌ　Ｌ　２〜【３の１００間では、スイッチング素子
Ｓがオフであり、この期間では電流、Ｌは減少する。こ
の場合、出力型ＴＶＯは、電Ｊ−ン電圧Ｅｓよりら畠に
高くなり、Ｐ点の電圧はゼロと電源電圧Ｅｓよりも高い
値との間を変化する。電源電流は電流ＩＬの平均値に、
また出力電流１０は電流ＩＤ（ｉ３に等しい）の平均値
になる。そして、Ｐ点の電圧の変化から明らかなよっに
、リアクトルＩ、には出力電圧〜′０に相当する振幅の
交流電圧が加わるので、電流を平滑するためには相当に
大きなインダクタンスのリアクトルＬを必要とし、これ
によりリアクトルＬが大型重量化する。　また、スイッ
チツク素子Ｓは、出力電圧■０に相当する電圧でかつ電
源ｍ流に相当する電流をスイッチングするように動作し
なければならない。この場合のスイッチング素子Ｓのス
イッチノブ時の電圧・電流波形図は、第２３図のように
なる。即ち、スイッチツク素子Ｓのターン・オンては出
力電圧ｖＯが加わった状態で電流が０からｉＬまで増加
し、その後電圧かｖＯから０まで変化する。ターン・オ
フではその逆の経路を通り、先ず電流ＩＬを流したまま
で電圧か０から■０まで増加し、電流ｉＬがダイオード
Ｄを流れるようになってからスイッチツク素子Ｓの電流
か減少し始めゼロとなる。この場合、スイッチツク素子
Ｓがスイッチツクに゛提４°る１カは、■０・ＩＬなる
最大点を通るのでスイッチツク素子Ｓでの消費電力か大
きくなる。（目的）本発明は、このような事情に鑑みてなされたものでよ）
って、リアクトルとスイッチング素子とを備えたｌ）　
Ｃ／　Ｄ　Ｃ：］ノバータにおいてそのリアクトルの小
べ°（軽量化とスイッチツク素子での電力損失の低減と
が可能なようにすることを目的とする。（発明の構成）本発明は、このような目的を達成するために、直流電〜
に接続されたリアクトルと、出力電圧の平滑用コンデン
サとの間に直流電圧変換部を設け、前記直流電ＩＩ　ｌ
ｆｆ１換部は、第１．第２スイッチング素子と、前記両
スイッチング素子のオン・オフにより充放電動作する充
放電コンデンサと、前記充放７ＴＸ：１ノデノザの充７
１１経路と放電経路とを与えるダイオ−）・とを備え、
第１スイッチング素子のオンにより前記充放電コンデン
サが前記ダイオードを介して充電され、第２スイッチン
グ素子のオンにより前記充放電コンデンサがｔｉｉｉ記
ダイオードを介して放電され、この放電電流が前記平滑
用コンデンサに与えられるものであり、前記両スイッチ
ング素子を交互にオン状態として前記直流電源の２倍の
電圧を得るようにしている。また、本発明は、ｉ流電源に接続されたリアクトルと、
出力電圧の平滑用コンデンサとの間に第１、第２直ゐ電
圧変換部を設け、前記各直流電圧変換部はそれぞれ、第
１．第２スイッチング素子と、前記両スイッチング素子
のオン・オフにより充放電動作する充放電コンデンサと
、前記充放電コンデンサの充電径路と放電経路とを与え
るダイオードとを備え、第１スイッチング素子のオンに
より府記充放電コノデンサか前記ダイオードを介して充
電され、第２スイッチング素子のオンにより前記充放電
コンデンサが前記ダイオードを介して放電され、この放
電電流か前記平滑用コンデンサに与えられるものであり
、第１．第２直流電圧変換部内の各充ｈＳ、電コンデン
サに直列にそれぞれ）奨数の直り１（コンデンサを接続
し、第１直流電圧変換部内の充放電コンデンサと直列コ
ンデンサとからの放電電流が第２直流電圧変換部内の充
放電コンデンサと直列コンデンサとに充電され、また第
２直流電圧変換部内の充放電コンデンサと直列コンデン
サとからの放？１１ｍ電流が第１直流電圧変換部内の充
放電コンデンサと直列コンデンサとに充電されるように
ダイオードを接続構成し、前記各直列コンデンづの最終
段が前記平滑用コンデンサに共通に接続され、各直流電
圧変換部内のスイッチツク素子を順次オン・オフして、
直流電源の整数倍の出力ｍ１丁をＫｌるようにしている
。更に、本発明は、出力側に接続されたリアクトルと、１
１１力電圧の平滑用コンデンサと、直流電源に接続され
た直流電圧変換部とを備え、笛ｊ足置流電圧度換部は、
第１．第２スイッチング素子と、前記両スイッチング素
子を介して充放電される充放電＝）ノデノザと、［１；
Ｊ記充放電コノテノサの充放７［Ｘ経路をｌアえるダイ
オードとを含み、前記両スイッチング累１゛−がオンと
ムる状態を周期的に切り換え、一方のスイッチツク素子
のオンにより前記直流電源からの電流を前記ダイオード
を介して前記フノデノサに充電するとともに他方のスイ
ッチング素子のオンにより前記ダイオードを介して該コ
ツプ／すの充電電圧を放電し、この放電電流を前記リア
クトルＴＩＸｍとするようにしている。（実施例）以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。第１図は、本発明の第１実施例に係るＤ　Ｃ／Ｄ
　Ｃコンバータの回路図である。Ｌはリアクトル、Ｓｌ、Ｓ２は互いに直列に接続された
第１．第２スイッチング素子、Ｄｌ、Ｄ２も互いに直列
に接続された第１．第２ダイオード、ＣＩは第１コンデ
ンサである。直流電源ＥｓとリアクトルＬと両スイッチ
ング素子Ｓ１．Ｓ２とは互いに直列に接続されている。各スイッチング素子Ｓ１．Ｓ２と各ダイオードＤ　Ｉ　
、Ｄ　２とは互いに直列に接続され、その全体は平滑用
の第２コンデンサＣＯに並列に接続されている。そして
、第１コンデンサＣ１は、第１ダイオードＤＩと第２ス
イッチング素子Ｓ２とに並列に接続されている。ごの、Ｌ・〕な構成のＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータにおい
て、その回路動作を第２図および第３図に槌って説明′
４る。第２図（ａ）は第１スイッチング累子Ｓ１がＡノ
で、第２スイッチング素子Ｓ２がオンの場合の第１図の
等価回路囚、第２図（ｂ）は第１スイッチング素子Ｓ１
がオンで、第２スイッチング累子Ｓ２がオフの場合の等
価回路図、第２図（Ｃ）は両スイッチング素子Ｓ１．Ｓ
２が共にオフの場合の等６１１１回路図、第２図（ｄ）
は両スイッチング素子Ｓ１．Ｓ２が共にオフの場合の等
価回路図でめろ。第：３図は第２図（ａ）（ｂ）の等価
回路に対するその１１作説明に供する波形図であり、第
４図は第２図（Ｃ）の等価回路に対するその動作説明に
供する波形図であり、第５図は第２図（ｄ）の等価回路
に対するその動作説明に供する波形図である。（Ａ）直流電源電圧Ｅｓをその２倍の直流電圧に変ａ　
する場合　第２図（ａ）の等価回路では、第１コンデノ
サＣ１が直流電源Ｂｓからの電流により充電されろサイ
クルのときの等価回路か示されている。この充電期間は
第３図の期間Ｔａに示され、その充電カーブは破線で示
される。第３図中のＢは第１図のＢ点の電圧、即ち第１
コンデンサＣＩの充電電圧を示し、また第３図中のＰは
第１図のＰ点の電圧を示している。第２図（ｂ）では、
第１コノデンサＣＩが放電されるサイクルであり、この
放電期間は第３図の期間Ｔｂに示される。この放電期間
（ｂ）では、第３図に示されるように、電源電圧Ｂｓと
第１コンデンサＣ１の充電電圧Ｅｃとの加算電圧が破線
に示されるように高くなるが、第２コンデノサＣＯの充
電電圧はこの加算電圧により充電され、その充電電圧が
出力電圧ｖＯとなる。こうして、この場合は直流Ｔ！１
ｔＩＡ電圧Ｅｓは２倍の直流電圧（出力電圧ｖＯ）に変
換されることになる。ここで、第２図（ａ）において、
第１コンデンサＣＩの充電電圧Ｅｃは直流電源電圧Ｅｓ
に対しては逆極性になり、また第２図（ｂ）では第１コ
ンデンサＣ１の充電電圧Ｅｃは出力電圧ｖＯに対して！
　！：ｒ、　性１こなる。従って、リアクトルしに加わ
る電圧は第３図の電源電圧ＥｓとＰ点電圧との差になる
。このため、電流脈動が同一であると仮定すると、リア
クトルしのイノダクタンスは第２１図の従来例と比較し
て小さくてよく、二のことからこの実施例のＤＣ／ＤＣ
コンバータに使用されるリアクトルしは小形軽量のらの
の使用が可能となる。この場合、従来例では、リアクト
ルしに蓄積されたエネルギーで昇圧を行なうようにして
いるのに対して、この実施例では第１コンデンサＣ１に
＃ｊＶ１されたエネルギーで大部分の昇圧を行なうよう
にしており、第１コンデンサＣＩの充ｍＷ圧に対１゛る
直流電源電圧ＥｓＣ期ＨＴ　ａ）、または出力電圧Ｖ　
ＯＵＩ　Ｉｆｌ　’ｒ　ｂ）のわずかな７Ｔ４位差をリ
アクトルＬが吸収している。（１３）直流？′ｌＮ源電圧Ｅｓの２倍以外の直流電圧
に変換４−る場合（Ｂ−イ）直流′：ｒｉ源電圧Ｅｓの２倍より小さなａ
流電圧（出力１圧ＶＯ）に変換する場合　このような変
換では、第１．第２スイッチングに子ＳＩ。Ｓ２を共にオフにする。そうすると、１１図は第２図（
Ｃ）の等価回路図のようになる。この等価回路の場合で
は、笛ｉ記期間Ｔａ、Ｔｂの他に第・１図（ａ）に示さ
れるような電圧波形図が得られるように両スイッチング
素子Ｓ１．Ｓ２が共にオフとなる期間Ｔｃを設ける。第
４図（ｂ）において、Ｄ２は第２ダイオードＤ２、ＤＩ
は第１ダイオードＤＩ、Ｓ２は第１スイッチング素子Ｓ
２、Ｓｌは第１スイッチング素子Ｓ１の各オフ・オフの
状態を示している。ここで、オフは太い横線で、オフは
細い横線でそれぞれ示している。尚、この図では、節単
のために、第１コ／デンサＣ１の電圧脈動はないものと
仮定している。期間Ｔｃでは、リアクトルしの電流ｉＬ
は第１．第２ダイオードＤ１．Ｄ２を通り、Ｐ点の電位
は、そのまま、はぼ出力電圧ｖ。となる。原理的にリアクトルＬの両端の電圧の平均値は
ゼロとなるので、期間Ｔｃ以外では、Ｐ点の電圧は電源
電圧Ｅｓよりも低くなり、第１コンデノサＣ１の充電電
圧しＢｓよりし小さくなって、めＩこかも電源電圧か小
さくなったかのように動作する。その結果、ＤＣ／ＤＣ
コンバータの出力；圧■０は電源電圧の２倍の電圧より
小さくなる。（Ｂ−口）直流電源電圧Ｅｓの２倍より大きな直流ｍ１
ｌＥ（出力ｉｌ「Ｖ　Ｏ）Ｌ：　ｆ換する場合出力子Ｔ
！Ｉ１．ＶＯを大きくするには、期間Ｔａ、Ｔｂの池に
←１づスイッチング素子Ｓ１．Ｓ２を共にオフに４°る
ごとにより、Ｐ点を短絡する期間Ｔｄを設ける。この場
合の第１図の等価回路図は第２図（ｄ）のようになる。そして、この等価回路による電圧波形図は第５図（ａ）
に示される。第５図（ａ）では、第４図とは逆になって
あたかし電源電圧ＥＳか高くなったように動作して、出
力電圧ｖＯは大きくなる。第５図（ｂ）は、第４図（ｂ
）に対応する図である。尚、両スイッチング累子Ｓ１．
Ｓ２が同時にオフとなる動作は、直列の両スイッチング
素子Ｓ１．８２の代わりに破線で示す池の１個のスイッ
チング素子Ｓ３を設け、このスイッチング素子Ｓ３で行
わＵても同等の効果を得ることかできる。この場合、スイッチング素子Ｓ３のオフ・オフ：よスイ
ッチング素子Ｓ１．Ｓ２の動作とは無関係に行ってよい
。このようにして、両スイッチング素子Ｓ１．Ｓ２が共
にオフあるいはオンする期間Ｔｃ。Ｔｄの割合により出力電圧ＶＯを変化させることかでき
る。第６図は、第２実施例のＤＣ／ＤＣコ／バー夕の回路図
である。第６ｒｇＪの実施例では、第１図の破線で囲む
回路ａを２組す、ｃ用いるとともに、直流型ｕ　Ｅ　ｓ
、リアクトルしいコンデンサｃｏを共通に用いたしので
ある。破線ａて囲む回路において、Ｓ第１、Ｓ１２は第
１．第２スイッチング素子、ＤＩ＋、ＤＩ２ｉ１第２ｉ
第２ダイオード、ＣＩ　ハ第１コンデンサである。破線
すで囲む回路において、Ｓ２１．Ｓ２２は第３．第４ス
イッチング素子、Ｄ２１、Ｄ２２１に第３．第４ダイオ
ード、ｃ２は第２コンデンサである。Ｅｓは直流電源、
しはリアクトル、ＣＯは第３コンデンサである。このような構成のＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃフノバータにおいて、
各スイッチング素子の内、例えばｍ２．Ｗ３スイッチン
グ素子Ｓ＋２．Ｓ２１とが同時にオンか、または第１．
第４スイッチング素子ＳＩ１．Ｓ２２が同時にオフにな
るように動作さける。第８図（ａ）は、そのときの電圧
波形図であり、ｍ８図（ｂ）は各スイッチング素子と各
ダイオードのオン・オフの状態を示す図である。この第
８図（ｂ）は、第４図や第５図と同様の図である。第７
図は、第１、第４スイッヂノグ素子５第１、５２２が同
時にオンになった場合の第６図の等価回路図であり、こ
の等４１１１回路では、第１スイッチング累子Ｓ１１の
オンにより第１コンデンサｃ１が第１ダイオードＩ）１
１を介して充電され、第４スイツヂノク素子Ｓ２２のオ
フにより第２コンデンサｃ２は第４ダイオードＤ２２を
介して放電状態にされる場合のものであり、第８図にお
いて、期間Ｔａである。この期間’Ｉ”　ａでは１源電流はｉしてあり、この電
源ｍ流は、第１コンデノサｃ１の充？！Ｘ電流ｉｃｌと
コンデンサＣ２の放電電流ｉｃ２とを同時に供給するの
で、負部Ｊ電流１０の２倍の値となる。次に、期間′１
゛ｂでスイッチング素子Ｓ＋２．Ｓ２＋とがオフの場合
はそれとは逆に第１コンデンサＣＩが放電、第２＝１ノ
デノザｃ２が充電となる。従って、スイッチング素子に
おいて、ＳＩｌ、Ｓ２２の組と５１２、Ｓ２１の組によ
コいて交互に期間Ｔａと期間Ｔｂの’＋４４）イクルご
とにオフとなる組の状態を変えればその電圧波形は、ア
８図（ａ）のようになる。第８図において、期間Ｔａて
は第１コンデンサＣ１の充電量と第２コンデンサＣ２の
放Ｔｌ量とが等しく、両コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧の
金石は、當に出ツノ電圧ｖＯに等しくなり、期間Ｔａか
ら期間ゴｂに変わった直後てもその金石は同し電圧であ
る。また、出力電圧ＶＯは児に電流ＩＬの半分か供給さ
れているので、出力電圧ｖＯの脈動か極めて小さくなる
。第９図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、前記期間Ｔａから
期間Ｔｂに変わるときのスイッチング素子のスイッチノ
ブ状聾を詳細に示したしのである。即ち、各スイッチン
グ素子ＳｌｌとＳ１２、Ｓ２＋と９２２のスイッチング
の時期をずらしている。先ず、時刻ｔｌｌて′ｌ！＋ス
イッチング素子Ｓｌ＋がオフになると、電流１Ｌのうち
、第９図（ａ）の等価回路の状聾てその時刻Ｎｌになる
までに第１コノデンサＣ１にも流れていた電流分がゼロ
になり、電流ＩＬはすべてｉｃ２となる。そして、第２
スイッチング素子ＳＩ２がターノオフの動作に入り、そ
の鮪：ｒ・重用が、ケアに小さくなるか、その間、第２
スイッー１ノグ、侶了Ｓ＋２のコレクタには、心ｄ−か
流れていムいのでスイッチノブ損失は生しない。次に、１１！１刻１１２において、Ｂｌへか出力電圧Ｖ
Ｏに達４°ると、第２ダイオ−）”　Ｄ　Ｉ　２に電ぬ
か流れる。１、−°】になり、８１屯は〜０に等しくな
る。このとき、第１コンデンサＣ１の充電電圧Ｅｃｌは
第２フノデノザＣ２の充電電圧Ｅｃ２より大きいので、
Ａ１点は、Ｐ点の電圧に達していない。時す、１ｂ１２
以後は、第９図（ｂ）の等価回路となり、また第１０図
の時刻【１２〜【１４のように、第４ダイオード１）２
２はオフとなり、電流ＩＬはすへて１ｃ１となる。時刻
１１３で第２スイッチング素子Ｓ１２はター７オンを終
了し、時刻【１４から第４スイッチング累子Ｓ２２がオ
フとなって第３スイツヂング素子Ｓ２１のターノオフが
開始し、Ａ２点の電圧が１−降する。時刻１１５になる
までは、電流ｉｃ２は流れず、第４スイッチング素子Ｓ
２２から第３スイッチング累子Ｓ２１へのスイッチング
は＋ｌｌ［電流て行なわれる。時刻【１５てＡ２点の電
圧かほぼゼロまで達したとき、それ以前の時刻１１１〜
１１５は第１．第２コンデンサＣ１，Ｃ２共放電のみ行
なっていたので、Ｅｃｌ　＋Ｅｃ２はｖＯより低くなっ
ている。第９図（Ｃ）の等価回路および第１０図の時刻
Ｎ５〜［１６のように第２ダイオードＤＩ２がオフとな
って第２コンデンサＣ２のみ充電され、Ｅｃ２が大きく
なり、Ｅｃｌ　＋Ｅｃ２かｖＯに達した時刻ｔ１６以後
は、電流ｉＬは１ｃ２とｉｃｌとに分かれ、第１コンデ
ノサＣＩは放電し、第２フンデノサＣ２は充電される。第１１図は、第１０図の転流で最も動作責務の重い第２
スイッチング素子Ｓ＋２についての電圧　。・電流の軌跡を示す図である。第１１図から明らかなよ
うに、電流のオン・オフは非常に低い素子電圧の下で行
なわれるので、スイッチノブ損失は極めて小さくなる。また、第１図のそれと同様にして、出力電圧を変化させ
る必要があるときは、第１．第４スイッチング素子ＳＩ
１．Ｓ２２、または第２．第３スイッチング累子Ｓ１２
．Ｓ２１．ま２こはそれに代わる素子でＰ点と０点とを
短絡する期間を設けるか、それらの各スイッチング素子
かすべて才）となる期間を設けることにより可能である
。第１２図は、第３実施例の回路図である。第１２図の実
施例は、第６図のそれに第４〜第７コノデノザＣ１°、
Ｃド°、Ｃ２°、Ｃ２”と、第５〜第８ダイオードＤＩ
３．Ｄ２３．ＤＩ　Ｏ，Ｄ２０とを追加したものである
。第１〜第４スイッチング素子Ｓｌｌ〜Ｓ２２を第６図
のものと同様にしてスイッチングさせると、コンデンサ
ＣＯ以外の各フンデノｉノ°は、４“べてほぼ直流重ね
電圧Ｅｓに充電され、この実施例では、出力電圧ｖＯは
ほぼ電源電ＩＩ　ｌ＞　ｓの４倍の直流電圧となる。第１３図は第２．第３スイッチング素子Ｓ１２゜Ｓ２１
がオフのときの第１２図の等価回路図であり、この等６
１１ｉ回路に示すように各ダイオードＤ１０．１）　ｌ
　：１．ｌ）　ｌ　２．Ｄ２　＋を流れる電流１１０〜
１１３の１１′、均（へはそれぞれ１０に等しい。まに
、第４コノデノザＣＩ’と第６フノデノサＣ１°°との
ＩＤ続点！・〕Ｉと、第６コンデンサＣ２”と第７コン
デノサＣ２’　　との接続点Ｅ２とのそねぞれに′：ｊ
Ｘ６゜第７ダイオートＤＩＯ，Ｄ２０．第３コンデンサ
ＣＯと同様の回路を接続すれば、直流１ｆｔ７ｒｌ圧Ｅ
ｓの３倍の直と電圧をし同時に得ろことができる。第１２図の出力電圧■０の脈動は第６図のらのよりやや
大きいか、リアクトルＬに加わる電圧か小さくなり、第
１〜第４スイッチング素子Ｓｌｌ〜Ｓ２２のスイッチン
グ損失が非常に小さい等の特徴は第６図のそれと同様で
ある。第１４図は、第４実施例の回路図であり、第６図の回路
図において、スイッチング素子とダイオードとを置換し
た以外は第６図のそれと同様である。この実施例の場合
は、第１．第４スイッチング素子ＳＩ１．Ｓ２２または
、第２．第３スイッチング素子ＳＩ２．Ｓ２＋かオンと
なる状態を交互に繰り返すと、その電圧波形は、第１６
図（ａ）となる。尚、第１６図（ｂ）は、第４図（ｂ）
等と同様に各スイッチング素子ＳＩ　１．ＳＩ２．Ｓ２
１．Ｓ２２と各ダイオードＤＩ　１．ＤＩ２．Ｄ２１．
Ｄ２２のオフ・オフの状態を示している。期間Ｔａでは
、第１６図から明らかなように第１．第４スイッチング
累了ＳＩ１．Ｓ２２と第１．第４ダイオードり１．１）
２２かＡノし、第１．第３スイッチツタ素子Ｓ１２．３
２１と第１．第３ダイオードＤＤ１２゜Ｄ２１とが１フ
している。このような状０のときの第１４図の回路は、
第１５図の等両回路のようになる。この等両回路に示す
ように期間Ｔａの場合は、第１　；＋ノデノサＣ１の放
電電流ｉｃｌと第２コノデノザＣ２の充７ＩＸ電流ｉｃ
２の合計かリアクトル１．の７ｎ流ｉしてある。この電
流ＩＬの向きは、第６図のそれとは逆であり、電源と負
荷との位置が逆になり、第１、第２コンデンサＣ１，Ｃ
２はほぼ直ｋ　ｍ　椋電圧Ｅｓの１／２に充電されるの
で、出力型ｎｖＯはほぼ、直流電源電圧Ｅｓの１／２に
なり、また電流ｉＬの平均値が負荷電流であるので、ｍ
源Ｔ：転流は、負荷電流の１／２になる。この等両回路
では、第１コンデンサＣ１が放電し、第２フノデノザＣ
２が充電となるので、Ｐ点の電圧は、時間ととらに減少
し、第８図とは逆の傾斜となる（第１（１図）にの実施
例の場合では、電源および出力電流の脈動が小さいこと
、各スイッチング素子Ｓ＋１．Ｓ２２、Ｓ＋２．、Ｓ２
＋の転流時期をずらすことによりスイッチング損失を著
しく小さくできること、各スイッチング素子Ｓｌｌと８
２２、またはＳ＋２．Ｓ２１の短絡モードあるいはスイ
ッチング素子Ｓｌｌ〜Ｓ２２のすべての開放モードによ
り、出力電圧を可変にすることができることなど、第６
図と同様のの特徴を備える。第１７図は、第１４図の破線で囲む回路ｄ、ｅの内、い
ずれか一方の回路のみでＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータを構
成した第５実施例であり、電源電流ｉｓの脈動が大きい
こと、スイッチング損失が小さくないことを除いて第１
５図または第６図の回路と同様の特徴を有している。そ
して、第１７図が第１４図に対する関係は、第６図に対
する第１図の関係と同様である。第１８図は、低圧直流■１側から高圧直流■２側への電
力の伝達および逆方向の電力伝達を可能にした第６実施
例を示すものである。第１８図の回路は、第６図と第１
４図との回路を重ね合わせたものである。スイッチング
素子ＳＩ１．ＳＩ３゜Ｓ２２．！；２４を調ンの状態に
する期間と、スイッチング累＋’Ｓ　ｌ　２．Ｓ　ｌ　
４．Ｓ２１．Ｓ２３をオフの状態に４゛る期間とを交互
に連ねて動作させる。第１．第２コンデンサＣ１およびＣ２はほぼ電圧■１に
充電され、電圧■２は電圧ｖ１の２倍の電圧となる。Ｖ２／Ｖｌが２より小さいとき、第６実施例の回路は、
１１１１記重ね合わせにおいて第６図に対応する部分の
位置に接続されである素子か動作し、その場合の第１８
図の回路の等両回路は、第７図の回路と同様であり、電
圧波形は、第８図と同様となる。、′ｒｌｉ力は、電圧
ｖ１側から電圧ｖ２側に伝達されろ。Ｖ２／Ｖｌが２より大きいときは、第１８図に示さ第１
、　／コ第６実施例の回路は、前記重ね合わせによＪい
て第１４図に対応する部分の素子か動作し、その場合の
第１８図の等両回路は、第１５図と同様であり、電圧波
形は、第１６図と同（、ｐとなる。電力は、？［ＩＩｌ、Ｖ２側から電圧■１側に伝達され
る。これはあたかも交流における巷線比１２のトラ７スのご
とき動作であると考えられる。第１８図においてし、第
６図と第１４図の特徴と特性を有しており、第＋９ｅＮ
のように第１コンデンサＣ１のみの回路構成にすること
もできる。第２０１Ｄは、第７実施例の回路構成図であり、直流電
源電圧Ｅｓに対して負の出力電圧ＶＯを得るしのである
。この場合、鎖線で囲む部分の回路については後述する
。第２スイツチ／グ素子Ｓ１２かオンのときに第１コンデ
ンサＣ１は、符号でＥｓ−３Ｉ２→Ｃ１→Ｄ＋２−Ｌの
回路で充電され、第１スイッチング素子Ｓ１１がオンの
ときに符号でＣｌ−９ｌｌ−Ｌ−Ｃｏ−Ｄｌｌの回路で
放電し、その放電電流が、第３コンデンサＣＯを充電す
る。第１コンデンサＣＩおよび第３コンデノサＣＯはほ
ぼＥｓに充電され、負荷電流は第３コンデンサＣＯの端
子より負の直流電源として供給される。その動作および
特性は、第１図の回路と同様であるが、電源電流と負荷
電流とは同じ大きさである。この回路の各端ｒ−ｘ　Ｉ
　、Ｘ２　、Ｘ３に対して第２コンデンサＣ２を含む鎖
線で囲む部分の回路の端子Ｘｌ’、Ｘ２’、ｘ：ｌ°を
、それぞれ矢印に対応するようにして接続し、第１コン
デンサＣ１の回路と逆相で動作さＵると、１＾スフｕ流
、第３コンデンサＣＯの充電電流は］Ｉ、に、連続とな
る。また、スイッチツク素子の転流旧失を２しく小さく
することかできる。この、１：　’＋にコンデンサの充放電を初用して直流
変換をｉ７うと、直列リアクトルの大きさを著しく小さ
くｉることかできる。また、２回路を２相て動ｆ１さＵ
ると、電源電流および出力Ｔｉ流とも連続？ＩＸｄεと
なり、２回路の転流時期を少しずらすと、スイ−／　’
／ノグ累子のスイッチノブ損失を著しく減少４ることが
できる。基本的には、２（ご昇圧、１／２降Ｌ１６、−
１倍負電圧の出力を得ることができ、短絡モード、開放
モードを置くことにより、連続的に出力）ｎ圧を変化さ
せることができる。回路構成に、Ｌす、電ツノを低圧側
から高圧側へまたはその逆方向に自由に伝達することら
可能である。多段構成にすることにより、電源電圧の任
ぎ整数倍の電圧を得ることができる。また、回路中のダ
イオードは、電圧降下がやや大きいので、通電時にその
両端の電圧降下の小さい素子で短絡するようにすれば、
更に効率を向上させることができる。（発明の効果）以上のように、本発明によれば、スイッチング素子によ
りコンデンサの充放電を切り換え、その放電電流を出力
に供給するようにして電源電圧より高い直流電圧を得る
ようにし、充放電電流は必ず電源に直列に挿入したチョ
ークコイルを通じて行い、またコンデンサの充放電を２
相動作させることにより、チョークコイルの小形軽量化
が可能になり、更にスイッチング素子の損失が少なくか
つ出力電圧の脈動も小さい整数倍の直流電圧を得ること
か可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例の回路図、第２゜図（ａ
ＸｂＸｃ）（ｄ）は第１図のスイッチツク素子のオン・
オフ状塾により第１図の等価回路図、第３図ないし第５
図は第１図の回路の動作説明に供する波形図、第６図は
第２実施例の回路図、第７図は第に図の等仙１回路図、
第８図は第７図の等価回路の動作説明に供する波ＪＦａ
図、第９図は第６図の詳細な等４１１１回路図、第１０
図は第９図の等価回路の動作説明に供する波形図、第１
１図は第９図の動作説明に供する電圧・電流波形図、第
１２図は第３実施例の回路図、第１３図は第１２図の等
価回路図、第１４図は第４実施例の回路図、第１５図は
第１４図の等価回路図、第１６図は第１５図の等６１１
１回路の動作説明に供する波形図、第１７図は第５実施
例の回路図、第１８図は第６実施例の回路図、第１９図
は第１８図の変形回路図、第２０図は第７実施例の回路
図、第２１図は従来例の回路図、ｍ２２図は第２１図の
回路の動作説明に供４゛る波形図、第２３図は第２１図
の回路の動作説明に供４る１１［・７１Ｘ流波形図であ
る。図中、［；Ｓｌ　１．ｓ　＋　２．Ｓ２１．５２２ｔｉ
７゜イッチノグ素子、ＤＩ　１．ＤＩ２．Ｄ２１．Ｄ２
２はダイ調−ド、ＥＳは直流１こ源、しはリアクトル、
ＣＩ、Ｃ２，ＧＯはコンデンサ。第１図 □′−−コーーーー虐第２図第４図１＋　　１シｊ２ｔ＋ｔ＋Ｊ８間　　ＩＴＯｌ　ＴａｌＴｃ１　Ｔｂ　１Ｔｃ１第
５図ｔｌｔｚ　ｔ２ｔ１’　ｔｌ η聞　　１ｒｄｉ−Ｔａ　−、’ｒｄ：Ｔｂ←ｒａｉ芙
　６　ツ第　７　図Ｏ第８図 □ＪＳ２２Ｄ２２第９　図（〜ｔ１１）　　　　　　　（ｔ１２−　ｔ１４）（ｔ
１５〜ｔ１６）　　　’　　、　　　（ｔ１６〜）第１
０図第１１図電ミ書℃１啄第１２− −ＩＣ’−− ’　　　Ａｌ　　砺５１１　〜５２１足「 □ 第１３図（Ｉ○ 第１４図ｄ′ｅ第１５図第１６図＝２Ｆｓ：　　−Ｔｂ−Ｌ−Ｔａ−−Ｔｂ　’　Ｔａ　
−一５Ｚ２Ｄ２２第１７　　図第１８図第１９＝第２０図Ｘ１Ｘ１・　　−０−３− 第２１図Ｉｏ＞第２２図ｔｌ　　　ｔ２　　　ｔ３

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直流電源に接続されたリアクトルと、出力電圧の
平滑用コンデンサとの間に直流電圧変換部を設け、前記
直流電圧変換部は、第１、第２スイッチング素子と、前
記両スイッチング素子のオン・オフにより充放電動作す
る充放電コンデンサと、前記充放電コンデンサの充電経
路と放電経路とを与えるダイオードとを備え、第１スイ
ッチング素子のオンにより前記充放電コンデンサが前記
ダイオードを介して充電され、第２スイッチング素子の
オンにより前記充放電コンデンサが前記ダイオードを介
して放電され、この放電電流が前記平滑用コンデンサに
与えられるものであり、前記両スイッチング素子を交互
にオン状態として前記直流電源の２倍の電圧を得ること
を特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
（２）前記特許請求の範囲第１項に記載のＤＣ／ＤＣコ
ンバータにおいて、前記直流電圧変換部を２組有し、第１直流電圧変換部の
第１スイッチング素子と第２直流電圧変換部の第２スイ
ッチング素子とが同時にオンになる状態と、第１直流電
圧変換部の第２スイッチング素子と第２直流電圧変換部
の第１スイッチング素子とが同時にオンになる状態とを
交互に繰り返すＤＣ／ＤＣコンバータ。
（３）前記特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記両直流電圧変換部内の第１、第２スイッチング素子
を同時にオンにするか、または同時にオフにするか、あ
るいは第３スイッチング素子により直流電源をリアクト
ルを介して短絡するモードを設け、前記モードがスイッ
チング素子のスイッチング周期に占める時間比を制御し
、この時間比により出力電圧を可変するＤＣ／ＤＣコン
バータ。
（４）前記特許請求の範囲第２項に記載のＤＣ／ＤＣコ
ンバータにおいて、前記第１直流電圧変換部内のスイッチング素子の転流時
期と、第２直流電圧変換部内のスイッチング素子の転流
時期とが所定時間ずれるように、スイッチング素子にそ
の駆動信号を与えるＤＣ／ＤＣコンバータ。
（５）直流電源に接続されたリアクトルと、出力電圧の
平滑用コンデンサとの間に第１、第２直流電圧変換部を
設け、前記各直流電圧変換部はそれぞれ、第１、第２ス
イッチング素子と、前記両スイッチング素子のオン・オ
フにより充放電動作する充放電コンデンサと、前記充放
電コンデンサの充電経路と放電経路とを与えるダイオー
ドとを備え、第１スイッチング素子のオンにより前記充
放電コンデンサが前記ダイオードを介して充電され、第
２スイッチング素子のオンにより前記充放電コンデンサ
が前記ダイオードを介して放電され、この放電電流が前
記平滑用コンデンサに与えられるものであり、第１、第
２直流電圧変換部内の各充放電コンデンサに直列にそれ
ぞれ複数の直列コンデンサを接続し、第１直流電圧変換
部内の充放電コンデンサと直列コンデンサとからの放電
電流が第２直流電圧変換部内の充放電コンデンサと直列
コンデンサとに充電され、また第２直流電圧変換部内の
充放電コンデンサと直列コンデンサとからの放電電流が
第１直流電圧変換部内の充放電コンデンサと直列コンデ
ンサとに充電されるようにダイオードを接続構成し、前
記各直列コンデンサの最終段が前記平滑用コンデンサに
共通に接続され、各直流電圧変換部内のスイッチング素
子を順次オン・オフして、直流電源の整数倍の出力電圧
を得ることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
（６）出力側に接続されたリアクトルと、出力電圧の平
滑用コンデンサと、直流電源に接続された直流電圧変換
部とを備え、前記直流電圧変換部は、第１、第２スイッ
チング素子と、前記両スイッチング素子を介して充放電
される充放電コンデンサと、前記充放電コンデンサの充
放電経路を与えるダイオードとを含み、前記両スイッチ
ング素子がオンとなる状態を周期的に切り換え、一方の
スイッチング素子のオンにより前記直流電源からの電流
を前記ダイオードを介して前記コンデンサに充電すると
ともに他方のスイッチング素子のオンにより前記ダイオ
ードを介して該コンデンサの充電電圧を放電し、この放
電電流を前記リアクトル電流とすることを特徴とするＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ。
（７）前記特許請求の範囲第６項に記載のＤＣ／ＤＣコ
ンバータにおいて、前記直流電圧変換部を２組有し、前記両直流電圧変換部
内の充放電コンデンサの充放電動作をスイッチング素子
のオン・オフにより周期的に切り換え、第１直流電圧変
換部内の充放電コンデンサからの放電電流と、第１直流
電圧変換部内の充放電コンデンサからの充電電流とが前
記リアクトルを同一方向に流れ、前記両電流の和が、負
荷電流として供給されるＤＣ／ＤＣコンバータ。