JPS63103668A

JPS63103668A - プツシユプル昇降圧コンバ−タ

Info

Publication number: JPS63103668A
Application number: JP24837486A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Otsu; 智大津; Takashi Yamashita; 隆司山下
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-10-21
Filing date: 1986-10-21
Publication date: 1988-05-09

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】（産業上の利用分野）本発明はブツシュグル昇降圧コンバータの回路構成に関
するものである。

（従来の技術）第１図はブツシュゾル昇降圧コンバータの従来例である
。

第１図において、１は直流電源、２はトランス巻線電圧
を一定にするようパルス幅制御された、位相の１８０°
異なる２つの矩形波を発生する発振制御部、３，４はス
イッチ素子５．６を駆動するための駆動回路、５，６は
ブツシュゾル用スイッチ素子、７は主巻線とエネルギー
帰還巻線を有する昇圧チョーク、８は昇圧チョーク７の
エネルギーを電源に帰還させるだめの帰還用ダイオード
、９は１次巻線（Ｎｐｌ　、　Ｎｐ２　）　、　２次巻
線（Ｎｓ）。

検出巻線（Ｎｄ）を有するプッシュプル用トランス、１
０は整流回路、１１は負荷、１２は出力電圧検出回路、
１３は出力電圧設定用基準電圧、１４は誤差増幅器、１
５はトランスの寄生要素の１つである分布容量を集中定
数で表現したもの、１６゜１７はトランス９の寄生要素
の１つである漏れインダクタンスを集中定数で表現した
ものである。

第１図に示した従来回路構成のコンバータの動作につい
て説明する。

スイッチ素子５，６を、位相を１８０°ずらした同じノ
クルス幅の駆動信号で駆動すると、トランス９の２次側
には正負に振動する矩形波の電圧が発生する。第１図に
示した従来回路の動作モードは、スイッチ素子５および
６のオフしている期間がオンしている期間よりも長い降
圧動作と、スイッチ素子５および６のオンしている期間
がオフしている期間よシも長い昇圧動作がｈＬ。

第２図はブツシュゾル昇降圧コンバータの降圧動作時の
理想波形である。スイッチ素子５，６のいずれか一方が
オンしている降圧動作時は、トランス２次巻線にエネル
ギーを伝達する期間にトランスの２次側にエネルギーを
伝達すると同時に昇圧チョークにもエネルギーを蓄積す
るため、トランスの１次側に印加される電圧は入力電圧
以下となシ、昇圧チョークに蓄積されたエネルギーはス
イッチ素子５，６が同時にオフしている期間に帰還ダイ
オード８を介して、入力電源１に帰還される。

（発明が解決しようとする問題点）第３図はプッシュプル昇降圧コンバータの昇圧動作時の
理想波形である。スイッチ素子５，６が同時にオンして
いる期間に昇圧チョーク７にエネルギーを蓄積し、スイ
ッチ素子５，６の一方のみがオンしている期間にトラン
スの１次側に印加される電圧を入力電源１の電圧以上に
する。しかし、コンバータのスイッチング周波数を高周
波化していくと、同時オン期間にトランス９の１次巻線
Ｎｐｌ→スイッチ素子５→スイッチ素子６→トランス９
０１次巻線Ｎｐ２→トランス９の２次巻線Ｎ８→トラン
ス９の１次巻線Ｎｐｌにトランス９の寄生要素である分
布容量１５と漏れインダクタンス１６．１７による共振
電流が流れ、スイッチ素子５．６を流れる電流の実効値
を増加させる。第４図（、）は共振波形のない場合、第
４図（ｂ）は分布容量１５、漏れインダクタンス１６．
１７による共振波形が各電流・電圧波形に重畳された場
合のプッシュプルスイッチ素子５，６の駆動波形Ｖ。８
．。

ＶＧｓ□、スイッチ素子５を流れる電施工。４．スイッ
チ素子５にかかる電圧ＶＤｇ１　＃電圧ｖＤｓ１と電流
■Ｄ１の積で得られる損失の累積値ＰＬ１である。例え
ば、オン状態では、ＭＯＳＦＥＴは抵抗性負荷であり、
損失は工２俳Ｒ（Ｉ　　　：電流の実効値、　Ｒ：ＭＯ
ＳＦＥＴのオｅｆｆ　　　　　　　　ｏｆｆン抵抗値）の関係が成立つ。電流に共振波形が重畳した
ことにより、電流の平均値は同じであっても電流の振動
により損失に関係する電流の実効値の増加を招くため、
トランスの特性の影響により電流の実効値の影響を受け
るスイッチ素子５，６の損失やトランス９の巻線の銅損
の増加を招くという欠点があった。

本発明の目的はプッシュプル昇降圧コンバータの駆動周
波数を高周波化する上で問題となる同時オン期間の損失
の増加を、低減するためのブツシュゾル昇降圧コンバー
タの回路構成を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明はプッシュプル昇降圧コンバータの同時オン期間
にトランスを介さずに、昇圧チョークにエネルギーを蓄
積することを最も主要な特徴としている。従来の技術で
は、同時オン期間にトランス巻線を経由して昇圧チョー
クにエネルギーを蓄積していた。

（実施ｆｆＩＪ　）第５図は本発明の詳細な説明する図であって、１８はス
イッチ素子５．６．２０を駆動するための発振制御部、
１９はスイッチ素子２０を駆動するための駆動回路、２
０は同時オン期間を作るために新たに付加したスイッチ
素子である。

第６図は第５図の制御部１８の一例を示すブロック図で
あって、２１は位相が１８０°ずれた２つの三角波また
は鋸歯状波を発生する発振器、２２゜２３は出力電圧検
出回路１４からの比較電圧（出力ｂ）と発振器出力（出
力ａ　、　ａ’）を比較し、スイッチ素子５，６の・４
ルス幅（出力Ｑ　、　ｌ！’）を決定する比較器、２４
．２５はバッファ回路、２６゜２７は反転回路、２８，
２９．３０はアンド回路である。

第７図は第６図の動作波形を示す図であり、（ａ）は降
圧動作時、（ｂ）は昇圧動作時の各部の波形である。降
圧動作時（第７図（ａ））はスイッチ素子２０の駆動・
ぞルス幅（出力ｆ）が０％に固定された状態で、スイッ
チ素子５．６の駆動パルス幅（出力ｇａｇ’）が０％〜
５０チの範囲で変化する。昇圧動作時（第７図（ｂ））
はスイッチ素子２０の、駆動パルス幅（出力ｆであシ、
従来回路ではプッシュプル用スイッチ素子５，６が同時
にオンする期間）が０チル１００％の範囲で変化する。

また、スイッチ素子５，６の駆動パルス幅（出力ｇａｇ
’）は比較器２２．２３の出力パルス幅（出力ｃ　、　
ｃ’）のうち、スイッチ素子２０の駆動ノぐルス幅（出
力ｆ）を除いた期間変化する。

第８図は第５図の回路構成におけるジノシュプルスイッ
チ素子５，６．２０の駆動波形Ｖ。８１１ｖ　　、■　
　　スイッチ素子５，２０を流れる電ＧＳ２　　　　　
　Ｇａ４　　％流Ｉ　　、Ｉ　　　スイッチ素子５．２０にかかる電Ｄ
１　　　　０５％圧■Ｄ８１．ｖＤｓ３、電圧”Ｄ！ｉ＋１と電流より１
の積で得られる損失の累積値ＰＬ４．電圧”ＤＳ３と電
流より３の積で得られる損失の累積値ＰＬ３である。Ｐ
Ｌｌの損失は第４図のＰＬ、における一方のスイッチ素
子のみがオンしている期間の損失と同じであるが、ＰＬ
、の損失は第４図（、）と同様に理想的に動作している
ので、第４図（ｂ）のようにトランスの寄生要素の影響
を受ける場合に比べ、損失の低減が図れている。

この結果から明らかなように、同時オン期間に相当する
期間流れる電流はトランス巻線を介さずに流れ、昇圧チ
ョークにエネルギーを蓄積することが可能なので、トラ
ンス９の寄生要素によシ生じる共振がなくなり、それに
よる損失の増加を抑制することが可能である。

（発明の効果）以上説明したように、スイッチ素子を１つ付加すること
により、昇圧動作時にトランスの寄生要素の影響を受け
ないように昇圧チョークへのエネルギーの蓄積動作を行
う回路構成としたことで、スイッチング周波数の高周波
化に伴うトランスの寄生要素による電流の実効値の増加
を抑制することができるため、スイッチ素子の損失やト
ランス巻線の銅損増加を抑制できる利点がある。このよ
うに、損失を低減することが可能なので、例えば衛星搭
載用電源のように損失の低減により、コンバータに電力
を供給する太陽電池等の衛星全体を軽量化できるような
二次的な効果があり、システムとして大幅な軽量化があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はシンシュゾル昇降圧コンバータノ従来の構成例
、第２図はプッシュプル昇降圧コンバータの降圧動作時
の理想波形を示す図、第３図はプッシュプル昇降圧コン
バータの昇圧動作時の理想波形を示す図、第４図は従来
構成のスイッチ素子の各種波形を示す図、第５図は本発
明の一実施り１］、第６図は第５図の制御部１８の一例
を示すブロック図、第７図は第６図の制御回路の動作波
形、第８図は本実施例のスイッチ素子の各部波形である
。１・・・直流電源、２・・・発振制御部、３，４・・・
駆動回路、５．６・・・スイッチ素子、７・・・昇圧チ
ョーク、８・・・ダイオード、９・・・トランス、１０
・・・整流回路、１１・・・負荷、１２・・・出力電圧
検出回路、１３・・・出力電圧設定用基準電圧、１４・
・・誤差増幅器、１５・・・分布容量、１６．１７・・
・漏れインダクタンス、８・・・発振制御部、１９・・
・駆動回路、２０・・・スイッチ素子、２１・・・発振
器、２２．２３・・・比較器、２４．２５・・・バッフ
ァ回路、２６．２７・・・反転回路、２８，２９．３０
・・・アンド回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２つのプッシュプル用スイッチ素子と、プッシュ
プル用トランスと、前記スイッチ素子を介して前記トラ
ンスの１次巻線に接続する入力電源と、主巻線とエネル
ギー帰還用巻線を有し入力電源とトランスの間に挿入さ
れる昇圧チョークと、該昇圧チョークのエネルギーを電
源に帰還させるための帰還用ダイオードと、前記プッシ
ュプル用トランスの２次側出力を整流するための整流回
路と、その出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、該
プッシュプル用スイッチ素子のオンとオフの比率を制御
するための制御回路を有するプッシュプル昇降圧コンバ
ータにおいて、プッシュプル用スイッチ素子とは別の第３のスイッチ素
子を該入力電源と該昇圧チョークの主巻線との直列接続
回路に並列に接続することを特徴とするプッシュプル昇
降圧コンバータ。
（２）特許請求の範囲第１項記載のプッシュプル昇降圧
コンバータにおいて、位相が１８０°の第１と第２のパ
ルス信号をもうけ、各々のパルス信号のオン幅が０％か
ら１００％の範囲で変化する該第１と第２のパルス信号
のアンドをとることにより発生する第３のパルス信号に
より、該第３のスイッチ素子を駆動し、第１のパルス信
号と第２のパルス信号の反転信号とのアンドをとること
により発生する第４のパルス信号により、該プッシュプ
ル用スイッチ素子の一方を駆動し、第１のパルス信号の
反転信号と第２のパルス信号とのアンドをとることによ
り発生する第５のパルス信号により、該プッシュプル用
スイッチ素子のもう一方を駆動することを特徴とするプ
ッシュプル昇降圧コンバータ。