JPWO2006098376A1 - Chopper circuit - Google Patents

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Abstract

等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルと、一方の極を主リアクトルの直列接続体の一端に接続し、他方の極を直流電源の一方の電圧端子に直接に接続した主スイッチと、この主スイッチの両極間に接続した、スナバダイオードとスナバコンデンサの直列接続体と、このスナバダイオードとスナバコンデンサとの接続点と、2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間に接続した補助スイッチとを備え、スナバ補助ZVZCT(Snubber-Assisted Zero Voltage and Zero Current Transition chopper)チョッパ回路を構成する。上記構成によって、ソフトスイッチングのために備えていたリアクトルで発生していた熱損失を無くし、変換効率を向上させ、主スイッチのターンオンおよびターンオフ時における過電流過電圧を防ぎ、出力ダイオードの逆回復による過電圧を防ぐ。Two main reactors divided into two equivalents equivalent to one reactor and one pole connected to one end of a series connection of the main reactor, and the other pole connected directly to one voltage terminal of the DC power source A main switch, a series connection of a snubber diode and a snubber capacitor, connected between both poles of the main switch, a connection point of the snubber diode and the snubber capacitor, and a connection point of a series connection of the two main reactors And an auxiliary switch connected between them to form a snubber auxiliary ZVZCT (Snubber-Assisted Zero Voltage and Zero Current Transition chopper) chopper circuit. The above configuration eliminates the heat loss generated in the reactor provided for soft switching, improves the conversion efficiency, prevents the overcurrent overvoltage when the main switch is turned on and off, and prevents the overvoltage due to the reverse recovery of the output diode. prevent.

Description

本発明は、直流変換を行う電源を構成するチョッパ回路に関する。   The present invention relates to a chopper circuit that constitutes a power supply that performs DC conversion.

燃料電池自動車等の電気自動車駆動用では100kWの出力レンジで動作する高効率で大電力のチョッパ回路が用いられる。従来、この電気自動車の分野では、ハードスイッチングによる変換器が使用されている。   For driving an electric vehicle such as a fuel cell vehicle, a high-efficiency, high-power chopper circuit that operates in an output range of 100 kW is used. Conventionally, hard switching converters are used in the field of electric vehicles.

燃料電池自動車に限らず、半導体電力変換装置を用いる分野では低損失が求められるため、ソフトスイッチングによるチョッパ回路が求められている。   Low loss is required not only in fuel cell vehicles but also in the field of using semiconductor power conversion devices, so a chopper circuit by soft switching is required.

従来、大電力用チョッパ回路としては、図30に示すようなCブリッジチョッパ回路が知られている。図示するCブリッジチョッパ回路は、2つのスイッチと1つのコンデンサを用いた構成であり、ロスレススナバ回路による大電流遮断が可能で、無損失である点で大電流用途に適している。   Conventionally, a C bridge chopper circuit as shown in FIG. 30 is known as a high power chopper circuit. The C-bridge chopper circuit shown in the figure has a configuration using two switches and one capacitor, and is suitable for a large current application in that a large current can be cut off by a lossless snubber circuit and there is no loss.

しかしながら、このCブリッジチョッパ回路は、主スイッチとダイオードが主回路に直列接続されているため、全体の電力損失が大きいという課題があり、また、主スイッチS1とS2を同時ターンオンすると、出力ダイオードD3の逆回復時のリカバリ電流により発生する過電圧と、スナバコンデンサの充電電圧が重畳することで、大きな過電圧が発生し、出力ダイオードD3が破損するおそれがあるという課題がある。However, this C-bridge chopper circuit has a problem that the overall power loss is large because the main switch and the diode are connected in series to the main circuit, and when the main switches S 1 and S 2 are turned on simultaneously, the output an overvoltage caused by a reverse recovery time of the recovery current of the diode D 3, that the charging voltage of the snubber capacitor are overlapped, a large overvoltage occurs, there is a problem that the output diode D 3 may be damaged.

そこで、本出願の発明者らは、準共振形回生アクティブスナバ(Quasi-resonant Regenerating Active Snubber:QRAS)方式のチョッパ回路を提案している(例えば、非特許文献1参照)。図31はこのQRASチョッパ回路の一構成例である。このQRASチョッパ回路では、主スイッチS1と補助スイッチS2を備え、主スイッチS1にリアクトルSL1を直列接続する構成によって、主スイッチングS1に流れる電流を遅延させて、主スイッチS1のターンオン時に電流が零となるようにしている(図32)。
電気学会産業応用部門大会講演論文集 弦田,神頭、河村「高効率大電力チョッパ回路QRAS」2004-6
Accordingly, the inventors of the present application have proposed a quasi-resonant regenerating active snubber (QRAS) type chopper circuit (see, for example, Non-Patent Document 1). FIG. 31 shows an example of the configuration of this QRAS chopper circuit. In this QRAS chopper circuit comprises a main switch S 1 and the auxiliary switch S 2, the configuration of the reactor SL 1 to the main switch S 1 are connected in series, by delaying the current flowing through the main switching S 1, the main switch S 1 The current is set to zero at turn-on (FIG. 32).
Proceedings of the Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Tsuruma, Kamigami, Kawamura “High-efficiency, high-power chopper circuit QRAS” 2004-6

上記したQRASチョッパ回路では、主スイッチS1にリアクトルSL1を接続することでソフトスイッチングを実現しているが、リアクトルSL1に電流が流れることによる内部抵抗で発生する熱損失によって変換効率が低下するという問題がある。In the above-described QRAS chopper circuit, soft switching is realized by connecting the reactor SL 1 to the main switch S 1. However, the conversion efficiency is reduced due to the heat loss generated by the internal resistance due to the current flowing through the reactor SL 1. There is a problem of doing.

また、QRASチョッパ回路の主スイッチS1のターンオンおよびターンオフ時に、主スイッチS1も過電流過電圧が発生するという問題がある。この主スイッチのターンオフ過電圧は、スナバコンデンサのクランプ電圧が(図32中の49.960〜49.965secの間の電圧特性(Vで示す)を参照)主スイッチS1に過電圧として印加される。また主スイッチS1のターンオン時に、出力ダイオードD5の逆回復により主スイッチS1に過大な電流が流れる(図32中の49.940secの電流特性(Iで示す)を参照)。In addition, there is a problem that the main switch S 1 also generates an overcurrent overvoltage when the main switch S 1 of the QRAS chopper circuit is turned on and off. The turn-off over-voltage of the main switch, the clamping voltage of the snubber capacitor (see voltage characteristics between 49.960~49.965sec in Figure 32 (indicated by V)) is applied to the main switch S 1 as an overvoltage. Further, when the main switch S 1 is turned on, an excessive current flows through the main switch S 1 due to the reverse recovery of the output diode D 5 (see the current characteristic of 49.940 sec in FIG. 32 (shown by I)).

また、出力ダイオードD5の逆回復によって、出力ダイオードD5に大きな逆スパイク電圧が発生し(図33中の49.9400secの電圧特性(Vで示す)を参照)、出力ダイオード自体が破損するおそれがあるという問題もある。なお、図32,33はシミュレーション結果であり、図32中の111は主スイッチS1の電圧を示し、211は主スイッチS1の電流を示し、図33中の113は出力ダイオードD5の電圧を示している。Further, the reverse recovery of the output diode D 5, a large reverse spike voltage is generated in the output diode D 5 (see voltage characteristics of 49.9400sec in Figure 33 (indicated by V)), is a risk that the output diode itself is damaged There is also the problem of being. It is to be 32 and 33 is the simulation results, Fig. 32 in 111 indicates the voltage of the main switch S 1, 211 represents a current of the main switch S 1, 113 in FIG. 33, the voltage of the output diode D 5 Is shown.

そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、従来ソフトスイッチングのために備えるリアクトルで発生していた熱損失を無くし、変換効率を向上させることを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, eliminate the heat loss that has conventionally occurred in the reactor provided for soft switching, and improve the conversion efficiency.

また、本発明は主スイッチのターンオン時における過電流過電圧を防ぐことを目的とする。   Another object of the present invention is to prevent overcurrent overvoltage when the main switch is turned on.

また、本発明は出力ダイオードD5の逆回復による過電圧を防ぐことを目的とする。Further, the present invention is intended to prevent overvoltage due to reverse recovery of the output diode D 5.

本発明は、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルと、一方の極を主リアクトルの直列接続体の一端に接続し、他方の極を直流電源の一方の電圧端子に直接に接続した主スイッチと、この主スイッチの両極間に接続した、スナバダイオードとスナバコンデンサの直列接続体と、このスナバダイオードとスナバコンデンサとの接続点と、2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間に接続した補助スイッチとを備え、スナバ補助ZVZCT(Snubber-Assisted Zero Voltage and Zero Current Transition chopper)チョッパ回路を構成する。   In the present invention, two main reactors divided into two equivalently constituting one reactor, one pole is connected to one end of a series connection body of the main reactor, and the other pole is connected to one voltage terminal of a DC power source. A directly connected main switch, a series connection of a snubber diode and a snubber capacitor connected between both poles of the main switch, a connection point of the snubber diode and the snubber capacitor, and a series connection of two main reactors. A snubber auxiliary ZVZCT (Snubber-Assisted Zero Voltage and Zero Current Transition chopper) chopper circuit is configured.

主スイッチのターンオン時における電流を零とするために、従来はリアクトルを用いた構成とするのに対して、本発明は、補助スイッチを備えた構成とし、この補助スイッチをオンさせることによってスナバコンデンサの電圧を零電圧として、主スイッチのターンオン時の電圧を零電圧とし、また、補助スイッチを介してスナバコンデンサと主リアクトルとの回生共振を生成し、この零電圧となる時点で、主スイッチをオンさせることで、この回生共振による電流を主スイッチの主電流を打ち消す方向に通流させることで、ターンオン時の主スイッチの電流及び電圧を零とする。   In order to make the current at the time of turning on the main switch zero, a conventional reactor is used, whereas the present invention has a configuration including an auxiliary switch, and the snubber capacitor is turned on by turning on the auxiliary switch. The voltage at the time of turn-on of the main switch is set to zero voltage, and a regenerative resonance between the snubber capacitor and the main reactor is generated via the auxiliary switch. By turning it on, the current due to this regenerative resonance is passed in a direction that cancels the main current of the main switch, so that the current and voltage of the main switch at the time of turn-on become zero.

これによって、従来のチョッパ回路のようにリアクトルを用いることなく、主スイッチのターンオン時において零電圧で、かつ零電流でソフトスイッチングを行って、熱損失を無くしてチョッパ回路の変換効率を向上させることができ、また、過電流過電圧を防ぐことができる。   As a result, soft switching is performed at zero voltage and zero current when the main switch is turned on without using a reactor as in the conventional chopper circuit, thereby eliminating the heat loss and improving the conversion efficiency of the chopper circuit. In addition, overcurrent overvoltage can be prevented.

また、補助スイッチにより、出力ダイオードに蓄積された電荷を直流電源に回生させることで、出力ダイオードの逆回復による過電圧を防ぐことができる。   In addition, by using the auxiliary switch to regenerate the charge accumulated in the output diode to the DC power supply, it is possible to prevent overvoltage due to reverse recovery of the output diode.

本発明は、降圧型、昇圧型、昇降圧型、CUK型、SEPIC型、ZETA型等の各種チョッパ回路に適用することができる。   The present invention can be applied to various chopper circuits such as a step-down type, a step-up type, a step-up / step-down type, a CUK type, a SEPIC type, and a ZETA type.

本発明を昇圧型チョッパ回路に適用した場合の、より詳細な形態は、一端を直流電源の高電位側端子に接続した、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルの直列接続体と、一方の極を主リアクトルの直列接続体の他端に接続し、他方の極を直流電源の低電圧端子に直接に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続した、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、主スイッチの両極間に接続した、スナバダイオードとスナバコンデンサの直列接続体と、スナバダイオードとスナバコンデンサとの接続点と、2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間に接続した補助スイッチとを備える構成である。   When the present invention is applied to a step-up chopper circuit, a more detailed form is that a series of two divided main reactors equivalently constituting one reactor, one end of which is connected to a high potential side terminal of a DC power supply. Connected body, one pole connected to the other end of the series connection body of the main reactor, the other pole connected directly to the low voltage terminal of the DC power supply, and the output connected between both poles of the main switch A series connection body of a diode and an output smoothing capacitor, a series connection body of a snubber diode and a snubber capacitor, a connection point of the snubber diode and the snubber capacitor, connected between both poles of the main switch, and a series connection of two main reactors It is the structure provided with the auxiliary switch connected between the connection points of the body.

本発明の補助スイッチは、ターンオン時に、出力ダイオードに蓄積される電荷を、2つの主リアクトルの内の直流電源側の主リアクトルに対して、主リアクトルの主電流と逆方向に通流して、直流電源に回生する。これによって、出力ダイオードの出力ダイオードの逆回復による過電圧を防ぐ他に、主リアクトルに通流させる方向を主リアクトルの主電流と逆方向とすることによって、主リアクトルで発生する熱損失を低減させることができる。   When the auxiliary switch of the present invention is turned on, the charge stored in the output diode is passed through the main reactor on the DC power source side of the two main reactors in the direction opposite to the main current of the main reactor, Regenerate to power. As a result, in addition to preventing overvoltage due to reverse recovery of the output diode of the output diode, the direction of current flow to the main reactor is made opposite to the main current of the main reactor, thereby reducing heat loss generated in the main reactor. Can do.

本発明の主スイッチは、ターンオン時に、スナバコンデンサと直流電源側に接続した主リアクトルとの回生共振によって、スナバコンデンサに蓄積された電荷を、2つの主リアクトルの内の直流電源側の主リアクトルに、主リアクトルの主電流と逆方向に通流して、直流電源に回生する。この主リアクトルに通流させる回生電流を主リアクトルの主電流と逆方向とすることによって、主リアクトルで発生する熱損失を低減させることができる。   When the main switch of the present invention is turned on, the charge accumulated in the snubber capacitor is transferred to the main reactor on the DC power source side of the two main reactors by regenerative resonance between the snubber capacitor and the main reactor connected to the DC power source side. Then, it flows in the direction opposite to the main current of the main reactor and regenerates to the DC power supply. Heat loss generated in the main reactor can be reduced by setting the regenerative current passed through the main reactor in the opposite direction to the main current of the main reactor.

主スイッチのターンオン時において、零電流かつ零電圧によるソフトスイッチングを行わせるために、補助スイッチをオン動作させた後に主スイッチをオン動作させる。これによって、主スイッチを零電圧かつ零電流の状態からオン動作させることができる。
本発明のチョッパ回路の他の一形態として、主リアクトルは、相互インダクタンスを持つ結合リアクトルにより一体に構成することができる。
When the main switch is turned on, in order to perform soft switching with zero current and zero voltage, the main switch is turned on after the auxiliary switch is turned on. As a result, the main switch can be turned on from a zero voltage and zero current state.
As another form of the chopper circuit of the present invention, the main reactor can be integrally formed by a coupled reactor having a mutual inductance.

本発明のチョッパ回路の他の一形態は、スナバコンデンサと出力コンデンサとの間に出力クランプダイオードを備える。この構成によって、ハードスイッチングとソフトスイッチングの両動作を併用させることができる。   Another embodiment of the chopper circuit of the present invention includes an output clamp diode between the snubber capacitor and the output capacitor. With this configuration, both hard switching and soft switching operations can be used together.

本発明のチョッパ回路の他の一形態は、一端を直流電源の一方の端子に接続した主リアクトルと、一方の極を主リアクトルの他端に接続し、他方の極を直流電源の低電圧端子に直接に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続した、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、主スイッチの両極間に接続したコンデンサ、コンデンサの高電位側と直流電源の高電位側端子との間に接続した回生リアクトルと補助スイッチとの直列接続体を備える構成とする。この形態によれば、スナバダイオードとスナバコンデンサを不要とすることができ、主スイッチの両極間に接続したコンデンサは小容量で済むため、電圧が残留するモードでも動作させることができる。   Another embodiment of the chopper circuit according to the present invention includes a main reactor having one end connected to one terminal of the DC power supply, one pole connected to the other end of the main reactor, and the other pole connected to the low voltage terminal of the DC power supply. The main switch connected directly to the main switch, the series connection of the output diode and the output smoothing capacitor connected between the poles of the main switch, the capacitor connected between the poles of the main switch, the high potential side of the capacitor and the DC power supply It is set as the structure provided with the serial connection body of the regeneration reactor and auxiliary switch which were connected between the high potential side terminals. According to this embodiment, a snubber diode and a snubber capacitor can be dispensed with, and a capacitor connected between both poles of the main switch can be small in capacity, and can be operated even in a mode in which a voltage remains.

本発明のチョッパ回路の他の一形態は、一端を直流電源の一方の端子に接続した、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルの直列接続体と、一方の極を主リアクトルの直列接続体の他端に接続し、他方の極を直流電源の低電圧端子に直接に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続した、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、主スイッチと主リアクトルの直列接続体の他端との接続点と、2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間に直接に接続した補助スイッチとを備える構成とする。   Another embodiment of the chopper circuit according to the present invention includes a series connection body of two divided main reactors, one end of which is equivalent to one reactor connected to one terminal of a DC power source, and one pole. A main switch connected to the other end of the series connection of the main reactor, the other pole connected directly to the low voltage terminal of the DC power supply, and a series of output diode and output smoothing capacitor connected between both poles of the main switch The connection body includes a connection point between the other end of the series connection body of the main switch and the main reactor, and an auxiliary switch directly connected between the connection point of the series connection body of the two main reactors.

また、本発明のチョッパ回路の他の一形態は、一端を直流電源の一方の端子に接続した主リアクトルと、一方の極を前記主リアクトルの他端に接続し、他方の極を前記直流電源の低電圧端子に直接に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続した、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、主スイッチと主リアクトルの直列接続体の他端との接続点と、直流電源の高電位側端子との間に接続した回生リアクトルと補助スイッチとの直列接続体を備える構成とする。   In another embodiment of the chopper circuit of the present invention, a main reactor having one end connected to one terminal of a DC power source, one pole connected to the other end of the main reactor, and the other pole connected to the DC power source. The main switch directly connected to the low voltage terminal of the main switch, the series connection of the output diode and the output smoothing capacitor, connected between both poles of the main switch, and the other end of the series connection of the main switch and the main reactor It is set as the structure provided with the serial connection body of the regeneration reactor and auxiliary switch which were connected between the point and the high potential side terminal of DC power supply.

上記2つの形態は、主スイッチの浮遊容量を用いた構成であり2つのスイッチと主リアクトルの3要素のみでソフトスイッチングが可能とする。   The two forms described above are configurations using the stray capacitance of the main switch, and soft switching is possible only with the three elements of the two switches and the main reactor.

本発明のチョッパ回路の他の一形態は、一端を直流電源の一方の端子に接続した、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルの直列接続体と、一方の極を前記主リアクトルの他端に接続し、他方の極を前記直流電源の低電圧端子に直接に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続した、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、主スイッチの両極間を直接に接続するコンデンサ、コンデンサの高電位側と2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間を直接に接続する補助スイッチとを備える構成とする。この形態によれば、スナバダイオードを削除することができる。   Another embodiment of the chopper circuit according to the present invention includes a series connection body of two divided main reactors, one end of which is equivalent to one reactor connected to one terminal of a DC power source, and one pole. A main switch in which the other end of the main reactor is connected and the other pole is directly connected to the low voltage terminal of the DC power source, and a series connection body of an output diode and an output smoothing capacitor, which is connected between both poles of the main switch And a capacitor that directly connects both poles of the main switch, and an auxiliary switch that directly connects between the high potential side of the capacitor and the connection point of the series connection body of the two main reactors. According to this embodiment, the snubber diode can be eliminated.

また、本発明のチョッパ回路の他の一形態は、補助スイッチのゲート制御によって、主スイッチをハードスイッチングとソフトスイッチングを切り替えるものである。   In another embodiment of the chopper circuit according to the present invention, the main switch is switched between hard switching and soft switching by gate control of the auxiliary switch.

本発明のチョッパ回路の他の一形態は、一端を直流電源の一方の端子に接続した、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルの直列接続体と、一方の極を前記主リアクトルの直列接続体の他端に接続し、他方の極を前記直流電源の低電圧端子に直接に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、主スイッチの両極間に接続したスナバコンデンサと、スナバコンデンサの高電位との接続点と、2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間を直接に接続する補助スイッチとを備える構成とする。この形態によれば、スナバダイオードを削除することができる。   Another embodiment of the chopper circuit according to the present invention includes a series connection body of two divided main reactors, one end of which is equivalent to one reactor connected to one terminal of a DC power source, and one pole. A main switch connected to the other end of the series connection body of the main reactor and the other pole connected directly to the low voltage terminal of the DC power source, and a series of an output diode and an output smoothing capacitor between both poles of the main switch A connecting body, a snubber capacitor connected between the poles of the main switch, a connection point between the high potential of the snubber capacitor, and an auxiliary switch that directly connects between the connection point of the series connection body of the two main reactors. It is set as the structure provided. According to this embodiment, the snubber diode can be eliminated.

本発明のチョッパ回路の形態では、主リアクトルは、直流電源の高電位側又は低電位側に設けることができる。   In the form of the chopper circuit of the present invention, the main reactor can be provided on the high potential side or the low potential side of the DC power supply.

また、本発明のチョッパ回路の昇降圧型の形態では、一方の主スイッチの一方の極を直流電源の高電位側端子に接続し、他方の主スイッチの一方の極を直流電源の低電位側端子に接続し、両主スイッチの他方の極を接続してなる2つの主スイッチの直列接続体と、各主スイッチの両極間に直流電源の高電位から低電位に向かって順方向に接続するスナバダイオードとスナバコンデンサの2つの直列接続体と、一端を前記2つの主スイッチの接続点に接続し、他端を直流電源の端子に接続した、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルの直列接続体と、スナバダイオードとスナバコンデンサとの2つの接続点と、2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間をそれぞれに接続した2つの補助スイッチとを備える。   In the step-up / step-down type of the chopper circuit of the present invention, one pole of one main switch is connected to the high potential side terminal of the DC power supply, and one pole of the other main switch is connected to the low potential side terminal of the DC power supply. Connected to the other pole of the two main switches, and a snubber connected in the forward direction from the high potential of the DC power supply to the low potential between the two poles of each main switch. Two series connection bodies of a diode and a snubber capacitor, and one end connected to the connection point of the two main switches and the other end connected to a terminal of a DC power source are divided into two equivalently constituting one reactor. A series connection body of two main reactors, two auxiliary switches each connected between two connection points of a snubber diode and a snubber capacitor and a connection point of two series connection bodies of the main reactors

また、本発明のチョッパ回路の他の形態では、主スイッチの両極間にスナバダイオードとスナバコンデンサの直列接続体を接続し、主スイッチの一方の極を2つの主リアクトルの直列接続体もしくは等価的に2つのインダクタンスを直列接続した1つの主リアクトルの一端およびダイオードの一方の極に接続し、主スイッチの他方の極を直流電源の一方の電圧端子に直接接続し、前記出力ダイオードの他方の極に負荷が接続された構成であって、前記スナバダイオードをスナバコンデンサとの接続点と前記主リアクトルの直列接続体の接続点もしくは2つのインダクタンスの接続点との間に接続した補助スイッチとを備え、主スイッチのターンオン前に、補助スイッチを主リアクトルによりソフトスイッチングでターンオンさせ、蓄積電荷を消してソフトスイッチングで前記ダイオードの逆阻止特性を回復させた後の前記スナバコンデンサと主リアクトルの共振動作により主スイッチをソフトスイッチングでターンオンし、主スイッチは前記スナバコンデンサによりソフトスイッチングでターンオフさせ、補助スイッチは零電流でソフトスイッチングでターンオフさせる構成とする。   In another form of the chopper circuit of the present invention, a series connection body of a snubber diode and a snubber capacitor is connected between both poles of the main switch, and one pole of the main switch is connected to a series connection body of two main reactors or equivalent. Are connected to one end of one main reactor connected in series with two inductors and one pole of a diode, the other pole of the main switch is directly connected to one voltage terminal of a DC power source, and the other pole of the output diode is connected. And an auxiliary switch in which the snubber diode is connected between a connection point of a snubber capacitor and a connection point of a series connection body of the main reactor or a connection point of two inductances. Before the main switch is turned on, the auxiliary switch is turned on by soft switching by the main reactor, and the accumulated charge is After the reverse blocking characteristic of the diode is restored by soft switching, the main switch is turned on by soft switching by the resonance operation of the snubber capacitor and the main reactor, and the main switch is turned off by soft switching by the snubber capacitor. The switch is configured to be turned off by soft switching at zero current.

以上説明したように、本発明によれば、補助スイッチをオンさせることによって、スナバコンデンサの電圧を零電圧として主スイッチのターンオン時の電圧を零電圧とし、また、この零電圧となる時点で、補助スイッチをオンさせることで、補助スイッチを介してスナバコンデンサと主リアクトルとの回生共振を生成させ、この回生共振による電流を主スイッチの主電流を打ち消す方向に通流させることで、主スイッチを零電圧、零電流の状態でターンオンさせることができる。   As described above, according to the present invention, by turning on the auxiliary switch, the voltage of the snubber capacitor is set to zero voltage, and the voltage at the turn-on time of the main switch is set to zero voltage. By turning on the auxiliary switch, a regenerative resonance between the snubber capacitor and the main reactor is generated via the auxiliary switch, and the current due to this regenerative resonance is passed in a direction that cancels the main current of the main switch. It can be turned on with zero voltage and zero current.

これによって、従来のチョッパ回路のようにリアクトルを用いることなく、主スイッチのターンオン時において零電圧で、かつ零電流でソフトスイッチングを行って、熱損失を無くしてチョッパ回路の変換効率を向上させることができ、また、過電流過電圧を防ぐことができる。   As a result, soft switching is performed at zero voltage and zero current when the main switch is turned on without using a reactor as in the conventional chopper circuit, thereby eliminating the heat loss and improving the conversion efficiency of the chopper circuit. In addition, overcurrent overvoltage can be prevented.

また、本発明によれば、補助スイッチにより、出力ダイオードに蓄積された電荷を直流電源に回生させることで、出力ダイオードの逆回復による過電圧を防ぐことができる。   According to the present invention, the auxiliary switch can regenerate the charge accumulated in the output diode to the DC power supply, thereby preventing overvoltage due to reverse recovery of the output diode.

本発明のチョッパ回路の昇圧型の構成例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the example of a pressure | voltage rise type | mold structure of the chopper circuit of this invention. 本発明のチョッパ回路における出力ダイオードD5の蓄積電荷の消滅を説明するための図である。It is a diagram for explaining the disappearance of the output diode D 5 of accumulated charge in the chopper circuit of the present invention. 本発明のチョッパ回路におけるソフトスイッチング動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the soft switching operation | movement in the chopper circuit of this invention. 本発明のチョッパ回路の主スイッチの電圧電流を示す図である。It is a figure which shows the voltage current of the main switch of the chopper circuit of this invention. 本発明のチョッパ回路の補助スイッチの電圧電流を示す図である。It is a figure which shows the voltage current of the auxiliary switch of the chopper circuit of this invention. 本発明のチョッパ回路の出力ダイオードの電圧電流を示す図である。It is a figure which shows the voltage current of the output diode of the chopper circuit of this invention. 本発明のチョッパ回路の動作例を説明するための動作図である。It is an operation | movement diagram for demonstrating the operation example of the chopper circuit of this invention. 本発明のチョッパ回路の動作例を説明するための各部の基本動作波形図である。It is a basic operation waveform diagram of each part for explaining an operation example of the chopper circuit of the present invention. 本発明の第2の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 2nd example of a form of this invention. 本発明の第3の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 3rd example of a form of this invention. 本発明の第4の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 4th form example of this invention. 本発明の第5の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 5th example of a form of this invention. 本発明の結合リアクトルを用いた形態での主スイッチの電圧電流特性を示す図である。It is a figure which shows the voltage-current characteristic of the main switch in the form using the coupling reactor of this invention. 本発明の結合リアクトルを用いた形態での補助スイッチの電圧電流特性を示す図である。It is a figure which shows the voltage-current characteristic of the auxiliary switch with the form using the coupling reactor of this invention. 本発明の結合リアクトルを用いた形態での出力ダイオードの電圧電流特性を示す図である。It is a figure which shows the voltage-current characteristic of the output diode in the form using the coupling reactor of this invention. 本発明の結合リアクトルを用いた形態での全体波形を示す図である。It is a figure which shows the whole waveform in the form using the coupling reactor of this invention. 本発明の第6の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 6th form example of this invention. 本発明の第6の形態例のハードスイッチング動作波形を示す図である。It is a figure which shows the hard switching operation | movement waveform of the 6th example of this invention. 本発明の第6の形態例のソフトスイッチング動作波形を示す図である。It is a figure which shows the soft switching operation | movement waveform of the 6th example of this invention. 本発明のチョッパ回路を各タイプに適用した回路例を示す図である。It is a figure which shows the circuit example which applied the chopper circuit of this invention to each type. 本発明のチョッパ回路を昇降圧型に適用した回路例を示す図である。It is a figure which shows the circuit example which applied the chopper circuit of this invention to the buck-boost type | mold. 本発明の第7の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 7th example of a form of this invention. 本発明の第8の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 8th example of this invention. 本発明の第9の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 9th form example of this invention. 本発明の第10の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 10th example of a form of this invention. 本発明の第11の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 11th form example of this invention. 本発明の第12の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 12th form example of this invention. 本発明の第13の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 13th example of a form of this invention. 本発明の第14の形態例を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the 14th example of a form of this invention. 従来のCブリッジチョッパ回路を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the conventional C bridge chopper circuit. QRASチョッパ回路を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating a QRAS chopper circuit. QRASチョッパ回路の主スイッチの電圧電流を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the voltage current of the main switch of a QRAS chopper circuit. QRASチョッパ回路の出力ダイオードの電圧を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the voltage of the output diode of a QRAS chopper circuit.

符号の説明Explanation of symbols

E1…直流電源
S1…主スイッチ
S2…補助スイッチ
C1…スナバコンデンサ
D1…スナバダイオード
L1,L2…主リアクトル
D5…出力ダイオード
C0…平滑出力コンデンサ
101…電圧(主スイッチS1
102…電圧(補助スイッチS2
103…電圧(出力ダイオードD5
201…電流(主スイッチS1
202…電流(補助スイッチS2
203…電流(出力ダイオードD5
111…電圧(主スイッチS1
211…電流(主スイッチS1
213…電圧(出力ダイオードD5
E 1 … DC power supply
S 1 ... main switch
S 2 ... Auxiliary switch
C 1 ... Snubber capacitor
D 1 Snubber diode
L 1 , L 2 ... main reactor
D 5 … Output diode
C 0 ... smoothing output capacitor 101 ... voltage (main switch S 1 )
102 ... voltage (auxiliary switch S 2)
103 ... voltage (output diode D 5)
201 ... current (main switch S 1 )
202 ... current (auxiliary switch S 2)
203 ... current (output diode D 5)
111 ... voltage (main switch S 1)
211 ... current (main switch S 1)
213 ... voltage (output diode D 5)

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

以下本発明のチョッパ回路の昇圧型の構成例について、昇圧型チョッパ回路を例として図1〜図20を用いて説明する。   Hereinafter, an example of a boost type configuration of a chopper circuit according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は本発明のスナバ補助ZVZCT(Snubber-Assisted Zero Voltage and Zero Current Transition chopper)チョッパ回路の昇圧型の構成例を説明するための回路図である。図1の構成例では、主スイッチS1と補助スイッチS2と、主リアクトルL1,L2と、スナバダイオードD1及びスナバコンデンサC1と、出力ダイオードD3及び出力平滑コンデンサC0とを備える。FIG. 1 is a circuit diagram for explaining a boost-type configuration example of a snubber-assisted ZVZCT (Snubber-Assisted Zero Voltage and Zero Current Transition chopper) chopper circuit according to the present invention. In the configuration example of FIG. 1, a main switch S 1 , an auxiliary switch S 2 , main reactors L 1 and L 2 , a snubber diode D 1 and a snubber capacitor C 1 , an output diode D 3 and an output smoothing capacitor C 0 are provided. Prepare.

主リアクトルL1,L2は2分割したリアクトルを直列接続したものであるが、等価的に1つのリアクトルを構成し、一端を直流電源E1の高電位側端子に接続している。主スイッチS1は、一方の極を主リアクトルL1,L2の直列接続体の他端に接続し、他方の極を直流電源E1の低電圧端子に直接に接続する。主スイッチS1の両極間は、出力ダイオードD5と出力平滑コンデンサC0との直列接続体を並列に接続し、出力平滑コンデンサC0には負荷が並列に接続される。また、主スイッチS1の両極間にはスナバダイオードD1とスナバコンデンサC1の直列接続体を接続している。補助スイッチS2は、スナバダイオードD1とスナバコンデンサC1との接続点と、2つの主リアクトルL1とL2の直列接続体の接続点との間に接続する。The main reactors L 1 and L 2 are two reactors connected in series, but equivalently constitute one reactor and one end is connected to the high potential side terminal of the DC power supply E 1 . The main switch S 1 has one pole connected to the other end of the series connection of the main reactors L 1 and L 2 and the other pole connected directly to the low voltage terminal of the DC power supply E 1 . Between the main switch S 1 poles connects a series connection of the output diode D 5 and the output smoothing capacitor C 0 in parallel, the output smoothing capacitor C 0 load is connected in parallel. Further, between both electrodes of the main switch S 1 connects the series connection of the snubber diode D 1 and the snubber capacitor C 1. The auxiliary switch S 2 is connected between the connection point of the snubber diode D 1 and the snubber capacitor C 1 and the connection point of the series connection body of the two main reactors L 1 and L 2 .

なお、このチョッパ回路の構成において、前記したQRASチョッパ回路とは、ダイオードD3,D4を削除した点、補助スイッチS2は逆阻止型のIGBTである点、リアクトルSL1を削除した点、主スイッチのターンオン時において零電流のみではなく、零電流でかつ零電圧によりスイッチングを行う点で相違している。補助スイッチS2として逆阻止型のIGBTを用いることで、従来必要であった回生ダイオードD3を削除することができる。In the configuration of this chopper circuit, the above-described QRAS chopper circuit is the point where the diodes D 3 and D 4 are deleted, the auxiliary switch S 2 is a reverse blocking IGBT, the point where the reactor SL 1 is deleted, The difference is that switching is performed not only with zero current but also with zero current and zero voltage when the main switch is turned on. Auxiliary switch S 2 as by using a reverse blocking type IGBT, it is possible to remove the regenerative diode D 3 which was conventionally required.

また、このチョッパ回路の補助スイッチS2は、ターンオフ動作が零電流スイッチングとなるため、スイッチング手段S1と補助スイッチS2の共通スナバ保護機能を持たせるためのダイオードD4を削除することができる。The auxiliary switches S 2 of the chopper circuit, since the turn-off operation is zero current switching, it is possible to remove the diode D 4 for imparting a common snubber protection switching means S 1 and the auxiliary switch S 2 .

本発明のチョッパ回路は、補助スイッチを介して主リアクトルの一部に出力ダイオードの蓄積電荷を通流させることで消滅させ、これにより逆回復電流を抑制することができる。   The chopper circuit of the present invention can be extinguished by passing the accumulated charge of the output diode through a part of the main reactor via the auxiliary switch, thereby suppressing the reverse recovery current.

図2は、図1のチョッパ回路における出力ダイオードD5の蓄積電荷の消滅を説明するための図である。図2において、補助スイッチS2のターンオン時において、出力ダイオードD5に蓄積していた電荷による電流IRは、主リアクトルL2を主リアクトルの主電流の方向とは逆方向に流れる。したがって、電流IRは主リアクトルL2の通電電流を減少させることになる。そのため、この主リアクトルL2で発生する有効電力分ΔPR=IR 2・R2は、主リアクトルL2の抵抗分R2による損失分を減少させるものとして働く。なお、主スイッチS1をオンとする前に補助スイッチS2をオンとすることで、出力ダイオードD5に蓄積された電荷を入力側に回生する。Figure 2 is a diagram for explaining the disappearance of accumulated charge of the output diode D 5 in the chopper circuit of FIG. In FIG. 2, when the auxiliary switch S 2 is turned on, the current I R due to the charge accumulated in the output diode D 5 flows through the main reactor L 2 in the direction opposite to the direction of the main current of the main reactor. Therefore, current I R decreases the energization current of main reactor L 2 . Therefore, active power component? Pr = I R 2 · R 2 which occurs in the main reactor L 2 acts as reducing the loss due to the resistance component R 2 in the main reactor L 2. Note that by turning on the auxiliary switch S 2 before turning on the main switch S 1, regenerates the charge accumulated in the output diode D 5 to the input side.

したがって、本発明のチョッパ回路によれば、出力ダイオードD5の蓄積電荷が消滅する際の電流IRは主リアクトルの損失を減らす方向となり、チョッパ回路の効率を高める方向に作用する。Therefore, according to the chopper circuit of the present invention, current I R at the time of storing charge of the output diode D 5 disappears becomes a direction to reduce the loss of the main reactor, which acts in a direction to increase the efficiency of the chopper circuit.

従来のQRASチョッパ回路では、リアクトルL2が大きいため、出力ダイオードD5の蓄積電荷を消滅することができず、出力ダイオードのターンオフ時に、蓄積電荷による大きな逆回復サージ電圧が発生する。一方、本発明のチョッパ回路では、効率を高める方向に作用する蓄積電荷消滅電流が流れるため逆回復電流抑制回路とし、出力ダイオードによる大きな逆回復サージ電圧は発生しない。In conventional QRAS chopper circuit, because of the large reactor L 2, can not be eliminated the accumulated charge of the output diode D 5, upon turning off of the output diode, a large reverse recovery surge voltage due to the accumulated charges are generated. On the other hand, in the chopper circuit of the present invention, the stored charge annihilation current that acts in the direction of increasing the efficiency flows, so that the reverse recovery current suppression circuit is used, and no large reverse recovery surge voltage is generated by the output diode.

また、本発明のチョッパ回路は、回生共振現象を利用することで零電圧零電流の状態を作り出してターンオンさせることでスイッチング損失を低減することができる。   In addition, the chopper circuit of the present invention can reduce the switching loss by using the regenerative resonance phenomenon to create a zero voltage zero current state and turning it on.

図3は、図1のチョッパ回路におけるソフトスイッチング動作を説明するための図である。従来のQRASチョッパ回路では、主スイッチS1のターンオン時に電流がゆっくり立ち上がるように、リアクトルSL1を用いている。これに対して、本発明のチョッパ回路は、補助スイッチS2によって回生パスを形成することによって、このリアクトルSL1を削除している。この回生パスは、スナバコンデンサC1の回生共振現象を利用するものであり、これによって主スイッチS1に零電圧零電流の状態を作り出す。FIG. 3 is a diagram for explaining a soft switching operation in the chopper circuit of FIG. In the conventional QRAS chopper circuit, the reactor SL 1 is used so that the current rises slowly when the main switch S 1 is turned on. In contrast, the chopper circuit of the present invention, by forming a regenerative path by auxiliary switch S 2, and remove the reactor SL 1. This regenerative path uses the regenerative resonance phenomenon of the snubber capacitor C 1 , thereby creating a state of zero voltage and zero current in the main switch S 1 .

これによって、従来ターンオン時に発生していた電源電圧を大幅に越えるスナバコンデンサのクランプ電圧を電源電圧までの低い電圧に抑制することができる。そのため、スナバコンデンサの容量を主スイッチのターンオン時間に合わせて小さく選択することができ、スナバ回生電力自体を小さくすることができ、チョッパ回路全体の効率を向上させることができる。   As a result, the clamp voltage of the snubber capacitor, which greatly exceeds the power supply voltage generated at the time of turn-on, can be suppressed to a low voltage up to the power supply voltage. Therefore, the capacity of the snubber capacitor can be selected to be small according to the turn-on time of the main switch, the snubber regenerative power itself can be reduced, and the efficiency of the entire chopper circuit can be improved.

本発明のチョッパ回路では、主スイッチS1のターンオフをソフトスイッチング化するためにスナバコンデンサC1を設けているが、このスナバコンデンサC1に蓄積されたエネルギーを主スイッチS1のターンオン時に、補助スイッチS2及び入力側を通って、主スイッチS1に接続される逆並列ダイオードに流れることで主スイッチS1に流れ込む電流を零とし、さらにスナバコンデンサC1の放電によって主スイッチS1の両端にかかる電圧を零とする。In the chopper circuit of the present invention, the snubber capacitor C 1 is provided in order to make the main switch S 1 turn-off soft, and the energy stored in the snubber capacitor C 1 is used as an auxiliary when the main switch S 1 is turned on. through switch S 2 and the input side, antiparallel flowing the diode is set to zero the current flowing into the main switch S 1, both ends of the main switch S 1 still by the discharge of the snubber capacitor C 1 connected to the main switch S 1 The voltage applied to is zero.

また、本発明のチョッパ回路では、回生電流Isは、主リアクトルL2の通電電流を減少させる方向で回生するため、回生作用時に発生する有効電力分ΔPs=Is2・R2は、主リアクトルL2の損失を減らす方向になり、チョッパ回路の効率を高める方向に作用する。なお、R2は主リアクトルL2の内部抵抗である。Further, in the chopper circuit of the present invention, the regenerative current Is, for regeneration in the direction of reducing the energization current of the main reactor L 2, active power component ΔPs = Is 2 · R 2 which is generated during regenerative action, main reactor L This will reduce the loss of 2 , and will increase the efficiency of the chopper circuit. R 2 is the internal resistance of the main reactor L 2 .

上記したように、本発明のチョッパ回路は、出力ダイオードの蓄積電荷を消滅させる逆回復電流抑制回路として作用する他、回生共振を用いて回生リアクトルを不要とするソフトスイッチングとして作用する。   As described above, the chopper circuit of the present invention functions as a reverse recovery current suppression circuit that extinguishes the accumulated charge of the output diode, and also functions as soft switching that eliminates the need for a regenerative reactor using regenerative resonance.

また、本発明のチョッパ回路は、主リアクトルを分割した構成とすることで、回生リアクトルを不要とする他、出力ダイオードやスナバコンデンサの蓄積されるエネルギーを直接に電源側に回生するのではなく、主リアクトルの主電流を打ち消す方向で流すことで、主リアクトルでの電力損失を低減させることができる。   In addition, the chopper circuit of the present invention has a configuration in which the main reactor is divided, so that the regenerative reactor is unnecessary, and the energy accumulated in the output diode and the snubber capacitor is not directly regenerated to the power supply side, By causing the main current of the main reactor to flow in a direction that cancels out, the power loss in the main reactor can be reduced.

本発明のチョッパ回路は、スナバコンデンサのエネルギーを、補助的な回生コンデンサを用いることなく、直接に主リアクトル移行させることができる。例えば、配線のリアクトルの影響でスナバコンデンサの充電電圧が出力電圧よりも高く充電された場合でも、入力電源方向へは主リアクトルL2に回生エネルギーを移行し、また、出力方向への回生エネルギーは、主リアクトルL1にそれぞれ移行させて回生させることができる。そのため、主リアクトルと別にリアクトルを用いて主回路以外の補助回路パスを介して回生する方式よりも高い効率とすることができる。The chopper circuit of the present invention can transfer the energy of the snubber capacitor directly to the main reactor without using an auxiliary regenerative capacitor. For example, even if the charging voltage of the snubber capacitor is charged higher than the output voltage due to the influence of the wiring reactor, the regenerative energy is transferred to the main reactor L 2 in the input power direction, and the regenerative energy in the output direction is The main reactor L 1 can be moved and regenerated. Therefore, it is possible to achieve higher efficiency than a method of using a reactor separately from the main reactor and regenerating via an auxiliary circuit path other than the main circuit.

なお、図4は主スイッチS1の電圧電流を示し、図5は補助スイッチS2の電圧電流を示し、図6は出力ダイオードD5の電圧を示している。Incidentally, FIG. 4 shows a voltage-current of the main switch S 1, FIG. 5 shows the voltage-current of the auxiliary switch S 2, FIG. 6 shows the voltage of the output diode D 5.

図4に示す主スイッチS1の電圧電流特性では、電圧101は49.939secで電圧降下を開始した後49.941secで零電圧となる。一方、電流201は49.941secまでは零電流であるため主スイッチS1のターンオン時には零電圧零電流が実現される。In the voltage-current characteristic of the main switch S 1 shown in FIG. 4, the voltage 101 starts to drop at 49.939 sec and then becomes zero at 49.941 sec. On the other hand, since the current 201 is zero until 49.941 sec, zero voltage zero current is realized when the main switch S 1 is turned on.

図5に示す補助スイッチS2の電圧電流特性では、電圧102は、主スイッチS1がオンとなる前の時点でオンとなり、電流202は49.940secを挟んで増加し減少する。なお、ターンオフ時(図5中の49.960sec付近)において、電圧102にピークが見られるが、このピークはシミュレーション上発生しているが、実測では発生しないことが確認されており、問題ない。The voltage-current characteristic of the auxiliary switch S 2 shown in FIG. 5, the voltage 102, the main switch S 1 is turned on at a time prior to the on, current 202 is reduced to increase across the 49.940Sec. At the time of turn-off (around 49.960 sec in FIG. 5), a peak is observed in the voltage 102. This peak is generated in the simulation, but it has been confirmed that it does not occur in the actual measurement, and there is no problem.

図6に示す出力ダイオードD5の電圧特性では、電圧103は、従来、主スイッチS1のターンオン時に発生していた逆回復電流によるピーク電圧が解消されている。The voltage characteristics of the output diode D 5 shown in FIG. 6, the voltage 103 is conventionally peak voltage is eliminated by the main switch S 1 of the reverse recovery current that occurs during turn-on.

次に、図7,図8を用いて本発明のチョッパ回路の動作例について説明する。図7は動作図であり、図8は各部の基本動作波形図である。   Next, an example of operation of the chopper circuit of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an operation diagram, and FIG. 8 is a basic operation waveform diagram of each part.

モード1(図7のMODE1)では、-t2の時点で補助スイッチS2がオンし、主スイッチS1がオフして、出力ダイオードD5のキャリア消滅のモードが始まる。この瞬間、補助スイッチS2は電流零からのオンとなり、ソフトスイッチングでターンオンする。この間、スナバコンデンサC1の電圧は放電せずほぼ一定電圧を維持する。補助スイッチS2の電流が増加し、ほぼ負荷電流に達した時点から出力ダイオードD5のキャリアが消滅し、逆回復してオフ状態となることで、このモードは終了する。In mode 1 (MODE1 7), and on the auxiliary switch S 2 at the time of -t2, the main switch S 1 is turned off, the output diode D 5 modes carrier disappearance of starting. This moment, the auxiliary switch S 2 is turned on from the current zero, it turns on the soft switching. During this time, the voltage of the snubber capacitor C 1 maintains a substantially constant voltage not discharged. Current of the auxiliary switch S 2 is increased, then disappearance carrier output diode D 5 from the time it reaches the nearly load current, that turned off and reverse recovery, this mode is terminated.

モード2(図7のMODE2)では、-t1の時点において、出力ダイオードD5がオフ、スナバコンデンサC1の電圧Vc1は正弦波状に共振を起こし正から零へと向かう。In mode 2 (MODE2 7), at time of -t1, output diode D 5 is turned off, the voltage V c1 of the snubber capacitor C 1 is directed to zero from a positive resonates sinusoidally.

モード3(図7のMODE3)では、スナバコンデンサC1に蓄積していた電荷を全て放電し、電圧Vc1が零電圧となる時点t0において、主スイッチS1がオンとなり、共振回生電流は、主スイッチS1の主電流を打ち消す方向に通流する。このとき、主スイッチS1は電流零からのターンオンとなる。主リアクトルL2へモード1及びモード2の期間中に蓄えられた回生エネルギーは、負の電流源として主スイッチS1の電流を相殺しつつ、補助スイッチS2を介して入力電源へと回生され、ほぼ直線状に減少して零となる。Mode 3 In (MODE3 7), all the charges accumulated in the snubber capacitor C 1 discharges, at time t0 the voltage V c1 becomes zero voltage, the main switch S 1 is turned on, the resonance regenerative current, to Tsuryu in the direction of canceling the main current of the main switch S 1. At this time, the main switch S 1 is turned on from zero current. The regenerative energy stored in the main reactor L 2 during the mode 1 and mode 2 is regenerated to the input power source via the auxiliary switch S 2 while canceling the current of the main switch S 1 as a negative current source. , Almost linearly decreasing to zero.

モード4(図7のMODE4)では、t1において、主リアクトルL2の回生電流が減少して零となり、ダイオードD1がオフ、主リアクトルL1及びL2の電流は、主スイッチS1を介して再び直線状に増加に向かう。Mode 4 In (MODE4 in FIG. 7), at t1, becomes zero regenerative current of the main reactor L 2 is reduced, the diode D 1 is turned off, the main reactor L 1 and L 2 of the current through the main switch S 1 Then go straight again to increase.

モード5(図7のMODE5)では、t2において、主スイッチS1、補助スイッチS2が同時にオフされる。このとき、主スイッチS1はスナバコンデンサC1による零電圧からのターンオフとなり、補助スイッチS2は零電流ターンオフとなり、共にソフトスイッチングでオフする。但し、本発明は同時オフに限定されない。補助スイッチS2は変電流となった時点で主スイッチS1より先に、ターンオフしてもよい。In mode 5 (MODE5 in FIG. 7), at t2, the main switch S 1 and the auxiliary switch S 2 are simultaneously turned off. At this time, the main switch S 1 is turned off from zero voltage by the snubber capacitor C 1 , and the auxiliary switch S 2 is turned off by zero current, and both are turned off by soft switching. However, the present invention is not limited to simultaneous off. The auxiliary switch S 2 may be turned off before the main switch S 1 when the current changes.

モード6(図7のMODE6)では、t3において、出力ダイオードD5がオンし、主リアクトルL1,L2に蓄えられたエネルギーが負荷へ供給される。t4で補助スイッチS2が再びオンし、モード1より次サイクルが開始される。In mode 6 (MODE 6 in FIG. 7), at t3, the output diode D 5 is turned on, the main reactor L 1, the energy stored in L 2 is supplied to the load. auxiliary switch S 2 is turned on again at t4, the next cycle starts from the mode 1.

以上のようにして、主スイッチ・補助スイッチともにソフトスイッチングで動作し、出力ダイオードD5の逆回復電流による過電流、過電圧が発生しない。As described above, operate in soft switching in the main switch auxiliary switch both overcurrent by reverse recovery current of the output diode D 5, the overvoltage does not occur.

以下、本発明のチョッパ回路の他の形態について、図9〜図19を用いて説明する。   Hereinafter, other embodiments of the chopper circuit of the present invention will be described with reference to FIGS.

図9は、第2の形態例を説明するための回路図である。なお、ここでは、図1に示す形態を第1の形態例とする。第2の形態例は、補助スイッチS2として逆阻止IGBTに代えて、通常のが逆並列ダイオード付きIGBTとダイオードD3との直列接続を用いた例であり、第1の形態例と同様に動作する。FIG. 9 is a circuit diagram for explaining the second embodiment. Here, the embodiment shown in FIG. 1 is a first embodiment. The second embodiment, instead of the reverse blocking IGBT as auxiliary switch S 2, an example of using a series connection of normally of the antiparallel diode with IGBT and the diode D 3, as in the first embodiment Operate.

図10〜図12は、第3〜第5の形態例を説明するための回路図である。第4〜第6の形態例は、主リアクトルL1,L2を相互インダクタンスを持つ結合リアクトルで一体に構成する例であり、第1の形態例とほぼ同様に動作する。10 to 12 are circuit diagrams for explaining the third to fifth embodiments. The fourth to sixth embodiments are examples in which the main reactors L 1 and L 2 are integrally formed by a coupled reactor having a mutual inductance, and operate in substantially the same manner as the first embodiment.

結合インダクタンスによる形態では、補助スイッチS2をオンすると、相互インダクタンスの作用で、主リアクトルL1への出力ダイオードD5のキャリア消滅に必要な電荷が流れ、その分、電流の減少が早まるので、補助スイッチS2と主スイッチS1間の時間差を少なくすることができ、結合がない場合と比較して、共振期間を短縮することができる。In the form according to coupling inductance, when turning on the auxiliary switch S 2, by the action of mutual inductance, charge required for carrier disappearance of the output diode D 5 to the main reactor L 1 flows, correspondingly, the decrease in current is accelerated, auxiliary switch S 2 and it is possible to reduce the time difference between the main switch S 1, as compared with the case binding is not, it is possible to reduce the resonance period.

なお、図13は結合リアクトルを用いた形態での主スイッチS1の電圧電流特性を示し、図14は結合リアクトルを用いた形態での補助スイッチS2の電圧電流特性を示し、図15は結合リアクトルを用いた形態での出力ダイオードD5の電圧電流特性を示し、また、図16は結合リアクトルを用いた形態での全体波形を示している。13 shows the voltage / current characteristics of the main switch S 1 in the form using the coupling reactor, FIG. 14 shows the voltage / current characteristics of the auxiliary switch S 2 in the form using the coupling reactor, and FIG. shows the voltage-current characteristic of the output diode D 5 in the form using the reactor, also, FIG. 16 shows the entire waveform in the form using the coupling reactor.

図13に示す主スイッチS1の電圧電流特性において、主スイッチS1のターンオン時では、電圧101がほぼ零電圧となった後に電流201が発生し、また、ターンオフ時では、電流102がほぼ零電流となる状態で電圧202が立ち上がっている。In the voltage-current characteristics of the main switch S 1 shown in FIG. 13, the time of turn-on of the main switch S 1, the current 201 is generated after the voltage 101 becomes substantially zero voltage, and in time of turn off, current 102 is substantially zero The voltage 202 rises in a state of current.

図14に示す補助スイッチS2の電圧電流特性では、補助スイッチS2は、主スイッチS1よりわずかに早いタイミングの少ない時間差で動作している。図15に示す出力ダイオードD5の電圧電流特性では、補助スイッチS2のオンによって蓄積電荷が主リアクトル側に流れ、電圧103、電流203の特性を示す。なお、図15は、図13〜図14を合わせて示している。The voltage-current characteristic of the auxiliary switch S 2 shown in FIG. 14, the auxiliary switch S 2 is operating with a small time difference of slightly earlier timing than the main switch S 1. In the voltage-current characteristic of the output diode D 5 shown in FIG. 15, the stored charge flows to the main reactor side when the auxiliary switch S 2 is turned on, and shows the characteristics of the voltage 103 and the current 203. FIG. 15 also shows FIGS. 13 to 14.

図17は、第6の形態例を説明するための回路図である。前記した各形態では、すべての負荷条件に亘ってソフトスイッチングで動作するとは限らず、モードによっては一部ハードスイッチングとなる。この場合には、補助回路に電流が流れるため、従来のハードスイッチングよりも効率が低下する場合があり得る。   FIG. 17 is a circuit diagram for explaining the sixth embodiment. In each form mentioned above, it does not operate | move by soft switching over all load conditions, and it becomes a part hard switching depending on the mode. In this case, since current flows through the auxiliary circuit, the efficiency may be lower than that of conventional hard switching.

そこで、ソフトスイッチングにための補助回路をゲートブロックして、ある期間のみ、零電圧零電流動作を一時的に停止させ、主スイッチのみによるハードスイッチングを併用する制御としてもよい。   Therefore, an auxiliary circuit for soft switching may be gate-blocked so that the zero voltage zero current operation is temporarily stopped only for a certain period, and hard switching using only the main switch is also used.

図17に示す回路例は、このハードスイッチングとソフトスイッチングとを併用する場合の例であり、スナバコンデンサC1に出力クランプダイオードD6を追加する。この場合には、図18に示すハードスイッチング動作波形と、図19に示すソフトスイッチング動作波形との間で変化する。なお、図18のハードスイッチングは、補助スイッチS2を一時停止させることで行い、図19のソフトスイッチングは補助スイッチS2を動作させることで行う。The circuit example shown in FIG. 17 is an example in which both hard switching and soft switching are used together, and an output clamp diode D 6 is added to the snubber capacitor C 1 . In this case, it changes between the hard switching operation waveform shown in FIG. 18 and the soft switching operation waveform shown in FIG. Note that hard switching in FIG. 18, the auxiliary switch S 2 is performed by temporarily stopping, soft switching of FIG. 19 is performed by operating the auxiliary switch S 2.

なお、図18(a)は、補助スイッチS2を停止させた場合における主スイッチS1の電圧101と電流102を示し、図18(b)は、補助スイッチS2を停止させた場合における補助スイッチS2の電圧201と電流202を示している。また、図19(a)は、補助スイッチS2を停止させた場合における主スイッチS1の電圧101と電流102を示し、図18(b)は、補助スイッチS2を動作させた場合における補助スイッチS2の電圧201と電流202を示している。Incidentally, FIG. 18 (a), the auxiliary switch S 2 a shows the voltage 101 and current 102 of the main switch S 1 in the case of stopping, FIG. 18 (b), aid in the case where the auxiliary switch S 2 is stopped The voltage 201 and current 202 of the switch S 2 are shown. Further, FIG. 19 (a), the auxiliary switch S 2 a shows the voltage 101 and current 102 of the main switch S 1 in the case of stopping, FIG. 18 (b), aid in the case of operating the auxiliary switch S 2 The voltage 201 and current 202 of the switch S 2 are shown.

本発明のチョッパ回路を前記した昇圧型以外に、降圧型、昇圧型、昇降圧型、CUK型、SEPIC型、ZETA型、昇降圧型に適用することができる。   Besides the step-up type described above, the chopper circuit of the present invention can be applied to a step-down type, a step-up type, a step-up / step-down type, a CUK type, a SEPIC type, a ZETA type, and a step-up / step-down type.

図20は、本発明のチョッパ回路を降圧型(図20(a))、昇圧型(図20(b))、昇降圧型(図20(c))、CUK型(図20(d))、SEPIC型(図20(e))、ZETA型(図20(f))に適用した回路例を示し、図21は昇降圧型に適用した回路例を示している。   20 shows a step-down type (FIG. 20A), a step-up type (FIG. 20B), a step-up / step-down type (FIG. 20C), a CUK type (FIG. 20D), FIG. 21 shows a circuit example applied to the SEPIC type (FIG. 20E) and ZETA type (FIG. 20F), and FIG. 21 shows a circuit example applied to the step-up / step-down type.

図21に示す昇降圧型の回路例は、図20(a)に示す降圧型の回路と、図20(b)に示す昇圧型の回路を一体化したものと等価であり、一方の主スイッチS1の一方の極を直流電源E1の高電位側端子に接続し、他方の主スイッチS1´の一方の極を直流電源E1の低電位側端子に接続し、両主スイッチS1,S1´の他方の極を接続してなる2つの主スイッチS1, S1´の直列接続体と、各主スイッチS1, S1´の両極間に接続した、スナバダイオードD1,D1´とスナバコンデンサC1,C1´の2つの直列接続体と、一端を2つの主スイッチS1, S1´の接続点に接続し、他端を直流電源の端子に接続した、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルL1,L2の直列接続体と、スナバダイオードD1とスナバコンデンサC1と接続点と主リアクトルL1,L2の直列接続体の接続点との間を接続した補助スイッチS2と、スナバダイオードD1´とスナバコンデンサC1´と接続点と主リアクトルL1,L2の直列接続体の接続点との間を接続した補助スイッチS2´とを備える。The step-up / step-down circuit example shown in FIG. 21 is equivalent to the integration of the step-down type circuit shown in FIG. 20A and the step-up type circuit shown in FIG. One pole of 1 is connected to the high potential side terminal of the DC power supply E 1 , one pole of the other main switch S 1 ′ is connected to the low potential side terminal of the DC power supply E 1 , and both main switches S 1 , a series connection of S 1 'the other formed by connecting pole two main switches S 1 of, S 1', and connected between the two electrodes of each of the main switches S 1, S 1 ', snubber diode D 1, D 1 'and two snubber capacitors C 1 and C 1 ' in series, one end connected to the connection point of the two main switches S 1 and S 1 ', and the other end connected to the DC power supply terminal to one in series connection of two main reactor which is divided into two constituting a reactor L 1, L 2, a connection point between a snubber diode D 1 and the snubber capacitor C 1 and Sri A vector L 1, auxiliary switch S 2 connected between the connection point of the series connection of L 2, the series connection of the snubber diode D 1 'and the snubber capacitor C 1' and the connection point and the main reactor L 1, L 2 And an auxiliary switch S 2 ′ connected to the connection point of the body.

上記したいずれの回路構成においても、第1の形態と同様に、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルと、一方の極を前記主リアクトルの直列接続体の一端に接続し、他方の極を直流電源の一方の電圧端子に直接に接続した主スイッチと、主スイッチの両極間に接続した、スナバダイオードとスナバコンデンサの直列接続体と、スナバダイオードとスナバコンデンサとの接続点と、2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間に接続した補助スイッチとを備えた構成の点では共通している。   In any of the circuit configurations described above, as in the first embodiment, two main reactors that are equally divided into two reactors and one pole are connected to one end of the series connection body of the main reactors. A main switch with the other pole connected directly to one voltage terminal of the DC power source, a series connection of a snubber diode and a snubber capacitor connected between both poles of the main switch, and a connection between the snubber diode and the snubber capacitor This point is common in that it includes an auxiliary switch connected between the point and the connection point of the series connection body of the two main reactors.

また、本発明は以下に示す形態(第7の形態〜第14の形態)とすることもできる。   Moreover, this invention can also be set as the form (seventh form-14th form) shown below.

第7の形態は、図22に示すように、スナバコンデンサとスナバダイオードの直列接続体を設けずに、主スイッチS1の並列に非常に小さなスナバコンデンサC1を接続し、また、回生リアクトルLxを別置きで備える構成であり、効率を向上させることができる。また、スナバコンデンサC1の容量は非常に小さくすることができるため、電圧が残留するモードであっても、動作させることができる。In the seventh embodiment, as shown in FIG. 22, a very small snubber capacitor C 1 is connected in parallel with the main switch S 1 without providing a series connection body of a snubber capacitor and a snubber diode, and the regenerative reactor L This is a configuration in which x is provided separately, and the efficiency can be improved. Furthermore, since the capacitance of the snubber capacitor C 1 may be very small, even in the mode in which the voltage remains, it can be operated.

第8、9の形態は、図23,24に示すように、前記したスナバコンデンサを削除し、代わりに主スイッチS1の浮遊容量を用いてソフトスイッチングを行う構成である。主スイッチS1の半導体デバイスの浮遊容量を利用することで、2つのスイッチ素子と主リアクトルの3要素だけでソフトスイッチングを行うことができ、効率を高めることができる。なお、図24に示す第9の形態は、回生リアクトルLxを別置きした構成例である。In the eighth and ninth embodiments, as shown in FIGS. 23 and 24, the above-described snubber capacitor is deleted, and soft switching is performed using the stray capacitance of the main switch S 1 instead. By utilizing the stray capacitance of the semiconductor device of the main switch S 1, it is possible to perform soft switching with only three elements of the two switching elements main reactor, efficiency can be enhanced. Note that the ninth embodiment shown in FIG. 24 is a configuration example in which the regenerative reactor L x is separately provided.

第10の形態は、図25に示すように、従来のスナバダイオードを削除し、スナバコンデンサC1と補助スイッチS2のみの回路とするものであり、部品点数を削減し、効率を高めることができる。また、スナバコンデンサC1は、充電電圧が残留している状態から主スイッチS1がターンオンしても、主スイッチS1の半導体デバイスが破損しない程度の非常にちいさな容量とすることができる。In the tenth embodiment, as shown in FIG. 25, the conventional snubber diode is eliminated, and only the snubber capacitor C 1 and the auxiliary switch S 2 are used, thereby reducing the number of components and increasing the efficiency. it can. Also, the snubber capacitor C 1 is also the main switch S 1 is turned on from a state in which the charging voltage is left, it is possible to semiconductor devices of the main switch S 1 is a very small capacitance so as not to damage.

第11の形態は、前記第10の形態と同様に、図26に示すように、従来のスナバダイオードを削除し、スナバコンデンサC1と補助スイッチS2のみの回路とするものであり、部品点数を削減し、効率を高めることができる。As in the tenth embodiment, in the eleventh embodiment, as shown in FIG. 26, the conventional snubber diode is deleted, and a circuit having only the snubber capacitor C 1 and the auxiliary switch S 2 is provided. Can be reduced and efficiency can be increased.

この第11の形態では、主リアクトルL2に電流が残留している状態で補助スイッチS2をオフした時、発生する過電圧を防止するために、ダイオードD4を追加している。In the eleventh embodiment, when the current in the main reactor L 2 is turned off the auxiliary switch S 2 while remaining, in order to prevent overvoltage, it is adding diode D 4.

なお、第10の形態では、補助スイッチS2の最小オン時間を設けることによって、ダイオードD4を削除することができる。In the tenth embodiment, by providing the minimum on time of the auxiliary switch S 2, it is possible to remove the diode D 4.

第12の形態は、図27に示すように、ソフトスイッチングとハードスイッチングを切り替えるゲート制御を行う形態であり、スナバコンデンサC1に電圧が残留するモード(昇圧率が2以下)では、補助スイッチS2をゲートブロックして、主スイッチS1によるハードスイッチングを行い、効率が高くなる領域(昇圧率が2以上)ではソフトスイッチングを行う。In the twelfth mode, as shown in FIG. 27, gate control for switching between soft switching and hard switching is performed. In the mode in which the voltage remains in the snubber capacitor C 1 (boost rate is 2 or less), the auxiliary switch S 2 and gate block performs hard switching by the main switch S 1, the efficiency is increased region (the step-up ratio is 2 or higher) performing the soft switching.

なお、図27において、301はハードスイッチングの場合を示し、302は本発明において、ハードスイッチングとソフトスイッチングを併用した場合を示している。   In FIG. 27, 301 indicates the case of hard switching, and 302 indicates the case of using both hard switching and soft switching in the present invention.

このソフトスイッチングとハードスイッチングは、前記した各形態に適用することができる。   This soft switching and hard switching can be applied to the above-described embodiments.

第13の形態は、図28に示すように、前記した第7の形態〜第12の形態の主リアクトルL1,L2を直流電源の低電位側に配置する形態である。また、第14の形態は、図29に示すように、前記した第1の形態〜第16の形態のスナバダイオードD1を備える構成において、主リアクトルL1,L2を直流電源の低電位側に配置する形態である。In the thirteenth mode, as shown in FIG. 28, the main reactors L 1 and L 2 of the seventh to twelfth modes are arranged on the low potential side of the DC power supply. As shown in FIG. 29, in the fourteenth embodiment, the main reactors L 1 and L 2 are connected to the low potential side of the DC power supply in the configuration including the snubber diode D 1 of the first to sixteenth embodiments. It is a form arrange | positioned.

なお、本発明のチョッパ回路では、主スイッチS1の高電位側に配線部や低電位側の配線部に微小の配線インダクタンスが生じ、これらの影響によって、スナバコンデンサが出力電圧より若干上昇したり、高周波振動が生じる場合があるが、本発明はこのような寄生回生現象を伴っても有効に動作するものである。In the chopper circuit of the present invention, the wiring inductance of the minute are produced in the wiring portion of the high-potential side of the main switch S 1 wiring portion and the low potential side, by these effects, some or higher than snubber capacitor output voltage Although high-frequency vibration may occur, the present invention operates effectively even with such a parasitic regeneration phenomenon.

なお、以下の表は、昇圧型の場合を例とした場合の効率を比較したものである。   The following table compares the efficiency when the boost type is taken as an example.

また、本発明のチョッパ回路では、補助スイッチを主スイッチよりわずかに早くオンさせることでソフトスイッチングを行うが、主スイッチと補助スイッチを同時にもしくは補助スイッチを主スイッチよりも後にオンさせることでターンオンのソフトスイッチングを行わず、回生動作のみを行うように動作させることもできる。   Further, in the chopper circuit of the present invention, soft switching is performed by turning on the auxiliary switch slightly earlier than the main switch, but turning on by turning on the auxiliary switch at the same time or after the main switch is performed. It is also possible to operate so as to perform only the regenerative operation without performing soft switching.

また、本発明のチョッパ回路は、主スイッチと補助スイッチを直並列接続して構成する他に、電源システム全体を多重化構成としてもよい。   The chopper circuit of the present invention may be configured by multiplexing the entire power supply system in addition to the main switch and auxiliary switch connected in series and parallel.

また、本発明のチョッパ回路の主リアクトルは分割構造としても、一体構造としてもよい。   Further, the main reactor of the chopper circuit of the present invention may have a split structure or an integral structure.

また、本発明のチョッパ回路において、主スイッチの逆並列ダイオードは、零電圧零電流のソフトスイッチングを行わない場合には、削除してもよい。   In the chopper circuit of the present invention, the antiparallel diode of the main switch may be deleted when soft switching of zero voltage and zero current is not performed.

また、本発明のチョッパ回路において、入力電源に回生する電流リプル吸収能力がある場合には、入力平滑コンデンサを削除してもよい。   Further, in the chopper circuit of the present invention, the input smoothing capacitor may be deleted when the input power supply has a current ripple absorption capability.

なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。   The present invention is not limited to the embodiments described above. Various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

なお、本発明のチョッパ回路において、補助スイッチは逆阻止IGBTのみに限定されるものではない。ダイオードと逆耐圧のないIGBTの直列回路もしくは、ダイオードと逆並列ダイオード付きIGBTの直列回路であってもよい。   In the chopper circuit of the present invention, the auxiliary switch is not limited to the reverse blocking IGBT. A series circuit of an IGBT having no reverse breakdown voltage with a diode or a series circuit of an IGBT with a diode and an antiparallel diode may be used.

本発明のチョッパ回路は、燃料電池自動車に限らず、半導体電力変換装置を用いる分野に適用することができる。   The chopper circuit of the present invention can be applied not only to a fuel cell vehicle but also to a field using a semiconductor power converter.

Claims (19)

等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルと、
一方の極を前記主リアクトルの直列接続体の一端に接続し、他方の極を直流電源の一方の電圧端子に直接に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続した、スナバダイオードとスナバコンデンサの直列接続体と、
前記スナバダイオードとスナバコンデンサとの接続点と、前記2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間に接続した補助スイッチとを備え、
当該補助スイッチは、スナバコンデンサの電圧を零電圧とすることにより主スイッチのターオン時の電圧を零電圧とすることを特徴とする、チョッパ回路。
Two main reactors that are divided into two, equivalently constituting one reactor,
A main switch in which one pole is connected to one end of the series connection body of the main reactor, and the other pole is directly connected to one voltage terminal of the DC power supply;
A series connection body of a snubber diode and a snubber capacitor connected between both poles of the main switch,
An auxiliary switch connected between the connection point of the snubber diode and the snubber capacitor and the connection point of the series connection body of the two main reactors,
The auxiliary switch has a snubber capacitor voltage of zero voltage so that the voltage of the main switch when turning on is zero voltage.
前記チョッパ回路は、降圧型、昇圧型、昇降圧型、CUK型、SEPIC型、ZETA型の何れかであることを特徴とする請求項1に記載のチョッパ回路。   2. The chopper circuit according to claim 1, wherein the chopper circuit is any one of a step-down type, a step-up type, a step-up / step-down type, a CUK type, a SEPIC type, and a ZETA type. 一端を直流電源の高電位側端子に接続した、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルの直列接続体と、
一方の極を前記主リアクトルの直列接続体の他端に接続し、他方の極を前記直流電源の低電圧端子に直接に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続した、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、
前記主スイッチの両極間に接続した、スナバダイオードとスナバコンデンサの直列接続体と、
前記スナバダイオードとスナバコンデンサとの接続点と、前記2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間に接続した補助スイッチとを備え、
当該補助スイッチは、スナバコンデンサの電圧を零電圧とすることにより主スイッチのターオン時の電圧を零電圧とすることを特徴とする、チョッパ回路。
A series connection of two main reactors divided into two, equivalently constituting one reactor, one end of which is connected to the high potential side terminal of the DC power source;
A main switch in which one pole is connected to the other end of the series connection body of the main reactor, and the other pole is directly connected to a low voltage terminal of the DC power supply;
A series connection body of an output diode and an output smoothing capacitor connected between both poles of the main switch,
A series connection body of a snubber diode and a snubber capacitor connected between both poles of the main switch,
An auxiliary switch connected between the connection point of the snubber diode and the snubber capacitor and the connection point of the series connection body of the two main reactors,
The auxiliary switch has a snubber capacitor voltage of zero voltage so that the voltage of the main switch when turning on is zero voltage.
前記補助スイッチは、ターンオン時に、出力ダイオードに蓄積される電荷を、前記2つの主リアクトルの内の直流電源側の主リアクトルに、当該主リアクトルの主電流と逆方向に通流して、前記直流電源に回生することを特徴とする、請求項3に記載のチョッパ回路。   The auxiliary switch causes the electric charge accumulated in the output diode to flow through the main reactor on the DC power source side of the two main reactors in a direction opposite to the main current of the main reactor at the time of turn-on. The chopper circuit according to claim 3, wherein the chopper circuit is regenerated. 前記主スイッチは、ターンオン時に、当該スナバコンデンサと直流電源側に接続した主リアクトルとの回生共振によって、スナバコンデンサに蓄積された電荷を、前記2つの主リアクトルの内の直流電源側の主リアクトルに、当該主リアクトルの主電流と逆方向に通流して、前記直流電源に回生することを特徴とする、請求項3に記載のチョッパ回路。   When the main switch is turned on, the regenerative resonance between the snubber capacitor and the main reactor connected to the DC power source side causes the charge accumulated in the snubber capacitor to be transferred to the main reactor on the DC power source side of the two main reactors. 4. The chopper circuit according to claim 3, wherein the chopper circuit is regenerated to the DC power source by flowing in a direction opposite to the main current of the main reactor. 前記補助スイッチをオン動作させた後に主スイッチをオン動作させることによって、主スイッチを零電圧かつ零電流の状態からオン動作させることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載のチョッパ回路。   6. The chopper according to claim 1, wherein the main switch is turned on from a zero voltage and zero current state by turning on the main switch after the auxiliary switch is turned on. circuit. 前記主リアクトルは、相互インダクタンスを持つ結合リアクトルにより一体に構成することを特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載のチョッパ回路。   The chopper circuit according to any one of claims 1 to 6, wherein the main reactor is integrally formed by a coupled reactor having a mutual inductance. 前記スナバコンデンサと出力コンデンサとの間に出力クランプダイオードを備えることを特徴とする、請求項3に記載のチョッパ回路。   The chopper circuit according to claim 3, further comprising an output clamp diode between the snubber capacitor and the output capacitor. 一端を直流電源の一方の端子に接続した主リアクトルと、
一方の極を前記主リアクトルの他端に接続し、他方の極を前記直流電源の低電圧端子に直接に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続した、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、
前記主スイッチの両極間に接続したコンデンサ、
前記コンデンサの高電位側と直流電源の高電位側端子との間に接続した回生リアクトルと補助スイッチとの直列接続体を備えることを特徴とするチョッパ回路。
A main reactor having one end connected to one terminal of a DC power supply;
A main switch having one pole connected to the other end of the main reactor and the other pole connected directly to the low voltage terminal of the DC power supply;
A series connection body of an output diode and an output smoothing capacitor connected between both poles of the main switch,
A capacitor connected between both poles of the main switch;
A chopper circuit comprising a series connection body of a regenerative reactor and an auxiliary switch connected between a high potential side of the capacitor and a high potential side terminal of a DC power source.
一端を直流電源の一方の端子に接続した、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルの直列接続体と、
一方の極を前記主リアクトルの直列接続体の他端に接続し、他方の極を前記直流電源の低電圧端子に直接に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続した、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、
前記主スイッチと前記主リアクトルの直列接続体の他端との接続点と、前記2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間に直接に接続した補助スイッチとを備えることを特徴とするチョッパ回路。
A serially connected body of two divided main reactors, one end of which is connected to one terminal of a DC power source and equivalently constitutes one reactor;
A main switch in which one pole is connected to the other end of the series connection body of the main reactor, and the other pole is directly connected to a low voltage terminal of the DC power supply;
A series connection body of an output diode and an output smoothing capacitor connected between both poles of the main switch,
An auxiliary switch directly connected between a connection point between the main switch and the other end of the series connection body of the main reactor and a connection point of the series connection body of the two main reactors is provided. Chopper circuit.
一端を直流電源の一方の端子に接続した主リアクトルと、
一方の極を前記主リアクトルの他端に接続し、他方の極を前記直流電源の低電圧端子に直接に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続した、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、
前記主スイッチと前記主リアクトルの直列接続体の他端との接続点と、直流電源の高電位側端子との間に接続した回生リアクトルと補助スイッチとの直列接続体を備えることを特徴とするチョッパ回路。
A main reactor having one end connected to one terminal of a DC power supply;
A main switch having one pole connected to the other end of the main reactor and the other pole connected directly to the low voltage terminal of the DC power supply;
A series connection body of an output diode and an output smoothing capacitor connected between both poles of the main switch,
A series connection body of a regenerative reactor and an auxiliary switch connected between a connection point between the main switch and the other end of the series connection body of the main reactor and a high potential side terminal of a DC power supply is provided. Chopper circuit.
一端を直流電源の一方の端子に接続した、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルの直列接続体と、
一方の極を前記主リアクトルの他端に接続し、他方の極を前記直流電源の低電圧端子に直接に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続した、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、
前記主スイッチの両極間を直接に接続するコンデンサと、
前記コンデンサの高電位側と前記2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間に接続した補助スイッチとを備えることを特徴とするチョッパ回路。
A serially connected body of two divided main reactors, one end of which is connected to one terminal of a DC power source and equivalently constitutes one reactor;
A main switch having one pole connected to the other end of the main reactor and the other pole connected directly to the low voltage terminal of the DC power supply;
A series connection body of an output diode and an output smoothing capacitor connected between both poles of the main switch,
A capacitor for directly connecting both poles of the main switch;
A chopper circuit comprising an auxiliary switch connected between a high potential side of the capacitor and a connection point of a series connection body of the two main reactors.
前記補助スイッチのゲート制御によって、前記主スイッチをハードスイッチングとソフトスイッチングを切り替えることを特徴とする請求項9乃至12の何れかに記載のチョッパ回路。   13. The chopper circuit according to claim 9, wherein the main switch is switched between hard switching and soft switching by gate control of the auxiliary switch. 一端を直流電源の一方の端子に接続した、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルの直列接続体と、
一方の極を前記主リアクトルの直列接続体の他端に接続し、他方の極を前記直流電源の低電圧端子に直接に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続した、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、
前記主スイッチの両極間スナバコンデンサと、
前記スナバコンデンサの高電位との接続点と、前記2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間を直接に接続する補助スイッチとを備えることを特徴とするチョッパ回路。
A serially connected body of two divided main reactors, one end of which is connected to one terminal of a DC power source and equivalently constitutes one reactor;
A main switch in which one pole is connected to the other end of the series connection body of the main reactor, and the other pole is directly connected to a low voltage terminal of the DC power supply;
A series connection body of an output diode and an output smoothing capacitor connected between both poles of the main switch,
A snubber capacitor between both poles of the main switch;
A chopper circuit comprising: an auxiliary switch that directly connects a connection point between the snubber capacitor and the high potential of the snubber capacitor and a connection point between the two main reactors in series.
前記主リアクトルは、直流電源の高電位側又は低電位側に設けることを特徴とする請求項9乃至14の何れかに記載のチョッパ回路。   15. The chopper circuit according to claim 9, wherein the main reactor is provided on a high potential side or a low potential side of a DC power source. 一端を直流電源の低電位側端子に接続した、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルの直列接続体と、
一方の極を前記主リアクトルの直列接続体の他端に直接に接続し、他方の極を前記直流電源の高電圧端子に直接に接続した主スイッチと、
前記主スイッチの両極間に接続した、出力ダイオードと出力平滑コンデンサとの直列接続体と、
前記主スイッチの両極間に接続した、スナバダイオードとスナバコンデンサの直列接続体と、
前記スナバダイオードとスナバコンデンサとの接続点と、前記2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間を直接に接続する補助スイッチとを備えることを特徴とする、チョッパ回路。
A series connection of two main reactors divided into two, which equivalently constitutes one reactor, with one end connected to the low potential side terminal of the DC power supply;
A main switch in which one pole is directly connected to the other end of the series connection body of the main reactor, and the other pole is directly connected to a high voltage terminal of the DC power supply;
A series connection body of an output diode and an output smoothing capacitor connected between both poles of the main switch,
A series connection body of a snubber diode and a snubber capacitor connected between both poles of the main switch,
A chopper circuit, comprising: an auxiliary switch that directly connects a connection point between the snubber diode and the snubber capacitor and a connection point of the series connection body of the two main reactors.
一方の主スイッチの一方の極を直流電源の高電位側端子に接続し、他方の主スイッチの一方の極を直流電源の低電位側端子に接続し、両主スイッチの他方の極を接続してなる2つの主スイッチの直列接続体と、
前記各主スイッチの両極間に、直流電源の高電位から低電位に向かって順方向に接続するスナバダイオードとスナバコンデンサの2つの直列接続体と、
一端を前記2つの主スイッチの接続点に接続し、他端を直流電源の端子に接続した、等価的に1つのリアクトルを構成する2分割した2つの主リアクトルの直列接続体と、
前記スナバダイオードとスナバコンデンサとの2つの接続点と、前記2つの主リアクトルの直列接続体の接続点との間をそれぞれに接続した2つの補助スイッチとを備えることを特徴とする、チョッパ回路。
Connect one pole of one main switch to the high potential side terminal of the DC power supply, connect one pole of the other main switch to the low potential side terminal of the DC power supply, and connect the other pole of both main switches. A series connection of two main switches
Two series connection bodies of a snubber diode and a snubber capacitor connected in the forward direction from the high potential of the DC power source to the low potential between both poles of each main switch,
A series connection of two main reactors divided into two to constitute one reactor equivalently, one end connected to the connection point of the two main switches and the other end connected to a terminal of a DC power source;
A chopper circuit, comprising two auxiliary switches respectively connected between two connection points of the snubber diode and the snubber capacitor and a connection point of the series connection body of the two main reactors.
主スイッチの両極間にスナバダイオードとスナバコンデンサの直列接続体を接続し、主スイッチの一方の極を2つの主リアクトルの直列接続体もしくは等価的に2つのインダクタンスを直列接続した1つの主リアクトルの一端およびダイオードの一方の極に接続し、主スイッチの他方の極を直流電源の一方の電圧端子に直接接続し、前記出力ダイオードの他方の極に負荷が接続された構成であって、
前記スナバダイオードをスナバコンデンサとの接続点と前記主リアクトルの直列接続体の接続点もしくは2つのインダクタンスの接続点との間に接続した補助スイッチとを備え、
主スイッチのターンオン前に、補助スイッチを主リアクトルによりソフトスイッチングでターンオンさせ、蓄積電荷を消してソフトスイッチングで前記ダイオードの逆阻止特性を回復させた後の前記スナバコンデンサと主リアクトルの共振動作により主スイッチをソフトスイッチングでターンオンし、
主スイッチは前記スナバコンデンサによりソフトスイッチングでターンオフさせ、
補助スイッチは零電流でソフトスイッチングでターンオフさせることを特徴とするチョッパ回路。
A series connection of a snubber diode and a snubber capacitor is connected between the poles of the main switch, and one pole of the main switch is connected to a series connection of two main reactors or two inductances in series. One end and one pole of a diode, the other pole of the main switch is directly connected to one voltage terminal of a DC power supply, and a load is connected to the other pole of the output diode,
An auxiliary switch in which the snubber diode is connected between a connection point of a snubber capacitor and a connection point of a series connection body of the main reactor or a connection point of two inductances;
Before the main switch is turned on, the auxiliary switch is turned on by the soft switching by the main reactor, the stored charge is extinguished, and the reverse blocking characteristic of the diode is restored by the soft switching, so that the main operation is performed by the resonance operation of the snubber capacitor and the main reactor. Turn on the switch with soft switching,
The main switch is turned off by soft switching by the snubber capacitor,
The chopper circuit is characterized in that the auxiliary switch is turned off by soft switching at zero current.
前記補助スイッチは、逆並列ダイオード付きIGBTとダイオードの直列接続で構成することを特徴とする請求項1に記載のチョッパ回路。   2. The chopper circuit according to claim 1, wherein the auxiliary switch includes a series connection of an IGBT with an antiparallel diode and a diode.
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