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JP2010004704A - Dc-dc converter - Google Patents

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JP2010004704A
JP2010004704A JP2008163257A JP2008163257A JP2010004704A JP 2010004704 A JP2010004704 A JP 2010004704A JP 2008163257 A JP2008163257 A JP 2008163257A JP 2008163257 A JP2008163257 A JP 2008163257A JP 2010004704 A JP2010004704 A JP 2010004704A
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Japan
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switch
winding
transformer
reactor
diode
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Application number
JP2008163257A
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Japanese (ja)
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Hideki Asuke
英樹 足助
Hideji Takano
秀治 高野
Mamoru Tsuruya
守 鶴谷
Masayoshi Yamamoto
真義 山本
Takahiro Kawashima
崇広 川島
Shigeyuki Funabiki
繁之 舩曳
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Shimane University
Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Shimane University
Sanken Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】巻き上げ巻線の巻数を増やさず必要な昇圧比を得る。
【解決手段】直流電源Viの両端に1次巻線1aと第1リアクトルLr1とを介して接続される第1スイッチTr1、1次巻線2aと第2リアクトルLr2とを介して接続される第2スイッチTr2、第1リアクトルと第1スイッチTr1との直列回路の両端に接続され巻き上げ巻線1bとダイオードD1と平滑コンデンサCoとの直列回路、第1リアクトルと第1スイッチTr1との接続点と平滑コンデンサCoの一端とに接続されたダイオードD2、第2リアクトルLr2と第2スイッチTr2との直列回路の両端に接続され巻き上げ巻線2bとダイオードD3と平滑コンデンサCoとの直列回路、第2リアクトルLr2と第2スイッチTr2との接続点と平滑コンデンサCoの一端とに接続されたダイオードD4、2次巻線1cと2次巻線2cとの直列回路両端に接続される第3リアクトルL1、制御回路10を有す。
【選択図】図1
A step-up ratio is obtained without increasing the number of windings of a winding.
A first switch Tr1 connected to both ends of a DC power source Vi via a primary winding 1a and a first reactor Lr1, and a first switch 2 connected via a first winding 2a and a second reactor Lr2. Two switches Tr2, a series circuit of a winding 1b, a diode D1, and a smoothing capacitor Co connected to both ends of a series circuit of the first reactor and the first switch Tr1, and a connection point of the first reactor and the first switch Tr1 A diode D2 connected to one end of the smoothing capacitor Co, a series circuit of a winding 2b, a diode D3, and a smoothing capacitor Co connected to both ends of a series circuit of the second reactor Lr2 and the second switch Tr2, a second reactor Diode D4, secondary winding 1c and secondary connected to the connection point between Lr2 and second switch Tr2 and one end of smoothing capacitor Co The third reactor L1 is connected in series circuit across the line 2c, having a control circuit 10.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、昇圧チョッパ回路からなるDC−DCコンバータに関し、特に電気自動車に適用されるDC−DCコンバータに関する。   The present invention relates to a DC-DC converter including a step-up chopper circuit, and more particularly to a DC-DC converter applied to an electric vehicle.

図5は従来のDC−DCコンバータの回路構成図である。昇圧型のDC−DCコンバータは、直流電源Vdc1、トランスT3,T4、リアクトルL3、スイッチQ1,Q2、ダイオードD3,D4、平滑コンデンサC1及び制御回路100を有する。   FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a conventional DC-DC converter. The step-up DC-DC converter includes a DC power supply Vdc1, transformers T3 and T4, a reactor L3, switches Q1 and Q2, diodes D3 and D4, a smoothing capacitor C1, and a control circuit 100.

トランスT3は、1次巻線5a(巻数np)と、1次巻線5aに直列に接続された巻き上げ巻線5b(巻数np1)と、1次巻線5a及び巻き上げ巻線5bに電磁結合する2次巻線5c(巻数ns)とを有する。トランスT4は、トランスT3と同一に構成され、1次巻線6a(巻数np)と、1次巻線6aに直列に接続された巻き上げ巻線6b(巻数np1)と、1次巻線6a及び巻き上げ巻線6bに電磁結合する2次巻線6c(巻数ns)とを有する。   The transformer T3 is electromagnetically coupled to the primary winding 5a (number of turns np), the winding 5b (number of turns np1) connected in series to the primary winding 5a, the primary winding 5a, and the winding 5b. Secondary winding 5c (number of turns ns). The transformer T4 is configured in the same manner as the transformer T3, and includes a primary winding 6a (number of turns np), a winding winding 6b (number of turns np1) connected in series to the primary winding 6a, a primary winding 6a, and A secondary winding 6c (number of turns ns) that is electromagnetically coupled to the winding 6b is provided.

直流電源Vdc1の両端にはトランスT3の1次巻線5aを介してMOSFET等からなるスイッチQ1のドレイン−ソース間が接続されている。直流電源Vdc1の両端にはトランスT4の1次巻線6aを介してMOSFET等からなるスイッチQ2のドレイン−ソース間が接続されている。トランスT3の1次巻線5aとスイッチQ1のドレインとの接続点とスイッチQ1のソースとには、トランスT3の巻き上げ巻線5bとダイオードD3と平滑コンデンサC1とからなる第1直列回路が接続されている。トランスT4の1次巻線6aとスイッチQ2のドレインとの接続点とスイッチQ2のソースとには、トランスT4の巻き上げ巻線6bとダイオードD4と平滑コンデンサC1とからなる第2直列回路が接続されている。   Both ends of the DC power supply Vdc1 are connected between the drain and source of the switch Q1 made of a MOSFET or the like via the primary winding 5a of the transformer T3. Both ends of the DC power supply Vdc1 are connected between the drain and source of the switch Q2 made of a MOSFET or the like via the primary winding 6a of the transformer T4. A connection point between the primary winding 5a of the transformer T3 and the drain of the switch Q1 and the source of the switch Q1 are connected to a first series circuit including a winding 5b of the transformer T3, a diode D3, and a smoothing capacitor C1. ing. A connection point between the primary winding 6a of the transformer T4 and the drain of the switch Q2 and the source of the switch Q2 are connected to a second series circuit including a winding winding 6b of the transformer T4, a diode D4, and a smoothing capacitor C1. ing.

トランスT3の2次巻線5cとトランスT4の2次巻線6cとの直列回路の両端には、リアクトルL3が接続されている。制御回路100は、平滑コンデンサC1の出力電圧Voに基づきスイッチQ1とスイッチQ2とを180°の位相差でオン/オフさせる。   A reactor L3 is connected to both ends of the series circuit of the secondary winding 5c of the transformer T3 and the secondary winding 6c of the transformer T4. The control circuit 100 turns on / off the switches Q1 and Q2 with a phase difference of 180 ° based on the output voltage Vo of the smoothing capacitor C1.

このように構成された従来のDC−DCコンバータによれば、制御回路100からのQ1制御信号Q1gによりスイッチQ1をオンさせると、電流は、Vdc1プラス→5a→Q1→Vdc1マイナスの経路で流れる。このため、スイッチQ1の電流Q1iは直線的に増加する。同時に、トランスT3の2次巻線5cにも電圧が発生し、5c→L3→6c→5cの経路でリアクトルL3に電流L3iが流れる。   According to the conventional DC-DC converter configured as described above, when the switch Q1 is turned on by the Q1 control signal Q1g from the control circuit 100, the current flows through a path of Vdc1 plus → 5a → Q1 → Vdc1 minus. For this reason, the current Q1i of the switch Q1 increases linearly. At the same time, a voltage is also generated in the secondary winding 5c of the transformer T3, and a current L3i flows through the reactor L3 through a path of 5c → L3 → 6c → 5c.

電流L3iは、トランスの等アンペアーターンの法則により流れて、リアクトルL3にエネルギーを蓄積すると共にトランスT4の2次巻線6cにも同一電流が流れる。このため、トランスT4の1次巻線6aと巻き上げ巻線6bには、巻数に応じた電圧が誘起される。   The current L3i flows according to the law of equiamp turn of the transformer, accumulates energy in the reactor L3, and the same current also flows in the secondary winding 6c of the transformer T4. For this reason, a voltage corresponding to the number of turns is induced in the primary winding 6a and the winding winding 6b of the transformer T4.

また、トランスT4の巻き上げ比をA=(np+np1)/npとした場合に、ダイオードD4には、スイッチQ1の電流Q1iの1/Aの電流がVdc1プラス→6a→6b→D4→C1→Vdc1マイナスの経路で流れる。ダイオードD4の電流D4iはスイッチQ2をオンする時刻まで流れる。平滑コンデンサC1の出力電圧Voは、直流電源Vdc1の電圧(入力電圧)とトランスT4の1次巻線6aに発生する電圧とトランスT4の巻き上げ巻線6bに発生する電圧との和となる。   When the winding ratio of the transformer T4 is A = (np + np1) / np, the diode D4 has a current 1 / A of the current Q1i of the switch Q1 Vdc1 plus → 6a → 6b → D4 → C1 → Vdc1 minus. It flows in the route. The current D4i of the diode D4 flows until the time when the switch Q2 is turned on. The output voltage Vo of the smoothing capacitor C1 is the sum of the voltage (input voltage) of the DC power supply Vdc1, the voltage generated in the primary winding 6a of the transformer T4, and the voltage generated in the winding winding 6b of the transformer T4.

トランスT4に発生する電圧は、スイッチQ1のオンデューティ(D=Ton/T)をDとした場合、A・Vdc1・Dである。TonはスイッチQ1のオン時間である。TはスイッチQ1をスイッチングさせる周期である。平滑コンデンサC1の出力電圧Voは、Vo=Vdc1(1+A・D)となり、オンデューティDを可変することにより、出力電圧Voを制御できる。   The voltage generated in the transformer T4 is A · Vdc1 · D, where D is the on-duty (D = Ton / T) of the switch Q1. Ton is the ON time of the switch Q1. T is a period for switching the switch Q1. The output voltage Vo of the smoothing capacitor C1 is Vo = Vdc1 (1 + A · D), and the output voltage Vo can be controlled by varying the on-duty D.

次に、制御回路100からのQ1制御信号Q1gによりスイッチQ1をオフさせる。このとき、Vdc1プラス→5a→5b→D3→C1→Vdc1マイナスの経路で電流D3iが流れる。   Next, the switch Q1 is turned off by the Q1 control signal Q1g from the control circuit 100. At this time, the current D3i flows through a path of Vdc1 plus → 5a → 5b → D3 → C1 → Vdc1 minus.

次に、制御回路100からのQ2制御信号Q2gによりスイッチQ2をオンさせる。このとき、電流は、Vdc1プラス→6a→Q2→Vdc1マイナスの経路で流れる。このため、スイッチQ2の電流Q2iは直線的に増加する。同時に、トランスT4の2次巻線6cにも電圧が発生し、6c→5c→L3→6cの経路でリアクトルL3に電流L3iが増加しながら流れる。   Next, the switch Q2 is turned on by the Q2 control signal Q2g from the control circuit 100. At this time, the current flows along a path of Vdc1 plus → 6a → Q2 → Vdc1 minus. For this reason, the current Q2i of the switch Q2 increases linearly. At the same time, a voltage is also generated in the secondary winding 6c of the transformer T4, and a current L3i flows through the reactor L3 while increasing in a path of 6c → 5c → L3 → 6c.

電流L3iは、トランスの等アンペアーターンの法則により流れて、リアクトルL3にエネルギーを蓄積すると共にトランスT3の2次巻線5cにも同一電流が流れる。このため、トランスT3の1次巻線5aと巻き上げ巻線5bには、巻数に応じた電圧が誘起される。   The current L3i flows according to the law of equi-ampere turn of the transformer, accumulates energy in the reactor L3, and the same current also flows in the secondary winding 5c of the transformer T3. For this reason, a voltage corresponding to the number of turns is induced in the primary winding 5a and the winding winding 5b of the transformer T3.

また、トランスT3の巻き上げ比をA=(np+np1)/npとした場合に、ダイオードD3には、スイッチQ2の電流Q2iの1/Aの電流がVdc1プラス→5a→5b→D3→C1→Vdc1マイナスの経路で流れる。ダイオードD3の電流D3iはスイッチQ1をオンする時刻まで流れる。平滑コンデンサC1の出力電圧Voは、直流電源Vdc1の電圧(入力電圧)とトランスT3の1次巻線5aに発生する電圧とトランスT3の巻き上げ巻線5bに発生する電圧との和となる。   In addition, when the winding ratio of the transformer T3 is A = (np + np1) / np, the diode D3 has a current 1 / A of the current Q2i of the switch Q2 Vdc1 plus 5a → 5b → D3 → C1 → Vdc1 minus. It flows in the route. The current D3i of the diode D3 flows until the time when the switch Q1 is turned on. The output voltage Vo of the smoothing capacitor C1 is the sum of the voltage (input voltage) of the DC power supply Vdc1, the voltage generated in the primary winding 5a of the transformer T3, and the voltage generated in the winding winding 5b of the transformer T3.

このように、図5に示すマルチフェーズ方式トランスリンク型の昇圧チョッパ回路では、独立していた2つの相をトランスで結合している。このようにすることで、2つ必要であったコアを1つのコアのみで昇圧動作させることができる。
特開2006−262601号公報
As described above, in the multiphase translink type boost chopper circuit shown in FIG. 5, two independent phases are coupled by a transformer. In this way, it is possible to boost the operation of two cores that are necessary with only one core.
JP 2006-262601 A

しかしながら、図5に示すDC−DCコンバータでは、ダイオードD3,D4のリカバリ損失が発生する。また、スイッチQ1,Q2のターンオン時にスイッチング損失が発生していた。   However, in the DC-DC converter shown in FIG. 5, recovery losses of the diodes D3 and D4 occur. In addition, a switching loss occurs when the switches Q1 and Q2 are turned on.

そこで、ダイオードD3と巻き上げ巻線5bとの間にリアクトルLa(図示せず)を接続し、ダイオードD4と巻き上げ巻線6bとの間にリアクトルLb(図示せず)を接続することにより、ダイオードD3,D4のリカバリ損失を抑制することができる。   Therefore, by connecting a reactor La (not shown) between the diode D3 and the winding winding 5b and connecting a reactor Lb (not shown) between the diode D4 and the winding winding 6b, the diode D3 is connected. , D4 recovery loss can be suppressed.

しかしながら、ダイオードD3,D4のリカバリ損失を抑制できても、トランスの巻数比によって出力電圧の昇圧比を変調する場合、昇圧比の変調に関しての特性があまり良くなく、負荷の変動等によって出力電流が変化すると昇圧比の特性が大きく変化してしまうという問題がある。   However, even if the recovery loss of the diodes D3 and D4 can be suppressed, when the step-up ratio of the output voltage is modulated by the transformer turns ratio, the characteristics relating to the modulation of the step-up ratio are not so good, and the output current may vary due to load fluctuations, etc. If it changes, there is a problem that the characteristics of the step-up ratio change greatly.

また、巻き上げ巻線5b,6bに直列にリアクトルLa,Lbが接続されているため、電圧が出力される際に巻き上げ巻線5b,6bにかかる電圧をリアクトルLa,Lbが妨げてしまい、その分、昇圧比が下がってしまうため、必要な昇圧比を得るために巻き上げ巻線5b,6bの巻数を増やす必要がある。   Further, since the reactors La and Lb are connected in series to the winding windings 5b and 6b, the reactors La and Lb hinder the voltage applied to the winding windings 5b and 6b when a voltage is output. Since the step-up ratio decreases, it is necessary to increase the number of turns of the windings 5b and 6b in order to obtain a necessary step-up ratio.

さらに、リアクトルLa,Lbのインダクタンスや出力電流の値などの諸条件を変更すると、リアクトルLa,Lbが巻き上げ巻線5b,6bにかかる電圧を妨げる期間も変わるため、昇圧比の特性は大きく変化してしまう。このため、デューティ比を既定しての最適設計を行うことは困難である。   Furthermore, if various conditions such as the inductance of the reactors La and Lb and the value of the output current are changed, the period during which the reactors La and Lb block the voltage applied to the windings 5b and 6b also changes. End up. For this reason, it is difficult to perform an optimal design with a predetermined duty ratio.

本発明は、ダイオードのリカバリ損失とスイッチのターンオン時のスイッチング損失を抑制することができるDC−DCコンバータを提供することにある。また、巻き上げ巻線の巻数を増やすことなく必要な昇圧比を得ることができ、しかもデューティ比を既定した上で容易に最適設計を行うことができるDC−DCコンバータを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a DC-DC converter capable of suppressing a recovery loss of a diode and a switching loss when the switch is turned on. It is another object of the present invention to provide a DC-DC converter that can obtain a necessary step-up ratio without increasing the number of winding windings and that can be easily designed optimally with a predetermined duty ratio.

前記課題を解決するために、請求項1の発明は、直流電源の電圧を昇圧するDC−DCコンバータであって、前記直流電源の両端に第1トランスの1次巻線と第1リアクトルとを介して接続される第1スイッチと、前記直流電源の両端に第2トランスの1次巻線と第2リアクトルとを介して接続される第2スイッチと、前記第1リアクトルと前記第1スイッチとの直列回路の両端に接続され、前記第1トランスの前記1次巻線に直列に接続された前記第1トランスの巻き上げ巻線と第1ダイオードと平滑コンデンサとからなる第1直列回路と、前記第1リアクトルと前記第1スイッチとの接続点と前記平滑コンデンサの一端とに接続された第2ダイオードと、前記第2リアクトルと前記第2スイッチとの直列回路の両端に接続され、前記第2トランスの前記1次巻線に直列に接続された前記第2トランスの巻き上げ巻線と第3ダイオードと前記平滑コンデンサとからなる第2直列回路と、前記第2リアクトルと前記第2スイッチとの接続点と前記平滑コンデンサの一端とに接続された第4ダイオードと、前記第1トランスの2次巻線と前記第2トランスの2次巻線とが直列に接続された直列回路の両端に接続される第3リアクトルと、前記第1スイッチと前記第2スイッチとを1/2周期毎に交互にターンオンさせ、前記第1スイッチを前記第2スイッチのオン期間にターンオフさせ、前記第2スイッチを前記第1スイッチのオン期間にターンオフさせる制御回路とを有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is a DC-DC converter that boosts the voltage of a DC power supply, and includes a primary winding of a first transformer and a first reactor at both ends of the DC power supply. A first switch connected via the first power source, a second switch connected to both ends of the DC power source via a primary winding of a second transformer and a second reactor, the first reactor and the first switch, A first series circuit comprising a winding winding of the first transformer, a first diode and a smoothing capacitor connected to both ends of the series circuit of the first transformer and connected in series to the primary winding of the first transformer; A second diode connected to a connection point between the first reactor and the first switch and one end of the smoothing capacitor; and connected to both ends of a series circuit of the second reactor and the second switch; A second series circuit comprising a winding winding of the second transformer, a third diode and the smoothing capacitor connected in series to the primary winding of the lance, and a connection between the second reactor and the second switch A fourth diode connected to a point and one end of the smoothing capacitor; a second winding of the first transformer; and a second winding of the second transformer are connected to both ends of a series circuit connected in series. The third reactor, the first switch, and the second switch are alternately turned on every ½ cycle, the first switch is turned off during the ON period of the second switch, and the second switch is turned on And a control circuit for turning off during the ON period of the first switch.

本発明によれば、第1スイッチに直列に第1リアクトルを接続し、第2スイッチに直列に第2リアクトルを接続したので、第1、第2、第3及び第4ダイオードのリカバリ損失と第1及び第2スイッチのターンオン時のスイッチング損失を抑制できる。また、巻き上げ巻線の巻数を増やすことなく必要な昇圧比を得ることができ、しかもデューティ比を既定した上で容易に最適設計を行うことができる。   According to the present invention, since the first reactor is connected in series to the first switch and the second reactor is connected in series to the second switch, the recovery loss of the first, second, third and fourth diodes and the second Switching loss when the first and second switches are turned on can be suppressed. In addition, a necessary step-up ratio can be obtained without increasing the number of windings of the winding, and an optimum design can be easily performed with a predetermined duty ratio.

以下、本発明のDC−DCコンバータの実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a DC-DC converter of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は実施例1のDC−DCコンバータを示す回路構成図である。図1に示すDC−DCコンバータは、マルチフェーズ方式トランスリンク型昇圧チョッパ回路からなる。   FIG. 1 is a circuit configuration diagram illustrating a DC-DC converter according to a first embodiment. The DC-DC converter shown in FIG. 1 includes a multi-phase translink type boost chopper circuit.

DC−DCコンバータは、直流電源Vi、トランスT1(第1トランス)、トランスT2(第2トランス)、リアクトルLr1(第1リアクトル),リアクトルLr2(第2リアクトル)、リアクトルL1(第3リアクトル)、スイッチTr1(第1スイッチ)、スイッチTr2(第2スイッチ)、ダイオードD1,D2,D3,D4、平滑コンデンサCo、制御回路10を有する。   The DC-DC converter includes a DC power source Vi, a transformer T1 (first transformer), a transformer T2 (second transformer), a reactor Lr1 (first reactor), a reactor Lr2 (second reactor), a reactor L1 (third reactor), A switch Tr1 (first switch), a switch Tr2 (second switch), diodes D1, D2, D3, D4, a smoothing capacitor Co, and a control circuit 10 are provided.

トランスT1は、1次巻線1a(巻数n1)と、1次巻線1aに直列に接続された巻き上げ巻線1b(巻数n3)と、1次巻線1aに電磁結合する2次巻線1c(巻数n2)とを有する。トランスT2は、トランスT1と同一に構成され、1次巻線2a(巻数n4)と、1次巻線2aに直列に接続された巻き上げ巻線2b(巻数n6)と、1次巻線2aに電磁結合する2次巻線2c(巻数n5)とを有する。   The transformer T1 includes a primary winding 1a (number of turns n1), a winding winding 1b (number of turns n3) connected in series to the primary winding 1a, and a secondary winding 1c electromagnetically coupled to the primary winding 1a. (The number of turns n2). The transformer T2 has the same configuration as the transformer T1, and includes a primary winding 2a (number of turns n4), a winding winding 2b (number of turns n6) connected in series to the primary winding 2a, and a primary winding 2a. And a secondary winding 2c (the number of turns n5) to be electromagnetically coupled.

直流電源Viの両端にはトランスT1の1次巻線1aとリアクトルLr1とを介してIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)からなるスイッチTr1のコレクタ−エミッタ間が接続されている。直流電源Viの両端にはトランスT2の1次巻線2aとリアクトルLr2とを介してIGBTからなるスイッチTr2のコレクタ−エミッタ間が接続されている。   The collector and emitter of a switch Tr1 made of an IGBT (insulated gate bipolar transistor) are connected to both ends of the DC power source Vi via a primary winding 1a of a transformer T1 and a reactor Lr1. The collector and emitter of the switch Tr2 made of IGBT are connected to both ends of the DC power source Vi through the primary winding 2a of the transformer T2 and the reactor Lr2.

リアクトルLr1とスイッチTr1との直列回路の両端には、トランスT1の巻き上げ巻線1bとダイオードD1と平滑コンデンサCoとからなる第1直列回路が接続されている。リアクトルLr2とスイッチTr2との直列回路の両端には、トランスT2の巻き上げ巻線2bとダイオードD3と平滑コンデンサCoとからなる第2直列回路が接続されている。   A first series circuit including a winding 1b of the transformer T1, a diode D1, and a smoothing capacitor Co is connected to both ends of the series circuit of the reactor Lr1 and the switch Tr1. A second series circuit comprising a winding 2b of the transformer T2, a diode D3 and a smoothing capacitor Co is connected to both ends of the series circuit of the reactor Lr2 and the switch Tr2.

リアクトルLr1とスイッチTr1との接続点と平滑コンデンサCoの一端との間にダイオードD2が接続されている。リアクトルLr2とスイッチTr2との接続点と平滑コンデンサCoの一端との間にダイオードD4が接続されている。   A diode D2 is connected between a connection point between the reactor Lr1 and the switch Tr1 and one end of the smoothing capacitor Co. A diode D4 is connected between the connection point between the reactor Lr2 and the switch Tr2 and one end of the smoothing capacitor Co.

トランスT1の2次巻線1cとトランスT2の2次巻線2cとが直列に接続された直列回路の両端には、リアクトルL1が接続されている。制御回路10は、平滑コンデンサCoの出力電圧Voに基づき、スイッチTr1がターンオンした後にスイッチTr1がターンオフする前にスイッチTr2がターンオンし、スイッチTr2がターンオフする前にスイッチTr1がターンオンするように制御する。即ち、1/2周期毎にスイッチTr1とスイッチTr2とが同時にオンしている重複期間が存在する。   A reactor L1 is connected to both ends of a series circuit in which the secondary winding 1c of the transformer T1 and the secondary winding 2c of the transformer T2 are connected in series. Based on the output voltage Vo of the smoothing capacitor Co, the control circuit 10 controls the switch Tr2 to be turned on before the switch Tr1 is turned off after the switch Tr1 is turned on, and the switch Tr1 is turned on before the switch Tr2 is turned off. . That is, there is an overlap period in which the switch Tr1 and the switch Tr2 are turned on simultaneously every half cycle.

トランスT1とリアクトルLr1とダイオードD1とダイオードD2とスイッチTr1とは第1コンバータを構成し、トランスT2とリアクトルLr2とダイオードD3とダイオードD4とスイッチTr2とは第2コンバータを構成している。   The transformer T1, the reactor Lr1, the diode D1, the diode D2, and the switch Tr1 constitute a first converter, and the transformer T2, the reactor Lr2, the diode D3, the diode D4, and the switch Tr2 constitute a second converter.

次に、このように構成された実施例1のDC−DCコンバータの動作を、図2に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。   Next, the operation of the DC-DC converter of the first embodiment configured as described above will be described with reference to the timing chart shown in FIG.

なお、図2において、時刻t0〜t3は、1/2周期であり、時刻t0〜t1、時刻t3〜t4は、スイッチTr1とスイッチTr2とが同時にオンしている重複期間である。   In FIG. 2, time t0 to t3 is a ½ cycle, and time t0 to t1 and time t3 to t4 are overlapping periods in which the switch Tr1 and the switch Tr2 are turned on simultaneously.

まず、時刻t0において、制御回路10からのスイッチTr1のゲート信号Tr1gによりスイッチTr1がオンする。このとき、電流は、Viプラス→1a→Lr1→Tr1→Viマイナスの経路で流れる。このため、トランスT1の1次巻線1aに流れる電流i1は増加する。同時に、トランスT1の2次巻線1cにも電圧が発生し、1c→2c→L1→1cの経路でリアクトルL1に電流L1iが流れる。   First, at time t0, the switch Tr1 is turned on by the gate signal Tr1g of the switch Tr1 from the control circuit 10. At this time, the current flows along a path of Vi plus → 1a → Lr1 → Tr1 → Vi minus. For this reason, the current i1 flowing through the primary winding 1a of the transformer T1 increases. At the same time, a voltage is also generated in the secondary winding 1c of the transformer T1, and a current L1i flows through the reactor L1 through a path of 1c → 2c → L1 → 1c.

この電流L1iは、トランスの等アンペアーターンの法則により流れて、リアクトルL1にエネルギーが蓄積されると共にトランスT2の2次巻線2cにも同一電流が流れる。このため、トランスT2の1次巻線2aと巻き上げ巻線2bには、巻数に応じた電圧が誘起される。   This current L1i flows according to the law of equiamp turn of the transformer, energy is accumulated in the reactor L1, and the same current also flows in the secondary winding 2c of the transformer T2. For this reason, a voltage corresponding to the number of turns is induced in the primary winding 2a and the winding winding 2b of the transformer T2.

また、トランスT2の巻き上げ比がA=(n4+n6)/n4である場合に、ダイオードD3には、スイッチTr1の電流の1/Aの電流が、Viプラス→2a→2b→D3→Co→Viマイナスの経路で流れる。このダイオードD3の電流D3iは、時刻t1からスイッチTr2がオンされる時刻t3まで流れる。平滑コンデンサCoの出力電圧Voは、直流電源Viの電圧(入力電圧)とトランスT2の1次巻線2aに発生する電圧とトランスT2の巻き上げ巻線2bに発生する電圧との和となる。   Further, when the winding ratio of the transformer T2 is A = (n4 + n6) / n4, the diode D3 has a current 1 / A of the current of the switch Tr1 as follows: Vi plus → 2a → 2b → D3 → Co → Vi minus It flows in the route. The current D3i of the diode D3 flows from time t1 to time t3 when the switch Tr2 is turned on. The output voltage Vo of the smoothing capacitor Co is the sum of the voltage (input voltage) of the DC power source Vi, the voltage generated in the primary winding 2a of the transformer T2, and the voltage generated in the winding 2b of the transformer T2.

トランスT2に発生する電圧は、スイッチTr1のオンデューティ(D=Ton/T)がDである場合に、A・Vi・Dである。TonはスイッチTr1のオン時間である。TはスイッチTr1をスイッチングさせる周期である。平滑コンデンサCoの出力電圧Voは、Vo=Vi(1+A・D)となる。このため、オンデューティDを可変することにより、出力電圧Voを制御することができる。   The voltage generated in the transformer T2 is A · Vi · D when the on-duty (D = Ton / T) of the switch Tr1 is D. Ton is the on time of the switch Tr1. T is a period for switching the switch Tr1. The output voltage Vo of the smoothing capacitor Co is Vo = Vi (1 + A · D). For this reason, the output voltage Vo can be controlled by varying the on-duty D.

次に、時刻t1において、制御回路10からのゲート信号Tr2gによりスイッチTr2がオフしスイッチTr2のコレクタ−エミッタ間電圧Tr2vが上昇する。すると、まず、Viプラス→2a→Lr2→D4→Co→Viマイナスの経路で電流が流れる。このため、ダイオードD4に電流D4iが流れる。   Next, at time t1, the switch Tr2 is turned off by the gate signal Tr2g from the control circuit 10, and the collector-emitter voltage Tr2v of the switch Tr2 rises. Then, first, a current flows through a path of Vi plus → 2a → Lr2 → D4 → Co → Vi minus. For this reason, the current D4i flows through the diode D4.

しかし、トランスT2の巻き上げ巻線2bにかかる電圧によりリアクトルLr2の電流がダイオードD3に転流してくる。このため、ダイオードD3に流れる電流D3iが増加する。これに伴い、ダイオードD4の電流D4iは緩やかに減少する。トランスT2の1次巻線2aと巻き上げ巻線2bとの電流がダイオードD3に転流し終わると、ダイオードD4は時刻t2においてターンオフする。電流が緩やかに減少してダイオードD4がターンオフするため、ダイオードD4でのリカバリ損失の発生は抑制される。   However, the current of the reactor Lr2 is commutated to the diode D3 by the voltage applied to the winding 2b of the transformer T2. For this reason, the current D3i flowing through the diode D3 increases. Along with this, the current D4i of the diode D4 gradually decreases. When the current in the primary winding 2a and the winding 2b of the transformer T2 has finished commutating to the diode D3, the diode D4 is turned off at time t2. Since the current gradually decreases and the diode D4 is turned off, occurrence of recovery loss in the diode D4 is suppressed.

時刻t2〜時刻t3においては、トランス電流は、ダイオードD3に完全に転流し、電流はダイオードD3のみを通って出力されている状態である。   From time t2 to time t3, the transformer current is completely commutated to the diode D3, and the current is output only through the diode D3.

時刻t3において、制御回路10からのスイッチTr2のゲート信号Tr2gによりスイッチTr2がオンすると、トランスT2の1次巻線2aと巻き上げ巻線2bとの電流は、ダイオードD3からスイッチTr2へと転流を始める。   At time t3, when the switch Tr2 is turned on by the gate signal Tr2g of the switch Tr2 from the control circuit 10, the current in the primary winding 2a and the winding winding 2b of the transformer T2 is commutated from the diode D3 to the switch Tr2. start.

このとき、リアクトルLr2によって、スイッチTr2の電流の増加は緩やかになり、ゼロ電流ターンオン動作を実現できる。これに伴ってダイオードD3の電流の減少も緩やかになり、ターンオフ時のリカバリ損失の発生が抑制される。   At this time, the increase in the current of the switch Tr2 is moderated by the reactor Lr2, and a zero current turn-on operation can be realized. Along with this, the current decrease of the diode D3 also becomes moderate, and the occurrence of recovery loss at turn-off is suppressed.

電流は、Viプラス→2a→Lr2→Tr2→Viマイナスの経路で流れる。このため、トランスT2の1次巻線2aに流れる電流i2は増加する。同時に、トランスT2の2次巻線2cにも電圧が発生し、2c→L1→1c→2cの経路でリアクトルL1に電流L1iが流れる。  The current flows through a path of Vi plus → 2a → Lr 2 → Tr 2 → Vi minus. For this reason, the current i2 flowing through the primary winding 2a of the transformer T2 increases. At the same time, a voltage is also generated in the secondary winding 2c of the transformer T2, and a current L1i flows through the reactor L1 through the path 2c → L1 → 1c → 2c.

この電流L1iは、トランスの等アンペアーターンの法則により流れて、リアクトルL1にエネルギーが蓄積されると共にトランスT1の2次巻線1cにも同一電流が流れる。このため、トランスT1の1次巻線1aと巻き上げ巻線1bには、巻数に応じた電圧が誘起される。   This current L1i flows according to the law of equi-ampere turn of the transformer, energy is accumulated in the reactor L1, and the same current also flows in the secondary winding 1c of the transformer T1. For this reason, a voltage corresponding to the number of turns is induced in the primary winding 1a and the winding winding 1b of the transformer T1.

また、トランスT1の巻き上げ比がA=(n1+n3)/n1である場合に、ダイオードD1には、スイッチTr2の電流の1/Aの電流が、Viプラス→1a→1b→D1→Co→Viマイナスの経路で流れる。このダイオードD1の電流D1iは、時刻t4からスイッチTr1がオンされる時刻t6まで流れる。平滑コンデンサCoの出力電圧Voは、直流電源Viの電圧(入力電圧)とトランスT1の1次巻線1aに発生する電圧とトランスT1の巻き上げ巻線1bに発生する電圧との和となる。   Further, when the winding ratio of the transformer T1 is A = (n1 + n3) / n1, the diode D1 has a current 1 / A of the current of the switch Tr2 as follows: Vi plus → 1a → 1b → D1 → Co → Vi minus It flows in the route. The current D1i of the diode D1 flows from time t4 to time t6 when the switch Tr1 is turned on. The output voltage Vo of the smoothing capacitor Co is the sum of the voltage (input voltage) of the DC power source Vi, the voltage generated in the primary winding 1a of the transformer T1, and the voltage generated in the winding winding 1b of the transformer T1.

トランスT1に発生する電圧は、スイッチTr2のオンデューティ(D=Ton/T)がDである場合に、A・Vi・Dである。TonはスイッチTr2のオン時間である。TはスイッチTr2をスイッチングさせる周期である。平滑コンデンサCoの出力電圧Voは、Vo=Vi(1+A・D)となる。このため、オンデューティDを可変することにより、出力電圧Voを制御することができる。   The voltage generated in the transformer T1 is A · Vi · D when the on-duty (D = Ton / T) of the switch Tr2 is D. Ton is the ON time of the switch Tr2. T is a period for switching the switch Tr2. The output voltage Vo of the smoothing capacitor Co is Vo = Vi (1 + A · D). For this reason, the output voltage Vo can be controlled by varying the on-duty D.

次に、時刻t4において、制御回路10からのゲート信号Tr1gによりスイッチTr1がオフしスイッチTr1のコレクタ−エミッタ間電圧Tr1vが上昇する。すると、まず、Viプラス→1a→Lr1→D2→Co→Viマイナスの経路で電流が流れる。このため、ダイオードD2に電流D2iが流れる。   Next, at time t4, the switch Tr1 is turned off by the gate signal Tr1g from the control circuit 10, and the collector-emitter voltage Tr1v of the switch Tr1 rises. Then, first, a current flows through a path of Vi plus → 1a → Lr1 → D2 → Co → Vi minus. For this reason, the current D2i flows through the diode D2.

しかし、トランスT1の巻き上げ巻線1bにかかる電圧によりリアクトルLr1の電流がダイオードD1に転流してくる。このため、ダイオードD1に流れる電流D1iが増加する。これに伴い、ダイオードD2の電流D2iは緩やかに減少する。トランスT1の1次巻線1aと巻き上げ巻線1bとの電流がダイオードD1に転流し終わると、ダイオードD2は時刻t5においてターンオフする。電流が緩やかに減少してダイオードD2がターンオフするため、ダイオードD2でのリカバリ損失の発生は抑制される。   However, the current of the reactor Lr1 is commutated to the diode D1 by the voltage applied to the winding 1b of the transformer T1. For this reason, the current D1i flowing through the diode D1 increases. Along with this, the current D2i of the diode D2 gradually decreases. When the current of the primary winding 1a and the winding winding 1b of the transformer T1 finishes commutating to the diode D1, the diode D2 is turned off at time t5. Since the current gradually decreases and the diode D2 is turned off, occurrence of recovery loss in the diode D2 is suppressed.

時刻t5〜時刻t6においては、トランス電流は、ダイオードD1に完全に転流し、電流はダイオードD1のみを通って出力されている状態である。   From time t5 to time t6, the transformer current is completely commutated to the diode D1, and the current is output only through the diode D1.

時刻t6(時刻t0と同じ)において、スイッチTr1がオンすると、トランスT1の1次巻線1aと巻き上げ巻線1bとの電流は、ダイオードD1からスイッチTr1へと転流を始める。   When the switch Tr1 is turned on at time t6 (same as time t0), the current in the primary winding 1a and the winding winding 1b of the transformer T1 starts to commutate from the diode D1 to the switch Tr1.

このとき、リアクトルLr1によって、スイッチTr1の電流の増加は緩やかになり、ゼロ電流ターンオン動作を実現できる。これに伴ってダイオードD1の電流の減少も緩やかになり、ターンオフ時のリカバリ損失の発生が抑制される。   At this time, the increase in the current of the switch Tr1 is moderated by the reactor Lr1, and a zero current turn-on operation can be realized. Along with this, the decrease in the current of the diode D1 also becomes moderate, and the occurrence of recovery loss at the time of turn-off is suppressed.

また、実施例1では、リアクトルLr1,Lr2をスイッチTr1,Tr2側に配置することでトランスT1,T2の巻き上げ巻線1b,2bにかかる電圧がリアクトルLr1,Lr2によって妨げられないことから、従来の回路(図5のダイオードD3と巻き上げ巻線5bとの間にリアクトルLa(図示せず)を接続し、ダイオードD4と巻き上げ巻線6bとの間にリアクトルLb(図示せず)を接続した回路)の問題が発生しなくなる。   In the first embodiment, since the reactors Lr1 and Lr2 are arranged on the switches Tr1 and Tr2 side, the voltage applied to the windings 1b and 2b of the transformers T1 and T2 is not hindered by the reactors Lr1 and Lr2. Circuit (a circuit in which a reactor La (not shown) is connected between the diode D3 and the winding 5b in FIG. 5 and a reactor Lb (not shown) is connected between the diode D4 and the winding 6b) The problem no longer occurs.

即ち、実施例1の回路では、トランスT1,T2の巻き上げ巻線1b,2bの巻数を増やすことなく必要な昇圧比を得ることができ、昇圧比の変調に対する特性は比較的容易に解析することができ、デューティ比を既定した上で容易に最適設計を行うことができる。   That is, in the circuit of the first embodiment, a necessary boost ratio can be obtained without increasing the number of windings 1b and 2b of the transformers T1 and T2, and the characteristics of the boost ratio with respect to modulation should be analyzed relatively easily. Therefore, an optimum design can be easily performed with a predetermined duty ratio.

また、リアクトルLr1,Lr2のインダクタンス値も小さくて済む。また、平滑コンデンサCoを小型化することができる。   Further, the inductance values of the reactors Lr1 and Lr2 can be small. Further, the smoothing capacitor Co can be reduced in size.

なお、図3に従来のDC−DCコンバータの各部の電圧及び電流の波形を示す。図3では、図5のダイオードD3と巻き上げ巻線5bとの間にリアクトルLa(図示せず)を接続し、ダイオードD4と巻き上げ巻線6bとの間にリアクトルLb(図示せず)を接続した回路を用いた。   FIG. 3 shows waveforms of voltages and currents at various parts of the conventional DC-DC converter. In FIG. 3, a reactor La (not shown) is connected between the diode D3 and the winding winding 5b in FIG. 5, and a reactor Lb (not shown) is connected between the diode D4 and the winding winding 6b. A circuit was used.

図4に実施例1のDC−DCコンバータの各部の電圧及び電流の波形を示す。図3及び図4において、リアクトル電流は、リアクトルLa,Lb、リアクトルLr1,Lr2に流れる電流である。ダイオード電流は、ダイオードD2,D4に流れる電流である。コンデンサリップル電圧は、平滑コンデンサCoのリップル電圧である。   FIG. 4 shows waveforms of voltages and currents at various parts of the DC-DC converter according to the first embodiment. 3 and 4, the reactor current is a current flowing through the reactors La and Lb and the reactors Lr1 and Lr2. The diode current is a current flowing through the diodes D2 and D4. The capacitor ripple voltage is the ripple voltage of the smoothing capacitor Co.

図3に対して、図4では、リアクトル電流のリップルとコンデンサリップル電圧のリップルとが大幅に低減していることがわかる。   In contrast to FIG. 3, in FIG. 4, it can be seen that the ripple of the reactor current and the ripple of the capacitor ripple voltage are greatly reduced.

実施例1のDC−DCコンバータを示す回路構成図である。1 is a circuit configuration diagram showing a DC-DC converter of Example 1. FIG. 実施例1のDC−DCコンバータの各部のタイミングチャートである。3 is a timing chart of each part of the DC-DC converter of Example 1. FIG. 従来のDC−DCコンバータの各部の電圧及び電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the voltage of each part of the conventional DC-DC converter, and an electric current. 実施例1のDC−DCコンバータの各部の電圧及び電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the voltage of each part of the DC-DC converter of Example 1, and an electric current. 従来のDC−DCコンバータの回路構成図である。It is a circuit block diagram of the conventional DC-DC converter.

符号の説明Explanation of symbols

Vi 直流電源
Co 平滑コンデンサ
T1,T2 トランス
Tr1,Tr2 スイッチ
D1〜D4 ダイオード
Ro 負荷抵抗
L1,Lr1,Lr2 リアクトル
1a,2a 1次巻線
1b,2b 巻き上げ巻線
1c,2c 2次巻線
10 制御回路
Vi DC power supply Co Smoothing capacitor T1, T2 Transformer Tr1, Tr2 Switch D1-D4 Diode Ro Load resistance L1, Lr1, Lr2 Reactor 1a, 2a Primary winding 1b, 2b Winding winding 1c, 2c Secondary winding 10 Control circuit

Claims (1)

直流電源の電圧を昇圧するDC−DCコンバータであって、
前記直流電源の両端に第1トランスの1次巻線と第1リアクトルとを介して接続される第1スイッチと、
前記直流電源の両端に第2トランスの1次巻線と第2リアクトルとを介して接続される第2スイッチと、
前記第1リアクトルと前記第1スイッチとの直列回路の両端に接続され、前記第1トランスの前記1次巻線に直列に接続された前記第1トランスの巻き上げ巻線と第1ダイオードと平滑コンデンサとからなる第1直列回路と、
前記第1リアクトルと前記第1スイッチとの接続点と前記平滑コンデンサの一端とに接続された第2ダイオードと、
前記第2リアクトルと前記第2スイッチとの直列回路の両端に接続され、前記第2トランスの前記1次巻線に直列に接続された前記第2トランスの巻き上げ巻線と第3ダイオードと前記平滑コンデンサとからなる第2直列回路と、
前記第2リアクトルと前記第2スイッチとの接続点と前記平滑コンデンサの一端とに接続された第4ダイオードと、
前記第1トランスの2次巻線と前記第2トランスの2次巻線とが直列に接続された直列回路の両端に接続される第3リアクトルと、
前記第1スイッチと前記第2スイッチとを1/2周期毎に交互にターンオンさせ、前記第1スイッチを前記第2スイッチのオン期間にターンオフさせ、前記第2スイッチを前記第1スイッチのオン期間にターンオフさせる制御回路と、
を有することを特徴とするDC−DCコンバータ。
A DC-DC converter that boosts the voltage of a DC power source,
A first switch connected to both ends of the DC power source via a primary winding of a first transformer and a first reactor;
A second switch connected to both ends of the DC power source via a primary winding of a second transformer and a second reactor;
A winding winding, a first diode, and a smoothing capacitor of the first transformer connected to both ends of a series circuit of the first reactor and the first switch and connected in series to the primary winding of the first transformer. A first series circuit comprising:
A second diode connected to a connection point between the first reactor and the first switch and one end of the smoothing capacitor;
A winding winding of the second transformer, a third diode, and the smoothing connected to both ends of a series circuit of the second reactor and the second switch, and connected in series to the primary winding of the second transformer. A second series circuit comprising a capacitor;
A fourth diode connected to a connection point between the second reactor and the second switch and one end of the smoothing capacitor;
A third reactor connected to both ends of a series circuit in which the secondary winding of the first transformer and the secondary winding of the second transformer are connected in series;
The first switch and the second switch are alternately turned on every half cycle, the first switch is turned off during the on period of the second switch, and the second switch is turned on. A control circuit to turn off,
The DC-DC converter characterized by having.
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