JPH0667181B2 - DC / DC converter - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、DC/DCコンバータに係り、特には、直流
電圧をこれより高い直流電圧に、または極性が負の直流
電圧に変換するためにリアクトルとスイッチング素子と
を用いたDC/DCコンバータに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a DC / DC converter, and more particularly to a reactor and a switching device for converting a DC voltage into a DC voltage higher than the DC voltage or a DC voltage with a negative polarity. The present invention relates to a DC / DC converter using an element.
(従来技術) 第21図は、従来例の昇圧型DC/DCコンバータの代
表的な回路図であり、第22図は、第21図のDC/D
Cコンバータにおける電圧・電流波形図であり、第22
図(a)は電源電圧ESと、P点の電圧と、出力電圧V0
との関係を示す波形図であり、第22図(b)は各部の電
流波形図である。第21図において、符号ESは直流電
源、Lはリアクトル、Sはスイッチング素子、Dはダイ
オード、Cは平滑用コンデンサである。(Prior Art) FIG. 21 is a typical circuit diagram of a conventional step-up DC / DC converter, and FIG. 22 is a DC / D circuit of FIG.
FIG. 22 is a voltage / current waveform diagram in the C converter,
Figure (a) shows the power supply voltage E S , the voltage at point P, and the output voltage V0
And FIG. 22 (b) is a current waveform diagram of each part. In FIG. 21, reference numeral E S is a DC power supply, L is a reactor, S is a switching element, D is a diode, and C is a smoothing capacitor.
ところで、このような構成を有する従来例のDC/DC
コンバータの場合では、第22図の時刻t1〜t2の期
間では、スイッチング素子Sがオンであり、この期間で
は、リアクトルLには電源電圧ESが加わり、電流iL
(i1に等しい)は増加する。時刻t2〜t3の期間で
は、スイッチング素子Sがオフであり、この期間では電
流iLは減少する。この場合、出力電圧V0は、電源電
圧ESよりも常に高くなり、P点の電圧はゼロと電源電
圧ESよりも高い値との間を変化する。電源電流は電流
iLの平均値に、また出力電流10は電流iD(i3に
等しい)の平均値になる。そして、P点の電圧の変化か
ら明らかなように、リアクトルLには出力電圧V0に相
当する振幅の交流電圧が加わるので、電流を平滑するた
めには相当に大きなインダクタンスのリアクトルLを必
要とし、これによりリアクトルLが大型重量化する。ま
た、スイッチング素子Sは、出力電圧V0に相当する電
圧でかつ電源電流に相当する電流をスイッチングするよ
うに動作しなければならない。この場合のスイッチング
素子Sのスイッチング時の電圧・電流波形図は、第23
図のようになる。即ち、スイッチング素子Sのターン・
オンでは出力電圧V0が加わった状態で電流が0からi
Lまで増加し、その後電圧がV0から0まで変化する。
ターン・オフではその逆の経路を通り、先ず電流iLを
流したままで電圧が0からV0まで増加し、電流iLが
ダイオードDを流れるようになってからスイッチング素
子Sの電流が減少し始めゼロとなる。この場合、スイッ
チング素子Sがスイッチングに要する電力は、V0・i
Lなる最大点を通るのでスイッチング素子Sでの消費電
力が大きくなる。By the way, a conventional DC / DC having such a configuration
In the case of the converter, the switching element S is on during the period from time t1 to t2 in FIG. 22, and the power supply voltage E S is applied to the reactor L during this period, and the current iL
(Equal to i1) increases. During the period from time t2 to t3, the switching element S is off, and the current iL decreases during this period. In this case, the output voltage V0 is always higher than the power supply voltage E S , and the voltage at the point P changes between zero and a value higher than the power supply voltage E S. The power supply current is the average value of the current iL, and the output current 10 is the average value of the current iD (equal to i3). Then, as is apparent from the change in the voltage at the point P, an AC voltage having an amplitude corresponding to the output voltage V0 is applied to the reactor L, so that a reactor L having a considerably large inductance is required to smooth the current, This increases the size of the reactor L. Further, the switching element S must operate so as to switch a current corresponding to the output voltage V0 and corresponding to the power supply current. The voltage / current waveform diagram at the time of switching of the switching element S in this case is shown in FIG.
It becomes like the figure. That is, the turn of the switching element S
When it is on, the current is 0 to i when the output voltage V0 is applied.
It increases to L and then the voltage changes from V0 to 0.
At turn-off, the voltage increases from 0 to V0 while the current iL is still flowing, and the current iL starts flowing through the diode D, and then the current of the switching element S starts to decrease to zero. Become. In this case, the power required by the switching element S for switching is V0 · i.
Since the maximum point of L is passed, the power consumption of the switching element S increases.
(目的) 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、リアクトルとスイッチング素子とを備えたDC/D
Cコンバータにおいてそのリアクトルの小型軽量化とス
イッチング素子での電力損失の低減とが可能なようにす
ることを目的とする。(Purpose) The present invention has been made in view of such circumstances, and is a DC / D provided with a reactor and a switching element.
An object of the present invention is to make it possible to reduce the size and weight of the reactor in the C converter and reduce the power loss in the switching element.
(発明の構成) 本発明は、このような目的を達成するために、直流電源
に接続されたリアクトルと、出力電圧の平滑用コンデン
サとの間に直流電圧変換部を設け、前記直流電圧変換部
は、第1,第2スイッチング素子と、前記両スイッチン
グ素子のオン・オフにより充放電動作する充放電コンデ
ンサと、前記充放電コンデンサの充電経路と放電経路と
を与えるダイオードとを備え、第1スイッチング素子の
オンにより前記充放電コンデンサが前記ダイオードを介
して充電され、第2スイッチング素子のオンにより前記
充放電コンデンサが前記ダイオードを介して放電され、
この放電電流が前記平滑用コンデンサに与えられるもの
であり、前記両スイッチング素子を交互にオン状態とし
て前記直流電源の2倍の電圧を得るようにしている。(Structure of the Invention) In order to achieve such an object, the present invention provides a DC voltage converter between a reactor connected to a DC power supply and a capacitor for smoothing an output voltage, and the DC voltage converter The first switching device includes first and second switching elements, a charging / discharging capacitor that performs a charging / discharging operation by turning on / off both switching elements, and a diode that provides a charging path and a discharging path of the charging / discharging capacitor. When the element is turned on, the charge / discharge capacitor is charged through the diode, and when the second switching element is turned on, the charge / discharge capacitor is discharged through the diode,
This discharge current is given to the smoothing capacitor, and the two switching elements are alternately turned on to obtain a voltage twice that of the DC power supply.
また、本発明は、直流電源に接続されたリアクトルと、
出力電圧の平滑用コンデンサとの間に第1,第2直流電
圧変換部を設け、前記各直流電圧変換部はそれぞれ、第
1,第2スイッチング素子と、前記両スイッチング素子
のオン・オフにより充放電動作する充放電コンデンサ
と、前記充放電コンデンサの充電経路と放電経路とを与
えるダイオードとを備え、第1スイッチング素子のオン
により前記充放電コンデンサが前記ダイオードを介して
充電され、第2スイッチング素子のオンにより前記充放
電コンデンサが前記ダイオードを介して放電され、この
放電電流が前記平滑用コンデンサに与えられるものであ
り、第1,第2直流電圧変換部内の各充放電コンデンサ
に直列にそれぞれ複数の直列コンデンサを接続し、第1
直流電圧変換部内の充放電コンデンサと直列コンデンサ
とからの放電電流が第2直流電圧変換部内の充放電コン
デンサと直列コンデンサとに充電され、また第2直流電
圧変換部内の充放電コンデンサと直列コンデンサとから
の放電電流が第1直流電圧変換部内の充放電コンデンサ
と直列コンデンサとに充電されるようにダイオードを接
続構成し、前記各直列コンデンサの最終段が前記平滑用
コンデンサに共通に接続され、各直流電圧変換部内のス
イッチング素子を順次オン・オフして、直流電源の整数
倍の出力電圧を得るようにしている。Further, the present invention, a reactor connected to a DC power supply,
First and second DC voltage converters are provided between the output voltage smoothing capacitor, and the DC voltage converters are charged by turning on and off the first and second switching elements, respectively. A charging / discharging capacitor that performs a discharging operation, and a diode that provides a charging path and a discharging path for the charging / discharging capacitor are provided. When the first switching element is turned on, the charging / discharging capacitor is charged through the diode, and the second switching element is provided. Is turned on, the charging / discharging capacitor is discharged through the diode, and the discharging current is given to the smoothing capacitor. A plurality of charging / discharging capacitors in the first and second DC voltage converters are respectively connected in series. Connect the series capacitor of
The discharge current from the charging / discharging capacitor and the series capacitor in the DC voltage converter is charged in the charging / discharging capacitor and the series capacitor in the second DC voltage converter, and the charging / discharging capacitor and the series capacitor in the second DC voltage converter are connected. A diode is connected so that the discharge current from the first DC voltage converter is charged into the charge / discharge capacitor and the series capacitor, and the final stage of each series capacitor is commonly connected to the smoothing capacitor. The switching elements in the DC voltage converter are sequentially turned on / off to obtain an output voltage that is an integral multiple of the DC power supply.
更に、本発明は、出力側に接続されたリアクトルと、出
力電圧の平滑用コンデンサと、直流電源に接続された直
流電圧変換部とを備え、前記直流電圧変換部は、第1,
第2スイッチング素子と、前記両スイッチング素子を介
して充放電される充放電コンデンサと、前記充放電コン
デンサの充放電経路を与えるダイオードとを含み、前記
両スイッチング素子がオンとなる状態を周期的に切り換
え、一方のスイッチング素子のオンにより前記直流電源
からの電流を前記ダイオードを介して前記コンデンサに
充電するとともに他方のスイッチング素子のオンにより
前記ダイオードを介して該コンデンサの充電電圧を放電
し、この放電電流を前記リアクトル電流とするようにし
ている。Furthermore, the present invention includes a reactor connected to the output side, a capacitor for smoothing the output voltage, and a DC voltage conversion unit connected to a DC power supply, wherein the DC voltage conversion unit is
A second switching element, a charging / discharging capacitor that is charged / discharged via the both switching elements, and a diode that provides a charging / discharging path of the charging / discharging capacitor, and a state in which the both switching elements are turned on periodically. Switching, when one of the switching elements is turned on, the current from the DC power source is charged into the capacitor through the diode, and when the other switching element is turned on, the charging voltage of the capacitor is discharged through the diode, and this discharge is performed. The current is set to the reactor current.
(実施例) 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。第1図は、本発明の第1実施例に係るDC/DC
コンバータの回路図である。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an example shown in the drawings. FIG. 1 shows DC / DC according to the first embodiment of the present invention.
It is a circuit diagram of a converter.
Lはリアクトル、S1,S2は互いに直列に接続された
第1,第2スイッチング素子、D1,D2も互いに直列
に接続された第1,第2ダイオード、C1は第1コンデ
ンサである。直流電源ESとリアクトルLと両スイッチ
ング素子S1,S2とは互いに直列に接続されている。
各スイッチング素子S1,S2と各ダイオードD1,D
2とは互いに直列に接続され、その全体は平滑用の第2
コンデンサC0に並列に接続されている。そして、第1
コンデンサC1は、第1ダイオードD1と第2スイッチ
ング素子S2とに並列に接続されている。L is a reactor, S1 and S2 are first and second switching elements connected in series, D1 and D2 are also first and second diodes connected in series, and C1 is a first capacitor. They are connected in series with each other and the DC power source E S and the reactor L and the two switching elements S1, S2.
Each switching element S1, S2 and each diode D1, D
2 is connected in series with each other, and the whole is a second smoothing
It is connected in parallel with the capacitor C0. And the first
The capacitor C1 is connected in parallel with the first diode D1 and the second switching element S2.
このような構成のDC/DCコンバータにおいて、その
回路動作を第2図および第3図に従って説明する。第2
図(a)は第1スイッチング素子S1がオンで、第2スイ
ッチング素子S2がオフの場合の第1図の等価回路図、
第2図(b)は第1スイッチング素子S1がオフで、第2
スイッチング素子S2がオンの場合の等価回路図、第2
図(c)は両スイッチング素子S1,S2が共にオフの場
合の等価回路図、第2図(d)は両スイッチング素子S
1,S2が共にオンの場合の等価回路図である。第3図
は第2図(a)(b)の等価回路に対するその動作説明に供す
る波形図であり、第4図は第2図(c)の等価回路に対す
るその動作説明に供する波形図であり、第5図は第2図
(d)の等価回路図に対するその動作説明に供する波形図
である。The circuit operation of the DC / DC converter having such a configuration will be described with reference to FIGS. 2 and 3. Second
FIG. 1A is an equivalent circuit diagram of FIG. 1 when the first switching element S1 is on and the second switching element S2 is off.
In FIG. 2 (b), the first switching element S1 is off,
Second equivalent circuit diagram when the switching element S2 is on,
FIG. 2 (c) is an equivalent circuit diagram when both switching elements S1 and S2 are off, and FIG. 2 (d) is both switching element S.
It is an equivalent circuit diagram when both 1 and S2 are on. FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of the equivalent circuit of FIGS. 2 (a) and (b), and FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the equivalent circuit of FIG. 2 (c). , Fig. 5 is Fig. 2
FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the operation of the equivalent circuit diagram of (d).
(A)直流電源電圧ESをその2倍の直流電圧に変換す
る場合:第2図(a)の等価回路では、第1コンデンサC
1が直流電源ESからの電流により充電されるサイクル
のときの等価回路が示されている。この充電期間は第3
図の期間Taに示され、その充電カーブは破線で示され
る。第3図中のBは第1図のB点の電圧、即ち第1コン
デンサC1の充電電圧を示し、また第3図中のPは第1
図のP点の電圧を示している。第2図(b)では、第1コ
ンデンサC1が放電されるサイクルであり、この放電期
間は第3図の期間Tbに示される。この放電期間(b)で
は、第3図に示されるように、電源電圧ESと第1コン
デンサC1の充電電圧ECとの加算電圧が破線に示され
るように高くなるが、第2コンデンサC0の充電電圧は
この加算電圧により充電され、その充電電圧が出力電圧
V0となる。こうして、この場合は直流電源電圧ESは
2倍の直流電圧(出力電圧V0)に変換されることにな
る。ここで、第2図(a)において、第1コンデンサC1
の充電電圧ECは直流電源電圧ESに対しては逆極性に
なり、また第2図(b)では第1コンデンサC1の充電電
圧ECは出力電圧V0に対して逆極性になる。従って、
リアクトルLに加わる電圧は第3図の電源電圧はESと
P点電圧との差になる。期間TaまたはTbにおいて、
期間の前半ではリアクトルLの電圧は電源側の方がP点
より高く、リアクトルLは回路に電圧降下を与え、エネ
ルギーを吸収蓄積している。期間の後半ではリアクトル
Lの電圧は電源側よりP点の方が高く、リアクトルLは
先に蓄積したエネルギーをコンデンサC1側に放出して
いる。その結果、出力電圧V0は期間を通じて一定(2
ES)となり脈動しない。負荷電流I0が増加しても、
P点の電圧変化率が急になるのみで、リアクトルLの電
圧降下の平均値はゼロであるから出力電圧V0は一定
(2ES)に保たれる。リアクトルLが挿入されていな
いと、電源電圧ESとP点電圧との差はスイッチング素
子S1,S2の内部抵抗に加わることになる。P点の電
圧は電源電圧ES以上になることはなく、出力電圧V0
はコンデンサC1の放電によるECの減少分だけ降下す
る。負荷電流I0が増加すると出力電圧V0の降下は大
きくなり、それに従ってスイッチング素子S1,S2の
内部抵抗に加わる電圧が大きくなる。その結果、電圧降
下と電力損失が著しく大きくなる。リアクトルLのイン
ダクタンスは、第21図の従来例と比較して小さくてよ
く、リアクトルLとしては小形軽量のものを用いること
ができる。この場合、従来例では、リアクトルLに蓄積
されたエネルギーで昇圧を行なうようにしているに対し
て、この実施例では第1コンデンサC1に蓄積されたエ
ネルギーで大部分の昇圧を行なうようにしており、第1
コンデンサC1の充電電圧に対する直流電源電圧E
S(期間Ta)、または出力電圧V0(期間Tb)のわ
ずかな電位差をリアクトルLが吸収している。(A) when converting DC power supply voltage E S twice the DC voltage that: The equivalent circuit of FIG. 2 (a), first capacitor C
1 is an equivalent circuit when the cycle is charged by a current from the DC power source E S is shown. This charging period is the third
It is shown in the period T a figure that charging curve indicated by the dashed line. B in FIG. 3 indicates the voltage at point B in FIG. 1, that is, the charging voltage of the first capacitor C1, and P in FIG.
The voltage at point P in the figure is shown. In FIG. 2 (b), it is a cycle in which the first capacitor C1 is discharged, and this discharging period is shown as a period Tb in FIG. In this discharging period (b), as shown in FIG. 3, the added voltage of the power supply voltage E S and the charging voltage E C of the first capacitor C1 becomes high as shown by the broken line, but the second capacitor C0 Is charged by this added voltage, and the charged voltage becomes the output voltage V0. Thus, in this case, the DC power supply voltage E S is converted into the doubled DC voltage (output voltage V0). Here, in FIG. 2 (a), the first capacitor C1
Charging voltage E C has a reverse polarity with respect to the DC power supply voltage E S , and in FIG. 2B, the charging voltage E C of the first capacitor C1 has a reverse polarity with respect to the output voltage V0. Therefore,
Voltage applied to the reactor L supply voltage of FIG. 3 is the difference between E S and P point voltage. In the period T a or T b ,
In the first half of the period, the voltage of the reactor L is higher than the point P on the power supply side, and the reactor L gives a voltage drop to the circuit and absorbs and stores energy. In the latter half of the period, the voltage of the reactor L is higher at the point P than at the power source side, and the reactor L releases the energy accumulated earlier to the capacitor C1 side. As a result, the output voltage V 0 is constant (2
E S ) and does not pulsate. Even if the load current I 0 increases,
The output voltage V 0 is kept constant (2E s ) because the average value of the voltage drop of the reactor L is zero only when the voltage change rate at the point P becomes steep. If the reactor L is not inserted, the difference between the power supply voltage E S and the voltage at the point P is added to the internal resistance of the switching elements S1 and S2. The voltage at the point P never exceeds the power supply voltage E S , and the output voltage V 0
Drops by the amount of decrease in E C due to discharge of the capacitor C1. When the load current I 0 increases, the drop in the output voltage V 0 increases, and the voltage applied to the internal resistances of the switching elements S1 and S2 increases accordingly. As a result, the voltage drop and the power loss are significantly increased. The inductance of the reactor L may be smaller than that of the conventional example shown in FIG. 21, and a small and lightweight reactor L can be used. In this case, in the conventional example, the energy stored in the reactor L is used for boosting, whereas in this embodiment, most of the voltage is boosted by the energy stored in the first capacitor C1. , First
DC power supply voltage E with respect to the charging voltage of the capacitor C1
The reactor L absorbs a slight potential difference of S (period T a ) or the output voltage V0 (period T b ).
(B)直流電源電圧ESの2倍以外の直流電圧に変換す
る場合: (B−イ)直流電源電圧ESの2倍より小さな直流電圧
(出力電圧V0)に変換する場合:このような変換で
は、第1,第2スイッチング素子S1,S2を共にオフ
にする。そうすると、第1図は第2図(c)の等価回路図
のようになる。この等価回路の場合では、前記期間
Ta,Tbの他に第4図(a)に示されるような電圧波形
図が得られるように両スイッチング素子S1,S2が共
にオフとなる期間Tcを設ける。第4図(b)において、
D2は第2ダイオードD2、D1は第1ダイオードD
1、S2は第1スイッチング素子S2、S1は第1スイ
ッチング素子S1の各オン・オフの状態を示している。
ここで、オンは太い横線で、オフは細い横線でそれぞれ
示している。尚、この図では、簡単のために、第1コン
デンサC1の電圧脈動はないものと仮定している。期間
Tcでは、リアクトルLの電流iLは第1,第2ダイオ
ードD1,D2を通り、P点の電位は、そのまま、ほぼ
出力電圧V0となる。原理的にリアクトルLの両端の電
圧の平均値はゼロとなるので、期間Tc以外では、P点
の電圧は電源電圧ESよりも低くなり、第1コンデンサ
C1の充電電圧もESよりも小さくなって、あたかも電
源電圧が小さくなったかのように動作する。その結果、
DC/DCコンバータの出力電圧V0は電源電圧の2倍
の電圧より小さくなる。(B) When converting to a DC voltage other than twice the DC power supply voltage E S : (B-A) When converting to a DC voltage smaller than twice the DC power supply voltage E S (output voltage V0): In the conversion, both the first and second switching elements S1 and S2 are turned off. Then, FIG. 1 becomes the equivalent circuit diagram of FIG. 2 (c). In the case of this equivalent circuit, in addition to the periods T a and T b , a period T c in which both switching elements S1 and S2 are turned off so that a voltage waveform diagram as shown in FIG. 4 (a) is obtained. To provide. In FIG. 4 (b),
D2 is the second diode D2, D1 is the first diode D
Reference numerals 1 and S2 denote the first switching element S2, and S1 denotes the ON / OFF states of the first switching element S1.
Here, ON is indicated by a thick horizontal line, and OFF is indicated by a thin horizontal line. In this figure, for simplicity, it is assumed that there is no voltage ripple in the first capacitor C1. In the period T c , the current iL of the reactor L passes through the first and second diodes D1 and D2, and the potential at the point P is almost the output voltage V0. The average value of principle the voltage across the inductor L is zero, the other periods T c, the voltage of the point P is lower than the power supply voltage E S, the charging voltage of the first capacitor C1 is also than E S It becomes smaller and operates as if the power supply voltage became smaller. as a result,
The output voltage V0 of the DC / DC converter is smaller than twice the power supply voltage.
(B−ロ)直流電源電圧ESの2倍より大きな直流電圧
(出力電圧V0)に変換する場合: 出力電圧V0を大きくするには、期間Ta,Tbの他に
両スイッチング素子S1,S2を共にオンにすることに
より、P点を短絡する期間Tdを設ける。この場合の第
1図の等価回路図は第2図(d)のようになる。そして、
この等価回路による電圧波形図は第5図(a)に示され
る。第5図(a)では、第4図とは逆になってあたかも電
源電圧ESが高くなったように動作して、出力電圧V0
は大きくなる。第5図(b)は、第4図(b)に対応する図で
ある。尚、両スイッチング素子S1,S2が同時にオン
となる動作は、直列の両スイッチング素子S1,S2の
代わりに破線で示す他の1個のスイッチング素子S3を
設け、このスイッチング素子S3で行わせても同等の効
果を得ることができる。この場合、スイッチング素子S
3のオン・オフはスイッチング素子S1,S1の動作と
は無関係に行ってよい。このようにして、両スイッチン
グ素子S1,S2が共にオフあるいはオンする期間
Tc,Tdの割合により出力電圧V0を変化させること
ができる。(B- B) When converted into large DC voltage than twice the DC power supply voltage E S (output voltage V0): To increase the output voltage V0 is the period T a, in addition to the two switching elements S1 of T b, By turning on both S2, a period T d for shorting the point P is provided. The equivalent circuit diagram of FIG. 1 in this case is as shown in FIG. 2 (d). And
A voltage waveform diagram by this equivalent circuit is shown in FIG. In FIG. 5 (a), contrary to FIG. 4, the output voltage V0 operates as if the power supply voltage E S were high.
Grows. FIG. 5 (b) is a view corresponding to FIG. 4 (b). Incidentally, the operation of turning on both switching elements S1 and S2 at the same time may be performed by this switching element S3 by providing another one switching element S3 indicated by a broken line instead of both switching elements S1 and S2 in series. The same effect can be obtained. In this case, the switching element S
On / off of 3 may be performed regardless of the operation of the switching elements S1 and S1. In this way, the output voltage V0 can be changed according to the ratio of the periods T c and T d in which both the switching elements S1 and S2 are both off or on.
第6図は、第2実施例のDC/DCコンバータの回路図
である。第6図の実施例では、第1図の破線で囲む回路
aを2組b,c用いるとともに、直流電源ES、リアクト
ルL、コンデンサC0を共通に用いたものである。破線
aで囲む回路において、S11,S12は第1,第2ス
イッチング素子、D11,D12は第1,第2ダイオー
ド、C1は第1コンデンサである。破線bで囲む回路に
おいて、S21,S22は第3,第4スイッチング素
子、D21,D22は第3,第4ダイオード、C2は第
2コンデンサである。ESは直流電源、Lはリアクト
ル、C0は第3コンデンサである。FIG. 6 is a circuit diagram of the DC / DC converter of the second embodiment. In the embodiment of FIG. 6, two sets b, c of the circuit a surrounded by the broken line of FIG. 1 are used, and the DC power supply E S , the reactor L, and the capacitor C0 are commonly used. In the circuit surrounded by the broken line a, S11 and S12 are first and second switching elements, D11 and D12 are first and second diodes, and C1 is a first capacitor. In the circuit surrounded by the broken line b, S21 and S22 are third and fourth switching elements, D21 and D22 are third and fourth diodes, and C2 is a second capacitor. E S is a DC power source, L is the reactor, C0 is the third capacitor.
このような構成のDC/DCコンバータにおいて、各ス
イッチング素子の内、例えば第2,第3スイッチング素
子S12,S21とが同時にオンか、または第1,第4
スイッチング素子S11,S22が同時にオンになるよ
うに動作させる。第8図(a)は、そのときの電圧波形図
であり、第8図(b)は各スイッチング素子と各ダイオー
ドのオン・オフの状態を示す図である。この第8図(b)
は、第4図や第5図と同様の図である。第7図は、第
1,第4スイッチング素子S11,S22が同時にオン
になった場合の第6図の等価回路図であり、この等価回
路では、第1スイッチング素子S11のオンにより第1
コンデンサC1が第1ダイオードD11を介して充電さ
れ、第4スイッチング素子S22のオンにより第2コン
デンサC2は第4ダイオードD22を介して放電状態に
される場合のものであり、第8図において、期間Taで
ある。この期間Taでは電源電流はiLであり、この電
源電流は、第1コンデンサC1の充電電流ic1とコン
デンサC2の放電電流ic2とを同時に供給するので、
負荷電流10の2倍の値となる。次に、期間Tbでスイ
ッチング素子S12,S21とがオンの場合はそれとは
逆に第1コンデンサC1が放電、第2コンデンサC2が
充電となる。従って、スイッチング素子において、S1
1,S22の組とS12,S21の組において交互に期
間Taと期間Tbの半サイクルごとにオンとなる組の状
態を変えればその電圧波形は、第8図(a)のようにな
る。第8図において、期間Taでは第1コンデンサC1
の充電量と第2コンデンサC2の放電量とが等しく、両
コンデンサC1,C2の電圧の合計は、常に出力電圧V
0に等しくなり、期間Taから期間Tbに変わった直後
でもその合計は同じ電圧である。また、出力電圧V0は
常に電流iLの半分が供給されているので、出力電圧V
0の脈動が極めて小さくなる。In the DC / DC converter having such a configuration, among the switching elements, for example, the second and third switching elements S12 and S21 are turned on at the same time, or the first and fourth switching elements are turned on.
The switching elements S11 and S22 are operated so as to be turned on at the same time. FIG. 8 (a) is a voltage waveform diagram at that time, and FIG. 8 (b) is a diagram showing ON / OFF states of each switching element and each diode. This Figure 8 (b)
[Fig. 4] is a view similar to Figs. 4 and 5. FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of FIG. 6 when the first and fourth switching elements S11 and S22 are turned on at the same time. In this equivalent circuit, the first switching element S11 is turned on so that the first switching element S11 is turned on.
The capacitor C1 is charged through the first diode D11, and the second capacitor C2 is discharged through the fourth diode D22 when the fourth switching element S22 is turned on. In FIG. T a . In this period T a , the power supply current is iL, and this power supply current simultaneously supplies the charging current ic1 of the first capacitor C1 and the discharging current ic2 of the capacitor C2.
The value is twice the load current 10. Then, if the period T b and a switching element S12, S21 of the on-first capacitor C1 in the opposite discharge, the second capacitor C2 is charged with it. Therefore, in the switching element, S1
If the states of the groups of 1, S22 and the groups of S12, S21 are alternately turned on every half cycle of the period T a and the period T b , the voltage waveform becomes as shown in FIG. 8 (a). . In FIG. 8, in the period T a , the first capacitor C1
Is equal to the discharge amount of the second capacitor C2, and the total voltage of both capacitors C1 and C2 is always the output voltage V
It becomes equal to 0, and the total is the same voltage immediately after changing from the period T a to the period T b . Further, since the output voltage V0 is always supplied with half the current iL, the output voltage V0
The pulsation of 0 is extremely small.
第9図(a)(b)(c)(d)は、前記期間Taから期間Tbに変
わるときのスイッチング素子のスイッチング状態を詳細
に示したものである。即ち、各スイッチング素子S11
とS12、S21とS22のスイッチングの時期をずら
している。先ず、時刻t11で第1スイッチング素子S
11がオフになると、電流iLのうち、第9図(a)の等
価回路の状態でその時刻t11になるまでに第1コンデ
ンサC1にも流れていた電流分がゼロになり、電流iL
はすべてic2となる。そして、第2スイッチング素子
S12がターンオンの動作に入り、その端子電圧が次第
に小さくなるが、その間、第2スイッチング素子S12
のコレクタには、電流が流れていないのでスイッチング
損失は生じない。次に、時刻t12において、B1点が
出力電圧V0に達すると、第2ダイオードD12に電流
が流れるようになり、B1点はV0に等しくなる。この
とき、第1コンデンサC1の充電電圧Ec1は第2コン
デンサC2の充電電圧Ec2より大きいので、A1点
は、P点の電圧に達していない。時刻t12以後は、第
9図(b)の等価回路となり、また第10図の時刻t12
〜t14のように、第4ダイオードD22はオフとな
り、電流iLはすべてic1となる。時刻t13で第2
スイッチング素子S12はターンオンを終了し、時刻t
14から第4スイッチング素子S22がオフとなって第
3スイッチング素子S21のターンオンが開始し、A2
点の電圧が下降する。時刻t15になるまでは、電流i
c2は流れず、第4スイッチング素子S22から第3ス
イッチング素子S21へのスイッチングは無電流で行な
われる。時刻t15でA2点の電圧がほぼゼロまで達し
たとき、それ以前の時刻t11〜t15は第1,第2コ
ンデンサC1,C2共放電のみ行なっていたので、Ec
1+Ec2はV0より低くなっている。第9図(c)の等
価回路および第10図の時刻t15〜t16のように第
2ダイオードD12がオフとなって第2コンデンサC2
のみ充電され、Ec2が大きくなり、Ec1+Ec2が
V0に達した時刻t16以後は、電流iLはic2とi
c1とに分かれ、第1コンデンサC1は放電し、第2コ
ンデンサC2は充電される。9 (a) (b) (c) (d) show in detail the switching state of the switching element when the period T a is changed to the period T b . That is, each switching element S11
And the switching timings of S12 and S21 and S22 are shifted. First, at time t11, the first switching element S
When 11 is turned off, of the current iL, the amount of the current flowing in the first capacitor C1 before the time t11 in the state of the equivalent circuit of FIG.
Are all ic2. Then, the second switching element S12 enters a turn-on operation and the terminal voltage thereof gradually decreases.
No current is flowing in the collector of, so no switching loss occurs. Next, at time t12, when the B1 point reaches the output voltage V0, current flows through the second diode D12, and the B1 point becomes equal to V0. At this time, since the charging voltage E c 1 of the first capacitor C1 is higher than the charging voltage E c 2 of the second capacitor C2, the point A1 does not reach the voltage at the point P. After time t12, the equivalent circuit of FIG. 9 (b) is obtained, and at time t12 of FIG.
As at ~ t14, the fourth diode D22 is turned off, and the current iL is all ic1. Second at time t13
The switching element S12 ends the turn-on, and the time t
The fourth switching element S22 is turned off from 14 and turn-on of the third switching element S21 is started.
The voltage at the point drops. Until time t15, the current i
c2 does not flow, and switching from the fourth switching element S22 to the third switching element S21 is performed with no current. When the voltage at the point A2 reaches almost zero at time t15, only the co-discharge of the first and second capacitors C1 and C2 was performed at times t11 to t15 before that, so E c
1 + E c 2 is lower than V0. As in the equivalent circuit of FIG. 9 (c) and the times t15 to t16 of FIG. 10, the second diode D12 is turned off and the second capacitor C2 is turned off.
After time t16 when only the battery is charged and E c 2 becomes large and E c 1 + E c 2 reaches V0, the current iL is ic2 and i.
The first capacitor C1 is discharged and the second capacitor C2 is charged.
第11図は、第10図の転流で最も動作責務の重い第2
スイッチング素子S12についての電圧・電流の軌跡を
示す図である。第11図から明らかなように、電流のオ
ン・オフは非常に低い素子電圧の下で行なわれるので、
スイッチング損失は極めて小さくなる。また、第1図の
それと同様にして、出力電圧を変化させる必要があると
きは、第1,第4スイッチング素子S11,S22、ま
たは第2,第3スイッチング素子S12,S21、また
はそれに代わる素子でP点とO点とを短絡する期間を設
けるか、それらの各スイッチング素子がすべてオフとな
る期間を設けることにより可能である。FIG. 11 shows the second commutation of FIG.
It is a figure showing a locus of voltage and current about switching element S12. As is apparent from FIG. 11, since the current is turned on and off under a very low device voltage,
Switching loss is extremely small. Further, similarly to that of FIG. 1, when it is necessary to change the output voltage, the first, fourth switching elements S11, S22, or the second, third switching elements S12, S21, or elements in place of them are used. It is possible to provide a period in which the point P and the point O are short-circuited or a period in which all of the respective switching elements are turned off.
第12図は、第3実施例の回路図である。第12図の実
施例は、第6図のそれに第4〜第7コンデンサC1′,
C1″,C2′,C2″と、第5〜第8ダイオードD1
3,D23,D10,D20とを追加したものである。
第1〜第4スイッチング素子S11〜S22を第6図の
ものと同様にしてスイッチングさせると、コンデンサC
0以外の各コンデンサは、すべてほぼ直流電源電圧ES
に充電され、この実施例では、出力電圧V0はほぼ電源
電圧ESの4倍の直流電圧となる。FIG. 12 is a circuit diagram of the third embodiment. The embodiment shown in FIG. 12 is similar to that shown in FIG. 6 in that the fourth to seventh capacitors C1 ',
C1 ″, C2 ′, C2 ″ and fifth to eighth diodes D1
3, D23, D10, D20 are added.
When the first to fourth switching elements S11 to S22 are switched in the same manner as in FIG. 6, the capacitor C
0 except the capacitors are all substantially DC power supply voltage E S
In this embodiment, the output voltage V0 becomes a DC voltage which is almost four times the power supply voltage E S.
第13図は第2,第3スイッチング素子S12,S21
がオンのときの第12図の等価回路図であり、この等価
回路に示すように各ダイオードD10,D13,D1
2,D21を流れる電流i10〜i13の平均値はそれ
ぞれI0に等しい。また、第4コンデンサC1′と第6
コンデンサC1″との接続点E1と、第6コンデンサC
2′と第7コンデンサC2″との接続点E2とのそれぞ
れに第6,第7ダイオードD10,D20,第3コンデ
ンサC0と同様の回路を接続すれば、直流電源電圧ES
の3倍の直流電圧をも同時に得ることができる。第12
図の出力電圧V0の脈動は第6図のものよりやや大きい
が、リアクトルLに加わる電圧が小さくなり、第1〜第
4スイッチング素子S11〜S22のスイッチング損失
が非常に小さい等の特徴は第6図のそれと同様である。FIG. 13 shows the second and third switching elements S12 and S21.
12 is an equivalent circuit diagram of FIG. 12 when is ON, and as shown in this equivalent circuit, each diode D10, D13, D1
2, the average value of the currents i10 to i13 flowing through D21 is equal to I0. Also, the fourth capacitor C1 'and the sixth capacitor
The connection point E1 with the capacitor C1 ″ and the sixth capacitor C
6 in each of the 2 'and the connection point E2 between the seventh capacitor C2 ", the seventh diode D10, D20, by connecting the circuit similar to the third capacitor C0, the DC power supply voltage E S
It is possible to obtain a DC voltage three times as high as that of the above. 12th
Although the pulsation of the output voltage V0 in the figure is slightly larger than that in FIG. 6, the voltage applied to the reactor L becomes small and the switching loss of the first to fourth switching elements S11 to S22 is very small. It is similar to that of the figure.
第14図は、第4実施例の回路図であり、第6図の回路
図において、スイッチング素子とダイオードとを置換し
た以外は第6図のそれと同様である。この実施例の場合
は、第1,第4スイッチング素子S11,S22また
は、第2,第3スイッチング素子S12,S21がオン
となる状態を交互に繰り返すと、その電圧波形は、第1
6図(a)となる。尚、第16図(b)は、第4図(b)等と同
様に各スイッチング素子S11,S12,S21,S2
2と各ダイオードD11,D12,D21,D22のオ
ン・オフの状態を示している。期間Taでは、第16図
から明らかなように第1,第4スイッチング素子S1
1,S22と第1,第4ダイオードD1,D22がオン
し、第1,第3スイッチング素子S12,S21と第
1,第3ダイオードDD12,D21とがオフしてい
る。このような状態のときの第14図の回路は、第15
図の等価回路のようになる。この等価回路に示すように
期間Taの場合は、第1コンデンサC1の放電電流ic
1と第2コンデンサC2の充電電流ic2の合計がリア
クトルLの電流iLである。この電流iLの向きは、第
6図のそれとは逆であり、電源と負荷との位置が逆にな
り、第1,第2コンデンサC1,C2はほぼ直流電源電
圧ESの1/2に充電されるので、出力電圧V0はほ
ぼ、直流電源電圧ESの1/2になり、また電流iLの
平均値が負荷電流であるので、電源電流は、負荷電流の
1/2になる。この等価回路では、第1コンデンサC1
が放電し、第2コンデンサC2が充電となるので、P点
の電圧は、時間とともに減少し、第8図とは逆の傾斜と
なる(第16図)。この実施例の場合では、電源および
出力電流の脈動が小さいこと、各スイッチング素子S1
1,S22、S12,S21の転流時期をずらすことに
よりスイッチング損失を著しく小さくできること、各ス
イッチング素子S11とS22、またはS12,S21
の短絡モードあるいはスイッチング素子S11〜S22
のすべての開放モードにより、出力電圧を可変にするこ
とができることなど、第6図と同様のの特徴を備える。FIG. 14 is a circuit diagram of the fourth embodiment, which is the same as that of FIG. 6 except that the switching element and the diode are replaced in the circuit diagram of FIG. In the case of this embodiment, when the first and fourth switching elements S11 and S22 or the second and third switching elements S12 and S21 are alternately turned on, the voltage waveform thereof becomes the first
It becomes Fig. 6 (a). Incidentally, FIG. 16 (b) shows each switching element S11, S12, S21, S2 similarly to FIG. 4 (b) and the like.
2 and the diodes D11, D12, D21 and D22 are shown in the on / off state. In the period T a , as is clear from FIG. 16, the first and fourth switching elements S1
1, S22 and the first and fourth diodes D1 and D22 are turned on, and the first and third switching elements S12 and S21 and the first and third diodes DD12 and D21 are turned off. In such a state, the circuit of FIG.
It looks like the equivalent circuit in the figure. For the period T a, as shown in this equivalent circuit, the first capacitor C1 discharge current ic
The sum of 1 and the charging current ic2 of the second capacitor C2 is the current iL of the reactor L. The direction of this current iL is opposite to that of FIG. 6, the positions of the power source and the load are reversed, and the first and second capacitors C1 and C2 are charged to approximately 1/2 of the DC power source voltage E S. since the output voltage V0 is almost halved the DC source voltage E S, and since the average value of the current iL is the load current, the power supply current is 1/2 of the load current. In this equivalent circuit, the first capacitor C1
Is discharged and the second capacitor C2 is charged, so that the voltage at the point P decreases with time and has a slope opposite to that in FIG. 8 (FIG. 16). In the case of this embodiment, the pulsation of the power supply and the output current is small, and each switching element S1
The switching loss can be remarkably reduced by shifting the commutation timings of S1, S22, S12 and S21, and the switching elements S11 and S22 or S12 and S21.
Short circuit mode or switching elements S11 to S22
The output voltage can be made variable by all the open modes described above, and the same features as those in FIG. 6 are provided.
第17図は、第14図の破線で囲む回路d,eの内、い
ずれか一方の回路のみでDC/DCコンバータを構成し
た第5実施例であり、電源電流isの脈動が大きいこ
と、スイッチング損失が小さくないことを除いて第15
図または第6図の回路と同様の特徴を有している。そし
て、第17図が第14図に対する関係は、第6図に対す
る第1図の関係と同様である。FIG. 17 shows a fifth embodiment in which the DC / DC converter is constituted by only one of the circuits d and e surrounded by the broken line in FIG. 15th except loss is not small
It has the same characteristics as the circuit of FIG. 6 or FIG. The relationship between FIG. 17 and FIG. 14 is similar to the relationship of FIG. 1 with respect to FIG.
第18図は、低圧直流V1側から高圧直流V2側への電
力の伝達および逆方向の電力伝達を可能にした第6実施
例を示すものである。第18図の回路は、第6図と第1
4図との回路を重ね合わせたものである。スイッチング
素子S11,S13,S22,S24をオンの状態にす
る期間と、スイッチング素子S12,S14,S21,
S23をオンの状態にする期間とを交互に連ねて動作さ
せる。第1,第2コンデンサC1およびC2はほぼ電圧
V1に充電され、電圧V2は電圧V1の2倍の電圧とな
る。FIG. 18 shows a sixth embodiment capable of transmitting electric power from the low voltage DC V1 side to the high voltage DC V2 side and in the opposite direction. The circuit of FIG. 18 is shown in FIG.
The circuit shown in Fig. 4 is superposed. The period in which the switching elements S11, S13, S22, S24 are turned on, and the switching elements S12, S14, S21,
The period for which S23 is turned on is alternately operated. The first and second capacitors C1 and C2 are almost charged to the voltage V1, and the voltage V2 becomes twice the voltage V1.
V2/V1が2より小さいとき、第6実施例の回路は、
前記重ね合わせにおいて第6図に対応する部分の位置に
接続されてある素子が動作し、その場合の第18図の回
路の等価回路は、第7図の回路と同様であり、電圧波形
は、第8図と同様となる。電力は、電圧V1側から電圧
V2側に伝達される。When V2 / V1 is smaller than 2, the circuit of the sixth embodiment is
In the superposition, the element connected to the position of the portion corresponding to FIG. 6 operates, and the equivalent circuit of the circuit of FIG. 18 in that case is the same as the circuit of FIG. 7, and the voltage waveform is It is similar to FIG. Electric power is transmitted from the voltage V1 side to the voltage V2 side.
V2/V1が2より大きいときは、第18図に示された
第6実施例の回路は、前記重ね合わせにおいて第14図
に対応する部分の素子が動作し、その場合の第18図の
等価回路は、第15図と同様であり、電圧波形は、第1
6図と同様となる。電力は、電圧V2側から電圧V1側
に伝達される。これはあたかも交流における巻線比1:
2のトランスのごとき動作であると考えられる。第18
図においても、第6図と第14図の特徴と特性を有して
おり、第19図のように第1コンデンサC1のみの回路
構成にすることもできる。When V2 / V1 is larger than 2, in the circuit of the sixth embodiment shown in FIG. 18, the elements of the portion corresponding to FIG. 14 operate in the superposition, and the equivalent of FIG. 18 in that case. The circuit is the same as in FIG. 15, and the voltage waveform is
It becomes similar to FIG. Electric power is transmitted from the voltage V2 side to the voltage V1 side. This is as if the winding ratio in alternating current is 1:
It is considered to be an operation like a transformer of No.2. 18th
The figure also has the features and characteristics shown in FIGS. 6 and 14, and a circuit configuration having only the first capacitor C1 as shown in FIG. 19 can be used.
第20図は、第7実施例の回路構成図であり、直流電源
電圧ESに対して負の出力電圧V0を得るものである。
この場合、鎖線で囲む部分の回路については後述する。FIG. 20 is a circuit configuration diagram of the seventh embodiment, which obtains a negative output voltage V0 with respect to the DC power supply voltage E S.
In this case, the circuit surrounded by the chain line will be described later.
第2スイッチング素子S12がオンのときに第1コンデ
ンサC1は、符号でES→S12→C1→D12→Lの
回路で充電され、第1スイッチング素子S11がオンの
ときに符号でC1→S11→L→C0→D11の回路で
放電し、その放電電流が、第3コンデンサC0を充電す
る。第1コンデンサC1および第3コンデンサC0はほ
ぼESに充電され、負荷電流は第3コンデンサC0の端
子より負の直流電源として供給される。その動作および
特性は、第1図の回路と同様であるが、電源電流と負荷
電流とは同じ大きさである。この回路の各端子x1,x
2,x3,に対して第2コンデンサC2を含む鎖線で囲
む部分の回路の端子x1′,x2′,x3′を、それぞ
れ矢印に対応するようにして接続し、第1コンデンサC
1の回路と逆相で動作させると、電源電流、第3コンデ
ンサC0の充電電流は共に、連続となる。また、スイッ
チング素子の転流損失を著しく小さくすることができ
る。First capacitor C1 when the second switching element S12 is turned on, is charged by a circuit code in E S → S12 → C1 → D12 → L, the first switching element S11 is in the code when on C1 → S11 → The circuit of L → C0 → D11 is discharged, and the discharge current charges the third capacitor C0. The first capacitor C1 and the third capacitor C0 are charged to about E S , and the load current is supplied from the terminal of the third capacitor C0 as a negative DC power source. Its operation and characteristics are similar to those of the circuit of FIG. 1, but the power supply current and the load current have the same magnitude. Each terminal x1, x of this circuit
2, x3, terminals x1 ', x2', x3 'of the circuit surrounded by a chain line including the second capacitor C2 are connected in correspondence with the arrows, respectively, and the first capacitor C2 is connected.
When operated in the opposite phase to the circuit of No. 1, the power supply current and the charging current of the third capacitor C0 are both continuous. Further, the commutation loss of the switching element can be significantly reduced.
このようにコンデンサの充放電を利用して直流変換を行
うと、直列リアクトルの大きさを著しく小さくすること
ができる。また、2回路を2相で動作させると、電源電
流および出力電流とも連続電流となり、2回路の転流時
期を少しずらすと、スイッチング素子のスイッチング損
失を著しく減少することができる。基本的には、2倍昇
圧、1/2降圧、−1倍負電圧の出力を得ることがで
き、短絡モード、開放モードを置くことにより、連続的
に出力電圧を変化させることができる。回路構成によ
り、電力を低圧側から高圧側へまたはその逆方向に自由
に伝達することも可能である。多段構成にすることによ
り、電源電圧の任意整数倍の電圧を得ることができる。
また、回路中のダイオードは、電圧降下がやや大きいの
で、通電時にその両端の電圧降下の小さい素子で短絡す
るようにすれば、更に効率を向上させることができる。When the DC conversion is performed by using the charge / discharge of the capacitor in this way, the size of the series reactor can be significantly reduced. Further, when the two circuits are operated in two phases, both the power supply current and the output current become continuous currents, and if the commutation timing of the two circuits is slightly shifted, the switching loss of the switching element can be significantly reduced. Basically, it is possible to obtain the output of double boosting, 1/2 dropping, and -1 negative voltage, and the output voltage can be continuously changed by placing the short-circuit mode and the open mode. Depending on the circuit configuration, it is also possible to freely transfer power from the low voltage side to the high voltage side or vice versa. With the multi-stage configuration, it is possible to obtain a voltage that is an arbitrary integral multiple of the power supply voltage.
Further, since the diode in the circuit has a slightly large voltage drop, it is possible to further improve the efficiency by short-circuiting the elements having a small voltage drop across the diode when energized.
(発明の効果) 以上のように、本発明によれば、スイッチング素子によ
りコンデンサの充放電を切り換え、その放電電流を出力
に供給するようにして電源電圧より高い直流電圧を得る
ようにし、充放電電流は必ず電源に直列に挿入したチョ
ークコイルを通じて行い、またコンデンサの充放電を2
相動作させることにより、チョークコイルの小形軽量化
が可能になり、更にスイッチング素子の損失が少なくか
つ出力電圧の脈動も小さい整数倍の直流電圧を得ること
が可能となった。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the charging / discharging of the capacitor is switched by the switching element, and the discharging current is supplied to the output so that a DC voltage higher than the power supply voltage is obtained and the charging / discharging is performed. The current is always carried out through the choke coil inserted in series with the power supply, and the charge and discharge of the capacitor is 2
By operating in phase, it is possible to reduce the size and weight of the choke coil, and it is possible to obtain an integral multiple DC voltage with less switching element loss and less output voltage pulsation.
第1図は、本発明の第1実施例の回路図、第2図(a)(b)
(c)(d)は第1図のスイッチング素子のオン・オフ状態に
より第1図の等価回路図、第3図ないし第5図は第1図
の回路の動作説明に供する波形図、第6図は第2実施例
の回路図、第7図は第6図の等価回路図、第8図は第7
図の等価回路の動作説明に供する波形図、第9図は第6
図の詳細な等価回路図、第10図は第9図の等価回路の
動作説明に供する波形図、第11図は第9図の動作説明
に供する電圧・電流波形図、第12図は第3実施例の回
路図、第13図は第12図の等価回路図、第14図は第
4実施例の回路図、第15図は第14図の等価回路図、
第16図は第15図の等価回路の動作説明に供する波形
図、第17図は第5実施例の回路図、第18図は第6実
施例の回路図、第19図は第18図の変形回路図、第2
0図は第7実施例の回路図、第21図は従来例の回路
図、第22図は第21図の回路の動作説明に供する波形
図、第23図は第21図の回路の動作説明に供する電圧
・電流波形図である。 図中、符号S11,S12,S21,S22はスイッチ
ング素子、D11,D12,D21,D22はダイオー
ド、ESは直流電源、Lはリアクトル、C1,C2,C
0はコンデンサ。FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) (b).
(c) and (d) are equivalent circuit diagrams of FIG. 1 depending on the ON / OFF state of the switching element of FIG. 1, and FIGS. 3 to 5 are waveform diagrams for explaining the operation of the circuit of FIG. FIG. 7 is a circuit diagram of the second embodiment, FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of FIG. 6, and FIG.
FIG. 9 is a waveform diagram for explaining the operation of the equivalent circuit shown in FIG.
Detailed equivalent circuit diagram of FIG. 10, FIG. 10 is a waveform diagram for explaining the operation of the equivalent circuit of FIG. 9, FIG. 11 is a voltage / current waveform diagram for explaining the operation of FIG. 9, and FIG. Circuit diagram of the embodiment, FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of FIG. 12, FIG. 14 is a circuit diagram of the fourth embodiment, and FIG. 15 is an equivalent circuit diagram of FIG.
16 is a waveform diagram for explaining the operation of the equivalent circuit of FIG. 15, FIG. 17 is a circuit diagram of the fifth embodiment, FIG. 18 is a circuit diagram of the sixth embodiment, and FIG. 19 is a circuit diagram of FIG. Modified circuit diagram, second
FIG. 0 is a circuit diagram of the seventh embodiment, FIG. 21 is a circuit diagram of a conventional example, FIG. 22 is a waveform diagram used to explain the operation of the circuit of FIG. 21, and FIG. 23 is an operation diagram of the circuit of FIG. FIG. 3 is a voltage / current waveform diagram used for the above. In the figure, reference numeral S11, S12, S21, S22 are switching elements, D11, D12, D21, D22 is a diode, E S is a DC power source, L is the reactor, C1, C2, C
0 is a capacitor.
Claims (7)
電圧の平滑用コンデンサとの間に直流電圧変換部を設
け、前記直流電圧変換部は、第1,第2スイッチング素
子と、前記両スイッチング素子のオン・オフにより充放
電動作する充放電コンデンサと、前記充放電コンデンサ
の充電経路と放電経路とを与えるダイオードとを備え、
第1スイッチング素子のオンにより前記充放電コンデン
サが前記ダイオードを介して充電され、第2スイッチン
グ素子のオンにより前記充放電コンデンサが前記ダイオ
ードを介して放電され、この放電電流が前記平滑用コン
デンサに与えられるものであり、前記両スイッチング素
子を交互にオン状態として前記直流電源の2倍の電圧を
得ることを特徴とするDC/DCコンバータ。1. A DC voltage converter is provided between a reactor connected to a DC power source and a capacitor for smoothing an output voltage, the DC voltage converter comprising first and second switching elements and both of the switching elements. A charging / discharging capacitor that performs charging / discharging operation by turning on / off the element, and a diode that provides a charging path and a discharging path of the charging / discharging capacitor,
When the first switching element is turned on, the charging / discharging capacitor is charged through the diode, and when the second switching element is turned on, the charging / discharging capacitor is discharged through the diode, and this discharging current is given to the smoothing capacitor. The DC / DC converter is characterized in that both of the switching elements are alternately turned on to obtain a voltage twice that of the DC power supply.
DCコンバータにおいて、 前記直流電圧変換部を2組有し、第1直流電圧変換部の
第1スイッチング素子と第2直流電圧変換部の第2スイ
ッチング素子とが同時にオンになる状態と、第1直流電
圧変換部の第2スイッチング素子と第2直流電圧変換部
の第1スイッチング素子とが同時にオンになる状態とを
交互に繰り返すDC/DCコンバータ。2. DC / according to claim 1
In the DC converter, two sets of the DC voltage converter are provided, and a state in which the first switching element of the first DC voltage converter and the second switching element of the second DC voltage converter are simultaneously turned on, A DC / DC converter in which the second switching element of the voltage conversion section and the first switching element of the second DC voltage conversion section are alternately turned on at the same time.
記載のDC/DCコンバータにおいて、 前記両直流電圧変換部内の第1,第2スイッチング素子
を同時にオンにするか、または同時にオフにするか、あ
るいは第3スイッチング素子により直流電源をリアクト
ルを介して短絡するモードを設け、前記モードがスイッ
チング素子のスイッチング周期に占める時間比を制御
し、この時間比により出力電圧を可変するDC/DCコ
ンバータ。3. The DC / DC converter according to claim 1 or 2, wherein the first and second switching elements in the both DC voltage converters are turned on at the same time or turned off at the same time. Or a mode in which a DC power supply is short-circuited via a reactor by a third switching element is provided, the time ratio of the mode to the switching cycle of the switching element is controlled, and the output voltage is varied by this time ratio. DC converter.
DCコンバータにおいて、 前記第1直流電圧変換部内のスイッチング素子の転流時
期と、第2直流電圧変換部内のスイッチング素子の転流
時期とが所定時間ずれるように、スイッチング素子にそ
の駆動信号を与えるDC/DCコンバータ。4. DC / according to claim 2
In the DC converter, a DC that gives a drive signal to the switching element so that the commutation timing of the switching element in the first DC voltage conversion section and the commutation timing of the switching element in the second DC voltage conversion section are deviated by a predetermined time. / DC converter.
電圧の平滑用コンデンサとの間に第1,第2直流電圧変
換部を設け、前記各直流電圧変換部はそれぞれ、第1,
第2スイッチング素子と、前記両スイッチング素子のオ
ン・オフにより充放電動作する充放電コンデンサと、前
記充放電コンデンサの充電経路と放電経路とを与えるダ
イオードとを備え、第1スイッチング素子のオンにより
前記充放電コンデンサが前記ダイオードを介して充電さ
れ、第2スイッチング素子のオンにより前記充放電コン
デンサが前記ダイオードを介して放電され、この放電電
流が前記平滑用コンデンサに与えられるものであり、第
1,第2直流電圧変換部内の各充放電コンデンサに直列
にそれぞれ複数の直列コンデンサを接続し、第1直流電
圧変換部内の充放電コンデンサと直列コンデンサとから
の放電電流が第2直流電圧変換部内の充放電コンデンサ
と直列コンデンサに充電され、また第2直流電圧変換部
内の充放電コンデンサと直列コンデンサとからの放電電
流が第1直流電圧変換部内の充放電コンデンサと直列コ
ンデンサとに充電されるようにダイオードを接続構成
し、前記各直列コンデンサの最終段が前記平滑用コンデ
ンサに共通に接続され、各直流電圧変換部内のスイッチ
ング素子を順次オン・オフして、直流電源の整数倍の出
力電圧を得ることを特徴とするDC/DCコンバータ。5. A first and a second DC voltage converter are provided between a reactor connected to a DC power source and a capacitor for smoothing an output voltage, and each DC voltage converter has a first and a second DC voltage converter, respectively.
A second switching element, a charging / discharging capacitor that performs a charging / discharging operation by turning on / off both of the switching elements, and a diode that provides a charging path and a discharging path of the charging / discharging capacitor are provided. A charging / discharging capacitor is charged via the diode, the charging / discharging capacitor is discharged via the diode when the second switching element is turned on, and this discharging current is given to the smoothing capacitor. A plurality of series capacitors are connected in series to each charging / discharging capacitor in the second DC voltage converter, and the discharge current from the charging / discharging capacitor and series capacitor in the first DC voltage converter is charged in the second DC voltage converter. The discharge capacitor and series capacitor are charged, and the charging / discharging capacitor in the second DC voltage converter is also charged. A diode is connected so that the discharge current from the capacitor and the series capacitor is charged in the charging / discharging capacitor and the series capacitor in the first DC voltage converter, and the final stage of each series capacitor is common to the smoothing capacitor. A DC / DC converter which is connected to the DC voltage converter and sequentially turns on / off the switching elements in each DC voltage converter to obtain an output voltage that is an integral multiple of the DC power supply.
圧の平滑用コンデンサと、直流電源に接続された直流電
圧変換部とを備え、前記直流電圧変換部は、第1,第2
スイッチング素子と、前記両スイッチング素子を介して
充放電される充放電コンデンサと、前記充放電コンデン
サの充放電経路を与えるダイオードとを含み、前記両ス
イッチング素子がオンとなる状態を周期的に切り換え、
一方のスイッチング素子のオンにより前記直流電源から
の電流を前記ダイオードを介して前記コンデンサに充電
するとともに他方のスイッチング素子のオンにより前記
ダイオードを介して該コンデンサの充電電圧を放電し、
この放電電流を前記リアクトル電流とすることを特徴と
するDC/DCコンバータ。6. A reactor connected to an output side, a capacitor for smoothing an output voltage, and a DC voltage converter connected to a DC power supply, wherein the DC voltage converter includes first and second converters.
A switching element, a charging / discharging capacitor charged / discharged through both the switching elements, and a diode that provides a charging / discharging path of the charging / discharging capacitor, the switching elements are periodically switched on.
When one of the switching elements is turned on, the current from the DC power source is charged into the capacitor through the diode, and when the other switching element is turned on, the charging voltage of the capacitor is discharged through the diode,
A DC / DC converter characterized in that the discharge current is the reactor current.
DCコンバータにおいて、 前記直流電圧変換部を2組有し、前記両直流電圧変換部
内の充放電コンデンサの充放電動作をスイッチング素子
のオン・オフにより周期的に切り換え、第1直流電圧変
換部内の充放電コンデンサからの放電電流と、第1直流
電圧変換部内の充放電コンデンサからの充電電流とが前
記リアクトルを同一方向に流れ、前記両電流の和が、負
荷電流として供給されるDC/DCコンバータ。7. DC / according to claim 6
In the DC converter, two sets of the DC voltage converters are provided, and the charging / discharging operation of the charging / discharging capacitors in both the DC voltage converters is periodically switched by turning on / off a switching element to charge / discharge the first DC voltage converter. A DC / DC converter in which a discharge current from a discharge capacitor and a charge current from a charge / discharge capacitor in the first DC voltage converter flow in the same direction in the reactor, and the sum of the two currents is supplied as a load current.
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