JP2004297994A - 絶縁型スイッチングdc/dcコンバータ - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気部品のコア体積の低減及びコア損失の低減を図り、装置全体の効率向上を実現し得るスイッチングDC/DCコンバータを提供する。
【解決手段】2次側がセンタータップ方式の絶縁トランスTr を用いるDC/DCコンバータにおいて、入力チョークコイルL1 及び出力チョークコイルL3 を該絶縁トランスTr と一体化し、共通のコア(磁心)にトランスの1次コイル( 巻数2N)、2次コイル(巻数n+n)、入力チョークコイルL1(巻数2N)及び出力チョークコイルL3 (巻数n)を巻回し、かつ、それぞれのコイルが作る直流磁束を打ち消す方向にすることで、コアの直流偏磁量を非常に小さくする。
【選択図】 図1
Description
Vo =(n/N)×D×Vi
図3のVDS(Q1)は、スイッチ素子Q1 のドレイン・ソース間電圧の波形である。ID(Q1) は、スイッチ素子Q1 とボディーダイオードD1 と出力接合容量C11とを流れる電流の和である。ID(Q1')は、スイッチ素子Q1'とボディーダイオードD1'と出力接合容量C12とを流れる電流の和である。またID(Q2) は、スイッチ素子Q2 とボディーダイオードD2 とを流れる電流の和である。ID(Q2')はスイッチ素子Q2'とボディーダイオードD2'とを流れる電流の和である。
モード1の期間は、図4に示したように、スイッチ素子Q1 とQ2 がオンしており、スイッチ素子Q1 には入力電圧源Vi から入力チョークコイルL1 を介して流れる電流と、トランスTr の1次電流とが流れている。なお、図4中RL は負荷抵抗、Lm はトランスTr の励磁インダクタンスを示す。
t=t1 にてスイッチ素子Q1 がオフしてから、図5に示すように、入力チョークコイルL1 の電流とトランスTr の1次電流によってスイッチ素子Q1 の出力接合容量C11の充電と、スイッチ素子Q1'の出力接合容量C12の放電がなされる。これに伴い、スイッチ素子Q1 のドレイン・ソース間電圧が徐々に増加し、同時にスイッチ素子Q1'のドレイン・ソース間電圧が徐々に減少し、トランスTr の各巻線電圧が低下していく。ちなみに、スイッチ素子Q2 のゲート信号は、通常このモード2にてオフしてやる。
t=t2 にて、トランスTr の各巻線電圧が零になると、図6に示すように、スイッチ素子Q2'のボディーダイオードD2'がオンし、トランスTr の巻線は短絡状態となる。出力チョークコイルL3 の電流は、はじめのうちはスイッチ素子Q2 のボディーダイオードD2 を流れるが、それが徐々にスイッチ素子Q2'側のボディーダイオードD2'に転流していく。
モード4の期間は、t=t3 にて図7のようにスイッチ素子Q1'のボディーダイオードD1'が順バイアスされてオンしてから、t=t4 でボディーダイオードD2 を流れる電流が零になるまでの期間である。
モード5の期間は、t=t4 にて図8のように、ボディーダイオードD2 がオフしてからt=t5にてスイッチ素子Q1'のゲート信号をオンさせるまでの期間である。このモード5にてスイッチ素子Q2'のゲートにオン信号が与えられ、スイッチ素子Q2'がオンする。また、t=t4 にて、トランスTr の巻線は短絡状態から解放され、巻線電圧が発生する。
モード6の期間は、t=t5 にて図9のように、スイッチ素子Q1'のゲート信号をオンさせてから、t=t6 にてスイッチ素子Q1'がオフするまでの期間である。この間スイッチ素子Q1'の電流の向きは負(図9の点線矢印の方向)から正(図9の実線矢印の方向)に変化する。
モード7の期間は、t=t6 にて図10のようにスイッチ素子Q1'がオフしてからスイッチ素子Q1 のドレイン・ソース間電圧が徐々に低下し、トランスTr の各巻線電圧が低下し、t=t7 にて零になるまでの期間である。通常、このモード7にてスイッチ素子Q2'のゲート信号はオフしてやる。
t=t7 にてトランスTr の各巻線電圧が零になると、図11のように、スイッチ素子Q2 のボディーダイオードD2 がオンし、トランスTr の各巻線は短絡状態となる。出力チョークコイルL3 の電流は、はじめはボディーダイオードD2'を流れていたが、それが徐々にボディーダイオードD2 に転流していく。また、この期間にスイッチ素子Q1 のドレイン・ソース間電圧は更に下降を続ける。
モード9は、t=t8 にてスイッチ素子Q1 のボディーダイオードD1 が順バイアスされてONしてから、t=t9 にてスイッチ素子Q2'のボディーダイオードD2'がオフするまでの期間である(図12参照)。また、t=t9 にてトランスTr の巻線は短絡状態から解放され、巻線電圧が発生する。この間、スイッチ素子Q1 の電流の向きは負(図12の点線矢印の方向)から正(図12の実線矢印の方向)に変化する。このモード9終了後にモード1に戻る。
Claims (7)
- 絶縁トランスの1次側に直流電圧源が接続されるとともに、該1次側に接続された第1のスイッチ素子及び第2のスイッチ素子を両者が同時にオン状態とならないように交互にオン/オフさせることにより電圧変換を行い、前記絶縁トランスの2次側整流回路を介して直流電圧の出力を得る絶縁型スイッチングDC/DCコンバータにおいて、
前記絶縁トランスは2次側がセンタータップ方式のトランスであり、入力チョークコイルと、前記絶縁トランスの1次コイルと、前記絶縁トランスの2次コイルと、出力チョークコイルと、が共通のコアに巻回され、かつ、これら各コイルの巻線により発生する直流磁束が互いに打ち消し合う方向に構成されており、
前記絶縁トランスの1次側には、前記直流電圧源の端子間に前記入力チョークコイルと前記第1のスイッチ素子との直列回路が接続され、前記第1のスイッチ素子の端子間に第1のコンデンサと前記1次コイルとの直列回路が接続されるとともに、前記第1のスイッチ素子の端子間に前記第2のスイッチ素子と第2のコンデンサとの直列回路が接続されて成る1次側回路が形成され、
前記絶縁トランスの2次側には、前記2次コイルのうちセンタータップで分けられた第1の2次コイルの部分に接続された第1の整流用素子と、第2の2次コイルの部分に接続された第2の整流用素子と、前記第1及び第2の整流用素子によって整流された電流が流れる前記出力チョークコイルと、前記出力チョークコイルに接続された出力平滑コンデンサと、を含む2次側回路が形成されていることを特徴とする絶縁型スイッチングDC/DCコンバータ。 - 絶縁トランスの1次側に直流電圧源が接続されるとともに、該1次側に接続された第1のスイッチ素子及び第2のスイッチ素子を両者が同時にオン状態とならないように交互にオン/オフさせることにより電圧変換を行い、前記絶縁トランスの2次側整流回路を介して直流電圧の出力を得る絶縁型スイッチングDC/DCコンバータにおいて、
前記絶縁トランスは2次側がセンタータップ方式のトランスであり、入力チョークコイルと、前記絶縁トランスの1次コイルと、前記絶縁トランスの2次コイルと、出力チョークコイルと、が共通のコアに巻回され、かつ、これら各コイル巻線により発生する直流磁束が互いに打ち消し合う方向に構成されており、
前記絶縁トランスの1次側には、前記直流電圧源の端子間に前記入力チョークコイルと前記第1のスイッチ素子との直列回路が接続され、前記第1のスイッチ素子の端子間に第1のコンデンサと前記1次コイルとの直列回路が接続されるとともに、前記直流電圧源の正極端子と前記入力チョークコイルの負極端子との間に第2のコンデンサと前記第2のスイッチ素子との直列回路が前記入力チョークコイルと並列に接続されて成る1次側回路が形成され、
前記絶縁トランスの2次側には、前記2次コイルのうちセンタータップで分けられた第1の2次コイルの部分に接続された第1の整流用素子と、第2の2次コイルの部分に接続された第2の整流用素子と、前記第1及び第2の整流用素子によって整流された電流が流れる前記出力チョークコイルと、前記出力チョークコイルに接続された出力平滑コンデンサと、を含む2次側回路が形成されていることを特徴とする絶縁型スイッチングDC/DCコンバータ。 - 前記センタータップはグランドに接続され、前記出力チョークコイルは前記第1の整流用素子及び前記第2の整流用素子と接続されていることを特徴とする請求項1又は2記載の絶縁型スイッチングDC/DCコンバータ。
- 前記出力チョークコイルは、前記センタータップに接続されていることを特徴とする請求項1又は2記載の絶縁型スイッチングDC/DCコンバータ。
- 絶縁トランスの1次側に直流電圧源が接続されるとともに、該1次側に接続された第1のスイッチ素子及び第2のスイッチ素子を両者が同時にオン状態とならないように交互にオン/オフさせることにより電圧変換を行い、前記絶縁トランスの2次側整流回路を介して直流電圧の出力を得る絶縁型スイッチングDC/DCコンバータにおいて、
前記絶縁トランスは2次側に第1の2次コイルと第2の2次コイルとを有する複合トランスであり、入力チョークコイルと、前記絶縁トランスの1次コイルと、前記第1の2次コイルと、前記第2の2次コイルと、出力チョークコイルと、が共通のコアに巻回され、かつ、これら各コイル巻線により発生する直流磁束が互いに打ち消し合う方向に構成されており、
前記絶縁トランスの1次側には、前記直流電圧源の端子間に前記入力チョークコイルと前記第1のスイッチ素子との直列回路が接続され、前記第1のスイッチ素子の端子間に第1のコンデンサと前記1次コイルとの直列回路が接続されるとともに、前記第1のスイッチ素子の端子間に前記第2のスイッチ素子と第2のコンデンサとの直列回路が接続されて成る1次側回路が形成され、
前記絶縁トランスの2次側には、前記第1の2次コイルに接続された第1の整流用素子と、前記第2の2次コイルに接続された第2の整流用素子と、前記第1及び第2の整流用素子によって整流された電流が流れる前記出力チョークコイルと、前記出力チョークコイルに接続された出力平滑コンデンサと、を含む二次側回路が形成されていることを特徴とする絶縁型スイッチングDC/DCコンバータ。 - 絶縁トランスの1次側に直流電圧源が接続されるとともに、該1次側に接続された第1のスイッチ素子及び第2のスイッチ素子を両者が同時にオン状態とならないように交互にオン/オフさせることにより電圧変換を行い、前記絶縁トランスの2次側整流回路を介して直流電圧の出力を得る絶縁型スイッチングDC/DCコンバータにおいて、
前記絶縁トランスは2次側に第1の2次コイルと、第2の2次コイルとを有する複合トランスであり、入力チョークコイルと、前記絶縁トランスの1次コイルと、前記第1の2次コイルと、前記第2の2次コイルと、出力チョークコイルと、が共通のコアに巻回され、かつ、これら各コイルの巻線により発生する直流磁束が互いに打ち消し合う方向に構成されており、
前記絶縁トランスの1次側には、前記直流電圧源の端子間に前記入力チョークコイルと前記第1のスイッチ素子との直列回路が接続され、前記第1のスイッチ素子の端子間に第1のコンデンサと前記1次コイルとの直列回路が接続されるとともに、前記直流電圧源の正極端子と前記入力チョークコイルの負極端子との間に第2のコンデンサと前記第2のスイッチ素子との直列回路が前記入力チョークコイルと並列に接続されて成る1次側回路が形成され、
前記絶縁トランスの2次側には、前記第1の2次コイルに接続された第1の整流用素子と、前記第2の2次コイルに接続された第2の整流用素子と、前記第1及び第2の整流用素子によって整流された電流が流れる前記出力チョークコイルと、前記出力チョークコイルに接続された出力平滑コンデンサと、を含む二次側回路が形成されていることを特徴とする絶縁型スイッチングDC/DCコンバータ。 - 前記入力チョークコイルと前記絶縁トランスの1次コイルの巻数はともに2N(Nは自然数)であり、前記絶縁トランスの前記第1の2次コイル及び前記第2の2次コイルの巻数及び前記出力チョークコイルの巻数は何れもn(nは自然数)であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の絶縁型スイッチングDC/DCコンバータ。
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