JP2780165B2 - Dc−dcコンバータ - Google Patents

Dc−dcコンバータ

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JP2780165B2
JP2780165B2 JP3262987A JP26298791A JP2780165B2 JP 2780165 B2 JP2780165 B2 JP 2780165B2 JP 3262987 A JP3262987 A JP 3262987A JP 26298791 A JP26298791 A JP 26298791A JP 2780165 B2 JP2780165 B2 JP 2780165B2
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洸治 荒川
明男 大越
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/009Converters characterised by their input or output configuration having two or more independently controlled outputs

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高い出力電圧と大きな
出力電力を得る場合に適したDC−DCコンバータの構
成に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、高電圧、大電力により点灯するラ
ンプの用途が広がるに伴って、そのようなランプを安定
に点灯するためのDC−DCコンバータの開発が急がれ
ている。入力電圧よりも高い出力電圧を得ようとする場
合、従来のフオワード式DC−DCコンバータでは、ス
イッチングトランスの1次巻線に対する2次巻線の巻数
比が高くなる。また、高い電圧の得られる2次巻線は、
耐電圧の見地から狭い位置にまとめて巻くことができな
い。
【0003】従って、2次巻線はコアの広い範囲に分散
して巻かれるので、2次巻線と1次巻線の磁気結合が弱
くなり、漏れ磁束によるトランスの発熱と、同じ漏れ磁
束で発生するリーケイジインダクタンスによる技術問題
がある。後の技術問題について、従来のフオワード式D
C−DCコンバータの回路図を示す図3を参照しながら
説明する。
【0004】図3では、トランスT1 の1次巻線L1
スイッチングトランジスタQ1 、直流源E1 が直列接続
し、2次巻線L2 には整流ダイオードD1 、フライホイ
ールダイオードD2 、チョークコイルL3 、平滑コンデ
ンサC1 からなる整流平滑回路が接続している。このよ
うなDC−DCコンバータにおいて、1次巻線L1 の巻
数を20ターン、2次巻線L2 の巻数を200ターン、
直流源E1 の電圧を280Vとして出力端子1、2間に
1400Vの出力電圧を得る場合を例にとり説明する。
【0005】この1400Vの出力電圧は、制御回路に
よりトランジスタQ1 のデュテイー比を制御して(1)
式によって得られる。 1400=280・(200/20)・TON/(TON+TOFF ) (1) (1)式において、TONはトランジスタQ1 のオン時
間、TOFF はオフ時間である。図5は整流平滑回路のダ
イオードD2 とコイルL3 の接続点A1における電圧波
形図であるが、トランジスタQ1 がターンオンする瞬間
の波形、つまり波形図の立ち上がり部分は大きなリンギ
ングを伴っている。
【0006】そして、リンギング部分の最も高い波高値
R は2000Vに達する場合もあるので、ダイオード
2 やトランスT1 が耐圧の限界を越えて破損事故を生
じやすい。なお、図5ではデュテイー比が50%の場合
を示している。このような技術問題と、漏れ磁束による
トランスの発熱によって、高電圧と大電力の出力をフオ
ワード式のDC−DCコンバータで得ることは難しかっ
た。
【0007】入力電圧より高い出力電圧を得る場合、フ
ライバック式のDC−DCコンバータが多く用いられる
が、出力はコアの体積により限定されるので、大きな出
力を得るためにコアにギャップを設けて等価的にコアの
体積を上げる手法が用いられる。しかしこの手法は、ギ
ャップからの漏れ磁束が多くなるから巻線の発熱も多く
なり、やはり高電圧と大出力を得るDC−DCコンバー
タをフライバック式で構成することはできなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、トラ
ンスの発熱を少なくし、リンギングの波高値を小さくし
た高い電圧、大電力の出力の得られるフオワード式DC
−DCコンバータを得ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】発明者は従来のフオワー
ド式DC−DCコンバータを示す図3の等価回路図であ
る図4において、ダイオードD2 に寄生する浮遊容量C
F の容量値をCF 、トランスT1 に寄生するリーケイジ
インダクタンスL4 のインダクタンス値をL4 とした
時、リンギングの波高値VR は(L4 /CF 1/2 の値
に比例することに着目した。また、1次巻線に対する2
次巻線の巻数比を低くして2次巻線の発生電圧を下げる
ことにより、1次巻線と良い結合状態で2次巻線を巻け
ることに着目して本発明を成すに到った。
【0010】本発明は、複数のスイッチングトランスの
1次巻線を並列接続し、並列接続した1次巻線、スイッ
チングトランジスタ、直流源によりトランスを駆動する
直列回路を形成してあり、トランスの2次巻線には夫々
整流平滑回路を接続し、該整流平滑回路はその出力が直
列に得られるように互いに接続されていることを特徴と
するフオワード式DC−DCコンバータにある。
【0011】
【実施例】以下、本発明のフオワード式DC−DCコン
バータの実施例を示す回路図である図1を参照しながら
説明する。なお、図3と同一部分は同じ符号を付与して
ある。図1のDC−DCコンバータは2つのスイッチン
グトランスT2 、T3 を有しており、その1次巻線
21、L31は並列接続している。そして、並列接続した
1次巻線L21、L31がスイッチングトランジスタQ1
直流源E1 と直列接続している。なお、5は図示を省略
した制御回路の接続される端子である。
【0012】トランスT2 の2次巻線L22は整流ダイオ
ードD3 、フライホイールダイオードD4 、チョークコ
イルL5 、平滑コンデンサC2 からなる整流平滑回路に
接続する。また、トランスT3 の2次巻線L32は整流ダ
イオードD5 、フライホイールダイオードD6 、チョー
クコイルL6 、平滑コンデンサC3 からなる整流平滑回
路に接続する。
【0013】そして2つの整流平滑回路は、出力が直列
に得られるように接続されており、3、4がDC−DC
コンバータの出力端子となる。このように構成されたD
C−DCコンバータにより図3と同じ出力電圧を得よう
とする場合、2次巻線L22と2次巻線L32の巻数は、2
次巻線L2 の1/2でよい。従って、2次巻線L22の1
次巻線L21に対する巻線比、2次巻線L32の1次巻線L
31に対する巻線比は、図3の2次巻線L2 の1次巻線L
1 に対する巻線比の半分にできるので2次巻線の発生電
圧は下がり、2次巻線の耐電圧への考慮は緩和してもよ
い。そして、2次巻線を狭い位置にまとめて巻けるの
で、1次巻線と2次巻線間の磁気結合を強くできる。
【0014】そして、トランスT2 、T3 の全体のリー
ケイジインダクタンスは、図3の場合よりも非常に小さ
くできる。図3と同じように1400Vの出力電圧を得
る場合、1つの整流平滑回路の出力電圧はトランジスタ
1 のデューティー比を制御することにより(2)式に
より得られる。 700=280・(100/20)・TON/(TON+TOFF ) (2) そして、この整流平滑回路の出力を直列接続することに
より、1400Vの出力電圧を得る。但し、(2)式で
は2次巻線L22、L32の巻数は図3の2次巻線L2 の半
分になるので、夫々100ターンである。
【0015】図2は整流平滑回路のフライホイールダイ
オードD4 とチョークコイルL5 の接続点A2、フライ
ホイールダイオードD6 、チョークコイルL6 の接続点
A3の電圧波形図である。両方の波形図は同じであり、
デュテイー比は50%の場合を示している。図4のリー
ケイジインダクタンスL4 に相当するインダクタンス値
が小さくなるので、リンギング部分の最も高い波高値V
R も非常に小さくなる。無論、トランスの発熱も少なく
なる。
【0016】実施例では1石形のフオワード式コンバー
タを説明したが、ハーフブリッジ形、フルブリッジ形、
さらにスイッチングトランスの両端にスイッチングトラ
ンジスタを接続する変則のフオワード式コンバータにも
本発明を応用できることは明らかである。スイッチング
トランジスタが複数存在しても、スイッチングトランジ
スタが直流源、並列接続された複数のトランスの1次巻
線と直列回路を構成してトランスを駆動するように接続
されるフオワード式コンバータであれば全てに応用でき
る。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように本発明のフオワード式
DC−DCコンバータは、複数のスイッチングトランス
を有しており、その1次巻線を並列接続し、並列接続し
た1次巻線、スイッチングトランジスタ、直流源により
直列回路を構成する。さらに、2次巻線に接続する整流
平滑回路の出力を直列に得るものである。夫々のトラン
スの2次巻線の1次巻線に対する巻数比を低くし、1次
巻線と2次巻線の巻数の差を小さくできる。
【0018】そして、高電圧と大電力の出力に得る場合
でも、リーケイジインダクタンスを小さくして、整流平
滑回路における電圧波形のリンギング部分の波高値も小
さくできる。従って、フライホイールダイオードやトラ
ンスの耐圧破損が生ずることも少なくなり、漏れ磁束に
起因する渦電流によって生ずる発熱も少なくなる。これ
らは、高電圧と大電力を出力に得るDC−DCコンバー
タの構成にとって不可欠の効果であり、その実用化に大
きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフオワード式DC−DCコンバータの
実施例を示す回路図である。
【図2】図1の電圧波形図である。
【図3】従来のフオワード式DC−DCコンバータの回
路図である。
【図4】図3の等価回路図である。
【図5】図3の電圧波形図である。
【符号の説明】
2 スイッチングトランス T3 スイッチングトランス L21 1次巻線 L31 1次巻線 Q1 スイッチングトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−82213(JP,A) 特開 昭60−39367(JP,A) 特開 平2−228257(JP,A) 特開 平3−60370(JP,A) 実開 昭63−63094(JP,U) 実開 昭63−29389(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02M 3/00 - 3/44

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のスイッチングトランスの1次巻線
    を並列接続し、並列接続した1次巻線、スイッチングト
    ランジスタ、直流源により該トランスを駆動するための
    直列回路を形成してあり、トランスの2次巻線には夫々
    整流平滑回路を接続し、該整流平滑回路はその出力が直
    列に得られるように互いに接続されていることを特徴と
    するフオワード式DC−DCコンバータ。
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