JP3143847B2 - Dc−dcコンバータ - Google Patents
Dc−dcコンバータInfo
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- JP3143847B2 JP3143847B2 JP06291987A JP29198794A JP3143847B2 JP 3143847 B2 JP3143847 B2 JP 3143847B2 JP 06291987 A JP06291987 A JP 06291987A JP 29198794 A JP29198794 A JP 29198794A JP 3143847 B2 JP3143847 B2 JP 3143847B2
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- power supply
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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、入力側の直流電源の電
圧を変換して直流電源電圧を出力するDC−DCコンバ
ータに関するものである。
圧を変換して直流電源電圧を出力するDC−DCコンバ
ータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】トランス式のDC−DCコンバータによ
れば、1次側の入力直流電源によりパルスを発生させ、
2次側に出力すべき電圧に応じてパルス幅制御されたパ
ルスを変圧及び整流し、所望の定電圧の直流電源電圧に
変換することが可能である。しかしながら、トランス利
用の場合、トランスの漏洩磁束に起因するスパイク電圧
からスイッチング素子を保護するために、そのクリップ
回路が必要になる。
れば、1次側の入力直流電源によりパルスを発生させ、
2次側に出力すべき電圧に応じてパルス幅制御されたパ
ルスを変圧及び整流し、所望の定電圧の直流電源電圧に
変換することが可能である。しかしながら、トランス利
用の場合、トランスの漏洩磁束に起因するスパイク電圧
からスイッチング素子を保護するために、そのクリップ
回路が必要になる。
【0003】一方、この問題を回避するために、図4に
基本構成を示すようにリアクトル式のDC−DCコンバ
ータが周知である。この場合、同図Aに示すようにバッ
テリE1に接続するコイルL1をスイッチング素子S1
でオンオフし、電源電圧に重畳した誘導電圧をダイオー
ドD1で整流して平滑コンデンサC1で平滑することに
より直流電圧を出力する昇圧型と、同図Bに示すよう
に、電源電圧から減算した誘導電圧を整流・平滑する降
圧型とに分類される。
基本構成を示すようにリアクトル式のDC−DCコンバ
ータが周知である。この場合、同図Aに示すようにバッ
テリE1に接続するコイルL1をスイッチング素子S1
でオンオフし、電源電圧に重畳した誘導電圧をダイオー
ドD1で整流して平滑コンデンサC1で平滑することに
より直流電圧を出力する昇圧型と、同図Bに示すよう
に、電源電圧から減算した誘導電圧を整流・平滑する降
圧型とに分類される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】つまり、リアクトル式
DC−DCコンバータの場合、電源電圧よりも高いか或
は低いかのいずれかの電圧範囲にのみしか変換すること
ができなかった。
DC−DCコンバータの場合、電源電圧よりも高いか或
は低いかのいずれかの電圧範囲にのみしか変換すること
ができなかった。
【0005】本発明は、このような点に鑑みて、入力電
源電圧をその電圧に対して高低いずれの電圧にも変換で
きるリアクトル式DC−DCコンバータを提供すること
を目的とする。
源電圧をその電圧に対して高低いずれの電圧にも変換で
きるリアクトル式DC−DCコンバータを提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために、直流電源に一方の端子が接続するリアク
トル用コイルと、このコイルの他方の端子を基準電位に
接続させるスイッチング素子と、他方の端子に接続し、
かつカップリング用コンデンサ及びリアクトル用コイル
で構成されるCL結合回路と、このCL結合回路のリア
クトル用コイルの出力電圧を整流する整流素子と、その
整流出力を平滑する平滑コンデンサと、この平滑コンデ
ンサの出力電圧を入力として出力電圧用基準電圧と比較
し、その差に応じてスイッチング素子のオンオフ期間の
比を制御する定電圧制御回路とを備えたことを特徴す
る。
成するために、直流電源に一方の端子が接続するリアク
トル用コイルと、このコイルの他方の端子を基準電位に
接続させるスイッチング素子と、他方の端子に接続し、
かつカップリング用コンデンサ及びリアクトル用コイル
で構成されるCL結合回路と、このCL結合回路のリア
クトル用コイルの出力電圧を整流する整流素子と、その
整流出力を平滑する平滑コンデンサと、この平滑コンデ
ンサの出力電圧を入力として出力電圧用基準電圧と比較
し、その差に応じてスイッチング素子のオンオフ期間の
比を制御する定電圧制御回路とを備えたことを特徴す
る。
【0007】
【作用】スイッチング素子のオンの期間中、双方のリア
クトルとして機能するコイルにそのインダクタンス及び
入力電源電圧に応じてスイッチング素子を通して電流が
流れ、エネルギが蓄積される。スイッチング素子がオフ
になると、これらの双方のコイルに蓄積されたエネルギ
が負荷への出力電流が整流素子を通して供給され、平滑
コンデンサで平滑される。定電圧制御回路は、入力直流
電源がCL結合回路のカップリング用コンデンサで分離
された状態でスイッチング素子のオン期間とオフ期間と
の比を定電圧を出力するように制御することにより、入
力電源電圧に対して高いか又は低い所望の定電圧の出力
電源電圧に変換される。
クトルとして機能するコイルにそのインダクタンス及び
入力電源電圧に応じてスイッチング素子を通して電流が
流れ、エネルギが蓄積される。スイッチング素子がオフ
になると、これらの双方のコイルに蓄積されたエネルギ
が負荷への出力電流が整流素子を通して供給され、平滑
コンデンサで平滑される。定電圧制御回路は、入力直流
電源がCL結合回路のカップリング用コンデンサで分離
された状態でスイッチング素子のオン期間とオフ期間と
の比を定電圧を出力するように制御することにより、入
力電源電圧に対して高いか又は低い所望の定電圧の出力
電源電圧に変換される。
【0008】負荷が重くなってオフ期間の全域にわたり
出力電流を供給する場合には、次のオン期間にその電流
を保持して双方のコイルの入力電流に加算されることに
より相応に出力電流を増加させ、オン期間に対するオフ
期間の比を一定にして定電圧制御が行われる。
出力電流を供給する場合には、次のオン期間にその電流
を保持して双方のコイルの入力電流に加算されることに
より相応に出力電流を増加させ、オン期間に対するオフ
期間の比を一定にして定電圧制御が行われる。
【0009】
【実施例】図1を基に本発明の一実施例によるDC−D
Cコンバータを説明する。E10は入力直流電源として
のバッテリである。L10は一方の端子がバッテリE1
0に接続し、他方の端子がスイッチング素子としてのF
ETトランジスタQ10により基準電位に導通されるリ
アクトル用コイルである。C10及びL11は、L字形
のCL結合回路を構成するカップリング用コンデンサ及
びリアクトル用コイルである。D10は、このCL結合
回路の出力電圧を整流する整流素子としてのダイオード
である。C11は、その整流出力を平滑する平滑コンデ
ンサである。10は定電圧制御回路であり、この平滑コ
ンデンサC11で平滑された出力直流電圧V0を出力直
流電圧用基準電圧と比較し、その差に応じて出力直流電
圧V0を定電圧化するようにFETトランジスタQ10
のオンオフ期間の比を制御するスイッチング信号を発生
する。この実施例では、制御周期T中のオン期間T1、
即ちスイッチング信号をパルス幅制御する。
Cコンバータを説明する。E10は入力直流電源として
のバッテリである。L10は一方の端子がバッテリE1
0に接続し、他方の端子がスイッチング素子としてのF
ETトランジスタQ10により基準電位に導通されるリ
アクトル用コイルである。C10及びL11は、L字形
のCL結合回路を構成するカップリング用コンデンサ及
びリアクトル用コイルである。D10は、このCL結合
回路の出力電圧を整流する整流素子としてのダイオード
である。C11は、その整流出力を平滑する平滑コンデ
ンサである。10は定電圧制御回路であり、この平滑コ
ンデンサC11で平滑された出力直流電圧V0を出力直
流電圧用基準電圧と比較し、その差に応じて出力直流電
圧V0を定電圧化するようにFETトランジスタQ10
のオンオフ期間の比を制御するスイッチング信号を発生
する。この実施例では、制御周期T中のオン期間T1、
即ちスイッチング信号をパルス幅制御する。
【0010】このように構成されたDC−DCコンバー
タの動作を図2を参照して説明する。同図Aは負荷が軽
い場合の各部の動作波形を示す。制御周期T中のオン期
間T1 中にコイルL10にそのインダクタンス及び入力
直流電圧VI に応じた傾斜の電流がFETトランジスタ
Q10を通して流れて励磁される。同時に、コンデンサ
C10の基準電位への接続によりその充電電圧で入力直
流電圧VI に相当する負電圧がコイルL11に加わり、
FETトランジスタQ10を通してそのインダクタンス
及び印加電圧に応じた傾斜の電流が流れて励磁される。
したがって、これらの和が入力電流II となって、所属
のコイルL10、L11にエネルギが蓄積される。
タの動作を図2を参照して説明する。同図Aは負荷が軽
い場合の各部の動作波形を示す。制御周期T中のオン期
間T1 中にコイルL10にそのインダクタンス及び入力
直流電圧VI に応じた傾斜の電流がFETトランジスタ
Q10を通して流れて励磁される。同時に、コンデンサ
C10の基準電位への接続によりその充電電圧で入力直
流電圧VI に相当する負電圧がコイルL11に加わり、
FETトランジスタQ10を通してそのインダクタンス
及び印加電圧に応じた傾斜の電流が流れて励磁される。
したがって、これらの和が入力電流II となって、所属
のコイルL10、L11にエネルギが蓄積される。
【0011】FETトランジスタQ10がオフ期間にな
ると、コイルL10の他方の端子の逆電圧が入力電源電
圧よりも高くステップ状に上昇し、コンデンサC10に
よりバッテリE10の直流電圧を分離した状態でダイオ
ードD10を通してエネルギ放出期間T2 にわたり負荷
を給電する。同時にコイルL11にもステップ状に逆電
圧が生じ、双方の和の出力電流IO がダイオードD10
を通してエネルギ放出期間T2 にわたり負荷へ供給さ
れ、この間のリップル電圧は平滑コンデンサC12で平
滑され、以後休止期間T3 となる。コンデンサC10の
容量値は、入出力電流II 、IO のパルス成分に対して
十分低いインピーダンスを呈するように大きく設定され
ることにより、高効率の電圧変換が確保できる。
ると、コイルL10の他方の端子の逆電圧が入力電源電
圧よりも高くステップ状に上昇し、コンデンサC10に
よりバッテリE10の直流電圧を分離した状態でダイオ
ードD10を通してエネルギ放出期間T2 にわたり負荷
を給電する。同時にコイルL11にもステップ状に逆電
圧が生じ、双方の和の出力電流IO がダイオードD10
を通してエネルギ放出期間T2 にわたり負荷へ供給さ
れ、この間のリップル電圧は平滑コンデンサC12で平
滑され、以後休止期間T3 となる。コンデンサC10の
容量値は、入出力電流II 、IO のパルス成分に対して
十分低いインピーダンスを呈するように大きく設定され
ることにより、高効率の電圧変換が確保できる。
【0012】定電圧制御回路10において、出力直流電
圧VO が入力直流電圧VI に等しく設定されている場
合、図示のように、出力電流IO は入力電流II と同一
最大振幅で逆方向の同一勾配で、T1 =T2 に制御され
る。この状態で、負荷が軽くなると、T1 =T2 の関係
を保持して、これらの期間が共に短くなり、負荷が重く
なると共に長くなる。
圧VO が入力直流電圧VI に等しく設定されている場
合、図示のように、出力電流IO は入力電流II と同一
最大振幅で逆方向の同一勾配で、T1 =T2 に制御され
る。この状態で、負荷が軽くなると、T1 =T2 の関係
を保持して、これらの期間が共に短くなり、負荷が重く
なると共に長くなる。
【0013】VO =VI の状態で負荷が徐々に大きくな
ると、図2Bに示す休止期間T3 を伴わない臨界的な状
態を経由して同図Cの状態に移行する。つまり、大きく
なる負荷に対応して入力電流II を大きくするためにT
1 を長くしようとすると、制御周期Tが一定を前提に逆
にエネルギ放出期間T2 が短くなり、出力電流IO を増
加させ得ず、したがってT1 =T2 の状態でエネルギ放
出期間T2 の終了時点で依然流れている出力電流IO を
続くオン時点でコイルL10、L11にその電流を保持
し、入力電流II に相応のステップ電流が重畳した状態
でスイッチングされ、ステップ電流の重畳した出力電流
IO が供給される。
ると、図2Bに示す休止期間T3 を伴わない臨界的な状
態を経由して同図Cの状態に移行する。つまり、大きく
なる負荷に対応して入力電流II を大きくするためにT
1 を長くしようとすると、制御周期Tが一定を前提に逆
にエネルギ放出期間T2 が短くなり、出力電流IO を増
加させ得ず、したがってT1 =T2 の状態でエネルギ放
出期間T2 の終了時点で依然流れている出力電流IO を
続くオン時点でコイルL10、L11にその電流を保持
し、入力電流II に相応のステップ電流が重畳した状態
でスイッチングされ、ステップ電流の重畳した出力電流
IO が供給される。
【0014】さらに、負荷が軽い状態で入出力直流電圧
が異る場合、VO =(T1 /T2 )VI に応じてT1 が
制御される。例えば、VO >VI の場合、図2Aにおい
てT2 がT1 よりも長くなった状態(T1 >T2 )で出
力電流IO が入力電流II と同一最大振幅で、勾配をV
O >VI に応じてより急にして供給する。その際、コイ
ルL10、L11に生じるT2 中の逆のステップ電圧
は、T1 /T2 に応じて図示の場合よりも高くなる。同
様に負荷がさらに重くなると、II 、IO にその大きさ
に応じてステップ電流が重畳する。VO <VI に設定さ
れると、T1 <T2 になり、同一最大振幅で緩やかな勾
配で出力電流IO が供給され、VI ×T1=VO ×T2
の関係を保持して逆のステップ電圧は低くなる。
が異る場合、VO =(T1 /T2 )VI に応じてT1 が
制御される。例えば、VO >VI の場合、図2Aにおい
てT2 がT1 よりも長くなった状態(T1 >T2 )で出
力電流IO が入力電流II と同一最大振幅で、勾配をV
O >VI に応じてより急にして供給する。その際、コイ
ルL10、L11に生じるT2 中の逆のステップ電圧
は、T1 /T2 に応じて図示の場合よりも高くなる。同
様に負荷がさらに重くなると、II 、IO にその大きさ
に応じてステップ電流が重畳する。VO <VI に設定さ
れると、T1 <T2 になり、同一最大振幅で緩やかな勾
配で出力電流IO が供給され、VI ×T1=VO ×T2
の関係を保持して逆のステップ電圧は低くなる。
【0015】尚、コイルL10、L11のインダクタン
ス値は同一でなくても良いが、いずれかのインダクタン
ス値が小さくなって電流波形が三角波でなく途中でステ
ップ状に飽和する場合には、電圧制御範囲を制限しない
ように、制御周期Tを短くすることが考えられる。スイ
ッチング素子としては、通常のスイッチングトランジス
タを用いることもできる。電源電圧は、入力電源電圧を
負電圧し、スイッチング素子の極性も相応に設定するこ
とにより、−の電源電圧を発生するように構成すること
もできる。
ス値は同一でなくても良いが、いずれかのインダクタン
ス値が小さくなって電流波形が三角波でなく途中でステ
ップ状に飽和する場合には、電圧制御範囲を制限しない
ように、制御周期Tを短くすることが考えられる。スイ
ッチング素子としては、通常のスイッチングトランジス
タを用いることもできる。電源電圧は、入力電源電圧を
負電圧し、スイッチング素子の極性も相応に設定するこ
とにより、−の電源電圧を発生するように構成すること
もできる。
【0016】図3はコイルL10、L11として1次及
び2次側の巻線数が同一で変圧比が1:1の同相のパル
ストランスT10を用いた別の実施例を示す。即ち、1
次側巻線11がコイルL10として、2次側巻線12が
コイルL11として機能する。この際、1次側巻線11
及び2次側巻線12の同相端子の内スイッチングされる
側の端子が大きな容量のコンデンサC10で短絡される
ことにより、それぞれの巻線が単にリアクトルとして作
用し、したがって漏洩インダクタンスに起因するスパイ
ク電圧も生じない。
び2次側の巻線数が同一で変圧比が1:1の同相のパル
ストランスT10を用いた別の実施例を示す。即ち、1
次側巻線11がコイルL10として、2次側巻線12が
コイルL11として機能する。この際、1次側巻線11
及び2次側巻線12の同相端子の内スイッチングされる
側の端子が大きな容量のコンデンサC10で短絡される
ことにより、それぞれの巻線が単にリアクトルとして作
用し、したがって漏洩インダクタンスに起因するスパイ
ク電圧も生じない。
【0017】
【発明の効果】本発明のリアクトル式DC−DCコンバ
ータによれば、入力直流電源をカップリング用のコンデ
ンサ及びリアクトル用のコイルで構成されるCL結合回
路で分離することにより、その電源電圧に対して高低い
ずれの直流出力でも出力可能となり、CL結合回路のコ
イルがスイッチング用コイルと共に、変換効率を損なう
ことなく、リアクトルとしてエネルギを蓄積して負荷へ
の出力電流を供給する。例えば、商用電源により給電さ
れる共通の入力直流電源により、バッテリ充電電圧をそ
の一定の入力電源電圧に対して高い電圧及び低い電圧に
切換可能に充電する汎用の充電装置として利用できる。
また、バッテリを電源とする場合に、その電圧が出力す
べき電圧よりも放電により降下した場合でも一定の直流
電圧を出力することができる。その際、スイッチング用
及びCL結合回路用コイルにパルストランスの1次及び
2次側の巻線を利用することにより、部品数が低減され
ると共にコイルが小形化され、場合により市販品を用い
ることもできる。
ータによれば、入力直流電源をカップリング用のコンデ
ンサ及びリアクトル用のコイルで構成されるCL結合回
路で分離することにより、その電源電圧に対して高低い
ずれの直流出力でも出力可能となり、CL結合回路のコ
イルがスイッチング用コイルと共に、変換効率を損なう
ことなく、リアクトルとしてエネルギを蓄積して負荷へ
の出力電流を供給する。例えば、商用電源により給電さ
れる共通の入力直流電源により、バッテリ充電電圧をそ
の一定の入力電源電圧に対して高い電圧及び低い電圧に
切換可能に充電する汎用の充電装置として利用できる。
また、バッテリを電源とする場合に、その電圧が出力す
べき電圧よりも放電により降下した場合でも一定の直流
電圧を出力することができる。その際、スイッチング用
及びCL結合回路用コイルにパルストランスの1次及び
2次側の巻線を利用することにより、部品数が低減され
ると共にコイルが小形化され、場合により市販品を用い
ることもできる。
【図1】本発明の一実施例によるDC−DCコンバータ
の回路構成を示す図である。
の回路構成を示す図である。
【図2】同コンバータの各部波形を示す図である。
【図3】別の一実施例によるDC−DCコンバータの回
路構成を示す図である。
路構成を示す図である。
【図4】従来のリアクトル式のコンバータの回路構成を
示すもので、同図Aは昇圧型、同図Bは降圧型である。
示すもので、同図Aは昇圧型、同図Bは降圧型である。
E10 バッテリ L10、L11 コイル Q10 FETトランジスタ T10 パルストランス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−224559(JP,A) 特開 平6−250748(JP,A) 特開 平5−76167(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/155
Claims (3)
- 【請求項1】 直流電源に一方の端子が接続するリアク
トル用コイルと、このコイルの他方の端子を基準電位に
接続させるスイッチング素子と、前記他方の端子に接続
し、かつカップリング用コンデンサ及びリアクトル用コ
イルで構成されるCL結合回路と、このCL結合回路の
前記リアクトル用コイルの出力電圧を整流する整流素子
と、その整流出力を平滑する平滑コンデンサと、この平
滑コンデンサの出力電圧を入力として出力電圧用基準電
圧と比較し、その差に応じて前記スイッチング素子のオ
ンオフ期間の比を制御する定電圧制御回路とを備えたこ
とを特徴するDC−DCコンバータ。 - 【請求項2】 直流電源に接続するリアクトル用コイル
と、CL結合回路を構成するリアクトル用コイルとを1
次及び2次側の巻線数が同一で同相のパルストランスで
構成することを特徴とする請求項1のDC−DCコンバ
ータ。 - 【請求項3】 直流電源に一方の端子が接続するコイル
と、このコイルの他方の端子を基準電位に接続させるス
イッチング素子と、前記他方の端子に接続するCL結合
回路と、このCL結合回路に接続する整流素子と、その
整流出力を平滑する平滑コンデンサと、この平滑コンデ
ンサの出力電圧を入力として出力電圧用基準電圧と比較
し、その差に応じて前記スイッチング素子のオンオフ期
間の比を制御する定電圧制御回路とを備え、 前記直流電源に接続する前記コイルと、前記CL結合回
路を構成する前記コイルとを1次及び2次側の巻線数が
同一で同相のパルストランスで構成することを特徴とす
るDC−DCコンバータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06291987A JP3143847B2 (ja) | 1994-11-02 | 1994-11-02 | Dc−dcコンバータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06291987A JP3143847B2 (ja) | 1994-11-02 | 1994-11-02 | Dc−dcコンバータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08130869A JPH08130869A (ja) | 1996-05-21 |
JP3143847B2 true JP3143847B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=17776055
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06291987A Expired - Lifetime JP3143847B2 (ja) | 1994-11-02 | 1994-11-02 | Dc−dcコンバータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3143847B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006340432A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Sumida Corporation | スイッチングコンバータ |
JP4803583B2 (ja) * | 2006-02-03 | 2011-10-26 | 株式会社リコー | 電源装置および画像形成装置 |
JP6033092B2 (ja) * | 2013-01-11 | 2016-11-30 | 三菱電機株式会社 | 電源装置、led点灯装置およびバッテリ充電装置 |
DE102016111498A1 (de) | 2015-07-07 | 2017-01-12 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Stromversorgungsvorrichtung und beleuchtungskörper |
-
1994
- 1994-11-02 JP JP06291987A patent/JP3143847B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08130869A (ja) | 1996-05-21 |
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