JP4390256B2 - Buck-boost chopper circuit - Google Patents
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Description
本発明は昇降圧チョッパ回路に関し、スイッチング損失を低減し、高周波化を図った昇降圧チョッパ回路に関する。 The present invention relates to a step-up / step-down chopper circuit, and more particularly to a step-up / step-down chopper circuit that reduces switching loss and achieves a high frequency.
図３は、降圧チョッパ回路と昇圧チョッパ回路を従属接続した従来のカスケード方式の昇降圧チョッパ回路の回路図である。 FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional cascaded step-up / step-down chopper circuit in which a step-down chopper circuit and a step-up chopper circuit are cascade-connected.
図３に示す昇降圧チョッパ回路は、昇圧回路と降圧回路とを備え、降圧回路は直流電源１の電圧を負荷抵抗１４へ降圧して出力するために、トランジスタ４のオン・オフ動作のデューティ比を制御する。また、昇圧回路は直流電源１の電圧を負荷抵抗１４へ昇圧して出力するために、トランジスタ８のオン・オフ動作のデューティ比で入力の直流電源１にリアクトル７で蓄えたエネルギーを加算して昇圧する。
The step-up / step-down chopper circuit shown in FIG. 3 includes a step-up circuit and a step-down circuit, and the step-down circuit steps down the voltage of the
直流電源１にはトランジスタ４とダイオード６の直列回路が接続され、その接続点とダイオード１２とトランジスタ８の直列回路の接続点間にリアクトル７が接続されている。ダイオード１２とトランジスタ８の直列回路には並列に（フィルタ）コンデンサ１３が接続され、このコンデンサ１３には負荷（抵抗）１４が接続されている。
A series circuit of a
さて、図３において、直流電源１の電圧を負荷抵抗１４へ降圧して出力する場合、トランジスタ４のオン・オフ動作のデューティ比で出力電圧を降圧しており、この場合、トランジスタ８はオフ状態を継続し、降圧動作には関与しない。また、ダイオード１２も降圧動作には関与しないが、リアクトル７の電流が流れる。降圧動作は、トランジスタ４、ダイオード６、リアクトル７、コンデンサ１３によって成立している。
In FIG. 3, when the voltage of the
直流電源１の電圧を負荷抵抗１４へ昇圧して出力する場合、トランジスタ８のオン・オフ動作のデューティ比を制御して、入力の直流電源１にリアクトル７で蓄えたエネルギーを加算して昇圧動作としている。この時、トランジスタ４はオン状態を継続し、リアクトル７の電流を流すが、昇圧動作には関与しない。昇圧動作は、トランジスタ８、ダイオード１２、リアクトル７、コンデンサ１３の関連動作によって行われる。
When boosting and outputting the voltage of the
図４には図３に示す従来の昇降圧チョッパ回路の動作を説明するための各部信号のタイミングチャートが示されている。 FIG. 4 shows a timing chart of each signal for explaining the operation of the conventional step-up / step-down chopper circuit shown in FIG.
図４において、トランジスタ４のゲートには、降圧動作時には、ゲート信号（パルス）が所定周期で印加され（トランジスタがオン）、昇圧動作時には、継続的に印加される。また、トランジスタ８のゲートには昇圧動作時に所定周期でゲート信号（パルス）が印加される（トランジスタがオン）。
In FIG. 4, a gate signal (pulse) is applied to the gate of the
降圧動作時の動作は次のとおりである。
ダイオード６のカソード電圧は、トランジスタ４のオン動作時に直流電源電圧Ｅｉに至り、オフ動作時に電圧Ｅｉ-Ｅ２に低下する。一方、昇圧動作時には、ダイオード６のカソード電圧はＥｉである。トランジスタ４のコレクタ電流は、トランジスタ４のオン動作時に漸増し、オフすると零になる。ダイオード６に流れる電流は、トランジスタ４のオフ動作時に漸減する。したがって、フィルタリアクトル７に流れる電流は、図示のように増減を繰り返す。トランジスタ８のコレクターエミッタ（Ｃ−Ｅ）電圧は略一定となり、トランジスタ８のコレクタには電流は流れず、ダイオード１２に流れる電流は図示の如く増減を繰り返す。したがって、フィルタコンデンサ１３に印加される降圧電圧は、Ｅｉ−Ｅ２となる。
The operation during the step-down operation is as follows.
The cathode voltage of the
また、昇圧動作時の動作は次のとおりである。
ダイオード６のカソード電圧はＥｉ、トランジスタ４のコレクタ電流は増減を継続し、ダイオード６の電流は流れない。フィルタリアクトル７に流れる電流は、図示のように増減を繰り返す。トランジスタ８のコレクターエミッタ（Ｃ−Ｅ）電圧は、トランジスタ８のオフ動作時に一定値が生ずる。トランジスタ８のコレクタ電流は、トランジスタ８のオン動作時に漸増する。また、ダイオード１２に流れる電流は図示の如く、トランジスタ８のオフ動作時に漸減する電流が流れる。その結果、フィルタコンデンサ１３に印加される昇圧電圧は、Ｅ３を昇圧電圧差分とすると、Ｅｉ＋Ｅ３となる。
The operation during the boosting operation is as follows.
The cathode voltage of the
上述のように、図３に示すような従来の昇降圧チョッパ回路における降圧動作と昇圧動作ともにその動作に関与するトランジスタ４またはトランジスタ８のオン・オフ動作は、フィルタリアクトル電流が連続モードの場合にはハードスイッチング動作を行っている。
As described above, the on / off operation of the
降圧動作時には、ダイオード６が導通状態時にトランジスタ４をオンさせるとダイオード６のリカバリー電流とトランジスタ４のオン電流によるスイッチング損失が発生する。トランジスタ４をオフさせるとリアクトル７の電流がトランジスタ４からダイオード６へ移る時にトランジスタ４のオフ時間にスイッチング損失が発生する。
In the step-down operation, if the
また、昇圧動作時には、ダイオード１２が導通状態時にトランジスタ８をオンさせるとダイオード１２のリカバリー電流とトランジスタ８のオン電流によるスイッチング損失が発生する。トランジスタ８をオフさせるとリアクトル７の電流がトランジスタ８からダイオード６へ移る時にトランジスタ８のオフ時間にスイッチング損失が発生する。
Further, the boost operation, the switching loss due to the on-current of the recovery current of the transistor 8 of the
このスイッチング損失は回路の効率を悪化させ、スイッチング周波数の高周波化への妨げとなっている。 This switching loss deteriorates the efficiency of the circuit and hinders an increase in the switching frequency.
そこで、本発明の目的は、ハードスイッチング損失を低減させ、スイッチング周波数の高周波化を可能とする昇降圧チョッパ回路を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a buck-boost chopper circuit that reduces hard switching loss and enables a higher switching frequency.
前述の課題を解決するため、本発明による昇降圧チョッパ回路は、次のような特徴的な構成を有する。 In order to solve the above-described problem, a step-up / down chopper circuit according to the present invention has the following characteristic configuration.
（１）直流電源に第１のトランジスタと第１のダイオードの直列回路が並列接続され、負荷にフィルタコンデンサが並列接続されると共に第２のダイオードと第２のトランジスタの直列回路が並列接続され、
前記第１のトランジスタと前記第１のダイオードの直列回路の接続点と前記第２のダイオードと前記第２のトランジスタの直列回路の接続点間にフィルタリアクトルが接続された昇降圧チョッパ回路において、
前記第１のトランジスタのコレクタとエミッタ間及び前記第２のトランジスタのコレクタとエミッタ間にそれぞれ実効的な第１の共振コンデンサ及び第２の共振コンデンサが並列接続され、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのオフ動作時にそれぞれ前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのコレクタ電流を前記並列接続されたそれぞれの共振コンデンサに流し、前記第１及び第２の共振コンデンサに蓄えられた電荷を放出して、前記各共振コンデンサの電荷が零になった時点でそれぞれ前記第１及び第２のトランジスタをオンさせて零電圧でソフトスイッチングを行う昇降圧チョッパ回路。
(1) A series circuit of a first transistor and a first diode is connected in parallel to a DC power source, a filter capacitor is connected in parallel to a load, and a series circuit of a second diode and a second transistor is connected in parallel.
In buck chopper circuit filter reactor is connected between the connection point of the series circuit of the first transistor and the first of the said second diode second transistor and the connection point of the series circuit of the diodes,
It said first transistor collector and emitter and the second respectively between the transistors of the collector and emitter of the effective first resonant capacitor and a second resonance capacitor are connected in parallel, the first transistor and the second When the two transistors are turned off, the collector currents of the first transistor and the second transistor are caused to flow through the respective resonant capacitors connected in parallel, and the charges stored in the first and second resonant capacitors are supplied. release to the row cormorants buck chopper circuit soft switching at zero voltage respectively by turning on the first and second transistors when the charge becomes zero for each resonant capacitor.
（２）降圧動作時に前記第１のトランジスタがオン動作する直前に前記第１の共振コンデンサに蓄えられた電荷を放出して前記第１の共振コンデンサの電荷が零になった時点で前記第１のトランジスタをオンさせることで零電圧スイッチングを行うとともに、
昇圧動作時に前記フィルタコンデンサへ流れている電流を零電圧スイッチング動作をする前記第１のトランジスタで一旦オフさせ、前記第２のトランジスタをオン動作させる直前に、それぞれ前記共振コンデンサの電荷を放出して前記それぞれの共振コンデンサの電荷が零になった時点で前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタをオン動作させる上記（１）の昇降圧チョッパ回路。
( 2 ) When the first transistor is turned on during the step-down operation, the charge stored in the first resonance capacitor is released, and the charge of the first resonance capacitor becomes zero. With zero-voltage switching by turning on the transistor,
The current flowing into the filter capacitor during the boost operation is temporarily turned off by the first transistor to a zero-voltage switching operation, immediately before turning on operation of the second transistor, and release an electric charge of each of the resonant capacitor The step-up / step-down chopper circuit according to the above (1), wherein the first transistor and the second transistor are turned on when the electric charges of the respective resonant capacitors become zero.
（３）直流電源には第１のトランジスタと第１のダイオードの直列回路及び第３のトランジスタと第１の補助用ダイオードの直列回路がそれぞれ並列接続され、前記第１のトランジスタと前記第１のダイオードの直列回路の接続点及び前記第３のトランジスタと前記第１の補助用ダイオードの直列回路の接続点間に第１の共振リアクトルが接続され、
前記第１のトランジスタのエミッタとコレクタ間には第１の共振コンデンサが接続され、負荷にフィルタコンデンサが並列接続されると共に第２のダイオードと第２のトランジスタの直列回路及び第２の補助用ダイオードと第４のトランジスタの直列回路がそれぞれ並列接続され、
前記第１のトランジスタと前記第１のダイオードの直列回路の接続点及び前記第２のダイオードと前記第２のトランジスタの直列回路の接続点間にフィルタリアクトルが接続され、
前記第２のトランジスタのコレクタとエミッタ間に第２の共振コンデンサが接続され、前記第２のトランジスタと前記第２のダイオードの直列回路の接続点及び前記第２の補助用ダイオードと前記第４のトランジスタの直列回路の接続点間に第２の共振リアクトルが接続され、
前記第１のトランジスタのオフ動作時に、前記第１の共振コンデンサに前記第１のトランジスタのコレクタ電流を移して零電圧スイッチングによるソフトスイッチング動作を行い、前記第２のトランジスタのオフ動作時に、前記第２の共振コンデンサに前記第２のトランジスタのコレクタ電流を移して零電圧スイッチングによるソフトスイッチング動作を行い、
前記第１の共振コンデンサに蓄えられた電荷を、前記第３のトランジスタをオンさせて前記第１の共振コンデンサと前記第１の共振リアクトルで共振させルことにより放出し、前記第１の共振コンデンサの電荷が零になった時点で前記第１のトランジスタをオンさせることにより零電圧スイッチングを行う昇降圧チョッパ回路。
(3) first in the DC power supply transistor and a series circuit of the series circuit and the third transistor and the first auxiliary diode of the first diode are connected in parallel, respectively, the first transistor and the first A first resonant reactor is connected between a connection point of a series circuit of diodes and a connection point of the series circuit of the third transistor and the first auxiliary diode;
Wherein the emitter and the collector of the first transistor is connected to a first resonance capacitor, the load to the filter capacitor is connected in parallel Rutotomoni second diode series circuit and a second auxiliary diode of the second transistor And the series circuit of the fourth transistor are respectively connected in parallel,
Filter reactor is connected between the connection point of the series circuit of the first transistor and the first connection point and said second diode second transistor of the series circuit of the diode,
It said second second resonance capacitor between the collector and emitter of the transistor is connected to said second transistor and said second diode series circuit of the connection point and the second auxiliary diode and the fourth of A second resonant reactor is connected between the connection points of the series circuit of transistors ;
During the off operation of the first transistor, the collector current of the first transistor is transferred to the first resonant capacitor to perform a soft switching operation by zero voltage switching, and during the off operation of the second transistor, the first transistor The collector current of the second transistor is transferred to the resonance capacitor of 2 to perform a soft switching operation by zero voltage switching,
The charge stored in the first resonant capacitor is discharged by turning on the third transistor and resonating with the first resonant capacitor and the first resonant reactor, and the first resonant capacitor. A step-up / step-down chopper circuit that performs zero-voltage switching by turning on the first transistor when the electric charge becomes zero .
（４）昇圧動作時に前記フィルタコンデンサへ流れている電流を前記第１のトランジスタで一旦オフさせ、前記第２のトランジスタをオンさせる直前に、前記第３のトランジスタと前記第４のトランジスタをオンさせて前記第１の共振コンデンサ及び前記第２の共振コンデンサの電荷を零にして前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタをオン動作させて零電圧、零電流スイッチングとする上記（３）の昇降圧チョッパ回路。 (4) The current flowing into the filter capacitor during the boost operation temporarily turned off at the first transistor, immediately before turning on the second transistor to turn on the third transistor and the fourth transistor wherein the first resonant capacitor and the second of said in the zero charge of the resonance capacitor first transistor motor and said second zero voltage transistor is oN operation Te, above the zero current switching (3) Buck-boost chopper circuit.
本発明の昇降圧チョッパ回路によれば、ハードスイッチング損失を低減させ、スイッチング周波数の高周波化を可能とすることができる。 According to the step-up / step-down chopper circuit of the present invention, it is possible to reduce hard switching loss and increase the switching frequency.
以下、本発明による昇降圧チョッパ回路の好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration and operation of a preferred embodiment of the buck-boost chopper circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施例は、図３に示す従来の昇降圧チョッパ回路に主スイッチングをソフトスイッチング動作させるために種々の回路を追加して構成されている。直流電源１にはトランジスタ２とダイオード１５の直列回路及びトランジスタ４とダイオード６の直列回路が並列接続され、トランジスタ２とダイオード１５の直列回路の接続点と、トランジスタ４とダイオード６の直列回路の接続点間に共振リアクトル３が接続されている。トランジスタ４のエミッタとコレクタ間には共振コンデンサ５が接続されている。負荷（抵抗）１４に並列接続されているフィルタコンデンサ１３には、ダイオード１６とトランジスタ１１の直列回路及びダイオード１２とトランジスタ８の直列回路が並列接続されている。ダイオード１６とトランジスタ１１の直列回路の接続点と、ダイオード１２とトランジスタ８の直列回路の接続点間にリアクトル１０が接続されている。トランジスタ８には共振コンデンサ９が接続されている。更に、トランジスタ４とダイオード６の直列回路の接続点とダイオード１２とトランジスタ８の直列回路の接続点間にリアクトル７が接続されている。
In this embodiment, various circuits are added to the conventional step-up / down chopper circuit shown in FIG. 3 in order to perform a soft switching operation. A series circuit of a transistor 2 and a diode 15 and a series circuit of a
すなわち、図１に示す実施例では、昇降圧動作時にスイッチング動作する各々のトランジスタ４、８のコレクタとエミッタ間に共振コンデンサ５、９がそれぞれ付加され、トランジスタのオフ動作時に、共振コンデンサにコレクタ電流を移し、零電圧スイッチングによるソフトスイッチング動作を得ている。
That is, in the embodiment shown in FIG. 1, the
次に、降圧動作時のトランジスタ４のオン動作は、補助スイッチとして用いるトランジスタ２、共振リアクトル３、共振リアクトル３のエネルギー回生用ダイオード１５を付加し、トランジスタ４がオン動作する直前に共振コンデンサ５に蓄えられた電荷を、トランジスタ２をオンさせ、共振リアクトル３とで共振させることにより放出する。共振コンデンサ５の電荷が零になった時点でトランジスタ４をオンさせることで零電圧スイッチングを行う。
Next, the
昇圧動作のトランジスタ８のオン動作をソフトスイッチングとするために、直流電源１、トランジスタ４、フィルタリアクトル７、ダイオード１２を通してフィルタコンデンサ１３へ流れている電流をトランジスタ４で一旦オフさせる。このとき、トランジスタ４のオフ動作は上記どおり零電圧スイッチングとなる。トランジスタ４がオフするとダイオード１２の電流は零となり、共振コンデンサ５と９は直流電源電圧の１／２づつに充電される。
In order to make the ON operation of the boosting transistor 8 to be soft switching, the current flowing to the
トランジスタ８をオンさせる直前に、トランジスタ２と１１をオンさせ共振コンデンサ５、共振リアクトル３および共振コンデンサ９、共振リアクトル１０による共振を行い、共振コンデンサ５と９の電荷が零になるとトランジスタ４と８をオンさせる。この時のオン動作は零電圧、零電流スイッチングとなる。
Immediately before the transistor 8 is turned on, the transistors 2 and 11 are turned on to perform resonance by the
次に、図１に示す昇降圧チョッパ回路の動作を図２の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 step-up / step-down chopper circuit shown in FIG. 1 will be described with reference to the timing chart of FIG.
（降圧動作の主スイッチオン）
フィルタリアクトル７に流れる電流は連続とする。主スイッチとなるトランジスタ４がオン動作する前にはダイオード６、フィルタリアクトル７、ダイオード１２を介してフィルタコンデンサ１３に電流が流れている。トランジスタ４のコレクタとエミッタ間の共振コンデンサ５は直流電源１の電圧Ｅｉに充電されている。トランジスタ４をオン動作させる直前に補助スイッチとなるトランジスタ２をオン動作させる。
(Main switch on for step-down operation)
The current flowing through the filter reactor 7 is continuous. Before the
共振コンデンサ５、共振リアクトル３及びトランジスタ２で共振し、やがて共振コンデンサ５の電荷は零となる。このときに、トランジスタ４をオン動作させるとトランジスタ４は零電圧スイッチングとなる。共振リアクトル３に蓄えられたエネルギーは、ダイオード１５を介して、フィルタリアクトル７、ダイオード１２を経てフィルタコンデンサ１３に流れる。
Resonance is caused by the
（降圧動作の主スイッチオフ）
トランジスタ４のオン動作時には共振コンデンサ５の電荷は零となっている。トランジスタ４がオフすると共振コンデンサ５は、
ここで、Ｃr1は共振コンデンサ５の容量、ｉc1は共振コンデンサ５に流れる電流、Ｅｉは直流電源１の電圧、Ｅ０は負荷電圧、ｔ１は共振コンデンサ５の充電時間を示す。
(Main switch off for step-down operation)
When the
Here, Cr1 the capacitance of the
共振コンデンサ５の充電電流とダイオード６に流れる電流の合計がフィルタリアクトル７に流れる電流とする。トランジスタ４のオフ動作は共振コンデンサ５の電圧が零の状態で行う為、零電圧スイッチングとなる。
The sum of the charging current of the
（昇圧動作の主スイッチオフ）
トランジスタ８がオンしている時には共振コンデンサ９の電荷は零となっており、この時、電流は直流電源１、トランジスタ４、フィルタリアクトル７、トランジスタ８から直流電源１へ戻る。
(Main switch off for boost operation)
When the transistor 8 is on, the electric charge of the resonance capacitor 9 is zero. At this time, the current returns from the
主スイッチのトランジスタ８をオフすると共振コンデンサ９は、
充電電流は、直流電源１、トランジスタ４、フィルタリアクトル７、共振コンデンサ９を経由して直流電源１に戻る。トランジスタ８のオフ動作は共振コンデンサ９の電圧が零の状態で行われるため零電圧スイッチングとなる。
The charging current returns to the
（昇圧動作の主スイッチオン）
トランジスタ８をオン動作させる直前には、直流電源１、トランジスタ４、フィルタリアクトル７、ダイオード１２を経由してフィルタコンデンサ１３に電流が流れる。トランジスタ８をオン動作させる直前に先ずトランジスタ４をオフ動作させる。トランジスタ４のコレクタとエミッタ間に接続されている共振コンデンサ５は零電圧のため、トランジスタ４は零電圧スイッチング動作することになる。
(Main switch on for boost operation)
Immediately before the transistor 8 is turned on, a current flows through the
ダイオード１２に流れる電流が零になるとトランジスタ２と１１をオン動作させ、共振コンデンサ５と９をそれぞれ共振リアクトル３と１０で共振させて共振コンデンサの電圧を零とする。この時にトランジスタ４と８を零電圧スイッチングでオン動作させる。直流電源１、トランジスタ４、フィルタリアクトル７、トランジスタ８の経路で直流電源へ戻る。
When the current flowing through the
このように、本実施例によれば、主スイッチのトランジスタはオン、オフ動作がソフトスイッチングで行われる。 Thus, according to the present embodiment, the transistor of the main switch is turned on and off by soft switching.
上述実施例では、フィルタリアクトル電流が連続で使用されているが、フィルタリアクトル電流が非連続の場合にも使用することができる。 In the above-described embodiment, the filter reactor current is used continuously, but it can also be used when the filter reactor current is discontinuous.
図２には、図１に示す本発明による昇降圧チョッパ回路の動作を説明するための各部信号のタイミングチャートが示されている。図２の前半部分が降圧動作を、後半部分が昇圧部分を示す。 FIG. 2 shows a timing chart of signals at each portion for explaining the operation of the step-up / step-down chopper circuit according to the present invention shown in FIG. The first half of FIG. 2 shows the step-down operation, and the second half shows the boosting portion.
図２において、トランジスタ２のゲートには、ゲート信号（パルス）が所定周期で印加され、オン動作する。トランジスタ４のゲートには、トランジスタ２のゲートに印加されるゲート信号に同期してゲート信号（パルス）が所定周期で印加され、オンする。トランジスタ８と１１のゲートには、昇圧動作時に、図示の如くゲート信号が印加される。
In FIG. 2, a gate signal (pulse) is applied to the gate of the transistor 2 at a predetermined period, and the transistor 2 is turned on. A gate signal (pulse) is applied to the gate of the
上記回路構成において、ダイオード６のカソード電圧は、トランジスタ４のオン動作によるコレクタ電流の増加に伴い、直流電圧Ｅｉまで上昇し、トランジスタ４のオフ動作により電圧Ｅｉ-Ｅ２まで下降し、再びトランジスタ４のオン動作によるコレクタ電流の増加に伴い、直流電圧Ｅｉまで上昇するという動作サイクルを繰り返す。したがって、ダイオード６に流れる電流は、トランジスタ４のオフ動作時に流れ、フィルタリアクトル７に流れる電流は、図示の如く変化をし、トランジスタ４のオン・オフ切り替わり時の電流は略ゼロとなりソフトスイッチング動作が実現される。
In the above circuit configuration, the cathode voltage of the
このとき、トランジスタ８のコレクタとエミッタ（Ｃ−Ｅ）間の電圧は、降圧動作時には一定電圧で、昇圧動作時には上記一定電圧より高い電圧に至る。トランジスタ８のコレクタ電流は、オン動作時に図示のように流れる。 At this time, the voltage between the collector and emitter (CE) of the transistor 8 is a constant voltage during the step-down operation and reaches a voltage higher than the constant voltage during the step-up operation. The collector current of the transistor 8 flows as shown in FIG.
また、ダイオード１２に流れる電流は、降圧動作時にはフィルタリアクトル７に流れる電流と同様な電流となる。昇圧動作時には図のように間欠的に流れる。
The current flowing through the
その結果、フィルタコンデンサ１３の電圧は、降圧動作時にはＥｉ−Ｅ２になり、昇圧動作時にはＥｉ＋Ｅ３になる。
As a result, the voltage of the
以上で説明した本発明による昇降圧チョッパ回路は、以下のように定義することができる。 The buck-boost chopper circuit according to the present invention described above can be defined as follows.
降圧チョッパ回路と昇圧チョッパ回路をリアクトルを介して前後に変換回路を接続した、カスケード方式昇降圧チョッパ回路において、
降圧用主スイッチの両端に共振用コンデンサを接続し、主スイッチと環流用ダイオードの中間点に共振用リアクトルの一端を接続し、共振リアクトルのもう一端を補助スイッチと共振リアクトルエネルギー回生用のダイオードから成る補助アームを接続し、主スイッチと環流用ダイオード中間点にさらにフィルタリアクトルの一端を接続し、
前記フィルタリアクトルのもう一端を昇圧用主スイッチと環流用ダイオードのアノード側に接続し、昇圧用スイッチの両側に共振用コンデンサを接続し、環流用ダイオードのアノード側に共振リアクトルの一端を接続し、共振リアクトルのもう一端を共振リアクトルエネルギー回生用のダイオードと補助スイッチから成る補助アームに接続し、環流用ダイオードのカソード側をフィルタコンデンサの正極へ接続し、負極を直流電源の負極へ接続する構成の昇降圧チョッパ回路。
In a cascade type buck-boost chopper circuit in which a converter circuit is connected to the step-down chopper circuit and the step-up chopper circuit before and after the reactor,
Connect a resonant capacitor to both ends of the step-down main switch, connect one end of the resonant reactor to the midpoint between the main switch and the freewheeling diode, and connect the other end of the resonant reactor from the auxiliary switch and the resonant reactor energy recovery diode. Connect one end of the filter reactor to the middle point of the main switch and the freewheeling diode,
The other end of the filter reactor is connected to the boosting main switch and the anode side of the circulating diode, a resonant capacitor is connected to both sides of the boosting switch, and one end of the resonant reactor is connected to the anode side of the circulating diode, The other end of the resonant reactor is connected to an auxiliary arm consisting of a diode for regenerative reactor energy recovery and an auxiliary switch, the cathode side of the circulating diode is connected to the positive electrode of the filter capacitor, and the negative electrode is connected to the negative electrode of the DC power supply. Buck-boost chopper circuit.
また、降圧チョッパ動作において、オン時は降圧補助アームによる降圧主スイッチ両端のコンデンサ電荷を零としてからオン動作させ、降圧主スイッチオフ時は主スイッチ両端の共振コンデンサによる零電圧オフ動作とし、昇圧チョッパ動作において、オフ時は昇圧主スイッチ両側の共振コンデンサによる零電圧オフ動作とし、昇圧主スイッチオン直前に、従属接続された降圧主スイッチを零電圧スイッチングでオフし、昇圧環流用ダイオード電流を零とし、その後、降圧補助スイッチと昇圧補助スイッチをオンさせ降圧、昇圧主スイッチの共振コンデンサ電位を零としてから降圧、昇圧主スイッチを零電圧・零電流でオンする昇降圧チョッパ回路。 Also, in the step-down chopper operation, when it is on, the capacitor charge at both ends of the step-down main switch by the step-down auxiliary arm is set to zero and then turned on, and when the step-down main switch is off, the zero voltage is turned off by the resonance capacitor at both ends of the main switch. In operation, when the voltage is off, the zero voltage is turned off by the resonant capacitors on both sides of the voltage boost main switch. Then, a step-up / step-down chopper circuit that turns on the step-down auxiliary switch and the step-up auxiliary switch to lower the voltage and sets the resonant capacitor potential of the step-up main switch to zero and then turns on the step-up and step-up main switch at zero voltage and zero current.
以上、本発明の昇降圧チョッパ回路の好適実施形態例を説明したが、これは単なる例示にすぎず、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることは勿論である。例えば、主スイッチの両端に接続するコンデンサは主スイッチの寄生コンデンサを利用してもよい。共振周波数は共振リアクトルと共振コンデンサから求められることができることは明らかである。
The preferred embodiment of the step-up / step-down chopper circuit of the present invention has been described above. However, this is merely an example, and it goes without saying that various modifications and changes can be made according to a specific application. For example, a parasitic capacitor of the main switch may be used as a capacitor connected to both ends of the main switch. Obviously, the resonant frequency can be determined from the resonant reactor and the resonant capacitor.
１ 直流電源
２、４、８、１１ トランジスタ
３、１０ 共振リアクトル
５、９ 共振コンデンサ
６、１２ ダイオード
７ フィルタリアクトル
１３ フィルタコンデンサ
１４ 負荷（抵抗）
１５ 補助用ダイオード
１６ 補助用ダイオード
DESCRIPTION OF
15
Claims (4)
前記第１のトランジスタと前記第１のダイオードの直列回路の接続点と前記第２のダイオードと前記第２のトランジスタの直列回路の接続点間にフィルタリアクトルが接続された昇降圧チョッパ回路において、
前記第１のトランジスタのコレクタとエミッタ間及び前記第２のトランジスタのコレクタとエミッタ間にそれぞれ実効的な第１の共振コンデンサ及び第２の共振コンデンサが並列接続され、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのオフ動作時にそれぞれ前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのコレクタ電流を前記並列接続されたそれぞれの共振コンデンサに流し、前記第１及び第２の共振コンデンサに蓄えられた電荷を放出して、前記各共振コンデンサの電荷が零になった時点でそれぞれ前記第１及び第２のトランジスタをオンさせて零電圧でソフトスイッチングを行うことを特徴とする昇降圧チョッパ回路。 A series circuit of a first transistor and a first diode is connected in parallel to the DC power supply, a filter capacitor is connected in parallel to the load, and a series circuit of the second diode and the second transistor is connected in parallel.
In buck chopper circuit filter reactor is connected between the connection point of the series circuit of the first transistor and the first of the said second diode second transistor and the connection point of the series circuit of the diodes,
It said first transistor collector and emitter and the second respectively between the transistors of the collector and emitter of the effective first resonant capacitor and a second resonance capacitor are connected in parallel, the first transistor and the second When the two transistors are turned off, the collector currents of the first transistor and the second transistor are caused to flow through the respective resonant capacitors connected in parallel, and the charges stored in the first and second resonant capacitors are supplied. release to, buck-boost chopper circuit, characterized in that said intends row soft switching at zero voltage respectively by turning on the first and second transistors when the charge becomes zero for each resonant capacitor.
昇圧動作時に前記フィルタコンデンサへ流れている電流を零電圧スイッチング動作をする前記第１のトランジスタで一旦オフさせ、前記第２のトランジスタをオン動作させる直前に、それぞれ前記共振コンデンサの電荷を放出して前記それぞれの共振コンデンサの電荷が零になった時点で前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタをオン動作させることを特徴とする請求項１に記載の昇降圧チョッパ回路。 The charge stored in the first resonance capacitor is discharged immediately before the first transistor is turned on during the step-down operation, and the first transistor is turned on when the charge of the first resonance capacitor becomes zero. With zero voltage switching by turning it on,
The current flowing into the filter capacitor during the boost operation is temporarily turned off by the first transistor to a zero-voltage switching operation, immediately before turning on operation of the second transistor, and release an electric charge of each of the resonant capacitor 2. The step-up / step-down chopper circuit according to claim 1, wherein the first transistor and the second transistor are turned on when the electric charges of the respective resonance capacitors become zero.
前記第１のトランジスタのエミッタとコレクタ間には第１の共振コンデンサが接続され、負荷にフィルタコンデンサが並列接続されると共に第２のダイオードと第２のトランジスタの直列回路及び第２の補助用ダイオードと第４のトランジスタの直列回路がそれぞれ並列接続され、
前記第１のトランジスタと前記第１のダイオードの直列回路の接続点及び前記第２のダイオードと前記第２のトランジスタの直列回路の接続点間にフィルタリアクトルが接続され、
前記第２のトランジスタのコレクタとエミッタ間に第２の共振コンデンサが接続され、前記第２のトランジスタと前記第２のダイオードの直列回路の接続点及び前記第２の補助用ダイオードと前記第４のトランジスタの直列回路の接続点間に第２の共振リアクトルが接続され、
前記第１のトランジスタのオフ動作時に、前記第１の共振コンデンサに前記第１のトランジスタのコレクタ電流を移して零電圧スイッチングによるソフトスイッチング動作を行い、前記第２のトランジスタのオフ動作時に、前記第２の共振コンデンサに前記第２のトランジスタのコレクタ電流を移して零電圧スイッチングによるソフトスイッチング動作を行い、
前記第１の共振コンデンサに蓄えられた電荷を、前記第３のトランジスタをオンさせて前記第１の共振コンデンサと前記第１の共振リアクトルで共振させることにより放出し、前記第１の共振コンデンサの電荷が零になった時点で前記第１のトランジスタをオンさせることにより零電圧スイッチングを行うことを特徴とする昇降圧チョッパ回路。 The DC power source series circuit of the series circuit and the third transistor and the first auxiliary diode of the first transistor and the first diode are connected in parallel, respectively, in series of the first transistor and the first diode first resonant reactor is connected to the connection point and the third transistor in the circuit between the connection point of the series circuit of the first auxiliary diode,
Wherein the emitter and the collector of the first transistor is connected to a first resonance capacitor, the load to the filter capacitor is connected in parallel Rutotomoni second diode series circuit and a second auxiliary diode of the second transistor And the series circuit of the fourth transistor are respectively connected in parallel,
Filter reactor is connected between the connection point of the series circuit of the first transistor and the first connection point and said second diode second transistor of the series circuit of the diode,
It said second second resonance capacitor between the collector and emitter of the transistor is connected to said second transistor and said second diode series circuit of the connection point and the second auxiliary diode and the fourth of A second resonant reactor is connected between the connection points of the series circuit of transistors ;
During the off operation of the first transistor, the collector current of the first transistor is transferred to the first resonant capacitor to perform a soft switching operation by zero voltage switching, and during the off operation of the second transistor, the first transistor The collector current of the second transistor is transferred to the resonance capacitor of 2 to perform a soft switching operation by zero voltage switching,
The charge stored in the first resonant capacitor is discharged by turning on the third transistor and resonating with the first resonant capacitor and the first resonant reactor. A step-up / step-down chopper circuit , wherein zero voltage switching is performed by turning on the first transistor when the electric charge becomes zero .
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