JP6089494B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本明細書では、高電位導体と第１スイッチング素子と第２スイッチング素子と接地導体の直列回路を備えており、第１スイッチング素子がオンして第２スイッチング素子がオフする状態と第１スイッチング素子がオフして第２スイッチング素子がオンする状態の間で交互に切換わることによって電力を変換する装置に関する技術を開示する。   In the present specification, a series circuit of a high potential conductor, a first switching element, a second switching element, and a ground conductor is provided, and the first switching element is turned on and the second switching element is turned off. Disclosed is a technology relating to a device that converts electric power by alternately switching between a state in which the second switching element is turned on and the second switching element is turned on.

例えば図１に例示するように、高電位側に接続されている第１スイッチング素子ＳＵと接地されている第２スイッチング素子ＳＤの直列回路を備えており、第１スイッチング素子ＳＵがオンして第２スイッチング素子ＳＤがオフする状態と第１スイッチング素子ＳＵがオフして第２スイッチング素子ＳＤがオンする状態の間で交互に切換わることによって直流電源８０の電圧を降圧して負荷２に印加する降圧コンバータが知られている。
あるいは図２に例示するように、第１スイッチング素子ＳＵと第２スイッチング素子ＳＤの直列回路を３本並列に接続し、電源８０が供給する直流を３相交流に変換して３相交流モータ４（負荷の一種）に印加するインバータも知られている。インバータの場合も、第１スイッチング素子がオンして第２スイッチング素子がオフする状態と第１スイッチング素子がオフして第２スイッチング素子がオンする状態の間で交互に切換わる。すなわち第１相についてみると、ＳＵ１がオンすればＳＤ１がオフし、ＳＵ１がオフすればＳＤ１がオンする。第２相についても、ＳＵ２がオンすればＳＤ２がオフし、ＳＵ２がオフすればＳＤ２がオンする。第３相についても、ＳＵ３がオンすればＳＤ３がオフし、ＳＵ３がオフすればＳＤ３がオンする。
図１と図２は、高電位導体と第１スイッチング素子と第２スイッチング素子と接地導体の直列回路を備えている電力変換装置を例示するものであり、本明細書で開示する技術の適用範囲は、図１と図２の電力変換装置に限られない。高電位導体と第１スイッチング素子と第２スイッチング素子と接地導体の直列回路を備えている電力変換装置一般に適用することができる。 For example, as illustrated in FIG. 1, a series circuit of a first switching element SU connected to the high potential side and a second switching element SD grounded is provided, and the first switching element SU is turned on and the first switching element SU is turned on. The voltage of the DC power source 80 is stepped down and applied to the load 2 by alternately switching between the state where the two switching elements SD are turned off and the state where the first switching element SU is turned off and the second switching elements SD are turned on. Step-down converters are known.
Alternatively, as illustrated in FIG. 2, three series circuits of the first switching element SU and the second switching element SD are connected in parallel, and the direct current supplied by the power supply 80 is converted into a three-phase alternating current to convert the three-phase alternating current motor 4 An inverter for applying to (a kind of load) is also known. In the case of an inverter, the switching is alternately performed between a state where the first switching element is turned on and the second switching element is turned off and a state where the first switching element is turned off and the second switching element is turned on. That is, regarding the first phase, SD1 is turned off when SU1 is turned on, and SD1 is turned on when SU1 is turned off. Also for the second phase, SD2 is turned off when SU2 is turned on, and SD2 is turned on when SU2 is turned off. For the third phase, SD3 is turned off when SU3 is turned on, and SD3 is turned on when SU3 is turned off.
1 and 2 exemplify a power conversion device including a series circuit of a high-potential conductor, a first switching element, a second switching element, and a ground conductor, and the scope of application of the technology disclosed in this specification Are not limited to the power converters of FIGS. 1 and 2. The present invention can be generally applied to a power conversion device including a series circuit of a high potential conductor, a first switching element, a second switching element, and a ground conductor.

上記形式の電力変換装置は、図３に示すように（図３では高電位側の第１スイッチング素子を４０とし、接地されている第２スイッチング素子を７０としている）、第１スイッチング素子用駆動回路（以下では第１駆動回路という）３０と、第２スイッチング素子用駆動回路（以下では第２駆動回路という）６０と、第１駆動回路３０と第２駆動回路６０に制御信号を伝達する制御回路１０を備えている。図示の２０は、制御回路１０と第１駆動回路３０を電気的に絶縁した状態で制御信号を伝達する素子（例えばフォトカプラ）である。同様に、図示の５０は、制御回路１０と第２駆動回路６０を電気的に絶縁した状態で制御信号を伝達する素子である。   As shown in FIG. 3, the power conversion device of the above-described form (in FIG. 3, the first switching element on the high potential side is 40 and the second switching element that is grounded is 70) is the first switching element drive. A circuit (hereinafter referred to as a first drive circuit) 30, a second switching element drive circuit (hereinafter referred to as a second drive circuit) 60, and a control for transmitting control signals to the first drive circuit 30 and the second drive circuit 60. A circuit 10 is provided. 20 shown in the figure is an element (for example, a photocoupler) that transmits a control signal in a state where the control circuit 10 and the first drive circuit 30 are electrically insulated. Similarly, reference numeral 50 denotes an element that transmits a control signal in a state where the control circuit 10 and the second drive circuit 60 are electrically insulated.

第１駆動回路３０は、自身が動作するための電源を必要とし、第１スイッチング素子４０をオンさせる電源を必要とする。参照番号１００は、第１駆動回路３０のための電源回路であり、一般的には定電圧回路で構成されている。電源回路１００から電力が供給されるので、第１駆動回路３０が動作でき、第１スイッチング素子４０のオン・オフが切換えられる。参照番号１１０は、第２駆動回路６０のための電源回路であり、電源回路１１０から電力が供給されるので、第２駆動回路６０が動作でき、第２スイッチング素子７０のオン・オフが切換えられる。   The first drive circuit 30 requires a power source for operating itself, and requires a power source for turning on the first switching element 40. Reference numeral 100 is a power supply circuit for the first drive circuit 30 and is generally composed of a constant voltage circuit. Since power is supplied from the power supply circuit 100, the first drive circuit 30 can operate, and the first switching element 40 is switched on and off. Reference numeral 110 is a power supply circuit for the second drive circuit 60. Since power is supplied from the power supply circuit 110, the second drive circuit 60 can operate and the second switching element 70 is switched on and off. .

図３に示す従来の技術によると、電源回路１００，１１０が必要とされ、第１駆動回路３０を電源回路１００に接続し、第２駆動回路６０を電源回路１１０に接続する必要がある。   According to the conventional technique shown in FIG. 3, the power supply circuits 100 and 110 are required, and it is necessary to connect the first drive circuit 30 to the power supply circuit 100 and connect the second drive circuit 60 to the power supply circuit 110.

非特許文献１に、電源回路１００を利用しない駆動回路３０が開示されている。非特許文献１の技術では、スイッチング素子が接続されている高電位導体と接地導体間の電圧差を利用して駆動回路を駆動する。非特許文献１の技術によると、電源回路１００を設ける必要がなくなる。   Non-Patent Document 1 discloses a drive circuit 30 that does not use the power supply circuit 100. In the technique of Non-Patent Document 1, a drive circuit is driven using a voltage difference between a high potential conductor to which a switching element is connected and a ground conductor. According to the technique of Non-Patent Document 1, it is not necessary to provide the power supply circuit 100.

0-7803-9547-6/06/$20.00 (c)2006, IEEE, pp. 183-188, A Self- powered Resonant Gate Driver for High Power MOSFET Modules, Hongfang Wang, Fred Wang0-7803-9547-6 / 06 / $ 20.00 (c) 2006, IEEE, pp. 183-188, A Self-powered Resonant Gate Driver for High Power MOSFET Modules, Hongfang Wang, Fred Wang

非特許文献１は、スイッチング素子が単独に用いられている場合の駆動回路を提案しており、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が直列に接続されている場合を考慮していない。
第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が直列に接続されている場合、動作開始前には、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を接続する導体が、高電位導体にも接続されていなければ接地導体にも接続されていない。すなわちフローティングしている。非特許文献１の技術は、スイッチング素子が単独に用いられ場合を想定しており、スイッチング素子の低電位側が接地電圧に維持されていることを前提としている。第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が直列に接続されている場合には、非特許文献１の技術では対処することができない。 Non-Patent Document 1 proposes a drive circuit in the case where a switching element is used alone, and does not consider the case where the first switching element and the second switching element are connected in series.
When the first switching element and the second switching element are connected in series, if the conductor connecting the first switching element and the second switching element is not connected to the high potential conductor before the start of operation, the first switching element and the second switching element are grounded. It is not connected to a conductor. That is, it is floating. The technique of Non-Patent Document 1 assumes a case where the switching element is used alone, and assumes that the low potential side of the switching element is maintained at the ground voltage. When the first switching element and the second switching element are connected in series, the technique of Non-Patent Document 1 cannot cope with it.

本明細書では、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が直列に接続されている場合のための駆動回路であって、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の直列回路が接続されている高電位導体と接地導体間の電圧差を利用して動作する駆動回路を提案する。   In the present specification, a driving circuit for a case where a first switching element and a second switching element are connected in series, and a high potential to which a series circuit of the first switching element and the second switching element is connected. We propose a drive circuit that operates using the voltage difference between the conductor and ground conductor.

本明細書で開示する電力変換装置は、高電位導体と第１スイッチング素子と第２スイッチング素子と接地導体の直列回路を備えている。また、第１スイッチング素子のオン・オフを切換える第１駆動回路と、第２スイッチング素子のオン・オフを切換える第２駆動回路と、第１駆動回路と第２駆動回路に制御信号を伝達する制御回路を備えている。
第１駆動回路は、高電位導体と第１スイッチング素子を接続する導体と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を接続する導体の間に接続されている。第２駆動回路は、高電位導体と第１スイッチング素子を接続する導体と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を接続する導体と、第２スイッチング素子と接地導体を接続する導体に接続されている。
制御回路は、始動時に第１スイッチング素子をオフさせて第２スイッチング素子をオンさせる制御信号を伝達し、次いで、第１スイッチング素子をオンさせて第２スイッチング素子をオフさせる制御信号と第１スイッチング素子をオフさせて第２スイッチング素子をオンさせる制御信号を交互に伝達する。
図４は、上記の電力変換装置の一例を例示しており、高電位導体８２と第１スイッチング素子４０と第２スイッチング素子７０と接地導体９０の直列回路を備えている。また、第１スイッチング素子４０のオン・オフを切換える第１駆動回路３０と、第２スイッチング素子７０のオン・オフを切換える第２駆動回路６０と、第１駆動回路３０と第２駆動回路６０に制御信号を伝達する制御回路１０を備えている。
第１駆動回路３０は、高電位導体８２と第１スイッチング素子４０を接続する導体８４と、第１スイッチング素子４０と第２スイッチング素子７０を接続する導体８６の間に接続されている。第２駆動回路６０は、高電位導体８２と第１スイッチング素子４０を接続する導体８４と、第１スイッチング素子４０と第２スイッチング素子７０を接続する導体８６と、第２スイッチング素子７０と接地導体９０を接続する導体８８に接続されている。 The power converter disclosed in this specification includes a series circuit of a high potential conductor, a first switching element, a second switching element, and a ground conductor. Also, a first drive circuit for switching on / off of the first switching element, a second drive circuit for switching on / off of the second switching element, and control for transmitting a control signal to the first drive circuit and the second drive circuit It has a circuit.
The first drive circuit is connected between a conductor connecting the high potential conductor and the first switching element, and a conductor connecting the first switching element and the second switching element. The second drive circuit is connected to a conductor connecting the high potential conductor and the first switching element, a conductor connecting the first switching element and the second switching element, and a conductor connecting the second switching element and the ground conductor. Yes.
The control circuit transmits a control signal for turning off the first switching element and turning on the second switching element at the time of starting, and then turning on the first switching element and turning off the second switching element. A control signal for turning off the element and turning on the second switching element is alternately transmitted.
FIG. 4 illustrates an example of the power conversion device described above, and includes a series circuit of a high potential conductor 82, a first switching element 40, a second switching element 70, and a ground conductor 90. Further, the first driving circuit 30 for switching on / off of the first switching element 40, the second driving circuit 60 for switching on / off of the second switching element 70, the first driving circuit 30 and the second driving circuit 60 are provided. A control circuit 10 for transmitting a control signal is provided.
The first drive circuit 30 is connected between a conductor 84 that connects the high-potential conductor 82 and the first switching element 40, and a conductor 86 that connects the first switching element 40 and the second switching element 70. The second drive circuit 60 includes a conductor 84 that connects the high potential conductor 82 and the first switching element 40, a conductor 86 that connects the first switching element 40 and the second switching element 70, a second switching element 70, and a ground conductor. 90 is connected to a conductor 88 that connects 90.

上記の電力変換回路によると、第２駆動回路が高電位導体と接地導体の間に接続されていることから、その電圧差を利用して動作することができる。また、先に第２スイッチング素子をオンさせることから、別に電源装置を設けておかなくても、第２スイッチング素子をオンさせることができる。第２スイッチング素子がオンすれば、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を接続する導体が接地され、第１駆動回路に電力が供給される。その状態で、第１スイッチング素子をオンさせる状態に切換わることから、第１スイッチング素子がオンすることができる。第１スイッチング素子がオンすれば、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を接続する導体に高電位が印加され、第２駆動回路に電力が供給される。その状態で、第２スイッチング素子をオンさせる状態に切り換わることから、第２スイッチング素子がオンすることができる。以後は上記動作が繰り返され、第１スイッチング素子をオンさせて第２スイッチング素子をオフさせる状態と第１スイッチング素子をオフさせて第２スイッチング素子をオンさせる状態が交互に切換えられる。
第１駆動回路と第２駆動回路は、第１スイッチング素子に接続されている高電位導体と
第２スイッチング素子に接続されている接地導体間の電圧差から電力を得て動作する。第１駆動回路と第２駆動回路を、そのための電源装置に接続する必要はない。 According to the power conversion circuit, since the second drive circuit is connected between the high potential conductor and the ground conductor, it can operate using the voltage difference. Further, since the second switching element is turned on first, the second switching element can be turned on without providing a separate power supply device. When the second switching element is turned on, the conductor connecting the first switching element and the second switching element is grounded, and power is supplied to the first drive circuit. In this state, the first switching element can be turned on since the first switching element is switched on. When the first switching element is turned on, a high potential is applied to the conductor connecting the first switching element and the second switching element, and power is supplied to the second drive circuit. In this state, the second switching element can be turned on because the second switching element is switched on. Thereafter, the above operation is repeated, and the state where the first switching element is turned on and the second switching element is turned off and the state where the first switching element is turned off and the second switching element is turned on are alternately switched.
The first drive circuit and the second drive circuit operate by obtaining power from the voltage difference between the high potential conductor connected to the first switching element and the ground conductor connected to the second switching element. It is not necessary to connect the first drive circuit and the second drive circuit to a power supply device for that purpose.

本明細書に記載の技術によると、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子が直列に接続されている場合でも、その直列回路に印加される電圧差を利用して第１駆動回路と第２駆動回路を駆動することが可能となる。第１駆動回路と第２駆動回路のための電源装置を必要としない。電力変換装置の回路構成を簡単化できる。   According to the technology described in the present specification, even when the first switching element and the second switching element are connected in series, the first drive circuit and the second drive are utilized using the voltage difference applied to the series circuit. The circuit can be driven. A power supply device for the first drive circuit and the second drive circuit is not required. The circuit configuration of the power converter can be simplified.

第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の直列回路を利用する降圧コンバータ（電力変換装置の一種）の回路を示す。1 shows a circuit of a step-down converter (a type of power converter) that uses a series circuit of a first switching element and a second switching element. 第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の直列回路を利用するインバータ（電力変換装置の一種）の回路を示す。The circuit of the inverter (a kind of power converter) using the series circuit of the 1st switching element and the 2nd switching element is shown. 電源回路と制御回路と駆動回路の従来の接続方法を示す。The conventional connection method of a power supply circuit, a control circuit, and a drive circuit is shown. 制御回路と駆動回路の新規な接続方法を示す。A novel connection method of the control circuit and the drive circuit is shown. 実施例の降圧コンバータの回路を示す。The circuit of the step-down converter of an Example is shown. 制御回路１０が伝達する制御信号を図示する。The control signal which control circuit 10 transmits is illustrated. メインスイッチが投入された直後に生じる現象を説明する。A phenomenon that occurs immediately after the main switch is turned on will be described. メインスイッチが投入された直後に生じる現象を説明する。A phenomenon that occurs immediately after the main switch is turned on will be described. 第２スイッチング素子がオンしたときに生じる現象を説明する。A phenomenon that occurs when the second switching element is turned on will be described. 第２スイッチング素子がオンしたときに生じる現象を説明する。A phenomenon that occurs when the second switching element is turned on will be described. 第１スイッチング素子がオンしたときに生じる現象を説明する。A phenomenon that occurs when the first switching element is turned on will be described. 第２スイッチング素子がオンしたときに生じる現象を説明する。A phenomenon that occurs when the second switching element is turned on will be described.

下記で説明する実施例の主要な特長を以下に例示する。
（特長１）第２駆動回路は、オペアンプと、相補型トランジスタと、オペアンプと相補型トランジスタに電力を供給するコンデンサを備えている。そのコンデンサは、高電位導体と接地導体の間に接続されており、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の双方がオフであっても充電される。
（特長２）特長１のコンデンサと高電位導体の間に、電圧を低下させる抵抗が挿入されている。
（特長３）制御回路は、特長１のコンデンサによって第２スイッチング素子をオン状態に維持できる期間内に、第１スイッチング素子をオンして第２スイッチング素子をオフする制御信号に反転する。 The main features of the embodiments described below are exemplified below.
(Feature 1) The second drive circuit includes an operational amplifier, a complementary transistor, and a capacitor that supplies power to the operational amplifier and the complementary transistor. The capacitor is connected between the high potential conductor and the ground conductor, and is charged even when both the first switching element and the second switching element are off.
(Feature 2) A resistor for reducing the voltage is inserted between the capacitor of Feature 1 and the high potential conductor.
(Feature 3) The control circuit inverts the control signal to turn on the first switching element and turn off the second switching element within a period in which the second switching element can be kept on by the capacitor of feature 1.

図５は、実施例の電力変換回路を示している。図５の実施例では、直流電源８０で高電位が印加される高電位導体８２と、接地されているために接地電位に維持される接地導体９０の間に、第１スイッチング素子４０と第２スイッチング素子７０の直列回路が接続されている。高電位導体８２と第１スイッチング素子４０は導体８４で接続されており、第１スイッチング素子４０と第２スイッチング素子７０は導体８６で接続されており、第２スイッチング素子７０と接地導体９０は導体８８で接続されている。導体８４自体が高電位導体８２を兼用していてもよく、導体８８自体が接地導体９０を兼用していてもよい。直流電源８０と高電位導体８２の間に、メインスイッチ８１が挿入されていてもよい。
導体８６と導体８８の間に、コイルＬとコンデンサＣの直列回路が接続されている。コンデンサＣと並列に負荷２が接続されている。
制御回路１０は、第１スイッチング素子４０をオンさせて第２スイッチング素子７０をオフさせる制御信号と、第１スイッチング素子４０をオフさせて第２スイッチング素子７０をオンさせる制御信号を交互に伝達する。
詳しくは後記する第１駆動回路３０は、制御回路１０が第１スイッチング素子４０をオンさせる制御信号を伝達している間は第１スイッチング素子４０をオンさせ、第１スイッチング素子４０をオフさせる制御信号を伝達している間は第１スイッチング素子４０をオフさせる。同様に、第２駆動回路６０は、制御回路１０が第２スイッチング素子７０をオンさせる制御信号を伝達している間は第２スイッチング素子７０をオンさせ、第２スイッチング素子７０をオフさせる制御信号を伝達している間は第２スイッチング素子７０をオフさせる。
図５の回路で、第１スイッチング素子４０をオンして第２スイッチング素子７０をオフする状態と、第１スイッチング素子４０をオフして第２スイッチング素子７０をオンする状態が交互に切換えられると、負荷２の両端に、直流電源８０の電圧を降圧した電圧が印加される。図５の回路は、ＤＣ・ＤＣ降圧インバータである。
図５は、本明細書で開示する技術をＤＣ・ＤＣ降圧インバータに適用した場合を例示している。本明細書で開示する技術の適用範囲は、ＤＣ・ＤＣ降圧インバータに限られず、例えば図２の例示した３相交流インバータにも適用することができる。本明細書で開示する技術は、第１スイッチング素子４０と第２スイッチング素子７０の直流回路を備えており、第１スイッチング素子４０をオンさせて第２スイッチング素子７０をオフさせる状態と、第１スイッチング素子４０をオフさせて第２スイッチング素子７０をオンさせる状態を交互に切換えることで電力を変換する装置一般に適用することができる。 FIG. 5 shows a power conversion circuit of the embodiment. In the embodiment of FIG. 5, the first switching element 40 and the second switching element are provided between a high potential conductor 82 to which a high potential is applied by a DC power supply 80 and a ground conductor 90 that is grounded and maintained at the ground potential. A series circuit of the switching elements 70 is connected. The high potential conductor 82 and the first switching element 40 are connected by a conductor 84, the first switching element 40 and the second switching element 70 are connected by a conductor 86, and the second switching element 70 and the ground conductor 90 are a conductor. 88 is connected. The conductor 84 itself may also serve as the high potential conductor 82, and the conductor 88 itself may also serve as the ground conductor 90. A main switch 81 may be inserted between the DC power supply 80 and the high potential conductor 82.
A series circuit of a coil L and a capacitor C is connected between the conductor 86 and the conductor 88. A load 2 is connected in parallel with the capacitor C.
The control circuit 10 alternately transmits a control signal for turning on the first switching element 40 and turning off the second switching element 70 and a control signal for turning off the first switching element 40 and turning on the second switching element 70. .
Specifically, the first drive circuit 30 to be described later controls the first switching element 40 to be turned on and the first switching element 40 to be turned off while the control circuit 10 is transmitting a control signal for turning on the first switching element 40. While the signal is transmitted, the first switching element 40 is turned off. Similarly, the second drive circuit 60 turns on the second switching element 70 and turns off the second switching element 70 while the control circuit 10 transmits a control signal for turning on the second switching element 70. Is transmitted, the second switching element 70 is turned off.
In the circuit of FIG. 5, when the state where the first switching element 40 is turned on and the second switching element 70 is turned off and the state where the first switching element 40 is turned off and the second switching element 70 is turned on are alternately switched. The voltage obtained by stepping down the voltage of the DC power supply 80 is applied to both ends of the load 2. The circuit of FIG. 5 is a DC / DC step-down inverter.
FIG. 5 illustrates a case where the technique disclosed in this specification is applied to a DC / DC step-down inverter. The scope of application of the technology disclosed in this specification is not limited to the DC / DC step-down inverter, and can be applied to, for example, the three-phase AC inverter illustrated in FIG. The technology disclosed in the present specification includes a DC circuit of the first switching element 40 and the second switching element 70, a state in which the first switching element 40 is turned on and the second switching element 70 is turned off; The present invention can be generally applied to a device that converts power by alternately switching a state in which the switching element 40 is turned off and the second switching element 70 is turned on.

図５に示すように、第１駆動回路３０は、導体８４と導体８６の間に接続されており、独自の電源回路を必要としない。参照番号２０はホトカプラであり、制御回路１０と第１駆動回路３０は、電気的には絶縁されている。第２駆動回路６０は、導体８４と導体８６と導体８８に接続されており、独自の電源回路を必要としない。参照番号５０はホトカプラであり、制御回路１０と第２駆動回路６０は、電気的には絶縁されている。   As shown in FIG. 5, the first drive circuit 30 is connected between the conductor 84 and the conductor 86, and does not require a unique power supply circuit. Reference numeral 20 is a photocoupler, and the control circuit 10 and the first drive circuit 30 are electrically insulated. The second drive circuit 60 is connected to the conductor 84, the conductor 86, and the conductor 88, and does not require a unique power supply circuit. Reference numeral 50 is a photocoupler, and the control circuit 10 and the second drive circuit 60 are electrically insulated.

第１駆動回路３０は、ホトカプラ２０を介して伝達される制御信号がハイかローかを比較するオペアンプＯＰ１と、オペアンプＯＰ１の出力がハイであればオンするトランジスタｓａ１と、オペアンプＯＰ１の出力がハイであればオフするトランジスタｓａ２を備えている。トランジスタｓａ１はオペアンプＯＰ１の出力がローであればオフし、トランジスタｓｂ１はオペアンプＯＰ１の出力がローであればオンする。トランジスタｓａ１とトランジスタｓａ２は相補型である。この結果、ホトカプラ２０を介して伝達される制御信号がハイであれば、オペアンプＯＰ１がハイを出力し、トランジスタｓａ１がオンし、トランジスタｓｂ１がオフし、第１スイッチング素子４０のゲートにオン電圧が印加され、第１スイッチング素子４０がオンする。一方、ホトカプラ２０を介して伝達される制御信号がローであれば、オペアンプＯＰ１がローを出力し、トランジスタｓａ１がオフし、トランジスタｓｂ１がオンし、第１スイッチング素子４０のゲートに帯電していた電荷が放電され、第１スイッチング素子４０がオフする。
上記動作を得るためには、オペアンプＯＰ１に駆動電圧を印加し、トランジスタｓａ１とトランジスタｓｂ１の相補型トランジスタの直列回路の両端に電位差が生じていなければならない。第１スイッチング素子４０がオンする前には、導体８６の電位が不安定であり、導体８４と導体８６の間に電圧差が不安定である。第１駆動回路３０の駆動用電圧を得るには、特別な配慮が必要となる。 The first drive circuit 30 includes an operational amplifier OP1 that compares whether the control signal transmitted through the photocoupler 20 is high or low, a transistor sa1 that is turned on if the output of the operational amplifier OP1 is high, and an output of the operational amplifier OP1 that is high. If so, a transistor sa2 that is turned off is provided. The transistor sa1 is turned off when the output of the operational amplifier OP1 is low, and the transistor sb1 is turned on when the output of the operational amplifier OP1 is low. The transistors sa1 and sa2 are complementary types. As a result, if the control signal transmitted through the photocoupler 20 is high, the operational amplifier OP1 outputs high, the transistor sa1 is turned on, the transistor sb1 is turned off, and an on-voltage is applied to the gate of the first switching element 40. Applied, the first switching element 40 is turned on. On the other hand, if the control signal transmitted through the photocoupler 20 is low, the operational amplifier OP1 outputs low, the transistor sa1 is turned off, the transistor sb1 is turned on, and the gate of the first switching element 40 is charged. The electric charge is discharged, and the first switching element 40 is turned off.
In order to obtain the above operation, a driving voltage must be applied to the operational amplifier OP1, and a potential difference must be generated between both ends of a series circuit of complementary transistors of the transistor sa1 and the transistor sb1. Before the first switching element 40 is turned on, the potential of the conductor 86 is unstable, and the voltage difference between the conductor 84 and the conductor 86 is unstable. In order to obtain the driving voltage for the first driving circuit 30, special consideration is required.

第２駆動回路６０が、ホトカプラ５０を介して伝達される制御信号に基づいて、第２スイッチング素子７０をオン・オフさせる動作は、第１駆動回路３０の場合と同様である。末尾の添え字１を２に置き換えることで、第２駆動回路６０の動作が理解できる。重複説明を省略する。第２駆動回路６０の駆動用電圧を得るにも、特別な配慮が必要となる。   The operation of turning on / off the second switching element 70 based on the control signal transmitted through the photocoupler 50 by the second drive circuit 60 is the same as that of the first drive circuit 30. By replacing the suffix 1 at the end with 2, the operation of the second drive circuit 60 can be understood. Duplicate explanation is omitted. In order to obtain the driving voltage for the second driving circuit 60, special consideration is required.

第１駆動回路３０の駆動用電圧を得るために、ツェナーダイオードｄｃ１、コンデンサｃａ１、ダイオードｄｄ１、コイルｌ１、ダイオードｄｅ１、コンデンサｃｂ１が図示の位置に接続されている。ツェナーダイオードｄｃ１、コンデンサｃａ１、ダイオードｄｄ１の一端は、配線９２によって導体８４に接続されている。配線９２には、ダイオードｄｅ１と、コンデンサｃｂ１が挿入されている。ツェナーダイオードｄｃ１、コンデンサｃａ１、コイルｌ１の他端は、配線９４によって導体８６に接続されている。降圧コンバータの始動時には導体８６がフローティングされており、配線９２と配線９４間の電圧差は不安定である。コンデンサｃａ１、ｃｂ１が充電されていない可能性がある。   In order to obtain a driving voltage for the first driving circuit 30, a Zener diode dc1, a capacitor ca1, a diode dd1, a coil l1, a diode de1, and a capacitor cb1 are connected to the illustrated positions. One end of the Zener diode dc1, the capacitor ca1, and the diode dd1 is connected to the conductor 84 by a wiring 92. In the wiring 92, a diode de1 and a capacitor cb1 are inserted. The other end of the Zener diode dc1, the capacitor ca1, and the coil 11 is connected to the conductor 86 by a wiring 94. When starting the step-down converter, the conductor 86 is floating, and the voltage difference between the wiring 92 and the wiring 94 is unstable. The capacitors ca1 and cb1 may not be charged.

第２駆動回路６０の駆動用電圧を得るために、ツェナーダイオードｄｃ２、コンデンサｃａ２、ダイオードｄｄ２、コイルｌ２、ダイオードｄｅ２と、コンデンサｃｂ２が図示の位置に接続されている。ツェナーダイオードｄｃ２、コンデンサｃａ２、ダイオードｄｄ２の一端は、配線９６によって導体８６に接続されている。配線９６には、ダイオードｄｅ２と、コンデンサｃｂ２が挿入されている。ツェナーダイオードｄｃ２、コンデンサｃａ２、コイルｌ２の他端は、配線９８によって導体８８に接続されている。コンデンサｃａ２と導体８４（導体８６でない）の間は、抵抗ｒｃ２を介して接続されている。抵抗ｒｃ２は、過電流防止用であり、抵抗ｒｃ２を数ｍＡ程度の電流が流れる抵抗値に設定されている。   In order to obtain a driving voltage for the second driving circuit 60, a Zener diode dc2, a capacitor ca2, a diode dd2, a coil l2, a diode de2, and a capacitor cb2 are connected to the illustrated position. One end of the Zener diode dc2, the capacitor ca2, and the diode dd2 is connected to the conductor 86 by a wiring 96. A diode de2 and a capacitor cb2 are inserted in the wiring 96. The other ends of the Zener diode dc2, the capacitor ca2, and the coil l2 are connected to the conductor 88 by a wiring 98. The capacitor ca2 and the conductor 84 (not the conductor 86) are connected via a resistor rc2. The resistor rc2 is for preventing overcurrent, and the resistor rc2 is set to a resistance value at which a current of about several mA flows.

図５の降圧コンバータの始動時に、制御装置１０が第１スイッチング素子４０をオンさせて第２スイッチング素子７０をオフさせる制御信号を伝達するものと想定する。この場合、コンデンサｃａ１が充電されていないために、第１駆動回路３０は動作しない。降圧コンバータは始動しない。   It is assumed that the control device 10 transmits a control signal for turning on the first switching element 40 and turning off the second switching element 70 when starting the step-down converter of FIG. In this case, since the capacitor ca1 is not charged, the first drive circuit 30 does not operate. The buck converter does not start.

本実施例では、降圧コンバータの始動時に、制御装置１０が第１スイッチング素子４０をオフさせて第２スイッチング素子７０をオンさせる制御信号を伝達する。この場合、コンデンサｃａ２の充電電力を利用して第２駆動回路６０が動作を開始する。その様子を以下で詳しく説明する。
降圧コンバータの運転終了時に、メインスイッチ８１がオフされる。降圧コンバータの始動時には、オフされていたメインスイッチ８１がオンされる。すると、導体８４と導体８８の間に電圧差が発生し、抵抗ｒｃ２を介してコンデンサｃａ２が瞬時に充電される。コンデンサｃａ２の容量は、瞬時に充電される小容量に設定されている。この結果、降圧コンバータの始動時に、配線９６の電圧が瞬時に上昇する。始動後の短時間のうちに、配線９６の電圧は、ツェナーダイオードｄｃ２の降伏電圧に達する。ツェナーダイオードｄｃ２の降伏電圧は、第２駆動回路６０の駆動用電圧Ｖｃｃであり、配線９６にツェナーダイオードｄｃ２の降伏電圧Ｖｃｃが印加されていれば、オペアンプＯＰ２、相補型トランジスタｓａ２，ｓｂ２等は適正に作動する。その結果、第２スイッチング素子７０がオンする。第２スイッチング素子７０がオンすれば、導体８６が接地される。
図７と図８は、上記を説明している。
（１）始動時ｔ１に、メインスイッチ８１がオンする。
（２）メインスイッチ８１がオンすると、図７の太線で示す経路によって、コンデンサｃａ２が充電され、タイミングｔ２で配線９６の電圧がＶｃｃに上昇する。
（３）するとオペアンプＯＰ２、トランジスタｓａ２，ｓｂ２等が適正に作動し始める。始動時には第２スイッチング素子７０をオンさせる制御信号が伝達されているために、第２スイッチング素子７０がオンする。
（４）第２スイッチング素子７０がオンすれば、導体８６が接地される。 In this embodiment, when the step-down converter is started, the control device 10 transmits a control signal for turning off the first switching element 40 and turning on the second switching element 70. In this case, the second drive circuit 60 starts operating using the charging power of the capacitor ca2. This will be described in detail below.
At the end of the operation of the step-down converter, the main switch 81 is turned off. When the step-down converter is started, the main switch 81 that has been turned off is turned on. Then, a voltage difference is generated between the conductor 84 and the conductor 88, and the capacitor ca2 is instantaneously charged via the resistor rc2. The capacity of the capacitor ca2 is set to a small capacity that is charged instantly. As a result, when the step-down converter is started, the voltage of the wiring 96 increases instantaneously. In a short time after starting, the voltage of the wiring 96 reaches the breakdown voltage of the Zener diode dc2. The breakdown voltage of the Zener diode dc2 is the driving voltage Vcc of the second drive circuit 60. If the breakdown voltage Vcc of the Zener diode dc2 is applied to the wiring 96, the operational amplifier OP2, the complementary transistors sa2, sb2, etc. are appropriate. Operates on. As a result, the second switching element 70 is turned on. When the second switching element 70 is turned on, the conductor 86 is grounded.
7 and 8 illustrate the above.
(1) The main switch 81 is turned on at start time t1.
(2) When the main switch 81 is turned on, the capacitor ca2 is charged through the path indicated by the thick line in FIG. 7, and the voltage of the wiring 96 rises to Vcc at the timing t2.
(3) Then, the operational amplifier OP2, the transistors sa2, sb2, etc. start to operate properly. Since the control signal for turning on the second switching element 70 is transmitted at the time of starting, the second switching element 70 is turned on.
(4) When the second switching element 70 is turned on, the conductor 86 is grounded.

第２スイッチング素子７０がオンして導体８６が接地されると、図９の太線で示す経路によって、コンデンサｃｂ１、ｃａ１が充電される。配線９２の電圧は第１駆動回路３０の駆動用電圧Ｖｃｃに上昇する。それ以降は、第１駆動回路３０が適切に動作することができる。
図１０のタイミングｔ３は、制御信号が反転したタイミングを示す。オペアンプＯＰ１がハイを出力し、第１スイッチング素子４０が導通する。
第１スイッチング素子４０が導通すると、コンデンサｃｂ１に蓄積されていた電荷が、図１１の矢印Ａに示すように放電され、コイルｌ１にエネルギーが蓄えられる。コンデンサｃａ１が放電して配線９２の電位が低下する場合には、矢印Ｂに示すように、コイルｌ１からコンデンサｃ１に充電されるので、配線９２の電位は長時間にわたってＶｃｃに維持される。このことはコンデンサｃａ１の容量が小さくてもよいことを意味する。図６の時間Ｔ２は、第１スイッチング素子４０をオン状態に維持する期間を示している。コンデンサｃｂ１を利用する場合、コンデンサｃａ１の容量を期間Ｔ２と無関係に設定できる。コンデンサｃａ１は、最初に第１スイッチング素子４０をオンさせるだけの容量を持っていればよく、期間Ｔ２に亘ってオン状態を維持するだけの容量は必要とされない。コンデンサｃａ１の容量はごく小さく設定することができる。このことは、第１駆動回路３０の消費電力を低減するのに有利である。期間Ｔ２が長い場合には、コンデンサｃｂ１の容量を大きくする必要がある。コンデンサｃｂ１の容量は、第１駆動回路３０の消費電力に大きな影響を与えることはない。 When the second switching element 70 is turned on and the conductor 86 is grounded, the capacitors cb1 and ca1 are charged through a path indicated by a thick line in FIG. The voltage of the wiring 92 rises to the driving voltage Vcc of the first driving circuit 30. Thereafter, the first drive circuit 30 can operate appropriately.
Timing t3 in FIG. 10 indicates the timing at which the control signal is inverted. The operational amplifier OP1 outputs high, and the first switching element 40 becomes conductive.
When the first switching element 40 is turned on, the electric charge accumulated in the capacitor cb1 is discharged as indicated by an arrow A in FIG. 11, and energy is stored in the coil l1. When the capacitor ca1 is discharged and the potential of the wiring 92 decreases, as indicated by the arrow B, the capacitor c1 is charged from the coil l1, so that the potential of the wiring 92 is maintained at Vcc for a long time. This means that the capacitance of the capacitor ca1 may be small. A time T2 in FIG. 6 indicates a period during which the first switching element 40 is maintained in the ON state. When the capacitor cb1 is used, the capacitance of the capacitor ca1 can be set regardless of the period T2. The capacitor ca1 only needs to have a capacity to turn on the first switching element 40 first, and does not need a capacity to maintain the on state over the period T2. The capacitance of the capacitor ca1 can be set very small. This is advantageous for reducing the power consumption of the first drive circuit 30. When the period T2 is long, it is necessary to increase the capacitance of the capacitor cb1. The capacitance of the capacitor cb1 does not greatly affect the power consumption of the first drive circuit 30.

第１スイッチング素子４０がオンして第２スイッチング素子７０がオフしていると、図１１に示すように、コンデンサｃｂ２、ｃａ２が充電される。配線９６の電圧は第２駆動回路６０の駆動用電圧Ｖｃｃに上昇する。第２駆動回路６０が適切に動作することができる。
制御信号が再び反転して第１スイッチング素子４０をオフして第２スイッチング素子７０をオンさせる状態となると、コンデンサｃａ２の電圧を利用してオペアンプＯＰ２がハイを出力し、第２スイッチング素子７０が導通する。
第２スイッチング素子７０が導通すると、コンデンサｃｂ２に蓄積されていた電荷が、図１２の矢印Ｃに示すように放電され、コイルｌ２にエネルギーが蓄えられる。コンデンサｃａ２が放電して配線９６の電位が低下する場合には、矢印Ｄに示すように、コイルｌ２からコンデンサｃａ２に充電されるので、配線９６の電位は長時間にわたってＶｃｃに維持される。このことはコンデンサｃａ２の容量が小さくてもよいことを意味する。先に説明したように、コンデンサｃｂ２の容量を利用して、第２スイッチング素子７０をオンに維持することができる。 When the first switching element 40 is turned on and the second switching element 70 is turned off, the capacitors cb2 and ca2 are charged as shown in FIG. The voltage of the wiring 96 increases to the driving voltage Vcc for the second driving circuit 60. The second drive circuit 60 can operate appropriately.
When the control signal is inverted again to turn off the first switching element 40 and turn on the second switching element 70, the operational amplifier OP2 outputs high using the voltage of the capacitor ca2, and the second switching element 70 is turned on. Conduct.
When the second switching element 70 is turned on, the charge accumulated in the capacitor cb2 is discharged as indicated by an arrow C in FIG. 12, and energy is stored in the coil l2. When the capacitor ca2 is discharged and the potential of the wiring 96 decreases, as shown by the arrow D, the capacitor ca2 is charged from the coil l2, so that the potential of the wiring 96 is maintained at Vcc for a long time. This means that the capacitance of the capacitor ca2 may be small. As described above, the second switching element 70 can be kept on using the capacitance of the capacitor cb2.

最初に第２スイッチング素子７０をオンさせる場合には、コンデンサｃｂ２に充電されておらず、コンデンサｃａ２の電荷のみで第２スイッチング素子７０をオンさせ、しかも第２スイッチング素子７０をオンに維持する必要がある。コンデンサｃａ２の容量を大きくすると、第２駆動回路６０の消費電力が増大する。また、配線９６が動作電圧Ｖｃｃに上昇するタイミングｔ２が遅れる。そこで、本実施例では、図６に示すように、最初に第２スイッチング素子７０をオンさせる期間Ｔ１をその後の期間Ｔ２よりも短くしている。期間Ｔ１は、小容量のコンデンサｃａ２でオン状態を維持できる期間に設定されている。   When the second switching element 70 is first turned on, the capacitor cb2 is not charged, the second switching element 70 needs to be turned on only by the charge of the capacitor ca2, and the second switching element 70 needs to be kept on. There is. When the capacitance of the capacitor ca2 is increased, the power consumption of the second drive circuit 60 is increased. Further, the timing t2 at which the wiring 96 rises to the operating voltage Vcc is delayed. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the period T1 during which the second switching element 70 is first turned on is shorter than the subsequent period T2. The period T1 is set to a period in which the ON state can be maintained by the small-capacitance capacitor ca2.

上記実施例は、降圧コンバータに適用したものである。あくまで実施例であり、適用対象は降圧コンバータに限られない。   The above embodiment is applied to a step-down converter. This is just an example, and the application target is not limited to the step-down converter.

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
また下記に記載する特許請求の範囲の技術的範囲は、実施例に限定されない。実施例はあくまで実施例を例示するものである。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
The technical scope of the claims described below is not limited to the examples. The examples are merely illustrative.

ＳＵ：第１スイッチング素子
ＳＤ：第２スイッチング素子
Ｌ：コイル
Ｃ：コンデンサ
２：負荷
４：モータ(負荷)
１０：制御回路
２０：ホトカプラ
３０：第１駆動回路
４０：第１スイッチング素子
５０：ホトカプラ
６０：第２駆動回路
７０：第２スイッチング素子
８０：直流電源
８１：メインスイッチ
８２：高電位導体
８４，８６，８８：導体
９０：接地導体
ＯＰ１，ＯＰ２：オペアンプ
ｒａ１，ｒｂ１，ｒａ２，ｒｂ２，ｒｃ２：抵抗
ｄａ１，ｄｂ１，ｄｃ１，ｄｄ１，ｄｅ１，ｄａ２，ｄｂ２，ｄｃ２，ｄｄ２，ｄｅ２：ダイオード
ｓａ１，ｓｂ１，ｓａ２，ｓｂ２：トランジスタ
ｃａ１、ｃｂ１、ｃａ２、ｃｂ２：コンデンサ SU: 1st switching element SD: 2nd switching element L: Coil C: Capacitor 2: Load 4: Motor (load)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Control circuit 20: Photocoupler 30: 1st drive circuit 40: 1st switching element 50: Photocoupler 60: 2nd drive circuit 70: 2nd switching element 80: DC power supply 81: Main switch 82: High potential conductors 84 and 86 88: Conductor 90: Ground conductor OP1, OP2: Operational amplifiers ra1, rb1, ra2, rb2, rc2: Resistors da1, db1, dc1, dd1, de1, da2, db2, dc2, dd2, de2: Diodes sa1, sb1, sa2 , Sb2: transistors ca1, cb1, ca2, cb2: capacitors

Claims (1)

高電位導体と第１スイッチング素子と第２スイッチング素子と接地導体の直列回路と、
第１スイッチング素子のオン・オフを切換える第１スイッチング素子用駆動回路と、
第２スイッチング素子のオン・オフを切換える第２スイッチング素子用駆動回路と、
第１スイッチング素子用駆動回路と第２スイッチング素子用駆動回路に制御信号を伝達する制御回路を備えており、
第１スイッチング素子用駆動回路は、高電位導体と第１スイッチング素子を接続する導体と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を接続する導体の間に接続されており、
第２スイッチング素子用駆動回路は、高電位導体と第１スイッチング素子を接続する導体と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を接続する導体と、第２スイッチング素子と接地導体を接続する導体に接続されており、
制御回路が、始動時に第１スイッチング素子をオフさせて第２スイッチング素子をオンさせる制御信号を伝達し、次いで、第１スイッチング素子をオンさせて第２スイッチング素子をオフさせる制御信号と第１スイッチング素子をオフさせて第２スイッチング素子をオンさせる制御信号を交互に伝達するように構成されており、
第２スイッチング素子用駆動回路が、制御信号を入力するオペアンプと、オペアンプに駆動電力を印加するコンデンサと、高電位導体と第１スイッチング素子を接続する導体とコンデンサの間に挿入されている抵抗を備えていることを特徴とする電力変換回路。 A series circuit of a high potential conductor, a first switching element, a second switching element, and a ground conductor;
A first switching element drive circuit for switching on and off of the first switching element;
A second switching element drive circuit for switching on and off of the second switching element;
A control circuit for transmitting a control signal to the first switching element drive circuit and the second switching element drive circuit;
The drive circuit for the first switching element is connected between a conductor connecting the high potential conductor and the first switching element, and a conductor connecting the first switching element and the second switching element,
The second switching element drive circuit includes a conductor connecting the high potential conductor and the first switching element, a conductor connecting the first switching element and the second switching element, and a conductor connecting the second switching element and the ground conductor. Connected,
The control circuit transmits a control signal for turning off the first switching element and turning on the second switching element at the time of starting, and then turning on the first switching element and turning off the second switching element and the first switching It is configured to alternately transmit a control signal for turning off the element and turning on the second switching element ,
A driving circuit for the second switching element includes an operational amplifier that inputs a control signal, a capacitor that applies driving power to the operational amplifier, a resistor that is inserted between the conductor connecting the high-potential conductor and the first switching element, and the capacitor. power conversion circuit, characterized in that it comprises.
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