JPH04364358A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は入力電流及び出力電流の
いずれにもリップル（脈動）が生じないＤＣ−ＤＣコン
バータに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種のＤＣ−ＤＣコンバータは
例えば図１１、図１２又は図１３に示す如く構成されて
いる。図１１に示すＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電源
ＥにインダクタＬ１　とキャパシタＣ１　とインダクタ
Ｌ２　との直列回路を並列接続している。キャパシタＣ
１　とインダクタＬ２　との直列回路には、スイッチ素
子Ｓ１　と平滑（出力）用キャパシタＣ０　との直列回
路を並列接続しており、スイッチ素子Ｓ１　とキャパシ
タＣ１　との直列回路にスイッチ素子Ｓ２　を並列接続
している。また平滑用キャパシタＣ０　には負荷ＲＬ　
を接続している。インダクタＬ１　とＬ２　とが電磁結
合しており、インダクタＬ１　，Ｌ２　間には相互イン
ダクタンスＭが存在する。 【０００３】スイッチ素子Ｓ１　，Ｓ２　は図１４に示
す制御パルスにより相補的にオン，　オフ制御される。 スイッチ素子Ｓ１がオンである時間比率、即ちデューテ
ィ比ｄを、スイッチング周期ＴＳ　と、スイッチ素子Ｓ
１　がオンになる期間Ｔ１ＯＮ　との比Ｔ１ＯＮ　／Ｔ
Ｓ　として、スイッチ素子Ｓ１　，Ｓ２　をオン，オフ
制御した場合にはＤＣ−ＤＣコンバータの入出力電圧比
Ｖｏｕｔ　／Ｖｉｎ＝ｄとなり、入力電圧Ｖｉｎを降圧
した出力電圧Ｖｏｕｔ　が得られる。またインダクタＬ
１　とＬ２　との結合係数Ｋを、【０００４】 【数１】 【０００５】とし、巻線比ｎを、 【０００６】 【数２】 【０００７】で定義すれば、結合係数Ｋ＝１／ｎにする
ことによりｄＩｉｎ／ｄｔ＝０となり、入力電流Ｉｉｎ
のリップルを０にできることが知られている。図１２に
示すＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電源Ｅに、スイッチ
素子Ｓ２　とキャパシタＣ１　とインダクタＬ１　との
直列回路を並列接続しており、スイッチ素子Ｓ２　とキ
ャパシタＣ１　との直列回路にスイッチ素子Ｓ１　を並
列接続している。キャパシタＣ１　とインダクタＬ１　
との直列回路には、インダクタＬ２　と平滑（出力）用
キャパシタＣ０　との直列回路を並列接続しており、平
滑用キャパシタＣ０　には負荷ＲＬ　を接続している。 インダクタＬ１　とＬ２　とが電磁結合されており、そ
れらの間に相互インダクタンスＭが存在する。 【０００８】スイッチ素子Ｓ１　，Ｓ２　を図１４に示
す制御パルスによりデューティ比をｄとしてオン，オフ
制御した場合、入出力電圧比Ｖｏｕｔ　／Ｖｉｎは、Ｖ
ｏｕｔ　／Ｖｉｎ＝１／（１−ｄ）　　　　…（３）と
なり、入力電圧Ｖｉｎを昇圧した出力電圧Ｖｏｕｔ　が
得られる。また、結合係数Ｋ＝ｎにすることによりｄＩ
ｏｕｔ　／ｄｔ＝０となって、出力電流Ｉｏｕｔ　のリ
ップルを０にできることが知られている。 【０００９】図１３に示すＤＣ−ＤＣコンバータは、直
流電源Ｅに、インダクタＬ１　とスイッチ素子Ｓ１　と
の直列回路が並列接続されており、スイッチ素子Ｓ１　
には、キャパシタＣ１　とスイッチ素子Ｓ２　との直列
回路が並列接続されている。スイッチ素子Ｓ２　にはイ
ンダクタＬ２　と平滑（出力）用キャパシタＣ０　との
直列回路が並列接続され、平滑用キャパシタＣ０　には
負荷ＲＬ　が並列接続されている。 【００１０】スイッチ素子Ｓ１　，Ｓ２　を図１４に示
す制御パルスにより、デューティ比をｄとして、オン，
オフ制御した場合、入出力電圧比Ｖｏｕｔ　／Ｖｉｎは
、Ｖｏｕｔ　／Ｖｉｎ＝−ｄ／（１−ｄ）　　　　…（
４）となり、入力電圧Ｖｉｎの極性に対し、出力電圧Ｖ
ｏｕｔ　の極性が反転し、入力電圧Ｖｉｎを昇圧又は降
圧した出力電圧Ｖｏｕｔ　が得られる。また結合係数Ｋ
＝１／ｎにすることにより、ｄＩｉｎ／ｄｔ＝０となっ
て入力電流Ｉｉｎのリップルを０にでき、結合係数Ｋ＝
ｎにすることにより、ｄＩｏｕｔ　／ｄｔ＝０となって
出力電流Ｉｏｕｔ　のリップルを０にできることが知ら
れている。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、従来のい
ずれのＤＣ−ＤＣコンバータも、入力電流及び出力電流
のリップルをともに０にすることができない。したがっ
て、リップルを含んだ入力電流又は出力電流が流れるこ
とにより、このＤＣ−ＤＣコンバータと接続された電子
機器に電気的、磁気的に悪影響を与える虞れがある。そ
こで、このようなリップル成分を低減するために入力端
子と出力端子との間にキャパシタ及びインダクタンスで
構成したフィルタを設けることが考えられるが、そうす
ると付加したフィルタによりＤＣ−ＤＣコンバータが大
型化してＤＣ−ＤＣコンバータの小型化が図れないとい
う問題がある。本発明は斯かる問題に鑑み、入力電流及
び出力電流のいずれにもリップルを含まず、しかも小型
化を図り得るＤＣ−ＤＣコンバータを提供することを目
的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】第１発明に係るＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータは、直流電源端子間に接続される、入力イ
ンダクタ、第１キャパシタ及び第１インダクタの直列回
路と、負荷端子間に接続される出力インダクタ、第２キ
ャパシタ及び第２インダクタの直列回路と、前記入力イ
ンダクタと前記第１キャパシタとの接続部及び前記第２
キャパシタと前記第２インダクタとの接続部の間に介装
している第１スイッチと、第１キャパシタと第１インダ
クタとの接続部及び前記出力インダクタと第２キャパシ
タとの接続部の間に介装している第２スイッチと、負荷
端子間に接続されている平滑用キャパシタとを備え、前
記第１インダクタと直流電源端子との接続点と、前記第
２インダクタと負荷端子との接続点とが接続されて入力
インダクタ及び第１インダクタを電磁結合させ、出力イ
ンダクタ及び第２インダクタを電磁結合させており、第
１スイッチ及び第２スイッチを相補的にオン，オフ制御
すべく構成してあることを特徴とする。 【００１３】第２発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、
直流電源端子間に接続される、入力インダクタ、第１キ
ャパシタ及び第１トランスの１次巻線の直列回路と、負
荷端子間に接続される、出力インダクタ、第２キャパシ
タ及び第２トランスの２次巻線の直列回路と、前記入力
インダクタと前記第１キャパシタとの接続部及び前記第
２トランスの１次巻線の間に介装している第１スイッチ
と、第１トランスの２次巻線及び第２キャパシタと出力
インダクタとの接続部の間に介装している第２スイッチ
と、負荷端子間に接続されている平滑用キャパシタとを
備え、入力インダクタ及び第１トランスを電磁結合させ
、出力インダクタ及び第２トランスを電磁結合させてお
り、第１スイッチ及び第２スイッチを相補的にオン，オ
フ制御すべく構成してあることを特徴とする。 【００１４】第３発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、
直流電源に接続される、入力インダクタ、第１キャパシ
タ及び第１トランスの１次巻線の直列回路と、負荷に接
続される、出力インダクタ、第２キャパシタ及び第２ト
ランスの２次巻線の直列回路と、前記第１キャパシタと
第１トランスの１次巻線との直列回路に並列接続された
第２トンスの１次巻線と第１スイッチとの直列回路と、
前記第２キャパシタと第２トランスの２次巻線との直列
回路に並列接続された第２スイッチと第１トランスの２
次巻線との直列回路と、負荷端子間に接続されている平
滑キャパシタとを備え、入力インダクタ及び第１トラン
スを電磁結合させ、出力インダクタ及び第２トランスを
電磁結合させており、第１スイッチ及び第２スイッチと
を相補的にオン，オフ制御すべく構成してあることを特
徴とする。 【００１５】 【作用】第１発明では、第１スイッチがオンすると第２
スイッチがオフし、直流電源及び第１キャパシタの電圧
により第２キャパシタ及び平滑用キャパシタを充電する
。入力インダクタと、第１インダクタとの電磁結合によ
り入力インダクタを流れる入力電流のリップルが０にな
る。第１スイッチがオフすると第２スイッチがオンし、
出力インダクタ及び第１インダクタを介して平滑用キャ
パシタ及び第２キャパシタが放電する。出力インダクタ
と第２インダクタとの電磁結合により、出力インダクタ
を流れる出力電流のリップルが０になる。これにより入
力電流及び出力電流のいずれにもリップルを含まない。 【００１６】第２発明では、第１スイッチがオンすると
第２スイッチがオフし、直流電源及び第１キャパシタの
電圧が、第２トランスの１次巻線に加わり、第２キャパ
シタ及び平滑用キャパシタを充電する。入力インダクタ
と第１トランスとの電磁結合により入力インダクタに流
れる入力電流のリップルが０になる。第１スイッチがオ
フすると第２スイッチがオンし、出力インダクタ及び第
１トランスの２次巻線を介して平滑用キャパシタ及び第
２キャパシタが放電する。出力インダクタと第２トラン
スとの電磁結合により出力インダクタを流れる出力電流
のリップルが０になる。よって、入力電流及び出力電流
のいずれにもリップルを含まない。 【００１７】第３発明では、第１トランスの１次巻線と
直流電源との接続部と接続している第１スイッチは容易
にオン，オフ動作する。第１スイッチがオンすると第２
スイッチがオフし、直流電源及び第１キャパシタの電圧
が第２トランスの１次巻線に加わり、第２キャパシタ及
び平滑用キャパシタを充電する。入力インダクタと第１
トランスとの電磁結合により入力インダクタに流れる入
力電流のリップルが０になる。第１スイッチがオフする
と第２スイッチがオンし、出力インダクタ及び第１トラ
ンスの２次巻線を介して平滑用キャパシタ及び第２キャ
パシタが放電する。出力インダクタと第２トランスとの
電磁結合により出力インダクタに流れる出力電流のリッ
プルが０になる。よって、入力電流及び出力電流のいず
れにもリップルを含まない。また入力電流が流れる回路
と出力電流が流れる回路とを絶縁できる。 【００１８】 【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面により詳
述する。先ず本発明の原理を図１により説明する。図１
に示したＤＣ−ＤＣコンバータは、前述したように入力
電流Ｉｉｎのリップルを０にできる図１１に示す降圧型
のＤＣ−ＤＣコンバータと、出力電流Ｉｏｕｔ　のリッ
プルを０にできる図１２に示す昇圧型のＤＣ−ＤＣコン
バータとを従属接続して構成されている。 【００１９】即ち、直流電源Ｅに入力インダクタＬ１　
と第１キャパシタＣ１　と第１インダクタＬ３　との直
列回路を並列接続しており、第１キャパシタＣ１　と第
１インダクタＬ３　との直列回路には、第１スイッチ素
子Ｓ１　と平滑用キャパシタＣ１２との直列回路が並列
接続されている。第１スイッチ素子Ｓ１　と第１キャパ
シタＣ１　との直列回路には、第２スイッチ素子Ｓ２　
を並列接続している。入力インダクタＬ１　と第１イン
ダクタＬ３　とが電磁結合しており、それらの間に相互
インダクタンスＭ１　が存在している。これにより降圧
型のＤＣ−ＤＣコンバータを構成している。 【００２０】また、平滑用キャパシタＣ１２には、第３
スイッチ素子Ｓ３　と、第２キャパシタＣ２　と第２イ
ンダクタＬ４　との直列回路が並列接続されており、第
３スイッチ素子Ｓ３　と第２キャパシタＣ２　との直列
回路には第４スイッチ素子Ｓ４　が並列接続されている
。第２キャパシタＣ２　と第２インダクタＬ４との直列
回路には、出力インダクタＬ２　と平滑用キャパシタＣ
０　との直列回路が並列接続され、平滑用キャパシタＣ
０　には負荷ＲＬ　が並列接続されている。出力インダ
クタＬ２　と第２インダクタＬ４　とが電磁結合してお
り、これらの間に相互インダクタンスＭ２　が存在する
。これにより昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを構成して
いる。 【００２１】ここで、スイッチ素子Ｓ１　とＳ４　とを
同期させ、スイッチ素子Ｓ１　と相補的にオン，オフ制
御させるスイッチ素子Ｓ２　とＳ３　とを同期させてオ
ン，オフ制御すれば入出力電圧比Ｖｏｕｔ　／Ｖｉｎは
、Ｖｏｕｔ　／Ｖｉｎ＝ｄ／（１−ｄ）　　　　…（５
）となり、非反転昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータが得
られる。また入力インダクタＬ１　と第１インダクタＬ
３　との結合係数Ｋ１　を、 【００２２】 【数３】 【００２３】とし、出力インダクタＬ２　と第２インダ
クタＬ４　との結合係数Ｋ２　を 【００２４】 【数４】 【００２５】とすることにより、入力電流Ｉｉｎ及び出
力電流Ｉｏｕｔ　のリップルを０にできる。このように
従属接続されたＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、平滑用
キャパシタＣ１２の電圧は直流であるから省略でき、ま
たスイッチ素子Ｓ１　とＳ４　とを同期させ、スイッチ
素子Ｓ２　とＳ３　とを同期させるからスイッチ素子Ｓ
３　，Ｓ４　を省略できる。そのため図２に示すように
、図１に示した従属接続されたＤＣ−ＤＣコンバータと
回路トポロジー的に全く等価であるＤＣ−ＤＣコンバー
タが得られる。 【００２６】図２は第１発明に係るＤＣ−ＤＣコンバー
タの模式的回路図である。負電極を接地している直流電
源Ｅに、入力インダクタＬ１　と第１キャパシタＣ１　
と第１インダクタＬ３　との直列回路を並列接続してい
る。第１キャパシタＣ１　と第１インダクタＬ３　との
直列回路には、第１スイッチ素子Ｓ１　と第２インダク
タＬ４　との直列回路が並列接続されている。第１キャ
パシタＣ１　と第１インダクタＬ３　との接続部は、第
２スイッチ素子Ｓ２　と第２キャパシタＣ２　との直列
回路を介して第１スイッチ素子Ｓ１　と第２インダクタ
Ｌ４　との接続部と接続されている。 【００２７】第２キャパシタＣ２　と第２インダクタＬ
４　との直列回路には、出力インダクタＬ２　と平滑（
出力）用キャパシタＣ０　との直列回路が並列接続され
、平滑用キャパシタＣ０　には負荷ＲＬ　が接続されて
いる。入力インダクタＬ１　と第１インダクタＬ３　と
が電磁結合しており、それらの間に相互インダクタンス
Ｍ１　が存在する。 また出力インダクタＬ２　と第２インダクタＬ４　とが
電磁結合しており、それらの間に相互インダクタンスＭ
２　が存在する。第１スイッチ素子Ｓ１　と第２スイッ
チ素子Ｓ２　とを相補的にオン，オフ制御すると、入出
力電圧比Ｖｏｕｔ　／Ｖｉｎ＝ｄ／（１−ｄ）となる。 【００２８】また出力インダクタＬ１　と第１インダク
タＬ３　との結合係数Ｋ１　を、 【００２９】 【数５】 【００３０】に、入力インダクタＬ２　と第２インダク
タＬ４との結合係数Ｋ２　を 【００３１】 【数６】 【００３２】にしておくと、入力電流Ｉｉｎ及び出力電
流Ｉｏｕｔ　のリップルが０になる。図３は第１発明に
係るＤＣ−ＤＣコンバータの実回路図である。負電極を
接地している直流電源Ｅに、入力コンデンサＣｉ　を並
列接続しており、入力コンデンサＣｉ　には入力インダ
クタＬ１　と第１キャパシタＣ１　と第１インダクタＬ
３　との直列回路を並列接続している。第１キャパシタ
Ｃ１　と第１インダクタＬ３　との直列回路には、Ｎチ
ャネルパワーＭＯＳＦＥＴを用いた第１スイッチ素子Ｓ
１　と第２インダクタＬ４　との直列回路を並列接続し
ている。第１キャパシタＣ１　と第１インダクタＬ３　
との接続部はショットキーバリアダイオードを用いた第
２スイッチ素子Ｓ２　と第２キャパシタＣ２　との直列
回路を介して、第１スイッチ素子Ｓ１　と第２インダク
タＬ４　との接続部と接続している。 【００３３】第２キャパシタＣ２　と第２インダクタＬ
４　との直列回路には、出力インダクタＬ２　と平滑（
出力）用キャパシタＣ０　との直列回路を並列接続して
おり、平滑用キャパシタＣ０　には負荷ＲＬ　を並列接
続している。 そして、この回路構成から直流電源Ｅ及び負荷ＲＬ　を
除いた回路部分がパワー変換部ＰＷとなっている。 【００３４】第１スイッチ素子Ｓ１　のＮチャネルパワ
ーＭＯＳＦＥＴのゲートと、第２キャパシタＣ２　及び
第２インダクタＬ４　の接続部との間にパルストランス
ＰＴの出力巻線を接続しており、この出力巻線の両端部
間には逆直列接続のツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２
を介装させている。 パルストランスＰＴの入力巻線の一端は接地され、他端
には結合コンデンサＣＰ　を接続している。このパルス
トランスＰＴ、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２及び
結合コンデンサＣＰ　によりスイッチ制御パルスレベル
変換部ＳＬを構成している。 【００３５】一方、テキサスインスツルメント社製の品
番ＴＬ１４５１からなるＩＣ２０を用いて制御兼パルス
幅変調部ＣＮＴ　を構成し、テレダイン社製の品番ＴＳ
Ｃ４２６からなるＩＣ２１を用いてパルス反転兼パワー
ブースタ部ＰＢを構成している。ＩＣ２０の端子Ｔ１は
コンデンサ３０を介して接地され、端子Ｔ２は抵抗ｒ０
　を介して接地されている。端子Ｔ３は抵抗Ｒ１　の一
端とｒ２　の一端との接続部と接続されており、抵抗ｒ
２　の他端は接地され、抵抗ｒ１　の他端はパワー変換
部ＰＷにおける出力インダクタＬ２　と平滑用キャパシ
タＣ０　との接続部と接続されている。端子Ｔ４はコン
デンサ３１と抵抗ｒ３　との直列回路を介して端子Ｔ５
と接続されており、また端子Ｔ４，Ｔ５　間には抵抗ｒ
４　を介装させている。 【００３６】更に端子Ｔ４は、抵抗ｒ５　の一端とｒ６
　の一端との接続部と接続されており、抵抗ｒ６　の他
端は接地されている。抵抗ｒ５　の他端は端子Ｔ１６　
と接続されている。端子Ｔ１６　は抵抗ｒ７　とｒ８　
との直列回路を介して接地されている。抵抗ｒ７　とｒ
８　との接続部は端子Ｔ６と接続されている。端子Ｔ１
５　は接地されている。電源端子たる端子Ｔ９は、パワ
ー変換部ＰＷにおける入力コンデンサＣ１　と直流電源
Ｅの正電極との接続部と接続されており、またコンデン
サ３２を介して接地端子たる端子Ｔ８と接続されており
、端子Ｔ８は接地されている。また端子Ｔ９とＴ７との
間に抵抗ｒ９　を介装させている。 【００３７】パルス反転兼パワーブースタ部ＰＢのＩＣ
２１の端子Ｔ２２　は前記ＩＣ２０の端子Ｔ７と接続さ
れ、接地端子たる端子Ｔ２３　は接地されている。また
端子Ｔ２３　はコンデンサ３３を介して端子Ｔ２４　と
接続されており、端子Ｔ２４　はＩＣ２０の端子Ｔ９と
接続されている。端子Ｔ２５　は抵抗ｒ１０を介してス
イッチ制御パルスレベル変換部ＳＬにおける結合コンデ
ンサＣＰ　と接続されている。 【００３８】これらの各回路部品は例えば表１に示した
回路定数に選定している。 【００３９】 【００４０】そして、このように構成したＤＣ−ＤＣコ
ンバータの実回路を用いて入力電圧Ｖｉｎの範囲を４〜
１７Ｖにし、出力電圧Ｖｏｕｔ　を抵抗ｒ１　，ｒ２　
で分圧してＩＣ２０に帰還させて、デューティ比を制御
し、出力電圧Ｖｏｕｔ　を１２Ｖに安定させて、静特性
を実測したところ図４，図５に示す特性が得られた。 【００４１】図４は横軸を出力電流Ｉｏｕｔ　とし、縦
軸を出力電圧Ｖｏｕｔ　及び変換効率ηとしている。こ
の図から明らかなように、出力電圧Ｖｏｕｔ　は、出力
電流Ｉｏｕｔ　が変化しても一定に保持されており、変
換効率ηの最大値が約８３％に達している。図５は横軸
を入力電圧Ｖｉｎとし、縦軸を出力電圧Ｖｏｕｔ　及び
変動効率ηとしている。 この図から明らかなように出力電圧Ｖｏｕｔ　は入力電
圧Ｖｉｎの全範囲にわたって１２Ｖに一定に制御されて
おり、変換効率ηの最大は約８３％に達している。そし
て図示していないが入力電流Ｉｉｎ及び出力電流Ｉｏｕ
ｔ　に含まれたリップルの含有率は１％以下になった。 なお、出力電圧Ｖｏｕｔ　を１２Ｖになすべく抵抗ｒ１
　，ｒ２　の値を選定したが、これらの抵抗ｒ１　，ｒ
２　の比を変更することにより出力電圧値を適宜変更で
きる。 【００４２】ところで、第１発明に係るＤＣ−ＤＣコン
バータに用いている第１インダクタＬ３　及び第２イン
ダクタＬ４　を、巻線比が１：１であり密結合の第１ト
ランスＴ１　及び第２トランスＴ２　に置き換えること
ができる。 【００４３】図６は第１トランスＴ１　及び第２トラン
スＴ２　を用いたＤＣ−ＤＣコンバータの模式的回路図
である。 負電極を接地している直流電源Ｅに、入力インダクタＬ
１　と第１キャパシタＣ１　と第１トランスＴ１　の１
次巻線Ｌ３１との直列回路を並列接続している。第１キ
ャパシタＣ１　と１次巻線Ｌ３１との直列回路には、第
１スイッチ素子Ｓ１　と第２トランスＴ２　の１次巻線
Ｌ４１との直列回路が並列接続されている。 【００４４】第１トランスＴ１　の２次巻線Ｌ３２と第
２スイッチ素子Ｓ２　との直列回路に、第２キャパシタ
Ｃ２　と第２トランスＴ２　の２次巻線Ｌ４２との直列
回路を並列接続している。第２キャパシタＣ２　と２次
巻線Ｌ４２との直列回路には出力インダクタＬ２　と平
滑（出力）用キャパシタＣ０　との直列回路を並列接続
しており、平滑用キャパシタＣ０　には負荷ＲＬ　を並
列接続している。 【００４５】そして１次巻線Ｌ３１の第１キャパシタＣ
１　を接続していない側の端部、２次巻線Ｌ３２の第２
スイッチ素子Ｓ２を接続していない側の端部、１次巻線
Ｌ４１の第１スイッチ素子Ｓ１　を接続していない側の
端部及び２次巻線Ｌ４２の第２キャパシタＣ２　を接続
していない側の端部はともに接地されている。入力イン
ダクタＬ１　と第１トランスＴ１　とが電磁結合してお
り、それらの間に相互インダクタンスＭ１　が存在する
。また出力インダクタＬ２　と第２トランスＴ２　とが
電磁結合しており、それらの間に相互インダクタンスＭ
２　が存在する。 【００４６】ところで、図６に示したＤＣ−ＤＣコンバ
ータの第１トランスＴ１　の２次巻線Ｌ３２と第２トラ
ンスＴ２　の１次巻線Ｌ４１とを絶縁して図２に示した
ＤＣ−ＤＣコンバータと回路トポロジー的に等価な、絶
縁形で昇降圧可能なＤＣ−ＤＣコンバータを構成するこ
とができる。 【００４７】図７は第２発明に係るＤＣ−ＤＣコンバー
タの回路図である。負電極を接地している直流電源Ｅに
、入力インダクタＬ１　と第１キャパシタＣ１　と第１
トランスＴ１　の１次巻線Ｌ３１との直列回路を並列接
続している。 第１キャパシタＣ１　と１次巻線Ｌ３１との直列回路に
は第１スイッチ素子Ｓ１　と、第２トランスＴ２　の１
次巻線Ｌ４１との直列回路が並列接続されている。第１
トランスＴ１　の２次巻線Ｌ３２と第２スイッチ素子Ｓ
２　との直列回路に、第２キャパシタＣ２　と第２トラ
ンスＴ２　の２次巻線Ｌ４２との直列回路が並列接続さ
れている。 【００４８】第２キャパシタＣ２　と２次巻線Ｌ４２と
の直列回路には、出力インダクタＬ２　と平滑用キャパ
シタＣ０　との直列回路が並列接続され、平滑用キャパ
シタＣ０　には負荷ＲＬ　が並列接続されている。入力
インダクタＬ１　と第１トランスＴ１　とが電磁結合し
ており、それらの間に相互インダクタンスＭ１が存在す
る。出力インダクタＬ２　と第２トランスＴ２　とが電
磁結合しており、それらの間に相互インダクタンスＭ２
　が存在する。このように構成したＤＣ−ＤＣコンバー
タは図２に示したＤＣ−ＤＣコンバータと同様の動作を
し、入力電流Ｉｉｎ及び出力電流Ｉｏｕｔ　のリップル
をともに０にできる。 【００４９】おな、第１トランスＴ１　、第２トランス
Ｔ２　が密結合でない場合、あるいは各トランスの巻線
比が１：１でない場合は、夫々のトランスの漏れインダ
クタンスによる損失が生じて図２に示したＤＣ−ＤＣコ
ンバータと回路トポロジー的に全く等価ではなくなるが
、図２のＤＣ−ＤＣコンバータと同様に入力電流及び出
力電流のリップルをともに０にできる機能を備える。 【００５０】図８は第２発明に係るＤＣ−ＤＣコンバー
タの実回路図である。負電極を接地している直流電源Ｅ
に入力コンデンサＣｉ　を並列接続しており、入力コン
デンサＣｉ　には入力インダクタＬ１　と第１キャパシ
タＣ１　と第１トランスＴ１　の１次巻線Ｌ３１との直
列回路が並列接続されている。第１キャパシタＣ１　と
１次巻線Ｌ３１との直列回路には、ＮチャネルパワーＭ
ＯＳＦＥＴからなる第１スイッチ素子Ｓ１　と第２トラ
ンスＴ２　の１次巻線Ｌ４１との直列回路が並列接続さ
れている。第１トランスＴ１　の２次巻線Ｌ３２と、シ
ョットキーバリアダイオードからなる第２スイッチ素子
Ｓ２　との直列回路には、第２キャパシタＣ２と第２ト
ランスＴ２　の２次巻線Ｌ４２との直列回路が並列接続
されている。第２キャパシタＣ２　と２次巻線Ｌ４２と
の直列回路には、出力インダクタＬ２　と平滑（出力）
用キャパシタＣ０　との直列回路が並列接続され、平滑
用キャパシタＣ０　には負荷ＲＬ　が並列接続されてい
る。そしてこの回路構成から直流電源Ｅ及び負荷ＲＬ　
を除いた回路部分がパワー変換部ＰＷとなっている。 【００５１】第１スイッチ素子Ｓ１　のＮチャネルパワ
ーＭＯＳＦＥＴのゲートと、第１スイッチ素子Ｓ１　及
び１次巻線Ｌ４１の接続部との間に、パルストランスＰ
Ｔの出力巻線を接続しており、この出力巻線の両端部間
には、逆直列接続のツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２
を介装させている。 パルストランスＰＴの入力巻線の一端は接地され、他端
には結合コンデンサＣＰ　と接続している。このパルス
トランスＰＴ、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２及び
結合コンデンサＣＰ　によりスイッチ制御パルスレベル
変換部ＳＬを構成している。 【００５２】一方、テキサスインスツルメント社製の品
番ＴＬ１４５１からなるＩＣ２０を用いてパルス変調部
ＰＭを構成し、テレダイン社製の品番ＴＳＣ４２６から
なるＩＣ２１を用いてパルス反転兼パワーブースタ部Ｐ
Ｂを構成し、更にインテル社製の品番ＴＬ４３１　から
なるＩＣ２２を用いて制御部ＣＴＲ　を構成している。 【００５３】ＩＣ２０の端子Ｔ１はコンデンサ３０を介
して接地され、端子Ｔ２は抵抗ｒ０　を介して接地され
ている。端子Ｔ５は抵抗ｒ６　を介して接地され、また
ホトカプラＰＨＣ　のホトトランジスタＰＴＲ　を介し
て端子Ｔ１６　と接続されている。端子Ｔ１６　は抵抗
ｒ７　とｒ８　との直列回路を介して接地されている。 抵抗ｒ７　とｒ８　との接続部は端子Ｔ６と接続されて
いる。電源端子たる端子Ｔ９はコンデンサ３２を介して
接地端子たる端子Ｔ８と接続され、またパワー変換部Ｐ
Ｗにおける入力コンデンサＣｉ　と入力インダクタＬ１
　との接続部と接続されている。端子Ｔ９とＴ７との間
には、抵抗ｒ９　を介装させている。 【００５４】パルス反転兼パワーブースタ部ＰＢにおけ
るＩＣ２１の端子Ｔ２２　は前記ＩＣ２０の端子Ｔ７と
接続されている。 ＩＣ２１の端子Ｔ２３　は接地されている。端子Ｔ２４
　はコンデンサ３３を介して接地されており、またＩＣ
２０の端子Ｔ９と接続されている。端子Ｔ２５　は抵抗
ｒ１０を介してスイッチ制御パルスレベル変換部ＳＬに
おける結合コンデンサＣＰ　と接続されている。ホトカ
プラＰＨＣ　のホトダイオードＰＤと抵抗ｒ１１と、イ
ンテル社製の品番ＴＬ４３１　からなるＩＣ２２とを直
列接続しており、その直列回路には、出力電圧Ｖｏｕｔ
　を設定する抵抗ｒ１　とｒ２　との直列回路が並列接
続されており、抵抗ｒ１　とｒ２　との接続部はＩＣ２
２と接続されていて、またコンデンサ３４を介して抵抗
ｒ１　とＩＣ２２との接続部と接続されている。 【００５５】そして抵抗ｒ２　を接続していない抵抗ｒ
１　の端部は平滑用キャパシタＣ０　と出力インダクタ
Ｌ２　との接続部と接続され、抵抗ｒ１　を接続してい
ない抵抗ｒ２　の端部は平滑用キャパシタＣ０　と２次
巻線Ｌ４２との接続部と接続されている。そして各回路
部品は例えば表２に示した回路定数に選定している。 【００５６】 　　　　　　【００５７】そして、この第２発明に係る
ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１発明に係るＤＣ−ＤＣコ
ンバータと同様に入力電圧範囲が４〜１７Ｖであり、出
力電圧が１２Ｖに安定化されていて、入力電流及び出力
電流のリップルがともに０である同様の結果が得られた
。なお、このＤＣ−ＤＣコンバータは平滑用キャパシタ
Ｃ０　の電圧をホトカプラＰＨＣを介してＩＣ２０へフ
ィードバックさせて、出力電圧Ｖｏｕｔ　を安定させて
いる。 【００５８】図９は第３発明に係るＤＣ−ＤＣコンバー
タの回路図である。負電極を接地している直流電源Ｅに
、入力インダクタＬ１　と第１キャパシタＣ１　と第１
トランスＴ１　の１次巻線Ｌ３１との直列回路を並列接
続している。 第１キャパシタＣ１　と１次巻線Ｌ３１との直列回路に
は、第２トランスＴ２　の１次巻線Ｌ４１と第１スイッ
チ素子Ｓ１　との直列回路を並列接続している。 【００５９】第２スイッチ素子Ｓ２　と第１トランスＴ
１　の２次巻線Ｌ３２との直列回路には、第２キャパシ
タＣ２　と第２トランスＴ２　の２次巻線Ｌ４２との直
列回路が並列接続されており、第２キャパシタＣ２　と
２次巻線Ｌ４２との直列回路には、出力インダクタＬ２
　と平滑（出力）用キャパシタＣ０　との直列回路が並
列接続されている。平滑用キャパシタＣ０　には負荷Ｒ
Ｌ　が接続されている。そして入力インダクタＬ１　と
第１トランスＴ１　とが電磁結合しており、それらの間
に相互インダクタンスＭ１　が存在する。 【００６０】また出力インダクタＬ２　と第２トランス
Ｔ２　とが電磁結合しており、それらの間に相互インダ
クタンスＭ２　が存在する。このように構成したＤＣ−
ＤＣコンバータは、スイッチ素子Ｓ１　とＳ２　とを相
補的に制御すると、図２に示したＤＣ−ＤＣコンバータ
と同様の動作をして、入力電流Ｉｉｎ及び出力電流Ｉｏ
ｕｔ　のリップルをともに０にできる。 【００６１】このように、第１スイッチ素子Ｓ１　を、
第２トランスＴ２　の１次巻線Ｌ４１の接地電圧側に設
けてもＤＣ−ＤＣコンバータの動作特性に影響を与える
ことがない。そして、第１スイッチ素子Ｓ１　の一側端
子が接地されているため、第１スイッチ素子Ｓ１　に例
えばＭＯＳＦＥＴ又はバイポーラトランジスタを使用し
た場合には、第１スイッチ素子Ｓ１　の駆動が図７に示
したＤＣ−ＤＣコンバータに比べて著しく容易になる。 【００６２】図１０は第３発明に係るＤＣ−ＤＣコンバ
ータの実回路図である。負電極を接地している直流電源
Ｅに入力コンデンサＣｉ　を並列接続しており、入力コ
ンデンサＣｉ　には入力インダクタＬ１　と第１キャパ
シタＣ１　と第１トランスＴ１　の１次巻線Ｌ３１との
直列回路が並列接続されている。第１キャパシタＣ１　
と１次巻線Ｌ３１との直列回路には、第２トランスＴ２
　の１次巻線Ｌ４１とＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴか
らなる第１スイッチ素子Ｓ１　との直列回路が接続され
ている。第１トランスＴ１　の２次巻線Ｌ３２とショッ
トキーバリアダイオードからなる第２スイッチ素子Ｓ２
　との直列回路に、第２キャパシタＣ２　と第２トラン
スＴ２　の２次巻線Ｌ４２との直列回路が並列接続され
ている。 【００６３】第２キャパシタＣ２　と２次巻線Ｌ４２と
の直列回路には、出力インダクタＬ２　と平滑用キャパ
シタＣ０　との直列回路が並列接続されており、平滑用
キャパシタＣ０　には負荷ＲＬ　が並列接続されている
。そしてこの回路構成から直流電源Ｅ及び負荷ＲＬ　を
除いた回路部分がパワー変換部ＰＷとなっている。一方
、テキサスインスツルメント社製の品番ＴＬ１４５１か
らなるＩＣ２０を用いてパルス変調部ＰＭを構成し、テ
レダイン社製の品番ＴＳＣ４２６からなるＩＣ２１を用
いてパルス反転兼パワーブースタ部ＰＢを構成し、更に
インテル社製の品番ＴＬ４３１　からなるＩＣ２２を用
いて制御部ＣＴＲ　を構成している。 【００６４】ＩＣ２０の端子Ｔ１はコンデンサ３０を介
して接地され、端子Ｔ２は抵抗ｒ０　を介して接地され
ている。端子Ｔ５は、抵抗ｒ０　を介して接地され、ま
たホトカプラＰＨＣ　のホトトランジスタＰＴＲ　を介
して端子Ｔ１６　と接続されている。端子Ｔ１６　は抵
抗ｒ７　とｒ８　との直列回路を介して接地されている
。抵抗ｒ７　とｒ８　との接続部は端子Ｔ６と接続され
ている。電源端子たる端子Ｔ９はコンデンサ３２を介し
て接地端子たる端子Ｔ８と接続され、またパワー変換部
ＰＷにおける入力コンデンサＣｉ　と入力インダクタＬ
１　との接続部と接続されている。端子Ｔ９とＴ７との
間には抵抗ｒ９　を介装させている。 【００６５】パルス反転兼パワーブースタ部ＰＢのＩＣ
２１の端子Ｔ２２　は前記ＩＣ２０の端子Ｔ７と接続さ
れている。ＩＣ２１の端子Ｔ２３　は接地されている。 端子Ｔ２４　はコンデンサ３３を介して接地されており
、またＩＣ２０の端子Ｔ９と接続されている。端子Ｔ２
５　は抵抗ｒ１０を介して第１スイッチ素子Ｓ１　のＮ
チャネルパワーＭＯＳＦＥＴのゲートと接続されている
。ホトカプラＰＨＣ　のホトダイオードＰＤと抵抗ｒ１
１と、インテル社製の品番ＴＬ４３１　からなるＩＣ２
２とを直列接続しており、その直列回路には、出力電圧
Ｖｏｕｔ　を設定する抵抗ｒ１　とｒ２　との直列回路
が並列接続されており、抵抗ｒ１　とｒ２　との接続部
はＩＣ２２と接続されていて、またコンデンサ３４を介
して抵抗ｒ１　とＩＣ２２との接続部と接続されている
。 【００６６】そして抵抗ｒ２　を接続していない側の抵
抗ｒ１　の端部は、平滑用キャパシタＣ０　と出力イン
ダクタＬ２　との接続部と接続され、抵抗ｒ１　を接続
していない側の抵抗ｒ２　の端部は、平滑用キャパシタ
Ｃ０　と２次巻線Ｌ４２との接続部と接続されている。 そしてこれらの各回路部品は表２に示した回路定数に選
定している。この第３発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータ
も、スイッチ素子Ｓ１　，Ｓ２　を相補的に制御するこ
とにより、第２発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータと同様
に動作し、入力電流及び出力電流のリップルをともに０
にできる。 【００６７】 【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、フ
ィルタ又は大容量の平滑用キャパシタを用いずに入力電
流及び出力電流のいずれにもリップルを含まないように
することができる。それにより形状の小型化が図れ、リ
ップルにより電子機器を誤動作させる虞れがない小型で
信頼性が高いＤＣ−ＤＣコンバータを提供できる優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示すＤＣ−ＤＣコンバータの回
路図である。

【図２】第１発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの模式的
回路図である。

【図３】第１発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの実回路
の回路図である。

【図４】第１発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの出力電
流、出力電圧及び効率の関係を示す特性図である。

【図５】第１発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの入力電
圧、出力電圧及び効率の関係を示す特性図である。

【図６】インダクタをトランスに置き換えたＤＣ−ＤＣ
コンバータの模式的回路図である。

【図７】第２発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの模式的
回路図である。

【図８】第２発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの実回路
の回路図である。

【図９】第３発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの模式的
回路図である。

【図１０】第３発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの実回
路の回路図である。

【図１１】従来のＤＣ−ＤＣコンバータの模式的回路図
である。

【図１２】従来のＤＣ−ＤＣコンバータの他の模式的回
路図である。

【図１３】従来のＤＣ−ＤＣコンバータの他の模式的回
路図である。

【図１４】スイッチ素子の制御パルスの波形図である。

【符号の説明】

Ｅ　　直流電源 Ｌ１　　　入力インダクタ Ｌ２　　　出力インダクタ Ｃ１　　　第１キャパシタ Ｃ２　　　第２キャパシタ Ｌ３　　　第１インダクタ Ｌ４　　　第２インダクタ Ｃ０　　　平滑（出力）用キャパシタ ＲＬ　　　負荷 Ｓ１　　　第１スイッチ素子 Ｓ２　　　第２スイッチ素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　直流電源端子間に接続される、入力イ
   ンダクタ、第１キャパシタ及び第１インダクタの直列回
   路と、負荷端子に接続される出力インダクタ、第２キャ
   パシタ及び第２インダクタの直列回路と、前記入力イン
   ダクタと前記第１キャパシタとの接続部及び前記第２キ
   ャパシタと前記第２インダクタとの接続部の間に介装し
   ている第１スイッチと、第１キャパシタと第１インダク
   タとの接続部及び前記出力インダクタと第２キャパシタ
   との接続部の間に介装している第２スイッチと、負荷端
   子間に接続されている平滑用キャパシタとを備え、前記
   第１インダクタと直流電源との接続点と前記第２インダ
   クタと負荷端子との接続点とが接続され、入力インダク
   タ及び第１インダクタを電磁結合させ、出力インダクタ
   及び第２インダクタを電磁結合させており、第１スイッ
   チ及び第２スイッチを相補的にオン，オフ制御すべく構
   成してあることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 【請求項２】　　直流電源端子間に接続される、入力イ
   ンダクタ、第１キャパシタ及び第１トランスの１次巻線
   の直列回路と、負荷端子間に接続される、出力インダク
   タ、第２キャパシタ及び第２トランスの２次巻線の直列
   回路と、前記入力インダクタと前記第１キャパシタとの
   接続部及び前記第２トランスの１次巻線の間に介装して
   いる第１スイッチと、第１トランスの２次巻線及び第２
   キャパシタと出力インダクタとの接続部の間に介装して
   いる第２スイッチと、負荷端子間に接続されている平滑
   用キャパシタとを備え、入力インダクタ及び第１トラン
   スを電磁結合させ、出力インダクタ及び第２トランスを
   電磁結合させており、第１スイッチ及び第２スイッチを
   相補的にオン，オフ制御すべく構成してあることを特徴
   とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
3. 【請求項３】　　直流電源端子間に接続される、入力イ
   ンダクタ、第１キャパシタ及び第１トランスの１次巻線
   の直列回路と、負荷端子間に接続される、出力インダク
   タ、第２キャパシタ及び第２トランスの２次巻線の直列
   回路と、前記第１キャパシタと第１トランスの１次巻線
   との直列回路に並列接続された第２トランスの１次巻線
   と第１スイッチとの直列回路と、前記第２キャパシタと
   第２トランスの２次巻線との直列回路に並列接続された
   第２スイッチと第１トランスの２次巻線との直列回路と
   、負荷端子間に接続されている平滑キャパシタとを備え
   、入力インダクタ及び第１トランスを電磁結合させ、出
   力インダクタ及び第２トランスを電磁結合させており、
   第１スイッチ及び第２スイッチを相補的にオン，オフ制
   御すべく構成してあることを特徴とするＤＣ−ＤＣコン
   バータ。