JPS5840913B2 - Generalized DC/DC converter - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、−膜化ＤＣ／ＤＣコンバータに関するもので
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a -film DC/DC converter.

ＤＣ／ＤＣコンバータの変換特性は、スイッチング素子
を駆動する信号のデユーティ・レシオの関数として与え
られる。The conversion characteristics of a DC/DC converter are given as a function of the duty ratio of the signal that drives the switching element.

ＤＣ，’ＤＣコンバータを直流電圧のスイッチング・レ
ギュレーションに利用する場合、変換特性の直線的なも
のや非直線的なものが目的に応じて使いわけられる。When a DC or 'DC converter is used for switching and regulating direct voltage, linear or non-linear conversion characteristics are used depending on the purpose.

またＤＣ／ＤＣコンバータの種類としては入出力間が絶
縁されたものと非絶縁のものとがあるが、用途によって
は非絶縁のものが便利な場合がある。Further, there are two types of DC/DC converters: those with insulation between input and output and those without insulation, but the non-insulated type may be convenient depending on the application.

入出力間が非絶縁のＤＣ／ＤＣコンバータの従来例とし
ては、第１図、第２図、および第３図のようなものがあ
る。Conventional examples of DC/DC converters with non-isolated input and output include those shown in FIGS. 1, 2, and 3.

これらの装置において、スイッチング素子Ｓの駆動信号
のデユーティ・レシオをＸとしたとき、第１図、第２図
、および第３図の装置の変換特性はそれぞれ（１） 、
（２） 、 （３）式のように与えられる。In these devices, when the duty ratio of the drive signal of the switching element S is set to X, the conversion characteristics of the devices in FIGS. 1, 2, and 3 are (1), respectively.
It is given as in equations (2) and (3).

すなわち、第１図の装置は直線的な降圧特性を持ち、第
２図の装置は非直線的な昇圧特性を持ち、第３図の装置
は非直線的な昇降圧特性を持つ。That is, the device shown in FIG. 1 has a linear step-down characteristic, the device shown in FIG. 2 has a non-linear step-up characteristic, and the device shown in FIG. 3 has a non-linear step-up and step-down characteristic.

そこで目的に応じてこれらのうちのいずれかを選らんで
利用するが、１つの装置でこれらの特性のいずれをも満
たすものがあれば、実用上便利である。Therefore, one of these is selected and used depending on the purpose, and it would be convenient in practice if there was one device that satisfied all of these characteristics.

また第３図の装置は入出力間で電圧の極性が逆になるの
で用途によっては不便な場合がある。Furthermore, the device shown in FIG. 3 has reverse polarity of voltage between input and output, which may be inconvenient depending on the application.

本発明の目的は、直線的降圧特性、非直線的昇圧特性、
および非直線的昇降圧特性のいずれをも有し、かつ入出
力間で電圧の極性が変わらない、−膜化ＤＣ／ＤＣコン
バータを提供することにある。The purpose of the present invention is to provide linear step-down characteristics, non-linear step-up characteristics,
It is an object of the present invention to provide a -film DC/DC converter which has both nonlinear step-up and step-up characteristics and whose voltage polarity does not change between input and output.

本発明は、インダクタンス素子を直列肢とし、ダイオー
ドおよびスイッチング素子をそれぞれ上流側の並列肢お
よび下流側の並列肢とするπ形回路を構成し、このπ形
回路の上流側と下流側に直列に、それぞれ他のスイッチ
ング素子およびダイオードを接続し、このダイオードの
出力端とコモン・ラインの間にコンデンサを接続するよ
うにしたものである。The present invention configures a π-type circuit in which an inductance element is a series limb, and a diode and a switching element are an upstream parallel limb and a downstream parallel limb, respectively. , other switching elements and diodes are connected to each other, and a capacitor is connected between the output terminal of the diode and the common line.

重子図面によって本発明を説明する。The present invention will be explained with reference to the drawings.

第４図は本発明実施例の電気的接続図である。FIG. 4 is an electrical connection diagram of an embodiment of the present invention.

第４図において、Ｅｉは入力電圧源、Ｓｌは第１のスイ
ッチング素子、Ｌはインダクタンス素子、Ｄｌは第１の
ダイオード、Ｓ２は第２のスイッチング素子、Ｄ２は第
２のダイオード、Ｃはコンデンサ、ＲＬは負荷抵抗であ
る。In FIG. 4, Ei is the input voltage source, Sl is the first switching element, L is the inductance element, Dl is the first diode, S2 is the second switching element, D2 is the second diode, C is the capacitor, RL is a load resistance.

インダクタンス素子りとダイオードＤ１とスイッチング
素子Ｓ２とでπ形回路が形成され、このπ形回路にスイ
ッチング素子Ｓ１を通じて入力電圧Ｅｉが与えられ、こ
のπ形回路の出力がダイオードＤ２を通じてコンデンサ
Ｃと負荷抵抗ＲＬの並列回路に与えられる。A π-type circuit is formed by the inductance element, diode D1, and switching element S2, and an input voltage Ei is applied to this π-type circuit through the switching element S1. is applied to the parallel circuit of RL.

第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子
Ｓ２は、それぞれデユーティ・レシオがＸｌ、Ｘ２の信
号で周期的にオン・オフされる。The first switching element S1 and the second switching element S2 are periodically turned on and off by signals having duty ratios of Xl and X2, respectively.

これらデユーティ・レシオの関係は１乏ｘ１〉ｘ２＞Ｏ
と定められ、かつスイッチング素子Ｓ２のオンの期間は
スイッチング素子Ｓ１のオンの期間と重なるようにされ
る。The relationship between these duty ratios is 1 deficiency x 1〉x2>O
, and the on period of the switching element S2 is made to overlap with the on period of the switching element S1.

このように構成された装置の動作は次のとおりである。The operation of the device configured in this way is as follows.

動作説明図を第５図に示す。スイッチング素子Ｓ１．Ｓ
２が同時にオンになっている間は入力室、圧Ｅｉはイン
ダクタンス素子りに印加され、スイッチング素子がＳｌ
：オン、Ｓ２：オフの状態になると、入力電圧Ｅｉはイ
ンダクタンス素子りとダイオードＤ２を通じて、コンデ
ンサＣと負荷抵抗ＲＬの並列回路に与えられ、スイッチ
ング素子Ｓ１．Ｓ２がオフになると、インダクタンス素
子りの電流がダイオードＤ１．Ｄ２を通じて、コンデン
サＣと負荷抵抗ＲＬの並列回路に与えられる。An explanatory diagram of the operation is shown in FIG. Switching element S1. S
2 are on at the same time, the input chamber pressure Ei is applied to the inductance element, and the switching element is
: ON, S2: OFF, the input voltage Ei is applied to the parallel circuit of the capacitor C and the load resistor RL through the inductance element and the diode D2, and the switching element S1. When S2 is turned off, the current in the inductance element flows through the diode D1. It is applied to the parallel circuit of capacitor C and load resistor RL through D2.

コンデンサＣの電圧が出力電圧Ｅ。The voltage of capacitor C is output voltage E.

となる。このような動作が周期的に行われるとき、スイ
ッチング素子Ｓ１．Ｓ２のオン・オフ動作の１サイクル
毎に、インダクタンス素子り中の磁束がリセットされる
ので、オン期間中の電圧の積分値とオフ期間中の電圧の
積分値が等しくなり、次式の関係が成り立つ。becomes. When such an operation is performed periodically, the switching elements S1. Since the magnetic flux in the inductance element is reset every cycle of the on/off operation of S2, the integral value of the voltage during the on period and the integral value of the voltage during the off period become equal, and the relationship of the following equation is established. It works.

Ｅｉｘ２Ｔ＋（Ｅ、 Ｅｏ）（ｘｉ−ｘ２）Ｔ−Ｅｏ（
１ｘｌ）Ｔ （４）したがって、この式から変換特性
は次式で表わされる。Eix2T+(E, Eo)(xi-x2)T-Eo(
1xl)T (4) Therefore, from this equation, the conversion characteristic is expressed by the following equation.

ｘ ｆ（ｘ）＝ ’ ＝ ’ （１＞ｘｔ２ｘ２１０
） （５）Ｅ・ １−Ｘ２ すなわち、入出力間で電圧の極性が不変な、２変数の非
直線的昇降圧特性のＤＣ／ＤＣコンバータが得られる。x f(x)='='(1>xt2x210
) (5)E.1-X2 In other words, a DC/DC converter with a two-variable nonlinear buck-boost characteristic in which the voltage polarity remains unchanged between input and output is obtained.

ここで、デユーティ・レシオをｘ１＝ｘ２とすれば、１
変数の非直線的昇降圧特性のＤＣ／ＤＣコンバータとな
る。Here, if the duty ratio is x1=x2, then 1
This becomes a DC/DC converter with variable non-linear buck-boost characteristics.

また、（５）式において、デユーティ・レシオｘ１を１
、すなわちスイッチング素子Ｓ１が常時オンになるよう
にすると、１（６） ｆ （ｘ）−扁 となり、非直線的昇圧特性が得られ、一方、ｘ２＝Ｏ１
すなわちスイッチング素子Ｓ２が常時オフになるように
すると、 ｆ （ｘ）−ｘ 、（７） となって、直線的降圧特性が得られる。In addition, in equation (5), the duty ratio x1 is set to 1
, that is, if the switching element S1 is always on, it becomes 1(6) f (x)-flat, and a nonlinear boost characteristic is obtained, while x2=O1
That is, if the switching element S2 is always turned off, f(x)-x, (7) is obtained, and a linear step-down characteristic is obtained.

本発明の他の実施例を第６図に示す。Another embodiment of the invention is shown in FIG.

第６図においては、ダイオードＤ１とスイッチング素子
Ｓ２をインダクタンス素子りの中間タップとコモン・ラ
インの間に設けるようにしたものである。In FIG. 6, a diode D1 and a switching element S2 are provided between the center tap of the inductance element and the common line.

このようなりＣ，７ＤＣコンバータの変換特性は次式で
与えられる。The conversion characteristics of such a C,7DC converter are given by the following equation.

（ｘｌ−ｘ２）＋αＸ２ ｆ （ｘ）＝
（８）（ｘｌ−Ｘ２ ）＋β（１−Ｘｌ ） ただし、 α・・・スイッチング素子Ｓ２が接続される中間タップ
の位置によって定まる定数 β・・・ダイオードＤ２が接続される中間タップの位置
によって定まる定数 すなわち、さらに−膜化された変換特性のＤＣ／ＤＣコ
ンバータが得られる。(xl-x2)+αX2 f (x)=
(8) (xl-X2)+β(1-Xl) However, α...Constant determined by the position of the intermediate tap to which switching element S2 is connected β...Determined by the position of the intermediate tap to which diode D2 is connected A DC/DC converter with constant, ie, more uniform, conversion characteristics is obtained.

以上のように、本発明は、インダクタンス素子を直列肢
とし、ダイオードおよびスイッチング素子をそれぞれ上
流側の並列肢および下流側の並列肢とするπ形回路を構
成し、このπ形回路の上流側と下流側に直列に、それぞ
れ他のスイッチング素子およびダイオードを接続し、こ
のダイオードの出力端とコモン・ラインの間にコンデン
サを接続するようにした。As described above, the present invention configures a π-type circuit in which the inductance element is the series limb, and the diode and the switching element are the upstream parallel limb and the downstream parallel limb, respectively. Other switching elements and diodes were connected in series on the downstream side, and a capacitor was connected between the output end of the diode and the common line.

このため、直線的降下特性、非直線的昇圧特性、および
非直線的昇降圧特性のいずれをも有する、入出力同極性
の、−膜化ＤＣ／ＤＣコンバータが得られる。Therefore, a -film type DC/DC converter having the same input and output polarities and having all of linear drop characteristics, non-linear boost characteristics, and non-linear step-up/boost characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図、第２図、および第３図は従来例の電気的接続図
、第４図は本発明実施例の電気的接続図、第５図は第４
図の装置の動作説明図、第６図は本発明の他の実施例の
電気的接続図である。 Ｓ・・・・・・スイッチング素子、Ｌ・・・・・・イン
ダクタンス素子、Ｄ・・・・・・ダイオード、Ｃ・・・
・・・コンデンサ、ＲＬ・・・・・・負荷抵抗。1, 2, and 3 are electrical connection diagrams of the conventional example, FIG. 4 is an electrical connection diagram of the embodiment of the present invention, and FIG. 5 is the electrical connection diagram of the conventional example.
FIG. 6 is an electrical connection diagram of another embodiment of the present invention. S... Switching element, L... Inductance element, D... Diode, C...
...Capacitor, RL...Load resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ インダクタンス素子を直列肢とし、ダイオードおよ
びスイッチング素子をそれぞれ上流側の並列肢および下
流側の並列肢とするπ形回路について、その上流側と下
流側に直列に、それぞれ他のスイッチング素子およびダ
イオードを接続し、このダイオードの出力端とコモン・
ラインの間にコンデンサを設けたＤＣ／ＤＣコンバータ
。1 Regarding a π-type circuit in which an inductance element is a series limb, and a diode and a switching element are respectively an upstream parallel limb and a downstream parallel limb, other switching elements and diodes are connected in series on the upstream and downstream sides, respectively. Connect the output end of this diode and the common
A DC/DC converter with a capacitor between the lines.