JPH09191638A

JPH09191638A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ

Info

Publication number: JPH09191638A
Application number: JP16644096A
Authority: JP
Inventors: Noboru Abe; 昇安倍
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 1997-07-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧トランスを用いない中耐圧部品の組み合
わせでＤＣ／ＤＣコンバータを小型薄型軽量に設計製作
する。【解決手段】正の電位に接続する半導体スイッチと負
の電位に接続する半導体スイッチとを備えた少なくとも
２個以上の半導体スイッチを具備するインバータ回路
と、直列に接続される複数の整流器と直列に接続される
複数のコンデンサとを備えた多倍圧整流回路とで構成さ
れることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高圧直流電圧に変換
するＤＣ／ＤＣコンバータに関するものであり、さら
に、例えば、静電記録方式（電子写真方式）の複写機や
プリンタなどの現像ドラムを帯電あるいは除電させるた
めなどの高圧直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来方式の高圧ＤＣ／ＤＣコンバータの
一般的な回路構成を図４に示す。図４において、入力端
子１，２の直流電圧（コンデンサ１１の電圧）をスイッ
チングトランジスタ２１で交流に変換して、トランス
（変圧器）２２で高電圧に昇圧して、高圧ダイオード２
３で整流して、直流の高電圧（コンデンサ２４の電圧）
を変換して負荷端子３，４に供給していた。この方式の
ＤＣ／ＤＣコンバータは、２０ＫＨ_Z〜１ＭＨ_Zの高周波
のスイッチングで動作されるのが一般的である。このよ
うに、スイッチングコンバータ方式としては、ＲＣＣ
（リンギングチョークコンバータ）方式に代表される図
４のフライバック方式が多用されている。従来方式であ
る図４の回路動作は上記のように、入力端子１，２の直
流電圧をスイッチングトランジスタ２１を通して高圧ト
ランス２２の１次巻線に印加するように接続されてい
る。そして、スイッチングトランジスタ２１がオンする
と高圧トランス２２の２次巻線に接続されている高圧整
流ダイオード２３には逆電圧がかかり電流は流れない。
このとき高圧トランス２２の１次巻線には励磁電流が流
れている。そして、スイッチングトランジスタ２１がオ
フすると、今まで流れていたその励磁電流（励磁エネル
ギー）が流れ続けようとして逆起電力を発生させるか
ら、この逆起電力による励磁電流がトランス２２の２次
巻線に接続されている高圧整流ダイオード２３を通して
平滑コンデンサ２４に流れて高圧直流電圧を負荷端子
３，４に供給する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、複写機やプリン
タ、ファクシミリなどのＯＡ（オフィスオートメーショ
ン）機器において、小型化、軽量化、薄型化の要求が特
に強く求められている。しかし、前記の用途に用いるＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ（特に、高圧直流電圧に変換するＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ）においては小型化、軽量化、薄型
化等の要求に対してＤＣ／ＤＣコンバータに備えられた
高圧トランスが大きな妨げになっている。高圧トランス
は磁性体に銅線を巻く基本構造を有するが、単純にこの
高圧トランスを薄型化するとその磁性体を小さくするこ
とになり、このように磁性体を小さくすれば１ターンあ
たりの電圧が下がるので必然的に前記銅線の巻線の巻数
を増やす結果になる。しかし、高圧トランスではその高
電圧のために巻線および／または磁性体の絶縁距離を広
くとることが必要不可欠であり、小型化、薄型化の設計
には実用上限界がある。したがって、上記のＤＣ／ＤＣ
コンバータにおける小型化、軽量化、薄型化の要求に対
応できないという問題がある。したがって、本発明は上
記従来技術に存在する問題点を解決し、高圧トランスが
不要であり、ＯＡ機器の小型化、軽量化、薄型化の要求
に十分に対応することができる高圧型のＤＣ／ＤＣコン
バータを提供することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、正の電位に接続する半導体スイッチと
負の電位に接続する半導体スイッチとを備えた少なくと
も２個以上の半導体スイッチを具備するインバータ回路
と、直列に接続される複数の整流器と直列に接続される
複数のコンデンサとを備えた多倍圧整流回路とで構成さ
れるＤＣ／ＤＣコンバータを採用した。また、本発明で
は、正の電位に接続する半導体スイッチと負の電位に接
続する半導体スイッチとを備えた少なくとも２個以上の
半導体スイッチを具備するインバータ回路と、直列に接
続される複数の整流器および直列に接続される複数のコ
ンデンサの一端が、前記の正の電位に接続する半導体ス
イッチおよび負の電位に接続する半導体スイッチに接続
されて構成される多倍圧整流回路とで構成されるＤＣ／
ＤＣコンバータを採用した。上記本発明では、低圧より
中間電圧に昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、中間電圧
より高圧電圧に昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータとを備え
た構成のＤＣ／ＤＣコンバータを採用できる。

【０００５】上記本発明によれば、高圧トランスやチョ
ークコイルなどの巻線部品を使用せずに、入力の直流電
圧の正の電位に接続するスイッチングトランジスタと、
負の電位に接続するスイッチングトランジスタとを交互
にオンさせるインバータ回路で交流電圧を作り、さら
に、直列に接続された多数のダイオードと、直列に接続
された多数のコンデンサとを備えた多倍圧整流回路で高
圧直流電圧を作り負荷に供給できる。例えば、仮に２０
Ｖより２ＫＶに変換する場合には１００倍の昇圧が必要
である。この場合、２００個のダイオードと２００個の
コンデンサとを用いた回路構成でもって上記の１００倍
の昇圧が可能であるが、小型化に適さずかつ効率的でな
い。しかし、本発明によれば、例えば、２０個のダイオ
ードと２０個のコンデンサとを用いた１段目の中間電圧
への昇圧回路構成でもって、２０Ｖより２００Ｖ（中間
電圧）への１段目の昇圧を行い、次いで、２０個のダイ
オードと２０個のコンデンサとで構成される２段目の目
標電圧への昇圧回路構成でもって、２００Ｖ（中間電
圧）より２ＫＶへの２段目の昇圧を行うことができる。
したがって、上記構成によれば、合計４０個のダイオー
ドと４０個のコンデンサの部品構成でもって１００倍の
昇圧が可能である。上記の２０個のダイオードと２０個
のコンデンサとを用いた１段目の中間電圧への昇圧回路
構成と、２０個のダイオードと２０個のコンデンサとを
用いた２段目の目標電圧への昇圧回路構成とを備えた具
体例を後述の図２で説明する。

【０００６】また、本発明によれば、後述の図３のよう
に、トランジスタ１３，１４と逆位相のトランジスタ２
５，２６（トランジスタ１３がオンの時にオフしている
トランジスタ２５、およびトランジスタ１４がオンして
いる時にオフしているトランジスタ２６）と、トランジ
スタ１５，１６の逆位相のトランジスタ２９，３２の構
成を採用するとともに、ダイオード２０個とコンデンサ
２０個とを用いた多倍圧整流回路の構成でもって、例え
ば上記の１００倍に昇圧された直流電圧を供給すること
もできる。このように、本発明によれば、高耐圧部品で
なく中耐圧部品の組み合わせで高圧直流電圧を供給でき
るとともに、トランスやチョークコイルなどの巻線部品
等の大型部品がないため、高圧直流電圧に変換するＤＣ
／ＤＣコンバータを小型薄型軽量に設計製作できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図面により説明す
る。図１に本発明のＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成の
一例を示す。図１において、入力端子１，２の直流電圧
をコンデンサ１１で受けて、制御回路１２によりオン、
オフ駆動されたスイッチングトランジスタ１３，１４で
交流に変換する。このように、制御回路１２とスイッチ
ングトランジスタ１３，１４とでインバータ回路が構成
されている。さらに、コンデンサ１０１〜１４０とダイ
オード２０１〜２８０とコンデンサ３０１〜３４０とで
構成された多倍圧整流回路により、高電圧の直流電圧に
変換整流される。なお、図１において、各々直列に接続
されているコンデンサ１０２〜１３８、ダイオード２０
４〜２７７、コンデンサ３０３〜３３９は図１において
図示を省略されているが、例えば、コンデンサ１０１と
ダイオード２０１，２０２とコンデンサ３０１，３０２
とが接続端子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを介して各々接続
配置される位置関係と同様の回路配置の繰り返しでもっ
てその省略されたコンデンサ１０２〜１３８、ダイオー
ド２０４〜２７７、コンデンサ３０３〜３３９が配置さ
れて図１の多倍圧整流回路が構成されている。

【０００８】図１の多倍圧整流回路について説明する。
トランジスタ１４がオンしているとき、トランジスタ１
３はオフしているため、コンデンサ１１の入力直流電圧
がダイオード２０１とトランジスタ１４を通してコンデ
ンサ３０１に印加されてコンデンサ１１と同じ電圧レベ
ルまで充電される。次に、トランジスタ１３がオンする
とトランジスタ１４はオフするため、コンデンサ３０１
の電圧がダイオード２０２とトランジスタ１３によりコ
ンデンサ１０１に印加されてコンデンサ３０１と同じ電
圧レベルまで充電される。次に、再びトランジスタ１４
がオンするとトランジスタ１３がオフするため、コンデ
ンサ３０１にコンデンサ１１の電圧が印加され、さらに
ダイオード２０３を通してコンデンサ３０２に印加され
てコンデンサ１０１の電圧レベルまで充電される。上記
のようにして、トランジスタ１３とトランジスタ１４と
が交互にオン、オフを続けると、コンデンサ１０１〜１
４０とコンデンサ３０１〜３４０のすべてのコンデンサ
において入力電圧のコンデンサ１１と同じ電圧レベルま
で充電がなされるのである。したがって、負荷端子３，
４には入力電圧の４１倍の直流電圧が供給される。な
お、図１の多倍圧整流回路におけるコンデンサとダイオ
ードとを各々総数８０個から１９９個に増やすと入力電
圧の１００倍の電圧を供給することができる。

【０００９】本発明のＤＣ／ＤＣコンバータの他の構成
の一例を図２に示す。図２において、コンデンサ１０１
〜１１０とダイオード２０１〜２２０とコンデンサ３０
１〜３１０とで構成される一段目の多倍圧整流回路すな
わち１段目の中間電圧（１１倍電圧）への昇圧回路によ
って、入力直流電圧が１１倍の中間直流電圧に昇圧され
る。次いで、トランジスタ１５とトランジスタ１６との
スイッチングで１１倍電圧の交流電圧に変換して、かつ
トランジスタ１５が抵抗１９，２０によりトランジスタ
１３と同時にオンするとともに、トランジスタ１６が抵
抗１７，１８によりトランジスタ１４と同時にオンする
ため、コンデンサ４０１〜４１０とダイオード５０１〜
５２０とコンデンサ６０１〜６１０とで構成される２段
目の多倍圧整流回路すなわち２段目の目標電圧（１１倍
電圧）への昇圧回路によってさらに１１倍の電圧に昇圧
される。したがって、入力直流電圧が合計１２１倍に昇
圧された高圧直流電圧を負荷端子３，４に供給すること
ができる。また、トランジスタ１４がオンしてからコン
デンサ３０１に充電されるとき、入力電圧レベルまでに
到達する前に、トランジスタ１４がオフされるように制
御回路１２で制御させるならば、負荷電圧を任意の電圧
に調整することができる。なお、図２において、１段目
の多倍圧整流回路におけるコンデンサ１０３〜１０９と
ダイオード２０５〜２１８とコンデンサ３０３〜３０９
とが図示を省略されるとともに、２段目の多倍圧整流回
路におけるコンデンサ４０３〜４０９とダイオード５０
５〜５１８とコンデンサ６０３〜６０９とが図示を省略
されているが、それらの各々が上記の多倍圧整流回路に
おいて図示されているコンデンサやダイオードと同様の
配置構成の繰り返しでもって接続されてこの多倍圧整流
回路が構成されている。

【００１０】次に、本発明のＤＣ／ＤＣコンバータのさ
らに他の構成の一例を図３に示す。図３において、制御
回路１２によりトランジスタ１３，１４と逆位相で駆動
されているトランジスタ２５，２６（トランジスタ１３
と同時にオンするトランジスタ２６、およびトランジス
タ１４と同時にオンするトランジスタ２５）は、コンデ
ンサ３０１〜３１０に接続されているため、トランジス
タ１４とトランジスタ２５とがオンすると、ダイオード
２０１を通してコンデンサ３０１にコンデンサ１１の入
力電圧が印加され充電される。次に、トランジスタ１３
とトランジスタ２６がオンすると、入力電圧の２倍の電
圧がコンデンサ１０１にダイオード２０２を通して、コ
ンデンサ１１とトランジスタ１３とコンデンサ３０１と
により印加される。次に、トランジスタ１４とトランジ
スタ２５がオンすると、コンデンサ１０１の電圧がダイ
オード２０３を通してコンデンサ３０２に印加される。
この繰り返しでコンデンサ３０２〜３１０とコンデンサ
１０１〜１１０のすべてが入力電圧の２倍の電圧に印加
充電されるため、入力直流電圧が２２倍の中間電圧にま
で昇圧される。このように、コンデンサ１０１〜１１０
とダイオード２０１〜２２０とコンデンサ３１０〜３１
０とを図示のように接続することにより１段目の多倍圧
整流回路すなわち１段目の中間電圧（２２倍電圧）への
昇圧回路が構成されている。同様に、トランジスタ１
５，１６と逆位相で動作するトランジスタ２９，３２を
図示のように接続するとともに、各々直列に接続される
コンデンサ４０１〜４１０とダイオード５０１〜５２０
とコンデンサ６０１〜６１０とを図示のように接続する
ことにより、２段目の多倍圧整流回路すなわち目標電圧
（２２倍電圧）への２段目の昇圧回路が構成され、さら
に２２倍の電圧に昇圧することができる。よって、図３
の構成によれば、合計４８４倍の電圧まで昇圧すること
ができる。なお、図３において、１段目の多倍圧整流回
路におけるコンデンサ１０２〜１０８とダイオード２０
４〜２１５とコンデンサ３０３〜３０８とが図示を省略
されるとともに、２段目の多倍圧整流回路におけるコン
デンサ４０３〜４０８とダイオード５０４〜５１４とコ
ンデンサ６０３〜６０８とが図示を省略されているが、
それらの各々が上記の多倍圧整流回路において図示され
ているコンデンサやダイオードと同様の配置構成の繰り
返しでもって接続されてこの多倍圧整流回路が構成され
ている。トランスやチョークコイルなどの巻線部品を使
用しない本発明は、上記の通り、半導体と抵抗とコンデ
ンサとでＤＣ／ＤＣコンバータを構成できるため、従来
に比べて集積化（ＩＣ化）が非常に容易である。

【００１１】

【発明の効果】本発明では多数のダイオードとコンデン
サとを使用するが、抵抗とコンデンサと半導体（ダイオ
ード、トランジスタなど）のみで独特の特長ある高圧型
ＤＣ／ＤＣコンバータを構成できるため、すべての素子
を集積回路の内部に取り込むことができる。したがっ
て、従来のＤＣ／ＤＣコンバータにおける高圧トランス
やチョークコイルなどの巻線部品が不要であり、ＯＡ機
器の小型化、軽量化、薄型化等の要求に十分に対応する
ことができ、極めて有用性の高い高圧型ＤＣ／ＤＣコン
バータを構成し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成の一
例を示す図である。

【図２】本発明のＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成の他
の例を示す図である。

【図３】本発明のＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成のさ
らに他の例を示す図である。

【図４】従来のＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成例を示
す図である。

【符号の説明】

１，２入力端子、３，４負荷端子、１１，２４コ
ンデンサ、１２制御回路、１３，１４，１５，１６，
２５，２６，２９，３２トランジスタ、２２トラン
ス、２３ダイオード、１７，１８，１９，２０，２
７，２８，３０，３１抵抗、１０１〜１４０コンデ
ンサ、２０１〜２８０ダイオード、３０１〜３４０
コンデンサ、４０１〜４１０コンデンサ、５０１〜５
２０ダイオード、６０１〜６１０コンデンサ、３９
０，６９０コンデンサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正の電位に接続する半導体スイッチと負
の電位に接続する半導体スイッチとを備えた少なくとも
２個以上の半導体スイッチを具備するインバータ回路
と、直列に接続される複数の整流器と直列に接続される
複数のコンデンサとを備えた多倍圧整流回路とで構成さ
れることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】正の電位に接続する半導体スイッチと負
の電位に接続する半導体スイッチとを備えた少なくとも
２個以上の半導体スイッチを具備するインバータ回路
と、直列に接続される複数の整流器および直列に接続さ
れる複数のコンデンサの一端が、前記の正の電位に接続
する半導体スイッチおよび負の電位に接続する半導体ス
イッチに接続されて構成される多倍圧整流回路とで構成
されることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】低圧より中間電圧に昇圧するＤＣ／ＤＣ
コンバータと、中間電圧より高圧電圧に昇圧するＤＣ／
ＤＣコンバータとを備えて構成されることを特徴とする
請求項１または２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。