JPS5886868A - 非絶縁形ｌｃ共振コンバ−タ - Google Patents
非絶縁形ｌｃ共振コンバ−タInfo
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- JPS5886868A JPS5886868A JP18351781A JP18351781A JPS5886868A JP S5886868 A JPS5886868 A JP S5886868A JP 18351781 A JP18351781 A JP 18351781A JP 18351781 A JP18351781 A JP 18351781A JP S5886868 A JPS5886868 A JP S5886868A
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- 238000009413 insulation Methods 0.000 title 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
- H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
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- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はスイッチング方式電源としての非絶縁形Ｄｃ−
ＤＣコンバータの改良に関するＯ従来上の種の非絶縁形
ＤＣ−ＤＣコンＩ（−夕として、第１図に示すようなチ
ョッパ方式が広く知られている。これはトランジスタ２
のスイッチング動作によって直流入力電圧１から変換さ
れた矩形波パルス電圧を、４．５のＬＣによる平滑回路
に印加して、その平均直流電圧を出力として取シ出すも
のである。入力電圧、出力電圧、スイッチング周期、ト
ランジスタのオン幅をそれぞれ、Ｖ＋。
ＤＣコンバータの改良に関するＯ従来上の種の非絶縁形
ＤＣ−ＤＣコンＩ（−夕として、第１図に示すようなチ
ョッパ方式が広く知られている。これはトランジスタ２
のスイッチング動作によって直流入力電圧１から変換さ
れた矩形波パルス電圧を、４．５のＬＣによる平滑回路
に印加して、その平均直流電圧を出力として取シ出すも
のである。入力電圧、出力電圧、スイッチング周期、ト
ランジスタのオン幅をそれぞれ、Ｖ＋。
■。＊ Ｔ ＊ Ｔ ｏｘとすると、これらの間には下
記（１）式の関係が成立する。
記（１）式の関係が成立する。
出力電圧罵は通常周期Ｔを固定し、オン幅ＴＯＮを可変
することによって安定化される。
することによって安定化される。
しかし従来のチョッパ方式の場合、トランジスタの負荷
が銹導負荷であル、ターンオンおよびターンオフ時に急
激に大電流をスイッチングするために、素子内の蓄積電
荷に起因してトランジスタおよびダイオードのスイッチ
ングロスが大きいとか、放射ノイズが大きくしかもかな
ル高調波にわたってレベルが高いとか、逆サージ防止の
ためトランジスタやダイオードにサージサプレッサが必
要である等の欠点があった。しかもこれらの欠点はスイ
ッチング動作の高周波化と共に顕著になるため、高周波
化による電源の小形化を阻害する基本的な要因となって
いた。
が銹導負荷であル、ターンオンおよびターンオフ時に急
激に大電流をスイッチングするために、素子内の蓄積電
荷に起因してトランジスタおよびダイオードのスイッチ
ングロスが大きいとか、放射ノイズが大きくしかもかな
ル高調波にわたってレベルが高いとか、逆サージ防止の
ためトランジスタやダイオードにサージサプレッサが必
要である等の欠点があった。しかもこれらの欠点はスイ
ッチング動作の高周波化と共に顕著になるため、高周波
化による電源の小形化を阻害する基本的な要因となって
いた。
本発明はＬＣ共振作用を利用してサイン波電流をスイッ
チングすることによシ上記欠点を除去し、低損失で信頼
度が高く、動作周波数の高周波化が可能な非絶縁形ＤＣ
−ＤＣコンバータを提供するものである。
チングすることによシ上記欠点を除去し、低損失で信頼
度が高く、動作周波数の高周波化が可能な非絶縁形ＤＣ
−ＤＣコンバータを提供するものである。
本発明の構成は、非絶縁４ＤＣ−、ＤＣコンバータにお
いて、第１のコイルと第１のスイッチング素子と第１の
ダイオードと第１のコンデンサとよ〕なる直列回路が入
力電源の両端に接続され、第２のダイオードと第２のス
イッチング素子と第２のコイルと第２のコンデンサとよ
シなる直列回路が前記第１のコンデンサの両端に並列に
接続され、前記第２のコンデンサに並列に負荷抵抗が接
続されていることを特徴とする。
いて、第１のコイルと第１のスイッチング素子と第１の
ダイオードと第１のコンデンサとよ〕なる直列回路が入
力電源の両端に接続され、第２のダイオードと第２のス
イッチング素子と第２のコイルと第２のコンデンサとよ
シなる直列回路が前記第１のコンデンサの両端に並列に
接続され、前記第２のコンデンサに並列に負荷抵抗が接
続されていることを特徴とする。
次に本発明の動作原理について説明する０素子がターン
オンすると、第１のコイルと第１のコンデンサの共振作
用によって、入力電源から第１のコンデンサへ電荷が供
給される。この時第２のスイッチング素子はオフ状態で
あシ、また第１のダイオードがあるため第１のコンデン
サは入力電源電圧よルも高い第１共振サイクルの最大電
圧値まで充電されると、放電することなくそのまま最大
電圧を維持する。
オンすると、第１のコイルと第１のコンデンサの共振作
用によって、入力電源から第１のコンデンサへ電荷が供
給される。この時第２のスイッチング素子はオフ状態で
あシ、また第１のダイオードがあるため第１のコンデン
サは入力電源電圧よルも高い第１共振サイクルの最大電
圧値まで充電されると、放電することなくそのまま最大
電圧を維持する。
次に第１のスイッチング素子空オフ叫、第２のスイッチ
ジグ素子がオンすると、第１のコンデンサと第２のコイ
ルの共振作用によって第１のコンデンサから第２のコン
デンサへ電荷が移動し、第２のコンデンサの両端電圧を
出力として取シ出す。
ジグ素子がオンすると、第１のコンデンサと第２のコイ
ルの共振作用によって第１のコンデンサから第２のコン
デンサへ電荷が移動し、第２のコンデンサの両端電圧を
出力として取シ出す。
第１のコンデンサの放電後、その両端電圧は入力電圧お
よび第２のコンデンサの両端電圧よルも低く′なるが、
第１のスイッチング素子はオフ状態であシ、第２のダイ
オードがあるため入出力から電流が流れこむことはない
。
よび第２のコンデンサの両端電圧よルも低く′なるが、
第１のスイッチング素子はオフ状態であシ、第２のダイ
オードがあるため入出力から電流が流れこむことはない
。
１周期の伝送電力は共振波形によって決定されるため、
周波数を可変することにょ）伝送電力を制御することが
できる。
周波数を可変することにょ）伝送電力を制御することが
できる。
次に本発明を実施例によシ図面を参照して説明する。
第２図は本発明に係る非絶縁形ＤＣ−ＤＣｗンパータの
回路図を示す。第２図において、コイル８、トランジス
タ９、ダイオード１０．コンテン？１１からなる直列回
路が入力電源１の両端に接続され、ダイオード１２、ト
ランジスタ１３、コイル１４、コンデンサ５からなる直
列回路が前記コンデンサ１１に並列に接続されている。
回路図を示す。第２図において、コイル８、トランジス
タ９、ダイオード１０．コンテン？１１からなる直列回
路が入力電源１の両端に接続され、ダイオード１２、ト
ランジスタ１３、コイル１４、コンデンサ５からなる直
列回路が前記コンデンサ１１に並列に接続されている。
出力はコンデンサ５の両端電圧を本コンバータの出力電
圧とし、コンデンサ５と並列に抵抗６が接続されている
。トランジスタ９．１３の駆動は制御回路１５によって
なされ、制御回路１５は検出出力電圧を安定化するよう
その発振周波数を変木つつトランジスタ９．１３ を交
互にオンオフさせる。
圧とし、コンデンサ５と並列に抵抗６が接続されている
。トランジスタ９．１３の駆動は制御回路１５によって
なされ、制御回路１５は検出出力電圧を安定化するよう
その発振周波数を変木つつトランジスタ９．１３ を交
互にオンオフさせる。
ここでトランジスタ９がオン、トランジスタ１３がオフ
している期間をオンサイクル、その逆の期間をオフサイ
クルとする。本回路のスイッチング動作は、オンサイク
ルとオフサイクルの２つのサイ゛クルからなシ、２つの
サイクルによって１周期を形成する。
している期間をオンサイクル、その逆の期間をオフサイ
クルとする。本回路のスイッチング動作は、オンサイク
ルとオフサイクルの２つのサイ゛クルからなシ、２つの
サイクルによって１周期を形成する。
上記のような回路構成において、まずオンサイクル時、
トランジスタ９がオンした瞬間のコンデンサ１１の両端
電圧は後述するように入力電圧よりも低い状態にある。
トランジスタ９がオンした瞬間のコンデンサ１１の両端
電圧は後述するように入力電圧よりも低い状態にある。
したがってＬＣ共振作用によシ第３図（１）に示すよう
、なＬＣ共振充電電流が入力電源からコンデンサ１１へ
流れる。この充電電流が流れ終り丸状ｇＡにおいて、コ
ンデンサ１１の両端電圧は第３図（３）に示すように共
振波形の最大値をとる。この電圧社入力電圧よシも高い
値であるが、ダイオード１０があるため入力電源へ向っ
て放電されることはなく、またトランジスタ１３はオフ
しているため出力コンデンサ５へ放電されることはない
。したがって次のオフサイクルが始まるまでコンデンサ
１１の両端電圧社最大値を維持する〇 次にオフサイクルにおいて、トランジスタ１３がオンす
ると、＝イル１４との共伽作用によシ第３図（２）に示
すようにコンデンサ１１の電荷社出力コンデンサ５へ放
電される。この放電共振波形の第１サイクルにおいて、
コンデンサ１１の［圧ｕ第３図（８）に示すように最小
電圧をとシ、この値は入力電源および出力電圧よシ低い
値であるが、トランジスタ９がオフしているため入力側
から電流が流れこむことはなく、またダイオード１２に
よ）出力側から入力側に電流が流れζむことはない。
、なＬＣ共振充電電流が入力電源からコンデンサ１１へ
流れる。この充電電流が流れ終り丸状ｇＡにおいて、コ
ンデンサ１１の両端電圧は第３図（３）に示すように共
振波形の最大値をとる。この電圧社入力電圧よシも高い
値であるが、ダイオード１０があるため入力電源へ向っ
て放電されることはなく、またトランジスタ１３はオフ
しているため出力コンデンサ５へ放電されることはない
。したがって次のオフサイクルが始まるまでコンデンサ
１１の両端電圧社最大値を維持する〇 次にオフサイクルにおいて、トランジスタ１３がオンす
ると、＝イル１４との共伽作用によシ第３図（２）に示
すようにコンデンサ１１の電荷社出力コンデンサ５へ放
電される。この放電共振波形の第１サイクルにおいて、
コンデンサ１１の［圧ｕ第３図（８）に示すように最小
電圧をとシ、この値は入力電源および出力電圧よシ低い
値であるが、トランジスタ９がオフしているため入力側
から電流が流れこむことはなく、またダイオード１２に
よ）出力側から入力側に電流が流れζむことはない。
いま入力電源電圧、コイル８．１４のインダクタンス、
コンデンサ１１の容量、出力電圧をそれぞれＶＩＮ 、
ｈｇ ＋ １１１４ ＋ Ｃｔ＋ ＋ ｖ、とし、各
サイクルの開始時を原点にとった時間を、オンサイクル
においてｔ・ｎ、オフサイクルにおいてｔ＠ｒｔとする
と、オンサイクルにおけるトランジスタ９のコレクタ電
流Ｉｃｅおよびオアサイクルにおけるトランジスタ１３
のコレクタ電流１ｃ１ｍ はそれぞれ下式で表わされる
。
コンデンサ１１の容量、出力電圧をそれぞれＶＩＮ 、
ｈｇ ＋ １１１４ ＋ Ｃｔ＋ ＋ ｖ、とし、各
サイクルの開始時を原点にとった時間を、オンサイクル
においてｔ・ｎ、オフサイクルにおいてｔ＠ｒｔとする
と、オンサイクルにおけるトランジスタ９のコレクタ電
流Ｉｃｅおよびオアサイクルにおけるトランジスタ１３
のコレクタ電流１ｃ１ｍ はそれぞれ下式で表わされる
。
ここで■ｃｕｎ、Ｖｃｎｍはそれぞれコンデンサ１１の
オンサイクルにおける最大値、オフサイクルにおける最
小値である〇 上記（２）、（８）かられかるように、各トランジスタ
を流れる電流はサイン波状であ夛、発生ノイズ周波数は
基本波のみであｎ高盲閘波成分はない。またターンオン
およびターンオフ時のトラン２スタ９．１３ およびダ
イオード１０．１２の電流は零であル、スイッチングロ
ス杜なく、またサージ電流もない。したがって動作周波
数を高周波化しても、ノイズ、サージ電流が増大したシ
、コンバータの効率が低下するようなことはない。
オンサイクルにおける最大値、オフサイクルにおける最
小値である〇 上記（２）、（８）かられかるように、各トランジスタ
を流れる電流はサイン波状であ夛、発生ノイズ周波数は
基本波のみであｎ高盲閘波成分はない。またターンオン
およびターンオフ時のトラン２スタ９．１３ およびダ
イオード１０．１２の電流は零であル、スイッチングロ
ス杜なく、またサージ電流もない。したがって動作周波
数を高周波化しても、ノイズ、サージ電流が増大したシ
、コンバータの効率が低下するようなことはない。
なお周波数、負荷抵抗、トランジスタ１３の最大電流を
それぞれｆ、Ｒ，ｌｃｘｓＭとすると、出力電力れは したがって出力電圧ｖ、紘 −］と表わされる
。上式から出力電圧Ｖ、はＪｆに比例し、逆に周波数ｆ
を制御することによシ、出力電圧が安淀化されることが
わかる。
それぞれｆ、Ｒ，ｌｃｘｓＭとすると、出力電力れは したがって出力電圧ｖ、紘 −］と表わされる
。上式から出力電圧Ｖ、はＪｆに比例し、逆に周波数ｆ
を制御することによシ、出力電圧が安淀化されることが
わかる。
以上に説明したように、本発明によれば、非絶縁形コン
バータにおいて、共振作用を利用しスイッチング素子お
よびダイオードの電流をサイン波状にすることによシ、
スイッチングロスがなく高周波化した場合でも低損失で
あり、ノイズは基本波のみであシ高周波成分を含むこと
なく、またサージ電流が流れないためスイッチング素子
およびダイオードにサージサプレッサは不要である等の
すぐれた効果が得られる０
バータにおいて、共振作用を利用しスイッチング素子お
よびダイオードの電流をサイン波状にすることによシ、
スイッチングロスがなく高周波化した場合でも低損失で
あり、ノイズは基本波のみであシ高周波成分を含むこと
なく、またサージ電流が流れないためスイッチング素子
およびダイオードにサージサプレッサは不要である等の
すぐれた効果が得られる０
第１図位従来のチョッパ方式のＤＣ−ＤＣ−ンノく−タ
の回路図、第２図は本発明の一実施例の、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータρ回路図、第３図は各トランジスタの電流およ
び共振コンデンサの電圧のタイムチャートである。 なお図面に使用した符号はそれぞれ以下のものを示す。 １・・・・・・入力電源、５・・・・・・出力コンデン
サ、６・・・・・・負荷抵抗、８．１４・・・・・・コ
イル、９．１３・・・・・・トランジスタ、１０．１２
・・・・・・ダイオード、１１・・・・・・コンデンサ
、１５・・・・・・制御回路。
の回路図、第２図は本発明の一実施例の、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータρ回路図、第３図は各トランジスタの電流およ
び共振コンデンサの電圧のタイムチャートである。 なお図面に使用した符号はそれぞれ以下のものを示す。 １・・・・・・入力電源、５・・・・・・出力コンデン
サ、６・・・・・・負荷抵抗、８．１４・・・・・・コ
イル、９．１３・・・・・・トランジスタ、１０．１２
・・・・・・ダイオード、１１・・・・・・コンデンサ
、１５・・・・・・制御回路。
Claims (1)
- 非絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、第１のコイル
と第１のスイッチング素子と第１のダイオードと第１の
コンデンサとよシなる直列回路が入力電源の両端に接続
され、第２のダイオードと第２のスイッチング素子と第
２のコイルと第２のコンデンサとよシなる直列回路が前
記第１のコンデンサの両端に並列に接続され、前記第２
のコンデンサに並列に負荷抵抗が接続されていることを
特徴とする入出力非絶縁形ＬＣ共振コンノぐ一タ０
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18351781A JPS5886868A (ja) | 1981-11-16 | 1981-11-16 | 非絶縁形ｌｃ共振コンバ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18351781A JPS5886868A (ja) | 1981-11-16 | 1981-11-16 | 非絶縁形ｌｃ共振コンバ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5886868A true JPS5886868A (ja) | 1983-05-24 |
| JPS6229987B2 JPS6229987B2 (ja) | 1987-06-30 |
Family
ID=16137223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18351781A Granted JPS5886868A (ja) | 1981-11-16 | 1981-11-16 | 非絶縁形ｌｃ共振コンバ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5886868A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002099947A1 (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Power unit and method for power supply of power unit |
| JP2012231657A (ja) * | 2010-08-26 | 2012-11-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Ｄｃ−ｄｃコンバータ及び半導体装置 |
| KR20130109967A (ko) | 2010-05-21 | 2013-10-08 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 표시 장치 |
| US8922182B2 (en) | 2009-12-04 | 2014-12-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | DC converter circuit and power supply circuit |
| US9793801B2 (en) | 2010-05-21 | 2017-10-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and display device |
-
1981
- 1981-11-16 JP JP18351781A patent/JPS5886868A/ja active Granted
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002099947A1 (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Power unit and method for power supply of power unit |
| US8922182B2 (en) | 2009-12-04 | 2014-12-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | DC converter circuit and power supply circuit |
| US9270173B2 (en) | 2009-12-04 | 2016-02-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | DC converter circuit and power supply circuit |
| KR20130109967A (ko) | 2010-05-21 | 2013-10-08 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 표시 장치 |
| US9793801B2 (en) | 2010-05-21 | 2017-10-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and display device |
| JP2012231657A (ja) * | 2010-08-26 | 2012-11-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Ｄｃ−ｄｃコンバータ及び半導体装置 |
| US8686696B2 (en) | 2010-08-26 | 2014-04-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | DC-DC converter and semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6229987B2 (ja) | 1987-06-30 |
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