JPS60170461A - Dc−dcコンバ−タ - Google Patents

Dc−dcコンバ−タ

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JPS60170461A
JPS60170461A JP2418984A JP2418984A JPS60170461A JP S60170461 A JPS60170461 A JP S60170461A JP 2418984 A JP2418984 A JP 2418984A JP 2418984 A JP2418984 A JP 2418984A JP S60170461 A JPS60170461 A JP S60170461A
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JP
Japan
Prior art keywords
current
series
reactor
transformer
primary
Prior art date
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Pending
Application number
JP2418984A
Other languages
English (en)
Inventor
Isami Norikoshi
勇美 乗越
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Densetsu Kiki Kogyo Kk
Original Assignee
Densetsu Kiki Kogyo Kk
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Filing date
Publication date
Application filed by Densetsu Kiki Kogyo Kk filed Critical Densetsu Kiki Kogyo Kk
Priority to JP2418984A priority Critical patent/JPS60170461A/ja
Publication of JPS60170461A publication Critical patent/JPS60170461A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフォワード方式とフライバック方式とを効果的
に組み合わせて、回路電流のピーク値に近い平均値を有
する直流出力電流を得るようにした高効率のDC−DC
コンバータに関するものである。
DC−DCコンバータには、フォワード方式、フライバ
ック方式が知られており、回路構成は簡単であるが、回
路電流のピーク値の174の出力電流しか得られず、電
流容量の点で効率が悪く、電流容量の大きなものには適
さないという欠点があった。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、回路構成の簡
単なフォワード方式とフライバック方式とを効果的に組
み合わせることにより、回路電流のピーク値に近い平均
値を有する出力電流を得るようにした高効率のDC−D
Cコン/(−タラ提供せんとするものである。特に、大
きな出力電流容量が要求される場合に最も良く適合する
ものである。
以下、本発明によるDC−DCコンバータを安定化電源
装置に利用した場合の一実施例を第1図および第2図を
用いて説明する。第1図において、(1)は直流入力電
源である。この直流入力電源(1)は、交流電源を整流
ろ波して得たものであってもよい。この直流入力電源(
1)の正側は2方に分岐し、そのうちの一方はエネルギ
蓄積用第1リアクタ(20)の1次巻線(21)、第1
変圧器(40)の1次巻線(41)およびスイッチング
素子としての第1トランジスタ(2)のコレクタ・エミ
ッタを直列接続してなる第1系統の直列回路(3)を介
して負側に結合されている。さらに、前記直流入力電源
(1)の正側の他方は、エネルギ蓄積用第2リアクタ(
3o)の1次巻線(31)、第2変圧器(50)の1次
巻線(51)およびスイッチング素子としての第2トラ
ンジスタ(4)のコレクタ・エミッタを直列接続してな
る第2系統の直列回路(5)を介して負側に結合されて
いる。前記第1、第21ヘランジスタ(2) (4)は
、SCR,MOSFET等に置き替え得ることもできる
。前記第1、第2リアクタ(20) (30)の2次巻
線(22) (32)の一端(23) (33)側と第
1、第2変圧器(40) (4])の2次巻線(42)
 (52)の他端(43) (53)側は、それぞれ整
流器としての第1、第2、第3、第4ダイオード(2U
 (34) (44) (45>を経た後、共通のコン
デンサ(6)と出力端子(7)に結合されている。前記
第1、第2リアクタ(20) (30)の2次巻線(2
2) (32)の他端(25) (35)側と第1、第
2変圧器(40) (41)の2次巻線(42) (5
2)の〜端(45) (55)側は、それぞれ同一点に
結合された後、前記共通のコンデンサ(6)の他端と、
他方の出力端子(8)に結合されている。前記出力端子
(7) (8)には負荷(9)が結合されるとともに、
出力電圧(V O)を検出して、この検3− 小電圧に応じて所定の制御信号を出力するコントロール
回路(10)が結合され、このコントロール回路(lO
)の出力側には、前記制御信号に基づき、前記第1、第
2トランジスタ(2) (4)のベースに互いに180
度の位相差を有するドライブ信号を出力するドライバ回
路(11)が結合されている。前記コントロール回路(
10)は、誤差増幅器、発振器、変調部、2相分割回路
などで構成され、前記直流電圧出力端子(7)(,8)
間の電圧を検出し、この検出電圧が基準値と一致した場
合は前記ドライバ回路(11)の信号線(12)(13
)から所定の動作周波数のドライブ信号を出力せしめ、
検出電圧が基準値より高い方にずれるとドライブ信号の
動作周波数が高くなるように制御し、検出電圧が基準値
より低い方にずれるとドライブ信号の動作周波数が低く
なるように制御して直流出力電圧を安定化するように機
能するものである。
つぎに、第1図および第2図を用いて本発明の詳細な説
明する。第1、第2リアクタ(20) (30)は不飽
和リアクタとして動作するものが用いられ、4− また、この第1、第2リアクタ(20) (30)およ
び第1、第2変圧器(40) (50)は、1次側から
2次側へのエネルギ伝達量が略同−となるように略同−
に構成されているものとする。いま、ドライバ回路(1
])から信号線(12)(13)を介して、周期がTで
、位相差が180度の2つのドライブ信号をそれぞれ第
1、第2トランジスタ(2) (4)のベースの印加し
ているとすると、第1、第2トランジスタ(2)(4)
は、第2図(a) (b)に示すように、期間T/2毎
に交互にオン、オフを繰り返す。第1トランジスタ(2
)がオンし、第2トランジスタ(4)がオフしているし
、〜t2.t3〜L4、・・・間には、第1系統の直列
回路(3)に第2図(d)のような1次電流■1が流れ
るので、第1リアクタ(20)の1次巻線(21)には
1/2L t r 、” (L tは第1リアクタ(2
0)の1次インダクタンスを表わす)のエネルギが蓄え
られ、第2リアクタ(30)の2次側の第2ダイオード
(34)には前回蓄えられたエネルギ1/21,2 I
 2” (L2は第2リアクタ(30)の1次インダク
タンスを表わす)に基づいて同図(g)のようにピーク
値Ipの2次組流Id2が流れ、第1変圧器(40)の
2次側の第3ダイオード(44)には同図(h)のよう
にピーク値1pの2次組流■d3が流れる。同様にして
、第1トランジスタ(2)がオフし、第2トランジスタ
(4)がオンしているt、2〜し3.し4〜し5間にお
いては、第2系統の直列回路(5)に第2図(e)のよ
うな1次電流I2が流れるので、第1リアクタ(20)
の2次側の第1ダイオード(24)には前回蓄えられた
エネルギ1./2L I T 、 ”に基づいて同図(
f)のようにピーク値rpの2次電流■d1が流れ、第
2リアクタ(30)の1次巻線(31)には1/2L 
2 T 2”のエネルギが蓄えられ、第2変圧器(51
)の2次側の第4ダイオード(54)には同図(1)の
ようにピーク値Tpの2次電流1d4が流れる。このた
め、2次電流(Id+)(rd2)(z3)(rd4)
が加えられて出力端子(7) (8)から負荷(9)へ
流れる出力電流■0は第2図(j)に示すようにピーク
値IPを平均値とする平坦な直流電流となる。また、直
流入力電源(])から第1、第2系統の直列回路(3)
(5)へ供給される入力電流Tjは第2図(c)のよう
な鋸歯状波となる。
なお、第1、第2リアクタ(20) (30)が1次側
から2次側Aエネルギを伝達する際、2次電流の立」ニ
リ時間は有限であり、リアクタの持つミューチュアイン
ダクタンス及び第1、第2ダイオード(24)(34)
のオン遅れ時間があるため、出力電流■。が、t、1 
、第2、第3、第4、t6時近傍においてピーク値Tp
より低くなるので、この間、コンデンサ(6)で平滑化
する。このようにコンデンサ(6)はわずかな時間遅れ
を平滑化するだけであるからその容量は通常のフライバ
ック方式のDC−DCコンバータに用いられるる波回路
のコンデンサより極めて小さな容量でよい。
なお、第1または第2トランジスタ(2) (4)がオ
ンのときに、第1または第2系統の直列回路(3)(5
)を流れる1次電流11または第2は、第2図(d) 
(e)に示すようにオン時間の経過とともにその値が増
加する鋸歯状波となっているので、オン時間(T/2)
を制御することによって第1、第2リアクタ(20) 
(30)および第1、第2変圧器(40) (50)の
7− 1次側から2次側へのエネルギ伝達量を制御することが
できる。また、リアクタに流れる電流がリアクタに印加
される電圧の時間積分に比例することを考慮すれば、直
流出力端子(7) (8)間に現われる出力電圧V。は
動作周波数F=1/Tによって制御される。したがって
、出力電圧vOが所定値より高い方へずれると、コント
ロール回路(lO)からの制御信号に基づきドライバ回
路(11)から信号線(12)(13)を介1て第1、
第2トランジスタ(2) (4)へ供給されるドライブ
信号の動作周波数(F=1/T)が所定値より高い方へ
ずれる。このため、第1、第2トランジスタ(2) (
4)のオン時間(T/2)が所定値より短かくなり、出
力電圧Voが低くなる方向に修正される。これとは反対
に、出力電圧Voが所定値より低い方へずれると、ドラ
イブ信号の動作周波数(F=1/T)が所定値より低い
方へずれ、第1、第2トランジスタ(2)(4)のオン
時間(T/2)が所定値より長くなり、出力電圧VOが
高くなる方向に修正される。上述のようにして出力電圧
V。の安定化が図られる。
8− 前記実施例においては、第1変圧器(40)と第2変圧
器(50)とは別体に形成したが、本発明はこれに限る
ものでなく、第3図に示すように、1個の変圧器(60
)の2次側をセンタータップ方式にしても同様に動作す
る。
前記実施例においては、第1、第2リアクタ(20) 
(30)はそれぞれ1個で形成したが、それぞれ2個以
上で形成しても基本的動作において変りない。
むしろリアクタの2次側に接続する整流器(例えばダイ
オード)の電流定格に見合った数に分割できる。例えば
、第4図に示すように、2個のりアクタ(20a) (
20b)の1次巻線(21a) (21b)を直列に接
続し、2次巻線(22a)(22b)を並列接続して形
成した場合、ダイオード(24a)(24b)の電流定
格は第1図の場合の略1/2で済むので電流容量が間に
合わない場合に有効である。
前記実施例では、所定の周期で交互にオン、オフを繰り
返すスイッチング素子は1対の第1、第2トランジスタ
(2) (4)で形成したが、本発明はこれに限るもの
でなく、2対以上のスイッチング素子で形成してもよい
。例えば、第5図に示すように、第18、第28トラン
ジスタ(2a) (4a)と、第1b、第2bl−ラン
ジスタ(2b) (4b)との2対で形成してもよいし
、第6図に示すように、第1a、第28トランジスタ(
2a) (4a)と、第1b、第2bl−ランジスタ(
2b)(4b)と、第10、第2cl〜ランジスタ(2
c) (4c)との3対で形成してもよい。この第5、
第6図において、ダイオード(1,4)(15)および
(16) (17) (1g) (19)を図示のよう
に挿入することにより各トランジスタ(2a) (2b
) (2c) (4a)(4b) (4c)が電源(1
)の電圧にクランプできる。
本発明によるDC−DCコンバータは、上記したように
、所定の周期で交互に開閉を繰り返す少なくとも1対の
スイッチング素子のそれぞれにエネルギ蓄積用リアクタ
の1次巻線と変圧器の1次巻線とを直列に結合して独立
した2系統の直列回路を形成し、この2系統の直列回路
の両端に直流入力電源を結合し、前記2系統の直列回路
のリアクタと変圧器のそれぞれの2次側から整流して得
られる2次電流の合成値を出力電流としたので、回路構
成が簡単で低コスト化されるとともに、出力電流の平均
値を回路電流のピーク値に近づけることができ、効率が
極めてよい。
とくに、大きな出力電流容量が要求される場合に最も適
合する。また、2系統の直列回路を形成するりアクタお
よび変圧器を、1次側から2次側へ伝達するエネルギが
略同−となるようにほぼ同一に構成した場合には、回路
電流のピーク値を平均値とする平坦な直流出力電流が得
られ、さらに高効率となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるDC−DCコンバータの一実施例
を示す電気回路図、第2図は第1図の各部の特性図、第
3図は第1図の変圧器の変形例を示す電気回路図、第4
図は第1図のリアクタの変形例を示す電気回路図、第5
図および第6図は、それぞれ他の実施例を示す電気回路
図である。 (1)−・・直流入力電源、(2) (4) (2a)
 (2b) (2c) (4a) (4b)(4c)・
・・スイッチング素子、(3) (5)・・・直列回路
、(6)・・コンデンサ、(7)(8)・・・出力端子
、(9)・・・負荷、(10)・・・コン]〜ロール回
路、(11)・・・ドライバ回路、(20) (30)
 (20a) (30a)・・・リアクタ、(40) 
(50) (60)・・変圧器、(24) (34) 
(44)(54)・・・整流器。 出願人 電設機器工業株式会社 12−

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エネルギ蓄積用リアクタの1次巻線と変圧器の1
    次巻線とを直列に結合して独立した2系統の直列回路を
    形成し、前記2系統の直列回路の両端に、所定の周期で
    交互に開閉を繰り返す少なくとも1対のスイッチング素
    子のそれぞれを介して直流入力電源を結合し、前記リア
    クタと変圧器のそれぞれの2次巻線側に整流ろ波回路を
    結合してなることを特徴とするDC−DCコンバータ。
  2. (2)2系統の直列回路のそれぞれに結合されたりアク
    タおよび変圧器は、1次側から2次側へのエネルギ伝達
    量が略同−となるように略同−に構成してなる特許請求
    の範囲第1項記載のDC−DCコンバータ。
  3. (3)2系統の直列回路のそれぞれに結合されたりアク
    タは、それぞれ2以上からなり、この1次巻線は直列に
    結合され、2次巻線はそれぞれに対応する整流器を介し
    て共通のコンデンサに結合してなる特許請求の範囲第1
    項または第2項記載のDC−DCコンバータ。
  4. (4)2系統の直列回路のそれぞれに結合された変圧器
    は、1次巻線と2次巻線を同一鉄芯に巻回したセンター
    タップ方式に構成してなる特許請求の範囲第1項、第2
    項または第3項記載のDC−DC,コンバータ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4930059A (en) * 1986-10-31 1990-05-29 Elektronische Anlagen Gmbh Switched-mode DC-to-DC power converter
JP2020167916A (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 羽田 正二 力率改善コンバータ

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5268916A (en) * 1975-12-05 1977-06-08 Nixdorf Computer Ag Trasformation device

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