JP2000224855A - Dc-to-dc converter circuit - Google Patents

Dc-to-dc converter circuit

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JP2000224855A
JP2000224855A JP11019672A JP1967299A JP2000224855A JP 2000224855 A JP2000224855 A JP 2000224855A JP 11019672 A JP11019672 A JP 11019672A JP 1967299 A JP1967299 A JP 1967299A JP 2000224855 A JP2000224855 A JP 2000224855A
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JP
Japan
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main switch
circuit
turned
switch elements
power supply
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JP11019672A
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Japanese (ja)
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Kazuo Harada
和郎 原田
Kiyoshi Ueda
清 上田
Hideji Nakamura
秀司 中村
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Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a DC/DC converter circuit which is formed as an input/ output insulation type and which can perform zero-voltage switching operation of a main switching element. SOLUTION: From among a group of main switching elements in a bridge circuit 11, two main switching elements Q1, Q2 in positions in which a DC power supply is short-circuited are turned on, a current flows into an inductor 16, and energy is stored. The stored energy is discharged while a primary current is made to flow to the primary winding of an output transformer 12, when two main switching elements Q2, Q3 positioned diagonal are turned on. Then, two main switching elements Q2, Q4 in other short-circuit positions are turned on, energy is stored again in the inductor 16, and the two main switching elements Q1, Q4 in another diagonal positions are then turned on, in such a way that the direction of the primary current is directed in the opposite direction. In addition, before the two main switching elements in the diagonal positions are turned on, an auxiliary switching element QA is turned on, by using the reactor energy of an auxiliary winding 18, the electric charge of the main switching elements results in being pulled out, and a zer-voltage switching operation is performed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ゼロ電圧及びゼロ
電流スイッチングの実現によって損失低減を図ったDC
−DCコンバータ回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC device for reducing loss by realizing zero voltage and zero current switching.
A DC converter circuit;

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のDC−DCコンバータ回路は、
高周波障害が少ないという利点があり、いわゆるソフト
スイッチングレギュレータとも呼ばれて、近年、技術開
発が盛んである。その一例として、社団法人電子情報通
信学会発行の「信学技報」に掲載されたものを説明す
る。これは図12に示すように、主スイッチ素子Q1 の
コレクタ・エミッタ間に共振コンデンサCr 及び逆向き
のダイオードD2 を並列接続すると共に、補助スイッチ
素子QA2 、トランスT1 及び補助インダクタL2の直
列回路を並列接続してなり、トランスTの二次側はダイ
オードD3 を介して出力ラインに接続した構成である。
2. Description of the Related Art A DC-DC converter circuit of this kind includes:
There is an advantage that there is little high-frequency disturbance, and it is also called a so-called soft switching regulator. As an example, an example described in “IEICE Technical Report” published by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers will be described. As shown in FIG. 12, a resonance capacitor Cr and a reverse diode D2 are connected in parallel between the collector and the emitter of the main switch element Q1, and a series circuit of an auxiliary switch element QA2, a transformer T1 and an auxiliary inductor L2 is connected in parallel. The secondary side of the transformer T is connected to an output line via a diode D3.

【0003】この回路構成では、主スイッチ素子Q1 が
オン状態で主インダクタL1 に電流IL が流れてエネル
ギーが蓄積される。主スイッチ素子Q1 をオフさせる
と、電流IL にて主スイッチ素子Q1 の寄生容量を含む
共振コンデンサCr が定電流充電されるから、主スイッ
チ素子Q1 の主回路電圧(コレクタ・エミッタ間電圧)
が比較的ゆっくりと立ち上がることになり、主スイッチ
素子Q1 のターンオフ時のスイッチング損失は極めて少
なくなる。また、主スイッチ素子Q1 のターンオフ後に
は主インダクタL1 に蓄積されたエネルギーがダイオー
ドD1 を通して負荷に放出され、そして、次に主スイッ
チ素子Q1 をターンオンさせる直前に補助スイッチ素子
Q2 がターンオンされる。すると、主インダクタL1 か
らの電流IL の一部が補助インダクタL2 、トランスT
の一次巻線及び補助スイッチ素子Q2 を通って分流し始
めると共に、主スイッチ素子Q1 の寄生容量及び共振コ
ンデンサCr に蓄積された電荷がL2 ,T,Q2 のルー
トで放電する。このとき、補助スイッチ素子Q2 に流れ
る電流は共振電流となって徐々に立ち上がるから、補助
スイッチ素子Q2 におけるスイッチング損失も極めて少
ない。そして、主スイッチ素子Q1 の主回路間電圧が零
となったところで主スイッチ素子Q1 にゲート信号を与
えることで零電圧スイッチング(ZVS)動作を行わせ
る。また、補助スイッチ素子Q2 は、ここに流れる共振
電流が零になった後にターンオフするゼロ電流スイッチ
ング(ZCS)動作が行われる。
In this circuit configuration, when the main switch element Q1 is turned on, a current IL flows through the main inductor L1 to store energy. When the main switch element Q1 is turned off, the resonance capacitor Cr including the parasitic capacitance of the main switch element Q1 is charged with a constant current by the current IL. Therefore, the main circuit voltage (collector-emitter voltage) of the main switch element Q1
Rises relatively slowly, and the switching loss when the main switching element Q1 is turned off is extremely small. After the main switching element Q1 is turned off, the energy stored in the main inductor L1 is released to the load through the diode D1, and the auxiliary switching element Q2 is turned on immediately before the main switching element Q1 is turned on next. Then, a part of the current IL from the main inductor L1 is transferred to the auxiliary inductor L2 and the transformer T.
Shunting through the primary winding and the auxiliary switch element Q2, and the electric charge accumulated in the parasitic capacitance of the main switch element Q1 and the resonance capacitor Cr is discharged through the route of L2, T, Q2. At this time, the current flowing through the auxiliary switching element Q2 gradually rises as a resonance current, so that the switching loss in the auxiliary switching element Q2 is extremely small. When the voltage between the main circuits of the main switch element Q1 becomes zero, a gate signal is applied to the main switch element Q1 to perform a zero voltage switching (ZVS) operation. In addition, the auxiliary switching element Q2 performs a zero current switching (ZCS) operation of turning off after the resonance current flowing therethrough becomes zero.

【0004】この構成では、各スイッチ素子Q1 ,Q2
がZVS,ZCS動作を行うから、スイッチング損失を
抑えて高効率化及び低ノイズ化を図ることができるとい
う利点がある。
In this configuration, each switching element Q1, Q2
Perform the ZVS and ZCS operations, so that there is an advantage that switching efficiency can be suppressed and high efficiency and low noise can be achieved.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成で
は、入出力が非絶縁状態となっているから、安全上好ま
しくない。この点に関しては、上記の昇圧型コンバータ
に絶縁型コンバータを縦列接続することも考えられる
が、それでは2つのコンバータを同時に制御しなくては
ならないため、回路が複雑化すると共に、効率及び信頼
性の低下をもたらすこともある。
However, in the above configuration, the input and output are in a non-insulated state, which is not preferable for safety. In this regard, it is conceivable to connect an insulated converter in tandem with the above-mentioned boost converter, but this requires two converters to be controlled simultaneously, which complicates the circuit and increases efficiency and reliability. It can lead to a decline.

【0006】そこで、本発明は、入出力絶縁型にできて
安全性が高く、しかも効率に優れたDC−DCコンバー
タ回路を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a DC-DC converter circuit which is made of an input / output insulation type, has high safety, and is excellent in efficiency.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段及びその作用】上記目的を
達成するため、請求項1の発明は、4個の主スイッチ素
子をフルブリッジ型に接続すると共に対角位置にある主
スイッチ素子間に接続された出力トランスを備えたブリ
ッジ回路と、直流電源から前記ブリッジ回路への電力供
給回路に介在されたインダクタと、前記ブリッジ回路の
主スイッチ素子群のうち前記直流電源を短絡する位置に
ある2個の主スイッチ素子をオンさせ、その後に対角位
置にある2個の主スイッチ素子をオンさせることにより
前記出力トランスの一次巻線に一次電流を流す動作をそ
の一次電流の向きが交互に逆向きに変化するように各主
スイッチ素子のスイッチング動作を制御するスイッチン
グ制御回路と、前記出力トランスの二次巻線に接続され
て負荷に直流電流を供給する整流回路とを備えたDC−
DCコンバータ回路において、前記インダクタに補助巻
線を設けると共に、補助スイッチ素子を前記補助巻線及
びダイオードと共に直列にして前記ブリッジ回路の前記
直流電源を短絡する位置にある2個の主スイッチ素子に
並列接続し、前記主スイッチ素子のターンオンに先立ち
前記補助スイッチ素子をオンさせることにより前記補助
巻線のリアクトルエネルギーを利用して前記主スイッチ
素子の電荷を引き抜くようにしたところに特徴を有す
る。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is to connect four main switch elements in a full bridge type and to connect between four main switch elements at diagonal positions. A bridge circuit having an output transformer connected thereto, an inductor interposed in a power supply circuit from the DC power supply to the bridge circuit, and a main switch element group of the bridge circuit at a position where the DC power supply is short-circuited. By turning on the two main switch elements and then turning on the two main switch elements at diagonal positions, the operation of passing the primary current through the primary winding of the output transformer reverses the direction of the primary current alternately. A switching control circuit for controlling a switching operation of each main switch element so as to change in a direction; and a DC current connected to a secondary winding of the output transformer and applied to a load. And a supply rectifier circuit DC-
In the DC converter circuit, an auxiliary winding is provided on the inductor, and the auxiliary switch element is connected in series with the auxiliary winding and the diode, and is connected in parallel to the two main switch elements at a position where the DC power supply of the bridge circuit is short-circuited. It is characterized in that the auxiliary switch element is turned on prior to the turn-on of the main switch element so that the electric charge of the main switch element is extracted using the reactor energy of the auxiliary winding.

【0008】この構成によれば、スイッチング制御回路
がブリッジ回路の主スイッチ素子群のうち直流電源を短
絡する位置にある2個の主スイッチ素子をオンさせるこ
とにより、ブリッジ回路への電力供給回路に介在された
インダクタに電流が流れてエネルギーが蓄積される。そ
の蓄積エネルギーは、スイッチング制御回路がブリッジ
回路の対角位置にある2個の主スイッチ素子をオンさせ
ることにより出力トランスの一次巻線に一次電流を流し
て放出され、次に、別の短絡位置にある2個の主スイッ
チ素子がオンしてインダクタに再びエネルギーが蓄積さ
れ、その後に、別の対角位置にある2個の主スイッチ素
子が前述とは一次電流の向きが逆向きになるようにオン
されるため、結局、出力トランスに交互に逆向きの電流
が流れ、これが二次巻線から整流回路を通して負荷に供
給される。
According to this configuration, the switching control circuit turns on the two main switch elements of the group of main switch elements of the bridge circuit at the position where the DC power supply is short-circuited, so that the power supply circuit for the bridge circuit is turned on. A current flows through the interposed inductor and energy is stored. The stored energy is released by the primary current flowing through the primary winding of the output transformer by the switching control circuit turning on the two main switch elements at the diagonal positions of the bridge circuit, and then another short-circuit position Are turned on, energy is again stored in the inductor, and then the two main switch elements at different diagonal positions have the primary current directions opposite to those described above. As a result, the reverse current flows alternately in the output transformer, and is supplied from the secondary winding to the load through the rectifier circuit.

【0009】このとき、対角位置にある2個の主スイッ
チ素子のターンオンに先立ち補助スイッチ素子がターン
オンされるから、補助巻線のリアクトルエネルギーを利
用してそれらの主スイッチ素子の電荷が引き抜かれるこ
とになり、零電圧スイッチングが行われる。
At this time, the auxiliary switch elements are turned on prior to the turn-on of the two main switch elements at the diagonal positions, so that the charges of the main switch elements are extracted using the reactor energy of the auxiliary winding. That is, zero voltage switching is performed.

【0010】また、請求項2の発明は、請求項1のもの
において、スイッチング制御回路がブリッジ回路の各主
スイッチ素子をPWM制御する構成としたところに特徴
を有する。さらに、請求項3の発明は、請求項1又は2
のDC−DCコンバータにおいて、ブリッジ回路の主ス
イッチ素子群のうち直流電源を短絡する位置にある2個
の主スイッチ素子間にリンギング防止用コンデンサを設
けたところに特徴を有し、主スイッチ素子の開閉に伴う
出力トランスの漏れインダクタンスの影響によるリンギ
ングが抑制される。
A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the switching control circuit is configured to perform PWM control on each main switch element of the bridge circuit. Further, the invention of claim 3 is based on claim 1 or 2
Is characterized in that a ringing preventing capacitor is provided between two main switch elements of the main switch element group of the bridge circuit at a position where the DC power supply is short-circuited. Ringing due to the influence of the leakage inductance of the output transformer due to opening and closing is suppressed.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上述べたように、本発明のDC−DC
コンバータ回路によれば、ブリッジ回路の各主スイッチ
素子は、零電圧スイッチング(ZVS)動作を行うか
ら、スイッチング損失を大幅に小さくすることができ、
効率の改善が可能である。また、ブリッジ回路に出力ト
ランスを備えるから、入出力絶縁型に構成されて安全性
が高いという利点がある。
As described above, the DC-DC of the present invention
According to the converter circuit, since each main switch element of the bridge circuit performs a zero voltage switching (ZVS) operation, switching loss can be significantly reduced,
Efficiency can be improved. Further, since the bridge circuit is provided with the output transformer, there is an advantage that the input / output insulation type is configured and the safety is high.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明を電気自動車の動力
用バッテリーを充電するための車載用充電装置に適用し
た一実施形態について説明する。全体の構成は、図1に
示すように、例えばAC200Vの家庭用電源1をコネ
クタ装置2を介して車両に接続するようになっており、
車両内には電磁波フィルタ3と、上記家庭用電源1から
の交流を整流する整流回路4と、本発明に係る昇圧型の
DC−DCコンバータ回路10が設けられており、その
出力によって車両に搭載された負荷に相当する動力用の
バッテリー5を充電するようになっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to an in-vehicle charging device for charging a power battery of an electric vehicle will be described below. As shown in FIG. 1, the overall configuration is such that a household power supply 1 of, for example, AC 200 V is connected to a vehicle via a connector device 2.
The vehicle is provided with an electromagnetic wave filter 3, a rectifier circuit 4 for rectifying alternating current from the home power supply 1, and a step-up DC-DC converter circuit 10 according to the present invention. The power battery 5 corresponding to the applied load is charged.

【0013】DC−DCコンバータ回路10の詳細は図
2に示してあり、例えばMOSゲート入力型のバイポー
ラトランジスタからなる4個の主スイッチ素子Q1〜Q
4をフルブリッジ型に接続したブリッジ回路11が設け
られている。このブリッジ回路11には高周波用の出力
トランス12が備えられ、その一次巻線12pは4個の
主スイッチ素子群のうち対角に位置するものの間に接続
され、二次巻線12sには例えばダイオードをフルブリ
ッジ接続してなる整流回路13が接続されている。その
整流回路13の直流出力が平滑コンデンサ14と共に前
記バッテリー5に接続されている。
The details of the DC-DC converter circuit 10 are shown in FIG. 2, for example, four main switching elements Q1 to Q1 each comprising a MOS gate input type bipolar transistor.
4 is provided with a bridge circuit 11 which is connected to a full bridge type. The bridge circuit 11 is provided with an output transformer 12 for high frequency, and a primary winding 12p is connected between diagonally located ones of the four main switch element groups. A rectifier circuit 13 formed by connecting diodes in a full bridge is connected. The DC output of the rectifier circuit 13 is connected to the battery 5 together with the smoothing capacitor 14.

【0014】図2においては入力側の前記整流回路4の
出力は直流電源15として記号化してあり、その直流電
源15からブリッジ回路11への電力供給回路にはイン
ダクタ16が直列に介在されている。
In FIG. 2, the output of the rectifier circuit 4 on the input side is symbolized as a DC power supply 15, and an inductor 16 is interposed in a power supply circuit from the DC power supply 15 to the bridge circuit 11. .

【0015】そして、そのインダクタ16にはコア17
を共通にした補助巻線18が巻回されており、その巻数
比(エネルギー蓄積用主巻線16の巻数n1/補助巻線
18の巻数n2)は、ここでは2/1としてある。上記
補助巻線18は、インダクタ16の主巻線に対して図示
の極性となるようにしてダイオード19、補助インダク
タ20及び補助スイッチ素子QAと共に直列回路を構成
しており、その直列回路が前記ブリッジ回路11の入力
回路間に接続されている。なお、上記補助スイッチ素子
QAもMOSゲート入力のバイポーラトランジスタから
なり、ダイオード19と共に前記ブリッジ回路11の各
主スイッチ素子Q1,Q2に対して順方向の関係で並列
接続されている。なお、ブリッジ回路11の主スイッチ
素子群のうち直流電源15を短絡する位置にある2個の
主スイッチ素子Q1,Q3間にはリンギング防止用のコ
ンデンサ21(例えば0.1〜0.47μF程度)が設
けられている。そして、ブリッジ回路11の各主スイッ
チ素子Q1〜Q4のゲートを制御するスイッチング制御
回路22は次に述べるようにして各主スイッチ素子Q1
〜Q4をPWM制御によって開閉制御するようになって
おり、そのスイッチング周波数は例えば35kHzに設
定してある。
The inductor 16 has a core 17
Are wound, and the turn ratio thereof (the number of turns n1 of the energy storage main winding 16 / the number of turns n2 of the auxiliary winding 18) is 2/1 here. The auxiliary winding 18 forms a series circuit with the diode 19, the auxiliary inductor 20, and the auxiliary switch element QA so that the main winding of the inductor 16 has the polarity shown in the drawing. It is connected between the input circuits of the circuit 11. The auxiliary switch element QA is also a MOS transistor input bipolar transistor, and is connected in parallel with the diode 19 to each of the main switch elements Q1 and Q2 of the bridge circuit 11 in a forward direction. Note that a capacitor 21 (for example, about 0.1 to 0.47 μF) for preventing ringing is provided between the two main switch elements Q1 and Q3 of the main switch element group of the bridge circuit 11 which is located at a position where the DC power supply 15 is short-circuited. Is provided. The switching control circuit 22 for controlling the gates of the main switch elements Q1 to Q4 of the bridge circuit 11 is connected to the main switch elements Q1 to Q4 as described below.
To Q4 are controlled to open and close by PWM control, and the switching frequency is set to, for example, 35 kHz.

【0016】次に、上記構成の作用を説明する。本回路
には、1スイッチング周期TSの間にモード1〜モード
8の8つの動作モードが存在し、それらを順に図3〜図
10の理想的に示した回路状態図に示す。図3に示すモ
ード1では、ブリッジ回路11の主スイッチ素子群のう
ち直流電源15を短絡する位置にある2個の主スイッチ
素子Q1,Q3が主スイッチ素子Q3と共にターンオン
され、インダクタ16を通じて直流電源15が短絡され
てインダクタ16にエネルギーが蓄積され、時刻t1で
主スイッチ素子Q1がオフされてモード2に遷移する。
この状態となると、インダクタ16に逆電圧が発生する
から、直流電源15の電圧との和が出力トランス12の
一次巻線12pに印加されることで一次電流itr1 が流
れ、インダクタ16に蓄積されたエネルギーが出力トラ
ンス12及び整流回路13を介して負荷であるバッテリ
ー5に供給される(図4参照)。
Next, the operation of the above configuration will be described. This circuit has eight operation modes, Mode 1 to Mode 8, during one switching period TS, and these are shown in order in the circuit state diagrams ideally shown in FIGS. In the mode 1 shown in FIG. 3, two main switch elements Q1 and Q3 at a position where the DC power supply 15 is short-circuited are turned on together with the main switch element Q3 in the main switch element group of the bridge circuit 11, and the DC power supply 15 is short-circuited, energy is stored in the inductor 16, and at time t1, the main switch element Q1 is turned off and the mode transits to mode 2.
In this state, since a reverse voltage is generated in the inductor 16, the sum of the voltage of the DC power supply 15 and the voltage of the DC power supply 15 is applied to the primary winding 12 p of the output transformer 12, so that the primary current itr 1 flows and is accumulated in the inductor 16. Energy is supplied to the battery 5 as a load via the output transformer 12 and the rectifier circuit 13 (see FIG. 4).

【0017】そして、このモード2の終期に、主スイッ
チ素子Q2,Q3がオンしているうちに補助スイッチ素
子QAが主スイッチQ4,Q1に先立ちターンオンして
図5に示すモード3に遷移する。ここでは、インダクタ
16の補助巻線18に発生している電圧が補助スイッチ
素子QAに直列接続された補助インダクタ20に印加さ
れ、電流はほぼ直線的に増加する。これにより、回路に
は図5に示す向きのiQA−iL1の電流が流れ、主ス
イッチ素子Q1,Q4に蓄えられている電荷が引き抜か
れる。また、主スイッチ素子Q1,Q4のC−E間電圧
が零まで達したときに補助インダクタにエネルギーが残
っていると、これらの主スイッチ素子Q1,Q4の寄生
ダイオードを通って電流が流れる。スイッチング制御回
路22は、主スイッチ素子Q4の電荷が全て引き抜かれ
てそのC−E間電圧が零となった後に主スイッチ素子Q
4をターンオンさせるので、主スイッチ素子Q4の零電
圧スイッチングが実現され、モード4に移行する。
At the end of the mode 2, while the main switch elements Q2 and Q3 are turned on, the auxiliary switch element QA is turned on prior to the main switches Q4 and Q1 and transits to the mode 3 shown in FIG. Here, the voltage generated in the auxiliary winding 18 of the inductor 16 is applied to the auxiliary inductor 20 connected in series with the auxiliary switch element QA, and the current increases substantially linearly. As a result, the current of iQA-iL1 flows in the circuit in the direction shown in FIG. 5, and the charge stored in the main switching elements Q1 and Q4 is extracted. If energy remains in the auxiliary inductor when the CE voltage of the main switching elements Q1 and Q4 reaches zero, current flows through the parasitic diodes of the main switching elements Q1 and Q4. The switching control circuit 22 outputs the main switching element Q4 after all the electric charges of the main switching element Q4 are extracted and the CE voltage becomes zero.
4 is turned on, zero voltage switching of the main switching element Q4 is realized, and the mode shifts to mode 4.

【0018】このモード4では、主スイッチ素子Q1,
Q2,Q4がオンしているが、直流電源15を短絡する
位置にある2個の主スイッチ素子Q2,Q4が直列にオ
ンしていることによってインダクタ16にエネルギーが
蓄積されるが、補助スイッチ素子QAに直列接続された
ダイオード19にアノード電流iQAが流れている点が
モード1と異なる(図6参照)。このアノード電流iQ
Aは急速に減少し、これが零になった時点(時刻t4)
でダイオード19はターンオフし、モード5に移行す
る。
In this mode 4, the main switching elements Q1, Q1,
Although Q2 and Q4 are on, energy is accumulated in the inductor 16 by the two main switch elements Q2 and Q4 at the position where the DC power supply 15 is short-circuited. The difference from the mode 1 is that the anode current iQA flows through the diode 19 connected in series to the QA (see FIG. 6). This anode current iQ
A rapidly decreases, and when it becomes zero (time t4)
Then, the diode 19 is turned off, and the mode shifts to mode 5.

【0019】モード5では、図7に示すようにインダク
タ16を通じて直流電源15が短絡されているため、イ
ンダクタ16にエネルギーが蓄積され、時刻t5にて主
スイッチ素子Q2がオフされることでモード6に移行す
る。モード6の状態では、モード2と同様にインダクタ
16に逆電圧が発生するが、スイッチング制御回路22
は主スイッチ素子Q1,Q4をオンさせているから、直
流電源15の電圧とインダクタ16の逆起電力との和
は、出力トランス12の一次巻線12pにモード2とは
逆向きに印加されて逆向きの一次電流ipが流れる(図
8参照)。
In mode 5, the DC power supply 15 is short-circuited through the inductor 16 as shown in FIG. 7, so that energy is accumulated in the inductor 16 and the main switch element Q2 is turned off at time t5, thereby causing mode 6 to occur. Move to In the mode 6, the reverse voltage is generated in the inductor 16 as in the mode 2, but the switching control circuit 22
Turns on the main switch elements Q1 and Q4, so that the sum of the voltage of the DC power supply 15 and the back electromotive force of the inductor 16 is applied to the primary winding 12p of the output transformer 12 in the opposite direction to the mode 2. A reverse primary current ip flows (see FIG. 8).

【0020】モード6の終期に、モード3の場合と同様
に、主スイッチ素子Q1,Q4がオンしているうちに補
助スイッチ素子QAが主スイッチQ2,Q3に先立ちタ
ーンオンして図9に示すモード7に遷移し、モード3の
場合と同様にして主スイッチ素子Q2,Q3に蓄えられ
ている電荷が引き抜かれる。そして、スイッチング制御
回路22は、主スイッチ素子Q3の電荷が全て引き抜か
れてそのC−E間電圧が零となった後に主スイッチ素子
Q3をターンオンさせて零電圧スイッチングを行ってモ
ード8に移行し、モード4と同様にダイオード19がタ
ーンオンしてモード1に戻り、以下、モード1〜8の遷
移を繰り返す。
At the end of mode 6, as in mode 3, while main switch elements Q1 and Q4 are on, auxiliary switch element QA turns on prior to main switches Q2 and Q3, and the mode shown in FIG. 7 and the charges stored in the main switching elements Q2 and Q3 are extracted in the same manner as in the mode 3. Then, the switching control circuit 22 turns on the main switching element Q3 to perform zero-voltage switching after all the electric charges of the main switching element Q3 are extracted and the CE voltage becomes zero, and shifts to mode 8. As in the case of mode 4, the diode 19 is turned on to return to mode 1, and thereafter, the transition of modes 1 to 8 is repeated.

【0021】このように本実施形態によれば、補助スイ
ッチ素子QAによって主スイッチ素子Q1〜Q4の零電
圧スイッチングを行わせることができ、併せて、その補
助スイッチ素子QAは零電流スイッチングを行わせるこ
とができるので、高効率化及び入力力率の改善が可能で
ある。しかも、ブリッジ回路11は出力トランス12を
備えるから、入出力絶縁型となり安全性が高い。また、
本実施形態では特に、2個の主スイッチ素子Q1,Q3
間に小容量のコンデンサ21を設けているから、出力ト
ランス12の漏れインダクタンスの影響による主スイッ
チ素子Q1〜Q4のC−E間電圧波形のリンギングを抑
えることができる。
As described above, according to the present embodiment, the auxiliary switch element QA can perform zero voltage switching of the main switch elements Q1 to Q4, and the auxiliary switch element QA can perform zero current switching. Therefore, it is possible to increase the efficiency and improve the input power factor. In addition, since the bridge circuit 11 includes the output transformer 12, the bridge circuit 11 is an input / output insulated type and has high safety. Also,
In the present embodiment, in particular, the two main switch elements Q1, Q3
Since the small-capacity capacitor 21 is provided therebetween, ringing of the CE-to-CE voltage waveform of the main switch elements Q1 to Q4 due to the influence of the leakage inductance of the output transformer 12 can be suppressed.

【0022】本発明は上記記述及び図面によって説明し
た実施の形態に限定されるものではなく、例えば次のよ
うに変形して実施することもでき、これらも本発明の技
術的範囲に属する。 (1)上記実施形態では各スイッチ素子をMOSゲート
入力型のバイポーラトランジスタにより構成したが、M
OSFETやベース入力型のバイポーラトランジスタに
より構成してもよいことは勿論である。
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and the drawings. For example, the present invention can be modified and implemented as follows, and these also belong to the technical scope of the present invention. (1) In the above embodiment, each switch element is constituted by a MOS gate input type bipolar transistor.
Of course, it may be constituted by an OSFET or a base input type bipolar transistor.

【0023】(2)入力力率の改善のためには、インダ
クタ及び負荷に流れる電流をモニタして交流電圧と相似
になるような電流が流れるようにブリッジ回路の4個の
主スイッチ素子のスイッチングを制御してもよく、この
機能は汎用の力率改善用制御ICにより容易に実現する
ことができる。
(2) In order to improve the input power factor, the current flowing through the inductor and the load is monitored, and the switching of the four main switching elements of the bridge circuit is performed so that a current similar to the AC voltage flows. May be controlled, and this function can be easily realized by a general-purpose power factor correction control IC.

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

【図1】本発明を電気自動車の車載用充電器に適用した
一実施形態を示すブロック図
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a vehicle-mounted charger of an electric vehicle.

【図2】本発明の実施形態を示すDC−DCコンバータ
回路の回路図
FIG. 2 is a circuit diagram of a DC-DC converter circuit showing an embodiment of the present invention.

【図3】同実施形態のDC−DCコンバータ回路のモー
ド1の状態を示す回路状態図
FIG. 3 is a circuit state diagram showing a state of mode 1 of the DC-DC converter circuit of the embodiment.

【図4】同じくモード2の状態を示す回路状態図FIG. 4 is a circuit state diagram showing a state of mode 2 in the same manner.

【図5】同じくモード3の状態を示す回路状態図FIG. 5 is a circuit state diagram showing a state of mode 3 in the same manner.

【図6】同じくモード4の状態を示す回路状態図FIG. 6 is a circuit state diagram showing a state of mode 4 in the same manner.

【図7】同じくモード5の状態を示す回路状態図FIG. 7 is a circuit state diagram showing a state of mode 5 in the same manner.

【図8】同じくモード6の状態を示す回路状態図FIG. 8 is a circuit state diagram showing a state of mode 6 in the same manner.

【図9】同じくモード7の状態を示す回路状態図FIG. 9 is a circuit state diagram showing a state of mode 7 in the same manner.

【図10】同じくモード8の状態を示す回路状態図FIG. 10 is a circuit state diagram showing a state of mode 8 in the same manner.

【図11】各部の電圧/電流波形図FIG. 11 is a voltage / current waveform diagram of each part.

【図12】従来のDC−DCコンバータの一例を示す回
路図
FIG. 12 is a circuit diagram showing an example of a conventional DC-DC converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5…バッテリー(負荷) 10…DC−DCコンバータ回路 11…ブリッジ回路 12…出力トランス 13…整流回路 14…平滑コンデンサ 15…直流電源 16…インダクタ 17…鉄心 18…補助巻線 19…ダイオード 20…補助インダクタンス 21…リンギング防止用コンデンサ 22…スイッチング制御回路 Q1〜Q4…主スイッチ素子 QA…補助スイッチ素子QA 5 ... Battery (load) 10 ... DC-DC converter circuit 11 ... Bridge circuit 12 ... Output transformer 13 ... Rectifier circuit 14 ... Smoothing capacitor 15 ... DC power supply 16 ... Inductor 17 ... Iron core 18 ... Auxiliary winding 19 ... Diode 20 ... Auxiliary Inductance 21: Capacitor for preventing ringing 22: Switching control circuit Q1 to Q4: Main switch element QA: Auxiliary switch element QA

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 秀司 京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町1番地 日本電池株式会社内 Fターム(参考) 5H730 AA14 AA18 AS01 BB23 BB27 BB57 BB66 CC04 DD02 EE04 EE07 FG01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shuji Nakamura 1 Inakinomabacho, Nishinosho, Kisho-in, Minami-ku, Kyoto F-term in Nippon Battery Co., Ltd. 5H730 AA14 AA18 AS01 BB23 BB27 BB57 BB66 CC04 DD02 EE04 EE07 FG01

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 4個の主スイッチ素子をフルブリッジ型
に接続すると共に対角位置の主スイッチ素子間に接続さ
れた出力トランスを備えたブリッジ回路と、直流電源か
ら前記ブリッジ回路への電力供給回路に介在されたイン
ダクタと、前記ブリッジ回路の主スイッチ素子群のうち
前記直流電源を短絡する位置にある2個の主スイッチ素
子をオンさせ、その後に対角位置にある2個の主スイッ
チ素子をオンさせることにより前記出力トランスの一次
巻線に一次電流を流す動作をその一次電流の向きが交互
に逆向きに変化するように各主スイッチ素子のスイッチ
ング動作を制御するスイッチング制御回路と、前記出力
トランスの二次巻線に接続されて負荷に直流電流を供給
する整流回路とを備えたDC−DCコンバータ回路にお
いて、 前記インダクタに補助巻線を設けると共に、補助スイッ
チ素子を前記補助巻線及びダイオードと共に直列にして
前記ブリッジ回路の前記直流電源を短絡する位置にある
2個の主スイッチ素子に並列接続し、前記主スイッチ素
子のターンオンに先立ち前記補助スイッチ素子をオンさ
せることにより前記補助巻線のリアクトルエネルギーを
利用して前記主スイッチ素子の電荷を引き抜くことを特
徴とするDC−DCコンバータ回路。
1. A bridge circuit having four main switch elements connected in a full bridge type and having an output transformer connected between diagonally positioned main switch elements, and power supply from a DC power supply to the bridge circuit. Turning on two inductors interposed in a circuit and two main switch elements of the group of main switch elements of the bridge circuit at a position where the DC power supply is short-circuited, and thereafter, two main switch elements at diagonal positions A switching control circuit that controls a switching operation of each main switch element so that an operation of flowing a primary current to a primary winding of the output transformer by turning on the output transformer alternately changes the direction of the primary current. A rectifier circuit connected to a secondary winding of an output transformer and supplying a direct current to a load. An auxiliary winding is provided on the main switch, and the auxiliary switch element is connected in series with the auxiliary winding and the diode in parallel with the two main switch elements at positions where the DC power supply of the bridge circuit is short-circuited. A DC-DC converter circuit, characterized in that the auxiliary switch element is turned on before the element is turned on, thereby utilizing the reactor energy of the auxiliary winding to extract the electric charge of the main switch element.
【請求項2】 前記スイッチング制御回路は、前記ブリ
ッジ回路の各主スイッチ素子をPWM制御することを特
徴とする請求項1記載のDC−DCコンバータ回路。
2. The DC-DC converter circuit according to claim 1, wherein the switching control circuit performs PWM control on each main switch element of the bridge circuit.
【請求項3】 前記ブリッジ回路の主スイッチ素子群の
うち前記直流電源を短絡する位置にある2個の主スイッ
チ素子間にリンギング防止用コンデンサを設けたことを
特徴とする請求項1又は2記載のDC−DCコンバータ
回路。
3. A ringing preventing capacitor is provided between two main switch elements of the group of main switch elements of the bridge circuit which are located at positions where the DC power supply is short-circuited. DC-DC converter circuit.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8199544B2 (en) 2007-09-01 2012-06-12 Brusa Elektronik Ag Zero-voltage switching power converter
JP2012120294A (en) * 2010-11-30 2012-06-21 Daihen Corp Dc-dc converter
JP2014053992A (en) * 2012-09-05 2014-03-20 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Charger
CN108120893A (en) * 2016-11-30 2018-06-05 丰田自动车株式会社 Short trouble detection device
EP3847742A4 (en) * 2018-09-03 2022-08-31 Milspec Technologies Pty Ltd A dc to dc converter for a vehicle alternator
JP2022543287A (en) * 2019-08-05 2022-10-11 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング DC voltage converter and method of operating DC voltage converter

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8199544B2 (en) 2007-09-01 2012-06-12 Brusa Elektronik Ag Zero-voltage switching power converter
JP2012120294A (en) * 2010-11-30 2012-06-21 Daihen Corp Dc-dc converter
JP2014053992A (en) * 2012-09-05 2014-03-20 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Charger
CN108120893A (en) * 2016-11-30 2018-06-05 丰田自动车株式会社 Short trouble detection device
EP3847742A4 (en) * 2018-09-03 2022-08-31 Milspec Technologies Pty Ltd A dc to dc converter for a vehicle alternator
JP2022543287A (en) * 2019-08-05 2022-10-11 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング DC voltage converter and method of operating DC voltage converter
JP7291850B2 (en) 2019-08-05 2023-06-15 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング DC voltage converter and method of operating DC voltage converter
US11764695B2 (en) 2019-08-05 2023-09-19 Robert Bosch Gmbh DC-DC converter and method for operating a DC-DC converter

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