JP2008072856A - Dc/dc power conversion system - Google Patents

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JP2008072856A JP2006250441A JP2006250441A JP2008072856A JP 2008072856 A JP2008072856 A JP 2008072856A JP 2006250441 A JP2006250441 A JP 2006250441A JP 2006250441 A JP2006250441 A JP 2006250441A JP 2008072856 A JP2008072856 A JP 2008072856A
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隆浩 浦壁
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To connect an LC serial object where a capacitor and an inductor are connected in series between adjacent circuits, to improve conversion efficiency by utilizing a resonance phenomenon, and to miniaturize a device structure in a DC/DC power conversion device, having three or more circuits of an inverter circuit and a rectifier circuit and using charging/discharging of the capacitor. <P>SOLUTION: Three or more circuits of the drive inverter circuits and the rectifier circuits are connected in series, and the LC serial objects LC12 to LC34 of the capacitors and the inductors are arranged in between the adjacent circuits. The LC serial objects LC12 to LC34 are constituted so that more capacitor elements and the inductor elements of the same specification are arranged in parallel, the closer they are to low voltage-side voltage terminals VL and Vcom for input/output. Thus, capacitor capacitance is set the larger, the smaller the inductance the closer the elements to VL and Vcom, moreover, the resonance periods are each set equal, the resonance phenomenon is used effectively, and the sizes of the capacitors and inductance of the LC serial objects LC12 to LC34 are optimized. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、直流電圧を昇圧あるいは降圧した直流電圧に変換する、DC/DC電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a DC / DC power converter that converts a DC voltage into a DC voltage that is stepped up or down.

従来のDC/DC電力変換装置としてのDC/DCコンバータは、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で構成され、インバータ回路で交流電圧を作り、更に、多倍圧整流回路で高圧直流電圧を作り負荷に供給する(例えば、特許文献1参照)。   A DC / DC converter as a conventional DC / DC power converter includes an inverter circuit including at least two semiconductor switches including a semiconductor switch connected to a positive potential and a semiconductor switch connected to a negative potential. It is composed of a multiple voltage rectifier circuit with a plurality of rectifiers connected in series and a plurality of capacitors connected in series, creates an AC voltage with an inverter circuit, and further generates a high voltage DC voltage with a multiple voltage rectifier circuit Is supplied to the load (see, for example, Patent Document 1).

また従来の別例によるDC/DC電力変換装置としてのスイッチトキャパシタコンバータは、インバータ回路と2倍圧整流回路とで構成され、コンデンサと直列にインダクタを接続し、LC共振現象を利用してコンデンサへの充放電電流を増大させ、大きな電力を移行しても効率の低下が少ない電力変換を実現している(例えば、非特許文献1参照)。   A switched capacitor converter as a DC / DC power converter according to another conventional example is composed of an inverter circuit and a double voltage rectifier circuit. An inductor is connected in series with the capacitor, and an LC resonance phenomenon is used to convert the capacitor. Thus, power conversion is realized with little reduction in efficiency even when large power is transferred (see Non-Patent Document 1, for example).

特開平9−191638号公報JP-A-9-191638 出利葉史俊他:「共振形スイッチトキャパシタコンバータの制御特性」,信学技法,IEICE Technical Report,EE2005-62,pp7-12,2006年Futoshi Itoba et al .: "Control characteristics of resonant switched capacitor converter", IEICE Technical Report, IEICE Technical Report, EE2005-62, pp7-12, 2006

これらの従来のDC/DC電力変換装置では、インバータ回路と整流回路とを備え、コンデンサの充放電を利用して直流/直流電力変換を行うものであり、また、コンデンサと直列にインダクタを接続してLC共振現象を利用すると高効率で大きな電力が移行できる。この場合、整流回路を複数個接続した多倍圧整流回路で構成するとコンデンサとインダクタとのLC直列体も複数個必要となるが、仕様の等しい複数のLC直列体を用いると、各LC直列体の許容電流値を、電流値が最大のものに合わせて大きくする必要があり、装置構成の大型化を招くという問題点があった。   These conventional DC / DC power converters are provided with an inverter circuit and a rectifier circuit, and perform DC / DC power conversion using charging / discharging of a capacitor. In addition, an inductor is connected in series with the capacitor. If the LC resonance phenomenon is used, high power can be transferred with high efficiency. In this case, if a multiple voltage rectifier circuit in which a plurality of rectifier circuits are connected to each other, a plurality of LC series bodies of capacitors and inductors are also required. However, if a plurality of LC series bodies having the same specifications are used, Therefore, there is a problem that the allowable current value is increased in accordance with the maximum current value, resulting in an increase in the size of the apparatus configuration.

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、インバータ回路と整流回路とから成る3以上の回路を備え、コンデンサの充放電を利用するDC/DC電力変換装置において、回路間にコンデンサとインダクタとのLC直列体を配し共振現象を利用して変換効率を向上させると共に、装置構成の小型化を図ることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is provided with three or more circuits including an inverter circuit and a rectifier circuit, and DC / DC power conversion using charging / discharging of a capacitor. An object of the present invention is to provide an LC series body of a capacitor and an inductor between circuits to improve conversion efficiency by utilizing a resonance phenomenon and to reduce the size of the device.

この発明による第1のDC/DC電力変換装置は、制御電極によりオンオフ動作が制御される複数の半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとから成る3以上の回路を、隣接回路間にそれぞれコンデンサおよびインダクタの直列体を配して一列に接続し、入出力用電圧端子となる低電圧側電圧端子および高電圧側電圧端子をそれぞれ所定の上記平滑コンデンサの端子に接続して備える。上記複数の直列体は、低電圧側電圧端子に近いほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかもコンデンサ容量とインダクタンスとで決まる共振周期がそれぞれ等しく設定される。そして、上記複数の回路の内、所定の回路を駆動用インバータ回路に用い、他の回路を整流回路に用いて、上記各直列体のコンデンサの充放電により直流/直流変換を行うものである。   According to a first DC / DC power converter of the present invention, three or more circuits including a plurality of semiconductor switching elements and smoothing capacitors whose ON / OFF operations are controlled by a control electrode are connected in series between a capacitor and an inductor between adjacent circuits. A low voltage side voltage terminal and a high voltage side voltage terminal, which are input / output voltage terminals, are respectively connected to the terminals of the predetermined smoothing capacitor. In the plurality of series bodies, the closer to the low voltage side voltage terminal, the larger the capacitor capacity and the smaller the inductance, and the resonance periods determined by the capacitor capacity and the inductance are set to be equal. Then, among the plurality of circuits, a predetermined circuit is used as a drive inverter circuit, and another circuit is used as a rectifier circuit, and DC / DC conversion is performed by charging and discharging the capacitors in the series bodies.

この発明による第2のDC/DC電力変換装置は、制御電極によりオンオフ動作が制御される半導体スイッチング素子を2直列に平滑コンデンサの正負端子間に接続して成る回路と、ダイオード素子を2直列に平滑コンデンサの正負端子間に接続して成る回路とによる3以上の回路を、隣接回路間にそれぞれコンデンサおよびインダクタの直列体を配して一列に接続し、入出力用電圧端子となる低電圧側電圧端子および高電圧側電圧端子をそれぞれ所定の上記平滑コンデンサの端子に接続して備える。上記複数の直列体は、低電圧側電圧端子に近いほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかもコンデンサ容量とインダクタンスとで決まる共振周期がそれぞれ等しく設定される。そして、上記各直列体のコンデンサの充放電により直流/直流変換を行うものである。   A second DC / DC power converter according to the present invention comprises a circuit in which two semiconductor switching elements whose on / off operations are controlled by a control electrode are connected in series between the positive and negative terminals of a smoothing capacitor, and two diode elements in series. Connect three or more circuits, which are connected between the positive and negative terminals of a smoothing capacitor, in a row with a series of capacitors and inductors between adjacent circuits, and serve as input / output voltage terminals on the low voltage side A voltage terminal and a high voltage side voltage terminal are respectively connected to terminals of the predetermined smoothing capacitor. In the plurality of series bodies, the closer to the low voltage side voltage terminal, the larger the capacitor capacity and the smaller the inductance, and the resonance periods determined by the capacitor capacity and the inductance are set to be equal. Then, DC / DC conversion is performed by charging / discharging the capacitors in the series bodies.

この発明による第1、第2のDC/DC電力変換装置は、コンデンサとインダクタを直列接続した複数の直列体を、低電圧側電圧端子に近いほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかもコンデンサ容量とインダクタンスとで決まる共振周期がそれぞれ等しく設定した。このため、効果的に共振現象を利用して変換効率を向上できると共に、低電圧側電圧端子に近い直列体ほど許容電流値を大きくして各直列体のサイズを最適化でき、装置構成を小型化できる。   In the first and second DC / DC power converters according to the present invention, a plurality of series bodies in which a capacitor and an inductor are connected in series are arranged such that the closer to the low voltage side voltage terminal, the larger the capacitor capacity and the smaller the inductance. Resonance periods determined by inductance were set equal. For this reason, it is possible to improve the conversion efficiency by effectively using the resonance phenomenon, and the series body closer to the low voltage side voltage terminal can increase the allowable current value to optimize the size of each series body, thereby reducing the device configuration. Can be

実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1によるDC/DC電力変換装置を図について説明する。図1、図2はこの発明の実施の形態1によるDC/DC電力変換装置の回路構成を示すもので、図1は主回路を、図2は制御回路を示す。
この実施の形態1では、低電圧側電圧端子VLとVcom間の電圧V1と、高電圧側電圧端子VHとVcom間の電圧V2との間で、エネルギの移行を双方向に行う機能を有する昇降圧形のDC/DC電力変換装置について示す。電圧V2は電圧V1の約4倍となっており、ここではV1は50V、V2は約200Vとする。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a DC / DC power converter according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a circuit configuration of a DC / DC power converter according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a main circuit and FIG. 2 shows a control circuit.
In the first embodiment, the voltage V1 between the low voltage side voltage terminal VL and Vcom and the voltage raising and lowering having a function of performing bidirectional energy transfer between the voltage V2 between the high voltage side voltage terminal VH and Vcom. A pressure type DC / DC power converter will be described. The voltage V2 is about four times the voltage V1, where V1 is 50V and V2 is about 200V.

図1に示すように、DC/DC電力変換装置の主回路部は、入出力電圧V1、V2を平滑化し、またエネルギ移行のための電圧源としても機能する平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4と、複数のMOSFETとを備え、低圧側スイッチ、高圧側スイッチとしての2つのMOSFET(Mos1L、Mos1H)(Mos2L、Mos2H)(Mos3L、Mos3H)(Mos4L、Mos4H)を直列接続して各平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の両端子間に接続した回路A1、A2、A3、A4を直列接続して構成される。そして、各回路A1、A2、A3、A4内の2つのMOSFETの接続点を中間端子として、隣接する該各回路A1、A2、A3、A4の中間端子間に、コンデンサCr12(Cr12A、Cr12B、Cr12C)、Cr23(Cr23A、Cr23B)、Cr34(Cr34A)およびインダクタLr12(Lr12A、Lr12B、Lr12C)、Lr23(Lr23A、Lr23B)、Lr34(Lr34A)を直列接続して構成されエネルギ移行素子として機能するLC直列体LC12、LC23、LC34を接続する。なお、各MOSFETは、ソース、ドレイン間に寄生ダイオードが形成されているパワーMOSFETである。   As shown in FIG. 1, the main circuit unit of the DC / DC power converter smoothes input / output voltages V1 and V2, and also functions as a voltage source for energy transfer, smoothing capacitors Cs1, Cs2, Cs3, and Cs4. And two MOSFETs (Mos1L, Mos1H) (Mos2L, Mos2H) (Mos3L, Mos3H) (Mos4L, Mos4H) as low-voltage side switches and high-voltage side switches, connected in series to each smoothing capacitor Cs1 , Cs2, Cs3, and Cs4 are connected in series between circuits A1, A2, A3, and A4. Then, with the connection point of the two MOSFETs in each circuit A1, A2, A3, A4 as an intermediate terminal, a capacitor Cr12 (Cr12A, Cr12B, Cr12C) is connected between the intermediate terminals of the adjacent circuits A1, A2, A3, A4. ), Cr23 (Cr23A, Cr23B), Cr34 (Cr34A) and inductor Lr12 (Lr12A, Lr12B, Lr12C), Lr23 (Lr23A, Lr23B), Lr34 (Lr34A) are connected in series and LC series functions as an energy transfer element Connect the body LC12, LC23, LC34. Each MOSFET is a power MOSFET in which a parasitic diode is formed between the source and drain.

主回路部の接続の詳細について説明する。平滑コンデンサCs1の両端子は、それぞれ電圧端子VLとVcomに接続され、電圧端子Vcomは接地されている。平滑コンデンサCs1のVL側電圧端子は、平滑コンデンサCs2の一方の端子に接続され、平滑コンデンサCs2の他方の端子は平滑コンデンサCs3の一方の端子に、平滑コンデンサCs3の他方の端子は平滑コンデンサCs4の一方の端子に、平滑コンデンサCs4の他方の端子は電圧端子VHに接続されている。
Mos1Lのソース端子は電圧端子Vcomに、ドレイン端子はMos1Hのソース端子に、Mos1Hのドレイン端子は電圧端子VLに接続されている。Mos2Lのソース端子は平滑コンデンサCs2の低電圧側の端子に、Mos2Lのドレイン端子はMos2Hのソース端子に、Mos2Hのドレイン端子は平滑コンデンサCs2の高電圧側の端子に接続されている。Mos3Lのソース端子は平滑コンデンサCs3の低電圧側の端子に、Mos3Lのドレイン端子はMos3Hのソース端子に、Mos3Hのドレイン端子は平滑コンデンサCs3の高電圧側の端子に接続されている。Mos4Lのソース端子は平滑コンデンサCs4の低電圧側の端子に、Mos4Lのドレイン端子はMos4Hのソース端子に、Mos4Hのドレイン端子は平滑コンデンサCs4の高電圧側の端子に接続されている。
Details of connection of the main circuit section will be described. Both terminals of the smoothing capacitor Cs1 are connected to voltage terminals VL and Vcom, respectively, and the voltage terminal Vcom is grounded. The VL side voltage terminal of the smoothing capacitor Cs1 is connected to one terminal of the smoothing capacitor Cs2, the other terminal of the smoothing capacitor Cs2 is connected to one terminal of the smoothing capacitor Cs3, and the other terminal of the smoothing capacitor Cs3 is connected to the smoothing capacitor Cs4. One terminal and the other terminal of the smoothing capacitor Cs4 are connected to the voltage terminal VH.
The source terminal of Mos1L is connected to the voltage terminal Vcom, the drain terminal is connected to the source terminal of Mos1H, and the drain terminal of Mos1H is connected to the voltage terminal VL. The source terminal of Mos2L is connected to the low voltage side terminal of the smoothing capacitor Cs2, the drain terminal of Mos2L is connected to the source terminal of Mos2H, and the drain terminal of Mos2H is connected to the high voltage side terminal of the smoothing capacitor Cs2. The source terminal of Mos3L is connected to the low voltage side terminal of the smoothing capacitor Cs3, the drain terminal of Mos3L is connected to the source terminal of Mos3H, and the drain terminal of Mos3H is connected to the high voltage side terminal of the smoothing capacitor Cs3. The source terminal of Mos4L is connected to the low voltage side terminal of the smoothing capacitor Cs4, the drain terminal of Mos4L is connected to the source terminal of Mos4H, and the drain terminal of Mos4H is connected to the high voltage side terminal of the smoothing capacitor Cs4.

LC直列体LC12の一端は、Mos1LとMos1Hの接続点に接続され、他端はMos2LとMos2Hの接続点に接続されている。LC直列体LC23の一端は、Mos2LとMos2Hの接続点に接続され、他端はMos3LとMos3Hの接続点に接続されている。LC直列体LC34の一端は、Mos3LとMos3Hの接続点に接続され、他端はMos4LとMos4Hの接続点に接続されている。   One end of the LC series LC12 is connected to a connection point between Mos1L and Mos1H, and the other end is connected to a connection point between Mos2L and Mos2H. One end of the LC series LC23 is connected to a connection point between Mos2L and Mos2H, and the other end is connected to a connection point between Mos3L and Mos3H. One end of the LC series LC34 is connected to a connection point between Mos3L and Mos3H, and the other end is connected to a connection point between Mos4L and Mos4H.

Mos1L、Mos1Hのゲート端子はゲート駆動回路111の出力端子に接続され、ゲート駆動回路111の入力端子には、Mos1Lのソース端子の電圧を基準としたそれぞれのゲート駆動信号が入力される。ゲート駆動回路は、一般的なブートストラップ方式の駆動回路であり、ハーフブリッジインバータ回路駆動用のドライバICや高電圧側のMOSFETを駆動するためのコンデンサ等で構成されている。Mos2L、Mos2Hのゲート端子はゲート駆動回路112の出力端子に接続され、ゲート駆動回路112の入力端子には、Mos2Lのソース端子の電圧を基準としたそれぞれのゲート駆動信号が入力される。Mos3L、Mos3Hのゲート端子はゲート駆動回路113の出力端子に接続され、ゲート駆動回路113の入力端子には、Mos3Lのソース端子の電圧を基準としたそれぞれのゲート駆動信号が入力される。Mos4L、Mos4Hのゲート端子はゲート駆動回路114の出力端子に接続され、ゲート駆動回路114の入力端子には、Mos4Lのソース端子の電圧を基準としたそれぞれのゲート駆動信号が入力される。   The gate terminals of Mos1L and Mos1H are connected to the output terminal of the gate drive circuit 111, and the gate drive signals based on the voltage of the source terminal of Mos1L are input to the input terminal of the gate drive circuit 111. The gate drive circuit is a general bootstrap drive circuit, and includes a driver IC for driving a half-bridge inverter circuit, a capacitor for driving a MOSFET on the high voltage side, and the like. The gate terminals of Mos2L and Mos2H are connected to the output terminal of the gate drive circuit 112, and the gate drive signals based on the voltage of the source terminal of Mos2L are input to the input terminal of the gate drive circuit 112. The gate terminals of Mos3L and Mos3H are connected to the output terminal of the gate drive circuit 113, and the gate drive signal is input to the input terminal of the gate drive circuit 113 based on the voltage of the source terminal of the Mos3L. The gate terminals of Mos4L and Mos4H are connected to the output terminal of the gate drive circuit 114, and the gate drive signals based on the voltage at the source terminal of the Mos4L are input to the input terminal of the gate drive circuit 114.

Mos1L駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ121Lから、Mos1H駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ121Hから出力される。フォトカプラ121L、121Hには、ゲート信号Gate1L、Gate1Hが入力される。フォトカプラは、制御回路側の信号とゲート駆動側の信号を電気的に絶縁し、光によって信号を伝送する機能を有するものであり、信号の基準電圧の変換をするためのものである。Mos2L駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ122Lから、Mos2H駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ122Hから出力される。フォトカプラ122L、122Hには、ゲート信号Gate2L、Gate2Hが入力される。Mos3L駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ123Lから、Mos3H駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ123Hから出力される。フォトカプラ123L、123Hには、ゲート信号Gate3L、Gate3Hが入力される。Mos4L駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ124Lから、Mos4H駆動用のゲート駆動信号はフォトカプラ124Hから出力される。フォトカプラ124L、124Hには、ゲート信号Gate4L、Gate4Hが入力される。   The gate drive signal for driving Mos1L is output from the photocoupler 121L, and the gate drive signal for driving Mos1H is output from the photocoupler 121H. Gate signals Gate1L and Gate1H are input to the photocouplers 121L and 121H. The photocoupler has a function of electrically isolating a signal on the control circuit side and a signal on the gate driving side and transmitting the signal by light, and converts the reference voltage of the signal. The gate drive signal for driving Mos2L is output from the photocoupler 122L, and the gate drive signal for driving Mos2H is output from the photocoupler 122H. Gate signals Gate2L and Gate2H are input to the photocouplers 122L and 122H. The gate drive signal for driving Mos3L is output from the photocoupler 123L, and the gate drive signal for driving Mos3H is output from the photocoupler 123H. Gate signals Gate3L and Gate3H are input to the photocouplers 123L and 123H. The gate drive signal for driving Mos4L is output from the photocoupler 124L, and the gate drive signal for driving Mos4H is output from the photocoupler 124H. Gate signals Gate4L and Gate4H are input to the photocouplers 124L and 124H.

電源Vs1、Vs2、Vs3、Vs4は、それぞれMos1L、Mos2L、Mos3L、Mos4Lのソース端子を基準とした、MOSFET、ゲート駆動回路、フォトカプラを駆動するために備えられた電源である。
また図2に示すように、ゲート信号Gate1L、Gate1H、Gate2L、Gate2H、Gate3L、Gate3H、Gate4L、Gate4Hは、制御回路13にて生成される。この場合、マイクロコンピュータ等の信号処理回路において、ゲート信号を生成している。
The power supplies Vs1, Vs2, Vs3, and Vs4 are power supplies provided for driving the MOSFET, the gate drive circuit, and the photocoupler with reference to the source terminals of Mos1L, Mos2L, Mos3L, and Mos4L, respectively.
Further, as shown in FIG. 2, the gate signals Gate1L, Gate1H, Gate2L, Gate2H, Gate3L, Gate3H, Gate4L, and Gate4H are generated by the control circuit 13. In this case, a gate signal is generated in a signal processing circuit such as a microcomputer.

次に、LC直列体LC12、LC23、LC34の構成について詳述する。各コンデンサ素子Cr12A、Cr12B、Cr12C、Cr23A、Cr23B、Cr34Aは同じ仕様で、例えば許容電流20Arms、容量値2.5μFとする。LC直列体LC12のコンデンサCr12は3個のコンデンサ素子Cr12A、Cr12B、Cr12Cを並列配置して構成し、LC直列体LC23のコンデンサCr23は2個のコンデンサ素子Cr23A、Cr23Bを並列配置して構成し、LC直列体LC34のコンデンサCr34は1個のコンデンサ素子Cr34Aにて構成する。
また各インダクタ素子Lr12A、Lr12B、Lr12C、Lr23A、Lr23B、Lr34Aは同じ仕様で、例えば許容電流20Arms、インダクタンス値1.2μHとする。LC直列体LC12のインダクタLr12は3個のインダクタ素子Lr12A、Lr12B、Lr12Cを並列配置して構成し、LC直列体LC23のインダクタLr23は2個のインダクタ素子Lr23A、Lr23Bを並列配置して構成し、LC直列体LC34のインダクタLr34は1個のインダクタ素子Lr34Aにて構成する。
Next, the configuration of the LC serial bodies LC12, LC23, and LC34 will be described in detail. The capacitor elements Cr12A, Cr12B, Cr12C, Cr23A, Cr23B, and Cr34A have the same specifications, for example, an allowable current of 20 Arms and a capacitance value of 2.5 μF. The capacitor Cr12 of the LC series LC12 is configured by arranging three capacitor elements Cr12A, Cr12B, Cr12C in parallel, and the capacitor Cr23 of the LC series LC23 is configured by arranging two capacitor elements Cr23A, Cr23B in parallel. The capacitor Cr34 of the LC series LC34 is composed of one capacitor element Cr34A.
The inductor elements Lr12A, Lr12B, Lr12C, Lr23A, Lr23B, and Lr34A have the same specifications, for example, an allowable current of 20 Arms and an inductance value of 1.2 μH. The inductor Lr12 of the LC series LC12 is configured by arranging three inductor elements Lr12A, Lr12B, and Lr12C in parallel, and the inductor Lr23 of the LC series LC23 is configured by arranging two inductor elements Lr23A and Lr23B in parallel. The inductor Lr34 of the LC series body LC34 is configured by one inductor element Lr34A.

これにより、LC直列体LC12は、Cr12の容量値7.5μF(3×2.5μF)、Lr12のインダクタンス値0.4μH(1.2μH/3)、トータルの許容電流60Armsとなる。また、LC直列体LC23は、Cr23の容量値5.0μF(2×2.5μF)、Lr23のインダクタンス値0.6μH(1.2μH/2)、トータルの許容電流40Armsとなり、さらにLC直列体LC34は、Cr34の容量値2.5μF、Lr34のインダクタンス値1.2μH、トータルの許容電流20Armsとなる。
そして、各段のLC直列体LC12、LC23、LC34のインダクタンス値と容量値とで決定される共振周期は、各段でそれぞれ等しく約10.9μs、共振周波数は約92kHzとなる。
このように、LC直列体LC12、LC23、LC34は、低電圧側ほど、即ち低電圧側電圧端子VL、Vcomに近いほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されるものである。
なおこの場合、LC直列体LC12、LC23は、インダクタンス素子とコンデンサ素子とを直列接続したものを並列接続して構成したものを図示したが、インダクタンス素子を互いに並列接続したインダクタンスと、コンデンサ素子を互いに並列接続したコンデンサとを直列接続して構成しても良い。
Thereby, the LC series body LC12 has a capacitance value of Cr12 of 7.5 μF (3 × 2.5 μF), an inductance value of Lr12 of 0.4 μH (1.2 μH / 3), and a total allowable current of 60 Arms. The LC series LC23 has a capacitance value of Cr23 of 5.0 μF (2 × 2.5 μF), an inductance value of Lr23 of 0.6 μH (1.2 μH / 2), and a total allowable current of 40 Arms. The capacitance value of Cr34 is 2.5 μF, the inductance value of Lr34 is 1.2 μH, and the total allowable current is 20 Arms.
The resonance period determined by the inductance value and the capacitance value of the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 at each stage is approximately 10.9 μs and the resonance frequency is approximately 92 kHz at each stage.
As described above, the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 are set such that the closer to the low voltage side, that is, the closer to the low voltage side voltage terminals VL and Vcom, the larger the capacitor capacity and the smaller the inductance, and the equal resonance period. is there.
In this case, the LC series bodies LC12 and LC23 are shown in which inductance elements and capacitor elements connected in series are connected in parallel, but the inductance elements and capacitor elements connected in parallel to each other are shown in FIG. A capacitor connected in parallel may be connected in series.

次に、電圧V1⇒V2へのエネルギ移行動作(昇圧動作)について説明する。
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の容量値は、LC直列体LC12、LC23、LC34のコンデンサCrの容量値と比較して十分大きな値に設定される。電圧端子VL−Vcom間に入力された電圧V1を、約4倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VH−Vcom間に出力するため、電圧端子VH−Vcom間に負荷が接続され、電圧V2は4×V1よりも低い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs1には電圧V1の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4には平均的に(V2-V1)/3の電圧が充電されている。
回路A1は、電圧端子VL−Vcom間に入力されるエネルギを、MOSFET(Mos1L、Mos1H)のオンオフ動作により高電圧側に送る駆動用インバータ回路に用いられる。また、回路A2、A3、A4は、駆動用インバータ回路A1で駆動された電流を整流し、エネルギを高電圧側へ移行する整流回路として用いられる。
Next, the energy transfer operation (voltage boost operation) from voltage V1 to V2 will be described.
The capacitance values of the smoothing capacitors Cs1, Cs2, Cs3, and Cs4 are set to a sufficiently large value as compared with the capacitance value of the capacitor Cr of the LC series bodies LC12, LC23, and LC34. Since the voltage V1 input between the voltage terminals VL and Vcom is changed to a voltage V2 boosted about four times and output between the voltage terminals VH and Vcom, a load is connected between the voltage terminals VH and Vcom, and the voltage V2 Is lower than 4 × V1. In the steady state, the smoothing capacitor Cs1 is charged with the voltage V1, and the smoothing capacitors Cs2, Cs3, and Cs4 are charged with an average voltage of (V2-V1) / 3.
The circuit A1 is used in a driving inverter circuit that sends energy input between the voltage terminals VL-Vcom to the high voltage side by the on / off operation of MOSFETs (Mos1L, Mos1H). The circuits A2, A3, and A4 are used as rectifier circuits that rectify the current driven by the driving inverter circuit A1 and shift the energy to the high voltage side.

高圧側MOSFETへのゲート信号Gate1H、Gate2H、Gate3H、Gate4Hと、低圧側MOSFETへのゲート信号Gate1L、Gate2L、Gate3L、Gate4Lと、各LC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34とを図3に示す。なお、電流I12、I23、I34は、各LC直列体LC12、LC23、LC34にて並列配置されたインダクタンス素子Lrとコンデンサ素子Crとを流れる全電流を示す。電流I12、I23、I34は、図1中に示した電流方向を正として表示している。また、MOSFETはゲート信号がハイ電圧でオンする。
図3に示すように、ゲート信号は、LC直列体LC12、LC23、LC34にて定まる共振周期よりもやや大きな周期Tでデューティー約50%のオンオフ信号である。なお、tは共振周期の1/2の期間を示し、1a、1bはゲート信号のオンパルス(以下、ゲートパルスと称す)で、この場合、共振周期の1/2の期間tとほぼ一致する期間で発生される。
Gate signals Gate1H, Gate2H, Gate3H, Gate4H to the high-voltage side MOSFET, gate signals Gate1L, Gate2L, Gate3L, Gate4L to the low-voltage side MOSFET, and currents I12, I23, I34 flowing through the LC series bodies LC12, LC23, LC34 Is shown in FIG. Currents I12, I23, and I34 indicate total currents flowing through the inductance element Lr and the capacitor element Cr arranged in parallel in the LC series bodies LC12, LC23, and LC34. The currents I12, I23, and I34 are displayed with the current direction shown in FIG. 1 as positive. The MOSFET is turned on when the gate signal is at a high voltage.
As shown in FIG. 3, the gate signal is an on / off signal having a duty T of about 50% with a period T slightly larger than the resonance period determined by the LC serial bodies LC12, LC23, LC34. Note that t indicates a period of 1/2 of the resonance period, and 1a and 1b are on-pulses of the gate signal (hereinafter referred to as gate pulses). In this case, the period substantially coincides with the period t of 1/2 of the resonance period. Is generated.

低圧側MOSFETへのゲートパルス1bにより各回路A1〜A4の低圧側MOSFETであるMos1L、Mos2L、Mos3L、Mos4Lがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3に蓄えられた一部のエネルギが、以下に示す経路でコンデンサCr12、Cr23、Cr34に移行する。
Cs1⇒Mos2L⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Mos4L⇒Lr34⇒Cr34⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
When Mos1L, Mos2L, Mos3L, and Mos4L, which are the low-voltage side MOSFETs of the circuits A1 to A4, are turned on by the gate pulse 1b to the low-voltage side MOSFET, they are stored in the smoothing capacitors Cs1, Cs2, and Cs3 because there is a voltage difference. Some energy is transferred to the capacitors Cr12, Cr23, and Cr34 through the following path.
Cs1⇒Mos2L⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Mos4L⇒Lr34⇒Cr34⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L

次いで、高圧側MOSFETへのゲートパルス1aにより各回路A1〜A4の高圧側MOSFETであるMos1H、Mos2H、Mos3H、Mos4Hがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr12、Cr23、Cr34に充電されたエネルギが、以下に示す経路で平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4に移行する。
Mos1H⇒Cr12⇒Lr12⇒Mos2H⇒Cs2
Mos1H⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Cs2
Mos1H⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Cr34⇒Lr34⇒Mos4H⇒Cs4⇒Cs3⇒Cs2
Next, when Mos1H, Mos2H, Mos3H, and Mos4H, which are the high-voltage side MOSFETs of the circuits A1 to A4, are turned on by the gate pulse 1a to the high-voltage side MOSFET, the capacitors Cr12, Cr23, and Cr34 are charged because there is a voltage difference. The energy transferred to the smoothing capacitors Cs2, Cs3, and Cs4 through the following path.
Mos1H⇒Cr12⇒Lr12⇒Mos2H⇒Cs2
Mos1H⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Cs2
Mos1H⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Cr34⇒Lr34⇒Mos4H⇒Cs4⇒Cs3⇒Cs2

このように昇圧動作では、コンデンサCr12、Cr23、Cr24の充放電により、平滑コンデンサCs1から平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4にエネルギを移行する。そして、電圧端子VLとVcom間に入力された電圧V1を、約4倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VHとVcom間に出力する。   As described above, in the boosting operation, energy is transferred from the smoothing capacitor Cs1 to the smoothing capacitors Cs2, Cs3, and Cs4 by charging and discharging the capacitors Cr12, Cr23, and Cr24. Then, the voltage V1 input between the voltage terminals VL and Vcom is changed to a voltage V2 boosted about four times and output between the voltage terminals VH and Vcom.

次に、電圧V2⇒V1のエネルギ移行動作(降圧動作)について説明する。
電圧端子VH−Vcom間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして電圧端子VL−Vcom間に出力するため、電圧端子VL−Vcom間に負荷が接続され、電圧V2は4×V1よりも高い値となっている。
この場合、回路A4は、駆動用インバータ回路に用いられ、回路A1〜A3は整流回路として用いられる。
降圧動作における、高圧側MOSFETへのゲート信号Gate1H、Gate2H、Gate3H、Gate4Hと、低圧側MOSFETへのゲート信号Gate1L、Gate2L、Gate3L、Gate4Lと、各LC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34とを図4に示す。
図4に示すように、降圧動作時のゲート信号も昇圧動作時と同様で、LC直列体LC12、LC23、LC34にて定まる共振周期よりもやや大きな周期Tでデューティー約50%のオンオフ信号である。1c、1dはゲートパルスで、共振周期の1/2の期間tとほぼ一致する期間で発生される。
Next, the energy transition operation (voltage step-down operation) from voltage V2 to V1 will be described.
Since the voltage V2 input between the voltage terminals VH and Vcom is output to the voltage terminal VL-Vcom as a voltage V1 stepped down by about 1/4, a load is connected between the voltage terminals VL-Vcom, The voltage V2 is higher than 4 × V1.
In this case, the circuit A4 is used as a drive inverter circuit, and the circuits A1 to A3 are used as rectifier circuits.
In step-down operation, the gate signals Gate1H, Gate2H, Gate3H, Gate4H to the high-voltage side MOSFET, the gate signals Gate1L, Gate2L, Gate3L, Gate4L to the low-voltage side MOSFET, and the current I12 flowing through each LC series LC12, LC23, LC34, I23 and I34 are shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the gate signal at the time of the step-down operation is the same as that at the time of the step-up operation, and is an on / off signal with a duty of about 50% with a period T slightly larger than the resonance period determined by the LC serial bodies LC12, LC23, LC34. . Reference numerals 1c and 1d denote gate pulses, which are generated in a period substantially coincident with a period t which is a half of the resonance period.

高圧側MOSFETへのゲートパルス1cにより各回路A1〜A4の高圧側MOSFETであるMos1H、Mos2H、Mos3H、Mos4Hがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4に蓄えられた一部のエネルギが、以下に示す経路でコンデンサCr12、Cr23、Cr34に移行する。
Cs2⇒Cs3⇒Cs4⇒Mos4H⇒Lr34⇒Cr34⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
Cs2⇒Mos2H⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
When Mos1H, Mos2H, Mos3H, and Mos4H, which are the high-voltage side MOSFETs of the circuits A1 to A4, are turned on by the gate pulse 1c to the high-voltage side MOSFET, there is a voltage difference, so that they are stored in the smoothing capacitors Cs2, Cs3, Cs4 Some energy is transferred to the capacitors Cr12, Cr23, and Cr34 through the following path.
Cs2⇒Cs3⇒Cs4⇒Mos4H⇒Lr34⇒Cr34⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
Cs2⇒Mos2H⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H

次いで、低圧側MOSFETへのゲートパルス1dにより各回路A1〜A4の低圧側MOSFETであるMos1L、Mos2L、Mos3L、Mos4Lがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr12、Cr23、Cr34に充電されたエネルギが、以下に示す経路で平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3に移行する。
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Cr34⇒Lr34⇒Mos4L⇒Cs3⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
Cr12⇒Lr12⇒Mos2L⇒Cs1⇒Mos1L
Next, when Mos1L, Mos2L, Mos3L, and Mos4L, which are the low-voltage side MOSFETs of the circuits A1 to A4, are turned on by the gate pulse 1d to the low-voltage side MOSFET, the capacitors Cr12, Cr23, and Cr34 are charged because there is a voltage difference. The energy transferred to the smoothing capacitors Cs1, Cs2, and Cs3 through the following path.
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Cr34⇒Lr34⇒Mos4L⇒Cs3⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
Cr12⇒Lr12⇒Mos2L⇒Cs1⇒Mos1L

このように降圧動作では、コンデンサCr12、Cr23、Cr34の充放電により、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4から平滑コンデンサCs1にエネルギを移行する。そして、電圧端子VHとVcom間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして電圧端子VLとVcom間に出力する。   As described above, in the step-down operation, energy is transferred from the smoothing capacitors Cs2, Cs3, and Cs4 to the smoothing capacitor Cs1 by charging and discharging the capacitors Cr12, Cr23, and Cr34. Then, the voltage V2 input between the voltage terminals VH and Vcom is converted to a voltage V1 that is stepped down by about 1/4 and output between the voltage terminals VL and Vcom.

図3、図4に示すように、各電圧段のLC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34は、昇圧動作時と降圧動作時とで向きが逆になるが、その比はいずれも、I12:I23:I34=3:2:1になる。この場合、最大電流値は、I12が実効値60Arms、I23が実効値40Arms、I34が実効値20Armsである。
上述したように、LC直列体LC12は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ3個ずつ並列配置し、LC直列体LC23は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ2個ずつ並列配置し、LC直列体LC34は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ1個で構成した。即ち、各電圧段のLC直列体LC12、LC23、LC34は、流れる電流I12、I23、I34の最大電流値に応じてコンデンサ素子、インダクタ素子の並列配置する必要最小限の個数が決められて、低電圧側、即ち低電圧側電圧端子VL、Vcomに近いほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されている。
このため、各LC直列体LC12、LC23、LC34を構成するコンデンサやインダクタのサイズを容易に最適化でき、小型で安価な装置構成を実現できる。また、各LC直列体LC12、LC23、LC34を同じ仕様のコンデンサ素子、インダクタ素子を用いて構成したため、部品コストをさらに低減できる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the directions of the currents I12, I23, and I34 flowing through the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 of the respective voltage stages are reversed between the boost operation and the buck operation. In either case, I12: I23: I34 = 3: 2: 1. In this case, the maximum current value is an effective value of 60 Arms for I12, an effective value of 40 Arms for I23, and an effective value of 20 Arms for I34.
As described above, the LC series body LC12 has three capacitor elements and three inductor elements arranged in parallel, the LC series body LC23 has two capacitor elements and two inductor elements arranged in parallel, and the LC series body LC34 has Each of the capacitor element and the inductor element is composed of one piece. That is, the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 of each voltage stage have a minimum required number of capacitor elements and inductor elements arranged in parallel according to the maximum current values of the flowing currents I12, I23, and I34. The closer to the voltage side, that is, the low voltage side voltage terminals VL and Vcom, the larger the capacitor capacity and the smaller the inductance, and the equal resonance periods are set.
For this reason, it is possible to easily optimize the size of the capacitors and inductors constituting the LC series bodies LC12, LC23, and LC34, and to realize a small and inexpensive device configuration. Moreover, since each LC serial body LC12, LC23, and LC34 is configured using the capacitor element and the inductor element having the same specifications, the component cost can be further reduced.

なお、この実施の形態では、駆動用インバータ回路のゲート信号と整流回路のゲート信号は同じものとしたが、昇圧動作時では駆動用インバータ回路A1のゲートパルスを、降圧動作時では駆動用インバータ回路A4のゲートパルスを、それぞれ整流回路のゲートパルスよりも長くしても良い。昇圧動作時の整流回路A2〜A4および降圧動作時の整流回路A1ではゲート信号がロウ電圧時もMOSFETの寄生ダイオードを介して電流が流れるため、共振周期の1/2の期間tでエネルギ移行できる。降圧動作時の整流回路A2、A3を含め、これらの整流回路ではゲート信号が共振周期の1/2の期間tを過ぎてもハイ電圧であれば電流が逆流するため、ハイ電圧の期間は共振周期の1/2の期間tを超えないようにして、MOSFETの寄生ダイオードにより逆流を防止する。
この実施の形態では、各LC直列体LC12、LC23、LC34の共振周期が等しいため、各整流回路のゲート信号を各共振周期に応じて変える必要がなく、容易に効果的に共振現象を利用でき高効率のDC/DC電力変換装置が実現できる。さらに、整流回路にMOSFETを用いたことでダイオードに比して導通損失が低減できるため、さらに変換効率が向上する。
In this embodiment, the gate signal of the drive inverter circuit and the gate signal of the rectifier circuit are the same, but the gate pulse of the drive inverter circuit A1 is used during the boost operation, and the drive inverter circuit is used during the step-down operation. The A4 gate pulse may be longer than the gate pulse of the rectifier circuit. In the rectifier circuits A2 to A4 during the step-up operation and the rectifier circuit A1 during the step-down operation, a current flows through the parasitic diode of the MOSFET even when the gate signal is a low voltage. . In these rectifier circuits including the rectifier circuits A2 and A3 at the time of the step-down operation, the current flows backward if the voltage is high even if the gate signal has passed the period t which is a half of the resonance period. The reverse current is prevented by the parasitic diode of the MOSFET so as not to exceed the period t which is ½ of the period.
In this embodiment, since the resonance period of each LC series LC12, LC23, LC34 is equal, it is not necessary to change the gate signal of each rectifier circuit according to each resonance period, and the resonance phenomenon can be easily and effectively used. A highly efficient DC / DC power converter can be realized. Furthermore, the use of MOSFETs in the rectifier circuit can reduce conduction loss compared to diodes, further improving conversion efficiency.

また、上記実施の形態の降圧動作時に、回路A1〜A3を整流回路に用いるとした。回路A1は実質的に整流のために用いられるが、回路A2、A3は、MOSFETのオンオフ動作により移行エネルギ量を制御する駆動用の回路でもある。この場合、上記のように、ゲート信号のハイ電圧の期間を共振周期の1/2の期間tを超えないようにして、MOSFETの寄生ダイオードにより逆流を防止する回路であることから、整流回路と見なしている。   Further, the circuits A1 to A3 are used for the rectifier circuit during the step-down operation of the above embodiment. Although the circuit A1 is substantially used for rectification, the circuits A2 and A3 are also driving circuits that control the amount of energy transferred by the on / off operation of the MOSFET. In this case, as described above, since the high voltage period of the gate signal does not exceed the period t which is a half of the resonance period, the parasitic diode of the MOSFET prevents the backflow. I consider it.

また、上記実施の形態では、高圧側MOSFETと低圧側MOSFETとのオン状態が重ならないようにするため、高圧側MOSFETと低圧側MOSFETとのスイッチの切り替わり時に、例えば1μs程度の時間余裕を設けた。この時間余裕は、用いる半導体スイッチ素子の立ち上がり、立ち下がり時間や応答遅れ時間に依存するが、10ns〜10μsの間に設定される。   Further, in the above embodiment, in order to prevent the ON state of the high-voltage side MOSFET and the low-voltage side MOSFET from overlapping, a time margin of, for example, about 1 μs is provided when the switch between the high-voltage side MOSFET and the low-voltage side MOSFET is switched. . This time margin depends on the rise and fall times and response delay time of the semiconductor switch element to be used, but is set between 10 ns and 10 μs.

また、上記実施の形態では、駆動用インバータ回路、整流回路内のスイッチング素子に、ソース、ドレイン間に寄生ダイオードが形成されているパワーMOSFETを用いたが、IGBT等、制御電極でオンオフ動作が制御できる他の半導体スイッチング素子でも良く、その場合ダイオードが逆並列接続されたものを用い、このダイオードがパワーMOSFETの寄生ダイオードの機能を果たす。これにより、上記実施の形態と同様の制御により同様の効果が得られる。   In the above embodiment, a power MOSFET in which a parasitic diode is formed between the source and drain is used as the switching element in the drive inverter circuit and rectifier circuit. However, the on / off operation is controlled by a control electrode such as an IGBT. Other semiconductor switching elements that can be used may be used, in which case a diode connected in antiparallel is used, and this diode functions as a parasitic diode of the power MOSFET. Thereby, the same effect is acquired by the control similar to the said embodiment.

実施の形態2.
上記実施の形態1では、LC直列体LC12、LC23、LC34のインダクタのインダクタンス値は、最大電流値に反比例して、また、コンデンサの容量値は最大電流値に比例していたが、これに限るものではない。例えば、各電圧段のLC直列体LC12、LC23、LC34を流れる最大電流値が、Ir12は80Arms、Ir23は53.3Arms、Ir34は26.7Armsとして、上記実施の形態1で用いたコンデンサ素子(2.5μF/20Arms)とインダクタ素子(1.2μH/20Arms)とを使用する場合は次のように使用する。LC直列体LC12のLr12、Cr12はコンデンサ素子、インダクタ素子を各4並列、LC直列体LC23のLr23、Cr23はコンデンサ素子、インダクタ素子を各3並列、LC直列体LC34のLr34、Cr34はコンデンサ素子、インダクタ素子を各2並列となる。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the inductance values of the inductors of the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 are inversely proportional to the maximum current value, and the capacitance value of the capacitor is proportional to the maximum current value. It is not a thing. For example, the maximum current value flowing through the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 of each voltage stage is 80 Arms for Ir12, 53.3 Arms for Ir23, and 26.7 Arms for Ir34, and the capacitor element (2 .5μF / 20Arms) and inductor element (1.2μH / 20Arms) are used as follows. LC series body LC12 Lr12, Cr12 is a capacitor element, 4 inductor elements each in parallel, LC series body LC23 Lr23, Cr23 is a capacitor element, 3 inductor elements each in parallel, LC series body LC34 Lr34, Cr34 is a capacitor element, Two inductor elements are arranged in parallel.

この実施の形態においても、各電圧段のLC直列体LC12、LC23、LC34は、流れる電流I12、I23、I34の最大電流値に応じてコンデンサ素子、インダクタ素子の並列配置する必要最小限の個数が決められて、低電圧側ほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されている。
このため、各LC直列体LC12、LC23、LC34を構成するコンデンサやインダクタのサイズを所定のコンデンサ素子、インダクタ素子を用いて容易に最適化でき、小型で安価な装置構成を実現できる。また、各LC直列体LC12、LC23、LC34を同じ仕様のコンデンサ素子、インダクタ素子を用いて構成したため、部品コストをさらに低減できる。
Also in this embodiment, the LC series bodies LC12, LC23, LC34 of each voltage stage have a minimum necessary number of capacitor elements and inductor elements arranged in parallel according to the maximum current values of the flowing currents I12, I23, I34. The lower the voltage side, the larger the capacitor capacity and the smaller the inductance, and the resonance periods are set to be equal.
For this reason, the size of the capacitors and inductors constituting each LC serial body LC12, LC23, LC34 can be easily optimized using the predetermined capacitor elements and inductor elements, and a small and inexpensive apparatus configuration can be realized. Moreover, since each LC serial body LC12, LC23, and LC34 is configured using the capacitor element and the inductor element having the same specifications, the component cost can be further reduced.

実施の形態3.
上記実施の形態1では、各LC直列体LC12、LC23、LC34を同じ仕様のコンデンサ素子、インダクタ素子を用い、流れる電流I12、I23、I34の最大電流値に応じて並列配置する個数を決めていた。
この実施の形態では、各LC直列体LC12、LC23、LC34をそれぞれ1つのコンデンサ素子と1つのインダクタ素子とを直列接続して構成する。そして、上記実施の形態1と同様に、LC直列体LC12は、Cr12の容量値7.5μF、Lr12のインダクタンス値0.4μH、許容電流60Armsとする。また、LC直列体LC23は、Cr23の容量値5.0μF、Lr23のインダクタンス値0.6μH、許容電流40Armsとし、さらにLC直列体LC34は、Cr34の容量値2.5μF、Lr34のインダクタンス値1.2μH、許容電流20Armsとする。
Embodiment 3 FIG.
In the first embodiment, the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 use the same specification capacitor elements and inductor elements, and the number of parallel arrangements is determined according to the maximum current values of the flowing currents I12, I23, and I34. .
In this embodiment, each LC series body LC12, LC23, LC34 is configured by connecting one capacitor element and one inductor element in series. As in the first embodiment, the LC series LC12 has a Cr12 capacitance value of 7.5 μF, an Lr12 inductance value of 0.4 μH, and an allowable current of 60 Arms. The LC series body LC23 has a Cr23 capacitance value of 5.0 μF, an Lr23 inductance value of 0.6 μH, and an allowable current of 40 Arms, and the LC series body LC34 has a Cr34 capacitance value of 2.5 μF and an Lr34 inductance value of 1. 2μH, allowable current 20Arms.

この場合、LC直列体LC34のインダクタLr34、コンデンサCr34を基準とすると、LC直列体LC12のインダクタLr12は、インダクタLr34の巻き線数を1/3にし、コンデンサCr12はコンデンサCr34の電極面積を3倍にする。これにより、インダクタLr12は直流抵抗値を1/3にして磁気飽和を決める磁束密度も1/3にすることができるため、許容電流値を容易に3倍にできる。コンデンサCr12は、コンデンサCr34の電極面積を3倍にするだけで、容易に許容電流値を容易に3倍にできる。同様に、LC直列体LC23のインダクタLr23は、インダクタLr34の巻き線数を1/2にし、コンデンサCr23はコンデンサCr34の電極面積を2倍にする。これにより、インダクタLr23は直流抵抗値を1/2にして磁気飽和を決める磁束密度も1/2にすることができるため、許容電流値を容易に2倍にできる。コンデンサCr23は、コンデンサCr34の電極面積を2倍にするだけで、容易に許容電流値を容易に2倍にできる。   In this case, based on the inductor Lr34 and capacitor Cr34 of the LC series LC34, the inductor Lr12 of the LC series LC12 reduces the number of windings of the inductor Lr34 to 1/3, and the capacitor Cr12 triples the electrode area of the capacitor Cr34. To. As a result, the inductor Lr12 can reduce the direct current resistance value to 1/3 and the magnetic flux density that determines magnetic saturation to 1/3, so that the allowable current value can be easily tripled. The capacitor Cr12 can easily triple the allowable current value by simply triple the electrode area of the capacitor Cr34. Similarly, the inductor Lr23 of the LC series LC23 halves the number of windings of the inductor Lr34, and the capacitor Cr23 doubles the electrode area of the capacitor Cr34. As a result, the inductor Lr23 can halve the direct current resistance value and halve the magnetic flux density that determines magnetic saturation, so that the allowable current value can be easily doubled. The capacitor Cr23 can easily double the allowable current value simply by doubling the electrode area of the capacitor Cr34.

この実施の形態においても、各電圧段のLC直列体LC12、LC23、LC34は、流れる電流I12、I23、I34の最大電流値に応じてコンデンサ容量およびインダクタンスが決められ、低電圧側ほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されている。
このため、各LC直列体LC12、LC23、LC34を構成するコンデンサやインダクタのサイズを所定のコンデンサ素子、インダクタ素子を用いて容易に最適化でき、小型で安価な装置構成を実現できる。
Also in this embodiment, the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 of each voltage stage have their capacitor capacity and inductance determined according to the maximum current values of the flowing currents I12, I23, and I34, and the capacitor capacity increases as the voltage becomes lower. The inductance is large and the resonance period is set to be equal.
For this reason, the size of the capacitors and inductors constituting each LC serial body LC12, LC23, LC34 can be easily optimized using the predetermined capacitor elements and inductor elements, and a small and inexpensive apparatus configuration can be realized.

実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4によるDC/DC電力変換装置を図について説明する。図5はこの発明の実施の形態4によるDC/DC電力変換装置の回路構成を示す。
この実施の形態4では、電圧端子VLとVcom間の電圧V1から電圧端子VHとVcom間の電圧V2へエネルギを移行する昇圧形のDC/DC電力変換装置について示す。上記実施の形態1と同様に、電圧V2は電圧V1の約4倍となっており、V1は50V、V2は約200Vとする。
Embodiment 4 FIG.
Next, a DC / DC power conversion apparatus according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows a circuit configuration of a DC / DC power converter according to Embodiment 4 of the present invention.
In the fourth embodiment, a step-up DC / DC power converter that transfers energy from a voltage V1 between voltage terminals VL and Vcom to a voltage V2 between voltage terminals VH and Vcom is shown. Similar to the first embodiment, the voltage V2 is about four times the voltage V1, V1 is 50V, and V2 is about 200V.

この実施の形態では図5に示すように、図1で示した上記実施の形態1によるDC/DC電力変換装置における回路A1〜A4の替わりに、回路A1a〜A4aを用い、回路A1aは回路A1と同様の構成、回路A2a〜A4aは、2つのMOSFET(Mos2L、Mos2H)(Mos3L、Mos3H)(Mos4L、Mos4H)をそれぞれダイオード(Di2L、Di2H)(Di3L、Dis3H)(Di4L、Di4H)に置き換えている。即ち、駆動用インバータ回路A1aは、低圧側スイッチ、高圧側スイッチとしての2つのMOSFET(Mos1L、Mos1H)を直列接続して平滑コンデンサCs1の両端子間に接続して構成される。また整流回路A2a〜A4aは、それぞれ2つのダイオード(Di2L、Di2H)(Di3L、Di3H)(Di4L、Di4H)を直列接続して各平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4の両端子間に接続して構成される。これに伴い、MOSFETを駆動するためのゲート駆動回路111、フォトカプラ121H、121L、電源Vs1、ゲート信号Gate1H、Gate1Lは、MOSFET(Mos1L、Mos1H)に対するもの以外は削除され、この場合、制御回路13aからゲート信号Gate1H、Gate1Lのみが出力される。その他の構成は、図1で示した上記実施の形態1と同じである。   In this embodiment, as shown in FIG. 5, circuits A1a to A4a are used instead of the circuits A1 to A4 in the DC / DC power converter according to the first embodiment shown in FIG. 1, and the circuit A1a is a circuit A1. In the same configuration, circuits A2a to A4a replace two MOSFETs (Mos2L, Mos2H) (Mos3L, Mos3H) (Mos4L, Mos4H) with diodes (Di2L, Di2H) (Di3L, Dis3H) (Di4L, Di4H), respectively. Yes. That is, the drive inverter circuit A1a is configured by connecting two MOSFETs (Mos1L, Mos1H) as a low-voltage side switch and a high-voltage side switch in series and connecting between both terminals of the smoothing capacitor Cs1. The rectifier circuits A2a to A4a are configured by connecting two diodes (Di2L, Di2H) (Di3L, Di3H) (Di4L, Di4H) in series and connecting them between both terminals of the smoothing capacitors Cs2, Cs3, Cs4. The Accordingly, the gate drive circuit 111, the photocouplers 121H and 121L, the power supply Vs1 and the gate signals Gate1H and Gate1L for driving the MOSFET are deleted except for those for the MOSFETs (Mos1L and Mos1H). In this case, the control circuit 13a Outputs only gate signals Gate1H and Gate1L. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

次に、動作について説明する。
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の容量値は、LC直列体LC12、LC23、LC34のコンデンサCrの容量値と比較して十分大きな値に設定される。電圧端子VL−Vcom間に入力された電圧V1を、約4倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VH−Vcom間に出力するため、電圧端子VH−Vcom間に負荷が接続され、電圧V2は4×V1よりも低い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs1には電圧V1の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4には平均的に(V2-V1)/3の電圧が充電されている。
駆動用インバータ回路A1aは、電圧端子VL−Vcom間に入力されるエネルギを、MOSFET(Mos1L、Mos1H)のオンオフ動作により高電圧側に送り、整流回路A2a〜A4aは、駆動用インバータ回路A1aで駆動された電流を整流し、エネルギを高電圧側へ移行する。
Next, the operation will be described.
The capacitance values of the smoothing capacitors Cs1, Cs2, Cs3, and Cs4 are set to a sufficiently large value as compared with the capacitance value of the capacitor Cr of the LC series bodies LC12, LC23, and LC34. Since the voltage V1 input between the voltage terminals VL and Vcom is changed to a voltage V2 boosted about four times and output between the voltage terminals VH and Vcom, a load is connected between the voltage terminals VH and Vcom, and the voltage V2 Is lower than 4 × V1. In the steady state, the smoothing capacitor Cs1 is charged with the voltage V1, and the smoothing capacitors Cs2, Cs3, and Cs4 are charged with an average voltage of (V2-V1) / 3.
The drive inverter circuit A1a sends the energy input between the voltage terminals VL and Vcom to the high voltage side by turning on and off the MOSFETs (Mos1L, Mos1H), and the rectifier circuits A2a to A4a are driven by the drive inverter circuit A1a The rectified current is rectified, and energy is transferred to the high voltage side.

高圧側MOSFETへのゲート信号Gate1Hと、低圧側MOSFETへのゲート信号Gate1Lと、各LC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34とを図6に示す。
図6に示すように、ゲート信号は、LC直列体LC12、LC23、LC34にて定まる共振周期よりもやや大きな周期Tでデューティー約50%のオンオフ信号である。なお、tは共振周期の1/2の期間を示し、1e、1fはゲート信号のオンパルス(以下、ゲートパルスと称す)で、この場合、共振周期の1/2の期間tとほぼ一致する期間で発生される。
上記実施の形態1の昇圧動作時には、整流回路内のMOSFETを流れていた電流が、この実施の形態ではダイオードを流れるため、導通損失が発生するものであるが、上記実施の形態1と同様の昇圧動作により、各LC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34も上記実施の形態1の場合とほぼ同様である。
FIG. 6 shows a gate signal Gate1H to the high-voltage side MOSFET, a gate signal Gate1L to the low-voltage side MOSFET, and currents I12, I23, and I34 flowing through the LC series bodies LC12, LC23, and LC34.
As shown in FIG. 6, the gate signal is an on / off signal having a duty T of about 50% with a period T slightly larger than the resonance period determined by the LC serial bodies LC12, LC23, LC34. Note that t indicates a period of 1/2 of the resonance period, and 1e and 1f are on-pulses (hereinafter referred to as gate pulses) of the gate signal, and in this case, periods substantially coincide with the period t of 1/2 of the resonance period. Is generated.
During the step-up operation of the first embodiment, the current flowing through the MOSFET in the rectifier circuit flows through the diode in this embodiment, and thus conduction loss occurs. However, the current is the same as in the first embodiment. The currents I12, I23, and I34 flowing through the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 by the boosting operation are substantially the same as those in the first embodiment.

上述したように、LC直列体LC12は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ3個ずつ並列配置し、LC直列体LC23は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ2個ずつ並列配置し、LC直列体LC34は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ1個で構成した。また、各LC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34は、I12:I23:I34=3:2:1になる。即ち、上記実施の形態1と同様に、各電圧段のLC直列体LC12、LC23、LC34は、流れる電流I12、I23、I34の最大電流値に応じてコンデンサ素子、インダクタ素子の並列配置する必要最小限の個数が決められて、低電圧側ほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されている。
このため、各LC直列体LC12、LC23、LC34を構成するコンデンサやインダクタのサイズを容易に最適化でき、小型で安価な装置構成を実現できる。また、各LC直列体LC12、LC23、LC34を同じ仕様のコンデンサ素子、インダクタ素子を用いて構成したため、部品コストをさらに低減できる。
As described above, the LC series body LC12 has three capacitor elements and three inductor elements arranged in parallel, the LC series body LC23 has two capacitor elements and two inductor elements arranged in parallel, and the LC series body LC34 has Each of the capacitor element and the inductor element is composed of one piece. Further, the currents I12, I23, and I34 flowing through the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 are I12: I23: I34 = 3: 2: 1. That is, as in the first embodiment, the LC series bodies LC12, LC23, LC34 of each voltage stage are the minimum necessary to arrange capacitor elements and inductor elements in parallel according to the maximum current values of the flowing currents I12, I23, I34. A limited number is determined, and the lower the voltage side, the larger the capacitor capacity and the smaller the inductance, and the equal resonance period is set.
For this reason, it is possible to easily optimize the size of the capacitors and inductors constituting the LC series bodies LC12, LC23, and LC34, and to realize a small and inexpensive device configuration. Moreover, since each LC serial body LC12, LC23, and LC34 is configured using the capacitor element and the inductor element having the same specifications, the component cost can be further reduced.

実施の形態5.
次に、この発明の実施の形態5によるDC/DC電力変換装置を図について説明する。図7はこの発明の実施の形態5によるDC/DC電力変換装置の回路構成を示す。
この実施の形態5では、電圧端子VH、Vcom間の電圧V2から電圧端子VL、Vcom間の電圧V1へエネルギを移行する降圧形のDC/DC電力変換装置について示す。上記実施の形態1と同様に、電圧V2は電圧V1の約4倍となっており、V1は50V、V2は約200Vとする。
この実施の形態では図7に示すように、図1で示した上記実施の形態1によるDC/DC電力変換装置における回路A1〜A4の替わりに、回路A1b〜A4bを用い、回路A2b〜A4bは回路A2〜A4と同様の構成、回路A1bは、2つのMOSFET(Mos1L、Mos1H)をそれぞれダイオード(Di1L、Di1H)に置き換えている。即ち、駆動用インバータ回路A4bと整流回路A2b、A3bとは、低圧側スイッチ、高圧側スイッチとしてのそれぞれ2つのMOSFETを直列接続して平滑コンデンサCs4、Cs2、Cs3の両端子間に接続して構成される。また整流回路A1bは、2つのダイオード(Di1L、Di1H)を直列接続して平滑コンデンサCs1の両端子間に接続して構成される。これに伴い、実施の形態1における回路A1内のMOSFETを駆動するためのゲート駆動回路111、フォトカプラ121H、121L、電源Vs1、ゲート信号Gate1H、Gate1Lは削除され、この場合、制御回路からゲート信号Gate2H〜Gate4H、Gate2L〜Gate4Lのみが出力される。その他の構成は、図1で示した上記実施の形態1と同じである。
Embodiment 5. FIG.
Next, a DC / DC power conversion apparatus according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 shows a circuit configuration of a DC / DC power conversion apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
In the fifth embodiment, a step-down DC / DC power converter that transfers energy from a voltage V2 between voltage terminals VH and Vcom to a voltage V1 between voltage terminals VL and Vcom is shown. Similar to the first embodiment, the voltage V2 is about four times the voltage V1, V1 is 50V, and V2 is about 200V.
In this embodiment, as shown in FIG. 7, instead of the circuits A1 to A4 in the DC / DC power converter according to the first embodiment shown in FIG. 1, circuits A1b to A4b are used, and the circuits A2b to A4b are A circuit A1b having the same configuration as the circuits A2 to A4 has two MOSFETs (Mos1L and Mos1H) replaced with diodes (Di1L and Di1H), respectively. That is, the drive inverter circuit A4b and the rectifier circuits A2b and A3b are configured by connecting two MOSFETs in series as a low-voltage side switch and a high-voltage side switch and connecting them between both terminals of the smoothing capacitors Cs4, Cs2, and Cs3. Is done. The rectifier circuit A1b is configured by connecting two diodes (Di1L, Di1H) in series and connecting between both terminals of the smoothing capacitor Cs1. Accordingly, the gate drive circuit 111, the photocouplers 121H and 121L, the power supply Vs1, and the gate signals Gate1H and Gate1L for driving the MOSFET in the circuit A1 in the first embodiment are deleted. In this case, the gate signal is output from the control circuit. Only Gate2H to Gate4H and Gate2L to Gate4L are output. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

上記実施の形態1の降圧動作時には、整流回路A1内のMOSFETを流れていた電流が、この実施の形態では整流回路A1b内のダイオードを流れるため、導通損失が発生するものであるが、上記実施の形態1と同様の降圧動作により、各LC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34も上記実施の形態1の場合とほぼ同様で、I12:I23:I34=3:2:1になる。
即ち、上記実施の形態1と同様に、各電圧段のLC直列体LC12、LC23、LC34は、流れる電流I12、I23、I34の最大電流値に応じてコンデンサ素子、インダクタ素子の並列配置する必要最小限の個数が決められて、低電圧側ほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されている。
このため、各LC直列体LC12、LC23、LC34を構成するコンデンサやインダクタのサイズを容易に最適化でき、小型で安価な装置構成を実現できる。また、各LC直列体LC12、LC23、LC34を同じ仕様のコンデンサ素子、インダクタ素子を用いて構成したため、部品コストをさらに低減できる。
During the step-down operation of the first embodiment, the current flowing through the MOSFET in the rectifier circuit A1 flows through the diode in the rectifier circuit A1b in this embodiment, so that conduction loss occurs. By the step-down operation similar to that of the first embodiment, the currents I12, I23, I34 flowing through the LC series bodies LC12, LC23, LC34 are substantially the same as in the first embodiment, and I12: I23: I34 = 3: 2: 1
That is, as in the first embodiment, the LC series bodies LC12, LC23, LC34 of each voltage stage are the minimum necessary to arrange capacitor elements and inductor elements in parallel according to the maximum current values of the flowing currents I12, I23, I34. A limited number is determined, and the lower the voltage side, the larger the capacitor capacity, the smaller the inductance, and the equal resonance period.
For this reason, it is possible to easily optimize the sizes of capacitors and inductors constituting each LC series body LC12, LC23, and LC34, and to realize a small and inexpensive device configuration. Moreover, since each LC serial body LC12, LC23, and LC34 is configured using the capacitor element and the inductor element having the same specifications, the component cost can be further reduced.

なお、上記実施の形態4、5においても、LC直列体LC12、LC23、LC34を上記実施の形態2、3で示したように構成しても良く、それぞれ同様の効果を有する。   In the fourth and fifth embodiments, the LC serial bodies LC12, LC23, and LC34 may be configured as shown in the second and third embodiments, and each has the same effect.

実施の形態6.
これまで入出力電圧(V1、V2)が、非絶縁のタイプの実施の形態について述べてきた。ここでは、トランスを備えて入出力電圧が絶縁されているDC/DC電力変換装置について示す。
図8、図9はこの発明の実施の形態6によるDC/DC電力変換装置の回路構成を示し、図8は主回路を、図9は制御回路を示す。
この実施の形態6では、低電圧側電圧端子VLとVcom間の電圧V1と、基準電圧レベルが異なる高電圧側電圧端子VHとVcom間の電圧V2との間で、エネルギの移行を双方向に行う機能を有する昇降圧形のDC/DC電力変換装置について示す。電圧V2は電圧V1の約8倍である。
図8に示すように、第1の回路としての回路B0と第2の回路としての回路B1〜B4とを備え、回路B0と回路B1とは、1:1の巻き線比のトランスTrを介して接続される。
Embodiment 6 FIG.
So far, the input / output voltages (V1, V2) have been described for non-insulated type embodiments. Here, a DC / DC power conversion device including a transformer and having isolated input / output voltages is shown.
8 and 9 show a circuit configuration of a DC / DC power converter according to Embodiment 6 of the present invention, FIG. 8 shows a main circuit, and FIG. 9 shows a control circuit.
In the sixth embodiment, energy transfer is bidirectional between the voltage V1 between the low voltage side voltage terminals VL and Vcom and the voltage V2 between the high voltage side voltage terminals VH and Vcom having different reference voltage levels. A step-up / step-down DC / DC power converter having a function to be performed is described. The voltage V2 is about 8 times the voltage V1.
As shown in FIG. 8, a circuit B0 as a first circuit and circuits B1 to B4 as second circuits are provided. The circuit B0 and the circuit B1 are connected via a transformer Tr having a winding ratio of 1: 1. Connected.

回路B0は、電圧V1を平滑化し、またエネルギ移行のための電圧源としても機能する平滑コンデンサCs0と複数のMOSFET(Mos0AH、Mos0AL、Mos0BH、Mos0BL)とで構成される。
トランスTrの1次巻線の一端は、Mos0AHのソース端子とMos0ALのドレイン端子の接続点に結合され、他端は、Mos0BHのソース端子とMos0BLのドレイン端子の接続点に結合されている。Mos0AHとMos0BHのドレイン端子は電圧端子VLに接続され、Mos0ALとMos0BLのソース端子は電圧端子Vcom0に接続されている。電圧端子VL−Vcom0間には、平滑コンデンサCs0が配置されている。
The circuit B0 includes a smoothing capacitor Cs0 that smoothes the voltage V1 and also functions as a voltage source for energy transfer, and a plurality of MOSFETs (Mos0AH, Mos0AL, Mos0BH, Mos0BL).
One end of the primary winding of the transformer Tr is coupled to a connection point between the source terminal of Mos0AH and the drain terminal of Mos0AL, and the other end is coupled to a connection point between the source terminal of Mos0BH and the drain terminal of Mos0BL. The drain terminals of Mos0AH and Mos0BH are connected to the voltage terminal VL, and the source terminals of Mos0AL and Mos0BL are connected to the voltage terminal Vcom0. A smoothing capacitor Cs0 is disposed between the voltage terminals VL and Vcom0.

回路B1〜B4は上記実施の形態1の回路A1〜A4の構成と同様であり、隣接する回路B1〜B4の中間端子間に、コンデンサCr12(Cr12A、Cr12B、Cr12C)、Cr23(Cr23A、Cr23B)、Cr34(Cr34A)およびインダクタLr12(Lr12A、Lr12B、Lr12C)、Lr23(Lr23A、Lr23B)、Lr34(Lr34A)を直列接続して構成されエネルギ移行素子として機能するLC直列体LC12、LC23、LC34が接続される。また、回路B1の中間端子(Mos1HとMos1Lの接続点)には、コンデンサCr01(Cr01A、Cr01B、Cr01C、Cr01D)とインダクタLr01(Lr01A、Lr01B、Lr01C、Lr01D)とを直列接続したLC直列体LC01の一端が接続され、このLC直列体LC01の他端はトランスTrの2次巻線の一端に接続される。これにより各LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34とトランスTrの2次巻線は直列に接続される。また、トランスTrの2次巻線の他端は電圧端子Vcomに接続される。   The circuits B1 to B4 are similar in configuration to the circuits A1 to A4 of the first embodiment, and capacitors Cr12 (Cr12A, Cr12B, Cr12C), Cr23 (Cr23A, Cr23B) are provided between the intermediate terminals of the adjacent circuits B1 to B4. , Cr34 (Cr34A) and inductor Lr12 (Lr12A, Lr12B, Lr12C), Lr23 (Lr23A, Lr23B), Lr34 (Lr34A) are connected in series, and LC series bodies LC12, LC23, LC34 that function as energy transfer elements are connected Is done. In addition, an LC series body LC01 in which a capacitor Cr01 (Cr01A, Cr01B, Cr01C, Cr01D) and an inductor Lr01 (Lr01A, Lr01B, Lr01C, Lr01D) are connected in series to an intermediate terminal (a connection point between Mos1H and Mos1L) of the circuit B1. The other end of the LC series body LC01 is connected to one end of the secondary winding of the transformer Tr. Thereby, each LC serial body LC01, LC12, LC23, LC34 and the secondary winding of the transformer Tr are connected in series. The other end of the secondary winding of the transformer Tr is connected to the voltage terminal Vcom.

また図9に示すように、ゲート信号Gate0AL、Gate0AH、Gate0BL、Gate0BH、Gate1L、Gate1H、Gate2L、Gate2H、Gate3L、Gate3H、Gate4L、Gate4Hは、制御回路13bにて生成される。この場合、マイクロコンピュータ等の信号処理回路において、ゲート信号を生成している。
Mos0AH、Mos0ALのオンオフを制御するゲート信号Gate0AH、Gate0ALは、制御回路13bからフォトカプラ120AH、120ALを介してゲート駆動回路110Aに供給され、Mos0AH、Mos0ALは、ゲート駆動回路110Aにより駆動される。Mos0BH、Mos0BLのオンオフを制御するゲート信号Gate0BH、Gate0BLは、制御回路13bからフォトカプラ120BH、120BLを介してゲート駆動回路110Bに供給され、Mos0BH、Mos0BLは、ゲート駆動回路110Bにより駆動される。ゲート駆動回路やフォトカプラは、電源Vs0により駆動されている。
As shown in FIG. 9, the gate signals Gate0AL, Gate0AH, Gate0BL, Gate0BH, Gate1L, Gate1H, Gate2L, Gate2H, Gate3L, Gate3H, Gate4L, and Gate4H are generated by the control circuit 13b. In this case, a gate signal is generated in a signal processing circuit such as a microcomputer.
Gate signals Gate0AH and Gate0AL for controlling on / off of Mos0AH and Mos0AL are supplied from the control circuit 13b to the gate drive circuit 110A via the photocouplers 120AH and 120AL, and Mos0AH and Mos0AL are driven by the gate drive circuit 110A. Gate signals Gate0BH and Gate0BL for controlling on / off of Mos0BH and Mos0BL are supplied from the control circuit 13b to the gate drive circuit 110B via the photocouplers 120BH and 120BL, and Mos0BH and Mos0BL are driven by the gate drive circuit 110B. The gate drive circuit and the photocoupler are driven by the power supply Vs0.

次に、LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34の構成について詳述する。各コンデンサ素子Cr01A、Cr01B、Cr01C、Cr01D、Cr12A、Cr12B、Cr12C、Cr23A、Cr23B、Cr34Aは同じ仕様で、例えば許容電流20Arms、容量値2.5μFとする。
LC直列体LC01のコンデンサCr01は4個のコンデンサ素子Cr01A、Cr01B、Cr01C、Cr01Dを並列配置して構成し、LC直列体LC12のコンデンサCr12は3個のコンデンサ素子Cr12A、Cr12B、Cr12Cを並列配置して構成し、LC直列体LC23のコンデンサCr23は2個のコンデンサ素子Cr23A、Cr23Bを並列配置して構成し、LC直列体LC34のコンデンサCr34は1個のコンデンサ素子Cr34Aにて構成する。
また各インダクタ素子Lr01A、Lr01B、Lr01C、Lr01D、Lr12A、Lr12B、Lr12C、Lr23A、Lr23B、Lr34Aは同じ仕様で、例えば許容電流20Arms、インダクタンス値1.2μHとする。LC直列体LC01のインダクタLr01は4個のインダクタ素子Lr01A、Lr01B、Lr01C、Lr01Dを並列配置して構成し、LC直列体LC12のインダクタLr12は3個のインダクタ素子Lr12A、Lr12B、Lr12Cを並列配置して構成し、LC直列体LC23のインダクタLr23は2個のインダクタ素子Lr23A、Lr23Bを並列配置して構成し、LC直列体LC34のインダクタLr34は1個のインダクタ素子Lr34Aにて構成する。
Next, the configuration of the LC serial bodies LC01, LC12, LC23, and LC34 will be described in detail. Each capacitor element Cr01A, Cr01B, Cr01C, Cr01D, Cr12A, Cr12B, Cr12C, Cr23A, Cr23B, and Cr34A have the same specifications, for example, an allowable current of 20 Arms and a capacitance value of 2.5 μF.
The capacitor Cr01 of the LC series LC01 is configured by arranging four capacitor elements Cr01A, Cr01B, Cr01C, Cr01D in parallel, and the capacitor Cr12 of the LC series LC12 is configured by arranging three capacitor elements Cr12A, Cr12B, Cr12C in parallel. The capacitor Cr23 of the LC series body LC23 is configured by arranging two capacitor elements Cr23A and Cr23B in parallel, and the capacitor Cr34 of the LC series body LC34 is configured by one capacitor element Cr34A.
The inductor elements Lr01A, Lr01B, Lr01C, Lr01D, Lr12A, Lr12B, Lr12C, Lr23A, Lr23B, and Lr34A have the same specifications, for example, an allowable current of 20 Arms and an inductance value of 1.2 μH. The inductor Lr01 of the LC series LC01 is configured by arranging four inductor elements Lr01A, Lr01B, Lr01C, and Lr01D in parallel. The inductor Lr12 of the LC series LC12 is configured by three inductor elements Lr12A, Lr12B, and Lr12C. The inductor Lr23 of the LC series body LC23 is configured by arranging two inductor elements Lr23A and Lr23B in parallel, and the inductor Lr34 of the LC series body LC34 is configured by one inductor element Lr34A.

これにより、LC直列体LC01は、Cr01の容量値10.0μF(4×2.5μF)、Lr01のインダクタンス値0.3μH(1.2μH/4)、トータルの許容電流80Armsとなる。LC直列体LC12は、Cr12の容量値7.5μF(3×2.5μF)、Lr12のインダクタンス値0.4μH(1.2μH/3)、トータルの許容電流60Armsとなる。また、LC直列体LC23は、Cr23の容量値5.0μF(2×2.5μF)、Lr23のインダクタンス値0.6μH(1.2μH/2)、トータルの許容電流40Armsとなり、さらにLC直列体LC34は、Cr34の容量値2.5μF、Lr34のインダクタンス値1.2μH、トータルの許容電流20Armsとなる。
そして、各段のLC直列体LC01、LC12、LC23、LC34のインダクタンス値と容量値とで決定される共振周期は、各段でそれぞれ等しく約10.9μs、共振周波数は約92kHzとなる。
As a result, the LC series body LC01 has a capacitance value of Cr01 of 10.0 μF (4 × 2.5 μF), an inductance value of Lr01 of 0.3 μH (1.2 μH / 4), and a total allowable current of 80 Arms. The LC series LC12 has a Cr12 capacitance value of 7.5 μF (3 × 2.5 μF), an Lr12 inductance value of 0.4 μH (1.2 μH / 3), and a total allowable current of 60 Arms. The LC series LC23 has a capacitance value of Cr23 of 5.0 μF (2 × 2.5 μF), an inductance value of Lr23 of 0.6 μH (1.2 μH / 2), and a total allowable current of 40 Arms. The capacitance value of Cr34 is 2.5 μF, the inductance value of Lr34 is 1.2 μH, and the total allowable current is 20 Arms.
The resonance period determined by the inductance value and the capacitance value of the LC series bodies LC01, LC12, LC23, and LC34 at each stage is approximately equal to about 10.9 μs and the resonance frequency is approximately 92 kHz at each stage.

このように、LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34は、低電圧側、即ち低電圧側電圧端子に近いほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されるものである。
なおこの場合、LC直列体LC01、LC12、LC23は、インダクタンス素子とコンデンサ素子とを直列接続したものを並列接続して構成したものを図示したが、インダクタンス素子を互いに並列接続したインダクタンスと、コンデンサ素子を互いに並列接続したコンデンサとを直列接続して構成しても良い。
As described above, the LC series bodies LC01, LC12, LC23, and LC34 are configured such that the closer to the low voltage side, that is, the closer to the low voltage side voltage terminal, the larger the capacitor capacity, the smaller the inductance, and the equal resonance period.
In this case, although the LC series bodies LC01, LC12, and LC23 are illustrated by connecting in parallel an inductance element and a capacitor element, the inductance element and the capacitor element are connected in parallel. Alternatively, capacitors connected in parallel to each other may be connected in series.

次に、電圧V1⇒V2へのエネルギ移行動作(昇圧動作)について説明する。
平滑コンデンサCs0〜Cs4の容量値は、LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34のコンデンサCrの容量値と比較して十分大きな値に設定される。
上述したように、電圧端子VL−Vcom0間に入力された電圧V1を、約8倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VH−Vcom間に出力するため、電圧V2は8×V1よりも低い値となっている。
回路B0は、電圧端子VL−Vcom間に入力されるエネルギを、MOSFET(Mos1L、Mos1H)のオンオフ動作により高電圧側に送る駆動用インバータ回路に用いられる。また、回路B1〜B4は、駆動用インバータ回路B0で駆動された電流を整流し、エネルギを高電圧側へ移行する整流回路として用いられる。
Next, the energy transfer operation (voltage boost operation) from voltage V1 to V2 will be described.
The capacitance values of the smoothing capacitors Cs0 to Cs4 are set to a sufficiently large value as compared with the capacitance values of the capacitors Cr of the LC series bodies LC01, LC12, LC23, and LC34.
As described above, since the voltage V1 input between the voltage terminals VL and Vcom0 is converted to the voltage V2 boosted about 8 times and output between the voltage terminals VH and Vcom, the voltage V2 is lower than 8 × V1. It is a value.
The circuit B0 is used in a drive inverter circuit that sends energy input between the voltage terminals VL and Vcom to the high voltage side by on / off operation of MOSFETs (Mos1L, Mos1H). The circuits B1 to B4 are used as a rectifier circuit that rectifies the current driven by the driving inverter circuit B0 and shifts the energy to the high voltage side.

ゲート信号Gate0AH、Gate0BL、Gate1H、Gate2H、Gate3H、Gate4Hと、ゲート信号Gate0AL、Gate0BH、Gate1L、Gate2L、Gate3L、Gate4Lと、各LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34に流れる電流I01、I12、I23、I34とを図10に示す。なお、電流I01、I12、I23、I34は、各LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34にて並列配置されたインダクタンス素子Lrとコンデンサ素子Crとを流れる全電流を示す。電流I01、I12、I23、I34は、図8中に示した電流方向を正として表示している。また、MOSFETはゲート信号がハイ電圧でオンする。
図10に示すように、ゲート信号は、LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34にて定まる共振周期よりもやや大きな周期Tでデューティー約50%のオンオフ信号である。なお、tは共振周期の1/2の期間を示し、1g、1hはゲートパルスで、この場合、共振周期の1/2の期間tとほぼ一致する期間で発生される。
Gate signals Gate0AH, Gate0BL, Gate1H, Gate2H, Gate3H, Gate4H and gate signals Gate0AL, Gate0BH, Gate1L, Gate2L, Gate3L, Gate4L, and currents I01, I12, I23 flowing through the LC serial bodies LC01, LC12, LC23, LC34, FIG. 10 shows I34. The currents I01, I12, I23, and I34 indicate all currents flowing through the inductance element Lr and the capacitor element Cr that are arranged in parallel in the LC serial bodies LC01, LC12, LC23, and LC34. The currents I01, I12, I23, and I34 are displayed with the current direction shown in FIG. 8 as positive. The MOSFET is turned on when the gate signal is at a high voltage.
As shown in FIG. 10, the gate signal is an on / off signal having a duty T of about 50% with a period T slightly larger than the resonance period determined by the LC serial bodies LC01, LC12, LC23, and LC34. Note that t indicates a period of 1/2 of the resonance period, and 1g and 1h are gate pulses, and in this case, they are generated in a period substantially coincident with the period t of 1/2 of the resonance period.

ゲートパルス1hにより駆動用インバータ回路B0のMos0AL、Mos0BHと、整流回路B1〜B4の低圧側MOSFETであるMos1L、Mos2L、Mos3L、Mos4Lがオン状態になると、トランスTrの1次巻線の負電圧方向に電圧V1が印加されると同時に、2次巻線の負電圧方向に電圧V1が発生し、平滑コンデンサCs0、Cs1、Cs2、Cs3に蓄えられた一部のエネルギが、以下に示す経路でCr01、Cr12、Cr23、Cr34に移行する。
Vcom⇒Mos1L⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Cs1⇒Mos2L⇒Lr12⇒Cr12⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Cs1⇒Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Mos4L⇒Lr34⇒Cr34⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
When the gate pulse 1h turns on Mos0AL and Mos0BH of the drive inverter circuit B0 and the low-voltage side MOSFETs Mos1L, Mos2L, Mos3L, and Mos4L of the rectifier circuits B1 to B4, the negative voltage direction of the primary winding of the transformer Tr At the same time, the voltage V1 is generated in the negative voltage direction of the secondary winding, and a part of the energy stored in the smoothing capacitors Cs0, Cs1, Cs2, and Cs3 is transferred to Cr01 through the path shown below. , Transition to Cr12, Cr23, Cr34.
Vcom⇒Mos1L⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Cs1⇒Mos2L⇒Lr12⇒Cr12⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Cs1⇒Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Mos4L⇒Lr34⇒Cr34⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr

次いでゲートパルス1gにより駆動用インバータ回路B0のMos0AH、Mos0BLと、整流回路B1〜B4の高圧側MOSFETであるMos1H、Mos2H、Mos3H、Mos4Hがオン状態になると、トランスTrの1次巻線の正電圧方向に電圧V1が印加されると同時に、2次巻線の正電圧方向に電圧V1が発生し、コンデンサCr01、Cr12、Cr23、Cr34に充電されたエネルギが、以下に示す経路で平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4に移行する。
Tr⇒Cr01⇒Lr01⇒Mos1H⇒Cs1
Tr⇒Cr01⇒Lr01⇒Cr12⇒Lr12⇒Mos2H⇒Cs2⇒Cs1
Tr⇒Cr01⇒Lr01⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Cs2⇒Cs1
Tr⇒Cr01⇒Lr01⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Cr34⇒Lr34⇒Mos4H⇒Cs4⇒Cs3⇒Cs2⇒Cs1
Next, when the Mos0AH and Mos0BL of the driving inverter circuit B0 and the high-voltage side MOSFETs Mos1H, Mos2H, Mos3H, and Mos4H of the rectifier circuits B1 to B4 are turned on by the gate pulse 1g, the positive voltage of the primary winding of the transformer Tr At the same time as the voltage V1 is applied in the direction, the voltage V1 is generated in the positive voltage direction of the secondary winding, and the energy charged in the capacitors Cr01, Cr12, Cr23, Cr34 is the smoothing capacitor Cs1, Move to Cs2, Cs3, Cs4.
Tr⇒Cr01⇒Lr01⇒Mos1H⇒Cs1
Tr⇒Cr01⇒Lr01⇒Cr12⇒Lr12⇒Mos2H⇒Cs2⇒Cs1
Tr⇒Cr01⇒Lr01⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Cs2⇒Cs1
Tr⇒Cr01⇒Lr01⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Cr34⇒Lr34⇒Mos4H⇒Cs4⇒Cs3⇒Cs2⇒Cs1

このように昇圧動作では、コンデンサCr01、Cr12、Cr23、Cr34の充放電により、平滑コンデンサCs0、Cs1、Cs2、Cs3から平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4にエネルギを移行する。そして、電圧端子VLとVcom0間に入力された電圧V1を、約8倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VHとVcom間に出力する。   As described above, in the boosting operation, energy is transferred from the smoothing capacitors Cs0, Cs1, Cs2, and Cs3 to the smoothing capacitors Cs1, Cs2, Cs3, and Cs4 by charging and discharging the capacitors Cr01, Cr12, Cr23, and Cr34. Then, the voltage V1 inputted between the voltage terminals VL and Vcom0 is changed to a voltage V2 boosted by about 8 times and outputted between the voltage terminals VH and Vcom.

次に、電圧V2⇒V1のエネルギ移行動作(降圧動作)について説明する。
電圧端子VH−Vcom間に入力された電圧V2を、約1/8倍に降圧された電圧V1にして電圧端子VL−Vcom間に出力するため、電圧端子VL−Vcom間に負荷が接続され、電圧V2は8×V1よりも高い値となっている。
この場合、回路B4は、駆動用インバータ回路に用いられ、回路B0〜B3は整流回路として用いられる。
降圧動作における、ゲート信号および各LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34に流れる電流I01、I12、I23、I34の図示は省略するが、ゲート信号は昇圧動作時と同様であり、電流I01、I12、I23、I34は昇圧動作時と向きが逆になる。
Next, the energy transition operation (voltage step-down operation) from voltage V2 to V1 will be described.
Since the voltage V2 input between the voltage terminals VH and Vcom is converted to the voltage V1 that is stepped down by about 1/8, and output between the voltage terminals VL and Vcom, a load is connected between the voltage terminals VL and Vcom. The voltage V2 is higher than 8 × V1.
In this case, the circuit B4 is used as a drive inverter circuit, and the circuits B0 to B3 are used as rectifier circuits.
In the step-down operation, the gate signal and the currents I01, I12, I23, and I34 flowing through the LC serial bodies LC01, LC12, LC23, and LC34 are not shown, but the gate signal is the same as in the step-up operation, and the currents I01, I12 , I23 and I34 are opposite in direction to the step-up operation.

ゲートパルスにより駆動用インバータ回路B4のMos4Hと、整流回路B0〜B3のMos0AH、Mos0BL、Mos1H、Mos2H、Mos3Hがオン状態になると、平滑コンデンサCs4、Cs3、Cs2、Cs1に蓄えられた一部のエネルギが以下の経路でコンデンサCr34、Cr23、Cr12、Cr01に移行する。
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Cs4⇒Mos4H⇒Lr34⇒Cr34⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Cs1⇒Cs2⇒Mos2H⇒Lr12⇒Cr12⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Cs1⇒Mos1H⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
このように流れる電流により、トランスTrの1次巻線の正電圧方向に電圧が発生し、以下の経路で平滑コンデンサCs0にエネルギが移行する。
Tr⇒Mos0AH⇒Cs0⇒Mos0BL
When the gate pulse causes Mos4H of the drive inverter circuit B4 and Mos0AH, Mos0BL, Mos1H, Mos2H, and Mos3H of the rectifier circuits B0 to B3 to be turned on, a part of energy stored in the smoothing capacitors Cs4, Cs3, Cs2, and Cs1 Moves to capacitors Cr34, Cr23, Cr12, and Cr01 through the following path.
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Cs4⇒Mos4H⇒Lr34⇒Cr34⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Cs1⇒Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Cs1⇒Cs2⇒Mos2H⇒Lr12⇒Cr12⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Cs1⇒Mos1H⇒Lr01⇒Cr01⇒Tr
Due to the current flowing in this way, a voltage is generated in the positive voltage direction of the primary winding of the transformer Tr, and energy is transferred to the smoothing capacitor Cs0 through the following path.
Tr⇒Mos0AH⇒Cs0⇒Mos0BL

次いでゲートパルスにより駆動用インバータ回路B4のMos4Lと、整流回路B0〜B3のMos0AL、Mos0BH、Mos1L、Mos2L、Mos3Lがオン状態になると、コンデンサCr34、Cr23、Cr12、Cr01に蓄えられたエネルギが以下の経路で平滑コンデンサCs3、Cs2、Cs1に移行する。
Cr01⇒Lr01⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Cr34⇒Lr34⇒Mos4L⇒Cs3⇒Cs2⇒Cs1⇒Tr
Cr01⇒Lr01⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Tr
Cr01⇒Lr01⇒Cr12⇒Lr12⇒Mos2L⇒Cs1⇒Tr
Cr01⇒Lr01⇒Mos1L⇒Tr
このように流れる電流により、トランスTrの1次巻線の負電圧の方向に電圧が発生し、以下の経路で平滑コンデンサCs0にエネルギが移行する。
Tr⇒Mos0BH⇒Cs0⇒Mos0AL
Next, when Mos4L of the driving inverter circuit B4 and Mos0AL, Mos0BH, Mos1L, Mos2L, and Mos3L of the rectifier circuits B0 to B3 are turned on by the gate pulse, the energy stored in the capacitors Cr34, Cr23, Cr12, and Cr01 is as follows. It moves to smoothing capacitors Cs3, Cs2, and Cs1 by the path.
Cr01⇒Lr01⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Cr34⇒Lr34⇒Mos4L⇒Cs3⇒Cs2⇒Cs1⇒Tr
Cr01⇒Lr01⇒Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Tr
Cr01⇒Lr01⇒Cr12⇒Lr12⇒Mos2L⇒Cs1⇒Tr
Cr01⇒Lr01⇒Mos1L⇒Tr
The current flowing in this way generates a voltage in the negative voltage direction of the primary winding of the transformer Tr, and energy is transferred to the smoothing capacitor Cs0 through the following path.
Tr⇒Mos0BH⇒Cs0⇒Mos0AL

このように、コンデンサCr01、Cr12、Cr23、Cr34の充放電により、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4から平滑コンデンサCs0、Cs1、Cs2、Cs3にエネルギを移行する。そして、電圧端子VHとVcom間に入力された電圧V2を、約1/8倍に降圧された電圧V1にして電圧端子VLとVcom0間に出力する。   In this way, energy is transferred from the smoothing capacitors Cs1, Cs2, Cs3, and Cs4 to the smoothing capacitors Cs0, Cs1, Cs2, and Cs3 by charging and discharging the capacitors Cr01, Cr12, Cr23, and Cr34. Then, the voltage V2 input between the voltage terminals VH and Vcom is changed to a voltage V1 that is stepped down by about 1/8 and output between the voltage terminals VL and Vcom0.

各電圧段のLC直列体LC01、LC12、LC23、LC34に流れる電流I01、I12、I23、I34は、昇圧動作時と降圧動作時とで向きが逆になるが、その比はいずれも、I01:I12:I23:I34=4:3:2:1になる。この場合、最大電流値は、I01が実効値80Arms、I12が実効値60Arms、I23が実効値40Arms、I34が実効値20Armsである。
上述したように、LC直列体LC01は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ4個ずつ並列配置し、LC直列体LC12は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ3個ずつ並列配置し、LC直列体LC23は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ2個ずつ並列配置し、LC直列体LC34は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ1個で構成した。即ち、各電圧段のLC直列体LC01、LC12、LC23、LC34は、流れる電流I01、I12、I23、I34の最大電流値に応じてコンデンサ素子、インダクタ素子の並列配置する必要最小限の個数が決められて、低電圧側、即ち低電圧側電圧端子に近いほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されている。
このため、各LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34を構成するコンデンサやインダクタのサイズを容易に最適化でき、小型で安価な装置構成を実現できる。また、各LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34を同じ仕様のコンデンサ素子、インダクタ素子を用いて構成したため、部品コストをさらに低減できる。
The directions of the currents I01, I12, I23, and I34 flowing through the LC serial bodies LC01, LC12, LC23, and LC34 of the respective voltage stages are reversed between the step-up operation and the step-down operation, but their ratios are all I01: I12: I23: I34 = 4: 3: 2: 1. In this case, the maximum current value is an effective value of 80 Arms for I01, an effective value of 60 Arms for I12, an effective value of 40 Arms for I23, and an effective value of 20 Arms for I34.
As described above, the LC series body LC01 has four capacitor elements and four inductor elements arranged in parallel, the LC series body LC12 has three capacitor elements and three inductor elements arranged in parallel, and the LC series body LC23 has Two capacitor elements and two inductor elements are arranged in parallel, and the LC series LC34 is composed of one capacitor element and one inductor element. That is, for the LC series bodies LC01, LC12, LC23, and LC34 of each voltage stage, the minimum necessary number of capacitor elements and inductor elements arranged in parallel is determined according to the maximum current value of the flowing currents I01, I12, I23, and I34. Thus, the closer to the low voltage side, that is, the closer to the low voltage side voltage terminal, the larger the capacitor capacity and the smaller the inductance, and the resonance periods are set to be equal.
Therefore, the size of the capacitors and inductors constituting each LC serial body LC01, LC12, LC23, LC34 can be easily optimized, and a small and inexpensive device configuration can be realized. In addition, since each LC serial body LC01, LC12, LC23, and LC34 is configured using the capacitor element and the inductor element having the same specifications, the component cost can be further reduced.

また、この実施の形態においても、上記実施の形態1と同様に、駆動用インバータ回路のゲートパルスを整流回路のゲートパルスよりも長くしても良い。整流回路ではゲート信号がロウ電圧時もMOSFETの寄生ダイオードを介して電流が流れるため、共振周期の1/2の期間tでエネルギ移行できる。このとき、整流回路ではゲート信号が共振周期の1/2の期間tを過ぎてもハイ電圧であれば電流が逆流するため、ハイ電圧の期間は共振周期の1/2の期間tを超えないようにして、MOSFETの寄生ダイオードにより逆流を防止する。
また、各LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34の共振周期が等しいため、各整流回路のゲート信号を各共振周期に応じて変える必要がなく、容易に効果的に共振現象を利用でき高効率のDC/DC電力変換装置が実現できる。さらに、整流回路にMOSFETを用いたことでダイオードに比して導通損失が低減できるため、さらに変換効率が向上する。
Also in this embodiment, similarly to the first embodiment, the gate pulse of the drive inverter circuit may be made longer than the gate pulse of the rectifier circuit. In the rectifier circuit, even when the gate signal is at a low voltage, current flows through the parasitic diode of the MOSFET, so that energy can be transferred in a period t that is half the resonance period. At this time, in the rectifier circuit, even if the gate signal passes the period t that is half the resonance period, the current flows backward if the voltage is high, so the period of the high voltage does not exceed the period t that is 1/2 the resonance period. In this way, the reverse current is prevented by the parasitic diode of the MOSFET.
In addition, since the resonance cycle of each LC series LC01, LC12, LC23, LC34 is equal, there is no need to change the gate signal of each rectifier circuit according to each resonance cycle, and the resonance phenomenon can be used effectively and efficiently. The DC / DC power converter can be realized. Furthermore, the use of MOSFETs in the rectifier circuit can reduce conduction loss compared to diodes, further improving conversion efficiency.

また、降圧動作時では、回路B0は実質的に整流のために用いられるが、回路B1〜B3は、MOSFETのオンオフ動作により移行エネルギ量を制御する駆動用の回路でもある。この場合、上記のように、ゲート信号のハイ電圧の期間を共振周期の1/2の期間tを超えないようにして、MOSFETの寄生ダイオードにより逆流を防止する回路であることから、回路B1〜B3も整流回路と見なしている。   In the step-down operation, the circuit B0 is substantially used for rectification, but the circuits B1 to B3 are also driving circuits that control the amount of energy transferred by the on / off operation of the MOSFET. In this case, as described above, since the high voltage period of the gate signal does not exceed the period t which is a half of the resonance period, the circuit B1 to B3 is also regarded as a rectifier circuit.

実施の形態7.
この実施の形態では、上記実施の形態6とは異なる回路構成で、トランスを備えて入出力電圧が絶縁されているDC/DC電力変換装置について示す。
図11はこの発明の実施の形態7によるDC/DC電力変換装置の回路構成の一部で、トランスTrとトランスTrの1次巻線側の回路B0aとを示す。その他の部分、即ちトランスTrの2次巻線側は上記実施の形態6の図8で示したものと同様である。
図11に示すように、トランスTrの1次側には、第1巻き線と第2巻き線との2個の巻線が巻かれ、第1巻き線の巻き始めの第1端子と、第1巻き線の巻き終わりと第2巻き線の巻き始めが接続された第2端子と、第2巻き線の巻き終わりの第3端子を有している。2次巻き線も含めて、3個の各巻き線のターン数は同じとなっている。また、回路B0aは、平滑コンデンサCs0と2個のMOSFET(Mos0AL、Mos0BL)とで構成される。
Embodiment 7 FIG.
In this embodiment, a DC / DC power conversion apparatus having a circuit configuration different from that of the above-described Embodiment 6 and including a transformer and having isolated input / output voltages will be described.
FIG. 11 shows a part of the circuit configuration of the DC / DC power converter according to Embodiment 7 of the present invention, and shows a transformer Tr and a circuit B0a on the primary winding side of the transformer Tr. Other portions, that is, the secondary winding side of the transformer Tr are the same as those shown in FIG. 8 of the sixth embodiment.
As shown in FIG. 11, on the primary side of the transformer Tr, two windings of a first winding and a second winding are wound, a first terminal at the beginning of winding of the first winding, It has a second terminal to which the winding end of the first winding and the winding start of the second winding are connected, and a third terminal at the winding end of the second winding. The number of turns of each of the three windings including the secondary winding is the same. The circuit B0a includes a smoothing capacitor Cs0 and two MOSFETs (Mos0AL, Mos0BL).

トランスTrの1次側の第2端子は電圧端子VLに、第1端子はMos0ALのドレイン端子に、第3端子はMos0BLのドレイン端子に接続されている。Mos0AL、Mos0BLのソース端子は、基準電圧Vcom0に接続されている。電圧端子VL−Vcom0間には、平滑コンデンサCs0が配置されている。Mos0AL、Mos0BLのオンオフは、ゲート信号Gate0AL、Gate0BLにより、フォトカプラ120A、120Bおよびゲート駆動回路110を介して制御される。
動作について以下に説明する。
このDC/DC電力変換装置を用いて昇圧する際には、回路B0aを駆動用インバータ回路に、回路B1〜B4を整流回路に用い、降圧時には回路B4を駆動用インバータ回路に、回路B0a、B1〜B3を整流回路に用いる。
昇圧動作時において、Mos0BLをオンすることにより、トランスTrの2次側の正電圧方向に電圧V1を発生させ、Mos0ALをオンすることにより、2次側の負電圧方向に電圧V1を発生させる。その他の動作は実施の形態6と同様である。降圧動作時において、2次側に負電圧が発生したときTr⇒Cs0⇒Mos0BLの経路でCs0を充電し、2次側に正電圧が発生したときTr⇒Cs0⇒Mos0ALの経路でCs0を充電する。その他の動作は実施の形態6と同様である。
The second terminal on the primary side of the transformer Tr is connected to the voltage terminal VL, the first terminal is connected to the drain terminal of Mos0AL, and the third terminal is connected to the drain terminal of Mos0BL. The source terminals of Mos0AL and Mos0BL are connected to the reference voltage Vcom0. A smoothing capacitor Cs0 is disposed between the voltage terminals VL and Vcom0. On / off of Mos0AL and Mos0BL is controlled by the gate signals Gate0AL and Gate0BL via the photocouplers 120A and 120B and the gate drive circuit 110.
The operation will be described below.
When boosting using this DC / DC power converter, the circuit B0a is used as a drive inverter circuit, the circuits B1 to B4 are used as rectifier circuits, and the circuit B4 is used as a drive inverter circuit during voltage reduction, and the circuits B0a and B1 are used. ~ B3 are used in the rectifier circuit.
During the boosting operation, the voltage V1 is generated in the positive voltage direction on the secondary side of the transformer Tr by turning on Mos0BL, and the voltage V1 is generated in the negative voltage direction on the secondary side by turning on Mos0AL. Other operations are the same as those in the sixth embodiment. During step-down operation, when negative voltage occurs on the secondary side, Cs0 is charged via the route Tr → Cs0 → Mos0BL. When positive voltage occurs on the secondary side, Cs0 is charged via the route Tr → Cs0 → Mos0AL. . Other operations are the same as those in the sixth embodiment.

この実施の形態において、各電圧段のLC直列体LC01、LC12、LC23、LC34の構成、および、流れる電流I01、I12、I23、I34の挙動は上記実施の形態6と同様である。即ち、LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34は、電流I01、I12、I23、I34の最大電流値に応じてコンデンサ素子、インダクタ素子の並列配置する必要最小限の個数が決められて、低電圧側ほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されている。
このため、上記実施の形態6と同様の効果が得られ、各LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34を構成するコンデンサやインダクタのサイズを容易に最適化でき、小型で安価な装置構成を実現できる。また、各LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34を同じ仕様のコンデンサ素子、インダクタ素子を用いて構成したため、部品コストをさらに低減できる。
In this embodiment, the configuration of the LC serial bodies LC01, LC12, LC23, and LC34 of each voltage stage and the behavior of the flowing currents I01, I12, I23, and I34 are the same as those in the sixth embodiment. That is, the LC series bodies LC01, LC12, LC23, and LC34 have a minimum required number of capacitor elements and inductor elements arranged in parallel according to the maximum current values of the currents I01, I12, I23, and I34. The capacitor capacity is larger and the inductance is smaller toward the side, and the resonance periods are set to be equal.
For this reason, the same effect as the sixth embodiment can be obtained, and the size of capacitors and inductors constituting each LC series LC01, LC12, LC23, LC34 can be easily optimized, and a small and inexpensive device configuration can be realized. it can. In addition, since each LC serial body LC01, LC12, LC23, and LC34 is configured using the capacitor element and the inductor element having the same specifications, the component cost can be further reduced.

なお、上記実施の形態6、7においても、LC直列体LC01、LC12、LC23、LC34を上記実施の形態2、3で示したように構成しても良く、それぞれ同様の効果を有する。
また、上記実施の形態4、5と同様に、所定の整流回路のMOSFETをダイオードに置き換えて、昇圧動作あるいは降圧動作のみの装置とすることもできる。
In the sixth and seventh embodiments, the LC serial bodies LC01, LC12, LC23, and LC34 may be configured as shown in the second and third embodiments, and each has the same effect.
Further, similarly to the fourth and fifth embodiments, the MOSFET of the predetermined rectifier circuit can be replaced with a diode, so that only a step-up operation or a step-down operation can be performed.

また、上記実施の形態6、7では、トランスTrの1次側に1個の回路B0(B0a)を配し2次側に複数個の回路B1〜B4を配して、各LC直列回路とトランスTrの2次巻線とを直列に接続したが、1次側と2次側とに配する各回路の個数はこれに限るものではなく、隣接回路間に配設される各LC直列回路はトランスTrの1次巻線あるいは2次巻線と直列に接続されるものであればよい。   In the sixth and seventh embodiments, one circuit B0 (B0a) is arranged on the primary side of the transformer Tr, and a plurality of circuits B1 to B4 are arranged on the secondary side. Although the secondary winding of the transformer Tr is connected in series, the number of circuits arranged on the primary side and the secondary side is not limited to this, and each LC series circuit arranged between adjacent circuits May be connected to the primary or secondary winding of the transformer Tr in series.

実施の形態8.
次に、この発明の実施の形態8によるDC/DC電力変換装置を説明する。図12はこの発明の実施の形態8によるDC/DC電力変換装置の回路構成を示す。制御回路の構成は、実施の形態1の図2で示したものと同様である。
この実施の形態8では、低電圧側電圧端子VLとVcom間の電圧V1と、高電圧側電圧端子VHhとVHl間の電圧V2との間で、エネルギの移行を双方向に行う機能を有する昇降圧形のDC/DC電力変換装置について示す。電圧V2は電圧V1の約4倍となっており、ここではV1は50V、V2は約200Vとする。
図12に示すように、図1にて示した上記実施の形態1における回路A1〜A4とLC直列体LC12の構成が異なる回路A1c〜A4cを用い、電圧端子の接続構成を異なるものとしている。即ち、低電圧側の正極電圧端子VLは平滑コンデンサCs3とCs4の接続点に接続され、接地された低電圧側の負極電圧端子Vcomは平滑コンデンサCs2とCs3の接続点に接続されている。また、高電圧側の正極電圧端子VHhは平滑コンデンサCs4の高電圧側端子に接続され、高電圧側の負極電圧端子VHlは平滑コンデンサCs1の低電圧側端子に接続されている。
Embodiment 8 FIG.
Next, a DC / DC power converter according to an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 shows a circuit configuration of a DC / DC power conversion apparatus according to Embodiment 8 of the present invention. The configuration of the control circuit is the same as that shown in FIG. 2 of the first embodiment.
In the eighth embodiment, the voltage V1 between the low voltage side voltage terminal VL and Vcom and the voltage raising / lowering function having a function of bidirectionally transferring energy between the voltage V2 between the high voltage side voltage terminals VHh and VHl. A pressure type DC / DC power converter will be described. The voltage V2 is about four times the voltage V1, where V1 is 50V and V2 is about 200V.
As shown in FIG. 12, the circuits A1c to A4c having different configurations of the circuits A1 to A4 and the LC serial body LC12 in the first embodiment shown in FIG. 1 are used, and the connection configuration of the voltage terminals is different. That is, the positive voltage terminal VL on the low voltage side is connected to the connection point between the smoothing capacitors Cs3 and Cs4, and the negative electrode terminal Vcom on the low voltage side grounded is connected to the connection point between the smoothing capacitors Cs2 and Cs3. The positive voltage terminal VHh on the high voltage side is connected to the high voltage side terminal of the smoothing capacitor Cs4, and the negative voltage terminal VHl on the high voltage side is connected to the low voltage side terminal of the smoothing capacitor Cs1.

回路A1cと回路A2cとの間に接続されるLC直列体LC12は、コンデンサCr12は1個のコンデンサ素子Cr12Aにて構成され、インダクタLr12は1個のインダクタ素子Lr12Aにて構成されている。回路A2cと回路A3cとの間に接続されるLC直列体LC23は、コンデンサCr23は2個のコンデンサ素子Cr23AとCr23Bにて構成され、インダクタLr23は2個のインダクタ素子Lr23AとLr23Bにて構成されている。回路A3cと回路A4cとの間に接続されるLC直列体LC34は、コンデンサCr34は1個のコンデンサ素子Cr34Aにて構成され、インダクタLr34は1個のインダクタ素子Lr34Aにて構成されている。
上記実施の形態1と同様に、各コンデンサ素子Cr12A、Cr23A、Cr23B、Cr34Aは同じ仕様で、例えば許容電流20Arms、容量値2.5μFであり、各インダクタ素子Lr12A、Lr23A、Lr23B、Lr34Aは同じ仕様で、例えば許容電流20Arms、インダクタンス値1.2μHとなっている。
これにより、LC直列体LC12は、Cr12の容量値2.5μF、Lr12のインダクタンス値1.2μH、トータルの許容電流20Armsとなる。また、LC直列体LC23は、Cr23の容量値5.0μF(2×2.5μF)、Lr23のインダクタンス値0.6μH(1.2μH/2)、トータルの許容電流40Armsとなり、さらにLC直列体LC34は、Cr34の容量値2.5μF、Lr34のインダクタンス値1.2μH、トータルの許容電流20Armsとなる。そして、各段のLC直列体LC12、LC23、LC34のインダクタンス値と容量値とで決定される共振周期は、各段でそれぞれ等しく約10.9μs、共振周波数は約92kHzとなる。
In the LC series body LC12 connected between the circuit A1c and the circuit A2c, the capacitor Cr12 is composed of one capacitor element Cr12A, and the inductor Lr12 is composed of one inductor element Lr12A. In the LC series body LC23 connected between the circuit A2c and the circuit A3c, the capacitor Cr23 is composed of two capacitor elements Cr23A and Cr23B, and the inductor Lr23 is composed of two inductor elements Lr23A and Lr23B. Yes. In the LC series body LC34 connected between the circuit A3c and the circuit A4c, the capacitor Cr34 is composed of one capacitor element Cr34A, and the inductor Lr34 is composed of one inductor element Lr34A.
As in the first embodiment, the capacitor elements Cr12A, Cr23A, Cr23B, and Cr34A have the same specifications, for example, an allowable current of 20 Arms and a capacitance value of 2.5 μF, and the inductor elements Lr12A, Lr23A, Lr23B, and Lr34A have the same specifications. For example, the allowable current is 20 Arms and the inductance value is 1.2 μH.
As a result, the LC series LC12 has a Cr12 capacitance value of 2.5 μF, an Lr12 inductance value of 1.2 μH, and a total allowable current of 20 Arms. The LC series LC23 has a capacitance value of Cr23 of 5.0 μF (2 × 2.5 μF), an inductance value of Lr23 of 0.6 μH (1.2 μH / 2), and a total allowable current of 40 Arms. The capacitance value of Cr34 is 2.5 μF, the inductance value of Lr34 is 1.2 μH, and the total allowable current is 20 Arms. The resonance period determined by the inductance value and the capacitance value of the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 at each stage is approximately 10.9 μs and the resonance frequency is approximately 92 kHz at each stage.

このように、LC直列体LC12、LC23、LC34は、低電圧側電圧端子VL、Vcomに近いほど並列配置されるコンデンサ素子、インダクタ素子の個数が多くて、コンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されるものである。
なおこの場合も、LC直列体LC23は、インダクタンス素子とコンデンサ素子とを直列接続したものを並列接続して構成したものを図示したが、インダクタンス素子を互いに並列接続したインダクタンスと、コンデンサ素子を互いに並列接続したコンデンサとを直列接続して構成しても良い。
As described above, the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 have a larger number of capacitor elements and inductor elements arranged in parallel as they are closer to the low voltage side voltage terminals VL and Vcom, and have a large capacitor capacity, a small inductance, and resonance. The periods are set to be equal.
In this case as well, although the LC series body LC23 is configured by connecting in parallel an inductance element and a capacitor element in parallel, the inductance in which the inductance element is connected in parallel and the capacitor element are parallel to each other. A connected capacitor may be connected in series.

次に、電圧V1⇒V2へのエネルギ移行動作(昇圧動作)について説明する。
平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs3、Cs4の容量値は、LC直列体LC12、LC23、LC34のコンデンサCrの容量値と比較して十分大きな値に設定される。電圧端子VL−Vcom間に入力された電圧V1を、約4倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VHh−VHl間に出力するため、電圧端子VHh−VHl間に負荷が接続され、電圧V2は4×V1よりも低い値となっている。定常状態では、平滑コンデンサCs3には電圧V1の電圧が充電されており、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs4には平均的に(V2-V1)/3の電圧が充電されている。
回路A3cは、低電圧側の電圧端子VL−Vcom間に入力されるエネルギを、MOSFET(Mos3L、Mos3H)のオンオフ動作により高電圧側の電圧端子VHh−VHl間に送る駆動用インバータ回路に用いられる。また、回路A1c、A2c、A4cは、駆動用インバータ回路A3cで駆動された電流を整流し、エネルギを高電圧側へ移行する整流回路として用いられる。
Next, the energy transfer operation (voltage boost operation) from voltage V1 to V2 will be described.
The capacitance values of the smoothing capacitors Cs1, Cs2, Cs3, and Cs4 are set to a sufficiently large value as compared with the capacitance value of the capacitor Cr of the LC series bodies LC12, LC23, and LC34. Since the voltage V1 input between the voltage terminals VL and Vcom is changed to a voltage V2 boosted about four times and output between the voltage terminals VHh and VHl, a load is connected between the voltage terminals VHh and VHl, and the voltage V2 Is lower than 4 × V1. In the steady state, the smoothing capacitor Cs3 is charged with the voltage V1, and the smoothing capacitors Cs1, Cs2, and Cs4 are charged with an average voltage of (V2-V1) / 3.
The circuit A3c is used in a drive inverter circuit that sends energy input between the voltage terminals VL and Vcom on the low voltage side between the voltage terminals VHh and VHl on the high voltage side by turning on and off the MOSFETs (Mos3L and Mos3H). . The circuits A1c, A2c, and A4c are used as rectifier circuits that rectify the current driven by the driving inverter circuit A3c and shift the energy to the high voltage side.

高圧側MOSFETへのゲート信号Gate1H、Gate2H、Gate3H、Gate4Hと、低圧側MOSFETへのゲート信号Gate1L、Gate2L、Gate3L、Gate4Lと、各LC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34とを図13に示す。なお、電流I12、I23、I34は、各LC直列体LC12、LC23、LC34にて並列配置されたインダクタンス素子Lrとコンデンサ素子Crとを流れる全電流を示す。電流I12、I23、I34は、図12中に示した電流方向を正として表示している。また、MOSFETはゲート信号がハイ電圧でオンする。
図13に示すように、ゲート信号は、LC直列体LC12、LC23、LC34にて定まる共振周期よりもやや大きな周期Tでデューティー約50%のオンオフ信号である。なお、tは共振周期の1/2の期間を示し、1i、1jはゲート信号のオンパルス(以下、ゲートパルスと称す)で、この場合、共振周期の1/2の期間tとほぼ一致する期間で発生される。
Gate signals Gate1H, Gate2H, Gate3H, Gate4H to the high-voltage side MOSFET, gate signals Gate1L, Gate2L, Gate3L, Gate4L to the low-voltage side MOSFET, and currents I12, I23, I34 flowing through the LC series bodies LC12, LC23, LC34 Is shown in FIG. Currents I12, I23, and I34 indicate total currents flowing through the inductance element Lr and the capacitor element Cr arranged in parallel in the LC series bodies LC12, LC23, and LC34. The currents I12, I23, and I34 are displayed with the current direction shown in FIG. 12 as positive. The MOSFET is turned on when the gate signal is at a high voltage.
As shown in FIG. 13, the gate signal is an on / off signal having a duty T of about 50% with a period T slightly larger than the resonance period determined by the LC series bodies LC12, LC23, LC34. Note that t indicates a period of 1/2 of the resonance period, 1i and 1j are on-pulses of the gate signal (hereinafter referred to as gate pulses), and in this case, a period that substantially coincides with the period t of 1/2 of the resonance period. Is generated.

低圧側MOSFETへのゲートパルス1jにより各回路A1c〜A4cの低圧側MOSFETであるMos1L、Mos2L、Mos3L、Mos4Lがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs3に蓄えられた一部のエネルギがコンデンサCr34に、コンデンサCr23、Cr12に充電されたエネルギが平滑コンデンサCs2、Cs1に、以下に示す経路で移行する。
Cs3⇒Mos4L⇒Lr34⇒Cr34⇒Mos3L
Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Mos2L
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L
When Mos1L, Mos2L, Mos3L, and Mos4L, which are the low-voltage side MOSFETs of the circuits A1c to A4c, are turned on by the gate pulse 1j to the low-voltage side MOSFET, there is a voltage difference, so some energy stored in the smoothing capacitor Cs3 Is transferred to the capacitor Cr34, and the energy charged in the capacitors Cr23 and Cr12 is transferred to the smoothing capacitors Cs2 and Cs1 through the following path.
Cs3⇒Mos4L⇒Lr34⇒Cr34⇒Mos3L
Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Mos2L
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3L⇒Cs2⇒Cs1⇒Mos1L

次いで、高圧側MOSFETへのゲートパルス1iにより各回路A1c〜A4cの高圧側MOSFETであるMos1H、Mos2H、Mos3H、Mos4Hがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr34に充電されたエネルギが平滑コンデンサCs4に、平滑コンデンサCs2、Cs3に蓄えられた一部のエネルギがコンデンサCr12、Cr23に、以下に示す経路で移行する。
Cr34⇒Lr34⇒Mos4H⇒Cs4⇒Mos3H
Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Mos2H
Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H
Next, when Mos1H, Mos2H, Mos3H, and Mos4H, which are the high-voltage side MOSFETs of the circuits A1c to A4c, are turned on by the gate pulse 1i to the high-voltage side MOSFET, there is a voltage difference, so the energy charged in the capacitor Cr34 is smoothed. A part of energy stored in the smoothing capacitors Cs2 and Cs3 is transferred to the capacitors Cs4 and Crs23 through the following path.
Cr34⇒Lr34⇒Mos4H⇒Cs4⇒Mos3H
Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Mos2H
Cs2⇒Cs3⇒Mos3H⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1H

このように、コンデンサCr12、Cr23、Cr34の充放電により、平滑コンデンサCs3から平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs4にエネルギを移行する。そして、電圧端子VLとVcom間に入力された電圧V1を、約4倍に昇圧された電圧V2にして電圧端子VHhとVHl間に出力する。   As described above, energy is transferred from the smoothing capacitor Cs3 to the smoothing capacitors Cs1, Cs2, and Cs4 by charging and discharging the capacitors Cr12, Cr23, and Cr34. Then, the voltage V1 input between the voltage terminals VL and Vcom is changed to a voltage V2 boosted about four times and output between the voltage terminals VHh and VHl.

次に、電圧V2⇒V1のエネルギ移行動作(降圧動作)について説明する。
高電圧側の電圧端子VHh−VHl間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして電圧端子VL−Vcom間に出力するため、電圧端子VL−Vcom間に負荷が接続され、電圧V2は4×V1よりも高い値となっている。
この場合、回路A4cは、駆動用インバータ回路に用いられ、回路A1c〜A3cは整流回路として用いられる。
降圧動作における、高圧側MOSFETへのゲート信号Gate1H、Gate2H、Gate3H、Gate4Hと、低圧側MOSFETへのゲート信号Gate1L、Gate2L、Gate3L、Gate4Lと、各LC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34とを図14に示す。
図14に示すように、降圧動作時のゲート信号も昇圧動作時と同様で、LC直列体LC12、LC23、LC34にて定まる共振周期よりもやや大きな周期Tでデューティー約50%のオンオフ信号である。1k、1lはゲートパルスで、共振周期の1/2の期間tとほぼ一致する期間で発生される。
Next, the energy transition operation (voltage step-down operation) from voltage V2 to V1 will be described.
Since the voltage V2 input between the voltage terminals VHh and VHl on the high voltage side is output to the voltage V1 that has been stepped down by about 1/4, the voltage V1 is output between the voltage terminals VL and Vcom. Are connected, and the voltage V2 is higher than 4 × V1.
In this case, the circuit A4c is used as a drive inverter circuit, and the circuits A1c to A3c are used as rectifier circuits.
In step-down operation, the gate signals Gate1H, Gate2H, Gate3H, Gate4H to the high-voltage side MOSFET, the gate signals Gate1L, Gate2L, Gate3L, Gate4L to the low-voltage side MOSFET, and the current I12 flowing through each LC series LC12, LC23, LC34, I23 and I34 are shown in FIG.
As shown in FIG. 14, the gate signal at the time of the step-down operation is the same as that at the time of the step-up operation, and is an on / off signal having a duty of about 50% with a period T slightly larger than the resonance period determined by the LC series bodies LC12, LC23, LC34. . Reference numerals 1k and 1l denote gate pulses, which are generated in a period substantially coincident with the period t which is a half of the resonance period.

高圧側MOSFETへのゲートパルス1kにより各回路A1c〜A4cの高圧側MOSFETであるMos1H、Mos2H、Mos3H、Mos4Hがオン状態となると、電圧差があるため、平滑コンデンサCs4に蓄えられた一部のエネルギがコンデンサCr34に、コンデンサCr12、Cr23に充電されたエネルギが平滑コンデンサCs2、Cs3に、以下に示す経路で移行する。
Cs4⇒Mos4H⇒Lr34⇒Cr34⇒Mos3H
Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Mos2H
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Cs2⇒Mos1H
When the high-voltage side MOSFETs Mos1H, Mos2H, Mos3H, and Mos4H of each circuit A1c to A4c are turned on by the gate pulse 1k to the high-voltage side MOSFET, there is a voltage difference, so some energy stored in the smoothing capacitor Cs4 Is transferred to the capacitor Cr34, and the energy charged in the capacitors Cr12 and Cr23 is transferred to the smoothing capacitors Cs2 and Cs3 through the following path.
Cs4⇒Mos4H⇒Lr34⇒Cr34⇒Mos3H
Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Mos2H
Cr12⇒Lr12⇒Cr23⇒Lr23⇒Mos3H⇒Cs3⇒Cs2⇒Mos1H

次いで、低圧側MOSFETへのゲートパルス1lにより各回路A1c〜A4cの低圧側MOSFETであるMos1L、Mos2L、Mos3L、Mos4Lがオン状態となると、電圧差があるため、コンデンサCr34に充電されたエネルギが平滑コンデンサCs3に、平滑コンデンサCs1、Cs2に蓄えられたエネルギの一部がコンデンサCr12、Cr23に、以下に示す経路で移行する。
Cr34⇒Lr34⇒Mos4L⇒Cs3⇒Mos3L
Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Mos2L
Cs1⇒Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L
Next, when Mos1L, Mos2L, Mos3L, and Mos4L, which are the low-voltage side MOSFETs of the circuits A1c to A4c, are turned on by the gate pulse 1l to the low-voltage side MOSFET, there is a voltage difference, so the energy charged in the capacitor Cr34 is smoothed. A part of the energy stored in the smoothing capacitors Cs1 and Cs2 is transferred to the capacitors Cs3 and Crs23 through the following path.
Cr34⇒Lr34⇒Mos4L⇒Cs3⇒Mos3L
Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Mos2L
Cs1⇒Cs2⇒Mos3L⇒Lr23⇒Cr23⇒Lr12⇒Cr12⇒Mos1L

このように降圧動作では、コンデンサCr12、Cr23、Cr24の充放電により、平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs4から平滑コンデンサCs3にエネルギを移行する。そして、電圧端子VHhとVHl間に入力された電圧V2を、約1/4倍に降圧された電圧V1にして電圧端子VLとVcom間に出力する。   Thus, in the step-down operation, energy is transferred from the smoothing capacitors Cs1, Cs2, and Cs4 to the smoothing capacitor Cs3 by charging and discharging the capacitors Cr12, Cr23, and Cr24. Then, the voltage V2 input between the voltage terminals VHh and VHl is converted to a voltage V1 that is stepped down by about 1/4 and output between the voltage terminals VL and Vcom.

図13、図14に示すように、各電圧段のLC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34は、昇圧動作時と降圧動作時とで向きが逆になるが、その比はいずれも、I12:I23:I34=1:2:1になる。この場合、最大電流値は、I12が実効値20Arms、I23が実効値40Arms、I34が実効値20Armsである。
上述したように、LC直列体LC12は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ1個ずつ並列配置し、LC直列体LC23は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ2個ずつ並列配置し、LC直列体LC34は、コンデンサ素子、インダクタ素子をそれぞれ1個で構成した。即ち、上記実施の形態1と同様に、各電圧段のLC直列体LC12、LC23、LC34は、流れる電流I12、I23、I34の最大電流値に応じてコンデンサ素子、インダクタ素子の並列配置する必要最小限の個数が決められて、低電圧側電圧端子VL、Vcomに近いほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されている。
As shown in FIGS. 13 and 14, the directions of the currents I12, I23, and I34 flowing through the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 of the respective voltage stages are reversed between the boost operation and the buck operation. In any case, I12: I23: I34 = 1: 2: 1. In this case, the maximum current values are an effective value of 20 Arms for I12, an effective value of 40 Arms for I23, and an effective value of 20 Arms for I34.
As described above, the LC series body LC12 has one capacitor element and one inductor element arranged in parallel, the LC series body LC23 has two capacitor elements and two inductor elements arranged in parallel, and the LC series body LC34 has Each of the capacitor element and the inductor element is composed of one piece. That is, as in the first embodiment, the LC series bodies LC12, LC23, LC34 of each voltage stage are the minimum necessary to arrange capacitor elements and inductor elements in parallel according to the maximum current values of the flowing currents I12, I23, I34. The limited number is determined, and the closer to the low-voltage side voltage terminals VL and Vcom, the larger the capacitor capacity, the smaller the inductance, and the equal resonance period.

このため、上記実施の形態1と同様に、各LC直列体LC12、LC23、LC34を構成するコンデンサやインダクタのサイズを容易に最適化でき、小型で安価な装置構成を実現できる。また、各LC直列体LC12、LC23、LC34を同じ仕様のコンデンサ素子、インダクタ素子を用いて構成したため、部品コストをさらに低減できる。   For this reason, as in the first embodiment, the sizes of the capacitors and inductors constituting the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 can be easily optimized, and a small and inexpensive device configuration can be realized. Moreover, since each LC serial body LC12, LC23, and LC34 is configured using the capacitor element and the inductor element having the same specifications, the component cost can be further reduced.

また、上記実施の形態1では、低電圧側電圧端子VL、Vcomを平滑コンデンサCs1の両端子に接続したが、この実施の形態では、他の回路に挟まれた中間に位置する回路A3cの平滑コンデンサCs3の両端子に接続して、電圧V1を平滑コンデンサCs3の端子間に入力する。上記実施の形態1におけるLC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流値をI12r、I23r、I34rとし、この実施の形態におけるLC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流値をI12、I23、I34とすると、
I12r:I23r:I34r=3:2:1
I12:I23:I34=1:2:1
I12=I34=I34r
となる。
このように、入出力用電圧端子となる低電圧側電圧端子VL、Vcomを他の回路に挟まれた中間に位置する回路A3cの平滑コンデンサCs3の両端子に接続することで、LC直列回路LC12を流れる電流値I12を上記実施の形態1の場合と比べて1/3に低減することができる。このため、エネルギ移行用のインダクタLr、コンデンサCrの電流定格を低下させ、インダクタLrとコンデンサCrを小形化することができる。
In the first embodiment, the low voltage side voltage terminals VL and Vcom are connected to both terminals of the smoothing capacitor Cs1, but in this embodiment, the smoothing of the circuit A3c located between the other circuits is performed. Connected to both terminals of the capacitor Cs3, the voltage V1 is input between the terminals of the smoothing capacitor Cs3. The current values flowing in the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 in the first embodiment are I12r, I23r, and I34r, and the current values flowing in the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 in this embodiment are I12, I23, and I34. Then
I12r: I23r: I34r = 3: 2: 1
I12: I23: I34 = 1: 2: 1
I12 = I34 = I34r
It becomes.
In this way, by connecting the low voltage side voltage terminals VL and Vcom serving as input / output voltage terminals to both terminals of the smoothing capacitor Cs3 of the circuit A3c located between the other circuits, the LC series circuit LC12 The current value I12 flowing through can be reduced to 1/3 compared to the case of the first embodiment. For this reason, the current ratings of the energy transfer inductor Lr and the capacitor Cr can be lowered, and the inductor Lr and the capacitor Cr can be reduced in size.

またこの場合も、昇圧動作時では駆動用インバータ回路A3cのゲートパルスを、降圧動作時では駆動用インバータ回路A4cのゲートパルスを整流回路のゲートパルスよりも長くしても良い。また、整流回路ではゲート信号が共振周期の1/2の期間tを過ぎてもハイ電圧であれば電流が逆流するため、ハイ電圧の期間は共振周期の1/2の期間tを超えないようにして、MOSFETの寄生ダイオードにより逆流を防止する。降圧動作の整流回路A1c〜A3cの内、回路A1c、A2cは、駆動用の回路でもあるが、上記のようにMOSFETの寄生ダイオードにより逆流を防止する回路であることから、整流回路と見なしている。
また、他の各実施の形態と同様に、各LC直列体LC12、LC23、LC34の共振周期が等しいため、各整流回路のゲート信号を各共振周期に応じて変える必要がなく、容易に効果的に共振現象を利用でき高効率のDC/DC電力変換装置が実現できる。さらに、整流回路にMOSFETを用いたことでダイオードに比して導通損失が低減できるため、さらに変換効率が向上する。
Also in this case, the gate pulse of the drive inverter circuit A3c may be longer during the step-up operation, and the gate pulse of the drive inverter circuit A4c may be longer than the gate pulse of the rectifier circuit during the step-down operation. Further, in the rectifier circuit, even if the gate signal passes a period t that is half the resonance period, the current flows backward if the voltage is high, so that the high voltage period does not exceed the period t that is 1/2 the resonance period. Thus, the reverse current is prevented by the parasitic diode of the MOSFET. Among the rectifier circuits A1c to A3c for step-down operation, the circuits A1c and A2c are also circuits for driving, but are regarded as rectifier circuits because they are circuits that prevent backflow by the parasitic diode of the MOSFET as described above. .
Further, as in the other embodiments, since the resonance periods of the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 are equal, it is not necessary to change the gate signal of each rectifier circuit according to each resonance period, and it is easily effective. In addition, a highly efficient DC / DC power converter can be realized by utilizing the resonance phenomenon. Furthermore, the use of MOSFETs in the rectifier circuit can reduce conduction loss compared to diodes, further improving conversion efficiency.

なお、この実施の形態においても、LC直列体LC12、LC23、LC34を上記実施の形態2、3で示したように構成しても良く、それぞれ同様の効果を有する。   Also in this embodiment, the LC serial bodies LC12, LC23, and LC34 may be configured as shown in the second and third embodiments, and each has the same effect.

また、上記実施の形態8では、低電圧側電圧端子VL、Vcomを平滑コンデンサCs3の両端子に接続したが、平滑コンデンサCs2の両端子に接続しても良く、LC直列回路を流れる電流値を同様に低減でき上記実施の形態8と同様の効果が得られる。さらに、整流回路の段数を増やした場合においても、他の回路に挟まれた中間に位置する回路の平滑コンデンサCsの両端子に低電圧側電圧端子VL、Vcomを接続しても同様の効果が得られる。   In the eighth embodiment, the low voltage side voltage terminals VL and Vcom are connected to both terminals of the smoothing capacitor Cs3. However, the low voltage side voltage terminals VL and Vcom may be connected to both terminals of the smoothing capacitor Cs2. Similarly, the same effect as in the eighth embodiment can be obtained. Furthermore, even when the number of stages of the rectifier circuit is increased, the same effect can be obtained by connecting the low voltage side voltage terminals VL and Vcom to both terminals of the smoothing capacitor Cs of the circuit located in the middle between other circuits. can get.

実施の形態9.
次に、この発明の実施の形態9によるDC/DC電力変換装置を図について説明する。 図15はこの発明の実施の形態9によるDC/DC電力変換装置の回路構成を示す。
この実施の形態9では、電圧端子VLとVcom間の電圧V1から電圧端子VHhとVHl間の電圧V2へエネルギを移行する昇圧形のDC/DC電力変換装置について示す。上記実施の形態8と同様に、電圧V2は電圧V1の約4倍となっており、V1は50V、V2は約200Vとする。
図15に示すように、図12で示した上記実施の形態8によるDC/DC電力変換装置における回路A1c〜A4cの替わりに、回路A1d〜A4dを用い、回路A3dは回路A3cと同様の構成、回路A1d、A2d、A4dは、2つのMOSFET(Mos1L、Mos1H)(Mos2L、Mos2H)(Mos4L、Mos4H)をそれぞれダイオード(Di1L、Di1H)(Di2L、Di2H)(Di4L、Di4H)に置き換えている。即ち、駆動用インバータ回路A3dは、低圧側スイッチ、高圧側スイッチとしての2つのMOSFET(Mos3L、Mos3H)を直列接続して平滑コンデンサCs3の両端子間に接続して構成される。また整流回路A1d、A2d、A4dは、それぞれ2つのダイオード(Di1L、Di1H)(Di2L、Di2H)(Di4L、Di4H)を直列接続して各平滑コンデンサCs1、Cs2、Cs4の両端子間に接続して構成される。これに伴い、MOSFETを駆動するためのゲート駆動回路113、フォトカプラ123H、123L、電源Vs3、ゲート信号Gate3H、Gate3Lは、MOSFET(Mos3L、Mos3H)に対するもの以外は削除され、この場合、制御回路13cからゲート信号Gate3H、Gate3Lのみが出力される。その他の構成は、図12で示した上記実施の形態8と同じである。
Embodiment 9 FIG.
Next, a DC / DC power converter according to Embodiment 9 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 15 shows a circuit configuration of a DC / DC power conversion apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
In the ninth embodiment, a step-up DC / DC power converter that transfers energy from a voltage V1 between voltage terminals VL and Vcom to a voltage V2 between voltage terminals VHh and VHl will be described. Similar to the eighth embodiment, the voltage V2 is about four times the voltage V1, V1 is 50V, and V2 is about 200V.
As shown in FIG. 15, circuits A1d to A4d are used instead of the circuits A1c to A4c in the DC / DC power converter according to the eighth embodiment shown in FIG. 12, and the circuit A3d has the same configuration as the circuit A3c. In the circuits A1d, A2d, A4d, two MOSFETs (Mos1L, Mos1H) (Mos2L, Mos2H) (Mos4L, Mos4H) are replaced with diodes (Di1L, Di1H) (Di2L, Di2H) (Di4L, Di4H), respectively. That is, the driving inverter circuit A3d is configured by connecting two MOSFETs (Mos3L, Mos3H) as a low-voltage side switch and a high-voltage side switch in series and connecting between both terminals of the smoothing capacitor Cs3. The rectifier circuits A1d, A2d, and A4d are each connected between two terminals of each smoothing capacitor Cs1, Cs2, and Cs4 by connecting two diodes (Di1L, Di1H) (Di2L, Di2H) (Di4L, Di4H) in series. Composed. Accordingly, the gate drive circuit 113, the photocouplers 123H and 123L, the power supply Vs3, and the gate signals Gate3H and Gate3L for driving the MOSFET are deleted except for those for the MOSFETs (Mos3L and Mos3H). In this case, the control circuit 13c Outputs only gate signals Gate3H and Gate3L. Other configurations are the same as those in the eighth embodiment shown in FIG.

次に、動作について説明する。
駆動用インバータ回路A3dは、電圧端子VL−Vcom間に入力されるエネルギを、MOSFET(Mos3L、Mos3H)のオンオフ動作により高電圧側に送り、整流回路A1d、A2d、A4dは、駆動用インバータ回路A3dで駆動された電流を整流し、エネルギを高電圧側へ移行する。
高圧側MOSFETへのゲート信号Gate3Hと、低圧側MOSFETへのゲート信号Gate3Lと、各LC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34とを図16に示す。図16に示すように、ゲート信号Gate3Hおよびゲート信号Gate3Lは、上記実施の形態8における高圧側MOSFETへのゲート信号Gate1H、Gate2H、Gate3H、Gate4Hおよび低圧側MOSFETへのゲート信号Gate1L、Gate2L、Gate3L、Gate4Lと同様である。
そして、上記実施の形態8の昇圧動作時には、整流回路内のMOSFETを流れていた電流が、この実施の形態ではダイオードを流れるため、導通損失が発生するものであるが、上記実施の形態8と同様の昇圧動作により、各LC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34も上記実施の形態8の場合とほぼ同様である。
Next, the operation will be described.
The drive inverter circuit A3d sends the energy input between the voltage terminals VL-Vcom to the high voltage side by the on / off operation of the MOSFETs (Mos3L, Mos3H). The rectifier circuits A1d, A2d, A4d are driven inverter circuit A3d The current driven by is rectified and energy is transferred to the high voltage side.
FIG. 16 shows a gate signal Gate3H to the high-voltage side MOSFET, a gate signal Gate3L to the low-voltage side MOSFET, and currents I12, I23, and I34 flowing through the LC series bodies LC12, LC23, and LC34. As shown in FIG. 16, the gate signal Gate3H and the gate signal Gate3L are the gate signals Gate1H, Gate2H, Gate3H, Gate4H and the gate signals Gate1L, Gate2L, Gate3L, It is the same as Gate4L.
In the boosting operation of the eighth embodiment, since the current flowing through the MOSFET in the rectifier circuit flows in the diode in this embodiment, conduction loss occurs. Due to the same boosting operation, the currents I12, I23, I34 flowing through the LC series bodies LC12, LC23, LC34 are substantially the same as in the eighth embodiment.

このように、上記実施の形態8と同様に、各電圧段のLC直列体LC12、LC23、LC34は、流れる電流I12、I23、I34の最大電流値に応じてコンデンサ素子、インダクタ素子の並列配置する必要最小限の個数が決められて、低電圧側電圧端子VL、Vcomに近いほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されている。
このため、上記実施の形態8と同様に、各LC直列体LC12、LC23、LC34を構成するコンデンサやインダクタのサイズを容易に最適化でき、小型で安価な装置構成を実現できる。また、各LC直列体LC12、LC23、LC34を同じ仕様のコンデンサ素子、インダクタ素子を用いて構成したため、部品コストをさらに低減できる。
Thus, as in the eighth embodiment, the LC series bodies LC12, LC23, LC34 of each voltage stage are arranged in parallel with the capacitor elements and the inductor elements according to the maximum current values of the flowing currents I12, I23, I34. The minimum required number is determined, and the closer to the low voltage side voltage terminals VL and Vcom, the larger the capacitor capacity and the smaller the inductance, and the equal resonance periods are set.
Therefore, similar to the eighth embodiment, the sizes of capacitors and inductors constituting each LC series body LC12, LC23, LC34 can be easily optimized, and a small and inexpensive apparatus configuration can be realized. Moreover, since each LC serial body LC12, LC23, and LC34 is configured using the capacitor element and the inductor element having the same specifications, the component cost can be further reduced.

また、低電圧側電圧端子VL、Vcomを他の回路に挟まれた中間に位置する回路A3dの平滑コンデンサCs3の両端子に接続することで、LC直列体LC12を流れる電流値I12を上記実施の形態1の場合と比べて1/3に低減することができる。このため、エネルギ移行用のインダクタLr、コンデンサCrの電流定格を低下させ、インダクタLrとコンデンサCrを小形化することができる。   In addition, by connecting the low voltage side voltage terminals VL and Vcom to both terminals of the smoothing capacitor Cs3 of the circuit A3d located between the other circuits, the current value I12 flowing through the LC series body LC12 can be obtained as described above. Compared to the case of Form 1, it can be reduced to 1/3. For this reason, the current ratings of the energy transfer inductor Lr and the capacitor Cr can be reduced, and the inductor Lr and the capacitor Cr can be miniaturized.

実施の形態10.
次に、この発明の実施の形態10によるDC/DC電力変換装置を図について説明する。図17はこの発明の実施の形態10によるDC/DC電力変換装置の回路構成を示す。
この実施の形態10では、電圧端子VHh、VHl間の電圧V2から電圧端子VL、Vcom間の電圧V1へエネルギを移行する降圧形のDC/DC電力変換装置について示す。上記実施の形態8と同様に、電圧V2は電圧V1の約4倍となっており、V1は50V、V2は約200Vとする。
この実施の形態では図17に示すように、図12で示した上記実施の形態8によるDC/DC電力変換装置における回路A1c〜A4cの替わりに、回路A1e〜A4eを用い、回路A1e、A2e、A4eは回路A1c、A2c、A4cと同様の構成、回路A3eは、2つのMOSFET(Mos3L、Mos3H)をそれぞれダイオード(Di3L、Di3H)に置き換えている。即ち、駆動用インバータ回路A4eと整流回路A1e、A2eとは、低圧側スイッチ、高圧側スイッチとしてのそれぞれ2つのMOSFETを直列接続して平滑コンデンサCs4、Cs1、Cs2の両端子間に接続して構成される。また整流回路A3eは、2つのダイオード(Di3L、Di3H)を直列接続して平滑コンデンサCs3の両端子間に接続して構成される。これに伴い、実施の形態8における回路A3c内のMOSFETを駆動するためのゲート駆動回路113、フォトカプラ123H、123L、電源Vs3、ゲート信号Gate3H、Gate3Lは削除され、この場合、制御回路からゲート信号Gate1H、Gate2H、Gate4H、Gate1L、Gate2L、Gate4Lのみが出力される。その他の構成は、図12で示した上記実施の形態8と同じである。
Embodiment 10 FIG.
Next, a DC / DC power conversion apparatus according to Embodiment 10 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 17 shows a circuit configuration of a DC / DC power converter according to Embodiment 10 of the present invention.
In the tenth embodiment, a step-down DC / DC power converter that transfers energy from a voltage V2 between voltage terminals VHh and VHl to a voltage V1 between voltage terminals VL and Vcom is shown. Similar to the eighth embodiment, the voltage V2 is about four times the voltage V1, V1 is 50V, and V2 is about 200V.
In this embodiment, as shown in FIG. 17, circuits A1e to A4e are used in place of the circuits A1c to A4c in the DC / DC power converter according to the eighth embodiment shown in FIG. 12, and the circuits A1e, A2e, A4e has the same configuration as the circuits A1c, A2c, A4c, and the circuit A3e has two MOSFETs (Mos3L, Mos3H) replaced with diodes (Di3L, Di3H), respectively. In other words, the drive inverter circuit A4e and the rectifier circuits A1e, A2e are configured by connecting two MOSFETs in series as low-voltage side switches and high-voltage side switches and connecting them between both terminals of the smoothing capacitors Cs4, Cs1, Cs2. Is done. The rectifier circuit A3e is configured by connecting two diodes (Di3L, Di3H) in series and connecting between both terminals of the smoothing capacitor Cs3. Accordingly, the gate drive circuit 113, the photocouplers 123H and 123L, the power supply Vs3, and the gate signals Gate3H and Gate3L for driving the MOSFET in the circuit A3c in the eighth embodiment are deleted. In this case, the gate signal is output from the control circuit. Only Gate1H, Gate2H, Gate4H, Gate1L, Gate2L, Gate4L are output. Other configurations are the same as those in the eighth embodiment shown in FIG.

そして、上記実施の形態8の降圧動作時には、整流回路A3c内のMOSFETを流れていた電流が、この実施の形態では整流回路A3e内のダイオードを流れるため、導通損失が発生するものであるが、上記実施の形態8と同様の降圧動作により、各LC直列体LC12、LC23、LC34に流れる電流I12、I23、I34も上記実施の形態8の場合とほぼ同様である。   In the step-down operation of the eighth embodiment, since the current flowing through the MOSFET in the rectifier circuit A3c flows through the diode in the rectifier circuit A3e in this embodiment, conduction loss occurs. The currents I12, I23, and I34 flowing through the LC series bodies LC12, LC23, and LC34 by the step-down operation similar to that in the eighth embodiment are substantially the same as those in the eighth embodiment.

このように、上記実施の形態8と同様に、各電圧段のLC直列体LC12、LC23、LC34は、流れる電流I12、I23、I34の最大電流値に応じてコンデンサ素子、インダクタ素子の並列配置する必要最小限の個数が決められて、低電圧側電圧端子VL、Vcomに近いほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかも共振周期がそれぞれ等しく設定されている。
このため、上記実施の形態8と同様に、各LC直列体LC12、LC23、LC34を構成するコンデンサやインダクタのサイズを容易に最適化でき、小型で安価な装置構成を実現できる。また、各LC直列体LC12、LC23、LC34を同じ仕様のコンデンサ素子、インダクタ素子を用いて構成したため、部品コストをさらに低減できる。
Thus, as in the eighth embodiment, the LC series bodies LC12, LC23, LC34 of each voltage stage are arranged in parallel with the capacitor elements and the inductor elements according to the maximum current values of the flowing currents I12, I23, I34. The minimum required number is determined, and the closer to the low voltage side voltage terminals VL and Vcom, the larger the capacitor capacity and the smaller the inductance, and the equal resonance periods are set.
Therefore, similar to the eighth embodiment, the sizes of capacitors and inductors constituting each LC series body LC12, LC23, LC34 can be easily optimized, and a small and inexpensive apparatus configuration can be realized. Moreover, since each LC serial body LC12, LC23, and LC34 is configured using the capacitor element and the inductor element having the same specifications, the component cost can be further reduced.

また、低電圧側電圧端子VL、Vcomを他の回路に挟まれた中間に位置する回路A3eの平滑コンデンサCs3の両端子に接続することで、LC直列体LC12を流れる電流値I12を上記実施の形態1の場合と比べて1/3に低減することができる。このため、エネルギ移行用のインダクタLr、コンデンサCrの電流定格を低下させ、インダクタLrとコンデンサCrを小形化することができる。   In addition, by connecting the low voltage side voltage terminals VL and Vcom to both terminals of the smoothing capacitor Cs3 of the circuit A3e located between the other circuits, the current value I12 flowing through the LC series body LC12 can be calculated as described above. Compared to the case of Form 1, it can be reduced to 1/3. For this reason, the current ratings of the energy transfer inductor Lr and the capacitor Cr can be reduced, and the inductor Lr and the capacitor Cr can be miniaturized.

なお、上記実施の形態9、10においても、LC直列体LC12、LC23、LC34を上記実施の形態2、3で示したように構成しても良く、それぞれ同様の効果を有する。   In the ninth and tenth embodiments, the LC serial bodies LC12, LC23, and LC34 may be configured as shown in the second and third embodiments, and each has the same effect.

また、上記各実施の形態では、駆動用インバータ回路、整流回路内のスイッチング素子に、ソース、ドレイン間に寄生ダイオードが形成されているパワーMOSFETを用いたが、IGBT等、制御電極でオンオフ動作が制御できる他の半導体スイッチング素子でも良く、その場合ダイオードが逆並列接続されたものを用い、このダイオードがパワーMOSFETの寄生ダイオードの機能を果たす。これにより、上記各実施の形態と同様の制御により同様の効果が得られる。
また、上記各実施の形態は、整流回路の段数を変化させた、いろいろな電圧比のDC/DC電力変換装置へも、発明を適用できることは言うまでもない。
In each of the above embodiments, the power MOSFET in which the parasitic diode is formed between the source and the drain is used as the switching element in the driving inverter circuit and the rectifier circuit. However, the control electrode such as IGBT can be turned on and off. Other semiconductor switching elements that can be controlled may be used, in which case a diode connected in antiparallel is used, and this diode functions as a parasitic diode of the power MOSFET. Thereby, the same effect is acquired by the control similar to said each embodiment.
In addition, it goes without saying that the above embodiments can be applied to DC / DC power converters having various voltage ratios in which the number of stages of the rectifier circuit is changed.

実施の形態11.
上記各実施の形態によるDC/DC電力変換装置を構成する複数の回路において、回路内のMOSFET、ゲート駆動回路、フォトカプラ等を駆動するために備えられた電源Vsk(Vs0〜Vs4)について、以下に説明する。
図18は、電源Vskの回路構成を示す図である。各回路、例えば上記実施の形態1の回路A1〜A4の電源Vskは、各回路内の平滑コンデンサCs(k)(Cs1〜Cs4)に発生する電圧を入力電圧Vsi(k)として出力端子Vsh(k)−Com(k)間に出力電圧Vso(k)を生成する。
電圧Vso(k)とVsi(k)の基準電圧をCom(k)としている。平滑コンデンサCs(k)の高電圧側の端子は、p形のMOSFETM2のソース端子に接続され、MOSFETM2のドレイン端子はダイオードD1のカソード端子とチョークコイルL1の一方の端子とに接続されている。ダイオードD1のアノード端子は基準電圧Com(k)に接続され、チョークコイルL1の他方の端子はコンデンサC2の一方の端子に接続され、コンデンサC2の他方の端子は基準電圧Com(k)に接続されている。コンデンサCs(k)、コンデンサC2、MOSFETM2、ダイオードD1、チョークコイルL1で非絶縁降圧形のDC/DCコンバータ10を構成し、このDC/DCコンバータ10を介して入力電圧Vsi(k)は出力電圧Vso(k)に変換される。
Embodiment 11 FIG.
In the plurality of circuits constituting the DC / DC power conversion device according to each of the above embodiments, the power supply Vsk (Vs0 to Vs4) provided for driving the MOSFET, gate drive circuit, photocoupler, etc. in the circuit is as follows: Explained.
FIG. 18 is a diagram illustrating a circuit configuration of the power supply Vsk. The power source Vsk of each circuit, for example, the circuits A1 to A4 of the first embodiment, uses the voltage generated in the smoothing capacitors Cs (k) (Cs1 to Cs4) in each circuit as the input voltage Vsi (k) and the output terminal Vsh ( An output voltage Vso (k) is generated between k) and Com (k).
The reference voltage of the voltages Vso (k) and Vsi (k) is Com (k). The high voltage side terminal of the smoothing capacitor Cs (k) is connected to the source terminal of the p-type MOSFET M2, and the drain terminal of the MOSFET M2 is connected to the cathode terminal of the diode D1 and one terminal of the choke coil L1. The anode terminal of the diode D1 is connected to the reference voltage Com (k), the other terminal of the choke coil L1 is connected to one terminal of the capacitor C2, and the other terminal of the capacitor C2 is connected to the reference voltage Com (k). ing. The capacitor Cs (k), the capacitor C2, the MOSFET M2, the diode D1, and the choke coil L1 constitute a non-insulated step-down DC / DC converter 10, and the input voltage Vsi (k) is output voltage via the DC / DC converter 10. Converted to Vso (k).

コンデンサC1とコンデンサC2とツェナーダイオードZ1とは並列に接続され、ツェナーダイオードZ1のアノード端子側は基準電圧Com(k)に接続され、ツェナーダイオードZ1のカソード端子側はチョークコイルL1の端子に接続されている。このC1、C2、Z1の並列体に出力電圧Vso(k)が発生する。電圧Vso(k)は、クロック発生回路d1、誤差増幅回路d2、コンパレータ回路d3に供給され、各回路d1〜d3は動作する。なお、誤差増幅回路d2、コンパレータ回路d3への電圧Vso(k)の供給は、図示を省略する。
クロック発生回路d1の出力は、抵抗R3とコンデンサC3とで構成する鋸波形成部を介して、コンパレータ回路d3の入力の一方に入力される。誤差増幅回路d2の入力の一方には、抵抗R2とツェナーダイオードZ2とで構成される目標電圧が入力され、入力の他方には、Vso(k)の測定電圧が抵抗R3とR4で分圧されて入力されている。また、誤差増幅回路d2の出力は、コンパレータ回路d3の入力の他方に入力され、その接続点は抵抗R5とR6の接続点に接続される。抵抗R5の他方の端子は電圧Vso(k)の出力端子Vsh(k)に接続され、抵抗R6の他方の端子は基準電圧Com(k)に接続される。
コンパレータ回路d3の出力端子は、n形のMOSFETM1のゲート端子に接続され、MOSFETM1のソース端子は基準電圧Com(k)に、ドレイン端子は抵抗R7の一方の端子に接続されている。抵抗R7の他方の端子は、MOSFETM2のゲート端子と抵抗R8の一方の端子とに接続されている。また、抵抗R8の他方の端子は、MOSFETM2のソース端子に接続されている。
Capacitor C1, capacitor C2, and zener diode Z1 are connected in parallel, the anode terminal side of zener diode Z1 is connected to reference voltage Com (k), and the cathode terminal side of zener diode Z1 is connected to the terminal of choke coil L1. ing. An output voltage Vso (k) is generated in the parallel body of C1, C2, and Z1. The voltage Vso (k) is supplied to the clock generation circuit d1, the error amplification circuit d2, and the comparator circuit d3, and the circuits d1 to d3 operate. The supply of the voltage Vso (k) to the error amplifier circuit d2 and the comparator circuit d3 is not shown.
The output of the clock generation circuit d1 is input to one of the inputs of the comparator circuit d3 through a sawtooth wave forming unit constituted by a resistor R3 and a capacitor C3. The target voltage composed of the resistor R2 and the Zener diode Z2 is input to one of the inputs of the error amplifier circuit d2, and the measured voltage of Vso (k) is divided by the resistors R3 and R4 to the other input. Have been entered. The output of the error amplifier circuit d2 is input to the other input of the comparator circuit d3, and its connection point is connected to the connection point of the resistors R5 and R6. The other terminal of the resistor R5 is connected to the output terminal Vsh (k) of the voltage Vso (k), and the other terminal of the resistor R6 is connected to the reference voltage Com (k).
The output terminal of the comparator circuit d3 is connected to the gate terminal of the n-type MOSFET M1, the source terminal of the MOSFET M1 is connected to the reference voltage Com (k), and the drain terminal is connected to one terminal of the resistor R7. The other terminal of the resistor R7 is connected to the gate terminal of the MOSFET M2 and one terminal of the resistor R8. The other terminal of the resistor R8 is connected to the source terminal of the MOSFET M2.

このように構成される電源Vskの動作について説明する。降圧動作の場合、エネルギ源がVH−Vcom間に接続されるので、平滑コンデンサCs(k)には電圧が発生し電源Vskが動作する。
一方、昇圧動作の場合、VL−Vcom間にエネルギ源が接続されて平滑コンデンサCs1に電圧が発生するが、それ以外の平滑コンデンサCs(k)は、動作開始時には電圧が発生していない状態である。しかし、平滑コンデンサCs1の電圧で電源Vs1が動作して、回路A1内のMOSFETがオンオフ動作することにより、回路A2〜A4のMOSFETの寄生ダイオードが動作し、エネルギが平滑コンデンサCs2、Cs3、Cs4に移行する。この寄生ダイオードを用いた動作の電力変換効率は良いものではないが、各平滑コンデンサCs(k)にエネルギが移行するのに1秒も時間を要しない。このように、各平滑コンデンサCs(k)に電圧が発生し各電源Vskが動作する。
The operation of the power supply Vsk configured as described above will be described. In the step-down operation, since the energy source is connected between VH and Vcom, a voltage is generated in the smoothing capacitor Cs (k) and the power supply Vsk operates.
On the other hand, in the step-up operation, an energy source is connected between VL and Vcom and a voltage is generated in the smoothing capacitor Cs1, but the other smoothing capacitors Cs (k) are in a state where no voltage is generated at the start of operation. is there. However, when the power supply Vs1 operates with the voltage of the smoothing capacitor Cs1 and the MOSFET in the circuit A1 is turned on and off, the parasitic diodes of the MOSFETs in the circuits A2 to A4 operate, and energy is transferred to the smoothing capacitors Cs2, Cs3, and Cs4. Transition. Although the power conversion efficiency of the operation using this parasitic diode is not good, it takes less than 1 second for energy to transfer to each smoothing capacitor Cs (k). Thus, a voltage is generated in each smoothing capacitor Cs (k), and each power supply Vsk operates.

動作の詳細について述べる。平滑コンデンサCs(k)に電圧が形成されると、抵抗R1を介してコンデンサC1、C2を充電する。電圧はツェナーダイオードZ1のツェナー電圧となり、ここでは16Vとしている。この電圧の供給により、C1、C2、Z1の並列体に出力電圧Vso(k)が発生して、クロック発生回路d1、誤差増幅回路d2、コンパレータ回路d3に供給され、各回路d1〜d3は動作するとともに、電源Vskが動作する。
抵抗R1は、電力損失を抑えるため比較的大きな抵抗値にしているため、電源Vskの動作前における抵抗R1を介したエネルギ供給では、各回路内のMOSFETを動作させるのに十分ではない。電源Vskが動作開始すると、非絶縁形のDC/DCコンバータ10が動作して該DC/DCコンバータ10を介して電圧Vsi(k)から電圧Vso(k)に変換され、そのエネルギ量は、各回路内のMOSFETを動作させるのに十分である。
Details of the operation will be described. When a voltage is formed in the smoothing capacitor Cs (k), the capacitors C1 and C2 are charged through the resistor R1. The voltage is the Zener voltage of the Zener diode Z1, which is 16V here. By supplying this voltage, an output voltage Vso (k) is generated in the parallel body of C1, C2, and Z1, and is supplied to the clock generation circuit d1, the error amplification circuit d2, and the comparator circuit d3, and the circuits d1 to d3 operate. At the same time, the power supply Vsk operates.
Since the resistor R1 has a relatively large resistance value in order to suppress power loss, energy supply via the resistor R1 before the operation of the power supply Vsk is not sufficient to operate the MOSFETs in each circuit. When the power supply Vsk starts to operate, the non-insulated DC / DC converter 10 operates and is converted from the voltage Vsi (k) to the voltage Vso (k) via the DC / DC converter 10. Enough to operate the MOSFETs in the circuit.

図19は、コンパレータ回路d3の誤差増幅回路d2側の入力端子の電圧Daと、クロック発生回路d1側の入力端子の電圧Dbと、出力端子の電圧Dcと、MOSFETM2のゲート電圧Ddを示す。誤差増幅回路d2は、2つの入力端子間の電圧がゼロになるような電圧Daを出力する。すなわち、出力電圧Vso(k)(15V)が、ツェナーダイオードZ2が定める目標電圧(15V)になるように電圧Daを定める。電圧Dbは鋸波状の電圧であり、クロック発生回路d1からの矩形波電圧をCR回路を介することにより形成されている。電圧DaとDbがコンパレータ回路d3で比較されて矩形波電圧Dcが形成される。例えば、出力電圧Vso(k)を抑える場合には、電圧Daが低くなり、結果として矩形波電圧Dcのハイ電圧期間は短くなる。矩形波電圧DcによりMOSFETM1がオンオフし、MOSFETM1のソース端子の電圧を基準としてMOSFETM2のゲート端子の電圧がロウハイと変化する。MOSFETM2はp形MOSFETなので、ロウでオン、ハイでオフの動作となる。抵抗R7とR8との分圧により、MOSFETM2のゲート・ソース間電圧は最大定格以内になるようになっている。このようにMOSFETM2が、オン時間を制御されてオンオフ動作することにより、平滑コンデンサCs(k)からエネルギを移行し出力端子Com(k)、Vsh(k)間の電圧Vso(k)が所定の電圧(15V)になるように制御される。   FIG. 19 shows the voltage Da at the input terminal on the error amplifier circuit d2 side of the comparator circuit d3, the voltage Db at the input terminal on the clock generation circuit d1 side, the voltage Dc at the output terminal, and the gate voltage Dd of the MOSFET M2. The error amplifier circuit d2 outputs a voltage Da such that the voltage between the two input terminals becomes zero. That is, the voltage Da is determined so that the output voltage Vso (k) (15V) becomes the target voltage (15V) determined by the Zener diode Z2. The voltage Db is a sawtooth voltage, and is formed by passing a rectangular wave voltage from the clock generation circuit d1 through a CR circuit. The voltages Da and Db are compared by the comparator circuit d3 to form a rectangular wave voltage Dc. For example, when the output voltage Vso (k) is suppressed, the voltage Da is lowered, and as a result, the high voltage period of the rectangular wave voltage Dc is shortened. The MOSFET M1 is turned on and off by the rectangular wave voltage Dc, and the voltage at the gate terminal of the MOSFET M2 changes to low and high with reference to the voltage at the source terminal of the MOSFET M1. Since the MOSFET M2 is a p-type MOSFET, it operates on when low and off when high. The voltage between the gate and source of the MOSFET M2 is within the maximum rating due to the voltage division between the resistors R7 and R8. As described above, the MOSFET M2 is turned on and off by controlling the on-time, thereby transferring energy from the smoothing capacitor Cs (k), and the voltage Vso (k) between the output terminals Com (k) and Vsh (k) is predetermined. The voltage is controlled to be 15V.

この実施の形態では、DC/DC電力変換装置を構成する各回路を駆動する電源Vskを、各回路内の平滑コンデンサCs(k)から非絶縁形のDC/DCコンバータ10を介して電力供給するように構成した。このため、入力電圧部と各電源Vsk間の配線やそのためのコネクタ等が不要で、またトランスを用いて各電源間を絶縁する必要もなく、小型で変換効率の良い電源構成となる。これにより、DC/DC電力変換装置の高効率化、小型化が図れる。   In this embodiment, power is supplied from a smoothing capacitor Cs (k) in each circuit via a non-insulated DC / DC converter 10 to a power source Vsk that drives each circuit constituting the DC / DC power converter. It was configured as follows. For this reason, wiring between the input voltage unit and each power source Vsk, a connector therefor, and the like are unnecessary, and it is not necessary to insulate each power source using a transformer, and the power source configuration is small and has high conversion efficiency. Thereby, high efficiency and miniaturization of the DC / DC power converter can be achieved.

なお、上記実施の形態では、入力電圧Vsi(k)が20V以上を想定してDC/DCコンバータ10は降圧形の回路構成を示したが、入力電圧Vsi(k)が低い、例えば10V以下の場合は昇圧形のDC/DCコンバータ10を用いる。   In the above embodiment, the DC / DC converter 10 has a step-down circuit configuration assuming that the input voltage Vsi (k) is 20 V or higher. However, the input voltage Vsi (k) is low, for example, 10 V or lower. In this case, a step-up DC / DC converter 10 is used.

また上記実施の形態では、DC/DC電力変換装置の各回路を駆動する電源Vskの基準電圧をCom(k)とし、各回路内のゲート駆動回路等の制御部を基準電圧Com(k)で構成しているが、各回路内のゲート駆動回路等の制御部を電圧端子Vcomの電圧基準で構成し、電源Vskの基準電圧をVcomとして電圧Vcom基準でMOSFETM2を駆動しても良く、配線の引き回しが多少複雑になるが、変換効率の良い電源構成となる。   In the above embodiment, the reference voltage of the power source Vsk that drives each circuit of the DC / DC power converter is Com (k), and the control unit such as the gate drive circuit in each circuit is the reference voltage Com (k). However, the control unit such as the gate drive circuit in each circuit may be configured with the voltage reference of the voltage terminal Vcom, and the MOSFET M2 may be driven based on the voltage Vcom with the reference voltage of the power supply Vsk as Vcom. Although the routing is somewhat complicated, the power supply configuration has good conversion efficiency.

この発明の実施の形態1によるDC/DC電力変換装置の主回路を示す図である。It is a figure which shows the main circuit of the DC / DC power converter device by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるDC/DC電力変換装置の制御回路を示す図である。It is a figure which shows the control circuit of the DC / DC power converter device by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による昇圧動作時のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。It is a figure which shows the gate signal at the time of the pressure | voltage rise operation by Embodiment 1 of this invention, and the current waveform of each part. この発明の実施の形態1による降圧動作時のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。It is a figure which shows the gate signal at the time of the pressure | voltage fall operation by Embodiment 1 of this invention, and the current waveform of each part. この発明の実施の形態4によるDC/DC電力変換装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the DC / DC power converter device by Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態4による昇圧動作時のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。It is a figure which shows the gate signal at the time of the pressure | voltage rise operation by Embodiment 4 of this invention, and the current waveform of each part. この発明の実施の形態5によるDC/DC電力変換装置の主回路を示す図である。It is a figure which shows the main circuit of the DC / DC power converter device by Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態6によるDC/DC電力変換装置の主回路を示す図である。It is a figure which shows the main circuit of the DC / DC power converter device by Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態6によるDC/DC電力変換装置の制御回路を示す図である。It is a figure which shows the control circuit of the DC / DC power converter device by Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態6による昇圧動作時のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。It is a figure which shows the gate signal at the time of the pressure | voltage rise operation by Embodiment 6 of this invention, and the current waveform of each part. この発明の実施の形態7によるDC/DC電力変換装置の部分回路図である。It is a partial circuit diagram of the DC / DC power converter device by Embodiment 7 of this invention. この発明の実施の形態8によるDC/DC電力変換装置の主回路を示す図である。It is a figure which shows the main circuit of the DC / DC power converter device by Embodiment 8 of this invention. この発明の実施の形態8による昇圧動作時のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。It is a figure which shows the gate signal at the time of the pressure | voltage rise operation by Embodiment 8 of this invention, and the current waveform of each part. この発明の実施の形態8による降圧動作時のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。It is a figure which shows the gate signal at the time of the pressure | voltage fall operation by Embodiment 8 of this invention, and the current waveform of each part. この発明の実施の形態9によるDC/DC電力変換装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the DC / DC power converter device by Embodiment 9 of this invention. この発明の実施の形態9による昇圧動作時のゲート信号および各部の電流波形を示す図である。It is a figure which shows the gate signal at the time of the pressure | voltage rise operation by Embodiment 9 of this invention, and the current waveform of each part. この発明の実施の形態10によるDC/DC電力変換装置の主回路を示す図である。It is a figure which shows the main circuit of the DC / DC power converter device by Embodiment 10 of this invention. この発明の実施の形態11による各回路の電源Vskの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power supply Vsk of each circuit by Embodiment 11 of this invention. この発明の実施の形態11による電源Vskの各部の電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the voltage waveform of each part of the power supply Vsk by Embodiment 11 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1a〜1l ゲートパルス、10 DC/DCコンバータ、13,13a〜13c 制御回路、
A1〜A4 回路(駆動用インバータ回路/整流回路)、
A1a〜A4a 回路(駆動用インバータ回路/整流回路)、
A1b〜A4b 回路(駆動用インバータ回路/整流回路)、
A1c〜A1c 回路(駆動用インバータ回路/整流回路)、
A1d〜A1d 回路(駆動用インバータ回路/整流回路)、
A1e〜A1e 回路(駆動用インバータ回路/整流回路)、
B0〜B4 回路(駆動用インバータ回路/整流回路)、
B0a 回路(駆動用インバータ回路/整流回路)、
Cs0〜Cs4 平滑コンデンサ、Di1L〜Di4L,Di1H〜Di4H ダイオード、
Mos1L〜Mos4L,Mos1H〜Mos4H,Mos0AL,Mos0BL,Mos0AH,Mos0BH MOSFET、
Cr01,Cr12,Cr23,Cr34 コンデンサ、
Cr01A〜Cr01D,Cr12A〜Cr12C,Cr23A,Cr23B,Cr34A コンデンサ素子、
Lr01,Lr12,Lr23,Lr34 インダクタ、
Lr01A〜Lr01D,Lr12A〜Lr12C,Lr23A,Lr23B,Lr34A インダクタ素子、
LC01,LC12,LC23,LC34 LC直列体、Tr トランス、
Gate1L〜Gate4L,Gate1H〜Gate4H ゲート信号、
Gate0AL,Gate0BL,Gate0AH,Gate0BH ゲート信号、t 共振周期/2、
Vs0〜Vs4,Vsk 電源、VL,Vcom 低電圧側電圧端子、VL,Vcom0 低電圧側電圧端子、
VH,Vcom 高電圧側電圧端子、VHh,VHl 高電圧側電圧端子。
1a to 1l gate pulse, 10 DC / DC converter, 13, 13a to 13c control circuit,
A1-A4 circuit (drive inverter circuit / rectifier circuit),
A1a ~ A4a circuit (drive inverter circuit / rectifier circuit),
A1b to A4b circuit (drive inverter circuit / rectifier circuit),
A1c ~ A1c circuit (drive inverter circuit / rectifier circuit),
A1d to A1d circuit (drive inverter circuit / rectifier circuit),
A1e to A1e circuit (drive inverter circuit / rectifier circuit),
B0-B4 circuit (drive inverter circuit / rectifier circuit),
B0a circuit (drive inverter circuit / rectifier circuit),
Cs0 to Cs4 smoothing capacitor, Di1L to Di4L, Di1H to Di4H diode,
Mos1L to Mos4L, Mos1H to Mos4H, Mos0AL, Mos0BL, Mos0AH, Mos0BH MOSFET,
Cr01, Cr12, Cr23, Cr34 capacitors,
Cr01A to Cr01D, Cr12A to Cr12C, Cr23A, Cr23B, Cr34A capacitor elements,
Lr01, Lr12, Lr23, Lr34 inductors,
Lr01A to Lr01D, Lr12A to Lr12C, Lr23A, Lr23B, Lr34A inductor elements,
LC01, LC12, LC23, LC34 LC series body, Tr transformer,
Gate1L to Gate4L, Gate1H to Gate4H Gate signal,
Gate0AL, Gate0BL, Gate0AH, Gate0BH Gate signal, t Resonance period / 2,
Vs0 to Vs4, Vsk power supply, VL, Vcom low voltage side voltage pin, VL, Vcom0 low voltage side voltage pin,
VH, Vcom High voltage side voltage terminal, VHh, VHl High voltage side voltage terminal.

Claims (12)

制御電極によりオンオフ動作が制御される複数の半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとから成る3以上の回路を、隣接回路間にそれぞれコンデンサおよびインダクタの直列体を配して一列に接続し、入出力用電圧端子となる低電圧側電圧端子および高電圧側電圧端子をそれぞれ所定の上記平滑コンデンサの端子に接続して備え、
上記複数の直列体は、低電圧側電圧端子に近いほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかもコンデンサ容量とインダクタンスとで決まる共振周期がそれぞれ等しく設定され、
上記複数の回路の内、所定の回路を駆動用インバータ回路に用い、他の回路を整流回路に用いて、上記各直列体のコンデンサの充放電により直流/直流変換を行うことを特徴とするDC/DC電力変換装置。
Three or more circuits composed of a plurality of semiconductor switching elements and smoothing capacitors whose ON / OFF operations are controlled by the control electrode are connected in a line by arranging a series body of capacitors and inductors between adjacent circuits. A low voltage side voltage terminal and a high voltage side voltage terminal to be terminals are respectively connected to the terminals of the predetermined smoothing capacitor,
In the plurality of series bodies, the closer to the low voltage side voltage terminal, the larger the capacitor capacity and the smaller the inductance, and the resonance periods determined by the capacitor capacity and the inductance are set to be equal, respectively.
The DC circuit is characterized in that DC / DC conversion is performed by charging / discharging each of the series capacitors using a predetermined circuit among the plurality of circuits as a drive inverter circuit and another circuit as a rectifier circuit. / DC power converter.
上記各回路は、上記複数の半導体スイッチング素子である高圧側スイッチおよび低圧側スイッチを直列接続して上記平滑コンデンサの正負端子間に接続した回路であり、該複数の回路を直列に接続し、該各回路内の上記高圧側スイッチと上記低圧側スイッチとの接続点を中間端子として、隣接する該各回路の中間端子間にそれぞれ上記直列体を接続したことを特徴とする請求項1記載のDC/DC電力変換装置。 Each of the circuits is a circuit in which a high-voltage side switch and a low-voltage side switch that are the plurality of semiconductor switching elements are connected in series and connected between positive and negative terminals of the smoothing capacitor, the plurality of circuits are connected in series, 2. The DC circuit according to claim 1, wherein the series body is connected between intermediate terminals of adjacent circuits, with a connection point between the high-voltage side switch and the low-voltage side switch in each circuit as an intermediate terminal. / DC power converter. 制御電極によりオンオフ動作が制御される半導体スイッチング素子を2直列に平滑コンデンサの正負端子間に接続して成る回路と、ダイオード素子を2直列に平滑コンデンサの正負端子間に接続して成る回路とによる3以上の回路を、隣接回路間にそれぞれコンデンサおよびインダクタの直列体を配して一列に接続し、入出力用電圧端子となる低電圧側電圧端子および高電圧側電圧端子をそれぞれ所定の上記平滑コンデンサの端子に接続して備え、
上記複数の直列体は、低電圧側電圧端子に近いほどコンデンサ容量が大きくインダクタンスが小さく、しかもコンデンサ容量とインダクタンスとで決まる共振周期がそれぞれ等しく設定され、
上記複数の回路の内、上記2直列半導体スイッチング素子から成る所定の回路を駆動用インバータ回路に用い、他の回路を整流回路に用いて、上記各直列体のコンデンサの充放電により直流/直流変換を行うことを特徴とするDC/DC電力変換装置。
According to a circuit in which two semiconductor switching elements whose on / off operations are controlled by a control electrode are connected in series between the positive and negative terminals of the smoothing capacitor, and a circuit in which two diode elements are connected in series between the positive and negative terminals of the smoothing capacitor Three or more circuits are connected in a row by arranging a series of capacitors and inductors between adjacent circuits, respectively, and the low voltage side voltage terminal and the high voltage side voltage terminal, which are input / output voltage terminals, are respectively set to the predetermined smoothing Prepare to connect to the capacitor terminal,
In the plurality of series bodies, the closer to the low voltage side voltage terminal, the larger the capacitor capacity and the smaller the inductance, and the resonance periods determined by the capacitor capacity and the inductance are set to be equal, respectively.
Among the plurality of circuits, a predetermined circuit composed of the two series semiconductor switching elements is used as a drive inverter circuit, and another circuit is used as a rectifier circuit. DC / DC power converter characterized by performing.
上記各回路内の2直列素子の接続点を中間端子として、隣接する該各回路の中間端子間にそれぞれ上記直列体を接続したことを特徴とする請求項3記載のDC/DC電力変換装置。 4. The DC / DC power converter according to claim 3, wherein the series body is connected between the intermediate terminals of adjacent circuits, with the connection point of the two series elements in each circuit as an intermediate terminal. トランスを備えて、上記複数の回路を該トランスの1次巻線に接続された第1の回路と該トランスの2次巻線に接続された第2の回路とで構成し、上記直列体は上記1次巻線あるいは上記2次巻線に直列に接続されることを特徴とする請求項1または3に記載のDC/DC電力変換装置。 Comprising a transformer, wherein the plurality of circuits are composed of a first circuit connected to a primary winding of the transformer and a second circuit connected to a secondary winding of the transformer, and the series body is 4. The DC / DC power converter according to claim 1, wherein the DC / DC power converter is connected in series to the primary winding or the secondary winding. 上記低電圧側電圧端子は、上記複数の回路内の所定の回路の平滑コンデンサの正負端子に接続され、上記所定の回路は、両側が上記複数の回路内の他の回路に接続されて中間に位置することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のDC/DC電力変換装置。 The low voltage side voltage terminal is connected to the positive and negative terminals of a smoothing capacitor of a predetermined circuit in the plurality of circuits, and both sides of the predetermined circuit are connected to other circuits in the plurality of circuits in the middle. The DC / DC power converter according to claim 1, wherein the DC / DC power converter is located. 上記各半導体スイッチング素子は、ソース・ドレイン間に寄生ダイオードを有するパワーMOSFET、あるいはダイオードを逆並列に接続した半導体スイッチング素子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のDC/DC電力変換装置。 7. The DC / DC according to claim 1, wherein each of the semiconductor switching elements is a power MOSFET having a parasitic diode between a source and a drain, or a semiconductor switching element in which diodes are connected in antiparallel. DC power converter. 上記半導体スイッチング素子にて構成される上記整流回路では、該整流回路内の上記半導体スイッチング素子のオン期間は、上記直列体の共振周期の1/2の期間を超えないものであることを特徴とする請求項7記載のDC/DC電力変換装置。 In the rectifier circuit configured by the semiconductor switching element, an on period of the semiconductor switching element in the rectifier circuit does not exceed a half period of a resonance period of the series body. The DC / DC power converter according to claim 7. 上記各直列体に流れる最大電流値に応じて該各直列体のコンデンサ容量およびインダクタンスを決定することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のDC/DC電力変換装置。 9. The DC / DC power converter according to claim 1, wherein a capacitor capacity and an inductance of each series body are determined according to a maximum current value flowing through each series body. 上記各直列体の上記コンデンサを、仕様の等しい1あるいは複数個のコンデンサ素子を並列配置して構成すると共に、上記インダクタを仕様の等しい1あるいは複数個のインダクタ素子を並列配置して構成し、上記低電圧側電圧端子に近いほど上記コンデンサ素子、上記インダクタ素子がそれぞれ並列配置される個数が増大することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のDC/DC電力変換装置。 The capacitor of each series body is configured by arranging one or a plurality of capacitor elements having the same specifications in parallel, and the inductor is configured by arranging one or a plurality of inductor elements having the same specifications in parallel, The DC / DC power converter according to any one of claims 1 to 8, wherein the number of the capacitor elements and the inductor elements arranged in parallel increases as the voltage terminal is closer to the low voltage side voltage terminal. 上記各直列体に流れる最大電流値に応じて該各直列体の上記コンデンサ素子、上記インダクタ素子がそれぞれ並列配置される個数を決定することを特徴とする請求項10に記載のDC/DC電力変換装置。 11. The DC / DC power conversion according to claim 10, wherein the number of the capacitor elements and the inductor elements of each series body arranged in parallel is determined according to the maximum current value flowing through each series body. apparatus. 上記半導体スイッチング素子で構成される各回路は、該回路を動作させるための電源を備え、該各電源は、上記各回路内の平滑コンデンサからDC/DCコンバータを介して電力供給されることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載のDC/DC電力変換装置。 Each circuit composed of the semiconductor switching element includes a power source for operating the circuit, and the power source is supplied with power from a smoothing capacitor in each circuit via a DC / DC converter. The DC / DC power converter according to any one of claims 1 to 11.
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