JP7021568B2 - Converter device - Google Patents

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Description

本発明は、入力直流電圧を出力直流電圧に変換して出力するコンバータ装置に関するものである。 The present invention relates to a converter device that converts an input DC voltage into an output DC voltage and outputs the voltage.

この種のコンバータ装置として、下記の非特許文献1に開示されたコンバータ装置(電流共振型DC-DCコンバータ)が知られている。このコンバータ装置では、通常、入力される電圧(入力電圧)に対して、等価的にLC共振回路として機能するこのコンバータ装置と負荷(このコンバータ装置において変換した電圧を供給する負荷)とが直列接続された状態となるように構成される。また、このコンバータ装置では、動作周波数(スイッチング周波数)を変化させることでLC共振回路として機能するこのコンバータ装置のインピーダンスを変化させることができる。このことから、このコンバータ装置では、動作周波数を変化させることで、負荷に供給する電圧(出力電圧)を安定化させている。 As a converter device of this type, a converter device (current resonance type DC-DC converter) disclosed in Non-Patent Document 1 below is known. In this converter device, the converter device that normally functions as an LC resonance circuit equivalently to the input voltage (input voltage) and the load (the load that supplies the voltage converted in this converter device) are connected in series. It is configured to be in the state of being. Further, in this converter device, the impedance of this converter device that functions as an LC resonance circuit can be changed by changing the operating frequency (switching frequency). For this reason, in this converter device, the voltage (output voltage) supplied to the load is stabilized by changing the operating frequency.

しかしながら、このコンバータ装置のように動作周波数を変化させて出力電圧を安定化させる構成には、動作条件によって動作周波数を高くせざるを得ない場合において、スイッチング損失やトランスなどの磁性部品での損失が増加するという課題が生じる。 However, in a configuration such as this converter device that changes the operating frequency to stabilize the output voltage, switching loss and loss in magnetic components such as transformers are required when the operating frequency must be increased depending on the operating conditions. The problem arises that the number increases.

この課題については、下記の非特許文献2に開示されたコンバータ装置(電流共振型DC-DCコンバータ)の構成を採用することにより、改善することが可能である。詳細には、このコンバータ装置は、昇圧回路と、固定周波数(一定のスイッチング周波数)で動作する電流共振コンバータとで構成される2ステージ型コンバータとして構成されて、昇圧回路のスイッチング動作を制御(PWM制御)することにより、昇圧回路から電流共振コンバータに供給される直流電圧を変化させることができる。このことから、このコンバータ装置では、電流共振コンバータでのスイッチング損失や磁性部品での損失の増加を回避しつつ、負荷に供給する電圧(出力電圧)の安定化が可能となっている。 This problem can be improved by adopting the configuration of the converter device (current resonance type DC-DC converter) disclosed in Non-Patent Document 2 below. Specifically, this converter device is configured as a two-stage converter composed of a booster circuit and a current resonance converter that operates at a fixed frequency (constant switching frequency), and controls the switching operation of the booster circuit (PWM). By controlling), the DC voltage supplied from the booster circuit to the current resonance converter can be changed. For this reason, in this converter device, it is possible to stabilize the voltage (output voltage) supplied to the load while avoiding an increase in switching loss in the current resonance converter and loss in the magnetic component.

ROBERT L. STEIGERWALD、”A Comparison of Half-Bridge Resonant Converter Topologies”、IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS、VOL. 3、NO. 2、APRIL 1988ROBERT L. STEIGERWALD, "A Comparison of Half-Bridge Resonant Converter Topologies", IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 3, NO. 2, APRIL 1988 Jun-Ho Kim、他3名、”Analysis and Design of Boost-LLC Converter for High Power Density AC-DC Adapter”、2013 IEEE、[online]、[平成30年2月15日検索]、インターネット<URL:http://koasas.kaist.ac.kr/bitstream/10203/187705/1/77644.pdf>Jun-Ho Kim, 3 others, "Analysis and Design of Boost-LLC Converter for High Power Density AC-DC Adapter", 2013 IEEE, [online], [Search on February 15, 2018], Internet <URL: http://koasas.kaist.ac.kr/bitstream/10203/187705/1/77644.pdf>

ところが、上記した非特許文献2に開示のコンバータ装置には、以下のような解決すべき課題が存在している。すなわち、このコンバータ装置では、昇圧回路がダイオードを有する構成のため、このコンバータ装置には、このダイオードによるリカバリ損失が発生し、このリカバリ損失は一般的に大きいという課題が存在している。 However, the converter device disclosed in Non-Patent Document 2 described above has the following problems to be solved. That is, in this converter device, since the booster circuit has a diode, a recovery loss due to this diode occurs in this converter device, and there is a problem that this recovery loss is generally large.

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、スイッチング周波数を変化させることなく出力電圧を制御し得る1ステージ型のコンバータ装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a one-stage type converter device capable of controlling an output voltage without changing a switching frequency.

上記目的を達成すべく、本発明に係るコンバータ装置は、第1巻線および第2巻線が形成されたトランスと、一対の第1直流端子部と、一対の第1接続ラインを介して前記第1巻線に接続された一対の第1交流端子部と、一対の第2直流端子部と、一対の第2接続ラインを介して前記第2巻線に接続された一対の第2交流端子部と、前記一対の第1交流端子部のうちの一方の第1交流端子部で互いに接続された第1スイッチおよび第2スイッチで構成されて、当該第1スイッチ側の一方の端部が第1電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの一方の第1直流端子部に接続され、かつ当該第2スイッチ側の他方の端部が第2電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの他方の第1直流端子部に接続された直列スイッチ部と、前記第1電力ラインおよび前記第2電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続されたインダクタと、直列接続された第3スイッチおよび第1キャパシタで構成されて、一方の端部が前記直列スイッチ部の前記一方の端部に接続されると共に他方の端部が前記一対の第1交流端子部のうちの他方の第1交流端子部に接続された第1直列回路部と、直列接続された第4スイッチおよび第2キャパシタで構成されて、一方の端部が前記他方の第1交流端子部に接続されると共に他方の端部が前記直列スイッチ部の前記他方の端部に接続された第2直列回路部と、前記一対の第2交流端子部と前記一対の第2直流端子部との間に配設された整流平滑部と、前記一対の第1接続ラインおよび前記一対の第2接続ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続されたLC共振回路と、前記第1スイッチから前記第4スイッチに対するスイッチング制御を実行することにより、前記一対の第1直流端子部に入力される入力直流電圧を出力直流電圧に変換して前記一対の第2直流端子部間から出力させる制御部とを備え、前記制御部は、前記スイッチング制御を実行することにより、前記第1スイッチから前記第4スイッチのうちの前記第4スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記入力直流電圧に基づいて前記インダクタにエネルギーを蓄積させると共に、前記第1キャパシタに蓄積されているエネルギーを放出させることで前記第1巻線に電流を供給する第1動作、前記第1スイッチから前記第4スイッチのうちの前記第2スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記第1キャパシタに蓄積されているエネルギーを放出させることで前記第1巻線に電流を供給すると共に、前記入力直流電圧および前記インダクタから放出されるエネルギーに基づいて前記第2キャパシタにエネルギーを蓄積させる第2動作、前記第1スイッチから前記第4スイッチのうちの前記第3スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記入力直流電圧に基づいて前記インダクタにエネルギーを蓄積させると共に、前記第2キャパシタに蓄積されているエネルギーを放出させることで前記第1巻線に電流を供給する第3動作、並びに前記第1スイッチから前記第4スイッチのうちの前記第1スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記第2キャパシタに蓄積されているエネルギーを放出させることで前記第1巻線に電流を供給すると共に、前記入力直流電圧および前記インダクタから放出されるエネルギーに基づいて前記第1キャパシタにエネルギーを蓄積させる第4動作を、前記直列スイッチ部、前記第1直列回路部および前記第2直列回路部に繰り返し実行させるIn order to achieve the above object, the converter device according to the present invention is described above via a transformer in which the first winding and the second winding are formed, a pair of first DC terminal portions, and a pair of first connection lines. A pair of first AC terminals connected to the first winding, a pair of second DC terminals, and a pair of second AC terminals connected to the second winding via a pair of second connection lines. It is composed of a unit and a first switch and a second switch connected to each other by the first AC terminal portion of one of the pair of first AC terminal portions, and one end portion on the first switch side is the first. The pair is connected to the first DC terminal portion of one of the pair of first DC terminal portions via one power line, and the other end portion on the second switch side is connected to the other end portion on the second switch side via the second power line. A series switch unit connected to the other first DC terminal unit of the first DC terminal unit and an inductor inserted and connected to at least one of the first power line and the second power line are connected in series. It is composed of a third switch and a first capacitor, one end of which is connected to the one end of the series switch portion, and the other end of the pair of first AC terminal portions. It is composed of a first series circuit unit connected to the other first AC terminal unit, a fourth switch and a second capacitor connected in series, and one end is connected to the other first AC terminal unit. And the other end is arranged between the second series circuit part connected to the other end of the series switch part, the pair of second AC terminal parts, and the pair of second DC terminal parts. A rectifying smoothing unit provided, an LC resonance circuit inserted and connected to at least one of the pair of first connection lines and the pair of second connection lines, and switching control from the first switch to the fourth switch. Is provided with a control unit that converts the input DC voltage input to the pair of first DC terminal units into an output DC voltage and outputs the output from between the pair of second DC terminal units. By executing the switching control, only the fourth switch among the fourth switches is turned off from the first switch, thereby storing energy in the inductor based on the input DC voltage. At the same time, in the first operation of supplying a current to the first winding by releasing the energy stored in the first capacitor, only the second switch among the fourth switches is turned off from the first switch. By making it in a state, the first A second that supplies a current to the first winding by discharging the energy stored in the capacitor and stores energy in the second capacitor based on the input DC voltage and the energy discharged from the inductor. Operation, by turning off only the third switch of the fourth switch from the first switch, energy is stored in the inductor based on the input DC voltage and is stored in the second capacitor. The third operation of supplying a current to the first winding by releasing the current energy, and turning off only the first switch among the fourth switches from the first switch causes the first switch. A current is supplied to the first winding by discharging the energy stored in the two capacitors, and the energy is stored in the first capacitor based on the input DC voltage and the energy discharged from the inductor. The four operations are repeatedly executed by the series switch unit, the first series circuit unit, and the second series circuit unit .

これにより、従来技術で説明した2ステージ型コンバータにおいて必須となっている昇圧回路が不要な1ステージ型として構成することができるため、この昇圧回路のダイオードで発生していたリカバリ損失を無くすことができる。また、第1スイッチと第2スイッチのオンデューティを変化させることで、出力直流電圧を制御することができる(つまり、第1スイッチから第4スイッチのスイッチング周波数を変化させることなく出力直流電圧を制御することができる)。 As a result, the booster circuit, which is indispensable for the two-stage converter described in the prior art, can be configured as a one-stage type that does not require it, so that the recovery loss generated in the diode of this booster circuit can be eliminated. can. Further, the output DC voltage can be controlled by changing the on-duty of the first switch and the second switch (that is, the output DC voltage can be controlled without changing the switching frequency of the first switch to the fourth switch. can do).

本発明に係るコンバータ装置では、前記第1スイッチから前記第4スイッチは、ボディダイオードを内蔵したFETで構成されている。これにより、各スイッチをOFF状態からON状態に移行させる際に、ボディダイオードに電流を流した状態でON状態に移行させること(つまり、ドレイン-ソース間電圧が零ボルトに近い状態でON状態に移行させること(零ボルトスイッチング))が可能となることから、各スイッチでのターンオン損失を低減することができる。 In the converter device according to the present invention, the first switch to the fourth switch are composed of FETs having a built-in body diode. As a result, when shifting each switch from the OFF state to the ON state, the switch is switched to the ON state with a current flowing through the body diode (that is, the drain-source voltage is switched to the ON state when the voltage is close to zero volt. Since the transition (zero volt switching) is possible, the turn-on loss at each switch can be reduced.

また、本発明に係るコンバータ装置は、第1巻線および第2巻線が形成されたトランスと、一対の第1直流端子部と、一対の第1接続ラインを介して前記第1巻線に接続された一対の第1交流端子部と、一対の第2直流端子部と、一対の第2接続ラインを介して前記第2巻線に接続された一対の第2交流端子部と、前記一対の第1交流端子部のうちの一方の第1交流端子部で互いに接続された第1スイッチおよび第2スイッチで構成されて、当該第1スイッチ側の一方の端部が第1電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの一方の第1直流端子部に接続され、かつ当該第2スイッチ側の他方の端部が第2電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの他方の第1直流端子部に接続された第1直列スイッチ部と、前記第1電力ラインおよび前記第2電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続されたインダクタと、前記一対の第1交流端子部のうちの他方の第1交流端子部で互いに接続された第3スイッチおよび第4スイッチで構成されて、当該第3スイッチ側の一方の端部が第5スイッチを介して前記第1直列スイッチ部の一方の端部に接続され、かつ当該第4スイッチ側の他方の端部が第6スイッチを介して前記第1直列スイッチ部の他方の端部に接続された第2直列スイッチ部と、前記第2直列スイッチ部に並列接続されたキャパシタと、前記一対の第2交流端子部と前記一対の第2直流端子部との間に配設された整流平滑部と、前記一対の第1接続ラインおよび前記一対の第2接続ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続されたLC共振回路と、前記第1スイッチから前記第6スイッチに対するスイッチング制御を実行することにより、前記一対の第1直流端子部に入力される入力直流電圧を出力直流電圧に変換して前記一対の第2直流端子部間から出力させる制御部とを備え、前記制御部は、前記スイッチング制御を実行することにより、前記第1スイッチから前記第6スイッチのうちの前記第3スイッチおよび前記第6スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記入力直流電圧に基づいて前記インダクタにエネルギーを蓄積させると共に、前記キャパシタに蓄積されているエネルギーを放出させることで前記第1巻線に電流を供給する第1動作、前記第1スイッチから前記第6スイッチのうちの前記第2スイッチおよび前記第3スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記キャパシタにエネルギーを蓄積させつつ、前記入力直流電圧および前記インダクタから放出されるエネルギーに基づいて前記第1巻線に電流を供給する第2動作、前記第1スイッチから前記第6スイッチのうちの前記第4スイッチおよび前記第5スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記入力直流電圧に基づいて前記インダクタにエネルギーを蓄積させると共に、前記キャパシタに蓄積されているエネルギーを放出させることで前記第1巻線に電流を供給する第3動作、並びに前記第1スイッチから前記第6スイッチのうちの前記第1スイッチおよび前記第4スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記キャパシタにエネルギーを蓄積させつつ、前記入力直流電圧および前記インダクタから放出されるエネルギーに基づいて前記第1巻線に電流を供給する第4動作を、前記第1直列スイッチ部、前記第2直列スイッチ部、前記第5スイッチおよび前記第6スイッチに繰り返し実行させるFurther, the converter device according to the present invention is connected to the first winding via a transformer in which the first winding and the second winding are formed, a pair of first DC terminal portions, and a pair of first connection lines. A pair of connected first AC terminal portions, a pair of second DC terminal portions, a pair of second AC terminal portions connected to the second winding via a pair of second connection lines, and the pair. It is composed of a first switch and a second switch connected to each other by the first AC terminal portion of one of the first AC terminal portions of the above, and one end portion on the first switch side is via the first power line. The pair of first DC terminal portions is connected to one of the first DC terminal portions, and the other end portion on the second switch side is connected to the first DC terminal portion via the second power line. A first series switch unit connected to the other first DC terminal unit, an inductor inserted and connected to at least one of the first power line and the second power line, and the pair of first units. It is composed of a third switch and a fourth switch connected to each other by the other first AC terminal portion of the AC terminal portions, and one end portion on the third switch side is the first switch via the fifth switch. A second series switch unit connected to one end of the series switch unit and having the other end on the fourth switch side connected to the other end of the first series switch unit via the sixth switch. A capacitor connected in parallel to the second series switch section, a rectifying smoothing section disposed between the pair of second AC terminal sections and the pair of second DC terminal sections, and the pair of second AC terminals. The pair of first alternating currents by executing switching control from the first switch to the sixth switch with an LC resonance circuit inserted and connected to at least one of the one connection line and the pair of second connection lines. The control unit includes a control unit that converts an input DC voltage input to the terminal unit into an output DC voltage and outputs the output from between the pair of second DC terminal units. By turning off only the third switch and the sixth switch among the sixth switches from the first switch, energy is stored in the inductor and stored in the capacitor based on the input DC voltage. The first operation of supplying an electric current to the first winding by releasing the current energy, turning off only the second switch and the third switch among the sixth switches from the first switch. By A second operation of supplying a current to the first winding based on the input DC voltage and the energy emitted from the inductor while accumulating energy in the capacitor, among the first switch to the sixth switch. By turning off only the 4th switch and the 5th switch, energy is stored in the inductor based on the input DC voltage, and the energy stored in the capacitor is discharged, so that the first switch is released. While accumulating energy in the capacitor by the third operation of supplying a current to the winding and by turning off only the first switch and the fourth switch among the first switch to the sixth switch. , The first series switch section, the second series switch section, the fifth switch, and the fourth operation of supplying a current to the first winding based on the input DC voltage and the energy emitted from the inductor. The sixth switch is repeatedly executed .

これにより、従来技術で説明した2ステージ型コンバータにおいて必須となっている昇圧回路が不要な1ステージ型として構成することができるため、この昇圧回路のダイオードで発生していたリカバリ損失を無くすことができる。また、第1スイッチと第2スイッチのオンデューティを変化させることで、出力直流電圧を制御することができる(つまり、第1スイッチから第6スイッチのスイッチング周波数を変化させることなく出力直流電圧を制御することができる)。 As a result, the booster circuit, which is indispensable for the two-stage converter described in the prior art, can be configured as a one-stage type that does not require it, so that the recovery loss generated in the diode of this booster circuit can be eliminated. can. Further, the output DC voltage can be controlled by changing the on-duty of the first switch and the second switch (that is, the output DC voltage can be controlled without changing the switching frequency of the first switch to the sixth switch. can do).

本発明に係るコンバータ装置では、前記第1スイッチから前記第6スイッチは、ボディダイオードを内蔵したFETで構成されている。これにより、各スイッチをOFF状態からON状態に移行させる際に、ボディダイオードに電流を流した状態でON状態に移行させること(つまり、ドレイン-ソース間電圧が零ボルトに近い状態でON状態に移行させること(零ボルトスイッチング))が可能となることから、各スイッチでのターンオン損失を低減することができる。 In the converter device according to the present invention, the first switch to the sixth switch are composed of FETs having a built-in body diode. As a result, when shifting each switch from the OFF state to the ON state, the switch is switched to the ON state with a current flowing through the body diode (that is, the drain-source voltage is switched to the ON state when the voltage is close to zero volt. Since the transition (zero volt switching) is possible, the turn-on loss at each switch can be reduced.

本発明によれば、第1巻線側に配設された各スイッチのオンデューティを変化させることで、出力直流電圧を制御することができる(つまり、これらスイッチのスイッチング周波数を変化させることなく出力電圧を制御できる)と共に、従来技術で説明した2ステージ型コンバータにおいて必須となっている昇圧回路が不要な1ステージ型のため、この昇圧回路のダイオードで発生していたリカバリ損失を無くすことができる。 According to the present invention, the output DC voltage can be controlled by changing the on-duty of each switch arranged on the first winding side (that is, the output without changing the switching frequency of these switches). Since the voltage can be controlled) and the 1-stage type that does not require the booster circuit that is indispensable for the 2-stage converter described in the prior art, the recovery loss that occurs in the diode of this booster circuit can be eliminated. ..

コンバータ装置1Aの構成図である。It is a block diagram of the converter device 1A. コンバータ装置1Aの動作を説明するための波形図である。It is a waveform diagram for demonstrating the operation of the converter apparatus 1A. コンバータ装置1Aの図2における期間T1での動作を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the operation in the period T1 in FIG. 2 of a converter apparatus 1A. コンバータ装置1Aの図2における期間T2での動作を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the operation in the period T2 in FIG. 2 of a converter apparatus 1A. コンバータ装置1Aの図2における期間T3での動作を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the operation in the period T3 in FIG. 2 of a converter apparatus 1A. コンバータ装置1Aの図2における期間T4での動作を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the operation in the period T4 in FIG. 2 of a converter apparatus 1A. コンバータ装置1Bの構成図である。It is a block diagram of the converter device 1B. コンバータ装置1Bの動作を説明するための波形図である。It is a waveform diagram for demonstrating the operation of the converter apparatus 1B. コンバータ装置1Bの図8における期間T1での動作を説明するための第1巻線2a側の構成図である。It is a block diagram of the 1st winding 2a side for demonstrating the operation in the period T1 in FIG. 8 of a converter apparatus 1B. コンバータ装置1Bの図8における期間T2での動作を説明するための第1巻線2a側の構成図である。It is a block diagram of the 1st winding 2a side for demonstrating the operation in the period T2 in FIG. 8 of a converter apparatus 1B. コンバータ装置1Bの図8における期間T3での動作を説明するための第1巻線2a側の構成図である。It is a block diagram of the 1st winding 2a side for demonstrating the operation in the period T3 in FIG. 8 of a converter apparatus 1B. コンバータ装置1Bの図8における期間T4での動作を説明するための第1巻線2a側の構成図である。It is a block diagram of the 1st winding 2a side for demonstrating the operation in the period T4 in FIG. 8 of a converter apparatus 1B.

以下、コンバータ装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the converter device will be described with reference to the drawings.

まず、コンバータ装置の一例としてのコンバータ装置1Aの構成について図1を参照して説明する。このコンバータ装置1Aは、トランス2、一対の第1直流端子部3a,3b、一対の第1交流端子部4a,4b、一対の第2直流端子部5a,5b、一対の第2交流端子部6a,6b、直列スイッチ部7、インダクタ8、第1直列回路部9、第2直列回路部10、整流平滑部11、LC共振回路12、および制御部13を備え、一対の第1直流端子部3a,3b間に入力される入力直流電圧Vin(本例では一例として、図1に示すように直流電源PSから出力される電圧であるものとする)を出力直流電圧Voutに変換して一対の第2直流端子部5a,5bに接続された負荷LDへ供給可能に構成されている。 First, the configuration of the converter device 1A as an example of the converter device will be described with reference to FIG. The converter device 1A includes a transformer 2, a pair of first DC terminal portions 3a and 3b, a pair of first AC terminal portions 4a and 4b, a pair of second DC terminal portions 5a and 5b, and a pair of second AC terminal portions 6a. , 6b, series switch section 7, inductor 8, first series circuit section 9, second series circuit section 10, rectifying smoothing section 11, LC resonance circuit 12, and control section 13, and a pair of first DC terminal sections 3a. , 3b The input DC voltage Vin (in this example, as an example, it is assumed to be the voltage output from the DC power supply PS as shown in FIG. 1) is converted into the output DC voltage Vout to form a pair of firsts. 2 It is configured to be able to supply to the load LD connected to the DC terminal portions 5a and 5b.

詳細には、トランス2は、本例では一例として、共通の磁気コア(図示せず)に形成されて、互いに磁気的に結合する2つの巻線(第1巻線2aおよび第2巻線2b)を備えている。一対の第1交流端子部4a,4bは、一対の第1接続ラインL1a,L1bを介して第1巻線2aに接続されている。また、本例では、LC共振回路12が、この第1接続ラインL1a,L1bに挿入接続されている。具体的には、本例では、LC共振回路12は、第1接続ラインL1aに挿入接続された共振キャパシタ12aと、第1接続ラインL1bに挿入接続された共振インダクタ12bとを備えて構成されている。このため、本例では、第1交流端子部4aは、共振キャパシタ12aが挿入接続された第1接続ラインL1aを介して第1巻線2aの一端に接続され、また第1交流端子部4bは、共振インダクタ12bが挿入接続された第1接続ラインL1bを介して第1巻線2aの他端に接続されている。なお、共振キャパシタ12aおよび共振インダクタ12bについては、この構成に代えて、図示はしないが、共振キャパシタ12aを第1接続ラインL1bに挿入接続し、共振インダクタ12bを第1接続ラインL1aに挿入接続する構成とすることもできる。 Specifically, the transformer 2 is, as an example in this example, two windings (first winding 2a and second winding 2b) formed on a common magnetic core (not shown) and magnetically coupled to each other. ) Is provided. The pair of first AC terminal portions 4a and 4b are connected to the first winding 2a via the pair of first connection lines L1a and L1b. Further, in this example, the LC resonance circuit 12 is inserted and connected to the first connection lines L1a and L1b. Specifically, in this example, the LC resonance circuit 12 is configured to include a resonance capacitor 12a inserted and connected to the first connection line L1a and a resonance inductor 12b inserted and connected to the first connection line L1b. There is. Therefore, in this example, the first AC terminal portion 4a is connected to one end of the first winding 2a via the first connection line L1a to which the resonance capacitor 12a is inserted and connected, and the first AC terminal portion 4b is , The resonance inductor 12b is connected to the other end of the first winding 2a via the first connection line L1b to which the resonance inductor 12b is inserted and connected. Regarding the resonance capacitor 12a and the resonance inductor 12b, instead of this configuration, although not shown, the resonance capacitor 12a is inserted and connected to the first connection line L1b, and the resonance inductor 12b is inserted and connected to the first connection line L1a. It can also be configured.

一対の第2交流端子部6a,6bは、一対の第2接続ラインL2a,L2bを介して第2巻線2bに接続されている。なお、本例ではLC共振回路12は、上記したように第1接続ラインL1a,L1bに挿入接続されているが、この構成に限定されるものではなく、第1接続ラインL1a,L1bおよび第2接続ラインL2a,L2bのうちの少なくとも一方に挿入接続されていればよい。 The pair of second AC terminal portions 6a and 6b are connected to the second winding 2b via the pair of second connection lines L2a and L2b. In this example, the LC resonance circuit 12 is inserted and connected to the first connection lines L1a and L1b as described above, but the present invention is not limited to this configuration, and the first connection lines L1a and L1b and the second connection line L1a and L1b are not limited to this. It suffices if it is inserted and connected to at least one of the connection lines L2a and L2b.

直列スイッチ部7は、第1交流端子部4a,4bのうちの一方の第1交流端子部(本例では、第1交流端子部4a)で互いに接続された第1スイッチ7aおよび第2スイッチ7bの直列回路で構成されている。本例では一例として、第1スイッチ7aおよび第2スイッチ7bは共にnチャネル型のFET(ボディダイオードを内蔵する電界効果型トランジスタ)で構成されて、第1スイッチ7aのソース端子と第2スイッチ7bのドレイン端子が第1交流端子部4aで接続されている。また、この直列回路の一方の端部(第1スイッチ7a側の端部。本例では第1スイッチ7aのドレイン端子)は、第1電力ラインLp1を介して一対の第1直流端子部3a,3bのうちの一方の第1直流端子部(本例では、第1直流端子部3a)に接続されている。また、この直列回路の他方の端部(第2スイッチ7b側の端部。本例では第2スイッチ7bのソース端子)は、第2電力ラインLp2を介して一対の第1直流端子部3a,3bのうちの他方の第1直流端子部(本例では、第1直流端子部3b)に接続されている。 The series switch section 7 is a first switch 7a and a second switch 7b connected to each other by the first AC terminal section (in this example, the first AC terminal section 4a) of the first AC terminal sections 4a and 4b. It is composed of a series circuit of. In this example, as an example, the first switch 7a and the second switch 7b are both composed of an n-channel type FET (field effect transistor having a built-in body diode), and the source terminal of the first switch 7a and the second switch 7b. The drain terminal of is connected by the first AC terminal portion 4a. Further, one end of this series circuit (the end on the side of the first switch 7a; the drain terminal of the first switch 7a in this example) is a pair of first DC terminal portions 3a, via the first power line Lp1. It is connected to one of the first DC terminal portions (in this example, the first DC terminal portion 3a) of 3b. Further, the other end of this series circuit (the end on the side of the second switch 7b; the source terminal of the second switch 7b in this example) is a pair of first DC terminal portions 3a, via the second power line Lp2. It is connected to the other first DC terminal portion of 3b (in this example, the first DC terminal portion 3b).

インダクタ8は、第1電力ラインLp1および第2電力ラインLp2のうちの少なくとも一方に挿入接続されている。本例では一例として、インダクタ8は、第1電力ラインLp1に挿入接続されているが、図示はしないが、第2電力ラインLp2に挿入接続される構成であってもよいし、第1電力ラインLp1および第2電力ラインLp2の双方に分けて挿入接続される構成であってもよい。 The inductor 8 is inserted and connected to at least one of the first power line Lp1 and the second power line Lp2. In this example, as an example, the inductor 8 is inserted and connected to the first power line Lp1, but although not shown, it may be configured to be inserted and connected to the second power line Lp2, or the first power line. The configuration may be such that both Lp1 and the second power line Lp2 are separately inserted and connected.

第1直列回路部9は、直列接続された第3スイッチ9aおよび第1キャパシタ9bで構成されている。本例では一例として、第3スイッチ9aはnチャネル型のFET(ボディダイオードを内蔵する電界効果型トランジスタ)で構成されて、第3スイッチ9aのドレイン端子と第1キャパシタ9bの一方の端子とが接続されている。また、第1直列回路部9は、一方の端部(本例では第3スイッチ9aのソース端子)が直列スイッチ部7の一方の端部(本例では第1スイッチ7aのドレイン端子)に接続されると共に、他方の端部(本例では第1キャパシタ9bの他方の端子)が一対の第1交流端子部4a,4bのうちの他方の第1交流端子部(本例では、第1交流端子部4b)に接続されている。なお、第1直列回路部9は、この構成に代えて、直列スイッチ部7の一方の端部側に第1キャパシタ9bを配設し、かつ第1交流端子部4b側に第3スイッチ9aを同じ向きで配設した構成であってもよい。 The first series circuit unit 9 is composed of a third switch 9a and a first capacitor 9b connected in series. In this example, as an example, the third switch 9a is composed of an n-channel type FET (field effect transistor having a built-in body diode), and the drain terminal of the third switch 9a and one terminal of the first capacitor 9b are connected to each other. It is connected. Further, in the first series circuit unit 9, one end (source terminal of the third switch 9a in this example) is connected to one end of the series switch 7 (drain terminal of the first switch 7a in this example). At the same time, the other end (the other terminal of the first capacitor 9b in this example) is the other first AC terminal part (in this example, the first AC) of the pair of first AC terminal parts 4a and 4b. It is connected to the terminal portion 4b). Instead of this configuration, the first series circuit unit 9 has a first capacitor 9b arranged on one end side of the series switch unit 7, and a third switch 9a on the first AC terminal unit 4b side. The configuration may be arranged in the same direction.

第2直列回路部10は、直列接続された第4スイッチ10aおよび第2キャパシタ10bで構成されている。本例では一例として、第4スイッチ10aはnチャネル型のFET(ボディダイオードを内蔵する電界効果型トランジスタ)で構成されて、第4スイッチ10aのソース端子と第2キャパシタ10bの一方の端子とが接続されている。また、第2直列回路部10は、一方の端部(本例では第2キャパシタ10bの他方の端子)が他方の第1交流端子部(本例では、第1交流端子部4b)に接続されると共に、他方の端部(本例では第4スイッチ10aのドレイン端子)が直列スイッチ部7の他方の端部(本例では第2スイッチ7bのソース端子)に接続されている。なお、第2直列回路部10は、この構成に代えて、第1交流端子部4b側に第4スイッチ10aを同じ向きで配設し、かつ直列スイッチ部7の他方の端部側に第2キャパシタ10bを配設した構成であってもよい。 The second series circuit unit 10 is composed of a fourth switch 10a and a second capacitor 10b connected in series. In this example, as an example, the fourth switch 10a is composed of an n-channel type FET (field effect transistor having a built-in body diode), and the source terminal of the fourth switch 10a and one terminal of the second capacitor 10b are connected to each other. It is connected. Further, in the second series circuit unit 10, one end portion (the other terminal of the second capacitor 10b in this example) is connected to the other first AC terminal portion (in this example, the first AC terminal portion 4b). At the same time, the other end (drain terminal of the fourth switch 10a in this example) is connected to the other end of the series switch portion 7 (source terminal of the second switch 7b in this example). Instead of this configuration, the second series circuit unit 10 has a fourth switch 10a arranged in the same direction on the first AC terminal unit 4b side and a second switch 10a on the other end side of the series switch unit 7. The configuration may be such that the capacitor 10b is arranged.

整流平滑部11は、一対の第2交流端子部6a,6bと一対の第2直流端子部5a,5bとの間に配設されている。この構成により、整流平滑部11は、第2巻線2bに誘起される電圧(交流電圧である誘起電圧V2)を出力直流電圧Voutに変換して一対の第2直流端子部5a,5b間に出力する。本例では一例として、整流平滑部11は、図1に示すように、4つのダイオード11a,11b,11c,11dで構成される整流回路(ブリッジ形全波整流回路)とキャパシタ11eとを備えている。具体的には、ダイオード11aのアノード端子とダイオード11bのカソード端子が第2交流端子部6aで接続され、ダイオード11cのアノード端子とダイオード11dのカソード端子が第2交流端子部6bで接続され、ダイオード11aおよびダイオード11cの各カソード端子が第2直流端子部5aに接続され、かつダイオード11bおよびダイオード11dの各アノード端子が第2直流端子部5bに接続されている。また、キャパシタ11eは、ダイオード11cのカソード端子とダイオード11dのアノード端子との間(つまり、第2直流端子部5a,5b間)に接続されている。 The rectifying smoothing portion 11 is arranged between the pair of second AC terminal portions 6a and 6b and the pair of second DC terminal portions 5a and 5b. With this configuration, the rectifying smoothing section 11 converts the voltage induced in the second winding 2b (induced voltage V2 which is an AC voltage) into the output DC voltage Vout between the pair of second DC terminal sections 5a and 5b. Output. In this example, as an example, the rectifying smoothing unit 11 includes a rectifying circuit (bridge type full-wave rectifying circuit) composed of four diodes 11a, 11b, 11c, and 11d and a capacitor 11e, as shown in FIG. There is. Specifically, the anode terminal of the diode 11a and the cathode terminal of the diode 11b are connected by the second AC terminal portion 6a, the anode terminal of the diode 11c and the cathode terminal of the diode 11d are connected by the second AC terminal portion 6b, and the diode. Each cathode terminal of the diode 11a and the diode 11c is connected to the second DC terminal portion 5a, and each anode terminal of the diode 11b and the diode 11d is connected to the second DC terminal portion 5b. Further, the capacitor 11e is connected between the cathode terminal of the diode 11c and the anode terminal of the diode 11d (that is, between the second DC terminal portions 5a and 5b).

制御部13は、第1スイッチ7aから第4スイッチ10aまでの4つのスイッチに対して駆動信号S1,S2,S3,S4をそれぞれ出力することにより、これら4つのスイッチ7a~10aに対するスイッチング制御を実行して、入力直流電圧Vinを交流電圧V1に変換して第1交流端子部4a,4b間に出力する動作を第1巻線2a側の回路(直列スイッチ部7、インダクタ8、第1直列回路部9および第2直列回路部10で構成される電力変換回路)に実行させる。本例では、第1スイッチ7aから第4スイッチ10aまでの各スイッチは上記のようにFETで構成されているため、制御部13は、各スイッチ7a~10aに対する適切な駆動回路(図示せず)を備えて、各スイッチ7a~10aのゲート・ソース間に、各駆動信号S1~S4のうちの対応する駆動信号をソース端子の電位を基準とする正極性の電圧信号として出力するものとする。 The control unit 13 executes switching control for these four switches 7a to 10a by outputting drive signals S1, S2, S3, and S4 to each of the four switches from the first switch 7a to the fourth switch 10a. Then, the operation of converting the input DC voltage Vin into the AC voltage V1 and outputting it between the first AC terminal units 4a and 4b is performed by the circuit on the first winding 2a side (series switch unit 7, inductor 8, first series circuit). It is executed by a power conversion circuit (a power conversion circuit composed of a unit 9 and a second series circuit unit 10). In this example, since each switch from the first switch 7a to the fourth switch 10a is composed of FETs as described above, the control unit 13 is an appropriate drive circuit (not shown) for each of the switches 7a to 10a. The corresponding drive signal among the drive signals S1 to S4 is output as a positive voltage signal based on the potential of the source terminal between the gate and the source of each switch 7a to 10a.

次に、コンバータ装置1Aの動作について図1~図6を参照して説明する。 Next, the operation of the converter device 1A will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

制御部13は、各駆動信号S1~S4を、図2に示す期間T1から期間T4までの出力状態を1サイクルとして、第1スイッチ7aから第4スイッチ10aに繰り返し出力する。なお、図2中の「ON」、「OFF」は、駆動信号S1~S4に対応する各スイッチ7a~10aのON・OFF状態を示している。以下、各期間T1,T2,T3,T4に分けて動作を説明する。 The control unit 13 repeatedly outputs the drive signals S1 to S4 from the first switch 7a to the fourth switch 10a, with the output state from the period T1 to the period T4 shown in FIG. 2 as one cycle. Note that "ON" and "OFF" in FIG. 2 indicate ON / OFF states of the switches 7a to 10a corresponding to the drive signals S1 to S4. Hereinafter, the operation will be described separately for each period T1, T2, T3, and T4.

まず、期間T1では、図2に示すように駆動信号S1がゼロボルト(ゲート閾値電圧未満の電圧の一例)から正電圧(ゲート閾値電圧以上の電圧)に切り替えられることにより、図2,3に示すように、第1スイッチ7aは、OFF状態からON状態に移行する。また、図2に示すように駆動信号S4が正電圧からゼロボルトに切り替えられることにより、図2,3に示すように、第4スイッチ10aは、ON状態からOFF状態に移行する。また、図2に示すように他の駆動信号S2,S3は正電圧に維持されることから、図2,3に示すように、第2スイッチ7bおよび第3スイッチ9aはON状態を継続する。つまり、第4スイッチ10aのみがOFF状態になる。 First, in the period T1, as shown in FIG. 2, the drive signal S1 is switched from zero volt (an example of a voltage lower than the gate threshold voltage) to a positive voltage (a voltage equal to or higher than the gate threshold voltage), thereby showing in FIGS. As described above, the first switch 7a shifts from the OFF state to the ON state. Further, as shown in FIG. 2, the drive signal S4 is switched from the positive voltage to zero volt, so that the fourth switch 10a shifts from the ON state to the OFF state as shown in FIGS. 2 and 3. Further, since the other drive signals S2 and S3 are maintained at a positive voltage as shown in FIG. 2, the second switch 7b and the third switch 9a continue to be in the ON state as shown in FIGS. 2 and 3. That is, only the fourth switch 10a is turned off.

この場合、第1巻線2a側(第1直流端子部3a,3b側)の回路では、まず、第4スイッチ10aがOFF状態に移行し、続いて第1スイッチ7aがON状態に移行する。このため、第1スイッチ7aがON状態に移行する直前に、期間T4において後述するように第1巻線2aに流れていた電流Ieが共振キャパシタ12a、OFF状態の第1スイッチ7aのボディダイオイード、ON状態の第3スイッチ9a、第1キャパシタ9bおよび共振インダクタ12bを経由して第1巻線2aに戻る電流経路に、図3に示すように電流Ibとして同図に示す向きとは逆向きに流れる。したがって、第1スイッチ7aは、ボディダイオードに電流Ibが流れている状態、つまりドレイン-ソース間電圧が零ボルトに近い状態でON状態に移行する(零ボルトスイッチングする)。このため、第1スイッチ7aでのターンオン損失は大幅に低減されている。 In this case, in the circuit on the first winding 2a side (first DC terminal portions 3a, 3b side), the fourth switch 10a first shifts to the OFF state, and then the first switch 7a shifts to the ON state. Therefore, immediately before the first switch 7a shifts to the ON state, the current Ie flowing in the first winding 2a in the period T4 is the resonance capacitor 12a and the body die of the first switch 7a in the OFF state as described later. , In the current path returning to the first winding 2a via the third switch 9a, the first capacitor 9b, and the resonant inductor 12b in the ON state, as shown in FIG. 3, the direction opposite to the direction shown in the figure as the current Ib. Flow to. Therefore, the first switch 7a shifts to the ON state (zero-volt switching) in a state where the current Ib is flowing through the body diode, that is, in a state where the drain-source voltage is close to zero volt. Therefore, the turn-on loss in the first switch 7a is significantly reduced.

また、第4スイッチ10aがOFF状態に移行することにより、期間T4において後述するように実行される第1キャパシタ9bへの充電(第1キャパシタ9bへのエネルギーの蓄積)が完了し、続いて第1スイッチ7aがON状態に移行することにより、上記の向きで電流Ibが流れている上記の電流経路に、この向きとは逆の向き(図3に示す向き)で電流が流れ得る状態となる。このため、第1キャパシタ9bに蓄積されたエネルギーが放出されることにより、電流Ibは、この電流経路に、第1キャパシタ9bから第3スイッチ9a、ON状態の第1スイッチ7a、共振キャパシタ12a、第1巻線2aおよび共振インダクタ12bを経由して第1キャパシタ9bに戻る方向(図3に示す向き)で流れるようになる。この電流経路にはLC共振回路12(共振キャパシタ12aおよび共振インダクタ12b)が含まれていることから、電流Ib(第3スイッチ9aの電流)の波形は図2に示すように共振波形(正弦波状の波形)となる。また、第1巻線2aに図3に示す向きで電流Ibが流れるため、第2巻線2bには、ダイオード11c,11dの接続点(第2交流端子部6b)に対してダイオード11a,11bの接続点(第2交流端子部6a)が高電位となる電圧(誘起電圧V2)が誘起する。 Further, when the fourth switch 10a shifts to the OFF state, the charging of the first capacitor 9b (accumulation of energy in the first capacitor 9b) executed as described later in the period T4 is completed, and then the first capacitor 9b is charged. When the switch 7a shifts to the ON state, the current can flow in the direction opposite to this direction (direction shown in FIG. 3) in the above current path in which the current Ib is flowing in the above direction. .. Therefore, by releasing the energy stored in the first capacitor 9b, the current Ib is connected to the current path from the first capacitor 9b to the third switch 9a, the first switch 7a in the ON state, and the resonance capacitor 12a. The current flows in the direction of returning to the first capacitor 9b (direction shown in FIG. 3) via the first winding 2a and the resonant inductor 12b. Since the LC resonance circuit 12 (resonance capacitor 12a and resonance inductor 12b) is included in this current path, the waveform of the current Ib (current of the third switch 9a) is a resonance waveform (sine wave shape) as shown in FIG. Waveform). Further, since the current Ib flows through the first winding 2a in the direction shown in FIG. 3, the diodes 11a and 11b are connected to the connection points (second AC terminal portion 6b) of the diodes 11c and 11d in the second winding 2b. A voltage (induced voltage V2) at which the connection point (second AC terminal portion 6a) of the above becomes a high potential is induced.

また、ON状態の第2スイッチ7bと共に、第1スイッチ7aがON状態に移行することにより、直流電源PS(入力直流電圧Vin)がインダクタ8を介して短絡される。これにより、図3に示すように、直流電源PSからインダクタ8、第1スイッチ7aおよび第2スイッチ7bを経由して直流電源PSに戻る他の電流経路が形成されて、この電流経路に電流Iaが図3において矢印で示す向きで流れる。したがって、この電流Iaがインダクタ8に流れることにより、インダクタ8にエネルギーが蓄積される。また、これら2つの電流経路が重なる第1スイッチ7aには、電流Ia,Ibが同じ向きで流れるため、電流Ia,Ibの合成電流(Ia+Ib)が流れる。 Further, when the first switch 7a shifts to the ON state together with the second switch 7b in the ON state, the DC power supply PS (input DC voltage Vin) is short-circuited via the inductor 8. As a result, as shown in FIG. 3, another current path is formed from the DC power supply PS to the DC power supply PS via the inductor 8, the first switch 7a, and the second switch 7b, and the current Ia is formed in this current path. Flows in the direction indicated by the arrow in FIG. Therefore, when this current Ia flows through the inductor 8, energy is stored in the inductor 8. Further, since the currents Ia and Ib flow in the same direction in the first switch 7a where these two current paths overlap, the combined current (Ia + Ib) of the currents Ia and Ib flows.

このように、期間T1では、第1巻線2a側の回路(つまり、直列スイッチ部7、第1直列回路部9および第2直列回路部10)が、入力直流電圧Vinに基づいてインダクタ8にエネルギーを蓄積させると共に、第1キャパシタ9bに蓄積されているエネルギーを放出させることで第1巻線2aに電流Ibを供給する第1動作を実行する。 As described above, in the period T1, the circuit on the first winding 2a side (that is, the series switch section 7, the first series circuit section 9 and the second series circuit section 10) is connected to the inductor 8 based on the input DC voltage Vin. The first operation of supplying the current Ib to the first winding 2a is executed by accumulating the energy and releasing the energy stored in the first capacitor 9b.

一方、第2巻線2b側(第2直流端子部5a,5b側)の回路では、上記した第1巻線2aへの電流Ibの流入(図3で示す向きでの流入)に起因して、第2交流端子部6bに対して第2交流端子部6aが高電位となる誘起電圧V2が第2巻線2bに誘起するため、この誘起電圧V2に基づき、図3に示すように、第2巻線2bからダイオード11a、負荷LDおよびダイオード11dを経由して第2巻線2bに戻る電流経路に電流Icが流れる(負荷LDに出力直流電圧Voutが出力される)。 On the other hand, in the circuit on the second winding 2b side (second DC terminal portions 5a, 5b side), the inflow of the current Ib into the first winding 2a described above (inflow in the direction shown in FIG. 3) is caused. Since the induced voltage V2 at which the second AC terminal portion 6a has a high potential with respect to the second AC terminal portion 6b is induced in the second winding 2b, as shown in FIG. 3, based on this induced voltage V2, the second A current Ic flows from the 2 windings 2b to the current path returning to the 2nd winding 2b via the diode 11a, the load LD, and the diode 11d (the output DC voltage Vout is output to the load LD).

次いで、期間T2では、図2に示すように、駆動信号S2が正電圧からゼロボルトに切り替わり、駆動信号S4がゼロボルトから正電圧に切り替わることにより、図2,4に示すように、第2スイッチ7bがON状態からOFF状態に移行し、第4スイッチ10aがOFF状態からON状態に移行する。なお、他の各スイッチは、対応する駆動信号が期間T1のときと同じであることから、期間T1のときのON・OFF状態を継続する。つまり、第2スイッチ7bのみがOFF状態になる。 Then, in the period T2, as shown in FIG. 2, the drive signal S2 is switched from the positive voltage to the zero voltage, and the drive signal S4 is switched from the zero voltage to the positive voltage, so that the second switch 7b is switched as shown in FIGS. Shifts from the ON state to the OFF state, and the fourth switch 10a shifts from the OFF state to the ON state. Since the corresponding drive signal is the same as that in the period T1, each of the other switches continues the ON / OFF state in the period T1. That is, only the second switch 7b is turned off.

この場合、第1巻線2a側の回路では、まず、第2スイッチ7bがOFF状態に移行し、続いて第4スイッチ10aがON状態に移行する。このため、第4スイッチ10aがON状態に移行する直前に、直流電源PSの電圧(入力直流電圧Vin)にインダクタ8の両端間電圧(期間T1において、インダクタ8に印加されていた電圧。つまり、入力直流電圧Vinと同等の電圧)が加算された電圧の第1直列回路部9および第2直列回路部10への印加が開始される。これにより、直流電源PSからのエネルギーに加えて、インダクタ8から放出されるエネルギーにより、図4に示すように、直流電源PSからインダクタ8、ON状態の第3スイッチ9a、第1キャパシタ9b、第2キャパシタ10bおよびOFF状態の第4スイッチ10aのボディダイオードを経由して直流電源PSに戻る電流経路に図4に示す向きで電流Idが流れる。したがって、第4スイッチ10aは、ボディダイオードに電流Idが流れている状態、つまりドレイン-ソース間電圧が零ボルトに近い状態でON状態に移行する(零ボルトスイッチングする)。このため、第4スイッチ10aでのターンオン損失は大幅に低減されている。 In this case, in the circuit on the first winding 2a side, the second switch 7b first shifts to the OFF state, and then the fourth switch 10a shifts to the ON state. Therefore, immediately before the fourth switch 10a shifts to the ON state, the voltage across the inductor 8 (the voltage applied to the inductor 8 in the period T1) is added to the voltage of the DC power supply PS (input DC voltage Vin), that is, the voltage applied to the inductor 8. The application of the voltage to which the input DC voltage (voltage equivalent to Vin) is added to the first series circuit unit 9 and the second series circuit unit 10 is started. As a result, in addition to the energy from the DC power supply PS, the energy emitted from the inductor 8 causes the inductor 8 from the DC power supply PS, the third switch 9a in the ON state, the first capacitor 9b, and the first capacitor 9b, as shown in FIG. The current Id flows in the direction shown in FIG. 4 in the current path returning to the DC power supply PS via the body diode of the 2nd capacitor 10b and the 4th switch 10a in the OFF state. Therefore, the fourth switch 10a shifts to the ON state (zero-volt switching) in a state where the current Id is flowing through the body diode, that is, in a state where the drain-source voltage is close to zero volt. Therefore, the turn-on loss in the fourth switch 10a is significantly reduced.

また、第2キャパシタ10bは、このように電流Idが流れることにより、直流電源PSおよびインダクタ8の双方から放出されるエネルギーで充電される(第2キャパシタ10bにエネルギーが蓄積される)。 Further, the second capacitor 10b is charged with the energy emitted from both the DC power supply PS and the inductor 8 by the current Id flowing in this way (energy is stored in the second capacitor 10b).

また、第1スイッチ7aおよび第3スイッチ9aのON状態が継続されているため、図4に示すように、期間T1のときと同じ電流経路(第1キャパシタ9bから第3スイッチ9a、第1スイッチ7a、共振キャパシタ12a、第1巻線2aおよび共振インダクタ12bを経由して第1キャパシタ9bに戻る電流経路)に電流Ibが継続して流れて、第1キャパシタ9bの放電(第1キャパシタ9bからのエネルギーの放出)が継続される。 Further, since the ON state of the first switch 7a and the third switch 9a is continued, as shown in FIG. 4, the same current path as in the period T1 (from the first capacitor 9b to the third switch 9a, the first switch). The current Ib continuously flows through 7a, the resonance capacitor 12a, the first winding 2a, and the current path returning to the first capacitor 9b via the resonance inductor 12b), and the discharge of the first capacitor 9b (from the first capacitor 9b). The release of energy) is continued.

また、これら2つの電流経路が重なる第1直列回路部9(第3スイッチ9aおよび第1キャパシタ9b)には、電流Ib,Idが逆向きで流れるため、電流Ib,Idの合成電流(Ib-Id)が第3スイッチ9aに流れる。また、第1スイッチ7aには、期間T1において流れていた電流Iaが流れなくなり、電流Ibのみが流れる(つまり、期間T1のときよりも、この電流Ia分だけ少ない電流が流れる)。 Further, since the currents Ib and Id flow in the opposite directions to the first series circuit unit 9 (third switch 9a and the first capacitor 9b) where these two current paths overlap, the combined currents (Ib-) of the currents Ib and Id flow. Id) flows to the third switch 9a. Further, the current Ia that was flowing in the period T1 does not flow in the first switch 7a, and only the current Ib flows (that is, a current that is smaller by this current Ia than in the period T1 flows).

このように、期間T2では、第1巻線2a側の回路(つまり、直列スイッチ部7、第1直列回路部9および第2直列回路部10)が、第1キャパシタ9bに蓄積されているエネルギーを放出させつつ(第1巻線2aに電流Ibを供給させつつ)、入力直流電圧Vinおよびインダクタ8から放出されるエネルギーに基づいて第2キャパシタ10bにエネルギーを蓄積させる第2動作を実行する。 As described above, in the period T2, the circuit on the first winding 2a side (that is, the series switch unit 7, the first series circuit unit 9 and the second series circuit unit 10) has the energy stored in the first capacitor 9b. (While supplying the current Ib to the first winding 2a), the second operation of accumulating the energy in the second capacitor 10b based on the input DC voltage Vin and the energy emitted from the inductor 8 is executed.

一方、第2巻線2b側の回路では、上記したように第1巻線2aへ電流Ibが同じ向きで継続して流入していることに起因して、第2交流端子部6a,6b間に誘起電圧V2が同じ極性で継続して誘起していることから、図4に示すように、期間T1のときと同じ電流経路に電流Icが継続して流れる(負荷LDへの出力直流電圧Voutの出力が継続される)。 On the other hand, in the circuit on the second winding 2b side, the current Ib continuously flows into the first winding 2a in the same direction as described above, and therefore, between the second AC terminal portions 6a and 6b. Since the induced voltage V2 is continuously induced with the same polarity, as shown in FIG. 4, the current Ic continuously flows in the same current path as in the period T1 (output DC voltage Vout to the load LD). Output continues).

続いて、期間T3では、図2に示すように駆動信号S2がゼロボルトから正電圧に切り替えられることにより、図2,5に示すように、第2スイッチ7bは、OFF状態からON状態に移行する。また、図2に示すように駆動信号S3が正電圧からゼロボルトに切り替えられることにより、図2,5に示すように、第3スイッチ9aは、ON状態からOFF状態に移行する。なお、他の各スイッチは、対応する駆動信号が期間T2のときと同じであることから、期間T2のときのON・OFF状態を継続する。つまり、第3スイッチ9aのみがOFF状態になる。 Subsequently, in the period T3, the drive signal S2 is switched from zero volt to a positive voltage as shown in FIG. 2, and as shown in FIGS. 2 and 5, the second switch 7b shifts from the OFF state to the ON state. .. Further, as shown in FIG. 2, when the drive signal S3 is switched from the positive voltage to zero volt, the third switch 9a shifts from the ON state to the OFF state as shown in FIGS. 2 and 5. Since the corresponding drive signal is the same as that in the period T2, each of the other switches continues the ON / OFF state in the period T2. That is, only the third switch 9a is turned off.

この場合、第1巻線2a側の回路では、まず、第3スイッチ9aがOFF状態に移行し、続いて第2スイッチ7bがON状態に移行する。このため、第2スイッチ7bがON状態に移行する直前に、期間T2において第1巻線2aに流れていた電流Ibが共振インダクタ12b、第2キャパシタ10b、ON状態の第4スイッチ10a、OFF状態の第2スイッチ7bのボディダイオイード、および共振キャパシタ12aを経由して第1巻線2aに戻る電流経路に、図5に示すように電流Ieとして同図に示す向きとは逆向きに流れる。したがって、第2スイッチ7bは、ボディダイオードに電流Ieが流れている状態、つまりドレイン-ソース間電圧が零ボルトに近い状態でON状態に移行する(零ボルトスイッチングする)。このため、第2スイッチ7bでのターンオン損失は大幅に低減されている。 In this case, in the circuit on the first winding 2a side, the third switch 9a first shifts to the OFF state, and then the second switch 7b shifts to the ON state. Therefore, immediately before the second switch 7b shifts to the ON state, the current Ib flowing in the first winding 2a in the period T2 is the resonant inductor 12b, the second capacitor 10b, the fourth switch 10a in the ON state, and the OFF state. As shown in FIG. 5, the current Ie flows in the direction opposite to the direction shown in the figure in the body die of the second switch 7b and the current path returning to the first winding 2a via the resonance capacitor 12a. Therefore, the second switch 7b shifts to the ON state (zero-volt switching) in a state where the current Ie is flowing through the body diode, that is, in a state where the drain-source voltage is close to zero volt. Therefore, the turn-on loss in the second switch 7b is significantly reduced.

また、第3スイッチ9aがOFF状態に移行することにより、期間T2において実行されていた第1キャパシタ9bへの充電(第1キャパシタ9bへのエネルギーの蓄積)が完了し、続いて第2スイッチ7bがON状態に移行することにより、上記の向きで電流Ieが流れている上記の電流経路に、この向きとは逆の向き(図5に示す向き)で電流が流れ得る状態となる。このため、第2キャパシタ10bに蓄積されたエネルギーが放出されることにより、電流Ieは、この電流経路に、第2キャパシタ10bから共振インダクタ12b、第1巻線2a、共振キャパシタ12a、ON状態の第2スイッチ7bおよび第4スイッチ10aを経由して第2キャパシタ10bに戻る方向(図5に示す向き)で流れるようになる。この電流経路にはLC共振回路12が含まれていることから、電流Ie(第4スイッチ10aの電流)の波形は図2に示すように共振波形(正弦波状の波形)となる。また、期間T1,T2での電流Ibとは逆向きのIeが第1巻線2aに流れるため、第2巻線2bには、第2交流端子部6aに対して第2交流端子部6bが高電位となる電圧(誘起電圧V2)が誘起する。 Further, when the third switch 9a shifts to the OFF state, the charging of the first capacitor 9b (accumulation of energy in the first capacitor 9b) executed in the period T2 is completed, and then the second switch 7b By shifting to the ON state, the current can flow in the direction opposite to this direction (direction shown in FIG. 5) in the above current path in which the current Ie is flowing in the above direction. Therefore, by releasing the energy stored in the second capacitor 10b, the current Ie is in the ON state from the second capacitor 10b to the resonance inductor 12b, the first winding 2a, and the resonance capacitor 12a in this current path. The current flows in the direction of returning to the second capacitor 10b (direction shown in FIG. 5) via the second switch 7b and the fourth switch 10a. Since the LC resonance circuit 12 is included in this current path, the waveform of the current Ie (current of the fourth switch 10a) becomes a resonance waveform (sinusoidal waveform) as shown in FIG. Further, since Ie in the direction opposite to the current Ib in the periods T1 and T2 flows in the first winding 2a, the second AC terminal portion 6b is provided in the second winding 2b with respect to the second AC terminal portion 6a. A high potential voltage (induced voltage V2) is induced.

また、ON状態の第1スイッチ7aと共に、第2スイッチ7bがON状態に移行することにより、直流電源PSがインダクタ8を介して短絡される。これにより、図5に示すように、直流電源PSからインダクタ8、第1スイッチ7aおよび第2スイッチ7bを経由して直流電源PSに戻る他の電流経路が形成されて、この電流経路に電流Iaが図5において矢印で示す向きで流れる。したがって、この電流Iaがインダクタ8に流れることにより、インダクタ8にエネルギーが蓄積される。また、これら2つの電流経路が重なる第2スイッチ7bには、電流Ia,Ieが同じ向きで流れるため、電流Ia,Ieの合成電流(Ia+Ie)が流れる。 Further, when the second switch 7b shifts to the ON state together with the first switch 7a in the ON state, the DC power supply PS is short-circuited via the inductor 8. As a result, as shown in FIG. 5, another current path is formed from the DC power supply PS to the DC power supply PS via the inductor 8, the first switch 7a, and the second switch 7b, and the current Ia is formed in this current path. Flows in the direction indicated by the arrow in FIG. Therefore, when this current Ia flows through the inductor 8, energy is stored in the inductor 8. Further, since the currents Ia and Ie flow in the same direction in the second switch 7b where these two current paths overlap, the combined current (Ia + Ie) of the currents Ia and Ie flows.

このように、期間T3では、第1巻線2a側の回路(つまり、直列スイッチ部7、第1直列回路部9および第2直列回路部10)が、入力直流電圧Vinに基づいてインダクタ8にエネルギーを蓄積させると共に、第2キャパシタ10bに蓄積されているエネルギーを放出させることで第1巻線2aに電流Ieを供給する第3動作を実行する。 As described above, in the period T3, the circuit on the first winding 2a side (that is, the series switch section 7, the first series circuit section 9 and the second series circuit section 10) is connected to the inductor 8 based on the input DC voltage Vin. The third operation of supplying the current Ie to the first winding 2a is executed by accumulating the energy and releasing the energy stored in the second capacitor 10b.

一方、第2巻線2b側の回路では、上記した第1巻線2aへの電流Ieの流入に起因して、第2交流端子部6aに対して第2交流端子部6bが高電位となる誘起電圧V2が第2巻線2bに誘起するため、この誘起電圧V2に基づき、図5に示すように、第2巻線2bからダイオード11c、負荷LDおよびダイオード11bを経由して第2巻線2bに戻る電流経路に電流Ifが流れる(負荷LDに出力直流電圧Voutが出力される)。 On the other hand, in the circuit on the second winding 2b side, the second AC terminal portion 6b has a high potential with respect to the second AC terminal portion 6a due to the inflow of the current Ie into the first winding 2a described above. Since the induced voltage V2 is induced in the second winding 2b, based on this induced voltage V2, the second winding 2b is passed through the diode 11c, the load LD and the diode 11b from the second winding 2b as shown in FIG. The current If flows in the current path returning to 2b (the output DC voltage Vout is output to the load LD).

次いで、期間T4では、図2に示すように、駆動信号S1が正電圧からゼロボルトに切り替わり、駆動信号S3がゼロボルトから正電圧に切り替わることにより、図2,6に示すように、第1スイッチ7aがON状態からOFF状態に移行し、第3スイッチ9aがOFF状態からON状態に移行する。なお、他の各スイッチは、対応する駆動信号が期間T3のときと同じであることから、期間T3のときのON・OFF状態を継続する。つまり、第1スイッチ7aのみがOFF状態になる。 Then, in the period T4, as shown in FIG. 2, the drive signal S1 switches from the positive voltage to the positive voltage, and the drive signal S3 switches from the zero voltage to the positive voltage, so that the first switch 7a is shown in FIGS. Shifts from the ON state to the OFF state, and the third switch 9a shifts from the OFF state to the ON state. Since the corresponding drive signal is the same as that in the period T3, each of the other switches continues the ON / OFF state in the period T3. That is, only the first switch 7a is turned off.

この場合、第1巻線2a側の回路では、まず、第1スイッチ7aがOFF状態に移行し、続いて第3スイッチ9aがON状態に移行する。このため、第3スイッチ9aがON状態に移行する直前に、直流電源PSの電圧(入力直流電圧Vin)にインダクタ8の両端間電圧(期間T3において、インダクタ8に印加されていた電圧。つまり、入力直流電圧Vinと同等の電圧)が加算された電圧の第1直列回路部9および第2直列回路部10への印加が開始される。これにより、直流電源PSからのエネルギーに加えて、インダクタ8から放出されるエネルギーにより、図6に示すように、直流電源PSからインダクタ8、OFF状態の第3スイッチ9aのボディダイオード、第1キャパシタ9b、第2キャパシタ10bおよびON状態の第4スイッチ10aを経由して直流電源PSに戻る電流経路に図6に示す向きで電流Idが流れる。したがって、第3スイッチ9aは、ボディダイオードに電流Idが流れている状態、つまりドレイン-ソース間電圧が零ボルトに近い状態でON状態に移行する(零ボルトスイッチングする)。このため、第3スイッチ9aでのターンオン損失は大幅に低減されている。 In this case, in the circuit on the first winding 2a side, the first switch 7a first shifts to the OFF state, and then the third switch 9a shifts to the ON state. Therefore, immediately before the third switch 9a shifts to the ON state, the voltage between both ends of the inductor 8 (the voltage applied to the inductor 8 in the period T3, that is, that is, the voltage applied to the inductor 8 in the voltage of the DC power supply PS (input DC voltage Vin). The application of the voltage to which the input DC voltage (voltage equivalent to Vin) is added to the first series circuit unit 9 and the second series circuit unit 10 is started. As a result, in addition to the energy from the DC power supply PS, the energy released from the inductor 8 causes the inductor 8 from the DC power supply PS, the body diode of the third switch 9a in the OFF state, and the first capacitor, as shown in FIG. The current Diode flows in the direction shown in FIG. 6 in the current path returning to the DC power supply PS via 9b, the second capacitor 10b, and the fourth switch 10a in the ON state. Therefore, the third switch 9a shifts to the ON state (zero-volt switching) in a state where the current Id is flowing through the body diode, that is, in a state where the drain-source voltage is close to zero volt. Therefore, the turn-on loss in the third switch 9a is significantly reduced.

また、第1キャパシタ9bは、このように電流Idが流れることにより、直流電源PSおよびインダクタ8の双方から放出されるエネルギーで充電される(第1キャパシタ9bにエネルギーが蓄積される)。 Further, the first capacitor 9b is charged with the energy emitted from both the DC power supply PS and the inductor 8 by the current Id flowing in this way (energy is stored in the first capacitor 9b).

また、第2スイッチ7bおよび第4スイッチ10aのON状態が継続されているため、図6に示すように、期間T3のときと同じ電流経路(第2キャパシタ10bから共振インダクタ12b、第1巻線2a、共振キャパシタ12a、ON状態の第2スイッチ7bおよび第4スイッチ10aを経由して第2キャパシタ10bに戻る電流経路)に電流Ieが継続して流れて、第2キャパシタ10bの放電(第2キャパシタ10bからのエネルギーの放出)が継続される。 Further, since the second switch 7b and the fourth switch 10a continue to be ON, as shown in FIG. 6, the same current path as in the period T3 (from the second capacitor 10b to the resonance inductor 12b, the first winding). 2a, the current Ie continuously flows through the resonance capacitor 12a, the current path returning to the second capacitor 10b via the second switch 7b and the fourth switch 10a in the ON state, and the second capacitor 10b is discharged (second). The release of energy from the capacitor 10b) is continued.

また、これら2つの電流経路が重なる第2直列回路部10(第4スイッチ10aおよび第2キャパシタ10b)には、電流Id,Ieが逆向きで流れるため、電流Id,Ieの合成電流(Ie-Id)が第4スイッチ10aに流れる。また、第2スイッチ7bには、期間T3において流れていた電流Iaが流れなくなり、電流Ieのみが流れる(つまり、期間T3のときよりも、この電流Ia分だけ少ない電流が流れる)。 Further, since the currents Id and Ie flow in the opposite directions to the second series circuit unit 10 (fourth switch 10a and second capacitor 10b) where these two current paths overlap, the combined currents (Ie-) of the currents Id and Ie flow. Id) flows to the fourth switch 10a. Further, the current Ia that was flowing in the period T3 does not flow in the second switch 7b, and only the current Ie flows (that is, a current that is smaller by this current Ia than in the period T3 flows).

このように、期間T4では、第1巻線2a側の回路(つまり、直列スイッチ部7、第1直列回路部9および第2直列回路部10)が、第2キャパシタ10bに蓄積されているエネルギーを放出させつつ(第1巻線2aに電流Ieを供給させつつ)、入力直流電圧Vinおよびインダクタ8から放出されるエネルギーに基づいて第1キャパシタ9bにエネルギーを蓄積させる第4動作を実行する。 As described above, in the period T4, the circuit on the first winding 2a side (that is, the series switch unit 7, the first series circuit unit 9 and the second series circuit unit 10) has the energy stored in the second capacitor 10b. (While supplying the current Ie to the first winding 2a), the fourth operation of accumulating the energy in the first capacitor 9b based on the input DC voltage Vin and the energy emitted from the inductor 8 is executed.

一方、第2巻線2b側の回路では、上記したように第1巻線2aへ電流Ieが同じ向きで継続して流入していることに起因して、第2交流端子部6a,6b間に誘起電圧V2が同じ極性で継続して誘起していることから、図6に示すように、期間T3のときと同じ電流経路に電流Ifが継続して流れる(負荷LDへの出力直流電圧Voutの出力が継続される)。 On the other hand, in the circuit on the second winding 2b side, the current Ie continuously flows into the first winding 2a in the same direction as described above, and therefore, between the second AC terminals 6a and 6b. Since the induced voltage V2 is continuously induced with the same polarity, as shown in FIG. 6, the current If continues to flow in the same current path as in the period T3 (output DC voltage Vout to the load LD). Output continues).

これにより、期間T1から期間T4で構成される1サイクルが完了する。 As a result, one cycle composed of the period T1 to the period T4 is completed.

また、出力直流電圧Voutは、下記の式で表される。なお、nは、第1巻線2a(巻数Np)と第2巻線2b(巻数Ns)の巻数比(Ns/Np)であり、Dは、第1スイッチ7aと第2スイッチ7bのオンデューティであるものとする。
Vout=n×Vin/(2×(1-D))
The output DC voltage Vout is expressed by the following equation. In addition, n is the turn number ratio (Ns / Np) of the first winding 2a (the number of turns Np) and the second winding 2b (the number of turns Ns), and D is the on-duty of the first switch 7a and the second switch 7b. Suppose that
Vout = n × Vin / (2 × (1-D))

この式から明らかなように、コンバータ装置1Aは、nの値にもよるが、基本的にオンデューティDを0.5よりも大きい値にすることで、出力直流電圧Voutが入力直流電圧Vinよりも大きくなるBoost型(昇圧型)コンバータとして機能する。また、この式から明らかなように、コンバータ装置1Aでは、各スイッチ7a,7b,9a,10aのスイッチング周波数を変化させることなく、上記のオンデューティDを変化させることで、出力直流電圧Voutを制御することが可能になっている。 As is clear from this equation, in the converter device 1A, the output DC voltage Vout is higher than the input DC voltage Vin by basically setting the on-duty D to a value larger than 0.5, although it depends on the value of n. It functions as a Boost type (boost type) converter that also grows. Further, as is clear from this equation, in the converter device 1A, the output DC voltage Vout is controlled by changing the above-mentioned on-duty D without changing the switching frequency of each switch 7a, 7b, 9a, 10a. It is possible to do.

このように、このコンバータ装置1Aでは、第1巻線2a側の回路は、第1巻線2aと共に、直列スイッチ部7、インダクタ8、第1直列回路部9および第2直列回路部10が図1に示すように接続されて構成されている。また、LC共振回路12が、第1巻線2aと第1交流端子部4a,4bとの間に挿入接続されている。 As described above, in this converter device 1A, the circuit on the first winding 2a side includes the series switch unit 7, the inductor 8, the first series circuit unit 9, and the second series circuit unit 10 together with the first winding 2a. It is connected and configured as shown in 1. Further, the LC resonance circuit 12 is inserted and connected between the first winding 2a and the first AC terminal portions 4a and 4b.

したがって、このコンバータ装置1Aによれば、従来技術で説明した2ステージ型コンバータにおいて必須となっている昇圧回路が不要な1ステージ型として構成されているため、この昇圧回路のダイオードで発生していたリカバリ損失を無くすことができる。また、このコンバータ装置1Aによれば、第1スイッチ7aと第2スイッチ7bのオンデューティを変化させることで、出力直流電圧Voutを制御することができる(つまり、第1スイッチ7a~第4スイッチ10aのスイッチング周波数を変化させることなく出力直流電圧Voutを制御することができる)。 Therefore, according to this converter device 1A, the booster circuit, which is indispensable for the two-stage converter described in the prior art, is configured as a one-stage type that does not require it, so that it is generated by the diode of this booster circuit. Recovery loss can be eliminated. Further, according to this converter device 1A, the output DC voltage Vout can be controlled by changing the on-duty of the first switch 7a and the second switch 7b (that is, the first switch 7a to the fourth switch 10a). The output DC voltage Vout can be controlled without changing the switching frequency of).

また、このコンバータ装置1Aでは、第1スイッチ7aから第4スイッチ10aまでのすべてのスイッチはボディダイオードを内蔵したFETで構成され、制御部13が、図2に示すタイミングで駆動信号S1,S2,S3,S4を出力して、すべてのスイッチ7a,7b,9a,10aを駆動することにより第1スイッチ7a~第4スイッチ10aを期間T1~期間T4でのON・OFF状態に順次移行させて、直列スイッチ部7、第1直列回路部9および第2直列回路部10に上記の第1動作~第4動作を実行させるスイッチング制御を実行する。詳細には、期間T1~期間T4のうちのいずれかの期間から次の新たな期間に移行する際に、制御部13は、この新たな期間においてOFF状態に移行させるスイッチとON状態に移行させる他のスイッチとに対して、まず、OFF状態に移行させるべきスイッチをOFF状態に移行させ、続いてON状態に移行させるべき他のスイッチをON状態に移行させるスイッチング制御を実行する。 Further, in this converter device 1A, all the switches from the first switch 7a to the fourth switch 10a are composed of FETs having a built-in body diode, and the control unit 13 controls the drive signals S1, S2 at the timing shown in FIG. By outputting S3 and S4 and driving all the switches 7a, 7b, 9a and 10a, the first switch 7a to the fourth switch 10a are sequentially shifted to the ON / OFF state in the period T1 to the period T4. Switching control for causing the series switch unit 7, the first series circuit unit 9, and the second series circuit unit 10 to execute the first operation to the fourth operation is executed. Specifically, when shifting from any of the periods T1 to T4 to the next new period, the control unit 13 shifts to the OFF state and the ON state in this new period. For the other switches, first, the switch to be shifted to the OFF state is shifted to the OFF state, and then the switching control to shift the other switch to be shifted to the ON state to the ON state is executed.

したがって、このコンバータ装置1Aによれば、新たな期間においてOFF状態に移行させるべきスイッチをOFF状態に移行させることで、この新たな期間においてON状態に移行させるべき他のスイッチのボディダイオードに電流を流して、この状態(ボディダイオードに電流が流れている状態。つまり、ドレイン-ソース間電圧が零ボルトに近い状態)において他のスイッチをON状態に移行させることができる。このため、この他のスイッチでのターンオン損失を大幅に低減することができる。 Therefore, according to this converter device 1A, by shifting the switch that should be switched to the OFF state in the new period to the OFF state, the current is sent to the body diodes of other switches that should be shifted to the ON state in this new period. In this state (a state in which a current is flowing through the body diode, that is, a state in which the drain-source voltage is close to zero volt), the other switch can be moved to the ON state. Therefore, the turn-on loss in other switches can be significantly reduced.

なお、第1巻線2a側の回路については、コンバータ装置1Aで採用した上記の構成に限定されるものではなく、例えば、図7に示すコンバータ装置1Bで採用する後述の回路とすることもできる。以下、このコンバータ装置1Bについて、図7~図12を参照して説明する。なお、コンバータ装置1Aと同じ構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。 The circuit on the first winding 2a side is not limited to the above configuration adopted in the converter device 1A, and may be, for example, a circuit described later adopted in the converter device 1B shown in FIG. 7. .. Hereinafter, the converter device 1B will be described with reference to FIGS. 7 to 12. The same components as those of the converter device 1A are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

まず、コンバータ装置1Bの構成について図7を参照して説明する。このコンバータ装置1Aは、トランス2、一対の第1直流端子部3a,3b、一対の第1交流端子部4a,4b、一対の第2直流端子部5a,5b、一対の第2交流端子部6a,6b、第1直列スイッチ部としての直列スイッチ部7、インダクタ8、第2直列スイッチ部として第3スイッチ21aおよび第4スイッチ21bを有する直列スイッチ部21、第5スイッチ22、第6スイッチ23、キャパシタ24、整流平滑部11、LC共振回路12、および制御部13を備え、一対の第1直流端子部3a,3b間に入力される入力直流電圧Vinを出力直流電圧Voutに変換して一対の第2直流端子部5a,5bに接続された負荷LDへ供給可能に構成されている。第3スイッチ21a、第4スイッチ21b、第5スイッチ22および第6スイッチ23は、本例一例として、nチャネル型のFET(電界効果型トランジスタ)で構成されているものとする。 First, the configuration of the converter device 1B will be described with reference to FIG. 7. The converter device 1A includes a transformer 2, a pair of first DC terminal portions 3a and 3b, a pair of first AC terminal portions 4a and 4b, a pair of second DC terminal portions 5a and 5b, and a pair of second AC terminal portions 6a. , 6b, a series switch unit 7 as a first series switch unit, an inductor 8, a series switch unit 21 having a third switch 21a and a fourth switch 21b as a second series switch unit, a fifth switch 22, a sixth switch 23, A pair of capacitors 24, a rectifying smoothing unit 11, an LC resonance circuit 12, and a control unit 13 are provided, and the input DC voltage Vin input between the pair of first DC terminal units 3a and 3b is converted into the output DC voltage Vout. It is configured to be able to supply to the load LD connected to the second DC terminal portions 5a and 5b. It is assumed that the third switch 21a, the fourth switch 21b, the fifth switch 22, and the sixth switch 23 are composed of an n-channel type FET (field effect transistor) as an example of this example.

直列スイッチ部21は、一対の第1交流端子部4a,4bのうちの他方の第1交流端子部4bで互いに接続された第3スイッチ21aおよび第4スイッチ21bで構成されている。また、直列スイッチ部21は、一方の端部(第3スイッチ21a側の端部。本例では第3スイッチ21aのドレイン端子)が第5スイッチ22を介して第1直列スイッチ部7の一方の端部(第1スイッチ7aのドレイン端子)に接続され、かつ他方の端部(第4スイッチ21b側の端部。本例では第4スイッチ21aのソース端子)が第6スイッチ23を介して第1直列スイッチ部7の他方の端部(第2スイッチ7bのソース端子)に接続されている。 The series switch unit 21 is composed of a third switch 21a and a fourth switch 21b connected to each other by the other first AC terminal unit 4b of the pair of first AC terminal units 4a and 4b. Further, in the series switch portion 21, one end portion (end portion on the third switch 21a side; in this example, the drain terminal of the third switch 21a) is one of the first series switch portions 7 via the fifth switch 22. An end (drain terminal of the first switch 7a) is connected, and the other end (the end on the side of the fourth switch 21b; in this example, the source terminal of the fourth switch 21a) is connected to the sixth switch 23 via the sixth switch 23. 1 It is connected to the other end of the series switch unit 7 (source terminal of the second switch 7b).

具体的には、第5スイッチ22は、ソース端子が直列スイッチ部7の一方の端部(第1スイッチ7aのドレイン端子)に接続され、ドレイン端子が直列スイッチ部21の一方の端部(第3スイッチ21aのドレイン端子)に接続されることで、これら一方の端部同士を接続する。第6スイッチ23は、ドレイン端子が直列スイッチ部7の他方の端部(第1スイッチ7bのソース端子)に接続され、ソース端子が直列スイッチ部21の他方の端部(第4スイッチ21bのソース端子)に接続されることで、これら他方の端部同士を接続する。 Specifically, in the fifth switch 22, the source terminal is connected to one end of the series switch portion 7 (drain terminal of the first switch 7a), and the drain terminal is connected to one end of the series switch portion 21 (the first). By connecting to the drain terminal of the 3 switch 21a), one of these ends is connected to each other. In the sixth switch 23, the drain terminal is connected to the other end of the series switch portion 7 (source terminal of the first switch 7b), and the source terminal is the other end of the series switch portion 21 (source of the fourth switch 21b). By being connected to the terminal), these other ends are connected to each other.

キャパシタ24は、直列スイッチ部21に並列接続されている。 The capacitor 24 is connected in parallel to the series switch unit 21.

制御部13は、第1スイッチ7aから第6スイッチ23までの6つのスイッチに対して駆動信号S11,S12,S13,S14,S15,S16をそれぞれ出力することにより、これら6つのスイッチ7a~23に対するスイッチング制御を実行して、入力直流電圧Vinを交流電圧V1に変換して第1交流端子部4a,4b間に出力する動作を第1巻線2a側の回路(直列スイッチ部7,21、インダクタ8、第5スイッチ22および第6スイッチ23で構成される電力変換回路)に実行させる。本例では、第1スイッチ7aから第6スイッチ23までの各スイッチは上記のようにFETで構成されているため、制御部13は、各スイッチ7a~23に対する適切な駆動回路(図示せず)を備えて、各スイッチ7a~23のゲート・ソース間に、各駆動信号S11~S16のうちの対応する駆動信号をソース端子の電位を基準とする正極性の電圧信号として出力するものとする。 The control unit 13 outputs drive signals S11, S12, S13, S14, S15, and S16 to each of the six switches from the first switch 7a to the sixth switch 23, so that the control unit 13 outputs the drive signals to the six switches 7a to 23. The operation of executing switching control, converting the input DC voltage Vin to the AC voltage V1 and outputting it between the first AC terminal units 4a and 4b is the circuit on the first winding 2a side (series switch units 7, 21, inductor). 8. Power conversion circuit composed of the 5th switch 22 and the 6th switch 23) is executed. In this example, since each switch from the first switch 7a to the sixth switch 23 is composed of FETs as described above, the control unit 13 is an appropriate drive circuit (not shown) for each of the switches 7a to 23. The corresponding drive signal among the drive signals S11 to S16 is output as a positive voltage signal based on the potential of the source terminal between the gate and the source of each switch 7a to 23.

次に、コンバータ装置1Bの動作について図7~図12を参照して説明する。 Next, the operation of the converter device 1B will be described with reference to FIGS. 7 to 12.

制御部13は、各駆動信号S11,S12,S13,S14,S15,S16を、図8に示す期間T1から期間T4までの出力状態を1サイクルとして、対応する各スイッチ7a、7b,21a,21b,22,23に繰り返し出力する。なお、図8中の「ON」、「OFF」は、駆動信号S11~S16に対応する各スイッチ7a~23のON・OFF状態を示している。以下、各期間T1,T2,T3,T4に分けて動作を説明する。 The control unit 13 sets each drive signal S11, S12, S13, S14, S15, S16 as one cycle with the output state from the period T1 to the period T4 shown in FIG. 8 as one cycle, and the corresponding switches 7a, 7b, 21a, 21b. , 22, 23 are repeatedly output. Note that "ON" and "OFF" in FIG. 8 indicate ON / OFF states of the switches 7a to 23 corresponding to the drive signals S11 to S16. Hereinafter, the operation will be described separately for each period T1, T2, T3, and T4.

まず、期間T1では、図8に示すように駆動信号S11,S14がゼロボルト(ゲート閾値電圧未満の電圧の一例)から正電圧(ゲート閾値電圧以上の電圧)に切り替えられることにより、図8,9に示すように、第1スイッチ7aおよび第4スイッチ21bは、OFF状態からON状態に移行する。また、図8に示すように駆動信号S13,S16が正電圧からゼロボルトに切り替えられることにより、図8,9に示すように、第3スイッチ21aおよび第6スイッチ23は、ON状態からOFF状態に移行する。また、図8に示すように他の駆動信号S12,S15は正電圧に維持されることから、図8,9に示すように、第2スイッチ7bおよび第5スイッチ22はON状態を継続する。つまり、第3スイッチ21aおよび第6スイッチ23のみがOFF状態になる。 First, in the period T1, as shown in FIG. 8, the drive signals S11 and S14 are switched from zero volt (an example of a voltage below the gate threshold voltage) to a positive voltage (voltage above the gate threshold voltage), whereby FIGS. As shown in the above, the first switch 7a and the fourth switch 21b shift from the OFF state to the ON state. Further, as shown in FIGS. 8, the drive signals S13 and S16 are switched from the positive voltage to zero volt, so that the third switch 21a and the sixth switch 23 are changed from the ON state to the OFF state as shown in FIGS. 8 and 9. Transition. Further, since the other drive signals S12 and S15 are maintained at a positive voltage as shown in FIG. 8, the second switch 7b and the fifth switch 22 continue to be in the ON state as shown in FIGS. 8 and 9. That is, only the third switch 21a and the sixth switch 23 are turned off.

この場合、第1巻線2a側の回路では、まず、第3スイッチ21aおよび第6スイッチ23が同時にOFF状態に移行し、続いて第1スイッチ7aおよび第4スイッチ21bが同時にON状態に移行する。このため、第1スイッチ7aおよび第4スイッチ21bがON状態に移行する直前に、期間T4において後述するように第1巻線2aに流れていた電流Ihが共振キャパシタ12a、OFF状態の第1スイッチ7aのボディダイオイード、ON状態の第5スイッチ22、キャパシタ24、OFF状態の第4スイッチ21bのボディダイオイードおよび共振インダクタ12bを経由して第1巻線2aに戻る電流経路に、図9に示すように電流Ibとして同図に示す向きとは逆向きに流れる。したがって、第1スイッチ7aおよび第4スイッチ21bは、それぞれのボディダイオードに電流Ibが流れている状態、つまりドレイン-ソース間電圧が零ボルトに近い状態でON状態に移行する(零ボルトスイッチングする)。このため、第1スイッチ7aおよび第4スイッチ21bでのターンオン損失は大幅に低減されている。 In this case, in the circuit on the first winding 2a side, first, the third switch 21a and the sixth switch 23 simultaneously shift to the OFF state, and then the first switch 7a and the fourth switch 21b simultaneously shift to the ON state. .. Therefore, immediately before the first switch 7a and the fourth switch 21b shift to the ON state, the current Ih flowing in the first winding 2a in the period T4 is the resonance capacitor 12a and the first switch in the OFF state as described later. FIG. 9 shows the current path returning to the first winding 2a via the body die of 7a, the fifth switch 22 in the ON state, the capacitor 24, the body die of the fourth switch 21b in the OFF state, and the resonant inductor 12b. As shown, the current Ib flows in the direction opposite to the direction shown in the figure. Therefore, the first switch 7a and the fourth switch 21b shift to the ON state (zero volt switching) in a state where the current Ib is flowing in each body diode, that is, in a state where the drain-source voltage is close to zero volt. .. Therefore, the turn-on loss in the first switch 7a and the fourth switch 21b is significantly reduced.

また、第6スイッチ23がOFF状態に移行することにより、期間T4において後述するように実行されるキャパシタ24への充電(キャパシタ24へのエネルギーの蓄積)が完了し、続いて第1スイッチ7aおよび第4スイッチ21bがON状態に移行することにより、電流Ibが上記の向きで流れている上記の電流経路に、この向きとは逆の向き(図9に示す向き)で電流が流れ得る状態となる。このため、キャパシタ24に蓄積されたエネルギーが放出されることにより、電流Ibは、この電流経路に、キャパシタ24からON状態の第5スイッチ22、ON状態の第1スイッチ7a、共振キャパシタ12a、第1巻線2a、共振インダクタ12bおよびON状態の第4スイッチ21bを経由してキャパシタ24に戻る(図9に示す向き)で流れるようになる。この電流経路にはLC共振回路12が含まれていることから、電流Ibの波形は共振波形(正弦波状の波形)となる。また、第1巻線2aに図9に示す向きで電流Ibが流れるため、第2巻線2bには、第2交流端子部6bに対して第2交流端子部6aが高電位となる誘起電圧V2が誘起する。 Further, when the sixth switch 23 shifts to the OFF state, charging of the capacitor 24 (accumulation of energy in the capacitor 24) executed as described later in the period T4 is completed, and then the first switch 7a and When the fourth switch 21b shifts to the ON state, a current can flow in the current path in which the current Ib is flowing in the above direction in the direction opposite to this direction (direction shown in FIG. 9). Become. Therefore, when the energy stored in the capacitor 24 is released, the current Ib is connected to the current path from the capacitor 24 to the fifth switch 22 in the ON state, the first switch 7a in the ON state, the resonance capacitor 12a, and the second switch. The current flows back to the capacitor 24 (in the direction shown in FIG. 9) via the 1 winding 2a, the resonant inductor 12b, and the fourth switch 21b in the ON state. Since the LC resonance circuit 12 is included in this current path, the waveform of the current Ib becomes a resonance waveform (sinusoidal waveform). Further, since the current Ib flows in the first winding 2a in the direction shown in FIG. 9, the induced voltage in the second winding 2b is such that the second AC terminal 6a has a higher potential than the second AC terminal 6b. V2 induces.

また、ON状態の第2スイッチ7bと共に、第1スイッチ7aがON状態に移行することにより、直流電源PS(入力直流電圧Vin)がインダクタ8を介して短絡される。これにより、図9に示すように、直流電源PSからインダクタ8、第1スイッチ7aおよび第2スイッチ7bを経由して直流電源PSに戻る電流経路が形成されて、この電流経路に電流Iaが図9において矢印で示す向きで流れる。したがって、この電流Iaがインダクタ8に流れることにより、インダクタ8にエネルギーが蓄積される。 Further, when the first switch 7a shifts to the ON state together with the second switch 7b in the ON state, the DC power supply PS (input DC voltage Vin) is short-circuited via the inductor 8. As a result, as shown in FIG. 9, a current path is formed from the DC power supply PS to the DC power supply PS via the inductor 8, the first switch 7a, and the second switch 7b, and the current Ia is shown in this current path. In 9, it flows in the direction indicated by the arrow. Therefore, when this current Ia flows through the inductor 8, energy is stored in the inductor 8.

このように、期間T1では、第1巻線2a側の回路(つまり、各直列スイッチ部7,21を含む回路)が、入力直流電圧Vinに基づいてインダクタ8にエネルギーを蓄積させると共に、キャパシタ24に蓄積されているエネルギーを放出させることで第1巻線2aに電流Ibを供給する第1動作を実行する。つまり、コンバータ装置1Bの第1巻線2a側の回路は、この期間T1において、コンバータ装置1Aの第1巻線2a側の回路が期間T1において実行した動作と同等の動作を実行する。したがって、第2巻線2b側の回路は、コンバータ装置1Aと同等の動作を実行して、第2交流端子部6a,6b間に誘起される誘起電圧V2に基づき、負荷LDに出力直流電圧Voutを出力する。 As described above, in the period T1, the circuit on the first winding 2a side (that is, the circuit including the series switch portions 7 and 21) stores energy in the inductor 8 based on the input DC voltage Vin and the capacitor 24. The first operation of supplying the current Ib to the first winding 2a is executed by releasing the energy stored in the first winding. That is, the circuit on the first winding 2a side of the converter device 1B executes the same operation as the circuit on the first winding 2a side of the converter device 1A during the period T1. Therefore, the circuit on the second winding 2b side executes the same operation as the converter device 1A, and the output DC voltage Vout is applied to the load LD based on the induced voltage V2 induced between the second AC terminal portions 6a and 6b. Is output.

次いで、期間T2では、図8に示すように、駆動信号S12が正電圧からゼロボルトに切り替わり、駆動信号S16がゼロボルトから正電圧に切り替わることにより、図8,10に示すように、第2スイッチ7bがON状態からOFF状態に移行し、第6スイッチ23がOFF状態からON状態に移行する。なお、他の各スイッチは、対応する駆動信号が期間T1のときと同じであることから、期間T1のときのON・OFF状態を継続する。つまり、第2スイッチ7bおよび第3スイッチ21aのみがOFF状態になる。 Then, in the period T2, as shown in FIG. 8, the drive signal S12 is switched from the positive voltage to the zero voltage, and the drive signal S16 is switched from the zero voltage to the positive voltage, so that the second switch 7b is switched as shown in FIGS. Shifts from the ON state to the OFF state, and the sixth switch 23 shifts from the OFF state to the ON state. Since the corresponding drive signal is the same as that in the period T1, each of the other switches continues the ON / OFF state in the period T1. That is, only the second switch 7b and the third switch 21a are turned off.

この場合、第1巻線2a側の回路では、まず、第2スイッチ7bがOFF状態に移行し、続いて第6スイッチ23がON状態に移行する。このため、第6スイッチ23がON状態に移行する直前に、直流電源PSの電圧にインダクタ8の両端間電圧が加算された電圧により(直流電源PSからのエネルギーに加えて、インダクタ8から放出されるエネルギーにより)、図10に示すように、直流電源PSからインダクタ8、ON状態の第1スイッチ7a、共振キャパシタ12a、第1巻線2a、共振インダクタ12b、ON状態の第4スイッチ21bおよびOFF状態の第6スイッチ23のボディダイオイードを経由して直流電源PSに戻る電流経路に図10に示す向きで電流Idが流れると共に、直流電源PSからインダクタ8、ON状態の第5スイッチ22、キャパシタ24およびOFF状態の第6スイッチ23のボディダイオイードを経由して直流電源PSに戻る他の電流経路に図10に示す向きで電流Ieが流れる。したがって、第6スイッチ23は、ボディダイオードに電流Id,Ieが流れている状態、つまりドレイン-ソース間電圧が零ボルトに近い状態でON状態に移行する(零ボルトスイッチングする)。このため、第6スイッチ23でのターンオン損失は大幅に低減されている。 In this case, in the circuit on the first winding 2a side, the second switch 7b first shifts to the OFF state, and then the sixth switch 23 shifts to the ON state. Therefore, immediately before the sixth switch 23 shifts to the ON state, the voltage is obtained by adding the voltage between both ends of the inductor 8 to the voltage of the DC power supply PS (in addition to the energy from the DC power supply PS, the current is discharged from the inductor 8). As shown in FIG. 10, from the DC power supply PS, the inductor 8, the first switch 7a in the ON state, the resonance capacitor 12a, the first winding 2a, the resonance inductor 12b, the fourth switch 21b in the ON state, and OFF. The current Id flows in the direction shown in FIG. 10 in the current path returning to the DC power supply PS via the body die of the sixth switch 23 in the state, and the inductor 8 is sent from the DC power supply PS, the fifth switch 22 in the ON state, and the capacitor. The current Ie flows in the direction shown in FIG. 10 in another current path returning to the DC power supply PS via the body die of the sixth switch 23 in the 24 and OFF states. Therefore, the sixth switch 23 shifts to the ON state (zero-volt switching) in a state where the currents Id and Ie are flowing in the body diode, that is, in a state where the drain-source voltage is close to zero volt. Therefore, the turn-on loss at the sixth switch 23 is significantly reduced.

また、第6スイッチ23がON状態に移行することにより、直流電源PSおよびインダクタ8の双方から放出されるエネルギーに基づく第1巻線2aへの電流Idの供給が継続される。また、この電流Idの電流経路にはLC共振回路12が含まれていることから、電流Idの波形は共振波形(正弦波状の波形)となる。また、第1巻線2aに図10に示す向き(期間T1での電流Ibと同じ向き)で電流Idが流れるため、第2巻線2bには、第2交流端子部6bに対して第2交流端子部6aが高電位となる誘起電圧V2が誘起する。また、第6スイッチ23がON状態に移行することにより、キャパシタ24への電流Ieの供給も継続されて、キャパシタ24は、直流電源PSおよびインダクタ8の双方から放出されるエネルギーで充電される(キャパシタ24にエネルギーが蓄積される)。 Further, when the sixth switch 23 shifts to the ON state, the supply of the current Id to the first winding 2a based on the energy emitted from both the DC power supply PS and the inductor 8 is continued. Further, since the LC resonance circuit 12 is included in the current path of the current Id, the waveform of the current Id becomes a resonance waveform (a sinusoidal waveform). Further, since the current Id flows in the first winding 2a in the direction shown in FIG. 10 (the same direction as the current Ib in the period T1), the second winding 2b is the second with respect to the second AC terminal portion 6b. The induced voltage V2 at which the AC terminal portion 6a has a high potential is induced. Further, when the sixth switch 23 shifts to the ON state, the supply of the current Ie to the capacitor 24 is continued, and the capacitor 24 is charged with the energy emitted from both the DC power supply PS and the inductor 8 (). Energy is stored in the capacitor 24).

このように、期間T2では、第1巻線2a側の回路が、直流電源PSおよびインダクタ8からの各エネルギーに基づき、第1巻線2aに電流Idを期間T1のときの電流Ibと同じ向きで供給すると共に、キャパシタ24を充電する第2動作を実行する。つまり、コンバータ装置1Bの第1巻線2a側の回路は、この期間T2において、コンバータ装置1Aの第1巻線2a側の回路が期間T2において実行した動作と同等の動作を実行する。したがって、第2巻線2b側の回路は、コンバータ装置1Aと同等の動作を実行して、第2交流端子部6a,6b間に誘起される誘起電圧V2に基づき、負荷LDに出力直流電圧Voutを出力する。 As described above, in the period T2, the circuit on the first winding 2a side sets the current Id in the first winding 2a to the first winding 2a in the same direction as the current Ib in the period T1 based on each energy from the DC power supply PS and the inductor 8. In addition to supplying the current, the second operation of charging the capacitor 24 is executed. That is, the circuit on the first winding 2a side of the converter device 1B executes the same operation as the circuit on the first winding 2a side of the converter device 1A during the period T2. Therefore, the circuit on the second winding 2b side executes the same operation as the converter device 1A, and the output DC voltage Vout is applied to the load LD based on the induced voltage V2 induced between the second AC terminal portions 6a and 6b. Is output.

続いて、期間T3では、図8に示すように、駆動信号S14,S15が正電圧からゼロボルトに切り替わり、駆動信号S12,S13がゼロボルトから正電圧に切り替わることにより、図8,11に示すように、第4スイッチ21bおよび第5スイッチ22がON状態からOFF状態に移行し、第2スイッチ7bおよび第3スイッチ21aがOFF状態からON状態に移行する。なお、他の各スイッチは、対応する駆動信号が期間T2のときと同じであることから、期間T2のときのON・OFF状態を継続する。つまり、第4スイッチ21bおよび第5スイッチ22のみがOFF状態になる。 Subsequently, in the period T3, as shown in FIG. 8, the drive signals S14 and S15 are switched from positive voltage to zero volt, and the drive signals S12 and S13 are switched from zero volt to positive voltage, as shown in FIGS. , The 4th switch 21b and the 5th switch 22 shift from the ON state to the OFF state, and the 2nd switch 7b and the 3rd switch 21a shift from the OFF state to the ON state. Since the corresponding drive signal is the same as that in the period T2, each of the other switches continues the ON / OFF state in the period T2. That is, only the 4th switch 21b and the 5th switch 22 are turned off.

この場合、第1巻線2a側の回路では、まず、第4スイッチ21bおよび第5スイッチ22が同時にOFF状態に移行し、続いて第2スイッチ7bおよび第3スイッチ21aが同時にON状態に移行する。このため、第2スイッチ7bおよび第3スイッチ21aがON状態に移行する直前に、期間T2において第1巻線2aに流れていた電流Idが共振インダクタ12b、OFF状態の第3スイッチ21aのボディダイオイード、キャパシタ24、ON状態の第6スイッチ23、OFF状態の第2スイッチ7bのボディダイオイードおよび共振キャパシタ12aを経由して第1巻線2aに戻る電流経路に、図11に示すように電流Igとして同図に示す向きとは逆向きに流れる。したがって、第2スイッチ7bおよび第3スイッチ21aは、それぞれのボディダイオードに電流Igが流れている状態、つまりドレイン-ソース間電圧が零ボルトに近い状態でON状態に移行する(零ボルトスイッチングする)。このため、第2スイッチ7bおよび第3スイッチ21aでのターンオン損失は大幅に低減されている。 In this case, in the circuit on the first winding 2a side, first, the fourth switch 21b and the fifth switch 22 simultaneously shift to the OFF state, and then the second switch 7b and the third switch 21a simultaneously shift to the ON state. .. Therefore, immediately before the second switch 7b and the third switch 21a shift to the ON state, the current Id flowing in the first winding 2a in the period T2 is the resonance inductor 12b, and the body dio of the third switch 21a in the OFF state. As shown in FIG. 11, a current flows through the body die of the ede, the capacitor 24, the sixth switch 23 in the ON state, the second switch 7b in the OFF state, and the current path returning to the first winding 2a via the resonance capacitor 12a. As Ig, it flows in the direction opposite to the direction shown in the figure. Therefore, the second switch 7b and the third switch 21a shift to the ON state (zero volt switching) in a state where the current Ig is flowing in each body diode, that is, in a state where the drain-source voltage is close to zero volt. .. Therefore, the turn-on loss in the second switch 7b and the third switch 21a is significantly reduced.

また、第5スイッチ22がOFF状態に移行することにより、期間T2において実行されていたキャパシタ24への充電(キャパシタ24へのエネルギーの蓄積)が完了し、続いて第2スイッチ7bおよび第3スイッチ21aがON状態に移行することにより、上記の向きで電流Igが流れている上記の電流経路に、この向きとは逆の向き(図11に示す向き)で電流が流れ得る状態となる。このため、キャパシタ24に蓄積されたエネルギーが放出されることにより、電流Igは、この電流経路に、キャパシタ24からON状態の第3スイッチ21a、共振インダクタ12b、第1巻線2a、共振キャパシタ12a、ON状態の第2スイッチ7bおよびON状態の第6スイッチ23を経由してキャパシタ24に戻る(図11に示す向き)で流れるようになる。この電流経路にはLC共振回路12が含まれていることから、電流Igの波形は共振波形(正弦波状の波形)となる。また、第1巻線2aに図11に示す向き(期間T2での電流Idとは逆向き)で電流Igが流れるため、第2巻線2bには、第2交流端子部6aに対して第2交流端子部6bが高電位となる誘起電圧V2が誘起する。 Further, when the fifth switch 22 shifts to the OFF state, the charging of the capacitor 24 (accumulation of energy in the capacitor 24) executed in the period T2 is completed, and then the second switch 7b and the third switch are completed. When the 21a shifts to the ON state, the current can flow in the direction opposite to this direction (direction shown in FIG. 11) in the above current path in which the current Ig is flowing in the above direction. Therefore, when the energy stored in the capacitor 24 is released, the current Ig is transferred from the capacitor 24 to the third switch 21a, the resonance inductor 12b, the first winding 2a, and the resonance capacitor 12a in the ON state in this current path. , The current flows back to the capacitor 24 (in the direction shown in FIG. 11) via the second switch 7b in the ON state and the sixth switch 23 in the ON state. Since the LC resonance circuit 12 is included in this current path, the waveform of the current Ig becomes a resonance waveform (a sinusoidal waveform). Further, since the current Ig flows in the first winding 2a in the direction shown in FIG. 11 (opposite to the current Id in the period T2), the second winding 2b has a second AC terminal portion 6a with respect to the second AC terminal portion 6a. 2 The induced voltage V2 at which the AC terminal portion 6b has a high potential is induced.

また、ON状態の第1スイッチ7aと共に、第2スイッチ7bがON状態に移行することにより、直流電源PSがインダクタ8を介して短絡される。これにより、図11に示すように、直流電源PSからインダクタ8、第1スイッチ7aおよび第2スイッチ7bを経由して直流電源PSに戻る電流経路が形成されて、この電流経路に電流Iaが図11において矢印で示す向きで流れる。したがって、この電流Iaがインダクタ8に流れることにより、インダクタ8にエネルギーが蓄積される。 Further, when the second switch 7b shifts to the ON state together with the first switch 7a in the ON state, the DC power supply PS is short-circuited via the inductor 8. As a result, as shown in FIG. 11, a current path is formed from the DC power supply PS to the DC power supply PS via the inductor 8, the first switch 7a, and the second switch 7b, and the current Ia is shown in this current path. In 11, the current flows in the direction indicated by the arrow. Therefore, when this current Ia flows through the inductor 8, energy is stored in the inductor 8.

このように、期間T3では、第1巻線2a側の回路(つまり、各直列スイッチ部7,21を含む回路)が、入力直流電圧Vinに基づいてインダクタ8にエネルギーを蓄積させると共に、キャパシタ24に蓄積されているエネルギーを放出させることで第1巻線2aに電流Igを供給する第3動作を実行する。つまり、コンバータ装置1Bの第1巻線2a側の回路は、この期間T3において、コンバータ装置1Aの第1巻線2a側の回路が期間T3において実行した動作と同等の動作を実行する。したがって、第2巻線2b側の回路は、コンバータ装置1Aと同等の動作を実行して、第2交流端子部6a,6b間に誘起される誘起電圧V2に基づき、負荷LDに出力直流電圧Voutを出力する。 As described above, in the period T3, the circuit on the first winding 2a side (that is, the circuit including the series switch portions 7 and 21) stores energy in the inductor 8 based on the input DC voltage Vin and the capacitor 24. The third operation of supplying the current Ig to the first winding 2a is executed by releasing the energy stored in the first winding. That is, the circuit on the first winding 2a side of the converter device 1B executes the same operation as the circuit on the first winding 2a side of the converter device 1A during the period T3. Therefore, the circuit on the second winding 2b side executes the same operation as the converter device 1A, and the output DC voltage Vout is applied to the load LD based on the induced voltage V2 induced between the second AC terminal portions 6a and 6b. Is output.

次いで、期間T4では、図8に示すように、駆動信号S11が正電圧からゼロボルトに切り替わり、駆動信号S15がゼロボルトから正電圧に切り替わることにより、図8,12に示すように、第1スイッチ7aがON状態からOFF状態に移行し、第5スイッチ22がOFF状態からON状態に移行する。なお、他の各スイッチは、対応する駆動信号が期間T3のときと同じであることから、期間T3のときのON・OFF状態を継続する。つまり、第1スイッチ7aおよび第4スイッチ21bのみがOFF状態になる。 Then, in the period T4, as shown in FIG. 8, the drive signal S11 switches from the positive voltage to the positive voltage, and the drive signal S15 switches from the zero voltage to the positive voltage, so that the first switch 7a is shown in FIGS. Shifts from the ON state to the OFF state, and the fifth switch 22 shifts from the OFF state to the ON state. Since the corresponding drive signal is the same as that in the period T3, each of the other switches continues the ON / OFF state in the period T3. That is, only the first switch 7a and the fourth switch 21b are turned off.

この場合、第1巻線2a側の回路では、まず、第1スイッチ7aがOFF状態に移行し、続いて第5スイッチ22がON状態に移行する。このため、第5スイッチ22がON状態に移行する直前に、直流電源PSの電圧にインダクタ8の両端間電圧が加算された電圧により(直流電源PSからのエネルギーに加えて、インダクタ8から放出されるエネルギーにより)、図12に示すように、直流電源PSからインダクタ8、OFF状態の第5スイッチ22のボディダイオイード、ON状態の第3スイッチ21a、共振インダクタ12b、第1巻線2a、共振キャパシタ12aおよびON状態の第2スイッチ7bを経由して直流電源PSに戻る電流経路に図12に示す向きで電流Ihが流れると共に、直流電源PSからインダクタ8、OFF状態の第5スイッチ22のボディダイオイード、キャパシタ24およびON状態の第6スイッチ23を経由して直流電源PSに戻る他の電流経路に図12に示す向きで電流Ieが流れる。したがって、第5スイッチ22は、ボディダイオードに電流Ie,Ihが流れている状態、つまりドレイン-ソース間電圧が零ボルトに近い状態でON状態に移行する(零ボルトスイッチングする)。このため、第5スイッチ22でのターンオン損失は大幅に低減されている。 In this case, in the circuit on the first winding 2a side, the first switch 7a first shifts to the OFF state, and then the fifth switch 22 shifts to the ON state. Therefore, immediately before the fifth switch 22 shifts to the ON state, it is discharged from the inductor 8 by the voltage obtained by adding the voltage between both ends of the inductor 8 to the voltage of the DC power supply PS (in addition to the energy from the DC power supply PS). As shown in FIG. 12, the inductor 8 from the DC power supply PS, the body die of the fifth switch 22 in the OFF state, the third switch 21a in the ON state, the resonance inductor 12b, the first winding 2a, and the resonance. The current Ih flows in the direction shown in FIG. 12 in the current path returning to the DC power supply PS via the capacitor 12a and the second switch 7b in the ON state, and the inductor 8 and the body of the fifth switch 22 in the OFF state are connected from the DC power supply PS. The current Ie flows in the direction shown in FIG. 12 in another current path returning to the DC power supply PS via the die, the capacitor 24, and the sixth switch 23 in the ON state. Therefore, the fifth switch 22 shifts to the ON state (zero-volt switching) in a state where the currents Ie and Ih are flowing through the body diode, that is, in a state where the drain-source voltage is close to zero volt. Therefore, the turn-on loss at the fifth switch 22 is significantly reduced.

また、第5スイッチ22がON状態に移行することにより、直流電源PSおよびインダクタ8の双方から放出されるエネルギーに基づく第1巻線2aへの電流Ihの供給が継続される。また、この電流Ihの電流経路にはLC共振回路12が含まれていることから、電流Idの波形は共振波形(正弦波状の波形)となる。また、第1巻線2aに図12に示す向き(期間T3での電流Igと同じ向き)で電流Ihが流れるため、第2巻線2bには、第2交流端子部6aに対して第2交流端子部6bが高電位となる誘起電圧V2が誘起する。また、第5スイッチ22がON状態に移行することにより、キャパシタ24への電流Ieの供給も継続されて、キャパシタ24は、直流電源PSおよびインダクタ8の双方から放出されるエネルギーで充電される(キャパシタ24にエネルギーが蓄積される)。 Further, when the fifth switch 22 shifts to the ON state, the supply of the current Ih to the first winding 2a based on the energy emitted from both the DC power supply PS and the inductor 8 is continued. Further, since the LC resonance circuit 12 is included in the current path of the current Ih, the waveform of the current Id becomes a resonance waveform (a sinusoidal waveform). Further, since the current Ih flows in the first winding 2a in the direction shown in FIG. 12 (the same direction as the current Ig in the period T3), the second winding 2b is the second with respect to the second AC terminal portion 6a. The induced voltage V2 at which the AC terminal portion 6b has a high potential is induced. Further, when the fifth switch 22 shifts to the ON state, the supply of the current Ie to the capacitor 24 is continued, and the capacitor 24 is charged with the energy emitted from both the DC power supply PS and the inductor 8 (). Energy is stored in the capacitor 24).

このように、期間T4では、第1巻線2a側の回路が、直流電源PSおよびインダクタ8からの各エネルギーに基づき、第1巻線2aに電流Ihを期間T3のときの電流Igと同じ向きで供給すると共に、キャパシタ24を充電する第4動作を実行する。つまり、コンバータ装置1Bの第1巻線2a側の回路は、この期間T4において、コンバータ装置1Aの第1巻線2a側の回路が期間T4において実行した動作と同等の動作を実行する。したがって、第2巻線2b側の回路は、コンバータ装置1Aと同等の動作を実行して、第2交流端子部6a,6b間に誘起される誘起電圧V2に基づき、負荷LDに出力直流電圧Voutを出力する。 As described above, in the period T4, the circuit on the first winding 2a side sets the current Ih in the first winding 2a to the first winding 2a in the same direction as the current Ig in the period T3 based on the respective energies from the DC power supply PS and the inductor 8. In addition to supplying the current, the fourth operation of charging the capacitor 24 is executed. That is, the circuit on the first winding 2a side of the converter device 1B executes the same operation as the circuit on the first winding 2a side of the converter device 1A during the period T4. Therefore, the circuit on the second winding 2b side executes the same operation as the converter device 1A, and the output DC voltage Vout is applied to the load LD based on the induced voltage V2 induced between the second AC terminal portions 6a and 6b. Is output.

また、コンバータ装置1Bでの出力直流電圧Voutは、上記したコンバータ装置1Aでの出力直流電圧Voutと同一の式で表される。したがって、コンバータ装置1Bも、コンバータ装置1Aと同様にして、出力直流電圧Voutが入力直流電圧Vinよりも大きくなるBoost型(昇圧型)コンバータとして機能すると共に、各スイッチ7a,7b,21a,21b,22,23のスイッチング周波数を変化させることなく、第1スイッチ7aと第2スイッチ7bのオンデューティDを変化させることで、出力直流電圧Voutを制御することが可能になっている。 Further, the output DC voltage Vout in the converter device 1B is expressed by the same equation as the output DC voltage Vout in the converter device 1A described above. Therefore, the converter device 1B also functions as a Boost type (boost type) converter in which the output DC voltage Vout is larger than the input DC voltage Vin in the same manner as the converter device 1A, and the switches 7a, 7b, 21a, 21b, respectively. The output DC voltage Vout can be controlled by changing the on-duty D of the first switch 7a and the second switch 7b without changing the switching frequencies of 22 and 23.

このように、このコンバータ装置1Bでは、第1巻線2a側の回路は、第1巻線2aと共に、直列スイッチ部7,21、インダクタ8、第5スイッチ22、第6スイッチ23およびキャパシタ24が図7に示すように接続されて構成されている。また、LC共振回路12が、第1巻線2aと第1交流端子部4a,4bとの間に挿入接続されている。 As described above, in this converter device 1B, the circuit on the first winding 2a side includes the series switch portions 7, 21, the inductor 8, the fifth switch 22, the sixth switch 23, and the capacitor 24 together with the first winding 2a. As shown in FIG. 7, they are connected and configured. Further, the LC resonance circuit 12 is inserted and connected between the first winding 2a and the first AC terminal portions 4a and 4b.

したがって、このコンバータ装置1Bによれば、従来技術で説明した2ステージ型コンバータにおいて必須となっている昇圧回路が不要な1ステージ型として構成されているため、コンバータ装置1Aと同様にして、この昇圧回路のダイオードで発生していたリカバリ損失を無くすことができる。また、このコンバータ装置1Bによれば、コンバータ装置1Aと同様にして、第1スイッチ7aと第2スイッチ7bのオンデューティを変化させることで、出力直流電圧Voutを制御することができる(つまり、第1スイッチ7a~第6スイッチ23のスイッチング周波数を変化させることなく出力直流電圧Voutを制御することができる)。さらに、このコンバータ装置1Bによれば、第1巻線2a側の回路を構成するためのキャパシタ(半導体素子で構成されるスイッチ7aなどと比較して、通常、その外形が極めて大きくなる電子部品)をキャパシタ24の1個で済ますことができることから、キャパシタ9b,10bの2個必要とするコンバータ装置1Aと比較して、電子部品を実装する回路基板、さらには装置自体を小型化することができる。 Therefore, according to this converter device 1B, since the step-up circuit which is indispensable in the two-stage type converter described in the prior art is configured as a one-stage type, the boosting is performed in the same manner as the converter device 1A. It is possible to eliminate the recovery loss that occurred in the diode of the circuit. Further, according to the converter device 1B, the output DC voltage Vout can be controlled by changing the on-duty of the first switch 7a and the second switch 7b in the same manner as the converter device 1A (that is, the first switch 7a). The output DC voltage Vout can be controlled without changing the switching frequency of the 1st switch 7a to the 6th switch 23). Further, according to this converter device 1B, a capacitor for forming a circuit on the first winding 2a side (an electronic component whose outer shape is usually extremely large as compared with a switch 7a or the like composed of a semiconductor element). Since this can be done with only one capacitor 24, the circuit board on which the electronic components are mounted and the device itself can be downsized as compared with the converter device 1A which requires two capacitors 9b and 10b. ..

また、このコンバータ装置1Bでは、第1スイッチ7aから第6スイッチ23までのすべてのスイッチはボディダイオードを内蔵したFETで構成され、制御部13が、図8に示すタイミングで駆動信号S11~S16を出力して、すべてのスイッチ7a~23を駆動することにより(各スイッチ7a~23を期間T1~期間T4でのON・OFF状態に順次移行させて、直列スイッチ部7,21および各スイッチ22,23に上記の第1動作~第4動作を実行させるスイッチング制御を実行する。詳細には、期間T1~期間T4のうちのいずれかの期間から次の新たな期間に移行する際に、制御部13は、この新たな期間においてOFF状態に移行させるスイッチとON状態に移行させる他のスイッチとに対して、まず、OFF状態に移行させるべきスイッチをOFF状態に移行させ、続いてON状態に移行させるべき他のスイッチをON状態に移行させるスイッチング制御を実行する。 Further, in this converter device 1B, all the switches from the first switch 7a to the sixth switch 23 are composed of FETs having a built-in body diode, and the control unit 13 outputs drive signals S11 to S16 at the timing shown in FIG. By outputting and driving all the switches 7a to 23 (each switch 7a to 23 is sequentially shifted to the ON / OFF state in the period T1 to the period T4, the series switch units 7, 21 and each switch 22, The switching control for causing the 23 to execute the first operation to the fourth operation is executed. Specifically, when shifting from any period of the period T1 to the period T4 to the next new period, the control unit With respect to the switch that shifts to the OFF state and the other switches that shift to the ON state in this new period, the switch 13 first shifts the switch that should shift to the OFF state to the OFF state, and then shifts to the ON state. The switching control that shifts the other switch to be turned to the ON state is executed.

したがって、このコンバータ装置1Bによれば、新たな期間においてOFF状態に移行させるべきスイッチをOFF状態に移行させることで、この新たな期間においてON状態に移行させるべき他のスイッチのボディダイオードに電流を流して、この状態(ボディダイオードに電流が流れている状態。つまり、ドレイン-ソース間電圧が零ボルトに近い状態)において他のスイッチをON状態に移行させることができる。このため、この他のスイッチでのターンオン損失を大幅に低減することができる。 Therefore, according to this converter device 1B, by shifting the switch that should be switched to the OFF state in the new period to the OFF state, the current is sent to the body diodes of other switches that should be shifted to the ON state in this new period. In this state (a state in which a current is flowing through the body diode, that is, a state in which the drain-source voltage is close to zero volt), the other switch can be moved to the ON state. Therefore, the turn-on loss in other switches can be significantly reduced.

なお、上記のコンバータ装置1A,1Bでは、ボディダイオードを内蔵するFETで各スイッチを構成しているが、この構成に代えて、バイポーラトランジスタとディスクリートダイオードとの並列回路で各スイッチを構成することもできる。また、上記のコンバータ装置1A,1Bでは、4つのダイオード11a,11b,11c,11dで構成されるブリッジ形全波整流回路で整流平滑部11の整流回路を構成したが、これに限定されるものではない。例えば、図示はしないが、第2巻線2bをセンタータップを有する構成とすると共にこの第2巻線2bの各端部にダイオードをそれぞれ接続し、センタータップの電位を基準として第2巻線2bの各端部に誘起する電圧を各ダイオードでそれぞれ整流して合成することで、センタータップの電位を基準とする出力直流電圧Voutを出力する整流回路を、整流平滑部11の整流回路として採用することもできる。また、図示はしないが、キャパシタとダイオードを組み合わせて構成される公知のm倍(mは2以上の整数)電圧整流回路を、整流平滑部11の整流回路として採用することもできる。 In the converter devices 1A and 1B described above, each switch is configured by a FET having a built-in body diode, but instead of this configuration, each switch may be configured by a parallel circuit of a bipolar transistor and a discrete diode. can. Further, in the converter devices 1A and 1B described above, the rectifier circuit of the rectifying smoothing unit 11 is configured by the bridge type full-wave rectifier circuit composed of four diodes 11a, 11b, 11c and 11d, but the present invention is limited to this. is not it. For example, although not shown, the second winding 2b is configured to have a center tap, and a diode is connected to each end of the second winding 2b, and the second winding 2b is based on the potential of the center tap. A rectifying circuit that outputs an output DC voltage Vout based on the potential of the center tap by rectifying and synthesizing the voltage induced at each end of the center tap with each diode is adopted as the rectifying circuit of the rectifying smoothing unit 11. You can also do it. Further, although not shown, a known m-fold (m is an integer of 2 or more) voltage rectifier circuit configured by combining a capacitor and a diode can be adopted as the rectifier circuit of the rectification smoothing unit 11.

また、上記のコンバータ装置1A,1Bでは、独立した構成要素としての共振キャパシタ12aと共振インダクタ12bとでLC共振回路12を構成したが、これに限定されるものではない。例えば、共振キャパシタ12aは、独立した構成要素として配設する構成に代えて、第1直列回路部9のキャパシタ24や、第2直列回路部10の第2キャパシタ10bで代用することもできる。また、共振インダクタ12bについても、独立した構成要素として配設する構成に代えて、トランス2の漏れインダクタンスで代用することもできる。 Further, in the converter devices 1A and 1B described above, the LC resonance circuit 12 is configured by the resonance capacitor 12a and the resonance inductor 12b as independent components, but the present invention is not limited thereto. For example, the resonance capacitor 12a can be replaced with the capacitor 24 of the first series circuit unit 9 or the second capacitor 10b of the second series circuit unit 10 instead of the configuration arranged as an independent component. Further, the resonance inductor 12b can also be replaced with the leakage inductance of the transformer 2 instead of the configuration arranged as an independent component.

1A,1B コンバータ装置
2 トランス
2a 第1巻線
2b 第2巻線
3a,3b 第1直流端子部
4a,4b 第1交流端子部
5a,5b 第2直流端子部
6a,6b 第2交流端子部
7,21 直列スイッチ部
7a 第1スイッチ
7b 第2スイッチ
8 インダクタ
9 第1直列回路部
9a 第3スイッチ
9b 第1キャパシタ
10 第2直列回路部
10a 第4スイッチ
10b 第2キャパシタ
12 LC共振回路
13 制御部
21a 第3スイッチ
21b 第4スイッチ
22 第5スイッチ
23 第6スイッチ
1A, 1B converter device
2 Transformer 2a 1st winding 2b 2nd winding 3a, 3b 1st DC terminal 4a, 4b 1st AC terminal 5a, 5b 2nd DC terminal 6a, 6b 2nd AC terminal
7,21 Series switch 7a 1st switch 7b 2nd switch
8 Inductor
9 1st series circuit part 9a 3rd switch 9b 1st capacitor 10 2nd series circuit part 10a 4th switch 10b 2nd capacitor 12 LC resonance circuit 13 control part 21a 3rd switch 21b 4th switch 22 5th switch 23 6th switch

Claims (4)

第1巻線および第2巻線が形成されたトランスと、
一対の第1直流端子部と、
一対の第1接続ラインを介して前記第1巻線に接続された一対の第1交流端子部と、
一対の第2直流端子部と、
一対の第2接続ラインを介して前記第2巻線に接続された一対の第2交流端子部と、
前記一対の第1交流端子部のうちの一方の第1交流端子部で互いに接続された第1スイッチおよび第2スイッチで構成されて、当該第1スイッチ側の一方の端部が第1電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの一方の第1直流端子部に接続され、かつ当該第2スイッチ側の他方の端部が第2電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの他方の第1直流端子部に接続された直列スイッチ部と、
前記第1電力ラインおよび前記第2電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続されたインダクタと、
直列接続された第3スイッチおよび第1キャパシタで構成されて、一方の端部が前記直列スイッチ部の前記一方の端部に接続されると共に他方の端部が前記一対の第1交流端子部のうちの他方の第1交流端子部に接続された第1直列回路部と、
直列接続された第4スイッチおよび第2キャパシタで構成されて、一方の端部が前記他方の第1交流端子部に接続されると共に他方の端部が前記直列スイッチ部の前記他方の端部に接続された第2直列回路部と、
前記一対の第2交流端子部と前記一対の第2直流端子部との間に配設された整流平滑部と、
前記一対の第1接続ラインおよび前記一対の第2接続ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続されたLC共振回路と、
前記第1スイッチから前記第4スイッチに対するスイッチング制御を実行することにより、前記一対の第1直流端子部に入力される入力直流電圧を出力直流電圧に変換して前記一対の第2直流端子部間から出力させる制御部とを備え
前記制御部は、前記スイッチング制御を実行することにより、
前記第1スイッチから前記第4スイッチのうちの前記第4スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記入力直流電圧に基づいて前記インダクタにエネルギーを蓄積させると共に、前記第1キャパシタに蓄積されているエネルギーを放出させることで前記第1巻線に電流を供給する第1動作、
前記第1スイッチから前記第4スイッチのうちの前記第2スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記第1キャパシタに蓄積されているエネルギーを放出させることで前記第1巻線に電流を供給すると共に、前記入力直流電圧および前記インダクタから放出されるエネルギーに基づいて前記第2キャパシタにエネルギーを蓄積させる第2動作、
前記第1スイッチから前記第4スイッチのうちの前記第3スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記入力直流電圧に基づいて前記インダクタにエネルギーを蓄積させると共に、前記第2キャパシタに蓄積されているエネルギーを放出させることで前記第1巻線に電流を供給する第3動作、
並びに前記第1スイッチから前記第4スイッチのうちの前記第1スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記第2キャパシタに蓄積されているエネルギーを放出させることで前記第1巻線に電流を供給すると共に、前記入力直流電圧および前記インダクタから放出されるエネルギーに基づいて前記第1キャパシタにエネルギーを蓄積させる第4動作を、前記直列スイッチ部、前記第1直列回路部および前記第2直列回路部に繰り返し実行させるコンバータ装置。
A transformer in which the first winding and the second winding are formed,
A pair of first DC terminals and
A pair of first AC terminals connected to the first winding via a pair of first connection lines, and a pair of first AC terminals.
A pair of second DC terminals and
A pair of second AC terminals connected to the second winding via a pair of second connection lines, and a pair of second AC terminals.
It is composed of a first switch and a second switch connected to each other by the first AC terminal portion of one of the pair of first AC terminal portions, and one end portion on the first switch side is the first power line. It is connected to the first DC terminal portion of one of the pair of first DC terminal portions via the above, and the other end portion on the second switch side is the pair of first DC terminals via the second power line. A series switch section connected to the other first DC terminal section of the terminal section,
An inductor inserted and connected to at least one of the first power line and the second power line.
It is composed of a third switch and a first capacitor connected in series, one end of which is connected to the one end of the series switch portion and the other end of the pair of first AC terminals. The first series circuit section connected to the other first AC terminal section of the
It consists of a fourth switch and a second capacitor connected in series, one end of which is connected to the other first AC terminal and the other end of which is to the other end of the series switch. The connected second series circuit section and
A rectifying smoothing portion disposed between the pair of second AC terminal portions and the pair of second DC terminal portions,
An LC resonant circuit inserted and connected to at least one of the pair of first connection lines and the pair of second connection lines.
By executing switching control from the first switch to the fourth switch, the input DC voltage input to the pair of first DC terminals is converted into an output DC voltage between the pair of second DC terminals. Equipped with a control unit that outputs from
By executing the switching control, the control unit
By turning off only the fourth switch among the fourth switches from the first switch, energy is stored in the inductor based on the input DC voltage and is stored in the first capacitor. The first operation of supplying a current to the first winding by releasing energy,
By turning off only the second switch among the fourth switches from the first switch, the energy stored in the first capacitor is released to supply a current to the first winding. At the same time, the second operation of storing energy in the second capacitor based on the input DC voltage and the energy emitted from the inductor,
By turning off only the third switch among the fourth switches from the first switch, energy is stored in the inductor based on the input DC voltage and is stored in the second capacitor. The third operation of supplying a current to the first winding by releasing energy,
Further, by turning off only the first switch of the fourth switches from the first switch, the energy stored in the second capacitor is released to supply a current to the first winding. At the same time, the series switch unit, the first series circuit unit, and the second series circuit unit perform the fourth operation of storing energy in the first capacitor based on the input DC voltage and the energy emitted from the inductor. A converter device that is repeatedly executed by the capacitor.
前記第1スイッチから前記第4スイッチは、ボディダイオードを内蔵したFETで構成されている請求項1記載のコンバータ装置。 The converter device according to claim 1 , wherein the first switch to the fourth switch are composed of FETs having a built-in body diode. 第1巻線および第2巻線が形成されたトランスと、
一対の第1直流端子部と、
一対の第1接続ラインを介して前記第1巻線に接続された一対の第1交流端子部と、
一対の第2直流端子部と、
一対の第2接続ラインを介して前記第2巻線に接続された一対の第2交流端子部と、
前記一対の第1交流端子部のうちの一方の第1交流端子部で互いに接続された第1スイッチおよび第2スイッチで構成されて、当該第1スイッチ側の一方の端部が第1電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの一方の第1直流端子部に接続され、かつ当該第2スイッチ側の他方の端部が第2電力ラインを介して前記一対の第1直流端子部のうちの他方の第1直流端子部に接続された第1直列スイッチ部と、
前記第1電力ラインおよび前記第2電力ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続されたインダクタと、
前記一対の第1交流端子部のうちの他方の第1交流端子部で互いに接続された第3スイッチおよび第4スイッチで構成されて、当該第3スイッチ側の一方の端部が第5スイッチを介して前記第1直列スイッチ部の一方の端部に接続され、かつ当該第4スイッチ側の他方の端部が第6スイッチを介して前記第1直列スイッチ部の他方の端部に接続された第2直列スイッチ部と、
前記第2直列スイッチ部に並列接続されたキャパシタと、
前記一対の第2交流端子部と前記一対の第2直流端子部との間に配設された整流平滑部と、
前記一対の第1接続ラインおよび前記一対の第2接続ラインのうちの少なくとも一方に挿入接続されたLC共振回路と、
前記第1スイッチから前記第6スイッチに対するスイッチング制御を実行することにより、前記一対の第1直流端子部に入力される入力直流電圧を出力直流電圧に変換して前記一対の第2直流端子部間から出力させる制御部とを備え
前記制御部は、前記スイッチング制御を実行することにより、
前記第1スイッチから前記第6スイッチのうちの前記第3スイッチおよび前記第6スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記入力直流電圧に基づいて前記インダクタにエネルギーを蓄積させると共に、前記キャパシタに蓄積されているエネルギーを放出させることで前記第1巻線に電流を供給する第1動作、
前記第1スイッチから前記第6スイッチのうちの前記第2スイッチおよび前記第3スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記キャパシタにエネルギーを蓄積させつつ、前記入力直流電圧および前記インダクタから放出されるエネルギーに基づいて前記第1巻線に電流を供給する第2動作、
前記第1スイッチから前記第6スイッチのうちの前記第4スイッチおよび前記第5スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記入力直流電圧に基づいて前記インダクタにエネルギーを蓄積させると共に、前記キャパシタに蓄積されているエネルギーを放出させることで前記第1巻線に電流を供給する第3動作、
並びに前記第1スイッチから前記第6スイッチのうちの前記第1スイッチおよび前記第4スイッチのみをOFF状態にさせることにより、前記キャパシタにエネルギーを蓄積させつつ、前記入力直流電圧および前記インダクタから放出されるエネルギーに基づいて前記第1巻線に電流を供給する第4動作を、前記第1直列スイッチ部、前記第2直列スイッチ部、前記第5スイッチおよび前記第6スイッチに繰り返し実行させるコンバータ装置。
A transformer in which the first winding and the second winding are formed,
A pair of first DC terminals and
A pair of first AC terminals connected to the first winding via a pair of first connection lines, and a pair of first AC terminals.
A pair of second DC terminals and
A pair of second AC terminals connected to the second winding via a pair of second connection lines, and a pair of second AC terminals.
It is composed of a first switch and a second switch connected to each other by the first AC terminal portion of one of the pair of first AC terminal portions, and one end portion on the first switch side is the first power line. It is connected to the first DC terminal portion of one of the pair of first DC terminal portions via the above, and the other end portion on the second switch side is the pair of first DC terminals via the second power line. The first series switch section connected to the other first DC terminal section of the terminal section,
An inductor inserted and connected to at least one of the first power line and the second power line.
It is composed of a third switch and a fourth switch connected to each other by the other first AC terminal portion of the pair of first AC terminal portions, and one end on the third switch side serves as a fifth switch. It was connected to one end of the first series switch portion via the sixth switch, and the other end of the fourth switch side was connected to the other end of the first series switch portion via the sixth switch. The second series switch part and
A capacitor connected in parallel to the second series switch section,
A rectifying smoothing portion disposed between the pair of second AC terminal portions and the pair of second DC terminal portions,
An LC resonant circuit inserted and connected to at least one of the pair of first connection lines and the pair of second connection lines.
By executing switching control from the first switch to the sixth switch, the input DC voltage input to the pair of first DC terminals is converted into an output DC voltage between the pair of second DC terminals. Equipped with a control unit that outputs from
By executing the switching control, the control unit
By turning off only the third switch and the sixth switch among the sixth switches from the first switch, energy is stored in the inductor and stored in the capacitor based on the input DC voltage. The first operation of supplying a current to the first winding by releasing the energy being generated,
By turning off only the second switch and the third switch among the sixth switches from the first switch, the input DC voltage and the inductor are discharged while accumulating energy in the capacitor. A second operation that supplies a current to the first winding based on energy,
By turning off only the 4th switch and the 5th switch among the 6th switches from the 1st switch, energy is stored in the inductor and stored in the capacitor based on the input DC voltage. The third operation of supplying a current to the first winding by releasing the energy being generated,
Further, by turning off only the first switch and the fourth switch among the sixth switches from the first switch, the input DC voltage and the inductor are discharged while accumulating energy in the capacitor. A converter device that repeatedly causes the first series switch unit, the second series switch unit, the fifth switch, and the sixth switch to perform a fourth operation of supplying a current to the first winding based on the energy .
前記第1スイッチから前記第6スイッチは、ボディダイオードを内蔵したFETで構成されている請求項記載のコンバータ装置。 The converter device according to claim 3 , wherein the first switch to the sixth switch are composed of FETs having a built-in body diode.
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