JP7413906B2 - Inverter and rectifier circuit - Google Patents

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Description

本発明は、インバータ及び整流回路に関する。 The present invention relates to an inverter and a rectifier circuit.

図7に示す従来のハーフブリッジ型のインバータは、直流電源Viに、第2のコンデンサC2と第1のコンデンサC1の直列回路と、第2のスイッチング素子Q2と第1のスイッチング素子Q1の直列回路が並列に接続されている。第2のコンデンサC2と第1のコンデンサC1の接続点と、第2のスイッチング素子Q2と第1のスイッチング素子Q1の接続点との間に、インダクタンスLoとコンデンサCoの直列回路が接続されている。コンデンサCoの両端がインバータの出力端子に接続されている。 The conventional half-bridge inverter shown in FIG. 7 has a DC power supply Vi connected to a series circuit of a second capacitor C2 and a first capacitor C1, and a series circuit of a second switching element Q2 and a first switching element Q1. are connected in parallel. A series circuit of an inductance Lo and a capacitor Co is connected between a connection point between the second capacitor C2 and the first capacitor C1 and a connection point between the second switching element Q2 and the first switching element Q1. . Both ends of the capacitor Co are connected to the output terminal of the inverter.

次にインバータの動作を説明する。スイッチング素子Q1,Q2は、図示しない制御回路からのゲートドライブ信号Vgs1,Vgs2によりスイッチングされる。ゲートドライブ信号Vgs1,Vgs2は、図8に示すように、スイッチング素子Q1,Q2のゲート制御用PWM信号Vgs1’,Vgs2’から生成される。スイッチング周波数を決めるキャリア周波数を三角波波形として生成し、目標の出力電圧波形として、商用周波数の正弦波を生成する。この正弦波は、出力電圧Voを基準となる正弦波と比較し、その差分を増幅しフィードバックして、目標正弦波の振幅を調整する。図8に示すように、目標正弦波とキャリア周波数の三角波波形を図示しないPWM比較器で比較し、ゲートドライブ信号Vgs1’,Vgs2’を生成する。Vgs1’,Vgs2’は、位相が180°異なる対称な波形である。 Next, the operation of the inverter will be explained. The switching elements Q1 and Q2 are switched by gate drive signals Vgs1 and Vgs2 from a control circuit (not shown). As shown in FIG. 8, the gate drive signals Vgs1 and Vgs2 are generated from the gate control PWM signals Vgs1' and Vgs2' of the switching elements Q1 and Q2. A carrier frequency that determines the switching frequency is generated as a triangular waveform, and a commercial frequency sine wave is generated as the target output voltage waveform. This sine wave compares the output voltage Vo with a reference sine wave, and the difference is amplified and fed back to adjust the amplitude of the target sine wave. As shown in FIG. 8, the target sine wave and the triangular waveform of the carrier frequency are compared by a PWM comparator (not shown) to generate gate drive signals Vgs1' and Vgs2'. Vgs1' and Vgs2' are symmetrical waveforms whose phases differ by 180°.

スイッチング素子Q1,Q2のゲートドライブ信号Vgs1,Vgs2は、図9に示すようにVgs1’,Vgs2’に、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2が同時にオンすることがないように、波形生成の最後に僅かに両方がオフするデッドタイムを設けたものである。 As shown in FIG. 9, the gate drive signals Vgs1 and Vgs2 of switching elements Q1 and Q2 are slightly adjusted to Vgs1' and Vgs2' at the end of waveform generation so that switching element Q1 and switching element Q2 are not turned on at the same time. A dead time is provided in which both are turned off.

このようなゲートドライブ信号によりスイッチング素子Q1,Q2が駆動されることにより、出力電圧Voには、スイッチング素子Q1のPWMデューティ100%では、N側を基準にすると出力VoのL側に-1/2Viが出力され、PWMデューティ50%では、N側を基準にすると出力VoのL側に0Vが出力され、PWMデューティ0%では、N側を基準にすると出力VoのL側に1/2Viが出力される。即ち、PWM信号により出力電圧Voとして正弦波電圧を出力できる。例えば、出力電圧がAC100Vであれば、ピーク電圧は、100V*√2=141Vであるので、その2倍の282V以上の直流電源Viが必要となる。 By driving the switching elements Q1 and Q2 with such a gate drive signal, the output voltage Vo has a voltage of -1/1 on the L side of the output Vo when the PWM duty of the switching element Q1 is 100%, with the N side as a reference. 2Vi is output, and when the PWM duty is 50%, 0V is output to the L side of the output Vo when the N side is referenced, and when the PWM duty is 0%, 1/2Vi is output to the L side of the output Vo when the N side is used as the reference. Output. That is, a sine wave voltage can be output as the output voltage Vo using the PWM signal. For example, if the output voltage is AC100V, the peak voltage is 100V*√2=141V, so a DC power supply Vi of twice that value, 282V or more, is required.

また、図10に示すように、フルブリッジ型のインバータは、直流電源Viに、第4のスイッチング素子Q4と第3のスイッチング素子Q3の直列回路と、第2のスイッチング素子Q2と第1のスイッチング素子Q1の直列回路が接続されている。第4のスイッチング素子Q4と第3のスイッチング素子Q3の接続点と、第2のスイッチング素子Q2と第1のスイッチング素子Q1の接続点との間に、インダクタンスLoとコンデンサCoの直列回路が接続されている。コンデンサCoの両端がインバータの出力端子に接続されている。 Further, as shown in FIG. 10, the full-bridge inverter includes a DC power supply Vi, a series circuit of a fourth switching element Q4 and a third switching element Q3, a series circuit of a second switching element Q2 and a first switching element A series circuit of element Q1 is connected. A series circuit of an inductance Lo and a capacitor Co is connected between a connection point between the fourth switching element Q4 and the third switching element Q3 and a connection point between the second switching element Q2 and the first switching element Q1. ing. Both ends of the capacitor Co are connected to the output terminal of the inverter.

この場合には、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4は、図示しない制御回路からのゲートドライブ信号Vgs1,Vgs2,Vgs3,Vgs4によりスイッチング制御される。これらのゲートドライブ信号Vgs1,Vgs2,Vgs3,Vgs4は、スイッチング素子Q1,Q2のゲート制御用PWM信号Vgs1’,Vgs2’と、スイッチング素子Q3,Q4の出力商用周波数に同期したデューティ50%で、各々位相が180°異なる制御信号Vgs3’,Vgs4’から生成される。 In this case, switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 are controlled by gate drive signals Vgs1, Vgs2, Vgs3, and Vgs4 from a control circuit (not shown). These gate drive signals Vgs1, Vgs2, Vgs3, Vgs4 have a duty of 50% synchronized with the gate control PWM signals Vgs1', Vgs2' of switching elements Q1, Q2 and the output commercial frequency of switching elements Q3, Q4, respectively. It is generated from control signals Vgs3' and Vgs4' whose phases differ by 180°.

ひとつは、スイッチング周波数を決めるキャリア周波数を三角波波形として生成し、もうひとつは、目標の出力電圧波形として、商用周波数の正弦波を生成する。この正弦波は、出力電圧Voを基準となる正弦波と比較し、その差分を増幅しフィードバックして、目標正弦波の振幅を調整する。目標正弦波は、第3のスイッチング素子Q3がオンの場合は正極側、第4のスイッチング素子Q4がオンの場合は負極側とキャリア周波数の三角波波形を図示しないPWM比較器で比較し、ゲートドライブ信号Vgs1’,Vgs2’を生成する。 One generates a triangular waveform as the carrier frequency that determines the switching frequency, and the other generates a commercial frequency sine wave as the target output voltage waveform. This sine wave compares the output voltage Vo with a reference sine wave, and the difference is amplified and fed back to adjust the amplitude of the target sine wave. The target sine wave is determined by comparing the triangular waveform of the carrier frequency on the positive side when the third switching element Q3 is on, and on the negative side when the fourth switching element Q4 is on, using a PWM comparator (not shown), and generates the gate drive. Generate signals Vgs1' and Vgs2'.

スイッチング素子Q1,Q2のゲートドライブ信号Vgs1,Vgs2は、図9に示すように、Vgs1’およびVgs2’に、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2が同時にオンすることがないように、波形生成の最後に僅かに両方がオフするデッドタイムを設けたものである。 As shown in FIG. 9, the gate drive signals Vgs1 and Vgs2 of the switching elements Q1 and Q2 are set to Vgs1' and Vgs2' at the end of waveform generation so that the switching elements Q1 and Q2 are not turned on at the same time. A dead time is provided in which both are turned off.

ここで、目標正弦波が正極側のときに第3のスイッチング素子Q3のゲートドライブ信号Vgs3’はHが生成され、目標正弦波が負極側のときに第4のスイッチング素子Q4のゲートドライブ信号Vgs4’はHが生成される。また、出力電圧がAC100Vであれば、ピーク電圧は、100V*√2=141Vであるので、141V以上の直流電源Viが必要となる。 Here, when the target sine wave is on the positive side, the gate drive signal Vgs3' of the third switching element Q3 is generated at H level, and when the target sine wave is on the negative side, the gate drive signal Vgs4 of the fourth switching element Q4 is generated. 'H is generated. Furthermore, if the output voltage is AC100V, the peak voltage is 100V*√2=141V, so a DC power supply Vi of 141V or higher is required.

また、従来の力率改善機能を有したハーフブリッジ型の整流回路は、図12に示すように構成されている。整流回路の出力である直流の出力電圧Voの両端に、第2のコンデンサC2と第1のコンデンサC1の直列回路と、第2のスイッチング素子Q2と第1のスイッチング素子Q1の直列回路が接続されている。第2のコンデンサC2と第1のコンデンサC1の接続点と、第2のスイッチング素子Q2と第1のスイッチング素子Q1の接続点との間に、インダクタンスLiと商用電源ACの直列回路が接続されている。 Further, a conventional half-bridge type rectifier circuit having a power factor correction function is configured as shown in FIG. A series circuit of the second capacitor C2 and the first capacitor C1, and a series circuit of the second switching element Q2 and the first switching element Q1 are connected to both ends of the DC output voltage Vo, which is the output of the rectifier circuit. ing. A series circuit of an inductance Li and a commercial power supply AC is connected between the connection point between the second capacitor C2 and the first capacitor C1 and the connection point between the second switching element Q2 and the first switching element Q1. There is.

次に整流回路の動作を説明する。スイッチング素子Q1,Q2は、図示しない制御回路からのゲートドライブ信号Vgs1,Vgs2によりスイッチングされる。ゲートドライブ信号Vgs1,Vgs2は、図8に示すように、スイッチング素子Q1,Q2のゲート制御用PWM信号Vgs1’,Vgs2’から生成される。図8に、スイッチング素子Q1およびQ2のゲート制御用PWM信号Vgs1’およびVgs2’の生成概念図を示す。ひとつは、スイッチング周波数を決めるキャリア周波数を三角波波形として生成する。 Next, the operation of the rectifier circuit will be explained. The switching elements Q1 and Q2 are switched by gate drive signals Vgs1 and Vgs2 from a control circuit (not shown). As shown in FIG. 8, the gate drive signals Vgs1 and Vgs2 are generated from the gate control PWM signals Vgs1' and Vgs2' of the switching elements Q1 and Q2. FIG. 8 shows a conceptual diagram of generation of PWM signals Vgs1' and Vgs2' for gate control of switching elements Q1 and Q2. One is to generate the carrier frequency that determines the switching frequency as a triangular waveform.

もうひとつは、整流回路の力率改善を行うために、入力電流波形を、入力の商用電源周波数波形(正弦波)に近づけるための目標正弦波を生成する。この目標の入力電流波形の目標正弦波は、出力電圧Voを基準となる直流電圧と比較し、その差分を増幅しフィードバックして、目標正弦波の振幅を調整する。この目標の正弦波とキャリア周波数の三角波波形をPWM比較器で比較し、ゲートドライブ信号Vgs1’とVgs2’を生成する。Vgs1’,Vgs2’は、位相が180°異なる対称な波形である。 The other is to generate a target sine wave to bring the input current waveform closer to the input commercial power supply frequency waveform (sine wave) in order to improve the power factor of the rectifier circuit. The amplitude of the target sine wave of the target input current waveform is adjusted by comparing the output voltage Vo with a reference DC voltage, and amplifying and feeding back the difference. This target sine wave and the triangular waveform of the carrier frequency are compared by a PWM comparator to generate gate drive signals Vgs1' and Vgs2'. Vgs1' and Vgs2' are symmetrical waveforms whose phases differ by 180°.

スイッチング素子Q1,Q2のゲートドライブ信号Vgs1,Vgs2は、図9に示すように、Vgs1’およびVgs2’に、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2が同時にオンすることがないように、僅かに両方がオフするデッドタイムを設けている。 As shown in FIG. 9, gate drive signals Vgs1 and Vgs2 of switching elements Q1 and Q2 are set so that both of them are slightly off at Vgs1' and Vgs2' so that switching element Q1 and switching element Q2 are not turned on at the same time. We have a dead time to do this.

このようなゲートドライブ信号により駆動されることにより、出力電圧Voは一定電圧に保たれるとともに、入力電流Iiは、入力電圧である商用電源ACと同様な形の電流波形となる。すなわち、入力電圧が正弦波であれば、同様な正弦波波形となる。一般には、出力電圧Voを入力電圧である商用電源ACのピーク電圧より高く設定し、入力電圧を昇圧して出力電圧Voを生成する。 By being driven by such a gate drive signal, the output voltage Vo is kept at a constant voltage, and the input current Ii has a current waveform similar to that of the commercial power supply AC that is the input voltage. That is, if the input voltage is a sine wave, a similar sine wave waveform will be obtained. Generally, the output voltage Vo is set higher than the peak voltage of the commercial power supply AC, which is the input voltage, and the input voltage is boosted to generate the output voltage Vo.

また、従来の力率改善機能を有したフルブリッジ型の整流回路は、図13に示す様に構成されていた。整流回路の出力である直流の出力電圧Voの両端に、第1のコンデンサC1と、第4のスイッチング素子Q4と第3のスイッチング素子Q3の直列回路と、第2のスイッチング素子Q2と第1のスイッチング素子Q1の直列回路が接続されている。第4のスイッチング素子Q4と第3のスイッチング素子Q3の接続点と、第2のスイッチング素子Q2と第1のスイッチング素子Q1の接続点との間に、インダクタンスLiと商用電源ACの直列回路が接続されている。 Further, a conventional full-bridge rectifier circuit having a power factor correction function was configured as shown in FIG. 13. A first capacitor C1, a series circuit of a fourth switching element Q4 and a third switching element Q3, a series circuit of a second switching element Q2 and a first A series circuit of switching element Q1 is connected. A series circuit of an inductance Li and a commercial power supply AC is connected between the connection point between the fourth switching element Q4 and the third switching element Q3 and the connection point between the second switching element Q2 and the first switching element Q1. has been done.

スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4は、図示しない制御回路からのゲートドライブ信号Vgs1,Vgs2,Vgs3,Vgs4によりスイッチング制御される。これらのゲートドライブ信号Vgs1,Vgs2,Vgs3,Vgs4は、スイッチング素子Q1,Q2のゲート制御用PWM信号Vgs1’,Vgs2’と、スイッチング素子Q3,Q4の商用電源ACの交流周波数に同期したデューティ50%で、各々位相が180°異なる制御信号Vgs3’,Vgs4’から生成される。ひとつは、スイッチング周波数を決めるキャリア周波数を三角波波形として生成する。整流回路の力率改善を行うために、入力電流波形を、入力の商用電源周波数波形(正弦波)に近づけるための目標正弦波を生成する。この目標の入力電流波形の目標正弦波は、出力電圧Voを基準となる直流電圧と比較し、その差分を増幅しフィードバックして、目標正弦波の振幅を調整する。この目標正弦波は、第3のスイッチング素子Q3がオンの場合は正極側、第4のスイッチング素子Q4がオンの場合は負極側とキャリア周波数の三角波波形をPWM比較器で比較し、ゲートドライブ信号Vgs1’とVgs2’を生成する。Vgs1’,Vgs2’は、位相が180°異なる対称な波形である。なお、目標正弦波が正極側のときに第3のスイッチング素子Q3のゲートドライブ信号Vgs3’はHが生成され、目標正弦波が負極側のときに第4のスイッチング素子Q4のゲートドライブ信号Vgs4’はHが生成される。 Switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 are controlled in switching by gate drive signals Vgs1, Vgs2, Vgs3, and Vgs4 from a control circuit (not shown). These gate drive signals Vgs1, Vgs2, Vgs3, Vgs4 have a duty of 50% synchronized with the gate control PWM signals Vgs1', Vgs2' of the switching elements Q1, Q2 and the AC frequency of the commercial power supply AC of the switching elements Q3, Q4. The control signals Vgs3' and Vgs4' are generated from control signals Vgs3' and Vgs4' each having a phase difference of 180°. One is to generate the carrier frequency that determines the switching frequency as a triangular waveform. In order to improve the power factor of the rectifier circuit, a target sine wave is generated to bring the input current waveform closer to the input commercial power supply frequency waveform (sine wave). The amplitude of the target sine wave of the target input current waveform is adjusted by comparing the output voltage Vo with a reference DC voltage, and amplifying and feeding back the difference. This target sine wave is generated by comparing the triangular waveform of the carrier frequency with the positive pole side when the third switching element Q3 is on, and the negative pole side when the fourth switching element Q4 is on, using a PWM comparator, and generates the gate drive signal. Generate Vgs1' and Vgs2'. Vgs1' and Vgs2' are symmetrical waveforms whose phases differ by 180°. Note that when the target sine wave is on the positive side, the gate drive signal Vgs3' of the third switching element Q3 is H, and when the target sine wave is on the negative side, the gate drive signal Vgs4' of the fourth switching element Q4 is generated. H is generated.

スイッチング素子Q1,Q2のゲートドライブ信号Vgs1,Vgs2は、図9に示すように、Vgs1’およびVgs2’に、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2が同時にオンすることがないように、波形生成の最後に僅かに両方がオフするデッドタイムを設けたものである。 As shown in FIG. 9, the gate drive signals Vgs1 and Vgs2 of the switching elements Q1 and Q2 are set to Vgs1' and Vgs2' at the end of waveform generation so that the switching elements Q1 and Q2 are not turned on at the same time. A dead time is provided in which both are turned off.

このようなゲートドライブ信号により駆動されることにより、出力電圧Voは一定電圧に保たれるとともに、入力電流Iiは、入力電圧である商用電源ACと同様な形の電流波形となる。すなわち、入力電圧が正弦波であれば、同様な正弦波波形となる。一般には、出力電圧Voを入力電圧である商用電源ACのピーク電圧より高く設定し、入力電圧を昇圧して出力電圧Voを生成する。 By being driven by such a gate drive signal, the output voltage Vo is kept at a constant voltage, and the input current Ii has a current waveform similar to that of the commercial power supply AC that is the input voltage. That is, if the input voltage is a sine wave, a similar sine wave waveform will be obtained. Generally, the output voltage Vo is set higher than the peak voltage of the commercial power supply AC, which is the input voltage, and the input voltage is boosted to generate the output voltage Vo.

図14に、図7、図10に示す従来のインバータにおけるスイッチング電圧と電流の波形を示す。図14(a)は出力電圧VoのL側が+電圧の場合、図14(b)は出力電圧VoのL側が-電圧の場合のスイッチング電圧VQ1,VQ2と電流IQ1,IQ2の波形を示す。図15に、図12、図13に示す整流回路におけるスイッチング電圧と電流の波形を示す。図15(a)は商用電源ACのL側が-電圧の場合、図15(b)は商用電源ACのL側が+電圧の場合のスイッチング電圧VQ1,VQ2と電流IQ1,IQ2の波形を示す。 FIG. 14 shows switching voltage and current waveforms in the conventional inverter shown in FIGS. 7 and 10. FIG. 14(a) shows the waveforms of switching voltages VQ1, VQ2 and currents IQ1, IQ2 when the L side of the output voltage Vo is a + voltage, and FIG. 14(b) shows the waveforms of the switching voltages VQ1, VQ2 and the currents IQ1, IQ2 when the L side of the output voltage Vo is a − voltage. FIG. 15 shows switching voltage and current waveforms in the rectifier circuits shown in FIGS. 12 and 13. FIG. 15(a) shows the waveforms of the switching voltages VQ1, VQ2 and currents IQ1, IQ2 when the L side of the commercial power source AC is a negative voltage, and FIG. 15(b) shows the waveforms of the switching voltages VQ1, VQ2 and the currents IQ1, IQ2 when the L side of the commercial power source AC is a positive voltage.

特開2010-011555号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-011555 特許第5355756号公報Patent No. 5355756

しかしながら、図7、図10に示す従来のインバータでは、出力インダクタンスLoから電流が放出されている回生期間は、一方のスイッチング素子の寄生Diに回生電流が流れている。また、図12、図13に示す従来の力率改善機能を有した整流回路では、入力インダクタンスLiから電流が放出されている回生期間は、一方のスイッチング素子の寄生Diに回生電流が流れている。 However, in the conventional inverters shown in FIGS. 7 and 10, during the regeneration period when the current is discharged from the output inductance Lo, the regenerative current flows through the parasitic Di of one of the switching elements. Furthermore, in the rectifier circuits shown in FIGS. 12 and 13 having a conventional power factor correction function, during the regeneration period when current is released from the input inductance Li, the regeneration current flows through the parasitic Di of one switching element. .

このとき、他方のスイッチング素子がオンすると、図14、図15に示すように、寄生Diのリカバリ期間にリカバリ電流が流れる。一般のMOS-FETの寄生Diは、リカバリ特性が悪く沢山のリカバリ電流が流れる。これは、上下のスイッチング素子のアームにリカバリによる貫通電流が流れることを意味する。 At this time, when the other switching element is turned on, a recovery current flows during the recovery period of the parasitic Di, as shown in FIGS. 14 and 15. Parasitic Di in general MOS-FETs has poor recovery characteristics and a large recovery current flows. This means that a through current due to recovery flows in the arms of the upper and lower switching elements.

これらの寄生Diのリカバリ特性を改善したMOS-FETも存在するが、専用のファーストリカバリダイオードに比べれば、遥かに性能が劣る。このため、これらの貫通電流によるスイッチング損失が多く、スイッチング周波数を高くすることができない。例えば、20kHz以下のスイッチング周波数で用いられていることが多い。このため、高周波化による小型化ができない。 There are MOS-FETs with improved recovery characteristics for these parasitic Di, but their performance is far inferior to that of a dedicated fast recovery diode. Therefore, switching losses due to these through-currents are large, and the switching frequency cannot be increased. For example, it is often used at a switching frequency of 20kHz or less. For this reason, miniaturization by increasing the frequency is not possible.

本発明の課題は、高周波化を実現し、インダクタンスおよびキャパシタンスの大幅な小型化を可能とした安価で小型なインバータ及び整流回路を提供する。 An object of the present invention is to provide an inexpensive and small-sized inverter and rectifier circuit that can achieve high frequencies and significantly reduce the size of inductance and capacitance.

上記課題を解決するために、本発明に係るインバータは、直流電源に、第2のコンデンサと第1のコンデンサの直列回路と、第2のダイオードと第1のスイッチング素子との直列回路と、第2のスイッチング素子と第1のダイオードの直列回路とが並列に接続され、前記第2のコンデンサと前記第1のコンデンサの接続点と前記第2のダイオードと前記第1のスイッチング素子との接続点との間に、一つの磁芯に巻かれた第1の巻線と第2の巻線とが同相極性で、一方の端子間が接続されたインダクタンスの前記第1の巻線とコンデンサが直列に接続され、前記第2のコンデンサと前記第1のコンデンサの接続点と前記第2のスイッチング素子と前記第1のダイオードとの接続点との間に、前記第2の巻線と前記コンデンサが直列に接続され、前記第1の巻線と前記第2の巻線の直列接続点が前記コンデンサの一端に接続され、前記コンデンサの一端がインバータ出力の一端に接続され、前記コンデンサの他端がインバータ出力の他端に接続されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an inverter according to the present invention includes a DC power supply, a series circuit of a second capacitor and a first capacitor, a series circuit of a second diode and a first switching element, and a series circuit of a second capacitor and a first switching element. 2 switching elements and a series circuit of a first diode are connected in parallel, a connection point between the second capacitor and the first capacitor, and a connection point between the second diode and the first switching element. , the first winding and the second winding wound around one magnetic core have the same phase polarity, and the first winding of the inductance and the capacitor are connected in series between one terminal of the inductor. and the second winding and the capacitor are connected between a connection point between the second capacitor and the first capacitor and a connection point between the second switching element and the first diode. are connected in series, a series connection point of the first winding and the second winding is connected to one end of the capacitor, one end of the capacitor is connected to one end of the inverter output, and the other end of the capacitor is connected to one end of the inverter output. It is characterized in that it is connected to the other end of the inverter output.

また、本発明に係る整流回路は、出力電圧の両端に、第2のコンデンサと第1のコンデンサの直列回路と、第2のダイオードと第1のスイッチング素子との直列回路と、第2のスイッチング素子と第1のダイオードの直列回路とが並列に接続され、前記第2のコンデンサと前記第1のコンデンサの接続点と前記第2のダイオードと前記第1のスイッチング素子との接続点との間に、一つの磁芯に巻かれた第1の巻線と第2の巻線とが同相極性で、一方の端子間が接続されたインダクタンスの前記第1の巻線と商用電源が直列に接続され、前記第1の巻線と前記第2の巻線の直列接続点が前記商用電源の一端と接続され、前記第2のコンデンサと前記第1のコンデンサの接続点と前記第2のスイッチング素子と前記第1のダイオードとの接続点との間に、前記第2の巻線と前記商用電源が直列に接続されることを特徴とする。 Further, the rectifier circuit according to the present invention includes a series circuit of a second capacitor and a first capacitor, a series circuit of a second diode and a first switching element, and a second switching element connected to both ends of the output voltage. The element and a series circuit of a first diode are connected in parallel, and between a connection point between the second capacitor and the first capacitor and a connection point between the second diode and the first switching element. In this case, the first winding and the second winding wound around one magnetic core have the same phase polarity, and the first winding of the inductance and the commercial power supply are connected in series with one terminal of the inductance connected. a series connection point between the first winding and the second winding is connected to one end of the commercial power supply, a connection point between the second capacitor and the first capacitor and the second switching element; The second winding and the commercial power source are connected in series between the first diode and the first diode.

本発明によれば、高周波化を実現し、インダクタおよびキャパシタの大幅な小型化を可能とした安価で小型なインバータ及び整流回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an inexpensive and small-sized inverter and rectifier circuit that can realize high frequencies and make it possible to significantly reduce the size of inductors and capacitors.

本発明の第1の実施形態に係るハーフブリッジ型のインバータの回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a half-bridge inverter according to a first embodiment of the present invention. 第1の実施形態に係るハーフブリッジ型のインバータの各スイッチング素子の電圧及び電流を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform chart showing voltages and currents of each switching element of the half-bridge inverter according to the first embodiment. 本発明の第2の実施形態に係るフルブリッジ型のインバータの回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a full-bridge inverter according to a second embodiment of the present invention. 第3の実施形態に係るハーフブリッジ型の整流回路の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a half-bridge rectifier circuit according to a third embodiment. 第3の実施形態に係るハーフブリッジ型の整流回路の各スイッチング素子の電圧及び電流を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing voltages and currents of each switching element of a half-bridge rectifier circuit according to a third embodiment. 第4の実施形態に係るフルブリッジ型の整流回路の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a full-bridge rectifier circuit according to a fourth embodiment. 従来のハーフブリッジ型のインバータの回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional half-bridge inverter. 図7に示す従来のハーフブリッジ型のインバータの各スイッチング素子のゲートドライブ信号の波形図である。8 is a waveform diagram of gate drive signals of each switching element of the conventional half-bridge inverter shown in FIG. 7. FIG. デッドタイムが付加されたゲートドライブ信号の波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram of a gate drive signal to which dead time is added. 従来のフルブリッジ型のインバータの回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional full-bridge inverter. 図10に示す従来のフルブリッジ型のインバータの各スイッチング素子のゲートドライブ信号の波形図である。11 is a waveform diagram of gate drive signals of each switching element of the conventional full-bridge inverter shown in FIG. 10. FIG. 従来のハーフブリッジ型の整流回路の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional half-bridge rectifier circuit. 従来のフルブリッジ型の整流回路の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional full-bridge rectifier circuit. 従来のハーフブリッジ型のインバータの各スイッチング素子の電圧及び電流を示す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing voltage and current of each switching element of a conventional half-bridge inverter. 従来のフルブリッジ型の整流回路の各スイッチング素子の電圧及び電流を示す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing voltage and current of each switching element of a conventional full-bridge rectifier circuit.

以下、本発明の実施の形態に係るインバータ及び整流回路について、図面を参照しながら詳細に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Inverters and rectifier circuits according to embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1が本発明の第1の実施形態に係るハーフブリッジ型のインバータの回路図である。図1において、直流電源Viに、第2のコンデンサC2と第1のコンデンサC1の直列回路と、第2のダイオードD2と第1のスイッチング素子Q1との直列回路と、第2のスイッチング素子Q2と第1のダイオードD1の直列回路とが並列に接続されている。第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2は、例えば、MOSFET等からなる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram of a half-bridge type inverter according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a DC power supply Vi includes a series circuit of a second capacitor C2 and a first capacitor C1, a series circuit of a second diode D2 and a first switching element Q1, and a second switching element Q2. A series circuit of the first diode D1 is connected in parallel. The first switching element Q1 and the second switching element Q2 are made of, for example, a MOSFET.

第2のコンデンサC2と第1のコンデンサC1の接続点と第2のダイオードD2と第1のスイッチング素子Q1との接続点との間に、一つの磁芯(磁気コア)に巻かれた第1の巻線Lo1と第2巻線Lo2とが同相極性で、一方の端子間が接続されたインダクタンスLoの第1の巻線Lo1とコンデンサCoが直列に接続されている。インダクタンスLoは、一体型の分割チョークコイルである。 A first capacitor wound around one magnetic core is connected between the connection point between the second capacitor C2 and the first capacitor C1 and the connection point between the second diode D2 and the first switching element Q1. The winding Lo1 and the second winding Lo2 have the same phase polarity, and the first winding Lo1 with an inductance Lo connected between one terminal and the capacitor Co are connected in series. The inductance Lo is an integrated divided choke coil.

第2のコンデンサC2と第1のコンデンサC1の接続点と第2のスイッチング素子Q2と第1のダイオードD1との接続点との間に、第2の巻線Lo2とコンデンサCoが直列に接続されている。第1の巻線Lo1と第2の巻線Lo2の直列接続点がコンデンサCoの一端に接続されている。コンデンサCoの一端がインバータ出力の一端に接続され、コンデンサCoの他端がインバータ出力の他端に接続されている。 A second winding Lo2 and a capacitor Co are connected in series between the connection point between the second capacitor C2 and the first capacitor C1 and the connection point between the second switching element Q2 and the first diode D1. ing. A series connection point between the first winding Lo1 and the second winding Lo2 is connected to one end of the capacitor Co. One end of the capacitor Co is connected to one end of the inverter output, and the other end of the capacitor Co is connected to the other end of the inverter output.

制御回路10は、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とをデッドタイムを設けて高周波で交互にオンオフさせる。 The control circuit 10 alternately turns on and off the first switching element Q1 and the second switching element Q2 at a high frequency with a dead time provided.

インダクタンスLoは、第1の巻線からなる第1のインダクタンスLo1と第2の巻線からなる第2のインダクタンスLo2から構成され、第1のインダクタンスLo1と第2のインダクタンスLo2の結合度が1未満である。第1のインダクタンスLo1には、その漏れインダクタンスとして、第1のリーケージインダクタンスLr1が形成され、第2のインダクタンスLo2には、その漏れインダクタンスとして、第2のリーケージインダクタンスLr2が形成されている。 The inductance Lo is composed of a first inductance Lo1 made of a first winding and a second inductance Lo2 made of a second winding, and the degree of coupling between the first inductance Lo1 and the second inductance Lo2 is less than 1. It is. A first leakage inductance Lr1 is formed as the leakage inductance of the first inductance Lo1, and a second leakage inductance Lr2 is formed as the leakage inductance of the second inductance Lo2.

さらに、リーケージインダクタンスLr1に発生するサージ電圧を直流電源Viに回生するためにダイオードD2を設けている。リーケージインダクタンスLr2に発生するサージ電圧を直流電源Viに回生するためにダイオードD1をそれぞれ設けている。 Furthermore, a diode D2 is provided to regenerate the surge voltage generated in the leakage inductance Lr1 to the DC power supply Vi. A diode D1 is provided for regenerating the surge voltage generated in the leakage inductance Lr2 to the DC power supply Vi.

次に、このように構成された第1の実施形態に係るハーフブリッジ型のインバータの動作を説明する。まず、図2(a)に示す、出力電圧VoのN側を基準とし、出力電圧VoのL側が+電圧の場合のタイミングチャートを用いて説明する。 Next, the operation of the half-bridge type inverter according to the first embodiment configured as described above will be explained. First, a description will be given using a timing chart shown in FIG. 2A in which the N side of the output voltage Vo is a reference and the L side of the output voltage Vo is a + voltage.

第1のインダクタンスLo1と第2のインダクタンスLo2の結合度が1であれば、リーケージインダクタンスLr1とリーケージインダクタンスLr2はゼロである。第1の実施形態に係るハーフブリッジ型のインバータでは、第1のインダクタンスLo1と第2のインダクタンスLo2は、分割巻き等により結合度を1未満に設定する。 If the degree of coupling between the first inductance Lo1 and the second inductance Lo2 is 1, the leakage inductance Lr1 and the leakage inductance Lr2 are zero. In the half-bridge type inverter according to the first embodiment, the degree of coupling of the first inductance Lo1 and the second inductance Lo2 is set to less than 1 by split winding or the like.

これにより、第1のインダクタンスLo1には、その漏れインダクタンスとして、リーケージインダクタンスLr1が形成され、第2のインダクタンスLo2には、その漏れインダクタンスとして、リーケージインダクタンスLr2が形成される。 As a result, a leakage inductance Lr1 is formed in the first inductance Lo1 as its leakage inductance, and a leakage inductance Lr2 is formed in the second inductance Lo2 as its leakage inductance.

まず、時刻t2において、第1のスイッチング素子Q1がオンし、第2のスイッチング素子Q2がオフする。このとき、Lo1→Co→C1→Q1→Lr1→Lo1の経路で電流IQ1が流れる。次に、時刻t3において、第1のスイッチング素子Q1がオフし、第2のスイッチング素子Q2がオンする。このとき、C2→Q2→Lr2→Lo2→Co→C2の経路で電流IQ2が流れる。 First, at time t2, the first switching element Q1 is turned on and the second switching element Q2 is turned off. At this time, current IQ1 flows along the path Lo1→Co→C1→Q1→Lr1→Lo1. Next, at time t3, the first switching element Q1 is turned off and the second switching element Q2 is turned on. At this time, current IQ2 flows through the path C2→Q2→Lr2→Lo2→Co→C2.

次に、図2(b)に示す出力電圧Voの、出力電圧VoのN側を基準とし、L側が-電圧の場合の動作を説明する。 Next, the operation will be described when the output voltage Vo shown in FIG. 2(b) is set to the N side of the output voltage Vo as a reference and the L side is − voltage.

まず、時刻t2において、第1のスイッチング素子Q1がオフし、第2のスイッチング素子Q2がオンする。このとき、Lo2→Lr2→Q2→C2→Co→Lo2の経路で電流IQ2が流れる。次に、時刻t3において、第2のスイッチング素子Q2がオフし、第1のスイッチング素子Q1がオンする。このとき、C1→Co→Lo1→Lr1→Q1→C1の経路で電流IQ1が流れる。 First, at time t2, the first switching element Q1 is turned off and the second switching element Q2 is turned on. At this time, current IQ2 flows through the path Lo2→Lr2→Q2→C2→Co→Lo2. Next, at time t3, the second switching element Q2 is turned off and the first switching element Q1 is turned on. At this time, current IQ1 flows through the path C1→Co→Lo1→Lr1→Q1→C1.

第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2との貫通電流経路には、第1のインダクタンスLo1と第2のインダクタンスLo2が挿入され、第1のインダクタンスLo1と第2のインダクタンスLo2が同相極性に巻かれているので、第1のインダクタンスLo1の電圧と第2のインダクタンスLo2の電圧とは相殺されて、第1のインダクタンスLo1と第2のインダクタンスLo2との間の電圧は、略ゼロである。 A first inductance Lo1 and a second inductance Lo2 are inserted into the through current path between the first switching element Q1 and the second switching element Q2, and the first inductance Lo1 and the second inductance Lo2 have the same mode polarity. Since the voltage of the first inductance Lo1 and the voltage of the second inductance Lo2 cancel each other out, the voltage between the first inductance Lo1 and the second inductance Lo2 is approximately zero. .

また、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2との貫通電流経路には、リーケージインダクタンスLr1とリーケージインダクタンスLr2との少なくとも一方が存在するため、リーケージインダクタンスLr1とリーケージインダクタンスLr2のインピーダンスによりリカバリ電流を抑制することができる。 Furthermore, since at least one of leakage inductance Lr1 and leakage inductance Lr2 exists in the through-current path between the first switching element Q1 and the second switching element Q2, recovery is achieved by the impedance of leakage inductance Lr1 and leakage inductance Lr2. Current can be suppressed.

図2(a)(b)に示すように、時刻t3において、スイッチング素子Q1,Q2の電流IQ1,IQ2において、リカバリによる寛通電流を大幅に減少することができる。 As shown in FIGS. 2A and 2B, at time t3, the relaxation current due to recovery can be significantly reduced in currents IQ1 and IQ2 of switching elements Q1 and Q2.

このように、第1の実施形態に係るインバータによれば、一つの磁芯に巻かれた第1の巻線Lo1と第2の巻線Lo2とが同相極性で、一方の端子間が接続されたインダクタンスLoからなる一体型の分割チョークをブリッジの接続間に配置したので、部品点数を増やすことなく、リーケージインダクタンスLo1,Lo2でリカバリ電流を抑制できるので、高周波化を実現し、インダクタおよびキャパシタの大幅な小型化を可能とした安価で小型なインバータを提供することができる。 As described above, according to the inverter according to the first embodiment, the first winding Lo1 and the second winding Lo2 wound around one magnetic core have the same phase polarity, and one terminal is connected to the other. Since an integrated divided choke consisting of an inductance Lo is placed between the bridge connections, the recovery current can be suppressed by the leakage inductances Lo1 and Lo2 without increasing the number of components. It is possible to provide an inexpensive and compact inverter that can be significantly downsized.

また、スイッチング素子Q1がオフしたとき、リーケージインダクタンスLr1に蓄えられたエネルギーは、Lr1→D2→C2→Co→Lo1→Lr1の経路でC2に回生される。スイッチング素子Q2がオフしたとき、リーケージインダクタンスLr2に蓄えられたエネルギーは、Lr2→Lo2→Co→C1→D1→Lr2の経路でC1に回生される。即ち、各スイッチング素子Q1,Q2と各巻線Lo1,Lo2との接続箇所から電源ラインに回生用ダイオードD1,D2を追加したので、インダクタンスLoに流れる回生電流の経路を確保することができる。 Furthermore, when the switching element Q1 is turned off, the energy stored in the leakage inductance Lr1 is regenerated to C2 along the path Lr1→D2→C2→Co→Lo1→Lr1. When the switching element Q2 is turned off, the energy stored in the leakage inductance Lr2 is regenerated to C1 along the path Lr2→Lo2→Co→C1→D1→Lr2. That is, since the regenerative diodes D1 and D2 are added to the power supply line from the connection points between the switching elements Q1 and Q2 and the windings Lo1 and Lo2, a path for the regenerative current flowing through the inductance Lo can be secured.

(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係るフルブリッジ型のインバータの回路図である。図3において、直流電源Viに、第4のスイッチング素子Q4と第3のスイッチング素子Q3の直列回路と、第2のダイオードD2と第1のスイッチング素子Q1との直列回路と、第2のスイッチング素子Q2と第1のダイオードD1の直列回路とが並列に接続されている。
(Second embodiment)
FIG. 3 is a circuit diagram of a full-bridge inverter according to a second embodiment of the invention. In FIG. 3, a DC power supply Vi includes a series circuit of a fourth switching element Q4 and a third switching element Q3, a series circuit of a second diode D2 and a first switching element Q1, and a second switching element. Q2 and the series circuit of the first diode D1 are connected in parallel.

第4のスイッチング素子Q4と第3のスイッチング素子Q3の接続点と第2のダイオードD2と第1のスイッチング素子Q1との接続点との間に、一つの磁芯に巻かれた第1の巻線Lo1と第2の巻線Lo2とが同相極性で、一方の端子間が接続されたインダクタンスLoの第1の巻線Lo1とコンデンサCoが直列に接続されている。 A first winding wound around one magnetic core is connected between the connection point between the fourth switching element Q4 and the third switching element Q3 and the connection point between the second diode D2 and the first switching element Q1. The first winding Lo1 and the capacitor Co are connected in series, with the wire Lo1 and the second winding Lo2 having the same phase polarity and having an inductance Lo connected between one terminal thereof.

第4のスイッチング素子Q4と第3のスイッチング素子Q3の接続点と第2のスイッチング素子Q2と第1のダイオードD1との接続点との間に、第2の巻線Lo2とコンデンサCoが直列に接続されている。第1の巻線Lo1と第2の巻線Lo2の直列接続点がコンデンサCoの一端と接続されている。コンデンサCoの一端がインバータ出力の一端に接続され、コンデンサCoの他端がインバータ出力の他端に接続されている。 A second winding Lo2 and a capacitor Co are connected in series between the connection point between the fourth switching element Q4 and the third switching element Q3 and the connection point between the second switching element Q2 and the first diode D1. It is connected. A series connection point between the first winding Lo1 and the second winding Lo2 is connected to one end of the capacitor Co. One end of the capacitor Co is connected to one end of the inverter output, and the other end of the capacitor Co is connected to the other end of the inverter output.

制御回路11は、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とをデッドタイムを設けて交互に高周波でオンオフさせるとともに、第4のスイッチング素子Q4と第3のスイッチング素子Q3とを商用電源の周波数でオンオフさせる。 The control circuit 11 alternately turns the first switching element Q1 and the second switching element Q2 on and off at high frequency with a dead time, and also turns the fourth switching element Q4 and the third switching element Q3 on and off from the commercial power supply. Turn on and off at the frequency.

インダクタンスLoは、第1の巻線からなる第1のインダクタンスLo1と第2の巻線からなる第2のインダクタンスLo2から構成され、第1のインダクタンスLo1と第2のインダクタンスLo2の結合度が1未満である。第1のインダクタンスLo1には、その漏れインダクタンスとして、第1のリーケージインダクタンスLr1が形成され、第2のインダクタンスLo2には、その漏れインダクタンスとして、第2のリーケージインダクタンスLr2が形成されている。 The inductance Lo is composed of a first inductance Lo1 made of a first winding and a second inductance Lo2 made of a second winding, and the degree of coupling between the first inductance Lo1 and the second inductance Lo2 is less than 1. It is. A first leakage inductance Lr1 is formed as the leakage inductance of the first inductance Lo1, and a second leakage inductance Lr2 is formed as the leakage inductance of the second inductance Lo2.

さらに、リーケージインダクタンスLr1に発生するサージ電圧を直流電源Viに回生するためにダイオードD2を設けている。リーケージインダクタンスLr2に発生するサージ電圧を直流電源Viに回生するためにダイオードD1をそれぞれ設けている。 Furthermore, a diode D2 is provided to regenerate the surge voltage generated in the leakage inductance Lr1 to the DC power supply Vi. A diode D1 is provided for regenerating the surge voltage generated in the leakage inductance Lr2 to the DC power supply Vi.

次に、このように構成された第2の実施形態に係るフルブリッジ型のインバータの動作を説明する。第1のインダクタンスLo1と第2のインダクタンスLo2の結合度が1であれば、リーケージインダクタンスLr1とリーケージインダクタンスLr2はゼロであり、図10の従来のフルブリッジ型インバータと全く同様な動作となる。 Next, the operation of the full-bridge inverter according to the second embodiment configured as described above will be explained. If the degree of coupling between the first inductance Lo1 and the second inductance Lo2 is 1, the leakage inductance Lr1 and the leakage inductance Lr2 are zero, and the inverter operates exactly the same as the conventional full-bridge inverter shown in FIG. 10.

第2の実施形態に係るフルブリッジ型のインバータでは、第1のインダクタンスLo1と第2のインダクタンスLo2は、分割巻き等により結合度を1未満に設定する。 In the full-bridge inverter according to the second embodiment, the degree of coupling of the first inductance Lo1 and the second inductance Lo2 is set to less than 1 by split winding or the like.

これにより、第1のインダクタンスLo1には、その漏れインダクタンスとして、リーケージインダクタンスLr1が形成され、第2のインダクタンスLo2には、その漏れインダクタンスとして、リーケージインダクタンスLr2が形成される。 As a result, a leakage inductance Lr1 is formed in the first inductance Lo1 as its leakage inductance, and a leakage inductance Lr2 is formed in the second inductance Lo2 as its leakage inductance.

第2の実施形態に係るフルブリッジ型インバータにおいては、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2との貫通電流経路にリーケージインダクタンスLr1もしくはLr2が存在するため、リーケージインダクタンスLr1とリーケージインダクタンスLr2のインピーダンスによりリカバリ電流を抑制することができる。 In the full-bridge inverter according to the second embodiment, since leakage inductance Lr1 or Lr2 exists in the through-current path between the first switching element Q1 and the second switching element Q2, the leakage inductance Lr1 and the leakage inductance Lr2 The recovery current can be suppressed by the impedance.

図2(a)(b)に示すように、時刻t3において、スイッチング素子Q1,Q2の電流IQ1,IQ2において、リカバリによる貫通電流を大幅に減少することができる。 As shown in FIGS. 2A and 2B, at time t3, the through current due to recovery can be significantly reduced in currents IQ1 and IQ2 of switching elements Q1 and Q2.

以上、説明したように本発明のインバータは、寄生ダイオードDiのリカバリ特性が悪い安価なMOSFETを用いても、リカバリ期間の貫通電流をリーケージインダクタンスLr1もしくはLr2により制限することができる。 As described above, the inverter of the present invention can limit the through current during the recovery period by the leakage inductance Lr1 or Lr2 even if an inexpensive MOSFET with poor recovery characteristics of the parasitic diode Di is used.

これにより、貫通電流が大幅に減少し、貫通電流によるスイッチング損失を大幅に低減することができる。このため、従来不可能であった高周波化が可能となる。例えば、従来の20kHzから100kHzの高周波化が可能となる。 As a result, the through current can be significantly reduced, and the switching loss due to the through current can be significantly reduced. Therefore, higher frequencies, which were previously impossible, become possible. For example, it is possible to increase the frequency from the conventional 20kHz to 100kHz.

これらは、新たに安価なFRDを2素子追加するだけで、新たにインダクタンスを追加することなく、リーケージインダクタンスを利用して可能となるため、コストアップを最小限に抑制することができる。 These can be achieved by simply adding two new inexpensive FRD elements and using leakage inductance without adding any new inductance, so that cost increases can be suppressed to a minimum.

(第3の実施形態)
図4は、第3の実施形態に係るハーフブリッジ型の整流回路の回路図である。図4において、出力電圧Voの両端に、第2のコンデンサC2と第1のコンデンサC1の直列回路と、第2のダイオードD2と第1のスイッチング素子Q1との直列回路と、第2のスイッチング素子Q2と第1のダイオードD1の直列回路とが並列に接続されている。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a circuit diagram of a half-bridge rectifier circuit according to the third embodiment. In FIG. 4, a series circuit of a second capacitor C2 and a first capacitor C1, a series circuit of a second diode D2 and a first switching element Q1, and a second switching element are connected across the output voltage Vo. Q2 and the series circuit of the first diode D1 are connected in parallel.

第2のコンデンサC2と第1のコンデンサC1の接続点と第2のダイオードD2と第1のスイッチング素子Q1との接続点との間に、一つの磁芯に巻かれた第1の巻線Li1と第2の巻線Li2とが同相極性で、一方の端子間が接続されたインダクタンスLiの第1の巻線Li1と商用電源ACが直列に接続されている。 A first winding Li1 wound around one magnetic core is connected between the connection point between the second capacitor C2 and the first capacitor C1 and the connection point between the second diode D2 and the first switching element Q1. and the second winding Li2 have the same phase polarity, and the first winding Li1 of the inductance Li, whose one terminal is connected, and the commercial power supply AC are connected in series.

第1の巻線Li1と第2の巻線Li2の直列接続点が商用電源ACの一端と接続されている。第2のコンデンサC2と第1のコンデンサC1の接続点と第2のスイッチング素子Q2と第1のダイオードD1との接続点との間に、第2の巻線Li2と商用電源ACが直列に接続されている。 A series connection point between the first winding Li1 and the second winding Li2 is connected to one end of the commercial power supply AC. A second winding Li2 and a commercial power supply AC are connected in series between the connection point between the second capacitor C2 and the first capacitor C1 and the connection point between the second switching element Q2 and the first diode D1. has been done.

制御回路12は、スイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とをデッドタイムを設けて高周波で交互にオンオフさせる。 The control circuit 12 alternately turns on and off the switching element Q1 and the second switching element Q2 at high frequency with a dead time provided.

インダクタンスLiは、第1の巻線からなる第1のインダクタンスLi1と第2の巻線からなる第2のインダクタンスLi2から構成され、第1のインダクタンスLi1と第2のインダクタンスLi2の結合度が1未満である。第1のインダクタンスLi1には、その漏れインダクタンスとして、リーケージインダクタンスLr1が形成され、第2のインダクタンスLi2には、その漏れインダクタンスとして、リーケージインダクタンスLr2が形成される。 The inductance Li is composed of a first inductance Li1 made of a first winding and a second inductance Li2 made of a second winding, and the degree of coupling between the first inductance Li1 and the second inductance Li2 is less than 1. It is. A leakage inductance Lr1 is formed in the first inductance Li1 as its leakage inductance, and a leakage inductance Lr2 is formed in the second inductance Li2 as its leakage inductance.

さらに、リーケージインダクタンスLr1に発生するサージ電圧を出力電圧Voに回生するためにダイオードD2を設け、リーケージインダクタンスLr2に発生するサージ電圧を出力電圧Voに回生するためにダイオードD1を設けている。 Further, a diode D2 is provided to regenerate the surge voltage generated in the leakage inductance Lr1 to the output voltage Vo, and a diode D1 is provided to regenerate the surge voltage generated in the leakage inductance Lr2 to the output voltage Vo.

次に、このように構成された第3の実施形態に係るハーフブリッジ型の整流回路の動作を説明する。第1のインダクタンスLi1と第2のインダクタンスLi2の結合度が1であれば、リーケージインダクタンスLr1とリーケージインダクタンスLr2はゼロであり、図12の従来の力率改善機能を有したハーフブリッジ型の整流回路と全く同様な動作となる。 Next, the operation of the half-bridge rectifier circuit according to the third embodiment configured as described above will be explained. If the degree of coupling between the first inductance Li1 and the second inductance Li2 is 1, the leakage inductance Lr1 and the leakage inductance Lr2 are zero, and the conventional half-bridge rectifier circuit with a power factor correction function shown in FIG. The operation is exactly the same.

第3の実施形態に係るハーフブリッジ型の整流回路では、第1のインダクタンスLi1と第2のインダクタンスLi2は、分割巻き等により結合度を1未満に設定する。 In the half-bridge rectifier circuit according to the third embodiment, the degree of coupling of the first inductance Li1 and the second inductance Li2 is set to less than 1 by split winding or the like.

これにより、第1のインダクタンスLi1には、その漏れインダクタンスとして、リーケージインダクタンスLr1が形成され、第2のインダクタンスLi2には、その漏れインダクタンスとして、リーケージインダクタンスLr2が形成される。 As a result, a leakage inductance Lr1 is formed in the first inductance Li1 as its leakage inductance, and a leakage inductance Lr2 is formed in the second inductance Li2 as its leakage inductance.

貫通電流経路にリーケージインダクタンスLr1もしくはLr2が存在するため、リーケージインダクタンスLr1とリーケージインダクタンスLr2のインピーダンスによりリカバリ電流を抑制することができる。 Since the leakage inductance Lr1 or Lr2 exists in the through-current path, the recovery current can be suppressed by the impedance of the leakage inductance Lr1 and the leakage inductance Lr2.

図5(a)(b)に示すように、時刻t3において、スイッチング素子Q1,Q2の電流IQ1,IQ2において、リカバリによる貫通電流を大幅に減少することができる。 As shown in FIGS. 5A and 5B, at time t3, the through current due to recovery can be significantly reduced in currents IQ1 and IQ2 of switching elements Q1 and Q2.

(第4の実施形態)
図6は、第4の実施形態に係るフルブリッジ型の整流回路の回路図である。図6において、出力電圧Voの両端に、第1のコンデンサC1と、第4のスイッチング素子Q4と第3のスイッチング素子Q3の直列回路と、第2のダイオードD2と第1のスイッチング素子Q1との直列回路と、第2のスイッチング素子Q2と第1のダイオードD1の直列回路とが並列に接続されている。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a circuit diagram of a full-bridge rectifier circuit according to the fourth embodiment. In FIG. 6, a first capacitor C1, a series circuit of a fourth switching element Q4 and a third switching element Q3, a second diode D2 and a first switching element Q1 are connected across the output voltage Vo. The series circuit and the series circuit of the second switching element Q2 and the first diode D1 are connected in parallel.

第4のスイッチング素子Q4と第3のスイッチング素子Q3の接続点と第2のダイオードD2と第1のスイッチング素子Q1との接続点の間に、一つの磁芯に巻かれた第1の巻線Li1と第2の巻線Li2とが同相極性で、一方の端子間が接続されたインダクタンスLiの第1の巻線Li1と商用電源ACが直列に接続されている。 A first winding wound around one magnetic core between the connection point between the fourth switching element Q4 and the third switching element Q3 and the connection point between the second diode D2 and the first switching element Q1. Li1 and the second winding Li2 have the same phase polarity, and the first winding Li1 having an inductance Li connected between one terminal thereof and the commercial power supply AC are connected in series.

インダクタンスLiの第1の巻線Li1と第2の巻線のLi2の直列接続点が商用電源ACの一端と接続されている。 A series connection point between the first winding Li1 and the second winding Li2 of the inductance Li is connected to one end of the commercial power supply AC.

第4のスイッチング素子Q4と第3のスイッチング素子Q3の接続点と第2のスイッチング素子Q2と第1のダイオードD1との接続点との間に、第2の巻線Li2と商用電源ACが直列に接続されている。 The second winding Li2 and the commercial power supply AC are connected in series between the connection point between the fourth switching element Q4 and the third switching element Q3 and the connection point between the second switching element Q2 and the first diode D1. It is connected to the.

制御回路13は、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とをデッドタイムを設けて交互に高周波でオンオフさせるとともに、第4のスイッチング素子Q4と第3のスイッチング素子Q3とを交互に商用電源の周波数でオンオフさせる。 The control circuit 13 alternately turns on and off the first switching element Q1 and the second switching element Q2 with a dead time, and alternately turns on and off the fourth switching element Q4 and the third switching element Q3. Turns on and off at commercial power frequency.

第1のインダクタンスLi1と第2のインダクタンスLi2の結合度は1未満とし、第1のインダクタンスLi1には、その漏れインダクタンスとして、リーケージインダクタンスLr1が形成され、第2のインダクタンスLi2には、その漏れインダクタンスとして、リーケージインダクタンスLr2が形成される。 The degree of coupling between the first inductance Li1 and the second inductance Li2 is less than 1, and the first inductance Li1 has a leakage inductance Lr1 formed as its leakage inductance, and the second inductance Li2 has its leakage inductance Lr1 formed as its leakage inductance. As a result, leakage inductance Lr2 is formed.

さらに、リーケージインダクタンスLr1に発生するサージ電圧を出力電圧Voに回生するためにダイオードD2を設け、リーケージインダクタンスLr2に発生するサージ電圧を出力電圧Voに回生するためにダイオードD1を設けている。 Further, a diode D2 is provided to regenerate the surge voltage generated in the leakage inductance Lr1 to the output voltage Vo, and a diode D1 is provided to regenerate the surge voltage generated in the leakage inductance Lr2 to the output voltage Vo.

次に、このように構成された第4の実施形態に係るフルブリッジ型の整流回路の動作を説明する。第1のインダクタンスLi1と第2のインダクタンスLi2の結合度が1であれば、リーケージインダクタンスLr1とリーケージインダクタンスLr2はゼロであり、図13の従来のフルブリッジ型インバータと全く同様な動作となる。 Next, the operation of the full-bridge rectifier circuit according to the fourth embodiment configured as described above will be explained. If the degree of coupling between the first inductance Li1 and the second inductance Li2 is 1, the leakage inductance Lr1 and the leakage inductance Lr2 are zero, and the inverter operates exactly the same as the conventional full-bridge inverter shown in FIG. 13.

第4の実施形態に係るフルブリッジ型の整流回路では、第1のインダクタンスLi1と第2のインダクタンスLi2は、分割巻き等により結合度を1未満に設定する。 In the full-bridge rectifier circuit according to the fourth embodiment, the degree of coupling of the first inductance Li1 and the second inductance Li2 is set to less than 1 by split winding or the like.

これにより、第1のインダクタンスLi1には、その漏れインダクタンスとして、リーケージインダクタンスLr1が形成され、第2のインダクタンスLi2には、その漏れインダクタンスとして、リーケージインダクタンスLr2が形成される。 As a result, a leakage inductance Lr1 is formed in the first inductance Li1 as its leakage inductance, and a leakage inductance Lr2 is formed in the second inductance Li2 as its leakage inductance.

フルブリッジ型の整流回路においては、その貫通電流経路にリーケージインダクタンスLr1もしくはLr2が存在するため、これらのリカバリ電流が図5に示すように、大幅に減少することができる。 In the full-bridge rectifier circuit, since the leakage inductance Lr1 or Lr2 exists in the through-current path, these recovery currents can be significantly reduced as shown in FIG.

以上、説明したように本発明の力率改善機能を有した整流回路は、寄生Diのリカバリ特性が悪い安価なMOS-FETを用いても、リカバリ期間の貫通電流をリーケージインダクタンスLr1もしくはLr2により制限することができる。これにより、貫通電流が大幅に減少し、貫通電流によるスイッチング損失を大幅に低減することが可能となる。このため、従来不可能であった高周波化が可能となる。例えば、従来の20kHzから100kHzの高周波化が可能となる。 As explained above, the rectifier circuit with the power factor improvement function of the present invention limits the through current during the recovery period by the leakage inductance Lr1 or Lr2, even if an inexpensive MOS-FET with poor recovery characteristics of parasitic Di is used. can do. This significantly reduces the through current, making it possible to significantly reduce switching loss due to the through current. Therefore, higher frequencies, which were previously impossible, become possible. For example, it is possible to increase the frequency from the conventional 20kHz to 100kHz.

これらは、新たに安価なFRDを2素子追加するだけで、新たにインダクタンスを追加することなく、リーケージインダクタンスを利用して可能となるため、コストアップを最小限に抑えることが可能となる。 These can be achieved by simply adding two new inexpensive FRD elements and using leakage inductance without adding any new inductance, making it possible to minimize cost increases.

また、本発明は、インバータ、整流回路のいずれにも適用可能であるので、双方向インバータとしても適用可能である。 Further, since the present invention can be applied to both an inverter and a rectifier circuit, it can also be applied to a bidirectional inverter.

Vi 直流電源
Q1 第1のスイッチング素子
Q2 第2のスイッチング素子
Q3 第3のスイッチング素子
Q4 第4のスイッチング素子
C1 第1のコンデンサ
C2 第2のコンデンサ
Co コンデンサ
D1 第1のダイオード
D2 第2のダイオード
Li,Lo インダクタンス
Lo1,Li1 第1の巻線
Lo2,Li2 第2の巻線
Lr1 第1のリーケージインダクタンス
Lr2 第2のリーケージインダクタンス
10~13 制御回路
AC 商用電源
Vi DC power supply Q1 First switching element Q2 Second switching element Q3 Third switching element Q4 Fourth switching element C1 First capacitor C2 Second capacitor Co Capacitor D1 First diode D2 Second diode Li , Lo Inductance Lo1, Li1 First winding Lo2, Li2 Second winding Lr1 First leakage inductance Lr2 Second leakage inductance 10 to 13 Control circuit AC Commercial power supply

Claims (6)

直流電源に、第2のコンデンサと第1のコンデンサの直列回路と、第2のダイオードと第1のスイッチング素子との直列回路と、第2のスイッチング素子と第1のダイオードの直列回路とが並列に接続され、
前記第2のコンデンサと前記第1のコンデンサの接続点と前記第2のダイオードと前記第1のスイッチング素子との接続点との間に、一つの磁芯に巻かれた第1の巻線と第2の巻線とが同相極性で、一方の端子間が接続されたインダクタンスの前記第1の巻線とコンデンサが直列に接続され、
前記第2のコンデンサと前記第1のコンデンサの接続点と前記第2のスイッチング素子と前記第1のダイオードとの接続点との間に、前記第2の巻線と前記コンデンサが直列に接続され、
前記第1の巻線と前記第2の巻線の一方の端子間が接続された接続点が前記コンデンサの一端に接続され、
前記コンデンサの一端がインバータ出力の一端に接続され、前記コンデンサの他端がインバータ出力の他端に接続されることを特徴とするインバータ。
A series circuit of a second capacitor and a first capacitor, a series circuit of a second diode and a first switching element, and a series circuit of a second switching element and a first diode are connected in parallel to a DC power supply. connected to
a first winding wound around one magnetic core between a connection point between the second capacitor and the first capacitor and a connection point between the second diode and the first switching element; The first winding and a capacitor are connected in series, the first winding having the same phase polarity as the second winding, and the inductance having one terminal connected to the other,
The second winding and the capacitor are connected in series between a connection point between the second capacitor and the first capacitor and a connection point between the second switching element and the first diode. ,
A connection point between one terminal of the first winding and the second winding is connected to one end of the capacitor,
An inverter, wherein one end of the capacitor is connected to one end of an inverter output, and the other end of the capacitor is connected to the other end of the inverter output.
直流電源に、第4のスイッチング素子と第3のスイッチング素子の直列回路と、第2のダイオードと第1のスイッチング素子との直列回路と、第2のスイッチング素子と第1のダイオードの直列回路とが並列に接続され、
前記第4のスイッチング素子と第3のスイッチング素子の接続点と前記第2のダイオードと前記第1のスイッチング素子との接続点との間に、一つの磁芯に巻かれた第1の巻線と第2の巻線とが同相極性で、一方の端子間が接続されたインダクタンスの前記第1の巻線とコンデンサが直列に接続され、
前記第4のスイッチング素子と第3のスイッチング素子の接続点と前記第2のスイッチング素子と前記第1のダイオードとの接続点との間に、前記第2の巻線と前記コンデンサが直列に接続され、
前記第1の巻線と前記第2の巻線の一方の端子間が接続された接続点が前記コンデンサの一端と接続され、
前記コンデンサの一端がインバータ出力の一端に接続され、前記コンデンサの他端がインバータ出力の他端に接続されることを特徴とするインバータ。
A DC power supply includes a series circuit of a fourth switching element and a third switching element, a series circuit of a second diode and the first switching element, and a series circuit of the second switching element and the first diode. are connected in parallel,
a first winding wound around one magnetic core between a connection point between the fourth switching element and the third switching element and a connection point between the second diode and the first switching element; and the second winding have the same phase polarity, and the first winding and the capacitor of the inductance are connected in series between one terminal thereof,
The second winding and the capacitor are connected in series between a connection point between the fourth switching element and the third switching element and a connection point between the second switching element and the first diode. is,
A connection point between one terminal of the first winding and the second winding is connected to one end of the capacitor,
An inverter, wherein one end of the capacitor is connected to one end of an inverter output, and the other end of the capacitor is connected to the other end of the inverter output.
前記インダクタンスは、前記第1の巻線からなる第1のインダクタンスと前記第2の巻線からなる第2のインダクタンスから構成され、前記第1のインダクタンスと前記第2のインダクタンスの結合度が1未満であり、前記第1のインダクタンスには、第1のリーケージインダクタンスが形成され、前記第2のインダクタンスには、第2のリーケージインダクタンスが形成されることを特徴とする請求項1又は2記載のインバータ。 The inductance includes a first inductance made of the first winding wire and a second inductance made of the second winding wire, and the degree of coupling between the first inductance and the second inductance is less than 1. The inverter according to claim 1 or 2, wherein a first leakage inductance is formed in the first inductance, and a second leakage inductance is formed in the second inductance. . 出力電圧の両端に、第2のコンデンサと第1のコンデンサの直列回路と、第2のダイオードと第1のスイッチング素子との直列回路と、第2のスイッチング素子と第1のダイオードの直列回路とが並列に接続され、
前記第2のコンデンサと前記第1のコンデンサの接続点と前記第2のダイオードと前記第1のスイッチング素子との接続点との間に、一つの磁芯に巻かれた第1の巻線と第2の巻線とが同相極性で、一方の端子間が接続されたインダクタンスの前記第1の巻線と商用電源が直列に接続され、
前記第1の巻線と前記第2の巻線の直列接続点が前記商用電源の一端と接続され、
前記第2のコンデンサと前記第1のコンデンサの接続点と前記第2のスイッチング素子と前記第1のダイオードとの接続点との間に、前記第2の巻線と前記商用電源が直列に接続されることを特徴とする整流回路。
A series circuit of a second capacitor and a first capacitor, a series circuit of a second diode and a first switching element, and a series circuit of a second switching element and a first diode are connected to both ends of the output voltage. are connected in parallel,
a first winding wound around one magnetic core between a connection point between the second capacitor and the first capacitor and a connection point between the second diode and the first switching element; The first winding of an inductance having the same phase polarity as the second winding and connected between one terminal thereof and a commercial power source are connected in series,
A series connection point of the first winding and the second winding is connected to one end of the commercial power supply,
The second winding and the commercial power source are connected in series between a connection point between the second capacitor and the first capacitor and a connection point between the second switching element and the first diode. A rectifier circuit characterized by:
出力電圧の両端に、第4のスイッチング素子と第3のスイッチング素子の直列回路と、第2のダイオードと第1のスイッチング素子との直列回路と、第2のスイッチング素子と第1のダイオードの直列回路とが並列に接続され、
前記第4のスイッチング素子と第3のスイッチング素子の接続点と前記第2のダイオードと前記第1のスイッチング素子との接続点の間に、一つの磁芯に巻かれた第1の巻線と第2の巻線とが同相極性で、一方の端子間が接続されたインダクタンスの第1の巻線と商用電源が直列に接続され、
前記インダクタンスの前記第1の巻線と前記第2の巻線の一方の端子間が接続された接続点が前記商用電源の一端と接続され、
前記第4のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子の接続点と前記第2のスイッチング素子と前記第1のダイオードとの接続点との間に、前記第2の巻線と前記商用電源が直列に接続されることを特徴とする整流回路。
A series circuit of the fourth switching element and the third switching element, a series circuit of the second diode and the first switching element, and a series circuit of the second switching element and the first diode are connected to both ends of the output voltage. The circuit is connected in parallel,
a first winding wound around one magnetic core between a connection point between the fourth switching element and the third switching element and a connection point between the second diode and the first switching element; A first winding of an inductance with the second winding having the same phase polarity and one terminal connected between the first winding and the commercial power supply are connected in series,
A connection point between one terminal of the first winding and the second winding of the inductance is connected to one end of the commercial power supply,
The second winding and the commercial power source are connected in series between a connection point between the fourth switching element and the third switching element and a connection point between the second switching element and the first diode. A rectifier circuit characterized in that it is connected to.
前記インダクタンスは、前記第1の巻線からなる第1のインダクタンスと前記第2の巻線からなる第2のインダクタンスから構成され、前記第1のインダクタンスと前記第2のインダクタンスの結合度が1未満であり、前記第1のインダクタンスには、第1のリーケージインダクタンスが形成され、前記第2のインダクタンスには、第2のリーケージインダクタンスが形成されることを特徴とする請求項4又は5に記載の整流回路。 The inductance includes a first inductance made of the first winding wire and a second inductance made of the second winding wire, and the degree of coupling between the first inductance and the second inductance is less than 1. and a first leakage inductance is formed in the first inductance, and a second leakage inductance is formed in the second inductance, according to claim 4 or 5. rectifier circuit.
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