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JP2005204463A - Dc-dc converter - Google Patents

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JP2005204463A JP2004010268A JP2004010268A JP2005204463A JP 2005204463 A JP2005204463 A JP 2005204463A JP 2004010268 A JP2004010268 A JP 2004010268A JP 2004010268 A JP2004010268 A JP 2004010268A JP 2005204463 A JP2005204463 A JP 2005204463A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-efficiency DC-DC converter capable of efficiently releasing energy stored in an inductance element. <P>SOLUTION: This DC-DC converter includes a DC power source 1, a transformer 2, the inductance element L comprising a winding L1, a first and a second switching elements Q1, Q2, a rectifying smoothing circuit 3 connected to a primary winding 22 of the transformer 2, and a pair of output terminals 4, 4 provided in the rectifying smoothing circuit 3. A series circuit 5 consisting of a sub-winding L2 magnetically coupled with the winding L1 of the inductance element L and a diode D is connected between the output terminals 4, 4, so that when one of the first and the second switching elements Q1, Q2 in an on-state changes to an off-state and both of the first and the second switching elements Q1, Q2 are in the off-state, the energy stored in the winding L1 is released to an inverter from the output terminal 4, 4 through the series circuit 5. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、系統連系システムに利用されるDC−DCコンバータに関する。   The present invention relates to a DC-DC converter used in a grid interconnection system.

従来より、太陽電池や燃料電池などの直流電源を備えた数kWの比較的に小容量の分散電源設備をインバータを介して商用電力系統と連系(接続)し、家電製品などの負荷に給電する系統連系システムが用いられている。この系統連系システムにおいて、直流電源より供給される電圧を昇圧し、この昇圧した直流電圧をインバータに供給するための回路として、プッシュプル方式のDC−DCコンバータが用いられている。   Conventionally, several kW of relatively small-capacity distributed power supply equipment equipped with direct current power supplies such as solar cells and fuel cells is connected (connected) to the commercial power system via an inverter and supplied to loads such as home appliances. A grid interconnection system is used. In this grid interconnection system, a push-pull DC-DC converter is used as a circuit for boosting a voltage supplied from a DC power source and supplying the boosted DC voltage to an inverter.

図5は、従来より用いられているプッシュプル方式の電圧型DC−DCコンバータである。直流電源1(例えば燃料電池)からの電圧を、2個のトランジスタQ1、Q2をオン・オフ制御することにより交流に変換した後、トランス2を介してこの交流を昇圧して整流平滑回路3へ出力し、さらにこの整流平滑回路3にて直流に変換して、一対の出力端4、4に直流電圧を出力している。   FIG. 5 shows a push-pull type voltage type DC-DC converter that has been conventionally used. The voltage from the DC power source 1 (for example, a fuel cell) is converted to AC by turning on and off the two transistors Q1 and Q2, and then the AC is boosted via the transformer 2 to the rectifying and smoothing circuit 3 The output is further converted into direct current by the rectifying and smoothing circuit 3, and a direct current voltage is output to the pair of output terminals 4 and 4.

上記のような電圧型DC−DCコンバータでは、トランス2の二次巻線22における電圧の極性が切り替わる際に、整流平滑回路3を構成する整流ダイオードD1〜D4のそれぞれにその極性とは逆方向の電流(リカバリー電流という)が流れ、各整流ダイオードD1〜D4の逆回復時にトランス2の浮遊インダクタンス(図示せず)に蓄積されたエネルギーが過大なサージ電圧となり、このサージ電圧が整流ダイオードD1〜D4のそれぞれに印加されてしまい、エネルギー損失のため効率が低下してしまうという問題が生じる。また、整流ダイオードD1〜D4は、このサージ電圧の約2倍の大きさの耐電圧を有するものを用いなければならず、製造コストが高くついてしまう。また、整流ダイオードD1〜D4の耐圧が高くなると、順方向電圧が高くなり、エネルギー損失が大きくなる。さらに、サージ電圧を吸収するためのスナバ回路が必要となり、スナバ回路でのエネルギー損失も増加してしまう。   In the voltage type DC-DC converter as described above, when the polarity of the voltage in the secondary winding 22 of the transformer 2 is switched, the polarity of each of the rectifying diodes D1 to D4 constituting the rectifying and smoothing circuit 3 is opposite to the polarity. Current (referred to as recovery current) flows, and the energy accumulated in the floating inductance (not shown) of the transformer 2 becomes an excessive surge voltage at the time of reverse recovery of each of the rectifier diodes D1 to D4. It is applied to each of D4, resulting in a problem that efficiency is reduced due to energy loss. Further, the rectifier diodes D1 to D4 must have a withstand voltage that is about twice as large as the surge voltage, resulting in high manufacturing costs. Further, when the withstand voltages of the rectifier diodes D1 to D4 are increased, the forward voltage is increased and the energy loss is increased. Furthermore, a snubber circuit for absorbing the surge voltage is required, and energy loss in the snubber circuit is also increased.

また、従来より、図6に示すようなプッシュプル方式の電流型DC−DCコンバータが用いられている。この電流型DC−DCコンバータは、基本的には電圧型DC−DCコンバータと同様の動作をし、直流電源1の正極側とトランス2の一次巻線21の中間タップ23との間にインダクタンス素子Lが介挿されている。DC−DCコンバータの起動時、すなわち出力端4、4から出力される直流電圧が最小の時は、トランジスタQ1、Q2のスイッチング波形は図7(a)のようになり、トランジスタQ1、Q2がともにオンまたはオフする期間はなく、トランジスタQ1、Q2はそれぞれオンデューティ50%で交互にオン・オフ動作している。そして、図7(b)のようにトランジスタQ1、Q2がともにオンであるオン期間Tonを増大させるにしたがい、出力端4、4から出力される直流電圧が増大していく。このようにトランジスタQ1、Q2をオン・オフ制御して、所望の電圧値が得られるまで直流電圧を増大させる。   Conventionally, a push-pull current type DC-DC converter as shown in FIG. 6 has been used. This current type DC-DC converter basically operates in the same manner as the voltage type DC-DC converter, and an inductance element is provided between the positive side of the DC power source 1 and the intermediate tap 23 of the primary winding 21 of the transformer 2. L is inserted. When the DC-DC converter is activated, that is, when the DC voltage output from the output terminals 4 and 4 is minimum, the switching waveforms of the transistors Q1 and Q2 are as shown in FIG. 7A, and both the transistors Q1 and Q2 are connected. There is no period for turning on or off, and the transistors Q1 and Q2 are alternately turned on and off at an on-duty of 50%. Then, as shown in FIG. 7B, the DC voltage output from the output terminals 4 and 4 increases as the ON period Ton in which both the transistors Q1 and Q2 are ON increases. In this way, the transistors Q1 and Q2 are on / off controlled to increase the DC voltage until a desired voltage value is obtained.

この時、トランジスタQ1、Q2がともにオンであるオン期間Tonにインダクタンス素子Lにエネルギーを蓄積し、トランジスタQ1、Q2のいずれか一方がオフになった時にインダクタンス素子Lに蓄積されたエネルギーを放出するように、トランジスタQ1、Q2のオン・オフを制御している。
特開2001−112253号公報(段落0003及び0004)
At this time, energy is accumulated in the inductance element L during the on period Ton when both the transistors Q1 and Q2 are on, and the energy accumulated in the inductance element L is released when either one of the transistors Q1 and Q2 is off. As described above, the transistors Q1 and Q2 are controlled to be turned on / off.
JP 2001-112253 A (paragraphs 0003 and 0004)

しかしながら、上記記載の電流型DC−DCコンバータでは、起動時、すなわち出力端からの直流電圧の電圧値が最小の時には、トランジスタQ1、Q2のスイッチング波形は図7(a)のようになり、直流電圧の電圧値は零とはならず、トランス2の巻数比やトランジスタQ1、Q2のオンデューティ等で決まる、ある値を有する電圧値となる。このため、起動時に、整流平滑回路3を構成する電解コンデンサCに過大な突入電流が流れ、これに伴い2個のトランジスタQ1、Q2に過大な電流が流れてしまうため、エネルギー損失により効率が低下してしまうという問題が生じる。したがって、突入電流を緩和するための限流回路が必要となって製造コストが高くなり、また回路が複雑になるという問題がさらに生じてしまう。そこで、トランジスタQ1、Q2のオンデューティが0%の状態から徐々にオンデューティを増大していくようにすると(図7(c)参照)、起動時の直流電圧の電圧値は零となり、起動時に整流平滑回路3の電解コンデンサCに突入電流が流れる問題は解消されるものの、起動後に2個のトランジスタQ1、Q2の一方がオンの状態から、2個のトランジスタQ1、Q2がともにオフとなる際に、インダクタンス素子Lに蓄積されたエネルギーが放出されないため、トランジスタQ1、Q2のコレクタ・エミッタ間にそれぞれこのエネルギーに相当する過大な電圧が印加されてしまい、トランジスタQ1、Q2が破損してしまう恐れがある。   However, in the current type DC-DC converter described above, when starting, that is, when the voltage value of the DC voltage from the output terminal is minimum, the switching waveforms of the transistors Q1 and Q2 are as shown in FIG. The voltage value of the voltage does not become zero but becomes a voltage value having a certain value determined by the turn ratio of the transformer 2 and the on-duty of the transistors Q1 and Q2. For this reason, at the time of start-up, an excessive inrush current flows through the electrolytic capacitor C constituting the rectifying / smoothing circuit 3, and an excessive current flows through the two transistors Q1 and Q2, thereby reducing the efficiency due to energy loss. The problem of end up occurs. Therefore, a current limiting circuit for reducing the inrush current is required, which increases the manufacturing cost and further complicates the circuit. Therefore, if the on-duty of the transistors Q1 and Q2 is gradually increased from the 0% state (see FIG. 7C), the voltage value of the DC voltage at the time of starting becomes zero, and at the time of starting Although the problem of the inrush current flowing through the electrolytic capacitor C of the rectifying and smoothing circuit 3 is solved, when one of the two transistors Q1 and Q2 is turned on after the start-up, both the two transistors Q1 and Q2 are turned off. In addition, since the energy accumulated in the inductance element L is not released, an excessive voltage corresponding to this energy is applied between the collectors and emitters of the transistors Q1 and Q2, and the transistors Q1 and Q2 may be damaged. There is.

本発明は、このような従来技術が有していた問題を解決しようとするものであり、その目的とするところは、高効率を実現するDC−DCコンバータを提供することにある。   The present invention is intended to solve such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a DC-DC converter that achieves high efficiency.

本発明は、上記目的を達成するために、直流電源と、一次巻線及び二次巻線を備え且つ該一次巻線側に中間タップを有するトランスと、前記直流電源の正極側と前記一次巻線の中間タップとの間に接続された巻線からなるインダクタンス素子と、前記一次巻線の両端と前記直流電源の負極側との間にそれぞれ接続された第一、第二スイッチング素子と、前記トランスの二次巻線に接続した整流平滑回路と、該整流平滑回路に設けた一対の出力端と、を備え、前記第一、第二スイッチング素子をオン・オフ制御して前記直流電源の電圧より高い直流電圧を前記出力端に出力し、この直流電圧をインバータを介して商用交流電圧に変換するようにした系統連系システムに利用するDC−DCコンバータにおいて、前記一対の出力端間に前記インダクタンス素子の巻線に磁気結合された副巻線とダイオードとの直列回路を接続し、前記第一、第二スイッチング素子のいずれか一方がオンの状態から前記第一、第二スイッチング素子がともにオフになった際に、前記巻線に蓄積されたエネルギーは前記直列回路を介して前記出力端から前記インバータへ放出されることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a direct current power source, a transformer having a primary winding and a secondary winding and having an intermediate tap on the primary winding side, a positive electrode side of the direct current power source, and the primary winding. An inductance element comprising a winding connected between the intermediate taps of the wire, a first switching element connected between both ends of the primary winding and the negative electrode side of the DC power source, and the second switching element, A rectifying / smoothing circuit connected to the secondary winding of the transformer, and a pair of output terminals provided in the rectifying / smoothing circuit, and the on / off control of the first and second switching elements to control the voltage of the DC power supply. In a DC-DC converter used in a grid interconnection system that outputs a higher DC voltage to the output terminal and converts the DC voltage to a commercial AC voltage via an inverter, the DC voltage between the pair of output terminals Indah A series circuit of a sub-winding and a diode magnetically coupled to the winding of the transformer is connected, and the first and second switching elements are both turned on when either the first or second switching element is on. When turned off, the energy stored in the winding is discharged from the output terminal to the inverter through the series circuit.

また、本発明の第2の発明は、直流電源と、一次巻線及び二次巻線を備え且つ該一次巻線側に中間タップを有するトランスと、前記直流電源の正極側と前記一次巻線の中間タップとの間に接続されたインダクタンス素子と、前記一次巻線の両端と前記直流電源の負極側との間にそれぞれ接続された第一、第二スイッチング素子と、前記トランスの二次巻線に接続した整流平滑回路と、該整流平滑回路に設けた一対の出力端と、を備え、前記第一、第二スイッチング素子をオン・オフ制御して前記直流電源の電圧より高い直流電圧を前記出力端に出力し、この直流電圧をインバータを介して商用交流電圧に変換するようにした系統連系システムに利用するDC−DCコンバータにおいて、前記インダクタンス素子の両端にダイオード及び第三スイッチング素子を直列接続してなるエネルギー放出手段と、該エネルギー放出手段に制御信号を送出する制御手段と、を備え、前記第一、第二スイッチング素子のいずれか一方がオンの状態から前記第一、第二スイッチング素子がともにオフになった際に、前記制御手段により前記第一、第二スイッチング素子がともにオフであるオフ期間を検出し、且つ前記制御信号を前記エネルギー放出手段に送出して前記オフ期間のみ前記第三スイッチング素子をオン状態に維持することにより、前記インダクタンスに蓄積されたエネルギーを前記エネルギー放出手段で放出させることを特徴とする。   The second aspect of the present invention is a DC power source, a transformer having a primary winding and a secondary winding and having an intermediate tap on the primary winding side, a positive side of the DC power source, and the primary winding. An inductance element connected between the intermediate taps of the first and second switching elements respectively connected between both ends of the primary winding and the negative electrode side of the DC power supply, and the secondary winding of the transformer A rectifying / smoothing circuit connected to the line, and a pair of output terminals provided in the rectifying / smoothing circuit, and controlling the on / off of the first and second switching elements to generate a DC voltage higher than the voltage of the DC power supply. In a DC-DC converter used in a grid interconnection system that outputs to the output terminal and converts the DC voltage into a commercial AC voltage via an inverter, a diode and a third diode are connected to both ends of the inductance element. Energy release means formed by connecting the switching elements in series, and control means for sending a control signal to the energy release means, wherein either the first or the second switching element is turned on from the first state. When the second switching element is turned off, the control means detects an off period in which both the first and second switching elements are off, and sends the control signal to the energy emitting means. By maintaining the third switching element in the on state only during the off period, the energy stored in the inductance is released by the energy release means.

本発明のDC−DCコンバータによると、起動時に出力端からの直流電圧の電圧値を零から上昇させることができるため、起動時に第一、第二スイッチング素子にそれぞれ過大な電流が流れることなく、効率が低下する問題が解消される。さらに、DC−DCコンバータの起動後において、第一、第二スイッチング素子のいずれか一方がオンの状態から、第一、第二スイッチング素子がともにオフになった際に、インダクタンス素子に蓄積されたエネルギーを放出させることができるため、第一、第二スイッチング素子を破損させることがなく、また高効率のDC−DCコンバータを提供できる。   According to the DC-DC converter of the present invention, since the voltage value of the DC voltage from the output terminal can be increased from zero at the start-up, an excessive current does not flow through the first and second switching elements at the start-up, The problem of reduced efficiency is eliminated. Furthermore, after starting the DC-DC converter, when either the first switching element or the second switching element is turned off from the state where either the first switching element or the second switching element is turned on, it is accumulated in the inductance element. Since energy can be released, the first and second switching elements are not damaged, and a highly efficient DC-DC converter can be provided.

まず、第1発明に係るDC−DCコンバータの一実施例(以下「第1実施例」という)を図1及び図2を用いて説明する。図1は、本発明によるDC−DCコンバータを示す説明用回路図、図2は、第一、第二スイッチング素子のスイッチング波形を示す図である。   First, an embodiment (hereinafter referred to as “first embodiment”) of a DC-DC converter according to the first invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory circuit diagram showing a DC-DC converter according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing switching waveforms of first and second switching elements.

本発明のDC−DCコンバータは、系統連系システムに使用され、直流電源1と、一次巻線21及び二次巻線22を備え且つ一次巻線21側に中間タップ23を有するトランス2と、直流電源1の正極側と一次巻線21の中間タップ23との間に接続された巻線L1からなるインダクタンス素子Lと、一次巻線21の両端と直流電源1の負極側との間にそれぞれ接続された第一スイッチング素子Q1、及び第二スイッチング素子Q2と、トランス2の二次巻線22に接続した整流平滑回路3と、整流平滑回路3に設けた一対の出力端4、4と、出力端4、4間に接続した、巻線L1と磁気結合された副巻線L2、及びダイオードDからなる直列回路5と、で構成される。   The DC-DC converter of the present invention is used in a grid interconnection system, and includes a DC power source 1, a transformer 2 including a primary winding 21 and a secondary winding 22 and having an intermediate tap 23 on the primary winding 21 side, An inductance element L composed of a winding L1 connected between the positive electrode side of the DC power source 1 and the intermediate tap 23 of the primary winding 21, and between both ends of the primary winding 21 and the negative electrode side of the DC power source 1, respectively. A first switching element Q1 and a second switching element Q2 connected to each other, a rectifying / smoothing circuit 3 connected to the secondary winding 22 of the transformer 2, and a pair of output terminals 4, 4 provided in the rectifying / smoothing circuit 3, A series circuit 5 including a diode L and a sub-winding L2 magnetically coupled to the winding L1 connected between the output terminals 4 and 4 is constituted.

まず、DC−DCコンバータの各構成要素について説明する。直流電源1は燃料電池で構成され、DC約37Vを出力する。第一スイッチング素子Q1、及び第二スイッチング素子Q2は、ともにトランジスタからなり、直流電源1、インダクタンス素子L、及びトランス2の一次巻線21とともにそれぞれ閉ループを構成している。第一、第二スイッチング素子Q1、Q2はそれぞれ、制御回路8によりオン・オフ制御される。ここで、制御回路8は、第一、第二スイッチング素子Q1、Q2のそれぞれのベースにオン信号またはオフ信号を送出し、両スイッチング素子Q1、Q2のデューティ(オンデューティ)を制御できるように構成してある。   First, each component of the DC-DC converter will be described. The DC power source 1 is composed of a fuel cell and outputs about 37V DC. Both the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are formed of transistors, and each form a closed loop together with the DC power supply 1, the inductance element L, and the primary winding 21 of the transformer 2. The first and second switching elements Q1 and Q2 are on / off controlled by the control circuit 8, respectively. Here, the control circuit 8 is configured to send an on signal or an off signal to the bases of the first and second switching elements Q1 and Q2, respectively, and to control the duty (on duty) of both the switching elements Q1 and Q2. It is.

インダクタンス素子Lは、巻線L1及び副巻線L2からなるチョークコイルで構成され、この巻線L1と副巻線L2とが、鉄心を介して磁気的に結合されている。整流平滑回路3は、4個の整流ダイオードD1〜D4からなるダイオードブリッジ31と、平滑用の電解コンデンサCとから構成され、トランス2からの交流電圧を直流に整流するとともに平滑し、出力端4、4へ直流電圧を出力する。   The inductance element L is composed of a choke coil including a winding L1 and a sub winding L2, and the winding L1 and the sub winding L2 are magnetically coupled via an iron core. The rectifying / smoothing circuit 3 includes a diode bridge 31 composed of four rectifying diodes D1 to D4 and a smoothing electrolytic capacitor C. The rectifying / smoothing circuit 3 rectifies and smoothes the AC voltage from the transformer 2 to DC, and outputs the output 4 4 to output DC voltage.

直列回路5は、出力端4、4間に接続され、インダクタンス素子Lの副巻線L2と、ダイオードDとを直列接続して構成される。このとき、ダイオードDのカソード側が出力端4、4の正極側に接続されるようにする。   The series circuit 5 is connected between the output terminals 4 and 4 and is configured by connecting a sub winding L2 of the inductance element L and a diode D in series. At this time, the cathode side of the diode D is connected to the positive side of the output terminals 4 and 4.

次に、上記のようにして構成したDC−DCコンバータの動作について図1及び図2を用いて説明する。直流電源1から出力されるDC37Vは、第一、第二スイッチング素子Q1、Q2をそれぞれオン・オフさせることにより交流に変換され、トランス2を介してこの交流を整流平滑回路3へ出力し、さらにこの整流平滑回路3内のダイオードブリッジ31にて直流に変換したのち、平滑コンデンサCにて平滑し、出力端4、4に直流電圧を出力している。そしてこの直流電圧(最大でDC約350V)を、出力端4、4に接続されたインバータ(図示せず)に出力して商用交流電圧に変換し、商用電力系統(図示せず)と連系(接続)する。   Next, the operation of the DC-DC converter configured as described above will be described with reference to FIGS. The DC 37V output from the DC power source 1 is converted to AC by turning on and off the first and second switching elements Q1 and Q2, respectively, and this AC is output to the rectifying and smoothing circuit 3 via the transformer 2, After being converted to direct current by the diode bridge 31 in the rectifying and smoothing circuit 3, the direct current is smoothed by the smoothing capacitor C and a direct current voltage is output to the output terminals 4 and 4. This DC voltage (DC about 350 V at the maximum) is output to an inverter (not shown) connected to the output terminals 4 and 4 to be converted into a commercial AC voltage, and connected to a commercial power system (not shown). (Connecting.

DC−DCコンバータの起動時には、第一、第二スイッチング素子Q1、Q2のスイッチング波形をそれぞれ、オンデューティを0%から徐々に増大させていく(図2(a)参照)。この時、第一、第二スイッチング素子Q1、Q2のいずれか一方がオンの状態において、インダクタンス素子Lの巻線L1にエネルギーが蓄積される。そして、両スイッチング素子Q1、Q2がともにオフになった際に、巻線L1に蓄積されたエネルギーは、直列回路5の副巻線L2及びダイオードDを介して、出力端4、4からインバータ(図示しない)へと放出される。   When starting the DC-DC converter, the on-duty of the switching waveforms of the first and second switching elements Q1, Q2 is gradually increased from 0% (see FIG. 2 (a)). At this time, energy is stored in the winding L1 of the inductance element L in a state where either one of the first and second switching elements Q1 and Q2 is on. When both the switching elements Q1 and Q2 are turned off, the energy accumulated in the winding L1 is transferred from the output terminals 4 and 4 through the sub-winding L2 and the diode D of the series circuit 5 to the inverter ( (Not shown).

そして、両スイッチング素子Q1、Q2のオンデューティがそれぞれ50%となるよう交互にオン・オフ動作し(図2(b)参照)、さらにオンデューティを50%よりも大きくして両スイッチング素子Q1、Q2がともにオンとなるオン期間Tonを設けるべく(図2(c)参照)、両スイッチング素子Q1、Q2のオン・オフ動作を制御する。両スイッチング素子Q1、Q2がともにオンの時にインダクタンス素子Lにエネルギーを蓄積し、第一スイッチング素子Q1がオン、第二スイッチング素子Q2がオフの時(あるいは第一スイッチング素子Q1がオフ、第二スイッチング素子Q2がオンの時)にインダクタンス素子Lに蓄積されたエネルギーと直流電源1からのエネルギーとを重畳させて出力端4、4に接続したインバータへ放出する。   Then, the switching elements Q1 and Q2 are alternately turned on and off so that the on-duty of each of the switching elements Q1 and Q2 is 50% (see FIG. 2B). In order to provide an on period Ton in which both Q2 are on (see FIG. 2C), the on / off operation of both switching elements Q1 and Q2 is controlled. Energy is stored in the inductance element L when both the switching elements Q1 and Q2 are on, and when the first switching element Q1 is on and the second switching element Q2 is off (or the first switching element Q1 is off and the second switching element is off) The energy stored in the inductance element L and the energy from the DC power source 1 are superimposed and discharged to the inverter connected to the output terminals 4 and 4 when the element Q2 is on.

この時、両スイッチング素子Q1、Q2がともにオンとなるオン期間Tonが長くなるほど、出力端4、4に発生する直流電圧の大きさは増大していく。すなわち、このオン期間Tonを制御回路8により可変することにより、出力端4、4に発生する直流電圧の大きさを制御することができる。   At this time, the magnitude of the DC voltage generated at the output terminals 4 and 4 increases as the ON period Ton during which both the switching elements Q1 and Q2 are both turned on becomes longer. That is, by varying the on period Ton by the control circuit 8, the magnitude of the DC voltage generated at the output terminals 4 and 4 can be controlled.

以上のような構成とすることにより、DC−DCコンバータの起動時に、両スイッチング素子Q1、Q2のいずれか一方がオンの状態から、両スイッチング素子Q1、Q2がともにオフする際に、インダクタンス素子Lに蓄積されたエネルギーを、直列回路5を介してインバータへ放出させることができるため、両スイッチング素子Q1、Q2にそれぞれ過大な電圧が印加されることなく、効率の低下を防止することができ、高効率のDC−DCコンバータを実現できる。   With the above-described configuration, when the DC-DC converter is started, when either one of the switching elements Q1 and Q2 is turned on and when both the switching elements Q1 and Q2 are turned off, the inductance element L Energy can be discharged to the inverter via the series circuit 5, so that an excessive voltage is not applied to both switching elements Q1 and Q2, respectively, and a reduction in efficiency can be prevented. A highly efficient DC-DC converter can be realized.

次に、第2発明に係るDC−DCコンバータの一実施例(以下「第2実施例」という)について、図3及び図4を用いて説明する。図3において、図1に示した構成要素と同一または相当する部分には同一符号を付して説明を省略する。   Next, an embodiment (hereinafter referred to as “second embodiment”) of a DC-DC converter according to the second invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 3, the same or corresponding parts as those shown in FIG.

本発明の第2実施例によるDC−DCコンバータでは、インダクタンス素子Lは巻線L1のみからなり(すなわち副巻線は存在せず)、インダクタンス素子Lの両端にダイオードD’と、抵抗Rと、及びトランジスタからなる第三スイッチング素子Q3とを直列接続してなるエネルギー放出手段6と、エネルギー放出手段6に制御信号を送出する制御手段7と、を備えている。第一、第二スイッチング素子Q1、Q2をオン・オフ制御して出力端4、4に発生する直流電圧を制御するという動作は第1実施例と同様である。DC−DCコンバータの起動時においては、第1実施例と同様に両スイッチング素子Q1、Q2のオンデューティをそれぞれ0%から徐々に増大させていく。この時、制御手段7は、第一、第二スイッチング素子Q1、Q2がともにオフとなるオフ期間Toffを検出し、このオフ期間Toffをハイレベルとし、第一、第二スイッチング素子Q1、Q2のいずれか一方がオンとなる期間をローレベルとする制御信号を第三スイッチング素子Q3のベースへ送出する(図4参照)。   In the DC-DC converter according to the second embodiment of the present invention, the inductance element L includes only the winding L1 (that is, there is no sub-winding), the diode D ′, the resistance R, And a third switching element Q3 made of a transistor and connected in series, and a control means 7 for sending a control signal to the energy release means 6. The operation of controlling the DC voltage generated at the output terminals 4 and 4 by controlling the first and second switching elements Q1 and Q2 on and off is the same as that of the first embodiment. At the time of starting the DC-DC converter, the on-duty of both switching elements Q1 and Q2 is gradually increased from 0% as in the first embodiment. At this time, the control means 7 detects an off period Toff in which both the first and second switching elements Q1 and Q2 are off, sets the off period Toff to a high level, and controls the first and second switching elements Q1 and Q2. A control signal is output to the base of the third switching element Q3 to make the period during which either one is on low (see FIG. 4).

制御手段7は、制御信号がハイレベルの時には第三スイッチング素子Q3をオンさせ、ローレベルの時にはオフさせる。これにより、第一、第二スイッチング素子Q1、Q2の一方がオンの状態では第三スイッチング素子Q3はオフしており、第一、第二スイッチング素子Q1、Q2の一方がオンの状態から第一、第二スイッチング素子Q1、Q2がともにオフとなる際には、第三スイッチング素子Q3がオフからオンに切り替わることにより、インダクタンス素子Lに蓄積されたエネルギーは、エネルギー放出手段6で放出される。このとき、放出されるエネルギーの流れは、図3中の実線の矢印Aのようになる。これにより、第1実施例と同様の効果が得られる。   The control means 7 turns on the third switching element Q3 when the control signal is at a high level, and turns it off when the control signal is at a low level. Accordingly, the third switching element Q3 is turned off when one of the first and second switching elements Q1, Q2 is on, and the first and second switching elements Q1, Q2 are turned on from the first state. When the second switching elements Q1 and Q2 are both turned off, the energy stored in the inductance element L is released by the energy release means 6 by switching the third switching element Q3 from off to on. At this time, the flow of the released energy is as indicated by a solid arrow A in FIG. Thereby, the same effect as the first embodiment can be obtained.

上記各実施例は本発明の単に一例に過ぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正を加えても、本願の特許請求の範囲に包含されることは明らかである。例えば、本実施例では第一乃至第三スイッチング素子をトランジスタで構成したが、MOSFETにより構成してもよい。   Each of the above-described embodiments is merely an example of the present invention, and it is obvious that modifications and modifications as appropriate within the spirit of the present invention are included in the claims of the present application. For example, in the present embodiment, the first to third switching elements are constituted by transistors, but may be constituted by MOSFETs.

本発明の一実施例によるDC−DCコンバータを示す説明用回路図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory circuit diagram illustrating a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例による第一、第二スイッチング素子のスイッチング波形を示す図。The figure which shows the switching waveform of the 1st, 2nd switching element by one Example of this invention. 本発明の他の実施例によるDC−DCコンバータを示す説明用回路図。The circuit diagram for explanation which shows the DC-DC converter by other examples of the present invention. 本発明の他の実施例による第三スイッチング素子のスイッチング波形、及び制御信号波形を示す図。The figure which shows the switching waveform and control signal waveform of the 3rd switching element by the other Example of this invention. 従来の電圧型DC−DCコンバータを示す説明用回路図。An explanatory circuit diagram showing a conventional voltage type DC-DC converter. 従来の電流型DC−DCコンバータを示す説明用回路図。An explanatory circuit diagram showing a conventional current type DC-DC converter. 図6の電流型DC−DCコンバータによるスイッチング波形を示す図。The figure which shows the switching waveform by the current type DC-DC converter of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 直流電源
2 トランス
21 一次巻線
22 二次巻線
23 中間タップ
3 整流平滑回路
31 ダイオードブリッジ
4 出力端
5 直列回路
6 エネルギー放出手段
7 制御手段
8 制御回路
Q1 第一スイッチング素子
Q2 第二スイッチング素子
Q3 第三スイッチング素子
C、C1、C2 電解コンデンサ
D、D’ ダイオード
D1、D2、D3、D4 整流ダイオード
L インダクタンス素子
L1 巻線
L2 副巻線
R 抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply 2 Transformer 21 Primary winding 22 Secondary winding 23 Intermediate tap 3 Rectification smoothing circuit 31 Diode bridge 4 Output end 5 Series circuit 6 Energy discharge means 7 Control means 8 Control circuit Q1 First switching element Q2 Second switching element Q3 Third switching element C, C1, C2 Electrolytic capacitor D, D ′ Diodes D1, D2, D3, D4 Rectifier diode L Inductance element L1 Winding L2 Subwinding R Resistance

Claims (2)

直流電源と、一次巻線及び二次巻線を備え且つ該一次巻線側に中間タップを有するトランスと、前記直流電源の正極側と前記一次巻線の中間タップとの間に接続された巻線からなるインダクタンス素子と、前記一次巻線の両端と前記直流電源の負極側との間にそれぞれ接続された第一、第二スイッチング素子と、前記トランスの二次巻線に接続した整流平滑回路と、該整流平滑回路に設けた一対の出力端と、を備え、前記第一、第二スイッチング素子をオン・オフ制御して前記直流電源の電圧より高い直流電圧を前記出力端に出力し、この直流電圧をインバータを介して商用交流電圧に変換するようにした系統連系システムに利用するDC−DCコンバータにおいて、前記一対の出力端間に前記インダクタンス素子の巻線に磁気結合された副巻線とダイオードとの直列回路を接続し、前記第一、第二スイッチング素子のいずれか一方がオンの状態から前記第一、第二スイッチング素子がともにオフになった際に、前記巻線に蓄積されたエネルギーは前記直列回路を介して前記出力端から前記インバータへ放出されることを特徴とするDC−DCコンバータ。   A DC power source, a transformer having a primary winding and a secondary winding and having an intermediate tap on the primary winding side, and a winding connected between the positive side of the DC power source and the intermediate tap of the primary winding An inductance element composed of a wire, first and second switching elements connected between both ends of the primary winding and the negative electrode side of the DC power supply, and a rectifying and smoothing circuit connected to the secondary winding of the transformer And a pair of output terminals provided in the rectifying and smoothing circuit, and on and off controlling the first and second switching elements to output a DC voltage higher than the voltage of the DC power supply to the output terminal, In a DC-DC converter used in a grid interconnection system in which this DC voltage is converted into a commercial AC voltage via an inverter, a secondary coupling magnetically coupled to the winding of the inductance element between the pair of output terminals A series circuit of a line and a diode is connected, and when either the first switching element or the second switching element is turned off, both the first and second switching elements are turned off and stored in the winding. The DC-DC converter is characterized in that the generated energy is discharged from the output terminal to the inverter through the series circuit. 直流電源と、一次巻線及び二次巻線を備え且つ該一次巻線側に中間タップを有するトランスと、前記直流電源の正極側と前記一次巻線の中間タップとの間に接続されたインダクタンス素子と、前記一次巻線の両端と前記直流電源の負極側との間にそれぞれ接続された第一、第二スイッチング素子と、前記トランスの二次巻線に接続した整流平滑回路と、該整流平滑回路に設けた一対の出力端と、を備え、前記第一、第二スイッチング素子をオン・オフ制御して前記直流電源の電圧より高い直流電圧を前記出力端に出力し、この直流電圧をインバータを介して商用交流電圧に変換するようにした系統連系システムに利用するDC−DCコンバータにおいて、前記インダクタンス素子の両端にダイオード及び第三スイッチング素子を直列接続してなるエネルギー放出手段と、該エネルギー放出手段に制御信号を送出する制御手段と、を備え、前記第一、第二スイッチング素子のいずれか一方がオンの状態から前記第一、第二スイッチング素子がともにオフになった際に、前記制御手段により前記第一、第二スイッチング素子がともにオフであるオフ期間を検出し、且つ前記制御信号を前記エネルギー放出手段に送出して前記オフ期間のみ前記第三スイッチング素子をオン状態に維持することにより、前記インダクタンスに蓄積されたエネルギーを前記エネルギー放出手段で放出させることを特徴とするDC−DCコンバータ。   A DC power source, a transformer having a primary winding and a secondary winding and having an intermediate tap on the primary winding side, and an inductance connected between the positive side of the DC power source and the intermediate tap of the primary winding Elements, first and second switching elements connected between both ends of the primary winding and the negative electrode side of the DC power source, a rectifying and smoothing circuit connected to the secondary winding of the transformer, and the rectification A pair of output terminals provided in the smoothing circuit, and on and off control of the first and second switching elements to output a DC voltage higher than the voltage of the DC power supply to the output terminal, In a DC-DC converter used in a grid interconnection system that converts commercial AC voltage through an inverter, a diode and a third switching element are connected in series at both ends of the inductance element. Energy release means, and control means for sending a control signal to the energy release means, and the first and second switching elements are both turned on from either one of the first and second switching elements. When it is turned off, the control means detects an off period in which both the first and second switching elements are off, and sends the control signal to the energy release means so that only the third period is the third time. A DC-DC converter characterized in that the energy stored in the inductance is released by the energy release means by maintaining the switching element in an ON state.
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