(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力直流電源に第１のリアクトル、第１のダイオード及び負荷が直列接続され、
前記負荷には平滑コンデンサが並列接続され、
前記入力直流電源と第１のリアクトルの直列回路には並列に、第２のリアクトルと、第１のスイッチと第２のダイオードの並列回路と、第３のダイオードと第２のスイッチの並列回路とが接続され、前記第１のスイッチのエミッタと前記第２のダイオードのカソード間に第２のコンデンサが接続されて成り、
前記第１のリアクトルに電流が連続的に流れている状態で、
前記第１のスイッチと第２のスイッチを同時にターンオン動作及びオフ動作させてゼロ電流スイッチング及びゼロ電圧スイッチングさせることを特徴とする昇圧チョッパ回路。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧チョッパ回路に関し、スイッチング特性を改善して損失を低減する昇圧チョッパ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、入力直流を昇圧して昇圧直流電圧を得る昇圧回路としては、直流電圧を入力とし、リアクトルに電流を流し、このリアクトルに並列接続されたスイッチング素子を開閉動作させることにより、リアクトルに流れ、蓄えられた電磁エネルギーを負荷側に設けたコンデンサに充電させ、この動作を繰り返すことにより負荷側に昇圧電圧を得るように構成した昇圧チョッパ回路が一般的に用いられている。
【０００３】
図２には、かかる昇圧チョッパ回路の代表的な例が示されている。図３において、直流電源Ｅｉには、リアクトルＬ１、ダイオードＤ１及び負荷Ｒが直列接続されている。スイッチ（トランジスタ）Ｑ１が直流電源ＥｉとリアクトルＬ１の直列回路に並列接続され、また、負荷ＲにはコンデンサＣ１が並列接続されている。
【０００４】
スイッチＱ１をターンオン動作させると、リアクトルＬ１には電流ＩＱ１が流れ、Ｌ１・（ＩＱ１）２／２のエネルギーが蓄積される。次に、スイッチＱ１がターンオフ動作させると、リアクトルＬ１に蓄えられたエネルギーがコンデンサＣ１に充電され、エネルギーＬ１・（ＶＣ１）２／２のエネルギーとして変換、蓄積される。このコンデンサＣ１に蓄積されているエネルギーにより充電電圧が上昇して昇圧直流電圧が負荷Ｒに供給されることになる。
【０００５】
かかる構成の昇圧チョッパ回路は、スイッチＱ１のターンオン／ターンオフ時にもリアクトルに電流が連続して流れる場合には、スイッチＱ１の動作はハードスイッチング動作となり、スイッチング損失が発生するという問題がある。
【０００６】
この問題を解消するための他の従来の昇圧チョッパ回路として、図３に示す昇圧チョッパ回路が提案されている。この昇圧チョッパ回路は、入力としての直流電源ＥｉにリアクトルＬ１、ダイオードＤ１及び負荷Ｒが直列接続されており、図３のスイッチＱ１の代わりに、スイッチ（トランジスタ）Ｑ１１とダイオードＤ３の直列回路と、ダイオードＤ２とスイッチ（トランジスタ）Ｑ１２の直列回路とが並列接続され、スイッチＱ１１のエミッタとダイオードＤ２のカソード間にコンデンサＣ２が接続されている構成を採用している。また、図２と同様に、負荷Ｒには並列にコンデンサＣ１が接続されている。
【０００７】
図３の昇圧チョッパ回路では、スイッチＱ１１とＱ１２は同時にターンオン／ターンオフ動作するように構成される。スイッチＱ１１とＱ１２の動作に対し、リアクトルに流れる電流が不連続である場合には、スイッチＱ１１とＱ１２のターンオン動作を、リアクタルに流れる電流がゼロのときに行えば、ゼロ電流スイッチングとなる。その後、スイッチＱ１１とＱ１２のターンオフ動作を同時に行うと、電流がダイオードＤ２、コンデンサＣ２及びダイオードＤ３を流れ、コンデンサＣ２に電荷が蓄積され、充電される。このとき、スイッチＱ１１とスイッチＱ１２は、ダイオードＤ２とダイオードＤ３が導通状態でオフ動作するので、スイッチング動作はゼロ電圧スイッチングとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、図３に示すような昇圧チョッパ回路によれば、ゼロ電流スイッチング動作及びゼロ電圧スイッチング動作が得られ、いわゆるソフトスイッチング動作が可能となり、スイッチング損失も小さい。
【０００９】
一方、リアクタルに流れる電流は、連続した状態であるほうが、スイッチ電流のピーク値が小さくて済むので、半導体スイッチが広く使用されている現状では、耐性の面で好ましい。
【００１０】
しかしながら、図３に示す昇圧チョッパ回路では、リアクトル電流が連続の場合、スイッチＱ１１とＱ１２の動作はハードスイッチングになるという問題がある。
【００１１】
また、ダイオードＤ１の逆回復時間の面でも問題がある。すなわち、ダイオードＤ１の逆回復特性の逆回復時間に起因するオーバーシュート電流による大きな損失が生じてしまうという問題である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、リアクトル電流が連続の場合であってもスイッチング損失が少ないソストスイッチング動作を可能とする昇圧チョッパ回路を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、負荷に直列接続されるダイオードの逆回復時間を短縮化して損失を大幅に削減した昇圧チョッパ回路を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明による昇圧チョッパ回路は、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１５】
（１）入力直流電源に第１のリアクトル、第１のダイオード及び負荷が直列接続され、
前記負荷には平滑コンデンサが並列接続され、
前記入力直流電源と第１のリアクトルの直列回路には並列に、第２のリアクトルと、第１のスイッチと第２のダイオードの並列回路と、第３のダイオードと第２のスイッチの並列回路とが接続され、前記第１のスイッチのエミッタと前記第２のダイオードのカソード間に第２のコンデンサが接続されて成り、
前記第１のリアクトルに電流が連続的に流れている状態で、
前記第１のスイッチと第２のスイッチを同時にターンオン動作及びターンオフ動作させてゼロ電流スイッチング及びゼロ電圧スイッチングさせる昇圧チョッパ回路。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による昇圧チョッパ回路の好適実施形態例について添付図を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態による昇圧チョッパ回路図である。
本実施形態による昇圧チョッパ回路では、入力直流電源ＥｉにリアクトルＬ１、ダイオードＤ１及び負荷Ｒが直列接続され、負荷Ｒには並列に平滑コンデンサＣ１が接続されている。また、入力直流電源ＥｉとリアクトルＬ１の直列回路には、リアクトルＬ２と、図２に示すようなスイッチＱ１１，Ｑ１２とダイオードＤ２、Ｄ３から成るスイッチング回路とが並列接続されている。このスイッチング回路は、スイッチ（トランジスタ）Ｑ１１とダイオードＤ３の直列回路と、ダイオードＤ３とスイッチ（トランジスタ）Ｑ１２の直列回路とが並列接続され、スイッチＱ１１のエミッタとダイオードＤ２のカソード間に接続されているコンデンサＣ２を有する。
【００１８】
図１において、リアクトルＬ１に電流が流れている状態で、スイッチＱ１１とＱ１２が同時にターンオンすると、コンデンサＣ２は、負荷Ｒに印加されている負荷電圧-Ｅｏで充電されており、リアクトルＬ２、スイッチＱ１１、コンデンサＣ２、スイッチＱ１２を通して電流が流れ始める。このとき、リアクトルＬ２にはー２Ｅｏが印加され、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２の時定数により定める変化でコンデンサ２が放電を始める。また、ダイオードＤ１の逆回復電流によりスイッチに流れ込む電流も制限される。その結果、このターンオン動作は、ゼロ電流スイッチング動作で、ソフトスイッチングとなる。
【００１９】
ターンオフ動作は、図３と同様に動作し、ゼロ電圧スイッチング動作で、ソフトスイッチングとなる。すなわち、ターンオフ動作時は、コンデンサＣ２によってスイッチに印加される電圧の微分値（瞬時変化値）を小さくできることと、スイッチＱ１１とスイッチＱ１２は、ダイオードＤ２とダイオードＤ３が導通状態でターンオフ動作することとにより、スイッチング動作はゼロ電圧スイッチングとなる。
【００２０】
図１に示す昇圧チョッパ回路のスイッチングロスの低減効果を確認するため、シミュレーションを実行したところ、図３に示す昇圧チョッパ回路と比較して約４０％のスイッチングロスの低減を確認した。
【００２１】
以上、本発明の昇圧チョッパ回路の好適実施形態例を説明したが、これは単なる例示にすぎず、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
上述の如く、本発明の昇圧チョッパ回路によれば、直列リアクトルに流れる電流が連続状態であっても、スイッチング損失を理論的にはゼロ、実効的には損失低減することが可能となる。また、負荷に直列に接続されているダイオードの逆回復特性の逆回復時間に起因するオーバーシュート電流による損失も低減できる。こうしてスイッチング損失を大幅に低減することにより、回路の動作周波数を高くすることができ、回路部品の小型化が可能となり、最終製品としての装置の小型化、軽量化及び高効率化が可能になるというような格別顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による昇圧チョッパ回路の一実施形態の回路図である。
【図２】従来の昇圧チョッパ回路の代表的な回路である。
【図３】図２に示す従来の昇圧チョッパ回路の問題点を解消した昇圧チョッパ回路である。
【符号の説明】
Ｅｉ                入力電源
Ｌ１、Ｌ２          リアクトル
Ｑ１１、Ｑ１２      スイッチ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３    ダイオード
【図１】
0003710788.tif 000002
【図２】
0003710788.tif 000003
【図３】
0003710788.tif 000004