(57)【要約】【課題】昇圧チョッパ回路を構成する主スイッチ回路の自己消弧形素子のスイッチング損失を軽減し、昇圧チョッパ回路の変換効率の向上と小型化を計る。【解決手段】昇圧チョッパ回路３を従来回路と同様の主リアクトル１１，主ダイオード１２，主スイッチ回路１３，平滑コンデンサ１４の他に、補助リアクトル３１と回生コンデンサ３２と第１ダイオード３３と第２ダイオード３４と補助スイッチ回路３５とスナバコンデンサ３６と制御回路３７とを備え、主スイッチ回路１３および補助スイッチ回路３５を構成する自己消弧形素子それぞれのターンオン時にはゼロ電流スイッチングを行わせ、これらの素子のターンオフ時にはゼロ電圧スイッチングを行わせる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力直流電源の一端に主リアクトルの一端を接続し、
主リアクトルの他端に、主ダイオードの一端と自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路からなる主スイッチ回路の一端と補助リアクトルの一端と回生コンデンサの一端とをそれぞれ接続し、
主ダイオードの他端と入力直流電源の他端との間に平滑コンデンサを接続し、
補助リアクトルの他端に、自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路からなる補助スイッチ回路の一端と第１ダイオードの一端とをそれぞれ接続し、
第１ダイオードの他端に、回生コンデンサの他端と第２ダイオードの一端とをそれぞれ接続し、
第２ダイオードの他端と主ダイオードの他端とを接続し、
主スイッチ回路の他端と補助スイッチ回路の他端とを、入力直流電源の他端にそれぞれ接続し、
主スイッチ回路の両端にスナバコンデンサを接続し、
平滑コンデンサの両端に接続される負荷の電圧が所望の値になるように、主スイッチ回路および補助スイッチ回路の自己消弧形素子それぞれを互いに連係して制御する制御回路を備えてな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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力直流電源の電圧を昇圧した直流電圧に変換して負荷に供給する昇圧チョッパ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、この種の昇圧チョッパ回路の従来例を示す回路構成図であり、１は入力直流電源、２は昇圧チョッパ回路、５は昇圧チョッパ回路２の負荷である。
【０００３】
この昇圧チョッパ回路２は主リアクトル（ＬＭ　）１１と、主ダイオード（ＤＭ　）１２と、バイポーラトランジスタ，ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴなどの自己消弧形素子（ＳＷ　）とダイオード（ＤＳＷ）の逆並列回路からなる主スイッチ回路１３と、平滑コンデンサ（Ｃ０　）１４と、負荷５の両端電圧、すなわち、平滑コンデンサ（Ｃ０　）１４の両端電圧を電圧検出器１５ａで検出し、この検出値が所望の値になるように主スイッチ回路１３を形成する前記自己消弧形素子（ＳＷ　）を制御する制御回路１５とから構成されている。
【０００４】
図３に示した昇圧チョッパ回路２の動作を、図４に示す動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。
【０００５】
図３において、主リアクトル（ＬＭ　）１１に図示の方向に流れる電流をＩＬ　とし、主スイッチ回路１３に図示の方向に加わる電圧をｖＳＷとし、主スイッチ回路１３に図示の方向に流れる電流をｉＳＷとすると、前記電流ＩＬ　が連続のときの前記電流ｉＳＷと前記電圧ｖＳＷとは図４のように示され、このときの負荷５の両端電圧を入力直流電源１の電圧を昇圧した所望の値の直流電圧にするには、周知の如く制御回路１５により、例えば、前記ＳＷ　がオフしている期間を一定値とし、オンしている期間を調整すればよい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示した従来の昇圧チョッパ回路２の動作波形において、図３に示した主スイッチ回路１３を形成する前記自己消弧形素子（ＳＷ　）をターンオンさせるとき、ターンオフさせるときには、前記電流ｉＳＷを急激に導通，遮断していることから、大きなスイッチング損失が発生し、その結果、この昇圧チョッパ回路２では変換効率が低下する、また、前記スイッチング損失に伴う発熱を放熱するために大きな冷却フィンを必要することから昇圧チョッパ回路２全体が大型化するなどの難点があった。
【０００７】
この発明の目的は、前記主スイッチ回路を形成する自己消弧形素子のスイッチング損失を軽減できる昇圧チョッパ回路を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の昇圧チョッパ回路は、入力直流電源の一端に主リアクトルの一端を接続し、主リアクトルの他端に、主ダイオードの一端と自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路からなる主スイッチ回路の一端と補助リアクトルの一端と回生コンデンサの一端とをそれぞれ接続し、主ダイオードの他端と入力直流電源の他端との間に平滑コンデンサを接続し、補助リアクトルの他端に、自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路からなる補助スイッチ回路の一端と第１ダイオードの一端とをそれぞれ接続し、第１ダイオードの他端に、回生コンデンサの他端と第２ダイオードの一端とをそれぞれ接続し、第２ダイオードの他端と主ダイオードの他端とを接続し、主スイッチ回路の他端と補助スイッチ回路の他端とを、入力直流電源の他端にそれぞれ接続し、主スイッチ回路の両端にスナバコンデンサを接続し、平滑コンデンサの両端に接続される負荷の電圧が所望の値になるように、主スイッチ回路および補助スイッチ回路の自己消弧形素子それぞれを互いに連係して制御する制御回路を備えてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明の昇圧チョッパ回路では、従来の昇圧チョッパ回路の主回路構成要素の他に、補助リアクトル，補助スイッチ回路，第１ダイオード，第２ダイオード，回生コンデンサ，スナバコンデンサを追加することで、主スイッチ回路の自己消弧形素子のターンオン時にはゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）を行わせ、該素子のターンオフ時にはゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）を行わせることにより、前記自己消弧形素子のスイッチング損失を軽減している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施例を示す昇圧チョッパ回路の回路構成図であり、図３に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【００１１】
すなわち、この昇圧チョッパ回路３には主リアクトル（ＬＭ　）１１，主ダイオード（ＤＭ　）１２，主スイッチ回路１３，平滑コンデンサ（Ｃ０　）の他に、補助リアクトル（ＬＡ　）３１と、回生コンデンサ（ＣＲ　）３２と、第１ダイオード（Ｄ１　）３３と、第２ダイオード（Ｄ２　）３４と、バイポーラトランジスタ，ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴなどの自己消弧形素子（ＳＡ　）とダイオード（ＤＳＡ）の逆並列回路からなる補助スイッチ回路３５と、スナバコンデンサ（ＣＳ　）３６と、負荷５の両端電圧、すなわち、平滑コンデンサ（Ｃ０　）１４の両端電圧を電圧検出器３７ａで検出し、この検出値が所望の値になるように主スイッチ回路１３を形成する前記自己消弧形素子（ＳＷ　）および補助スイッチ回路３５を形成する前記自己消弧形素子（ＳＡ　）それぞれを連係して制御する制御回路３７とから構成されている。
【００１２】
図１に示した昇圧チョッパ回路３の動作を、図２に示す動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。なお、図２に示した時刻ｔ１　までを「モード▲１▼」と、時刻ｔ１　からｔ２　までを「モード▲２▼」と、時刻ｔ２　からｔ３　までを「モード▲３▼」と、時刻ｔ３　からｔ４　までを「モード▲４▼」と、時刻ｔ４　からｔ５　までを「モード▲５▼」と、時刻ｔ５　からｔ６　までを「モード▲６▼」と、時刻ｔ６　からｔ７　までを「モード▲７▼」と、時刻ｔ７　からｔ８　までを「モード▲８▼」と、時刻ｔ８　からｔ９　までを「モード▲９▼」と称している。
【００１３】
先ず、「モード▲１▼」では、制御回路３７からのオフ信号により主スイッチ回路１３の自己消弧形素子（ＳＷ　）がオフしており、主リアクトル（ＬＭ　）１１に蓄えられているエネルギーが主ダイオード（ＤＭ　）１２を介して負荷５側に放出している状態である。また、この期間では制御回路３７からのオフ信号により補助スイッチ回路３５の自己消弧形素子（ＳＡ　）もオフしており、従って、補助リアクトル（ＬＡ　）３１には電流が流れていない。
【００１４】
次に、「モード▲２▼」の時刻ｔ１　で、制御回路３７からのオン信号が発せられ、このオン信号により補助スイッチ回路３５の自己消弧形素子（ＳＡ　）はターンオンを開始し、補助リアクトル（ＬＡ　）３１を介して電流（ｉＳＡ）が流れ始める。この時の補助スイッチ回路３５の電流（ｉＳＡ）の上昇は補助リアクトル（ＬＡ　）３１によって抑制され、電流ストレスが軽減される。従って、補助スイッチ回路３５の自己消弧形素子（ＳＡ　）はゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）でターンオンする。また、補助リアクトル（ＬＡ　）３１の前記電流が主リアクトル（ＬＭ　）１１の前記電流に等しくなった時刻ｔ２　より「モード▲３▼」に移行する。
【００１５】
次に、「モード▲３▼」の時刻ｔ２　で、補助リアクトル（ＬＡ　）３１の前記電流が主リアクトル（ＬＭ　）１１の前記電流と等しくなると、補助リアクトル（ＬＡ　）３１と主スイッチ回路１３とスナバコンデンサ（ＣＳ　）３６とからなる共振回路による共振動作が開始され、この共振動作によりスナバコンデンサ（ＣＳ　）３６の電圧（ｖＳＷ）は放電する。
【００１６】
次に、「モード▲４▼」の時刻ｔ３　で、上述の共振動作により、スナバコンデンサ（ＣＳ　）３６の電圧（ｖＳＷ）が零になると、主スイッチ回路１３のダイオード（ＤＳＷ）に電流（ｉＳＷ）が前記共振動作の電流として流れる。
【００１７】
次に、「モード▲５▼」として、主スイッチ回路１３のダイオード（ＤＳＷ）に電流（ｉＳＷ）が流れている時刻ｔ４　で、制御回路３７からのオン信号が発せられ、このオン信号により主スイッチ回路１３の自己消弧形素子（ＳＷ　）はターンオンを開始するが、このときには前記ダイオード（ＤＳＷ）に電流（ｉＳＷ）が流れている状態にあることから、前記自己消弧形素子（ＳＷ　）はゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）でターンオンし、電流ストレスが軽減される。
【００１８】
次に、「モード▲６▼」の時刻ｔ５　で、制御回路３７からのオフ信号が発せられ、このオフ信号により補助スイッチ回路３５の自己消弧形素子（ＳＡ　）はターンオフを開始する。このターンオフにより主スイッチ回路１３のダイオード（ＤＳＷ）に流れていた電流（ｉＳＷ）、すなわち、補助リアクトル（ＬＡ　）３１の電流は第１ダイオード（Ｄ１　）３３を介して回生コンデンサ（ＣＲ　）３２に転流する。このとき、回生コンデンサ（ＣＲ　）３２は零電圧状態からの充電となるため、補助スイッチ回路３５の電圧（ｖＳＡ）の上昇が抑制され、前記自己消弧形素子（ＳＡ　）の電圧ストレスが軽減される。すなわち、補助スイッチ回路３５の自己消弧形素子（ＳＡ　）はゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）でターンオフする。さらに、回生コンデンサ（ＣＲ　）３２の電圧（ｖＣＲ）が負荷５の電圧まで上昇する時刻ｔ６　で次の「モード▲７▼」に移行する。
【００１９】
次に、「モード▲７▼」の時刻ｔ６　で回生コンデンサ（ＣＲ　）３２の電圧（ｖＣＲ）が負荷５の電圧まで上昇したことで、第２ダイドード（Ｄ２　）３４が導通を開始し、前述の補助リアクトル（ＬＡ　）３１の電流は第１ダイオード（Ｄ１　）３３と第２ダイオード（Ｄ２　）３４とを介して負荷５側に回生される。この電流が零となる時刻ｔ７　で次の「モード▲８▼」に移行する。
【００２０】
次に、「モード▲８▼」では、主スイッチ回路１３の自己消弧形素子（ＳＷ　）のみがオンしている状態にあることから、この自己消弧形素子（ＳＷ　）を介して主リアクトル（ＬＭ　）１１にエネルギーが蓄積される。
【００２１】
次に、「モード▲９▼」の時刻ｔ８　で、制御回路３７からのオフ信号が発せられ、このオフ信号により主スイッチ回路１３の自己消弧形素子（ＳＷ　）がターンオフを開始する。このターンオフにより、主リアクトル（ＬＭ　）１１の電流は、主スイッチ回路１３と並列のスナバコンデンサ（ＣＳ　）３６と回生コンデンサ（ＣＲ　）３２とに流れる。その結果、主スイッチ回路１３の電圧上昇率はスナバコンデンサ（ＣＳ　）３６によって抑制され、電圧ストレスが軽減される。すなわち、前記自己消弧形素子（ＳＷ　）はゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）でターンオフする。さらに、スナバコンデンサ（ＣＳ　）３６の電圧（ｖＳＷ）が負荷５の電圧まで充電され、前述の回生コンデンサ（ＣＲ　）３２の電圧（ｖＣＲ）が零まで放電する時刻ｔ９　より、新たな「モード▲１▼」に移行する。
【００２２】
以上の説明から明らかなように、制御回路３７では負荷５の両端電圧が所望の値になるように、例えば、時刻ｔ４　からｔ８　までの期間を調整しつつ、この期間には主スイッチ回路１３の自己消弧形素子（ＳＷ　）にオン信号を発し、また、時刻ｔ１　からｔ４　までの予め定めたほぼ一定の期間では補助スイッチ回路３５の自己消弧形素子（ＳＡ　）にオン信号を発する如く、前記自己消弧形素子（ＳＷ　）および自己消弧形素子（ＳＡ　）それぞれを連係して制御すればよい。
【００２３】
【発明の効果】
この発明の昇圧チョッパ回路では、主スイッチ回路および補助スイッチ回路それぞれの自己消弧形素子のターンオン時にはゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）を行わせ、これらの素子のターンオフ時にはゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）を行わせることで前記自己消弧形素子それぞれのスイッチング損失を軽減し、この昇圧チョッパ回路の変換効率の向上と小型化を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す昇圧チョッパ回路の回路構成図
【図２】図１の動作を説明する波形図
【図３】従来例を示す昇圧チョッパ回路の回路構成図
【図４】図３の動作を説明する波形図
【符号の説明】
１…入力直流電源、２，３…昇圧チョッパ回路、５…負荷、１１…主リアクトル、１２…主ダイオード、１３…主スイッチ回路、１４…平滑コンデンサ、１５…制御回路、３１…補助リアクトル、３２…回生コンデンサ、３３…第１ダイオード、３４…第２ダイオード、３５…補助スイッチ回路、３６…スナバコンデンサ、３７…制御回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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