JPH07222444A - Dc-dc converter - Google Patents
Dc-dc converterInfo
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- JPH07222444A JPH07222444A JP6027610A JP2761094A JPH07222444A JP H07222444 A JPH07222444 A JP H07222444A JP 6027610 A JP6027610 A JP 6027610A JP 2761094 A JP2761094 A JP 2761094A JP H07222444 A JPH07222444 A JP H07222444A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、適宜の直流電源からイ
ンバータを介して交流電圧を変圧器に送りその出力を整
流して直流電圧を所要の負荷に供給するDC−DCコン
バータに関し、特に上記インバータの各スイッチング素
子にかかる電圧・電流の時間変化率を抑制してノイズを
低減できると共に、上記スイッチング素子での損失を低
減して高効率化を図ることが可能なソフトスイッチング
方式のDC−DCコンバータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC-DC converter for supplying an AC voltage from a suitable DC power supply to a transformer via an inverter to rectify its output and supply the DC voltage to a required load. DC-DC of the soft switching system that can suppress the time change rate of the voltage / current applied to each switching element of the inverter to reduce noise and also reduce the loss in the switching element to achieve high efficiency. Regarding the converter.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、コンバータの一部に共振素子を挿
入して電圧波形あるいは電流波形を正弘波状にし、スイ
ッチング時のスイッチング素子の負担を軽減する共振型
コンバータの開発が進んでいる。このフルブリッジ型の
インバータを用いた共振型コンバータの出力電圧を制御
する方法の一つとして位相差制御方式がある。この方式
の動作については特開昭63−190556号に詳細な記載があ
り、またこの方式を用いたソフトスイッチング方式DC
−DCコンバータに関しては、特願平4−201772号に記
してある。このソフトスイッチング方式は、スイッチン
グ損失の低減とスイッチングに伴って発生するノイズの
低減に非常に効果的な方法であるが、負荷条件によって
は、スイッチとソフトスイッチング動作に必要な補助回
路に大きな電流が流れて、導通損失が大きくなるという
欠点もあった。2. Description of the Related Art In recent years, a resonance type converter has been developed in which a resonance element is inserted in a part of a converter to make a voltage waveform or a current waveform in a Masahiro wave shape so as to reduce the load on the switching element at the time of switching. There is a phase difference control method as one of the methods for controlling the output voltage of the resonance type converter using the full bridge type inverter. The operation of this system is described in detail in JP-A-63-190556, and a soft switching system DC using this system.
-For the DC converter, see Japanese Patent Application No. 4-201772. This soft switching method is very effective for reducing switching loss and noise generated by switching, but depending on load conditions, a large current may flow in the switch and the auxiliary circuit required for soft switching operation. There is also a drawback that the current flows and the conduction loss increases.
【0003】そこで、一方今回は上記ソフトスイッチン
グ方式の欠点を補う方法として、ロスレススナバキャパ
シタンス及びロスレススナバインダクタンスを適用した
ソフトスイッチング方式フルブリッジ型DC−DCコン
バータについて述べる。Therefore, this time, as a method for compensating for the drawbacks of the soft switching method, a soft switching type full-bridge DC-DC converter to which a lossless snubber capacitance and a lossless snubber inductance are applied will be described.
【0004】先ず、インバータを用いたDC−DCコン
バータの一例として、図9に示すような共振型DC−D
Cコンバータを取り上げる。このDC−DCコンバータ
は直流電源1と、この直流電源1の正極に接続された第
一のスイッチ2a及びその負極に接続された第二のスイ
ッチ2bから成る第一の直列接続体を有すると共に、上
記正極に接続された第三のスイッチ2c及び負極に接続
された第四のスイッチ2dから成り、上記第一の直列接
続体に並列接続された第二の直列接続体を有し且つ上記
第一から第四のスイッチ2a〜2dにそれぞれ逆並列接
続された第一から第四のダイオード3a,3b,3c,
3dを有し、上記直流電源1から直流を受電して交流に
変換するインバータ4と、このインバータ4の出力側に
て直列接続されたインダクタンス5及びキャパシタンス
6と、このインダクタンス5及びキャパシタンス6に直
列接続され出力と絶縁する変圧器7と、この変圧器7の
出力を直流に変換する整流器8と、この整流器8の出力
側に接続された負荷9と、この負荷9に印加する電圧及
び負荷に流す電流の設定信号に応じて上記第一から第四
のスイッチ2a〜2dのオン,オフのタイミングを制御
する手段(図示省略)とを有して成っていた。なお、図9
において、上記第一から第四のスイッチ2a〜2dとダ
イオード3a〜3dとでそれぞれ第一のアーム10a,
第二のアーム10b,第三のアーム10c,第四のアー
ム10dとが構成されている。また、上記整流器8は、
四つのダイオード11a,11b,11c,11dで入
力電圧を全波整流するようになっている。さらに、符号
12は、上記整流器8の出力電圧を平滑して負荷9に印
加するキャパシタンスを示している。First, as an example of a DC-DC converter using an inverter, a resonance type DC-D as shown in FIG.
Take the C converter. This DC-DC converter has a DC power supply 1, a first series connection body composed of a first switch 2a connected to the positive electrode of the DC power supply 1 and a second switch 2b connected to the negative electrode thereof, and It has a third switch 2c connected to the positive electrode and a fourth switch 2d connected to the negative electrode, and has a second series connection body connected in parallel to the first series connection body, and To the fourth switches 2a to 2d, respectively, are connected in anti-parallel to the first to fourth diodes 3a, 3b, 3c,
An inverter 4 having 3d, which receives direct current from the direct current power source 1 and converts it into alternating current, an inductance 5 and a capacitance 6 connected in series at the output side of the inverter 4, and a series connection with the inductance 5 and the capacitance 6. A transformer 7 that is connected and insulated from the output, a rectifier 8 that converts the output of the transformer 7 into a direct current, a load 9 that is connected to the output side of the rectifier 8, and a voltage and load applied to the load 9. It comprises means (not shown) for controlling the on / off timing of the first to fourth switches 2a to 2d according to the setting signal of the current to be supplied. Note that FIG.
In the above, the first to fourth switches 2a to 2d and the diodes 3a to 3d respectively include the first arm 10a,
The second arm 10b, the third arm 10c, and the fourth arm 10d are configured. Further, the rectifier 8 is
The four diodes 11a, 11b, 11c and 11d are configured to perform full-wave rectification of the input voltage. Further, reference numeral 12 denotes a capacitance that smoothes the output voltage of the rectifier 8 and applies it to the load 9.
【0005】次に、上記のように構成された従来のDC
−DCコンバータの動作について、図10を参照して簡
単に説明する。図10において、(a),(b),
(c),(d)は、それぞれ図9に示すインバータ4の
第一のスイッチ2a,第四のスイッチ2d,第二のスイ
ッチ2b,第三のスイッチ2cのオン,オフの期間を示
している。そして、図10より明らかなように第一のス
イッチ2aと第四のスイッチ2dとは位相差αだけずれ
てオンし、また第二のスイッチと第三のスイッチ2cも
位相差αだけずれてオンするようになっている。さら
に、第一のスイッチ2aと第二のスイッチ2b、及び第
三のスイッチと第四のスイッチ2dは、それぞれ180
°の位相差で交互にオンする。Next, the conventional DC configured as described above
The operation of the DC converter will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 10, (a), (b),
(C) and (d) show ON and OFF periods of the first switch 2a, the fourth switch 2d, the second switch 2b, and the third switch 2c of the inverter 4 shown in FIG. 9, respectively. . As is apparent from FIG. 10, the first switch 2a and the fourth switch 2d are turned on with a phase difference α, and the second switch and the third switch 2c are turned on with a phase difference α. It is supposed to do. Further, the first switch 2a and the second switch 2b, and the third switch and the fourth switch 2d are respectively 180
Turn on alternately with a phase difference of °.
【0006】以上の動作では、(a)及び(b)に示す
第一のスイッチ2a及び第四のスイッチ2dが同時にオ
ンしている期間(Tb3〜Tb4)、並びに(c)及び
(d)に示す第二のスイッチ2b及び第三のスイッチ2c
が同時にオンしている期間(Tb6〜Tb7)だけ図9
に示す直流電源1から電力が供給されるので、インバー
タ4の出力電圧Vabは、図10(j)に示すように、
上記の期間だけ電圧を正負の波高値とする方形波とな
る。従って、第一のスイッチ2aと第四のスイッチ2d
との位相差αあるいは第二のスイッチ2bと第三のスイ
ッチ2cとの位相差αを変化させると、それぞれのスイ
ッチ2a〜2dが同時にオンする期間を変化させること
ができ、図9に示す負荷9に供給する電力を制御するこ
とができる。この場合、該当するスイッチ間の位相差α
と出力電圧Voutとの関係を示すと図11のようにな
る。この図は、横軸を位相差αとし、縦軸を負荷9への
出力電圧Voutとして、この位相差αと出力電圧Vo
utとの関係を上記負荷9の抵抗値R1,R2,R3
(R1>R2>R3)をパラメータとして表したグラフ
である。In the above operation, the periods (Tb3 to Tb4) shown in (a) and (b) in which the first switch 2a and the fourth switch 2d are simultaneously turned on, and (c) and
The second switch 2b and the third switch 2c shown in (d)
9 are turned on at the same time (Tb6 to Tb7).
Since electric power is supplied from the DC power supply 1 shown in Fig. 10, the output voltage Vab of the inverter 4 is, as shown in Fig. 10 (j),
Only during the above period, the voltage becomes a square wave having positive and negative peak values. Therefore, the first switch 2a and the fourth switch 2d
9 and the phase difference α between the second switch 2b and the third switch 2c can be changed to change the period in which the respective switches 2a to 2d are turned on at the same time. The power supplied to 9 can be controlled. In this case, the phase difference α between the corresponding switches
The relationship between the output voltage Vout and the output voltage Vout is shown in FIG. In this figure, the horizontal axis represents the phase difference α and the vertical axis represents the output voltage Vout to the load 9, and the phase difference α and the output voltage Vo
The relation with ut is the resistance values R1, R2, R3 of the load 9 described above.
It is a graph showing (R1>R2> R3) as a parameter.
【0007】ここで、上記の構成及び動作において、タ
ーンオンが遅れない第一のスイッチ2aとこれに逆並列
接続された第一のダイオード3aとから成る第一のアー
ム10a、及び第二のスイッチ2bとこれに並逆列接続
された第二のダイオード3bとから成る第二のアーム1
0b(第一及び第二のアームを総称して左側アームと呼
ぶこととする)の動作を検討する。図10(e)に示す
ように、第一のアーム10aに流れる電流Ic1は、第
一のスイッチ2aへのオン信号が入力される時点Tb1
においては負である。従って、この時点では、上記第一
のスイッチ2aにかかっている電圧は、第一のダイオー
ド3aのオン電圧だけであり、ほぼゼロである。そし
て、電流が負から正に変化して第一のスイッチ2aに電
流が流れ始める時の該スイッチ2aの損失は、その時の
電圧と電流の積となるのでゼロである。しかし、上記第
一のスイッチ2aがターンオフする時点Tb4では、上
記第一のアーム10aに流れる電流Ic1は、図10
(e)に示すように正である。この時、上記第一のスイ
ッチ2aがターンオフを開始して電流がゼロになるまで
の動作を図12に示すが、この図に示すように電流がゼ
ロになる前にそのスイッチ2aの電圧が増加し始めるの
で、この電流と電圧とによって第一のスイッチ2aは、
斜線を付して示す領域分の損失を生じることになる。こ
のような動作は、第二のアーム10bについても同様で
ある。Here, in the above-mentioned structure and operation, the first switch 2a whose turn-on is not delayed and the first diode 3a connected in antiparallel to the first switch 10a, and the second switch 2b. And a second arm 1 composed of a second diode 3b connected in parallel and in reverse.
Consider the operation of 0b (the first and second arms are collectively referred to as the left arm). As shown in FIG. 10E, the current Ic1 flowing through the first arm 10a is the time point Tb1 when the ON signal is input to the first switch 2a.
Is negative in. Therefore, at this point in time, the voltage applied to the first switch 2a is only the ON voltage of the first diode 3a and is almost zero. The loss of the switch 2a when the current changes from negative to positive and the current starts to flow in the first switch 2a is zero because it is the product of the voltage and the current at that time. However, at the time point Tb4 when the first switch 2a is turned off, the current Ic1 flowing through the first arm 10a is as shown in FIG.
It is positive as shown in (e). At this time, the operation until the first switch 2a starts turning off and the current becomes zero is shown in FIG. 12. As shown in this figure, the voltage of the switch 2a increases before the current becomes zero. As a result, the first switch 2a is
A loss corresponding to the shaded area will occur. Such an operation is the same for the second arm 10b.
【0008】上記のような損失を低減するために、例え
ば図13(a)に示すようにトランジスタ等のスイッチ
13に対して並列に接続されたキャパシタンス14と抵
抗15とから成る構成や、同図(b)に示すように同じ
くスイッチ13に対して並列に接続されたキャパシタン
ス14と抵抗15とダイオード16とから成る構成のス
ナバ回路と呼ばれる回路を用いていた。このようなスナ
バ回路を上記第一及び第二のスイッチ2a,2bに並列
に設けると、各スイッチ2a,2bがターンオンすると
きの電圧の立ち上がりが抑制されて、ターンオフ時のス
イッチング損失が低減できるものであった。In order to reduce the loss as described above, for example, as shown in FIG. 13A, a configuration including a capacitance 14 and a resistor 15 connected in parallel to a switch 13 such as a transistor, and the same figure. As shown in (b), a circuit called a snubber circuit, which is composed of a capacitance 14, a resistor 15, and a diode 16, which are also connected in parallel to the switch 13, is used. When such a snubber circuit is provided in parallel with the first and second switches 2a and 2b, the rise of the voltage when each of the switches 2a and 2b is turned on is suppressed, and the switching loss at the time of turn-off can be reduced. Met.
【0009】しかし、上記のようなスナバ回路では、図
13に示すスイッチ13がオフしている時に、キャパシ
タンス14に蓄積された電荷は、上記スイッチ13がタ
ーンオンすると該スイッチ13と抵抗15を介して放電
されるので、その抵抗15によって損失が生じる。そし
て、この抵抗15はこの時の電流の最大値を制御するも
のなので、上記抵抗15がなければ過大な電流が流れ、
スイッチ13を破壊することとなる。上記の抵抗15に
よる損失は、スイッチ13がターンオンとターンオフと
を繰り返すごとに生じるので図9に示すインバータ4に
おいては、各スイッチ2a,2bの損失が該インバータ
4の動作周波数に比例して増加する。特に共振型コンバ
ータにおいては、装置の小型軽量化のために動作周波数
を高くすることが一般的であり、スイッチング損失が非
常に大きくなるものであった。However, in the snubber circuit as described above, when the switch 13 shown in FIG. 13 is turned off, the charge accumulated in the capacitance 14 passes through the switch 13 and the resistor 15 when the switch 13 is turned on. As it is discharged, its resistance 15 causes a loss. Since the resistor 15 controls the maximum value of the current at this time, an excessive current flows without the resistor 15,
The switch 13 will be destroyed. Since the loss due to the resistor 15 occurs every time the switch 13 is repeatedly turned on and off, in the inverter 4 shown in FIG. 9, the loss of each of the switches 2a and 2b increases in proportion to the operating frequency of the inverter 4. . In particular, in a resonance converter, it is common to increase the operating frequency in order to reduce the size and weight of the device, resulting in a very large switching loss.
【0010】次に、図9及び図10に示す構成及び動作
において、ターンオンが遅れる第三のスイッチ2cとこ
れに逆並列接続された第三のダイオード3cとから成る
第三のアーム10c、及び第四のスイッチ2dとこれに
逆並列接続された第四のダイオード3dとから成る第四
のアーム10d(第三のアーム及び第四のアームを総称
して右側アームとする)の動作を検討する。Next, in the configuration and operation shown in FIGS. 9 and 10, the third switch 2c whose turn-on is delayed and the third arm 10c including the third diode 3c connected in anti-parallel to the third switch 2c and the third switch 10c. The operation of the fourth arm 10d (fourth switch 2d and the fourth diode 3d connected in antiparallel thereto) (third arm and fourth arm are collectively referred to as right arm) will be examined.
【0011】図10に示す例では、同図(b)に示す第
四のスイッチ2dのオン信号が出力されている期間(T
b3〜Tb6)内の時点Tb5に第四のアーム10dの
電流Ic4はゼロとなり(図10(f)参照)、その時
点Tb5以後は負の電流が流れる。つまり、第四のアー
ム10dにおいて逆並列接続された第四のダイオード3
dに電了が流れる。その後、時点Tb6において、図1
0(b)に示すように第四のスイッチ2dへのオン信号
が無くなり、同図(d)に示すように第三のスイッチ2
cがターンオンを開始する。すると、それまで上記第四
のダイオード3dを流れていた電流は、第三のスイッチ
2cに転流し、第四のダイオード3dは逆バイアスされ
てターンオフする。ところが、このとき上記第四のダイ
オード3dは瞬時にはターンオフすることができず、そ
のPN接合の接合容量を充電するまでダイオードにリカ
バリ電流とよばれる電流が流れる。従って、このリカバ
リ電流が流れている間は、図9に示す第三のアーム10
cと第四のアーム10dとは短絡されている状態と等し
く、過大な電流が流れてスイッチの損失が増大するばか
りでなく、大きなノイズが発生して制御系などに悪影響
を及ぼしたり、さらには第三及び第四のスイッチ2c,
2dを破壊することもあった。このような動作は第三の
スイッチ2cがターンオフするときにも全く同様であ
る。上記の現象(ダイオードのリカバリ現象)による損
失は、各スイッチ2c,2dがターンオンとターンオフ
を繰り返す毎に生じるので、図9に示すインバータ4に
おいては、各スイッチ2c,2dの損失が該インバータ
4の動作周波数に比例して増加する。特に共振型コンバ
ータにおいては、装置の小型軽量化のために動作周波数
を高くすることが一般的であり、スイッチ損失が非常に
大きくなるものであった。In the example shown in FIG. 10, the period during which the ON signal of the fourth switch 2d shown in FIG.
At time Tb5 within (b3 to Tb6), the current Ic4 of the fourth arm 10d becomes zero (see FIG. 10 (f)), and after that time Tb5, a negative current flows. That is, the fourth diode 3 connected in anti-parallel in the fourth arm 10d
Power is passed to d. Then, at time Tb6, as shown in FIG.
As shown in 0 (b), the ON signal to the fourth switch 2d disappears, and as shown in FIG.
c turns on. Then, the current that has flowed through the fourth diode 3d until then is commutated to the third switch 2c, and the fourth diode 3d is reverse biased and turned off. However, at this time, the fourth diode 3d cannot be instantly turned off, and a current called a recovery current flows through the diode until the junction capacitance of the PN junction is charged. Therefore, while this recovery current is flowing, the third arm 10 shown in FIG.
c and the fourth arm 10d are equivalent to a short-circuited state, an excessive current flows to increase the loss of the switch, and a large noise is generated to adversely affect the control system or the like. Third and fourth switches 2c,
It sometimes destroyed 2d. Such an operation is exactly the same when the third switch 2c is turned off. Since the loss due to the above phenomenon (recovery phenomenon of the diode) occurs each time the switches 2c and 2d are repeatedly turned on and off, the loss of the switches 2c and 2d in the inverter 4 shown in FIG. It increases in proportion to the operating frequency. In particular, in a resonance type converter, it is common to increase the operating frequency in order to reduce the size and weight of the device, resulting in a very large switch loss.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
DC−DCコンバータにおける位相差制御においては、
図9に示すインバータ4のターンオンが遅れない第一及
び第二のアーム(左側のアーム)10a,10bの動作
と、ターンオンが遅れる第三及び第四のアーム(右側の
アーム)10c,10dの動作とは異なっており、左側
のアーム10a,10bではスナバ回路(図13参照)
によるスイッチング損失が増大したり、右側のアーム1
0c,10dでは各スイッチ2c,2dに逆並列接続さ
れたダイオード3c,3dのリカバリ電流によるアーム
短絡によって上記各スイッチ2c,2dが破壊された
り、スイッチング損失が増大するという問題があった。
その他にも、各スイッチにかかる電圧の時間変化率や各
スイッチに流れる電流の時間変化率が大きいことから、
発生するノイズが大きくなり、制御系に悪影響を及ぼす
場合もあった。As described above, in the phase difference control in the conventional DC-DC converter,
Operation of the first and second arms (left arm) 10a, 10b in which turn-on of the inverter 4 shown in FIG. 9 is not delayed, and operation of third and fourth arms (right arm) 10c, 10d in which turn-on is delayed. Is different from the left arm 10a, 10b snubber circuit (see FIG. 13)
Switching loss due to the increase of the right arm 1
In 0c and 10d, there is a problem that the switches 2c and 2d are destroyed or switching loss increases due to arm short circuit due to the recovery current of the diodes 3c and 3d connected in antiparallel to the switches 2c and 2d.
In addition, since the time change rate of the voltage applied to each switch and the time change rate of the current flowing through each switch are large,
In some cases, the generated noise becomes large and adversely affects the control system.
【0013】上記の問題点を解決できる方法として、特
願平4−201772 号にソフトスイッチング方式DC−DC
コンバータに関して記した。このソフトスイッチング方
式は、スイッチング損失の低減とスイッチングに伴って
発生するノイズの低減に非常に効果的な方法であるが、
負荷条件によっては、インバータの主スイッチとソフト
スイッチング動作に必要な補助回路に大きな電流が流れ
て、導通損失が大きくなり、効率が低下するという欠点
もあった。As a method for solving the above problems, Japanese Patent Application No. 4-201772 discloses a soft switching system DC-DC.
I wrote about converters. This soft switching method is a very effective method for reducing switching loss and noise generated by switching,
Depending on the load conditions, a large current flows through the main switch of the inverter and the auxiliary circuit required for soft switching operation, resulting in large conduction loss and reduced efficiency.
【0014】そこで、本発明は上記のような問題点に対
処し、いかなる負荷条件においても、インバータが発生
するノイズを低減できると共に、上記スイッチング素子
での損失を低減して、高効率化を図ることができるソフ
トスイッチング方式のDC−DCコンバータを提供する
ことを目的とする。Therefore, the present invention addresses the above-mentioned problems and can reduce the noise generated by the inverter under any load condition, and also reduce the loss in the switching element to improve the efficiency. An object of the present invention is to provide a soft-switching DC-DC converter capable of performing the above-mentioned operation.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるDC−DCコンバータは、直流電源
と、この直流電源の正極に接続された第一のスイッチ及
びその負極に接続された第二のスイッチからなる第一の
直列接続体を有すると共に上記正極に接続された第三の
スイッチ及び負極に接続された第四のスイッチから成
り、上記第一の直列接続体に並列接続された第二の直列
接続体を有し、且つ上記第一から第四のスイッチにそれ
ぞれ逆並列接続された第一から第四のダイオードを有
し、上記直流電源から直流を受電して交流に変換するイ
ンバータと、このインバータの出力側にて直列接続され
たインダクタンス及びキャパシタンスに直列接続され出
力と絶縁する変圧器と、この変圧器の出力を直流に変換
する整流器と、この整流器の出力側に接続された負荷
と、この負荷に印加する電圧及び負荷に流す電流の設定
信号に応じて上記第一から第四のスイッチのオン,オフ
のタイミングを制御する手段とを有して構成されるDC
−DCコンバータにおいて、上記インバータの第一及び
第二アーム(左側アーム)にはロスレススナバとして用
いるキャパシタンスをそれぞれ並列接続し、第三及び第
四のアーム(右側アーム)にはロスレススナバインダク
タンスをそれぞれ直列に設けるものである。In order to achieve the above object, a DC-DC converter according to the present invention is connected to a DC power source, a first switch connected to the positive electrode of the DC power source and its negative electrode. It has a first series connection body composed of a second switch and is composed of a third switch connected to the positive electrode and a fourth switch connected to the negative electrode, and connected in parallel to the first series connection body. It has a second series connection body, and has first to fourth diodes respectively connected in antiparallel to the first to fourth switches, receives direct current from the direct current power source, and converts it to alternating current. An inverter, a transformer that is connected in series with the inductance and capacitance that are connected in series on the output side of the inverter and that is insulated from the output, a rectifier that converts the output of this transformer into a direct current, and this rectifier A load connected to the output side of the switch and means for controlling the on / off timings of the first to fourth switches according to the voltage applied to the load and the setting signal of the current flowing through the load. DC configured
In the DC converter, the capacitances used as lossless snubbers are connected in parallel to the first and second arms (left arm) of the inverter, and the lossless snubber inductances are connected in series to the third and fourth arms (right arm). It is provided in.
【0016】また、上記回路の構成として、左右のアー
ムのロスレススナバを交換(すなわち左側アームにロス
レススナバインダクタンスを、右側アームにロスレスス
ナバキャパシタンスを設ける構成とする)すると同時
に、右側アームをターンオンが遅れないアームとし、左
側をターンオンが遅れるアームとして制御を行っても上
記と全く等価である。Further, in the above circuit configuration, the lossless snubbers of the left and right arms are replaced (that is, the left arm is provided with the lossless snubber inductance and the right arm is provided with the lossless snubber capacitance), and at the same time, the turn-on of the right arm is delayed. Even if the left arm is used and the left side is used as the arm whose turn-on is delayed, the control is completely equivalent.
【0017】さらに、前記第一から第四のスイッチのオ
ン,オフのタイミングを制御する手段として、負荷に印
加する電圧及び負荷に流す電流の設定信号に応じて上記
第一から第四のスイッチの動作周波数と位相差を制御す
る周波数位相決定回路を設けても良い。なお、上記の各
手段において、その負荷をX線管としてX線高電圧装置
を構成すると効果的である。Further, as means for controlling the on / off timings of the first to fourth switches, the first to fourth switches of the above-mentioned first to fourth switches are set in accordance with the voltage applied to the load and the setting signal of the current flowing in the load. A frequency phase determination circuit for controlling the operating frequency and the phase difference may be provided. In each of the above means, it is effective to configure the X-ray high voltage device by using the load as the X-ray tube.
【0018】[0018]
【作用】このように構成されたDC−DCコンバータ
は、インバータのロスレススナバキャパシタンスを設け
たターンオンが遅れない第一及び第二の各アーム(左側
アーム)においては、ターンオン時にはスイッチにかか
る電圧はダイオードのオン電圧だけでほぼゼロであり、
その時の損失は電圧と電流の積となるのでゼロである。
また、上記インバータの第一,第二のスイッチにはキャ
パシタンスをロスレススナバとして並列に接続したこと
により、上記ロスレススナバキャパシタンスの充放電に
よって各スイッチにかかる電圧の時間変化率が小さく、
ノイズの発生が少ないソフトスイッチングが実現でき
る。In the DC-DC converter configured as described above, in the first and second arms (left arm) in which the lossless snubber capacitance of the inverter is provided and the turn-on is not delayed, the voltage applied to the switch at the time of turn-on is the diode. The on-voltage of is almost zero,
The loss at that time is zero because it is the product of voltage and current.
Further, by connecting a capacitance as a lossless snubber in parallel to the first and second switches of the inverter, the time change rate of the voltage applied to each switch due to charging and discharging of the lossless snubber capacitance is small,
Soft switching with less noise can be realized.
【0019】一方、インバータのターンオンが遅れる第
三及び第四の各アーム(右側アーム)においては、インバ
ータの出力に直列接続されたインダクタンス及びキャパ
シタンスの値をそれぞれL,Cとし、ロスレススナバイ
ンダクタンスの大きさをLa(第三及び第四のアームに
設けられたロスレススナバインダクタンスの値は同じと
する)とすると、この回路の直列共振周波数frは、On the other hand, in the third and fourth arms (right arm) where the turn-on of the inverter is delayed, the values of the inductance and capacitance connected in series to the output of the inverter are L and C, respectively, and the lossless snubber inductance is large. Let La be La (the values of the lossless snubber inductances provided on the third and fourth arms are the same), the series resonance frequency fr of this circuit is
【0020】fr=1/2π√(L+La)×C となるが、インバータの動作周波数f0 をこのfrまた
はこれに近い値に設定すると、ターンオンが遅れる右側
アームにおいては電流が進み位相になるので、ロスレス
スナバインダクタンスにより、第三のスイッチ及び第四
のスイッチにおいては電流がゼロの状態でターンオン,
一方電流と電圧が共にゼロの状態でターンオフが実現さ
れる。Fr = 1 / 2π√ (L + La) × C, but if the operating frequency f 0 of the inverter is set to this fr or a value close to this, the current will be in the advanced phase in the right arm where the turn-on is delayed. , The lossless snubber inductance causes the third and fourth switches to turn on with zero current,
On the other hand, turn-off is realized when the current and voltage are both zero.
【0021】さらに、上記のような動作モードを維持で
きれば、リカバリ現象を除去し、スイッチング時の損失
をさらに低減することが可能となり、低ノイズ化が実現
できる。Further, if the operation mode as described above can be maintained, the recovery phenomenon can be eliminated and the loss at the time of switching can be further reduced, and the noise reduction can be realized.
【0022】上記のような方法を用いれば、特願平4−2
01772 号に記したソフトスイッチング方式DC−DCコ
ンバータと比較して、より広範囲の負荷条件あるいは位
相差においても、一層効率の高いDC−DCコンバータ
を実現でき、その欠点を補うことができる。Using the above method, Japanese Patent Application No. 4-2
Compared with the soft switching type DC-DC converter described in No. 01772, it is possible to realize a DC-DC converter with higher efficiency even under a wider load condition or phase difference, and to make up for its drawbacks.
【0023】[0023]
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図1は、本発明による共振型DC−D
Cコンバータの実施例を示す回路図である。この共振型
DC−DCコンバータは、適宜の直流電源からインバー
タを介して交流電圧を変圧器に送りその出力を整流して
直流電圧を所要の負荷に供給する電力変換器と成るもの
で、図1に示すように、直流電源1と、インバータ4
と、インダクタンス5及びキャパシタンス6と、変圧器
7と、整流器8と、負荷としてのX線管17と、位相決
定回路18及び位相制御回路19とを有して成り、共振
型インバータ式X線高電圧装置と呼ばれるものである。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a resonance type DC-D according to the present invention.
It is a circuit diagram which shows the Example of a C converter. This resonance type DC-DC converter serves as a power converter that sends an AC voltage from an appropriate DC power supply to a transformer via an inverter to rectify its output and supply the DC voltage to a required load. As shown in, the DC power supply 1 and the inverter 4
And an inductor 5, a capacitor 6, a transformer 7, a rectifier 8, an X-ray tube 17 as a load, a phase determination circuit 18 and a phase control circuit 19, and the resonance type inverter X-ray height It is called a voltage device.
【0024】上記直流電源は、例えばバッテリーなどで
あり、インバータ4は、上記直流電源1から直流を受電
して交流に変換するもので、該直流電源1の正極に接続
された第一のスイッチとしてのトランジスタ20a及び
その負極に接続された第二のスイッチとしてのトランジ
スタ20bから成る第一の直列接続体と、上記正極に接
続された第三のスイッチとしてのトランジスタ20c及
び負極に接続された第四のスイッチとしてのトランジス
タ20dから成り上記第一の直列接続体に並列接続され
た第二の直列接続体と、上記各トランジスタ20a〜2
0dにそれぞれ逆並列接続された第一〜第四のダイオー
ドとから成る。なお、上記各トランジスタ20a〜20
dは、それぞれベース電流を流すことによってターンオ
ンするようになっている。そして、第一のトランジスタ
20aと第一のダイオード3aとで第一のアーム10a
を、また第二のトランジスタ20bと第二のダイオード
3bとで第二のアーム10bを、第三のトランジスタ2
0cと第三のダイオード3cとで第三のアーム10c
を、第四のトランジスタ20dと第四のダイオード3d
とで第四のアーム10dをそれぞれ構成している。The DC power source is, for example, a battery, and the inverter 4 receives DC from the DC power source 1 and converts it to AC, and serves as a first switch connected to the positive electrode of the DC power source 1. Of the transistor 20a and a transistor 20b as a second switch connected to the negative electrode thereof, and a transistor 20c as a third switch connected to the positive electrode and a fourth connected to the negative electrode. A second series-connected body, which is connected in parallel to the first series-connected body, and which includes the transistor 20d as a switch for each of the transistors 20a-2.
0d and first to fourth diodes respectively connected in anti-parallel. In addition, each of the above transistors 20a to 20
Each d is turned on by passing a base current. Then, the first transistor 20a and the first diode 3a form the first arm 10a.
The second arm 10b by the second transistor 20b and the second diode 3b.
0c and the third diode 3c, the third arm 10c
The fourth transistor 20d and the fourth diode 3d
And constitute the fourth arm 10d.
【0025】上記インバータ4の右側アームにはロスレ
ススナバインダクタンス23c,23dが設けられてい
る。さらに出力側には、インダクタンス5が接続される
と共に、このインダクタンス5にはキャパシタンス6が
直列接続されている。そして、これらのロスレススナバ
インダクタンス23c,23d,インダクタンス5及び
キャパシタンス6とで共振回路を構成している。上記イ
ンダクタンス5及びキャパシタンス6には変圧器7が直
列接続されており、この変圧器7で前記インバータ4か
らの出力電圧を昇圧すると共に、出力と絶縁している。
整流器8は、上記変圧器7からの出力電圧を直流に変換
するもので、図9に示すと同様に四つのダイオード11
a〜11dから成る。さらに、上記整流器8の出力側に
はX線管17が負荷として接続されている。なお、符号
12は、上記整流器8の出力電圧を平滑してX線管17
に印加するための平滑キャパシタンスである。The right arm of the inverter 4 is provided with lossless snubber inductances 23c and 23d. Further, an inductance 5 is connected to the output side, and a capacitance 6 is connected in series to the inductance 5. The lossless snubber inductances 23c and 23d, the inductance 5 and the capacitance 6 form a resonance circuit. A transformer 7 is connected in series to the inductance 5 and the capacitance 6, and the transformer 7 boosts the output voltage from the inverter 4 and isolates it from the output.
The rectifier 8 converts the output voltage from the transformer 7 into a direct current, and has four diodes 11 as shown in FIG.
a to 11d. Further, an X-ray tube 17 is connected as a load to the output side of the rectifier 8. Reference numeral 12 is an X-ray tube 17 for smoothing the output voltage of the rectifier 8.
Is a smoothing capacitance for applying to.
【0026】そして、位相決定回路18及び位相制御回
路19は、上記X線管17に印加する電圧及びX線管1
7に流す電流の設定信号に応じて上記第一〜第四のトラ
ンジスタ20a〜20dのオン,オフのタイミングを制
御する手段となるもので、位相決定回路18は管電圧設
定信号S1及び管電流設定信号S2によって各トランジ
スタ20a〜20dの動作位相を決めるものであり、位
相制御回路19は上記位相決定回路18からの出力信号
S3に応じて上記各トランジスタ20a〜20dが動作す
る制御信号を、図示外のコントローラから入力するX線
曝射信号S4によって出力するものである。なお、符号
21a〜21dは、上記位相制御回路19から出力され
る制御信号に従ってそれぞれトランジスタ20a〜20
dを駆動する駆動回路を示している。The phase determination circuit 18 and the phase control circuit 19 are provided for the voltage applied to the X-ray tube 17 and the X-ray tube 1.
7 is a means for controlling the on / off timings of the first to fourth transistors 20a to 20d according to the setting signal of the current flowing through the phase setting circuit 18, and the phase determination circuit 18 sets the tube voltage setting signal S1 and the tube current setting signal. The operation phase of each of the transistors 20a to 20d is determined by the signal S2, and the phase control circuit 19 outputs a control signal for operating each of the transistors 20a to 20d in accordance with the output signal S3 from the phase determination circuit 18 (not shown). It is output by the X-ray exposure signal S4 input from the controller. Reference numerals 21a to 21d denote transistors 20a to 20d, respectively, according to the control signal output from the phase control circuit 19.
The drive circuit which drives d is shown.
【0027】ここで、本発明においては、上記インバー
タ4の第一及び第二のアーム10a,10bには、ロス
レス(無損失)スナバとして用いるキャパシタンス22
a,22bがそれぞれ並列に接続され、第三及び第四の
アーム10c,10dにはロスレススナバとしてのイン
ダクタンス23c,23dが直列に接続されている。Here, in the present invention, the first and second arms 10a and 10b of the inverter 4 have a capacitance 22 used as a lossless snubber.
a and 22b are connected in parallel, and inductances 23c and 23d as lossless snubbers are connected in series to the third and fourth arms 10c and 10d.
【0028】次に、このように構成された共振型DC−
DCコンバータの動作について説明する。まず、図1に
示す共振型DC−DCコンバータにおける主回路構成部
(直流電源1,インバータ4,インダクタンス5,キャ
パシタンス6,変圧器7,整流器8,X線管17)は、
図2に示すような等価回路となる。すなわち、インバー
タ4の各トランジスタ20a〜20dは、図9に示すと
同様にそれぞれ第一のスイッチ2a,第二のスイッチ2
b,第三のスイッチ2c,第四のスイッチ2dと表さ
れ、X線管17は負荷9と表される。そこで、この図2
に示す等価回路を用いて、上記主回路構成部の動作原理
を図3及び図4を参照して説明する。Next, the resonance type DC-configured as described above.
The operation of the DC converter will be described. First, the main circuit components (DC power supply 1, inverter 4, inductance 5, capacitance 6, transformer 7, rectifier 8, X-ray tube 17) in the resonance type DC-DC converter shown in FIG.
The equivalent circuit is as shown in FIG. That is, each of the transistors 20a to 20d of the inverter 4 has the first switch 2a and the second switch 2 respectively, as shown in FIG.
b, the third switch 2c, and the fourth switch 2d, and the X-ray tube 17 is represented by the load 9. Therefore, this Figure 2
The principle of operation of the main circuit component will be described with reference to FIGS. 3 and 4 using the equivalent circuit shown in FIG.
【0029】図2の等価回路において、インバータ4の
ターンオンが遅れない左側のアームすなわち第一のアー
ム10a及び第二のアーム10bに着目する。インバー
タ周波数f0 を回路の直列共振周波数fr付近で動作さ
せると、左側アームの電流波形は図10(e)及び
(g)に示すように、ターンオン時にはそれぞれのアー
ムに逆並列接続されたダイオード3a及び3bに電流が
流れ、一方ターンオフ時にはスイッチ2a及び2bに電
流が流れる。従って、左アームにおいてはゼロ電圧・ゼ
ロ電流でターンオン(ZVS・ZCSターンオン)が、
またゼロ電圧でターンオフ(ZVSターンオフ)が実現
される。また、図3において第一のスイッチ2a及び第
二のスイッチ2bが共にオフの期間、すなわち図4
(b)〜(c)の期間をデッドタイムTdと称するが、
この際デッドタイムTd中に充放電が完了するようなキ
ャパシタンス22a,22bの値を適当に選定すること
によって、両方のスイッチ2a,2bに対しロスレスス
ナバとして用いるキャパシタンス22a,22bを効果
的に利用した電圧時間変化率を抑制したノイズの少ない
ソフトスイッチングが実現可能となる。In the equivalent circuit of FIG. 2, attention is paid to the left arm, that is, the first arm 10a and the second arm 10b in which the turn-on of the inverter 4 is not delayed. When the inverter frequency f 0 is operated near the series resonance frequency fr of the circuit, the current waveform of the left arm is, as shown in FIGS. 10 (e) and (g), the diode 3a connected in anti-parallel to each arm at turn-on, as shown in FIGS. And 3b, a current flows, while when turned off, a current flows through the switches 2a and 2b. Therefore, in the left arm, turn-on (ZVS / ZCS turn-on) occurs at zero voltage and zero current.
Further, turn-off (ZVS turn-off) is realized at zero voltage. Further, in FIG. 3, a period in which both the first switch 2a and the second switch 2b are off, that is, in FIG.
The period of (b) to (c) is called dead time Td,
At this time, the capacitances 22a and 22b used for the lossless snubbers are effectively used for both the switches 2a and 2b by appropriately selecting the values of the capacitances 22a and 22b that complete the charging and discharging during the dead time Td. Soft switching with less noise that suppresses the voltage-time change rate can be realized.
【0030】図4(a)〜(d)は、第一のスイッチが
オンの状態(a)からそのスイッチ2aをオフし
(b)、デッドタイム期間(b,c)の後に第二のスイ
ッチ2bをオンするまでのモードを示している。まず、
図4(a)では、第一のスイッチ2aがオンしており、
この時、第一のキャパシタンス22aの電圧Vc1=0
ボルト,第二のキャパシタンス22bの電圧Vc2=E
ボルトである。次に、図4(b)は、第一のスイッチ2
aがオフした時点を示し、この時第一及び第二のスイッ
チ2a,2bは共にオフである。この間、第一のキャパ
シタンス22aの電圧Vc1はゼロボルトから徐々に上
昇し、一方逆に第二のキャパシタンス22bの電圧Vc
2は、Vc1+Vc2=Eの関係を保ちながら徐々に下
降していく。4A to 4D show that the switch 2a is turned off (b) from the state (a) in which the first switch is on, and the second switch is turned on after the dead time period (b, c). The mode until 2b is turned on is shown. First,
In FIG. 4A, the first switch 2a is turned on,
At this time, the voltage Vc1 = 0 of the first capacitance 22a
Volts, voltage of the second capacitance 22b Vc2 = E
It is a bolt. Next, FIG. 4B shows the first switch 2
a indicates the time when a is turned off, and at this time, both the first and second switches 2a and 2b are off. During this time, the voltage Vc1 of the first capacitance 22a gradually rises from zero volt, while conversely the voltage Vc of the second capacitance 22b is increased.
2 gradually decreases while maintaining the relationship of Vc1 + Vc2 = E.
【0031】次に、図4(c)では、上記キャパシタン
ス22a,22bの充放電が完了し、第一のキャパシタ
ンス22aの電圧Vc1はEボルトに、また第二のキャ
パシタンス22bの電圧Vc2は0ボルトへと変化し、
第二のダイオード3bが導通する。その後、図4(d)
では、第二のスイッチ2bにオン信号が与えられ、電流
Irの極性が正から負に反転すると、上記第二のスイッ
チ2bに自然転流してオンする。Next, in FIG. 4 (c), charging and discharging of the capacitances 22a and 22b are completed, the voltage Vc1 of the first capacitance 22a is E volt, and the voltage Vc2 of the second capacitance 22b is 0 volt. Change to
The second diode 3b becomes conductive. After that, FIG. 4 (d)
Then, when an ON signal is given to the second switch 2b and the polarity of the current Ir is inverted from positive to negative, the second switch 2b is naturally commutated to the second switch 2b and turned on.
【0032】この状態から逆に、第二のスイッチ2bが
オフし、第一のスイッチ2aがオンする動作は、第一の
スイッチ2aと第二のスイッチ2bとを入れ換えた形で
図4(a)〜(d)と同様に進む。なお、図4(a)〜
(d)の動作の間における第一及び第二のキャパシタン
ス22a,22bの電圧Vc1,Vc2の変化の様子を
示すと、図4(e)のようになる。Contrary to this state, the operation of turning off the second switch 2b and turning on the first switch 2a is performed by switching the first switch 2a and the second switch 2b as shown in FIG. )-(D). In addition, FIG.
FIG. 4E shows how the voltages Vc1 and Vc2 of the first and second capacitances 22a and 22b change during the operation of (d).
【0033】以上のことから、図4(e)に示すデッド
タイムTd中に充放電が完了するようなキャパシタンス
22a,22bの値を適当に選定することによって、両
方のスイッチ2a,2bに対しロスレススナバとして用
いるキャパシタンス22a,22bを効果的に利用した
ソフトスイッチングが実現可能となる。From the above, by appropriately selecting the values of the capacitances 22a and 22b so that charging / discharging is completed during the dead time Td shown in FIG. 4 (e), lossless for both switches 2a and 2b. Soft switching that effectively utilizes the capacitances 22a and 22b used as snubbers can be realized.
【0034】次に、ターンオフが遅れるロスレススナバ
インダクタンスを設けた第三のアーム10cと第四のア
ーム10d(右側アーム)の動作について図5,図6を
用いて説明する。図5(a)〜(d)は第三のスイッチ
2cがオンしている状態から第四のスイッチ2dがオン
するまでのモードを示している。図10(f),(h)に
示すように、従来右側アームにおいては電流が進み位相
になるため、第三のスイッチ2cがオフする直前の電流
は図5(a)のように第三のダイオード3cを流れてい
た。ここで直列共振インダクタンス5の値をL,ロスレ
ススナバインダクタンスの値をLaとし、これらの和
(L+La)を従来回路における直列共振インダクタン
ス5と同じ値に設定すれば、やはり従来と同じく第三の
スイッチ2cがオフする直前には電流は第三のダイオー
ド3cを流れる。Next, the operation of the third arm 10c and the fourth arm 10d (right arm) provided with the lossless snubber inductance which delays the turn-off will be described with reference to FIGS. 5A to 5D show modes from the state in which the third switch 2c is turned on to the state in which the fourth switch 2d is turned on. As shown in FIGS. 10 (f) and 10 (h), in the conventional right arm, the current is in the advance phase, so the current immediately before the third switch 2c is turned off is the third current as shown in FIG. 5 (a). It was flowing through the diode 3c. Here, if the value of the series resonance inductance 5 is L and the value of the lossless snubber inductance is La, and the sum (L + La) of these is set to the same value as the series resonance inductance 5 in the conventional circuit, the third switch is still the same as the conventional one. Immediately before 2c turns off, the current flows through the third diode 3c.
【0035】次に第三のスイッチがオフし(図5
(b))、デッドタイムを経て第四のスイッチ2dがオ
ンする(図5(c))と、第三のダイオード3cに流れ
ている電流が徐々に減少する一方、第四のスイッチ2d
に流れる電流がゼロから徐々に上昇し始め、第三にダイ
オード3cは自然にオフする(図5(d))。この際の
電流の時間変化率は電源電圧Eとロスレススナバインダ
クタンスの値Laによって決定される。上記のように図
5(b)において第三のスイッチ2cは第三のダイオー
ド3cに電流が流れているから、第三のスイッチ2cに
かかる電圧がゼロであり、ゼロ電圧・ゼロ電流でターン
オフ(ZVS,ZCS)が実現される。また、図5
(c)において第四のスイッチ2dに流れる電流は第四
のスイッチがオンした後ゼロから徐々に上昇するから、
電流がゼロの状態でターンオン(ZCS)が実現する。
また逆に第四のスイッチ2dがターンオフし、第三のス
イッチ2cがターンオンする動作も上記図5(a)〜
(d)と全く同じである。上記のようにロスレススナバ
インダクタンスにより、第三のスイッチ及び第四のスイ
ッチにおいてはゼロ電流ターンオン、一方、ゼロ電圧・
ゼロ電流ターンオフが実現される。さらに、上記のよう
な動作モードでは各スイッチがターンオフした際、ロス
レススナバインダクタンスに電圧がかかるため、逆並列
ダイオード3cあるいは3dには従来のように急激には
電圧がかからないため、ダイオード3c,3dのリカバ
リ現象が起こらなくなり、スイッチング時の損失と低ノ
イズ化に効果的である。その上、上記のような方法を用
いれば、特願平4−201772 号に記したソフトスイッチン
グ方式DC−DCコンバータと比較して、より広範囲の
負荷条件あるいは位相差においても、一層効率の高いD
C−DCコンバータを実現でき、その欠点を補うことが
できる。Next, the third switch is turned off (see FIG. 5).
(B)) When the fourth switch 2d is turned on after the dead time (FIG. 5 (c)), the current flowing through the third diode 3c gradually decreases, while the fourth switch 2d
The current flowing through the diode 3c gradually increases from zero, and thirdly, the diode 3c naturally turns off (FIG. 5 (d)). The time change rate of the current at this time is determined by the power supply voltage E and the value La of the lossless snubber inductance. As described above, in FIG. 5B, in the third switch 2c, since the current flows through the third diode 3c, the voltage applied to the third switch 2c is zero, and the third switch 2c is turned off at zero voltage / zero current ( ZVS, ZCS) is realized. Also, FIG.
In (c), the current flowing through the fourth switch 2d gradually increases from zero after the fourth switch is turned on,
Turn-on (ZCS) is realized when the current is zero.
On the contrary, the operation in which the fourth switch 2d is turned off and the third switch 2c is turned on is also shown in FIG.
It is exactly the same as (d). Due to the lossless snubber inductance as described above, zero current turn-on in the third switch and fourth switch, while zero voltage
Zero current turn-off is achieved. Further, in the above-mentioned operation mode, when each switch is turned off, a voltage is applied to the lossless snubber inductance, so that the anti-parallel diode 3c or 3d does not receive a voltage as rapidly as in the conventional case. The recovery phenomenon does not occur, and it is effective in reducing loss and noise during switching. In addition, if the above method is used, compared to the soft switching type DC-DC converter described in Japanese Patent Application No. 4-201772, the efficiency of D is higher even under a wider load condition or phase difference.
A C-DC converter can be realized and its drawback can be compensated.
【0036】次に、図1に示す実施例に戻り、この実施
例の動作について図6に示すタイミング線図を参照にし
て説明する。まず、図1に示す負荷としてのX線管17
に印加する管電圧及び管電流が決まると、管電圧に対応
した管電圧設定信号S1、及びその管電流に対応した管
電流設定信号S2を位相決定回路18へ入力する。この
位相決定回路18では、上記の管電圧信号S1及び管電
流信号S2から負荷抵抗値を求め、この負荷抵抗値と管
電圧とから前述の図11に示すグラフの関係を用いて、
インバータ4の各トランジスタ20a〜20dの動作位
相差αを決定する。そして、この位相差に応じた出力信
号S3が上記位相決定回路18から出力され、位相制御
回路19へ送られる。すると、この位相制御回路19で
は、上記の出力信号S3を入力してそれぞれのトランジ
スタ20a〜20dがターンオン及びターンオフする動
作信号を作成する。Next, returning to the embodiment shown in FIG. 1, the operation of this embodiment will be described with reference to the timing diagram shown in FIG. First, the X-ray tube 17 as a load shown in FIG.
When the tube voltage and the tube current to be applied to the tube voltage are determined, the tube voltage setting signal S1 corresponding to the tube voltage and the tube current setting signal S2 corresponding to the tube current are input to the phase determination circuit 18. In the phase determination circuit 18, a load resistance value is obtained from the tube voltage signal S1 and the tube current signal S2, and the relationship between the load resistance value and the tube voltage is used in the graph shown in FIG.
The operating phase difference α of each of the transistors 20a to 20d of the inverter 4 is determined. Then, the output signal S3 corresponding to this phase difference is output from the phase determination circuit 18 and sent to the phase control circuit 19. Then, the phase control circuit 19 inputs the output signal S3 and creates an operation signal for turning on and off the respective transistors 20a to 20d.
【0037】次に、図1において図示外のコントローラ
からX線曝射信号S4が上記位相制御回路19に入力さ
れると、インバータ4の各トランジスタ20a〜20d
がターンオン及びターンオフする信号がそれぞれ対応す
る駆動回路21a〜20dへ出力され、各駆動回路21
a〜21dは、上記位相制御回路19から出力される動
作信号に従って各トランジスタ20a〜20dを駆動す
る。これにより、図6(a)〜(d)に示すように、第
一のトランジスタ20aと第二のトランジスタ20bは
180°の位相差で交互にオンし、また第三のトランジ
スタ20cと第四のトランジスタ20dも180°の位
相差を保って交互にオンするが、負荷条件に応じたある
位相差αで動作するように制御される。Next, when the X-ray exposure signal S4 is input to the phase control circuit 19 from a controller (not shown) in FIG. 1, the transistors 20a to 20d of the inverter 4 are supplied.
Signals for turning on and off are output to the corresponding drive circuits 21a to 20d, respectively.
The a to 21d drive the respective transistors 20a to 20d according to the operation signal output from the phase control circuit 19. As a result, as shown in FIGS. 6A to 6D, the first transistor 20a and the second transistor 20b are alternately turned on with a phase difference of 180 °, and the third transistor 20c and the fourth transistor 20c are turned on. The transistor 20d is alternately turned on while maintaining the phase difference of 180 °, but is controlled to operate with a certain phase difference α depending on the load condition.
【0038】次に、上記のような制御により、インバー
タ4の各トランジタ20a〜20dが動作を開始する
と、図6(i)に示すような共振電流Irが図1に示す
変圧器7に流れ、X線管17には設定された管電圧が印
加されると共に管電流が流れる。この時、ターンオンが
遅れないロスレススナバキャパシタンスを設けた第一の
アーム10a及び第二のアーム10b(左側アーム)に流
れる電流Ic1,Ic2を見ると、図6(d),(e)に
示されるように、前述の図3及び図4で説明した動作原
理に従って、それぞれのトランジスタ20a,20bに
おいてはターンオン時には負の値をとり、ターンオフ時
には正の値をとっており、ゼロ電圧・ゼロ電流ターンオ
ン且つゼロ電圧ターンオフが実現されることが分かる。
また、ロスレススナバキャパシタンスの影響で上記各ト
ランジスタ20a〜20dにかかる電圧の時間変化率が
小さくでき、ノイズの発生が抑制される。Next, when the respective transistors 20a to 20d of the inverter 4 start to operate by the above control, the resonance current Ir as shown in FIG. 6 (i) flows through the transformer 7 shown in FIG. A set tube voltage is applied to the X-ray tube 17 and a tube current flows. At this time, the currents Ic1 and Ic2 flowing through the first arm 10a and the second arm 10b (left arm) provided with the lossless snubber capacitance that does not delay the turn-on are shown in FIGS. 6 (d) and 6 (e). As described above, according to the operating principles described in FIGS. 3 and 4, the respective transistors 20a and 20b have a negative value at turn-on and a positive value at turn-off, and have zero voltage / zero current turn-on and It can be seen that zero voltage turn-off is achieved.
Further, the time change rate of the voltage applied to each of the transistors 20a to 20d can be reduced due to the influence of the lossless snubber capacitance, and the generation of noise can be suppressed.
【0039】一方、ターンオンが遅れるロスレススナバ
インダクタンスを設けた第三のアーム10c及び第四の
アーム10d(右アーム)では、前述した図5で説明し
た動作原理に従って、それぞれのアーム10c,10d
においてターンオン時には電流がゼロ,ターンオフ時に
は負の値をとっており、第一及び第二のスイッチはゼロ
電流ターンオン且つゼロ電圧・ゼロ電流ターンオフを実
現することが分かる。また、ロスレススナバインダクタ
ンスの影響で上記各トランジスタ20c〜20dにかかる
電圧の時間変化率が小さくなり、ノイズの発生が抑制さ
れる。なお、インバータの出力電圧波形は、ロスレスス
ナバインダクタンス23c,23dの影響により、図1
0(j)に示した従来の方形波とは異なる。On the other hand, in the third arm 10c and the fourth arm 10d (right arm) provided with the lossless snubber inductance which delays the turn-on, the respective arms 10c and 10d are operated according to the operation principle described in FIG.
It can be seen that the current has a zero value at turn-on and a negative value at turn-off, and the first and second switches realize zero current turn-on and zero voltage / zero current turn-off. In addition, the time change rate of the voltage applied to each of the transistors 20c to 20d becomes small due to the influence of the lossless snubber inductance, and the generation of noise is suppressed. In addition, the output voltage waveform of the inverter is affected by the lossless snubber inductances 23c and 23d.
It is different from the conventional square wave shown in 0 (j).
【0040】図7は本発明の第二の実施例を示す回路図
である。この実施例は、主回路構成部は図1の実施例と
全く同じであるが、インバータ4の第一〜第四のトラン
ジスタ20a〜20dのオン,オフを制御するタイミン
グ制御手段として、負荷としてのX線管17に印加する
電圧及び負荷に流す電流の設定信号に応じて、上記第一
〜第四のトランジスタ20a〜20dの動作周波数と位
相とを制御する周波数位相制御回路24を設けたもので
ある。そして、この周波数位相制御回路24の前段側に
は前述の位相決定回路18と並列に周波数決定回路25
が設けられている。この周波数決定回路25には、管電
圧設定信号S1及び管電流設定信号S2によって各トラ
ンジスタ20a〜20dの動作周波数を決めるものであ
る。これにより、周波数位相制御回路24は、上記位相
決定回路18からの出力信号S3及び周波数決定回路2
5からの出力信号S5に応じて上記各トランジスタ20
a〜20dが動作する周波数及び位相を制御する信号
を、図示外のコントローラから入力するX線曝射信号S
4によって出力するように動作する。なお、上記位相決
定回路18及び周波数決定回路25は、それぞれ図11
及び図8のグラフで示される関係をテーブル化したメモ
リ、または関係発生器あるいはオペアンプ等で容易に構
成できる。そして、この実施例の場合は、インバータ4
の各トランジスタ20a〜20dのオン,オフのタイミ
ンングを位相差のみでなく、周波数制御も併用してコン
トロールすることができ、特に周波数を高くした場合に
一層効率の良い動作を実現できる。FIG. 7 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the main circuit structure is exactly the same as that of the embodiment shown in FIG. 1, but the timing control means for controlling the on / off of the first to fourth transistors 20a to 20d of the inverter 4 serves as a load. A frequency phase control circuit 24 is provided for controlling the operating frequencies and phases of the first to fourth transistors 20a to 20d according to the setting signals of the voltage applied to the X-ray tube 17 and the current flowing in the load. is there. The frequency determination circuit 25 is provided in parallel with the phase determination circuit 18 on the upstream side of the frequency phase control circuit 24.
Is provided. The frequency determining circuit 25 determines the operating frequency of each of the transistors 20a to 20d according to the tube voltage setting signal S1 and the tube current setting signal S2. As a result, the frequency / phase control circuit 24 outputs the output signal S3 from the phase determination circuit 18 and the frequency determination circuit 2
5 according to the output signal S5 from
X-ray exposure signal S that inputs a signal for controlling the frequency and phase at which a to 20d operate from a controller (not shown)
4 operates to output. The phase determination circuit 18 and the frequency determination circuit 25 are respectively shown in FIG.
Further, the relationship shown in the graph of FIG. 8 can be easily constituted by a table memory, a relationship generator, an operational amplifier, or the like. In the case of this embodiment, the inverter 4
The on / off timing of each of the transistors 20a to 20d can be controlled by not only the phase difference but also the frequency control, and more efficient operation can be realized especially when the frequency is increased.
【0041】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
となく、発明の主旨の範囲内で応用できる。例えば、イ
ンバータ4に用いたスイッチング素子はトランジスタの
他、GTOを使用してもよいし、さらに高周波化するに
はMOSFET,IGBT,SIトランジスタ,SIサ
イリスタ等の素子も適用可能である。また、インバータ
4の直流電源1はバッテリでも良いし、商用電源を整流
したものでも良い。負荷はX線管に限られず、他の一般
的な負荷対象でも良い。さらに、インダクタンス5は、
変圧器7の漏れインダクタンスや配線のインダクタンス
を利用することもできる。平滑キャパシタンス12は、
負荷をX線管とした場合、高電圧ケーブルの静電容量を
利用することもできる。The present invention is not limited to the above embodiments, but can be applied within the scope of the invention. For example, the switching element used for the inverter 4 may be a GTO instead of a transistor, and elements such as MOSFET, IGBT, SI transistor, and SI thyristor can be applied to further increase the frequency. The DC power source 1 of the inverter 4 may be a battery or a commercial power source rectified. The load is not limited to the X-ray tube and may be another general load target. Furthermore, the inductance 5 is
The leakage inductance of the transformer 7 and the wiring inductance can also be used. The smoothing capacitance 12 is
When the load is an X-ray tube, the capacitance of the high voltage cable can also be used.
【0042】[0042]
【発明の効果】本発明は以上のように構成され、インバ
ータの第一及び第二のアーム(左側アーム)にはロスレ
ススナバとしてのキャパシタンスを並列に、また第三及
び第四のアーム(右側アーム)にはロスレススナバとし
てのインダクタンスを直列に接続したことにより、左側
アームにおいてはデッドタイム期間Td中の上記ロスレ
ススナバキャパシタンスの充放電によってゼロ電圧・ゼ
ロ電流ターンオン且つゼロ電圧ターンオフが行われ、一
方、右側アームにおいては、ロスレススナバインダクタ
ンスの効果によりゼロ電流ターンオン且つゼロ電圧・ゼ
ロ電流ターンオフが実現される。以上により、高効率で
ノイズを低減できるソフトスイッチングが実現できる。
また、特に、X線CT装置のように、数百ボルト,数百
アンペアをスイッチングするような、インバータ回路の
近傍で診断画像を構成するための微小信号(数マイクロ
ボルト程度)を検出しなければならないような装置に適
用する場合、制御系のみならず、画像に悪影響を及ぼす
ノイズを低減できる本発明の効果は極めて大きい。As described above, the present invention is configured as described above. The first and second arms (left arm) of the inverter are connected in parallel with a capacitance as a lossless snubber, and the third and fourth arms (right arm). ) Is connected in series with an inductance as a lossless snubber, so that in the left arm, zero voltage / zero current turn-on and zero voltage turn-off are performed by charging / discharging the lossless snubber capacitance during the dead time period Td. In the right arm, zero current turn-on and zero voltage / zero current turn-off are realized by the effect of the lossless snubber inductance. As described above, it is possible to realize soft switching that can reduce noise with high efficiency.
Further, in particular, as in the X-ray CT apparatus, it is necessary to detect a minute signal (about several microvolts) for composing a diagnostic image in the vicinity of the inverter circuit, such as switching several hundred volts and several hundred amperes. When applied to such a device, the effect of the present invention that can reduce noise that adversely affects not only the control system but also the image is extremely large.
【0043】さらに、図7に示す第二の実施例において
は、インバータの各スイッチの動作周波数と位相とを制
御する周波数位相制御回路を設けたことにより、いかな
る負荷条件下でも効率の良い動作を実現することができ
る。Further, in the second embodiment shown in FIG. 7, by providing the frequency phase control circuit for controlling the operating frequency and phase of each switch of the inverter, efficient operation can be achieved under any load condition. Can be realized.
【図1】本発明による共振型DC−DCコンバータの実
施例を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a resonant DC-DC converter according to the present invention.
【図2】図1に示す共振型DC−DCコンバータにおけ
る主回路構成部の等価回路を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a main circuit constituent part in the resonance type DC-DC converter shown in FIG.
【図3】上記主回路構成部の動作原理を説明するための
タイミング線図。FIG. 3 is a timing diagram for explaining the operation principle of the main circuit configuration unit.
【図4】上記主回路構成部における第一及び第二のスイ
ッチの動作を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing operations of first and second switches in the main circuit configuration unit.
【図5】上記主回路構成部における第三のスイッチ及び
第四のスイッチの動作を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing operations of a third switch and a fourth switch in the main circuit configuration unit.
【図6】図1に示す実施例の動作を説明するためのタイ
ミング線図。FIG. 6 is a timing diagram for explaining the operation of the embodiment shown in FIG.
【図7】本発明の第二の実施例を示す回路図。FIG. 7 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図8】インバータ周波数と出力電圧との関係を位相を
パラメータとして表示したグラフ。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the inverter frequency and the output voltage using the phase as a parameter.
【図9】従来の共振型DC−DCコンバータを示す回路
図。FIG. 9 is a circuit diagram showing a conventional resonance type DC-DC converter.
【図10】従来例の動作を説明するためのタイミング線
図。FIG. 10 is a timing diagram for explaining the operation of the conventional example.
【図11】位相差制御における位相差と出力電圧との関
係を負荷抵抗をパラメータとして表したグラフ。FIG. 11 is a graph showing the relationship between the phase difference and the output voltage in the phase difference control, using the load resistance as a parameter.
【図12】スナバを用いないときのターンオフ波形を示
す説明図。FIG. 12 is an explanatory diagram showing a turn-off waveform when a snubber is not used.
【図13】従来のスナバ回路の例を示す回路図。FIG. 13 is a circuit diagram showing an example of a conventional snubber circuit.
1 直流電源 2a 第一のスイッチ 2b 第二のスイッチ 2c 第三のスイッチ 2d 第四のスイッチ 3a 第一のダイオード 3b 第二のダイオード 3c 第三のダイオード 3d 第四のダイオード 4 インバータ 5 インダクタンス 6 キャパシタンス 7 変圧器 8 整流器 9 負荷 10a 第一のアーム 10b 第二のアーム 10c 第三のアーム 10d 第四のアーム 12 平滑キャパシタンス 17 X線管 18 位相決定回路 19 位相制御回路 20a〜20d トランジスタ 21 駆動回路 22a ロスレススナバとしてのキャパシタンス 22b ロスレススナバとしてのキャパシタンス 23c ロスレススナバとしてのインダクタンス 23d ロスレススナバとしてのインダクタンス 24 周波数位相制御回路 25 周波数決定回路 1 DC power supply 2a 1st switch 2b 2nd switch 2c 3rd switch 2d 4th switch 3a 1st diode 3b 2nd diode 3c 3rd diode 3d 4th diode 4 Inverter 5 Inductance 6 Capacitance 7 Transformer 8 Rectifier 9 Load 10a First arm 10b Second arm 10c Third arm 10d Fourth arm 12 Smoothing capacitance 17 X-ray tube 18 Phase determination circuit 19 Phase control circuit 20a to 20d Transistor 21 Drive circuit 22a Lossless Capacitance as snubber 22b Capacitance as lossless snubber 23c Inductance as lossless snubber 23d Inductance as lossless snubber 24 Frequency phase control circuit 25 Frequency determination circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 和彦 東京都千代田区内神田一丁目1番14号 株 式会社日立メディコ内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Kazuhiko Sakamoto 1-1-14 Kanda, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Hitachi Medical Co., Ltd.
Claims (4)
れた第一のスイッチ及びその負極に接続された第二のス
イッチから成る第一の直列接続体を有すると共に、上記
正極に接続された第三のスイッチ及び負極に接続された
第四のスイッチから成り第一の直列接続体に並列接続さ
れた第二の直列接続体を有し、且つ上記第一から第四の
スイッチにそれぞれ逆並列接続された第一から第四のダ
イオードを有し、上記直流電源から直流を受電し交流に
変換するフルブリッジ型インバータと、このインバータ
の出力側にて直列接続されたインダクタンス及びキャパ
シタンスと、このインダクタンス及びキャパシタンスに
直列接続され出力と絶縁する変圧器と、この変圧器の出
力を直流に変換する整流器と、この整流器の出力に接続
された負荷と、この負荷に印加する電圧及び負荷に流す
電流の設定信号に応じて、上記第一から第四のスイッチ
のオンとオフのタイミングを制御する手段を有して構成
されるDC−DCコンバターにおいて、 上記インバータの第一と第二のスイッチにはそれぞれ並
列接続されたロスレス(無損失)スナバとして用いるキ
ャパシタンスと、 上記インバータ第三と第四のスイッチにはそれぞれ直列
にロスレススナバとしてインダクタンスを設けたことを
特徴とするDC−DCコンバータ。1. A first series connection body comprising a DC power supply, a first switch connected to the positive electrode of the DC power supply, and a second switch connected to the negative electrode thereof, and connected to the positive electrode. A third switch and a fourth switch connected to the negative electrode, and a second series connection body connected in parallel to the first series connection body, and each of the first to fourth switches has a reverse connection. A full bridge type inverter having first to fourth diodes connected in parallel, receiving direct current from the direct current power source and converting it to alternating current, and an inductance and a capacitance connected in series at the output side of this inverter, A transformer that is connected in series with the inductance and capacitance to insulate the output, a rectifier that converts the output of this transformer into DC, and a load that is connected to the output of this rectifier. In the DC-DC converter configured to have means for controlling on / off timings of the first to fourth switches according to a setting signal of a voltage applied to the load and a current flowing in the load, the inverter The first and second switches are each connected in parallel with a capacitance used as a lossless snubber, and the inverters third and fourth switches are each provided with an inductance as a lossless snubber in series. And a DC-DC converter.
特許請求の範囲第1項記のDC−DCコンバータ。2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the load is an X-ray tube.
のタイミングを制御する手段として、負荷に印加する電
圧及び負荷に流す電流の設定信号に応じて上記第一から
第四のスイッチの動作周波数と位相差の制御を行う制御
回路を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の
DC−DCコンバータ。3. As a means for controlling the on and off timings of the first to fourth switches, the first to fourth switches of the first to fourth switches are controlled in accordance with a voltage applied to the load and a setting signal of a current flowing through the load. The DC-DC converter according to claim 1 or 2, further comprising a control circuit for controlling an operating frequency and a phase difference.
項1,2または3記載のDC−DCコンバータ。4. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the load is an X-ray tube.
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