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JPH06292361A - Resonance-type dc-dc converter - Google Patents

Resonance-type dc-dc converter

Info

Publication number
JPH06292361A
JPH06292361A JP5075657A JP7565793A JPH06292361A JP H06292361 A JPH06292361 A JP H06292361A JP 5075657 A JP5075657 A JP 5075657A JP 7565793 A JP7565793 A JP 7565793A JP H06292361 A JPH06292361 A JP H06292361A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
inverter
voltage
power supply
switching elements
Prior art date
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Granted
Application number
JP5075657A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3243666B2 (en
Inventor
Jun Takahashi
順 高橋
Hiroshi Takano
博司 高野
Kazuhiko Sakamoto
和彦 坂本
Keishin Hatakeyama
敬信 畠山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Original Assignee
Hitachi Medical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Medical Corp filed Critical Hitachi Medical Corp
Priority to JP07565793A priority Critical patent/JP3243666B2/en
Publication of JPH06292361A publication Critical patent/JPH06292361A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3243666B2 publication Critical patent/JP3243666B2/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent the breakdown of a switching element due to the recovery current of a diode by connecting an inductance between the connection point of the first and second switching elements of an inverter and/or the connection point of third and fourth switching elements and the neutral point of a DC power supply. CONSTITUTION:An inductance is connected, as an auxiliary circuit, either or both between the connection point of first and second switching elements 20a and 20b of an inverter 4 and the neutral point of a DC power supply 1 and between the connection point of third and fourth switching elements 20c and 20d and the neutral point of the DC power supply, 1 thus constantly maintaining the operation mode of phase difference so tat the current flowing to arms 10a-10d of the inverter 4 is negative on turn-on and positive on turn-off and hence preventing the breakdown of the switching elements 20a-20d due to the recovery current of diodes 3a-3d.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、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
て直流電圧を負荷に供給する位相差制御方式の共振型D
C−DCコンバータに係り、特に、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と共に、上記イン
バータの各スイッチング素子にかかる電圧の変化率を小
さくして低ノイズ化を図り、またインバータ動作開始時
のロスレススナバ回路の短絡などに起因するスイッチン
グ素子の破壊防止を図った共振型DC−DCコンバータ
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase difference control type resonance type D which sends an AC voltage from a DC power source through an inverter to a transformer, rectifies its output and supplies the DC voltage to a load.
In particular, the present invention relates to a C-DC converter, which reduces loss in the switching element to achieve high efficiency, reduces the rate of change of voltage applied to each switching element of the inverter, and reduces noise. The present invention relates to a resonance type DC-DC converter designed to prevent switching elements from being damaged due to a short circuit of a lossless snubber circuit at the start of operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】X線装置などに使用される直流電源装置
の一つとして、小型軽量化及び高効率化のためにDC−
DCコンバータと呼ばれるスイッチング方式の電源装置
が広く用いられている。しかし、現在、広く用いられて
いるスイッチング方式の電源装置は、基本的にPWM制
御しているものであるため、取り扱う電圧及び電流波形
が方形波となり、次のような問題点がある。
2. Description of the Related Art As one of DC power supply devices used for X-ray equipment, a DC-type power supply device has been used for downsizing and weight saving and high efficiency.
A switching type power supply device called a DC converter is widely used. However, since the switching type power supply device that is widely used at present is basically PWM-controlled, the voltage and current waveforms to be handled are square waves, and there are the following problems.

【0003】(1)スイッチングノイズが発生しやす
い。
(1) Switching noise is likely to occur.

【0004】(2)スイッチング時におけるスイッチン
グ素子での損失が大きい。
(2) The loss in the switching element during switching is large.

【0005】(3)変換器の動作周波数の上限がスイッ
チング素子のスイッチング時間に大きく依存する。
(3) The upper limit of the operating frequency of the converter largely depends on the switching time of the switching element.

【0006】これらの問題点の解決策として、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
電流波形を正弦波状にし、スイッチング時のスイッチン
グ素子の負担を軽減するDC−DCコンバータの開発が
進んでいる。このような共振型DC−DCコンバータの
出力電圧を制御する方法に位相差制御方式があるが、従
来のこの種の制御方式を用いた共振型DC−DCコンバ
ータとして、特開昭63−190556号公報に記載さ
れたものがある。
As a solution to these problems, in recent years, a DC-DC converter which reduces the load on the switching element at the time of switching by inserting a resonant element into a part of the converter to make the voltage waveform or the current waveform sinusoidal. Development is in progress. There is a phase difference control method as a method for controlling the output voltage of such a resonance type DC-DC converter, and as a resonance type DC-DC converter using this type of conventional control method, Japanese Patent Laid-Open No. 63-190556. Some are described in the official gazette.

【0007】この共振型DC−DCコンバータは、図6
に示すように、直流電源1と、この直流電源1の正極+
に接続された第1のスイッチング素子2a及び負極−に
接続された第2のスイッチング素子2bからなる第1の
直列接続体を有すると共に上記正極+に接続された第3
のスイッチング素子2c及び負極−に接続された第4の
スイッチング素子2dからなり上記第1の直列接続体に
並列接続された第2の直列接続体を有しかつ上記第1〜
第4のスイッチング素子2a〜2dにそれぞれ逆並列接
続された第1〜第4のダイオード3a〜3dを有し上記
直流電源1からの直流を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し負
荷に直流出力を供給する整流器8と、この整流器8の出
力側に接続された負荷9に印加する電圧及び負荷9に流
す電流の設定信号に応じて上記第1〜第4のスイッチン
グ素子2a〜2dのオン,オフのタイミングを制御する
手段(図示省略)とを有してなり、上記負荷に所望の電
圧,電流にて直流出力を供給するものである。
This resonance type DC-DC converter is shown in FIG.
As shown in, the DC power supply 1 and the positive electrode of the DC power supply 1 +
Has a first series connection body composed of a first switching element 2a connected to the negative pole and a second switching element 2b connected to the negative pole −, and a third series connected to the positive pole +
And a second series connection body parallelly connected to the first series connection body, the second series connection body being composed of the switching element 2c and the fourth switching element 2d connected to the negative electrode.
An inverter 4 having first to fourth diodes 3a to 3d respectively connected in antiparallel to the fourth switching elements 2a to 2d and converting the direct current from the direct current power supply 1 into an alternating current.
, An inductance 5 and a capacitance 6 connected in series on the output side of the inverter 4, a transformer 7 connected in series with the inductance 5 and the capacitance 6 and insulated from the output, and the output of the transformer 7 is converted into a direct current. A rectifier 8 for supplying a direct current output to the load, and a voltage applied to the load 9 connected to the output side of the rectifier 8 and a setting signal for the current flowing through the load 9 to set the first to fourth switching elements 2a. .About.2d on / off timing control means (not shown), and supplies a DC output to the load at a desired voltage and current.

【0008】なお、図6において、上記第1〜第4のス
イッチング素子2a〜2dとダイオード3a〜3dと
で、それぞれ第1のアーム10aと、第2のアーム10
bと、第3のアーム10cと、第4のアーム10dとが
構成されている。また、上記整流器8は、4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。更に、12は、上記整流器
8の出力電圧を負荷9に印加するための高電圧ケーブル
の静電容量を示しており、整流器8からの出力電圧を平
滑化するキャパシタンスとして機能する。
In FIG. 6, the first to fourth switching elements 2a to 2d and the diodes 3a to 3d respectively include a first arm 10a and a second arm 10 respectively.
b, the third arm 10c, and the fourth arm 10d are configured. Further, the rectifier 8 is configured so that the four diodes 11a, 11b, 11c, 11d perform full-wave rectification of the input voltage. Further, reference numeral 12 denotes the capacitance of the high voltage cable for applying the output voltage of the rectifier 8 to the load 9, and functions as a capacitance that smoothes the output voltage from the rectifier 8.

【0009】次に、上記のように構成された従来の共振
型DC−DCコンバータの動作について、図7を参照し
て簡単に説明する。図7において、(a),(b),
(c),(d)は、それぞれ図6に示すインバータ4の
第1のスイッチング素子2a,第4のスイッチング素子
2d,第2のスイッチング素子2b,第3のスイッチン
グ素子2cのオン,オフの期間を示している。そして、
この図7から明らかなように、第1のスイッチング素子
2aと第4のスイッチング素子2dとは位相差αだけず
れてオンし、また、第2のスイッチング素子2bと第3
のスイッチング素子2cも位相差αだけずれてオンする
ようになっている。更に、第1のスイッチング素子2a
と第2のスイッチング素子2b、及び第3のスイッチン
グ素子2cと第4のスイッチング素子2dは、それぞれ
180゜の位相差で交互にオンする。
Next, the operation of the conventional resonance type DC-DC converter configured as described above will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 7, (a), (b),
(C) and (d) are the ON and OFF periods of the first switching element 2a, the fourth switching element 2d, the second switching element 2b, and the third switching element 2c of the inverter 4 shown in FIG. 6, respectively. Is shown. And
As is apparent from FIG. 7, the first switching element 2a and the fourth switching element 2d are turned on with a phase difference α, and the second switching element 2b and the third switching element 2d are turned on.
The switching element 2c is also turned on with a phase difference α. Furthermore, the first switching element 2a
The second switching element 2b and the third switching element 2c and the fourth switching element 2d are alternately turned on with a phase difference of 180 °.

【0010】以上の動作では、(a)及び(b)に示す
第1のスイッチング素子2a及び第4のスイッチング素
子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2のスイッチング素子2b
及び第3のスイッチング素子2cが同時にオンしている
期間(Tb6〜Tb7)だけ図6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の出力電力波形Vt は
図7(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。
In the above operation, the periods (Tb3 to Tb4) shown in (a) and (b) in which the first switching element 2a and the fourth switching element 2d are simultaneously turned on, and (c) and (d). ) 2nd switching element 2b
Since electric power is supplied from the DC power supply 1 shown in FIG. 6 only during a period (Tb6 to Tb7) in which the third switching element 2c and the third switching element 2c are simultaneously turned on, the output power waveform Vt of the inverter 4 is shown in FIG. 7 (j). Thus, the voltage is a square wave having positive and negative peak values only during the above period.

【0011】したがって、第1のスイッチング素子2a
と第4のスイッチング素子2dとの位相差αあるいは第
2のスイッチング素子2bと第3のスイッチング素子2
cとの位相差αを変化させると、それぞれのスイッチン
グ素子2a〜2dが同時にオンする期間を変化させるこ
とができ、図6に示す負荷9に供給する電力を制御する
ことができる。
Therefore, the first switching element 2a
Difference α between the second switching element 2b and the fourth switching element 2d or the second switching element 2b and the third switching element 2d
By changing the phase difference α with respect to c, it is possible to change the period in which the respective switching elements 2a to 2d are simultaneously turned on, and it is possible to control the power supplied to the load 9 shown in FIG.

【0012】この場合の該当するスイッチング素子間の
位相差αと、出力電圧Vt との関係を示すと図8のよう
になる。この図8は、横軸を位相差αとし、縦軸を負荷
9への出力電圧Vt として、この位相差αと出力電圧V
t 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所定のカーブで表わし
たグラフである。
The relationship between the output voltage Vt and the phase difference α between the corresponding switching elements in this case is shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the phase difference α and the vertical axis represents the output voltage Vt to the load 9, and the phase difference α and the output voltage Vt.
The relation with t is the resistance value R1, R2, R3 (R1>
6 is a graph showing a predetermined curve with R2> R3) as a parameter.

【0013】なお、X線管を負荷9とするX線高電圧装
置では、X線管に印加する電圧(管電圧)の立上がりは
高速性を要求される。このため、図3の直流電源1(通
常は商用電源を整流して得られる)の電圧をある一定の
値に設定した状態でX線曝射を開始する方法をとってい
る。
In the X-ray high voltage device using the X-ray tube as the load 9, the voltage applied to the X-ray tube (tube voltage) is required to rise quickly. For this reason, a method of starting X-ray irradiation in a state where the voltage of the DC power supply 1 (normally obtained by rectifying a commercial power supply) in FIG. 3 is set to a certain constant value is adopted.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の共振型DC−DCコンバータにおける課題を以
下に説明する。まず、ターンオンが遅れない第1のスイ
ッチング素子2aとこれに逆並列接続された第1のダイ
オード3aとからなる第1のアーム10a、及び第2の
スイッチング素子2bとこれに逆並列接続された第2の
ダイオード3bとからなる第2のアーム10bの動作を
検討する。
The problems in the conventional resonance type DC-DC converter having the above-mentioned structure will be described below. First, a first arm 10a composed of a first switching element 2a whose turn-on is not delayed and a first diode 3a antiparallel-connected thereto, and a second switching element 2b and a first switching element 2b antiparallel-connected thereto. Consider the operation of the second arm 10b consisting of two diodes 3b.

【0015】図7(e)に示すように、第1のアーム1
0aに流れる電流I1 は、第1のスイッチング素子2a
へのオン信号が入力される時点Tb1では負である。した
がって、この時には、上記第1のスイッチング素子2a
に印加する電圧は、第1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1のスイッチング素子2aに電流が流れ始め
る時のそのスイッチング素子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1
のスイッチング素子2aがターンオフする時点Tb4で
は、上記第1のアーム10aに流れる電流I1 は、図7
(e)に示すように正である。
As shown in FIG. 7E, the first arm 1
The current I1 flowing through 0a is the first switching element 2a.
It is negative at the time point Tb1 when the ON signal is input to. Therefore, at this time, the first switching element 2a
The voltage applied to is only the ON voltage of the first diode 3a and is almost zero. The loss of the switching element 2a when the current changes from negative to positive and the current starts to flow through the first switching element 2a is zero because it is the product of the voltage and the current at that time. However, the first
At the time Tb4 when the switching element 2a of FIG. 7 is turned off, the current I1 flowing through the first arm 10a is
It is positive as shown in (e).

【0016】上記第1のスイッチング素子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9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
イッチング素子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1のスイッチング素子2aは、斜
線を付して示す領域分の損失を生じることとなる。この
ような動作は、第2のアーム10bについても同様であ
る。
The operation until the first switching element 2a starts to turn off and the current becomes zero is shown in FIG. 9. As shown in this figure, the voltage of the switching element 2a before the current becomes zero. As a result, the current and voltage cause a loss in the first switching element 2a corresponding to a shaded area. Such an operation is also the same for the second arm 10b.

【0017】上記のような損失を低減するためには、例
えば図10(a)に示すようにキャパシタンス14と抵
抗15を直列接続した構成や、同図(b)に示すように
キャパシタンス14、抵抗15及びダイオード16を組
み合わせた構成の、ロスレススナバ回路と呼ばれる回路
を、トランジスタなどのスイッチング素子13に対して
並列接続して用いていた。
In order to reduce the loss as described above, for example, as shown in FIG. 10A, a capacitance 14 and a resistor 15 are connected in series, or as shown in FIG. 10B, the capacitance 14 and the resistor 15 are connected in series. A circuit called a lossless snubber circuit having a configuration in which 15 and a diode 16 are combined is used by being connected in parallel to the switching element 13 such as a transistor.

【0018】このようなロスレススナバ回路を、上記第
1及び第2のスイッチング素子2a,2bに並列に設け
ると、各スイッチング素子2a,2bがターンオフする
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。
When such a lossless snubber circuit is provided in parallel with the first and second switching elements 2a and 2b, the rise of the voltage when each switching element 2a and 2b is turned off is suppressed, and at the time of turn off. It was possible to reduce the switching loss.

【0019】しかし、上記のようなロスレススナバ回路
では、図10に示すスイッチング素子13がオフしてい
るときに、キャパシタンス14に蓄積された電荷は、上
記スイッチング素子13がターンオンすると、そのスイ
ッチング素子13と抵抗15を介して放電されるので、
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がないと過大な電流が流れ、スイッチング素子1
3を破壊することとなる。
However, in the lossless snubber circuit as described above, when the switching element 13 shown in FIG. 10 is off, the charge accumulated in the capacitance 14 is turned on when the switching element 13 is turned on. And is discharged through the resistor 15,
The resistor 15 causes a loss. And this resistance 15
Is for controlling the maximum value of the current at this time, an excessive current flows without the resistor 15 and the switching element 1
3 will be destroyed.

【0020】上記抵抗15による損失は、スイッチング
素子13がターンオンとターンオフとを繰り返す毎に生
じるので、図6に示すインバータ4においては、各スイ
ッチング素子2a,2bの損失がそのインバータ4の動
作周波数に比例して増加する。特に、このような共振型
DC−DC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。
Since the loss due to the resistor 15 occurs each time the switching element 13 is repeatedly turned on and off, in the inverter 4 shown in FIG. 6, the loss of each switching element 2a, 2b becomes equal to the operating frequency of the inverter 4. Increase in proportion. In particular, in such a resonance type DC-DC converter, it is common to increase the operating frequency in order to reduce the size and weight of the device, resulting in an extremely large switching loss.

【0021】次に、図6及び図7に示す構成及び動作に
おいて、ターンオンが遅れる第3のスイッチング素子2
cとこれに逆並列接続された第3のダイオード3cとか
らなる第3のアーム10c、及び第4のスイッチング素
子2dとこれに逆並列接続された第4のダイオード3d
とからなる第4のアーム10dの動作を検討する。図7
に示す例では、同図(b)に示す第4のスイッチング素
子2dのオン信号が出力されている期間Tb3〜Tb6内の
時点Tb5に第4のアーム10dの電流I4はゼロとなり
(図7(f)参照)、その時点Tb5以後は負の電流が流
れる。すなわち、第4のアーム10dにおいて逆並列接
続された第4のダイオード3dに電流が流れる。その
後、時点Tb6において、図7(b)に示すように第4の
スイッチング素子2dへのオン信号がなくなり、同図
(d)に示すように第3のスイッチング素子2cがター
ンオンを開始する。これにより、それまで上記第4のダ
イオード3dを流れていた電流は、第3のスイッチング
素子2cに転流し、第4のダイオード3dは逆バイアス
されてターンオフする。
Next, in the configuration and operation shown in FIGS. 6 and 7, the third switching element 2 whose turn-on is delayed is delayed.
c and a third arm 10c composed of a third diode 3c connected in anti-parallel thereto, and a fourth switching element 2d and a fourth diode 3d connected in anti-parallel thereto.
Consider the operation of the fourth arm 10d consisting of Figure 7
In the example shown in FIG. 7, the current I4 of the fourth arm 10d becomes zero at time Tb5 within the period Tb3 to Tb6 during which the ON signal of the fourth switching element 2d shown in FIG. f)), a negative current flows after that time Tb5. That is, a current flows through the fourth diode 3d that is connected in anti-parallel in the fourth arm 10d. After that, at time Tb6, the ON signal to the fourth switching element 2d disappears as shown in FIG. 7B, and the third switching element 2c starts to turn on as shown in FIG. 7D. As a result, the current that has been flowing through the fourth diode 3d until then is commutated to the third switching element 2c, and the fourth diode 3d is reverse biased and turned off.

【0022】しかし、このとき上記第4のダイオード3
d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3dにリカバリ
電流と呼ばれる電流が流れる。したがって、このリカバ
リ電流が流れている間は、図6に示す第3のアーム10
cと第4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ング損失が増大するば
かりでなく、第3及び第4のスイッチング素子2c,2
dを破壊することもあった。このような動作は、第3の
スイッチング素子2cがターンオフするときにも同様と
なる。
However, at this time, the fourth diode 3
d cannot be instantly turned off, and a current called a recovery current flows through the diode 3d until the junction capacitance of the PN junction is charged. Therefore, while the recovery current is flowing, the third arm 10 shown in FIG.
c and the fourth arm 10d are equivalent to a short-circuited state, and an excessive current flows to increase the switching loss, as well as the third and fourth switching elements 2c, 2
Sometimes d was destroyed. Such an operation is the same when the third switching element 2c is turned off.

【0023】以上のように、従来の共振型DC−DCコ
ンバータにおける位相差制御においては、図6に示すイ
ンバータ4の第1及び第2のアーム10a,10bの動
作と、第3及び第4のアーム10c,10dの動作とは
異なっており、第1及び第2のアーム10a,10bで
はロスレススナバ回路(図10参照)によるスイッチン
グ損失が増大したり、第3及び第4のアーム10c,1
0dでは各スイッチング素子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ング素子2c,2dが破壊
されるという問題があった。
As described above, in the phase difference control in the conventional resonance type DC-DC converter, the operation of the first and second arms 10a and 10b of the inverter 4 shown in FIG. 6 and the operation of the third and fourth arms are performed. This is different from the operation of the arms 10c and 10d. In the first and second arms 10a and 10b, the switching loss due to the lossless snubber circuit (see FIG. 10) increases or the third and fourth arms 10c and 1d.
At 0d, there has been a problem that the switching elements 2c, 2d are destroyed by arm short circuit due to the recovery current of the diodes 3c, 3d connected in antiparallel to the switching elements 2c, 2d.

【0024】その他にも、各スイッチング素子2a〜2
dにかかる電圧が大きく、各スイッチング素子2a〜2
dに流れる電流の時間変化率が大きいことから、発生す
る電磁波障害ノイズが大きくなり、制御系に悪影響を及
ぼすことがあった。特に、このような共振型DC−DC
コンバータをX線装置としてのX線CT装置(X線コン
ピュータ断層装置)などの電源装置に用いた場合、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4のすぐ近く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)を検出しなければならないことに
なり、その電磁波障害ノイズの影響は非常に大きくな
り、強く改善が求められていた。
Besides, each of the switching elements 2a-2
Since the voltage applied to d is large, each switching element 2a-2
Since the time change rate of the current flowing through d is large, the electromagnetic interference noise generated becomes large, which may adversely affect the control system. In particular, such a resonance type DC-DC
When the converter is used as a power supply device such as an X-ray CT device (X-ray computed tomography device) as an X-ray device, a diagnostic image is formed in the immediate vicinity of the inverter 4 that switches several hundred volts and several hundred amperes. Therefore, it is necessary to detect a very small signal (several microvolts), and the influence of the electromagnetic interference noise becomes very large, and there has been a strong demand for improvement.

【0025】本発明は、このような問題点に対処し、イ
ンバータの各スイッチング素子にかかる電圧の変化率が
小さく電磁波障害ノイズを低減できると共に、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、更に、ダイオードのリカバリ電流やインバータ動作
開始時のロスレススナバ回路の短絡に起因するスイッチ
ング素子の破壊を防止することのできる共振型DC−D
Cコンバータを提供することを目的とする。
The present invention addresses such a problem, the change rate of the voltage applied to each switching element of the inverter is small, the electromagnetic interference noise can be reduced, and the loss in the switching element is reduced to improve the efficiency. Resonant DC-D that can be achieved and can prevent the breakdown of the switching element due to the recovery current of the diode and the short circuit of the lossless snubber circuit at the start of the inverter operation.
An object is to provide a C converter.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】上記課題は、(1)イン
バータの各スイッチング素子に流れる電流が、ターンオ
ン時に負(スイッチング素子に逆並列接続されたダイオ
ードに電流が流れている状態)となり、また、ターンオ
ン時に正の方向に流れるような位相差と周波数の動作モ
ードを維持すること、(2)スイッチング素子のオフ時
にスイッチング素子にかかる電圧の急激な上昇を抑える
ために、各スイッチング素子と並列にキャパシタンスの
みによるロスレス(無損失)スナバ回路を接続するこ
と、(3)インバータ入力電圧がゼロの時点から位相差
を180゜にして、インバータ周期の前半の半周期間は
第1のスイッチング素子と第3のスイッチング素子を同
時に、後半の半周期間は第2のスイッチング素子と第4
のスイッチング素子を同時にオンさせ、この動作を負荷
への直流出力供給が開始されるまで繰り返すことなどに
よってインバータ動作開始時のロスレススナバキャパシ
タンスに充電される電圧をほぼゼロにしてスイッチング
素子に流れる過電流を抑制すること、によって、解決さ
れる。
The above problems are as follows. (1) The current flowing through each switching element of the inverter becomes negative at the time of turn-on (the current is flowing through the diode connected in antiparallel to the switching element), and , Maintaining an operation mode of phase difference and frequency that flows in the positive direction at turn-on, (2) in parallel with each switching element in order to suppress a sharp rise in the voltage applied to the switching element when the switching element is off. Connect a lossless snubber circuit with only capacitance. (3) Set the phase difference to 180 ° from the time when the inverter input voltage is zero, and use the first switching element and the third switching element during the first half of the inverter cycle. Of the second switching element and the fourth switching element during the latter half cycle at the same time.
By turning on the switching elements at the same time and repeating this operation until the DC output supply to the load is started, the voltage charged in the lossless snubber capacitance at the start of inverter operation becomes almost zero and the overcurrent flowing in the switching element It is solved by suppressing.

【0027】本発明の目的は、上記(1)、(2)、
(3)の条件を満足するスイッチング(ソフトスイッチ
ングという)制御を行うことで達成される。すなわち、
中性点を有する直流電源と、この直流電源の正極に接続
された第1のスイッチング素子及び負極に接続された第
2のスイッチング素子からなる第1の直列接続体を有す
ると共に上記正極に接続された第3のスイッチング素子
及び負極に接続された第4のスイッチング素子からなり
上記第1の直列接続体に並列接続された第2の直列接続
体を有しかつ上記第1〜第4のスイッチング素子にそれ
ぞれ逆並列接続された第1〜第4のダイオードを有し上
記直流電源からの直流を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接続された少なくとも変圧器
を含んだインバータ出力回路と、上記変圧器に接続され
その出力を直流に変換する整流器とを有してなり、上記
整流器の出力側に接続される負荷に所望の電圧,電流に
て直流出力を供給する共振型DC−DCコンバータにお
いて、上記第1〜第4のスイッチング素子にそれぞれ並
列接続された第1〜第4のロスレススナバキャパシタン
スと、上記第1及び第2のスイッチング素子の接続点と
上記直流電源の中性点との間、並びに上記第3及び第4
のスイッチング素子の接続点と上記直流電源の中性点と
の間のいずれか一方又は両方に接続されたインダクタン
スを備えてなる補助回路と、上記第1及び第2のスイッ
チング素子は180゜の位相差で交互にオンさせ、上記
第3及び第4のスイッチング素子も同様に180゜の位
相差でオンさせると共に、上記スイッチング素子のオン
時間は、上記インバータの動作周期の1/2よりも僅か
に小さく設定して上記第1及び第2のスイッチング素子
のオン時点相互間と上記第3及び第4のスイッチング素
子のオン時点相互間の各々にデッドタイムを設け、かつ
第1のスイッチング素子がターンオンしてから第4のス
イッチング素子がターンオンする位相差及び第2のスイ
ッチング素子がターンオンしてから第3のスイッチング
素子がターンオンする位相差を各々変化させることによ
って上記負荷に供給する電力を制御すると共に、上記第
1〜第4のスイッチング素子へオン信号が入力される時
点では、上記第1〜第4のダイオードが通電中となる周
波数及び位相差で上記第1〜第4のスイッチング素子を
駆動させ、上記直流電源の電圧の立ち上げ時から上記整
流器の出力直流電圧が所定の電圧に達するまでの動作開
始期間において上記位相差を最大の状態で上記各スイッ
チング素子を駆動させる制御手段とを設けることで達成
される。
The object of the present invention is to provide the above (1), (2),
This is achieved by performing switching (called soft switching) control that satisfies the condition (3). That is,
A direct current power supply having a neutral point, a first series connection body composed of a first switching element connected to the positive electrode of the direct current power supply and a second switching element connected to the negative electrode, and connected to the positive electrode. A third switching element and a fourth switching element connected to the negative electrode, and a second series connection body connected in parallel to the first series connection body, and the first to fourth switching elements. An inverter for converting direct current from the direct current power source into alternating current, which has first to fourth diodes respectively connected in anti-parallel to
It has an inverter output circuit including at least a transformer connected to the output side of this inverter, and a rectifier connected to the transformer and converting its output to direct current, and connected to the output side of the rectifier. In a resonance type DC-DC converter that supplies a DC output to a load at a desired voltage and current, first to fourth lossless snubber capacitances respectively connected in parallel to the first to fourth switching elements, and the first to fourth lossless snubber capacitances. Between the connection point of the first and second switching elements and the neutral point of the DC power supply, and the third and fourth
An auxiliary circuit having an inductance connected to either or both of the connection point of the switching element and the neutral point of the DC power source, and the first and second switching elements are at a 180 ° position. The switching elements are alternately turned on with a phase difference, the third and fourth switching elements are also turned on with a phase difference of 180 °, and the ON time of the switching element is slightly less than 1/2 of the operating cycle of the inverter. A small dead time is provided between the ON times of the first and second switching elements and between the ON times of the third and fourth switching elements, and the first switching element is turned on. Phase difference at which the fourth switching element is turned on and the third switching element is turned on after the second switching element is turned on The electric power supplied to the load is controlled by changing the phase difference of each of the switching elements, and at the time when the ON signal is input to the first to fourth switching elements, the first to fourth diodes are energized. The first to fourth switching elements are driven with a frequency and a phase difference that are equal to the above, and the above-mentioned level is maintained in the operation start period from the rise of the voltage of the DC power supply to the output DC voltage of the rectifier reaching a predetermined voltage. This is achieved by providing a control means for driving each of the switching elements in a state where the phase difference is maximum.

【0028】また、上記動作開始期間中、上記変圧器一
次側又は上記インバータ出力端相互間を短絡させる制御
手段とを設けることで達成される。
Further, it is achieved by providing control means for short-circuiting the primary side of the transformer or the output terminals of the inverter during the operation start period.

【0029】なお、ロスレススナバに用いるキャパシタ
ンスの値は、デッドタイム中に充放電が完了可能な範囲
内で、設定しなければならない。
The value of the capacitance used for the lossless snubber must be set within the range where charging / discharging can be completed during the dead time.

【0030】[0030]

【作用】上述構成によれば、インバータの第1及び第2
のスイッチング素子の接続点と直流電源の中性点との
間、並びに第3及び第4のスイッチング素子の接続点と
直流電源の中性点との間のいずれか一方又は両方にイン
ダクタンスを補助回路として接続したことにより、上記
インバータの各アームに流れる電流がターンオン時に負
となり、ターンオフ時には正となる位相差の動作モード
を常に維持でき、ダイオードのリカバリ電流に起因する
スイッチング素子の破壊が防止される。
According to the above construction, the first and second inverters are provided.
An auxiliary circuit between the connection point of the switching element and the neutral point of the DC power source, and between the connection point of the third and fourth switching elements and the neutral point of the DC power source, or both. As a result, the current flowing in each arm of the inverter becomes negative at the time of turn-on, and the operation mode of the phase difference becomes positive at the time of turn-off, and the operation mode of the phase difference can always be maintained, and the destruction of the switching element due to the recovery current of the diode is prevented. .

【0031】また、上記インバータの第1〜第4のスイ
ッチング素子にはキャパシタンスをロスレススナバ回路
としてそれぞれ並列に接続したことにより、デッドタイ
ム期間中の上記ロスレススナバキャパシタンスの充放電
によって各スイッチング素子にかかる電圧の時間変化率
の小さいソフトスイッチング素子が実現できる。したが
って、上記スイッチング素子にかかる電圧の変化率が小
さく、ノイズが低減されると共に、そのスイッチング素
子での損失が低減して高効率化される。
Further, since capacitances are connected in parallel as lossless snubber circuits to the first to fourth switching elements of the inverter, the switching elements are charged and discharged by charging and discharging the lossless snubber capacitance during the dead time period. It is possible to realize a soft switching element having a small voltage change rate with time. Therefore, the change rate of the voltage applied to the switching element is small, the noise is reduced, and the loss in the switching element is reduced to improve the efficiency.

【0032】更に、直流電源の電圧の立ち上げ時から整
流器の出力直流電圧が所定の電圧に達するまで、及びそ
の後の期間共に、スイッチング素子がターンオンする際
には、常にそれと逆並列接続されたダイオードに電流が
流れ、ロスレススナバキャパシタンスに無用な充電がな
されないので、ロスレススナバキャパシタンスの短絡を
防いでインバータの各スイッチング素子の過電流がなく
なり、それらスイッチング素子の破壊が防止される。
Further, when the switching element is turned on, from the time when the voltage of the DC power supply is raised to when the output DC voltage of the rectifier reaches a predetermined voltage, and when the switching element is turned on, the diode connected in anti-parallel connection is always used. Since a current flows through the lossless snubber capacitance, the lossless snubber capacitance is not unnecessarily charged. Therefore, the lossless snubber capacitance is prevented from being short-circuited, the overcurrent of each switching element of the inverter is eliminated, and the destruction of the switching elements is prevented.

【0033】[0033]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は、本発明による共振型DC−DCコンバー
タの一実施例を示す回路図である。この共振型DC−D
Cコンバータは、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負
荷に供給する電力変換器となるもので、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、高電圧変圧器7と、高電圧整
流器8と、負荷としてのX線管17と、インバータ制御
手段である周波数位相制御回路71と、この周波数位相
制御回路71に周波数,位相などの設定値を与える周波
数決定回路76,位相決定回路70と、周波数位相制御
回路71からの信号を受けてインバータ4を駆動する駆
動回路72〜74とを有してなり、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 be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a resonance type DC-DC converter according to the present invention. This resonance type DC-D
The C converter serves as a power converter that sends an AC voltage from a DC power source to a transformer via an inverter, rectifies the output of the AC power source, and supplies the DC voltage to a load. As shown in FIG. , Inverter 4, and inductance 5
And a capacitance 6, a high-voltage transformer 7, a high-voltage rectifier 8, an X-ray tube 17 as a load, a frequency phase control circuit 71 as an inverter control means, and a frequency, phase, etc. in the frequency phase control circuit 71. And a drive circuit 72-74 for driving the inverter 4 by receiving a signal from the frequency / phase control circuit 71. It is called a device.

【0034】上記直流電源1は、例えば二次電池などで
あり、図1においては便宜上左右対称に2つずつの電源
E/2を図示している。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、直流電源
1の正極+に接続された第1のスイッチング素子として
のトランジスタ20a及び直流電源1の負極−に接続さ
れた第2のスイッチング素子としてのトランジスタ20
bからなる第1の直列接続体と、上記正極+に接続され
た第3のスイッチング素子としてのトランジスタ20c
及び負極−に接続された第4のスイッチング素子として
のトランジスタ20dからなり上記第1の直列接続体に
並列接続された第2の直列接続体と、上記各トランジス
タ20a〜20dにそれぞれ逆並列接続された第1〜第
4のダイオード3a〜3dとからなる。
The DC power source 1 is, for example, a secondary battery, and in FIG. 1, two power sources E / 2 are shown symmetrically for the sake of convenience. The inverter 4 receives DC from the DC power supply 1 and converts it into AC, and is connected to the transistor 20 a as the first switching element connected to the positive electrode + of the DC power supply 1 and the negative electrode − of the DC power supply 1. Transistor 20 as a second switching element
and a transistor 20c serving as a third switching element connected to the positive electrode + and a first series connection body made of b.
And a second series-connected body, which is connected in parallel to the first series-connected body and which is composed of a transistor 20d as a fourth switching element connected to the negative electrode, and antiparallel-connected to the transistors 20a to 20d, respectively. It also includes first to fourth diodes 3a to 3d.

【0035】なお、上記各トランジスタ20a〜20d
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1のトランジスタ2
0aと第1のダイオード3aとで第1のアーム10a
を、第2のトランジスタ20bと第2のダイオード3b
とで第2のアーム10bを、第3のトランジスタ20c
と第3のダイオード3cとで第3のアーム10cを、第
4のトランジスタ20dと第4のダイオード3dとで第
4のアーム10dを、それぞれ構成している。
The above transistors 20a to 20d are provided.
Are turned on by passing a base current, respectively. And the first transistor 2
0a and the first diode 3a form the first arm 10a.
To the second transistor 20b and the second diode 3b.
To connect the second arm 10b to the third transistor 20c.
And the third diode 3c form a third arm 10c, and the fourth transistor 20d and the fourth diode 3d form a fourth arm 10d.

【0036】上記インバータ4の出力側には、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
のインダクタンス5とキャパシタンス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には高電圧変圧器7の一次巻線が直列接続されてお
り、この高電圧変圧器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。
An inductance 5 is connected to the output side of the inverter 4, and a capacitance 6 is connected in series to the inductance 5. The inductance 5 and the capacitance 6 form a resonance circuit. A primary winding of a high-voltage transformer 7 is connected in series to the inductance 5 and the capacitance 6, and the high-voltage transformer 7 boosts the output voltage from the inverter 4 and isolates it from the output.

【0037】高電圧整流器8は、上記高電圧変圧器7か
らの出力電圧を全波整流して直流に変換するもので、図
6に示すと同様に4つのダイオード11a〜11dから
なる。更に、上記高電圧整流器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、12は、上記
高電圧整流器8の出力電圧を平滑化するキャパシタンス
である。
The high voltage rectifier 8 is for full-wave rectifying the output voltage from the high voltage transformer 7 and converting it into a direct current, and is composed of four diodes 11a to 11d as shown in FIG. Further, an X-ray tube 17 is connected to the output side of the high voltage rectifier 8 as a load. Reference numeral 12 is a capacitance that smoothes the output voltage of the high voltage rectifier 8.

【0038】ここで、本発明においては、上記インバー
タ4の第1〜第4のトランジスタ20a〜20dには、
ロスレス(無損失)スナバ回路として用いる第1〜第4
のロスレススナバキャパシタンス22a〜22dがそれ
ぞれ並列に接続されると共に、第1及び第2のトランジ
スタ20a,20bの接続点と直流電源1の中性点(電
位E/2)との間、並びに第3及び第4のトランジスタ
20c,20dの接続点と上記直流電源1の中性点との
間には、補助回路としてそれぞれインダクタンス23
a,23bが接続されている。
Here, in the present invention, the first to fourth transistors 20a to 20d of the inverter 4 are
First to fourth used as lossless snubber circuit
Lossless snubber capacitances 22a to 22d are respectively connected in parallel, and between the connection point of the first and second transistors 20a and 20b and the neutral point (potential E / 2) of the DC power source 1 and the third point. Between the connection point of the fourth transistors 20c and 20d and the neutral point of the DC power supply 1, an inductance 23 is provided as an auxiliary circuit.
a and 23b are connected.

【0039】位相決定回路70はX線管17に印加する
電圧(以下、管電圧という)及びX線管17に流す電流
(以下、管電流という)に対応した信号によって第1〜
第4のトランジスタ20a〜20dの動作位相を決める
ものである。周波数決定回路76は管電圧に対応した信
号によって第1〜第4のトランジスタ20a〜20dの
動作周波数を決めるものである。周波数位相制御回路7
1は位相決定回路70及び周波数決定回路76の信号に
応じて第1〜第4のトランジスタ20a〜20dの動作
する位相及び周波数に対する信号をX線曝射信号によっ
て出力するものである。駆動回路72〜75はそれぞれ
周波数位相制御回路71からの信号に従って第1〜第4
のトランジスタ20a〜20dを駆動するものである。
The phase determination circuit 70 is divided into first to first by a signal corresponding to a voltage applied to the X-ray tube 17 (hereinafter referred to as a tube voltage) and a current flowing in the X-ray tube 17 (hereinafter referred to as a tube current).
The operating phase of the fourth transistors 20a to 20d is determined. The frequency determining circuit 76 determines the operating frequencies of the first to fourth transistors 20a to 20d according to the signal corresponding to the tube voltage. Frequency phase control circuit 7
1 outputs a signal corresponding to the phase and frequency at which the first to fourth transistors 20a to 20d operate in accordance with the signals from the phase determining circuit 70 and the frequency determining circuit 76 as an X-ray exposure signal. The drive circuits 72 to 75 are arranged in accordance with the signals from the frequency phase control circuit 71, respectively.
It drives the transistors 20a to 20d.

【0040】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,高電圧変圧器7,高電圧整流器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6に示すと同様にそれぞれ第1のスイッチング素子2
a,第2のスイッチング素子2b,第3のスイッチング
素子2c,第4のスイッチング素子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、上記の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, high-voltage transformer 7, high-voltage rectifier 8, X-ray tube 17) in the resonance type DC-DC converter shown in FIG. The equivalent circuit shown in FIG. That is, the transistors 20a to 20d of the inverter 4 are
Similar to the case shown in FIG. 6, each of the first switching elements 2
a, the second switching element 2b, the third switching element 2c, and the fourth switching element 2d, and the X-ray tube 17 is represented as a load 9. Therefore, by using the equivalent circuit shown in FIG. 2, the principle of operation of the main circuit constituent part is shown in FIG.
And FIG. 4 will be described.

【0041】図2の等価回路において、インバータ4の
第1のアーム10a及び第2のアーム10b側に着目す
る。そして、インダクタンス23aを、直流電源1側へ
流れる電流をIaとし、上記第1及び第2のアーム10
a,10bから高電圧変圧器7側へ出力される電流をI
rとする。この状態で、第1のスイッチング素子2aが
オンのときにその第1のスイッチング素子2aを流れる
電流I1 は、 I1 =Ia+Ir …(1) で表される。
In the equivalent circuit of FIG. 2, attention is paid to the first arm 10a and the second arm 10b of the inverter 4. Then, the inductance 23a is set to the current Ia flowing to the DC power supply 1 side, and the first and second arms 10 are
The current output from the a and 10b to the high voltage transformer 7 side is I
Let r. In this state, the current I1 flowing through the first switching element 2a when the first switching element 2a is on is expressed by I1 = Ia + Ir (1).

【0042】ここで、第1のスイッチング素子2a及び
第2のスイッチング素子2bは約50%のデューティサ
イクルでオン,オフするので、定常状態における電流I
aの波形は図3(e)に示すような三角波となり、第1
のスイッチング素子2aをオフしたときに(図3(a)
参照)電流Iaは最大値Ia(max)となる。すなわち、
ターンオフ時の電流I1 (0) は上記の式(1)から、 I1 (0) =Ia(max) +Ir(0) …(2) となる。ただし、Ir(0) はターンオフ時の電流Irを
意味する。
Here, since the first switching element 2a and the second switching element 2b are turned on and off with a duty cycle of about 50%, the current I in the steady state is
The waveform of a becomes a triangular wave as shown in FIG.
When the switching element 2a is turned off (FIG. 3 (a))
The current Ia has the maximum value Ia (max). That is,
The current I1 (0) at turn-off is given by I1 (0) = Ia (max) + Ir (0) (2) from the above equation (1). However, Ir (0) means the current Ir at turn-off.

【0043】このとき、電流Iaの傾きはインダクタン
ス23aの値La及び直流電源1の中性点の電位E/2
によって決まるので、上記の最大値Ia(max) も上記L
a及びE/2によって決まる。したがって、ターンオフ
時の電流I1 (0) の大きさを常に一定値以上に設定する
ことが可能となる。すなわち、 I1 (0) =Ia(max) +Ir(0) >(一定値) …(3) となるようにIa(max) を設定することができる。
At this time, the gradient of the current Ia is the value La of the inductance 23a and the potential E / 2 at the neutral point of the DC power supply 1.
The maximum value Ia (max) above is also determined by L
It depends on a and E / 2. Therefore, it is possible to always set the magnitude of the current I1 (0) at turn-off to a certain value or more. That is, Ia (max) can be set so that I1 (0) = Ia (max) + Ir (0)> (constant value) (3).

【0044】そして、このように設定すれば、各スイッ
チング素子2a,2bにおいてターンオン時にそれぞれ
のアーム10a,10bに流れる電流は、以下に述べる
ように負(各スイッチング素子2a,2bに逆並列接続
されたそれぞれのダイオード3a,3bに電流が流れて
いる状態)となる。このとき、図3(a),(b)に示
すように、第1のスイッチング素子2aがオフしてから
第2のスイッチング素子2bがオンするまでの間には、
いずれのスイッチング素子2a,2bもオフした状態で
あるデッドタイム期間Td が設定されている。
With this setting, the currents flowing through the arms 10a and 10b at the time of turn-on in the switching elements 2a and 2b are negative (reversely connected in parallel to the switching elements 2a and 2b, respectively) as described below. In addition, a current is flowing through the respective diodes 3a and 3b). At this time, as shown in FIGS. 3A and 3B, between the time when the first switching element 2a is turned off and the time when the second switching element 2b is turned on,
A dead time period Td in which both of the switching elements 2a and 2b are turned off is set.

【0045】以上のことから、上記デッドタイム期間T
d 中に図2に示すロスレススナバ回路としてのキャパシ
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。これについて、図4(a)〜
(d)は、第1のスイッチング素子2aがオンの状態
(a)からそのスイッチング素子2aをオフし(b)、
所定のデッドタイム(b)〜(c)の後に、第2のスイ
ッチング素子2bをオンする(d)までのモードを示し
ている。
From the above, the dead time period T
Soft switching can be realized by effectively using the capacitances 22a and 22b as the lossless snubber circuit shown in FIG. About this, FIG.
(D) shows that the switching element 2a is turned off (b) from the state (a) in which the first switching element 2a is on,
It shows a mode until the second switching element 2b is turned on (d) after a predetermined dead time (b) to (c).

【0046】まず、図4(a)では、第1のスイッチン
グ素子2aのみがオンしており、図3(e)に示すよう
に、電流Iaは電流Irの極性に拘わらずほぼ直線的に
増加する。また、その傾きはインダクタンス23aの値
La及び電源電位E/2に依存している。このとき、第
1のキャパシタンス22aの電圧Vc1=0ボルト、第2
のキャパシタンス22bの電圧Vc2=Eボルトである。
First, in FIG. 4A, only the first switching element 2a is turned on, and as shown in FIG. 3E, the current Ia increases almost linearly regardless of the polarity of the current Ir. To do. Further, the inclination depends on the value La of the inductance 23a and the power supply potential E / 2. At this time, the voltage Vc1 of the first capacitance 22a = 0 volt,
The voltage Vc2 of the capacitance 22b is equal to E volt.

【0047】次に、図4(b)では、各スイッチング素
子2a,2bが共にオフとなる。このときは、図3
(e)に示すように電流Ia=Ia(max) であり、この
最大値Ia(max) の設定及び上掲(3)式により、ター
ンオフ時のスイッチング素子2aの電流I1 (0) は十分
大きな正の電流とすることができる。このため、図2に
示す補助回路としてのインダクタンス23a及び他のイ
ンダクタンス5並びにロスレススナバ回路としてのキャ
パシタンス22a,22bの共振現象により、上記キャ
パシタンス22aは充電を行い、同22bは放電を行
う。
Next, in FIG. 4B, both switching elements 2a and 2b are turned off. At this time,
As shown in (e), the current Ia = Ia (max), and the current I1 (0) of the switching element 2a at turn-off is sufficiently large according to the setting of this maximum value Ia (max) and the above equation (3). It can be a positive current. Therefore, due to the resonance phenomenon of the inductance 23a and the other inductance 5 as the auxiliary circuit and the capacitances 22a and 22b as the lossless snubber circuit shown in FIG. 2, the capacitance 22a is charged and the capacitance 22b is discharged.

【0048】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1のキャパシタ
ンス22aの電圧Vc1は0→Eボルトへ、第1のキャパ
シタンス22bの電圧Vc2はE→0ボルトへと変化し、
第2のダイオード3bが導通する。このとき、インダク
タンス23aを流れる電流Iaは、−E/2の電圧によ
り減少し始める。
Next, in FIG. 4C, charging / discharging of the capacitances 22a and 22b is completed, the voltage Vc1 of the first capacitance 22a goes from 0 to E volt, and the voltage Vc2 of the first capacitance 22b becomes E. → Change to 0 volts,
The second diode 3b becomes conductive. At this time, the current Ia flowing through the inductance 23a starts to decrease due to the voltage of -E / 2.

【0049】その後、図4(d)では、第2のスイッチ
ング素子2bにオン信号が与えられ、電流(Ia+I
r)の極性が正から負に反転すると、上記第2のスイッ
チング素子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1及び第2のキャパシタンス22a,22bの
電圧Vc1,Vc2の変化を示すと、図4(e)のグラフの
ようになる。上述動作は、図2に示すインバータ4の第
3のアーム10c及び第4のアーム10d側についても
同様である。
Then, in FIG. 4D, an ON signal is given to the second switching element 2b, and the current (Ia + I)
When the polarity of r) is reversed from positive to negative, the second switching element 2b is replaced with the one shown in FIGS.
Proceed as with. Note that changes in the voltages Vc1 and Vc2 of the first and second capacitances 22a and 22b during the operations of FIGS. 4A to 4D are shown in the graph of FIG. The above-described operation is the same on the side of the third arm 10c and the side of the fourth arm 10d of the inverter 4 shown in FIG.

【0050】以上のことから、ターンオフ時の電流I1
(0) が第1及び第2のキャパシタンス22a,22bの
充放電に必要な値以上となるように補助回路としてのイ
ンダクタンス23aの値Laを定め、図4(e)に示す
デッドタイム中に充放電が完了するようなキャパシタン
ス22a,22bの値を適宜選定することによって図2
に示す全てのスイッチング素子2a〜2dに対しロスレ
ススナバ回路としてのキャパシタンス22a〜22d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, the current I1 at turn-off is
The value La of the inductance 23a as the auxiliary circuit is set so that (0) is equal to or more than the value required for charging and discharging the first and second capacitances 22a and 22b, and the value is charged during the dead time shown in FIG. 4 (e). By appropriately selecting the values of the capacitances 22a and 22b that will complete the discharge, FIG.
Soft switching can be realized by effectively using the capacitances 22a to 22d as the lossless snubber circuit for all the switching elements 2a to 2d shown in FIG.

【0051】ここで、X線高電圧装置では、管電圧の立
上がりの高速性が要求されるので、通常、整流回路(図
示せず。直流電源1に相当する。)の出力電圧、すなわ
ちインバータ4の入力電圧をある一定の値に設定した状
態でインバータ4のスイッチング素子2a〜2dを動作
させて曝射を開始する。しかし、このような動作方法で
は、ロスレススナバ回路を用いた場合、起動時(インバ
ータ4の動作開始時)において、そのキャパシタンス2
2a〜22dを必ず短絡し、スイッチング素子2a〜2
dの破壊が起こる可能性がある。
In the X-ray high voltage apparatus, since the rising speed of the tube voltage is required to be high, the output voltage of the rectifier circuit (not shown, which corresponds to the DC power supply 1), that is, the inverter 4 is usually used. The exposure is started by operating the switching elements 2a to 2d of the inverter 4 with the input voltage of 1 set to a certain constant value. However, in such an operating method, when the lossless snubber circuit is used, the capacitance 2 of the capacitance 2 at the time of start-up (when the operation of the inverter 4 starts)
2a to 22d are always short-circuited, and switching elements 2a to 2d
Destruction of d may occur.

【0052】このため本発明においては、上記整流回路
(直流電源1)の出力電圧がゼロから位相差最大の状態
でインバータ4の動作を開始し、その後の上記整流回路
の出力電圧が設定電圧に達するまでその動作を続ける。
その後、曝射開始信号と同期してインバータ4の位相差
を小さくして負荷9に電力を供給し、X線を出力させ
る。
Therefore, in the present invention, the operation of the inverter 4 is started in a state where the output voltage of the rectifier circuit (DC power supply 1) is zero to the maximum phase difference, and the output voltage of the rectifier circuit thereafter becomes the set voltage. It continues its action until it is reached.
After that, the phase difference of the inverter 4 is reduced in synchronization with the exposure start signal, power is supplied to the load 9, and X-rays are output.

【0053】先述したような動作原理により、各スイッ
チング素子2a〜2dには、補助回路であるインダクタ
ンス23a,23bを通じてそのスイッチング素子2a
〜2dに逆並列接続されたダイオード3a〜3dに電流
が流れ、各スイッチング素子2a〜2dにはゼロボルト
ターンオンを実現し、ロスレススナバキャパシタンス2
2a〜22dの短絡を防止することができる。
On the basis of the above-described operation principle, the switching elements 2a to 2d are connected to the switching elements 2a through the inductances 23a and 23b which are auxiliary circuits.
Current flows through the diodes 3a to 3d that are connected in anti-parallel to the switching elements 2a to 2d, so that zero volt turn-on is realized in each of the switching elements 2a to 2d, and the lossless snubber capacitance 2
It is possible to prevent a short circuit between 2a to 22d.

【0054】この方法によれば、曝射開始以前において
は位相差が最大であるため、負荷9には電流が流れず
(電力が供給されず)、補助回路であるインダクタンス
23a,23bだけに電流が流れ、スイッチング素子2
a〜2dを破壊する危険性なく動作させることができ
る。
According to this method, since the phase difference is maximum before the start of exposure, no current flows in the load 9 (power is not supplied), and only the inductances 23a and 23b, which are auxiliary circuits, receive current. Flow, switching element 2
It can be operated without risk of destroying a to 2d.

【0055】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5、図8、図11及び図12を併用
して説明する。なお、図11中のスイッチング素子2a
〜2dは図1中のトランジスタ20a〜20dに対応す
る。
Next, returning to the embodiment shown in FIG. 1, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 5, 8, 11 and 12. The switching element 2a shown in FIG.
2d correspond to the transistors 20a to 20d in FIG.

【0056】まず、図11のタイムチャートから分かる
ように、X線曝射準備信号により直流電源の電圧(イン
バータ入力電圧)の立上げと共にインバータ周期の前半
の半周期は第1のトランジスタ20aと第3のトランジ
スタ20cを同時にオン、後半の半周期は第2のトラン
ジスタ20bと第4のトランジスタ20を同時にオンさ
せてインバータ入力電圧が定常に達してもX線曝射開始
までは上記動作を繰り返して第1〜第4のロスレススナ
バキャパシタンス20a〜20dに電圧を充電させない
ようにする。
First, as can be seen from the time chart of FIG. 11, when the voltage of the DC power supply (inverter input voltage) is raised by the X-ray exposure preparation signal, the first half of the inverter cycle is the first transistor 20a and the first half cycle. The third transistor 20c is turned on at the same time, and the second transistor 20b and the fourth transistor 20 are turned on at the same time in the latter half cycle, and even if the inverter input voltage reaches a steady state, the above operation is repeated until the X-ray irradiation starts. The first to fourth lossless snubber capacitances 20a to 20d are prevented from being charged with voltage.

【0057】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、その管電圧に対応した管電圧設
定信号G1 、及び管電流に対応した管電流設定信号G2
を位相決定回路70及び周波数決定回路76に入力す
る。
When the tube voltage and the tube current applied to the X-ray tube 17 as a load are determined, the tube voltage setting signal G1 corresponding to the tube voltage and the tube current setting signal G2 corresponding to the tube current.
Is input to the phase determination circuit 70 and the frequency determination circuit 76.

【0058】位相決定回路70では、上記管電圧設定信
号G1 及び管電流設定信号G2 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8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。また、周波数決定
回路76では、上記管電圧設定信号G1 から図12に示
すグラフの関係を用いて、インバータ4の動作周波数を
決定する。
The phase determining circuit 70 obtains the load resistance value from the tube voltage setting signal G1 and the tube current setting signal G2,
From the load resistance value and the tube voltage, each transistor 20a of the inverter 4 is used by using the relationship of the graph shown in FIG.
The operating phase difference α of ˜20d is determined. The frequency determining circuit 76 determines the operating frequency of the inverter 4 from the tube voltage setting signal G1 using the relationship shown in the graph of FIG.

【0059】以上の動作位相差及び動作周波数に応じた
信号が周波数位相制御回路71に入力され、周波数位相
制御回路71ではこの信号から各トランジスタ20a〜
20dがターンオン及びターンオフする駆動信号を作成
する。
A signal corresponding to the above operation phase difference and operation frequency is input to the frequency phase control circuit 71, and the frequency phase control circuit 71 uses the signals to output each of the transistors 20a ...
20d creates a drive signal that turns on and off.

【0060】次に、図1において図示しないコントロー
ラからX線曝射信号G3 が上記周波数位相制御回路71
へ入力されると、インバータ4のトランジスタ20aを
ターンオンする信号が駆動回路72へ出力され、図11
に示すようにトランジスタ20aをオンする。これによ
り、+側(図中上側)の直流電源1とインダクタンス2
3aの回路により補助電流が流れる。位相差がαとなる
時間経過後にトランジスタ20dをターンオンする信号
が駆動回路75へ出力され、図11に示すようにトラン
ジスタ20dがオンし、−側(図中下側)の直流電源1
とインダクタンス23bの回路により補助電流が流れる
と同時に共振回路には+側(図中上側)の直流電源1と
−側(図中下側)の直流電源1の和の電圧が印加され、
共振電流が流れ始める。半周期経過し、周波数位相制御
回路71からトランジスタ20aをオフし、トランジス
タ20bをオンする信号が出力されると、駆動回路72
によりトランジスタ20aはオフし、その両端電圧はロ
スレススナバキャパシタンス22aにより抑制されて上
昇すると共に、インダクタンス23aの電流はトランジ
スタ20bと逆並列に接続されたダイオード3bに転流
し、トランジスタ20bの両端電圧はほぼゼロにクラン
プされ、負荷17に流れている共振電流の反転によりト
ランジスタ20bはゼロ電圧ターンオンとなる。
Next, an X-ray exposure signal G3 is sent from the controller (not shown in FIG. 1) to the frequency phase control circuit 71.
11 is input to the drive circuit 72, a signal for turning on the transistor 20a of the inverter 4 is output to the drive circuit 72.
The transistor 20a is turned on as shown in FIG. As a result, the + side (upper side in the figure) DC power supply 1 and inductance 2
An auxiliary current flows through the circuit 3a. A signal for turning on the transistor 20d is output to the drive circuit 75 after the time when the phase difference becomes α, the transistor 20d is turned on as shown in FIG. 11, and the − side (lower side in the figure) DC power source 1
At the same time when an auxiliary current flows through the circuit of the inductance 23b and the resonance circuit, a voltage of the sum of the + side (upper side in the figure) DC power source 1 and the − side (lower side in the figure) DC power source 1 is applied,
Resonance current begins to flow. When a half cycle has elapsed and a signal for turning off the transistor 20a and turning on the transistor 20b is output from the frequency phase control circuit 71, the drive circuit 72 is output.
As a result, the transistor 20a is turned off, the voltage across the transistor 20a is suppressed and increased by the lossless snubber capacitance 22a, and the current in the inductance 23a is diverted to the diode 3b that is connected in antiparallel with the transistor 20b. The reversal of the resonant current that is clamped to zero and flowing in the load 17 causes the transistor 20b to turn on at zero voltage.

【0061】トランジスタ20dが180゜オンして、
これをオフする信号が周波数位相制御回路71から出力
されると、駆動回路75によりトランジスタ20dはオ
フし、その両端電圧はロスレススナバキャパシタンス2
2dにより抑制されて上昇すると共に、インダクタンス
23bの電流はトランジスタ20cと逆並列に接続され
たダイオード3cに転流し、トランジスタ20cの両端
電圧はほぼゼロにクランプされ、負荷17に流れている
共振電流の反転によりトランジスタ20cはゼロ電圧タ
ーンオンとなる。
The transistor 20d is turned on by 180 °,
When a signal for turning this off is output from the frequency phase control circuit 71, the transistor 20d is turned off by the drive circuit 75, and the voltage across the transistor 20d is the lossless snubber capacitance 2.
The current of the inductance 23b is commutated to the diode 3c connected in anti-parallel with the transistor 20c while being suppressed by 2d and rising, the voltage across the transistor 20c is clamped to almost zero, and the resonance current flowing in the load 17 is reduced. The inversion causes transistor 20c to turn on at zero voltage.

【0062】これによって、トランジスタ20cと20
bがオン状態となり、共振回路にはこれまでと逆方向の
電流が流れ、以後は順次、周波数位相制御回路71から
の信号に従って各トランジスタ20a〜20dを駆動す
る。その結果、図5(i)に示すような共振電流It が
図1に示す高電圧変圧器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
のとき、第1のアーム10a〜第4のアーム10dに流
れる電流I1 〜I4 を見ると、図5(e)〜(h)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〜20dの全
てにおいて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いることが分かる。また、上記各
トランジスタ20a〜20dにかかる電圧の時間変化率
は図4を用いて説明したように小さくなっていることが
分かる。なお、図5に示したタイムチャートにおいて
は、各トランジスタ20a〜20d間のデッドタイム
は、便宜上省略してある。
As a result, the transistors 20c and 20
b is turned on, a current flows in the resonance circuit in the opposite direction, and thereafter, the transistors 20a to 20d are sequentially driven according to the signal from the frequency phase control circuit 71. As a result, the resonance current It as shown in FIG. 5 (i) flows through the high voltage transformer 7 shown in FIG. 1, and the set tube voltage is applied to the X-ray tube 17 and the tube current flows. At this time, looking at the currents I1 to I4 flowing through the first arm 10a to the fourth arm 10d, as shown in FIGS. 5 (e) to 5 (h), the operations described in FIGS. According to the principle, it can be seen that all of the respective transistors 20a to 20d have a negative value at turn-on and a positive value at turn-off. Further, it can be seen that the time change rate of the voltage applied to each of the transistors 20a to 20d is small as described with reference to FIG. In the time chart shown in FIG. 5, the dead time between the transistors 20a to 20d is omitted for convenience.

【0063】上記位相決定回路70及び周波数決定回路
76は、図8,図12に示すような関係をテーブル化し
たメモリ、関数発生器又はオペアンプなどを用いて容易
に構成できるので詳細な説明は省略する。
The phase determining circuit 70 and the frequency determining circuit 76 can be easily configured by using a memory, a function generator, an operational amplifier or the like in which the relationships shown in FIG. 8 and FIG. 12 are tabulated, and therefore detailed description will be omitted. To do.

【0064】図13に本発明による共振型DC−DCコ
ンバータの第2の実施例を示す。この例は、補助回路に
スイッチ(スイッチング素子)を設けたもので、この補
助回路以外は図1と同様であるのでその説明を省略す
る。
FIG. 13 shows a resonance type DC-DC converter according to a second embodiment of the present invention. In this example, a switch (switching element) is provided in the auxiliary circuit, and the description is omitted because it is the same as FIG. 1 except for this auxiliary circuit.

【0065】上述第1の実施例では、インバータ4の動
作中、補助回路に常に交流電流が流れ続ける。補助回路
のインダクタンス23a,22bの値は、位相差や負荷
条件が最悪のケースを想定して設計しなければならない
が、位相差やX線管17(負荷9)の種類によっては、
不必要な電流を流すことになり、トランジスタ20a〜
20dの導通損失やインダクタンス23a,22bの損
失の点で無駄の多い状態が存在する。そこで、第2の実
施例では、補助回路にスイッチング素子110〜113
を設け、トランジスタ20a〜20dの電流状態に応じ
て、トランジスタ20a〜20dのスイッチング期間に
のみ、ソフトスイッチング実現に必要な分だけ電流を流
す回路構成としている。この構成によって、いかなる位
相差や負荷範囲においても、第1の実施例よりも一層効
率のよい状態での動作が可能となる。なお、この図13
において、100〜103はダイオードである。
In the above-described first embodiment, during the operation of the inverter 4, the alternating current always continues to flow in the auxiliary circuit. The values of the inductances 23a and 22b of the auxiliary circuit must be designed assuming the worst case of the phase difference and the load condition, but depending on the phase difference and the type of the X-ray tube 17 (load 9),
An unnecessary current will flow, and the transistors 20a ...
There is a wasteful state in terms of the conduction loss of 20d and the loss of the inductances 23a and 22b. Therefore, in the second embodiment, the switching elements 110 to 113 are provided in the auxiliary circuit.
Is provided, and the circuit configuration is such that the current is supplied only in the switching period of the transistors 20a to 20d in accordance with the current state of the transistors 20a to 20d, as much as necessary for realizing the soft switching. With this configuration, it is possible to operate in a more efficient state than in the first embodiment, regardless of the phase difference and load range. In addition, in FIG.
In, 100 to 103 are diodes.

【0066】この補助回路の効果的な駆動方法は次の通
りである。すなわち、トランジスタ20aがターンオフ
する際の電流が、ロスレススナバキャパシタンス22a
の充放電に必要以上な値となるようにすればよいから、
トランジスタ20aのターンオフ時にスイッチング素子
110を、また同様に、トランジスタ20bをオフする
時点でスイッチング素子111を、トランジスタ20c
をオフする時点でスイッチング素子113を、そしてト
ランジスタ20dをオフする時点でスイッチング素子1
12を、それぞれ導通させればよい。このような方法に
よって、非常に広範囲のX線管17(負荷範囲)をもつ
X線高電圧装置に対しても、常に効率のよい動作を実現
できる。
The effective driving method of this auxiliary circuit is as follows. That is, the current when the transistor 20a is turned off is the lossless snubber capacitance 22a.
Since it should be a value more than necessary for charging and discharging of
The switching element 110 is turned on when the transistor 20a is turned off, and the switching element 111 is turned on when the transistor 20b is turned off.
Turning off the switching element 113, and turning off the transistor 20d turns on the switching element 1
It suffices to make 12 conductive. By such a method, an efficient operation can always be realized even for an X-ray high voltage device having an X-ray tube 17 (load range) of a very wide range.

【0067】図14は本発明による共振型DC−DCコ
ンバータの第3の実施例を示す回路図で、ここでは図1
と同様の構成にスイッチ200を付加したものである。
この場合、スイッチ200は、直流電源1の電圧の立ち
上げ時から上記整流器8の出力直流電圧が所定の電圧に
達するまでの動作開始期間(X線曝射開始前の、整流器
8の出力直流電圧がゼロボルトから所定の電圧に達する
までの期間)、上記変圧器7の一次側を短絡する(図1
5参照)。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a third embodiment of the resonance type DC-DC converter according to the present invention. Here, FIG.
A switch 200 is added to the same configuration as the above.
In this case, the switch 200 has an operation start period from when the voltage of the DC power supply 1 is raised to when the output DC voltage of the rectifier 8 reaches a predetermined voltage (the output DC voltage of the rectifier 8 before the start of X-ray exposure). During the period from when the voltage reaches a predetermined voltage to zero), the primary side of the transformer 7 is short-circuited (Fig. 1).
5).

【0068】これによれば、周波数位相制御回路71の
動作の正否に拘わらず、上記期間中、ロスレススナバキ
ャパシタンスに無用な充電がされる余地はなく、ロスレ
ススナバキャパシタンス22a〜22dの短絡を防いで
インバータ4の各スイッチング素子20a〜20dの過
電流がなくなり、それらスイッチング素子20a〜20
dの破壊が防止される。
According to this, regardless of the operation of the frequency phase control circuit 71, there is no room for unnecessary charge to the lossless snubber capacitance during the above period, and the short circuit of the lossless snubber capacitances 22a to 22d is prevented. There is no overcurrent in each of the switching elements 20a to 20d of the inverter 4, and the switching elements 20a to 20d are removed.
The destruction of d is prevented.

【0069】図16は上記スイッチ200の具体的構成
例を示す回路図である。ここでは、変圧器7の一次側を
短絡する主スイッチとしてサイリスタ201,204を
逆並列に接続したものを用いたもので、X線曝射開始以
前はスイッチ202,205をオンして上記サイリスタ
201,204のゲートに電流を流し、それらを導通さ
せて高電圧変圧器7の一次側を短絡状態にし、X線曝射
開始信号G3で上記スイッチ202,205をオフして
サイリスタ201,204を非導通にし、X線管17
(負荷)にインバータ出力(整流器8の出力直流電圧)
を与えるものである。なお、図16において、203,
206は各々保護抵抗を示す。
FIG. 16 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the switch 200. Here, a thyristor 201, 204 connected in anti-parallel is used as a main switch for short-circuiting the primary side of the transformer 7, and the switch 202, 205 is turned on before the start of X-ray irradiation to turn on the thyristor 201. , 204 to make current flow through them to make the primary side of the high-voltage transformer 7 short-circuited, and turn off the switches 202 and 205 by the X-ray exposure start signal G3 to turn off the thyristors 201 and 204. Conduction, X-ray tube 17
Inverter output to (load) (DC voltage output from rectifier 8)
Is to give. In FIG. 16, 203,
Reference numerals 206 respectively indicate protection resistors.

【0070】図17は本発明による共振型DC−DCコ
ンバータの第4の実施例を示す回路図で、ここでは上記
スイッチ200をインバータ4の出力端相互間に接続し
たもので、このような構成でも上述第3の実施例と同様
の効果が得られる。また、上述第3及び第4の実施例に
おいても、図13に示したような補助回路、すなわちイ
ンダクタンス23a,23bに、ダイオード100〜1
03及びスイッチング素子110〜113を付加してな
る補助回路を適用することができる。
FIG. 17 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the resonance type DC-DC converter according to the present invention, in which the switch 200 is connected between the output terminals of the inverter 4 in this case. However, the same effect as that of the above-described third embodiment can be obtained. Also in the above-described third and fourth embodiments, the diodes 100 to 1 are provided in the auxiliary circuit as shown in FIG. 13, that is, in the inductances 23a and 23b.
03 and switching elements 110 to 113 can be applied as an auxiliary circuit.

【0071】なお上述各実施例では、インバータ4や補
助回路に用いたスイッチング素子としてトランジスタを
使用したが、これのみに限らず、GTOを使用してもよ
く、更に高周波化するにはMOS FET,IGBT,
SIトランジスタ,SIサイリスタなどのスイッチング
素子を用いてもよい。また、インバータ4の直流電源1
は、バッテリでもよく、商用電源を整流したものでもよ
い。更に、負荷はX線管17に限られず、他の一般的な
負荷でもよい。また、補助回路は負荷範囲や制御する位
相差の範囲が狭い場合などには、いずれか一方、例えば
インダクタンス23a側だけに設けるようにしてもよ
い。更に、周波数位相制御回路71は、通常の比例−積
分制御が一般的であるが、一度ディジタル値に変換して
ソフトウェアによる制御を適用することも可能である。
In each of the above-mentioned embodiments, the transistor is used as the switching element used in the inverter 4 and the auxiliary circuit. However, the present invention is not limited to this, and a GTO may be used. IGBT,
A switching element such as an SI transistor or SI thyristor may be used. In addition, the DC power supply 1 of the inverter 4
May be a battery or a rectified commercial power source. Further, the load is not limited to the X-ray tube 17 and may be another general load. Further, the auxiliary circuit may be provided only on one side, for example, only on the inductance 23a side when the load range or the range of the phase difference to be controlled is narrow. Further, the frequency phase control circuit 71 is generally a normal proportional-integral control, but it is also possible to convert it once to a digital value and apply control by software.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンバータの第1及び第2のスイッチング素子の接続点と
直流電源の中性点との間、並びに第3及び第4のスイッ
チング素子の接続点と直流電源の中性点との間のいずれ
か一方又は両方にインダクタンスを補助回路として接続
したことにより、上記インバータの各アームに流れる電
流がターンオン時に負となり、ターンオフ時には正とな
る位相差の動作モードを常に維持でき、ダイオードのリ
カバリ電流に起因するスイッチング素子の破壊を防止す
ることができるという効果がある。
As described above, according to the present invention, between the connection point of the first and second switching elements of the inverter and the neutral point of the DC power source, and the third and fourth switching elements. By connecting an inductance as an auxiliary circuit to either or both of the connection point and the neutral point of the DC power supply, the current flowing through each arm of the inverter becomes negative at turn-on and becomes positive at turn-off. There is an effect that the operation mode can be always maintained and the breakdown of the switching element due to the recovery current of the diode can be prevented.

【0073】また、上記インバータの第1〜第4のスイ
ッチング素子にはキャパシタンスをロスレススナバ回路
としてそれぞれ並列に接続したことにより、デッドタイ
ム期間中の上記ロスレススナバキャパシタンスの充放電
によって各スイッチング素子にかかる電圧の時間変化率
の小さいソフトスイッチング素子が実現できる。したが
って、上記スイッチング素子にかかる電圧の変化率が小
さく、ノイズを低減することができると共に、そのスイ
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
できるという効果がある。
By connecting capacitors in parallel to the first to fourth switching elements of the inverter as a lossless snubber circuit, each switching element is charged and discharged by charging and discharging the lossless snubber capacitance during the dead time period. It is possible to realize a soft switching element having a small voltage change rate with time. Therefore, there is an effect that the rate of change of the voltage applied to the switching element is small, noise can be reduced, and loss in the switching element can be reduced to achieve high efficiency.

【0074】更に、インバータ動作開始時においてロス
レススナバキャパシタンスに無用な充電がなされないの
で、ロスレススナバキャパシタンスの短絡を防いでイン
バータの各スイッチング素子の過電流がなくなり、それ
らスイッチング素子の破壊を防止することができるとい
う効果もある。
Further, since the lossless snubber capacitance is not unnecessarily charged at the time of starting the operation of the inverter, it is possible to prevent the lossless snubber capacitance from being short-circuited to prevent the overcurrent of each switching element of the inverter and prevent the destruction of the switching elements. There is also an effect that you can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による共振型DC−DCコンバータの一
実施例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a resonance type DC-DC converter according to the present invention.

【図2】同上共振型DC−DCコンバータにおける主回
路構成部の等価回路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a main circuit configuration unit in the above resonance type DC-DC converter.

【図3】同上主回路構成部の動作原理を説明するための
タイムチャートである。
FIG. 3 is a time chart for explaining the operating principle of the main circuit configuration unit of the above.

【図4】同上主回路構成部における第1のスイッチング
素子及び第2のスイッチング素子の動作モードを説明す
るための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining operation modes of a first switching element and a second switching element in the same main circuit configuration unit.

【図5】図1に示す回路の動作を説明するためのタイム
チャートである。
5 is a time chart for explaining the operation of the circuit shown in FIG. 1. FIG.

【図6】従来の共振型DC−DCコンバータの回路図で
ある。
FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional resonance type DC-DC converter.

【図7】従来の共振型DC−DCコンバータの動作を説
明するためのタイムチャートである。
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation of the conventional resonance type DC-DC converter.

【図8】従来の位相差制御方式の共振型DC−DCコン
バータにおける位相差と出力電圧との関係を負荷抵抗を
パラメータとして示したグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the phase difference and the output voltage in the conventional resonance type DC-DC converter of the phase difference control method, using the load resistance as a parameter.

【図9】ロスレススナバ回路を用いないときのターンオ
フ波形を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a turn-off waveform when a lossless snubber circuit is not used.

【図10】従来のロスレススナバ回路の例を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a conventional lossless snubber circuit.

【図11】図1中のX線管のX線曝射準備からX線曝射
を経て定常動作に至るまでのインバータの各スイッチン
グ素子の駆動制御を説明するためのタイムチャートであ
る。
11 is a time chart for explaining drive control of each switching element of the inverter from preparation for X-ray irradiation of the X-ray tube in FIG. 1 to steady operation after X-ray irradiation.

【図12】インバータ周波数と出力電圧の関係を位相差
αをパラメータとして表わした図である。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between an inverter frequency and an output voltage with a phase difference α as a parameter.

【図13】本発明による共振型DC−DCコンバータの
第2の実施例を示す回路図である。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a second embodiment of a resonance type DC-DC converter according to the present invention.

【図14】本発明による共振型DC−DCコンバータの
第3の実施例を示す回路図である。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a third embodiment of a resonant DC-DC converter according to the present invention.

【図15】図14中のX線管のX線曝射準備からX線曝
射を経て定常動作に至るまでの各部の動作を示すタイム
チャートである。
FIG. 15 is a time chart showing the operation of each part of the X-ray tube in FIG. 14 from preparation for X-ray irradiation to normal operation after X-ray irradiation.

【図16】図14中のスイッチの具体例を示す回路図で
ある。
16 is a circuit diagram showing a specific example of switches in FIG.

【図17】本発明による共振型DC−DCコンバータの
第4の実施例を示す回路図である。
FIG. 17 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of a resonant DC-DC converter according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……直流電源 3a〜3d……第1〜第4のダイオード 4……インバータ 5……インダクタンス 6,12……キャパシタンス 7……高電圧変圧器 8……高電圧整流器 10a〜10d……第1〜第4のアーム 17……X線管(負荷) 20a〜20d……第1〜第4のトランジスタ(第1〜
第4のスイッチング素子) 22a〜22d……ロスレススナバキャパシタンス 23a,23b……インダクタンス(補助回路) 70……位相決定回路 71……周波数位相制御回路 72〜75……トランジスタの駆動回路 76……周波数決定回路 200……スイッチ
1 ... DC power supply 3a-3d ... 1st-4th diode 4 ... Inverter 5 ... Inductance 6,12 ... Capacitance 7 ... High voltage transformer 8 ... High voltage rectifier 10a-10d ... 1st-4th arm 17 ... X-ray tube (load) 20a-20d ...... 1st-4th transistor (1st-4th)
Fourth switching element) 22a to 22d ... Lossless snubber capacitance 23a, 23b ... Inductance (auxiliary circuit) 70 ... Phase determination circuit 71 ... Frequency phase control circuit 72-75 ... Transistor drive circuit 76 ... Frequency Decision circuit 200 ... Switch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畠山 敬信 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 Keinobu Hatakeyama 1-1-14 Kanda, Uchida, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Hitachi Medical Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 中性点を有する直流電源と、 この直流電源の正極に接続された第1のスイッチング素
子及び負極に接続された第2のスイッチング素子からな
る第1の直列接続体を有すると共に上記正極に接続され
た第3のスイッチング素子及び負極に接続された第4の
スイッチング素子からなり上記第1の直列接続体に並列
接続された第2の直列接続体を有しかつ上記第1〜第4
のスイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第1〜
第4のダイオードを有し上記直流電源からの直流を交流
に変換するインバータと、 このインバータの出力側に接続された少なくとも変圧器
を含んだインバータ出力回路と、 上記変圧器に接続されその出力を直流に変換する整流器
とを有してなり、 上記整流器の出力側に接続される負荷に所望の電圧,電
流にて直流出力を供給する共振型DC−DCコンバータ
において、 上記第1〜第4のスイッチング素子にそれぞれ並列接続
された第1〜第4のロスレススナバキャパシタンスと、 上記第1及び第2のスイッチング素子の接続点と上記直
流電源の中性点との間、並びに上記第3及び第4のスイ
ッチング素子の接続点と上記直流電源の中性点との間の
いずれか一方又は両方に接続されたインダクタンスを備
えてなる補助回路と、 上記第1及び第2のスイッチング素子は180゜の位相
差で交互にオンさせ、上記第3及び第4のスイッチング
素子も同様に180゜の位相差でオンさせると共に、上
記スイッチング素子のオン時間は、上記インバータの動
作周期の1/2よりも僅かに小さく設定して上記第1及
び第2のスイッチング素子のオン時点相互間と上記第3
及び第4のスイッチング素子のオン時点相互間の各々に
デッドタイムを設け、かつ第1のスイッチング素子がタ
ーンオンしてから第4のスイッチング素子がターンオン
する位相差及び第2のスイッチング素子がターンオンし
てから第3のスイッチング素子がターンオンする位相差
を各々変化させることによって上記負荷に供給する電力
を制御すると共に、上記第1〜第4のスイッチング素子
へオン信号が入力される時点では、上記第1〜第4のダ
イオードが通電中となる周波数及び位相差で上記第1〜
第4のスイッチング素子を駆動させ、上記直流電源の電
圧の立ち上げ時から上記整流器の出力直流電圧が所定の
電圧に達するまでの動作開始期間において上記位相差を
最大の状態で上記各スイッチング素子を駆動させる制御
手段とを具備することを特徴とする共振型DC−DCコ
ンバータ。
1. A direct current power supply having a neutral point, and a first series connection body comprising a first switching element connected to a positive electrode of the direct current power supply and a second switching element connected to a negative electrode of the direct current power supply. It has a second series connection body which is composed of a third switching element connected to the positive electrode and a fourth switching element connected to the negative electrode and which is connected in parallel to the first series connection body. Fourth
1 to 1 which are respectively connected in anti-parallel to the switching elements of
An inverter having a fourth diode for converting DC from the DC power supply into AC, an inverter output circuit including at least a transformer connected to the output side of the inverter, and an output connected to the transformer to A rectifier for converting to a direct current, wherein the load connected to the output side of the rectifier supplies a direct current output with a desired voltage and current, the resonance type DC-DC converter comprising: First to fourth lossless snubber capacitances respectively connected in parallel to the switching elements, between the connection point of the first and second switching elements and the neutral point of the DC power source, and the third and fourth points. An auxiliary circuit having an inductance connected to either or both of a connection point of the switching element and the neutral point of the DC power supply; The second switching element is alternately turned on with a phase difference of 180 °, the third and fourth switching elements are also turned on with a phase difference of 180 °, and the ON time of the switching element is the operation of the inverter. It is set to be slightly smaller than 1/2 of the period, and the time between the on-points of the first and second switching elements and the third
And a dead time is provided between the ON times of the fourth switching element and the phase difference in which the fourth switching element is turned on after the first switching element is turned on and the second switching element is turned on. To control the power supplied to the load by changing the phase difference at which the third switching element turns on, and at the time when the ON signal is input to the first to fourth switching elements, ~ The above-mentioned first to second at the frequency and phase difference during which the fourth diode is energized
The fourth switching element is driven to drive each of the switching elements in the maximum phase difference during the operation start period from the rise of the voltage of the DC power supply to the output DC voltage of the rectifier reaching a predetermined voltage. A resonance type DC-DC converter comprising: a control unit for driving.
【請求項2】 中性点を有する直流電源と、 この直流電源の正極に接続された第1のスイッチング素
子及び負極に接続された第2のスイッチング素子からな
る第1の直列接続体を有すると共に上記正極に接続され
た第3のスイッチング素子及び負極に接続された第4の
スイッチング素子からなり上記第1の直列接続体に並列
接続された第2の直列接続体を有しかつ上記第1〜第4
のスイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第1〜
第4のダイオードを有し上記直流電源からの直流を交流
に変換するインバータと、 このインバータの出力側に接続された少なくとも変圧器
を含んだインバータ出力回路と、 上記変圧器に接続されその出力を直流に変換する整流器
とを有してなり、 上記整流器の出力側に接続される負荷に所望の電圧,電
流にて直流出力を供給する共振型DC−DCコンバータ
において、 上記第1〜第4のスイッチング素子にそれぞれ並列接続
された第1〜第4のロスレススナバキャパシタンスと、 上記第1及び第2のスイッチング素子の接続点と上記直
流電源の中性点との間、並びに上記第3及び第4のスイ
ッチング素子の接続点と上記直流電源の中性点との間の
いずれか一方又は両方に接続されたインダクタンスを備
えてなる補助回路と、 上記第1及び第2のスイッチング素子は180゜の位相
差で交互にオンさせ、上記第3及び第4のスイッチング
素子も同様に180゜の位相差でオンさせると共に、上
記スイッチング素子のオン時間は、上記インバータの動
作周期の1/2よりも僅かに小さく設定して上記第1及
び第2のスイッチング素子のオン時点相互間と上記第3
及び第4のスイッチング素子のオン時点相互間の各々に
デッドタイムを設け、かつ第1のスイッチング素子がタ
ーンオンしてから第4のスイッチング素子がターンオン
する位相差及び第2のスイッチング素子がターンオンし
てから第3のスイッチング素子がターンオンする位相差
を各々変化させることによって上記負荷に供給する電力
を制御すると共に、上記第1〜第4のスイッチング素子
へオン信号が入力される時点では、上記第1〜第4のダ
イオードが通電中となる周波数及び位相差で上記第1〜
第4のスイッチング素子を駆動させ、上記直流電源の電
圧の立ち上げ時から上記整流器の出力直流電圧が所定の
電圧に達するまでの動作開始期間において上記変圧器一
次側又は上記インバータ出力端相互間を短絡させつつ上
記位相差を最大の状態で上記各スイッチング素子を駆動
させる制御手段とを具備することを特徴とする共振型D
C−DCコンバータ。
2. A direct current power supply having a neutral point, and a first series connection body composed of a first switching element connected to a positive electrode of the direct current power supply and a second switching element connected to a negative electrode of the direct current power supply. It has a second series connection body which is composed of a third switching element connected to the positive electrode and a fourth switching element connected to the negative electrode and which is connected in parallel to the first series connection body. Fourth
1 to 1 which are respectively connected in anti-parallel to the switching elements of
An inverter having a fourth diode for converting DC from the DC power supply into AC, an inverter output circuit including at least a transformer connected to the output side of the inverter, and an output connected to the transformer to A rectifier for converting to a direct current, wherein the load connected to the output side of the rectifier supplies a direct current output with a desired voltage and current, the resonance type DC-DC converter comprising: First to fourth lossless snubber capacitances respectively connected in parallel to the switching elements, between the connection point of the first and second switching elements and the neutral point of the DC power source, and the third and fourth points. An auxiliary circuit having an inductance connected to either or both of a connection point of the switching element and the neutral point of the DC power supply; The second switching element is alternately turned on with a phase difference of 180 °, the third and fourth switching elements are also turned on with a phase difference of 180 °, and the ON time of the switching element depends on the operation of the inverter. It is set to be slightly smaller than 1/2 of the period, and the time between the on-points of the first and second switching elements and the third
And a dead time is provided between the ON times of the fourth switching element and the phase difference in which the fourth switching element is turned on after the first switching element is turned on and the second switching element is turned on. To control the power supplied to the load by changing the phase difference at which the third switching element is turned on, and at the time when the ON signal is input to the first to fourth switching elements, ~ The above-mentioned first to second at the frequency and phase difference during which the fourth diode is energized.
The fourth switching element is driven, and the primary side of the transformer or the output terminals of the inverter are connected to each other in the operation start period from the rise of the voltage of the DC power supply to the time when the output DC voltage of the rectifier reaches a predetermined voltage. Resonant D comprising: a control means for driving each of the switching elements with the phase difference being maximized while being short-circuited.
C-DC converter.
【請求項3】 負荷はX線管であることを特徴とする請
求項1又は2に記載の共振型DC−DCコンバータ。
3. The resonance type DC-DC converter according to claim 1, wherein the load is an X-ray tube.
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