JP2001112241A - 同期整流式dc−dcコンバータ - Google Patents

同期整流式dc−dcコンバータ

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JP2001112241A
JP2001112241A JP28769899A JP28769899A JP2001112241A JP 2001112241 A JP2001112241 A JP 2001112241A JP 28769899 A JP28769899 A JP 28769899A JP 28769899 A JP28769899 A JP 28769899A JP 2001112241 A JP2001112241 A JP 2001112241A
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converter
rectification type
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synchronous rectification
synchronous
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Hiroki Sato
裕樹 佐藤
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Nippon Avionics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デッドタイム設定を最適にできる同期整流式
DC−DCコンバータを提供する。 【解決手段】 本発明になる同期整流式DC−DCコン
バータは、直流入力端子間にスイッチング用トランジス
タと転流用トランジスタとが直列に接続されるととも
に、この転流用トランジスタの端子間にチョークコイル
と平滑コンデンサとが接続され、前記スイッチング用ト
ランジスタおよび前記転流用トランジスタを所定の制御
回路でもって相補的にオン/オフ駆動することで前記平
滑コンデンサ間から直流出力を得る同期整流式DC−D
Cコンバータにおいて、前記制御回路としてPWMコン
トローラを用い、このPWMコントローラのフィードバ
ック端子とデッドタイムコントロール端子間に電圧レベ
ルをシフトさせるレベルシフト回路を備え、電圧レベル
をシフトさせることによりデッドタイムを制御すること
を特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、同期整流式DC−
DCコンバータに係り、特にデッドタイムの設定に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】コンピュータなどの電源回路として、同
期整流式DC−DCコンバータがよく知られている。図
4、図6に従来の同期整流式DC−DCコンバータの概
略回路図を示す。第1に図4の概略回路図の構成、動作
について説明する。図4において、直流入力端子間にス
イッチング用トランジスタ1および転流用トランジスタ
2が直列に接続されている。このスイッチング用トラン
ジスタ1および転流用トランジスタ2としてはFETが
用いられる。ここではともにNチャネルFETを用いて
いる。3はスイッチング用トランジスタ1をドライブす
る電圧を確保するためのブートストラップ回路である。
【0003】スイッチング用トランジスタ1および転流
用トランジスタ2のゲートに同期整流専用IC21の各
出力端子をそれぞれ接続し、転流用トランジスタ2のド
レインソース間にチョークコイル4と平滑コンデンサ5
とを直列に接続している。ここで平滑コンデンサ5の両
端が負荷に接続する出力端子となり、スイッチング用ト
ランジスタ1、転流用トランジスタ2およびチョークコ
イル4によって同期整流出力部が構成される。負荷接続
端子間に、直列に接続された抵抗6と抵抗7は出力電圧
の検出回路を構成し、検出電圧を同期整流専用IC21
にフィードバックしている。
【0004】このような構成のDC−DCコンバータの
動作は次のようになっている。出力電圧検出回路を構成
する抵抗6と抵抗7の接続点からの電圧は同期整流専用
IC21にフィードバックされる。同期整流専用IC2
1はフィードバックされた出力電圧に応じて、出力電圧
を設定電圧にすべく、出力端子を介してスイッチング信
号をスイッチングトランジスタ1のゲートに出力する。
このスイッチング信号とブートストラップ回路3により
上乗せされた信号によりスイッチングトランジスタ1は
直流入力電圧を断続してパルス電圧を生成する。この出
力によってチョークコイル4に電流が流れ、平滑コンデ
ンサ5が充電される。この平滑コンデンサ5の端子間に
現れる電圧が負荷に印加される出力電圧となる。
【0005】このとき、同期整流専用IC21はスイッ
チングトランジスタ1、転流用トランジスタ2を相補的
にオンオフ駆動する。したがって転流用トランジスタ2
のオンオフ状態はスイッチングトランジスタのオンオフ
と反転したものとなる。このような同期整流動作を行う
ことにより効率を高くできる。ここで、この相補的なオ
ンオフが重ならないようにして電源変換効率を改善する
ために、同期整流専用IC21はデッドタイムを設けて
いる。この様子を図5に示す。図5において、t1、t
2がデッドタイムを表わしている。
【0006】次に、図6の概略回路図の構成、動作につ
いて説明する。図6において、図4と同一なものには同
一符号を付し、その説明を省略する。図6においては、
図4の同期整流専用IC21に代えて汎用電源用IC3
1を使用する。スイッチング用トランジスタ1のゲート
には汎用電源用ICの出力端子から抵抗33とコンデン
サ35とからなる第1積分回路を介した後インバータ3
4を介して接続する。なお、第1積分回路が充電時積分
回路として動作しないように抵抗33とコンデンサ35
の接続点側がカソードとなるようにダイオード32が抵
抗33と並列に接続されている。また、転流用トランジ
スタ2のゲートには汎用電源用IC31の同じ出力端子
から抵抗36とコンデンサ38とからなる第2積分回路
を介した後バッファ39を介して接続する。なお、第2
積分回路が放電時積分回路として動作しないように抵抗
36とコンデンサ38の接続点側がアノードとなるよう
にダイオード37が抵抗36と並列に接続されている。
【0007】このような構成のDC−DCコンバータの
動作はデッドタイムの生成を除いて図4のDC−DCコ
ンバータと同様であるので、デッドタイムの生成につい
てのみ説明する。前述のように、第1積分回路は放電時
にのみ積分回路として動作し、第2積分回路は充電時に
のみ積分回路として動作する。第1積分回路の次にイン
バータ34を介してスイッチング用トランジスタ1のゲ
ートをドライブしているので、このドライブ信号は汎用
電源IC31の出力より第1積分回路で決定される時間
分立ち上がりが遅れる。また、第2積分回路の次にバッ
ファ39を介して転流用トランジスタ2のゲートをドラ
イブしているので、このドライブ信号は汎用電源用IC
31の出力より第2積分回路で決定される時間分立ち上
がりが遅れる。したがって、スイッチング用トランジス
タ1のゲートドライブ信号と比較して、デッドタイムが
前述の図5と同様に挿入される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の同期整流式DC
−DCコンバータのデッドタイムの設定は前述のように
なっており、同期整流専用ICを使用する方法では入力
電圧、出力電圧が決められているICが多く、使い方が
限定され、また、発振周波数も低く電源の小型化にも限
界があるという問題点があり、汎用電源用ICを使用す
る方法では部品点数が多く、また最適なデッドタイム設
定が困難であるという問題点があった。本発明は、上記
課題を解決するために、入出力電圧範囲が広く発振周波
数の高いPWMコントローラとレベルシフト回路を用い
て同期整流回路を構成する同期整流式DC−DCコンバ
ータを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明になる同期整流式
DC−DCコンバータは、直流入力端子間にスイッチン
グ用トランジスタと転流用トランジスタとが直列に接続
されるとともに、この転流用トランジスタの端子間にチ
ョークコイルと平滑コンデンサとが接続され、前記スイ
ッチング用トランジスタおよび前記転流用トランジスタ
を所定の制御回路でもって相補的にオン/オフ駆動する
ことで前記平滑コンデンサ間から直流出力を得る同期整
流式DC−DCコンバータにおいて、前記制御回路とし
てPWMコントローラを用い、このPWMコントローラ
のフィードバック端子とデッドタイムコントロール端子
間に電圧レベルをシフトさせるレベルシフト回路を備
え、電圧レベルをシフトさせることによりデッドタイム
を制御することを特徴とするものである。
【0010】本発明によれば、レベルシフト回路を設
け、ここで電圧レベルを適宜シフトさせ、デッドタイム
を制御できるようにしたので、簡単な構成で最適なデッ
ドタイムを設定できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明につき図を用いて詳
しく説明する。図1は本発明の1実施形態を示す同期整
流式DC−DCコンバータの概略回路図、図2は図1の
一部をより詳しく示した概略回路図、図3は図1の同期
整流式DC−DCコンバータにおけるスイッチング用ト
ランジスタ1と転流用トランジスタ2のドライブ信号の
生成の様子を示すタイミングチャート図である。図1に
おいて、従来例の図4と同じ構成には同一符号を付し、
その説明を省略する。図1においては、図4の同期整流
専用IC21に代えてPWMコントローラ8を使用す
る。PWMコントローラ8はその詳細を図2に示すよう
に基準電圧発生部81、三角波発生部82、エラーアン
プ83、第1比較器84、第2比較器85、バッファ8
6、インバータ87からなる。このPWMコントローラ
8のフィードバック端子Dとデッドタイムコントロール
端子E間にはレベルシフト回路9が接続されている。
【0012】このような構成のDC−DCコンバータの
動作について説明する。前述したように出力電圧検出回
路を構成する抵抗6と抵抗7の接続点からの電圧はPW
Mコントローラ8の非反転入力端子Aにフィードバック
され、エラーアンプ83の非反転入力端子に入力され
る。エラーアンプ83の反転入力端子には基準電圧発生
部81の出力が接続されており、エラーアンプ83は検
出電圧と基準電圧との差分を増幅してエラー電圧として
出力する。このエラー電圧を図3(A)に示す。このエ
ラー電圧は第1比較器84の反転入力端子に入力され、
またフィードバック端子Dを介してレベルシフト回路9
に入力され、ここで電圧レベルをシフトされ、デッドタ
イムコントロール端子Eを介して第2比較器85の反転
入力端子に入力される。
【0013】レベルシフト回路9を介したエラー電圧を
図3(B)に示す。この図3(A)と(B)に示すよう
に、レベルシフト回路9で電圧レベルがシフトされ、レ
ベルシフト回路9の出力電圧の方が入力電圧より低くな
っている。三角波発生部82からは図3(C)に示すよ
うな三角波が出力され、第1、第2比較器84、85の非
反転入力端子に入力される。第1、第2比較器84,8
5はこれらの入力を受けて、大小を比較し、その結果を
出力する。
【0014】第1比較器84の出力は図3(F)に示す
とおりであり、また第2比較器85の出力は図3(D)
に示すとおりである。第2比較器85の出力はインバー
タ87を介して、図3(E)に示すように反転されて、
スイッチング用トランジスタ1のドライブ信号となり、
第1比較器84の出力はバッファ86を介して転流用ト
ランジスタ2のドライブ信号となる。こうして、スイッ
チング用トランジスタ1と転流用トランジスタ2は相補
的にオンオフされて同期整流される。このときのデッド
タイムは図3に示すt1、t2のようになる。すなわ
ち、デッドタイムはレベルシフト回路9の電圧降下分に
より決定され、常に、「第1比較器84の反転入力電圧
>第2比較器85の反転入力電圧」の関係にある。つま
り、レベルシフト回路9での電圧降下分を変更すること
によりデッドタイムを最適に制御できる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
PWMコントローラを用い、それにレベルシフト回路を
設け、ここで電圧レベルを適宜シフトさせ、デッドタイ
ムを制御できるようにして最適なデッドタイムを設定で
きるようにしたので簡単な構成で電源変換効率を最適に
設定できる同期整流式DC−DCコンバータを提供でき
る。また、従来の同期整流専用ICを用いる方法のよう
に使い方が限定されず、また、発振周波数も高くできる
から電源の小型化にも好適な同期整流式DC−DCコン
バータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施形態を示す同期整流式DC−D
Cコンバータの概略回路図である。
【図2】図1の一部をより詳しく示した概略回路図であ
る。
【図3】図1の同期整流式DC−DCコンバータにおけ
るスイッチング用トランジスタ1と転流用トランジスタ
2のドライブ信号の生成の様子を示すタイミングチャー
ト図である。
【図4】従来の同期整流式DC−DCコンバータの概略
回路図である。
【図5】従来の同期整流式DC−DCコンバータのデッ
ドタイム挿入の様子を示す図である。
【図6】もう一つの従来の同期整流式DC−DCコンバ
ータの概略回路図である。
【符号の説明】
1 スイッチング用トランジスタ 2 転流用トランジスタ 3 ブートストラップ回路 4 チョークコイル 5 平滑コンデンサ 6 抵抗 7 抵抗 8 PWMコントローラ 9 レベルシフト回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流入力端子間にスイッチング用トラン
    ジスタと転流用トランジスタとが直列に接続されるとと
    もに、この転流用トランジスタの端子間にチョークコイ
    ルと平滑コンデンサとが接続され、前記スイッチング用
    トランジスタおよび前記転流用トランジスタを所定の制
    御回路でもって相補的にオン/オフ駆動することで前記
    平滑コンデンサ間から直流出力を得る同期整流式DC−
    DCコンバータにおいて、 前記制御回路としてPWMコントローラを用い、 このPWMコントローラのフィードバック端子とデッド
    タイムコントロール端子間に電圧レベルをシフトさせる
    レベルシフト回路を備え、 電圧レベルをシフトさせることによりデッドタイムを制
    御することを特徴とする同期整流式DC−DCコンバー
    タ。
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Effective date: 20040622