JP2007060813A

JP2007060813A - 同期整流型コンバータ

Info

Publication number: JP2007060813A
Application number: JP2005243573A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Hakoda; 康徳箱田; Kenichiro Hitosugi; 賢一郎一杉; Reisan Tou; 黎山トゥ
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2025-08-25
Also published as: JP4721824B2

Abstract

【課題】本発明は、電力回生が起こった場合でも回生を徐々に行なうことで安定した出力電力を供給する同期整流型コンバータを提供する。
【解決手段】一次・二次間をトランス１で絶縁し、一次側に主電源２及びメインスイッチ３を備えた同期整流型コンバータであって、この同期整流型コンバータの出力と前記メインスイッチの制御端子との間に制御回路１０を備えてあり、この制御回路は、前記出力電圧を検出する出力電圧検出手段２０と、前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段３０とを備え、前記出力電圧検出手段に設けた絶縁素子の入力端子若しくは出力端子に分圧素子を接続し、電源動作時に前記主電源及び負荷電流に急激な変化があった場合でも、前記メインスイッチの制御端子にＰＷＭ信号を出力するように構成してあることを特徴とする同期整流型コンバータ。
【選択図】図１

Description

本発明は、一次・二次間をトランスで絶縁し、一次側に主電源及びメインスイッチを備えた同期整流型コンバータに関するものである。

従来の同期整流型コンバータは、一次・二次間をトランスで絶縁し、一次側に主電源及びメインスイッチを備え、さらに、二次側に整流スイッチ及び転流スイッチを備え、出力と前記メインスイッチの制御端子との間に制御回路を備えてある（例えば、特許文献１の従来例参照）。
特開２００２−３５４８００公報

しかし、従来の同期整流型コンバータは、主電源及び負荷電流に急激な変化があった場合などに出力電圧が定電圧制御値を越える場合にはトランスを経由して入力回路側に電力が逆流する電力回生という現象が発生し、これにより電源が破損するおそれがあった。これは、一次側に設けたメインスイッチがスイッチング停止し、二次側に設けた同期整流スイッチがオンを続けるためにトランスが定常時動作状態と比較し過励磁されるためである。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電力回生が起こった場合でも回生を徐々に行なうことで安定した出力電力を供給する同期整流型コンバータを提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係る同期整流型コンバータは、一次・二次間をトランスで絶縁し、一次側に主電源及びメインスイッチを備えた同期整流型コンバータであって、この同期整流型コンバータの出力と前記メインスイッチの制御端子との間に制御回路を備えてあり、この制御回路は、前記出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段とを備え、前記出力電圧検出手段と、前記ＰＷＭ制御手段とを絶縁素子で介し、前記出力電圧検出手段に設けた絶縁素子の入力端子若しくは出力端子に分圧素子を接続し、電源動作時に前記主電源及び負荷電流に急激な変化があった場合でも、前記メインスイッチの制御端子にＰＷＭ信号を出力するように構成してあることを特徴とする。

前記制御回路は、前記出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段とを備え、このＰＷＭ制御手段は、前記出力電圧検出手段で制御された比較電圧信号と基準信号とを比較する比較手段を設け、この比較手段で出力した前記ＰＷＭ信号を前記メインスイッチの制御端子に出力するように構成してあることを特徴とする。
前記出力電圧検出手段は、検出した出力電圧を誤差増幅するオペアンプ若しくはシャントレギュレータを備え、このオペアンプの出力端子若しくはシャントレギュレータのカソード端子に前記分圧抵抗素子を接続してあることを特徴とする。
前記ＰＷＭ制御手段は、前記出力電圧検出手段で制御された比較電圧信号と基準信号とを比較する比較手段を設け、この比較手段で出力した前記ＰＷＭ信号を前記メインスイッチの制御端子に出力するように構成してあることを特徴とする。

前記比較手段は、前記基準信号が前記比較電圧信号に達するまで正論理の場合はハイレベル、負論理の場合はローレベルの前記ＰＷＭ信号を出力するように構成してあることを特徴とする。
また、前記絶縁素子でフォトカプラを用いていることを特徴とする。
さらに、前記分圧素子で抵抗を用いていることを特徴とする。

前記同期整流型コンバータの主回路を複数台並列に接続してあることを特徴とする。

本発明によれば、電源動作時において、主電源及び負荷電流に急激な変化等があった場合でも、メインスイッチの制御端子にＰＷＭ信号を常に出力するように制御したことにより、急激な電力回生を防止することができ、その結果、メインスイッチとこれと同期する整流スイッチが破損することを防止し、安定した出力電力を供給することができる効果がある。

本発明によれば、同期整流型コンバータの主回路を並列に接続した場合において、電源動作時に主電源及び負荷電流に急激な変化等があった場合でも、メインスイッチの制御端子にＰＷＭ信号を常に出力するように制御したことにより、他のコンバータに電流が流れこむことを防止することができ、その結果、安定した出力電力を供給することができる効果がある。

発明を実施するための最良の形態の回路図を図１に示す。図１図示の同期整流型コンバータの主回路は、一次・二次間をトランス１で絶縁し、一次側に主電源２及びメインスイッチ３を備えてある。また、本実施例においては、二次側に整流スイッチ４、転流スイッチ５、出力インダクタ６、平滑コンデンサ７及び負荷８を備えてある。また、出力とメインスイッチ３の制御端子との間に制御回路１０を備えてある。この制御回路１０は電源動作時に主電源２及び負荷電流に急激な変化があった場合でも、メインスイッチ３の制御端子にＰＷＭ信号を出力するように構成してある。具体的構成については後述する。

制御回路１０は、出力電圧を検出する出力電圧検出回路２０と、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御回路３０とを備えてある。先ず、出力電圧検出回路２０の一実施例を図２に示す。

図２に示す出力電圧検出回路２０Ａは、出力電圧を検出する出力電圧検出抵抗２１，２２と、これら出力電圧検出抵抗２１，２２で検出した出力電圧を誤差増幅するオペアンプ２３と、電圧変換用のフォトダイオード２４とを備えてある。また、オペアンプ２３の出力端子とフォトダイオード２４のカソードと接続してある。また、フォトダイオード２４のカソードは分圧抵抗２５に接続し、分圧抵抗２５は接地してある。フォトダイオード２４のアノードは分圧抵抗２６に接続し、その一端は内部補助電圧検出端子に接続してある。以上のような構成より負論理を展開する。

続いて、ＰＷＭ制御回路３０の一実施例を図３に示す。図３図示のＰＷＭ制御回路３０は、前記フォトダイオード２４を受けるフォトトランジスタ３１と、このフォトトランジスタ３１と接続する電圧検出抵抗３３と、フォトトランジスタ３１と電圧検出抵抗３３との分岐点に接続するバッファ３５と、このバッファ３５に伝達される比較電圧信号と、同期整流型コンバータの主回路の入力電流検出信号とを比較するコンパレータ３２と、このコンパレータ３２に接続して、ＰＷＭ信号を出力するバッファ３６とを接続してある。フォトトランジスタ３１のエミッタは接地してあり、コレクタは検出抵抗３３に接続してある。検出抵抗３３の一端は補助電源電圧検出端子に接続してある。

なお、バッファ３５，３６は必ずしも設ける必要はない。これについては以下の実施例においても同様である。また、本実施例ではコンパレータ３２の基準信号として入力電流検出信号を用いているが、制御回路１０の内部で生成された基準三角波や基準のこぎり波を用いてもよい。これについても以下の実施例においても同様である。なお、本発明に係るＰＷＭ制御回路３０は、この実施例に限定されない。以降実施例に係る出力ＰＷＭ制御回路３０の作用については、この回路で説明する。

以上のように構成されている同期整流型コンバータは以下のように作用する。先ず、通常時については、従来の同期整流型コンバータとほぼ同様の作用をするため、説明を省略する。

続いて、負荷急変した場合、出力電圧は急激に上昇する。これを出力電圧検出回路２０Ａに設けた出力電圧検出抵抗２１，２２で検出し、オペアンプ２３で誤差増幅した後にフォトカプラ２４，３１に出力される。本実施例では、オペアンプ２３の出力端子とフォトダイオード２４のカソードが接続されているとともに、フォトダイオード２４のカソード及びアノードに分圧抵抗２５，２６を接続してあるため、フォトダイオード２４はローレベルの出力電圧検出信号が出力される。フォトカプラ２４，３１より出力された出力電圧検出信号はコンパレータ３２に入力される。

コンパレータ３２では、比較電圧信号と入力電流検出信号とを比較して、ＰＷＭ信号を出力する。この波形図については図７に図示する。なお、図７では正論理で展開した場合を示してあるが、負論理と正論理とは信号が反転したことのみの相違であるため、図７に基づいて説明する。

図７に図示するように、比較電圧信号がレベル１にある場合は、入力電流検出信号がレベル１に達するまで、ＰＷＭ信号を出力し続ける。レベル２及びレベル３の場合も同様に、入力電流検出信号がレベル２並びにレベル３に達するまで、ＰＷＭ信号を出力し続ける。このコンパレータ３２ではＰＷＭ信号に変換するため、レベル１ではオン期間が短いＰＷＭ信号を出力し、レベル２、レベル３と上がっていく毎にオン期間が長くなる。

本実施例においては、分圧抵抗２５，２６を設けたことにより、レベル１のように比較電圧信号が微少量であっても、コンパレータ３２で信号を検出することが可能であるため、ＰＷＭ信号を出力することができる。ＰＷＭ信号はバッファ３６を介して同期整流型コンバータの主回路に設けたメインスイッチ３の制御端子に出力される。

以上より、負荷急変が起こった場合でも、メインスイッチ３の制御端子にＰＷＭ信号を常に出力するように制御したことにより、急激な電力回生を防止することができ、その結果、メインスイッチ３とこれと同期する整流スイッチ４が破損することを防止し、安定した出力電力を供給することができる。

続いて、出力電圧検出回路２０の第一変形例を図４に示す。図４図示の出力電圧検出回路２０Ｂは、電圧変換用のフォトダイオード２４とを備えてある。また、オペアンプ２３の出力端子とフォトダイオード２４のカソードと接続してある。また、フォトダイオード２４のカソードを接地し、アノードに分圧抵抗２５，２６を接続し、分圧抵抗２６の一端は内部補助電圧検出端子に接続してある。その他の回路構成については図２図示の出力電圧検出回路２０Ａとほぼ同様であるため、説明を省略する。また、作用についても図２図示の出力電圧検出回路２０Ａとほぼ同様であるため、説明を省略する。

続いて、出力電圧検出回路２０の第二変形例を図５に示す。図５図示の出力電圧検出回路２０Ｃは、図２図示出力電圧検出回路２０Ａとほぼ同様であり、オペアンプ２３の代わりにシャントレギュレータ２７を備え、アノードを接地し、カソードを分圧抵抗２５及びフォトダイオード２４のカソードに接続し、制御端子を出力電圧検出抵抗２１，２２に接続してある。なお、作用についても図２図示の出力電圧検出回路２０Ａとほぼ同様であるため、説明を省略する。

なお、本実施例では、同期整流型コンバータの主回路は、一次・二次間をトランス１で絶縁し、一次側に主電源２及びメインスイッチ３を備え、二次側に整流スイッチ４、転流スイッチ５、出力インダクタ６、平滑コンデンサ７及び負荷８を備えてあるが、必ずしもこのような構成にする必要はなく、同期整流型コンバータであれば、いずれの回路構成であっても、本発明は実施可能である。

制御回路１０においても、電源動作時に主電源及び負荷電流に急激な変化があった場合でも、メインスイッチ３の制御端子にＰＷＭ信号を出力するように構成してあれば、前記実施例に限定されない。また、実施例では比較電圧信号を生成するためにフォトカプラ２４，３１を備えてあるが、その他の絶縁部材、例えば、トランスなども用いることも可能である。

また、本実施例においては、一台の同期整流型コンバータに対して、一台の制御回路１０を設けてあるが、本発明では、複数台の同期整流型コンバータの主回路を並列に接続することが可能であり、複数台の同期整流型コンバータに対して、一台の制御回路１０を設けることが可能である。このような構成にした場合に、電源動作時において、主電源及び負荷電流に急激な変化等があった場合でも、メインスイッチ３の制御端子にＰＷＭ信号を常に出力するように制御したことにより、他のコンバータに電流が流れこむことを防止することができる。また、本実施例においては、制御回路１０に回路構成を用いて説明したが、集積回路化やデジタル回路化しても、本発明を構成することが可能である。

本発明によれば、電源動作時において、主電源及び負荷電流に急激な変化等があった場合でも、メインスイッチの制御端子にＰＷＭ信号を常に出力するように制御したことにより、急激な電力回生を防止することができ、その結果、メインスイッチとこれと同期する整流スイッチが破損することを防止し、安定した出力電力を供給することができ、産業上利用可能である。

本発明によれば、複数台の同期整流型コンバータの主回路を並列に接続した場合において、電源動作時に主電源及び負荷電流に急激な変化等があった場合でも、メインスイッチの制御端子にＰＷＭ信号を常に出力するように制御したことにより、他のコンバータに電流が流れこむことを防止することができ、その結果、安定した出力電力を供給することができ、産業上利用可能である。

本発明に係る同期整流型コンバータの基本回路を示した回路図である。本発明に係る同期整流型コンバータの要部における一実施例の回路図である。同じく本発明に係る同期整流型コンバータの要部における一実施例の回路図である。図２図示要部の第一の変形例を示した回路図である。図２図示要部の第二の変形例を示した回路図である。本発明に係る同期整流型コンバータの要部における動作波形図である。

符号の説明

１トランス
２主電源
３メインスイッチ
４整流スイッチ
５転流スイッチ
６出力インダクタ
７平滑コンデンサ
８負荷
１０制御回路
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ出力電圧検出回路
２１，２２出力電圧検出抵抗
２３オペアンプ
２４フォトダイオード
２５，２６分圧抵抗
２７シャントレギュレータ
３０ＰＷＭ制御回路
３１フォトトランジスタ
３２コンパレータ
３３抵抗
３５，３６バッファ

Claims

一次・二次間をトランスで絶縁し、一次側に主電源及びメインスイッチを備えた同期整流型コンバータであって、この同期整流型コンバータの出力と前記メインスイッチの制御端子との間に制御回路を備えてあり、この制御回路は、前記出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段とを備え、前記出力電圧検出手段と、前記ＰＷＭ制御手段とを絶縁素子で介し、前記出力電圧検出手段に設けた絶縁素子の入力端子若しくは出力端子に分圧素子を接続し、電源動作時に前記主電源及び負荷電流に急激な変化があった場合でも、前記メインスイッチの制御端子にＰＷＭ信号を出力するように構成してあることを特徴とする同期整流型コンバータ。
前記出力電圧検出手段は、検出した出力電圧を誤差増幅するオペアンプ若しくはシャントレギュレータを備え、このオペアンプの出力端子若しくはシャントレギュレータのカソード端子に前記分圧抵抗素子を接続してあることを特徴とする請求項１記載の同期整流型コンバータ。
前記ＰＷＭ制御手段は、前記出力電圧検出手段で制御された比較電圧信号と基準信号とを比較する比較手段を設け、この比較手段で出力した前記ＰＷＭ信号を前記メインスイッチの制御端子に出力するように構成してあることを特徴とする請求項１又は２記載の同期整流型コンバータ。
前記比較手段は、前記基準信号が前記比較電圧信号に達するまで正論理の場合はハイレベル、負論理の場合はローレベルの前記ＰＷＭ信号を出力するように構成してあることを特徴とする請求項２又は３記載の同期整流型コンバータ。
前記分圧素子で抵抗を用いていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の同期整流型コンバータ。
前記絶縁素子でフォトカプラを用いていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の同期整流型コンバータ。
前記同期整流型コンバータの主回路を複数台並列に接続してあることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の同期整流型コンバータ。