JP2014107891A - Dc-dc converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング素子を用いて電圧を変換するDC−DCコンバータに関する。 The present invention relates to a DC-DC converter that converts a voltage using a switching element.
DC−DCコンバータとして、直流入力電圧をスイッチングするスイッチング素子と、スイッチング素子を制御する制御回路とを備え、スイッチング素子のオンとオフのデューティ比に応じた直流出力電圧を負荷に供給するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。一般的なDC−DCコンバータでは、目標電圧値に対する定常偏差を小さくするために、直流出力電圧の電圧値と目標電圧値との偏差を積分し、この積分値に応じてデューティ比を制御している。これに対し、特許文献1に記載されたDC−DCコンバータでは、直流出力電圧の高速応答を得るために、スイッチング素子の出力側に接続されたリアクトル(チョークコイル)の電圧降下値を基準値と比較してスイッチング素子の制御信号を生成している。
As a DC-DC converter, a switching element that switches a DC input voltage and a control circuit that controls the switching element, and supplies a DC output voltage to a load in accordance with the ON / OFF duty ratio of the switching element are known. (For example, refer to Patent Document 1). In a general DC-DC converter, in order to reduce the steady-state deviation with respect to the target voltage value, the deviation between the voltage value of the DC output voltage and the target voltage value is integrated, and the duty ratio is controlled according to the integrated value. Yes. On the other hand, in the DC-DC converter described in
ところで、一般的な積分制御を用いたDC−DCコンバータでは、負荷電流が急激に変化した場合に、瞬時に応答できず、その間に直流出力電圧に電圧降下が生じることがある。このような電圧降下のレベルによっては負荷側のシステムに不具合を起こす虞れがある。 By the way, in the DC-DC converter using the general integration control, when the load current changes rapidly, it cannot respond instantaneously, and a voltage drop may occur in the DC output voltage during that time. Depending on the level of such a voltage drop, there is a risk of causing problems in the load-side system.
一方、特許文献1に記載されたDC−DCコンバータでは、フィードフォワード制御になるため、積分制御を用いた場合に比べて、応答性を高めることができる。しかし、リアクトルの電圧降下値に応じてスイッチング素子の制御信号を生成するため、リアクトルに素子ばらつきが生じると、その分だけ直流出力電圧にもばらつきが生じ、目標電圧値に対する確度が低い傾向がある。この点を考慮して、リアクトルの素子ばらつきを低減した場合には、高精度のリアクトルを使用する必要があり、部品コストや製品コストが上昇するという問題がある。さらに、リアクトルの電圧降下を検出するために、時系列的なサンプリングを行う必要があり、制御回路の処理が複雑化するという問題もある。
On the other hand, in the DC-DC converter described in
本発明は前述の問題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、直流出力電圧の確度と高い応答性の両方を得ることができるDC−DCコンバータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a DC-DC converter capable of obtaining both the accuracy and high responsiveness of a DC output voltage.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、直流入力電圧をスイッチングするスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御回路とを備え、前記スイッチング素子のオンとオフのデューティ比に応じた直流出力電圧を負荷に供給するDC−DCコンバータであって、前記制御回路は、前記直流出力電圧の電圧値と目標電圧値との差を積分した積分値に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を調整する第1の制御信号を出力するフィードバック制御部と、前記直流出力電圧の電圧値が予め決められた所定の下限電圧値よりも低下したときに前記スイッチング素子をオンする第2の制御信号を出力する下限側フィードフォワード制御部と、前記直流出力電圧の電圧値が前記下限電圧値よりも高いときに前記スイッチング素子に前記第1の制御信号を出力し、前記直流出力電圧の電圧値が前記下限電圧値よりも低いときに前記スイッチング素子に前記第2の制御信号を出力するロジック回路とを備える構成としている。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
請求項2の発明では、前記制御回路は、前記直流出力電圧の電圧値が予め決められた所定の上限電圧値よりも上昇したときに前記スイッチング素子をオフする第3の制御信号を出力する上限側フィードフォワード制御部をさらに備え、前記ロジック回路は、前記直流出力電圧の電圧値が前記上限電圧値と前記下限電圧値との間の範囲内になるときに前記スイッチング素子に前記第1の制御信号を出力し、前記直流出力電圧の電圧値が前記下限電圧値よりも低いときに前記スイッチング素子に前記第2の制御信号を出力し、前記直流出力電圧の電圧値が前記上限電圧値よりも高いときに前記スイッチング素子に前記第3の制御信号を出力する構成としている。 According to a second aspect of the present invention, the control circuit outputs an upper limit for outputting a third control signal that turns off the switching element when the voltage value of the DC output voltage rises above a predetermined upper limit voltage value. A side feedforward control unit, wherein the logic circuit controls the switching element when the voltage value of the DC output voltage falls within a range between the upper limit voltage value and the lower limit voltage value. A signal is output, and when the voltage value of the DC output voltage is lower than the lower limit voltage value, the second control signal is output to the switching element, and the voltage value of the DC output voltage is higher than the upper limit voltage value. When the voltage is high, the third control signal is output to the switching element.
請求項3の発明では、前記スイッチング素子の出力側は、直接的に前記負荷に接続している。
In the invention of
請求項4の発明では、前記スイッチング素子の出力側は、トランスを介して間接的に前記負荷に接続している。 According to a fourth aspect of the present invention, the output side of the switching element is indirectly connected to the load via a transformer.
請求項1の発明によれば、直流出力電圧の電圧値が下限電圧値よりも高いときには、ロジック回路はスイッチング素子に第1の制御信号を出力する。このとき、直流出力電圧の電圧値と目標電圧値との差を積分した積分値に応じてスイッチング素子のデューティ比が調整されるから、直流出力電圧の電圧値と目標電圧値との定常偏差を小さくすることができ、直流出力電圧の確度を高めることができる。 According to the first aspect of the invention, when the voltage value of the DC output voltage is higher than the lower limit voltage value, the logic circuit outputs the first control signal to the switching element. At this time, since the duty ratio of the switching element is adjusted according to the integral value obtained by integrating the difference between the voltage value of the DC output voltage and the target voltage value, the steady deviation between the voltage value of the DC output voltage and the target voltage value is The accuracy of the DC output voltage can be increased.
一方、直流出力電圧の電圧値が下限電圧値よりも低いときには、ロジック回路は第2の制御信号をスイッチング素子に出力する。このとき、スイッチング素子はオンするから、直流出力電圧を速やかに上昇させることができる。このため、負荷電流が急激に変化した場合でも、直流出力電圧に生じる電圧降下を速やかに補償することができ、応答性を高めることができる。 On the other hand, when the voltage value of the DC output voltage is lower than the lower limit voltage value, the logic circuit outputs the second control signal to the switching element. At this time, since the switching element is turned on, the DC output voltage can be quickly increased. For this reason, even when the load current changes abruptly, the voltage drop generated in the DC output voltage can be quickly compensated, and the responsiveness can be improved.
請求項2の発明によれば、直流出力電圧の電圧値が上限電圧値と下限電圧値との間の範囲内になるときには、ロジック回路はスイッチング素子に第1の制御信号を出力する。このとき、直流出力電圧の電圧値は上限電圧値と下限電圧値との間で目標電圧値に近い値になっている。このため、ロジック回路は第1の制御信号をスイッチング素子に出力して、直流出力電圧の電圧値と目標電圧値との定常偏差を小さくすることができ、直流出力電圧の確度を高めることができる。
According to the invention of
また、直流出力電圧の電圧値が下限電圧値よりも低いときには、ロジック回路は第2の制御信号をスイッチング素子に出力するから、スイッチング素子をオンして、直流出力電圧を速やかに上昇させることができる。一方、直流出力電圧の電圧値が上限電圧値よりも高いときには、ロジック回路は第3の制御信号をスイッチング素子に出力するから、スイッチング素子をオフして、直流出力電圧を速やかに低下させることができる。このため、負荷電流が急激に上昇または低下して直流出力電圧が変化した場合でも、この変化分を速やかに補償することができ、応答性を高めることができる。 Further, when the voltage value of the DC output voltage is lower than the lower limit voltage value, the logic circuit outputs the second control signal to the switching element, so that the DC output voltage can be quickly increased by turning on the switching element. it can. On the other hand, when the voltage value of the DC output voltage is higher than the upper limit voltage value, the logic circuit outputs the third control signal to the switching element. Therefore, the switching element is turned off to quickly reduce the DC output voltage. it can. For this reason, even when the load current suddenly increases or decreases and the DC output voltage changes, this change can be quickly compensated, and the responsiveness can be improved.
請求項3の発明によれば、スイッチング素子の出力側は直接的に負荷に接続したから、非絶縁型のDC−DCコンバータに適用することができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、スイッチング素子の出力側はトランスを介して間接的に負荷に接続したから、絶縁型のDC−DCコンバータに適用することができる。
According to the invention of
以下、本発明の実施の形態によるDC−DCコンバータについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に、第1の実施の形態によるDC−DCコンバータ1を示す。DC−DCコンバータ1は、直流電源2、コンデンサCin、トランジスタQ、ダイオードD、チョークコイルL、コンデンサCout、制御回路4等を備え、非絶縁型DC−DCコンバータを構成する。
FIG. 1 shows a DC-
直流電源2は、直流入力電圧Vinを供給する。この直流電源2は、一端がトランジスタQのソースに接続され、他端がグランドに接続されている。直流電源2には、入力側のコンデンサCinが並列接続されている。このため、コンデンサCinは、直流電源2の一端とグランドとの間に接続されている。
The
トランジスタQは、例えばnチャネル型電界効果トランジスタ(n型MOSFET)であり、スイッチング素子を構成する。トランジスタQのドレインはチョークコイルLの一端に接続され、チョークコイルLの他端は出力端子Poに接続されている。トランジスタQは、直流入力電圧Vinをスイッチングしてパルス電圧に変換する。 The transistor Q is, for example, an n-channel field effect transistor (n-type MOSFET) and constitutes a switching element. The drain of the transistor Q is connected to one end of the choke coil L, and the other end of the choke coil L is connected to the output terminal Po. The transistor Q switches the DC input voltage Vin to convert it to a pulse voltage.
ダイオードDは、カソードがチョークコイルLの一端に接続され、アノードがグランドに接続されている。ダイオードDは、フリーホイールダイオードを構成し、チョークコイルLに蓄積されたエネルギを放出する。チョークコイルLの他端は、平滑用コンデンサである出力側のコンデンサCoutを介してグランドに接続されている。 The diode D has a cathode connected to one end of the choke coil L and an anode connected to the ground. The diode D constitutes a free wheel diode and releases energy stored in the choke coil L. The other end of the choke coil L is connected to the ground via an output-side capacitor Cout that is a smoothing capacitor.
出力端子Poには、負荷3が接続されると共に、制御回路4が接続されている。制御回路4は、フィードバック制御部5、下限側フィードフォワード制御部14、ロジック回路16を備える。
A
フィードバック制御部5は、検出回路6、積分演算部7、PWM制御部10を備える。検出回路6は、出力端子Poとグランドとの間に直列接続された抵抗R1,R2によって構成されている。検出回路6は、抵抗R1,R2によって直流出力電圧Voutを分圧し、分圧した検出電圧Vsを積分演算部7の誤差アンプ8に出力する。
The
積分演算部7は、誤差アンプ8と位相補償器9によって構成される。誤差アンプ8は、検出電圧Vsと基準電圧Vrefとを比較して直流出力電圧Voutの電圧値と目標電圧値V0との間の差ΔVを演算する。このとき、基準電圧Vrefは、目標電圧値V0に対応した電圧値として、例えば目標電圧値V0を抵抗R1,R2によって分圧した値に設定される。誤差アンプ8は、例えば差動アンプによって構成され、検出電圧Vsと基準電圧Vrefとの差を増幅し、誤差信号を出力する。また、位相補償器9は、誤差信号を積分してフィードバック制御部5の位相ずれを補償する。このため、積分演算部7は、直流出力電圧Voutの電圧値と目標電圧値V0との間の差ΔVを積分した積分値を演算し、積分値に対応した積分信号Vintを出力する。
The
PWM制御部10は、PWMコンパレータ11、発振器12およびスイッチドライバ13によって構成され、積分信号Vintに応じてトランジスタQのデューティ比を調整する。ここで、発振器12は、予め決められた周波数の鋸波信号Vrampを出力する。PWMコンパレータ11は、発振器12からの鋸波信号Vrampと積分信号Vintとを比較して、例えば積分信号Vintよりも鋸波信号Vrampが大きいときにオン(High)となり、積分信号Vintよりも鋸波信号Vrampが小さいときにオフ(Low)となったPWM信号Vpを出力する。このとき、積分信号Vintが大きくなるに従ってPWM信号Vpのデューティ比は小さくなり、積分信号Vintが小さくなるに従ってPWM信号Vpのデューティ比は大きくなる。PWM信号Vpはスイッチドライバ13によって、トランジスタQをスイッチングするための電圧に変換され、第1の制御信号Vc1として出力される。なお、発振器12は、鋸波信号に限らず、例えば三角波信号を出力してもよい。
The
下限側フィードフォワード制御部14は、下限電圧検出器15によって構成される。下限電圧検出器15は、例えばコンパレータによって構成され、直流出力電圧Voutと予め決められた下限電圧値Vth1とを比較し、この比較結果に応じた第2の制御信号Vc2を出力する。ここで、下限電圧値Vth1は、例えば目標電圧値V0の±2〜5%が通常時の直流出力電圧Voutの変動の許容範囲としたときに、この許容範囲の下限よりも低い値(例えば、目標電圧値V0の−7〜20%程度の値)に設定されている。また、下限電圧値Vth1は、直流出力電圧Voutが目標電圧値V0よりも低下して負荷3の挙動に不具合が生じる電圧値になるのを防止するために、この電圧値よりも高い値に設定されている。
The lower limit side
そして、直流出力電圧Voutの電圧値が下限電圧値Vth1よりも高い通常時は、下限電圧検出器15は、Lowとなった第2の制御信号Vc2を出力する。一方、直流出力電圧Voutの電圧値が下限電圧値Vth1よりも低下したときには、下限電圧検出器15は、第2の制御信号Vc2をLowからHighに切換える。
When the voltage value of the DC output voltage Vout is higher than the lower limit voltage value Vth1, the lower
ロジック回路16は、例えばORゲート17によって構成される。ORゲート17には、第1の制御信号Vc1と第2の制御信号Vc2が入力されると共に、これらの論理和に応じたスイッチング信号VswをトランジスタQのゲートに出力する。ここで、直流出力電圧Voutが目標電圧値V0付近になる通常時は、直流出力電圧Voutの電圧値が下限電圧値Vth1よりも高いから、下限側フィードフォワード制御部14による第2の制御信号Vc2はLowになっている。このとき、ORゲート17は、第1の制御信号Vc1に対応したスイッチング信号VswをトランジスタQのゲートに出力する。これにより、トランジスタQは、デューティ比がフィードバック制御されたPWM信号Vpに応じてオンとオフを繰り返す。
The
一方、直流出力電圧Voutが下限電圧値Vth1よりも低下すると、下限側フィードフォワード制御部14による第2の制御信号Vc2はHighになる。このとき、ORゲート17は、第2の制御信号Vc2に対応してHighになったスイッチング信号VswをトランジスタQのゲートに出力する。これにより、トランジスタQはオンに固定される。
On the other hand, when the DC output voltage Vout falls below the lower limit voltage value Vth1, the second control signal Vc2 from the lower limit side
本実施の形態によるDC−DCコンバータ1は上述のように構成されるものであり、直流出力電圧Voutの電圧値が下限電圧値Vth1よりも高い通常時は、制御回路4は、フィードバック制御部5による第1の制御信号Vc1によってトランジスタQを制御する。このとき、第1の制御信号Vc1は、直流出力電圧Voutの電圧値と目標電圧値V0との差ΔVを積分した積分値に応じてデューティ比が調整されるから、トランジスタQは、第1の制御信号Vc1に応じてオンとオフを繰り返す。これにより、負荷3には、目標電圧値V0付近にフィードバック制御された直流出力電圧Voutが供給されるから、直流出力電圧Voutの電圧値と目標電圧値V0との定常偏差を小さくすることができ、直流出力電圧Voutの確度を高めることができる。
The DC-
一方、図2に示すように、負荷3に変動が生じて負荷電流が短時間で大きく増加する(電流差+ΔIが発生する)と、不足電荷が生じて直流出力電圧Voutに大きな電圧降下が発生することがある。このような電圧降下によって直流出力電圧Voutが下限電圧値Vth1よりも低下すると、制御回路4は、下限側フィードフォワード制御部14による第2の制御信号Vc2によってトランジスタQをオンに固定する。これにより、直流出力電圧Voutは上昇するから、応答性を高めて電圧降下分を速やかに補償することができる。この結果、電圧降下に伴う負荷3側の不具合を未然に防ぐことができ、負荷3を安定して動作させることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 2, when the
図3に、下限側フィードフォワード制御部14を省いた比較例と本実施の形態とにおいて、例えば負荷電流が2Aから10Aに増加したときの直流出力電圧Voutの時間変化を示す。図3(a)に示すように、比較例の場合には、79.5mVの電圧降下が生じると共に、目標電圧値V0付近に復帰するまでの復帰時間として30μsが必要になる。これに対し、図3(b)に示すように、本実施の形態では、電圧降下を39.5mVに抑制できると共に、復帰時間も20μs程度に短縮することができる。
FIG. 3 shows the time change of the DC output voltage Vout when the load current increases from 2 A to 10 A, for example, in the comparative example in which the lower limit side
次に、本発明の第2の実施の形態を、図4に示す。第2の実施の形態の特徴は、制御回路は、直流出力電圧の電圧値が上限電圧値よりも上昇したときにスイッチング素子をオフする第3の制御信号を出力する上限側フィードフォワード制御部をさらに備えることにある。なお、第2の実施の形態では、前記第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. The feature of the second embodiment is that the control circuit includes an upper limit side feedforward control unit that outputs a third control signal that turns off the switching element when the voltage value of the DC output voltage rises above the upper limit voltage value. It is to prepare further. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
DC−DCコンバータ21は、第1の実施の形態によるDC−DCコンバータ1とほぼ同様に、直流電源2、コンデンサCin、トランジスタQ、ダイオードD、チョークコイルL、コンデンサCout、制御回路22等を備える。制御回路22は、フィードバック制御部5、下限側フィードフォワード制御部14、上限側フィードフォワード制御部23、ロジック回路25を備える。
The DC-
上限側フィードフォワード制御部23は、上限電圧検出器24によって構成される。上限電圧検出器24は、例えばコンパレータによって構成され、直流出力電圧Voutと予め決められた上限電圧値Vth2とを比較し、この比較結果に応じた第3の制御信号Vc3を出力する。ここで、上限電圧値Vth2は、例えば目標電圧値V0の±2〜5%が通常時の直流出力電圧Voutの変動の許容範囲としたときに、この許容範囲の上限よりも高い値(例えば、目標電圧値V0の+8〜20%程度の値)に設定されている。また、上限電圧値Vth2は、直流出力電圧Voutが目標電圧値V0よりも上昇して負荷3の挙動に不具合が生じる電圧値になるのを防止するために、この電圧値よりも低い値に設定されている。
The upper limit side
そして、直流出力電圧Voutの電圧値が上限電圧値Vth2よりも低い通常時は、上限電圧検出器24は、Highとなった第3の制御信号Vc3を出力する。一方、直流出力電圧Voutの電圧値が上限電圧値Vth2よりも上昇したときには、上限電圧検出器24は、第3の制御信号Vc3をHighからLowに切換える。
When the voltage value of the DC output voltage Vout is lower than the upper limit voltage value Vth2, the upper
ロジック回路25は、例えばORゲート26およびANDゲート27によって構成される。ORゲート26には、第1の制御信号Vc1と第2の制御信号Vc2が入力される。ANDゲート27には、ORゲート26の出力信号と第3の制御信号Vc3が入力されると共に、これらの論理積に応じたスイッチング信号VswをトランジスタQのゲートに出力する。
The
ここで、直流出力電圧Voutが目標電圧値V0付近になる通常時は、下限側フィードフォワード制御部14による第2の制御信号Vc2はLowになり、上限側フィードフォワード制御部23による第3の制御信号Vc3はHighになっている。このとき、直流出力電圧Voutの電圧値が上限電圧値Vth2と下限電圧値Vth1との間の範囲内の値になるから、ORゲート26は、第1の制御信号Vc1に対応した信号を出力すると共に、ANDゲート27は、ORゲート26の出力信号に対応したスイッチング信号VswをトランジスタQのゲートに出力する。これにより、トランジスタQは、デューティ比がフィードバック制御されたPWM信号Vpに応じてオンとオフを繰り返す。
Here, at the normal time when the DC output voltage Vout is near the target voltage value V0, the second control signal Vc2 by the lower limit side
また、直流出力電圧Voutが下限電圧値Vth1よりも低下すると、下限側フィードフォワード制御部14による第2の制御信号Vc2はHighに切換わる。このとき、ORゲート26は、第2の制御信号Vc2に対応してHighになった信号を出力すると共に、ANDゲート27は、ORゲート26の出力信号に対応したスイッチング信号VswをトランジスタQのゲートに出力する。これにより、トランジスタQはオンに固定される。
When the DC output voltage Vout is lower than the lower limit voltage value Vth1, the second control signal Vc2 by the lower limit side
さらに、直流出力電圧Voutが上限電圧値Vth2よりも上昇すると、上限側フィードフォワード制御部23による第3の制御信号Vc3はLowになる。このとき、ORゲート26は、第1の制御信号Vc1に対応した信号を出力する。これに対し、第3の制御信号Vc3はLowになっているから、ANDゲート27は、第3の制御信号Vc3に対応したスイッチング信号VswをトランジスタQのゲートに出力する。これにより、トランジスタQはオフに固定される。
Further, when the DC output voltage Vout rises above the upper limit voltage value Vth2, the third control signal Vc3 by the upper limit side
かくして、第2の実施の形態でも第1の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、図5に示すように、負荷3に変動が生じて負荷電流が短時間で大きく減少する(電流差−ΔIが発生する)と、余剰電荷が生じて直流出力電圧Voutに大きな電圧上昇が生じることがある。これに対し、第2の実施の形態では、直流出力電圧Voutの電圧値が上限電圧値Vth2よりも高いときには、ロジック回路25は第3の制御信号Vc3をトランジスタQに出力するから、トランジスタQをオフにして、直流出力電圧Voutを速やかに低下させることができる。このため、負荷電流が急激に低下して直流出力電圧Voutが変化した場合でも、この変化分を速やかに補償することができ、応答性を高めることができる。
Thus, the second embodiment can provide the same effects as those of the first embodiment. Further, as shown in FIG. 5, when the
次に、本発明の第3の実施の形態を、図6に示す。第3の実施の形態の特徴は、絶縁型DC−DCコンバータに適用したことにある。なお、第3の実施の形態では、前記第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, a third embodiment of the present invention is shown in FIG. The feature of the third embodiment is that it is applied to an isolated DC-DC converter. In the third embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
DC−DCコンバータ31は、直流電源2、コンデンサCin、ダイオードD1、コンデンサC、抵抗R、トランジスタQ、トランス32、ダイオードD2,D3、チョークコイルL、コンデンサCout、制御回路4等を備える。
The DC-
直流電源2、コンデンサCin、ダイオードD1、コンデンサC、抵抗RおよびトランジスタQは、トランス32の1次側コイル32Aに接続されている。ここで、直流電源2は、一端が1次側コイル32Aの一端に接続され、他端がグランドに接続されている。1次側コイル32Aの他端はトランジスタQを介してグランドに接続されている。直流電源2には、入力側のコンデンサCinが並列接続されている。
The
また、1次側コイル32Aには、リセット回路33が並列接続されている。リセット回路33は、トランジスタQをオフしたときに、トランス32に蓄積されたエネルギを放出する。リセット回路33は、コンデンサCと抵抗Rとの並列接続回路にダイオードD1を直列接続することによって構成されている。このとき、ダイオードD1のアノードは、1次側コイル32AとトランジスタQとの接続点に接続されている。
Further, a
トランス32の2次側コイル32Bの一端はダイオードD2のアノードに接続されると共に、ダイオードD2のカソードはチョークコイルLを介して出力端子Poに接続されている。また、ダイオードD2とチョークコイルLとの接続点はダイオードD3のカソードに接続され、ダイオードD3のアノードはグランドに接続されている。
One end of the
トランジスタQの出力側は、トランス32を介して間接的に負荷3に接続される。このとき、トランジスタQは、第1の実施の形態と同様に、制御回路4によってオンとオフが制御される。トランジスタQがオンすると、トランス32の1次側コイル32Aと2次側コイル32Bに起電力が発生して、ダイオードD2を通じて負荷3に向けて電流が流れる。一方、トランジスタQがオフすると、チョークコイルLに起電力が発生し、蓄積されたエネルギが放出されて、転流ダイオードD3を通じて負荷3に向けて電流が流れる。
The output side of the transistor Q is indirectly connected to the
かくして、第3の実施の形態でも第1の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。 Thus, the third embodiment can provide the same operational effects as those of the first embodiment.
なお、第3の実施の形態は、第1の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、第2の実施の形態に適用してもよい。また、第3の実施の形態では、絶縁型フォワードコンバータに適用した場合を例に挙げて説明したが、例えばフライバックコンバータ等に適用してもよく、各種の絶縁型DC−DCコンバータに適用することができる。 The third embodiment has been described by taking the case where it is applied to the first embodiment as an example, but may be applied to the second embodiment. In the third embodiment, the case where the present invention is applied to an isolated forward converter has been described as an example. However, for example, the present invention may be applied to a flyback converter or the like, and may be applied to various types of isolated DC-DC converters. be able to.
また、前記各実施の形態では、スイッチング素子としてn型MOSFETを用いた場合を例に挙げて説明したが、p型MOSFETやバイポーラトランジスタでもよく、スイッチングを行う各種の素子を用いることができる。 In each of the above embodiments, the case where an n-type MOSFET is used as the switching element has been described as an example. However, a p-type MOSFET or a bipolar transistor may be used, and various elements that perform switching can be used.
1,21,31 DC−DCコンバータ
2 直流電源
3 負荷
4,22 制御回路
5 フィードバック制御部
14 下限側フィードフォワード制御部
15 下限電圧検出器
16,25 ロジック回路
17,26 ORゲート
23 上限側フィードフォワード制御部
24 上限電圧検出器
27 ANDゲート
32 トランス
32A 1次側コイル
32B 2次側コイル
Q トランジスタ(スイッチング素子)
D,D1〜D3 ダイオード
L チョークコイル
1,21,31 DC-
D, D1 ~ D3 Diode L Choke coil
Claims (4)
前記制御回路は、前記直流出力電圧の電圧値と目標電圧値との差を積分した積分値に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を調整する第1の制御信号を出力するフィードバック制御部と、
前記直流出力電圧の電圧値が予め決められた所定の下限電圧値よりも低下したときに前記スイッチング素子をオンする第2の制御信号を出力する下限側フィードフォワード制御部と、
前記直流出力電圧の電圧値が前記下限電圧値よりも高いときに前記スイッチング素子に前記第1の制御信号を出力し、前記直流出力電圧の電圧値が前記下限電圧値よりも低いときに前記スイッチング素子に前記第2の制御信号を出力するロジック回路とを備える構成としたDC−DCコンバータ。 A DC-DC converter comprising a switching element that switches a DC input voltage and a control circuit that controls the switching element, and that supplies a DC output voltage to a load in accordance with a duty ratio of ON and OFF of the switching element. ,
The control circuit outputs a first control signal for adjusting a duty ratio of the switching element according to an integral value obtained by integrating a difference between a voltage value of the DC output voltage and a target voltage value; and
A lower limit side feedforward control unit that outputs a second control signal that turns on the switching element when the voltage value of the DC output voltage is lower than a predetermined lower limit voltage value;
The first control signal is output to the switching element when the voltage value of the DC output voltage is higher than the lower limit voltage value, and the switching is performed when the voltage value of the DC output voltage is lower than the lower limit voltage value. A DC-DC converter comprising a logic circuit that outputs the second control signal to an element.
前記ロジック回路は、前記直流出力電圧の電圧値が前記上限電圧値と前記下限電圧値との間の範囲内になるときに前記スイッチング素子に前記第1の制御信号を出力し、前記直流出力電圧の電圧値が前記下限電圧値よりも低いときに前記スイッチング素子に前記第2の制御信号を出力し、前記直流出力電圧の電圧値が前記上限電圧値よりも高いときに前記スイッチング素子に前記第3の制御信号を出力する構成としてなる請求項1に記載のDC−DCコンバータ。 The control circuit further includes an upper limit side feedforward control unit that outputs a third control signal for turning off the switching element when the voltage value of the DC output voltage rises above a predetermined upper limit voltage value. Prepared,
The logic circuit outputs the first control signal to the switching element when a voltage value of the DC output voltage falls within a range between the upper limit voltage value and the lower limit voltage value, and the DC output voltage The second control signal is output to the switching element when the voltage value of the DC output voltage is lower than the lower limit voltage value, and the second control signal is output to the switching element when the voltage value of the DC output voltage is higher than the upper limit voltage value. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the DC-DC converter is configured to output three control signals.
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