JP2016025774A - Step-down type dc/dc converter - Google Patents
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Description
本発明は、コイルの入力側端子及び電源回路間を接続する第1FETと、コイルの入力側端子及び固定電位端子間を接続する第2FETと、コイルの出力側端子及び負荷間を接続する逆流防止用素子と、出力電圧を平滑する為の平滑コンデンサとを備えた降圧型DC/DCコンバータに関するものである。 The present invention provides a first FET that connects between the input terminal of the coil and the power supply circuit, a second FET that connects between the input terminal of the coil and the fixed potential terminal, and a backflow prevention that connects between the output terminal of the coil and the load. The present invention relates to a step-down DC / DC converter provided with a power element and a smoothing capacitor for smoothing an output voltage.
DC/DCコンバータを備えた車両用電源装置では、予め設定された電圧・電流の範囲内で、車載負荷に対して電源を提供する。電源を供給するに当たり、車載負荷及び周辺回路を破壊しないように、過電圧、過電流及び過熱を検知した上で、回路を保護する仕組みが必要である。 In a vehicle power supply device including a DC / DC converter, a power supply is provided to a vehicle-mounted load within a preset voltage / current range. In supplying power, a mechanism for protecting the circuit after detecting overvoltage, overcurrent, and overheating is necessary so as not to destroy the on-vehicle load and the peripheral circuit.
図6は、従来の降圧型DC/DCコンバータの構成例を示す回路図である。
この降圧型DC/DCコンバータは、車両用電源装置に使用されており、オルタネータ(車載発電機、交流発電機)及び高圧バッテリ等で構成される高圧電源部4のプラス端子に、Nチャネル型MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)1のドレインが接続され、FET1のソースはコイル11の入力側端子に接続されている。FET1のドレインには、平滑コンデンサ9のプラス極が接続され、平滑コンデンサ9のマイナス極は接地されている。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional step-down DC / DC converter.
This step-down DC / DC converter is used in a vehicle power supply device. An N-channel MOSFET is connected to a plus terminal of a high-voltage power supply unit 4 including an alternator (on-vehicle generator, AC generator) and a high-voltage battery. The drain of the (metal oxide semiconductor field effect transistor) 1 is connected, and the source of the
コイル11の入力側端子には、また、Nチャネル型MOSFET2のドレインが接続され、FET2のソースは接地されている。コイル11の出力側端子には、Nチャネル型MOSFET3のソースが接続され、FET3のドレインは、平滑コンデンサ10のプラス極、及びシャント抵抗16の一方の端子に接続され、平滑コンデンサ10のマイナス極は接地されている。シャント抵抗16の他方の端子は、低圧バッテリ等の低圧電源部5及び車載負荷群6の各プラス端子に接続されている。
The input side terminal of the coil 11 is also connected to the drain of the N-channel MOSFET 2 and the source of the FET 2 is grounded. The source of the N-
電圧検出器7が、シャント抵抗16の両端電圧(V1−V2)を検出し、検出した両端電圧は、制御部8へ通知される。制御部8は、FET1,2をそれぞれPWM制御し、FET3をオン/オフ制御する。
このような構成の降圧型DC/DCコンバータでは、図示しない電圧検出器で高圧電源部4の出力電圧を検出する。制御部8は、この検出した出力電圧、及び低圧電源部5の設定電圧に基づき、デューティ比を算出し、算出したデューティ比により、FET1をPWM(Pulse Width Modulation)制御する。
The voltage detector 7 detects the voltage across the shunt resistor 16 (V1-V2), and the detected voltage across the both ends is notified to the
In the step-down DC / DC converter having such a configuration, the output voltage of the high-voltage power supply unit 4 is detected by a voltage detector (not shown). The
制御部8は、FET1をPWM制御する際、FET3をオンに固定し、FET2をFET1とは反転させたデューティ比でPWM制御し、これにより、平滑コンデンサ10のプラス極に、低圧電源部5の設定電圧に制御された電圧が出力される。
制御部8は、電圧検出器7が検出したシャント抵抗16の両端電圧、及び記憶しているシャント抵抗16の抵抗値に基づき、シャント抵抗16に通流する出力電流(=両端電圧/抵抗値)を算出する。
When the PWM control of the
Based on the voltage across the shunt resistor 16 detected by the voltage detector 7 and the stored resistance value of the shunt resistor 16, the
特許文献1には、高電圧蓄電部と低電圧蓄電部との間に接続されるDC/DCコンバータと、出力電流検出部と、負荷電流検出部と、低電圧蓄電部電圧検出回路と、これらと接続される制御部とを備える車両用電源装置が開示されている。制御部は、出力電流が既定出力電流よりも大きい場合は、低電圧蓄電部電圧が既定蓄電部電圧を維持するように、DC/DCコンバータを駆動し、出力電流が既定出力電流以下である間は、低電圧蓄電部の放電電荷量に応じて、DC/DCコンバータの停止と駆動とを繰り返す。
上述した降圧型DC/DCコンバータのように、シャント抵抗を出力回路に挿入し、シャント抵抗を通流する出力電流による降下電圧を検出する電流検出方法では、大電流時にシャント抵抗自身の抵抗成分の為に電力消費が大きくなり、過熱及び電圧変換効率の低下に繋がってしまうという問題がある。また、シャント抵抗を使用しないホール素子による電流検出方法では、上記のような問題は解決されているが、ホール素子又はホールICを用いた回路を追加する必要があり、部品コストが上昇し、実装スペースが増大するという問題がある。 Like the step-down DC / DC converter described above, a current detection method in which a shunt resistor is inserted into an output circuit and a voltage drop due to an output current flowing through the shunt resistor is detected. Therefore, there is a problem that power consumption increases, leading to overheating and a decrease in voltage conversion efficiency. In addition, the current detection method using a Hall element that does not use a shunt resistor has solved the above problems, but it is necessary to add a circuit using a Hall element or a Hall IC, which increases the component cost and mounting. There is a problem of increased space.
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、過熱及び電圧変換効率の低下を引き起こさず、部品コストの上昇及び実装スペースの増大を招くことなく、出力電流を検出することができる降圧型DC/DCコンバータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can detect an output current without causing overheating and a decrease in voltage conversion efficiency, without causing an increase in component cost and an increase in mounting space. An object of the present invention is to provide a step-down DC / DC converter that can be used.
第1発明に係る降圧型DC/DCコンバータは、コイルと、該コイルの入力側端子及び電源回路間を接続する第1FETと、前記入力側端子及び固定電位端子間を接続する第2FETと、前記コイルの出力側端子及び負荷間を接続する逆流防止用素子と、出力電圧を平滑する為の平滑コンデンサとを備え、前記第1FET及び第2FETをそれぞれPWM制御することにより、前記電源回路の出力電圧を降圧して出力する降圧型DC/DCコンバータにおいて、前記平滑コンデンサは、前記コイルの出力側端子及び固定電位端子間に接続されており、前記逆流防止用素子の両端子間の差電圧を検出する電圧検出器と、該電圧検出器が検出した差電圧、及び予め検出された前記逆流防止用素子のオン抵抗に基づき、該逆流防止用素子に通流する出力電流を算出する算出手段を有し、前記第1FET及び第2FETをそれぞれPWM制御する制御部とを備えることを特徴とする。 A step-down DC / DC converter according to a first aspect of the present invention includes a coil, a first FET that connects between an input side terminal of the coil and a power supply circuit, a second FET that connects between the input side terminal and a fixed potential terminal, A backflow prevention element for connecting between the output side terminal of the coil and the load, and a smoothing capacitor for smoothing the output voltage, and by controlling each of the first FET and the second FET by PWM control, the output voltage of the power supply circuit In the step-down DC / DC converter for stepping down and outputting the voltage, the smoothing capacitor is connected between the output side terminal and the fixed potential terminal of the coil, and detects a difference voltage between both terminals of the backflow prevention element. Based on the detected voltage detector, the differential voltage detected by the voltage detector, and the on-resistance of the backflow prevention element detected in advance, the current flows to the backflow prevention element. A calculation means for calculating a force current, characterized in that it comprises a said first 1FET and control unit for the first 2FET respectively PWM control.
この降圧型DC/DCコンバータでは、第1FETが、コイルの入力側端子及び電源回路間を接続し、第2FETが、コイルの入力側端子及び固定電位端子間を接続する。逆流防止用素子が、コイルの出力側端子及び負荷間を接続し、平滑コンデンサが、出力電圧を平滑する。第1FET及び第2FETをそれぞれPWM制御することにより、電源回路の出力電圧を降圧して出力する。
平滑コンデンサは、コイルの出力側端子及び固定電位端子間に接続されており、電圧検出器が、逆流防止用素子の両端子間の差電圧を検出する。制御部は、電圧検出器が検出した差電圧、及び予め検出された逆流防止用素子のオン抵抗に基づき、逆流防止用素子に通流する出力電流を算出手段が算出し、第1FET及び第2FETをそれぞれPWM制御する。
In this step-down DC / DC converter, the first FET connects the coil input side terminal and the power supply circuit, and the second FET connects the coil input side terminal and the fixed potential terminal. The backflow prevention element connects between the output terminal of the coil and the load, and the smoothing capacitor smoothes the output voltage. The first FET and the second FET are respectively PWM controlled to step down and output the output voltage of the power supply circuit.
The smoothing capacitor is connected between the output side terminal and the fixed potential terminal of the coil, and the voltage detector detects a differential voltage between both terminals of the backflow preventing element. The control unit calculates the output current flowing through the backflow prevention element based on the differential voltage detected by the voltage detector and the on-resistance of the backflow prevention element detected in advance, and the calculation means calculates the first FET and the second FET. Are respectively PWM controlled.
第2発明に係る降圧型DC/DCコンバータは、前記逆流防止用素子の温度を検出する温度検出器と、温度に対応させて前記逆流防止用素子のオン抵抗を記憶している記憶手段とを更に備え、前記算出手段は、前記温度検出器が検出した温度に対応して前記記憶手段が記憶しているオン抵抗に基づき、前記出力電流を算出するように構成してあることを特徴とする。 A step-down DC / DC converter according to a second aspect of the present invention includes a temperature detector that detects a temperature of the backflow prevention element, and a storage unit that stores an on-resistance of the backflow prevention element corresponding to the temperature. Further, the calculation means is configured to calculate the output current based on an on-resistance stored in the storage means corresponding to the temperature detected by the temperature detector. .
この降圧型DC/DCコンバータでは、温度検出器が、逆流防止用素子の温度を検出し、記憶手段が、温度に対応させて逆流防止用素子のオン抵抗を記憶している。算出手段は、温度検出器が検出した温度に対応して記憶手段が記憶しているオン抵抗に基づき、出力電流を算出する。 In this step-down DC / DC converter, the temperature detector detects the temperature of the backflow prevention element, and the storage means stores the on-resistance of the backflow prevention element corresponding to the temperature. The calculation means calculates the output current based on the on-resistance stored in the storage means corresponding to the temperature detected by the temperature detector.
第3発明に係る降圧型DC/DCコンバータは、コイルと、該コイルの入力側端子及び電源回路間を接続する第1FETと、前記入力側端子及び固定電位端子間を接続する第2FETと、前記コイルの出力側端子及び負荷間を接続する逆流防止用素子と、出力電圧を平滑する為の平滑コンデンサとを備え、前記第1FET及び第2FETをそれぞれPWM制御することにより、前記電源回路の出力電圧を降圧して出力する降圧型DC/DCコンバータにおいて、前記平滑コンデンサは、前記コイルの出力側端子及び固定電位端子間に接続されており、通流電流を検出する電流検出手段をそれぞれ有し、逆直列に接続され前記逆流防止用素子に並列に接続された2つのIPD(Intelligent Power Device)と、前記電流検出手段が検出した電流値、並びに予め検出された前記逆流防止用素子及びIPDの各オン抵抗に基づき、該逆流防止用素子に通流する出力電流を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。 A step-down DC / DC converter according to a third aspect of the present invention includes a coil, a first FET that connects the input side terminal of the coil and a power supply circuit, a second FET that connects the input side terminal and the fixed potential terminal, A backflow prevention element for connecting between the output side terminal of the coil and the load, and a smoothing capacitor for smoothing the output voltage, and by controlling each of the first FET and the second FET by PWM control, the output voltage of the power supply circuit In the step-down DC / DC converter for stepping down and outputting the current, the smoothing capacitor is connected between the output side terminal and the fixed potential terminal of the coil, and has current detection means for detecting a conduction current, Two IPDs (Intelligent Power Devices) connected in reverse and connected in parallel to the backflow prevention elements, current values detected by the current detection means, Based on the previously detected said backflow prevention element and the on-resistance of the IPD, characterized in that it comprises a calculating means for calculating an output current flowing in the reverse flow preventing device.
この降圧型DC/DCコンバータでは、第1FETが、コイルの入力側端子及び電源回路間を接続し、第2FETが、コイルの入力側端子及び固定電位端子間を接続する。逆流防止用素子が、コイルの出力側端子及び負荷間を接続し、平滑コンデンサが、出力電圧を平滑する。第1FET及び第2FETをそれぞれPWM制御することにより、電源回路の出力電圧を降圧して出力する。
平滑コンデンサは、コイルの出力側端子及び固定電位端子間に接続されており、通流電流を検出する電流検出手段をそれぞれ有し、逆直列に接続され2つのIPDが、逆流防止用素子に並列に接続されている。算出手段は、電流検出手段が検出した電流値、並びに予め検出された逆流防止用素子及びIPDの各オン抵抗に基づき、逆流防止用素子に通流する出力電流を算出する。
In this step-down DC / DC converter, the first FET connects the coil input side terminal and the power supply circuit, and the second FET connects the coil input side terminal and the fixed potential terminal. The backflow prevention element connects between the output terminal of the coil and the load, and the smoothing capacitor smoothes the output voltage. The first FET and the second FET are respectively PWM controlled to step down and output the output voltage of the power supply circuit.
The smoothing capacitor is connected between the output side terminal and the fixed potential terminal of the coil, and has current detection means for detecting a flowing current, and is connected in reverse series, and two IPDs are connected in parallel to the element for preventing backflow. It is connected to the. The calculation means calculates an output current flowing through the backflow prevention element based on the current value detected by the current detection means and the on-resistances of the backflow prevention element and the IPD detected in advance.
第4発明に係る降圧型DC/DCコンバータは、前記逆流防止用素子は、並列に接続された複数のFETにより構成されており、該複数のFETがオンに固定されている場合に、前記算出手段が算出した出力電流が第1電流値より小さいときは、前記複数のFETの1つのみをオンに固定した状態で、前記算出手段が、前記電流検出手段が検出した電流値、並びに予め検出された前記FET及びIPDの各オン抵抗に基づき、該FETに通流する出力電流を算出し直し、前記複数のFETの1つのみがオンに固定されている場合に、前記算出手段が算出した出力電流が第2電流値(>第1電流値)より大きいときは、前記複数のFETをオンに固定するように構成してあることを特徴とする。 In the step-down DC / DC converter according to a fourth aspect of the present invention, the backflow prevention element includes a plurality of FETs connected in parallel, and the calculation is performed when the plurality of FETs are fixed on. When the output current calculated by the means is smaller than the first current value, the calculation means detects the current value detected by the current detection means and the detection in advance with only one of the plurality of FETs fixed to ON. Based on the on-resistances of the FET and the IPD, the output current flowing through the FET is recalculated. When only one of the plurality of FETs is fixed on, the calculation means calculates When the output current is larger than the second current value (> first current value), the plurality of FETs are fixed to be on.
この降圧型DC/DCコンバータでは、逆流防止用素子は、並列に接続された複数のFETにより構成されている。複数のFETがオンに固定されている場合に、算出手段が算出した出力電流が第1電流値より小さいときは、複数のFETの1つのみをオンに固定した状態で、算出手段が、電流検出手段が検出した電流値、並びに予め検出されたFET及びIPDの各オン抵抗に基づき、FETに通流する出力電流を算出し直す。複数のFETの1つのみがオンに固定されている場合に、算出手段が算出した出力電流が第2電流値(>第1電流値)より大きいときは、複数のFETをオンに固定する。 In this step-down DC / DC converter, the backflow prevention element is composed of a plurality of FETs connected in parallel. If the output current calculated by the calculation means is smaller than the first current value when the plurality of FETs are fixed to ON, the calculation means performs the current in a state in which only one of the plurality of FETs is fixed to ON. Based on the current value detected by the detection means and the on-resistances of the FET and IPD detected in advance, the output current flowing through the FET is recalculated. If only one of the plurality of FETs is fixed on, and the output current calculated by the calculating means is larger than the second current value (> first current value), the plurality of FETs are fixed on.
第5発明に係る降圧型DC/DCコンバータは、コイルと、該コイルの入力側端子及び電源回路間を接続する第1FETと、前記入力側端子及び固定電位端子間を接続する第2FETと、前記コイルの出力側端子及び負荷間を接続する逆流防止用素子と、出力電圧を平滑する為の平滑コンデンサとを備え、前記第1FET及び第2FETをそれぞれPWM制御することにより、前記電源回路の出力電圧を降圧して出力する降圧型DC/DCコンバータにおいて、前記平滑コンデンサは、前記コイルの出力側端子及び固定電位端子間に接続され、前記逆流防止用素子は、通流電流を検出する電流検出手段をそれぞれ有し逆直列に接続された2つのIPD(Intelligent Power Device)で構成されており、前記電流検出手段が出力電流を検出するように構成してあることを特徴とする。 A step-down DC / DC converter according to a fifth aspect of the present invention is a coil, a first FET that connects between the input side terminal of the coil and the power supply circuit, a second FET that connects between the input side terminal and the fixed potential terminal, A backflow prevention element for connecting between the output side terminal of the coil and the load, and a smoothing capacitor for smoothing the output voltage, and by controlling each of the first FET and the second FET by PWM control, the output voltage of the power supply circuit In the step-down DC / DC converter for stepping down and outputting the current, the smoothing capacitor is connected between the output side terminal and the fixed potential terminal of the coil, and the backflow preventing element is a current detection means for detecting a conduction current. Each of which has two IPDs (Intelligent Power Devices) connected in reverse series, and the current detection means detects the output current. It characterized that you have.
この降圧型DC/DCコンバータでは、第1FETが、コイルの入力側端子及び電源回路間を接続し、第2FETが、コイルの入力側端子及び固定電位端子間を接続する。逆流防止用素子が、コイルの出力側端子及び負荷間を接続し、平滑コンデンサが、出力電圧を平滑する。第1FET及び第2FETをそれぞれPWM制御することにより、電源回路の出力電圧を降圧して出力する。
平滑コンデンサは、コイルの出力側端子及び固定電位端子間に接続されている。逆流防止用素子は、通流電流を検出する電流検出手段をそれぞれ有し逆直列に接続された2つのIPDで構成されており、IPDの電流検出手段が出力電流を検出する。
In this step-down DC / DC converter, the first FET connects the coil input side terminal and the power supply circuit, and the second FET connects the coil input side terminal and the fixed potential terminal. The backflow prevention element connects between the output terminal of the coil and the load, and the smoothing capacitor smoothes the output voltage. The first FET and the second FET are respectively PWM controlled to step down and output the output voltage of the power supply circuit.
The smoothing capacitor is connected between the output side terminal and the fixed potential terminal of the coil. The backflow prevention element is composed of two IPDs each having current detection means for detecting a conduction current and connected in reverse series, and the current detection means of the IPD detects the output current.
第6発明に係る降圧型DC/DCコンバータは、コイルと、該コイルの入力側端子及び電源回路間を接続する第1FETと、前記入力側端子及び固定電位端子間を接続する第2FETと、前記コイルの出力側端子及び負荷間を接続する逆流防止用素子と、出力電圧を平滑する為の平滑コンデンサとを備え、前記第1FET及び第2FETをそれぞれPWM制御することにより、前記電源回路の出力電圧を降圧して出力する降圧型DC/DCコンバータにおいて、前記平滑コンデンサは、前記コイルの出力側端子及び固定電位端子間に接続され、前記逆流防止用素子は、逆直列に接続された2つのIPD(Intelligent Power Device)で構成されており、該2つのIPDの両端の差電圧を検出する電圧検出器と、該電圧検出器が検出した差電圧、及び予め検出された前記IPDの各オン抵抗に基づき、該IPDに通流する出力電流を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。 A step-down DC / DC converter according to a sixth aspect of the present invention includes a coil, a first FET that connects the input side terminal of the coil and the power supply circuit, a second FET that connects the input side terminal and the fixed potential terminal, A backflow prevention element for connecting between the output side terminal of the coil and the load, and a smoothing capacitor for smoothing the output voltage, and by controlling each of the first FET and the second FET by PWM control, the output voltage of the power supply circuit In the step-down DC / DC converter for stepping down the voltage, the smoothing capacitor is connected between the output side terminal and the fixed potential terminal of the coil, and the backflow prevention element is connected to two IPDs connected in reverse series. (Intelligent Power Device), a voltage detector for detecting a difference voltage between both ends of the two IPDs, a difference voltage detected by the voltage detector, and a prediction voltage. Based on the on-resistance of said detected IPD, characterized in that it comprises a calculating means for calculating an output current Tsuryu to the IPD.
この降圧型DC/DCコンバータでは、第1FETが、コイルの入力側端子及び電源回路間を接続し、第2FETが、コイルの入力側端子及び固定電位端子間を接続する。逆流防止用素子が、コイルの出力側端子及び負荷間を接続し、平滑コンデンサが、出力電圧を平滑する。第1FET及び第2FETをそれぞれPWM制御することにより、電源回路の出力電圧を降圧して出力する。平滑コンデンサは、コイルの出力側端子及び固定電位端子間に接続され、逆流防止用素子は、逆直列に接続された2つのIPDで構成されている。電圧検出器が、2つのIPDの両端の差電圧を検出し、算出手段は、電圧検出器が検出した差電圧、及び予め検出されたIPDの各オン抵抗に基づき、IPDに通流する出力電流を算出する。 In this step-down DC / DC converter, the first FET connects the coil input side terminal and the power supply circuit, and the second FET connects the coil input side terminal and the fixed potential terminal. The backflow prevention element connects between the output terminal of the coil and the load, and the smoothing capacitor smoothes the output voltage. The first FET and the second FET are respectively PWM controlled to step down and output the output voltage of the power supply circuit. The smoothing capacitor is connected between the output side terminal and the fixed potential terminal of the coil, and the backflow prevention element is composed of two IPDs connected in reverse series. The voltage detector detects a differential voltage across the two IPDs, and the calculation means outputs an output current that flows through the IPD based on the differential voltage detected by the voltage detector and each on-resistance of the IPD detected in advance. Is calculated.
本発明に係る降圧型DC/DCコンバータによれば、過熱及び電圧変換効率の低下を引き起こさず、部品コストの上昇及び実装スペースの増大を招くことなく、出力電流を検出することができる降圧型DC/DCコンバータを実現することができる。 According to the step-down DC / DC converter according to the present invention, step-down DC capable of detecting an output current without causing overheating and a decrease in voltage conversion efficiency, without causing an increase in component cost and an increase in mounting space. / DC converter can be realized.
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明に係る降圧型DC/DCコンバータの実施の形態1の概略構成を示す回路図である。
この降圧型DC/DCコンバータは、車両用電源装置に使用されるものであり、コイル11と、コイル11の入力側端子にソースが接続され、オルタネータ(車載発電機、交流発電機)及び高圧バッテリ等で構成される高圧電源部4のプラス端子にドレインが接続されたNチャネル型MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)1と、FET(第1FET)1のドレインにプラス極が接続され、マイナス極が接地されている(接地端子(固定電位端子)に接続されている)平滑コンデンサ9とを備えている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a step-down DC / DC converter according to a first embodiment of the present invention.
This step-down DC / DC converter is used for a power supply device for a vehicle. A source is connected to a coil 11 and an input side terminal of the coil 11, and an alternator (on-vehicle generator, AC generator) and a high-voltage battery. The N-channel MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) 1 whose drain is connected to the plus terminal of the high-voltage power supply unit 4 configured by the above, and the plus electrode is connected to the drain of the FET (first FET) 1 and minus And a smoothing
この降圧型DC/DCコンバータは、また、コイル11の入力側端子にドレインが接続され、ソースが接地されたNチャネル型MOSFET(第2FET)2と、コイル11の出力側端子にソースが接続されたNチャネル型MOSFET(逆流防止用素子)3と、FET3のソースにプラス極が接続された平滑コンデンサ10とを備えている。FET3のドレインは、低圧バッテリ等の低圧電源部5及び車載負荷群6の各プラス端子に接続され、平滑コンデンサ10のマイナス極は接地されている。
In this step-down DC / DC converter, the drain is connected to the input side terminal of the coil 11, the N-channel MOSFET (second FET) 2 whose source is grounded, and the source is connected to the output side terminal of the coil 11. And an N channel type MOSFET (backflow prevention element) 3 and a smoothing
この降圧型DC/DCコンバータは、また、FET3の両端電圧(ソース−ドレイン間電圧)(V1−V2)を検出する電圧検出器7と、FET3の温度を検出する温度検出器3dと、電圧検出器7が検出した両端電圧値、及び温度検出器3dが検出した温度が与えられる制御部8とを備えている。制御部8は、温度に対応させてFET3のオン抵抗を記憶しているメモリ(記憶手段)8aを内蔵しており、FET1,2をそれぞれPWM制御し、FET3をオン/オフ制御する。FET1,2,3には、それぞれボディダイオード(寄生ダイオード)が形成されている。
This step-down DC / DC converter also includes a voltage detector 7 for detecting the voltage across the FET 3 (source-drain voltage) (V1-V2), a temperature detector 3d for detecting the temperature of the
このような構成の降圧型DC/DCコンバータでは、図示しない電圧検出器で高圧電源部4の出力電圧を検出する。制御部8は、この検出した出力電圧、及び低圧電源部5の設定電圧に基づき、デューティ比を算出し、算出したデューティ比により、FET1をPWM(Pulse Width Modulation)制御する。
制御部8は、FET1をPWM制御する際、FET3をオンに固定し、FET2をFET1とは反転させたデューティ比でPWM制御し、これにより、FET3のドレインに、低圧電源部5の設定電圧に制御された電圧が出力される。
In the step-down DC / DC converter having such a configuration, the output voltage of the high-voltage power supply unit 4 is detected by a voltage detector (not shown). The
When the PWM control of the
制御部8は、また、電圧検出器7が検出したFET3の両端電圧、温度検出器3dが検出した温度、メモリ8aが記憶しこの検出した温度に対応するオン抵抗に基づき、FET3に通流する出力電流(=両端電圧/抵抗値)を算出する。
従来、FET3の出力側に平滑コンデンサ10を接続していたので(図6)、FET3の両端電圧は、平滑されておらずリップルが乗っていたが、本実施の形態1では、平滑コンデンサ10により平滑されているので、安定した値を検出することができる。
制御部8は、算出した出力電流に基づき、過電流、過熱等を判定し、降圧型DC/DCコンバータの故障防止に利用する。尚、FET3に代えてダイオードを使用した場合でも、同様の作用、効果を得ることが可能である。
The
Conventionally, since the smoothing
The
(実施の形態2)
図2は、本発明に係る降圧型DC/DCコンバータの実施の形態2の概略構成を示す回路図である。
この降圧型DC/DCコンバータは、逆直列に接続されFET3に並列に接続された2つのIPD12,13を備えている。IPD12,13は、電流検出機能を備えた電源制御IC(Integrated Circuit)であり、内蔵する分岐回路の通流電流を検出して、比例計算でIPD主回路の通流電流を算出する。
IPD12,13は、算出した通流電流値を制御部8に与え、制御部8は、IPD12,13をFET3と同時的にオン/オフ制御する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the step-down DC / DC converter according to the second embodiment of the present invention.
This step-down DC / DC converter includes two
The
IPD12,13は、比較的安価な、オン抵抗がFET3より比較的に大きいものを用いれば良いが、オン抵抗が大き過ぎれば、検出電流値が小さくなり誤差要因となるので、適切に選ぶ必要がある。
FET3は、従来から通常とは逆向きに出力電流が流れるようにして、オフ時にボディダイオード経由で逆流しないように接続してある。
The
The
一方、一般的なIPDも、スイッチは、ボディダイオードを有するFETであるが、逆向きの電流(マイナス電流)は検出しない。その為、電流検出用に出力電流の向きに合わせてIPD12を接続し、オフ時のボディダイオード経由での逆流を防止する為に、IPD13をIPD12に逆直列に接続してある。その他の構成は、上述した実施の形態1の降圧型DC/DCコンバータの構成(図1)と同様であるので、説明を省略する。但し、図1に示す温度検出器3d及びメモリ8aは無くても良い。
On the other hand, in the general IPD, the switch is an FET having a body diode, but does not detect a reverse current (minus current). Therefore, the
このような構成の降圧型DC/DCコンバータでは、制御部8は、FET1をPWM制御する際、FET3及びIPD12,13をオンに固定する。
制御部8は、また、IPD12の電流センサが検出した電流値Is、並びに予め検出し記憶してあるIPD12,13及びFET3の各オン抵抗に基づき、FET3に通流する出力電流Iを算出する。
In the step-down DC / DC converter having such a configuration, the
The
ここで、IPD12,13及びFET3の各オン抵抗をR2,R2及びR1とすると、FET3に通流する出力電流Iは、
I=Is×(2R2/R1)
により算出される。
その他の動作は、上述した実施の形態1の降圧型DC/DCコンバータの動作と同様であるので、説明を省略する。
Here, if the on-resistances of the
I = Is × (2R2 / R1)
Is calculated by
Other operations are the same as those of the step-down DC / DC converter according to the first embodiment described above, and thus description thereof is omitted.
(実施の形態3)
本発明に係る降圧型DC/DCコンバータの実施の形態3の構成は、図2に示す降圧型DC/DCコンバータの概略構成において、逆流防止用素子であるFET3を、図3A,Bに示すように、例えば3つの並列接続されたFET3a,3b,3cに置き換えたものである。FET3a,3b,3cは,制御部8によりオン/オフ制御される。その他の構成は、上述した実施の形態2の降圧型DC/DCコンバータの構成(図2)と同様であるので、説明を省略する。
(Embodiment 3)
The configuration of
以下に、このような構成の降圧型DC/DCコンバータの動作の例を、それを示す図4のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部8は、図3Bに示すように、複数のFET3a,3b,3cがオンである場合(S1)、IPD12の電流センサが検出した電流値Isを読込む(S3)。次いで、読込んだ電流値Is、並びに予め検出し記憶してあるIPD12,13及びFET3a,3b,3cの各オン抵抗に基づき、FET3a,3b,3cに通流する(合計)出力電流Iを算出する(S5)。
An example of the operation of the step-down DC / DC converter having such a configuration will be described below with reference to the flowchart of FIG.
As shown in FIG. 3B, when the plurality of FETs 3a, 3b, 3c are on (S1), the
ここで、IPD12,13,FET3a,3b,3cの各オン抵抗をR2,R2,R3,R3,R3とすると、FET3a,3b,3cに通流する(合計)出力電流Iは、
I=Is×(2R2/(R3/3))=Is×(6R2/R3)
により算出される。
Here, assuming that the on-resistances of the
I = Is * (2R2 / (R3 / 3)) = Is * (6R2 / R3)
Is calculated by
これにより、逆流防止用素子FET3a,3b,3cの(合成)オン抵抗が、逆流防止用素子FETが1つの場合に比べて1/3になり、逆流防止用素子FET3a,3b,3cの通流電流による損失及び発熱を低減することができる。
尚、ここでは、FET3a,3b,3cの各オン抵抗をR3として等しくしてあるが、Ra,Rb,Rcのように互いに異なっていても良い。その場合、上式のR3/3は、Ra×Rb×Rc/(Rb×Rc+Ra×Rc+Ra×Rb)となる。
As a result, the (synthetic) on-resistance of the backflow prevention elements FET3a, 3b, and 3c becomes 比 べ compared to the case of one backflow prevention element FET, and the backflow prevention elements FET3a, 3b, and 3c flow. Loss and heat generation due to current can be reduced.
Here, the on-resistances of the FETs 3a, 3b, and 3c are equal to R3, but they may be different from each other as Ra, Rb, and Rc. In this case, R3 / 3 in the above formula is Ra × Rb × Rc / (Rb × Rc + Ra × Rc + Ra × Rb).
制御部8は、次に、算出したFET3a,3b,3cの出力電流Iが、所定電流値I1より小さいか否かを判定し(S7)、所定電流値I1より小さくなければ、出力電流をIに確定した(S19)後、再度、IPD12の電流センサが検出した電流値Isを読込む(S3)。
制御部8は、算出したFET3a,3b,3cの出力電流Iが、所定電流値I1より小さければ(S7)、FET3a,3b,3cの内から1つのFETを選択し、図3Aに示すように、選択したFETのみをオンにする(S9)。
Next, the
If the calculated output current I of the FETs 3a, 3b, 3c is smaller than the predetermined current value I1 (S7), the
制御部8は、次に、IPD12の電流センサが検出した電流値Isを読込み(S11)、読込んだ電流値Is、並びに予め検出し記憶してあるIPD12,13及び選択したFETの各オン抵抗に基づき、選択したFETに通流する出力電流Iを算出する(S13)。
Next, the
ここで、IPD12,13及び選択したFETの各オン抵抗は、上述したようにR2,R2,R3であるから、選択したFETに通流する出力電流Iは、
I=Is×(2R2/R3)
により算出される。
Here, since the on-resistances of the
I = Is × (2R2 / R3)
Is calculated by
これにより、出力電流Iが同じ場合、IPD12の電流センサが検出する電流値Isは、逆流防止用素子FETが3並列の場合に比べて3倍となり、より精度が高い電流検出が可能となる。
尚、ここでは、FET3a,3b,3cの各オン抵抗をR3として、何れを選択しても良いようにしてあるが、FET3a,3b,3cの各オン抵抗が互いに異なる場合は、予め定められたFETが選択されるべきである。
As a result, when the output current I is the same, the current value Is detected by the current sensor of the
In this case, each of the on-resistances of the FETs 3a, 3b, and 3c can be selected as R3, and any of them can be selected. However, when the on-resistances of the FETs 3a, 3b, and 3c are different from each other, they are determined in advance. The FET should be selected.
制御部8は、次に、算出した選択したFETの出力電流をIに確定した(S15)後、出力電流Iが所定電流値I2より大きいか否かを判定し(S17)、所定電流値I2より大きくなければ、IPD12の電流センサが検出した電流値Isを読込む(S11)。尚、所定電流値I2は所定電流値I1より充分大きいものとする。
Next, the
制御部8は、出力電流Iが所定電流値I2より大きければ(S17)、複数のFET3a,3b,3cをオンにした(S21)後、IPD12の電流センサが検出した電流値Isを読込む(S3)。
制御部8は、図3Aに示すように、複数のFET3a,3b,3cがオンでなく、1つのFETのみがオンであれば(S1)、IPD12の電流センサが検出した電流値Isを読込む(S11)。
その他の動作は、上述した実施の形態2の降圧型DC/DCコンバータの動作と同様であるので、説明を省略する。
If the output current I is larger than the predetermined current value I2 (S17), the
As shown in FIG. 3A, the
Other operations are the same as those of the step-down DC / DC converter according to the second embodiment described above, and thus the description thereof is omitted.
(実施の形態4)
図5は、本発明に係る降圧型DC/DCコンバータの実施の形態4の概略構成を示す回路図である。
この降圧型DC/DCコンバータは、逆流防止用素子として逆直列に接続され2つのIPD14,15を備えている。IPD14,15は、電流検出機能を備えた電源制御ICであり、内蔵する分岐回路の通流電流を検出して、比例計算でIPD主回路の通流電流(降圧型DC/DCコンバータの出力電流)を算出する。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a step-down DC / DC converter according to a fourth embodiment of the present invention.
This step-down DC / DC converter includes two
IPD14,15は、算出した通流電流値を制御部8に与え、制御部8は、IPD14,15を同時的にオン/オフ制御する。
逆流防止用素子は、従来、FETを通常とは逆向きに出力電流が流れるようにして、オフ時にボディダイオード経由で逆流しないように接続してある。
The
Conventionally, the backflow preventing element is connected so that an output current flows through the FET in the opposite direction from that of the FET so as not to flow back through the body diode when the FET is off.
一方、一般的なIPDも、スイッチは、ボディダイオードを有するFETであるが、逆向きの電流(マイナス電流)は検出しない。その為、電流検出用に出力電流の向きに合わせてIPD14を接続し、オフ時のボディダイオード経由での逆流を防止する為に、IPD15をIPD14に逆直列に接続してある。その他の構成は、上述した実施の形態1の降圧型DC/DCコンバータの構成(図1)と同様であるので、説明を省略する。但し、図1に示す温度検出器3d及びメモリ8aは無くても良い。
On the other hand, in the general IPD, the switch is an FET having a body diode, but does not detect a reverse current (minus current). For this reason, the
このような構成の降圧型DC/DCコンバータでは、制御部8は、FET1をPWM制御する際、IPD14,15をオンに固定する。
制御部8は、また、IPD14の電流センサが検出した電流値Isを出力電流Iとして与えられる。
In the step-down DC / DC converter having such a configuration, the
The
尚、実施の形態1と同様に、逆流防止用素子IPD14,15の両端電圧(V1−V2)を検出する電圧検出器7を備え、制御部8が、電圧検出器7が検出した両端電圧、及びIPD14,15の予め検出された各オン抵抗R2,R2に基づき、IPD14,15に通流する出力電流(=両端電圧/(R2+R2))を算出することも可能である。
その他の動作は、上述した実施の形態1の降圧型DC/DCコンバータの動作と同様であるので、説明を省略する。
As in the first embodiment, the voltage detector 7 is provided for detecting the voltage (V1-V2) across the backflow prevention elements IPD14, 15, and the
Other operations are the same as those of the step-down DC / DC converter according to the first embodiment described above, and thus description thereof is omitted.
1 FET(第1FET)
2 FET(第2FET)
3,3a,3b,3c FET(逆流防止用素子)
3d 温度検出器
4 高圧電源部
5 低圧電源部
6 車載負荷群
7 電圧検出器
8 制御部
8a メモリ(記憶手段)
9,10 平滑コンデンサ
11 コイル
12,13,14,15 IPD
1 FET (first FET)
2 FET (second FET)
3, 3a, 3b, 3c FET (Backflow prevention element)
3d Temperature detector 4 High voltage
9, 10 Smoothing capacitor 11
Claims (6)
前記平滑コンデンサは、前記コイルの出力側端子及び固定電位端子間に接続されており、前記逆流防止用素子の両端子間の差電圧を検出する電圧検出器と、該電圧検出器が検出した差電圧、及び予め検出された前記逆流防止用素子のオン抵抗に基づき、該逆流防止用素子に通流する出力電流を算出する算出手段を有し、前記第1FET及び第2FETをそれぞれPWM制御する制御部とを備えることを特徴とする降圧型DC/DCコンバータ。 A coil, a first FET that connects the input side terminal of the coil and the power supply circuit, a second FET that connects the input side terminal and the fixed potential terminal, and a backflow prevention that connects the output side terminal of the coil and the load In a step-down DC / DC converter that includes a power device and a smoothing capacitor for smoothing the output voltage, and performs PWM control on the first FET and the second FET, respectively, to step down and output the output voltage of the power supply circuit ,
The smoothing capacitor is connected between an output side terminal and a fixed potential terminal of the coil, and detects a voltage difference between both terminals of the backflow prevention element, and a difference detected by the voltage detector. Control for calculating the output current flowing through the backflow prevention element based on the voltage and the on-resistance of the backflow prevention element detected in advance, and controlling the PWM control of the first FET and the second FET, respectively And a step-down DC / DC converter.
前記平滑コンデンサは、前記コイルの出力側端子及び固定電位端子間に接続されており、通流電流を検出する電流検出手段をそれぞれ有し、逆直列に接続され前記逆流防止用素子に並列に接続された2つのIPD(Intelligent Power Device)と、前記電流検出手段が検出した電流値、並びに予め検出された前記逆流防止用素子及びIPDの各オン抵抗に基づき、該逆流防止用素子に通流する出力電流を算出する算出手段とを備えることを特徴とする降圧型DC/DCコンバータ。 A coil, a first FET that connects the input side terminal of the coil and the power supply circuit, a second FET that connects the input side terminal and the fixed potential terminal, and a backflow prevention that connects the output side terminal of the coil and the load In a step-down DC / DC converter that includes a power device and a smoothing capacitor for smoothing the output voltage, and performs PWM control on the first FET and the second FET, respectively, to step down and output the output voltage of the power supply circuit ,
The smoothing capacitor is connected between the output side terminal and the fixed potential terminal of the coil, and has current detection means for detecting a conduction current, and is connected in reverse series and in parallel to the backflow prevention element. Based on the two IPDs (Intelligent Power Devices), the current value detected by the current detection means, and the on-resistance of the backflow prevention element and the IPD detected in advance, the current flows to the backflow prevention element. A step-down DC / DC converter comprising a calculating means for calculating an output current.
前記平滑コンデンサは、前記コイルの出力側端子及び固定電位端子間に接続され、前記逆流防止用素子は、通流電流を検出する電流検出手段をそれぞれ有し逆直列に接続された2つのIPD(Intelligent Power Device)で構成されており、前記電流検出手段が出力電流を検出するように構成してあることを特徴とする降圧型DC/DCコンバータ。 A coil, a first FET that connects the input side terminal of the coil and the power supply circuit, a second FET that connects the input side terminal and the fixed potential terminal, and a backflow prevention that connects the output side terminal of the coil and the load In a step-down DC / DC converter that includes a power device and a smoothing capacitor for smoothing the output voltage, and performs PWM control on the first FET and the second FET, respectively, to step down and output the output voltage of the power supply circuit ,
The smoothing capacitor is connected between the output side terminal and the fixed potential terminal of the coil, and the backflow prevention element has two IPDs connected in reverse series each having current detection means for detecting a conduction current. A step-down DC / DC converter characterized in that the current detecting means is configured to detect an output current.
前記平滑コンデンサは、前記コイルの出力側端子及び固定電位端子間に接続され、前記逆流防止用素子は、逆直列に接続された2つのIPD(Intelligent Power Device)で構成されており、該2つのIPDの両端の差電圧を検出する電圧検出器と、該電圧検出器が検出した差電圧、及び予め検出された前記IPDの各オン抵抗に基づき、該IPDに通流する出力電流を算出する算出手段とを備えることを特徴とする降圧型DC/DCコンバータ。 A coil, a first FET that connects the input side terminal of the coil and the power supply circuit, a second FET that connects the input side terminal and the fixed potential terminal, and a backflow prevention that connects the output side terminal of the coil and the load In a step-down DC / DC converter that includes a power device and a smoothing capacitor for smoothing the output voltage, and performs PWM control on the first FET and the second FET, respectively, to step down and output the output voltage of the power supply circuit ,
The smoothing capacitor is connected between the output side terminal and the fixed potential terminal of the coil, and the backflow prevention element is composed of two IPDs (Intelligent Power Devices) connected in reverse series. A voltage detector for detecting a voltage difference between both ends of the IPD, and a calculation for calculating an output current flowing through the IPD based on the difference voltage detected by the voltage detector and each on-resistance of the IPD detected in advance. And a step-down DC / DC converter.
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