JP3438126B2 - Dc/dcコンバータ - Google Patents

Dc/dcコンバータ

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JP3438126B2
JP3438126B2 JP29977997A JP29977997A JP3438126B2 JP 3438126 B2 JP3438126 B2 JP 3438126B2 JP 29977997 A JP29977997 A JP 29977997A JP 29977997 A JP29977997 A JP 29977997A JP 3438126 B2 JP3438126 B2 JP 3438126B2
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耕介 原田
正俊 中原
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久雄 清水
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流の出力電圧を
安定化する為のDC/DCコンバータに関する。直流の
入力電圧をスイッチング制御によって安定化した直流の
出力電圧とするDC/DCコンバータは、既に各種の構
成が提案され、且つ各種の電子機器の安定化電源として
実用化されている。このようなDC/DCコンバータ
は、一般的には、出力電圧を検出してフィールドバック
制御する構成が適用されている。このようなフィードバ
ック制御系の安定化が問題となっている。
【0002】
【従来の技術】図11は従来例のフライバックコンバー
タ構成の説明図であり、図示の極性の入力電圧Vin
を、トランスTの一次巻線N1に電界効果トランジスタ
(FET)等によるメインスイッチSWによってオン,
オフして印加し、二次巻線N2に誘起した電圧を整流用
のダイオードDによって整流し、平滑用コンデンサC2
によって平滑化し、図示の極性の出力電圧Voutを検
出して設定基準電圧と比較し、誤差分が零に近づくよう
に、制御回路(CONT)によりメインスイッチSWの
オン期間を駆動信号P1によって制御するものである。
【0003】即ち、出力電圧Voutを検出し、設定基
準電圧より高い場合は、メインスイッチSWのオン期間
を短くし、反対に、設定基準電圧より低い場合は、メイ
ンスイッチSWのオン期間を長くするように制御して、
出力電圧Voutを設定基準電圧に対応した値となるよ
うに安定化するものである。
【0004】又出力電流を検出する電流検出部を設け、
負荷短絡等の過負荷状態の出力電流の時に、出力電圧V
outを垂下させてDC/DCコンバータを保護する構
成も知られている。
【0005】図12は従来例のブーストコンバータ構成
及びバックブーストコンバータ構成の説明図であり、
(A)はブーストコンバータ構成の要部を示し、C1は
入力側のコンデンサ、Lはリアクトル、SWはメインス
イッチ、Dはダイオード、C2は平滑用コンデンサ、C
ONTは制御回路、Vinは入力電圧、Voutは出力
電圧である。
【0006】リアクトルLとダイオードDとを入力端子
と出力端子との間に直列的に接続し、その接続点にメイ
ンスイッチSWを接続した構成であり、制御回路CON
TによりメインスイッチSWをオンとすると、図示の極
性の入力電圧Vinは、リアクトルLに直接的に印加さ
れて電流が流れ、励磁エネルギーがリアクトルLに蓄積
される。又平滑用コンデンサC2の充電電圧は、ダイオ
ードDに対して逆方向電圧として印加されるから、オン
状態のメインスイッチSWを介して放電することを阻止
している。
【0007】次に、メインスイッチSWをオフとする
と、リアクトルLに蓄積された励磁エネルギーによっ
て、電流の連続性を維持する方向の電圧が発生し、この
電圧は入力電圧Vinに加算され、ダイオードDを介し
て平滑用コンデンサC2に印加されて充電される。従っ
て、図示の極性の出力電圧Voutは、入力電圧Vin
にリアクトルLによる電圧を加算した値となる。この出
力電圧Voutを制御回路CONTによって検出し、設
定した一定の出力電圧Voutとなるように、メインス
イッチSWのオン期間を制御することになる。
【0008】又図12の(B)は、バックブーストコン
バータ構成の要部を示し、(A)と同一符号は同一の名
称部分を示し、入力端子と出力端子との間に、メインス
イッチSWとダイオードDとを直列的に接続し、その接
続点にリアクトルLを接続した構成であり、制御回路C
ONTは、図示の極性の出力電圧Voutを検出して、
設定した電圧となるように、メインスイッチSWのオ
ン,オフを制御する。このメインスイッチSWをオンと
すると、図示の極性の入力電圧VinはリアクトルLに
印加されて電流が流れ、励磁エネルギーが蓄積される。
その時、ダイオードDには逆方向電圧が印加される。
【0009】そして、メインスイッチSWをオフとする
と、リアクトルLに流れる電流の連続性を維持する為に
電圧が誘起し、ダイオードDに順方向電圧が印加される
ことになる。このダイオードDを介してリアクトルLを
流れる電流により平滑用コンデンサC2が図示の極性
(図9の(A)の場合と反対極性)に充電されて、その
両端の電圧が出力電圧Voutとなる。この構成のスイ
ッチング電源装置は、昇圧型又は降圧型の何れの構成と
することも可能である。
【0010】図13は従来例のバックコンバータ構成及
びフォワードコンバータ構成の説明図であり、(A)は
バックコンバータ構成の要部を示し、入力端子間にはコ
ンデンサC1を接続し、出力端子間には平滑用コンデン
サC2を接続し、入力端子と出力端子との間にメインス
イッチSWとリアクトルLとを直列的に接続し、その接
続点にダイオードDを接続した構成であり、このダイオ
ードDは、メインスイッチSWをオンとした時に、図示
の極性の入力電圧Vinが逆方向電圧として印加される
極性となるように接続する。
【0011】制御回路CONTは、図示の極性の出力電
圧Voutを検出して、設定した電圧となるように、メ
インスイッチSWのオン,オフを制御する。このメイン
スイッチSWをオンとすると、入力電圧Vinはリアク
トルLを介して出力端子に接続した平滑用コンデンサC
2及び負荷に印加される。この時、リアクトルLに印加
される電圧VLは、VL=Vin−Voutとなり、リ
アクトルLはこの電圧VLに従って励磁され、又平滑用
コンデンサC2が充電される。
【0012】そして、メインスイッチSWをオフとする
と、リアクトルLに流れる電流の連続性維持の特性によ
り誘起された電圧は、ダイオードDに対して順方向の極
性となる。従って、平滑用コンデンサC2の充電及び負
荷電流の供給が継続される。この構成に於いては、リア
クトルLに蓄積される励磁エネルギーが、入力電圧Vi
nと出力電圧Voutとの差分に従ったものとなり、降
圧型のスイッチング電源装置を構成することになる。
【0013】又図13の(B)はフォワードコンバータ
構成の要部を示し、トランスTの一次巻線N1にメイン
スイッチSWを接続し、入力端子にコンデンサC1を接
続し、制御回路CONTによりメインスイッチSWをオ
ン,オフ制御し、トランスTの一次巻線N1に印加する
図示の極性の入力電圧Vinをオン,オフする。
【0014】メインスイッチSWをオンとしたことによ
る二次巻線N2の誘起電圧は、ダイオードDaには順方
向、ダイオードDbには逆方向の極性となり、二次巻線
N2に流れる電流は、ダイオードDaとリアクトルLと
を介して平滑用コンデンサC2の充電電流及び負荷電流
となって、リアクトルLには励磁エネルギーが蓄積され
る。又平滑用コンデンサC2の両端の図示の極性の電圧
が出力電圧Voutとなる。制御回路CONTは、この
出力電圧Voutを検出し、設定した基準電圧と比較
し、誤差分を零とするように、パルス幅制御等によって
メインスイッチSWのオン期間を制御する。
【0015】又メインスイッチSWをオフとすると、ト
ランスTの二次巻線N2の誘起電圧の極性は反転するか
ら、ダイオードDaには逆方向、ダイオードDbには順
方向と電圧となる。しかし、ダイオードDbに対する印
加電圧は、ダイオードDaによって阻止される。又リア
クトルLは、電流の連続性を維持する為に、蓄積された
励磁エネルギーによりダイオードDbには順方向となる
電圧が誘起される。従って、平滑用コンデンサC2の充
電電流及び負荷電流が供給される。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】従来例のDC/DCコ
ンバータは、前述のように、出力電圧を検出してフィー
ドバック制御を行う構成を有するもので、このフィード
バック制御系は、温度,負荷条件,入力電圧条件等によ
って,ゲイン−位相特性が変化し、安定性に問題があ
る。即ち、フィードバック制御系は、出力電圧と設定基
準電圧との差分を差動増幅器等によって増幅し、その差
分が零となるように、メインスイッチのオン期間を制御
するものであり、出力電圧の安定性を確保する為には比
較的大きなゲインの増幅器を含むことになる。それによ
って、位相遅れ等の関係を含めて持続振動状態となる場
合がある。又このような状態を回避する為には、ゲイン
を低くすることになるが、応答特性が劣化し、出力電圧
の安定性が充分でなくなる問題が生じる。本発明は、安
定な制御系により出力電圧を安定化するDC/DCコン
バータを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明のDC/DCコン
バータは、(1)メインスイッチ1のオン,オフ制御に
より出力電圧を安定化するDC/DCコンバータに於い
て、電圧検出部3による入力電圧検出信号と、電流検出
部4による出力電流検出信号とを入力し、入力電圧上昇
によりオン期間を短く、下降によりオン期間を長くし、
出力電流増加によりオン期間を長く、減少によりオン期
間を短くして、前記出力電圧を安定化するように、前記
メインスイッチのオン期間を制御するディジタル制御部
2を備えている。
【0018】又(2)ディジタル制御部2は、電圧検出
部3の入力電圧検出信号と、電流検出部4の出力電流検
出信号とを基に、メインスイッチ1のオン期間の制御信
号を読出す制御テーブルと、この制御テーブルの読出制
御を行う制御処理部と、制御テーブルから読出した制御
信号に従ってメインスイッチ1のオン,オフ制御を行う
駆動回路9とを備えている。
【0019】又(3)ディジタル制御部2の制御テーブ
ルは、複数種類の出力電圧の安定化特性を、外部制御信
号に応じて前記制御処理部によりテーブル内容の書換え
又はテーブルの切替えを行う構成を備えることができ
る。
【0020】又(4)ディジタル制御部2は、入力電圧
検出信号と出力電流検出信号とを基に前記制御テーブル
を参照してメインスイッチ1のオン期間を制御すると共
に、サンプリング周期毎の電圧検出部3の入力電圧検出
信号の変化分が閾値を超えた時、及び電流検出部4の出
力電流検出信号の変化分が閾値を超えた時に、出力電圧
の過渡応答を抑制するようにメインスイッチ1のオン期
間を補正する構成を備えることができる。
【0021】又(5)ディジタル制御部2の制御テーブ
ルは、チョークコイルに流れる電流の不連続領域に於け
る前記出力電流に対するメインスイッチ1のオン期間の
制御信号に対して、連続領域に於ける出力電流に対する
メインスイッチ1のオン期間の制御信号を粗くして格納
することができる。
【0022】又(6)ディジタル制御部2の制御テーブ
ルは、電圧検出部3の入力電圧検出信号と、電流検出部
4の出力電流検出信号と、温度検出部10の温度検出信
号とをアドレス信号としてアクセスする領域に、メイン
スイッチ1のオン期間の制御信号を格納した構成とする
ことができる。
【0023】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施の形態
の説明図であり、フライバックコンバータ構成に適用し
た場合を示し、1はメインスイッチ、2はディジタル制
御部、3は電圧検出部、4は電流検出部、5はトラン
ス、6は入力側コンデンサ、7はダイオード、8は平滑
用コンデンサ、9は駆動回路、10は温度検出部であ
る。
【0024】メインスイッチ1のオン,オフによるトラ
ンス5の二次巻線の誘起電圧をダイオード7により整流
し、平滑用コンデンサ8により平滑化した直流の出力電
圧Voutを負荷に印加するフライバックコンバータの
基本的な動作は従来例と同様である。
【0025】この実施の形態に於いては、電圧検出部3
により入力電圧Vinを検出してAD変換した入力電圧
検出信号VSと、電流検出部4により出力電流Iout
を検出してAD変換した出力電流検出信号ISとを、デ
ィジタル制御部2に入力する。ディジタル制御部2は、
プロセッサ等により構成するか又は制御テーブル構成と
することができるものであり、メインスイッチ1のオン
期間を、基本的には、入力電圧Vinの上昇によって短
くし、下降によって長くし、又出力電流Ioutの増加
によって長くし、減少によって短くするように制御す
る。
【0026】即ち、入力電圧Vinと出力電圧Vout
との関係は、メインスイッチ1,トランス5,ダイオー
ド7,平滑用コンデンサ8等の構成に対応して予め調査
することができる。同様に、出力電流Ioutと出力電
圧Voutとの関係についても予め調査することができ
る。従って、このような入力電圧Vinと出力電流Io
utと出力電圧Voutとの関連特性に従ってメインス
イッチ1のオン期間を制御することにより、出力電圧V
outを安定化することができる。又従来例のような誤
差分を増幅してフィードバックする構成を含まないか
ら、安定な制御系を構成することができる。
【0027】又電圧検出部3は、入力電圧Vinに対応
して抵抗分圧器と、AD変換器とを含めた構成とし、ア
ナログ検出信号をディジタル検出信号に変換して、入力
電圧検出信号VSとすることができる。又電流検出部4
は、抵抗による電圧降下により検出する構成、又は脈流
電流の検出やコアの磁気飽和現象等を利用したカレント
トランスにより検出する構成、又は電流電圧変換器の構
成等を適用すると共にAD変換器を含めた構成とし、ア
ナログ検出信号をディジタル検出信号に変換して、出力
電流検出信号ISとすることができる。又温度によって
出力電圧Voutが変化する場合に、サーミスタ等の温
度検出素子と、AD変換器とを含む温度検出部10を設
け、温度検出信号TSに従ってメインスイッチ1のオン
期間を制御する構成とすることができる。
【0028】図2は入力電圧及び出力電流とデューティ
との関係説明図であり、(A)は、横軸を入力電圧Vi
n、縦軸をデューティDU〔オン期間/(オン期間+オ
フ期間)〕として示し、入力電圧Vinを上昇するに従
ってデューティDUを小さくすることにより、出力電圧
Voutを一定化することができる。
【0029】又(B)は、横軸を出力電流Iout、縦
軸をデューティDU〔オン期間/(オン期間+オフ期
間)〕として示し、出力電流Ioutの増加によりデュ
ーティDUを大きくし、減少によりデューティDU(オ
ン期間)を小さくすることにより、出力電流Ioutの
変化に対しても出力電圧Voutを一定化することがで
きる。この場合、出力電流Ioutの変化に対するデュ
ーティDUの制御の感度は低くても良いことが判る。
【0030】図3は本発明の実施の形態のディジタル制
御部の要部説明図であり、制御テーブル11を設けた場
合の要部を示し、12は制御処理部である。この制御処
理部12に、電圧検出部3の入力電圧検出信号VSと、
電流検出部4の出力電流検出信号ISとを入力するもの
で、温度検出部10の温度検出信号TSを入力すること
もできる。
【0031】又制御テーブル11は、アドレス信号AD
対応の領域に、メインスイッチ1のオン期間を制御する
制御信号DRを格納したもので、制御処理部12は、入
力電圧検出信号VSと出力電流検出信号ISとを基に、
又は温度検出信号TSを含めて、制御テーブル11のア
ドレス信号ADを形成するものであり、前述のように、
図2の(A)に示す特性に従って、入力電圧Vinが上
昇すると、オン期間を短くする制御信号DRを読出し、
入力電圧Vinが下降すると、オン期間を長くする制御
信号DRを読出し、又図2の(B)に示す特性に従っ
て、出力電流Ioutが増加すると、オン期間を長くす
る制御信号DRを読出し、出力電流Ioutが減少する
と、オン期間を短くする制御信号DRを読出す構成とす
る。
【0032】又複数種類の出力電圧を選択する場合、制
御テーブル11を外部制御信号EXCによって領域を切
替えることにより対処することができる。或いは、この
外部制御信号EXCによって、制御処理部12から制御
テーブル11を書換えることによって対処することもで
きる。従って、同一の構成で要求される任意の出力電圧
Voutの設定が可能である。
【0033】図4は入力電圧と出力電流とデューティと
の関係説明図であり、入力電圧Vinが曲線のc<b<
aの関係で上昇すると、デューティDUは順次小さくな
る。又出力電流IoutがIaを超えて増加した場合
は、デューティDUを次第に大きくするとしても、その
変化は僅かで済み、出力電流IoutがIa以下の場合
は、出力電流Ioutの変化に対応してデューティDU
の変化を大きくする必要がある。そこで、出力電流Io
utがIaを超えた範囲のデューティDU(制御テーブ
ル11に格納する制御信号DR)を比較的粗いステップ
で格納し、Ia以下の範囲のデューティDUを細かいス
テップで格納することにより、メインスイッチ1のデュ
ーティDU(オン期間)制御を正確に行わせると共に、
制御テーブル11の必要記憶容量を削減することができ
る。
【0034】図5は出力電流検出による出力電圧制御の
説明図であり、20は直流電源、21はメインスイッチ
を含むスイッチング部、22はメインスイッチの駆動回
路、23はパルス幅変調信号を出力する比較器、24は
鋸歯状波発生器、25は出力電流Ioutを検出する演
算増幅器、26は出力電流Ioutを検出する抵抗、2
7は負荷を示す。
【0035】スイッチング部21の出力電圧Voutが
負荷27に印加され、この負荷27に供給する出力電流
Ioutは直流電源20のアース側に流れることにな
り、従って、抵抗26と演算増幅器25とにより出力電
流Ioutを検出することができる。この出力電流Io
utの検出信号を比較電圧Vrとして比較器23に入力
し、鋸歯状波発生器24からの鋸歯状波電圧と比較し、
比較出力電圧を駆動回路22を介してスイッチング部2
1のメインスイッチのオン期間を制御することになる。
その場合、単純に出力電流Ioutの検出信号のみで出
力電圧Voutを一定化することは不可能に近いものと
なるから、出力電圧Voutを一定化する為の簡単な制
御を行うことになる。
【0036】図6は入力電圧と出力電流と比較電圧との
関係説明図であり、(A)は鋸歯状波電圧と比較電圧V
rとの関係を示し、(B)は縦軸を比較電圧Vr
〔V〕、横軸を出力電流Iout〔mA〕とし、入力電
圧Vin〔V〕をパラメータとして、図5に於ける出力
電圧Voutを一定化した場合の関係曲線を示す。この
場合、0〜200mAの出力電流Ioutと、10〜2
0Vの入力電圧Vinとの場合の比較電圧Vrを示す。
この比較電圧Vrは、鋸歯状波電圧が2〜4Vの間の振
幅を有する場合について示すもので、この比較電圧Vr
が大きいことは、パルス幅変調信号のパルス幅を狭くす
ることに相当し、メインスイッチのオン期間は短くな
る。反対に、比較電圧Vrが小さいことは、パルス幅変
調信号のパルス幅を広くすることに相当し、メインスイ
ッチのオン期間は長くなる。又入力電圧Vinを一定と
すると、出力電流Ioutが或る値、例えば、100m
A以上の時の出力電圧Vout一定の為の比較電圧Vr
はほぼ一定とする傾向を有するものである。
【0037】従って、入力電圧Vinと出力電流Iou
tとが変化しても、出力電圧Voutを一定化する為に
は、比較電圧Vrを(B)に示すように制御すれば良い
ことになる。即ち、入力電圧Vinと出力電流Iout
とに対応したパルス幅変調信号が得られるように制御す
れば良いことになる。出力電圧Voutを一定化する為
の前述の入力電圧Vinと出力電流Ioutとに対応し
たパルス幅制御信号を制御テーブルに格納することにな
る。
【0038】図7は本発明の実施の形態のディジタル制
御部の説明図であり、30は直流電源、31はメインス
イッチSWを含むスイッチング部、32は駆動回路、3
3はプロセッサ(CPU)、34は制御テーブル、3
5,36はAD変換器(A/D)、37は演算増幅器、
38は負荷、Riは電流検出用の抵抗、R1〜R4は抵
抗である。
【0039】直流電源30からの入力電圧Vinを抵抗
R1,R2により分圧し、AD変換器35によりディジ
タル信号に変換してプロセッサ33に入力する。又負荷
38に供給するスイッチング部31から供給する出力電
流Ioutは、直流電源30のアース側に流れるから、
抵抗Ri,R3,R4と演算増幅器37とによる構成に
よって検出することができる。この検出信号をAD変換
器36によりディジタル信号に変換してプロセッサ33
に入力する。
【0040】又制御テーブル34は、例えば、入力電圧
Vinの検出信号を上位アドレス、出力電流Ioutの
検出信号を下位アドレスとして、前述の図6の(B)に
示す関係から得られるパルス幅変調信号、即ち、前述の
制御信号DRを格納するものである。例えば、入力電圧
Vinが17Vで、出力電流Ioutが100mAの時
のデューティを50%とすると、制御テーブル34のV
in=17,Iout=100のアドレスに、デューテ
ィ50%を示す制御信号DRが格納される。
【0041】プロセッサ33は、制御テーブル34から
読出した制御信号DRに従って駆動回路32を介してス
イッチング部31のメインスイッチSWのオン期間を制
御することにより、出力電圧Voutを、出力電流Io
utが変化した場合でも、又入力電圧Vinが変化した
場合でも一定化することができる。
【0042】図8は本発明の実施の第2及び第3の実施
の形態の説明図であり、図12と同一符号は同一部分を
示し、DCTはディジタル制御部(図1の符号2に相
当)、CDTは出力電流Ioutを検出する電流検出部
(図1の符号4に相当)を示す。なお、入力電圧Vin
を検出する電圧検出部の機能は、ディジタル制御部DC
Tに含まれるものとして、入力電圧Vinを直接的にデ
ィジタル制御部DCTに入力する構成を示している。又
(A)はブーストコンバータ構成に適用した実施の形態
を示し、(B)はバックブーストコンバータ構成に適用
した実施の形態を示す。
【0043】図8の(A)のブーストコンバータ構成に
於いては、図示の極性の入力電圧Vinと、電流検出部
CDTによる出力電流Ioutの検出信号とがディジタ
ル制御部DCTに入力されて、メインスイッチSWのオ
ン期間を制御するもので、このメインスイッチSWのオ
ン期間にリアクトルLに蓄積された励磁エネルギーによ
る電圧が、メインスイッチSWをオフとした時に、入力
電圧Vinに加算され、ダイオードDを介してコンデン
サC2に印加されて充電される。
【0044】このコンデンサC2の端子電圧が図示の極
性の出力電圧Voutとなり、図示を省略した負荷に印
加される。又前述の実施の形態と同様に、出力電流Io
utと入力電圧Vinとの変動に対応して、ディジタル
制御部DCTによりメインスイッチSWのオン期間が制
御されて、出力電圧Voutは一定に維持される。
【0045】又図8の(B)のバックブーストコンバー
タ構成に於いても、図示の極性の入力電圧Vinと、電
流検出部CDTによる出力電流Ioutの検出信号とが
ディジタル制御部DCTに入力されて、メインスイッチ
SWのオン期間が制御される。このメインスイッチSW
のオン期間にリアクトルLに入力電圧Vinによる電流
が流れて励磁エネルギーが蓄積され、メインスイッチS
Wをオフとした時に、この励磁エネルギーによってリア
クトルLに継続して電流が流れ、その電流がダイオード
Dを介してコンデンサC2の充電電流となり、コンデン
サC2の端子電圧の出力電圧Voutは、図示の極性と
なる。
【0046】この実施の形態に於いても、入力電圧Vi
nと出力電流Ioutとに対応して、ディジタル制御部
DCTによってメインスイッチSWのオン期間が制御さ
れ、出力電圧Voutは一定に維持される。
【0047】図9は本発明の第4及び第5の実施の形態
の説明図であり、図13と同一符号は同一部分を示し、
DCTはディジタル制御部(図1の符号2に相当)、C
DTは出力電流Ioutを検出する電流検出部(図1の
符号4に相当)を示す。なお、図8に示す実施の形態と
同様に、入力電圧Vinを検出する電圧検出部の機能
は、ディジタル制御部DCTに含まれるものとして、入
力電圧Vinを直接的にディジタル制御部DCTに入力
する構成を示している。(A)はバックコンバータ構成
の実施の形態を示し、(B)はフォワードコンバータ構
成の実施の形態を示す。
【0048】図9の(A)のバックコンバータ構成に於
いて、図示の極性の入力電圧Vinと、電流検出部CD
Tによる出力電流Ioutの検出信号とをディジタル制
御部DCTに入力して、メインスイッチSWのオン期間
を制御するもので、メインスイッチSWのオン期間に、
入力電圧VinによりリアクトルLを介してコンデンサ
C2が充電され、メインスイッチSWをオフとした時
に、リアクトルLに継続して流れる電流によってダイオ
ードDを介してコンデンサC2が充電される。このコン
デンサC2の端子電圧が出力電圧Voutとなり、入力
電圧Vinと出力電流Ioutとに対応して、ディジタ
ル制御部DCTによりメインスイッチSWのオン期間を
制御して、図示の極性の出力電圧Voutを一定に維持
するものである。
【0049】又図9の(B)のフォワードコンバータ構
成に於いて、図示の極性の入力電圧Vinと、電流検出
部CDTによる出力電流Ioutの検出信号とを、ディ
ジタル制御部DCTに入力して、メインスイッチSWの
オン期間を制御する。このメインスイッチSWのオン期
間に、トランスTの二次巻線N2の誘起電圧によってダ
イオードDaとリアクトルLとを介してコンデンサC2
に充電され、メインスイッチSWをオフとすると、リア
クトルLに継続して流れる電流によってダイオードDb
を介してコンデンサC2の充電電流となる。そして、コ
ンデンサC2の端子電圧が出力電圧Voutとなり、こ
の出力電圧Voutは、入力電圧Vinと出力電流Io
utとに対応してメインスイッチSWのオン期間を制御
するディジタル制御部DCTによって一定化される。
【0050】前述の各実施の形態に於いて、ディジタル
制御部DCTは、図3に示すように、制御テーブル11
と制御処理部12とを含む構成とすることができる。又
温度検出部を設けて、コンバータ内の温度を検出し、温
度による出力電圧Voutの変動を、メインスイッチS
Wのオン期間の制御によって抑圧することも可能であ
る。
【0051】図10は過渡状態の動作説明図であり、
(A)は図9の(A)のバックコンバータ構成に於ける
出力電流Ioutとリアクトル電流ILとの変化状態を
示し、出力電流がI1からI2に変化した場合を示す。
又(b)は過渡状態に於けるデューティΔDを示し、
(c)は出力電圧Voutの変化を示す。又Tcは制御
周期を示す。
【0052】出力電流IoutがI1又はI2の定常状
態の場合は、出力電流とリアクトルLに流れる電流の平
均値とは等しくなる。従って、出力電流IoutがI1
からI2に変化した時、リアクトルLに流れる電流も追
従して変化しようとするが、インダクタンスによる応答
遅れにより、リアクトルLに流れる電流ILは、Tdの
時間遅れで、一転鎖線で示すように変化する。それによ
って、出力電圧Voutが低下するように変動する。
【0053】そこで、出力電流Ioutが大きく変化し
た時の出力電圧Voutの変動を抑制するように、メイ
ンスイッチのオン期間を補正値によって制御するもので
あり、メインスイッチのオン期間を制御する為のデュー
ティをΔD変化させた時、制御周期Tcに於けるリアク
トルLの電流ILの変化量ΔIは、出力電圧Voutを
一定と見做し、且つリアクトルのインダクタンスをLと
して、 ΔI=ΔD・Vin・Tc/L …(1) で表される。
【0054】従って、出力電流IoutがI1からI2
に変化した過渡状態に於けるデューティの変化量ΔD
は、 ΔD=L(I2−I1)/(Vin・Tc) …(2) で表される。即ち、出力電流IoutがI1又はI2の
定常状態に於けるデューティD1又はD2に対して、出
力電流Ioutが変化した時の過渡状態に於いて、前述
の変化量ΔDを補正値として、メインスイッチのオン期
間を制御するものである。
【0055】その場合、ディジタル制御部2に於いて、
制御周期Tc毎にI1−I2を求め、出力電流Iout
の変化分が閾値ITHを超えた時に、次の制御周期Tcに
於いて、前述のように、I1>I2の条件の場合は、そ
の時のデューティD1を変化量ΔDだけ大きくするよう
に制御し、反対にI1<I2の条件の場合は、その時の
デューティD1を変化量ΔDだけ小さくするように制御
して、出力電圧Voutの変動を抑制する。
【0056】又ディジタル制御部2に制御テーブルを設
けてデューティを示す制御信号を格納した場合は、出力
電流Ioutの変化分が閾値ITHを超えた時に、I1>
I2か、又はI1<I2かの条件に対応して、変化量Δ
Dを補正値とした制御信号を読出すようにアドレス制御
を行うことになる。
【0057】又(B)は入力電圧Vinの変化の場合を
示し、入力電圧Vinが(a)に示すように、V1から
V2に変化した場合、デューティを(b)に示すよう
に、D1からD2に変化させることになるが、制御遅れ
Tdにより、リアクトルLの電流ILは(c)に示すよ
うに、入力電圧Vinの上昇に従って上昇し、出力電圧
Voutも(d)に示すように上昇する。
【0058】入力電圧VinがV1からV2に変化した
ことによるリアクトルLの電流ILの変化量ΔI’は、 ΔI’=D1(V2−V1)・Td/L …(3) で表される。出力電圧Voutの変動を抑制する為に
は、次の制御周期Tcに於いてリアクトルLの電流IL
を元の値に戻すように制御すれば良いことになる。そこ
で、デューティの変化量をΔD’とすると、 ΔD’・V2・Tc/L=D1(V2−V1)・Td/L …(4) となるから、その変化量ΔD’は、 ΔD’=D1(V2−V1)・Td/(V2・Tc) …(5) となる。即ち、ディジタル制御部2に於いて(5)式に
従った演算により、デューティの変化量ΔD’を補正値
として、メインスイッチ1のオン期間を制御することに
なる。
【0059】又ディジタル制御部2に制御テーブルを設
けてデューティを示す制御信号を格納した場合は、入力
電圧Vinの変化分が閾値VTHを超えた時に、V1>V
2の条件の場合は、その時のデューティD1に、+Δ
D’を補正値として付加し、又V1<V2の条件の場合
は、その時のデューティD1に、−ΔD’を補正値とし
て付加した制御信号を読出すようにアドレス制御を行う
ことになる。
【0060】各種の構成に於いて、入力電圧Vinの変
動及び出力電流Ioutの変動による過渡状態に於ける
出力電圧Voutの変動を抑制するように、メインスイ
ッチ1を制御する為のデューティに補正値を付加して制
御することができる。又第1乃至第5の実施の形態のみ
に限定されるものではなく、他の構成のDC/DCコン
バータに対しても本発明を適用することができる。
【0061】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、入力電
圧を検出する電圧検出部3と、出力電流を検出する電流
検出部4と、メインスイッチ1のオン,オフ制御を行う
ディジタル制御部2とを有し、このディジタル制御部2
は、電圧検出部3による入力電圧検出信号と、電流検出
部4による出力電流検出信号とを基に、メインスイッチ
1のオン期間の制御信号を読出す制御テーブルと、この
制御テーブルの読出制御を行う制御処理部と、制御テー
ブルから読出した制御信号に従ってメインスイッチ1の
オン,オフ駆動を行う駆動回路9とを含み、且つ入力電
圧検出信号及び出力電流検出信号のサンプリング周期毎
の変化分が閾値を超えた時に、出力電圧の過渡応答を抑
制するように、メインスイッチ1のオン期間を補正する
構成を備えて、出力電圧Voutを安定化するもので、
誤差分を増幅してフィードバックする制御系を含まない
ので、出力電圧Voutの安定な制御系を構成すること
ができる利点がある。又温度検出部による温度検出信号
も制御テーブルのアドレス信号の一部とすることによ
り、温度変化に伴う出力電圧の変動を抑制して安定化を
図ることができる利点がある。
【0062】又メインスイッチ1のオン,オフを制御す
る制御信号を格納した制御テーブルを設けることによ
り、ディジタル制御部2の構成を更に簡単化することが
でき、且つ出力電圧Voutの設定を、制御テーブルの
制御信号の書換え、又は複数種類の制御信号が格納され
た領域の切替えによって行うことも可能となり、同一の
ハード構成により各種の出力電圧Voutに対応するこ
とができるから、コストダウンを図ることができる利点
がある。
【0063】又入力電圧Vin又は出力電流Ioutの
急変時等に於ける出力電圧Voutの変動を抑圧するよ
うに、補正値を演算により、或いは制御テーブルにより
求めて制御することができる。従って、出力電圧Vou
tを検出しなくても、出力電圧Voutを安定化するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の説明図である。
【図2】入力電圧及び出力電流とデューティとの関係説
明図である。
【図3】本発明の実施の形態のディジタル制御部の要部
説明図である。
【図4】入力電圧と出力電流とデューティとの関係説明
図である。
【図5】出力電流検出による出力電圧制御の説明図であ
る。
【図6】入力電圧と出力電流と比較電圧との関係説明図
である。
【図7】本発明の実施の形態のディジタル制御部の説明
図である。
【図8】本発明の第2及び第3の実施の形態の説明図で
ある。
【図9】本発明の第4及び第5の実施の形態の説明図で
ある。
【図10】過渡状態の動作説明図である。
【図11】従来例のフライバックコンバータ構成の説明
図である。
【図12】従来例のブーストコンバータ構成及びバック
ブーストコンバータ構成の説明図である。
【図13】従来例のバックコンバータ構成及びフォワー
ドコンバータ構成の説明図である。
【符号の説明】 1 メインスイッチ 2 ディジタル制御部 3 電圧検出部 4 電流検出部 5 トランス 6 入力側コンデンサ 7 ダイオード 8 平滑用コンデンサ 9 駆動回路 10 温度検出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 久雄 神奈川県川崎市高津区坂戸1丁目17番3 号 富士通電装株式会社内 (72)発明者 大熊 徹 神奈川県川崎市高津区坂戸1丁目17番3 号 富士通電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−29563(JP,A) 特開 平9−93921(JP,A) 特開 平9−9610(JP,A) 特開 平5−49252(JP,A) 特開 昭54−144922(JP,A) 特開 平9−149637(JP,A) 特開 昭62−178171(JP,A) 特開 昭58−63077(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/00 - 3/44

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メインスイッチのオン,オフ制御により
    出力電圧を安定化するDC/DCコンバータに於いて、入力電圧を検出する電圧検出部と、出力電流を検出する
    電流検出部と、前記メインスイッチのオン,オフ制御を
    行うディジタル制御部とを有し、 前記ディジタル制御部は、前記電圧検出部による入力電
    圧検出信号と前記電流検出部による出力電流検出信号と
    を基に、前記メインスイッチのオン期間の制御信号を読
    出す制御テーブルと、該制御テーブルの読出制御を行う
    制御処理部と、前記制御テーブルから読出した前記制御
    信号に従って前記メインスイッチのオン,オフ駆動を行
    う駆動回路とを含み、且つ前記入力電圧検出信号及び前
    記出力電流検出信号のサンプリング周期毎の変化分が閾
    値を超えた時に、出力電圧の過渡応答を抑制するように
    前記メインスイッチのオン期間を補正する構成を備えた
    ことを特徴とするDC/DCコンバータ。
  2. 【請求項2】 前記ディジタル制御部の前記制御テーブ
    ルは、前記電圧検出部による入力電圧検出信号と、前記
    電流検出部による出力電流検出信号と、温度検出部によ
    る温度検出信号とをアドレス信号としてアクセスする領
    域に、前記メインスイッチのオン期間の制御信号を格納
    した構成を有することを特徴とする請求項1記載のDC
    /DCコンバータ。
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