JP3802678B2 - 降圧チョッパ形直流−直流変換装置の制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電源から電圧を降圧して直流電力を取り出す降圧チョッパ形直流−直流変換装置、特にその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に降圧チョッパ形直流−直流変換装置のこの種の従来例を示す。
符号１０が降圧チョッパ形直流−直流変換装置の主回路部で、半導体スイッチ２，還流ダイオード３，直流リアクトル４および平滑コンデンサ５から構成される。符号２０がその制御回路部で、出力電圧フィードバック回路２１およびパルス幅変調（ＰＷＭ）回路２２から構成される。
【０００３】
出力電圧フィードバック回路２１は基準電圧源，誤差増幅器（図示省略）等から構成され、基準電圧と出力電圧との誤差信号を増幅して出力する。ＰＷＭ回路２２は例えば三角波発信器およびコンパレータ（図示省略）などから構成され、出力電圧フィードバック回路２１からの出力を、パルス幅変調された波形に変換して出力する。
つまり、降圧チョッパ形直流−直流変換装置では、制御回路部２０にて半導体スイッチ２のオン，オフ比率を制御することにより、ここでは直流電源１の電圧ＶINよりも低い任意の出力電圧ＶOUT を負荷６に供給する。
【０００４】
直流電源から電圧を降圧して直流電力を取り出す直流−直流変換装置の別の例として、図５に示すようなリニアレギュレータ形直流−直流変換装置もある。
これは、ＶINとＶOUT との差電圧を電圧調整回路７で降下させることにより、ＶOUT に一定の電圧を供給する。したがって、効率ηは次式に示すように略ＶINとＶOUT との比となる。
η＝ＶOUT ／ＶIN
なお、降圧チョッパ形直流−直流変換装置はリニアレギュレータ形直流−直流変換装置に比べて高効率であるため、中，大容量の直流−直流変換装置として広く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、半導体スイッチのオン，オフを行なう場合には、スイッチング周波数に比例して半導体スイッチの駆動損失が発生する。例えば、スイッチがＭＯＳＦＥＴの場合、各端子間には図６に示すような寄生容量Ｃoss ，Ｃiss ，Ｃrss が存在し、オン，オフによりこれらの寄生容量を充放電することで損失が発生する。このような半導体スイッチの駆動損失は出力に関係なく一定であるため、降圧チョッパ形直流−直流変換装置では、軽負荷時には半導体スイッチの駆動損失が支配的となり効率が著しく低下するという問題がある。
【０００６】
図７は降圧チョッパ形直流−直流変換装置とリニアレギュレータ形直流−直流変換装置の効率を比較して示す一例であるが、降圧チョッパ形直流−直流変換装置の効率は、或る出力以下の軽負荷時にはリニアレギュレータ形直流−直流変換装置よりも低くなることが分かる。
したがって、この発明の課題は、降圧チョッパ形直流−直流変換装置における軽負荷時の効率を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決すべく、この発明では、ＭＯＳＦＥＴのオン，オフにより直流電圧の変換を行なう降圧チョッパ形直流−直流変換装置において、その軽負荷時には、前記ＭＯＳＦＥＴをオン，オフ動作からリニアレギュレータ形直流−直流変換装置として動作する増幅器動作に切り換えるようにしている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す回路図である。同図からも明らかなように、これは図４に示す降圧チョッパ形直流−直流変換装置の制御回路２０に、出力電圧フィードバック回路２１の出力とＰＷＭ回路２２の出力を切り換えるための切換スイッチ２３を追加した構成となっている。
以下、図２の動作波形図も参照して、その動作を説明する。なお、図２のＶDS，ＶGSは半導体スイッチ２のドレイン−ソース間電圧，ゲート−ソース間電圧を、またＩL は直流リアクトル４を流れる電流，ＩO は出力電流をそれぞれ示している。
【０００９】
図１の構成において、定格出力の場合には、切換スイッチ２３をＰＷＭ回路２２側に切り換える。これにより、半導体スイッチ２は図２のようにオン，オフ動作し、図１の回路は降圧チョッパ形直流−直流変換装置として動作する。これに対し、軽負荷の場合には、切換スイッチ２３を出力電圧フィードバック回路２１側に切り換える。このとき、半導体スイッチ２のゲート（またはベース）には、ＶOUT が所定の電圧となるように直接負帰還が掛かり、半導体スイッチ２は小信号で駆動される増幅器動作となる。このため、図１の回路はリニアレギュレータ形直流−直流変換装置として動作することになる。
【００１０】
図３はこの発明の第２の実施の形態を示す回路図である。
これは、出力電圧フィードバック回路２１を図１のように共用せず、切換スイッチ２３の切り換え端子対応に設けるようにした点が特徴で、その他の点は図１と同様なので詳細は省略する。
【００１１】
【発明の効果】
この発明によれば、軽負荷時に半導体スイッチをオン，オフ動作から増幅器動作に切り換えることで、半導体スイッチの駆動損失を低減し、軽負荷時の効率をリニアレギュレータ形直流−直流変換装置と同等にすることができる。その結果、電源の定格出力における高効率化と、軽負荷時における低消費電力化を両立できるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１の各部波形図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態を示す回路図である。
【図４】第１の従来例を示す回路図である。
【図５】第２の従来例を示す回路図である。
【図６】寄生容量の説明図である。
【図７】第１，第２の従来例効率の比較説明図である。
【符号の説明】
１…直流電源、２…半導体スイッチ、３…還流ダイオード、４…直流リアクトル、５…コンデンサ、６…負荷、７…電圧調整回路、１０…チョッパ形直流−直流変換装置主回路、２０…制御回路、２１，２１ａ，２１ｂ…出力電圧フィードバック回路、２２…ＰＷＭ（パルス幅変調）回路、２３…切換スイッチ。
Claims (1)
- ＭＯＳＦＥＴのオン，オフにより直流電圧の変換を行なう降圧チョッパ形直流−直流変換装置において、その軽負荷時には、前記ＭＯＳＦＥＴをオン，オフ動作からリニアレギュレータ形直流−直流変換装置として動作する増幅器動作に切り換えることを特徴とする降圧チョッパ形直流−直流変換装置の制御方法。
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