JP4217979B2 - 入出力絶縁型dc−dcコンバータ - Google Patents
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Description
これら第1、第2の独立発明の入出力絶縁型DCーDCコンバータは、降圧型のトランスと、一次側の直流電源から入力電源電圧V1を印加されて前記トランスの一次コイルに一次コイル電流を給電するインバータ回路100と、前記トランスの二次コイルから出力される二次コイル電流を整流して外部に負荷電流として出力する整流回路200と、前記インバータ回路100の動作を制御する制御回路300とを備え、前記インバータ回路100が、前記一次側の直流電源から前記トランスの一次コイルに給電される前記一次コイル電流を断続する主スイッチQ1と、少なくとも副スイッチQ2とコンデンサC1とを直列接続して構成されて前記主スイッチQ1のオフ期間に前記トランスをリセットするアクティブクランプ回路101とを有する入出力絶縁型DCーDCコンバータ(以下、アクティブクランプ式DC−DCコンバータとも言う)に適用される。
更に、これら第1、第2の独立発明では、前記制御回路300が、前記コンデンサC1の電圧を検出することにより、前記負荷電流に関連する電気量をモニタする。なお、整流回路としては従来公知の全波整流型の同期整流回路やダイオード整流回路を採用することができる。
この実施例の入出力絶縁型DC−DCコンバータの回路構成を図1に示す。この入出力絶縁型DCーDCコンバータは、一次コイルn1、n3と二次コイルn5とが巻装される降圧型のトランスT1と、一次コイルn2、n4と二次コイルn6とが巻装される降圧型のトランスT2と、一次側の直流電源400から給電されてトランスT1、T2の一次コイルn1〜n4に一次コイル電流を給電するインバータ回路100と、トランスT1、T2の二次コイルn5、n6から出力される電流を整流して外部に負荷電流として出力する整流回路200と、インバータ回路100の動作を制御する制御回路300とを備える。トランスT1、T2の一次コイルn1〜n4のターン数は同じに設定されるが、それに限定されるものではない。二次コイルn5、n6のターン数も同じに設定される。
主スイッチQ1がオンされ、副スイッチQ2がオフされる期間であるモードA期間の動作を以下に説明する。入力直流電源400は、主スイッチQ1のオンにより、一次コイルn1、n2に電流i1を流す。また、後述するモードB期間にて蓄電されて高電圧となっているコンデンサC1は、一次コイルn3、n4、主スイッチQ1を通じて電流icで放電する。これにより、トランスT1には、電流i1とi2に起因するアンペアターンに対応する磁束φ1が形成され、この磁束φ1の変化に対応する電圧V5が二次コイルn5に誘起される。この時、スイッチング素子Q4がオンしているので、トランスT1の二次コイルn5は負荷側へ電流i2を出力する。これに対して、スイッチング素子Q3はオフしており、トランスT2の二次コイルn6には電流が流れないため、トランスT2の一次コイルn2は一次側の直流電源400からの電流流入を制限するためのチョークコイル負荷として機能し、トランスT2の一次コイルn4はコンデンサC1の放電を規制するためのチョークコイル負荷として機能する。二次コイルn5の電圧V5は、一次コイルn1、n3に流れる励磁用の電流成分の総和に比例するトランスT1の磁束の増加率に比例する電圧V5を出力し、二次コイルn5から負荷側へ電流i2が流れる。電流i2は、理想的には電流和i1+icからトランスT1の励磁電流成分を差し引いた値となる。
次に、主スイッチQ1がオフされ、副スイッチQ2がオンされる期間であるモードB期間の動作を以下に説明する。入力直流電源400は、主スイッチQ1のオフ、副スイッチQ2のオンにより、モードA期間中に一次コイルn1、n2に流れていた電流i1の一部は、一次コイルn1、n2、n4、n3の順に転流してコンデンサC1を充電するとともに一次コイルn4、n3をモードA期間とは逆方向へ励磁する。また、モードA期間中に一次コイルn1、n2に流れていた電流i1の残部は、副スイッチQ2、コンデンサC2を通じて転流してコンデンサC1を充電し、これにより主スイッチQ1のオフによる主スイッチQ1のサージ電圧は抑制される。電流icはコンデンサC1の充電とともに減少する充電電流となる。また、上記転流により、モードB期間の前半に図1に示す方向に充電されたコンデンサC2の蓄電量はモードB期間の後半には逆方向に放電される。
次に、コントローラ6が行う基本的な出力電圧制御動作である基本制御モードを以下に説明する。
この実施例の特徴として、コントローラ6は下記に説明する保護モードを実行する。
上記実施例では、コンデンサC1の電圧VCがしきい値時間Vthより低下した場合に異常警報を発生したが、その代わりにDC−DCコンバータの運転を停止させてもよいことは当然である。
上記実施例で説明したコンデンサC1の電圧の異常低下によるDC−DCコンバータの動作異常の判定は、図1に示すDC−DCコンバータに限定されるものではない。つまり、本発明は、コンデンサC1と副スイッチQ2により主スイッチQ1のオフ時のサージ電圧を分流する形式のアクティブクランプ回路をもつその他のDC−DCコンバータに適用できる。
DCーDCコンバータの負荷電流状態やそれに関連する回路動作の状態を、トランス一次側のインバータ回路内に設けられたアクティブクランプ回路のコンデンサ電圧を利用して判定するので、降圧比が大きい降圧コンバータの二次コイルの電圧を検出しなくても、インバータの動作異常を判定することができる。
Q2 副スイッチ
Q3 スイッチング素子
Q4 スイッチング素子
T1 トランス
T2 トランス
Vth しきい値
V1 入力電源電圧
V2 出力電圧
VC コンデンサC1の電圧
i1 入力電流
i2 出力電流
n1〜n4 一次コイル
n5、n6 二次コイル
100 インバータ回路
101 アクティブクランプ回路
200 整流回路
300 制御回路
400 直流電源(入力直流電源)
Claims (5)
- トランスと、
一次側の直流電源から入力電源電圧V1を印加されて前記トランスの一次コイルに一次コイル電流を給電するインバータ回路100と、
前記トランスの二次コイルから出力される二次コイル電流を整流して外部に負荷電流として出力する整流回路200と、
前記インバータ回路100の動作を制御する制御回路300と、
を備え、
前記インバータ回路100は、
前記一次側の直流電源から前記トランスの一次コイルに給電される前記一次コイル電流を断続する主スイッチQ1と、
少なくとも副スイッチQ2とコンデンサC1とを直列接続して構成されて前記主スイッチQ1のオフ期間に前記トランスをリセットするアクティブクランプ回路101とを有する入出力絶縁型DCーDCコンバータにおいて、
前記制御回路300は、
検出した前記コンデンサC1の電圧VCにより、前記負荷電流に関連する電気量をモニタし、更に
前記コンデンサC1の電圧VCの電圧値が、所定の入力電源電圧範囲における所定の最小負荷電流値に相当する所定のしきい値より低下したかどうかを判定し、低下した場合に異常発生と判定することを特徴とする入出力絶縁型DCーDCコンバータ。 - 請求項1記載の入出力絶縁型DCーDCコンバータにおいて、
前記制御回路300は、
前記コンデンサC1の電圧VCの電圧値が前記しきい値より低下した場合に前記インバータ回路100の作動を停止するか警報を発生する保護モードを実行することを特徴とする入出力絶縁型DCーDCコンバータ。 - 請求項2記載の入出力絶縁型DCーDCコンバータにおいて、
前記制御回路300は、
前記負荷電流が所定最大値を超える場合に前記主スイッチQ1のオン時間を調整して前記整流回路の出力電圧を減少させる過電流制限モードを有し、かつ、前記過電流制限モードを実行する場合に前記保護モードの実行を禁止することを特徴とする入出力絶縁型DCーDCコンバータ。 - 請求項1記載の入出力絶縁型DCーDCコンバータにおいて、
前記制御回路300は、
前記コンデンサC1の電圧VCと前記入力電源電圧V1と予め記憶するマップに基づいて負荷電流を推定することを特徴とする入出力絶縁型DCーDCコンバータ。 - トランスと、
一次側の直流電源から入力電源電圧V1を印加されて前記トランスの一次コイルに一次コイル電流を給電するインバータ回路100と、
前記トランスの二次コイルから出力される二次コイル電流を整流して外部に負荷電流として出力する整流回路200と、
前記インバータ回路100の動作を制御する制御回路300と、
を備え、
前記インバータ回路100は、
前記一次側の直流電源から前記トランスの一次コイルに給電される前記一次コイル電流を断続する主スイッチQ1と、
少なくとも副スイッチQ2とコンデンサC1とを直列接続して構成されて前記主スイッチQ1のオフ期間に前記トランスをリセットするアクティブクランプ回路101とを有する入出力絶縁型DCーDCコンバータにおいて、
前記制御回路300は、
検出した前記コンデンサC1の電圧VCにより、前記負荷電流に関連する電気量をモニタし、更に
前記トランスは、一次コイルn1、n3が巻装されるトランスT1と、一次コイルn2、n4が巻装されるトランスT2とを含み、
前記主スイッチQ1は、互いに直列接続された一次コイルn1、n2を通じて前記一次側の直流電源から電圧を印加され、
前記アクティブクランプ回路101の前記副スイッチQ2及び前記コンデンサC1は、コンデンサC2を介して直列接続されて前記主スイッチQ1の両端を短絡し、
前記コンデンサC1、C2の接続点30は、一次コイルn3、n4を順次通じて前記主スイッチQ1と副スイッチQ2との接続点40に接続されることを特徴とする入出力絶縁型DCーDCコンバータ。
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