JP4429146B2

JP4429146B2 - Ｄｃ／ｄｃコンバータ

Info

Publication number: JP4429146B2
Application number: JP2004332534A
Authority: JP
Inventors: 篤博飛田; 敏一大久保
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2024-11-17
Also published as: JP2006149009A

Description

本発明は、同期整流方式のＤＣ／ＤＣコンバータに関するものであり、電流検出手段としてカレントトランスを用いたＤＣ／ＤＣコンバータに関するものである。

従来の同期整流方式のＤＣ／ＤＣコンバータにおけるカレントトランスＣＴによる電流検出回路１０ｃは、図５に示すように、一次・二次間をカレントトランスＣＴで絶縁し、一次巻線ｎ１に流れる交流電流を電圧波形として検出する為、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２の両端間に負荷Ｒｓを接続し、負荷ＲｓとカレントトランスＣＴの二次巻線の間に、カレントトランスＣＴから負荷Ｒｓへ電流が流れ込むようにダイオードＤ２を接続してある。また、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２及び負荷と並列にリセット用の抵抗Ｒresetを接続してあり、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２からダイオードＤ２を介して抵抗Ｒｓで電流−電圧変換を行っていた。

同期整流方式のＤＣ／ＤＣコンバータにカレントトランスＣＴを使用する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの無負荷時において、ＤＣ／ＤＣコンバータの主スイッチが導通している期間に負側の電流がカレントトランスＣＴのリセット用の抵抗Ｒresetに流れ、抵抗Ｒresetの両端に発生する電圧によりカレントトランスＣＴが励磁されてしまうため、図６に示すように、その後励磁されたエネルギーの放出によって流れる電流がダイオードＤ２を介して抵抗Ｒｓで電圧変換される事で電圧波形が全体的に上昇し、本来の電流波形に比例した検出波形を得られなくなるという課題が生じた。

これを解決するために、ダイオードの代わりに、被検出電流が逆方向に流れるときに、一方向導通素子の両端間を短絡するスイッチ素子を用いた同期整流方式が提案された（特許文献１参照。）。
特開２００３−２１９６４１公報

しかし、被検出電流が逆方向に流れるときに、一方向導通素子の両端間を短絡するスイッチ素子を用いたことにより、抵抗で検出される波形は逆電流を負電位として検出される。そのため、電流検出波形を集積回路等で入力する場合、集積回路の入力は負電位入力まで対応しているものを使用するか、直流電圧の足し込みが必要となってくる課題が生じる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、カレントトランスが過度に励磁されることを防ぐ新規な電流検出手段を備えたＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、同期整流方式のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、カレントトランスを設け、カレントトランスの二次巻線の両端間に負荷と、ダイオードとスイッチとの直列回路とを並列に接続し、前記負荷とカレントトランスの二次巻線の間に、カレントトランスから負荷へ電流が流れ込むように一方向導通素子を接続してある電流検出手段を備えてあることを特徴とする。

前記スイッチＳをＭＯＳＦＥＴで構成してあることを特徴とする。
前記カレントトランスの二次巻線と前記直列回路との間に前記カレントトランスの二次巻線を流れる電流をリセットするリセット手段を設けてあることを特徴とする。

本発明によれば、同期整流方式のＤＣ／ＤＣコンバータにおける電流検出手段としてカレントトランスを設け、カレントトランスで絶縁している一次側に電流が流れている期間、カレントトランスの二次巻線間に並列に設けたダイオードとスイッチとの直列回路のスイッチを導通させ、一次側の電流が負側に流れる場合にのみダイオードが導通して、ダイオードの順方向電圧で二次巻線間を短絡させることで、カレントトランスが一次電流の導通期間に過度に励磁することを防止することができる効果がある。

発明を実施するための最良の形態の回路図を図１に示す。図１図示には本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータにおける電流検出回路の最良の形態を示す。この電流検出回路１０ａは、一次・二次間をカレントトランスＣＴで絶縁してある。本実施形態に係る電流検出回路１０ａは、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２の両端間に負荷Ｒｓと、ダイオードＤ１とスイッチＳとの直列回路とを並列に接続して構成してある。本実施形態においてスイッチＳはＤＣ／ＤＣコンバータの主スイッチと同様のタイミングでＰＷＭ制御されており、ＰＷＭオン信号がスイッチＳの制御端子に出力されると、スイッチＳがオンし、逆にＰＷＭオフ信号が出力されると、スイッチＳはオフするよう構成してある。

負荷ＲｓとカレントトランスＣＴの二次巻線の間に、カレントトランスＣＴから負荷Ｒｓへ電流が流れ込むようにダイオードで構成した一方向導通素子Ｄ２を接続してある。また、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２及びダイオードＤ１とスイッチＳとの直列回路と並列に、カレントトランスＣＴの励磁エネルギーを放出する為のリセット用の抵抗Ｒresetを接続してある。

以上のように構成してあるＤＣ／ＤＣコンバータに係る電流検出回路は以下のような作用をする。先ず、オン期間に一次側に正側の電流が流れる場合は電流検出回路１０ａの二次側には正電流が流れるため、ダイオードＤ２の正方向に電流が流れ、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２からダイオードＤ２へ、さらに負荷Ｒｓへ流れて一周する。この場合、電流の向きがダイオードＤ１の逆方向になるため、スイッチＳとダイオードＤ１との直列回路には流れない。

続いて、オフ期間になると、カレントトランスＣＴに励磁されたエネルギーはリセット用抵抗Ｒresetにより消費され、カレントトランスＣＴは初期状態に戻る。また、一次側に負側の電流が流れる場合は、電流検出回路１０ａの二次側には負電流が流れるため、ダイオードＤ２には電流が流れず、負荷Ｒｓの両端に電圧は発生しない。本実施形態においては、オン期間になると同時に前記直列回路を構成するスイッチＳがオンすることにより、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２からスイッチＳへ、さらにダイオードＤ１へ電流が流れ、二次巻線ｎ２間を短絡することでカレントトランスＣＴが一次電流の導通期間に過度に励磁することを防止する。これにより、図２に示すように負荷Ｒｓにより電流−電圧変換されて検出される波形は、電流波形の正側のみ表れる。従って、検出された波形のピーク電圧に着目すると、一次巻線ｎ１に流れる電流のピークレベルに比例することになる。これは、電流のピーク値を検出して制御するピーク電流制御方式等において無負荷から全負荷まで安定した制御を行う為の有効な手段となる。また、電圧変換された検出波形は正側のみの波形となるため、集積回路等へ入力する場合においても負電圧を考慮しなくてよい。

続いて、前記実施形態の変形例を実施例１として図３に示し、これについて説明する。図３図示の本実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの電流検出回路１０ｂは、一次・二次間をカレントトランスＣＴで絶縁してある。本実施例に係る電流検出回路１０ｂは、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２の両端間に負荷Ｒｓと、ダイオードＤ１とスイッチＳとの直列回路とを並列に接続して構成してある。本実施例においてスイッチＳはＤＣ／ＤＣコンバータの主スイッチと同様のタイミングでＰＷＭ制御されており、ＰＷＭオン信号がスイッチＳの制御端子に出力されると、スイッチＳがオンし、逆にＰＷＭオフ信号が出力されると、スイッチＳはオフするよう構成してある。

負荷ＲｓとカレントトランスＣＴの二次巻線の間に、カレントトランスＣＴから負荷Ｒｓへ電流が流れ込むようにダイオードで構成した一方向導通素子Ｄ２を接続してある。また、スイッチＳと並列に、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２を流れる電流をリセットするリセット用の定電圧ダイオードＤＺを接続してある。この定電圧ダイオードＤＺはスイッチＳとともに直列回路を構成するダイオードＤ１とは逆方向に接続してある。

以上のように構成してあるＤＣ／ＤＣコンバータに係る電流検出回路は以下のような作用をする。先ず、オン期間に一次側に正側の電流が流れる場合は電流検出回路１０ｂの二次側には正電流が流れるため、ダイオードＤ２の正方向に電流が流れ、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２からダイオードＤ２へ、さらに負荷Ｒｓへ流れて一周する。この場合、電流の向きがダイオードＤ１の逆方向になるため、スイッチＳとダイオードＤ１との直列回路には流れない。

続いて、オフ期間になると、カレントトランスＣＴに励磁されたエネルギーはリセット用の定電圧ダイオードＤＺで消費され、カレントトランスＣＴは初期状態に戻る。また、一次側に負側の電流が流れる場合は、電流検出回路１０ｂの二次側には負電流が流れるため、ダイオードＤ２には電流が流れず、負荷Ｒｓの両端に電圧は発生しない。本実施例においては、オン期間になると同時に前記直列回路を構成するスイッチＳがオンすることにより、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２からスイッチＳへ、さらにダイオードＤ１へ電流が流れ、二次巻線ｎ２間を短絡することでカレントトランスＣＴが一次電流の導通期間に過度に励磁することを防止する。これにより、図２に示すように、負荷Ｒｓにより電流−電圧変換されて検出される波形は、電流波形が正側のみ表れる。従って、検出された波形のピーク電圧に着目すると、一次巻線ｎ１に流れる電流のピークレベルに比例することになる。これは、電流のピーク値を検出して制御するピーク電流制御方式等において無負荷から全負荷まで安定した制御を行う為の有効な手段となる。また、電圧変換された検出波形は正側のみの波形となるため、集積回路等へ入力する場合においても負電圧を考慮しなくてよい。

続いて、図１図示電流検出回路を備えたＤＣ／ＤＣコンバータの一実施例を図４に示す。図４図示のＤＣ／ＤＣコンバータは、同期整流方式のＤＣ／ＤＣコンバータであり、一次・二次間をトランスＴで絶縁してある。ＤＣ／ＤＣコンバータの二次側の入力側に整流スイッチＳ３と転流スイッチＳ４を設け、出力側に出力チョークＬ、平滑コンデンサＣ２及び負荷Ｒを設けてある。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側には主電源Ｖin、平滑コンデンサＣ１及び主スイッチＳ２を備え、主電源Ｖinの正側とトランスＴの一端との間には、一次・二次間とを絶縁するカレントトランスＣＴの一次巻線ｎ１を接続してある。

カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２の両端間に負荷Ｒｓと、ダイオードＤ１とＦＥＴで構成したスイッチＳ１との直列回路とを並列に接続して構成してある。また、負荷Ｒｓの一端を主スイッチＳ２のソース端子に接続してある。負荷ＲｓとカレントトランスＣＴの二次巻線の間に、カレントトランスＣＴから負荷Ｒｓへ電流が流れ込むようにダイオードＤ２を接続してある。また、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２及びダイオードＤ１とスイッチＳとの直列回路と並列に、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２を流れる電流をリセットするリセット用の抵抗Ｒresetを接続してある。

このＤＣ／ＤＣコンバータの出力部には、出力電圧を検出し、その信号を誤差増幅する出力電圧誤差増幅回路１と接続し、この出力電圧誤差増幅回路１の信号はフォトカプラＱを介して、ＰＷＭ制御回路２に出力され、このＰＷＭ制御回路２からＤＣ／ＤＣコンバータの一次側のスイッチＳ１，Ｓ２の制御端子にＰＷＭ信号が出力されるように構成してある。また、ＰＷＭ制御回路２は電流検出部３に接続し、この電流検出部３はカレントトランスＣＴを備えた電流検出回路１０の負荷Ｒｓの端子間に発生する電圧変換された電流波形を検出する。以上の構成より、カレントトランスＣＴの二次巻線ｎ２に接続するスイッチＳ１はＰＷＭ制御されており、ＰＷＭ制御回路２からＰＷＭオン信号がスイッチＳ１のゲート端子に出力されると、スイッチＳ１がオンし、逆にＰＷＭオフ信号が出力されると、スイッチＳ１はオフするようしてある。但し、スイッチＳ１をオンさせるＰＷＭ信号レベルは、負荷Ｒｓの端子間に発生する電圧レベルに対して十分高いものとする。

以上のように構成してあるＤＣ／ＤＣコンバータは、同期整流方式のＤＣ／ＤＣコンバータであるため、主スイッチＳ２のオン期間に平滑コンデンサＣ２に充電された電荷がＤＣ／ＤＣコンバータを構成するトランスＴの二次巻線ｎ４に向けて逆電流が流れる場合があるが、電流検出回路１０を設けたことにより、被検出電流が正負いずれの方向に電流が流れていても、電流検出回路１０を構成する負荷Ｒｓから取り出される電流検出波形のピークレベルは連続して被検出電流に比例したものとなり、ＤＣ／ＤＣコンバータは全負荷から無負荷まで線形で安定した制御を行うことができる。

本発明によれば、同期整流方式のＤＣ／ＤＣコンバータにおける電流検出手段としてカレントトランスを設け、カレントトランスで絶縁している一次側に電流が流れている期間、カレントトランスの二次巻線間に並列に設けたダイオードとスイッチとの直列回路のスイッチを導通させ、一次側の電流が負側に流れる場合にのみダイオードが導通して、ダイオードの順方向電圧で二次巻線間を短絡させることで、カレントトランスが一次電流の導通期間に過度に励磁することを防止することができる。

本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータを構成する電流検出回路における発明を実施するための最良の形態の回路図である。図１図示実施形態における動作波形図である。図１とは別の実施例を示した回路図である。本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの一実施例を示す回路図である。従来におけるＤＣ／ＤＣコンバータに係る電流検出回路の回路図である。図５図示従来例における動作波形図である。

符号の説明

ＣＴカレントトランス
Ｔトランス
ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４巻線
Ｒｓ負荷
Ｒreset リセット用の抵抗
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４スイッチ
Ｄ１，Ｄ２ダイオード
ＤＺ定電圧ダイオード
Ｃ１，Ｃ２平滑コンデンサ
Ｌ出力チョーク
Ｖin 主電源
Ｑフォトカプラ
１出力電圧誤差増幅回路
２ＰＷＭ制御回路
３電流検出部
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ電流検出回路

Claims

同期整流方式のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、カレントトランスを設け、カレントトランスの二次巻線の両端間に負荷と、ダイオードとスイッチとの直列回路とを並列に接続し、前記負荷とカレントトランスの二次巻線の間に、カレントトランスから負荷へ電流が流れ込むように一方向導通素子を接続してある電流検出手段を備えてあることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
前記スイッチをＭＯＳＦＥＴで構成してあることを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
前記カレントトランスの二次巻線と前記直列回路との間に前記カレントトランスの二次巻線を流れる電流をリセットするリセット手段を設けてあることを特徴とする請求項１又は２記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。