JP4867668B2 - Isolated DC-DC converter - Google Patents
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Description
この発明は、絶縁型DC−DCコンバータに関するものであり、特に電力伝達用トランスと信号伝達用トランスとを兼ねるトランスを用いた絶縁型DC−DCコンバータに関するものである。 The present invention relates to an insulation type DC-DC converter, and more particularly, to an insulation type DC-DC converter using a transformer that doubles as a power transmission transformer and a signal transmission transformer.
一組のコアを備え、電力伝達用トランスおよび信号伝達用トランスを兼ねる単一のトランスと、それを用いた絶縁型DC−DCコンバータが特許文献1に開示されている。
ここで、特許文献1に示されているトランスの構成について図1〜図3を参照して説明する。
Here, the configuration of the transformer disclosed in
図1・図2は特許文献1に係るトランスの構成例を示す図である。図2は多層基板の各層パターンを示す図、図1は図2に示すX1−X1,X2−X2,X3−X3,X4−X4部分でのトランスの側面図である。このトランスは、図1・図2に示すように、第1プリントコイル基板11、第2プリントコイル基板12、第3プリントコイル基板13、第4プリントコイル基板14、およびこれらのコイルの戻り線を形成する層と合わせて8層の多層基板を備えている。
1 and 2 are diagrams showing a configuration example of a transformer according to
この8層の多層基板には、E−E型、またはE−I型の3本脚コアの2本の副脚部6a,6cと1本の主脚部6bが貫通する2個の外孔11a,11cと1個の中孔11bを一直線状に配置形成している。前記3本脚の1対のコアで前記多層基板を挟んで嵌め合わせて閉磁路を構成している。
The eight-layer multilayer board has two outer holes through which two
前記3本脚コアにおいて、2本の副脚部の断面積および主脚部と副脚部の距離は均等であり、主脚部と各々の副脚部が形成する2個の磁路は、その磁気抵抗が等しい。第1プリントコイル基板11、第3プリントコイル基板13には、中孔11bの周囲すなわち主脚部の周囲に渦状にコイルを巻回し、電力伝達用トランス部の1次コイルと2次コイルを構成している。第2プリントコイル基板12、第4プリントコイル基板14には、一方の外孔11aの周囲すなわち第1副脚部6aの周囲の周囲に時計方向のコイルを巻回し、他方の外孔11cの周囲すなわち第2副脚部6cの周囲に反時計方向のコイルをそれぞれ同数巻回し、それらを直列接続して信号伝達用トランス部の1次コイルと2次コイルを構成している。
In the three-leg core, the cross-sectional area of the two sub-legs and the distance between the main leg and the sub-leg are equal, and the two magnetic paths formed by the main leg and each sub-leg are: Its magnetoresistance is equal. The first printed
図3は前記E−E型コアによって構成されるトランスの磁路を表している。図中のループ状の矢印Ba,Bbは前記電力伝達用トランス部よる磁束の経路、Bcは前記信号伝達用トランス部による磁束の経路である。このように信号伝達用トランス部において、電力伝達用トランス部の動作によって第1副脚部6aの周囲に巻回されたコイルに誘起される電圧は、第2副脚部6bの周囲に巻回されたコイルに誘起される逆方向で絶対値が等しい電圧で打ち消されるので、ゼロボルトになる。信号伝達用トランス部の動作によって第1副脚部に発生する磁束と第2副脚部に発生する磁束とは、主脚部では打ち消しあうので、信号伝達用トランス部の動作は電力伝達用トランス部に影響を与えない。この原理によって、電力伝達用トランス部と信号伝達用トランス部は1個のコアを共用しつつ、互いに独立に動作する。
FIG. 3 shows a magnetic path of a transformer constituted by the EE type core. In the figure, loop-shaped arrows Ba and Bb are paths of magnetic flux by the power transmission transformer section, and Bc is a path of magnetic flux by the signal transmission transformer section. Thus, in the signal transmission transformer, the voltage induced in the coil wound around the first
前記特許文献1のような構造のトランスは、例えば図4に示すような絶縁型DC−DCコンバータの電力伝達用トランスT1および信号伝達用トランスT2として用いることができる。図4において、トランスT1は電力伝達用トランス、トランスT2は信号伝達用トランスである。電力伝達用トランスT1の巻線Aには直列に主スイッチ素子Q1を接続し、この直列回路を入力端子+Vin・−Vinの間に接続している。電力伝達用トランスT1の巻線Cには整流スイッチ素子Q2、転流スイッチ素子Q3、チョークコイルL1およびコンデンサC2からなる同期整流回路を接続している。同期整流器駆動回路23は整流スイッチ素子Q2および転流スイッチ素子Q3をオン・オフ制御する。信号伝達用トランスT2の巻線Bには、主スイッチ素子Q1のゲートおよび信号伝達用トランスT2の巻線Bに対して与えるパルス信号を発生するパルス信号発生回路21を設けている。また、この巻線BにはコンデンサC1を直列に接続して、Q1へ与えられるパルス信号の微分信号を供給するように構成している。さらに巻線BにはダイオードD2を並列に接続して、信号伝達用トランスT2の巻線DにQ1の立ち上がりタイミングのパルス信号のみが発生するように構成している。
The transformer having the structure as in
信号伝達用トランスT2の巻線Dにはパルス信号再生回路22を接続している。このパルス信号再生回路22は信号伝達用トランスT2の巻線Dの起電圧を入力してパルス信号発生回路21の立ち上がりタイミングの信号を同期整流器駆動回路23へ与える。
A pulse
図5は図4に示した各部の電圧波形図である。(a)はパルス信号発生回路21の出力信号、(b)は電力伝達用トランスT1の巻線電圧、(c)はトランスの第1副脚部(図1・図2に示した6a)に巻回した信号伝達用巻線の電圧、(d)はトランスの第2副脚部(図1・図2に示した6c)に巻回した信号伝達用巻線の電圧、(e)は信号伝達用トランスT2の巻線Dの電圧である。
FIG. 5 is a voltage waveform diagram of each part shown in FIG. (A) is the output signal of the pulse
図4に示したパルス信号再生回路22は図5の(e)に示したパルス信号に応じてパルス信号発生回路21が発生するパルス信号と同様のパルス信号を発生する。
ところが図5の(e)に示した波形は理想的な場合であって、実際にはトランスの第1・第2の副脚部のそれぞれの断面積や、ギャップ部分のばらつきがあるので、図5の(f)または(g)に示すような電圧が発生する。 However, the waveform shown in FIG. 5E is an ideal case. Actually, there are variations in the cross-sectional areas and gap portions of the first and second auxiliary legs of the transformer. 5 is generated as shown in (f) or (g).
図3に示した電力伝達用巻線により第1副脚部6aを通る磁束Baが、第2の副脚部6cを通る磁束Bbより大きい場合、第1副脚部6aに巻回された信号伝達用巻線の電圧が第2副脚部6cの信号伝達用巻線電圧より相対的に大きくなるので、図5(f)に示すような電圧が表れる。
When the magnetic flux Ba passing through the first
逆に、図3に示した電力伝達用巻線により第1副脚部6aを通る磁束Baが、第2の副脚部6cを通る磁束Bbより小さい場合、第1副脚部6bに巻回された信号伝達用巻線の電圧が第2副脚部6cの信号伝達用巻線電圧より相対的に大きくなるので、図5(g)に示すような電圧が表れる。
On the contrary, when the magnetic flux Ba passing through the first
図5(f)の場合、出力信号電圧が低下し、パルス信号が必要のない期間で信号と同方向にノイズN12が発生する。また図5(g)の場合、出力信号電圧がV2′分上昇し、パルス信号電圧が上昇している期間がノイズN21により伸びる。 In the case of FIG. 5F, the output signal voltage decreases, and noise N12 is generated in the same direction as the signal during a period when the pulse signal is not necessary. In the case of FIG. 5G, the output signal voltage is increased by V2 ′, and the period during which the pulse signal voltage is increased is extended by the noise N21.
なお、N11,N22で示すマイナス方向のノイズは図4に示したダイオードD2によってクランプされ、それよりマイナス方向には増大しない。 Note that the negative noise indicated by N11 and N22 is clamped by the diode D2 shown in FIG. 4 and does not increase in the negative direction.
ここで特に問題となるのは図5の(f)に示した状態である。パルス信号が必要でない期間にノイズN12が発生して同期整流器駆動回路23による整流スイッチ素子Q2および転流スイッチ素子Q3の制御が誤動作するおそれがある。また図5の(g)に示した状態ではパルス信号の増大分V2′が大きすぎるとパルス信号再生回路22が誤動作する恐れがある。
Particularly problematic here is the state shown in FIG. There is a possibility that noise N12 is generated during a period when the pulse signal is not required, and the control of the rectifying switch element Q2 and the commutation switch element Q3 by the synchronous
そこで、この発明の目的は、信号伝達用トランスの2次側に生じるノイズの問題を解消して安定性の高い絶縁型DC−DCコンバータを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an isolated DC-DC converter having high stability by solving the problem of noise generated on the secondary side of a signal transmission transformer.
この発明の絶縁型DC−DCコンバータは次のように構成する。
(1)コアとこのコアに結合する電力伝達用巻線および信号伝達用巻線を備え、前記電力伝達用巻線が前記コアの主脚部に結合する電力伝達用1次側巻線および電力伝達用2次側巻線からなり、前記信号伝達用巻線が前記コアの少なくとも2つの副脚部に結合して、前記電力伝達用巻線が発生する磁束を受けて発生する起電力を打ち消すようにそれぞれ結線した信号伝達用1次側巻線および信号伝達用2次側巻線からなるトランスと、
前記電力伝達用1次側巻線に直列に接続した主スイッチ素子(Q1)と、
前記主スイッチ素子(Q1)をパルス信号で制御するとともに前記信号伝達用1次側巻線(B)に前記主スイッチ素子の駆動電圧の立ち上がり信号を印加するパルス信号発生回路(21)と、
前記トランスの電力伝達用2次側巻線(C)に接続され、前記主スイッチ素子(Q1)のオン・オフに同期して整流する同期整流器(Q2,Q3)と、
前記信号伝達用2次側巻線の出力信号によって前記同期整流器を駆動する同期整流器駆動回路(23)と、
前記電力伝達用巻線が発生する磁束により前記信号伝達用1次側巻線(B)に発生する電圧の極性が、前記パルス信号発生回路(21)により前記主スイッチ素子(Q1)の駆動電圧が印加されたときの前記信号伝達用1次側巻線(B)への出力電圧の極性と同じになるように、前記信号伝達用巻線が結合する前記少なくとも2つの副脚部(6a,6c)の断面積を異ならせ、または前記信号伝達用巻線が結合する前記少なくとも2つの副脚部(6a,6c)に対する巻線の巻回数を異ならせ、
前記信号伝達用1次側巻線(B)に入力する前記主スイッチ素子(Q1)に対する駆動電圧を供給する前記パルス信号発生回路(21)の電源端(VDD)と前記信号伝達用1次側巻線(B)との間に逆バイアス方向に第1のクランプ用ダイオード(D1)を接続する。
The insulated DC-DC converter of the present invention is configured as follows.
(1) A power transmission primary winding and power including a core, a power transmission winding coupled to the core, and a signal transmission winding, wherein the power transmission winding is coupled to the main leg of the core. It consists of a secondary winding for transmission, and the signal transmission winding is coupled to at least two auxiliary legs of the core to cancel the electromotive force generated by receiving the magnetic flux generated by the power transmission winding. A transformer composed of a primary winding for signal transmission and a secondary winding for signal transmission, respectively connected as described above,
A main switch element (Q1) connected in series to the primary winding for power transmission;
A pulse signal generation circuit (21) for controlling the main switch element (Q1) with a pulse signal and applying a rising signal of the drive voltage of the main switch element to the primary winding for signal transmission (B);
A synchronous rectifier (Q2, Q3) connected to the secondary winding (C) for power transmission of the transformer and rectifying in synchronization with on / off of the main switch element (Q1);
A synchronous rectifier drive circuit (23) for driving the synchronous rectifier by an output signal of the signal transmission secondary winding;
The polarity of the voltage generated in the signal transmission primary winding (B) by the magnetic flux generated by the power transmission winding is determined by the pulse signal generation circuit (21) as the driving voltage of the main switch element (Q1). The at least two sub-legs (6a, 6a, 6a, 6b) to which the signal transmission winding is coupled so that the polarity of the output voltage to the signal transmission primary winding (B) is the same as 6c) different cross-sectional areas, or different winding times for the at least two auxiliary legs (6a, 6c) to which the signal transmission windings are coupled,
A power supply terminal (VDD) of the pulse signal generation circuit (21) for supplying a driving voltage to the main switch element (Q1) input to the signal transmission primary winding (B) and the signal transmission primary side A first clamping diode (D1) is connected between the winding (B) and the reverse bias direction.
(2)両端が前記信号伝達用1次側巻線(B)の両端に接続され、カソードが前記パルス信号発生回路の出力端に接続された第2のクランプ用ダイオード(D2)を設ける。 (2) A second clamping diode (D2) having both ends connected to both ends of the signal transmission primary winding (B) and a cathode connected to the output end of the pulse signal generation circuit is provided.
(3)前記信号伝達用1次側巻線(B)と前記パルス信号発生回路(21)のグランドとの間に容量負荷を設け、前記パルス信号発生回路(21)のグランドと前記信号伝達用1次側巻線(B)との間に、前記主スイッチ素子(Q1)の駆動電圧の立ち下がり信号を導通させる第3のクランプ用ダイオード(D3)を設ける。 (3) A capacitive load is provided between the primary winding (B) for signal transmission and the ground of the pulse signal generation circuit (21), and the ground of the pulse signal generation circuit (21) and the signal transmission are provided. Between the primary winding (B), a third clamping diode (D3) that conducts the falling signal of the drive voltage of the main switch element (Q1) is provided.
(4)前記主スイッチ素子(Q1)はMOS−FETであり、該MOS−FETのソースを前記グランドに接続し、ゲートを前記第1のクランプ用ダイオード(D1)と前記信号伝達用1次側巻線(B)との接続部に接続し、前記パルス信号発生回路(21)のグランドと前記信号伝達用1次側巻線(B)との間に、前記主スイッチ素子(Q1)の駆動電圧の立ち下がり信号を導通させる第3のクランプ用ダイオード(D3)を設ける。 (4) The main switch element (Q1) is a MOS-FET, the source of the MOS-FET is connected to the ground, and the gate is connected to the first clamping diode (D1) and the signal transmission primary side. The main switch element (Q1) is driven between the ground of the pulse signal generation circuit (21) and the primary winding for signal transmission (B). A third clamping diode (D3) that conducts a voltage falling signal is provided.
(1)電力伝達用巻線が発生する磁束により信号伝達用2次側巻線(D)に発生する電圧の極性が、パルス信号発生回路(21)により主スイッチ素子(Q1)の駆動電圧の立ち上がり信号が印加された時に信号伝達用2次側巻線(D)へ出力される電圧の極性と同じになるので、トランスの第1・第2の副脚部のそれぞれの断面積や、ギャップ部分のばらつきがあっても常に図5の(g)に示した状態とすることができる。 (1) The polarity of the voltage generated in the signal transmission secondary winding (D) by the magnetic flux generated by the power transmission winding is determined by the pulse signal generation circuit (21) of the drive voltage of the main switch element (Q1). Since the polarity of the voltage output to the secondary winding (D) for signal transmission when a rising signal is applied is the same, the cross-sectional area of each of the first and second auxiliary legs of the transformer, the gap Even if there are variations in the portions, the state shown in FIG.
また、信号伝達用1次側巻線(B)に入力する主スイッチ素子(Q1)に対する駆動電圧の立ち上がり信号の伝達と同電位の電圧源であるパルス信号発生回路(21)の電源端と信号伝達用1次側巻線(B)との間に逆バイアス方向に第1のクランプ用ダイオード(D1)を接続したことにより、上記第1のクランプ用ダイオード(D1)によって図5の(g)に示した電圧V2′の上昇がクランプ用ダイオードの順方向電圧に制限されて、それ以上には上昇しない。そのため、図5の(f),(g)で示したいずれの状態での誤動作をも防止できる。 Further, the power supply terminal and signal of the pulse signal generation circuit (21) which is a voltage source having the same potential as the transmission of the drive voltage rising signal to the main switch element (Q1) input to the signal transmission primary winding (B). When the first clamping diode (D1) is connected in the reverse bias direction between the primary winding for transmission (B) and the first clamping diode (D1), (g) in FIG. The rise of the voltage V2 'shown in Fig. 5 is limited to the forward voltage of the clamping diode and does not rise any further. Therefore, it is possible to prevent malfunction in any state shown in (f) and (g) of FIG.
(2)両端が前記信号伝達用1次側巻線の両端に接続され、カソードが前記パルス信号発生回路の出力端に接続された第2のクランプ用ダイオード(D2)が設けられていることにより、信号伝達用1次巻線のマイナス方向の電圧が第2のクランプ用ダイオード(D2)の順方向降下電圧でクランプされ、信号伝達用1次巻線にマイナス方向の電圧が生じることによる誤動作が防止できる。 (2) By providing a second clamping diode (D2) having both ends connected to both ends of the primary winding for signal transmission and a cathode connected to the output end of the pulse signal generation circuit. The negative voltage of the primary winding for signal transmission is clamped by the forward voltage drop of the second clamping diode (D2), and a negative voltage is generated in the primary winding for signal transmission. Can be prevented.
(3)信号伝達用1次側巻線(B)とパルス信号発生回路(21)のグランドとの間に容量負荷(C1)が設けられていることにより、信号伝達用2次側巻線(D)にはパルス信号発生回路21が発生するパルス信号の微分波形電圧が発生する。そして、第3のクランプ用ダイオード(D3)は、パルス信号発生回路(21)のグランドと信号伝達用1次側巻線(B)との間で主スイッチ素子(Q1)の駆動電圧の立ち下がり電圧を導通させるので、主スイッチ素子(Q1)の駆動電圧の立ち下がり信号を伝達させる場合にもノイズを低減することができる。
(3) Since the capacitive load (C1) is provided between the signal transmission primary winding (B) and the ground of the pulse signal generation circuit (21), the signal transmission secondary winding ( In D), a differential waveform voltage of the pulse signal generated by the pulse
(4)主スイッチ素子(Q1)をMOSFETとし、MOSFETのソースをグランドに接続し、ゲートを第1のクランプ用ダイオード(D1)と信号伝達用1次側巻線(B)との接続部に接続することによって、MOSFETのゲート・ソース間の寄生容量が利用でき、前記信号伝達用1次側巻線(B)とパルス信号発生回路(21)のグランドとの間の容量負荷が不要となる。 (4) The main switch element (Q1) is a MOSFET, the source of the MOSFET is connected to the ground, and the gate is connected to the connection between the first clamping diode (D1) and the signal transmission primary winding (B). By connecting, the parasitic capacitance between the gate and the source of the MOSFET can be used, and the capacitive load between the primary winding for signal transmission (B) and the ground of the pulse signal generation circuit (21) becomes unnecessary. .
《第1の実施形態》
第1の実施形態に係る絶縁型DC−DCコンバータの構成および動作について図6〜図8を参照して説明する。
図6は第1の実施形態に係る絶縁型DC−DCコンバータの回路図である。図6において、トランスT1は電力伝達用トランス、トランスT2は信号伝達用トランスである。電力伝達用トランスT1の巻線A(この発明に係る電力伝達用1次側巻線)には直列に主スイッチ素子Q1を接続し、この直列回路を入力端子+Vin・−Vinの間に接続している。電力伝達用トランスT1の巻線C(この発明に係る電力伝達用2次側巻線)には整流スイッチ素子Q2、転流スイッチ素子Q3、チョークコイルL1およびコンデンサC2からなる同期整流回路を接続している。ここで、整流スイッチ素子Q2および転流スイッチ素子Q3が同期整流器である。同期整流器駆動回路23は整流スイッチ素子Q2および転流スイッチ素子Q3をオン・オフ制御する。信号伝達用トランスT2の巻線B(この発明に係る信号伝達用1次側巻線)には、主スイッチ素子Q1のゲートおよび信号伝達用トランスT2の巻線Bに対して与えるパルス信号を発生するパルス信号発生回路21を設けている。また、この巻線BにはコンデンサC1を直列に接続して、Q1へ与えられるパルス信号の微分信号を供給するように構成している。さらに巻線Bには第2のクランプ用ダイオードD2を並列に接続して、信号伝達用トランスT2の巻線D(この発明に係る信号伝達用2次側巻線)にQ1の立ち上がりタイミングのパルス信号のみが発生するように構成している。
<< First Embodiment >>
The configuration and operation of the isolated DC-DC converter according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a circuit diagram of the isolated DC-DC converter according to the first embodiment. In FIG. 6, a transformer T1 is a power transmission transformer, and a transformer T2 is a signal transmission transformer. The main switch element Q1 is connected in series to the winding A of the power transmission transformer T1 (the primary winding for power transmission according to the present invention), and this series circuit is connected between the input terminals + Vin and -Vin. ing. A synchronous rectifier circuit composed of a rectifying switch element Q2, a commutation switch element Q3, a choke coil L1, and a capacitor C2 is connected to the winding C of the power transmission transformer T1 (secondary winding for power transmission according to the present invention). ing. Here, the rectifying switch element Q2 and the commutation switch element Q3 are synchronous rectifiers. The synchronous
信号伝達用トランスT2の巻線Dにはパルス信号再生回路22を接続している。このパルス信号再生回路22は信号伝達用トランスT2の巻線Dの起電圧を入力してパルス信号発生回路21の立ち上がりタイミングの信号を同期整流器駆動回路23へ与える。
A pulse
図4に示した従来の絶縁型DC−DCコンバータの回路と異なり、パルス信号発生回路21の電源端(VDD)と巻線Bとの間に第1のクランプ用ダイオードD1を接続している。主スイッチ素子Q1のゲートに対する駆動電圧の電圧および巻線Bへの印加電圧はパルス信号発生回路21の電源端VDDへの電源電圧Vddに等しい。
Unlike the circuit of the conventional insulation type DC-DC converter shown in FIG. 4, a first clamping diode D <b> 1 is connected between the power supply terminal (VDD) of the pulse
図7はこの第1の実施形態に係る絶縁型DC−DCコンバータで用いるトランスの構成および回路の主要部との関係を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the transformer used in the isolated DC-DC converter according to the first embodiment and the relationship with the main part of the circuit.
図7(A)に示す例では、トランスTの第1副脚部6aの断面積Sxより第2副脚部6cの断面積Syが大きくなる関係としている。主脚部6bの巻線Aに接続している電源Eは図4に示した入力端子+Vin・−vinに接続される電源である。
In the example shown in FIG. 7A, the sectional area Sy of the second
この構成により、巻線Aが発生する磁束により巻線Bに発生する電圧の極性が、パルス信号発生回路21により主スイッチ素子Q1の駆動電圧が印加された時に巻線Bへ出力される電圧と同極性となる。
With this configuration, the polarity of the voltage generated in the winding B by the magnetic flux generated by the winding A is the voltage output to the winding B when the drive signal of the main switch element Q1 is applied by the pulse
図7(B)に示す例では、第1副脚部6aに対する巻線の巻回数Nxが第2副脚部6cに対する巻線の巻回数Nyより少なくしている。この場合にも巻線Aが発生する磁束により巻線Bに発生する電圧の極性が、パルス信号発生回路21により主スイッチ素子Q1の駆動電圧が印加された時に巻線Bへ出力される電圧と同極性となる。
In the example shown in FIG. 7B, the number of winding turns Nx for the first
図8は図6・図7に示した回路各部の電圧波形図である。(a)はパルス信号発生回路21の出力信号、(b)は巻線Aの両端電圧、(c)は巻線Bの両端電圧、(d)は巻線Dの電圧である。
FIG. 8 is a voltage waveform diagram of each part of the circuit shown in FIGS. (A) is the output signal of the pulse
このように巻線Bの電圧には巻線Aが発生する磁束によるノイズ成分が重畳される。ただし正方向の電圧は、回路図中P1の電位がVdd+D1Vf(ダイオードD1の順方向降下電圧)を超えようとするときにダイオードD1が導通するので、その電圧を超えることはない。すなわちダイオードD1によってP1の電位はVdd+D1Vfにクランプされる。 Thus, the noise component due to the magnetic flux generated by the winding A is superimposed on the voltage of the winding B. However, the voltage in the positive direction does not exceed the voltage because the diode D1 conducts when the potential of P1 in the circuit diagram exceeds Vdd + D1Vf (the forward drop voltage of the diode D1). That is, the potential of P1 is clamped to Vdd + D1Vf by the diode D1.
一方マイナス方向は、P1点の電位がダイオードD2の順方向降下電圧D2Vfより下がることはない。すなわちダイオードD2によってD2Vfにクランプされる。 On the other hand, in the minus direction, the potential at the point P1 does not fall below the forward voltage drop D2Vf of the diode D2. That is, it is clamped to D2Vf by the diode D2.
したがってこのような巻線Bの電圧が信号伝達用トランスT2に印加されることにより、巻線Dには図8の(d)に示すように巻線Bの微分電圧信号が発生する。この時に生じるノイズ電圧は前記ダイオードD1,D2によりクランプされた電圧を超えることはない。 Therefore, when such a voltage of the winding B is applied to the signal transmission transformer T2, a differential voltage signal of the winding B is generated in the winding D as shown in FIG. The noise voltage generated at this time does not exceed the voltage clamped by the diodes D1 and D2.
図6に示したパルス信号再生回路22は、パルス信号発生回路21が発生するパルス信号を正常に再生して、同期整流器駆動回路23は整流スイッチ素子Q2および転流スイッチ素子Q3を正しく駆動することができる。
The pulse
《第2の実施形態》
第2の実施形態に係る絶縁型DC−DCコンバータについて図9〜図11を参照して説明する。
図9は第2の実施形態に係る絶縁型DC−DCコンバータの回路図である。この例では、第1の実施形態として示した図6のダイオードD2を取り除き、ダイオードD1のアノード(巻線Bとの接続点)とパルス信号発生回路21のグランドGNDとの間にダイオードD3を設けている。
<< Second Embodiment >>
An insulated DC-DC converter according to a second embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 9 is a circuit diagram of an isolated DC-DC converter according to the second embodiment. In this example, the diode D2 of FIG. 6 shown as the first embodiment is removed, and a diode D3 is provided between the anode of the diode D1 (a connection point with the winding B) and the ground GND of the pulse
図6に示した例では巻線Bに対して並列にダイオードD2を接続することによって、パルス信号発生回路21から出力されるパルス信号の負電圧がダイオードD2に対して順方向に掛かって巻線Bに印加されないように構成して、巻線Dの出力にマイナス方向のパルス信号が発生しないようにしたが、この第2の実施形態ではパルス信号発生回路21の出力信号の立ち下がりタイミング(主スイッチ素子Q1のターンオフタイミング)も2次側で利用するために上記ダイオードD2を取り除いている。
In the example shown in FIG. 6, the diode D2 is connected in parallel to the winding B, whereby the negative voltage of the pulse signal output from the pulse
図10はこの第2の実施形態に係る絶縁型DC−DCコンバータで用いるトランスの構成および回路の主要部との関係を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the transformer used in the insulated DC-DC converter according to the second embodiment and the relationship with the main part of the circuit.
図10(A)に示す例では、トランスTの第1副脚部6aの断面積Sxより第2副脚部6cの断面積Syが大きくなる関係としている。主脚部6bの巻線Aに接続している電源Eは図4に示した入力端子+Vin・−vinに接続される電源である。
In the example shown in FIG. 10A, the sectional area Sy of the second
この構成により、巻線Aが発生する磁束により巻線Bに発生する電圧の極性が、パルス信号発生回路21により主スイッチ素子Q1の駆動電圧が印加された時に巻線Bへ出力される電圧と同極性となる。
With this configuration, the polarity of the voltage generated in the winding B by the magnetic flux generated by the winding A is the voltage output to the winding B when the drive signal of the main switch element Q1 is applied by the pulse
図10(B)に示す例では、第1副脚部6aに対する巻線の巻回数Nxが第2副脚部6cに対する巻線の巻回数Nyより小さくしている。この場合にも巻線Aが発生する磁束により巻線Bに発生する電圧の極性が、パルス信号発生回路21により主スイッチ素子Q1の駆動電圧が印加された時に巻線Bへ出力される電圧と同極性となる。
In the example shown in FIG. 10B, the number of winding turns Nx for the first
図11は図9・図10に示した回路各部の電圧波形図である。(a)はパルス信号発生回路21の出力信号、(b)は巻線Aの両端電圧、(c)は巻線Bの両端電圧、(d)は巻線Dの電圧である。
FIG. 11 is a voltage waveform diagram of each part of the circuit shown in FIGS. (A) is the output signal of the pulse
パルス信号発生回路21の出力電圧が正の期間では第1の実施形態の場合と同様に、巻線Bの電圧には巻線Aが発生する磁束によるノイズ成分が重畳される。ただし正方向の電圧は、回路図中P1の電位がVdd+D1Vf(ダイオードD1の順方向降下電圧)を超えようとするときにダイオードD1が導通するので、その電圧を超えることはない。すなわちダイオードD1によってP1の電位はVdd+D1Vfにクランプされる。
During the period when the output voltage of the pulse
パルス信号発生回路21の出力電圧が0の時、巻線Bの両端電圧(P0に対するP1の電位)はマイナスとなるが、パルス信号発生回路21の出力端OUTがグランド電位となって、巻線Bのマイナス方向の印加電圧はダイオードD3の順方向降下電圧D3Vfよりマイナス側に大きくなることはない。すなわちダイオードD3によってクランプされる。
When the output voltage of the pulse
そのため巻線Dの電圧は図11の(d)に示すように巻線Bの微分電圧信号が発生する。但し、パルス信号発生回路21の発生する出力電圧の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミング以外の期間での電圧レベルはダイオードD1,D3によりクランプされたノイズ電圧レベルとなる。
Therefore, the voltage of the winding D generates a differential voltage signal of the winding B as shown in FIG. However, the voltage level in a period other than the rise timing and fall timing of the output voltage generated by the pulse
これによりパルス信号再生回路22は誤動作することなく、パルス信号発生回路21が出力する信号を再生し、同期整流器駆動回路23は主スイッチ素子Q1のオン・オフに同期して整流スイッチ素子Q2および転流スイッチ素子Q3をスイッチングすることができる。
As a result, the pulse
《第3の実施形態》
図12は第3の実施形態に係る絶縁型DC−DCコンバータの回路図である。
第2の実施形態として図9に示した回路と異なるのは、コンデンサC1を備えていない点と、ダイオードD1,D3の接続関係である。すなわち、図12に示す例では、主スイッチ素子Q1のソースをグランドに接続し、ゲートを第1のクランプ用ダイオードD1と巻線Bとの接続部に接続している。また第3のクランプ用ダイオードD3を図9の場合と同様にダイオードD1と巻線Bとの接続部とグランドGNDとの間に設けている。
<< Third Embodiment >>
FIG. 12 is a circuit diagram of an isolated DC-DC converter according to the third embodiment.
The second embodiment is different from the circuit shown in FIG. 9 in that the capacitor C1 is not provided and the connection relationship between the diodes D1 and D3. That is, in the example shown in FIG. 12, the source of the main switch element Q1 is connected to the ground, and the gate is connected to the connection portion between the first clamping diode D1 and the winding B. Further, the third clamping diode D3 is provided between the connection portion between the diode D1 and the winding B and the ground GND as in the case of FIG.
このような構成により、主スイッチ素子Q1のゲート・ソース間の寄生容量がちょうど図9においてC1で示したコンデンサと同様に作用する。したがって個別部品としてのコンデンサC1を用いることなく第2の実施形態で示した回路と同様の作用効果を奏することができる。 With this configuration, the parasitic capacitance between the gate and source of the main switch element Q1 acts just like the capacitor indicated by C1 in FIG. Therefore, the same effects as the circuit shown in the second embodiment can be achieved without using the capacitor C1 as an individual component.
6a−第1副脚部
6b−主脚部
6c−第2副脚部
21−パルス信号発生回路
22,24−パルス信号再生回路
23−同期整流器駆動回路
Q1−主スイッチ素子
Q2−整流スイッチ素子
Q3−転流スイッチ素子
L1−チョークコイル
T−トランス
T1−電力伝達用トランス
T2−信号伝達用トランス
D1−第1のクランプ用ダイオード
D2−第2のクランプ用ダイオード
D3−第3のクランプ用ダイオード
6a-first
Claims (4)
前記電力伝達用1次側巻線に直列に接続した主スイッチ素子と、
前記主スイッチ素子をパルス信号で制御するとともに前記信号伝達用1次側巻線に前記主スイッチ素子の駆動電圧の立ち上がり信号を印加するパルス信号発生回路と、
前記トランスの電力伝達用2次側巻線に接続され、前記主スイッチ素子のオン・オフに同期して整流する同期整流器と、
前記信号伝達用2次側巻線の出力信号によって前記同期整流器を駆動する同期整流器駆動回路と、
前記電力伝達用巻線が発生する磁束により前記信号伝達用1次側巻線に発生する電圧の極性が、前記パルス信号発生回路により前記主スイッチ素子の駆動電圧が印加されたときの前記信号伝達用1次側巻線への出力電圧の極性と同じになるように、前記信号伝達用巻線が結合する前記少なくとも2つの副脚部の断面積を異ならせ、または前記信号伝達用巻線が結合する前記少なくとも2つの副脚部に対する巻線の巻回数を異ならせ、
前記信号伝達用1次側巻線に入力する前記主スイッチ素子に対する駆動電圧を供給する前記パルス信号発生回路の電源端と前記信号伝達用1次側巻線との間に逆バイアス方向に第1のクランプ用ダイオードを接続したことを特徴とする絶縁型DC−DCコンバータ。 A power transmission winding coupled to the core and a signal transmission winding, wherein the power transmission winding is coupled to the main leg of the core; Each of the windings for signal transmission is coupled to at least two sub-legs of the core to cancel the electromotive force generated by receiving the magnetic flux generated by the windings for power transmission. A transformer composed of a connected primary winding for signal transmission and a secondary winding for signal transmission;
A main switch element connected in series with the primary winding for power transmission;
A pulse signal generation circuit that controls the main switch element with a pulse signal and applies a rising signal of a drive voltage of the main switch element to the primary winding for signal transmission;
A synchronous rectifier connected to the secondary winding for power transmission of the transformer and rectifying in synchronization with on / off of the main switch element;
A synchronous rectifier driving circuit for driving the synchronous rectifier by an output signal of the signal transmission secondary winding;
The polarity of the voltage generated in the primary winding for signal transmission by the magnetic flux generated by the winding for power transmission is the signal transmission when the drive voltage of the main switch element is applied by the pulse signal generation circuit. The cross-sectional areas of the at least two sub-legs to which the signal transmission winding is coupled are made different from each other so that the polarity of the output voltage to the primary winding for use is different, or the signal transmission winding Varying the number of turns of the windings for the at least two secondary legs to be joined,
First in a reverse bias direction between a power supply terminal of the pulse signal generation circuit that supplies a driving voltage to the main switch element that is input to the primary winding for signal transmission and the primary winding for signal transmission. An insulated DC-DC converter characterized by connecting a clamping diode.
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