JP5012807B2 - ダブルエンド絶縁型dc−dcコンバータ - Google Patents
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Description
前記1次側制御回路からの信号に基づいて前記第1の電力スイッチのターンオンおよびターンオフのタイミングにほぼ対応する第1のターンオフエッジ信号および当該第1のターンオフエッジ信号とは逆極性の第1のターンオンエッジ信号を発生する第1のエッジ信号発生回路(71)と、前記1次側制御回路からの信号に基づいて前記第2の電力スイッチのターンオンおよびターンオフのタイミングにほぼ対応する第2のターンオフエッジ信号および当該第2のターンオフエッジ信号とは逆極性の第2のターンオンエッジ信号を発生する第2のエッジ信号発生回路(72)と、
前記第1のターンオフエッジ信号および前記第1のターンオンエッジ信号を2次側へ伝送する第1のパルストランス(9)と、前記第2のターンオフエッジ信号および前記第2のターンオンエッジ信号を2次側へ伝送する第2のパルストランス(10)と、
前記第1のパルストランス(9)によって伝送された第1のターンオフエッジ信号(E)で前記第1の同期整流器(11)をターンオフし、前記第1のパルストランス(9)によって伝送された第1のターンオンエッジ信号(F)で前記第1の同期整流器(9)をターンオンする第1の同期整流器制御回路(73)と、前記第2のパルストランス(10)によって伝送された第2のターンオフエッジ信号(G)で前記第2の同期整流器(12)をターンオフし、前記第2のパルストランス(10)によって伝送された第2のターンオンエッジ信号(H)で前記第2の同期整流器(12)をターンオンする第2の同期整流器制御回路(74)と、
を備え、
前記第1の電力スイッチ(4)と、前記第1の同期整流器(11)がほぼ相補的なタイミングで駆動され、前記第2の電力スイッチ(5)と、前記第2の同期整流器(12)がほぼ相補的なタイミングで駆動されることを特徴としている。
[1]第1・第2のパルストランスはスイッチング周波数の信号ではなく、パルス状のエッジ信号を伝送するため、例えば数μHの低インダクタンスで良く、小型のパルストランスを用いて小型・軽量化が図れる。
2…PWM制御回路
3…ハイサイドドライバ
4…第1の電力スイッチ
5…第2の電力スイッチ
8…主トランス
9…第1のパルストランス
10…第2のパルストランス
11…第1の同期整流器
12…第2の同期整流器
13、66…チョークコイル
15…負荷
16…1次側制御回路電源入力部
17、18、19、20、65、68…ショットキーバリアダイオード(SBD)
24、35、58…NチャネルMOSFET
25、36、59…PチャネルMOSFET
26、27、32、33、55、60、61…PNダイオード
29、30、63…ツェナーダイオード
37…2次側制御回路電源入力部
38…Eコアの第1の外脚
39…Eコアの第2の外脚
40…Eコアの第3の外脚
41…Eコアの第4の外脚
42…Eコアの中脚
43…コア
44…4層基板の1,2層を構成する両面基板
45…4層基板の3,4層を構成する両面基板
46…第1の遅延時間制御回路
47…第2の遅延時間制御回路
50、53…PNPトランジスタ
54…ブートストラップ回路
70,80,90…1次側制御回路
71…第1のエッジ信号発生回路
72…第2のエッジ信号発生回路
73…第1の同期整流器制御回路
74…第2の同期整流器制御回路
76…第1の同期整流器側遅延回路
77…第2の同期整流器側遅延回路
78…第1の電力スイッチ側遅延回路
79…第2の電力スイッチ側遅延回路
101〜104…ダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータ
図2は第1の実施形態のダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータの回路図であり、図3はその主要部分の波形図である。また、図4は第1の実施形態で用いるトランスの構成を示す図である。
図3において、各符号の意味は次のとおりである。
B…第2の電力スイッチ5のオンタイミング
C…第2の電力スイッチ5のオフタイミング
D…第1の電力スイッチ4のオンタイミング
E…第1のターンオフエッジ信号
F…第1のターンオンエッジ信号
G…第2のターンオフエッジ信号
H…第2のターンオンエッジ信号
I…第1の遅延時間(第1のターンオフエッジ信号E発生から第1の電力スイッチターンオンまでの時間)
J…第2の遅延時間(第2のターンオフエッジ信号G発生から第2の電力スイッチターンオンまでの時間)
K…第3の遅延時間(第1のターンオンエッジ信号F受信から第1の同期整流器ターンオンまでの時間)
L…第4の遅延時間(第2のターンオンエッジ信号H受信から第2の同期整流器ターンオンまでの時間)
図2に示したDC−DCコンバータ101はハーフブリッジ型のコンバータであり、第1・第2の電力スイッチ4,5のオンデューティはほぼ等しく、第1の電力スイッチ4のオンデューティが狭まると、第2の電力スイッチ5のオンデューティも狭まる。第1の電力スイッチ4と第1の同期整流器11は、ほぼ相補的なタイミングで駆動され、第2の電力スイッチ5と第2の同期整流器12も、ほぼ相補的なタイミングで駆動される。
第1・第2のパルストランス9,10はスイッチング周波数の信号ではなく、パルス状のエッジ信号を伝送するため、例えば数μHの低インダクタンスでよく、閉磁路型コアであれば1ターンまたは2ターン巻回すれば構成できる。この複合トランスは、主トランス8および第1・第2のパルストランス9,10を、一対のコアと、それぞれ独立したコイルを備えたものである。
図5は第2の実施形態のダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータの回路図である。このダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータは基本的な構成は第1の実施形態で示したものと同様である。
図6は第3の実施形態のダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータの回路図である。
先ず、第2のパルストランス10の3次コイルから出力される第2のターンオフエッジ信号GはPNダイオード60を通してFET58のゲートに印加され、FET58がターンオンし、第2の電力スイッチ5のゲートに電荷が充電されて第2の電力スイッチ5がターンオンされる。その後、第2のターンオンエッジ信号Hは、PNダイオード61を通してFET59のゲートに印加されてFET59がターンオンし、第2の電力スイッチ5のゲートの電荷が放電され、第2の電力スイッチ5がターンオフされる。
なお、第2の電力スイッチ5のゲートの充電電流は抵抗57で制限される。このことにより、第2の遅延時間Jが確保される。また、第1の電力スイッチ側遅延回路78で電力スイッチ4のゲート充電電流が制限される。このことによって第1の遅延時間Iが確保される。
図7は第4の実施形態のダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータの回路図である。このダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータは基本的な構成は第1の実施形態で示したものと同様である。
まず、入力直流電源1から直流電圧が加わると、第1・第2の電力スイッチ4,5が交互にスイッチング動作をして直流電力を交流電力に変換する。前記交流電力は主トランス8で1次側回路から2次側回路に伝送され、第1・第2の同期整流器11,12で整流され、チョークコイル13、66、出力平滑コンデンサ14で平滑されて再度直流に変換され、負荷15に供給される。
その他の回路構成および動作は第1の実施形態で示した図2・図3と同様である。
Claims (7)
- 少なくとも1次コイルおよび2次コイルを有する主トランスと、該主トランスの1次側に接続される第1・第2の電力スイッチと、第1・第2の電力スイッチをスイッチング制御する1次側制御回路と、前記主トランスの2次側に接続される第1・第2の同期整流器と、少なくとも1個のチョークコイルと、を備えるダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータにおいて、
前記1次側制御回路からの信号に基づいて前記第1の電力スイッチのターンオンおよびターンオフのタイミングにほぼ対応する第1のターンオフエッジ信号および当該第1のターンオフエッジ信号とは逆極性の第1のターンオンエッジ信号を発生する第1のエッジ信号発生回路と、前記1次側制御回路からの信号に基づいて前記第2の電力スイッチのターンオンおよびターンオフのタイミングにほぼ対応する第2のターンオフエッジ信号および当該第2のターンオフエッジ信号とは逆極性の第2のターンオンエッジ信号を発生する第2のエッジ信号発生回路と、
前記第1のターンオフエッジ信号および前記第1のターンオンエッジ信号を2次側へ伝送する第1のパルストランスと、前記第2のターンオフエッジ信号および前記第2のターンオンエッジ信号を2次側へ伝送する第2のパルストランスと、
前記第1のパルストランスによって伝送された第1のターンオフエッジ信号で前記第1の同期整流器をターンオフし、前記第1のパルストランスによって伝送された第1のターンオンエッジ信号で前記第1の同期整流器をターンオンする第1の同期整流器制御回路と、前記第2のパルストランスによって伝送された第2のターンオフエッジ信号で前記第2の同期整流器をターンオフし、前記第2のパルストランスによって伝送された第2のターンオンエッジ信号で前記第2の同期整流器をターンオンする第2の同期整流器制御回路と、
を備え、
前記第1の電力スイッチと、前記第1の同期整流器がほぼ相補的なタイミングで駆動され、前記第2の電力スイッチと、前記第2の同期整流器がほぼ相補的なタイミングで駆動されることを特徴とするダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータ。 - 前記1次側制御回路は、前記第1のターンオフエッジ信号の発生後、前記第1の同期整流器のターンオフより第1の電力スイッチのターンオンを遅延させ、前記第2のターンオフエッジ信号の発生後、前記第2の同期整流器のターンオフより第2の電力スイッチのターンオンを遅延させる遅延特性を備えるものである請求項1に記載のダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータ。
- 前記第1のターンオンエッジ信号の発生後、前記第1の電力スイッチのターンオフより第1の同期整流器のターンオンを遅延させる第1同期整流器側遅延回路、および前記第2の電力スイッチのターンオフより第2の同期整流器のターンオンを遅延させる第2同期整流器側遅延回路を設けた請求項1または2に記載のダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータ
- 前記第1同期整流器側遅延回路は、前記第1の同期整流器のドレイン電圧、前記主トランスのコイル電圧、前記チョークコイルの電圧のうち少なくともいずれかの変化を検知して、前記第1の同期整流器のドレイン電圧が変化するタイミングで前記遅延を打ち切る第1の遅延時間制御回路を備え、
前記第2同期整流器側遅延回路は、前記第2の同期整流器のドレイン電圧、前記主トランスのコイル電圧、前記チョークコイルの電圧のうち少なくともいずれかの変化を検知して、前記第2の同期整流器のドレイン電圧が変化するタイミングで前記遅延を打ち切る第2の遅延時間制御回路を備えたものである請求項3に記載のダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータ - 前記第2の電力スイッチは、基準電位がグランドに対して非接続のハイサイドスイッチであり、
前記1次側制御回路は、前記第2の電力スイッチを前記第2のターンオフエッジ信号でターンオンさせ前記第2のターンオンエッジ信号でターンオフさせる回路を備えた請求項1〜4のうちいずれか1項に記載のダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータ。 - 前記主トランスおよび第1・第2のパルストランスは、一対のコアと、それぞれ独立したコイルを備えて、等価的にそれぞれ独立したトランスとして作用する複合トランスに設けた請求項1〜5のうちいずれか1項に記載のダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータ。
- 前記コアは、中脚と、該中脚を介して対向する少なくとも1対の外脚とを備えて閉磁路を構成し、
前記コイルは、前記コアの前記中脚に巻回した少なくとも2つのコイルを組とする第1組のコイルと、
前記1対の外脚の一方を、コイル配線可能な程度の隙間を空けて2つの外脚部に分離し、当該分離した2つの外脚部のそれぞれに巻回方向が互いに逆方向となるように巻回したコイルを組とする第2組のコイルと、
前記1対の外脚の他方を、コイル配線可能な程度の隙間を空けて2つの外脚部に分離し、当該分離した2つの外脚部のそれぞれに巻回方向が互いに逆方向となるように巻回したコイルを組とする第3組のコイルと、
から成り、前記第1組のコイルと前記コアとで前記主トランスを構成し、前記第2組のコイルと前記コアとで前記第1のパルストランスを構成し、前記第3組のコイルと前記コアとで前記第2のパルストランスを構成した、請求項6に記載のダブルエンド絶縁型DC−DCコンバータ。
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