JP5223874B2 - 絶縁型スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
また、近年1次側のスイッチを制御する制御回路にマイクロプロセッサやDSPといったディジタル制御回路を用いた「ディジタル制御電源」が注目されている。通常、1次側のスイッチ回路を制御するためのディジタル制御回路は、1次側に配置するのが一般的であるが、入力電圧が高い場合は、高耐圧の半導体デバイスで製造されたディジタル制御回路を使うか、トランスに別巻線を設けてディジタル制御回路用の駆動電圧を生成する必要がある。また、ディジタル制御回路のメリットである通信機能を利用するためには、2次側(負荷側)に配置したいという要望がある。すなわち、負荷回路や外部機器との間で通信して、各種情報の送受信を行う際、ディジタル制御回路が2次側に配置されている方が好都合である。
トランスT1の2次巻線N21,N22には整流ダイオードD1,D2、インダクタL2およびキャパシタC7からなる整流平滑回路が設けられている。この整流平滑回路から出力端子T21,T22に出力電圧が出力される。この出力端子T21−T22間には負荷回路2が接続される。また、出力端子T21−T22の間には抵抗R1,R2からなる出力電圧検出回路が設けられている。
商用電源電圧が入力される電圧入力部と、
前記電圧入力部から入力される商用電源電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路の次段に接続された、インダクタと、スイッチング素子と、整流素子とを含む少なくとも1つの昇圧コンバータ回路と、
前記昇圧コンバータ回路の後段に接続される平滑回路と、
を含むPFCコンバータと、
絶縁された少なくとも1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、
前記平滑回路から前記1次巻線に印加される電圧をスイッチングするスイッチング回路と、
前記2次巻線に生じる交流電圧を整流平滑する2次側整流平滑回路と、
前記2次側整流平滑回路によって得られる電圧を出力する電圧出力部と、
前記2次側整流平滑回路の出力電圧を検出する2次側出力電圧検出手段と、
前記トランスの1次側に配置され、前記電圧入力部から入力される入力電流が前記商用電源電圧に対して相似形となるように前記スイッチング素子をオン/オフ制御するPFCコンバータ側スイッチング制御手段、又は前記スイッチング回路のオン/オフ動作を制御するDC−DCコンバータ側スイッチング制御手段の少なくとも一方を有する1次側ディジタル制御回路と、
前記トランスの2次側に配置され、前記2次側出力電圧検出手段によって検出された信号が入力され、前記スイッチング回路を制御するための帰還信号を生成する帰還制御手段と、前記電圧出力部に接続される負荷回路との間で通信を行う負荷回路通信手段と、前記スイッチング回路の制御に必要な演算処理を行う手段と、を有する2次側ディジタル制御回路と、
前記1次側ディジタル制御回路と前記2次側ディジタル制御回路との間で絶縁状態を保ってシリアル通信を行う信号絶縁伝達手段と、
を備える。
商用電源電圧が入力される電圧入力部と、
スイッチング素子と整流素子の直列回路からなる第1の整流回路が、インダクタを介して前記電圧入力部の第1の端子に接続され、
スイッチング素子と整流素子の直列回路からなる第2の整流回路が前記電圧入力部の第2の端子に接続され、
前記第1及び第2の整流回路のスイッチング素子側端子同士、及び整流素子側端子同士が接続され、その後段に接続される平滑回路と、
を含むブリッジレスPFCコンバータと、
絶縁された少なくとも1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、
前記平滑回路から前記1次巻線に印加される電圧をスイッチングするスイッチング回路と、
前記2次巻線に生じる交流電圧を整流平滑する2次側整流平滑回路と、
前記2次側整流平滑回路によって得られる電圧を出力する電圧出力部と、
前記2次側整流平滑回路の出力電圧を検出する2次側出力電圧検出手段と、
前記トランスの1次側に配置され、前記電圧入力部から入力される入力電流が前記商用電源電圧に対して相似形となるように前記第1及び第2のスイッチング素子をオン/オフ制御するPFCコンバータ側スイッチング制御手段、又は前記スイッチング回路のオン/オフ動作を制御するDC−DCコンバータ側スイッチング制御手段の少なくとも一方を有する1次側ディジタル制御回路と、
前記トランスの2次側に配置され、前記2次側出力電圧検出手段によって検出された信号が入力され、前記スイッチング回路を制御するための帰還信号を生成する帰還制御手段と、前記電圧出力部に接続される負荷回路との間で通信を行う負荷回路通信手段と、前記スイッチング回路の制御に必要な演算処理を行う手段と、を有する2次側ディジタル制御回路と、
前記1次側ディジタル制御回路と前記2次側ディジタル制御回路との間で絶縁状態を保ってシリアル通信を行う信号絶縁伝達手段と、
を備える。
図2は第1の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置(以下、単に「スイッチング電源装置」という。)101の回路図である。スイッチング電源装置101はPFCコンバータ41、DC−DCコンバータ51、それらを制御する1次側ディジタル制御回路15、及び2次側ディジタル制御回路16を備えている。
1次側ディジタル制御回路15と2次側ディジタル制御回路16とは、信号絶縁伝達手段14を介してシリアル通信される。
図5は第2の実施形態に係るスイッチング電源装置102の回路図である。スイッチング電源装置102はPFCコンバータ42、DC−DCコンバータ52、それらを制御する1次側ディジタル制御回路15、及び2次側ディジタル制御回路16を備えている。
1次側ディジタル制御回路15と2次側ディジタル制御回路16とは、信号絶縁伝達手段14を介して通信される。
図7は第3の実施形態に係るスイッチング電源装置103の回路図である。スイッチング電源装置103はPFCコンバータ43、DC−DCコンバータ53、それらを制御する1次側ディジタル制御回路15、及び2次側ディジタル制御回路16を備えている。
さらに、1次側ディジタル制御回路15は、入力電圧検出回路11の信号が入力して、入力電圧の平均値を求めて、その情報を2次側ディジタル制御回路16へ送る。1次側ディジタル制御回路15は、必要に応じてPFCコンバータ43の出力電圧を検出して、その情報を2次側ディジタル制御回路16へ送る。また、必要に応じて、インダクタL1に流れる電流を直接検出して、または演算により検出して、その情報を2次側ディジタル制御回路16へ送る。
図8は第4の実施形態に係るスイッチング電源装置104の回路図である。スイッチング電源装置104はPFCコンバータ44、DC−DCコンバータ54、それらを制御する1次側ディジタル制御回路15、及び2次側ディジタル制御回路16を備えている。
図9は第5の実施形態に係るスイッチング電源装置105の一部の回路図である。スイッチング電源装置105はPFCコンバータ45、及びPFCコンバータ45を制御する1次側ディジタル制御回路15を備えている。DC−DCコンバータとそれを制御する2次側ディジタル制御回路の構成は、既に幾つかの実施形態で示したとおりである。
二つのスイッチング素子Q11,Q12と二つのダイオードD11,D12とのブリッジ回路で整流スイッチング回路が構成されている。スイッチング素子Q11とダイオードD11との接続点と商用電源の第1の入力端P11との間にインダクタL1が挿入されている。そして、整流スイッチング回路の後段に、平滑回路を構成するコンデンサC1が設けられている。
CP…商用電源
L1,L2…インダクタ
L11,L12…インダクタ
P11,P12…電圧入力部
P21,P22…電圧出力部
Q0…スイッチング素子
Q1…スイッチング素子
Q11,Q12…スイッチング素子
Q21,Q22…スイッチング素子
Q23,Q24,Q25,Q26…同期整流素子
T1…トランス
T11,T12…カレントトランス
T21…カレントトランス
11…入力電圧検出回路
12…2次側出力電圧検出回路
13…PFCコンバータ出力電圧検出回路
14…信号絶縁伝達手段
14a,14b,14c…信号絶縁伝達手段
15…1次側ディジタル制御回路
16…2次側ディジタル制御回路
18…ハイサイドドライバ
41〜45…PFCコンバータ
51〜54…DC−DCコンバータ
60…負荷回路
101〜105…スイッチング電源装置
141…ドライバ回路
142…トランス
143…レシーバ回路
Claims (9)
- 商用電源電圧が入力される電圧入力部と、
前記電圧入力部から入力される商用電源電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路の次段に接続された、インダクタと、スイッチング素子と、整流素子とを含む少なくとも1つの昇圧コンバータ回路と、
前記昇圧コンバータ回路の後段に接続される平滑回路と、
を含むPFCコンバータと、
絶縁された少なくとも1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、
前記平滑回路から前記1次巻線に印加される電圧をスイッチングするスイッチング回路と、
前記2次巻線に生じる交流電圧を整流平滑する2次側整流平滑回路と、
前記2次側整流平滑回路によって得られる電圧を出力する電圧出力部と、
前記2次側整流平滑回路の出力電圧を検出する2次側出力電圧検出手段と、
前記トランスの1次側に配置され、前記電圧入力部から入力される入力電流が前記商用電源電圧に対して相似形となるように前記スイッチング素子をオン/オフ制御するPFCコンバータ側スイッチング制御手段、又は前記スイッチング回路のオン/オフ動作を制御するDC−DCコンバータ側スイッチング制御手段の少なくとも一方を有する1次側ディジタル制御回路と、
前記トランスの2次側に配置され、前記2次側出力電圧検出手段によって検出された信号が入力され、前記スイッチング回路を制御するための帰還信号を生成する帰還制御手段と、前記電圧出力部に接続される負荷回路との間で通信を行う負荷回路通信手段と、前記スイッチング回路の制御に必要な演算処理を行う手段と、を有する2次側ディジタル制御回路と、
前記1次側ディジタル制御回路と前記2次側ディジタル制御回路との間で絶縁状態を保ってシリアル通信を行う信号絶縁伝達手段と、
を備えた絶縁型スイッチング電源装置。 - 前記昇圧コンバータ回路は複数あって、各昇圧コンバータ回路が前記整流回路の後段に互いに並列に接続されていて、各昇圧コンバータ回路のスイッチング素子がそれぞれインターリーブ方式でスイッチングされる、請求項1に記載の絶縁型スイッチング電源装置。
- 商用電源電圧が入力される電圧入力部と、
スイッチング素子と整流素子の直列回路からなる第1の整流回路が、インダクタを介して前記電圧入力部の第1の端子に接続され、
スイッチング素子と整流素子の直列回路からなる第2の整流回路が前記電圧入力部の第2の端子に接続され、
前記第1及び第2の整流回路のスイッチング素子側端子同士、及び整流素子側端子同士が接続され、その後段に接続される平滑回路と、
を含むブリッジレスPFCコンバータと、
絶縁された少なくとも1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、
前記平滑回路から前記1次巻線に印加される電圧をスイッチングするスイッチング回路と、
前記2次巻線に生じる交流電圧を整流平滑する2次側整流平滑回路と、
前記2次側整流平滑回路によって得られる電圧を出力する電圧出力部と、
前記2次側整流平滑回路の出力電圧を検出する2次側出力電圧検出手段と、
前記トランスの1次側に配置され、前記電圧入力部から入力される入力電流が前記商用電源電圧に対して相似形となるように前記第1及び第2のスイッチング素子をオン/オフ制御するPFCコンバータ側スイッチング制御手段、又は前記スイッチング回路のオン/オフ動作を制御するDC−DCコンバータ側スイッチング制御手段の少なくとも一方を有する1次側ディジタル制御回路と、
前記トランスの2次側に配置され、前記2次側出力電圧検出手段によって検出された信号が入力され、前記スイッチング回路を制御するための帰還信号を生成する帰還制御手段と、前記電圧出力部に接続される負荷回路との間で通信を行う負荷回路通信手段と、前記スイッチング回路の制御に必要な演算処理を行う手段と、を有する2次側ディジタル制御回路と、
前記1次側ディジタル制御回路と前記2次側ディジタル制御回路との間で絶縁状態を保ってシリアル通信を行う信号絶縁伝達手段と、
を備えた絶縁型スイッチング電源装置。 - 前記1次側ディジタル制御回路は、前記2次側ディジタル制御回路からのデータに基づいて前記スイッチング回路のオン/オフ動作を制御する、請求項1乃至3の何れかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。
- 前記スイッチング回路に流れるスイッチング回路電流を検出するスイッチング回路電流検出回路を備え、
前記DC−DCコンバータ側スイッチング制御手段は、前記スイッチング回路電流検出回路により検出された電流と、前記2次側ディジタル制御回路からの制御信号に基づいて前記スイッチング回路を制御する、請求項1乃至3の何れかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。 - 前記2次側ディジタル制御回路は、前記電圧入力部の電圧、前記PFCコンバータの出力電圧、前記インダクタに流れる電流、又は前記スイッチング回路に流れる電流のうち少なくとも1つを前記負荷回路に送信する手段を有する、請求項1乃至5の何れかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。
- 前記2次側整流平滑回路は同期整流素子を含む同期整流回路であり、
前記2次側ディジタル制御回路は、前記同期整流素子のオン/オフ動作を制御するスイッチング制御手段を有する、請求項1乃至6の何れかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。 - 前記信号絶縁伝達手段は、二値信号の立ち上がりと立ち下がりを別のパルス信号に変換する手段と、このパルス信号を磁気的結合で伝達する手段と、前記パルス信号を二値信号に再変換する手段とで構成される、ディジタルアイソレータである、請求項1乃至7の何れかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。
- 前記1次側ディジタル制御回路及び前記2次側ディジタル制御回路は、DSP(Digital Signal Processor)で構成されている、請求項1乃至8の何れかに記載の絶縁型スイッチング電源装置。
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