JP5488230B2 - DC-DC converter - Google Patents
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Description
本発明は、直流入力電圧を変換し、一対の出力線間に接続する負荷へ安定した直流出力電圧を出力するDC−DCコンバータに関し、更に詳しくは、負荷に流れる出力電流の電流値を、DC−DCコンバータ側から出力するDC−DCコンバータに関する。 The present invention relates to a DC-DC converter that converts a DC input voltage and outputs a stable DC output voltage to a load connected between a pair of output lines. More specifically, the current value of an output current flowing through a load is expressed as DC. The present invention relates to a DC-DC converter that outputs from the DC converter side.
DC−DCコンバータは、不安定な直流入力電圧を安定した所定出力電圧に変換する変換器として、携帯電話機、携帯音楽プレーヤ等の携帯電子機器の充電器やACアダプタに用いられている。 The DC-DC converter is used as a converter for converting an unstable DC input voltage into a stable predetermined output voltage, for a charger or an AC adapter of a portable electronic device such as a mobile phone or a portable music player.
図4は、従来のDC−DCコンバータのうちから絶縁フライバック型DC−DCコンバータ100の一例を示すもので(特許文献1)、図中、1aは、直流電源のの高圧端子、1bは、低圧端子であり、2aは、トランス2の一次巻線、2bは、トランス2の二次出力巻線である。
FIG. 4 shows an example of an insulated flyback DC-DC converter 100 among conventional DC-DC converters (Patent Document 1). In FIG. 4, 1a is a high-voltage terminal of a DC power source, 1b is A low voltage terminal, 2a is a primary winding of the
間欠発振素子3は、トランス2の一次巻線2aと、直流電源1に対して直列に接続され、通常は、一定周波数で一次巻線2aと低圧端子1b間を開閉するように連続動作し、制御端子3aに一定の電流を流す休止制御信号が入力されている間は、一次巻線2aと低圧端子1b間を切断させた状態で休止する。
The
39は、後述する出力側に設けられたフォトカプラ発光素子35とフォトカップルするフォトカプラ受光素子であり、間欠発振素子3の制御端子3aと直流電源1の低圧端子1b間に接続される。
トランス2の二次側(出力側)には、整流平滑化回路を構成する整流用ダイオード4と平滑コンデンサ13が設けられ、二次出力巻線2bの出力を整流平滑化して、高圧側出力線20aと低圧側出力線20b間に出力している。
On the secondary side (output side) of the
一対の出力線20a、20b間には、その出力電圧と出力電流を監視し、いずれかが所定値に設定する設定電圧若しくは設定電流を越えた際に、図中のフォトカプラ発光素子35を発光させる電圧監視回路と電流監視回路からなる出力監視回路が設けられている。
The output voltage and output current are monitored between the pair of
上述の間欠発振素子3は、連続動作している間に、高圧側出力線20aと低圧側出力線20b間に発生する出力電力と出力電流が徐々に上昇するように、開閉動作の周波数とオンデューティが設定されている。高圧側出力線20aと低圧側出力線20b間に負荷が接続された状態で、上昇する出力電圧が設定電圧を越えると、誤差増幅器33aの反転入力端子に入力される分圧抵抗30,31の中間タップ32の電位も上昇し、電圧監視用基準電源34aの第1比較電圧との電位差が反転増幅され、フォトカプラ発光素子35の発光しきい値を越える電位となる。
The
また、高圧側出力線20aと低圧側出力線20b間に接続された負荷によって、出力電流が設定電流を越えて上昇した場合も、低圧側出力線20bに直列に接続される電流検出用抵抗43の出力電流による電圧降下が増加して誤差増幅器33bの反転入力端子に入力される電圧が上昇し、電流監視用基準電源34bの第2比較電圧との電位差が反転増幅され、フォトカプラ発光素子35の発光しきい値を越える電位となる。
Further, even when the output current rises beyond the set current due to the load connected between the high voltage
その結果、出力電圧若しくは出力電流のいずれかが設定電圧若しくは設定電流を越える限り、フォトカプラ発光素子35は発光し続け、これらの値を超えたことを示すリミット信号がフォトカプラ受光素子39に連続して出力される。
As a result, as long as either the output voltage or the output current exceeds the set voltage or set current, the photocoupler
フォトカプラ受光素子39は、フォトカプラ発光素子35からのリミット信号を受光している間、間欠発振素子3の制御端子3aから直流電源1の低圧端子1bに一定の電流が流れるので、制御端子3aには、休止制御信号が連続して入力される状態となる。その間間欠発振素子3の開閉動作が休止し、トランス3の1次巻き線2aに流れる電流が遮断され、トランス3の二次出力巻線2bに蓄積される励磁エネルギーが徐々に負荷により消費されていくので、設定電圧若しくは設定電流を越えていた出力電圧若しくは出力電流は、減少し、設定電圧若しくは設定電流以下となる。
Since the photocoupler
その結果、フォトカプラ発光素子35は発光を停止し、フォトカプラ受光素子39がリミット信号を受光しなくなるので、間欠発振素子3は、再び連続開閉動作を繰り返し、出力電圧と出力電流をそれぞれ設定電圧と設定電流とする定電圧制御と定電流制御が行われる。
As a result, the photocoupler
また、一対の出力線間の出力電圧が何らかの原因で設定電圧を超えその動作を停止させた場合に、異常動作信号を負荷へ出力するDC−DCコンバータも知られている(特許文献2)。 There is also known a DC-DC converter that outputs an abnormal operation signal to a load when the output voltage between a pair of output lines exceeds a set voltage for some reason and the operation is stopped (Patent Document 2).
この種の従来のDC−DCコンバータは、充電器やACアダプタとして、その出力定格に適合する負荷である電子機器に接続して使用されるが、近年の電子機器は、汎用のUSB(Universal Serial Bus)コネクタを介して充電器やACアダプタと接続する構成が採用されているので、適合しないDC−DCコンバータとも誤接続する可能性がある。負荷の消費電力を越えた出力定格のDC−DCコンバータに誤接続すると、負荷側からDC−DCコンバータの動作を停止させたり、その動作を制御する手段がないので、負荷の内部で余剰電力を消費しなければならず、異常発熱による火傷や火災発生の危険が生じるものであった。 A conventional DC-DC converter of this type is used as a charger or an AC adapter by connecting to an electronic device that is a load that conforms to its output rating. In recent years, a general-purpose USB (Universal Serial) is used. Since a configuration in which a charger or an AC adapter is connected via a bus connector is adopted, there is a possibility that a non-conforming DC-DC converter is erroneously connected. If a DC-DC converter with an output rating exceeding the power consumption of the load is erroneously connected, there is no means to stop the operation of the DC-DC converter from the load side or to control its operation. There was a risk of burns and fires due to abnormal heat generation.
このような問題が予測されるにもかかわらず、特許文献1に記載のDC−DCコンバータに代表される従来のDC−DCコンバータには、不適合な負荷が接続された場合にその誤接続状態を負荷側へ出力手段がなく、特許文献2に記載されたDC−DCコンバータであっても、自らの異常動作を負荷側へ出力するだけであり、定格出力の正常動作をしながら、上記危険が発生する恐れがあるような誤接続を、負荷側へ伝達する手段は備えていなかった。
In spite of such a problem being predicted, the conventional DC-DC converter represented by the DC-DC converter described in
一方、負荷側で、DC−DCコンバータの出力線に接続する内部配線に、図4の電流検出用抵抗43に相当するシャント抵抗を直列に接続し、その電圧降下からDC−DCコンバータの出力電流が定格電流と異なる場合にDC−DCコンバータの誤接続を表示部へ表示し、使用者へ警告すること方法が考えられる。しかしながら、一般に充電器としてDC−DCコンバータを負荷へ接続する場合には、出力電流(充電電流)が1A程度と大きく、負荷の内部に接続するシャント抵抗の電圧降下を無視できず、負荷内部のバッテリー等は、定電圧出力制御するDC−DCコンバータの出力電圧未満の電圧で充電されることとなり、充電電圧不足の問題が生じる。特に、リチュウムイオン電池は、充電電圧を厳しく管理して充電する必要があり、DC−DCコンバータ側の出力電圧を設定電圧に定電圧制御しても、出力電流の変化で充電電圧が変動するものとなるので、上述のように、負荷側で出力電流を監視して、不適合なDC−DCコンバータとの接続を検出することは実用上困難なものとなっている。
On the other hand, on the load side, a shunt resistor corresponding to the
また、負荷内部の各回路は、一般的に接地レベルのDC−DCコンバータの低圧側出力線20bの電位を基準電位として動作するので、出力電流を表す図4の電流検出用抵抗43による電圧降下は負極性で表され、負荷側へ出力しても通常の負荷側比較回路では検出できない。電流検出用抵抗43による電圧降下を正極性で表すように、電流検出用抵抗43を高圧側出力線20aに直列に接続すると、出力電圧に対して出力電流を表すシャント抵抗の電圧降下が小さいため、出力電圧変動の影響を受け、高精度で出力電流を検出できないという問題があり、結局、DC−DCコンバータ側から負荷へ出力電流の値を伝達する障害となっていた。
Further, each circuit in the load generally operates with the potential of the low-voltage
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、不適合なDC−DCコンバータが接続されたことを、出力側に接続する負荷へ伝達可能なDC−DCコンバータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such a conventional problem, and provides a DC-DC converter capable of transmitting the fact that an incompatible DC-DC converter is connected to a load connected to the output side. The purpose is to do.
また、簡単な構成で、出力電流を表す電圧信号を正極性で負荷へ出力し、負荷側の比較回路で検出可能としたDC−DCコンバータを提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a DC-DC converter having a simple configuration that outputs a voltage signal representing an output current to a load with a positive polarity and that can be detected by a comparison circuit on the load side.
上述の目的を達成するため、請求項1に記載のDC−DCコンバータは、直流電源に直列に接続されるスイッチング素子と、スイッチング素子の開閉動作により直流電源から流れる電流が断続し、負荷に接続する一対の高圧側出力線と低圧側出力線間に、直流電源の入力電圧を異なる直流出力電圧に変換を出力するインダクタと、高圧側出力線と低圧側出力線間の出力電圧に応じてスイッチング素子を開閉制御し、出力電圧を定電圧制御する定電圧制御回路とを備えたDC−DCコンバータであって、
高圧側出力線と低圧側出力線のいずれかにシャント抵抗を直列に配線し、シャント抵抗両端の電位差を表す電圧信号を、負荷へ出力することを最も主要な特徴とする。
In order to achieve the above object, a DC-DC converter according to
The main feature is that a shunt resistor is connected in series to either the high-voltage side output line or the low-voltage side output line, and a voltage signal representing the potential difference between both ends of the shunt resistor is output to the load.
負荷に出力される電圧信号は、シャント抵抗が直列に接続された高圧側出力線若しくは低圧側出力線に流れる出力電流を表すので、負荷側で、内部負荷への電圧を変動させずに、入力される電圧信号からDC−DCコンバータの出力電流を検出できる。 The voltage signal output to the load represents the output current flowing through the high-voltage side output line or low-voltage side output line connected in series with the shunt resistor, so the load side does not change the voltage to the internal load. The output current of the DC-DC converter can be detected from the voltage signal.
また、請求項2に記載のDC−DCコンバータは、シャント抵抗を、低圧側出力線に直列に配線し、高圧側出力線とシャント抵抗の入力側に接続する低圧側出力線間に、一方を高圧側出力線に接続させたバッファ抵抗と、シャント抵抗の両端の電位差より高い定電圧を発生させる定電圧回路素子とを直列に接続し、定電圧回路素子とバッファ抵抗との直列接続点から電圧信号を出力することを特徴とする。
Further, in the DC-DC converter according to
負荷に接続する低圧側出力線の電位を基準電位として、シャント抵抗の入力側の電位は、低圧側主力線に流れる出力電流に比例する負極性の電位で表されるが、定電圧回路素子を介して定電圧回路素子とバッファ抵抗との直列接続点から出力される電圧信号は、正極性で負荷に流れる出力電流を表す。 The potential on the input side of the shunt resistor is expressed as a negative potential proportional to the output current flowing through the low-voltage main power line, with the potential of the low-voltage output line connected to the load as the reference potential. The voltage signal output from the series connection point of the constant voltage circuit element and the buffer resistor via the positive voltage represents the output current flowing through the load with a positive polarity.
定電圧回路素子は、出力電圧の変動に依存しない定電圧を発生し、出力電圧の変動に応じてバッファ抵抗の電圧が変化する。 The constant voltage circuit element generates a constant voltage that does not depend on the fluctuation of the output voltage, and the voltage of the buffer resistor changes according to the fluctuation of the output voltage.
また、請求項3に記載のDC−DCコンバータは、定電圧回路素子がシャントレギュレータであることを特徴とする。
The DC-DC converter according to
シャントレギュレータは、負荷と並列に接続され、負荷に出力される直流出力電圧の変動に依存しない定電圧を発生し、数Vの直流出力電圧以下で、シャント抵抗の両端の電位差以上の定電圧を容易に生成できる。 The shunt regulator is connected in parallel with the load, generates a constant voltage that does not depend on fluctuations in the DC output voltage output to the load, and has a constant voltage that is less than a few V DC output voltage and greater than the potential difference across the shunt resistor. Can be easily generated.
また、請求項4に記載のDC−DCコンバータは、シャント抵抗両端の電位差から検出する低圧側出力線に流れる出力電流に応じてスイッチング素子を開閉制御し、前記出力電流を定電流制御する定電流制御回路を更に備えたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a DC-DC converter that controls opening and closing of a switching element in accordance with an output current flowing through a low-voltage side output line detected from a potential difference between both ends of a shunt resistor, and controls the output current at a constant current. A control circuit is further provided.
正極性の電圧信号を出力するために用いるシャント抵抗を定電流制御回路の電流検出用抵抗に利用する。 A shunt resistor used for outputting a positive voltage signal is used as a current detection resistor of the constant current control circuit.
請求項1の発明によれば、負荷のバッテリーへの充電電圧を低下させたり、変動させずに、負荷側で接続しているDC−DCコンバータの出力電流を検出できる。 According to the first aspect of the present invention, the output current of the DC-DC converter connected on the load side can be detected without lowering or changing the charging voltage to the battery of the load.
負荷側で、DC−DCコンバータの出力電流から、異なる定格出力のDC−DCコンバータとの誤接続を検出でき、使用者に注意を喚起させることにより、負荷の異常発熱の危険を未然防止できる。 On the load side, an erroneous connection with a DC-DC converter having a different rated output can be detected from the output current of the DC-DC converter, and the danger of abnormal heat generation of the load can be prevented by alerting the user.
請求項2の発明によれば、DC−DCコンバータから出力される電圧信号は、低圧側出力線の基準電位に対して正極性で、負荷に流れる出力電流を表すので、低圧側出力線の電位を基準電位として動作する負荷側の通常の比較回路でDC−DCコンバータから出力される出力電流を容易に検出できる。 According to the second aspect of the present invention, the voltage signal output from the DC-DC converter is positive with respect to the reference potential of the low-voltage side output line and represents the output current flowing through the load. The output current output from the DC-DC converter can be easily detected by a normal comparison circuit on the load side that operates with reference potential.
シャント抵抗は、低圧側出力線に直列に接続されるので、低圧側出力線の電位を基準電位として比較する出力電流を表す電位が出力電圧の変動に影響せず、高精度で出力電流を検出できる。 Since the shunt resistor is connected in series to the low-voltage output line, the potential that represents the output current that compares the potential of the low-voltage output line with the reference potential does not affect the fluctuation of the output voltage, and the output current is detected with high accuracy. it can.
請求項3の発明によれば、出力電圧が数V、出力電流が1A程度の定格のDC−DCコンバータから、正極性の電圧信号を出力するための定電圧回路素子として適している。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、定電流制御回路の電流検出用抵抗をシャント抵抗として利用できるので、定電圧回路素子とバッファ抵抗を接続するだけで、出力電流を表す正極性の電圧信号を負荷へ接続できる。
According to the invention of
以下、本発明の一実施の形態に係るDC−DCコンバータ10を図1を参照して説明する。本実施の形態に係るDC−DCコンバータ10は、図4に示す従来のフライバック型DC−DCコンバータ100と基本構成は同一であり、従来のDC−DCコンバータ100に定電圧回路素子7とバッファ抵抗8を設けたものである。従って、従来のDC−DCコンバータ100と共通する回路及び回路素子については、同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。尚、DC−DCコンバータ10にも定電圧制御回路の電圧監視回路、交流負帰還素子を備えているが、図1ではこれらの構成の図示を省略している。
Hereinafter, a DC-
本実施の形態では、DC−DCコンバータ10が100Vの商用交流電源に接続して、5V、1Aの定格出力で負荷である携帯電話機40を充電する充電器に内蔵されているものとして説明する。従って、図中、1は、100Vの商用交流電圧を整流して得られる電圧が変動する可能性のある不安定な直流電源であり、その高圧端子1aと低圧端子1b間の直流入力電圧は、141Vとなっている。2aは、トランス2の一次巻線、2bは、トランス2の二次出力巻線であり、一次巻線2aは、間欠発振素子3と、直流電源1に対して直列に接続されている。
In the present embodiment, it is assumed that the DC-
間欠発振素子3は、発振器とその発振及び休止を制御する制御素子と、トランス2の1次巻き線2aの電流を断続するスイッチング素子とを内蔵するものであり、制御素子は、通常、発信器から出力される一定の周波数でスイッチング素子を開閉制御し、制御端子3aに一定の電流を流す休止制御信号が入力されている間、発信器の発振を休止し、スイッチング素子を開制御するように動作する。
The
間欠発振素子3の制御端子3aと直流電源1の低圧端子1bの間には、トランス2の二次側に設けられたフォトカプラ発光素子35とフォトカップルするフォトカプラ受光素子39が接続され、トランス2の二次側から負荷40へ出力される出力電圧と出力電流の信号を絶縁されたトランス2の一次側へ帰還させ、間欠発振素子3の間欠発振動作を制御している。
Between the control terminal 3a of the
トランス2の二次出力巻線2bの両端は、負荷40に接続する高圧側出力線20aと低圧側出力線20bに接続し、二次出力巻線2bに発生する出力は、高圧側出力線20aに直列に接続される整流用ダイオード4と二次出力巻線2bに並列に接続される平滑コンデンサ13とから構成される整流平滑化回路により整流平滑化され、高圧側出力線20aと低圧側出力線20b間に出力される。14は、負荷40の負荷変動に対して出力電圧の安定を得るためのコンデンサであるが、必須なものではない。
Both ends of the secondary output winding 2b of the
一対の出力線20a、20b間には、その出力電圧と出力電流を監視し、いずれかが所定の設定電圧若しくは設定電流を越えた際に、図中のフォトカプラ発光素子35を発光させる電圧監視回路と電流監視回路からなる出力監視回路が設けられているが、上述の通り、電圧監視回路の図示とその説明は省略する。
The output voltage and the output current are monitored between the pair of
電流監視回路は、低圧側出力線20bにシャント抵抗11を直列に接続し、シャント抵抗11の出力側一端を誤差増幅器33bの反転入力端子に、入力側他端を電流監視用基準電源34bを介して非反転入力端子に入力している。これによって、低圧側出力線20bに流れる出力電流は、シャント抵抗11の両端の電位差で表され、誤差増幅器33bで電流監視用基準電源34bの第2比較電圧と比較して、所定の設定電流を越えたかどうかを判定する。
In the current monitoring circuit, the
出力電流を定電流制御する目標値となる設定電流は、シャント抵抗11の抵抗値、若しくは電流監視用基準電源34bの第2比較電圧を変更することによって、任意の値に設定することができる。一方、シャント抵抗11には出力電流が流れるので、シャント抵抗11には小抵抗値の抵抗が用いられ、ここでは、出力電流を1Aに定電流制御するために設定電流を1Aとして、抵抗値0.3Ωのシャント抵抗11と、0.3Vの電流監視用基準電源34bを用いている。
The set current, which is a target value for constant current control of the output current, can be set to an arbitrary value by changing the resistance value of the
誤差増幅器33bの出力側には、フォトカプラ発光素子35が接続され、フォトカプラ発光素子35は、電気抵抗36を介して高圧側出力線20aに接続して、駆動電源の供給を受けている。従って、低圧側出力線20bに流れる出力電流が設定電流を越える間、フォトカプラ発光素子35は連続発光し、発光により設定電流を超えたことを示すリミット信号がフォトカプラ受光素子39に出力される。
A photocoupler
シャント抵抗11の入力側の低圧側出力線20bには、定電圧回路素子となるシャントレギュレータ7の低圧側が接続され、シャントレギュレータ7の他側の高圧側は、バッファ抵抗8を介して高圧側出力線20aに接続している。シャントレギュレータ7は、流れる電流にかかわらず、その両端に定電位差を発生させる回路素子で、その電位差は、出力電流が流れるシャント抵抗11の電位差より大きく、定電圧制御する出力電圧より小さい定電位を発生させる定電圧回路素子を用いる。ここでは、出力電圧が5V以下で動作し、少なくとも出力電流が4A以下で、高圧側の電位が正極性の電位となるように、低圧側に対して高圧側の電位が+1.25Vとなるシャントレギュレータを用いている。
The low-voltage
高圧側出力線20aと低圧側出力線20b間の出力電圧は、定電圧制御回路により定電圧制御されるものの、負荷の変動や入力電圧の変化による一時的な変動があるので、バッファ抵抗8に流れる電流が変化し、その電圧降下が出力電圧の変動に伴って変化することにより、直列に接続されたシャントレギュレータ7の電位差が定電位に保たれる。
Although the output voltage between the high-voltage
シャントレギュレータ7とバッファ抵抗8との直列接続点は、信号線Dを介して負荷40に接続し、シャントレギュレータ7の高圧側の電位を電圧信号として負荷40へ出力している。
A series connection point of the
このように構成されたDC−DCコンバータ10の動作は、高圧側出力線20aと低圧側出力線20b間の出力電圧とこれらの出力線に流れる出力電流が、所定の設定電圧と設定電流を越えていない間は、間欠発振素子3が一定の周波数で発振し、二次出力巻線2bに発生する出力電力若しくは出力電流が上昇する。
The operation of the DC-
高圧側出力線20aと低圧側出力線20b間に接続された負荷40によって、シャント抵抗11に流れる出力電流が設定電流を越えると、誤差増幅器33bの反転入力端子に入力される電圧が電流監視用基準電源34bの第2比較電圧を越え、第2比較電圧との電位差が反転増幅され、フォトカプラ発光素子35の発光しきい値を越える電位となる。
When the output current flowing through the
出力電流が設定した設定電流を越える限り、フォトカプラ発光素子35は発光し続け、これらの値を超えたことを示すリミット信号をフォトカプラ受光素子39へ連続して出力する。フォトカプラ受光素子39は、フォトカプラ発光素子35からのリミット信号を受光している間、間欠発振素子3の制御端子3aから直流電源1の低圧端子1bに一定の電流が流れるので、制御端子3aには、休止制御信号が入力された状態となる。その結果、間欠発振素子3は、フォトカプラ受光素子39がリミット信号を受光している間、発振器の発振を休止し、内蔵のスイッチング素子は開動作する。
As long as the output current exceeds the set current, the photocoupler
間欠発振素子3のスイッチング素子が開動作すると、トランス3の1次巻き線2aに流れる電流が遮断され、トランス3の二次出力巻線2bには、出力電力が発生しないので、設定電流を越えていた出力電流は、徐々に設定電流以下となる。その結果、フォトカプラ発光素子35は発光を停止し、フォトカプラ受光素子39がリミット信号を受光しなくなるので、間欠発振素子3は、再び発振を繰り返し、負荷40の電力に応じた安定した出力が得られ、出力電流は設定電流に定電流制御される。
When the switching element of the
ここで、DC−DCコンバータ10の低圧側出力線20bが接続する負荷40内部の各回路は、一般的に接地レベルである低圧側出力線20bの電位を基準電位として動作するので、基準電位に対して、シャント抵抗11の入力側、すなわちシャントレギュレータ7の低圧側の電位は、出力電流の電流値に比例する負極性の電位となる。例えば、低圧側出力線20bに設定電流が流れているとすれば、シャント抵抗11の抵抗値0.3Ωに設定電流の1Aを乗じた−0.3Vの電位となる。
Here, each circuit in the
シャントレギュレータ7は、低圧側に対して高圧側に+1.25Vの定電位差を発生し、また、シャント抵抗11の抵抗値が0.3Ωであるので、出力電流が4.16A以下であれば、高圧側の電位、すなわち、電圧信号として負荷40に出力される信号線Dの電位は、基準電位に対して正極性となり、その電位は、低圧側出力線20bに流れる出力電流が上昇するほど低下する電位となる。例えば、低圧側出力線20bに1Aの設定電流が流れていれば、+0.95Vであり、設定電流以上の1.2Aが流れれば、+0.89Vの電位が電圧信号として信号線Dから負荷40へ出力される。
The
負荷40側では、信号線Dの電位が正極性であるので、基準電位と比較する正極性の差電圧を容易に所定の電位差と判別することができる。定格1Aの出力電流を出力するDC−DCコンバータ10を充電器として用いる負荷40では、信号線Dの電位が基準電位に対して+0.95Vの前後であれば、適合するDC−DCコンバータ10が接続されているものと認識できる。一方、負荷40の充電時の消費電力に対して過大な定格出力のDC−DCコンバータが誤接続された場合には、DC−DCコンバータ10の設定電流より大きい出力電流がシャント抵抗11に流れ、信号線Dの電位が+0.95Vより低下する。また、逆に定格出力の小さいDC−DCコンバータが誤接続された場合には、出力電圧が上昇するとともに、シャント抵抗11に流れる出力電流は設定電流より小さくなり、信号線Dの電位が+1.25Vを上限として+0.95Vより上昇する。従って、負荷40において、信号線Dの電位から適合するDC−DCコンバータ10以外のDC−DCコンバータと誤接続したことを検出でき、そのような場合に図示しない表示器等による警告手段で「異なるDC−DCコンバータ」が誤って接続されたことを操作者へ伝達させることができる。
Since the potential of the signal line D is positive on the
尚、上記実施の形態では、低圧側出力線20bの基準電位に対して、出力電流を表す信号線Dの電位を正極性とするために、シャントレギュレータ7を用いたが、負荷40において、出力電流を負極性の電位で表しても判別できるものであれば、図2に示すように、シャント抵抗11の入力側に信号線Dを直接接続し、基準電位に対して負極性の電位で表す電圧信号を負荷40へ出力するDC−DCコンバータ50であってもよい。
In the above embodiment, the
また、定電圧回路素子として、シャントレギュレータ7を用いたが、出力電流が流れるシャント抵抗11の電位差より大きく、定電圧制御する出力電圧より小さい定電位を両端に発生させる定電圧回路素子であれば、高圧側出力線20aから低圧側出力線20bの方向を順方向とするダイオードをシャントレギュレータ7に代用してもよい。ダイオードの順方向電圧降下Vfは、略0.6Vの定電位であるので、図1のシャントレギュレータ7にダイオードを代用すれば、負荷40の内部抵抗に対して充分に高い例えば4.7kΩのバッファ抵抗8を直列に接続し、1Aの設定電流が流れた際に、信号線Dから出力電流を表す正極性の+0.3Vの電位の電圧信号を出力することができる。
Further, although the
更に、定電圧回路素子として、バイポーラトランジスタ60を用いることもできる。図3は、NPN型トランジスタ60をシャントレギュレータ7に代えて用いたDC−DCコンバータ70の回路図であり、ベース−コレクタ間とベース−エミッタ間にそれぞれ1kΩのバイアス抵抗61、62が接続され、また、バッファ抵抗8の抵抗値は、NPN型トランジスタ60を介して大きな電流が流れないように、負荷40の内部抵抗に対して充分に高い3.8kΩとなっている。
Further, a
高圧側出力線20aと低圧側出力線20b間に5Vの出力電圧が発生し、NPN型トランジスタ60が遮断状態にあるとすると、バイアス抵抗62に生じる分電圧によってベース電圧VBEが動作電圧の0.6Vを越え、トランジスタ60は能動状態に移行する。このときバイアス抵抗62に流れる電流は、ベース電圧VEBが0.6Vでほぼ変化しないので、0.6mAで変化せず、一方、バイアス抵抗61を介してベースに流れるベース電流は、コレクタ電流に比べて無視できるほど小さいので、バイアス抵抗61とバイアス抵抗62に流れる電流はほぼ等しく、コレクタ−ベース間の電圧VCBも0.6Vの定電圧となる。その結果、コレクタ−エミッタ間の電圧VCEは1.2Vで安定し、シャント抵抗11の入力側の負極性の電位に対して、信号線Dが接続する電位は、+1.2V上昇し、正極性の電位で出力電流を表すことができる。
If an output voltage of 5V is generated between the high-voltage
以上の実施の形態は、絶縁フライバック型のDC−DCコンバータで説明したが、絶縁フォワードバック型やチョークコンバータ等他のDC−DCコンバータであってもよい。 Although the above embodiment has been described with an insulated flyback type DC-DC converter, other DC-DC converters such as an insulated forward back type or a choke converter may be used.
また、出力電流を検出するシャント抵抗を、出力電流の定電流制御に用いる電流検出用抵抗と兼ねたが、別に設けてもよい。 Further, although the shunt resistor for detecting the output current is also used as the current detection resistor used for constant current control of the output current, it may be provided separately.
また、定電圧回路素子を用いる場合には、出力電圧によって変動しない定電圧の加算電圧が得られる素子であれば、インピーダンスの低いツェナーダイオード等の上述以外の素子を用いてもよい。 In the case of using a constant voltage circuit element, an element other than the above, such as a Zener diode having a low impedance, may be used as long as it can obtain a constant voltage addition voltage that does not vary depending on the output voltage.
本発明は、充電器から出力される充電電流を内部回路で検出することが困難な被充電機器を充電する充電器に適している。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for a charger that charges a device to be charged that it is difficult to detect a charging current output from the charger with an internal circuit.
1 直流電源
2a トランスの一次巻線(インダクタ)
2b トランスの二次巻線(インダクタ)
3 間欠発振素子(スイッチング素子、定電圧制御回路)
7 シャントレギュレータ(定電圧回路素子)
8 バッファ抵抗
10、50、70 DC−DCコンバータ
11 シャント抵抗
20a 高圧側出力線
20b 低圧側出力線
60 トランジスタ(定電圧回路素子)
1
2b Transformer secondary winding (inductor)
3 Intermittent oscillation device (switching device, constant voltage control circuit)
7 Shunt regulator (constant voltage circuit element)
8
Claims (4)
スイッチング素子の開閉動作により直流電源から流れる電流が断続し、負荷に接続する一対の高圧側出力線と低圧側出力線間に、直流電源の入力電圧を異なる直流出力電圧に変換を出力するインダクタと、
高圧側出力線と低圧側出力線間の出力電圧に応じてスイッチング素子を開閉制御し、出力電圧を定電圧制御する定電圧制御回路とを備えたDC−DCコンバータであって、
高圧側出力線と低圧側出力線のいずれかにシャント抵抗を直列に配線し、
シャント抵抗両端の電位差を表す電圧信号を負荷へ出力することを特徴とするDC−DCコンバータ。 A switching element connected in series to the DC power supply;
An inductor for converting the input voltage of the DC power source into a different DC output voltage between a pair of high-voltage side output lines and a pair of low-voltage side output lines connected to the load, with the current flowing from the DC power source intermittently by the switching operation of the switching element; ,
A DC-DC converter including a constant voltage control circuit that controls opening and closing of the switching element according to an output voltage between the high-voltage side output line and the low-voltage side output line, and performs constant voltage control of the output voltage,
Connect a shunt resistor in series to either the high-voltage side output line or the low-voltage side output line,
A DC-DC converter that outputs a voltage signal representing a potential difference between both ends of a shunt resistor to a load.
高圧側出力線とシャント抵抗の入力側に接続する低圧側出力線間に、一方を高圧側出力線に接続させたバッファ抵抗と、シャント抵抗の両端の電位差より高い定電圧を発生させる定電圧回路素子とを直列に接続し、
定電圧回路素子とバッファ抵抗との直列接続点から電圧信号を出力することを特徴とする請求項1に記載のDC−DCコンバータ。 Connect a shunt resistor in series with the low-voltage output line,
Between the high-voltage side output line and the low-voltage side output line connected to the input side of the shunt resistor, a buffer resistor with one connected to the high-voltage side output line, and a constant voltage circuit that generates a constant voltage higher than the potential difference between both ends of the shunt resistor Connect the device in series,
2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein a voltage signal is output from a series connection point between the constant voltage circuit element and the buffer resistor.
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