JP6048150B2 - 絶縁型スイッチング電源装置 - Google Patents
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図1に、第1実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置100の回路構成を示す。第1実施形態は、絶縁型スイッチング電源装置100に電流測定回路CRmsrを用いて、同期整流器SR1、SR2を最適なタイミングで駆動するものである。ここでは絶縁型スイッチング電源装置100として、絶縁型DC−DCコンバータを例に挙げて説明する。
第1実施形態の絶縁型DC−DCコンバータの電力変換回路は、1次側がアクティブクランプ、2次側が倍電圧整流で構成される。第1のトランスT1の2次巻線Ns1と直列に第2のトランスT2の1次巻線Np2が接続され、第2のトランスT2の励磁インダクタンスが共振インダクタとして作用して第1のトランスT1の2次巻線電流Isecの変化を抑制する。
K0は第1のトランスT1の励磁インダクタンス、共振インダクタンス(=第2のトランスT2の励磁インダクタンス)や各トランスの巻き数比によって定まる比例定数である。
ただし、Isecの単位をAとすると、
K1≒(Lnp2[H]・Na2[T])/C6[F]・R5[Ω]・Np2[T])であり、Lnp2はNp2の励磁インダクタンスである。
図3に、第2実施形態に係る絶縁型スイッチング電源装置200の回路構成を示す。第2実施形態は、1次回路と2次回路の両方に電流測定回路CRmsrを用いた絶縁型スイッチング電源装置200である。ここでも絶縁型スイッチング電源装置200として、絶縁型DC−DCコンバータを例に挙げて説明する。
K2、K3は第1のトランスT1の励磁インダクタンス、共振インダクタンス(=第2のトランスT2の励磁インダクタンス)や各トランスの巻き数比によって定まる比例定数である。従って、図3に示すように、第2のトランスT2の補助巻線Na2に対して、第1のトランスT1の補助巻線Na1を減算するような極性で抵抗R5、R11を介して接続し、R5、R11の抵抗値が、
R5・Vna1=R11・Vna2・・・(式4)
となるように設定する。第1の測定電圧Vm1は、コンパレータCMP1、CMP2に単電源コンパレータを採用できるように第1の直流電圧V1を加算して以下の式5のように形成する。
第2実施形態では、第1、第2、第3の直流電圧V1、V2、V3の関係を以下の式6のように設定する。
従って、コンパレータCMP1にて第1の測定電圧Vm1と直流電圧V3を比較し、コンパレータCMP2にて第1の測定電圧Vm1と直流電圧V2を比較することによって、図4に示すように、同期整流器SR1、SR2を一定値以上の順方向電流が流れる期間にオン状態、その他の期間はオフ状態になるよう駆動タイミングを判断することが可能である。第1実施形態と同様に、軽負荷時には同期整流器SR1、SR2にオフ状態を維持する動作になり、同期整流器SR1、SR2の駆動損失を低減できる。また、重負荷時においても、同期整流器SR1、SR2が共にオフするデッドタイムが自然に形成されるので、同期整流器SR1、SR2の同時オンによる短絡電流の発生を防ぐことができる。
Vin・・・直流入力電源(DC-input power supply)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12,R13・・・抵抗(resistor)
C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7・・・コンデンサ(capacitor)
D1、D2、D3、D4、D5・・・ダイオード(diode)
Q1、Q2・・・スイッチング素子(switching element)
CNT1・・・1次側制御回路(primary control circuit)
OCP・・・過電流保護回路(over current protection circuit)
INT・・・積分回路(integration circuit)
SR1、SR2・・・同期整流器(synchronous rectifier)
ISO1・・・誤差信号伝送回路(error signal transmission circuit)
L1・・・インダクタ(inductor)
LD1・・・負荷装置(load apparatus)
Vref1・・・基準電圧源(reference voltage source)
AMP1・・・オペアンプ(operational amplifier)
CMP1、CMP2・・・コンパレータ(comparator)
DRV1、DRV2・・・同期整流器駆動回路(synchronous rectifier driving circuit)
Cbal・・・電流バランス端子(Current balance terminal)
T1・・・第1のトランス(first transformer)
Np1・・・1次巻線(primary coil)
Ns1、Ns2・・・2次巻線(secondary coil)
Na1・・・補助巻線(auxiliary coil)
Ipri・・・1次巻線電流(primary coil current)
Isec・・・2次巻線電流(secondary coil current)
T2・・・第2のトランス(second transformer)
Np2・・・1次巻線(primary coil)
Na2、Na3・・・補助巻線(auxiliary coil)
CRmsr・・・電流測定回路(Current measurement circuit)
Vm1・・・第1の測定電圧(first measured voltage value)
V1・・・第1の直流電圧(first DC voltage)
V2・・・第2の直流電圧(second DC voltage)
V3・・・第3の直流電圧(third DC voltage)
Claims (4)
- 少なくとも1次巻線及び2次巻線を備える第1のトランスと、
励磁インダクタンスが共振インダクタとして作用する第2のトランスと、を備え、
少なくとも1つ以上のスイッチング素子を備え、入力電源からの入力電圧を前記スイッチング素子でスイッチングして前記第1のトランスの1次巻線に入力する1次回路と、
少なくとも1つ以上の整流素子を備え、前記第1のトランスの2次巻線から出力された出力電圧を整流平滑して直流電圧を出力する2次回路と、を備えた絶縁型スイッチング電源装置において、
前記第1のトランスの1次巻線と直列に前記第2のトランスの1次巻線が接続され、
前記第1のトランスのいずれかの巻線の出力電圧から前記第1のトランスの励磁電流の微分値を検出し、前記第2のトランスの補助巻線電圧から前記第1のトランスの1次巻線電流の微分値を検出し、
前記第1のトランスの1次巻線電流の微分値から、前記第1のトランスの励磁電流の微分値を減算した値を積分し、
前記第1のトランスの2次巻線の電流値を算出する電流測定回路を、
備えた、絶縁型スイッチング電源装置。 - 前記電流測定回路を同期整流器の駆動回路に適用し、
前記電流測定回路で測定した2次巻線の電流値からそれぞれの前記同期整流器に順方向電流が流れる期間を判断し、前記順方向電流が一定値以上流れる期間に前記同期整流器をオン状態に駆動し、その他の期間はオフ状態に保持することを特徴とする、請求項1に記載の絶縁型スイッチング電源装置。 - 前記電流測定回路を過電流保護回路に適用し、
前記電流測定回路で測定した1次巻線または2次巻線電流値から絶縁型スイッチング電源装置の出力電流を算出し、前記出力電流の算出値が一定値以上の場合に保護動作を行うことを特徴とする、請求項1に記載の絶縁型スイッチング電源装置。 - 前記電流測定回路を、絶縁型スイッチング電源装置を複数並列接続した電力供給システムに適用し、
前記電流測定回路で測定した1次巻線または2次巻線電流値から複数の絶縁型スイッチング電源装置のそれぞれの出力電流を算出し、複数の絶縁型スイッチング電源装置のそれぞれの出力電流をバランスさせることを特徴とする、請求項1に記載の絶縁型スイッチング電源装置。
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