JPH03164069A - 昇降圧形コンバータ回路の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産ヱ上の利川分ｇｆ｝ 本発明は．トランスの１次巻線電圧をチョークコイルに
より昇降圧させる昇降圧形コンバータ回路の制御方法に
関する． 〔従東の技術〕 第４図は従来の昇降圧形コンバータ回路の＄１御方沃を
説明ずるための図である．同図において，直流入力１＋
ｆＭ１とトランス２のセンタータップとの間にはチ３−
クコイル３の！次巻線ｎｌが接続され，２次巻線ｎ２は
ダイオード４を介して直流入力電Ｍｌに接続されている
．トランス２の１次巻線Ｎｌ，　Ｎ’ｌ　の両端にはス
イッチング素子，例えばトランジスタ５．６のコレクタ
が変ｉｎＴ，８を夫々介して棲続され，各工九フタはｆ
［流入力ｆａ源１の１１極に接続されている．トランス
２の２次巻線Ｎ２にはダイオード９，１０．０．　１２
で構成された全波ブリッジ回路の交流入力側が接続され
，直流出力側には平滑コンデンサｌ３が接続されており
，ａ平滑コンデンサｌ３により平滑されて負荷ｌ４に直
流電圧を供給する回路構成になっている．出力１Ｇ圧は
，その検出電圧に基づいて発せられる定電圧制御信号が
トランジスタのオン時間を制御することにより．一定電
圧に制御されるが，トランソスタはまた．最大オン時間
信号により量大オン特間が制限され，一定幅以上にはな
らない．また，何らかの原因でトランジスタ５を流れる
電流がｙ＠常に増加し，トランジスタ５の許容電流嬢を
越えた電流が流れた場合には．トランジスタ５が破壊さ
れるのを防止するために．コレクタ電流を変流ｍ７で検
出し，ダイオードｌ５を介して抵抗ｌ６の両端にコレク
タ電流に比例した電圧を発生させ．謹電圧と基準ｆｌｆ
ｉｌ７の電圧とをコンパレータｌ８にて比較し，コレク
タ電流が設定値に達するとコンバレータｌ日の出力はＨ
からＬに遷移し，アンドロジックｌ９の出力をＨからＬ
に変え．トランジスタ５をオフさせて遇ｆ４流から保護
するような回路構成になっている．また．第４図には回
路構或は省略してあるが２何らかの原因でトランジスタ
６の７１ｔｆｉが異常に増加した場合も同様である．尚
．２０はダイオード．　２１〜２５は抵抗である． 次に，この回路の動作を説明する．先ず，トランジスタ
５．６の同１３オン期間を設け．チョークコイル３にエ
ネルギを蔚えてトランス２の１次巻線に電源電圧以上の
電圧を印加する昇圧モード動作について，第５図を用い
て説明する．トランジスタ５がオフ，トランジスタ６が
オンの時．時刻ｔｏでトランジスタ５のベースに第５図
ｆａｔに示す駆動信号が印加され，トランジスタ５がオ
ンするとトランジスタ６に流れていた電Ｒｉ２はトラン
ソスタ５に分流する．そして．トランス２の１次巻線が
短絡するので，直流入力電源ｌはチゴークコイル３のｌ
次巻線ｎｌを介して短絡され，トランジスタ５，６を魔
れる電流＋１．　ｉ２はＥ／２Ｌ（但し．Ｅは直流入力
電源ｌの電圧．Ｌはチョークコイル３のインダクタンス
）の傾きで上昇する．この時，チ曽一クコイル３の２次
巻線ｎ２は．ダイオード４で導通を阻止される．次に，
時刻Ｌ１でトランジスタ６がオフすると．それまでトラ
ンジスタ６を流れていた電ｔｌＬｉ２がトランジスタ５
に流れ込み．第５図ｔｅｌに示すように．トランジスタ
５を流れ０る電魔ｉｌが２倍になる．この時の電流の傾
きは（Ｅ−Ｅｏ）／Ｌ（但し，出力電圧をＥＯ，トラン
ス４の巻数比をｌ：ｌとする．）となり，出力電圧Ｅｏ
は入力電圧Ｅにチ替−クコイル３の１次巻線ｎｌの電圧
が加わるため入力電圧Ｅより大きくなり，　（Ｅ−Ｅｏ
）／Ｌは負となる．トランジスタ５を流れる電ｔＩｌｉ
ｌはトランス２の１次巻線８１を流れるｉｌｌｌｆＬと
同一であり，２次巻線Ｎ２には第５図ｔｅｌに示すよう
な電流ｉｏが流れる．次に．時刻Ｌ２で再びトランジス
タ６がオンすると，トランジスタｉｆ．　ｉ２は分流し
，トランス２は短絡し，時刻ＬＯと同一状態となる．次
に，時刻Ｌ３でトランジスタ５がオフすると，それまで
流れていた電流は全てトランジスタ６に流れ，トランス
２の１次巻線Ｎ’ｌにも同一の−Ｉｓ魔が流れ，２次巻
線の電流は時刻Ｌ１のときとは逆方向に流れる．次に．
時刻Ｌ４でトランジスタ５のベースに第５図ｆａｔに示
す馴動信号が印加され．以下同４Ｊの動作を繰り返すこ
とにより出力電力を供給する． トランジスタ５．６の同１．｝オン時間をｒ．周Ｎ１を
Ｔとすると，昇圧モード動作時の出力電圧Ｅｏは．［ｉ
ｏ＝　Ｅ／　＜　１　−　２　ｒ／Ｔ）　−ｆｉｌで表
される． 次に．トランジスタ５．６の同時オフ期間を設け，電′
Ｂ電圧からチョークコイル３の電圧を差し引いた電圧を
トランス２の１次巻線に印加する降圧モード動作につい
て，第６図を用いて説明する．先ず，トランジスタ５，
６がオフでチョークコイル３の２次巻線ｎ２に電ｍ　！
　１１１が流れている時に，時刻Ｌｏでトランジスタ５
のベースに第６図（ａｌに示す駆動信号が印加され，ト
ランジスタ５がオンすると．トランジスタ５を流れる？
ｔｆｌｉ　ｌは，第６図＋ｃ＋に示すように（　Ｅ　−
Ｅｏ）　／　Ｌの傾きで上昇する．トランジスタ５を流
れる電魔ｉｌはトランス２の１次巻＃！ＡＮｌを流れる
電流と同一であり，２次巻線Ｎ２には第６図ｆｇｌに示
すような電流ＩＯが流れる．次に５時刻ｔｉでトランジ
スタ５がオフすると．トランス２のｌ′ｅｉＣ巻線Ｎｌ
を成れる電流は遮断されチョークコイル３の電流は２次
壱線ｎ２を介して直流入力［９１に帰還される．この時
のトランス２の２次巻線ｎ２の１ｉ流ｉ．の傾きはＥ／
Ｌで減少する．次に．時１１ｔ２でトランジスタ６がオ
ンすると時刻ｔｏと同槌のｆｆｌ流がトランス２の１次
巻線Ｎ１に流れ，２次巻線Ｎ２には．第６図ｔｇ＋に示
すような電流ｉｏが時刻ｔｏの時とは逆方向に流れる．
次に，時刻Ｌ３でトランジスタ６がオフすると，トラン
ス２の１次巻線Ｎ’ｌを流れる電流は遮断され．チョー
クコイル３の電流は２次巻線ｎ２を介して直流入力電源
１に帰還される．次に，時刻Ｌ４でトランジスタ５のベ
ースに第６図（ａｌに示す駆動信号が印加され，以下同
様の動作を繰り返すことにより出力電力を供給する． トランジスタのオン時間をＴ。、，周期をＴとすると，
＊圧モード動作時の出力電圧ＥＯは．Ｅｏ”　（　２　
−　Ｔ／　２　ＴＩＩＮ）　Ｅ　・・−ｔｚ＋で表され
る． 昇降圧コンバータの場合．通常動作としては．人力電流
が連続となり．ｆｌｉ流を人力に帰還しないため効率の
よい昇圧モード動作を使用し，出力過電流や短絡時及び
起動時等の異状状態でのみ降圧モード動作とするのが一
般的な使い方である．また，出力短絡や起動時の過電流
等，何らかの原因でトランジスタ５の電流が異常に増加
し，トランジスタ５の許容電流値を越えた電流が流れた
場合には．トランジスタ５が破壊されるのを防止するた
めに，コレクタ電流を変ｆｆｌｒａ？で検出し，ダイオ
ードｌ５を介して抵抗１６の両端にコレクタ電流に比例
した電圧を発生させ，該電圧と基ｆ！１！電源ｌ７の電
圧とをコンパレータＩＢにて比較し．コレクタ電流が設
定値に達するとコンパレータ１８の出力はＨからしに遷
移し，アンドロジソクｌ９の出力をＨからＬに変え，ト
ランジスタ５をオフさせて過電塊から保護する． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかし，このような従来の界降圧形コンバータ回路にあ
っては．一度オフすると，次のサイクルまではオンしな
いため，過電流検出によりトランジスタ５．６のオン期
間が短くなり，オフ期間が象くなると，チョークコイル
３にｍえられたエネルギが全て直流入力電源ｌに戻って
しまい．第７図に示すように．次のトランジスタ５，６
のオン時はチョークコイル３の初ｊＪＩ埴が雰からスタ
ートすることになり，出力にエネルギが充分に伝わらな
いため，定！ＰＩｎｒｉ時等重い１１荷を接涜して起動
すると立ち上がらなかったり．起動に時間がかかるとい
う問題がある．また．これを解決するために．チョーク
コイル３のインダクタンス値を大きくし，ｌサイクルの
間には直流入力電源１に戻りきらないようにするか，或
いは．トランジスタ５Ｇの電流制限値を通常動作レベル
より充分太き＜シ．電流制限動作でオフ期間が長くなっ
ても．チ冒−クコイル３の電流が充分に残っており，次
のオンでトランス２のＺ次側に電力を伝達できるように
する方浩もあるが，しかしこの場合には，チブークコイ
ル３やトランジスタ５，６が高価となるばかりでな＜，
ｉｎ＜，大きくなるという問題がある． 〔！！題を解決するための手段〕 本発明は以上の欠点を除去するために，直流入力ｆｆｉ
ｉ９と，複数のスイッチング素子と．トランスと．該ト
ランスのｌ次巻線電圧を昇降圧させるチョークコイルと
．トランスの２次ａｍ電圧を整流・平滑する整流平滑回
路とを備えた昇降圧形コンバータ回路において，上記ス
イッチング１子を流れるｆ！！流を検出し．咳電流が増
加して第１の設定値に達した時．スイッチング素子をオ
フし．上記チョークコイルに蓄積されたエネルギを２次
巻線を介して上記直流入力電源に帰還させると共に．チ
ョークコイルの２次Ｑ．線電滝を検出し，ａｍ流が減少
して第２の設定値に達した時９　スイッチング素子が定
電圧７４０ｍ信号のオン時間内且つ最大オン時間信号の
オン時間内にある場合には，スイッチング素・子を再び
オンさせることを特徴とする昇降圧形コンバータ回路の
ｔＩ１ｒ！Ｊ方法を提供するものである． 〔作用〕 定電圧制御信号のオン時間内で且つ最大オン時間信号の
オン時間内であれば．　ｉｌｉｆＬＭｆｆｌによりスイ
ッチング素子がオフした場合でも，チ１−クコイルの２
次巻線電流が一定値まで減少してきた段階でそのスイ７
チング素子が再び導通するので．上記課題を解決するこ
とができる． 〔実施例〕 第１図は本発明の一実施例を説明するための図である．
同図において，トランジスタ５を流れる電流を変流器７
で検出した電流と．チ曽一クコイル３の２次巻線ｎ２を
流れる電流を変魔４２６で検出した電流とを，抵抗ｌ６
で電圧に変換し，コンパレータｌ８で基準電圧１７と比
較し．出力電圧を一定電圧に！４御する定電圧ｉ４ｍ信
号と．トランジスタ５の最大オン時問を制限する最大オ
ン時間信号とのアンドをアンドロジック１９でとり．こ
のアンド出力でトランジスタ５のベースをｉｆするもの
である．尚，２７はダイオード，２８は抵抗である．次
に．作用を説明すると．以下の通りになる．トランジス
タ５を流れる電流を検出している検出抵抗ｌ６の両端の
電圧が，第１の設定値Ｅｒ（基準ｉｆｆ　ａ　１７の電
圧）に等しくなると．コンバレータｌ８の出力はＩＩか
らしに遷移し，アンドロジックｌ９の出力をＬに変え．
トランジスタ５をオフさせる．トランジスタ５がオフし
，チョークコイル３の２次巻線ｎ２に電流ｉｌｌ！が流
れ，チヲークコイル３のエネルギがｔＬ流入力電源ｌに
帰還されると．変流３２６の２次巻線に検出電流が流れ
．ｉ抗ｌ６に電圧が発生する．コンパレータｌ８の出力
がＬの時．十人力端子の電圧はダイオード２０の電圧降
下を零とすると．Ｅｒ・Ｒｘｉ／　（Ｒｚｚ＋　Ｒｚｉ
）　　となり，Ｈの時より減少している．第２図に示す
ようにチ１一クコイル３の２次巻線ｎ２のｆｆｉｆｉｉ
．−が減少し．抵抗ｌ６の電圧降下が減少し，第２の設
定値Ｅｒ−Ｒｚｓ／　（Ｒｚｔ＋Ｒｚｉ）に等しくなる
と．コンパレータｌ８の出力はＨに遷移し，アンドロジ
ックｌ９の他の人力信号である定電圧制０］信号と最大
オン時間信号とがＨであれば．アンドロジックｌ９の出
力はｉ４ヒｌｌにＪ１移し，トランジスタ５を導通させ
る．すると再びトランジスタ５を流れる電流ｉ１は上昇
し負荷ｌ４へ電力を供給する．そして再度トランジスタ
５を流れる電流が増加し，検出抵抗ｌ６の両端の電圧が
第１の設定値Ｅ『に達すると．再びトランジスタ５をオ
フさせる．脱明ではトランジスタ５で説明したが，トラ
ンジスタ６も同じような制御方法となる． 第３図は．他の一実施例を示す図である．この実施例は
．本発明をブリッジ形昇降圧形コンバータ回路に適用し
た場合の実施例であり，第１図で説明した実施例とほぼ
同様の動作となる．尚，同図において，　５’．　６’
，　２９はトランノスタ，３０は駆動電源，　３１．　
３１’　　は駆動トランスを示す．〔発明の効果〕 以上述べたように本発明は，直流入力電源と，複数のス
イッチング素子と，トランスと．該トランスの１次巻線
電圧を昇降圧させるチ３−クコイルと．トランスの２次
巻線電圧を整流・平滑する整流平滑回路とを備えた昇降
圧形コンバータ回路において．上記スイッチング素子を
流れる電流を検出し，該電流が増加して第１の設定値に
達した時．スイフチング素子をオフし．上記チ言一クコ
イルに蓄積されたエネルギを２次巻線を介して上記直流
入力電源に帰還させると共に、チョークコイルの２次巻
線電流を検出し．該電流が減少して第２の設定値に達し
た時，スイッチング素子が定電圧′ｉ＋１御信号のオン
時間内且つ最大オン時間信号のオン時間内にある場合に
は，スイッチング素子を再びオンさせることを特徴とす
る昇降圧形コンバータ回路の制御方店である．本発明は
このような特徴を有するので．重負荷時にも何ら問題を
生ずることなく起動でき．チョークコイルのインダクタ
ンス値やトランジスタの電流容量を小さくすることがで
きる．従って，小形・軽量化を図ることができると共に
，チョークコイルやトランジスタが安価となり，経済的
である．

【図面の簡単な説明】

第ｌ図及び第２図は本発明の一実施例を説明するための
図，第３図は本発明の他の一実施例を説明するための図
．第４図乃至第７図は従来例を説明するための図である
． ｌ・・・直流入力電源 ２・・・トランス ３・・・チゴークコイル ４．９〜１２，　１５．　２０．　２７・・・ダイオー
ド５．　５’，　　６．　６’，　２９・・・スイッチ
ング素子７．８．２６・・・変流器 ｌ３・・・平滑コンデンサ ｌ４・・・負荷 １６．２１〜２５． ｌ７・・・基準ｆ１！源 １８・・・コンパレータ ｌ９・・・アンドロジック ３０・・・駆動電源 ３１・・・駆動トランス ２８・・・抵抗

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流入力電源と、複数のスイッチング素子と、トランス
   と、該トランスの１次巻線電圧を昇降圧させるチョーク
   コイルと、トランスの２次巻線電圧を整流・平滑する整
   流平滑回路とを備えた昇降圧形コンバータ回路において
   、 上記スイッチング素子を流れる電流を検出し、該電流が
   増加して第１の設定値に達した時、スイッチング素子を
   オフし、上記チョークコイルに蓄積されたエネルギを２
   次巻線を介して上記直流入力電源に帰還させると共に、
   チョークコイルの２次巻線電流を検出し、該電流が減少
   して第２の設定値に達した時、スイッチング素子が定電
   圧制御信号のオン時間内且つ最大オン時間信号のオン時
   間内にある場合には、スイッチング素子を再びオンさせ
   ることを特徴とする昇降圧形コンバータ回路の制御方法
   。