JPH072015B2 - Ｄｃ−ｄｃコンバ−タ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は制御型DC-DCコンバータ装置に関し、特に出力
電圧の安定度改善を目的としたDC-DCコンバータ装置に
関するものである。

従来の技術 従来、この種のDC-DCコンバータ装置は、第２図に示す
ような構成であった。第２図において、１は正電圧の入
力端子で、入力直流電源Ｅの正電極に接続され、１′は
負電圧の入力端子で、入力直流電源Ｅの負電圧に接続さ
れている。６はトランスで一次巻線n1,出力巻線n2,ドラ
イブ巻線n3,検出巻線n4を有する。４はスイッチングト
ランジスタで、コレクタを一次巻線n1を介して入力端子
１に接続し、ベースを電流制御回路14,ドライブ巻線n3
を介して入力端子１′に接続し、エミッタを入力端子
１′に接続している。５は抵抗で、一端を入力端子１に
接続し、他端をスイッチングトランジスタ４のベースに
接続している。９はダイオードで、アノードを検出巻線
n4を介して入力端子１′に接続し、カソードをコンデン
サ10の一端に接続している。10はコンデンサで、他端を
入力端子１′に接続している。11は制御回路で、一端を
入力端子１′に接続し、もう一端をダイオード９のカソ
ードに接続し、他端をスイッチングトランジスタ４のベ
ースに接続している。２は正電位の出力端子で、２′は
負電位の出力端子で、出力端子２−２′間に負荷ZLが接
続されている。７はダイオードでアノードを出力巻線n2
を介して出力端子２′に接続し、カソードを出力端子２
に接続している。８はコンデンサで、一端を出力端子２
に接続し、他端を出力端子２′に接続している。

第２図の回路動作については周知であるが、説明の便宜
上以下にその概略を説明する。

入力直流電源Ｅが入力端子１−１′に加えられると、ス
イッチングトランジスタ４のベースに抵抗５を通しベー
ス電流が流れ、その結果、スイッチングトランジスタ４
は“オン”にされる。トランジスタ６の一次巻線n1には
励磁電流が流れ始めるが、この時出力巻線n2側にはダイ
オード７が逆極性であるから電流は流れない。ドライブ
巻線n3側にはスイッチングトランジスタ４のベースに対
し正電圧が発生するので、ベース電流が流れ、スイッチ
ングトランジスタ４の“オン”動作を確実にする。

その“オン”期間は制御回路11によって制御されるが、
その制御には、直接ベース電流を制御する方法、又は時
限回路によって時間制御する方法等がある。前者はコレ
クタ電流即ちトランス６の一次巻線n1の励磁電流が増加
していって、これがスイッチングトランジスタ４の飽和
領域を脱した時点でその増加が停止し、ドライブ巻線n3
に逆電圧が発生し、スイッチングトランジスタ４が急速
に“オフ”となる性質を利用してベース電流を制御する
ことにより行う。又、後者は時限回路等によりオフパル
スをスイッチングトランジスタ４のベースに加えてこれ
を強制的に“オフ”とする。

スイッチングトランジスタ４が“オフ”となると、励磁
電力の放出が開始されて出力巻線n2の電圧は反転し、ダ
イオード７を通してコンデンサ８及び出力端子２−２′
に接続された負荷ZLに電流が送り込まれる。ドライブ巻
線n3にはこの期間、逆電圧が発生し、その結果、スイッ
チングトランジスタ４は“オフ”を持続するが、トラン
ジスタ６の励磁電力の放出が終ると、この電圧は再び反
転してスイッチングトランジスタ４を“オン”とする。
依って励磁電流の放出は停止し、一次巻線に励磁電流が
再び流れ始める。以降スイッチング動作をくり返すこと
になる。

一方、検出巻線n4には出力巻線n2側と同極性の動作関係
にあるダイオード９及びコンデンサ10が接続されてお
り、これによって出力電圧の検出を行っている。その検
出電圧は前述の制御回路11に加えられ、“オン”時間を
制御して出力電圧を安定化している。

このように本方式では、出力の検出電圧を検出巻線n4よ
り得ているために、負荷電流の変化に伴う主回路の直流
動作インピーダンス及びリーケージインダクタンスによ
る巻線間の波形関係の変化等に原因する出力電圧の変動
まで検出できず、これが出力側に制御残として残る。こ
のために完全な出力電圧の安定化ができない欠点があっ
た。

第３図はかかる上記欠点を改善するためになされた従来
例を示す。第３図において、第２図と同じものは同一の
符号を記し説明は省略する。３はコンデンサ、12は抵
抗、13はダイオードであり、入力端子１よりコンデンサ
３、抵抗12、ダイオード13を介して入力端子１′に直列
接続されている。ダイオード13は入力端子１′をカソー
ド側にして接続される。コンデンサ３と抵抗12の接続点
は、スイッチングトランジスタ４のエミッタとドライブ
巻線n3の一端と制御回路の一端が接続されている。

本回路の動作は第２図に示した前記従来例と同様である
が、トランス６の入力電流を検出する抵抗12とダイオー
ド13を設け、この両端電圧を補償用の検出出力とし、こ
れをコンデンサ10の両端電圧、即ち出力電圧の検出出力
に加え、この合成検出電圧を制御回路11の入力としてい
る。コンデンサ３は、高周波パルス的な一次巻線電流を
平滑し直流電流としている。

抵抗12とダイオード13の両端電圧即ち補償用の検出出力
は、出力電圧の負荷変動特性と比例関係にあることが必
要であり、これが補償精度を決定することになる。従っ
て、その構成素子は主回路の直流動作インピーダンスと
等価なインピーダンス素子で構成されることが望まし
い。本従来例では電流検出回路を抵抗12とダイオード13
で構成した例である。即ち、抵抗12は出力巻線n2の抵抗
分と出力回路インピーダンスの和に、ダイオード13はダ
イオード７に夫々対応している。

続いて、第４図を参照して本従来例による改善効果を説
明する。同図において、Ａの曲線は改善前の負荷変動特
性を示す。抵抗12とダイオード13の両端電圧、即ち補償
用検出出力を出力電圧に換算した時の特性をＢの曲線と
すれば、制御はＢの曲線に沿ってさらに補償されるの
で、出力電圧はＡ′の曲線となり、改善がなされる。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、補償用の検出出力は、出力
電流に比例して変動する入力電流を検出することで補償
を行っているが、入力電流は入力電圧の変動に対しても
変動するため、入力電圧変動による出力電圧の安定性が
悪くなる。

さらに、補償用の検出回路にダイオード13が入ってお
り、ダイオード13の順方向電圧が温度特性を持つため補
償用の検出出力は温度により変動して、出力電圧の温度
特性が悪くなる。さらに、補償用の検出出力が負電圧の
変動を利用するため、制御回路11に印加される検出電圧
は正電圧が必要でバイアス巻線と検出巻線を共用するこ
とができない。又コンデンサ３は一次巻線n1に流れる大
きな高周波パルス電流を平滑するために、大容量のコン
デンサが必要であるなど高価で大型化するという問題点
があった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、負荷電流
の変動による検出電圧の誤差を補償し、入力電圧変動や
温度変動に対しても、出力電圧の完全な安定化を計るこ
とができ、しかも比較的簡単な回路で安価に小型に構成
することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この問題を解決するために本発明は、入力直流電源と負
荷との間に、スイッチングトランジスタと、コンバータ
トランスと、整流平滑回路とを縦続接続して成る主変換
回路及び前記コンバータトランスに設けられた検出巻線
より得られる出力電圧の検出電圧を入力として前記スイ
ッチング回路のオン，オフのデューティ比を制御し負荷
電圧を断定化する制御回路から構成され、前記コンバー
タトランスの一次巻線電流を検出するために、前記スイ
ッチングトランジスタのエミッタと前記入力直流電源間
にダイオードと抵抗の直列検出回路を設け、前記スイッ
チングトランジスタのベースからダイオードを介して前
記入力直流電源に接続されたコンデンサに一次巻線電流
の検出電圧を充電し、前記コンデンサの両端に接続され
た抵抗とトランジスタの直列回路より一次巻線電流の検
出電圧に比例した電流を前記出力電圧の検出電圧に加え
るように構成したものである。

作用 この構成により、負荷電流の変動による検出電圧の誤差
を補償し、出力電圧の完全な安定化を計ることとなる。

実施例 第１図は本発明の一実施例によるDC-DCコンバータ装置
の回路構成図であり、第１図において、21は正電圧の入
力端子で、入力直流電源Ｅの正電極に接続され、21′は
負電圧の入力端子で、入力直流電源Ｅの負電圧に接続さ
れている。22はコンバータトランスで一次巻線n1,出力
巻線n2,ドライブ巻線n3を有する。23はスイッチングト
ランジスタで、コレクタを一次巻線n1を介して入力端子
21に接続し、ベースを電流制御回路38,ドライブ巻線n3
を介して入力端子21′に接続し、エミッタをダイオード
24,抵抗25の直列回路を介して入力端子21′に接続して
いる。ダイオード24はカソードが入力端子21′側になる
ように接続する。26は抵抗で一端を入力端子21に接続
し、他端をスイッチングトランジスタ23のベースに接続
される。27はダイオードでカソードをスイッチングトラ
ンジスタ23のベースに接続し、アノードをコンデンサ28
を介して入力端子21′に接続する。29は制御回路で一端
をトランジスタ23のベースに接続し、もう一端は入力端
子21′に接続し、もう一端を抵抗30を介してダイオード
27とコンデンサ28の接続点に接続している。31はダイオ
ードでアノードをトランジスタ23のベースに接続し、カ
ソードをコンデンサ32を介して入力端子21′に接続して
いる。33はトランジスタ（PNP）でエミッタを抵抗34を
介してダイオード31とコンデンサ32の接続点に接続し、
ベースを入力端子21′に接続し、コレクタを制御回路29
と抵抗30の接続点に接続している。35は正電位の出力端
子で、35′は負電位の出力端子で35-35′間に負荷ZLが
接続されている。36はダイオードでアノードを出力巻線
n2を介して出力端子35′に接続し、カソードを出力端子
35に接続している。37はコンデンサで一端を出力端子35
に接続し、他端を出力端子35′に接続している。

第１図の回路動作は第２図，第３図に示した前記従来例
と同様であるが、出力電圧の検出はバイアス巻線n3に接
続される出力巻線n2と逆極性の動作関係にあるダイオー
ド27及びコンデンサ28が接続されており、この負電圧に
よって行っている。その検出電圧は制御回路29に抵抗30
を介して加えられ、“オン”時間を制御して出力電圧を
安定化する。一方コンバータトランス22の入力電流を検
出するため、スイッチングトランジスタ23のエミッタと
入力端子21′間に接続されたダイオード24と抵抗25の直
列回路の両端に発生する電圧をスイッチングトランジス
タ23のベースよりダイオード31を介してコンデンサ32に
印加する。コンデンサ32に印加された電圧は、抵抗34を
介してトランジスタ33を順バイアスするため、同トラン
ジスタ33のコレクタを介してコンデンサ32の印加電圧に
比例した電流が抵抗30に流れ抵抗30の両端電圧が変化し
て、制御回路29に印加される出力電圧の検出電圧を変化
させる。前記出力電圧の検出電圧の変化は、コンデンサ
32の両端電圧の増減すなわちコンバータトランス22の入
力電流増減により、制御回路29に印加される出力電圧の
検出電圧を増減させるように作用し、出力電圧の補償を
行う。従って、その補償量は抵抗25,抵抗34,抵抗30のい
ずれか又は複数の値を調整することで広範囲な補償が可
能であり、主回路の直流インピーダンスによって変化す
る出力電圧を精度よく補償可能である。

発明の効果 以上のように本発明によれば、コンバータトランスの入
力電流すなわち高周波パルス電流のピーク値をダイオー
ドと抵抗で検出して、スイッチングトランジスタのベー
スからダイオードを介してコンデンサにピーク充電する
ことで補償を行っている。前記高周波パルス電流のピー
ク値は入力電圧の影響をほとんど受けずに出力電流のみ
により変動するため、入力変動に対してきわめて安定で
広範囲な補償が可能となる。

さらに、温度特性についてもダイオードとダイオードが
キャンセルし、スイッチングトランジスタのベース・エ
ミッタ間とトランジスタのエミッタ・ベース間がキャン
セルするために補償量に対する温度安定度が非常に良
い。さらに補償に要する構成部品がいずれも小容量の小
型部品で構成でき、しかも検出巻線とバイアス巻線を共
用でき、また、高周波パルス電流検出用の抵抗は高周波
パルス電流のピーク値制御用の検出抵抗として利用可能
となるなど安価で高密度実装小型化に適した構成になっ
ているという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のDC-DCコンバータ装置によ
る回路構成図、第２図は従来のDC-DCコンバータ装置の
回路構成図、第３図は第二の従来例の回路構成図、第４
図は第二の従来例の特性図である。 Ｅ……入力直流電源、21,21′……入力端子、22……コ
ンバータトランス、23……スイッチングトランジスタ、
24……ダイオード、25……抵抗、26……抵抗、27……ダ
イオード、28……コンデンサ、29……制御回路、30……
抵抗、31……ダイオード、32……コンデンサ、33……ト
ランジスタ、34……抵抗、35,35′……出力端子、36…
…ダイオード、37……コンデンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力直流電源と負荷との間に、スイッチン
   グトランジスタと、コンバータトランスと、整流平滑回
   路とを縦続接続して成る主変換回路及び前記コンバータ
   トランスに設けられた検出巻線より得られる出力電圧の
   検出電圧を入力として前記スイッチング回路のオン，オ
   フのデューティ比を制御し負荷電圧を安定化する制御回
   路から構成され、前記コンバータトランスの一次巻線電
   流を検出するために、前記スイッチングトランジスタの
   エミッタと前記入力直流電源間にダイオードと抵抗の直
   列検出回路を設け、前記スイッチングトランジスタのベ
   ースからダイオードを介して前記入力直流電源に接続さ
   れたコンデンサに一次巻線電流の検出電圧を充電し、前
   記コンデンサの両端に接続された抵抗とトランジスタの
   直列回路より一次巻線電流の検出電圧に比例した電流を
   前記出力電圧の検出電圧に加えることを特徴とするDC-D
   Cコンバータ装置。