JPH0866029A - プッシュプル型オープンループｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スイッチング電源装置として用いられるプッ
シュプル型オープンループＤＣ／ＤＣコンバータに関す
るものであり、短絡保護および過電圧保護を行うことを
可能にする改良である。 【構成】 センタタップ付き一次巻線１１を有する変圧
器１と、一次巻線１１の両端のそれぞれに接続され直流
電源の電圧を前記の変圧器１に供給するスイッチング素
子対２と、スイッチング素子対２のスイッチング動作を
制御する制御回路３とを有するプッシュプル型オープン
ループＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、一次巻線１１の
両端のそれぞれより接続され、直流電源から流れる電流
が順方向になる向きに配列され、相互に縦続接続された
２個のダイオード６１と、この２個のダイオード６１の
中点とスイッチング素子対２の中点との間に接続され
る、抵抗と静電容量との並列回路６２とからなるクラン
プ回路６を有し、制御回路３は並列回路６２の両端電圧
と予め決められた閾値電圧との差電圧に対応して、スイ
ッチング動作を動作または停止とするプッシュプル型オ
ープンループＤＣ／ＤＣコンバータである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング電源装置
として用いられるプッシュプル型オープンループＤＣ／
ＤＣコンバータに関する。特に、短絡保護および過電圧
保護を行うことを可能にする改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の電源として用いられるスイッ
チング電源装置に出力電圧を負帰還する機能を有する電
源装置と、負帰還制御しない電源装置とがあるが、図４
は後者に属するプッシュプル型オープンループＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータの一例を示すブロック図である。

【０００３】図４参照 図４において、１は変圧器であり、センタタップ付き一
次巻線１１とセンタタップ付き二次巻線１２とを有して
いる。２は第１のスイッチング素子２１と第２のスイッ
チング素子２２とからなるスイッチング素子対であり、
第１のスイッチング素子２１は一次巻線１１の一端と負
入力端子Ｉ- との間に接続され、第２のスイッチング素
子２２は一次巻線１１の他端と負入力端子Ｉ- との間に
接続され、電源電圧をスイッチング素子対２を介して変
圧器１に供給する機能を有している。３は制御回路であ
り、スイッチング素子対２のスイッチング動作を制御す
る機能を有している。４は回生ダイオードであり、変圧
器１の漏洩インダクタンスに基づくエネルギーを電源に
回生する機能を有している。５は静電容量であり、正負
入力端子Ｉ+ とＩ- との間に接続され、電源電圧の平滑
をするとともにサージ電流を吸収する機能を有してい
る。７は出力整流・平滑回路であり、二次巻線１２の出
力電圧を整流した後平滑コンデンサ７１により平滑し、
出力端子Ｏ+ 、Ｏ0 、Ｏ- を介して負荷（図示せず）に
直流電圧を供給する機能を有している。電源（図示せ
ず）の正側は入力端子Ｉ+ を介して変圧器１のセンタタ
ップに接続され、負側は入力端子Ｉ- に接続されてい
る。

【０００４】図５参照 図５は、制御回路３の動作を示すタイムチャートであ
り、第１のスイッチング素子２１と第２のスイッチング
素子２２とを、それぞれ、予め決められた周期の内の反
対位相の期間において予め決められた時間のみオンする
ように制御している。

【０００５】制御回路３は上記のように出力電圧を負帰
還制御している訳ではないので、出力電圧は入力電圧が
変化すると変化し、出力電流が変化するとプッシュプル
型オープンループＤＣ／ＤＣコンバータと電源との内部
インピーダンスにより変化するが、簡単な回路で絶縁直
流出力を得ることができるので重宝されている。

【０００６】図６参照 図６は電流保護回路を有するプッシュプル型オープンル
ープＤＣ／ＤＣコンバータのブロック図である。図６に
おいては、電流検出抵抗８を有する点と電流検出抵抗８
の両端電圧が制御回路３に導かれている点とが図４と異
なる。電流検出抵抗８はスイッチング素子対２と負入力
端子Ｉ- との間に配設されている。そして、制御回路３
の働きによって次に示す二種の保護方法が実用化されて
いる。

【０００７】図７参照 図７はパルスバイパルス過電流保護と呼ばれる保護方法
における制御回路３の保護動作を示すタイムチャートで
ある。図７に示すように、電流検出抵抗８の両端電圧で
ある電流検出電圧が点線をもって示す制限値と比較さ
れ、負荷が増大し電流検出電圧が制限値に到達すると、
制御回路３は直ちに第１のスイッチング素子２１と第２
のスイッチング素子２２とに対してオフ信号を発し、オ
ンしている側の素子をオフさせる。

【０００８】図８参照 図８はパルスバイパルス過電流保護のときの入力電流と
出力電圧との関係を示す特性図である。点線は定格負荷
のときの入力電流の値を示す。図８が示すように負荷が
増大して定格負荷を超えると、出力電圧も入力電流も減
少させる特性を示す。

【０００９】図９参照 図９は定電流保護と呼ばれる保護方法における制御回路
３の保護動作を示すタイムチャートである。電流検出電
圧は、制御回路３の内部にて平滑され、平均電圧が点線
をもって示す制限値と比較され、負荷が増大し電流検出
電圧の平均電圧が制限値を越えようとすると、制御回路
３はスイッチング素子対２を制御して、電流検出電圧の
平均電圧が制限値を越えないようにする。

【００１０】図１０参照 図１０は定電流保護のときの入力電流と出力電圧との関
係を示す特性図である。点線は定格負荷のときの入力電
流の値を示す。図１０に示すように負荷が増大して定格
負荷を超えると、出力電圧を減少させ、予め決められた
一定電流以上に入力電流が流れないようにしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、パルスバイ
パルス過電流保護を有するプッシュプル型オープンルー
プＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、電源電圧投入時
に、出力整流・平滑回路７中の平滑コンデンサ７１を充
電するための電流が流れ、負荷が定格負荷に近いときは
過電流保護が動作し、出力電圧が立ち上がらないと云う
現象に陥ることがある。

【００１２】また、定電流保護を有するプッシュプル型
オープンループＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、出力
短絡時のスイッチング素子対２の損失が大きくなり、定
格負荷に耐えるように設計されたスイッチング素子対２
では短時間しか耐えることができない。

【００１３】さらに、いずれの保護方法においても出力
電圧の過電圧保護機能がない。

【００１４】本発明の目的は、これらの問題を解消する
ことにあり、負荷が定格負荷であっても立ち上がること
ができ、出力の短絡に対して長時間耐えうる過電流保護
機能を有し、さらに、過電圧保護機能をも有するプッシ
ュプル型オープンループＤＣ／ＤＣコンバータを提供す
ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、センタタ
ップ付き一次巻線１１を有する変圧器１と、前記の一次
巻線１１の両端のそれぞれに接続され直流電源の電圧を
前記の変圧器１に供給するスイッチング素子対２と、前
記のスイッチング素子対２のスイッチング動作を制御す
る制御回路３とを有するプッシュプル型オープンループ
ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記の一次巻線１１の
両端のそれぞれより接続され、前記の直流電源から流れ
る電流が順方向になる向きに配列され、相互に縦続接続
された２個のダイオード６１と、この２個のダイオード
６１の中点と前記のスイッチング素子対２の中点との間
に接続される、抵抗と静電容量との並列回路６２とから
なるクランプ回路６を有し、前記の制御回路３は前記の
並列回路６２の両端電圧と予め決められた閾値電圧との
差電圧に対応して、前記のスイッチング動作を動作また
は停止とするプッシュプル型オープンループＤＣ／ＤＣ
コンバータによって達成される。

【００１６】そして、前記の制御回路３は前記の並列回
路６２の両端電圧から予め決められた閾値電圧を減算し
た値が負から正に変化して後予め決められたタイムラグ
を経過した時前記のスイッチング動作を停止させ、正か
ら負に変化して後予め決められたタイムラグを経過した
時前記のスイッチング動作を動作させるようにされてい
てもよい。

【００１７】また、前記の制御回路３は前記の並列回路
６２の両端電圧から予め決められた閾値電圧を減算した
値が正の予め決められた値を超えた時前記のスイッチン
グ動作を停止させ、負の予め決められた値を超えた時前
記のスイッチング動作を動作させるようにされていても
よい。

【００１８】

【作用】本発明に係るプッシュプル型オープンループＤ
Ｃ／ＤＣコンバータは２個のダイオード６１と抵抗と静
電容量との並列回路６２とからなるクランプ回路６を有
し、２個のダイオード６１は一次巻線１１の両端のそれ
ぞれより直流電源から流れる電流が順方向になる向きに
接続され、抵抗と静電容量との並列回路６２は２個のダ
イオード６１を流れる電流をクランプする。

【００１９】負荷電流が流れているときにスイッチング
素子がオフすると、変圧器１の漏洩インダクタンスによ
りサージ電圧が発生し、このサージ電圧が抵抗と静電容
量とからなる並列回路６２に蓄えられるから、並列回路
６２の両端に現れるクランプ電圧は電源電圧に比例する
電圧と負荷電流に比例して付加される電圧との和にな
る。

【００２０】そして、制御回路３はクランプ電圧と予め
決められた閾値電圧との差電圧に対応してスイッチング
動作を、動作または停止とするようにされているので、
負荷電流が増大しクランプ電圧が閾値電圧に達するとス
イッチング動作を停止させ、閾値電圧より低下するとス
イッチング動作を始める。すなわち、過負荷保護回路と
して動作する。そして、電源電圧投入時に、出力整流・
平滑回路７中の平滑コンデンサ７１を充電するための電
流が流れ、負荷が定格負荷であっても、電源投入時の並
列回路６２の両端電圧は０であり、並列回路６２に静電
容量があるため、クランプ電圧が閾値電圧に達するまで
に時間がかかり、この間に出力整流・平滑回路７中の平
滑コンデンサ７１を充電し終えれば過電流保護にかかる
ことなく、出力電圧が立ち上がらないと云う現象に陥る
ことはない。

【００２１】本発明に係るプッシュプル型オープンルー
プＤＣ／ＤＣコンバータの過電流保護のときの入力電流
と出力電圧との関係を示す特性図を図３に示す。

【００２２】図３参照 図３に示すように、本特性図は図８に示したパルスバイ
パルス過電流保護のときの特性図と同様の特性である。
点線は定格負荷のときの入力電流の値を示す。出力が短
絡しても、スイッチング素子に流れる電流が減少してい
るからスイッチング素子対２の損失が大きくなることは
なく、スイッチング素子対２が破損する恐れはない。

【００２３】さらに、本プッシュプル型オープンループ
ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、電源電圧が増大し
ても、回生ダイオード４が破壊したときにも上昇し過電
圧状態となるが、並列回路６２の両端電圧であるクラン
プ電圧も上昇するので、保護回路が動作するため、過電
圧保護回路として機能する。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の１実施例に
係るプッシュプル型オープンループＤＣ／ＤＣコンバー
タについてさらに詳細に説明する。

【００２５】図１参照図１は本発明の１実施例に係るプ
ッシュプル型オープンループＤＣ／ＤＣコンバータのブ
ロック図であり、図４に示す従来技術に係るプッシュプ
ル型オープンループＤＣ／ＤＣコンバータのブロック図
に対して、２個のダイオード６１と抵抗と静電容量とか
らなる並列回路６２とを有するクランプ回路６を有する
点と並列回路６２の両端電圧が制御回路３に導かれてい
る点とで異なっている。

【００２６】２個のダイオード６１のそれぞれは、一次
巻線１１の両端のそれぞれより直流電源から流れる電流
が順方向になる向きに接続された後、相互が直列に接続
され、その中点と負入力端子Ｉ- との間に並列回路６２
が接続されている。第１のスイッチング素子２１または
第２のスイッチング素子２２がオンしている間は、一次
巻線１１の片側に電源電圧とほぼ等しい電圧が印加さ
れ、他の片側には電源電圧とほぼ等しい電圧が誘起し、
ほぼ電源電圧の２倍の電圧が並列回路６２に印加され
る。第１のスイッチング素子２１または第２のスイッチ
ング素子２２がオフしている間は、一次巻線１１の漏洩
インダクタンスによりオンしている期間中に流れていた
電流に比例した電圧が一次巻線１１に誘起され並列回路
６２に印加される。すなわち、並列回路６２の両端電圧
であるクランプ電圧は電源電圧に比例する成分と負荷電
流に比例する成分とが併存している。

【００２７】図２参照 図２は制御回路３の保護動作を示すタイムチャートであ
る。図２の期間Ｔ1 は電源投入より通常動作の期間であ
る。この期間Ｔ1 にはクランプ電圧は電源投入とともに
立ち上がった後点線をもって示す予め決められている閾
値電圧Ｖthより低い電圧であるので、制御回路３が出力
するスイッチング動作は動作の状態にある。すなわち、
第１のスイッチング素子２１と第２のスイッチング素子
２２とは、従来技術において説明した図５に示すオンオ
フ動作を繰り返している。そして、負荷に給電してい
る。出力の短絡等過負荷が発生あるいは過電圧が発生す
ると期間Ｔ2 が始まる。出力が過電流あるいは過電圧に
なると、クランプ電圧は増大し、閾値電圧Ｖthを超え
る。クランプ電圧が閾値電圧Ｖthに到達し、予め決めら
れたタイムラグτ1 経過後に制御回路３はスイッチング
動作を停止させる。スイッチング動作が停止すると、ク
ランプ電圧は電源電圧と等しい電圧にまで低下しようと
する。そして、閾値電圧Ｖth以下になり、予め決められ
たタイムラグτ2経過後に制御回路３はスイッチング動
作を再開させる。事故が継続している場合または出力電
圧が低下し、かつ、負荷がある場合には、クランプ電圧
は増大し、以下同様の動作を繰り返す。

【００２８】このようにして、過負荷保護ならびに過電
圧保護を行う。

【００２９】制御回路３の保護動作は、上記と異なりク
ランプ電圧から閾値電圧Ｖthを減算した値が正の予め決
められた値ΔＶth1 を超えた時スイッチング動作を停止
させ、負の予め決められた値−ΔＶth2 を超えた時スイ
ッチング動作を動作させるようにしてあってもよく、こ
のときも図２と同様に動作する。

【００３０】またさらに、図１のブロック図において、
直流電源の正側が一次巻線１１の中点に給電されている
が、直流電源の負側が一次巻線１１の中点に給電されて
いてもよく、このときは、回生ダイオード４とクランプ
回路６のダイオード６１とを共に逆方向とすればよい。
換言すれば、本発明の構成要素であるクランプ回路６に
ついて、２個のダイオード６１は直流電源から流れる電
流が順方向になる向きに配列されてあればよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るプッ
シュプル型オープンループＤＣ／ＤＣコンバータによれ
ば、２個のダイオードと抵抗と静電容量との並列回路と
からなるクランプ回路を有しており、並列回路の両端に
現れるクランプ電圧は電源電圧に比例する電圧と負荷電
流に比例して付加される電圧との和になる。そして、制
御回路ではクランプ電圧と予め決められた閾値電圧との
差電圧に対応して、スイッチング動作を動作または停止
するようにされているので、負荷電流が増大しクランプ
電圧が閾値電圧に達するとスイッチング動作を停止さ
せ、閾値電圧より低下するとスイッチング動作を始め
る。すなわち、過負荷保護回路ならびに過電圧保護回路
として動作する。

【００３２】また、電源電圧投入時に、出力回路中の平
滑コンデンサを充電するための電流が流れても、並列回
路に静電容量があるため、クランプ電圧が直ちに閾値電
圧に達することなく、出力電圧が立ち上がらないと云う
ことはない。

【００３３】さらに、短絡等により過負荷状態になった
ときの短絡電流を逓減するように働くので、スイッチン
グ素子の損失が大きくなることはなく、スイッチング素
子が破損する恐れはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係るプッシュプル型オープ
ンループＤＣ／ＤＣコンバータのブロック図である。

【図２】本発明の１実施例に係るプッシュプル型オープ
ンループＤＣ／ＤＣコンバータの保護動作を示すタイム
チャートである。

【図３】本発明の１実施例に係るプッシュプル型オープ
ンループＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流と出力電圧と
の関係を示す特性図である。

【図４】従来技術に係るプッシュプル型オープンループ
ＤＣ／ＤＣコンバータのブロック図である。

【図５】従来技術に係るプッシュプル型オープンループ
ＤＣ／ＤＣコンバータのタイムチャートである。

【図６】従来技術に係る保護機能を有するプッシュプル
型オープンループＤＣ／ＤＣコンバータのブロック図で
ある。

【図７】従来技術に係るパルスバイパルス過電流保護の
ときの保護動作を示すタイムチャートである。

【図８】従来技術に係るパルスバイパルス過電流保護の
ときの入力電流と出力電圧との関係を示す特性図であ
る。

【図９】従来技術に係る定電流保護のときの保護動作を
示すタイムチャートである。

【図１０】従来技術に係る定電流保護のときの入力電流
と出力電圧との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 変圧器 ２ スイッチング素子対 ３ 制御回路 ４ 回生ダイオード ５ 静電容量 ６ クランプ回路 ７ 出力整流・平滑回路 １１ 一次巻線 １２ 二次巻線 ２１ 第１のスイッチング素子 ２２ 第２のスイッチング素子 ６１ ダイオード ６２ 並列回路 ７１ 平滑コンデンサ Ｉ+ 、Ｉ- 正負入力端子 Ｏ+ 、Ｏ0 、Ｏ- 出力端子 Ｔ1 通常動作の期間 Ｖth 閾値電圧 Ｔ2 事故期間 τ1 、τ2 タイムラグ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センタタップ付き一次巻線を有する変圧
   器と、前記一次巻線の両端のそれぞれに接続され直流電
   源の電圧を前記変圧器に供給するスイッチング素子対
   と、前記スイッチング素子対のスイッチング動作を制御
   する制御回路とを有するプッシュプル型オープンループ
   ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、 前記一次巻線の両端のそれぞれより接続され、前記直流
   電源から流れる電流が順方向になる向きに配列され、相
   互に縦続接続された２個のダイオードと、 該２個のダイオードの中点と前記スイッチング素子対の
   中点との間に接続される、抵抗と静電容量との並列回路
   とからなるクランプ回路を有し、 前記制御回路は前記並列回路の両端電圧と予め決められ
   た閾値電圧との差電圧に対応して、前記スイッチング動
   作を動作または停止とすることを特徴とするプッシュプ
   ル型オープンループＤＣ／ＤＣコンバータ。
2. 【請求項２】 前記制御回路は前記並列回路の両端電圧
   から予め決められた閾値電圧を減算した値が負から正に
   変化して後予め決められたタイムラグを経過した時前記
   スイッチング動作を停止させ、正から負に変化して後予
   め決められたタイムラグを経過した時前記スイッチング
   動作を動作させることを特徴とする請求項１記載のプッ
   シュプル型オープンループＤＣ／ＤＣコンバータ。
3. 【請求項３】 前記制御回路は前記並列回路の両端電圧
   から予め決められた閾値電圧を減算した値が正の予め決
   められた値を超えた時前記スイッチング動作を停止さ
   せ、負の予め決められた値を超えた時前記スイッチング
   動作を動作させることを特徴とする請求項１記載のプッ
   シュプル型オープンループＤＣ／ＤＣコンバータ。