JPH0928076A - バックコンバータ回路 - Google Patents
バックコンバータ回路Info
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- JPH0928076A JPH0928076A JP8183064A JP18306496A JPH0928076A JP H0928076 A JPH0928076 A JP H0928076A JP 8183064 A JP8183064 A JP 8183064A JP 18306496 A JP18306496 A JP 18306496A JP H0928076 A JPH0928076 A JP H0928076A
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- Japan
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- inductor
- current
- load
- type power
- terminals
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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- H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
- H02M3/1588—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load comprising at least one synchronous rectifier element
-
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- H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ダミー負荷が不要であって最小負荷電流の指
定を必要としないバックコンバータ回路を提供する。 【解決手段】 バックコンバータ回路のダイオードを垂
直導通型の電力用ＭＯＳＦＥＴのボディ・ダイオードで
置き換える。このＭＯＳＦＥＴは、低電流出力の状態に
おいてオンに切り換えられることによりインダクタ電流
が逆方向に流れることを可能とし、ダミー負荷の使用が
回避される。
定を必要としないバックコンバータ回路を提供する。 【解決手段】 バックコンバータ回路のダイオードを垂
直導通型の電力用ＭＯＳＦＥＴのボディ・ダイオードで
置き換える。このＭＯＳＦＥＴは、低電流出力の状態に
おいてオンに切り換えられることによりインダクタ電流
が逆方向に流れることを可能とし、ダミー負荷の使用が
回避される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バックコンバータ
(buck converter)回路に関するものであり、更に詳しく
は、最小負荷電流を必要としないバックコンバータ回路
に関する。
(buck converter)回路に関するものであり、更に詳しく
は、最小負荷電流を必要としないバックコンバータ回路
に関する。
【０００２】
【従来の技術】バックコンバータ回路は、よく知られて
おり、主スイッチング素子がオフのときにその回路のイ
ンダクタのための電流経路を提供するダイオードをしば
しば使用する。最小負荷電流は、ダミーの負荷(dummy l
oad)によって与えられるものであって、低電流状態にお
けるインダクタの電流の反転を防止するために必要とさ
れるものである。このダミー負荷は、多くの場合、最大
負荷電流(full load current)の約１０％である。
おり、主スイッチング素子がオフのときにその回路のイ
ンダクタのための電流経路を提供するダイオードをしば
しば使用する。最小負荷電流は、ダミーの負荷(dummy l
oad)によって与えられるものであって、低電流状態にお
けるインダクタの電流の反転を防止するために必要とさ
れるものである。このダミー負荷は、多くの場合、最大
負荷電流(full load current)の約１０％である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、ダ
ミー負荷が不要であって最小負荷電流の指定を必要とし
ないバックコンバータ回路を提供することを目的とす
る。
ミー負荷が不要であって最小負荷電流の指定を必要とし
ないバックコンバータ回路を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では、バックコン
バータ回路における放電ダイオード(discharge diode)
を同期式整流器(synchronous rectifier)で置き換えて
いる。その結果、インダクタの放電電流の反転が可能と
なり、これによりダミー負荷が不要となる。
バータ回路における放電ダイオード(discharge diode)
を同期式整流器(synchronous rectifier)で置き換えて
いる。その結果、インダクタの放電電流の反転が可能と
なり、これによりダミー負荷が不要となる。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、そこには従来
技術によるバックコンバータが示されており、このバッ
クコンバータでは、端子６０と６１から入力される電圧
ＶINの直流電源がスイッチングＭＯＳＦＥＴ Ｑ１を介
してインダクタ６２および負荷６３を含む回路に接続さ
れている。コンデンサ６４が、負荷６３に対して並列と
なるように負荷用端子６５と６６の間に接続されてい
る。標準的なダイオード６７が、図示されているよう
に、スイッチＱ１とインダクタ６２との間の節点から端
子６１へと接続されている。
技術によるバックコンバータが示されており、このバッ
クコンバータでは、端子６０と６１から入力される電圧
ＶINの直流電源がスイッチングＭＯＳＦＥＴ Ｑ１を介
してインダクタ６２および負荷６３を含む回路に接続さ
れている。コンデンサ６４が、負荷６３に対して並列と
なるように負荷用端子６５と６６の間に接続されてい
る。標準的なダイオード６７が、図示されているよう
に、スイッチＱ１とインダクタ６２との間の節点から端
子６１へと接続されている。
【０００６】図１に示すタイプのバックコンバータは最
小負荷を必要とする。更に詳しく言うと、バックコンバ
ータでは、インダクタのサイズとコストが、出力電力と
最小負荷電流に対する最大負荷電流の比とによって決ま
る。負荷電流が小さいときは、インダクタの電流ＩＬは
ダイオード６７を経由して流れ零に向かって減衰する。
ダイオード６７を通過する電流は逆方向に流れることが
できず、そのため、低電流状態では電流の流れが不連続
となる。不連続動作の間、このコンバータは過大な雑音
を発生させる。また、この動作モードではループ安定性
(loop stability)が低いものとなる。この問題を回避す
るためにメーカは、そのメーカの電源装置に対して最小
負荷を指定するか、または、出力端子６５と６６の間に
ダミーの負荷を使用する。
小負荷を必要とする。更に詳しく言うと、バックコンバ
ータでは、インダクタのサイズとコストが、出力電力と
最小負荷電流に対する最大負荷電流の比とによって決ま
る。負荷電流が小さいときは、インダクタの電流ＩＬは
ダイオード６７を経由して流れ零に向かって減衰する。
ダイオード６７を通過する電流は逆方向に流れることが
できず、そのため、低電流状態では電流の流れが不連続
となる。不連続動作の間、このコンバータは過大な雑音
を発生させる。また、この動作モードではループ安定性
(loop stability)が低いものとなる。この問題を回避す
るためにメーカは、そのメーカの電源装置に対して最小
負荷を指定するか、または、出力端子６５と６６の間に
ダミーの負荷を使用する。
【０００７】更に詳しく述べると、Ｑ１がオフ状態であ
る間、ダイオード６７は、インダクタ電流ＩＬを導き、
インダクタからのエネルギーは出力へと送られる。通常
負荷の状態では、インダクタ電流が零まで低下する前
に、Ｑ１がオン状態に戻る。
る間、ダイオード６７は、インダクタ電流ＩＬを導き、
インダクタからのエネルギーは出力へと送られる。通常
負荷の状態では、インダクタ電流が零まで低下する前
に、Ｑ１がオン状態に戻る。
【０００８】連続電流モードで動作している間、デュー
ティサイクル（Ｑ１のオンおよびオフの期間）は負荷に
依存せず、ＶINおよびＶOUTによって決まる。しかし、
負荷電流が小さいとき、インダクタ電流はダイオード６
７を経由して流れ零に向かって減衰する。Ｑ１のゲート
を駆動するパルス幅変調器にデューティサイクルを変え
させ、これにより出力コンデンサ６４における電荷の均
衡(charge balance)を維持する。
ティサイクル（Ｑ１のオンおよびオフの期間）は負荷に
依存せず、ＶINおよびＶOUTによって決まる。しかし、
負荷電流が小さいとき、インダクタ電流はダイオード６
７を経由して流れ零に向かって減衰する。Ｑ１のゲート
を駆動するパルス幅変調器にデューティサイクルを変え
させ、これにより出力コンデンサ６４における電荷の均
衡(charge balance)を維持する。
【０００９】いま電力段の利得が負荷によって変化する
と、制御ループが不安定になる。インダクタは、電流Ｉ
ＳＷを流し尽くすと、雑音を発生させ、緩やかに減衰す
るリンギングがダイオード６７の陰極において観測され
ることがある。
と、制御ループが不安定になる。インダクタは、電流Ｉ
ＳＷを流し尽くすと、雑音を発生させ、緩やかに減衰す
るリンギングがダイオード６７の陰極において観測され
ることがある。
【００１０】このような問題を回避するために電源装置
のメーカは、そのメーカの電源装置に対して最小負荷を
指定するか（通常、最大出力電流の１／１０）、また
は、出力端子６５と６６にダミー負荷を使用する。
のメーカは、そのメーカの電源装置に対して最小負荷を
指定するか（通常、最大出力電流の１／１０）、また
は、出力端子６５と６６にダミー負荷を使用する。
【００１１】図２は、図１に示したバックコンバータに
おいて本発明によりダイオード６７を垂直導通型Ｎチャ
ネルＭＯＳＦＥＴ Ｑ２のボディ・ダイオード(body diod
e)で置き換えたバックコンバータを示している。同期式
整流器−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２は、電力損失が図１に示し
たダイオード６７よりも小さい（たとえダイオード６７
がショットキーダイオードであっても）。さらに、この
ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２は、図２に２重の矢印ＩＤで示され
ているように、電流を双方向に流すことができる。その
結果、図２に示した回路の出力に与えられている負荷が
軽くて、かつ、インダクタ電流ＩＬが零に向かって減衰
するとき、Ｑ２の「フリーホイーリング(freewheelin
g)」ボディ・ダイオードは導通を停止するが、ＭＯＳＦ
ＥＴ Ｑ２をオンし出力コンデンサ６４からインダクタ
６２に電荷を供給してそのボディ・ダイオードの反対方
向に電流が流れうるようにするために、ゲート端子８０
に接続された適切な制御部によりこのＭＯＳＦＥＴをオ
ンに切り換えることができる。
おいて本発明によりダイオード６７を垂直導通型Ｎチャ
ネルＭＯＳＦＥＴ Ｑ２のボディ・ダイオード(body diod
e)で置き換えたバックコンバータを示している。同期式
整流器−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２は、電力損失が図１に示し
たダイオード６７よりも小さい（たとえダイオード６７
がショットキーダイオードであっても）。さらに、この
ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２は、図２に２重の矢印ＩＤで示され
ているように、電流を双方向に流すことができる。その
結果、図２に示した回路の出力に与えられている負荷が
軽くて、かつ、インダクタ電流ＩＬが零に向かって減衰
するとき、Ｑ２の「フリーホイーリング(freewheelin
g)」ボディ・ダイオードは導通を停止するが、ＭＯＳＦ
ＥＴ Ｑ２をオンし出力コンデンサ６４からインダクタ
６２に電荷を供給してそのボディ・ダイオードの反対方
向に電流が流れうるようにするために、ゲート端子８０
に接続された適切な制御部によりこのＭＯＳＦＥＴをオ
ンに切り換えることができる。
【００１２】したがって、この新規な発明によれば、図
２に示した回路において最小負荷を必要としない。
２に示した回路において最小負荷を必要としない。
【００１３】本発明は特定の実施形態について説明され
たが、他の多くの変形や他の用途が当業者にとっては明
らかである。したがって、本発明は、この中での特定の
開示内容によって限定されるものではなく、請求の範囲
によってのみ限定される。
たが、他の多くの変形や他の用途が当業者にとっては明
らかである。したがって、本発明は、この中での特定の
開示内容によって限定されるものではなく、請求の範囲
によってのみ限定される。
【図１】 従来のバックコンバータ回路を示す図。
【図２】 図１に示した通常のダイオードの代わりに新
規な同期式整流器を有する図１のバックコンバータ回路
を示す図。
規な同期式整流器を有する図１のバックコンバータ回路
を示す図。
６０、６１…入力端子（電源用端子） ６２ …インダクタ ６４ …コンデンサ ６５、６６…出力端子（負荷用端子） ８０ …ゲート端子 Ｑ１ …スイッチングＭＯＳＦＥＴ Ｑ２ …垂直導通型ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（同期
式整流器）
式整流器）
Claims (4)
- 【請求項１】 第１および第２の直流電源用入力端子か
ら成る１対の端子と、 第１および第２の直流負荷用出力端子から成る１対の端
子と、 スイッチング素子と、 前記第１の直流電源用入力端子、前記スイッチング素子
および前記第１の負荷用出力端子と直列に接続されたイ
ンダクタと、 前記第１の負荷用出力端子と前記第２の負荷用出力端子
との間に接続されたコンデンサと、 ボディ・ダイオードを有するとともに、第１および第２
の電力用端子から成る１対の端子ならびにゲート端子を
有するＭＯＳゲート型電力用素子とを備え、 前記ＭＯＳゲート型電力用素子の前記第１および第２の
電力用端子が前記インダクタおよびコンデンサと直列に
接続されて閉路を形成することにより、前記インダクタ
を通過する電流は前記スイッチング素子がオフのときに
前記ボディ・ダイオードの順方向に流れることができる
ようにし、 制御された周波数およびデューティサイクルで前記スイ
ッチング素子をオンおよびオフさせるための第１の制御
手段と、 前記スイッチング素子がオフのときに前記インダクタを
通過する電流の反転を可能とするために前記ＭＯＳゲー
ト型素子をオンさせる、前記ゲート端子に接続された第
２の制御手段とを備えるバックコンバータ回路。 - 【請求項２】 前記スイッチング素子が第２のＭＯＳゲ
ート型電力用素子である請求項１に記載の回路。 - 【請求項３】 前記ＭＯＳゲート型電力用素子が垂直導
通型の電力用ＭＯＳＦＥＴである請求項１に記載の回
路。 - 【請求項４】 前記ＭＯＳゲート型電力用素子が垂直導
通型の電力用ＭＯＳＦＥＴである請求項２に記載の回
路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US50211995A | 1995-07-13 | 1995-07-13 | |
| US08/502119 | 1995-07-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0928076A true JPH0928076A (ja) | 1997-01-28 |
Family
ID=23996424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8183064A Pending JPH0928076A (ja) | 1995-07-13 | 1996-07-12 | バックコンバータ回路 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0928076A (ja) |
| KR (1) | KR970008809A (ja) |
| DE (1) | DE19625844A1 (ja) |
| FR (1) | FR2736771A1 (ja) |
| GB (1) | GB9613612D0 (ja) |
| IT (1) | IT1283142B1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19841341A1 (de) | 1998-09-10 | 2000-03-16 | Bosch Gmbh Robert | Abwärts-Drosselwandler |
| KR20020058746A (ko) * | 2000-12-30 | 2002-07-12 | 이계안 | 버크 컨버터를 이용한 전기 자동차용 차단장치 |
-
1996
- 1996-06-27 DE DE19625844A patent/DE19625844A1/de not_active Withdrawn
- 1996-06-28 GB GBGB9613612.2A patent/GB9613612D0/en active Pending
- 1996-07-02 KR KR1019960026740A patent/KR970008809A/ko not_active Application Discontinuation
- 1996-07-11 FR FR9608679A patent/FR2736771A1/fr active Pending
- 1996-07-12 JP JP8183064A patent/JPH0928076A/ja active Pending
- 1996-07-12 IT IT96MI001441A patent/IT1283142B1/it active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9613612D0 (en) | 1996-08-28 |
| KR970008809A (ko) | 1997-02-24 |
| ITMI961441A0 (ja) | 1996-07-12 |
| ITMI961441A1 (it) | 1998-01-12 |
| IT1283142B1 (it) | 1998-04-07 |
| FR2736771A1 (fr) | 1997-01-17 |
| DE19625844A1 (de) | 1997-01-16 |
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