JP3732012B2

JP3732012B2 - トランスの１次巻線を利用したｄｃ／ｄｃコンバータ

Info

Publication number: JP3732012B2
Application number: JP23061298A
Authority: JP
Inventors: 和明北賀
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2018-08-17
Also published as: JP2000060123A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
内部にトランスを有するＤＣ／ＤＣコンバータに関するもので、特に、複数の出力を必要とするＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８、９に従来使用されているＤＣ／ＤＣコンバータの内部構成を示す。図８は、出力が１つであるＤＣ／ＤＣコンバータである。該ＤＣ／ＤＣコンバータは、１次側コイルＬ１と２次側コイルＬ２で構成されたトランス１を有している。直流電圧が入力される１次側コイルＬ１にはＮＰＮ型トランジスタＴｒ１のコレクタが接続している。該トランジスタＴｒ１はベースに制御回路２が接続されるとともに、エミッタが接地されている。出力となる２次側コイルＬ２は、接点ｂがダイオードＤ１が接続されるとともに、接点ａが接地されている。また、該ダイオードＤ１は出力端子３に接続するとともに、他端が接地されているコンデンサＣ１と接続する。このような構成のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、出力端子３の出力信号が制御回路２にフィードバックされる。
【０００３】
尚、前記ダイオードＤ１はトランス１から出力端子３に電流が流れるように接続される。
【０００４】
このような構成のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、１次側コイルＬ１に直流電圧が入力された時、制御回路２によりトランジスタＴｒ１のベースにパルス電流が流される。トランジスタＴｒ１にベース電流が流れたとき、トランジスタＴｒ１のコレクタ・エミッタ間に電流が流れるので、このとき１次側コイルＬ１にも電流が流れる。また、トランジスタＴｒ１のベースに電流が流れないとき、トランジスタＴｒ１のコレクタ・エミッタ間にも電流が流れないので、１次側コイルＬ１に電流が流れない。
【０００５】
このような動作を行うことにより、１次側コイルＬ１の電流値が変化するために、該１次側コイルＬ１が励起して磁場が発生し、この発生した磁場によって２次側コイルＬ２が励起される。このようにして、２次側コイルＬ２が１次側コイルＬ１によって、相互誘導され２次側にパルス電圧がかかる。このようにして発生したパルス電圧を、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１によって整流し、直流電源として出力する。また、このとき出力される直流電圧は、コイルＬ１、Ｌ２の巻線比と、入力側の電圧によって決まる。
【０００６】
上記のようなＤＣ／ＤＣコンバータの出力をもう１つ増加して出力電圧が２つとなるＤＣ／ＤＣコンバータの構成図を図９に示す。該ＤＣ／ＤＣコンバータは、図８で示した出力が１つのＤＣ／ＤＣコンバータの２次側コイルＬ２の接点ｃに、ダイオードＤ２を介して、他端が接地されたコンデンサＣ２が接続されるとともに、出力端子４が接続される。このとき、制御回路２にフィードバックされる出力信号は、出力端子４より出力される出力信号である。
【０００７】
このような構成のＤＣ／ＤＣコンバータにおける動作は、図８に示した出力端子が１つのＤＣ／ＤＣコンバータと同様の動作を行う。よって、２次側コイルＬ２が、１次側コイルＬ１によって相互誘導され、該コイルＬ２の接点ｂ、ｃにパルス電圧がかかる。このようにして発生したパルス電圧を、それぞれダイオードＤ１、Ｄ２及びコンデンサＣ１、Ｃ２によって整流し、出力端子３、４よりＤＣ電源としてが出力する。また、このとき出力端子３、４で出力される直流電圧は、１次側コイルに入力される直流電圧の電圧値以外に、それぞれ、１次側コイルと２次側コイルａ−ｂ間の巻線比、１次側コイルと２次側コイルａ−ｃ間の巻線比によって決まる。
【０００８】
尚、前記ダイオードＤ１及びＤ２は、トランス１から出力端子３、４に向かって電流が流れるように接続されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来使用されているＤＣ／ＤＣコンバータは、図８と図９との関係のように、トランス１内の２次側コイルＬ２に接続する出力端子を増やすことによって、直流電源となる出力を増加させている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＤＣ／ＤＣコンバータでは、１次側のコイルに流れる電流をスイッチング素子によって断続して、２次側のコイルにパルス電圧を得て、このパルス電圧を第１のダイオードと第１のコンデンサで整流して第１の直流電圧電源として出力する第１の回路と、前記１次側のコイルに生じるパルス電圧を第２のダイオードと第２のコンデンサで整流して第２の直流電圧源として出力する第２の回路とを有し、前記第２の回路の出力側には更に抵抗の一端が接続され、該抵抗の他端とグランド間にツエナーダイオードが接続され、前記抵抗とツエナーダイオードの接続点から電圧を出力することを特徴とする。
【００１１】
本発明は、従来のＤＣ／ＤＣコンバータの内部に備えているトランスを変更することなく、直流電源となる出力を増加することができるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、低コストで、かつ、形状も大きくすることなく、直流電源となる出力を増加することができるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータは、１次側のコイルの両端に、所定の直流電圧を印加し、１次側のコイルに流れる電流をスイッチング素子によって断続して、２次側のコイルにパルス電圧を得て、このパルス電圧を整流し、直流電圧電源として出力するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記１次側のコイルに生じるパルス電圧を整流し、直流電圧電源として出力することを特徴とする。
【００１４】
前記トランスの１次側のコイルと前記スイッチング素子との接続部に整流回路を接続して、直流電圧電源を獲得することによって、同じトランスを用いた従来のＤＣ／ＤＣコンバータよりも１つ多い直流電圧電源を獲得する。
【００１５】
前記スイッチング素子にトランジスタを用い、該トランジスタのベースに前記２次側のコイルの出力をフィードバックして前記トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路を接続することによって、前記２次側のコイルの出力を一定に保つ。
【００１６】
更に、前記１次側のコイルに生じるパルス電圧を整流する整流回路の出力側に抵抗接続するとともに、該抵抗とアース間にツェナーダイオードとコンデンサを並列に接続したり、
前記整流回路の出力側にトランジスタのコレクタを接続し、該トランジスタのベース・コレクタ間に抵抗を接続し、更に、該トランジスタのベースとアース間にツェナーダイオードを接続するとともに、エミッタとアース間にコンデンサを接続したり、
また、前記整流回路の出力側に３端子レギュレータの入力端子を接続し、該３端子レギュレータの接地用端子を接地するとともに、該３端子レギュレータの出力端子とアース間にコンデンサを接続するなどして、
前記整流回路の出力側と直流電圧電源の出力との間に安定化回路を接続し、出力の安定化を図る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に第１の実施形態で使用するＤＣ／ＤＣコンバータの内部構成を示す。該ＤＣ／ＤＣコンバータは、１次側コイルＬ１と２次側コイルＬ２で構成されたトランス１を有している。直流電圧が入力される１次側コイルＬ１にはＮＰＮ型トランジスタＴｒ１のコレクタが接続している。該トランジスタＴｒ１はベースに制御回路２が接続されるとともに、エミッタが接地されている。また、トランジスタＴｒ１のコレクタにダイオードＤ３が接続し、更に、該ダイオードＤ３に出力端子５及び他端が接地されたコンデンサＣ３が接続される。
【００１８】
２次側コイルＬ２は、接点ｂ、ｃに、それぞれダイオードＤ１、Ｄ２が接続されるとともに、接点ａが接地されている。また、ダイオードＤ１、Ｄ２は出力端子３、４に接続し、更に、それぞれ他端が接地されたコンデンサＣ１、Ｃ２と接続している。このようなＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、出力端子４の出力信号が制御回路２にフィードバックされる。該制御回路２によって、前記出力信号に応じてトランジスタＴｒ１のＯＮ／ＯＦＦのタイミング時間Ｔ_ONとＴ_OFFを制御する。
【００１９】
尚、前記ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、それぞれトランス１から出力端子３、４、５に向かって電流が流れるように接続されている。
【００２０】
図３及び図４を用いて、本実施形態で使用するＤＣ／ＤＣコンバータの動作について説明する。図３は、該ＤＣ／ＤＣコンバータの制御回路２のトランジスタＴｒ１への入力信号波形とトランス１の接点ｂ、ｃ、ｅにおける電圧の変化を表している。又、図４は該ＤＣ／ＤＣコンバータのＴ_ON及びＴ_OFF時の等価回路を表す。
【００２１】
制御回路２によって、図３（ａ）のような信号がトランジスタＴｒ１のベースに与えられたとき、トランジスタＴｒ１は、Ｔ_ONの間動作するとともに、Ｔ_OFFの間停止している。また、１次側コイルＬ１の接点ｄには直流電圧Ｖ_INが印加されるものとする。
【００２２】
上記のように、トランジスタＴｒ１が動作するとき、Ｔ_ONの間、図４（ａ）のように、１次側コイルＬ１に直接Ｖ_INが印加された状態となるので、１次側コイルＬ１にエネルギーが蓄えられる。また、接点ｅが接地された状態となるので、接点ｅの電圧はＬｏｗとなる。更に、２次側コイルＬ２に逆方向の電圧がかかるため、ｂ点及びｃ点の電圧はＬｏｗとなる。この逆方向の電圧によりイ及びハの方向に流れようとする電流は、ダイオードＤ１及びＤ２によって遮断される。
【００２３】
Ｔ_OFFのとき、トランジスタの動作が停止するとともに、ダイオードＤ１、Ｄ２、及びＤ３が作動し、図４（ｂ）のように、２次側コイルＬ２の接点ｂ、ｃに、それぞれ負荷Ｚ１、Ｚ２が接続するとともに、１次側コイルＬ１の接点ｅに負荷Ｚ３が接続した状態となるので、Ｔ_ONの間に１次側コイルＬ１で蓄えられたエネルギーが放出される。コイルに蓄えられたエネルギーは、該コイルに接続した負荷Ｚ１、Ｚ２及びＺ３に電圧として供給される。このとき、接点ｂ、ｃ、ｅから、それぞれロ、ニ、ホの方向に電流が流れ、また、接点ｂ、ｃ、ｅには、それぞれ出力直流電圧Ｖ_O1、Ｖ_O2、Ｖ_O3がかかる。そのため、接点ｂ、ｃ、ｅの電圧はそれぞれＨｉとなる。また、このときトランジスタＴｒ１のコレクタ・エミッタ間にかかる耐電圧Ｖ_CEは、Ｖ_O1となる。
【００２４】
上記のような動作が繰り返されるため、接点ｂ、ｃ、ｅでの電圧の変化は図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のようになる。このとき、図３（ｂ）及び図３（ｃ）のように変化する電圧において負の電圧となって表れる電圧が、それぞれダイオードＤ１及びＤ２によって図３（ｅ）及び図３（ｆ）のようにカットオフされる。また、接点ｂ、ｃ、ｅでの電圧は、それぞれダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３によって、整流され、直流電圧電源として、出力端子３、４、５より出力される。
【００２５】
更に、上記のような動作を示すＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子５に、抵抗Ｒ１を接続し、該抵抗Ｒ１の他端を出力端子６とするとともに、該出力端子６に接地されたツェナーダイオードＤ_T1と接地されたコンデンサーＣ５とが並列に接続された安定化回路を図５（ａ）に示す。尚、ツェナーダイオードＤ_T1は、接地側から出力端子６側に順バイアスがかかるように接続されている。
【００２６】
このとき、ツェナーダイオードＤ_T1にかかる逆バイアスが、ある一定の大きさの電圧を提供するので、出力端子５と出力端子６の間の回路が安定化回路７として動作するため、出力端子５から出力される直流電圧はより安定化された直流電圧として、出力端子６より出力される。
【００２７】
図５（ｂ）は、図５（ａ）とは別の安定化回路７を接続した例である。前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子５に、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ３のコレクタが接続し、該トランジスタＴｒ３のコレクタ・ベース間に抵抗Ｒ２が接続されている。また、該トランジスタＴｒ３のエミッタには、他端が接地されたコンデンサＣ６と出力端子６が接続するとともに、該トランジスタＴｒ３のベースには、他端が接地されたツェナーダイオードＤ_T2が接続されている。尚、ツェナーダイオードＤ_T2は、接地側からトランジスタＴｒ３のベース側に順バイアスがかかるように接続されている。
【００２８】
このような構成の安定化回路７が出力端子５に接続されているとき、ツェナーダイオードＤ_T2にかかる逆バイアスが一定となるので、トランジスタＴｒ３のベース電圧が一定として、該トランジスタＴｒ３のベース・エミッタ間の電圧を調整することができる。そのため、より安定した直流電圧を出力として、出力端子６より得ることができる。
【００２９】
図５（ｃ）は、図５（ａ）及び図５（ｂ）とは別の安定化回路７を接続した例である。前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子５に、３端子レギュレータ８の入力用端子を接続し、該３端子レギュレータの接地用端子を接地する。また、該３端子レギュレータの出力用端子には、他端が接地されたコンデンサーＣ７と出力端子６が接続されている。このように、安定化回路である３端子レギュレータ８を接続することによって、出力端子５より出力される直流電圧を更に安定化した直流電圧が、出力端子６より得られる。
【００３０】
図２に第２の実施形態で使用するＤＣ／ＤＣコンバータの内部構成を示す。該ＤＣ／ＤＣコンバータは、１次側コイルＬ１と２次側コイルＬ２で構成されたトランス１を有している。直流電圧が入力される１次側コイルＬ１にはＰＮＰ型トランジスタＴｒ２のコレクタが接続しており、該１次側コイルＬ１の他点は接地されている。該トランジスタＴｒ２はベースに制御回路２が接続されるとともに、エミッタには直流電圧Ｖ_INがかかっている。また、トランジスタＴｒ２のコレクタにダイオードＤ４が接続し、更に、該ダイオードＤ４に出力端子５及び他端が接地されたコンデンサＣ４が接続される。
【００３１】
２次側コイルＬ２は、接点ｂ、ｃに、それぞれダイオードＤ１、Ｄ２が接続されるとともに、接点ａが接地されている。また、ダイオードＤ１、Ｄ２は出力端子３、４に接続し、更に、それぞれ他端が接地されたコンデンサＣ１、Ｃ２と接続している。このようなＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、出力端子４の出力信号が制御回路２にフィードバックされる。該制御回路２によって、前記出力信号に応じてトランジスタＴｒ２のＯＮ／ＯＦＦのタイミング時間Ｔ_ONとＴ_OFFを制御する。
【００３２】
尚、前記ダイオードＤ１、Ｄ２は、それぞれトランス１から出力端子３、４に向かって電流が流れるように接続され、また、前記ダイオードＤ４は出力端子５からトランス１に向かって電流が流れるように接続されている。
【００３３】
図６及び図７を用いて、本実施形態で使用するＤＣ／ＤＣコンバータの動作について説明する。図６は、該ＤＣ／ＤＣコンバータの制御回路２のトランジスタＴｒ２への入力信号波形とトランス１の接点ｂ、ｃ、ｆにおける電圧の変化を表している。又、図７は該ＤＣ／ＤＣコンバータのＴ_ON及びＴ_OFF時の等価回路を表す。
【００３４】
制御回路２によって、図６（ａ）のような信号がトランジスタＴｒ２のベースに与えられたとき、トランジスタＴｒ２は、Ｔ_ONの間動作するとともに、Ｔ_OFFの間停止している。また、トランジスタＴｒ２のエミッタには直流電圧Ｖ_INが印加されるものとする。
【００３５】
上記のように、トランジスタＴｒ２が動作するとき、Ｔ_ONの間、図７（ａ）のように、１次側コイルＬ１に直接Ｖ_INが印加された状態となるので、１次側コイルＬ１にエネルギーが蓄えられる。また、ｆ点には電圧Ｖ_INがかかった状態となるので、ｆ点の電圧はＨｉとなる。このとき、ヘの方向に流れようとする電流は、ダイオードＤ４によって遮断される。更に、２次側コイルＬ２に逆方向の電圧がかかるため、接点ｂ及びｃの電圧はＬｏｗとなり、この逆方向の電圧のためにイ及びハの方向に流れようとする電流が、ダイオードＤ１及びＤ２によって遮断される。
【００３６】
Ｔ_OFFのとき、トランジスタの動作が停止するとともに、ダイオードＤ１、Ｄ２、及びＤ４が作動し、図７（ｂ）のように２次側コイルＬ２の接点ｂ、ｃに、それぞれ負荷Ｚ１、Ｚ２が接続するとともに、１次側コイルＬ１の接点ｆに負荷Ｚ４が接続した状態となるので、Ｔ_ONの間に１次側コイルＬ１で蓄えられたエネルギーが放出される。コイルに蓄えられたエネルギーは、該コイルに接続した負荷Ｚ１、Ｚ２及びＺ４に電圧として供給される。このとき、接点ｂ、ｃ、ｆからロ、ニ、トの方向に電流が流れ、また、接点ｂ、ｃ、ｆには、それぞれ出力直流電圧Ｖ₀₄、Ｖ₀₅、−Ｖ₀₆がかかる。そのため、接点ｂ及び接点ｃの電圧はそれぞれＨｉとなり、接点ｆの電圧はＬｏｗとなる。また、このときトランジスタＴｒ２のコレクタ・エミッタ間にかかる耐電圧Ｖ_CEは、Ｖ_IN＋Ｖ₀₆となる。
【００３７】
上記のような動作が繰り返されるため、接点ｂ、ｃ、ｆでの電圧の変化は図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のようになる。このとき、図６（ｂ）及び図６（ｃ）のように変化する電圧において負の電圧となって表れる電圧が、それぞれダイオードＤ１及びＤ２によって図６（ｅ）及び図６（ｆ）のようにカットオフされ、図６（ｄ）のように変化する電圧において正の電圧となって表れる電圧が、ダイオードＤ４によって図６（ｇ）のようにカットオフされる。また、接点ｂ、ｃ、ｆでの電圧は、それぞれダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ４及びコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ４によって、整流され、直流電圧電源として、出力端子３、４、５より出力される。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のＤＣ／ＤＣコンバータによると、１次側のコイルに表れるパルス電流を整流して、直流電源の出力として利用するので、従来のＤＣ／ＤＣコンバータのトランスの大きさを変更することなく、その出力を１つ増加することができる。
【００３９】
本発明のＤＣ／ＤＣコンバータによると、トランスの大きさを変更することなく、同じ大きさのトランスを使用した従来のＤＣ／ＤＣコンバータの出力に１出力を増加したＤＣ／ＤＣコンバータとなるので、同じ数の出力を持った従来のＤＣ／ＤＣコンバータよりもその規模が小さくなり、且つ、コストダウンをはかることができる。
【００４０】
本発明のＤＣ／ＤＣコンバータによると、１次側のコイルに接続したトランジスタのエミッタ・コレクタ間に負荷が接続された状態となるために、無負荷時に比べて停止時の該トランジスタのエミッタ・コレクタ間にかかる耐電圧が低くなり、従来のＤＣ／ＤＣコンバータに使用されるトランジスタよりもコレクタ・エミッタ間の耐電圧が低いトランジスタを使用することができるので、コストダウンをはかれる。
【００４１】
本発明のＤＣ／ＤＣコンバータによると、１次側にかかるパルス電圧を整流する整流回路に安定化回路を接続することによって、より安定した出力の直流電圧が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態で使用するＤＣ／ＤＣコンバータの回路図。
【図２】第２の実施形態で使用するＤＣ／ＤＣコンバータの回路図。
【図３】第１の実施形態で使用するＤＣ／ＤＣコンバータの制御回路の入力信号波形と接点ｂ、ｃ、ｅの電圧波形。
【図４】第１の実施形態で使用するＤＣ／ＤＣコンバータのＴ_ON及びＴ_OFF時の等価回路図。
【図５】本発明で使用するＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子５に接続する安定化回路の回路図。
【図６】第２の実施形態で使用するＤＣ／ＤＣコンバータの制御回路の入力信号波形と接点ｂ、ｃ、ｆの電圧波形。
【図７】第２の実施形態で使用するＤＣ／ＤＣコンバータのＴ_ON及びＴ_OFF時の等価回路図。
【図８】出力端子が１つである従来のＤＣ／ＤＣコンバータの回路図。
【図９】出力端子が２つである従来のＤＣ／ＤＣコンバータの回路図。
【符号の説明】
１トランス
２制御回路
３〜６出力端子
７安定化回路
８３端子レギュレータ
Ｃ１〜Ｃ７コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ４ダイオード
Ｄ_T1，Ｄ_T2 ツェナーダイオード
Ｌ１１次側コイル
Ｌ２２次側コイル
Ｒ１，Ｒ２抵抗
Ｔｒ１，Ｔｒ３ＮＰＮ型トランジスタ
Ｔｒ２ＰＮＰ型トランジスタ

Claims

１次側のコイルに流れる電流をスイッチング素子によって断続して、２次側のコイルにパルス電圧を得て、このパルス電圧を第１のダイオードと第１のコンデンサで整流して第１の直流電圧電源として出力する第１の回路と、前記１次側のコイルに生じるパルス電圧を第２のダイオードと第２のコンデンサで整流して第２の直流電圧源として出力する第２の回路とを有し、前記第２の回路の出力側には更に抵抗の一端が接続され、該抵抗の他端とグランド間にツエナーダイオードが接続され、前記抵抗とツエナーダイオードの接続点から電圧を出力することを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。