JPH0389848A - Dc―dcコンバータ - Google Patents
Dc―dcコンバータInfo
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- JPH0389848A JPH0389848A JP30296289A JP30296289A JPH0389848A JP H0389848 A JPH0389848 A JP H0389848A JP 30296289 A JP30296289 A JP 30296289A JP 30296289 A JP30296289 A JP 30296289A JP H0389848 A JPH0389848 A JP H0389848A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、DC−DCコンバータの出力制御特性の改善
に関するものである。
に関するものである。
〈従来の技術〉
DC−DCコンバータは変動する直流電圧を入力して様
々な負荷に対し一定の直流電圧を供給するものである。
々な負荷に対し一定の直流電圧を供給するものである。
電流共振形DC−DCコンバータはスイッチングした電
流の変化をLC共振を利用して滑かにする方式のもので
、従来のスイッチング方式のものと比べ、ノイズとスイ
ッチング損失が小さいことが特長である。
流の変化をLC共振を利用して滑かにする方式のもので
、従来のスイッチング方式のものと比べ、ノイズとスイ
ッチング損失が小さいことが特長である。
第9図は従来の不連続モードの電流共振形DC−DCコ
ンバータの全波形のものを示す構成ブロック図、第10
図はその動作を示すタイムチャートである。ここで不連
続モードとは各スイッチング周期ごとに電流が流れない
期間をもつものをいう、安定化されていない入力電圧V
、が入力端子2.3に加えられている0時刻1=0でH
O8FET4がオンになると(第10図(A)(D))
、インダクタンス6電流れる電流l、は直線的に増加し
く第10図(B))、還流用ダイオード8電流れる電流
は直線的に減少する0時刻t=T1で電流l が出力電
流I。に等しくなったとき、還流用し ダイオード8がオフとなり、インダクタンス6、コンデ
ンサ7により共振状態となり、正弦波状の共振電流IL
が流れる(第10図(B))、ここで第10図(B)に
おいて、Zoはインダクタンス6及びコンデンサ7から
なる共振インピーダンスである0時刻t=T で共振
電流ILが逆方向に流れ始め、MO3FET4の寄生ダ
イオード5を介して電圧源1への回生電流となる。この
状態でMO3FET4をオフにすると、時刻t=T2で
逆方向に流れでいる共振電流1.が0になるとき共振状
態が停止する0区間T2≦t≦T3で共振用コンデンサ
7の電荷が出力側に放出され、コンデンサ7の電圧V。
ンバータの全波形のものを示す構成ブロック図、第10
図はその動作を示すタイムチャートである。ここで不連
続モードとは各スイッチング周期ごとに電流が流れない
期間をもつものをいう、安定化されていない入力電圧V
、が入力端子2.3に加えられている0時刻1=0でH
O8FET4がオンになると(第10図(A)(D))
、インダクタンス6電流れる電流l、は直線的に増加し
く第10図(B))、還流用ダイオード8電流れる電流
は直線的に減少する0時刻t=T1で電流l が出力電
流I。に等しくなったとき、還流用し ダイオード8がオフとなり、インダクタンス6、コンデ
ンサ7により共振状態となり、正弦波状の共振電流IL
が流れる(第10図(B))、ここで第10図(B)に
おいて、Zoはインダクタンス6及びコンデンサ7から
なる共振インピーダンスである0時刻t=T で共振
電流ILが逆方向に流れ始め、MO3FET4の寄生ダ
イオード5を介して電圧源1への回生電流となる。この
状態でMO3FET4をオフにすると、時刻t=T2で
逆方向に流れでいる共振電流1.が0になるとき共振状
態が停止する0区間T2≦t≦T3で共振用コンデンサ
7の電荷が出力側に放出され、コンデンサ7の電圧V。
は直線的に下降する(第10図(C))。
ここで区間0≦t≦T2は共振電流1.の正弦波形の2
π(1周期)の位相にほぼ対応している。
π(1周期)の位相にほぼ対応している。
コンデンサ7の電圧VcがOになると還流用ダイオード
8が導通する0時刻T3から次のスイッチング迄の区間
ではMO3FET4のドレイン・ソース間電圧はVd5
=viであり、出力電流I。は全て還流用ダイオード8
電流れる。インダクタンス9、コンデンサ10からなる
出力フィルタにより平滑化された一定の出力IE m
I 6が出力端子11.12を介して負荷13に流れる
。このような構成のDC−DCコンバータでは、負荷(
10)の大きさが変っても第10図(B)における共振
電流1、が負荷電流I。分だけ上下にシフトして対応す
るので、原理的には出力電圧の変化を生じない。
8が導通する0時刻T3から次のスイッチング迄の区間
ではMO3FET4のドレイン・ソース間電圧はVd5
=viであり、出力電流I。は全て還流用ダイオード8
電流れる。インダクタンス9、コンデンサ10からなる
出力フィルタにより平滑化された一定の出力IE m
I 6が出力端子11.12を介して負荷13に流れる
。このような構成のDC−DCコンバータでは、負荷(
10)の大きさが変っても第10図(B)における共振
電流1、が負荷電流I。分だけ上下にシフトして対応す
るので、原理的には出力電圧の変化を生じない。
入力電圧■、の変動に対しては次式の入出力電圧比と周
波数比の関係を利用して、スイッチング周波数f によ
り出力電圧V。を一定に制御する。
波数比の関係を利用して、スイッチング周波数f によ
り出力電圧V。を一定に制御する。
出力電圧V。/入力電圧v。
=スイッチング周波数で /共振周波数fn・・・(1
)〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら上記の回路では、入力電圧V、がn倍変化
すると、出力電圧V。を一定に保つためにはスイッチン
グ周波数f、をn倍変化させる必要がある。第11図は
入力電圧v1を変化させたときのMO3FET4のvg
、及びインダクタンス電流ILの変化を無負荷(Io=
O)の状態について示すタイムチャートである。第11
図(A)と(B)を比較すると、入力電圧がV、から6
Vi1へ変化1 した時スイッチング周波数はf31から1/6 (f、
1)に6倍変化する。このため、広い入力範囲仕様を持
つ場合は大幅なスイッチング周波数の変化が生じ、出力
フィルタの設計が困難、並列運転の場合に干渉が起こり
やすい、広帯域の発振器が必要等の問題が生じる。
)〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら上記の回路では、入力電圧V、がn倍変化
すると、出力電圧V。を一定に保つためにはスイッチン
グ周波数f、をn倍変化させる必要がある。第11図は
入力電圧v1を変化させたときのMO3FET4のvg
、及びインダクタンス電流ILの変化を無負荷(Io=
O)の状態について示すタイムチャートである。第11
図(A)と(B)を比較すると、入力電圧がV、から6
Vi1へ変化1 した時スイッチング周波数はf31から1/6 (f、
1)に6倍変化する。このため、広い入力範囲仕様を持
つ場合は大幅なスイッチング周波数の変化が生じ、出力
フィルタの設計が困難、並列運転の場合に干渉が起こり
やすい、広帯域の発振器が必要等の問題が生じる。
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、
出力制御に必要なスイッチング周波数を低減した電流共
振形のDC−DCコンバータを実現することを目的とす
る。
出力制御に必要なスイッチング周波数を低減した電流共
振形のDC−DCコンバータを実現することを目的とす
る。
く課題を解決するための手段〉
上記課題を解決するための本発明の第1の構成は、電流
スイッチ及びLC共振回路を備え、入力電圧の変化に対
して出力電圧を一定とするように前記電流スイッチのス
イッチング周波数を変化させる不連続モードの電流共振
形DC−DCコンバータにおいて、特定の入力電圧範囲
で各スイッチング周期ごとに共振電流を複数周期連続し
て流すように電流スイッチを制御する制御手段を備えた
ことを特徴とするものであり、第2の構成は、前記制御
手段として、入力電圧が属するレンジを判定する判定回
路と、出力電圧に対応する信号を入力する複数の位相補
償回路と、この複数の位相補償回路の出力のいずれか1
つを前記判定回路の出力に対応して選択する第1の選択
回路と、この第1の選択回路の出力を入力する電圧制御
発振器と、この電圧制御発振器の出力を入力する複数の
ワンショットマルチバイブレータと、この複数のワンシ
ゴットマルチバイブレータの出力のいずれか1つを前記
判定回路の出力に対応して選択して電流スイッチを駆動
する第2の選択回路とを備え、入力電圧に応じて前記位
相補償回路と電流スイッチのオン時間とを切り換えるよ
うに構成したことを特徴とするものである。
スイッチ及びLC共振回路を備え、入力電圧の変化に対
して出力電圧を一定とするように前記電流スイッチのス
イッチング周波数を変化させる不連続モードの電流共振
形DC−DCコンバータにおいて、特定の入力電圧範囲
で各スイッチング周期ごとに共振電流を複数周期連続し
て流すように電流スイッチを制御する制御手段を備えた
ことを特徴とするものであり、第2の構成は、前記制御
手段として、入力電圧が属するレンジを判定する判定回
路と、出力電圧に対応する信号を入力する複数の位相補
償回路と、この複数の位相補償回路の出力のいずれか1
つを前記判定回路の出力に対応して選択する第1の選択
回路と、この第1の選択回路の出力を入力する電圧制御
発振器と、この電圧制御発振器の出力を入力する複数の
ワンショットマルチバイブレータと、この複数のワンシ
ゴットマルチバイブレータの出力のいずれか1つを前記
判定回路の出力に対応して選択して電流スイッチを駆動
する第2の選択回路とを備え、入力電圧に応じて前記位
相補償回路と電流スイッチのオン時間とを切り換えるよ
うに構成したことを特徴とするものである。
く作用〉
制御手段により入力電圧に応じて電流スイッチのオン時
間を整数倍に変えることができるため、制御に必要なス
イッチング周期の変化を小さくすることができる。
間を整数倍に変えることができるため、制御に必要なス
イッチング周期の変化を小さくすることができる。
〈実施例〉
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明に係るDC−DCコンバータの一実施例
を示す構成ブロック図である。なお、第1図において第
9図と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省
略する。14は入力端子2.3に接続する入力電圧検出
部で、141.142は入力電圧V、を分圧する抵抗、
143は基準電圧、144は入力電圧Viの分圧信号を
基準電圧143と比較する差動増幅器等からなる第1の
比較器である。15は出力端子11.12に接続する出
力電圧検出部で、151.152は出力電圧voを分圧
する抵抗、153は基準電圧、154は出力電圧■。の
分圧信号を基準電圧153と比較する差動増幅器である
。16は比較器144、差動増幅器154の出力に基づ
いてMO3FET4のスイッチングのタイミングを制御
するゲート駆動制御回路、17はゲート駆動制御回路1
6の出力により制御されてMO8FET4のゲートを駆
動するゲート駆動回路である。
を示す構成ブロック図である。なお、第1図において第
9図と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省
略する。14は入力端子2.3に接続する入力電圧検出
部で、141.142は入力電圧V、を分圧する抵抗、
143は基準電圧、144は入力電圧Viの分圧信号を
基準電圧143と比較する差動増幅器等からなる第1の
比較器である。15は出力端子11.12に接続する出
力電圧検出部で、151.152は出力電圧voを分圧
する抵抗、153は基準電圧、154は出力電圧■。の
分圧信号を基準電圧153と比較する差動増幅器である
。16は比較器144、差動増幅器154の出力に基づ
いてMO3FET4のスイッチングのタイミングを制御
するゲート駆動制御回路、17はゲート駆動制御回路1
6の出力により制御されてMO8FET4のゲートを駆
動するゲート駆動回路である。
上記のような構成のDC−DCコンバータの動作を次に
説明する。入力電圧V、の可変範囲は6□ 倍の入力変動を考慮してV、〜6Vi1とし、これ1 をv 〜2Vi1と2Vi1〜6Vi1の2つのレンジ
1 に分ける。入力電圧V、がVi1〜2Vi1の範囲では
共振を2周期連続させ、2V、〜6Vi1では共1 振を1周期で止める。各レンジにお、いて入力電圧変動
に対して出力電圧が一定となるようにスイッチング周波
数を制御する。
説明する。入力電圧V、の可変範囲は6□ 倍の入力変動を考慮してV、〜6Vi1とし、これ1 をv 〜2Vi1と2Vi1〜6Vi1の2つのレンジ
1 に分ける。入力電圧V、がVi1〜2Vi1の範囲では
共振を2周期連続させ、2V、〜6Vi1では共1 振を1周期で止める。各レンジにお、いて入力電圧変動
に対して出力電圧が一定となるようにスイッチング周波
数を制御する。
第2図のタイムチャートを用いて以下に動作の詳細を説
明する。出力電圧検出部15において差動増幅器154
は出力電圧V。の抵抗151,152による分圧出力と
基準電圧153の偏差を検出する。ゲート駆動制御回路
16は差動増幅器154から出力される偏差出力が小さ
くなるようMO8FET4のスイッチング周波数を変化
させ、出力電圧V を一定に制御する。入力電圧Viが
Vi1〜2vi1の範囲では比較器144の反転入力が
基準電圧143より低く、比較器144の出力は正電圧
となる。この信号によりゲート駆動制御回路16は第2
図(A)(B)に示すように、各スイッチング周期ごと
に正弦波の2周期分の若振電流lLがインダクタンス6
に流れるようにゲートのオン時間を制御する。これは、
各スイッチング周期において、共振電流itが正弦波の
2周期目に逆方向に流れる区間TF (第2図(A))
でN03FET4がオフとなるようにゲートを制御する
ことにより実現できる。入力電圧がVilから2Vi1
迄変化すると、スイッチング周波数はfs1/2(即ち
第11図(A)の場合の2倍のスイッチング周期)から
f、/4迄変化して平衡する。入力電圧V。
明する。出力電圧検出部15において差動増幅器154
は出力電圧V。の抵抗151,152による分圧出力と
基準電圧153の偏差を検出する。ゲート駆動制御回路
16は差動増幅器154から出力される偏差出力が小さ
くなるようMO8FET4のスイッチング周波数を変化
させ、出力電圧V を一定に制御する。入力電圧Viが
Vi1〜2vi1の範囲では比較器144の反転入力が
基準電圧143より低く、比較器144の出力は正電圧
となる。この信号によりゲート駆動制御回路16は第2
図(A)(B)に示すように、各スイッチング周期ごと
に正弦波の2周期分の若振電流lLがインダクタンス6
に流れるようにゲートのオン時間を制御する。これは、
各スイッチング周期において、共振電流itが正弦波の
2周期目に逆方向に流れる区間TF (第2図(A))
でN03FET4がオフとなるようにゲートを制御する
ことにより実現できる。入力電圧がVilから2Vi1
迄変化すると、スイッチング周波数はfs1/2(即ち
第11図(A)の場合の2倍のスイッチング周期)から
f、/4迄変化して平衡する。入力電圧V。
が2Vi1〜6V:1の範囲では比較器144の反転入
力が基準電圧143より高く、比較器144の出力は負
電圧となる。この信号によりゲート駆動制御回路16は
第2図(C)(D)に示すように、各スイッチング周期
ごとに正弦波の1周期分の共振電流ILがインダクタン
ス6に流れるようにゲートのオン時間を制御する。これ
は、第11図の場合と同じ動作である。入力電圧V・が
2vi1から6Vi1迄変化すると、スイッチング周波
数はf、1/2からf 、/ 6迄変化する。したがっ
て入力電圧V、がvilから6Vi1迄変化しても、ス
イッじ チング周波数の変化範囲はf /2からf 、/ 6
1 迄であるから、3倍の変化に抑えることができる。
力が基準電圧143より高く、比較器144の出力は負
電圧となる。この信号によりゲート駆動制御回路16は
第2図(C)(D)に示すように、各スイッチング周期
ごとに正弦波の1周期分の共振電流ILがインダクタン
ス6に流れるようにゲートのオン時間を制御する。これ
は、第11図の場合と同じ動作である。入力電圧V・が
2vi1から6Vi1迄変化すると、スイッチング周波
数はf、1/2からf 、/ 6迄変化する。したがっ
て入力電圧V、がvilから6Vi1迄変化しても、ス
イッじ チング周波数の変化範囲はf /2からf 、/ 6
1 迄であるから、3倍の変化に抑えることができる。
これは従来例の場合(6倍)と比べて半分である。
このような構成のDC−DCコンバータによれば、入力
変化に対する出力安定化制御に必要なスイッチング周波
数の変化範囲が小さくなったので、従来のものに比べて
、出力フィルタの設計が容易になり、並列運転をする場
合にビートによる干渉が起こりに<<、狭い帯域幅の発
振器が使用できる等の利点がある。
変化に対する出力安定化制御に必要なスイッチング周波
数の変化範囲が小さくなったので、従来のものに比べて
、出力フィルタの設計が容易になり、並列運転をする場
合にビートによる干渉が起こりに<<、狭い帯域幅の発
振器が使用できる等の利点がある。
なお連続させる共振回数は2周期に限らず、3゜4.5
.・・・nの任意の整数倍の周期とすることにより、ス
イッチング周波数で、の変化をさらに小さくすることが
できる。■・〜kvi1のに倍の入1 力変化に対し、■、〜n V ilのレンジをn周期づ
1 つの共振でカバーし、n V −〜k V 、 、 (
n≦k)1 のレンジを従来の1周期の共振でカバーすると、fsの
変化範囲について次式が成立つ、すなわちV、〜n V
+ 1のレンジでは、 1 V /VH1= (f3/n)/ (fo/n)
−・・■V / n V 11=(f s / n
) / (f n / n )・・・(3) の間で変化し、nV、〜kvi1のレンジでは、1 v /nVi1=(fS/n)/fn ・・・(
4)vo/に’y、= (f8/k)/fn ・
・・(5)の間で変化する。したがってで、の変化範囲
はn2≦にのときf S / n 〜f S / kで
、k / n倍の変化となり、n’ >kのときf s
/ n 〜f s / n2で、n倍の変化となる。
.・・・nの任意の整数倍の周期とすることにより、ス
イッチング周波数で、の変化をさらに小さくすることが
できる。■・〜kvi1のに倍の入1 力変化に対し、■、〜n V ilのレンジをn周期づ
1 つの共振でカバーし、n V −〜k V 、 、 (
n≦k)1 のレンジを従来の1周期の共振でカバーすると、fsの
変化範囲について次式が成立つ、すなわちV、〜n V
+ 1のレンジでは、 1 V /VH1= (f3/n)/ (fo/n)
−・・■V / n V 11=(f s / n
) / (f n / n )・・・(3) の間で変化し、nV、〜kvi1のレンジでは、1 v /nVi1=(fS/n)/fn ・・・(
4)vo/に’y、= (f8/k)/fn ・
・・(5)の間で変化する。したがってで、の変化範囲
はn2≦にのときf S / n 〜f S / kで
、k / n倍の変化となり、n’ >kのときf s
/ n 〜f s / n2で、n倍の変化となる。
このうちn=2.3とした場合を第3図に示す、即ち入
力変化kが大きくなる程共振回数nを大きくでき、f、
の変化範囲を小さくする効果(k / n倍)が大きく
なる。
力変化kが大きくなる程共振回数nを大きくでき、f、
の変化範囲を小さくする効果(k / n倍)が大きく
なる。
又、第4図に示すように、入力レンジを2つ以上の適当
な数に増やし、それぞれのレンジに異なる共振回数を適
当に組合せることにより、上記の場合よりも更にスイッ
チング周波数の変化範囲を減らすことができる。第4図
において、1431〜143 及び1441〜144
1.−1はm個の僧−ル レンジに分けるための比較器及び異なる基準電圧で、そ
の他の部分は第1図の場合と同様である。
な数に増やし、それぞれのレンジに異なる共振回数を適
当に組合せることにより、上記の場合よりも更にスイッ
チング周波数の変化範囲を減らすことができる。第4図
において、1431〜143 及び1441〜144
1.−1はm個の僧−ル レンジに分けるための比較器及び異なる基準電圧で、そ
の他の部分は第1図の場合と同様である。
例えば入力変化■11〜6v:1を3つのレンジで分割
する場合、レンジVi1〜2vi1では3回共振でカバ
ーし次式 %式%(6) (7) の範囲で動作させ、2■11〜3vi1では2回共振で
カバーし次式 %式%(8) (9) の範囲で動作させ、3vi1〜6vi1では1回共振で
カバーし次式 %式% の範囲で動作させるようにすれば、必要なスイッチング
周波数の変化範囲はf /3〜で、/6となり、2倍
の変化に抑えることができる。
する場合、レンジVi1〜2vi1では3回共振でカバ
ーし次式 %式%(6) (7) の範囲で動作させ、2■11〜3vi1では2回共振で
カバーし次式 %式%(8) (9) の範囲で動作させ、3vi1〜6vi1では1回共振で
カバーし次式 %式% の範囲で動作させるようにすれば、必要なスイッチング
周波数の変化範囲はf /3〜で、/6となり、2倍
の変化に抑えることができる。
第5図は本発明の他の実施例を示す構成ブロック図であ
り、第1図の装置におけるゲート駆動制御回路の具体的
な構成を示すものである。なお、第5図において第1図
と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省略す
る。16は比較器144、誤差増幅器154の出力に基
づいてN08FET4のスイッチングのタイミングを制
御するゲート駆動制御回路であり、161は入力電圧が
属するレンジを判定する判定回路であり、比較器144
の出力が入力され入力電圧がどのレンジに入るかを判定
しDラッチで保持するDフリップフロップ、162は抵
抗、163.164 ![−、f)a敗ニ分けられた入
力レンジそれぞれに対応する位相補償回路、165は位
相補償口路163.164の出力のいずれか1つをDフ
リップフロップ161の出力に対応して選択する第1の
選択回路であり、Low信号でオンするアナログスイッ
チ、166はアナログスイッチ165の出力が入力する
電圧制御発振器(以下、単にVCOという)、167.
168はVCO166の出力が入力するワンショットマ
ルチバイブレータ(以下、単にワンショットという)、
169はワンショット167.168の出力のいずれか
1つをDフリップフロップ161の出力に対めして選択
する第2の選択回路であり、Low信号でオンするアナ
ログスイッチである。18は1次側と2次側を絶縁する
ためのパワートランス、19は整流ダイオード、20は
出力電圧検出部15とゲート駆動制御回路16を絶縁し
て結合するフォトカプラ、21はゲート駆動制御回路1
6とMO3FET4を絶縁して結合するためのパルスト
ランスである。なお、上記構成において、パワートラン
ス18を用いて1次曲と2次曲を絶縁しない場合は、フ
ォトカプラ20は不要である。
り、第1図の装置におけるゲート駆動制御回路の具体的
な構成を示すものである。なお、第5図において第1図
と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省略す
る。16は比較器144、誤差増幅器154の出力に基
づいてN08FET4のスイッチングのタイミングを制
御するゲート駆動制御回路であり、161は入力電圧が
属するレンジを判定する判定回路であり、比較器144
の出力が入力され入力電圧がどのレンジに入るかを判定
しDラッチで保持するDフリップフロップ、162は抵
抗、163.164 ![−、f)a敗ニ分けられた入
力レンジそれぞれに対応する位相補償回路、165は位
相補償口路163.164の出力のいずれか1つをDフ
リップフロップ161の出力に対応して選択する第1の
選択回路であり、Low信号でオンするアナログスイッ
チ、166はアナログスイッチ165の出力が入力する
電圧制御発振器(以下、単にVCOという)、167.
168はVCO166の出力が入力するワンショットマ
ルチバイブレータ(以下、単にワンショットという)、
169はワンショット167.168の出力のいずれか
1つをDフリップフロップ161の出力に対めして選択
する第2の選択回路であり、Low信号でオンするアナ
ログスイッチである。18は1次側と2次側を絶縁する
ためのパワートランス、19は整流ダイオード、20は
出力電圧検出部15とゲート駆動制御回路16を絶縁し
て結合するフォトカプラ、21はゲート駆動制御回路1
6とMO3FET4を絶縁して結合するためのパルスト
ランスである。なお、上記構成において、パワートラン
ス18を用いて1次曲と2次曲を絶縁しない場合は、フ
ォトカプラ20は不要である。
又、ゲート駆動制御回路16とMOSFET 4をパル
ストランス21で絶縁しているが、ゲート駆動回路17
とMOSFET4を直接接続し、比較器144とDフリ
ップフロッグ161の間にフォトカプラを入れて絶縁し
ても良い。
ストランス21で絶縁しているが、ゲート駆動回路17
とMOSFET4を直接接続し、比較器144とDフリ
ップフロッグ161の間にフォトカプラを入れて絶縁し
ても良い。
このような構成において、このDC−DCコンバータの
動作は第1図の装置と同様であるため、その説明は省略
するが、ここでゲート駆動制御回路16の動作について
第6図のタイムチャートを用いて以下に詳細に説明する
。なお、入力電圧Viの可変範囲は6倍の入力変動を考
慮してVi1〜6v とし、入力電圧V、がVilから
3vi1に変i1 + 化した場合を考える。この時、基準電圧143は2Vi
1相当とし、入力電圧v、をvi1〜2vi1と2V、
1〜6Vi1の2つのレンジに分けている。
動作は第1図の装置と同様であるため、その説明は省略
するが、ここでゲート駆動制御回路16の動作について
第6図のタイムチャートを用いて以下に詳細に説明する
。なお、入力電圧Viの可変範囲は6倍の入力変動を考
慮してVi1〜6v とし、入力電圧V、がVilから
3vi1に変i1 + 化した場合を考える。この時、基準電圧143は2Vi
1相当とし、入力電圧v、をvi1〜2vi1と2V、
1〜6Vi1の2つのレンジに分けている。
入力電圧V、がV:1の場合、比較器144の出力Vb
iはLow信号、Dフリップフロップ161の出力Qは
Low信号、Qは旧gh信号となり、アナログスイッチ
165.169はそれぞれLow信号でオンするので、
出力制御ループは誤差増幅器154→フオトカプラ20
→位相補償回路163→■C0166→ワンショット1
67→ゲート駆動回路17→パルストランス21→HO
8FE丁4となる。
iはLow信号、Dフリップフロップ161の出力Qは
Low信号、Qは旧gh信号となり、アナログスイッチ
165.169はそれぞれLow信号でオンするので、
出力制御ループは誤差増幅器154→フオトカプラ20
→位相補償回路163→■C0166→ワンショット1
67→ゲート駆動回路17→パルストランス21→HO
8FE丁4となる。
この時のVCO166の出力VvCoを第6図(A)に
、ワンショット167の出力Vos1を第6図(B)に
、N03FET4電流れる共振電流i[を第6図(C)
にそれぞれ示す、(B)図においてワンショット167
のパルス長t1は共振を2周期続けさせるのに必要なM
OSFET4のゲートのオン時間と等しくとる。即ちワ
ンショット167の出力VO31のタイミングでMOS
FET4は駆動される。入力電圧V、が3■i1になる
と、比較器144の出力VbiはH1(lh傷信号なり
、その直後のVCOのパルスでDフリラグフロップ16
1の出力Qは旧gh信号、ζはLow信号になり、アナ
ログスイッチ165.169は共に上がオフ、下がオン
となる。したがづて、出力制御ループは誤差増幅器15
4→フオトカプラ20→位相補償回路164→■C01
66→フンショット168→ゲート駆動回路17→パル
ストランス21→HO3FET4となり、MOSFET
4はフンショット168の出力V。82のタイミングで
オン−オフされる。この時のVCO166の出力Vvc
oを第6図(D)に、ワンショット168の出力V。S
2を第6図(E)に、MOSFET4電流れる共振電流
1.を第6図(F)にそれぞれ示す、(E)図において
、ワンショット168のパルス長t2は、共振1周期分
のゲートのオン時間に等しく設定してあり、誤差増幅器
154、位相補償回路164、VCO166により入力
電圧と負荷に平衡したスイッチング周波数におちつく。
、ワンショット167の出力Vos1を第6図(B)に
、N03FET4電流れる共振電流i[を第6図(C)
にそれぞれ示す、(B)図においてワンショット167
のパルス長t1は共振を2周期続けさせるのに必要なM
OSFET4のゲートのオン時間と等しくとる。即ちワ
ンショット167の出力VO31のタイミングでMOS
FET4は駆動される。入力電圧V、が3■i1になる
と、比較器144の出力VbiはH1(lh傷信号なり
、その直後のVCOのパルスでDフリラグフロップ16
1の出力Qは旧gh信号、ζはLow信号になり、アナ
ログスイッチ165.169は共に上がオフ、下がオン
となる。したがづて、出力制御ループは誤差増幅器15
4→フオトカプラ20→位相補償回路164→■C01
66→フンショット168→ゲート駆動回路17→パル
ストランス21→HO3FET4となり、MOSFET
4はフンショット168の出力V。82のタイミングで
オン−オフされる。この時のVCO166の出力Vvc
oを第6図(D)に、ワンショット168の出力V。S
2を第6図(E)に、MOSFET4電流れる共振電流
1.を第6図(F)にそれぞれ示す、(E)図において
、ワンショット168のパルス長t2は、共振1周期分
のゲートのオン時間に等しく設定してあり、誤差増幅器
154、位相補償回路164、VCO166により入力
電圧と負荷に平衡したスイッチング周波数におちつく。
このようにvCOのパルスに同期させてワンショットと
位相補償回路を同時に切り換えているので、ゲート信号
とスイッチング周波数を同時に変えることができる。又
、位相補償回路の出力を切り換えているので、切換時の
過渡応答がスムーズとなり、切換による出力電圧の変動
を小さくすることができる。なお、第2図に戻り、1回
共振と2回共振では入力変動に対するスイッチング周波
数の変化率が異なるが、これは各位相補償回路のゲイン
により一致させることができる。したがって、位相補償
回路が163→164へ切り替わったことにより、スイ
ッチング周期は1回共振に適した大きさに変化する。
位相補償回路を同時に切り換えているので、ゲート信号
とスイッチング周波数を同時に変えることができる。又
、位相補償回路の出力を切り換えているので、切換時の
過渡応答がスムーズとなり、切換による出力電圧の変動
を小さくすることができる。なお、第2図に戻り、1回
共振と2回共振では入力変動に対するスイッチング周波
数の変化率が異なるが、これは各位相補償回路のゲイン
により一致させることができる。したがって、位相補償
回路が163→164へ切り替わったことにより、スイ
ッチング周期は1回共振に適した大きさに変化する。
第7図は本発明の他の実施例を示す構成図であり、入力
レンジを2つ以上の適当な数(この場合はn個)に増や
し、それぞれのレンジに異なる共振回数を適当に組み合
わせることにより、上記の場合と同様にスイッチング周
波数の変化範囲を減らすことができる。なお、第7図に
おいて第5図と同一要素には同一符号を付して重複する
説明は省略する。31はアナログ比較回路であり、第5
図の装置の比較器144がn個並んだものであり、その
出力はnビットのデジタル値となる。ただし、それぞれ
の比較器は各入力レンジに対応した異なる基準電圧を持
っている。32はnビットのDラッチ、33はエンコー
ダ、341〜34.は各入力レンジに対応するn個の位
相補償回路、35.36はマルチプレクサ、371〜3
7nはワンシヨツトであり、各入力レンジの共振回数に
対応するゲート信号を発生する。この実施例では、アナ
ログ比較回路31とDラッチ32でその時刻での入力電
圧V・がどの入力レンジに含まれるかを判断し、それを
エンコーダ33でmビット(n>m)に信号化する6例
えば、エンコーダ33の出力がS番目の入力レンジを示
していたとすると、マルチプレクサ35は位相補償回路
34.を、マルチプレクサ36はワンショット37.を
それぞれ°選択し、その時の出力制御ループは、誤差増
幅器154→フオトカブラ20→位相補償回路34S−
+VCO166→ワンシヨツト37 →ゲート駆動回路
17→パルストランス21→HO3FET4となる。
レンジを2つ以上の適当な数(この場合はn個)に増や
し、それぞれのレンジに異なる共振回数を適当に組み合
わせることにより、上記の場合と同様にスイッチング周
波数の変化範囲を減らすことができる。なお、第7図に
おいて第5図と同一要素には同一符号を付して重複する
説明は省略する。31はアナログ比較回路であり、第5
図の装置の比較器144がn個並んだものであり、その
出力はnビットのデジタル値となる。ただし、それぞれ
の比較器は各入力レンジに対応した異なる基準電圧を持
っている。32はnビットのDラッチ、33はエンコー
ダ、341〜34.は各入力レンジに対応するn個の位
相補償回路、35.36はマルチプレクサ、371〜3
7nはワンシヨツトであり、各入力レンジの共振回数に
対応するゲート信号を発生する。この実施例では、アナ
ログ比較回路31とDラッチ32でその時刻での入力電
圧V・がどの入力レンジに含まれるかを判断し、それを
エンコーダ33でmビット(n>m)に信号化する6例
えば、エンコーダ33の出力がS番目の入力レンジを示
していたとすると、マルチプレクサ35は位相補償回路
34.を、マルチプレクサ36はワンショット37.を
それぞれ°選択し、その時の出力制御ループは、誤差増
幅器154→フオトカブラ20→位相補償回路34S−
+VCO166→ワンシヨツト37 →ゲート駆動回路
17→パルストランス21→HO3FET4となる。
このようにアナログ比較回路とマルチプレクサを使用す
ることにより、入力レンジを多く分けても容易に拡領す
ることができ、入力レンジに応じて位相補償回路とワン
ショットが選択され、スイッチング周期と共振回数が切
り換えられる。
ることにより、入力レンジを多く分けても容易に拡領す
ることができ、入力レンジに応じて位相補償回路とワン
ショットが選択され、スイッチング周期と共振回数が切
り換えられる。
更に、第8図に示すようにソフトスタート入力を位相補
償回路の前に入れることにより、1個のソフトスタート
入力で全入力レンジに対するソフトスタートを行うこと
もできる。
償回路の前に入れることにより、1個のソフトスタート
入力で全入力レンジに対するソフトスタートを行うこと
もできる。
なお、電流スイッチ4はMOSFETに限らず、任意の
電子式スイッチ素子を用いることができる。
電子式スイッチ素子を用いることができる。
又、最大入力電圧V、axにおける1スイッチング周期
中の共振回数は1回とは限らず、複数回の共振が連続す
るように構成することもできる。
中の共振回数は1回とは限らず、複数回の共振が連続す
るように構成することもできる。
また全波形の電流共振形DC−DCコンバータの基本構
成は第9図の構成に限らず、ハーフブリッジタイプ、フ
ルブリッジタイプ、フォワードタイプ等を用いることが
できる。
成は第9図の構成に限らず、ハーフブリッジタイプ、フ
ルブリッジタイプ、フォワードタイプ等を用いることが
できる。
〈発明の効果〉
以上の説明から明らかなように、本願発明によれば、出
力制御に必要なスイッチング周波数を低減した全波形の
電流共振形DC−DCコンバータを簡単な構成で実現す
ることができる。
力制御に必要なスイッチング周波数を低減した全波形の
電流共振形DC−DCコンバータを簡単な構成で実現す
ることができる。
第1図は本発明に係るDC−DCコンバータの一実施例
を示す構成ブロック図、第2図は第1図装置の動作を示
すタイムチャート、第3図は各共振回数における入力電
圧変化に対するスイッチング周波数変化の関係を示す図
、第4図は本発明に係るDC−DCコンバータの変形例
を示す構成ブロック図、第5図は本発明の他の実施例を
示す構成ブロック図、第6図は第5図装置の動作を示す
タイムチャート、第7図及び第8図は本発明に係わるD
C−DCコンバータの変形例を示す構成ブロック図、第
9図は従来の電流共振形DC−DCコンバータを示す構
成ブロック図、第10図及び第11図は第9図装置の動
作を示すタイムチャートである。 4・・・電流スイッチ、6・・・インダクタンス、7・
・・コンデンサ、14・・・入力電圧検出部、15・・
・出力電圧検出部、16・・・ゲート駆動制御回路、1
61・・・判定回路(Dフリップフロップ)−163,
164・・・位相補償回路、165.169・・・第1
、第2の選択回路(アナログスイッチ)、166・・・
電圧制御発振器、167.168・・・ワンショットマ
ルチバイブレータ、17・・・ゲート駆動回路、■・・
・入力電圧、■0・・・出力電圧。 第ろ図 (1)入nfllfcvtraz1合 第 ε 図
を示す構成ブロック図、第2図は第1図装置の動作を示
すタイムチャート、第3図は各共振回数における入力電
圧変化に対するスイッチング周波数変化の関係を示す図
、第4図は本発明に係るDC−DCコンバータの変形例
を示す構成ブロック図、第5図は本発明の他の実施例を
示す構成ブロック図、第6図は第5図装置の動作を示す
タイムチャート、第7図及び第8図は本発明に係わるD
C−DCコンバータの変形例を示す構成ブロック図、第
9図は従来の電流共振形DC−DCコンバータを示す構
成ブロック図、第10図及び第11図は第9図装置の動
作を示すタイムチャートである。 4・・・電流スイッチ、6・・・インダクタンス、7・
・・コンデンサ、14・・・入力電圧検出部、15・・
・出力電圧検出部、16・・・ゲート駆動制御回路、1
61・・・判定回路(Dフリップフロップ)−163,
164・・・位相補償回路、165.169・・・第1
、第2の選択回路(アナログスイッチ)、166・・・
電圧制御発振器、167.168・・・ワンショットマ
ルチバイブレータ、17・・・ゲート駆動回路、■・・
・入力電圧、■0・・・出力電圧。 第ろ図 (1)入nfllfcvtraz1合 第 ε 図
Claims (2)
- (1)電流スイッチ及びLC共振回路を備え、入力電圧
の変化に対して出力電圧を一定とするように前記電流ス
イッチのスイッチング周波数を変化させる不連続モード
の電流共振形DC−DCコンバータにおいて、特定の入
力電圧範囲で各スイッチング周期ごとに共振電流を複数
周期連続して流すように電流スイッチを制御する制御手
段を備えたことを特徴とするDC−DCコンバータ。 - (2)前記制御手段として、入力電圧が属するレンジを
判定する判定回路と、出力電圧に対応する信号を入力す
る複数の位相補償回路と、この複数の位相補償回路の出
力のいずれか1つを前記判定回路の出力に対応して選択
する第1の選択回路と、この第1の選択回路の出力を入
力する電圧制御発振器と、この電圧制御発振器の出力を
入力する複数のワンショットマルチバイブレータと、こ
の複数のワンショットマルチバイブレータの出力のいず
れか1つを前記判定回路の出力に対応して選択して電流
スイッチを駆動する第2の選択回路とを備え、入力電圧
に応じて前記位相補償回路と電流スイッチのオン時間と
を切り換えるように構成したことを特徴とする請求項1
記載のDC−DCコンバータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15297389 | 1989-06-15 | ||
| JP1-152973 | 1989-06-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0389848A true JPH0389848A (ja) | 1991-04-15 |
| JPH067742B2 JPH067742B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=15552186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30296289A Expired - Lifetime JPH067742B2 (ja) | 1989-06-15 | 1989-11-21 | Dc―dcコンバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH067742B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0635553A (ja) * | 1992-07-13 | 1994-02-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 定電圧回路 |
| JP2005110468A (ja) * | 2003-10-02 | 2005-04-21 | Seiko Instruments Inc | 昇降圧スイッチングレギュレータ制御回路及び昇降圧スイッチングレギュレータ |
| JP2010141982A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Ricoh Co Ltd | 電源回路及びその動作制御方法 |
| JP2011250627A (ja) * | 2010-05-28 | 2011-12-08 | Rohm Co Ltd | スイッチングレギュレータ |
| JP2022191655A (ja) * | 2021-06-16 | 2022-12-28 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Dc/dc変換装置 |
-
1989
- 1989-11-21 JP JP30296289A patent/JPH067742B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0635553A (ja) * | 1992-07-13 | 1994-02-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 定電圧回路 |
| JP2005110468A (ja) * | 2003-10-02 | 2005-04-21 | Seiko Instruments Inc | 昇降圧スイッチングレギュレータ制御回路及び昇降圧スイッチングレギュレータ |
| JP2010141982A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Ricoh Co Ltd | 電源回路及びその動作制御方法 |
| JP2011250627A (ja) * | 2010-05-28 | 2011-12-08 | Rohm Co Ltd | スイッチングレギュレータ |
| JP2022191655A (ja) * | 2021-06-16 | 2022-12-28 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Dc/dc変換装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH067742B2 (ja) | 1994-01-26 |
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