JPS58204766A - 固定周波数リセツト制御方式ｄｃ−ｄｃコンバ−タ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本％明１よ、出力電圧を安建的に制−可能とする一′Ｘ
Ｅ周故数すセット制岬方式のＤｃ−ｖｃコンバータに関
するものである。

一般に、この糟のコンバータにおいて、該コンバータを
構成する主トランスの１次巻ｍには、その創作庫堆Ｅ一
方向の励磁電流しか流れない。こＯため、主トランスＦ
ｉ常時片励磁の状態で鮎作している。この励磁電流によ
って主トランスに蓄えられるエネルギーを、トランジス
タかオフの期間に外部へ放出しないと、トランス磁心の
磁束変化ΔＢの最大値か徐々に増加し、磁気飽和を起こ
して１次巻−に過大１１ｉＭｊが流れるため、トランジ
スタを破壊してしまう。よってリセット回路を付加し、
この蓄積エネルギーを放出する必要かある。この蓄積エ
ネルギーは、それまでにトランスに印加された電圧と時
間の積であられされるから、リセットのためには、同じ
電圧・時間積を逆極性でかけてやる必豊かある。

本兄明は上記１）　Ｃ−Ｄ　Ｃコンバータにおけるかか
るリセット［ｇ回路に関係している。

従来の固定周波数リセット制御方式ＤＣ−ＤＣコンバー
タの一例を第１図に、その動作波形を第２図にそれぞれ
示す。

第１図において、１は直流電源、２はスイッチング素子
、３は固鼠周波数兄振器、４は駆動回路、５はリセット
検出回路、６はトランス、７，８はそれぞれダイオード
、９Ｖよ平滑用チョークコイル、１０は平滑用コンデン
サ、１１はダイオード、１２をよトランジスタ、１３は
出力電圧を検出してトランジスタ１２を制御する制御回
路、１４はコンデノサ、ＩＩ＋はトランス６の１次巻線
、ｆ１２は２次巻線、１１３はりセント検出巻解、ｎ４
はリセット電圧制御用台勝である。

第２図においてａは第１図における発振器３の出力波形
、ｂはトランス６の巻線ｎｌにおける電圧波形である。

第１図の回路では、姥ずスイッチング索子２が駆動回路
４によシ時刻ｔｏにおいてオンし、トランスの１次巻ｍ
ｎｔ、２次善＃ｎ２を通して出力側に電力を供帽する。

時刻ｔｌにおいて発振器３からの信弓ＩＩＣより駆動回
路４を経由してスイッチング素子２缶オンする。すると
、出力電圧に依存して制御回路１３かもトランジスタ１
２のベースへ流入するベースｌ！ｆｉか増減され、それ
により決足されるトランジスタ１２のコレクタ　エミッ
タ間車圧により、トランス６の磁束りキットか巻蔵”４
によってイ■われる０ 時刻ｔ２になり、はぼリセットか終了すると巻線ｎ３の
電圧からリセット終了をリセット検出回路５によって検
出し、それにより駆動回路４を１由してスイッチング素
子２を再びオンとし、前述の動作を繰り返す。

この回路は、トランジスタ１２のコレクタ・エミッタ間
車圧、すなわち巻称ｎ４のリセット電圧を％＋＋＠＋す
ることによりスイッチング索子２のメンデユーティ比を
制御する。

ところで前−己スイ゛ンチング素子２の１番目のオン期
間をＴＯＮ（ｉ）、１番目のオフ期間をＴｐ（ｉ）とす
ると前ａｄの制御方法からつねに ■ＯＮ　’　ＴＯＮ（ｉ）−ｖＲＨＴＲ（ｉ）　　　　
　・・・”−−・（１）但し　皿−１，２，・・・・・
・ ｉ’−ＴＲ（ｉ）　＋ＴｏＮ（ｉ　＋１）　　　　　　
・・・四重・・　（２）が成立する。

ここでＶｏＮ＋ｊオン期［ｉ５中、ＶＲｔｊ、オフ期間
中に夫々巻線（１１に元止ずる電圧の絶対値であり、ま
たする。

いま外乱に起因する何らかの原因によシミ圧が変わった
ため、出力電圧を一定に維持しようとして、ｎ番目のオ
ン期間に変位が生じ、 ’１７ｏＮ（ｎ）＝　’１’ＯＮ＋Δｔ　０１Ｊ（ｎ）
と彦ったとすると、 Ｖｏｗ（Ｔｏｍ−’ｌｔｏ　Ｎ（ｎ）　）”Ｖｎ（Ｔｆ
（＋Δｔ　Ｒ（ｎ））　　　−−−（３）上記（１）　
＊　（３）式より ＶＯＲ’Δｔ　ｏｎ（ｎ）　＝　ＶＲ・ΔｔＲ（ｎ）・
・・・・・・・・・・・（４）上記（２）式より ΔｔＢ（。汁ΔｊＯＮ（ｎ−１−１）　−０・・・・・
・・・・・・・（５）上記（４）　、　（５）式よシ これは（６）式の有頂に一符号があることから明らかな
ように、微小変位発生後のオン巾ＴＯＮ＋Δｔｏｎ（ｉ
）（ｉ≧ｎ）が振動することを示している。

（１）Δ１０Ｈ（ｎ＋１　）　＞　ｌ−Δｔｏｍ（ｎ）
ｌ　　＝・・・・・・・・（７）のとき振動は発散し、
オン幅か一つの値で決まらない。このとき である。

（１１）Δｔｏｕ（ｎ＋１　）　＜　ｌ−ΔｊＯＮ（ｎ
）　ｌ　　・・・・・・・・・・・・（９）のとき振動
は収束し、オン幅が一つの値で決まり安定となる。この
とき である。

（１）　、　（２）　ｔ　（１に１式より′１゛　　　
　　　・・・・・・・・・・・・０υＴＯＮ　＞　２ のとき安定である。

これは即ち、この従来の制御方式において安定に動作を
行わせるためには、スイッチング素子２０オンデユーテ
イ比を常に１／２以上としなげればならないことを表わ
してお９、そうで力い場合はオン幅が一つの値で決まら
ず、不安定動作になるという欠点かあった。

一方、オンデユーテイ比を常Ｋｌ／２以上と高くすると
、トランスのリセット（必要なリセット電圧も上昇する
こととなり、このリセット電圧を１次巻ｍｎｔｔ介して
受けるスイッチング素子２の耐圧上不利となり、また出
力電圧の制御可能範囲も狭くなる等の欠点があった。

本発明は、上述のような従来技術の欠点を除去するため
になされたものであり、従って本発明の目的は、スイッ
チング素子のオンデユーテイ比を従−Ａてリセット電圧
もそれだけ低くてよいからスイッチング素子の耐圧上有
利であり、出力電圧の制御可能節Ｈも広くなるようにし
た固定周波数リセット制御方式ＤＣ−Ｉ）Ｃコンバータ
を提供することにおる。

本発明の構成の要点は、ＤＣ−ＤＣＣコンマ−タにおい
て、リセット電圧を２段階に同定し、一方のリセット電
圧を採るリセット期間を制御してスイッチング素子のオ
ンデユーテイ比を制御ず乙ことにより、オンデユーディ
比をｌ／２以下としても安定動作を行うようにした点に
ある。以下図面につ（・で本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明の一実施例に示す回路図であり、粛４図
は七の動作波形を示す波形図である。

４３図において、１け直流電源、２はスイッチング素子
、３は固定周波数発振器、４は駆動回路、５はリセット
検出回路、６はトランス、７，８はそれぞれダイオード
、９は平滑用チョークコイル、ｌＯは平滑用コンデンサ
、１２はトランジスタ、１３は出力電圧を検出してトラ
ンジスタ１２を制御する制御回路、１５．１６はそれぞ
れダイオード、１７は定電圧ダイオード、　ｆｌｌはト
ランス６０１次巻線、ｎ２は２次巻線、ｎ３はリセット
検出巻線、ｎ４　、　ｎ５はリセット電圧制御用巻線、
ｎ６はスイッチング素子オフのタイミング検出用巻線で
ある。

第４図においてａは発振器３の出力波形、ｂはトランス
の巻＆１ｎ１の電圧波形である。

これを動作するには、まずスイッチング素子２が時刻ｔ
Ｏにおいて駆動回路４によってオンし、トランス６の巻
Ｉｉ！ｉｎｌ、ｎ２を通して出力側に電力を供給する。

時刻１１において発振器３からの信号によシ駆動回路４
を経由してスイッチング素子２をオフする。このときス
イッチング素子オフのタイミング検出用巻／１ｅｎ６に
よシオフを検出すると制御回路１３を動作させ、それに
よりトランジスタ１２をオンする。

すると、ダイオード１５が動作し、トランス６０巻線（
ｎ４＋ｎｓ）はに電圧ダイオード１７の電圧（ＶＺＲと
する）でクランプされ、トランス６のリセット動作が行
われる。次に出力電圧に依存した制御１ｇｌ路１３から
のｆｊ号によシ決まる時刻ｔ１　　にトランジスタ１２
をオフすると、今度はダイオード１５が不作動とな９、
ダイオード１６の動作によシトランス６のリセットが巻
ｍｎｓと定電圧ダイオード１７の電圧ＶＺＨによって行
われる。

時刻ｔ２において、所定の磁束エネルギー値までリセッ
トが終了すると、巻線ｎ３によりリセット検出回路５が
リセット終了を検出し、駆動回路４を介してスイッチン
グ素子２に駆動信号を送り、スイッチング素子２をオン
とする。以後は時刻１ｏからの動作を繰シ返す。

本発明回路においては２段階のリセット電圧■Ｒ２■ｒ
をそれぞれ一定とし、一方の段階のリセット電圧ｖｒ元
止期間を制御して出力電圧の安定化を行うものであるが
、以上の回路においてオン＠ＴｏＮに変動が発生した場
合の応答を以下に求める。

とすると、電圧時間積一定の条件と、前記制御力法とか
ら次式が成立する。

ＶｏＮ゛ＴｏＮ（ｉ）＝Ｔｒ（ｉ）０Ｖｒ＋Ｔａ（ｉ）
４’ｎ　　°−−−−−　　θ優周期１゛は　Ｔ−Ｔｒ
（ｉ）＋　Ｔａ（ｉ）＋ＴｏｔＪ（ｉ　＋１　）−αＱ
また　　Ｔｃ　＝　Ｔｒ（ｉ）　　（一定とする）　・
・・・・・　ＯＱこの′ｒｏは制御回路１３で与えられ
る制御期間である。いま何らかの原因によりｎ番目のオ
ン期間に変位を生じ ＴＯＮ（１１）　−ＴＯＮ＋Δｌ０Ｎ（＋＋）となった
とすると、ＶＯＮ（’１”ＯＮ＋ΔＬＯＮ（ｎ）　）　
−Ｔ’ｒ　・Ｖ、ｒ　＋ＶＲ（ＴＲ＋Δ１Ｒ（ｎ）　）
・・・・・・・・・・・・αＤ 上記ｕ５７．αり式より ΔＩＲ（ｎ）十ΔｔＯＮ（ｎ＋１）＝０　　　　　　・
・・・・・・・・・・・　０８１Ｆ配α荀、αｒ＋　ｌ
　（ｌ）０式よりこれは上記（６）式と同様に微少変位
発生後のオンＩＭ　ｉ’ＯＮ＋ΔｔＯ１Ｊ（ｉ）　（ｉ
　４．　ｎ　）が振動することを示し−ＣＪ、；す、次
の２・ニーの状態かある。

（１）Δ１ｏＮ（ｎ＋１　）　＞　ｌ−Δｔｏｎ（ｎ）
　ｌ　　　−・・・・・−１２１のとと振１１１！Ｍま
発散し、オン幅が一つの値で決まらな（・０ （１１）Δ’０Ｎ（ｎ＋１）＜ｌ−Δｔｏｒｉ（ｎ）ｌ
　　　−−−−（２１）のとき振１１ｆｔ＋ｔｉ収束し
、オン幅が一つの値で決まり安定である〇 となり、安定に動作するオン幅の範囲は上記０４）。

ａｓ　、　（ｌｅ　、（ハ）式よシ でしか安定に動作しなかった吐記αυ式参照）ことと比
べると安定動作範囲が拡がったことを意味する。このよ
うな作用をするから本発明は固定周波数リセット制御方
式ＤＣ−ＤＣコンバータを安定に動作させることができ
る。

ま九他の実施例左しては、第３図の回路において制御期
間Ｔｏを ’ｒｏ　””　ＴＯＮ（ｉ）＋Ｔｒ（ｉ）　　　　　　
　　＋＋＋＋ｍ＋＋＋＋＋　　Ｈとする場合があり、こ
の場合も以下のように第一の実施例とほぼ同様の効果が
ある。上記Ｑ！１９　、　ｃ７４）式より Δｔｌ（（ｎｕ　）　＝Δ’０Ｎ（ｎ）−Δ１０ｔｉ（
ｎ＋１）　　−（２１ｉ）ＶＯＮ（’Ｌ”ＯＮ＋ΔｔＯ
Ｎ（ｔ＋））　＝　（Ｔｒ−Δｔｏｎ（ｎ））　・Ｖｒ
−Ｉ−（ＴＲ＋ＪｔＲ（ｎ＋１＞）・Ｖｕ・・・・・・
・・＠ ｈｉｉｊ（１４）　ＨｔＭｉ）　Ｈｔｒ＋１式、ｌ：　
リ）２ＶＨのときｌ１ｌｏＸＪ十ΔｔｏＮ（ｉ）　（ｉ
　：ｆｆ１ｎ　）は振動発散し、オン幅が一つの値で決
まらない。

（Ｖｏ１＋＋Ｖｒ　）　＜　２ＶＲのときＴＯＮ＋Δｔ
ｏｕ（ｉ）　（１≧ｎ）は振動収束し１、オン幅が一つ
の値で決まり安定である。

Ｖｒ）のとさｉ”０Ｎ（ｏ）［ＪｔＯＮ（ｉ）　（’≧
ｎ）は嘔調減少し、安定となる。

Ｖノ、上のように、Ｌ、８＋Ｊ（１）式のように制御期
間Ｔｏを設定した場合には、−Ｆ配０旬式のように設定
した場合に比較してＶＢｏ値をやや低くすることが可能
なはか、第１の実施例と同様の効果を有する。

系５図、第６図は、それぞれ、以上の実施例とほぼ同様
の効釆奢有する他の実施例を示す回路図であ如、トラン
ス６の１次側は第３図のそれと同じなので図示を省略し
である。

第５図、第６図の両実施例とも、制御回路１３によって
オン、オフのタイミングを制御されたスイッチ２１によ
って巻線ｎ７のリセット電圧を２段階に設定する。

第７図に示した実施例は、以−Ｆの実施例の効果の他に
、リセット電力を出力に回収することによ如電力効率の
改善を図ったものであり、スィッチ２１オン時は巻１１
Ｍ　（ｎ４＋ｎ５）のリセット電圧をコンバータの出力
電圧と同一とし、スィッチ２１オフ時ケま会−ム】５の
リセット電圧をコンバータの出力電圧と同一とすること
によって２Ｒ階のリセット電圧を得る。

Ｊｌ＆８図に示した実施例は、第７図の実施例と同様の
効果を令する他の実施例であり、スィッチ２１オン時は
巻ｈ　ｎ２’ｊノリセツト電圧をコンバータの出力電圧
と同一とし、スィッチ２１オフ時は巻＆ｎｙのリセツ）
［圧をコンバータの出力電圧と同一とすることによって
２段階のリセット電圧を得る１、更に、リセット電力を
入力側に回収する構成としても容易に実施でき、出力側
に回収する場合と同様の効果が侮られる。

以上説明したように、本発明によると同定周波数リセッ
ト制御方式Ｄ　Ｃ−Ｉ）　Ｃコンバータにおいて、その
オンデユーテイ比を１／２以下としても安定に動作する
ため、出力電圧の制御範囲が広くとれ、またリセット電
圧を低くしてスイッチング素子の耐圧を低くできるとい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の固定周波数り、セット制御方式１）　
ＣＤ　Ｃ：ｒ　７　／（−夕の一例を不す回路図、第２
図はその動作波形を示す波形図、第３図は本発明の一実
施例を示す回路図、絽４図はその動作波形を示す波形図
、第５図〜第８図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す
回路図、である。 符号説明 ｌ・・・・・・直流ｉＩ源、２・・・・・・スイッチン
グ素子、３・・・・・・固定周波数発振器、４・・・・
・・駆動回路、５・・・・・・リセット検出回路、６・
・・・・・トランス、７，８・・・・・・り゛イオード
、９・・・・・・平滑用チョークコイル、１０・・・・
・・平滑用コンデンサ、１１・・・・・・ダイオード、
１２・・・・・・トランジスタ、１３・・・・・・制御
回路、１４・・・・・・コンア／す、１５．１６・・・
・・・ダイオード、１７・・・・・・定電圧ダイオード
、１８・・・・・・ダイオード、１９゜２０・・・・・
・定電圧ダイオード、２１・・・・・・制御回路により
制御されるスイッチ、２２．２３・・・・・・ダイオー
ド、ａ・・・・・・置屋周波Ｒ１Ｉ兄振器出力、ｂ・・
・・・・トランス巻４＋！ｎ１Ｉ７Ｊ電圧 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　清 Ｉｔ　　図 す 第２　図 第７１　　門 第５　図 第０　図 笥７　図 哨８　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）　　１次巻−と２次巻線を備えたトランスの該１次
   巻線にスイッチング素子と直流電源の直列回路を接続す
   ると共に、前記トランスの励磁エネルギーを放出するた
   めのリセット回路と、該トランスかりセットされたこと
   を検出するリセット検出回路と、固定周波数発振器を設
   け、前記リセット検出回路によりトランスかりセットさ
   れたことを検出したとき前記スイッチング素子をオンに
   転じ、次に前記固定周波数発振器からの（ＩＩｖにより
   オフに転じることにより、前記２次巻線から出力を堆り
   出し、またスイッチング素子のオフ期間に前記リセット
   回路によシトランスの励磁エネルギーを放出してリセッ
   トを行なうようにした固定周波数リセット得」御力式１
   ）　Ｃ−Ｄ　Ｃコンバータにおいて前記スイッチング素
   子かオフに転じた静合を検餠するオノＩＩ＊出手猷と、
   −オーツ検出決方によ−り起動七キ紬配リセット回路か
   ら一足期＋Ｍ］　（以後、第ｌのリセット期間という）
   −１のリセット電圧を１配トランスに印加してリセット
   を図る手取と、次にリセット１細からトランスに印加さ
   れるリセット電圧を、ＡＩＩｋ＃４１Ｃ）電圧よりは麹
   、い歯２のリセット屹庄に切り候えて残りのリセットを
   行なう−ｔ＝役と、ｔ−股は削ｉｋ；渠１のリセットル
   ！同のす、Ｔｌｌｉｌ幅を制卸フることによりｌｌ１１
   ｊａＬＳスイツチング素子のオン・イノ時ｔｕＪ比Ｙｔ
   ＋ｔ＋ｌＩ　ｍｕするようにしたことを〜似とする固疋
   ）４Ｉｉ欧叙リセット制一方式１）　Ｃ−１）　Ｃコン
   バータ