JP2540832B2 - Back converter - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はバック型コンバータに関し、特に出力リップ
ル特性のよいバック型コンバータに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a buck converter, and more particularly to a buck converter having a good output ripple characteristic.
従来の技術 従来、この種のバック型コンバータは第１図におい
て、スイッチング素子５と、インダクタンス６と、ダイ
オード７と、クロックパルス電圧制御部９からの駆動パ
ルス信号線φｅとを除いたものであり、スイッチング素
子２と、インダクタンス３と、ダイオード４と、出力コ
ンデンサ８と、駆動パルス信号線φｏをもつクロックパ
ルス電圧制御部９とからなり、入力端に入力電源１を、
出力端に負荷10を接続するものであった。2. Description of the Related Art Conventionally, this type of buck converter is obtained by removing the switching element 5, the inductance 6, the diode 7, and the drive pulse signal line φe from the clock pulse voltage control unit 9 from FIG. , A switching element 2, an inductance 3, a diode 4, an output capacitor 8, and a clock pulse voltage controller 9 having a drive pulse signal line φo, and an input power source 1 at an input end,
The load 10 was connected to the output end.
そしてこの動作は、入力電源１の電圧をVg、出力電圧
をVO、スイッチング周期をＴ、デューティ比をＤとする
と、インダクタン３のＬと出力コンデンサ８のＣとから
なるLCフィルタの入力電圧Viは、 となり、LCフィルタを通しての直流出力VOは次のように
なる。Then, this operation is performed assuming that the voltage of the input power source 1 is Vg, the output voltage is V O , the switching cycle is T, and the duty ratio is D, the input voltage of the LC filter composed of L of the inductor 3 and C of the output capacitor 8. Vi is Then, the DC output V O through the LC filter is as follows.
VO＝DVi＝DVg ・・・（２） この（２）式からVgの変動に対しＤを変化させること
により、出力電圧VOを安定させることができる。負荷電
流Ioはインダクタンス３のＬに流れる電流の直流分の平
均値であり、入力電流IiのDT間に流れる電流波形は第２
図（ｃ′）に示すようなパルス状である。DTの期間イン
ダクタンス３のＬに印加される電圧はVg−VOであり、Ｌ
に流れる電流IL1＝Ioは（Vg−VO）/Lの傾きで増加し、D
T間の増加分ΔＩは次のようになる。V O = DVi = DVg (2) From this equation (2), the output voltage V O can be stabilized by changing D with respect to the fluctuation of Vg. The load current Io is the average value of the direct current component of the current flowing in L of the inductance 3, and the current waveform flowing between DT of the input current Ii is the second value.
It has a pulse shape as shown in FIG. The voltage applied to L of the inductance 3 during the DT is Vg−V O , and
Current I L1 = Io increases in the slope of (Vg−V O ) / L,
The increment ΔI between T is as follows.
ΔＩ＝（Vg−VO）DT/L ・・・（３） また（１−Ｄ）Ｔ間の減少分−ΔＩは −ΔＩ＝VO（１−Ｄ）T/L ・・・（４） となり、インダクタンス３のＬに流れる電流Ioは、第２
図（ｄ）に示すようなほぼ三角波となる。ΔI = (Vg−V O ) DT / L (3) Further, the decrease amount between (1−D) T −ΔI is −ΔI = V O (1−D) T / L ・ ・ ・ (4) And the current Io flowing in L of the inductance 3 becomes
It becomes a substantially triangular wave as shown in FIG.
このインダクタンス３のＬに流れる電流の三角波は、
その交流分はコンデンサ８のＣによって吸収されるが、
一部負荷へリップル電流として流れ出る。The triangular wave of the current flowing in L of this inductance 3 is
The AC component is absorbed by C of the capacitor 8,
Ripple current flows out to some loads.
またコンデンサ８のＣには上記三角波電流が流れるの
で、リップル電圧は電流の積分値として出力側に現れ
る。その値ΔＶは電荷の増加分をΔＱとすると次式によ
って表わされ、リップル成分となって出力に現われる。Since the triangular wave current flows through C of the capacitor 8, the ripple voltage appears on the output side as an integrated value of the current. The value ΔV is represented by the following equation, where ΔQ is the increase in charge, and appears as a ripple component in the output.
リップル成分を低減するには、バック型コンバータを
構成するLCフィルタを大きくする必要があった。 In order to reduce the ripple component, it was necessary to enlarge the LC filter that constitutes the buck converter.
したがって小形精密の電子機器などの低リップル電源
としては大形となり、かつリップルの改善が不十分であ
るという欠点があった。Therefore, it has a drawback that it is large in size as a low ripple power source for small precision electronic devices and the ripple is not sufficiently improved.
発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、上記の欠点、すなわち低リップルの
ために回路が大形となり、かつ、リップルの改善が十分
でないという問題点を解決したバック型コンバータを提
供することにある。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention An object of the present invention is to provide a buck converter which solves the above-mentioned drawbacks, namely, the problem that the circuit is large due to the low ripple and the improvement of the ripple is not sufficient. Especially.
問題点を解決するための手段 本発明によれば、入力直流電源の正端子に一端が接続
された第１のスイッチング素子、この第１のスイッチン
グ素子の出力側にカソードが接続されアノードが前記入
力直流電源の負端子に接続された第１のダイオード、前
記第１のスイッチング素子の出力側に一端が接続された
第１のインダクタからなる第１の回路と、 前記第１のインダクタの他端と前記入力直流電源の負
端子との間に接続された出力コンデンサと、 この出力コンデンサの出力電圧により駆動クロツクパ
ルスを発生させて前記第１のスイッチング素子を制御す
るクロックパルス制御部とを含むバック型コンバータで
あって、 第２のスイッチング素子、この第２のスイッチング素
子の出力側にカソードが接続されアノードが前記入力直
流電源の負端子に接続された第２のダイオード、前記第
２のスイッチング素子の出力側に一端が接続された第２
のインダクタからなる第２の回路を更に含み、 この第２の回路を前記第１の回路に並列接続し、前記
クロックパルス制御部から前記第１及び第２のスイッチ
ング素子を駆動クロックパルスにより相補的に制御し、
前記入力直流電源電圧の変化に応じて前記第１及び第２
のスイッチング素子のオン抵抗を制御して出力電圧を安
定化するように構成したことを特徴とするバック型コン
バータが得られる。According to the present invention, according to the present invention, a first switching element having one end connected to a positive terminal of an input DC power supply, a cathode is connected to an output side of the first switching element, and an anode is the input terminal. A first diode connected to the negative terminal of the DC power source, a first circuit having a first inductor having one end connected to the output side of the first switching element, and the other end of the first inductor A buck converter including an output capacitor connected between the negative terminal of the input DC power supply and a clock pulse control unit for controlling the first switching element by generating a drive clock pulse by the output voltage of the output capacitor. A cathode is connected to the output side of the second switching element and the anode is the negative side of the input DC power supply. A second diode connected to the terminal, and a second diode having one end connected to the output side of the second switching element
A second circuit comprising an inductor of the above, the second circuit is connected in parallel to the first circuit, and the clock pulse control section complements the first and second switching elements by a driving clock pulse. Control to
According to the change of the input DC power supply voltage, the first and second
A buck converter characterized in that it is configured so as to stabilize the output voltage by controlling the on resistance of the switching element.
作用 本発明は上述のように構成したので、並列に接続され
た２個のスイッチング素子をクロックパルス電圧制御部
からのデューティ50％のクロックパルス電圧によって相
補的にオン、オフの制御を行い、かつクロックパルスの
低いレベルを制御してスイッチング素子の駆動時のオン
抵抗値を加減することにより、リップルの少ない安定化
された電圧が得られる。Operation Since the present invention is configured as described above, two switching elements connected in parallel are complementarily controlled to be turned on and off by the clock pulse voltage with a duty of 50% from the clock pulse voltage control section, and By controlling the low level of the clock pulse to adjust the ON resistance value when driving the switching element, a stabilized voltage with less ripple can be obtained.
実施例 次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。Embodiments Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の一実施例を回路図で示す第１図を参照する
と、本発明のバック型コンバータは、入力電源１の正端
子に並列に接続する２個のスイッチング素子２および５
と、これらのスイッチング素子夫々の負側にカソード
を、入力電源１の負端子にアノードを接続する２個のダ
イオード４および７と、これらのスイッチング素子２お
よび５とダイオード４および７との接続点の各々に一端
を接続する２個のインダクタンス３および６と、これら
の２個のインダクタンス３および６の他端を共通にした
接続点11と入力電源の負端子との間に接続する出力コン
デンサ８と、この出力電圧を入力とし駆動クロックパル
スφｏおよびφｅを発生させて、各スイッチング素子２
および５を制御するためのクロックパルス電圧制御部９
とからなり、出力コンデンサ８の両端には負荷10が接続
される。Referring to FIG. 1 which is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, a buck converter according to the present invention includes two switching elements 2 and 5 connected in parallel to a positive terminal of an input power supply 1.
And two diodes 4 and 7 connecting a cathode to the negative side of each of these switching elements and an anode to the negative terminal of the input power source 1, and a connection point between these switching elements 2 and 5 and diodes 4 and 7. Two inductances 3 and 6 each having one end connected to each of the two, and an output capacitor 8 connected between a connection point 11 in which the other ends of these two inductances 3 and 6 are common and the negative terminal of the input power supply. And the drive voltage pulses φo and φe are generated by using this output voltage as an input, and each switching element 2
And 9 for controlling the clock pulse voltage
And a load 10 is connected across the output capacitor 8.
次に本実施例の動作について第１図および第１図の各
部の波形を示す第２図を用いて説明する。第２図（ａ）
および（ｂ）に示すデューティ50％の駆動パルスφｏお
よびφｅはそれぞれスイッチング素子２および５に加え
られて半周期毎に互いに相補的にオン、オフの動作を繰
り返す。したがって入力電流波形Iiは従来のスイッチン
グ素子２のみの場合の（ｃ′）に対して第２図（ｃ）の
ようになる。またインダクタンス３および６を流れる電
流波形IL1およびIL2は、第２図の（ｄ）および（ｅ）の
ようになる。したがって出力電流Ioはこれら第２図の
（ｄ）および（ｅ）の和の（ｆ）に示すようになる。Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 2 which shows the waveforms of the respective portions of FIG. Fig. 2 (a)
Drive pulses [phi] o and [phi] e having a duty of 50% shown in (b) and (b) are applied to the switching elements 2 and 5, respectively, and the on / off operation is complemented every half cycle. Therefore, the input current waveform Ii is as shown in FIG. 2 (c) in contrast to (c ') in the case of only the conventional switching element 2. The current waveforms I L1 and I L2 flowing through the inductances 3 and 6 are as shown in (d) and (e) of FIG. Therefore, the output current Io becomes as shown in (f) of the sum of (d) and (e) in FIG.
したがって電流リップルが互いに相殺除去されて零リ
ップルが実現できる。しかしながら、この回路において
は、電圧変換部が並列接続して零リップルを実現する構
成を有するから、従来のように出力電圧をオン、オフの
デューティ比を変えて安定化することはできない。した
がって、デューティを50％に固定し、スイッチング素子
２および５を駆動するクロックパルス電圧の駆動時の低
レベルを制御し、スイッチング素子２および５のオン抵
抗値を変えて、入力電圧変動に対し、出力電圧の安定化
を図るようにする。オン抵抗によるスイッチング素子２
および５のオン電圧変化量をVON、デューティを とすると（１）式からVi＝Vg−VONを、また（２）式か
ら が得られ、したがってVgの変化に対しVONを制御するこ
とでVoの安定化を図ることができる。Therefore, the current ripples are canceled out by each other and a zero ripple can be realized. However, in this circuit, since the voltage conversion units are connected in parallel to realize zero ripple, the output voltage cannot be stabilized by changing the ON / OFF duty ratio as in the conventional case. Therefore, the duty is fixed at 50%, the low level at the time of driving the clock pulse voltage for driving the switching elements 2 and 5 is controlled, the ON resistance value of the switching elements 2 and 5 is changed, and the input voltage fluctuation is Try to stabilize the output voltage. Switching element 2 with ON resistance
The ON voltage change amount of 5 and 5 is V ON , and the duty is Then, from equation (1), Vi = Vg−V ON , and from equation (2), Therefore, Vo can be stabilized by controlling V ON with respect to changes in Vg.
発明の効果 以上に説明したように、本発明によれば、互いに補足
的動作をする２組のスイッチング素子、インダクタンス
およびダイオードから成る回路を並列に接続することに
より、出力端におけるリップル電流およびリップル電流
に起因するリップル電圧を大幅に改善できる効果があ
り、またLCフィルタの小型化が可能になるという効果が
ある。As described above, according to the present invention, the ripple current and the ripple current at the output end are connected by connecting in parallel a circuit composed of two sets of switching elements, inductances and diodes that perform complementary operations. This has the effect of significantly improving the ripple voltage caused by the above, and also has the effect of enabling downsizing of the LC filter.
第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図は第１図の
各部の波形図である。 １……入力電源、2,5……スイッチング素子、3,6……イ
ンダクタンス、4,7……ダイオード、８……出力コンデ
ンサ、９……クロックパルス電圧制御部、10……負荷、
11……インダクタンスの出力側共通接続点、（ａ）……
スイッチング素子２の駆動パルスφｏ、（ｂ）……スイ
ッチング素子５の駆動パルスφｅ、（ｃ）……入力電流
Ii、（ｄ）……インダクタンス３を流れる電流波形
IL1、（ｅ）……インダクタンス６を流れる電流波形
IL2、（ｆ）……出力電流波形Io、（ｃ′）……従来回
路の入力電流波形Ii。FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a waveform diagram of each part of FIG. 1 ... Input power supply, 2,5 ... Switching element, 3,6 ... Inductance, 4,7 ... Diode, 8 ... Output capacitor, 9 ... Clock pulse voltage controller, 10 ... Load,
11 …… Common connection point for output side of inductance, (a) ……
Drive pulse φo for switching element 2, (b) ... Drive pulse φe for switching element 5, (c) ... Input current
Ii, (d) ... Current waveform flowing through inductance 3
I L1 , (e) ... Current waveform flowing through the inductance 6
I L2 , (f) ... output current waveform Io, (c ') ... conventional circuit input current waveform Ii.
Claims (1)
第１のスイッチング素子、この第１のスイッチング素子
の出力側にカソードが接続されアノードが前記入力直流
電源の負端子に接続された第１のダイオード、前記第１
のスイッチング素子の出力側に一端が接続された第１の
インダクタからなる第１の回路と、 前記第１のインダクタの他端と前記入力直流電源の負端
子間に接続された出力コンデンサと、 この出力コンデンサの出力電圧により駆動クロツクパル
スを発生させて前記第１のスイッチング素子を制御する
クロックパルス制御部とを含むバック型コンバータであ
って、 第２のスイッチング素子、この第２のスイッチング素子
の出力側にカソードが接続されアノードが前記入力直流
電源の負端子に接続された第２のダイオード、前記第２
のスイッチング素子の出力側に一端が接続された第２の
インダクタからなる第２の回路を更に含み、 この第２の回路を前記第１の回路に並列接続し、前記ク
ロックパルス制御部から前記第１及び第２のスイッチン
グ素子を駆動クロックパルスにより相補的に制御し、前
記入力直流電源電圧の変化に応じて前記第１及び第２の
スイッチング素子のオン抵抗を制御して出力電圧を安定
化するように構成したことを特徴とするバック型コンバ
ータ。1. A first switching element having one end connected to a positive terminal of an input DC power supply, a cathode connected to an output side of the first switching element, and an anode connected to a negative terminal of the input DC power supply. First diode, said first
A first circuit having a first inductor whose one end is connected to the output side of the switching element, and an output capacitor connected between the other end of the first inductor and the negative terminal of the input DC power supply, A buck-type converter including a clock pulse control unit that generates a drive clock pulse by an output voltage of an output capacitor to control the first switching element, the second switching element having an output side of the second switching element. A second diode having a cathode connected to the anode and an anode connected to the negative terminal of the input DC power supply;
Further comprising a second circuit having a second inductor whose one end is connected to the output side of the switching element of the second circuit, the second circuit being connected in parallel to the first circuit, and being connected from the clock pulse controller to the first circuit. The first and second switching elements are complementarily controlled by a drive clock pulse, and the on-resistances of the first and second switching elements are controlled according to changes in the input DC power supply voltage to stabilize the output voltage. A buck converter having the above-mentioned configuration.
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Publications (2)
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Country Status (1)
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Families Citing this family (3)
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