JP4214294B2 - DC / DC converter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば急激な負荷変動や短絡時において、負荷電流が増加して過電流状態に陥ったときに、負荷電流を強制的に制限してコンバータ内部の回路素子を保護する過電流保護機能を付加したDC/DCコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般にこの種のDC/DCコンバータにおいて、とりわけフライバックコンバータは、例えば特許文献1や特許文献2などに開示されるように、主スイッチング素子のオン期間中に一次巻線のインダクタンスにエネルギーを蓄積し、主スイッチング素子がオフになると、二次巻線から整流ダイオードを介して平滑コンデンサおよび負荷にエネルギーを供給するもので、トランスの二次側にある出力回路が、整流ダイオードと平滑コンデンサだけで構成され、回路構成が簡単であることから、数百W以下の電源装置に幅広く利用されている。
【0003】
特に最近の動向として、出力の低電圧大電流化が脚光を浴びてきているが、その場合はトランスの一次巻線と二次巻線との間の巻数比が大きくなり、それに伴ってトランスコアの漏れ磁束が増加する。この漏れ磁束を有効に利用したものとして、例えば上記特許文献1では、スイッチング素子のオフ時にトランスの一次巻線に生じるリーケージエネルギーをキャパシタに充電し、キャパシタの充電電圧をパルストランスに断続的に印加することで、別の小電力源を得るようにしている。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−236738号公報
【特許文献2】
特開平11−98832号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のフライバックコンバータにおいては、負荷電流が増加して過電流状態に陥ったときに、負荷電流を強制的に制限してコンバータ内部の回路素子を保護する過電流保護機能を備えている。しかし、こうした過電流保護機能を実現するには、負荷電流を検出するカレントトランスなどの電流検出器と、電流検出器からの検出信号が所定のレベルに達したら、主スイッチング素子へのパルス駆動信号の導通幅を狭める過電流保護回路とを必要とするため、その設計が非常に複雑になるという問題を抱えていた。
【0006】
そこで本発明は、トランスの漏れインダクタンスを利用して、過電流保護の設計を簡単に行なうことができるDC/DCコンバータを提供することを、その第1の目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1におけるDC/DCコンバータは、上記目的を達成するために、スイッチング素子をスイッチングすることにより、トランスの一次巻線に入力電圧を断続的に印加し、このトランスの二次巻線に伝送されたエネルギーを負荷に出力電圧として供給するとともに、前記出力電圧を安定化させるために、前記スイッチング素子へのパルス駆動信号の導通時比率を可変制御する制御手段を備えたDC/DCコンバータにおいて、前記パルス駆動信号の導通時比率が増加するのに伴い、漏れインダクタンスに蓄えられていたエネルギーを放出する期間の時比率が増加するように、前記トランスを構成したものである。
【0008】
この場合、負荷電流が増加して出力電圧が低下すると、スイッチング素子がオンする期間の時比率を増加させるように制御を行なうが、トランスに意図的な漏れインダクタンスを持たせることによって、この漏れインダクタンスに蓄えられていたエネルギーを放出する期間の時比率が増加し、出力電圧が頭打ちとなる。そのため、専用の電流検出器や過電流保護回路を設けなくても、コンバータ内部において負荷電流を制限する自己限流作用を生じさせることができる。
【0009】
また、本発明の請求項1のDC/DCコンバータは、前記目的を達成するために、第1のダイオードおよび第1のスイッチング素子からなる直列回路と、第2のダイオードおよび第2のスイッチング素子からなる直列回路をそれぞれ直流電源に接続し、前記第1のダイオードおよび第1のスイッチング素子の接続点と、前記第2のダイオードおよび第2のスイッチング素子の接続点との間に、漏れインダクタンスが存在するトランスの一次巻線を接続し、負荷に出力電圧を供給する整流平滑回路を前記トランスの二次巻線に接続し、前記第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子が共にオンする第1の期間に、前記トランスにエネルギーを蓄え、その後前記第1のスイッチング素子だけがオンする第2の期間に、前記トランスに蓄えられたエネルギーを保持し、その後第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子が共にオフする第3の期間に、前記トランスに蓄えられたエネルギーを前記二次巻線から前記整流平滑回路に伝送するように構成し、固定したスイッチング周期で前記第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子をスイッチング動作させると共に、前記出力電圧に応じて前記第1の期間の時比率を可変制御する一方で、前記第3の期間の時比率を固定する制御手段を備えている。
【0010】
この場合、負荷電流が増加して出力電圧が低下すると、第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子が共にオンする期間の時比率を増加させるように制御を行なうが、トランスに意図的な漏れインダクタンスがあるため、この漏れインダクタンスに蓄えられていたエネルギーを放出する第3の期間の時比率が増加し、出力電圧が頭打ちとなる。そのため、とりわけ出力電圧の低電圧大電流化に伴いトランスの漏れ磁束が多くなるフライバック式のDC/DCコンバータにおいて、専用の電流検出器や過電流保護回路を設けなくても、トランスの漏れインダクタンスを上手く利用して、コンバータ内部において負荷電流を制限する自己限流作用を生じさせることができる。
【0011】
【発明の実施形態】
以下、本発明における好ましいDC/DCコンバータの一実施態様について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0012】
回路全体の構成を示す図1において、1は直流入力電圧Vinをフライバックコンバータに供給する直流電源で、この直流電源1の両端間には、ダイオード2と第1のスイッチング素子であるMOS型FET(以下、単にFETという)3との直列回路が接続されると共に、第2のスイッチング素子であるFET11と別のダイオード12との直列回路が接続される。より具体的には、直流電源1のプラス側端子にダイオード2のカソードを接続し、このダイオード2のアノードとFET3のドレインを接続し、FET3のソースを接地された直流電源1のマイナス側端子に接続している。また、直流電源1のプラス側端子にFET11のドレインを接続し、このFET11のソースとダイオード12のカソードを接続し、ダイオード12のアノードを直流電源1のマイナス側端子に接続している。
【0013】
5は電力伝送用のトランスで、これは一次巻線5aと二次巻線5bが電磁気的に結合され、漏れ磁束に起因する一次側の漏洩インダクタンス4を一次巻線5aと直列に接続し、二次側の漏洩インダクタンス4bを二次巻線5bと直列に接続すると共に、励磁電流Imが流れる励磁インダクタンス7を一次巻線5aと並列に接続している。そして、漏洩インダクタンス4と、トランス5の一次巻線5aと、抵抗6の直列回路が、ダイオード2とFET3の接続点とFET11とダイオード12の接続点との間に接続される。
【0014】
一方、トランス5の二次巻線5bには、整流ダイオード8と平滑コンデンサ9からなる整流平滑回路が接続される。整流ダイオード8は、トランス5の一次巻線5aの非ドット側から電流が流れ込んでいるときに導通して、平滑コンデンサ9や、この平滑コンデンサ9の両端間に接続する負荷抵抗10にエネルギーを供給するものである。
【0015】
前記負荷抵抗10の両端間に発生する直流出力電圧Voを一定に保つための帰還ループとして、固定した周期でスイッチング動作する各FET3,11のパルス導通幅を、出力電圧Voに応じて可変制御する制御回路13が設けられる。ここでの制御回路13は、FET3,11を同時にターンオンさせた後、出力電圧Voに応じて変動するタイミングでFET11をFET3よりも先にターンオフさせ、FET3がターンオフしてから次にFET3,11が同時にターンオンする期間が一定となるように、各FET3,11にパルス駆動信号を供給するものである。これにより、双方のFET3,11のスイッチング周期と、共にオフする期間は、出力電圧Voの変動に拘らず一定となるが、出力電圧Voが低下するに従って、双方のFET3,11が共にオンする期間は増大し、FET3だけがオンする期間は減少する。逆に出力電圧Voが上昇した場合は、双方のFET3,11が共にオンする期間は減少し、FET3だけがオンする期間は増大する。こうして、トランス5に蓄えられるエネルギー量を調整することで、出力電圧Voの安定化を図っている。
【0016】
上記構成について、その動作を図2〜図4の各回路図と図5に示す波形図に基づき説明する。なお図2〜図4は、後述するエネルギー蓄積期間DT,エネルギー保持期間(1−DT−KT),エネルギー放電期間KTにおける電流の流れをそれぞれ示したものである。また図5は、上段よりFET3,11が共にオンする期間のゲート・ソース間電圧,FET3だけがオンする期間のゲート・ソース間電圧,抵抗6若しくは漏れインダクタンス4aを流れる一次電流Ip,トランス5の二次巻線5bを流れる二次電流Is,励磁インダクタンス7を流れる励磁電流Im,一次巻線5aのドット側に発生するトランス電圧Vpである。さらに、図5におけるTは、FET3,11のスイッチング周期を示し、状態1および状態2におけるエネルギー蓄積期間の時比率をD,状態4および状態5におけるエネルギー放電期間の時比率をKとする。したがって、エネルギー蓄積期間は時比率Dと周期Tとの積DTで表わされ、エネルギー放電期間は時比率Kと周期Tとの積KTで表わされ、状態3のエネルギー保持期間は、一周期の残りの時間(1−DT−KT)で表わされる。
【0017】
図5に示す状態1において、FET3およびFET11の各ゲートにH(高)レベルのパルス駆動信号が供給され、これらのFET3およびFET11が同時にターンオンすると、図2の実線で示すように、直流電源1→FET11→抵抗6→トランス5の一次巻線5aと励磁インダクタンス7→FET3の向きで一次電流Ipが流れるが、始めは図2の点線で示すように、トランス5の二次巻線5b側にある漏れインダクタンス4bによって、二次電流Isは直ちに零にはならず、反対方向に流れる一次電流Ipとコミュテーションすなわち打ち消されながら減少する。そして、漏れインダクタンス4bのエネルギーがダイオード8および一次巻線5aを介して全て放出され、二次電流Isが零になると、図5に示す状態2に移行し、引き続き直流電源1→FET11→抵抗6→トランス5の一次巻線5aと励磁インダクタンス7→FET3の向きで一次電流Ipが流れる。このとき、ダイオード8は非導通となるため、二次電流Isは零のままとなる。この状態1および状態2は、トランス5の励磁インダクタンス7にエネルギーが蓄積されるエネルギー蓄積期間DTとなる。
【0018】
その後、図5に示す状態3において、FET11のゲートにLレベルのパルス駆動信号を供給し、FET11のみターンオフさせると、今度はトランス5の励磁インダクタンス7を流れる励磁電流Imによって、ダイオード12およびFET3を通して、FET11がターンオフする直前の一次電流Ipを一定に流し続けようとする慣性が作用し、励磁インダクタンス7に蓄えられたエネルギーが保持される。ここでの一次電流Ipの流れは、図3の実線で示されている。したがって状態3は、励磁インダクタンス7のエネルギーを保持するエネルギー保持期間(1−DT−KT)となる。
【0019】
続く図5に示す状態4において、FET3のゲートにもLレベルのパルス駆動信号を供給し、双方のFET3,11をオフ状態にすると、図4の実線に示すように、トランス5の漏れインダクタンス4aにより、ダイオード12→抵抗6→トランス5の一次巻線5a→ダイオード2→直流電源1の向きで一次電流Ipが流れ、一次電流Ipと二次電流Isがコミュテーションされながら、直流電源1に漏れインダクタンス4aのエネルギーが回生する。
【0020】
そして、漏れインダクタンス4aのエネルギーが全て放出して、その回生電流(すなわち一次電流Ip)が零になると、図5に示す状態5に移行し、励磁インダクタンス7を流れる励磁電流Imが一次巻線5aから二次巻線5bに伝送され、励磁インダクタンス7に蓄えられていたエネルギーが、ダイオード8を介して平滑コンデンサ9や負荷抵抗10に供給される。従って、この状態4および状態5は、トランス5の漏れインダクタンス4aや励磁インダクタンス7に蓄えられていたエネルギーが放出するエネルギー放出期間KTに相当する。本実施例では、このエネルギー放出期間KTを固定値Kに設定している。
【0021】
ここで、所定の漏れインダクタンス4a,4bが存在する本実施例のフライバックコンバータにおける入出力電圧変換比Mnと、従来方式の漏れインダクタンスが実質上存在しない一般的なフライバックコンバータにおける入出力電圧変換比Mcの各関係式を、数1および数2に示す。なお、本実施例に適用する数1の関係式は、拡張状態平均化法を用いて求めたものである。
【0022】
【数1】
【0023】
【数2】
【0024】
なお、上記数1において、Dはエネルギー蓄積期間の時比率,Kはエネルギー放電期間の時比率,kはトランス5の結合係数,Jは状態1の電流コミュテーション期間における時比率,Fは状態4の電流コミュテーション期間における時比率である。また数2において、Dはエネルギー蓄積期間の時比率,D’はエネルギー放電期間の時比率(D’=1−D)である。
【0025】
また上記数1において、漏れインダクタンス4a,4bの一周期にわたる電圧時間積が零である条件から、2つの電流コミュテーション期間における時比率J,Fの関係式は、次の数3にて表わせる。
【0026】
【数3】
【0027】
さらに、内部損失がないものと仮定した場合の負荷抵抗10の一次換算値Rを、数4に示す。なお、ここでのTはFET3,11のスイッチング周期であり、またLはトランス5の自己インダクタンスである。
【0028】
【数4】
【0029】
上記数1,数3および数4の各関係式に基づき、K=0.5,k=0.98,R=30Ωを代入した場合の入出力電圧変換比Mnと、2つの電流コミュテーション期間における時比率J,Fの各計算値を、図6のグラフにそれぞれ示す。なお比較のために、図6には数2で求めた従来の入出力電圧変換比Mcも示してある。
【0030】
上記数式や図6からも明らかなように、本実施例のような漏れインダクタンス4a,4bが存在する場合は、漏れインダクタンスが存在しない従来方式の回路例に比べて入出力電圧変換比Mnが低下し、かつ負荷抵抗10によって入出力電圧変換比Mnが変化することがわかる。特に、FET3,11を共にオンする期間のデユーティすなわち時比率Dが増加するに従って、状態1の電流コミュテーション期間における時比率Jの増加割合が大きくと共に、状態4の電流コミュテーション期間における時比率Fの増加割合が著しく大きくなる。とりわけ時比率Fの増加割合が大きくなる領域では、数1より入出力電圧変換比Mnの増加割合が小さくなり、時比率Dによって出力電圧Voを制御できなくなる自己限流作用を生じる。ここで、最大時比率Dmaxで制限した場合の自己垂下特性を図7に示す。
【0031】
図6および図7には、実験に用いたフライバックコンバータの測定値も示してある(四角のプロットを参照)。このフライバックコンバータのスイッチング周波数fsは300kHz,出力側にある平滑コンデンサ9の静電容量Coは72μF,自己インダクタンスLは57μH,一次巻線5aと二次巻線5bとの巻数比Nは9,入力電圧Vinは60V,出力電圧Voは3.3V,負荷抵抗10の抵抗値RLは0.37Ω(一次換算値Rは30Ω)である。なお、図7の測定値は、最大時比率Dmax=0.25とした場合の垂下特性をプロットしたものである。図6および図7のいずれの測定結果においても、計算値とほぼ一致していて解析の妥当性が確認されている。
【0032】
因みに、従来方式のフライバックコンバータにおいて、入出力電圧変換比Mcは出力電圧Voと入力電圧Vinとの比だけで決定され、負荷抵抗10には無関係である。したがって、負荷抵抗10の抵抗値が急激に変動したり短絡して過電流状態に陥っても、フライバックコンバータ内部での自己限流作用は生じない。一方、本実施例におけるフライバックコンバータは、負荷電流が増加して出力電圧Voが低下すると、制御手段に相当する制御回路13により、FET3,11が共にオンする期間の時比率Dを増加させるように制御を行なうが、トランス5の漏れインダクタンス4a,4bの存在により、これらの漏れインダクタンス4a,4bに蓄えられていたエネルギーを放出する期間、すなわちトランス5の一次側と二次側で電流がコミュテーションする期間の時比率F,Jが増加し、入出力電圧変換比Mnひいては出力電圧Voが頭打ちとなる。そのため、専用の電流検出器や過電流保護回路を設けなくても、フライバックコンバータ内部において負荷電流を制限する自己限流作用が生じ、こうした効果を利用することで、過電流保護機能の設計を非常に簡単に実現することができる。
【0033】
以上のように本実施例では、スイッチング素子であるFET3,11をスイッチングすることにより、トランス5の一次巻線5aに入力電圧Vinを断続的に印加し、このトランス5の二次巻線5bに伝送されたエネルギーを負荷である負荷抵抗10に出力電圧Voとして供給するとともに、この出力電圧Voを安定化させるために、FET3,11へのパルス駆動信号の導通時比率Dを可変制御する制御手段としての制御回路13を備えたDC/DCコンバータにおいて、FET3,11へのパルス駆動信号の導通時比率Dが増加するのに伴い、漏れインダクタンス4a,4bに蓄えられていたエネルギーを放出する期間の時比率F,Jが増加するように、トランス5を構成している。
【0034】
この場合、負荷電流が増加して出力電圧Voが低下すると、FET3,11がオンする期間の時比率Dを増加させるように制御を行なうが、トランス5に意図的な漏れインダクタンス4a,4bを持たせることによって、この漏れインダクタンス4a,4bに蓄えられていたエネルギーを放出する期間の時比率F,Jが増加し、出力電圧Voが頭打ちとなる。そのため、専用の電流検出器や過電流保護回路を設けなくても、コンバータ内部において負荷電流を制限する自己限流作用が生じる。したがって、トランス5の漏れインダクタンス4a,4bを利用して、過電流保護の設計を簡単に行なうことができる。
【0035】
また本実施例では、第1のダイオード2および第1のスイッチング素子であるFET3からなる直列回路と、第2のダイオード12および第2のスイッチング素子であるFET11からなる直列回路をそれぞれ直流電源1に接続し、第1のダイオード2およびFET3の接続点と、第2のダイオード12およびFET11の接続点との間に、漏れインダクタンス4a,4bが存在するトランス5の一次巻線5aを接続し、負荷である負荷抵抗10に出力電圧を供給する整流平滑回路(整流ダイオード8および平滑コンデンサ9)をトランス5の二次巻線5bに接続し、FET3,11が共にオンする第1の期間(状態1,2)に、トランス5にエネルギーを蓄え、その後FET3だけがオンする第2の期間(状態3)に、トランス5に蓄えられたエネルギーを保持し、その後FET3,11が共にオフする第3の期間(状態4,5)に、トランス5に蓄えられたエネルギーを二次巻線5bから整流平滑回路に伝送するように構成し、固定したスイッチング周期でFET3,11をスイッチング動作させると共に、出力電圧Voに応じて第1の期間の時比率Dを可変制御する一方で、第3の期間の時比率Kを固定する制御手段としての制御回路13を備えている。
【0036】
この場合、負荷電流が増加して出力電圧Voが低下すると、FET3,11が共にオンする期間の時比率Dを増加させるように制御を行なうが、トランス5に意図的な漏れインダクタンス4a,4bがあるため、この漏れインダクタンス4a,4bに蓄えられていたエネルギーを放出する第3の期間の時比率J,Fが増加し、出力電圧Voが頭打ちとなる。そのため、とりわけ出力電圧Voの低電圧大電流化に伴いトランス5の漏れ磁束が多くなるフライバック式のDC/DCコンバータにおいて、専用の電流検出器や過電流保護回路を設けなくても、トランス5の漏れインダクタンス4a,4bを上手く利用して、コンバータ内部において負荷電流を制限する自己限流作用を生じさせることができる。したがって、フライバック式のDC/DCコンバータにおけるトランス5の漏れインダクタンス4a,4bを利用して、過電流保護の設計を簡単に行なうことができる。
【0037】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、実施例ではフライバックコンバータについて説明したが、他の例えばフォワードコンバータや、ハーフブリッジコンバータ,フルブリッジコンバータ等にも適用することができる。またスイッチング素子は、実施例におけるMOS型FETに限らず、例えばトランジスタなどを利用してもよい。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1のDC/DCコンバータにより、トランスの漏れインダクタンスを利用して、過電流保護の設計を簡単に行なうことができる。
【0039】
また、本発明の請求項1のDC/DCコンバータは、トランスの漏れインダクタンスを利用して、過電流保護の設計を簡単に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の一例を示すDC/DCコンバータの回路図である。
【図2】同上、エネルギー蓄積期間の電流の流れを表わした図1の回路図である。
【図3】同上、エネルギー保持期間の電流の流れを表わした図1の回路図である。
【図4】同上、エネルギー放電期間の電流の流れを表わした図1の回路図である。
【図5】同上、各部の波形図である。
【図6】同上、入出力電圧変換比と、2つの電流コミュテーション期間における時比率の各計算値と測定値を示すグラフである。
【図7】同上、最大時比率で制限した場合の自己垂下特性を示すグラフである。
【符号の説明】
2 第1のダイオード
3 FET(スイッチング素子,第1のスイッチング素子)
4a,4b 漏れインダクタンス
5 トランス
8 整流ダイオード(整流平滑回路)
9 平滑コンデンサ(整流平滑回路)
11 FET(スイッチング素子,第2のスイッチング素子)
12 第2のダイオード
13 制御回路(制御手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides an overcurrent protection function for forcibly limiting the load current and protecting circuit elements inside the converter when the load current increases and falls into an overcurrent state, for example, during a sudden load fluctuation or short circuit. It is related with the DC / DC converter which added.
[0002]
[Prior art]
In general, in this type of DC / DC converter, in particular, a flyback converter stores energy in the inductance of the primary winding during the ON period of the main switching element, as disclosed in, for example,
[0003]
In particular, as a recent trend, low-voltage and large-current output has attracted attention. In that case, the turns ratio between the primary and secondary windings of the transformer has increased, and accordingly, the transformer core The leakage magnetic flux increases. For example, in
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-236738 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-98832
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above flyback converter has an overcurrent protection function for forcibly limiting the load current and protecting the circuit elements inside the converter when the load current increases and falls into an overcurrent state. . However, in order to realize such an overcurrent protection function, a current detector such as a current transformer for detecting a load current and a pulse drive signal to the main switching element when the detection signal from the current detector reaches a predetermined level. In order to require an overcurrent protection circuit that narrows the conduction width, the design has become very complicated.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, a first object of the present invention is to provide a DC / DC converter in which overcurrent protection can be easily designed using the leakage inductance of a transformer.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a DC / DC converter according to
[0008]
In this case, when the load current increases and the output voltage decreases, control is performed so as to increase the time ratio of the period during which the switching element is turned on, but this leakage inductance is provided by providing the transformer with an intentional leakage inductance. The time ratio of the period during which the energy stored in is released increases, and the output voltage reaches its peak. Therefore, a self-current limiting action for limiting the load current can be generated inside the converter without providing a dedicated current detector or overcurrent protection circuit.
[0009]
In order to achieve the above object, a DC / DC converter according to
[0010]
In this case, when the load current increases and the output voltage decreases, the control is performed so as to increase the time ratio of the period in which both the first switching element and the second switching element are turned on. Since there is an inductance, the time ratio of the third period for releasing the energy stored in the leakage inductance increases, and the output voltage reaches a peak. Therefore, especially in flyback DC / DC converters where the leakage flux of the transformer increases as the output voltage becomes lower and the current increases, the leakage inductance of the transformer can be obtained without providing a dedicated current detector or overcurrent protection circuit. Can be used to generate a self-current limiting action that limits the load current within the converter.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of a DC / DC converter according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0012]
In FIG. 1 showing the configuration of the entire circuit,
[0013]
[0014]
On the other hand, a rectifying and smoothing circuit including a rectifying
[0015]
As a feedback loop for keeping the DC output voltage Vo generated across the
[0016]
The operation of the above configuration will be described based on the circuit diagrams of FIGS. 2 to 4 and the waveform diagrams shown in FIG. 2 to 4 show current flows in an energy storage period DT, an energy holding period (1-DT-KT), and an energy discharge period KT, which will be described later. 5 shows the gate-source voltage during the period when both
[0017]
In the
[0018]
Thereafter, in the
[0019]
In the subsequent state 4 shown in FIG. 5, when an L-level pulse drive signal is also supplied to the gate of the
[0020]
When all the energy of the
[0021]
Here, the input / output voltage conversion ratio Mn in the flyback converter of the present embodiment in which the
[0022]
[Expression 1]
[0023]
[Expression 2]
[0024]
In
[0025]
Further, in the
[0026]
[Equation 3]
[0027]
Furthermore, the primary conversion value R of the
[0028]
[Expression 4]
[0029]
Based on the relational expressions of Equations (1), (3), and (4), the input / output voltage conversion ratio Mn when K = 0.5, k = 0.98, R = 30Ω is substituted, and the time ratio J in the two current commutation periods , F are shown in the graph of FIG. For comparison, FIG. 6 also shows a conventional input / output voltage conversion ratio Mc obtained by
[0030]
As is clear from the above formula and FIG. 6, when the
[0031]
6 and 7 also show the measured values of the flyback converter used in the experiment (see square plot). The switching frequency fs of this flyback converter is 300 kHz, the electrostatic capacity Co of the smoothing
[0032]
Incidentally, in the conventional flyback converter, the input / output voltage conversion ratio Mc is determined only by the ratio between the output voltage Vo and the input voltage Vin, and is irrelevant to the
[0033]
As described above, in this embodiment, by switching the
[0034]
In this case, when the load current increases and the output voltage Vo decreases, control is performed so as to increase the time ratio D of the period during which the
[0035]
In this embodiment, the
[0036]
In this case, when the load current increases and the output voltage Vo decreases, control is performed so as to increase the time ratio D of the period during which both
[0037]
In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible. For example, although the flyback converter has been described in the embodiment, the present invention can be applied to other forward converters, half bridge converters, full bridge converters, and the like. Further, the switching element is not limited to the MOS type FET in the embodiment, and for example, a transistor or the like may be used.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, with the DC / DC converter according to the first aspect of the present invention, overcurrent protection can be easily designed using the leakage inductance of the transformer.
[0039]
Further, the DC / DC converter according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a DC / DC converter showing an example of an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram of FIG. 1 showing the flow of current during the energy storage period. FIG.
3 is a circuit diagram of FIG. 1 showing the flow of current during the energy holding period. FIG.
4 is a circuit diagram of FIG. 1 showing the flow of current during the energy discharge period. FIG.
FIG. 5 is a waveform diagram of each part of the above.
FIG. 6 is a graph showing input / output voltage conversion ratios and calculated values and measured values of duty ratios in two current commutation periods.
FIG. 7 is a graph showing the self-sag characteristics when the maximum duty ratio is limited.
[Explanation of symbols]
2
4a,
9 Smoothing capacitor (rectifying smoothing circuit)
11 FET (switching element, second switching element)
12 Second diode
13 Control circuit (control means)
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