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JP6963252B2 - Chopper type DC / DC converter and space chopper type DC / DC converter - Google Patents
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JP6963252B2 - Chopper type DC / DC converter and space chopper type DC / DC converter - Google Patents

Chopper type DC / DC converter and space chopper type DC / DC converter Download PDF

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Description

本発明は、DC/DCコンバータ(直流電圧変換器)に関し、特にPOL(Point of Load)用途に好適であって、かつ、宇宙用電子機器に好適なチョッパ型のDC/DCコンバータに関する。 The present invention relates to a DC / DC converter (DC voltage converter), and more particularly to a chopper type DC / DC converter suitable for POL (Point of Load) applications and suitable for space electronic devices.

車両搭載用等汎用のチョッパ型のDC/DCコンバータについては、例えば特許文献1の特開2006−340582号公報「DC/DCコンバータ及び車両用電源装置」に開示されている。特許文献1の図1には、第1の入力系統(11)におけるMOSFETQ1〜Q4および第2の入力系統(12)におけるMOSFETQ5のスイッチングを、両入力系統に共通の制御装置(21)により行い、第1の入力系統(11)では絶縁出力を生成し、第2の入力系統(12)では非絶縁出力を生成し、絶縁出力または非絶縁出力の何れか一方を選択して、出力部(10)から外部に直流電力を供給するチョッパ型DC/DCコンバータが示されている。制御装置(21)は、MOSFETやトランジスタ等のスイッチング素子のON/OFFを行うスイッチング制御手段であり、DC/DCコンバータ制御IC(集積回路)などの名称で広く知られている。この制御装置(21)は、PWM(Pulse Width Modulation,パルス幅変調)方式またはPFM(Pulse Frequency Modulation,パルス周波数変調)でスイッチング素子のON/OFF制御を行う。本願では、スイッチング素子のON/OFF制御を行うスイッチング制御手段をDC/DCコンバータ制御用IC(または、略して「制御IC」)と称することとする。 A general-purpose chopper-type DC / DC converter for vehicle mounting and the like is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-340582 "DC / DC converter and power supply device for vehicles" of Patent Document 1. In FIG. 1 of Patent Document 1, the MOSFETs Q1 to Q4 in the first input system (11) and the MOSFET Q5 in the second input system (12) are switched by a control device (21) common to both input systems. The first input system (11) generates an isolated output, the second input system (12) generates a non-insulated output, and either the insulated output or the non-insulated output is selected to select the output unit (10). ) Chopper type DC / DC converter that supplies DC power to the outside is shown. The control device (21) is a switching control means for turning on / off switching elements such as MOSFETs and transistors, and is widely known as a DC / DC converter control IC (integrated circuit). This control device (21) controls ON / OFF of the switching element by a PWM (Pulse Width Modulation) method or a PFM (Pulse Frequency Modulation). In the present application, a switching control means for controlling ON / OFF of a switching element is referred to as a DC / DC converter control IC (or "control IC" for short).

このようなチョッパ型のDC/DCコンバータは宇宙用POL DC/DCコンバータとしても実用されている。ロケットや衛星等の宇宙用電子機器に搭載される電子部品は、宇宙空間で健全な動作を行うために、放射線、真空環境、低温および高温環境、並びにロケット打ち上げ時の振動環境に耐えうる性能を有する必要がある。このため、一般的に使用される汎用の電子部品は使用することが困難であり、高度の環境試験を経て、宇宙環境下で耐性があると認証された特有の電子部品が使用されている。 Such a chopper-type DC / DC converter is also put into practical use as a space POL DC / DC converter. Electronic components mounted on space electronic devices such as rockets and satellites have the performance to withstand radiation, vacuum environment, low and high temperature environments, and vibration environment at the time of rocket launch in order to perform sound operation in outer space. Must have. For this reason, it is difficult to use general-purpose electronic components that are generally used, and unique electronic components that have been certified to be resistant in the space environment after undergoing advanced environmental tests are used.

宇宙用DC/DCコンバータにおいては、他回路で発生した故障の影響を低減し、また他の回路から混入するノイズの遮断が容易な絶縁型DC/DCコンバータの需要が多い。他方、マイクロコントローラやASICのような高性能な半導体には、低電圧大電流で作動するDC/DCコンバータが求められるので、低電圧大電流の要求にも対応可能なように、半導体の近傍に配置されるPOL(Point of Load)の非絶縁型DC/DCコンバータが宇宙用電子機器に現用されている。 In space DC / DC converters, there is a great demand for isolated DC / DC converters that reduce the effects of failures that occur in other circuits and that can easily block noise mixed in from other circuits. On the other hand, high-performance semiconductors such as microcontrollers and ASICs require DC / DC converters that operate at low voltage and large current, so they are located near the semiconductor so that they can meet the demand for low voltage and large current. The POL (Point of Load) non-isolated DC / DC converter to be arranged is currently used in space electronic devices.

特開2006−340582号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-340582

上述のように、宇宙用電子部品は非常に高度な耐環境試験を経て実用化されている。非絶縁型の宇宙用POL DC/DCコンバータが宇宙用電子部品として既に認定され、実用されている。そこで、現用の非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータの設計資産および部品(制御ICなど)を活用し、絶縁型DC/DCコンバータを実現することが望まれる。図2は、現用の宇宙用POL DC/DCコンバータを活用して考案された絶縁出力が可能なDC/DCコンバータを示す回路図である。図2には、非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータがPOL適用回路A、このPOL適用回路Aに追加することにより絶縁出力を可能にした回路を追加回路Bとして、それぞれ破線で囲んで示してある。 As mentioned above, space electronic components have been put into practical use after undergoing extremely advanced environmental resistance tests. Non-insulated space POL DC / DC converters have already been certified and put into practical use as space electronic components. Therefore, it is desired to realize an insulated DC / DC converter by utilizing the design assets and parts (control IC, etc.) of the current non-insulated space POL DC / DC converter. FIG. 2 is a circuit diagram showing a DC / DC converter capable of isolated output, which was devised by utilizing a current space POL DC / DC converter. In FIG. 2, the non-isolated space POL DC / DC converter is shown as the POL application circuit A, and the circuit that enables the insulation output by adding to the POL application circuit A is shown as the additional circuit B, each surrounded by a broken line. There is.

POL適用回路Aにおいて、1は制御IC(PWM―IC)、Q1,Q2はMOSFET、T1はトランス、n1はトランスT1の一次巻線(巻数:n)、n2はトランスT1の二次巻線(巻数:n)である。また、R1およびR2は、非絶縁出力の電圧Vを分圧し、制御IC(PWM―IC)1に出力電圧Vをフィードバックする抵抗である。制御IC(PWM―IC)1は、出力電圧Vをフィードバックされることにより、MOSFETQ1,Q2をON/OFFするパルス信号のパルス幅を制御し、すなわちパルス信号のデューティー比を制御し、出力電圧Vおよび出力電圧Vをそれぞれ所定の値に安定化している。なお、制御IC(PWM―IC)は非絶縁型宇宙用PWM―ICとも称されている。 In the POL application circuit A, 1 is a control IC (PWM-IC), Q1 and Q2 are MOSFETs, T1 is a transformer, n1 is the primary winding of the transformer T1 (number of turns: n 1 ), and n2 is the secondary winding of the transformer T1. (Number of turns: n 2 ). Further, R1 and R2 are, divide the voltage V 1 of the non-isolated output min, feeds back the output voltages V 1 resistor to the control IC (PWM-IC) 1. The control IC (PWM-IC) 1 controls the pulse width of the pulse signal that turns ON / OFF the MOSFETs Q1 and Q2 by feeding back the output voltage V 1, that is, controls the duty ratio of the pulse signal and outputs the output voltage. The V 1 and the output voltage V 2 are stabilized to predetermined values, respectively. The control IC (PWM-IC) is also referred to as a non-insulated space PWM-IC.

より詳しくは、制御IC(PWM―IC)1は所定周波数のパルスでMOSFETQ1をON/OFF制御し、そのパルスの幅に応じて、入力端VINに入力される入力電圧をトランスT1の一次巻線n1に送る。トランスT1はDC/DCコンバータにおけるリアクトルの作用をしている。MOSFETQ1がOFFの期間に、トランスT1に蓄えられた磁気エネルギーによりMOSFETQ1のON期間と同じ方向に一次巻線n1に逆起電力を生じ、MOSFETQ2(Q2は、Q1とはON/OFFが逆に制御される)およびダイオードD5の並列回路、一次巻線n1、抵抗R1,R2およびコンデンサC2の並列回路、の経路で、MOSFETQ1のON期間と同じ方向に電流が流れる。出力端子+3.3VOUTとRTN間に負荷が接続されていれば、抵抗R1,R2とコンデンサC2との並列回路の他に、負荷電流Iが流れる。追加回路Bにおいて、ダイオードD4およびコンデンサC3は整流回路を構成している。 More specifically, the control IC (PWM-IC) 1 controls MOSFET Q1 ON / OFF with a pulse of a predetermined frequency, and the input voltage input to the input terminal VIN is set to the primary winding of the transformer T1 according to the width of the pulse. Send to line n1. The transformer T1 acts as a reactor in the DC / DC converter. During the period when the MOSFET Q1 is OFF, the magnetic energy stored in the transformer T1 generates a counter electromotive force in the primary winding n1 in the same direction as the ON period of the MOSFET Q1. In the path of the parallel circuit of the diode D5, the primary winding n1, the resistors R1 and R2, and the parallel circuit of the capacitor C2, a current flows in the same direction as the ON period of the MOSFET Q1. If a load is connected between the output terminal + 3.3V OUT and RTN, a load current I 1 flows in addition to the parallel circuit of the resistors R1 and R2 and the capacitor C2. In the additional circuit B, the diode D4 and the capacitor C3 form a rectifier circuit.

図2のDC/DCコンバータは、出力電圧Vの+3.3VOUT端子と、出力電圧Vの+5VOUT端子とを有する。+3.3VOUT端子は電気的に入力端VINに繋がっているので、出力電圧Vは非絶縁出力である。他方、+5VOUT端子は、トランスT1により入力端VINから電気的に遮断されているので、出力電圧Vは絶縁出力である。すなわち、図2のDC/DCコンバータは非絶縁出力と絶縁出力との両方を有している。 DC / DC converter of FIG. 2 has a + 3.3V OUT terminal of the output voltage V 1, and a + 5V OUT terminal of the output voltage V 2. Since the + 3.3V OUT terminal is electrically connected to the input terminal V IN , the output voltage V 1 is a non-isolated output. On the other hand, since the + 5V OUT terminal is electrically cut off from the input terminal VIN by the transformer T1 , the output voltage V 2 is an isolated output. That is, the DC / DC converter of FIG. 2 has both a non-insulated output and an insulated output.

図2の回路方式の場合、トランスT1を流れる励磁電流が絶縁出力に電力を伝達する役割を果たしている。そこで、絶縁出力から電力を取り出すためには非絶縁出力にも電流を流す必要がある。非絶縁出力および絶縁出力としてそれぞれ取り出し得る電力の比をみると、非絶縁出力および絶縁出力から出力される電流をそれぞれIおよびIとすると、非絶縁出力の電力W(=V)と絶縁出力の電力W(=V)との比(電力比)は経験的に1:3程度、すなわち、電圧Vの非絶縁出力電力が3であれば、電圧Vの絶縁出力電力は概ね1である。例えば、総出力電力が8W(ワット)であれば、非絶縁出力電力が6Wで、絶縁出力電力は2W程度となる。このような取り出し得る電力の割合からして、図2の回路方式は、絶縁出力と非絶縁出力を両方使用する機器の場合は利用できると思われる。しかし、絶縁出力だけを利用しようとしても、非絶縁出力にもダミー電流を流す必要があるので、図2の回路方式は電力効率的には望ましくない。図2の回路方式を採用する場合、トランスT1の設計は単純に巻数(ターン)比となるため、非絶縁出力電圧Vと絶縁出力電圧Vは式(1)に示すような関係となる。
=(n/n)V (1)
In the case of the circuit system of FIG. 2, the exciting current flowing through the transformer T1 plays a role of transmitting electric power to the isolated output. Therefore, in order to extract power from the insulated output, it is necessary to pass a current through the non-insulated output as well. Looking at the ratio of the power that can be taken out as the non-insulated output and the insulated output, respectively, assuming that the currents output from the non-insulated output and the insulated output are I 1 and I 2 , the power W 1 (= V 1 I) of the non-insulated output. The ratio (power ratio) between 1 ) and the isolated output power W 2 (= V 2 I 2 ) is empirically about 1: 3, that is, if the non-insulated output power of the voltage V 1 is 3, the voltage V The isolated output power of 2 is approximately 1. For example, if the total output power is 8 W (watt), the non-insulated output power is 6 W and the insulated output power is about 2 W. From the ratio of the electric power that can be taken out, it seems that the circuit method of FIG. 2 can be used in the case of a device that uses both an insulated output and a non-insulated output. However, even if only the insulated output is to be used, a dummy current needs to be passed through the non-insulated output as well, so that the circuit method of FIG. 2 is not desirable in terms of power efficiency. When the circuit method of FIG. 2 is adopted, the design of the transformer T1 is simply a turn ratio, so that the non-insulated output voltage V 2 and the insulated output voltage V 1 have a relationship as shown in the equation (1). ..
V 2 = (n 2 / n 1 ) V 1 (1)

そこで、本発明は、かかる課題を解決するために、宇宙用として既に認証されるなどしていて、現用されている非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータを活用し、多大な時間と費用のかかる耐環境試験を要することなく、宇宙用に供し得る、電力効率に優れた絶縁出力が可能なチョッパ型のDC/DCコンバータの提供を目的としている。 Therefore, in order to solve such a problem, the present invention utilizes a non-isolated POL DC / DC converter for space, which has already been certified for space use and is currently in use, and requires a great deal of time and cost. It is an object of the present invention to provide a chopper-type DC / DC converter capable of insulating output having excellent power efficiency and which can be used for space without requiring such an environmental resistance test.

前述の課題を解決するため、本発明によるチョッパ型DC/DCコンバータおよび宇宙用チョッパ型DC/DCコンバータは、主に次のような特徴的な構成を採用している。 In order to solve the above-mentioned problems, the chopper type DC / DC converter and the space chopper type DC / DC converter according to the present invention mainly adopt the following characteristic configurations.

(1)本発明によるチョッパ型DC/DCコンバータは、
直流電源の一方の端子を第1のコンデンサの一方の端子に接続し、前記直流電源の他方の端子を第1のスイッチ素子と1次巻線を備える直列回路を介して前記第1のコンデンサの他方の端子に接続し、前記第1のコンデンサの一方の端子と前記第1のスイッチ素子の前記1次巻線側端子との間に整流素子を接続し、前記第1のコンデンサ両端の電圧の情報に基づき前記第1のスイッチ素子のスイッチングを制御することにより前記電圧を一定に制御する制御ICを設け、前記1次巻線に電磁結合した2次巻線を設け、前記1次巻線および前記2次巻線はトランスを構成し、前記2次巻線に生じる電圧を整流平滑する第1のダイオードと第2のコンデンサを接続し、前記第1のスイッチ素子がONまたはOFFに交互に制御されるとき、前記第1のダイオードはそれぞれ交互にOFFまたはONになり、前記第2のコンデンサに並列に第1の負荷装置を接続するチョッパ型のDC/DCコンバータであって、
前記1次巻線の前記第1のコンデンサ側に第2のダイオードを直列に挿入し、前記第2のダイオードの前記1次巻線側端子と前記第1のコンデンサの一方の端子の間に第2のスイッチ素子を接続し、前記制御ICは前記第2のスイッチ素子を前記第1のスイッチ素子と同期してスイッチングさせることを特徴とする。
(2)本発明による宇宙用チョッパ型DC/DCコンバータは、前記(1)に記載のチョッパ型DC/DCコンバータであって、
宇宙用POL DC/DCコンバータに適用されている非絶縁型宇宙用PWM―ICを前記制御ICとして用い、前記宇宙用POL DC/DCコンバータにおけるリアクトルを前記トランスとすることにより絶縁出力を得ることを特徴とする。
(1) The chopper type DC / DC converter according to the present invention is
One terminal of the DC power supply is connected to one terminal of the first capacitor, and the other terminal of the DC power supply is connected to the first capacitor via a series circuit including a first switch element and a primary winding. Connect to the other terminal, connect a rectifying element between one terminal of the first capacitor and the primary winding side terminal of the first switch element, and connect the voltage across the first capacitor. A control IC for controlling the voltage to be constant by controlling the switching of the first switch element based on the information is provided, a secondary winding electromagnetically coupled to the primary winding is provided, and the primary winding and the primary winding are provided. The secondary winding constitutes a transformer, a first diode for rectifying and smoothing the voltage generated in the secondary winding and a second capacitor are connected, and the first switch element is alternately controlled to be ON or OFF. A chopper-type DC / DC converter in which the first diode is alternately turned OFF or ON, and the first load device is connected in parallel with the second capacitor.
A second diode is inserted in series with the first capacitor side of the primary winding, and a second diode is inserted between the primary winding side terminal of the second diode and one terminal of the first capacitor. The control IC is characterized in that the second switch element is connected and the second switch element is switched in synchronization with the first switch element.
(2) The chopper-type DC / DC converter for space according to the present invention is the chopper-type DC / DC converter according to (1) above.
An insulated output can be obtained by using a non-insulated space PWM-IC applied to a space POL DC / DC converter as the control IC and using the reactor in the space POL DC / DC converter as the transformer. It is a feature.

本発明によれば、宇宙用として既に認証されるなどしていて、現用されている非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータを活用し、多大な時間と費用のかかる耐環境試験を要することなく、宇宙用に供し得る、電力効率に優れた絶縁出力が可能なチョッパ型のDC/DCコンバータを提供できる。 According to the present invention, the non-isolated POL DC / DC converter for space, which has already been certified for space use, is utilized without requiring a great deal of time and costly environmental resistance test. , A chopper-type DC / DC converter capable of insulating output with excellent power efficiency, which can be used for space, can be provided.

本発明の一実施形態であるチョッパ型DC/DCコンバータを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the chopper type DC / DC converter which is one Embodiment of this invention. 現用の宇宙用非絶縁型チョッパ型DC/DCコンバータのリアクトルをトランスに変換することにより構成され、絶縁出力を得られるチョッパ型DC/DCコンバータを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the chopper type DC / DC converter which is configured by converting the reactor of the current non-isolated chopper type DC / DC converter for space into a transformer, and can obtain the isolated output. 本発明の要点をまとめて示したチョッパ型DC/DCコンバータの回路図である。It is a circuit diagram of the chopper type DC / DC converter which summarized the main points of this invention. 現用の非絶縁型チョッパ型DC/DCコンバータのリアクトルをトランスに変換することにより構成されるチョッパ型DC/DCコンバータの要点をまとめて示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the main points of the chopper type DC / DC converter which is configured by converting the reactor of the current non-isolated chopper type DC / DC converter into a transformer. 図1におけるトランスをリアクトルに変換して、非絶縁昇降圧型のチョッパ型DC/DCコンバータを構成した例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an example in which a transformer in FIG. 1 is converted into a reactor to form a non-insulated buck-boost chopper type DC / DC converter.

以下、本発明によるチョッパ型DC/DCコンバータの好適な実施形態について添付図を参照して説明する。本発明による宇宙用チョッパ型DC/DCコンバータにつては、チョッパ型DC/DCコンバータの一例として以下の説明に含めて記述する。なお、以下の各図面に付した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではないことも言うまでもない。 Hereinafter, preferred embodiments of the chopper-type DC / DC converter according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The space chopper type DC / DC converter according to the present invention will be described as an example of the chopper type DC / DC converter in the following description. It goes without saying that the drawing reference reference numerals attached to the following drawings are added to each element for convenience as an example for assisting understanding, and the present invention is not intended to be limited to the illustrated embodiment. stomach.

図1は、本発明の一実施形態であるチョッパ型DC/DCコンバータを示す回路図である。なお、図1のチョッパ型DC/DCコンバータでは、符号1で示す制御ICは、PWM(Pulse Width Modulation,パルス幅変調)方式ICであるとして以下に説明するが、制御ICがPFM(Pulse Frequency Modulation,パルス周波数変調)方式であるチョッパ型DC/DCコンバータも、本発明を適用して、同様に実施できる。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a chopper type DC / DC converter according to an embodiment of the present invention. In the chopper type DC / DC converter of FIG. 1, the control IC represented by reference numeral 1 will be described below as a PWM (Pulse Width Modulation) type IC, but the control IC is a PFM (Pulse Frequency Modulation). , Pulse frequency modulation) type chopper type DC / DC converter can also be implemented in the same manner by applying the present invention.

現用の宇宙用非絶縁型チョッパ型DC/DCコンバータのリアクトルをトランスに変換することにより構成され、絶縁出力を得られるチョッパ型DC/DCコンバータについて、図2を参照して先に説明したが、図1のチョッパ型DC/DCコンバータは、その図2の回路に少数の部品を加える変更でもって実現される。図1の回路図に楕円形または円形の破線で囲んで示す部品およびインダクタL1が図1の回路に追加された部品である。 The chopper-type DC / DC converter, which is configured by converting the reactor of the current non-isolated chopper-type DC / DC converter for space into a transformer and can obtain an isolated output, has been described above with reference to FIG. The chopper-type DC / DC converter of FIG. 1 is realized by adding a small number of components to the circuit of FIG. The component shown in the circuit diagram of FIG. 1 surrounded by an elliptical or circular broken line and the inductor L1 are components added to the circuit of FIG.

図1において、1は制御IC、Q1,Q2およびQ3はnチャンネルのMOSFET、T1はトランス、D1,D2,D3およびD4はダイオード(D2はチェナーダイオード)、C1,C2およびC3はコンデンサ、n1はトランスT1の1次巻線(巻数:n)、n2はトランスT1の2次巻線(巻数:n)、L1はノイズ除去用のインダクタである。また、A´はPOL適用回路であり、既存の非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータ(図2におけるA)に上記追加部品(楕円形または円形の破線で囲んで示す部品およびインダクタL1)を加えた回路、Bは既存の非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータにおけるリアクトルをトランスT1に替え、絶縁出力VOUTが得られるようにした追加回路(図2におけるものと同じ)である。入力端子VINとRTNとの間に直流電源が供給され、出力端子+5VOUTとRTNとの間から直流電源が外部に出力される。 In FIG. 1, 1 is a control IC, Q1, Q2 and Q3 are n-channel MOSFETs, T1 is a transformer, D1, D2, D3 and D4 are diodes (D2 is an inductor), C1, C2 and C3 are capacitors, and n1. Is the primary winding of the transformer T1 (number of turns: n 1 ), n2 is the secondary winding of the transformer T1 (number of turns: n 2 ), and L1 is an inductor for noise removal. Further, A'is a POL application circuit, and the above additional parts (parts shown by an elliptical or circular broken line and inductor L1) are added to the existing non-insulated space POL DC / DC converter (A in FIG. 2). The added circuit B is an additional circuit (same as in FIG. 2) in which the reactor in the existing non-isolated POL DC / DC converter for space is replaced with a transformer T1 so that an insulated output V OUT can be obtained. A DC power supply is supplied between the input terminals V IN and RTN, and a DC power supply is output from between the output terminal + 5V OUT and the RTN.

制御IC1は、PWM(Pulse Width Modulation,パルス幅変調)方式ICであり、MOSFETQ1,Q2およびQ3のゲートにPWM制御信号を加え、入力電源をスイッチングすることにより、入力電源からPWMされたパルスを生成する。MOSFETQ1およびQ3は同期してON/OFFされる。他方、MOSFETQ2は、MOSFETQ1およびQ3とは逆相にON/OFFされる。すなわち、Q1およびQ3がONの期間にはQ2はOFFに制御され、Q1およびQ3がOFFの期間にはQ2はONに制御される。なお、図2ではQ2に並列にダイオードD5を設けているが、図1の実施形態ではダイオードD5を省いてある。図1の実施形態においても、ダイオードD5をQ2に並列に設けても差し支えない。 The control IC 1 is a PWM (Pulse Width Modulation) type IC, and generates a PWM pulse from the input power supply by applying a PWM control signal to the gates of MOSFETs Q1, Q2 and Q3 and switching the input power supply. do. MOSFETs Q1 and Q3 are turned ON / OFF in synchronization. On the other hand, the MOSFET Q2 is turned ON / OFF in the opposite phase to the MOSFETs Q1 and Q3. That is, Q2 is controlled to OFF during the period when Q1 and Q3 are ON, and Q2 is controlled to ON during the period when Q1 and Q3 are OFF. Although the diode D5 is provided in parallel with Q2 in FIG. 2, the diode D5 is omitted in the embodiment of FIG. Also in the embodiment of FIG. 1, the diode D5 may be provided in parallel with Q2.

MOSFETQ1およびQ3がONになると、入力電源端子VINから、電流がQ1、トランスT1の1次巻線n1およびQ3を経て入力電源のリターン端子RTNに戻る。図1には(1)ON時の前記の電流経路が太い線で描いてある。このとき、1次巻線n1に流れる電流により、1次巻線n1には逆起電力が誘起され、トランスT1の2次巻線n2には誘導起電力が誘起される。2次巻線n2に誘導起電力が誘起されるが、その電圧はダイオードD4に対する逆電圧となるから、2次巻線n2には電流は流れない。 When the MOSFETs Q1 and Q3 are turned on , the current returns from the input power supply terminal VIN to the return terminal RTN of the input power supply via the primary windings n1 and Q3 of the transformer T1 and Q1. In FIG. 1, (1) the current path when ON is drawn with a thick line. At this time, the current flowing through the primary winding n1 induces a counter electromotive force in the primary winding n1 and an induced electromotive force in the secondary winding n2 of the transformer T1. An induced electromotive force is induced in the secondary winding n2, but the voltage becomes a reverse voltage with respect to the diode D4, so no current flows in the secondary winding n2.

制御IC1は、MOSFETQ1およびQ3をOFFにすると、MOSFETQ2をONにする。Q1のOFFにより入力電源端子VINからの電源は遮断されが、トランスT1に蓄えられていた磁気エネルギーにより1次巻線n1および2次巻線n2には誘導起電力が誘起される。この誘導起電力は、それまで1次巻線n1に流れていた電流を維持する方向に1次巻線n1に電圧を生じ、MOSFETQ2、1次巻線n1、ダイオードD1、およびインダクタンスL1の経路でコンデンサC2に電流を流し、コンデンサC2を充電する。他方、2次巻線n2に誘起された誘導起電力により、ダイオードD4の順方向に電圧が生じ、コンデンサC3を充電しながら、出力端子+5VOUTとRTNとの間から直流電源を外部に出力する。図1には(2)OFF時の電流経路が太い線で、それぞれ描いてある。 When the MOSFETs Q1 and Q3 are turned off, the control IC1 turns on the MOSFET Q2. The power supply from the input power supply terminal VIN is cut off by turning off Q1, but an induced electromotive force is induced in the primary winding n1 and the secondary winding n2 by the magnetic energy stored in the transformer T1. This induced electromotive force generates a voltage in the primary winding n1 in the direction of maintaining the current flowing in the primary winding n1 until then, and is in the path of the MOSFET Q2, the primary winding n1, the diode D1, and the inductance L1. A current is passed through the capacitor C2 to charge the capacitor C2. On the other hand, the induced electromotive force induced in the secondary winding n2 generates a voltage in the forward direction of the diode D4, and while charging the capacitor C3, outputs a DC power supply to the outside from between the output terminal + 5V OUT and the RTN. .. In FIG. 1, (2) the current path at the time of OFF is drawn by a thick line.

出力端子+5VOUTとRTNは、トランスT1により、入力電源端子VINおよびRTNから電気的に分離されているから、出力端子+5VOUTとRTNの間から出力される電源は絶縁出力となる。MOSFETQ1およびQ3がONのとき、2次巻線n2に誘起される誘導起電力が、ダイオードD4に対する逆電圧となるから、2次巻線n2には電流は流れないが、Q1およびQ3がOFFの期間にコンデンサC3に充電された電力により、出力端子+5VOUTとRTNの間から電力が出力される。したがって、出力端子+5VOUTとRTNの間から出力される絶縁出力は直流電力である。 Since the output terminal + 5V OUT and RTN are electrically separated from the input power supply terminals V IN and RTN by the transformer T1, the power supply output from between the output terminal + 5V OUT and RTN is an isolated output. When the MOSFETs Q1 and Q3 are ON, the induced electromotive force induced in the secondary winding n2 becomes a reverse voltage with respect to the diode D4, so no current flows through the secondary winding n2, but Q1 and Q3 are OFF. Due to the power charged in the capacitor C3 during the period, power is output from between the output terminal + 5V OUT and RTN. Therefore, the isolated output output from between the output terminal + 5V OUT and RTN is DC power.

図1のチョッパ型DC/DCコンバータでは、トランスT1の作用により、出力端子+5VOUTとRTNの間から直流電力(絶縁出力)が出力されることは上述のとおりである。この図1の回路における入力端子VINとRTNの間に入力される電圧をVINとし、出力端子+5VOUTとRTNの間から出力される電圧をVOUTとし、制御ICから出力されるPWM制御信号であるパルスのON時間をtonとし、そのパルスのOFF時間をtoffとすると、VOUTは次の式(2)により定まる。
OUT=(n/n)・(ton/toff)VIN (2)
式(2)が示すように、絶縁出力の電圧VOUTは、PWM制御信号におけるON時間tonとOFF時間toffとの比により任意に制御できる。
As described above, in the chopper type DC / DC converter of FIG. 1, DC power (isolated output) is output from between the output terminal + 5V OUT and RTN by the action of the transformer T1. The voltage input between the input terminals V IN and RTN in the circuit of FIG. 1 is defined as V IN , the voltage output between the output terminal + 5 V OUT and RTN is defined as V OUT, and the PWM control output from the control IC. pulse ON time of a signal and t on, when the OFF time of the pulse and t off, V OUT is determined by the following equation (2).
V OUT = (n 2 / n 1) · (t on / t off) V IN (2)
As shown in equation (2), the voltage V OUT of the isolated outputs can be arbitrarily controlled by the ratio of the ON time t on and OFF time t off in the PWM control signal.

コンデンサC2とインダクタL1との直列回路に並列に、抵抗R1およびR2の直列回路が接続され、抵抗R1およびR2の接合点の電位が制御IC1にフィードバックされている。制御IC1は、PWM制御信号(Q1,Q2,Q3のゲートに加えられる信号)のパルス幅を制御し、その接合点の電位を一定する。この接合点の電位は、コンデンサC2の両端の電圧に対応しているので、制御IC1は、コンデンサC2の両端の電圧の情報に基づきQ1のスイッチングを制御し、コンデンサC2の両端の電圧を一定に制御していると言える。 A series circuit of resistors R1 and R2 is connected in parallel with the series circuit of the capacitor C2 and the inductor L1, and the potential at the junction of the resistors R1 and R2 is fed back to the control IC1. The control IC1 controls the pulse width of the PWM control signals (signals applied to the gates of Q1, Q2, and Q3) to keep the potential at the junction point constant. Since the potential at this junction corresponds to the voltage across the capacitor C2, the control IC1 controls the switching of Q1 based on the voltage information across the capacitor C2 to keep the voltage across the capacitor C2 constant. It can be said that it is in control.

MOSFETQ1のゲート端子と MOSFETQ3のゲート端子との間に抵抗R3を接続し、MOSFETQ3のソース端子とゲート端子の間にツェナーダイオードD2を接続し、抵抗R3に並列にダイオードD3を接続している。Q3のゲート端子には、抵抗R3とツェナーダイオードD2とで分圧されたPWM制御信号が加えられている。ツェナーダイオードD2は、Q3のゲート端子に過電圧が加わるのを防止し、そのゲート端子を保護している。ダイオードD3は、MOSFETQ3のターンオフ速度を高める作用をする。 A resistor R3 is connected between the gate terminal of the MOSFET Q1 and the gate terminal of the MOSFET Q3, a Zener diode D2 is connected between the source terminal and the gate terminal of the MOSFET Q3, and the diode D3 is connected in parallel with the resistor R3. A PWM control signal divided by the resistor R3 and the Zener diode D2 is applied to the gate terminal of Q3. The Zener diode D2 prevents an overvoltage from being applied to the gate terminal of Q3 and protects the gate terminal. The diode D3 acts to increase the turn-off speed of the MOSFET Q3.

ダイオードD1とコンデンサC2との間に、ダイオードD1に直列に、ノイズ除去用のローパスフィルタの作用をするインダクタL1が挿入してある。インダクタL1により、コンデンサC2に流れ込む電流のサージが低減され、また、出力端子+5VOUTとRTNの間から出力される絶縁出力のレギュレーションが改善される。インダクタL1は、フェライトビーズもしくはアモルファスビーズでも差し支えない。 An inductor L1 acting as a low-pass filter for noise removal is inserted in series with the diode D1 between the diode D1 and the capacitor C2. The inductor L1 reduces the surge of the current flowing into the capacitor C2, and improves the regulation of the isolated output output from between the output terminal + 5V OUT and the RTN. The inductor L1 may be ferrite beads or amorphous beads.

図1のチョッパ型DC/DCコンバータでは、コンデンサC2の両端に出力端子を設け、この出力端子間を非絶縁出力端として負荷装置を接続することができる。しかし、図1の実施形態のチョッパ型DC/DCコンバータは、MOSFETQ3を有する。Q3は、MOSFETQ1と同期してON/OFFされる。そこで、Q1がONの期間に、トランスT1の励磁電流はQ3を通して流すことができるので、非絶縁出力端を設けて、そこに負荷装置を接続する必要はない。 In the chopper-type DC / DC converter of FIG. 1, output terminals are provided at both ends of the capacitor C2, and a load device can be connected with the output terminals as non-insulated output terminals. However, the chopper-type DC / DC converter of the embodiment of FIG. 1 has a MOSFET Q3. Q3 is turned ON / OFF in synchronization with MOSFET Q1. Therefore, since the exciting current of the transformer T1 can flow through Q3 while Q1 is ON, it is not necessary to provide a non-insulated output end and connect a load device there.

先に説明した図2のチョッパ型DC/DCコンバータでは、出力端子+3.3VOUTとRTNの間に負荷装置を接続して負荷電流を流すことによってトランスT1に励磁電流を供給していた。これに対し、図1の実施形態のチョッパ型DC/DCコンバータでは、励磁電流はMOSFETQ3を通して流すことができるので、非絶縁出力端を設けて、この非絶縁出力端に負荷装置を接続することなく、言い換えれば非絶縁出力端の付加装置で電力の消費をすることなく、絶縁出力端である出力端子+5VOUTとRTNの間に負荷装置を接続し、この負荷装置に絶縁出力を提供できる。したがって、図1の実施形態のチョッパ型DC/DCコンバータは、絶縁出力端からだけでも電力の出力が可能であり、非絶縁出力端子を設けて非絶縁出力端子間の負荷装置で電力を消費する必要がないから、高い電力効率で絶縁出力を提供できるという優れた特徴を有する。 In the chopper-type DC / DC converter of FIG. 2 described above, an exciting current is supplied to the transformer T1 by connecting a load device between the output terminal + 3.3 V OUT and the RTN and passing a load current. On the other hand, in the chopper type DC / DC converter of the embodiment of FIG. 1, since the exciting current can flow through the MOSFET Q3, a non-insulated output end is provided and a load device is not connected to the non-insulated output end. In other words, a load device can be connected between the output terminal + 5V OUT , which is the isolated output end, and the RTN without consuming power in the additional device at the non-insulated output end, and the insulated output can be provided to this load device. Therefore, the chopper type DC / DC converter of the embodiment of FIG. 1 can output electric power only from the insulated output terminal, and is provided with a non-insulated output terminal to consume power in a load device between the non-insulated output terminals. Since it is not necessary, it has an excellent feature that it can provide an isolated output with high power efficiency.

非絶縁出力を発生しない絶縁型専用のチョッパ型DC/DCコンバータでは、絶縁出力をフォトカプラで検出し、フォトカプラの出力を制御ICにフィードバックすることにより、絶縁出力電圧の安定化を図っているものが多い。しかしながら、フォトカプラは、一般的に放射線により障害を受けやすく、耐放射線性を有するものは高価で、かつ入手に問題があった。 In the chopper type DC / DC converter for insulation type that does not generate non-insulation output, the insulation output is detected by the photocoupler and the output of the photocoupler is fed back to the control IC to stabilize the insulation output voltage. There are many things. However, photocouplers are generally susceptible to radiation damage, and those having radiation resistance are expensive and have problems in obtaining them.

これに対し、図1の実施形態のチョッパ型DC/DCコンバータでは、非絶縁出力であるダイオードD1のコンデンサC2側に抵抗R1およびR2の直列回路を設け、抵抗R1およびR2の接続点の電位をコンデンサC2の端子間電圧(非絶縁出力に相当)に対応する電圧として制御IC1にフィードバックして、非絶縁出力に相当するコンデンサC2の端子間電圧を安定化し、また同時に絶縁出力(出力端子+5VOUTとRTN間の電圧)を安定化しているので、フォトカプラを用いることなく所定電圧の絶縁出力が安定に得られる。このように、図1の実施形態のチョッパ型DC/DCコンバータには、フォトカプラを用いることなく絶縁出力を安定化できるという優れた特徴がある。したがって、図1の実施形態のチョッパ型DC/DCコンバータは、宇宙用に好適である。 On the other hand, in the chopper type DC / DC converter of the embodiment of FIG. 1, a series circuit of resistors R1 and R2 is provided on the capacitor C2 side of the diode D1 which is a non-insulated output, and the potential of the connection point of the resistors R1 and R2 is set. The voltage is fed back to the control IC1 as the voltage corresponding to the voltage between the terminals of the capacitor C2 (corresponding to the non-insulated output) to stabilize the voltage between the terminals of the capacitor C2 corresponding to the non-insulated output, and at the same time, the isolated output (output terminal + 5V OUT). Since the voltage between and RTN) is stabilized, an insulated output of a predetermined voltage can be stably obtained without using a photocoupler. As described above, the chopper-type DC / DC converter of the embodiment of FIG. 1 has an excellent feature that the insulation output can be stabilized without using a photocoupler. Therefore, the chopper-type DC / DC converter of the embodiment of FIG. 1 is suitable for space use.

図1の実施形態のチョッパ型DC/DCコンバータは、図2におけるPOL適用回路Aに、図1において楕円および円の破線で囲んで示す範囲の部品(Q3,R3,D2,D3,D1)およびインダクタL1を加えた構成のPOL適用回路A´に、図2の追加回路Bをそのまま追加して、実現されている。なお、図2におけるダイオードD5は、図1では欠けているが、前述のとおり、図1の実施形態においても、ダイオードD5を設けても差し支えない。また、図2の回路にはないインダクタL1を図1の実施形態では設けているが、インダクタL1の挿入によりノイズを低減し、レギュレーションの改善を図っているのであり、図1の回路においてもインダクタL1を省いても、本発明は実施できる。 The chopper-type DC / DC converter of the embodiment of FIG. 1 includes parts (Q3, R3, D2, D3, D1) in the range shown by the dashed lines of an ellipse and a circle in FIG. It is realized by adding the additional circuit B of FIG. 2 as it is to the POL application circuit A'in which the inductor L1 is added. Although the diode D5 in FIG. 2 is missing in FIG. 1, as described above, the diode D5 may be provided in the embodiment of FIG. 1 as well. Further, although the inductor L1 which is not in the circuit of FIG. 2 is provided in the embodiment of FIG. 1, noise is reduced by inserting the inductor L1 to improve the regulation, and the inductor in the circuit of FIG. 1 is also provided. The present invention can be carried out even if L1 is omitted.

図3は、本発明の要点をまとめて示したチョッパ型DC/DCコンバータの回路図である。この図3は、本発明の一実施形態である図1のチョッパ型DC/DCコンバータにおける主要な機能をまとめたものとなっている。図3のチョッパ型DC/DCコンバータは、制御IC1と、直流電源10と、第1のスイッチ素子Q1と、第2のスイッチ素子Q3と、整流素子D6と、第1のダイオードD4と、第2のダイオードD1と、1次巻線n1と、2次巻線n2と、第1のコンデンサC2と、第2のコンデンサC3とを有している。1次巻線n1と2次巻線n2とでトランスT1をなしている。第1の負荷装置30は、図3のチョッパ型DC/DCコンバータにおける絶縁出力端に接続されている。第2の負荷装置20は、図3のチョッパ型DC/DCコンバータにおける非絶縁出力端に接続されている。 FIG. 3 is a circuit diagram of a chopper-type DC / DC converter that summarizes the main points of the present invention. FIG. 3 summarizes the main functions of the chopper-type DC / DC converter of FIG. 1, which is an embodiment of the present invention. The chopper type DC / DC converter of FIG. 3 includes a control IC 1, a DC power supply 10, a first switch element Q1, a second switch element Q3, a rectifying element D6, a first diode D4, and a second diode. It has a diode D1, a primary winding n1, a secondary winding n2, a first capacitor C2, and a second capacitor C3. The primary winding n1 and the secondary winding n2 form a transformer T1. The first load device 30 is connected to the isolated output end of the chopper type DC / DC converter of FIG. The second load device 20 is connected to the non-isolated output end of the chopper type DC / DC converter of FIG.

図3のチョッパ型DC/DCコンバータは、直流電源10の一方の端子を第1のコンデンサC2の一方の端子に接続し、直流電源10の他方の端子を第1のスイッチ素子Q1と1次巻線n1からなる直列回路を介して第1のコンデンサC2の他方の端子に接続し、第1のコンデンサC2の一方の端子と第1のスイッチ素子Q1の1次巻線n1側端子との間に整流素子D6を接続し、第1のコンデンサC2両端の電圧の情報に基づき第1のスイッチ素子Q1のスイッチングを制御することにより前記電圧を一定に制御する制御IC1を設け、1次巻線n1に電磁結合した2次巻線n2を設け、1次巻線n1および2次巻線n2はトランスT1を構成し、2次巻線n2に生じる電圧を整流平滑する第1のダイオードD4と第2のコンデンサC3に接続し、第2のコンデンサC3に並列に第1の負荷装置30を接続するチョッパ型のDC/DCコンバータであって、
1次巻線n1の第1のコンデンサC2側に第2のダイオードD1を直列に挿入し、第2のダイオードD1の1次巻線n1側端子と第1のコンデンサC2の一方の端子の間に第2のスイッチ素子Q3を接続し、制御IC1は第2のスイッチ素子Q2を第1のスイッチ素子Q1と同期してスイッチングさせることを特徴としている。整流素子D6は、図1のMOSFETQ2に相当し、ダイオードでも実現できるし、図2に示したMOSFETQ2とダイオードD5との並列回路で構成しても差し支えない。
In the chopper type DC / DC converter of FIG. 3, one terminal of the DC power supply 10 is connected to one terminal of the first capacitor C2, and the other terminal of the DC power supply 10 is connected to the first switch element Q1 and the primary winding. It is connected to the other terminal of the first capacitor C2 via a series circuit composed of the wire n1, and is between one terminal of the first capacitor C2 and the terminal on the primary winding n1 side of the first switch element Q1. A control IC1 is provided in which the rectifying element D6 is connected and the voltage is controlled to be constant by controlling the switching of the first switch element Q1 based on the voltage information across the first capacitor C2, and the primary winding n1 is provided with a control IC1. An electromagnetically coupled secondary winding n2 is provided, and the primary winding n1 and the secondary winding n2 form a transformer T1. A chopper-type DC / DC converter that is connected to the capacitor C3 and the first load device 30 is connected in parallel with the second capacitor C3.
A second diode D1 is inserted in series on the first capacitor C2 side of the primary winding n1, and between the terminal on the primary winding n1 side of the second diode D1 and one terminal of the first capacitor C2. The second switch element Q3 is connected, and the control IC1 is characterized in that the second switch element Q2 is switched in synchronization with the first switch element Q1. The rectifying element D6 corresponds to the MOSFET Q2 of FIG. 1, and can be realized by a diode, or may be configured by a parallel circuit of the MOSFET Q2 and the diode D5 shown in FIG.

図4は、図2に示したチョッパ型DC/DCコンバータにおける主要な機能をまとめて図示したものである。図2に示した回路は、現用の宇宙用非絶縁型チョッパ型DC/DCコンバータのリアクトルをトランスに変換することにより構成され、絶縁出力を得られるようにしたチョッパ型DC/DCコンバータであることは前述のとおりである。図4のチョッパ型DC/DCコンバータは、制御IC1と、直流電源10と、第1のスイッチ素子Q1と、整流素子D6と、第1のダイオードD4と、1次巻線n1と、2次巻線n2と、第1のコンデンサC2と、第2のコンデンサC3とを有している。1次巻線n1と2次巻線n2とでトランスT1をなしている。第1の負荷装置30は、図4のチョッパ型DC/DCコンバータにおける絶縁出力端に接続されている。第2の負荷装置20は、図4のチョッパ型DC/DCコンバータにおける非絶縁出力端に接続されている。 FIG. 4 summarizes the main functions of the chopper type DC / DC converter shown in FIG. The circuit shown in FIG. 2 is a chopper-type DC / DC converter that is configured by converting the reactor of the current non-isolated chopper-type DC / DC converter for space into a transformer so that an isolated output can be obtained. Is as described above. The chopper type DC / DC converter of FIG. 4 includes a control IC 1, a DC power supply 10, a first switch element Q1, a rectifying element D6, a first diode D4, a primary winding n1, and a secondary winding. It has a wire n2, a first capacitor C2, and a second capacitor C3. The primary winding n1 and the secondary winding n2 form a transformer T1. The first load device 30 is connected to the isolated output end of the chopper type DC / DC converter of FIG. The second load device 20 is connected to the non-isolated output end of the chopper type DC / DC converter of FIG.

図4のチョッパ型DC/DCコンバータは、直流電源10の一方の端子を第1のコンデンサC2の一方の端子に接続し、直流電源10の他方の端子を第1のスイッチ素子Q1と1次巻線n1からなる直列回路を介して第1のコンデンサC2の他方の端子に接続し、第1のコンデンサC2の一方の端子と第1のスイッチ素子Q1の1次巻線n1側端子との間に整流素子D6を接続し、第1のコンデンサC2両端の電圧の情報に基づき第1のスイッチ素子Q1のスイッチングを制御することにより前記電圧を一定に制御する制御IC1を設け、1次巻線n1に電磁結合した2次巻線n2を設け、1次巻線n1および2次巻線n2はトランスT1を構成し、2次巻線n2に生じる電圧を整流平滑する第1のダイオードD4と第2のコンデンサC3に接続し、第2のコンデンサC3に並列に第1の負荷装置30を接続している。先に説明した図3のチョッパ型DC/DCコンバータは、上述の図4のものとは、次の点で相違している。すなわち、図3の回路は、1次巻線n1の第1のコンデンサC2側に第2のダイオードD1を直列に挿入し、第2のダイオードD1の1次巻線n1側端子と第1のコンデンサC2の一方の端子の間に第2のスイッチ素子Q3を接続し、制御IC1は第2のスイッチ素子Q2を第1のスイッチ素子Q1と同期してスイッチングさせる、という構成を有しているのに対し、図4の回路は、これらの構成を欠いているのである。 In the chopper type DC / DC converter of FIG. 4, one terminal of the DC power supply 10 is connected to one terminal of the first capacitor C2, and the other terminal of the DC power supply 10 is connected to the first switch element Q1 and the primary winding. It is connected to the other terminal of the first capacitor C2 via a series circuit consisting of wire n1, and is between one terminal of the first capacitor C2 and the terminal on the primary winding n1 side of the first switch element Q1. A control IC1 is provided in which the rectifying element D6 is connected and the voltage is controlled to be constant by controlling the switching of the first switch element Q1 based on the voltage information across the first capacitor C2, and the primary winding n1 is provided. An electromagnetically coupled secondary winding n2 is provided, and the primary winding n1 and the secondary winding n2 form a transformer T1. It is connected to the capacitor C3, and the first load device 30 is connected in parallel with the second capacitor C3. The chopper-type DC / DC converter of FIG. 3 described above is different from that of FIG. 4 described above in the following points. That is, in the circuit of FIG. 3, a second diode D1 is inserted in series on the first capacitor C2 side of the primary winding n1, and the terminal on the primary winding n1 side of the second diode D1 and the first capacitor. Although the control IC1 has a configuration in which the second switch element Q3 is connected between one terminal of C2 and the second switch element Q2 is switched in synchronization with the first switch element Q1. On the other hand, the circuit of FIG. 4 lacks these configurations.

図5は、図1のチョッパ型DC/DCコンバータにおけるトランスをリアクトルに変換して、非絶縁昇降圧型のチョッパ型DC/DCコンバータを構成した例を示す回路図である。本図に示すように、図1におけるトランスT1をリアクトルn1として、図1における追加回路Bを除くことにより、出力端子VOUTとRTNとの間から非絶縁出力を取り出せる非絶縁昇降圧型のチョッパ型DC/DCコンバータが実現できる。 FIG. 5 is a circuit diagram showing an example in which the transformer in the chopper type DC / DC converter of FIG. 1 is converted into a reactor to form a non-insulated buck-boost type chopper type DC / DC converter. As shown in this figure, a non-insulated buck-boost type chopper type that can take out a non-insulated output from between the output terminals V OUT and RTN by using the transformer T1 in FIG. 1 as the reactor n1 and removing the additional circuit B in FIG. A DC / DC converter can be realized.

前述のとおり、図2におけるPOL適用回路Aは既存の非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータである。したがって、図1のPOL適用回路A´は既存の非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータに少数の部品を追加して実現される非絶縁型DC/DCコンバータである。特に、図1の実施形態では、重要な部品である制御IC1は、既存の非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータにおける非絶縁型宇宙用PWM―ICである。そして、図1の実施形態では、非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータにおけるリアクトルをトランスT1とすることにより絶縁出力を得ている。このように、図1の実施形態のチョッパ型DC/DCコンバータは、既存の非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータにおける非絶縁型宇宙用PWM―IC、その他の基幹部品、回路構成をそのまま流用し、その非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータにおける出力リアクトルをトランスに変更することにより、絶縁出力を得ている。 As described above, the POL application circuit A in FIG. 2 is an existing non-insulated space POL DC / DC converter. Therefore, the POL application circuit A'in FIG. 1 is a non-insulated DC / DC converter realized by adding a small number of components to the existing non-insulated space POL DC / DC converter. In particular, in the embodiment of FIG. 1, the control IC 1 which is an important component is a non-insulated space PWM-IC in an existing non-insulated space POL DC / DC converter. Then, in the embodiment of FIG. 1, the isolated output is obtained by using the transformer T1 as the reactor in the non-isolated space POL DC / DC converter. As described above, in the chopper-type DC / DC converter of the embodiment of FIG. 1, the non-insulated space PWM-IC, other core components, and circuit configuration of the existing non-insulated space POL DC / DC converter are used as they are. However, the isolated output is obtained by changing the output reactor in the non-isolated POL DC / DC converter for space to a transformer.

このように、図1の実施形態のチョッパ型DC/DCコンバータは、既存の非絶縁型宇宙用POL DC/DCコンバータと部品を共有化でき、比較的軽微な変更でもって絶縁出力を得ることができる。したがって、図1の実施形態のチョッパ型DC/DCコンバータは、多大な時間と費用のかかる耐環境試験を全部品について実施することなく、追加部品を宇宙用部品から選ぶか、或いは追加部品だけについて耐環境試験を実施し、全体についての耐環境試験を実施するだけで、宇宙用電子機器に搭載できるので、実用上極めて有用である。 As described above, the chopper type DC / DC converter of the embodiment of FIG. 1 can share parts with the existing non-isolated space POL DC / DC converter, and can obtain an insulated output with a relatively minor change. can. Therefore, the chopper-type DC / DC converter of the embodiment of FIG. 1 selects additional parts from space parts or only additional parts without performing a large amount of time-consuming and costly environmental resistance test on all parts. It is extremely useful in practical use because it can be mounted on space electronic devices simply by conducting an environmental resistance test and conducting an environmental resistance test for the entire unit.

以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、かかる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。 The configuration of a preferred embodiment of the present invention has been described above. However, it should be noted that such embodiments are merely exemplary of the invention and do not limit the invention in any way. Those skilled in the art can easily understand that various modifications can be made according to a specific application without departing from the gist of the present invention.

1 制御IC
10 直流電源
20,30 負荷
Q1,Q2,Q3 nチャンネルMOSFET
T1 トランス
D1,D2,D3,D4 ダイオード
C1,C2,C3 コンデンサ
n1 トランスT1の1次巻線(巻数:n1)
n2 トランスT1の2次巻線(巻数:n2)
L1 ノイズ除去用のインダクタ
1 Control IC
10 DC power supply 20, 30 Load Q1, Q2, Q3 n-channel MOSFET
T1 Transformer D1, D2, D3, D4 Diode C1, C2, C3 Capacitor n1 Primary winding of transformer T1 (number of turns: n1)
Secondary winding of n2 transformer T1 (number of turns: n2)
L1 Inductor for noise removal

Claims (9)

直流電源の一方の端子を第1のコンデンサの一方の端子に接続し、前記直流電源の他方の端子を第1のスイッチ素子と1次巻線を備える直列回路を介して前記第1のコンデンサの他方の端子に接続し、前記第1のコンデンサの一方の端子と前記第1のスイッチ素子の前記1次巻線側端子との間に整流素子を接続し、前記第1のコンデンサ両端の電圧の情報に基づき前記第1のスイッチ素子のスイッチングを制御することにより前記電圧を一定に制御する制御ICを設け、前記1次巻線に電磁結合した2次巻線を設け、前記1次巻線および前記2次巻線はトランスを構成し、前記2次巻線に生じる電圧を整流平滑する第1のダイオードと第2のコンデンサを接続し、前記第1のスイッチ素子がONまたはOFFに交互に制御されるとき、前記第1のダイオードはそれぞれ交互にOFFまたはONになり、前記第2のコンデンサに並列に第1の負荷装置を接続するチョッパ型のDC/DCコンバータであって、
前記1次巻線の前記第1のコンデンサ側に第2のダイオードを直列に挿入し、前記第2のダイオードの前記1次巻線側端子と前記第1のコンデンサの一方の端子の間に第2のスイッチ素子を接続し、前記制御ICは前記第2のスイッチ素子を前記第1のスイッチ素子と同期してスイッチングさせることを特徴とするチョッパ型DC/DCコンバータ。
One terminal of the DC power supply is connected to one terminal of the first capacitor, and the other terminal of the DC power supply is connected to the first capacitor via a series circuit including a first switch element and a primary winding. Connect to the other terminal, connect a rectifying element between one terminal of the first capacitor and the primary winding side terminal of the first switch element, and connect the voltage across the first capacitor. A control IC for controlling the voltage to be constant by controlling the switching of the first switch element based on the information is provided, a secondary winding electromagnetically coupled to the primary winding is provided, and the primary winding and the primary winding are provided. The secondary winding constitutes a transformer, a first diode for rectifying and smoothing the voltage generated in the secondary winding and a second capacitor are connected, and the first switch element is alternately controlled to be ON or OFF. A chopper-type DC / DC converter in which the first diode is alternately turned OFF or ON, and the first load device is connected in parallel with the second capacitor.
A second diode is inserted in series with the first capacitor side of the primary winding, and a second diode is inserted between the primary winding side terminal of the second diode and one terminal of the first capacitor. A chopper-type DC / DC converter characterized in that two switch elements are connected and the control IC switches the second switch element in synchronization with the first switch element.
前記第1および第2のスイッチ素子ならびに前記整流素子はMOSFETで構成し、
前記制御ICは、前記第1のスイッチ素子であるMOSFETのスイッチングにおけるON/OFFとは逆相に前記整流素子のMOSFETをON/OFFすることを特徴とする請求項1に記載のチョッパ型DC/DCコンバータ。
The first and second switch elements and the rectifying element are composed of MOSFETs.
The chopper-type DC / according to claim 1, wherein the control IC turns on / off the MOSFET of the rectifying element in a phase opposite to ON / OFF in switching of the MOSFET which is the first switch element. DC converter.
前記整流素子は第3のダイオードで構成し、
前記1次巻線、前記第2のダイオード、前記第1のコンデンサおよび前記第3のダイオードを備えるループにおいて、前記第2および第3のダイオードの順方向は同じであることを特徴とする請求項1に記載のチョッパ型DC/DCコンバータ。
The rectifying element is composed of a third diode.
The claim is characterized in that in a loop including the primary winding, the second diode, the first capacitor and the third diode, the forward directions of the second and third diodes are the same. The chopper type DC / DC converter according to 1.
前記第2のダイオードの前記第1のコンデンサ側端子と前記第1のコンデンサの一方の端子との間に第1および第2の抵抗の直列回路を接続し、
前記第1のコンデンサ両端の電圧の情報は、前記第1のコンデンサの一方の端子と前記第1および第2の抵抗の接続点との間の電圧であることを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載のチョッパ型DC/DCコンバータ。
A series circuit of the first and second resistors is connected between the terminal on the first capacitor side of the second diode and one terminal of the first capacitor.
Claims 1 to 3 are characterized in that the voltage information across the first capacitor is the voltage between one terminal of the first capacitor and the connection point of the first and second resistors. The chopper type DC / DC converter according to any one of.
前記第1のスイッチ素子であるMOSFETのゲート端子と前記第2のスイッチ素子であるMOSFETのゲート端子との間に第3の抵抗を接続し、前記第2のスイッチ素子であるMOSFETのソース端子とゲート端子の間にツェナーダイオードを接続し、前記第3の抵抗に並列にダイオードを接続したことを特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載のチョッパ型DC/DCコンバータ。 A third resistor is connected between the gate terminal of the MOSFET which is the first switch element and the gate terminal of the MOSFET which is the second switch element, and the source terminal of the MOSFET which is the second switch element is connected. the zener diode is connected between the gate terminal, the third claims 1, characterized in that a diode is connected in parallel to the resistor of from chopper type DC / DC converter according to any one of 4. 前記第2のダイオードの前記第1のコンデンサ側端子と前記第1のコンデンサの他方の端子との間に前記第2のダイオードに直列にノイズ除去用のローパスフィルタを設けたことを特徴とする請求項1ないし5の何れかに記載のチョッパ型DC/DCコンバータ。 A claim characterized in that a low-pass filter for noise removal is provided in series with the second diode between the terminal on the first capacitor side of the second diode and the other terminal of the first capacitor. Item 4. The chopper type DC / DC converter according to any one of Items 1 to 5. 前記ローパスフィルタは、前記第2のダイオードの前記第1のコンデンサ側端子と前記第1のコンデンサの他方の端子との間に前記第2のダイオードに直列に接続されたインダクタまたはフェライトビーズもしくはアモルファスビーズであることを特徴とする請求項6に記載のチョッパ型DC/DCコンバータ。 The low-pass filter is an inductor, ferrite beads, or amorphous beads connected in series with the second diode between the first capacitor-side terminal of the second diode and the other terminal of the first capacitor. The chopper type DC / DC converter according to claim 6, wherein the Chopper type DC / DC converter is characterized in that. 前記トランスをリアクトルとして用いることにより非絶縁出力を得ることを特徴とする請求項1ないし7の何れかに記載のチョッパ型DC/DCコンバータ。 The chopper-type DC / DC converter according to any one of claims 1 to 7, wherein a non-insulated output is obtained by using the transformer as a reactor. 請求項1ないし7の何れかに記載のチョッパ型DC/DCコンバータであって、
宇宙用POL DC/DCコンバータに適用されている非絶縁型宇宙用PWM―ICを前記制御ICとして用い、前記宇宙用POL DC/DCコンバータにおけるリアクトルを前記トランスとすることにより絶縁出力を得ることを特徴とする宇宙用チョッパ型DC/DCコンバータ。
The chopper type DC / DC converter according to any one of claims 1 to 7.
An isolated output can be obtained by using a non-isolated space PWM-IC applied to a space POL DC / DC converter as the control IC and using the reactor in the space POL DC / DC converter as the transformer. A featured chopper-type DC / DC converter for space.
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