JP6583851B2 - DC-DC converter - Google Patents
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Description
本発明は、ノイズの発生を抑制すると共に、変換効率を高めたDC−DCコンバータに関する。 The present invention relates to a DC-DC converter that suppresses the generation of noise and increases the conversion efficiency.
HEV(Hybrid Electric Vehicle)式の電気自動車の普及や、EV(Electric Vehicle)式の電気自動車の実用化に伴い車載用DC−DCコンバータの研究が盛んであり、本発明者も各種の構成を提案している(例えば、特許文献1〜特許文献7)。
With the widespread use of HEV (Hybrid Electric Vehicle) type electric vehicles and the practical application of EV (Electric Vehicle) type electric vehicles, research on in-vehicle DC-DC converters is actively conducted, and the present inventor also proposes various configurations. (For example,
しかし、電源ラインに重畳する高周波ノイズの低減や、変換効率の更なる向上が望まれている。ここで、車載用コンバータの配置スペースや、昨今の電子素子の高集積化及び高性能化に鑑みると、多少の部品点数の増加は問題にならない。 However, reduction of high frequency noise superimposed on the power supply line and further improvement of conversion efficiency are desired. Here, in view of the placement space of the in-vehicle converter and the recent high integration and high performance of electronic elements, a slight increase in the number of components is not a problem.
本発明は、上記の実情を踏まえて完成されたものであって、電源ラインのノイズの低減と、更なる電源効率の向上を実現するDC−DCコンバータを提供することを目的とする。 The present invention has been completed in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a DC-DC converter that realizes reduction of noise in a power supply line and further improvement of power supply efficiency.
上記の目的を達成するため、本発明に係るDC−DCコンバータは、直流電圧を受けて所定のスイッチング周波数の交流信号に変換する上流側の交流変換回路(1)と、前記交流信号を直流電圧に変換する下流側の同期整流回路(2)とが、出力巻線にセンタタップを設けた高周波トランス(TR)で結合されて構成され、前記同期整流回路(2)は、高周波トランスの出力巻線の両端に接続されるON/OFF制御可能な第1と第2の一対のスイッチング素子(Q5,Q6)と、前記一対のスイッチング素子の一方又は双方のON動作時に、高周波トランスの出力巻線に流れる電流が流通するコイル素子(L2)を配置して構成された電源ライン(LN)と、前記一対のスイッチング素子(Q5,Q6)の各々に、並列接続されるダイオード(D1/D2)及びコンデンサ(C1/C2)の直列回路と、前記一対のスイッチング素子(Q5,Q6)の各々の動作に関連してON/OFF制御される一対の出力制御素子(Q7,Q8)を有して構成され、前記出力制御素子(Q7,Q8)の一方のON動作に対応して、前記コンデンサ(C1/C2)の一方の充電電荷を前記電源ライン(LN)に供給する回生制御回路(CTL)と、を設けて構成されている。 In order to achieve the above object, a DC-DC converter according to the present invention includes an upstream AC conversion circuit (1) that receives a DC voltage and converts it into an AC signal having a predetermined switching frequency, and the AC signal is converted into a DC voltage. And a synchronous rectifier circuit (2) on the downstream side that converts to a high frequency transformer (TR) provided with a center tap in the output winding, and the synchronous rectifier circuit (2) is configured to output the output winding of the high frequency transformer. A first and second pair of switching elements (Q5, Q6) connected to both ends of the wire and capable of ON / OFF control, and an output winding of the high-frequency transformer when one or both of the pair of switching elements are turned on A diode element connected in parallel to each of the power supply line (LN) configured by arranging the coil element (L2) through which the current flowing through the pair flows and the pair of switching elements (Q5, Q6). (D1 / D2) and a capacitor (C1 / C2) series circuit and a pair of output control elements (Q7, Q8) that are ON / OFF controlled in relation to the operation of each of the pair of switching elements (Q5, Q6). ), And in response to the ON operation of one of the output control elements (Q7, Q8), the regenerative power for supplying one charge of the capacitor (C1 / C2) to the power supply line (LN) And a control circuit (CTL).
本発明では、構成の明確化のため、便宜上、ダイオードなる用語を使用するが、一方向電流素子を総称する意味で使用しており、具体的な電子素子としてのダイオードを意味しない。コンデンサについても同様であり、蓄電機能を有する電子素子を意味するに過ぎない。なお、カッコ書きした引用記号は、構成の明確化のため、実施例の回路素子を例示しているに過ぎず、権利範囲を何ら限定するものではない。 In the present invention, for the sake of clarity, the term “diode” is used for convenience. However, the term “unidirectional current element” is used as a general term, and does not mean a diode as a specific electronic element. The same applies to the capacitor, which merely means an electronic element having a power storage function. In addition, the quotation marks written in parentheses merely exemplify the circuit elements of the embodiments for clarification of the configuration, and do not limit the scope of rights at all.
本発明において、第1スイッチング素子(Q5)をON/OFF制御する第1制御信号(S1)と、第2スイッチング素子(Q6)をON/OFF制御する第2制御信号(S2)は、互いのOFF制御期間が重複しない一方、互いのON制御期間が重複するよう構成されているのが好適である。 In the present invention, the first control signal (S1) for ON / OFF control of the first switching element (Q5) and the second control signal (S2) for ON / OFF control of the second switching element (Q6) are It is preferable that the OFF control periods are not overlapped while the ON control periods are overlapped with each other.
また、第1スイッチング素子(Q5)のOFF遷移時からON遷移時までのOFF期間に、第1スイッチング素子(Q5)に対応する第1コンデンサ(C1)に充電された電荷が、第1スイッチング素子(Q5)のON遷移時まで放電しないよう制御する第1遅延回路(DY1)が、前記回生制御回路(CTL)に設けられて、第1の出力制御素子(Q7)は、第1遅延回路(DY1)の出力を受けてON動作するよう構成されているのが好ましい。 In addition, the charge charged in the first capacitor (C1) corresponding to the first switching element (Q5) during the OFF period from the OFF transition time to the ON transition time of the first switching element (Q5) is the first switching element. A first delay circuit (DY1) that controls not to discharge until the ON transition time of (Q5) is provided in the regeneration control circuit (CTL), and the first output control element (Q7) includes the first delay circuit (Q7). It is preferable that the DY1) output is received and the ON operation is performed.
一方、第2スイッチング素子(Q6)のOFF遷移時からON遷移時までのOFF期間に、第2スイッチング素子(Q6)に対応する第2コンデンサ(C2)に充電された電荷が、第2スイッチング素子(Q6)のON遷移時まで放電しないよう制御する第2遅延回路(DY2)が、前記回生制御回路(CTL)に設けられて、第2の出力制御素子(Q8)は、第2遅延回路(DY2)の出力を受けてON動作するよう構成されているのも好ましい。 On the other hand, the charge charged in the second capacitor (C2) corresponding to the second switching element (Q6) during the OFF period from the OFF transition time of the second switching element (Q6) to the ON transition time is the second switching element. A second delay circuit (DY2) that controls not to discharge until the ON transition time of (Q6) is provided in the regeneration control circuit (CTL), and the second output control element (Q8) It is also preferable to be configured to receive an output of DY2) and perform an ON operation .
第1遅延回路は、好適には、第1コンデンサ(C1)の両端電圧を基準電圧(Vr)と比較する第1コンパレータと、第1コンパレータの出力と第1制御信号(S1)の論理積を論理出力する第1ゲート回路とを有して構成されている。同様に、第2遅延回路は、好適には、第2コンデンサ(C2)の両端電圧を基準電圧(Vr)と比較する第2コンパレータと、第2コンパレータの出力と第2制御信号(S2)の論理積を論理出力する第2ゲート回路とを有して構成されている。 The first delay circuit preferably has a first comparator that compares the voltage across the first capacitor (C1) with a reference voltage (Vr), and the logical product of the output of the first comparator and the first control signal (S1). And a first gate circuit that outputs a logic. Similarly, the second delay circuit preferably includes a second comparator that compares the voltage across the second capacitor (C2) with the reference voltage (Vr), the output of the second comparator, and the second control signal (S2). And a second gate circuit that logically outputs a logical product.
好ましくは、ダイオード(D1/D2)及びコンデンサ(C1/C2)の直列回路には、抵抗(R1/R2)とコンデンサ(C3/C4)が直列接続されたスナバ回路が並列接続されているべきである。また、前記電源ライン(LN)は、センタタップ(Tc)を設けた高周波トランス(TR)のセンタタップに設けられているべきである。 Preferably, the series circuit of the diode (D1 / D2) and the capacitor (C1 / C2) should be connected in parallel with a snubber circuit in which a resistor (R1 / R2) and a capacitor (C3 / C4) are connected in series. is there. The power supply line (LN) should be provided at the center tap of the high frequency transformer (TR) provided with the center tap (Tc).
上記した本発明によれば、電源ラインのノイズの低減と、更なる電源効率の向上を実現するDC−DCコンバータを実現することができる。 According to the above-described present invention, it is possible to realize a DC-DC converter that realizes reduction of noise in the power supply line and further improvement of power supply efficiency.
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図1は、実施例に係るDC−DCコンバータを説明する図面であり、全体回路構成(図1(a))と、遅延回路の回路構成(図1(b))と、回路動作を説明するタイムチャート(図1(c)〜図1(g))と、を示している。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. FIG. 1 is a diagram for explaining a DC-DC converter according to an embodiment. The whole circuit configuration (FIG. 1A), the circuit configuration of a delay circuit (FIG. 1B), and the circuit operation are explained. The time chart (FIG.1 (c)-FIG.1 (g)) is shown.
図1(a)に示す通り、実施例のDC−DCコンバータは、直流電圧を受けて所定のスイッチング周波数の交流信号を生成する交流変換回路1と、交流変換回路1が生成した交流信号を直流電圧に変換する同期整流回路2とが、高周波トランスTRで電磁結合されて構成されている。図示の通り、高周波トランスTRは、出力巻線にセンタタップTcを設けて構成されている。
As shown in FIG. 1A, the DC-DC converter of the embodiment receives a direct current voltage to generate an alternating current signal having a predetermined switching frequency, and an alternating current signal generated by the alternating
交流変換回路1は、各々、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などで実現される4個のスイッチング素子Q1〜D4が、フルブリッジ型に接続されて構成されている。そして、各スイッチング素子Q1〜D4が、所定のスイッチング周波数でON/OFF制御されることで交流信号が生成され、生成された交流信号が、チョークコイルL1を経由して、高周波トランスTRの一次巻線に供給されるよう構成されている。
The
特に限定されるものではないが、本実施例では、第1群のスイッチング素子Q1,Q4のゲート端子には、第1の駆動制御信号OUT1が供給され、第2群のスイッチング素子Q2,Q3には、第2の駆動制御信号OUT2が供給されることにする。 Although not particularly limited, in the present embodiment, the first drive control signal OUT1 is supplied to the gate terminals of the first group of switching elements Q1 and Q4, and the second group of switching elements Q2 and Q3 are supplied. Is supplied with the second drive control signal OUT2.
そのため、以下の説明では、交流変換回路1は、(1)第2群のスイッチング素子Q2,Q3のOFF動作状態で、第1群のスイッチング素子Q1,Q4がON動作する第1動作フェーズPH1と、(2)第1群のスイッチング素子Q1,Q4がON動作からOFF動作に移行する第2動作フェーズPH2と、(3)第1群のスイッチング素子Q1,Q4のOFF動作状態で、第2群のスイッチング素子Q2,Q3がON動作する第3動作フェーズPH3と、(4)第2群のスイッチング素子Q2,Q3がON動作からOFF動作に移行する第4動作フェーズPH4と、がこの順番で繰り返されることになる(図1(c)及び図1(d)参照)。
Therefore, in the following description, the
次に、同期整流回路2は、高周波トランスTRの二次巻線の一方端子T1に接続される第1スイッチング素子Q5と、二次巻線の他方端子T2に接続される第2スイッチング素子Q6と、高周波トランスTRのセンタタップTcに接続されるチョークコイルL2を有する電源ラインLNと、電源ラインLNに回生電流を供給する回生制御回路CTLとを有して構成されている。
Next, the
図示の通り、チョークコイルL2の一方端子が、二次巻線のセンタタップTcに接続される一方、チョークコイルL2の他方端子とグランド間に平滑コンデンサC5が接続されることで、DC−DCコンバータの電源ラインLNを形成している。 As shown in the drawing, one terminal of the choke coil L2 is connected to the center tap Tc of the secondary winding, while a smoothing capacitor C5 is connected between the other terminal of the choke coil L2 and the ground, so that a DC-DC converter is obtained. Power supply line LN is formed.
第1と第2のスイッチング素子Q5,Q6は、本実施例では、例えば、NチャンネルMOSで構成され、各スイッチング素子Q5,Q6のソース端子とドレイン端子の間には、抵抗R1/R2とコンデンサC3/C4が直列接続された第1と第2のRCスナバ回路と、ダイオードD1/D2とコンデンサC1/C2が直列接続された第1と第2の充電回路とが各々接続されている。 In the present embodiment, the first and second switching elements Q5 and Q6 are composed of, for example, an N-channel MOS, and a resistor R1 / R2 and a capacitor are provided between the source terminal and the drain terminal of each switching element Q5 and Q6. The first and second RC snubber circuits in which C3 / C4 are connected in series, and the first and second charging circuits in which diodes D1 / D2 and capacitors C1 / C2 are connected in series are connected.
特に限定されるものではないが、実施例の場合、第1と第2のスイッチング素子Q5,Q6だけでなく、第1と第2のスナバ回路及び充電回路についても、同一特性の回路素子で構成されている。 Although not particularly limited, in the case of the embodiment, not only the first and second switching elements Q5 and Q6 but also the first and second snubber circuits and the charging circuit are configured by circuit elements having the same characteristics. Has been.
図1(a)に示す通り、スイッチング素子Q5,Q6のゲート端子には、位相の異なる2つの動作制御信号S1,S2が、ドライバ回路Drを経由して供給されている。ここで、ドライバ回路Drとしては、好適には、過電流制限機能を有する高耐圧のドライバIC(例えば、AUIRS21271S)が使用される。なお、この点は、他のドライバ回路Drについても同様である。 As shown in FIG. 1A, two operation control signals S1 and S2 having different phases are supplied to the gate terminals of the switching elements Q5 and Q6 via the driver circuit Dr. Here, as the driver circuit Dr, a high breakdown voltage driver IC (for example, AUIRS21271S) having an overcurrent limiting function is preferably used. This also applies to the other driver circuits Dr.
位相の異なる2つの動作制御信号S1、S2は、適宜に選択されるが、ここでは、第1の駆動制御信号OUT1を論理反転させた第1動作制御信号S1と、第2の駆動制御信号OUT2を論理反転させた第2動作制御信号S2を使用している(図1(e)及び図1(f)参照)。 The two operation control signals S1 and S2 having different phases are appropriately selected. Here, the first operation control signal S1 obtained by logically inverting the first drive control signal OUT1 and the second drive control signal OUT2 are used. Is used as a second operation control signal S2 (see FIGS. 1E and 1F).
回生制御回路CTLは、第1充電回路のコンデンサC1の出力Vinを受ける第1遅延回路DY1と、第2充電回路のコンデンサC2の出力Vinを受ける第2遅延回路DY2と、NチャンネルMOSで構成された第1と第2の出力制御素子Q7,Q8と、各出力制御素子Q7,Q8を駆動するドライバDr,Drと、一方向電流素子たるダイオードD3と、チョークコイルL3と、を有して構成されている。 The regeneration control circuit CTL includes a first delay circuit DY1 that receives the output Vin of the capacitor C1 of the first charging circuit, a second delay circuit DY2 that receives the output Vin of the capacitor C2 of the second charging circuit, and an N-channel MOS. The first and second output control elements Q7 and Q8, the drivers Dr and Dr that drive the output control elements Q7 and Q8, a diode D3 that is a unidirectional current element, and a choke coil L3. Has been.
ダイオードD3は、出力制御素子Q7,Q8のソース端子からグランドに向かう電流を阻止する方向に接続されている。そして、2つの出力制御素子Q7,Q8のソース端子は、チョークコイルL3を経由して電源ラインLNに接続されている。 The diode D3 is connected in a direction that blocks current from the source terminals of the output control elements Q7 and Q8 to the ground. The source terminals of the two output control elements Q7 and Q8 are connected to the power supply line LN via the choke coil L3.
第1と第2の遅延回路DY1,DY2は同一構成であり、図1(b)に示す通り、コンデンサC1/C2から受ける入力電圧Vinを分圧する分圧抵抗R3,R4と、分圧抵抗R3,R4で分圧された分圧電圧Vs(=Vin*R4/(R3+R4))を基準電圧Vrと比較するコンパレータCMと、コンパレータCMの出力Vmを受けて論理AND動作をするゲート回路GTと、を有して構成されている。 The first and second delay circuits DY1 and DY2 have the same configuration. As shown in FIG. 1B, the voltage dividing resistors R3 and R4 that divide the input voltage Vin received from the capacitor C1 / C2 and the voltage dividing resistor R3. , R4, a comparator CM that compares the divided voltage Vs (= Vin * R4 / (R3 + R4)) with the reference voltage Vr, a gate circuit GT that receives the output Vm of the comparator CM and performs a logical AND operation; It is comprised.
図示の通り、基準電圧Vrは、コンパレータCMの反転入力端子(−)に供給される一方、分圧電圧Vsは、コンパレータCMの非反転入力端子(+)に供給されている。そのため、分圧電圧Vsが基準電圧Vrを上回る場合に限り、コンパレータ出力VmがHレベルとなる。 As illustrated, the reference voltage Vr is supplied to the inverting input terminal (−) of the comparator CM, while the divided voltage Vs is supplied to the non-inverting input terminal (+) of the comparator CM. Therefore, the comparator output Vm becomes H level only when the divided voltage Vs exceeds the reference voltage Vr.
また、遅延回路のゲート回路GTには、コンパレータ出力Vmと共に、動作制御信号S1/S2が供給されており、2つの信号の論理積が出力されるよう構成されている。そのため、Hレベルのコンパレータ出力Vmは、動作制御信号S1/S2がHレベルの場合に限り、Hレベル出力Voとして、ドライバDrに供給されることになる。 Further, the gate circuit GT of the delay circuit is supplied with the operation control signal S1 / S2 together with the comparator output Vm, and is configured to output a logical product of the two signals. Therefore, the H-level comparator output Vm is supplied to the driver Dr as the H-level output Vo only when the operation control signal S1 / S2 is at the H level.
ここで、ドライバDrは入力信号と同相の信号を、出力制御素子Q7/Q8のゲート端子に出力するよう構成されているので、結局、出力制御素子Q7/Q8は、コンパレータ出力VmがHレベルであって、且つ、動作制御信号S1/S2がHレベルの場合に限りON動作することになる。 Here, since the driver Dr is configured to output a signal in phase with the input signal to the gate terminal of the output control element Q7 / Q8, the output control element Q7 / Q8 eventually has the comparator output Vm at the H level. In addition, the ON operation is performed only when the operation control signals S1 / S2 are at the H level.
図1(a)に示す通り、出力制御素子Q7/Q8のドレイン端子には、コンデンサC1/C2の両端電圧Vinが供給されているので、出力制御素子Q7/Q8のON動作時には、コンデンサC1/C2の充電電荷が、出力制御素子Q7/Q8を経由して放電して、チョークコイルL3に供給されることになる。そして、動作状態では、チョークコイルL3が、出力制御素子Q7/Q8を経由して、LC直列共振回路を構成しており、コンデンサC1/C2の放電終了時に出力制御素子Q7/Q8がOFF遷移することになる。 As shown in FIG. 1A, since the voltage Vin across the capacitor C1 / C2 is supplied to the drain terminal of the output control element Q7 / Q8, the capacitor C1 / C8 is turned on when the output control element Q7 / Q8 is turned on. The charge of C2 is discharged via the output control elements Q7 / Q8 and supplied to the choke coil L3. In the operating state, the choke coil L3 forms an LC series resonance circuit via the output control element Q7 / Q8, and the output control element Q7 / Q8 transitions OFF when the capacitors C1 / C2 are discharged. It will be.
続いて、以上の回路構成を有する実施例のDC−DCコンバータについて、その回路動作を確認的に説明する。先に説明した通り、交流変換回路1は、第1動作フェーズPH1→第2動作フェーズPH2→第3動作フェーズPH3→第4動作フェーズPH4の順番で内部動作を遷移させている(図1(c)、図1(d)参照)。
Subsequently, the circuit operation of the DC-DC converter of the embodiment having the above circuit configuration will be described in a confirming manner. As described above, the
<第1動作フェーズPH1>
先ず、第1動作フェーズPH1時の動作から説明すると、第1動作フェーズPH1では、第1群のスイッチング素子Q1,Q4がON状態であり、図2に示す通り、高周波トランスTRに図示下向きの一次電流が流れる。
<First operation phase PH1>
First, the operation during the first operation phase PH1 will be described. In the first operation phase PH1, the first group of switching elements Q1 and Q4 are in the ON state, and as shown in FIG. Current flows.
図1(f)に示す通り、第1動作フェーズPH1では、第2スイッチング素子Q6がON状態であるので、高周波トランスTRの二次側には、その出力端子T2からセンタタップTcに向う二次電流Ioが流れ、これがチョークコイルL2の充電電流Ioとして電源ラインLNに流れる(図2及び図1(g)参照)。 As shown in FIG. 1 (f), in the first operation phase PH1, since the second switching element Q6 is in the ON state, the secondary side of the high-frequency transformer TR is connected to the secondary from the output terminal T2 toward the center tap Tc. A current Io flows, and this flows to the power supply line LN as the charging current Io of the choke coil L2 (see FIGS. 2 and 1G).
ところで、第1動作フェーズPH1の初期タイミングにおいて、それまでON状態であった第1スイッチング素子Q5がOFF遷移するので(図1(e))、この急変に対応して、第1スイッチング素子Q5のドレイン端子(A点)には、少なからず振動するサージ電圧が発生することになる(図2(b)参照)。 By the way, at the initial timing of the first operation phase PH1, the first switching element Q5 that has been in the ON state until then transitions OFF (FIG. 1 (e)), and in response to this sudden change, the first switching element Q5 At the drain terminal (point A), a surge voltage that oscillates not a little occurs (see FIG. 2B).
但し、このサージ電圧は、本実施例の構成では、ダイオードD1を経由してコンデンサC1を充電すると共に、抵抗R1とコンデンサC3で構成された第1スナバ回路で適宜に吸収される。そして、コンデンサC1が充電されることに対応して(図4(d)参照)、遅延回路DY1のコンパレータCMの出力Vmは、Hレベルとなる(図4(e)参照)。 However, in the configuration of this embodiment, the surge voltage charges the capacitor C1 via the diode D1, and is appropriately absorbed by the first snubber circuit including the resistor R1 and the capacitor C3. Corresponding to the charging of the capacitor C1 (see FIG. 4D), the output Vm of the comparator CM of the delay circuit DY1 becomes the H level (see FIG. 4E).
しかし、この第1動作フェーズPH1時には、動作制御信号S1がLレベルであるので(図4(c))、遅延回路DY1のゲート回路GTの出力VoはLレベルを維持し(図4(f)参照)、これに対応して、出力制御素子Q7がOFF状態を維持する。そのため、コンデンサC1の充電電荷が放電されることはなく、コンデンサC1の両端電圧Vinは、サージ電圧の最高レベルにほぼ維持されることなる。 However, during the first operation phase PH1, since the operation control signal S1 is at the L level (FIG. 4C), the output Vo of the gate circuit GT of the delay circuit DY1 maintains the L level (FIG. 4F). Correspondingly, the output control element Q7 maintains the OFF state correspondingly. Therefore, the charge of the capacitor C1 is not discharged, and the voltage Vin across the capacitor C1 is almost maintained at the highest level of the surge voltage.
<第3動作フェーズPH3>
続いて、第3動作フェーズPH3時の動作について図3に基づいて説明する。交流変換回路1の第3動作フェーズPH3では、第2群のスイッチング素子Q2,Q3がON状態であり、図3に示す通り、高周波トランスTRの一次側には、図示上向きの一次電流が流れる。
<Third operation phase PH3>
Next, the operation during the third operation phase PH3 will be described with reference to FIG. In the third operation phase PH3 of the
一方、同期整流回路2では、この第3動作フェーズPH3時、第1スイッチング素子Q5がON状態であるので(図1(e)参照)、高周波トランスTRの二次側には、その出力端子T1からセンタタップTcに向う二次電流Ioが流れ、これがチョークコイルL2の充電電流Ioとして電源ラインLNに流れる(図3及び図1(g)参照)。
On the other hand, in the
この第3動作フェーズPH3の初期タイミングでは、それまでON状態であった第2スイッチング素子Q6がOFF遷移するので(図1(f)参照)、第2スイッチング素子Q6のドレイン端子(B点)には、少なからず振動するサージ電圧が発生することになる(図3(b)参照)。 At the initial timing of the third operation phase PH3, the second switching element Q6 that has been in the ON state until then transitions OFF (see FIG. 1 (f)), so that the drain terminal (point B) of the second switching element Q6 is connected. Will generate a surge voltage that oscillates (see FIG. 3B).
但し、このサージ電圧は、本実施例の構成では、ダイオードD2を経由してコンデンサC2を充電すると共に、抵抗R2とコンデンサC4で構成された第2スナバ回路で適宜に吸収される。そして、コンデンサC2が充電されることに対応して、遅延回路DY2のコンパレータCMの出力Vmは、Hレベルとなる。 However, in the configuration of this embodiment, the surge voltage charges the capacitor C2 via the diode D2, and is appropriately absorbed by the second snubber circuit including the resistor R2 and the capacitor C4. Corresponding to the charging of the capacitor C2, the output Vm of the comparator CM of the delay circuit DY2 becomes H level.
しかし、この第3動作フェーズPH3のタイミングでは、動作制御信号S2がLレベルであるので(図1(f)参照)、遅延回路DY2のゲート回路GTの出力VoはLレベルを維持し、これに対応して、出力制御素子Q8がOFF状態を維持する。そのため、コンデンサC2の充電電荷が放電されることはなく、コンデンサC2の両端電圧Vinは、サージ電圧(図3(b))の最高レベルにほぼ維持されることなる。 However, since the operation control signal S2 is at the L level at the timing of the third operation phase PH3 (see FIG. 1 (f)), the output Vo of the gate circuit GT of the delay circuit DY2 is maintained at the L level. Correspondingly, the output control element Q8 maintains the OFF state. Therefore, the charge of the capacitor C2 is not discharged, and the voltage Vin across the capacitor C2 is almost maintained at the highest level of the surge voltage (FIG. 3B).
なお、図4には、遅延回路DY2のコンパレータCM出力やANDゲートの出力Voを図示していないが、動作制御信号S2と各部の電圧との位置関係は、動作制御信号S1(図4(c))に対する、コンデンサC1の充電電圧Vin(図4(d))や、コンパレータCMの出力Vm(図4(e))や、ゲート回路GTの出力Vo(図4(f))と同じである。 Although the comparator CM output of the delay circuit DY2 and the output Vo of the AND gate are not shown in FIG. 4, the positional relationship between the operation control signal S2 and the voltage of each part is the operation control signal S1 (FIG. 4 (c)). )) With respect to the charging voltage Vin of the capacitor C1 (FIG. 4D), the output Vm of the comparator CM (FIG. 4E), and the output Vo of the gate circuit GT (FIG. 4F). .
<第2動作フェーズPH2、第4動作フェーズPH4>
続いて、第2動作フェーズPH2と、第4動作フェーズPH4における同期整流回路2の動作を説明する。図4(a)に示す通り、これらの動作タイミングでは、交流変換回路1のスイッチング素子Q1〜Q4は全てOFF状態である。
<Second Operation Phase PH2, Fourth Operation Phase PH4>
Subsequently, the operation of the
一方、同期整流回路2における第1と第2のスイッチング素子Q5,Q6は、共にON状態であるので、グランドから高周波トランスTRのセンタタップTcに向かう電流経路が形成され、チョークコイルL2の放電電流が、図示の向きに流れることになる(図4及び図1(g)参照)。
On the other hand, since both the first and second switching elements Q5 and Q6 in the
そして、図4(c)に示す通り、第2動作フェーズPH2は、動作制御信号S1がHレベルに立上ることで開始される。そのため、動作制御信号S1の立上りタイミングに同期して、第1遅延回路DY1のゲート回路GTの出力VoがHレベルとなり、これに対応して第1出力制御素子Q7がON遷移することで、コンデンサC1の充電電荷の放電が開始される。 Then, as shown in FIG. 4C, the second operation phase PH2 is started when the operation control signal S1 rises to the H level. Therefore, in synchronization with the rising timing of the operation control signal S1, the output Vo of the gate circuit GT of the first delay circuit DY1 becomes H level, and the first output control element Q7 is turned on in response to this, so that the capacitor The discharge of the charge of C1 is started.
充電電荷の放電経路は、コンデンサC1→第1出力制御素子Q7→チョークコイルL3→電源ラインLNであり、この放電動作は、コンデンサC1の両端電圧Vinが基準電圧Vrを下回るまで継続される。そして、コンデンサC1の両端電圧Vinが基準電圧Vrを下回った後は、第1出力制御素子Q7がOFF状態となるので、その後は、遅延回路DY1が、他の回路に影響を与えるおそれがない。 The discharging path of the charging charge is capacitor C1 → first output control element Q7 → choke coil L3 → power supply line LN, and this discharging operation is continued until the voltage Vin across the capacitor C1 falls below the reference voltage Vr. Then, after the voltage Vin across the capacitor C1 falls below the reference voltage Vr, the first output control element Q7 is turned off, and thereafter, the delay circuit DY1 has no possibility of affecting other circuits.
以上の関係は、動作制御信号S2がHレベルに立上ることで開始される第4動作フェーズPH4の場合も基本的に同じである。すなわち、第4動作フェーズPH4では、コンデンサC2の充電電荷が、コンデンサC2→第2出力制御素子Q8→チョークコイルL3→電源ラインLNの経路で放電され、この放電動作は、コンデンサC2の両端電圧Vinが基準電圧Vrを下回るまで継続される。 The above relationship is basically the same in the case of the fourth operation phase PH4 started when the operation control signal S2 rises to the H level. That is, in the fourth operation phase PH4, the charge of the capacitor C2 is discharged through the path of the capacitor C2, the second output control element Q8, the choke coil L3, and the power supply line LN, and this discharge operation is performed by the voltage Vin across the capacitor C2. Until the voltage falls below the reference voltage Vr.
このように、本実施例では、第1動作フェーズPH1でコンデンサC1に充電された静電エネルギーが、第2動作フェーズPH2で電源ラインLNに回生され、第3動作フェーズPH3でコンデンサC2に充電された静電エネルギーが、第4動作フェーズPH4で電源ラインLNに回生されるので、余分なエネルギーを回収することで、変換効率を効果的に改善することができる。 Thus, in this embodiment, the electrostatic energy charged in the capacitor C1 in the first operation phase PH1 is regenerated in the power supply line LN in the second operation phase PH2, and charged in the capacitor C2 in the third operation phase PH3. Since the electrostatic energy is regenerated to the power supply line LN in the fourth operation phase PH4, the conversion efficiency can be effectively improved by recovering excess energy.
また、エネルギー回収タイミングを敢えて一動作フェーズ遅らせることで、サージ電圧に重畳されるノイズ成分(リンギング成分)を、コンデンサC1/C2で吸収することでき、電源ラインにノイズ成分が重畳することも確実に解消される。 Moreover, by deliberately delaying the energy recovery timing by one operation phase, the noise component (ringing component) superimposed on the surge voltage can be absorbed by the capacitor C1 / C2, and the noise component is also reliably superimposed on the power supply line. It will be resolved.
また、エネルギー回収タイミングを敢えて一動作フェーズ遅らせることで、増加傾向のコイル充電電流Io(図1(g)参照)に、回生電流を付加するのではなく、減少傾向のコイル放電電流コンデンサIo(図1(g)参照)に、回生電流を付加するので、出力電流Ioの変動分を抑制することができ、この意味でも効果的である。 In addition, by deliberately delaying the energy recovery timing by one operation phase, the regenerative current is not added to the increasing coil charging current Io (see FIG. 1G), but the decreasing coil discharge current capacitor Io (see FIG. 1). 1 (g)), the regenerative current is added to the output current Io, and the fluctuation of the output current Io can be suppressed.
以上、本発明の実施例について具体的に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではない。すなわち、実施例では、説明の便宜上、フルブリッジ型の交流変換回路1が、基本動作するよう説明したが、基本動作に代えて、位相シフト方式の制御動作を採っても良いことは勿論である。また、上流側の交流変換回路1は、直流電圧を受けて高周波信号に変換するものであれば、如何なる回路構成であっても良い。
As mentioned above, although the Example of this invention was described concretely, the concrete description content does not specifically limit this invention. That is, in the embodiments, for the sake of convenience of explanation, the full-bridge type
1 交流変換回路
2 同期整流回路
TR 高周波トランス
Q5 第1スイッチング素子
Q6 第2スイッチング素子
L2 コイル素子
LN 電源ライン
Q7 出力制御素子
Q8 出力制御素子
CTL 回生制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記同期整流回路(2)は、
高周波トランスの出力巻線の両端に接続されるON/OFF制御可能な第1と第2の一対のスイッチング素子(Q5,Q6)と、
前記一対のスイッチング素子の一方又は双方のON動作時に、高周波トランスの出力巻線に流れる電流が流通するコイル素子(L2)を配置して構成された電源ライン(LN)と、
前記一対のスイッチング素子(Q5,Q6)の各々に、並列接続されるダイオード(D1/D2)及びコンデンサ(C1/C2)の直列回路と、
前記一対のスイッチング素子(Q5,Q6)の各々の動作に関連してON/OFF制御される一対の出力制御素子(Q7,Q8)を有して構成され、前記出力制御素子(Q7,Q8)の一方のON動作に対応して、前記コンデンサ(C1/C2)の一方の充電電荷を前記電源ライン(LN)に供給する回生制御回路(CTL)と、
を設けたことを特徴とするDC−DCコンバータ。 An upstream AC converter circuit (1) that receives a DC voltage and converts it into an AC signal having a predetermined switching frequency, and a downstream synchronous rectifier circuit (2) that converts the AC signal into a DC voltage are output windings. Are combined with a high frequency transformer (TR) provided with a center tap.
The synchronous rectifier circuit (2)
A first and second pair of switching elements (Q5, Q6) capable of ON / OFF control connected to both ends of the output winding of the high-frequency transformer;
A power line (LN) configured by arranging a coil element (L2) through which a current flowing through the output winding of the high-frequency transformer flows when one or both of the pair of switching elements is turned on;
A series circuit of a diode (D1 / D2) and a capacitor (C1 / C2) connected in parallel to each of the pair of switching elements (Q5, Q6);
The output control elements (Q7, Q8) are configured to have a pair of output control elements (Q7, Q8) that are ON / OFF controlled in relation to the operations of the pair of switching elements (Q5, Q6). A regenerative control circuit (CTL) for supplying one charge of the capacitor (C1 / C2) to the power supply line (LN)
The DC-DC converter characterized by providing.
互いのOFF制御期間が重複しない一方、互いのON制御期間が重複するよう構成されている請求項1に記載のDC−DCコンバータ。 A first control signal (S1) for ON / OFF control of the first switching element (Q5) and a second control signal (S2) for ON / OFF control of the second switching element (Q6) are:
2. The DC-DC converter according to claim 1, wherein the ON control periods are not overlapped with each other, while the ON control periods are overlapped with each other.
第1の出力制御素子(Q7)は、第1遅延回路(DY1)の出力を受けてON動作するよう構成されている請求項1又は2に記載のDC−DCコンバータ。 During the OFF period from the OFF transition time to the ON transition time of the first switching element (Q5), the charge charged in the first capacitor (C1) corresponding to the first switching element (Q5) becomes the first switching element (Q5). ) Is provided in the regeneration control circuit (CTL), the first delay circuit (DY1) for controlling not to discharge until the ON transition time of
The DC-DC converter according to claim 1 or 2, wherein the first output control element (Q7) is configured to receive an output of the first delay circuit (DY1) and perform an ON operation .
第2の出力制御素子(Q8)は、第2遅延回路(DY2)の出力を受けてON動作するよう構成されている請求項1〜3の何れかに記載のDC−DCコンバータ。 During the OFF period from the OFF transition time to the ON transition time of the second switching element (Q6), the charge charged in the second capacitor (C2) corresponding to the second switching element (Q6) becomes the second switching element (Q6). ) Is provided in the regeneration control circuit (CTL), the second delay circuit (DY2) for controlling not to discharge until the ON transition time of
The DC-DC converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the second output control element (Q8) is configured to receive an output from the second delay circuit (DY2) and perform an ON operation .
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