JP2003348830A - Method of detecting current - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明はチョッパ方式のＤ
Ｃ／ＤＣコンバータの電流検出方法に関するものであ
る。The present invention relates to a chopper type D.
The present invention relates to a method for detecting a current of a C / DC converter.
【０００２】[0002]
【従来の技術】チョッパ方式のＤＣ／ＤＣコンバータと
して、例えば車載用降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが知られ
ている。車載用の非絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータとして図
１のチョッパ方式の構成が知られている（例えば特開２
００１−１５７４４４号公報参照）。図１において、１
は高圧側バッテリ、２はチョッパ用スイッチング素子
（ＭＯＳＦＥＴ）、３は同期整流用スイッチング素子
（ＭＯＳＦＥＴ）、４はコイル、５は低圧側バッテリ、
６は負荷である。このようなコンバータにおいては電流
制御や過電流保護の為、電流検出が必要である。電流検
出方法としてはＡＣ（交流）ＣＴ（変流器）方式が知ら
れている。ＡＣＣＴ方式では電流の１サイクル中に必ず
０Ａになる期間がないと直流電流を検出できない。ま
た、過電流保護を瞬時に働かせる為には、増加中の電流
を検出しなければならない。この二つを満足させる為
に、図１のＤＣ／ＤＣコンバータを降圧制御するときに
はＡＣＣＴは図２の７に示すようにスイッチング素子２
に直列に配置されることが多い。2. Description of the Related Art As a chopper type DC / DC converter, for example, a step-down DC / DC converter for a vehicle is known. A chopper type configuration shown in FIG. 1 is known as a non-insulated DC / DC converter for use in a vehicle (see, for example,
001-157444). In FIG. 1, 1
Is a high voltage side battery, 2 is a chopper switching element (MOSFET), 3 is a synchronous rectification switching element (MOSFET), 4 is a coil, 5 is a low voltage side battery,
6 is a load. In such a converter, current detection is necessary for current control and overcurrent protection. As a current detection method, an AC (AC) CT (current transformer) method is known. In the ACCT method, a direct current cannot be detected unless there is a period during which the current always reaches 0 A in one cycle. Further, in order to activate the overcurrent protection instantaneously, the increasing current must be detected. In order to satisfy these two, when step-down control is performed on the DC / DC converter shown in FIG. 1, the ACCT is switched as shown in FIG.
Are often arranged in series.
【０００３】一方、降圧制御時の効率向上を目的とし
て、スイッチング素子３の同期整流をおこなう場合があ
る。すなわち、スイッチング素子２とスイッチング素子
３とを交互にオンするように２つのスイッチング素子を
オンオフ制御する場合がある。その為にはスイッチング
素子３を流れる電流を検出する必要がある。On the other hand, there is a case where synchronous rectification of the switching element 3 is performed for the purpose of improving the efficiency at the time of step-down control. That is, there are cases where two switching elements are turned on and off so that the switching elements 2 and 3 are turned on alternately. For that purpose, it is necessary to detect the current flowing through the switching element 3.
【０００４】図３の（ａ）にスイッチング素子２を流れ
る電流Ｉ２（実線）とスイッチング素子３を流れる電流
Ｉ３（点線）を示す。図３の（ｂ）は図２のＡＣＣＴ７
の検出出力端（ＣＴ＋，ＣＴ−）に接続した電流検出回
路の従来例である。FIG. 3A shows a current I 2 flowing through the switching element 2 (solid line) and a current I 3 flowing through the switching element 3 (dotted line). FIG. 3B shows the ACCT7 of FIG.
Is a conventional example of a current detection circuit connected to the detection output terminals (CT +, CT-) of FIG.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述の検出回路では実
線で示したスイッチング素子２を流れる電流は検出でき
るが、点線で示したスイッチング素子３を流れる電流Ｉ
３を検出することができない。In the above-described detection circuit, the current flowing through the switching element 2 shown by the solid line can be detected, but the current I flowing through the switching element 3 shown by the dotted line can be detected.
3 cannot be detected.
【０００６】そこで図４のように図３の電流検出回路に
コンデンサＣを入れて、図３の（ｂ）の包絡線の電流Ｉ
Ｌ（＝Ｉ２＋Ｉ３）にできるだけ検出値を近づけるよう
にしているが、平均値的にも、瞬時値的にも正しい電流
値は検出できない。その為、この電流値を用いてスイッ
チング素子３の同期整流のタイミングを演算する場合か
なりラフな演算しかできず、期待した効率の向上が達成
できない。Therefore, as shown in FIG. 4, a capacitor C is inserted in the current detecting circuit shown in FIG. 3 and the current I in the envelope shown in FIG.
Although the detection value is made as close as possible to L (= I 2 + I 3 ), a correct current value cannot be detected in terms of average value or instantaneous value. Therefore, when calculating the timing of synchronous rectification of the switching element 3 using this current value, only a fairly rough calculation can be performed, and the expected improvement in efficiency cannot be achieved.
【０００７】そこで本発明の目的は以上のような問題を
解消した電流検出方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a current detecting method which solves the above problems.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、チョッパ方式のＤＣ／ＤＣコン
バータにおいてスイッチングを行うスイッチに流れる電
流の値をＡＣ変流器によって検出する電流検出方法であ
って、前記ＡＣ変流器によって電流を検出しているタイ
ミングでは当該電流の最大値を出力し、次いで前記ＡＣ
変流器によって電流を検出していないタイミングでは前
記最大値を時間に対して一定の傾きで減少させて出力す
ることを特徴とする。In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a current detector for detecting the value of a current flowing through a switch performing switching in a chopper type DC / DC converter by an AC current transformer. Outputting a maximum value of the current at a timing when the current is detected by the AC current transformer.
At a timing when the current is not detected by the current transformer, the maximum value is reduced at a constant gradient with respect to time and output.
【０００９】請求項２の発明は、請求項１において、前
記ＤＣ／ＤＣコンバータは降圧コンバータであり、前記
一定の傾きは低圧側ＤＣ電源電圧のマイナスの値に比例
させたことを特徴とする。A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the DC / DC converter is a step-down converter, and the constant gradient is proportional to a negative value of the low-voltage DC power supply voltage.
【００１０】請求項３の発明は、請求項１において、前
記ＤＣ／ＤＣコンバータは昇圧コンバータであり、前記
一定の傾きは低圧側ＤＣ電源電圧と高圧側ＤＣ電源電圧
との差に比例させたことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the DC / DC converter is a step-up converter, and the constant gradient is proportional to a difference between the low-voltage DC power supply voltage and the high-voltage DC power supply voltage. It is characterized by.
【００１１】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
かにおいて、前記最大値は前記ＡＣ変流器から出力され
る信号をダイオードを介して入力するコンデンサから得
ることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the maximum value is obtained from a capacitor that inputs a signal output from the AC current transformer via a diode.
【００１２】請求項５の発明は、請求項４において、前
記ダイオードの順方向電圧降下を補償することを特徴と
する。According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, a forward voltage drop of the diode is compensated.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】図５に本発明の実施例を示す。本
実施例では、スイッチング素子３の電流Ｉ３の１サイク
ルのピーク値がスイッチング素子２の電流Ｉ２のピーク
値に等しく、また、Ｉ３の電流減少の傾きｄＩ３／ｄｔ
が低圧側バッテリ５の電圧ＶＬに比例し、コイルのイン
ダクタンスＬに反比例し、ｄＩ３／ｄｔ＝ＶＬ／Ｌで与
えられることを利用して、スイッチング素子２の電流ピ
ーク値からスイッチング素子３の電流Ｉ３を演算する。
すなわち、図５に示すように、図３の（ｂ）に示した回
路で検出した電流Ｉ２からまずダイオードＤ２とコンデ
ンサＣにより電流ピーク値を検出し、スイッチング素子
２がオフしてＩ２が０になった時点から、ｄＩ３／ｄｔ
＝ＶＬ／Ｌに比例した一定電流をコンデンサＣから流出
させる。FIG. 5 shows an embodiment of the present invention. In this embodiment, the peak value of one cycle of the current I 3 of the switching device 3 is equal to the peak value of the current I 2 of the switching element 2, The slope of the current reduction of I 3 dI 3 / dt
Is proportional to the voltage VL of the low-voltage side battery 5, inversely proportional to the inductance L of the coil, and given by dI 3 / dt = V L / L, from the current peak value of the switching element 2 to the switching element 3 calculating a current I 3.
That is, as shown in FIG. 5, detects a current peak value by first diode D2 and the capacitor C from the current I 2 detected by the circuit shown in FIG. 3 (b), the switching element 2 is I 2 off From the point in time when it becomes 0, dI 3 / dt
A constant current proportional to = V L / L flows out of the capacitor C.
【００１４】図５中、点線で囲った部分は定電流回路で
ある。Ｖｐは制御電源電圧等の適当な直流電圧、トラン
ジスタＱａと抵抗Ｒ３はトランジスタＱｂのコレクタ・
エミッタ間の電圧降下ＶＦを補償する回路であり、抵抗
Ｒ２には抵抗Ｒ４とほぼ等しいＶＬ／Ｒ４の一定電流が
流れる。なお、図中トランジスタＱｂ，Ｑｃのエミッタ
は−ＶＬに接続されているが、この値は−ＶＬに比例し
ていればよい。この演算回路の出力として、図３の
（ａ）の実線と点線の包絡線の電流、即ち図１または図
２の回路のコイル４を流れる電流ＩＬを検出できる。In FIG. 5, a portion surrounded by a dotted line is a constant current circuit. Vp is an appropriate DC voltage such as a control power supply voltage, and the transistor Qa and the resistor R3 are a collector of the transistor Qb.
A circuit for compensating the voltage drop V F of the emitter, a constant current flows in approximately equal V L / R4 and the resistor R4 to the resistor R2. In the drawing, the transistor Qb, although the emitter of Qc is connected to the -V L, the value need only be proportional to -V L. As the output of the arithmetic circuit, the current of the solid line and dotted envelope of FIG. 3 (a), i.e. capable of detecting the current I L flowing through the coil 4 of the circuit of FIG. 1 or FIG. 2.
【００１５】図６は本発明の他の実施例である。図５と
異なる点はオペアンプＯＰによりダイオードＤ２の電圧
降下ＶＤを補償している点である。この構成では温度変
化に伴うＤ２の温度特性の影響がない。FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. Figure 5 differs in that to compensate the voltage drop V D of the diode D2 by the operational amplifier OP. In this configuration, there is no influence of the temperature characteristic of D2 due to the temperature change.
【００１６】図５、図６は制御電源として＋電源と−電
源の両方がある場合の構成を示しているが、図７に示す
ように片電源しかないときにも同様に構成できる。図
中、Ｖｒｅｆは基準電源で、その電圧は制御電源電圧Ｖ
ｐと０Ｖの間の電圧である。FIGS. 5 and 6 show the configuration in the case where both the + power supply and the-power supply are used as the control power supply. However, the same configuration can be applied when only a single power supply is provided as shown in FIG. In the figure, Vref is a reference power supply whose voltage is the control power supply voltage V
It is a voltage between p and 0V.
【００１７】以上の例では降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの
電流検出方法説明したが、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータに
も本発明は適用できる。その場合にはＡＣＣＴは図２に
おいてスイッチング素子３に直列におかれる。また、図
５または図６において電圧−ＶＬは低圧側バッテリ５の
電圧と高圧側バッテリ１の電圧との差、すなわちＶＬ−
ＶＨまたはこれに比例した値におきかえればよい。Although the current detection method of the step-down DC / DC converter has been described in the above example, the present invention can be applied to a step-up DC / DC converter. In that case, the ACCT is placed in series with the switching element 3 in FIG. Further, the difference between the voltage -V L is voltage and the voltage of the high-voltage side battery 1 of the low-voltage side battery 5 in FIG. 5 or FIG. 6, namely V L -
VH or a value proportional thereto may be replaced.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
チョッパ方式のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、入出力
電圧や温度の影響を受けない電流検出器を安価に構成で
きる。これにより同期整流用スイッチング素子を流れる
電流の検出精度が向上し、同期整流のタイミングを追い
込むことが可能になる為、コンバータの変換効率を向上
させることが可能になる。As described above, according to the present invention,
In a chopper type DC / DC converter, a current detector that is not affected by input / output voltage or temperature can be configured at low cost. As a result, the accuracy of detecting the current flowing through the synchronous rectification switching element is improved, and the timing of the synchronous rectification can be driven, so that the conversion efficiency of the converter can be improved.
【図１】車載用の非絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図
である。FIG. 1 is a circuit diagram of a non-insulated DC / DC converter for use in a vehicle.
【図２】ＡＣＣＴを挿入した回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram in which an ACCT is inserted.
【図３】（ａ）はスイッチング素子２を流れる電流Ｉ２
（実線）とスイッチング素子３を流れる電流Ｉ３（点
線）を示す図であり、（ｂ）は図２のＡＣＣＴ７の検出
出力端（ＣＴ＋，ＣＴ−）に接続した電流検出回路の従
来例を示す図である。FIG. 3A shows a current I 2 flowing through a switching element 2;
FIG. 4 is a diagram showing a solid line and a current I 3 (dotted line) flowing through the switching element 3, and FIG. 4B shows a conventional example of a current detection circuit connected to the detection output terminals (CT +, CT−) of the ACCT 7 in FIG. FIG.
【図４】図３の電流検出回路にコンデンサＣを入れた回
路図である。FIG. 4 is a circuit diagram in which a capacitor C is inserted in the current detection circuit of FIG.
【図５】本発明の実施例の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention.
【図６】本発明の他の実施例の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention.
【図７】本発明のさらに他の実施例の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of still another embodiment of the present invention.
１ 高圧側バッテリ ２ チョッパ用スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ） ３ 同期整流用スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ） ４ コイル ５ 低圧側バッテリ ６ 負荷 ７ ＡＣＣＴ 1 High voltage side battery 2 Switching element (MOSFET) for chopper 3. Switching element for synchronous rectification (MOSFET) 4 coils 5 Low voltage battery 6 Load 7 ACCT
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 文人 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 薄田 隆行 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H730 AA12 AA14 AA15 BB13 BB57 DD04 EE08 EE10 EE13 FD48 FF02 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Fumito Takahashi 1-1, Tanabe-Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Takayuki Usuda 1-1, Tanabe-Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fuji Electric Co., Ltd. F term (reference) 5H730 AA12 AA14 AA15 BB13 BB57 DD04 EE08 EE10 EE13 FD48 FF02
Claims (5)
おいてスイッチングを行うスイッチに流れる電流の値を
ＡＣ変流器によって検出する電流検出方法であって、前
記ＡＣ変流器によって電流を検出しているタイミングで
は当該電流の最大値を出力し、次いで前記ＡＣ変流器に
よって電流を検出していないタイミングでは前記最大値
を時間に対して一定の傾きで減少させて出力することを
特徴とする電流検出方法。1. A current detecting method for detecting, by an AC current transformer, a value of a current flowing through a switch for performing switching in a chopper type DC / DC converter, wherein timing of detecting the current by the AC current transformer is provided. And outputting a maximum value of the current, and then reducing and outputting the maximum value at a constant gradient with respect to time at a timing when the current is not detected by the AC current transformer. .
記一定の傾きは低圧側ＤＣ電源電圧のマイナスの値に比
例させたことを特徴とする電流検出方法。2. The current detection method according to claim 1, wherein the DC / DC converter is a step-down converter, and the constant gradient is proportional to a negative value of the low-voltage side DC power supply voltage.
記一定の傾きは低圧側ＤＣ電源電圧と高圧側ＤＣ電源電
圧との差に比例させたことを特徴とする電流検出方法。3. The current according to claim 1, wherein the DC / DC converter is a boost converter, and the constant gradient is proportional to a difference between a low-voltage DC power supply voltage and a high-voltage DC power supply voltage. Detection method.
オードを介して入力するコンデンサから得ることを特徴
とする電流検出方法。4. The current detection method according to claim 1, wherein the maximum value is obtained from a capacitor that inputs a signal output from the AC current transformer via a diode.
とする電流検出方法。5. The current detection method according to claim 4, wherein a forward voltage drop of the diode is compensated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002153059A JP2003348830A (en) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | Method of detecting current |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2002153059A JP2003348830A (en) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | Method of detecting current |
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|---|---|
| JP2003348830A true JP2003348830A (en) | 2003-12-05 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002153059A Pending JP2003348830A (en) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | Method of detecting current |
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|---|---|
| JP (1) | JP2003348830A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5316976B2 (en) * | 2010-02-25 | 2013-10-16 | 富士電機株式会社 | Current estimation circuit |
-
2002
- 2002-05-27 JP JP2002153059A patent/JP2003348830A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5316976B2 (en) * | 2010-02-25 | 2013-10-16 | 富士電機株式会社 | Current estimation circuit |
| US8773111B2 (en) | 2010-02-25 | 2014-07-08 | Fuji Electric Co., Ltd. | Current estimation circuit |
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