JP2006197755A - 多出力型dc−dcコンバータ - Google Patents

多出力型dc−dcコンバータ Download PDF

Info

Publication number
JP2006197755A
JP2006197755A JP2005008160A JP2005008160A JP2006197755A JP 2006197755 A JP2006197755 A JP 2006197755A JP 2005008160 A JP2005008160 A JP 2005008160A JP 2005008160 A JP2005008160 A JP 2005008160A JP 2006197755 A JP2006197755 A JP 2006197755A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
secondary winding
transformer
voltage
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005008160A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4671019B2 (ja
Inventor
Hiroshi Usui
浩 臼井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanken Electric Co Ltd filed Critical Sanken Electric Co Ltd
Priority to JP2005008160A priority Critical patent/JP4671019B2/ja
Priority to US11/330,811 priority patent/US7304867B2/en
Priority to KR1020060003952A priority patent/KR20060083162A/ko
Publication of JP2006197755A publication Critical patent/JP2006197755A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4671019B2 publication Critical patent/JP4671019B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33561Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having more than one ouput with independent control
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01DCONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D4/00Arch-type bridges
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01DCONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00Structural or constructional details of bridges
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01DCONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D2101/00Material constitution of bridges
    • E01D2101/30Metal
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/008Plural converter units for generating at two or more independent and non-parallel outputs, e.g. systems with plural point of load switching regulators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

【課題】無負荷から全ての負荷の範囲に亘って安定な複数の直流出力を取得できる多出力型DC−DCコンバータを実現する。
【解決手段】本発明による多出力型DC−DCコンバータでは、トランス(5)の第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)との間に1次巻線(5a)が介在するため、第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)が電磁的に疎結合となる。これにより、軽負荷時又は無負荷時において2次側の出力制御用MOS-FET(20)がオフしたときにトランス(5)の第2の2次巻線(5c)から第1の2次巻線(5b)に誘起されるサージ電圧が低減されるので、1次側制御回路(14)での帰還制御によるトランス(5)の1次側から2次側への電力伝達の制限が緩和される。このため、前記のサージ電圧による第2の整流平滑回路(17)の出力電圧VO2の変動を抑制できるので、無負荷から全ての負荷の範囲に亘って安定な複数の直流出力VO1,VO2を取得することが可能となる。
【選択図】図1

Description

本発明は複数の直流出力を発生する多出力型DC−DCコンバータ、特に無負荷から全ての負荷の範囲に亘って安定な複数の直流出力が得られる多出力型DC−DCコンバータに関するものである。
1次側に共振回路を備え且つ1次側のスイッチング素子のオン・オフによりトランスの複数の2次巻線から整流平滑回路を介して複数の直流出力を得る多出力型DC−DCコンバータは、パーソナルコンピュータ等の情報機器や、エアコン或いはオーディオ・ビジュアル機器等の家庭電化機器等の安価な電源として従来から広く使用されている。例えば、図4に示す従来の多出力型DC−DCコンバータは、直流電源(1)に対して直列に接続された第1及び第2の1次側スイッチング素子としての第1及び第2の主MOS-FET(2,3)と、第2の主MOS-FET(3)に対して並列に接続された電流共振用コンデンサ(4)及びトランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)及び1次巻線(5a)の直列回路と、第1の主MOS-FET(2)のドレイン−ソース間に接続された電圧擬似共振用コンデンサ(6)と、トランス(5)の第1の2次巻線(5b)に接続された第1の出力整流ダイオード(7)及び第1の出力平滑コンデンサ(8)から成り且つ第1の直流出力端子(10,11)を介して第1の直流出力電圧VO1を発生する第1の整流平滑回路(9)と、第1の整流平滑回路(9)から出力される第1の直流出力電圧VO1の検出電圧と第1の出力電圧値を規定する基準電圧との誤差信号VE1を出力する第1の出力電圧検出回路(12)と、フォトカプラ(13)の発光部(13a)及び受光部(13b)を介して帰還信号入力端子(FB)に入力される第1の出力電圧検出回路(12)の誤差信号VE1に基づいて第1及び第2の主MOS-FET(2,3)のオン・オフを制御する1次側制御回路(14)と、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)に接続された第2の出力整流ダイオード(15)及び第2の出力平滑コンデンサ(16)から成り且つ第2の直流出力端子(18,19)を介して第2の直流出力電圧VO2を発生する第2の整流平滑回路(17)と、第2の整流平滑回路(17)の第2の出力整流ダイオード(15)と第2の出力平滑コンデンサ(16)との間に接続された2次側スイッチング素子としての出力制御用MOS-FET(20)と、第2の出力平滑コンデンサ(16)の電圧VO2に基づいて出力制御用MOS-FET(20)のオン・オフを制御する2次側制御回路(21)とを備えている。
トランス(5)は、図5に示すように、フェライト等の磁性材の焼結体から成り且つ一対の側脚(5i,5j)及び中脚(5k)を有する一対のE形コア(5g,5h)と、筒部(5m)及び筒部(5m)の両端に鍔状に形成された一対のフランジ(5n,5o)を有する樹脂製のボビン(5l)と、ボビン(5l)の一対のフランジ(5n,5o)付近に巻着された沿面距離確保用のバリアテープ(5p)と、バリアテープ(5p)間に巻装された1次巻線(5a)並びに第1及び第2の2次巻線(5b,5c)と、1次巻線(5a)と第1及び第2の2次巻線(5b,5c)とを電気的に絶縁する層間テープ(5q)とを備えている。ボビン(5l)の筒部(5m)には、一対のE形コア(5g,5h)の中脚(5k)が挿入される。1次巻線(5a)並びに第1及び第2の2次巻線(5b,5c)は、ボビン(5l)の一対のフランジ間(5n,5o)の筒部(5m)に1次巻線(5a)、第2の2次巻線(5c)、第1の2次巻線(5b)の順で層状に巻装され、1次巻線(5a)と第2の2次巻線(5c)との間には層間テープ(5q)が巻着される。これにより、1次巻線(5a)と第1及び第2の2次巻線(5b,5c)とが電磁的に疎結合或いは若干疎結合となり、互いに隣接して巻装された第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)が電磁的に密結合となる。このため、図5に示すトランス(5)は、1次巻線(5a)と等価的に直列に接続される漏洩インダクタンス(5d)と、1次巻線(5a)と等価的に並列に接続される励磁インダクタンス(5e)とを有し、漏洩インダクタンス(5d)は電流共振用リアクトルとして作用する。
1次側制御回路(14)は、図6に示すように、フォトカプラ(13)の発光部(13a)及び受光部(13b)を介して帰還信号入力端子(FB)に入力される第1の出力電圧検出回路(12)の誤差信号VE1の電圧レベルに応じてパルス幅を一定として周波数が変化するパルス信号VPLを出力する発振器(22)と、発振器(22)から出力されるパルス信号VPLの反転信号−VPLを出力する反転器(23)と、発振器(22)から出力されるパルス信号VPLに一定時間のデッドタイムを付加して第1の駆動信号VG1を形成する第1のデッドタイム付加回路(24)と、デッドタイムが付加された第1の駆動信号VG1を第1の主MOS-FET(2)のゲートに付与するローサイド側バッファ増幅器(25)と、発振器(22)から反転器(23)を介して出力されるパルス信号−VPLに一定時間のデッドタイムを付加して第2の駆動信号VG2を形成する第2のデッドタイム付加回路(26)と、デッドタイムが付加された第2の駆動信号VG2の電圧レベルを変換するレベル変換回路(27)と、レベル変換回路(27)から出力される第2の駆動信号VG2を第2の主MOS-FET(3)のゲートに付与するハイサイド側バッファ増幅器(28)とから構成されている。これにより、オン期間が固定され且つ出力電圧検出回路(12)の誤差信号VE1の電圧レベルに基づいてオフ期間が変化する第1の駆動信号VG1及びオフ期間が固定され且つ出力電圧検出回路(12)の誤差信号VE1の電圧レベルに基づいてオン期間が変化する第2の駆動信号VG2が1次側制御回路(14)からそれぞれ第1及び第2の主MOS-FET(2,3)の各々のゲートに付与され、第1の出力電圧検出回路(12)の誤差信号VE1の電圧レベルに対応して第1及び第2の主MOS-FET(2,3)が交互にオン・オフ動作される。即ち、1次側制御回路(14)は、第1の主MOS-FET(2)のオン期間を固定すると共に、第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1に基づいて第2の主MOS-FET(3)のオン期間を可変することにより、第1の主MOS-FET(2)のオン・デューティを制御する。
2次側制御回路(21)は、図7に示すように、1次側の第1の主MOS-FET(2)がオンしたときにトランス(5)の第2の2次巻線(5c)に発生する電圧VT22を検出するタイミング検出回路(29)と、第2の整流平滑回路(17)の第2の出力平滑コンデンサ(16)の電圧VO2を検出してその検出電圧と第2の出力電圧値を規定する基準電圧との誤差信号VE2を出力する第2の出力電圧検出回路(30)と、タイミング検出回路(29)の検出信号VTDにより駆動され且つ第2の出力電圧検出回路(30)の誤差信号VE2に基づいて出力するパルス列信号VPTの発生周期を制御するPWM制御回路(31)と、タイミング検出回路(29)の検出信号VTDによりセットされ且つPWM制御回路(31)のパルス列信号VPTによりリセットされるRSフリップフロップ(32)と、RSフリップフロップ(32)の出力信号により出力制御用MOS-FET(20)のゲートに付与する2次側駆動信号VS2を出力する駆動回路(33)とから構成されている。これにより、第1の主MOS-FET(2)のスイッチング周波数に同期、即ち第1の主MOS-FET(2)のオン期間に同期して出力制御用MOS-FET(20)がオン・オフ動作され、第2の整流平滑回路(17)の第2の出力平滑コンデンサ(16)の電圧VO2に基づいて出力制御用MOS-FET(20)のオン期間が制御される。
図4に示す従来の多出力型DC−DCコンバータの動作は以下の通りである。図示しない電源スイッチをオンすると、1次側制御回路(14)が動作を開始し、1次側制御回路(14)から第1及び第2の主MOS-FET(2,3)の各ゲートに第1及び第2の駆動信号VG1,VG2が付与され、第1及び第2の主MOS-FET(2,3)がオン・オフ動作を開始する。第1の主MOS-FET(2)がオンしたときは、直流電源(1)、電流共振用コンデンサ(4)、トランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)、1次巻線(5a)、第1の主MOS-FET(2)及び直流電源(1)の経路で電流IQ1が流れる。このときの電流IQ1は、電流共振用コンデンサ(4)、トランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)、1次巻線(5a)及び第1の2次巻線(5b)を介して、第1の整流平滑回路(9)の第1の出力整流ダイオード(7)、第1の出力平滑コンデンサ(8)、第1の主MOS-FET(2)の経路で流れる第1の負荷電流と、電流共振用コンデンサ(4)、トランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)、1次巻線(5a)及び第2の2次巻線(5c)を介して、第2の整流平滑回路(17)の第2の出力整流ダイオード(15)、第2の出力平滑コンデンサ(16)、第1の主MOS-FET(2)の経路で流れる第2の負荷電流と、電流共振用コンデンサ(4)、トランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)、励磁インダクタンス(5e)及び第1の主MOS-FET(2)の経路で流れる励磁電流との合成電流となる。前者の第1及び第2の負荷電流は、電流共振用コンデンサ(4)の静電容量及びトランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)で決まる共振周波数を有する正弦波状の共振電流となる。後者の励磁電流は、トランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)及び励磁インダクタンス(5e)の合成インダクタンスと電流共振用コンデンサ(4)の静電容量で決まる共振周波数を有する共振電流となるが、その共振周波数が第1の主MOS-FET(2)のオン期間に比較して低くなるため、正弦波の一部を斜辺とする三角波状の電流として観測される。
次に、第1の主MOS-FET(2)がオフすると、前記の励磁電流によりトランス(5)に蓄積されたエネルギにより、電圧擬似共振が発生し、第1及び第2の主MOS-FET(2,3)のドレイン−ソース間の電圧VQ1,VQ2がトランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)及び励磁インダクタンス(5e)の合成インダクタンスと電圧擬似共振用コンデンサ(6)の静電容量で決まる共振周波数の擬似共振電圧となる。即ち、第1の主MOS-FET(2)に流れる電流IQ1は第1の主MOS-FET(2)がオフすると共に電圧擬似共振用コンデンサ(6)に転流し、この電流により電圧擬似共振用コンデンサ(6)が直流電源(1)の電圧Eまで充電されると、前記の電流IQ1が更に第2の主MOS-FET(3)の図示しない内蔵ダイオードに転流する。つまり、トランス(5)に蓄積された励磁電流によるエネルギが第2の主MOS-FET(3)の図示しない内蔵ダイオードを介して電流共振用コンデンサ(4)に放出される。したがって、この期間中に第2の主MOS-FET(3)をオンすることにより、第2の主MOS-FET(3)のゼロボルトスイッチング(ZVS)が可能となる。
トランス(5)に蓄積された励磁電流によるエネルギの放出が終了すると、電流共振用コンデンサ(4)に蓄積されたエネルギが電流共振用コンデンサ(4)、第2の主MOS-FET(3)、トランス(5)の励磁インダクタンス(5e)、漏洩インダクタンス(5d)及び電流共振用コンデンサ(4)の経路で放出される。即ち、第1の主MOS-FET(2)のオン期間中とは逆方向にトランス(5)の励磁電流が流れる。この励磁電流は、トランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)及び励磁インダクタンス(5e)の合成インダクタンスと電流共振用コンデンサ(4)の静電容量で決まる共振周波数の共振電流であるが、第2の主MOS-FET(3)のオン期間に比較して低い共振周波数となるため、正弦波の一部を斜辺とする三角波状の電流として観測される。この電流は、電流共振用コンデンサ(4)、第2の主MOS-FET(3)、トランス(5)の励磁インダクタンス(5e)、漏洩インダクタンス(5d)及び電流共振用コンデンサ(4)の経路で流れる循環電流となる。
ここで、第1の主MOS-FET(2)のドレイン−ソース間電圧VQ1及び同主MOS-FET(2)に流れる電流IQ1及び電流共振用コンデンサ(4)の両端の電圧VC2の波形を図8(A)〜(D)に示す。図8(A)及び(B)は、それぞれ直流電源(1)から供給される入力電圧Eが低いとき及び高いときに、第1の主MOS-FET(2)のオン期間を固定し且つ第2の主MOS-FET(3)のオン期間を可変して制御したときの前記の電圧及び電流の波形を示したものである。即ち、図8(A)及び(B)は、1次側の入力電圧Eの変化に対して、第2の主MOS-FET(3)のオン期間を可変することにより、第1の主MOS-FET(2)のオン・デューティを制御し、電流共振用コンデンサ(4)の両端の電圧VC2を変化させることにより、2次側の第1の直流出力電圧VO1を制御する様子を示す。図8(C)及び(D)は、それぞれ図示しない負荷が軽いとき及び重いときの前記の電圧及び電流の波形を示したものである。即ち、図8(C)では、軽負荷であるため、第1の主MOS-FET(2)に流れる電流IQ1が略三角波形状となり、負荷電流としての共振電流が殆ど流れないのに対し、図8(D)では、重負荷であるため、第1の主MOS-FET(2)に流れる電流IQ1が正弦波状に変化する部分を含み、負荷電流に相当する共振電流が流れる。また、図8(C)及び(D)の第1の主MOS-FET(2)のドレイン−ソース間電圧VQ1が0Vとなる期間、即ち第1の主MOS-FET(2)のオン期間を比較すると、1次側の電流共振用コンデンサ(4)及びトランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)で決まる共振周波数により、トランス(5)の1次側から2次側に電力を供給する期間が決定されるため、2次側の負荷に変動が生じても第1の主MOS-FET(2)のオン期間、即ちトランス(5)の1次側から2次側に電力を供給する期間が殆ど変化しない。このため、トランス(5)の第1の2次巻線(5b)側の負荷の変動に拘わらず、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)から第2の整流平滑回路(17)を介して必要な直流電力を取り出すことができる。
第1の主MOS-FET(2)と第2の主MOS-FET(3)のオン期間比(Duty Ratio)に対する2次側の第1の直流出力電圧VO1を図9に示す。図9に示すように、図4に示す従来の多出力型DC−DCコンバータでは、第1の主MOS-FET(2)と第2の主MOS-FET(3)のオン期間の比率を0.3から1.0の範囲で可変することにより、第1の直流出力端子(10,11)から出力される第1の直流出力電圧VO1を調整することが可能である。即ち、第1の主MOS-FET(2)と第2の主MOS-FET(3)のオン期間の比率を可変して電流共振用コンデンサ(4)の充電電圧VC2を調整し、トランス(5)の1次巻線(5a)に印加される電圧を制御することにより、トランス(5)の第1の2次巻線(5b)及び第1の整流平滑回路(9)を介して第1の直流出力端子(10,11)から出力される第1の直流出力電圧VO1を制御することができる。
第1の直流出力端子(10,11)から出力された第1の直流出力電圧VO1は、第1の出力電圧検出回路(12)により検出され、この検出電圧と第1の出力電圧値を規定する基準電圧との誤差信号VE1がフォトカプラ(13)の発光部(13a)及び受光部(13b)を介して1次側の1次側制御回路(14)の帰還信号入力端子(FB)に伝達される。1次側制御回路(14)は、帰還信号入力端子(FB)に入力される第1の出力電圧検出回路(12)の誤差信号VE1の電圧レベルに基づいてPFM(パルス周波数変調)制御された第1及び第2の駆動信号VG1,VG2をそれぞれ第1及び第2の主MOS-FET(2,3)の各ゲートに付与し、第1の出力電圧検出回路(12)の誤差信号VE1の電圧レベルに対応した周波数で第1及び第2の主MOS-FET(2,3)を交互にオン・オフ動作させる。これにより、第1の直流出力端子(10,11)から出力される第1の直流出力電圧VO1が略一定値に制御される。
第1の主MOS-FET(2)がオンしたときは、トランス(5)の1次巻線(5a)に電圧が発生すると共に、第2の2次巻線(5c)に電圧VT22が誘起される。トランス(5)の第2の2次巻線(5c)に誘起された電圧VT22は、第2の整流平滑回路(17)に入力されると共に、2次側制御回路(21)内のタイミング検出回路(29)に入力される。このとき、タイミング検出回路(29)からRSフリップフロップ(32)のセット端子(S)及びPWM制御回路(31)に高い電圧(H)レベルの検出信号VTDが付与され、RSフリップフロップ(32)がセットされると共にPWM制御回路(31)が駆動される。このため、RSフリップフロップ(32)の出力端子(Q)から駆動回路(33)を介して出力制御用MOS-FET(20)のゲートに高い電圧(H)レベルの2次側駆動信号VS2が付与され、出力制御用MOS-FET(20)がオンする。これにより、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)から第2の整流平滑回路(17)の第2の出力整流ダイオード(15)を介して第2の出力平滑コンデンサ(16)に電流が流れ、第2の出力平滑コンデンサ(16)の電圧VO2が上昇する。
出力制御用MOS-FET(20)がオンすると、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)の電圧VT22が第2の整流平滑回路(17)の第2の出力平滑コンデンサ(16)の電圧VO2にクランプされる。したがって、トランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)と励磁インダクタンス(5e)に印加される電圧から1次巻線(5a)と第2の2次巻線(5c)の巻数比分の電圧を差し引いた電圧が漏洩インダクタンス(5d)に印加される。図4の回路では、漏洩インダクタンス(5d)を有するトランス(5)を使用するため、出力電圧の不要な電圧成分をトランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)により吸収することができる。その後、出力制御用MOS-FET(20)がオフすることにより、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)の電圧クランプが開放されるため、トランス(5)の第1の2次巻線(5b)に通常の電圧、即ち第1の整流平滑回路(9)の第1の出力平滑コンデンサ(8)の電圧VO1にクランプされた電圧が発生する。したがって、図4に示す回路では、第1の主MOS-FET(2)のオン期間中に第2の整流平滑回路(17)の第2の出力整流ダイオード(15)に電流ID2が流れ、出力制御用MOS-FET(20)がオフした後に第1の整流平滑回路(9)の第1の出力整流ダイオード(7)に電流ID1が流れる。また、第1及び第2の直流出力電圧VO1,VO2の差が小さい場合は、第1の整流平滑回路(9)の第1の出力平滑コンデンサ(8)及び第2の整流平滑回路(17)の第1の出力平滑コンデンサ(16)のリプル電圧によっては、第1及び第2の出力整流ダイオード(7,15)の各々に同時に電流ID1,ID2が流れる。このときの第2の主MOS-FET(3)のドレイン−ソース間の電圧VQ2、第2の主MOS-FET(3)に流れる電流IQ2、第1の主MOS-FET(2)のドレイン−ソース間の電圧VQ1、第1の主MOS-FET(2)に流れる電流IQ1、第1の出力整流ダイオード(7)に流れる電流ID1、第2の出力整流ダイオード(15)に流れる電流ID2及び電流共振用コンデンサ(4)の両端に発生する電圧VC2の各波形をそれぞれ図10(A)〜(G)に示す。
一方、第2の整流平滑回路(17)の第2の出力平滑コンデンサ(16)の電圧VO2は、2次側制御回路(21)内の第2の出力電圧検出回路(30)により検出され、その検出信号と第2の出力電圧値を規定する基準電圧との誤差信号VE2がPWM制御回路(31)に入力される。PWM制御回路(31)は、タイミング検出回路(29)から付与される高い電圧(H)レベルの検出信号VTDにより駆動され、第2の出力電圧検出回路(30)の誤差信号VE2の電圧レベルに基づいて出力するパルス列信号VPTのデューティ比を制御する。即ち、第2の出力平滑コンデンサ(16)の電圧VO2が基準電圧よりも高いときはPWM制御回路(31)からデューティ比の小さいパルス列信号VPTが出力され、第2の出力平滑コンデンサ(16)の電圧VO2が基準電圧よりも低いときはPWM制御回路(31)からデューティ比の大きいパルス列信号VPTが出力される。PWM制御回路(31)から出力されるパルス列信号VPTは、RSフリップフロップ(32)のリセット端子(R)に付与され、RSフリップフロップ(32)がリセットされる。したがって、第2の整流平滑回路(17)の第2の直流出力電圧VO2が設定値より高いときは、PWM制御回路(31)からデューティ比の小さいパルス列信号VPTがRSフリップフロップ(32)のリセット端子(R)に付与され、RSフリップフロップ(32)の出力端子(Q)から駆動回路(33)を介して出力制御用MOS-FET(20)のゲートに狭いパルス幅の2次側駆動信号VS2が付与される。これにより、出力制御用MOS-FET(20)のオン期間が短くなるので、第2の整流平滑回路(17)の第2の出力平滑コンデンサ(16)に電流が流れる期間が短縮され、第2の出力平滑コンデンサ(16)の電圧VO2が低下する。また、第2の整流平滑回路(17)の第2の直流出力電圧VO2が設定値より低いときは、PWM制御回路(31)からデューティ比の大きいパルス列信号VPTがRSフリップフロップ(32)のリセット端子(R)に付与され、RSフリップフロップ(32)の出力端子(Q)から駆動回路(33)を介して出力制御用MOS-FET(20)のゲートに広いパルス幅の2次側駆動信号VS2が付与される。これにより、出力制御用MOS-FET(20)のオン期間が長くなるので、第2の整流平滑回路(17)の第2の出力平滑コンデンサ(16)に電流が流れる期間が延長され、第2の出力平滑コンデンサ(16)の電圧VO2が上昇する。以上のように、第2の整流平滑回路(17)の出力電圧VO2に基づいて出力制御用MOS-FET(20)のオン期間を1次側の第1の主MOS-FET(2)のオン期間に同期して制御することにより、第2の直流出力端子(18,19)間の第2の直流出力電圧VO2が略一定値に制御される。
また、下記の特許文献1には、周波数変調器により基準パルス信号を周波数変調してパルス列信号を出力し、このパルス列信号により1次側のパワートランジスタをオン・オフさせてトランスの1次側巻線への電圧印加を制御し、複数の2次側巻線に発生する出力を各々の整流平滑回路により整流平滑する共振型スイッチング電源が開示されている。この共振型スイッチング電源では、1次側制御手段を構成する比較器により、2次側の所定の整流平滑回路の出力信号に応じて周波数変調器から出力されるパルス列信号の周波数を制御する。また、所定の2次側巻線に対する整流平滑回路の出力に応じて2次側の制御回路によりスイッチングトランジスタをオン・オフさせ、このスイッチングトランジスタの出力側に生ずるパルス列電圧のデューティサイクルを制御する。これにより、2次側のスイッチングトランジスタの出力側に生ずるパルス列電圧が適当量間引かれるため、所定の2次側巻線に対する整流平滑回路の直流出力電圧を調整することができる。
特開平3−7062号公報(第5頁、第1図)
また、下記の特許文献2には、コアから外側に向けて1次巻線、第1の2次巻線、絶縁紙及び第2の2次巻線の順で巻装されたスイッチング電源装置又はインバータ装置用のトランスが開示されている。このトランスでは、第1の2次巻線よりも第2の2次巻線の漏れインダクタンスが大きくなり、スイッチング時のリプル電流が小さくなる。また、サージ電圧の大きさはリプル電流の傾きに比例するので、大きなリプル電流が発生した巻線の電流の傾きは大きくなり、大きなサージ電圧が発生する。このため、第1の2次巻線には大きなサージ電圧が発生するので、第1の2次巻線の電源はノイズに比較的強い主スイッチング素子用の駆動電圧や冷却用ファン用の電源等の大まかな電圧として供給される。これに対して、リプル電流の小さい第2の2次巻線ではサージ電圧が小さくなるので、第2の2次巻線の電源は制御部、インターフェース部等のサージ電圧に弱い部分により安定な電源として供給される。なお、第1の2次巻線はサージ電圧が大きいが漏れインダクタンスは小さいので、トランスの1次側から2次側へ高効率で電力を供給することができる。したがって、前記のように、用途により2次巻線の漏れインダクタンスの大きさを使い分けることにより、全ての2次巻線の漏れインダクタンスを大きくしたトランスに比較して効率を高く維持できると共に、フィルタ回路の構成を簡単化することができ、安価な電源装置とすることができる。
特開2000−295847公報(第5頁、図4)
ところで、図4に示す従来の多出力型DC−DCコンバータ又は上記の特許文献1に開示される共振型スイッチング電源では、2次側の出力制御用MOS-FET(20)のオン・オフによりトランス(5)の第2の2次巻線(5c)側に流れる電流ID2を直接的に断続するため、出力制御用MOS-FET(20)がオフしたときに第2の2次巻線(5c)のインダクタンスによるサージ電圧が第2の2次巻線(5c)に発生する。また、トランス(5)の第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)は、図5又は上記の特許文献2に示すように、互いに隣接又は絶縁紙を介して互いに隣接して巻装され、電磁的に密結合となるため、第2の2次巻線(5c)に発生したサージ電圧が第1の2次巻線(5b)にも誘起される。特に、トランス(5)の第1の2次巻線(5b)側の第1の直流出力端子(10,11)に接続される図示しない負荷が軽負荷又は無負荷の場合には、図示しない負荷に供給される電力エネルギに対してサージ電圧のエネルギが無視できなくなるため、第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1がサージ電圧分だけ上昇する。サージ電圧分だけ上昇した第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1は、第1の出力電圧検出回路(12)により検出され、フォトカプラ(13)を介して1次側制御回路(14)の帰還信号入力端子(FB)に伝達される。1次側制御回路(14)の帰還信号入力端子(FB)に入力される帰還信号により、1次側の第1及び第2のMOS-FET(2,3)のオン・オフ期間が制御され、トランス(5)の1次側から2次側へ伝達する電力が制限される。即ち、1次側制御回路(14)は、トランス(5)の第1の2次巻線(5b)に誘起される電圧がサージ電圧による上昇分だけ低下するように第1及び第2のMOS-FET(2,3)のオン・オフ期間を制御することにより、第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1のサージ電圧による上昇分を抑制する。このような1次側制御回路(14)での帰還制御により、第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1のサージ電圧による上昇分が抑制され、第1の直流出力端子(10,11)間の第1の直流出力電圧VO1は一定のレベルを保持するが、第2の整流平滑回路(17)を介して第2の直流出力端子(18,19)から出力される第2の直流出力電圧VO2は1次側制御回路(14)によってトランス(5)の第1の2次巻線(5b)に誘起される電圧が下げられた分だけ低下する。したがって、軽負荷時又は無負荷時に発生するサージ電圧により第2の直流出力電圧VO2が低下するため、負荷の変動により第2の直流出力電圧VO2が変動し、全ての直流出力に対して理想的なクロスレギュレーションが得られない欠点があった。
そこで、本発明では、無負荷から全ての負荷の範囲に亘って安定な複数の直流出力を取得できる多出力型DC−DCコンバータを提供することを目的とする。
本発明による多出力型DC−DCコンバータは、直流電源(1)に対して直列に接続された第1及び第2の1次側スイッチング素子(2,3)と、第1又は第2の1次側スイッチング素子(2,3)に対して並列に接続されたコンデンサ(4)及びインダクタンス(5d)及びトランス(5)の1次巻線(5a)の直列回路と、トランス(5)の第1の2次巻線(5b)に接続された第1の整流平滑回路(9)と、第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1に基づいて第1及び第2の1次側スイッチング素子(2,3)のオン・オフを制御する1次側制御回路(14)と、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)に接続された第2の整流平滑回路(17)と、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)と第2の整流平滑回路(17)を構成する平滑コンデンサ(16)との間に接続された2次側スイッチング素子(20)と、第2の整流平滑回路(17)の平滑コンデンサ(16)の電圧VO2に基づいて2次側スイッチング素子(20)のオン・オフを制御する2次側制御回路(21)とを備え、第1及び第2の1次側スイッチング素子(2,3)のオン・オフにより、トランス(5)の第1の2次巻線(5b)から第1の整流平滑回路(9)を介して第1の直流出力VO1を取り出すと共に、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)から第2の整流平滑回路(17)を介して第2の直流出力VO2を取り出す。この多出力型DC−DCコンバータでは、第1又は第2の1次側スイッチング素子(2,3)のオンと同時又は或る一定の時間が経過したときに2次側スイッチング素子(20)をオンに切り換え、トランス(5)の第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)とを電磁的に疎結合とする。
第1又は第2の1次側スイッチング素子(2,3)のオンと同時又は或る一定の時間が経過したときに2次側スイッチング素子(20)をオンに切り換えることにより、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)に電流が流れる。この状態から2次側スイッチング素子(20)をオフすると、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)のインダクタンスによりサージ電圧が発生し、第1の2次巻線(5b)にもサージ電圧が誘起される。また、第1の整流平滑回路(9)の出力側に接続された負荷が軽い場合又は第1の整流平滑回路(9)の出力側が無負荷の場合には、第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1がサージ電圧分だけ上昇する。ここで、トランス(5)の第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)とを電磁的に疎結合として結合度を低くすれば、第1の2次巻線(5b)に誘起されるサージ電圧を低減し緩和することができる。これにより、軽負荷時又は無負荷時における第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1のサージ電圧による上昇分が抑えられ、1次側制御回路(14)での帰還制御によるトランス(5)の1次側から2次側への電力伝達の制限が緩和されるため、軽負荷時又は無負荷時に発生するサージ電圧による第2の整流平滑回路(17)の出力電圧VO2の変動を抑制することができる。したがって、無負荷から全ての負荷の範囲に亘って安定した第1及び第2の直流出力VO1,VO2を取得することが可能となる。
本発明によれば、トランスの複数の2次巻線を互いに電磁的に疎結合として結合度を低くすることにより、軽負荷時又は無負荷時における直流出力電圧のサージ電圧による上昇分が抑制され、1次側制御回路での帰還制御によるトランスの1次側から2次側への電力伝達の制限が緩和される。このため、軽負荷時又は無負荷時に発生するサージ電圧による直流出力電圧の変動を抑制することができるので、無負荷から全ての負荷の範囲に亘って安定した複数の直流出力を取得することができ、全ての直流出力に対して理想的なクロスレギュレーションを得ることが可能となる。
以下、本発明による多出力型DC−DCコンバータの3つの実施形態を図1〜図3に基づいて説明する。但し、これらの図面では、図4及び図5に示す箇所と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本発明の第1の実施形態を示す実施例1の多出力型DC−DCコンバータは、図4に示す従来の多出力型DC−DCコンバータのトランス(5)を図1(B)に示す巻線構造を有するトランス(5)に変更したものである。即ち、図4と略同一の回路構成を有する図1(A)に示す実施例1の多出力型DC−DCコンバータで使用するトランス(5)は、図1(B)に示すように、1次巻線(5a)と第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)がボビン(5l)の一対のフランジ(5n,5o)間の筒部(5m)上に第2の2次巻線(5c)、1次巻線(5a)、第1の2次巻線(5b)の順で層状に巻装され、第2の2次巻線(5c)と1次巻線(5a)との間及び1次巻線(5a)と第1の2次巻線(5b)との間にそれぞれ層間テープ(5q)が巻着され、このボビン(5l)の筒部(5m)の空洞内に一対のE形コア(5g,5h)の中脚(5k)が挿入される。これにより、トランス(5)の1次巻線(5a)を介して第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)が一対のE形コア(5g,5h)の中脚(5k)上に巻装されるので、第1及び第2の2次巻線(5b,5c)の相互間の磁束鎖交数が減少し、第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)とが電磁的に疎結合となる。その他の構成は、図5に示す従来のトランス(5)と略同様である。また、図1(A)に示す多出力型DC−DCコンバータの構成及び基本的な動作は、図4に示す従来の多出力型DC−DCコンバータの構成及び動作と略同様であるから、説明は省略する。
実施例1の多出力型DC−DCコンバータでは、1次側の第1の主MOS-FET(2)のオンと同時又は或る一定の時間が経過したときに2次側の出力制御用MOS-FET(20)をオンに切り換えることにより、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)に電流ID2が流れる。この状態から出力制御用MOS-FET(20)をオフにすると、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)のインダクタンスによりサージ電圧が発生し、第1の2次巻線(5b)にもサージ電圧が誘起される。第1の直流出力端子(10,11)に接続される図示しない負荷が軽い場合又は第1の直流出力端子(10,11)が開放状態、即ち無負荷の場合には、第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1がサージ電圧分だけ上昇する。図1(B)に示すトランス(5)では、第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)との間に介在する1次巻線(5a)により、第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)が電磁的に疎結合となり、各2次巻線(5b,5c)間の結合度が低下するため、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)から第1の2次巻線(5b)に誘起されるサージ電圧が低減され緩和される。これにより、軽負荷時又は無負荷時における第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1のサージ電圧による上昇分が抑えられ、1次側制御回路(14)での帰還制御によるトランス(5)の1次側から2次側への電力伝達の制限が緩和されるため、軽負荷時又は無負荷時に発生するサージ電圧による第2の整流平滑回路(17)の出力電圧VO2の変動を抑制することができる。したがって、無負荷から全ての負荷の範囲に亘って安定した第1及び第2の直流出力電圧VO1,VO2をそれぞれ第1の直流出力端子(10,11)及び第2の直流出力端子(18,19)から取得できるので、全ての直流出力に対して理想的なクロスレギュレーションを得ることが可能となる。
図1(A)に示す実施例1の多出力型DC−DCコンバータは変更が可能である。例えば、本発明の第2の実施形態を示す実施例2の多出力型DC−DCコンバータは、図2(A)に示すように、図1(A)に示すトランス(5)に第3の2次巻線(5f)を設け、第3の2次巻線(5f)に第3の出力整流ダイオード(34)及び第3の出力平滑コンデンサ(35)から構成される第3の整流平滑回路(36)を接続し、第3の出力整流ダイオード(34)のカソードと第3の出力平滑コンデンサ(35)との間に他の出力制御用MOS-FET(39)を接続し、第3の直流出力端子(37,38)と他の出力制御用MOS-FET(39)との間に第3の出力平滑コンデンサ(35)の電圧VO3に基づいて他の出力制御用MOS-FET(39)のオン・オフを制御する他の2次側制御回路(40)を設けたものである。その他の構成は、図1(A)に示す実施例1の多出力型DC−DCコンバータと同様である。また、図2(A)に示す実施例2の多出力型DC−DCコンバータの基本的な動作は、図4に示す従来の多出力型DC−DCコンバータの動作と略同様であるから、説明は省略する。
図2(A)に示す多出力型DC−DCコンバータのトランス(5)は、図2(B)に示すように、ボビン(5l)の一対のフランジ(5n,5o)間の筒部(5m)上に第1の2次巻線(5b)が巻装され、第1の2次巻線(5b)上に層間テープ(5q)を介して1次巻線(5a)が巻装され、1次巻線(5a)上に層間テープ(5q)を介して第2の2次巻線(5c)及び第3の2次巻線(5f)がバリアテープ(5r)を挟んで互いに離間して巻装され、1次巻線(5a)及び第1〜第3の2次巻線(5b,5c,5f)が巻装されたボビン(5l)の筒部(5m)の空洞内に一対のE形コア(5g,5h)の中脚(5k)が挿入される。これにより、トランス(5)の1次巻線(5a)を介して第1の2次巻線(5b)と第2及び第3の2次巻線(5c,5f)とが一対のE形コア(5g,5h)の中脚(5k)上に巻装されるので、第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)との間及び第1の2次巻線(5b)と第3の2次巻線(5f)との間の磁束鎖交数が減少し、第1の2次巻線(5b)と第2及び第3の2次巻線(5c,5f)との間が電磁的に疎結合となる。また、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)及び第3の2次巻線(5f)はバリアテープ(5r)を挟んで互いに離間するので、第2の2次巻線(5c)と第3の2次巻線(5f)との間も電磁的に疎結合となる。その他の構成は、図5に示す従来のトランス(5)と略同様である。
実施例2の多出力型DC−DCコンバータでは、実施例1と同様に、1次側の第1の主MOS-FET(2)のオンと同時又は或る一定の時間が経過したときに2次側の各出力制御用MOS-FET(20,39)をオンに切り換えることにより、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)及び第3の2次巻線(5f)にそれぞれ電流ID2,ID3が流れる。この状態から各出力制御用MOS-FET(20,39)をオフにすると、トランス(5)の第2及び第3の2次巻線(5c,5f)のインダクタンスによりそれぞれサージ電圧が発生し、第1の2次巻線(5b)にもサージ電圧が誘起される。第1の直流出力端子(10,11)に接続される図示しない負荷が軽い場合又は第1の直流出力端子(10,11)が開放状態、即ち無負荷の場合には、第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1がサージ電圧分だけ上昇する。図2(B)に示すトランス(5)では、第1の2次巻線(5b)と第2及び第3の2次巻線(5c,5f)との間に介在する1次巻線(5a)により、第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)との間及び第1の2次巻線(5b)と第3の2次巻線(5f)との間がそれぞれ電磁的に疎結合となり、第1の2次巻線(5b)と第2及び第3の2次巻線(5c,5f)との間の結合度が低下するため、第2及び第3の2次巻線(5c,5f)からトランス(5)の第1の2次巻線(5b)に誘起されるサージ電圧が低減され緩和される。これにより、軽負荷時又は無負荷時における第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1のサージ電圧による上昇分が抑えられ、1次側制御回路(14)での帰還制御によるトランス(5)の1次側から2次側への電力伝達の制限が緩和されるため、軽負荷時又は無負荷時に発生するサージ電圧による第2及び第3の整流平滑回路(17,36)の出力電圧VO2,VO3の変動を抑制することができる。したがって、実施例2でも実施例1と同様に、無負荷から全ての負荷の範囲に亘って安定した第1〜第3の直流出力電圧VO1〜VO3をそれぞれ第1〜第3の直流出力端子(10,11;18,19;37,38)から取得できるので、全ての直流出力に対して理想的なクロスレギュレーションを得ることが可能となる。
また、本発明の第3の実施形態を示す実施例3の多出力型DC−DCコンバータは、図3(A)に示すように、図2(A)に示す実施例2の多出力型DC−DCコンバータのトランス(5)を図3(B)に示す巻線構造を有するトランス(5)に変更したものである。即ち、図3(A)に示す実施例3の多出力型DC−DCコンバータのトランス(5)は、図3(B)に示すように、ボビン(5l)の一対のフランジ(5n,5o)間の筒部(5m)上に第1の2次巻線(5b)が巻装され、第1の2次巻線(5b)上に層間テープ(5q)を介して1次巻線(5a)が巻装され、1次巻線(5a)上に層間テープ(5q)を介して第2の2次巻線(5c)が巻装され、第2の2次巻線(5c)上に第3の2次巻線(5f)が巻装され、1次巻線(5a)及び第1〜第3の2次巻線(5b,5c,5f)が巻装されたボビン(5l)の筒部(5m)の空洞内に一対のE形コア(5g,5h)の中脚(5k)が挿入される。これにより、トランス(5)の1次巻線(5a)を介して第1の2次巻線(5b)と第2及び第3の2次巻線(5c,5f)とが一対のE形コア(5g,5h)の中脚(5k)上に巻装されるので、第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)との間及び第1の2次巻線(5b)と第3の2次巻線(5f)との間の磁束鎖交数が減少し、第1の2次巻線(5b)と第2及び第3の2次巻線(5c,5f)との間が電磁的に疎結合となる。トランス(5)の第2の2次巻線(5c)と第3の2次巻線(5f)は互いに隣接して巻装されるので、第2の2次巻線(5c)と第3の2次巻線(5f)との間は電磁的に密結合となる。その他の構成は、図2(B)に示す実施例2のトランス(5)と略同様である。
実施例3の多出力型DC−DCコンバータでは、実施例2と同様に、第1の2次巻線(5b)と第2及び第3の2次巻線(5c,5f)との間に介在する1次巻線(5a)により、第1の2次巻線(5b)と第2の2次巻線(5c)との間及び第1の2次巻線(5b)と第3の2次巻線(5f)との間がそれぞれ電磁的に疎結合となり、第1の2次巻線(5b)と第2及び第3の2次巻線(5c,5f)との間の結合度が低下するため、第2及び第3の2次巻線(5c,5f)からトランス(5)の第1の2次巻線(5b)に誘起されるサージ電圧が低減され緩和される。これにより、軽負荷時又は無負荷時における第1の整流平滑回路(9)の出力電圧VO1のサージ電圧による上昇分が抑えられ、1次側制御回路(14)での帰還制御によるトランス(5)の1次側から2次側への電力伝達の制限が緩和されるため、軽負荷時又は無負荷時に発生するサージ電圧による第2及び第3の整流平滑回路(17,36)の出力電圧VO2,VO3の変動を抑制することができる。したがって、実施例3でも実施例2と同様に、無負荷から全ての負荷の範囲に亘って安定した第1〜第3の直流出力電圧VO1〜VO3をそれぞれ第1〜第3の直流出力端子(10,11;18,19;37,38)から取得できるので、全ての直流出力に対して理想的なクロスレギュレーションを得ることが可能となる。更に、実施例3では、トランス(5)の第2の2次巻線(5c)と第3の2次巻線(5f)との間が電磁的に密結合となるので、各々の2次巻線(5c,5f)に誘起される電圧をそれぞれの巻数に応じて均一にすることができる。
本発明の実施態様は前記の実施例1〜3に限定されず、更に種々の変更が可能である。例えば、実施例1〜3では、2次側の各整流平滑回路(9,17,36)を1つの出力整流ダイオード(7,15,34)と1つの出力平滑コンデンサ(8,16,35)から成る半波整流型の構成としたが、両波整流型又は全波ブリッジ整流型の構成としてもよく、更に半波整流型、両波整流型及び全波ブリッジ整流型の各構成を混在させることも可能である。また、実施例1〜3では、電流共振用インダクタンスとしてトランス(5)の1次巻線(5a)の漏洩インダクタンス(5d)を使用したが、十分なインダクタンス値が得られない場合にはトランス(5)の1次巻線(5a)と直列に外付けのリアクトルを接続することも可能である。また、実施例1〜3では、1次側の第1の主MOS-FET(2)のオン期間を固定し且つ第2の主MOS-FET(3)のオン期間を可変する可変周波数のPWM(パルス幅変調)制御を使用したが、第1及び第2の主MOS-FET(2,3)のスイッチング周波数を固定し且つ第1及び第2の主MOS-FET(2,3)のそれぞれのオン期間を可変する固定周波数のPWM制御等を使用することも可能である。また、実施例1〜3では、トランス(5)の1つの2次巻線(5b,5c,5f)に対して単一極性の直流出力VO1,VO2,VO3を取り出すものについて示したが、トランス(5)の1つの2次巻線(5b,5c,5f)に対して正負の直流出力を取り出す構成とすることも可能である。また、実施例1〜3では、電流共振用コンデンサ(4)及びトランス(5)の漏洩インダクタンス(5d)及び1次巻線(5a)の直列接続回路を第2の主MOS-FET(3)に対して並列に接続したが、前記の直列接続回路を第1の主MOS-FET(2)に対して並列に接続してもよい。また、実施例1〜3では、第1の主MOS-FET(2)のドレイン−ソース間に電圧擬似共振用コンデンサ(6)を接続したが、電圧擬似共振用コンデンサ(6)は第1及び第2の主MOS-FET(2,3)の双方又は何れか一方のドレイン−ソース間に接続することも可能である。また、第1及び第2の主MOS-FET(2,3)のドレイン−ソース間の寄生容量を電圧擬似共振用コンデンサとして使用することも可能である。更に、実施例1では2出力型、実施例2及び3では3出力型のDC−DCコンバータについて本発明を適用したが、これに限定されることはなく、4出力型以上のDC−DCコンバータについても本発明を適用することができる。
本発明は、複数の直流出力を発生する共振型DC−DCコンバータに良好に適用できる。
本発明による多出力型DC−DCコンバータの第1の実施形態を示す電気回路図及びそのトランスの巻線構造を示す断面図(実施例1) 本発明の第2の実施形態を示す電気回路図及びそのトランスの巻線構造を示す断面図(実施例2) 本発明の第3の実施形態を示す電気回路図及びそのトランスの巻線構造を示す断面図(実施例3) 従来の多出力型DC−DCコンバータを示す電気回路図 図4のトランスの巻線構造を示す断面図 図4の1次側制御回路の内部構成を示すブロック回路図 図4の2次側制御回路の内部構成を示すブロック回路図 図4の回路の入力電圧の変動及び負荷の変動に対する各部の電圧及び電流を示す波形図 図4の1次側の主MOS-FETのオン期間比と2次側の第1の直流出力電圧との関係を示すグラフ 図4の回路の各部の電圧及び電流を示す波形図
符号の説明
(1)・・直流電源、 (2)・・第1の主MOS-FET(第1の1次側スイッチング素子)、 (3)・・第2の主MOS-FET(第2の1次側スイッチング素子)、 (4)・・電流共振用コンデンサ、 (5)・・トランス、 (5a)・・1次巻線、 (5b)・・第1の2次巻線、 (5c)・・第2の2次巻線、 (5d)・・漏洩インダクタンス、 (5e)・・励磁インダクタンス、 (5f)・・第3の2次巻線、 (5g,5h)・・E形コア、 (5i,5j)・・側脚、 (5k)・・中脚、 (5l)・・ボビン、 (5m)・・筒部、 (5n,5o)・・フランジ、 (5p,5r)・・バリアテープ、 (5q)・・層間テープ、 (6)・・電圧擬似共振用コンデンサ、 (7)・・第1の出力整流ダイオード、 (8)・・第1の出力平滑コンデンサ、 (9)・・第1の整流平滑回路、 (10,11)・・第1の直流出力端子、 (12)・・第1の出力検出回路、 (13)・・フォトカプラ、 (13a)・・発光部、 (13b)・・受光部、 (14)・・1次側制御回路、 (15)・・第2の出力整流ダイオード、 (16)・・第2の出力平滑コンデンサ、 (17)・・第2の整流平滑回路、 (18,19)・・第2の直流出力端子、 (20)・・出力制御用MOS-FET(2次側スイッチング素子)、 (21)・・2次側制御回路、 (22)・・発振器、 (23)・・反転器、 (24)・・第1のデッドタイム付加回路、 (25)・・ローサイド側バッファ増幅器、 (26)・・第2のデッドタイム付加回路、 (27)・・レベル変換回路、 (28)・・ハイサイド側バッファ増幅器、 (29)・・タイミング検出回路、 (30)・・第2の出力電圧検出回路、 (31)・・PWM制御回路、 (32)・・RSフリップフロップ、 (33)・・駆動回路、 (34)・・第3の出力整流ダイオード、 (35)・・第3の出力平滑コンデンサ、 (36)・・第3の整流平滑回路、 (37,38)・・第3の直流出力端子、 (39)・・他の出力制御用MOS-FET、 (40)・・他の2次側制御回路

Claims (2)

  1. 直流電源に対して直列に接続された第1及び第2の1次側スイッチング素子と、該第1又は第2の1次側スイッチング素子に対して並列に接続されたコンデンサ及びインダクタンス及びトランスの1次巻線の直列回路と、前記トランスの第1の2次巻線に接続された第1の整流平滑回路と、該第1の整流平滑回路の出力電圧に基づいて前記第1及び第2の1次側スイッチング素子のオン・オフを制御する1次側制御回路と、前記トランスの第2の2次巻線に接続された第2の整流平滑回路と、前記トランスの第2の2次巻線と前記第2の整流平滑回路を構成する平滑コンデンサとの間に接続された2次側スイッチング素子と、前記平滑コンデンサの電圧に基づいて前記2次側スイッチング素子のオン・オフを制御する2次側制御回路とを備え、
    前記第1及び第2の1次側スイッチング素子のオン・オフにより、前記トランスの第1の2次巻線から前記第1の整流平滑回路を介して第1の直流出力を取り出すと共に、前記トランスの第2の2次巻線から前記第2の整流平滑回路を介して第2の直流出力を取り出す多出力型DC−DCコンバータにおいて、
    前記第1又は第2の1次側スイッチング素子のオンと同時又は或る一定の時間が経過したときに前記2次側スイッチング素子をオンに切り換え、
    前記トランスの前記第1の2次巻線と前記第2の2次巻線とを電磁的に疎結合としたことを特徴とする多出力型DC−DCコンバータ。
  2. 前記トランスは、前記1次巻線を介して前記第1の2次巻線と前記第2の2次巻線とをコア上に巻装した請求項1に記載の多出力型DC−DCコンバータ。
JP2005008160A 2005-01-14 2005-01-14 多出力型dc−dcコンバータ Expired - Fee Related JP4671019B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005008160A JP4671019B2 (ja) 2005-01-14 2005-01-14 多出力型dc−dcコンバータ
US11/330,811 US7304867B2 (en) 2005-01-14 2006-01-12 DC-DC converter of multi-output type
KR1020060003952A KR20060083162A (ko) 2005-01-14 2006-01-13 다출력형 dc-dc 컨버터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005008160A JP4671019B2 (ja) 2005-01-14 2005-01-14 多出力型dc−dcコンバータ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006197755A true JP2006197755A (ja) 2006-07-27
JP4671019B2 JP4671019B2 (ja) 2011-04-13

Family

ID=36683693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005008160A Expired - Fee Related JP4671019B2 (ja) 2005-01-14 2005-01-14 多出力型dc−dcコンバータ

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7304867B2 (ja)
JP (1) JP4671019B2 (ja)
KR (1) KR20060083162A (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012073706A1 (ja) * 2010-12-02 2012-06-07 株式会社村田製作所 スイッチング電源回路
WO2012073707A1 (ja) * 2010-12-02 2012-06-07 株式会社村田製作所 スイッチング電源回路
US8385089B2 (en) 2007-06-11 2013-02-26 Sanken Electric Co., Ltd. Multiple-output switching power supply unit
JP2013229990A (ja) * 2012-04-25 2013-11-07 Nichicon Corp スイッチング電源用トランスおよびこれを備えたスイッチング電源
CN103546039A (zh) * 2012-07-09 2014-01-29 株式会社村田制作所 开关电源装置
KR20160082793A (ko) 2014-12-29 2016-07-11 주식회사 솔루엠 전원 공급 장치
JP2016140159A (ja) * 2015-01-26 2016-08-04 株式会社デンソー Dcdcコンバータ
JP2017126675A (ja) * 2016-01-14 2017-07-20 キヤノン株式会社 電源装置、画像形成装置及びトランス

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101164220B (zh) * 2005-04-21 2012-05-23 半导体元件工业有限责任公司 电源控制方法及其结构
JP4715429B2 (ja) * 2005-09-29 2011-07-06 富士電機システムズ株式会社 交直変換回路
US8154894B1 (en) * 2005-10-13 2012-04-10 ERP Power, LLC Multiple voltage DC to DC resonant converter
TWI301351B (en) * 2005-10-31 2008-09-21 Delta Electronics Inc Switching power supply and zvs method thereof
TW200823939A (en) * 2006-04-20 2008-06-01 Spi Electronic Co Ltd Transformer having leakage inductance control
EP1860838B1 (de) * 2006-05-24 2013-08-14 Infineon Technologies AG Datenübertragung durch Phasenmodulation über zwei Signalpfaden
JP4910525B2 (ja) * 2006-07-11 2012-04-04 サンケン電気株式会社 共振型スイッチング電源装置
KR101325571B1 (ko) * 2006-07-28 2013-11-06 삼성전자주식회사 전원공급장치 및 이를 구비한 화상형성장치
US7649280B2 (en) * 2006-09-21 2010-01-19 Texas Instruments Incorporated Method and circuit for cross regulation in a power converter
JP4900019B2 (ja) * 2007-04-19 2012-03-21 富士電機株式会社 絶縁トランスおよび電力変換装置
US9519300B2 (en) * 2007-12-20 2016-12-13 Ken Tsz Kin Mok Reducing cross-regulation interferences between voltage regulators
CN101471167A (zh) * 2007-12-29 2009-07-01 皇家飞利浦电子股份有限公司 功率传递装置及其初级线圈的缠绕方法
US8213201B2 (en) * 2008-06-11 2012-07-03 University of Pittsburgh—Of the Commonwealth Systems of Higher Education Motion activated amplifier
US20110149611A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-23 Intersil Americas Inc. Bidirectional signal conversion
JP5391100B2 (ja) * 2010-02-03 2014-01-15 本田技研工業株式会社 電源装置
US8817494B2 (en) * 2010-08-09 2014-08-26 Sanken Electric Co., Ltd. PFC AC/DC converter reducing harmonics, switching loss, and switching noise
US8934267B2 (en) * 2010-11-09 2015-01-13 Tdk-Lambda Corporation Loosely regulated feedback control for high efficiency isolated DC-DC converters
US9520772B2 (en) 2010-11-09 2016-12-13 Tdk-Lambda Corporation Multi-level voltage regulator system
KR101050733B1 (ko) * 2010-11-25 2011-07-20 엘아이지넥스원 주식회사 히스테리시스 제어 직류전원 공급장치
CN102355133B (zh) * 2011-09-19 2013-08-14 东文高压电源(天津)有限公司 一种宽范围输入、多路隔离输出高压电源电路
KR20130046199A (ko) * 2011-10-27 2013-05-07 삼성전자주식회사 다 출력 전원 공급 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치
FR2983654B1 (fr) * 2011-12-05 2014-01-10 Airbus Operations Sas Dispositif interface entre un reseau electrique et des systemes consommateurs
US9281748B2 (en) 2012-03-02 2016-03-08 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Operating a DC-DC converter
WO2014017312A1 (ja) * 2012-07-23 2014-01-30 株式会社村田製作所 ダイオード負荷駆動電源装置
US9236347B2 (en) 2013-10-09 2016-01-12 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Operating and manufacturing a DC-DC converter
TWI514745B (zh) * 2013-10-30 2015-12-21 Novatek Microelectronics Corp 交流直流轉換裝置及其操作方法
KR101447712B1 (ko) 2013-11-14 2014-10-06 숭실대학교산학협력단 다중 출력 컨버터 및 그 제어방법
KR101493520B1 (ko) * 2013-12-06 2015-02-16 국민대학교산학협력단 이중출력 에스엠피에스 장치
KR101492621B1 (ko) * 2013-12-13 2015-02-11 국민대학교산학협력단 다중출력 공진형 플라이백 컨버터
DE102014203159A1 (de) * 2014-02-21 2015-08-27 Airbus Operations Gmbh Brennstoffzellensystem in einem bipolaren Hochspannungsnetz und Verfahren zum Betreiben eines bipolaren Hochspannungsnetzes
DE102014214074A1 (de) * 2014-07-18 2016-01-21 Robert Bosch Gmbh Wicklungsschema für einen Transformator eines Hochsetzstellers und Zündsystem zur Versorgung einer Funkenstrecke einer Brennkraftmaschine mit elektrischer Energie
US9219422B1 (en) 2014-08-21 2015-12-22 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Operating a DC-DC converter including a coupled inductor formed of a magnetic core and a conductive sheet
FR3025671B1 (fr) * 2014-09-09 2016-10-28 Valeo Equip Electr Moteur Procede de regulation d'une alimentation continue a decoupage a transformateur a tensions de sortie multiples, alimentation correspondante et utilisation
US9379619B2 (en) 2014-10-21 2016-06-28 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Dividing a single phase pulse-width modulation signal into a plurality of phases
US9618539B2 (en) 2015-05-28 2017-04-11 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Sensing current of a DC-DC converter
US10277136B2 (en) 2016-12-01 2019-04-30 Power Integrations, Inc. Controller for multi-output single magnetic component converter with independent regulation of constant current and constant voltage outputs
US10003248B1 (en) * 2017-06-28 2018-06-19 Infineon Technologies Austria Ag Control algorithm for power electronics based on time durations
US10218282B1 (en) * 2018-05-31 2019-02-26 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for sequencing outputs in a multi-output power converter system
JP2020018037A (ja) 2018-07-23 2020-01-30 株式会社デンソー パワー素子駆動装置
US10903751B2 (en) * 2019-06-21 2021-01-26 Semiconductor Components Industries, Llc Method and system of driving an electrically controlled switch with a snubber capacitor
CN112216483B (zh) * 2020-10-09 2022-04-08 阳光电源股份有限公司 一种变压器及其绕组结构
WO2022261356A2 (en) * 2021-06-11 2022-12-15 Hubbell Incorporated Gan usb wiring device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02285963A (ja) * 1989-04-25 1990-11-26 Sony Corp スイッチング電源装置
JPH05284745A (ja) * 1992-03-27 1993-10-29 Goyo Denshi Kogyo Kk Dc−dcコンバータ用トランス
JPH06209569A (ja) * 1993-01-05 1994-07-26 Yokogawa Electric Corp スイッチング電源装置
JPH0866025A (ja) * 1994-08-10 1996-03-08 Sanken Electric Co Ltd 共振型スイッチング電源装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE698959C (de) * 1939-07-05 1940-11-20 Georg Lorenz Schalter fuer Fahrtrichtungsanzeiger, insbesondere von Kraftfahrzeugen
DE3129381A1 (de) * 1981-07-25 1983-02-10 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Schaltnetzteil-transformator, insbesondere fuer einen fernsehempfaenger
JPH037062A (ja) 1989-05-31 1991-01-14 Toshiba Corp 共振型スイッチング電源
US5363323A (en) * 1993-08-11 1994-11-08 International Business Machines Corporation Power supply with plural outputs supplying dynamic and steady loads
EP0698896B1 (en) * 1994-08-24 1998-05-13 Yokogawa Electric Corporation Printed coil
JPH10163044A (ja) * 1996-12-02 1998-06-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd コンバータトランス
FR2766304B1 (fr) * 1997-07-17 1999-10-01 Schlumberger Ind Sa Circuit d'alimentation pour un compteur d'electricite
US5986911A (en) * 1998-02-25 1999-11-16 Lucent Technologies, Inc. Secondary side post regulator and multiple output power supply employing the same
US6078509A (en) * 1998-11-16 2000-06-20 Lucent Technologies Inc., Multiple output flyback converter having improved cross-regulation and method of operation thereof
JP3304944B2 (ja) * 2000-02-07 2002-07-22 株式会社ニプロン 無停電性スイッチングレギュレータ
US6304461B1 (en) * 2000-06-15 2001-10-16 Supertex, Inc. DC power converter having bipolar output and bi-directional reactive current transfer
DE10133865A1 (de) * 2001-07-12 2003-01-30 Philips Corp Intellectual Pty Elektrische Schaltungsanordnung
US6504267B1 (en) * 2001-12-14 2003-01-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Flyback power converter with secondary-side control and primary-side soft switching

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02285963A (ja) * 1989-04-25 1990-11-26 Sony Corp スイッチング電源装置
JPH05284745A (ja) * 1992-03-27 1993-10-29 Goyo Denshi Kogyo Kk Dc−dcコンバータ用トランス
JPH06209569A (ja) * 1993-01-05 1994-07-26 Yokogawa Electric Corp スイッチング電源装置
JPH0866025A (ja) * 1994-08-10 1996-03-08 Sanken Electric Co Ltd 共振型スイッチング電源装置

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8385089B2 (en) 2007-06-11 2013-02-26 Sanken Electric Co., Ltd. Multiple-output switching power supply unit
US9548662B2 (en) 2010-12-02 2017-01-17 Murata Manufacturing Co., Ltd. Switching power-supply circuit
WO2012073707A1 (ja) * 2010-12-02 2012-06-07 株式会社村田製作所 スイッチング電源回路
CN103250337A (zh) * 2010-12-02 2013-08-14 株式会社村田制作所 开关电源电路
US9621048B2 (en) 2010-12-02 2017-04-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. Switching power-supply circuit
WO2012073706A1 (ja) * 2010-12-02 2012-06-07 株式会社村田製作所 スイッチング電源回路
JP5527429B2 (ja) * 2010-12-02 2014-06-18 株式会社村田製作所 スイッチング電源回路
JP5630507B2 (ja) * 2010-12-02 2014-11-26 株式会社村田製作所 スイッチング電源回路
JP2013229990A (ja) * 2012-04-25 2013-11-07 Nichicon Corp スイッチング電源用トランスおよびこれを備えたスイッチング電源
JP2014017960A (ja) * 2012-07-09 2014-01-30 Murata Mfg Co Ltd スイッチング電源装置
CN103546039B (zh) * 2012-07-09 2015-09-02 株式会社村田制作所 开关电源装置
CN103546039A (zh) * 2012-07-09 2014-01-29 株式会社村田制作所 开关电源装置
KR20160082793A (ko) 2014-12-29 2016-07-11 주식회사 솔루엠 전원 공급 장치
JP2016140159A (ja) * 2015-01-26 2016-08-04 株式会社デンソー Dcdcコンバータ
JP2017126675A (ja) * 2016-01-14 2017-07-20 キヤノン株式会社 電源装置、画像形成装置及びトランス

Also Published As

Publication number Publication date
US20060158908A1 (en) 2006-07-20
KR20060083162A (ko) 2006-07-20
US7304867B2 (en) 2007-12-04
JP4671019B2 (ja) 2011-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4671019B2 (ja) 多出力型dc−dcコンバータ
JP4910525B2 (ja) 共振型スイッチング電源装置
JP4671020B2 (ja) 多出力共振型dc−dcコンバータ
US9973094B2 (en) Power converter and power conversion method
US8331113B2 (en) Resonant switching circuit for harmonic suppression of input current utilizing frequency modulation
JP5447507B2 (ja) スイッチング電源装置
US8385089B2 (en) Multiple-output switching power supply unit
US8063507B2 (en) Multiple output switching power source apparatus
KR102098223B1 (ko) 다중 출력 직류/직류 컨버터 및 다중 출력 직류/직류 컨버터를 포함하는 전원 장치
JP4935499B2 (ja) 直流変換装置
JP5434371B2 (ja) 共振型スイッチング電源装置
JP5790563B2 (ja) スイッチング電源装置
JP2009177875A (ja) スイッチング電源装置
JP4852910B2 (ja) 多出力スイッチング電源装置
JP2008131793A (ja) 直流変換装置
TW201417476A (zh) 電源轉換裝置
JP2002262568A (ja) スイッチング電源回路
JP4403663B2 (ja) Dc/dcコンバータ
JP2604302Y2 (ja) 共振形dc−dcコンバータ
JP2006042435A (ja) スイッチング電源装置
JP2004320916A (ja) Dc−dcコンバータ
JP2002281756A (ja) スイッチングコンバータ回路
KR20180121772A (ko) 플라이백 컨버터
KR20180062856A (ko) 플라이백 컨버터
JP2002272103A (ja) スイッチング電源回路

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071226

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100720

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100818

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101018

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101222

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110104

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140128

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees