JP2574087B2 - 切換モード・パワー・コンバータ - Google Patents

切換モード・パワー・コンバータ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スイツチド・モードD
C−DCパワー・コンバータ(スイツチング・トランジ
スタを使用した直流から直流への電力電源電圧変換器)
に関し、より詳細に言えば、感知された負荷電流に関し
て磁化電流の悪影響を顕著に減少させるためにそのよう
なコンバータに相互接続される新規な制御回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】幾つかの特許においては「スイツチ・モ
ード」と言う術語だけが使用されているので、ここで用
いられている術語に関して誤解を避けるために付言する
と、本発明を説明するために用いられている術語、「ス
イツチド・モード(switched-mode)」は、「スイツチ
・モード」と同義語に使用されていることは注意を要す
る。この明細書において、スイツチド・モードと言う術
語は「切換モード」として翻訳しているが、これは、ス
イツチ・モードも含むものとして理解されるべきであ
る。
【0003】同様に、「DC−DC」コンバータは、A
C−AC、AC−DC、またはDC−ACのパワー・コ
ンバージヨン、つまり、電力変換の機能を持つ多くの電
源回路における中間的な装置として使用されている。従
つて、「DC−DCコンバータ」として知られている回
路は、他の形式として従来の装置に見い出される。
【0004】また、インダクタ、即ち誘導子は電気回路
図においては変圧器と同じように図示され、そして、誤
つて変圧器と呼ばれることがあり得るので、この明細書
においては、結合された誘導子と、変圧器との間の区別
は明確に区別して理解することが重要である。結合され
た誘導子はエネルギを貯蔵するために使用されるが、変
圧器はそうではない。変圧器の不要な磁化電流はエネル
ギを貯蔵するのと同じ作用をするけれども、この不要な
磁化電流はDC−DCパワー・コンバータの制御に有害
だから、この不要な磁化電流は、除去できるならば、無
いほうがよい。
【0005】DC−DCコンバータは、一定の出力電圧
か、または、変動の対象である電圧源から調整された出
力電圧の何れかを与えるために、通常、制御回路と結合
して用いられている。この制御回路の設計に用いられる
公知で有用な技術は、出力LCフイルタの誘導子の電流
の正確な検出を必要とするが、この電流は、変圧器の磁
化電流から悪影響を受けるので、通常、信頼性が低い。
【0006】DC−DCパワー・コンバータを制御する
ために広く用いられている技術は、その出力電流の現状
を知ることを必要とし、この手段として、パワー変圧器
の一次巻線の電流を切り換えるパワー・トランジスタの
電流を感知することにより、入力電流から間接的に出力
電流を知ることが一般的な方法であつた。従来の装置に
おいて、パワー・トランジスタで感知された電流は、パ
ワー変圧器の磁化電流と、一次巻線に反映された出力電
流との和であることには注意を払う必要がある。
【0007】この平均的な電流の合計を感知すること
は、パワー・トランジスタを過大電流から保護するのに
は有用であるけれども、この合計の電流を感知すること
は、多くの実例によると、変圧器の磁化電流の干渉によ
る好ましくない影響によつて制御用の目的には適してい
ない。
【0008】電気的及び電子的回路の小型化への現在の
趨勢は、パワー変圧器をさらに小型化しようとするとし
ばしば、必要とするよりも大きな磁化電流を発生するの
で、さらに問題を複雑にしている。この増加した磁化電
流のために、制御回路を設計する際に、コンバータの性
能を低下することに対して或る程度の妥協が図られるこ
とになる。
【0009】更に、パワー変圧器のコア材料の透磁率
は、温度によつて大きく左右されるので、周囲の温度変
化は磁化電流を大きく変動させ、その制御を一層困難な
ものにする。磁化電流に関する温度の影響は、複雑な作
用を及ぼし、また、通常は広い製造許容誤差範囲や、印
加される入力電圧の大きな範囲、そして、使用される素
子の値の変動範囲と組み合わされ、上述のことは、不確
定な結果を生じる制御ループを形成することになる。通
常、許容できる性能を持つレベルの小型パワー・コンバ
ータを達成するためには、非常に複雑な電子回路を必要
とする。
【0010】米国特許第4162524号には、電流の
大きさに応答するのではなく、電流の変化率に応答する
DC−DCパワー・コンバータのトランジスタ・スイツ
チを保護する技術が開示されているだけである。従つ
て、この特許に開示された原理が本発明に関係するだけ
である。
【0011】米国特許第4184197号は、脈流しな
い入力電流だけを受け取る回路を記載しており、電流感
知、または電流制御の使用を開示していない。
【0012】米国特許第4680687号は、電流がゼ
ロに減少した時にだけ、スイツチング・トランジスタを
付勢させる回路を開示している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、負荷
電流の感知に関して、磁化電流の悪影響を最小限にとど
めた切換モードDC−DCパワー・コンバータを提供す
ることにある。
【0014】本発明の他の目的は、感知された電流信号
から、磁化電流の悪影響を実質的に除去した切換モード
DC−DCパワー・コンバータの回路を提供することに
ある。
【0015】本発明の他の目的は、周囲の温度変化によ
つて、磁化電流に悪影響を与えることなく、電流感知信
号を発生させる切換モードDC−DCパワー・コンバー
タを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】簡明に言えば、本発明を
適用して構成された切換モードDC−DCパワー・コン
バータは、出力から入力を隔離した一次巻線及び二次巻
線を有するパワー変圧器を持つている。電流感知変圧器
はパワー変圧器の二次巻線中の負荷電流を感知するため
に、パワー変圧器の一次巻線と結合された巻線を持つて
いる。電流感知回路は、感知された負荷電流から磁化電
流を効果的に除去するための、パワー変圧器と磁気的に
結合された巻線を含んでいる。
【0017】
【実施例】本発明は、パワー・コンバータで使用されて
いる変圧器において、隔離された電流感知回路を持つ従
来のパワー・コンバータの性能を遥かに越えた性能を持
つたDC−DCパワー・コンバータを与える。本発明の
技術は、パワー変圧器に1つの巻線を付加するだけの変
更を与えるものであつて、これにより、以下に説明する
ように、従来から広く使用されている電流から電圧への
変換回路を使用して、より高い性能を達成している。
【0018】本発明の特徴に従うと、感知された負荷電
流に関してパワー変圧器の磁化電流が通常持つている悪
影響を厳格に制限するために、電流感知変圧器の磁化電
流が使用される。実際上、若し、以下に説明される実施
例が適当に実施されれば、パワー変圧器の磁化電流の影
響は、感知された負荷電流から殆ど除去される。
【0019】共通2スイツチ順方向DC−DCコンバー
タに適用された本発明の必須の素子を示した最も単純な
形式のコンバータの実施例が図1に示されている。本発
明の特徴を示している図1の回路は、パワー変圧器T1
と磁気的に結合されているが、しかし、電流感知変圧器
2に電気的に接続されている付加的な巻線10を持つ
ている。
【0020】本発明に従つた回路は、以下に詳細に説明
するように、パワー変圧器T1及び電流感知変圧器T2
両方が同じ材料で作られた時、変圧器T1及びT2が、温
度変化の影響を受けずに電流感知動作を行なうので、こ
の回路の顕著な利点が認識される。
【0021】図1において、パワー変圧器T1は、コア
1上に通常の態様で巻かれた一次巻線11と二次巻線
12を含んでいる。一次巻線11は入力電流IGを受け
取る。パワー変圧器T1の内部インダクタンスは、参照
記号IMで示された磁化電流が流れる誘導子LPによつて
示されている。IGの残りの電流(IMが差し引かれた残
りの電流)は一次巻線11中の電流成分IPである。電
流IM及びIPは一次巻線11に跨がつて印加された電圧
Pの結果の電流である。
【0022】パワー変圧器T1の二次巻線12は、整流
ダイオード13及びフリーホイール・ダイオード14
と、電流Iが流れる標準的なLCフイルタ回路とを介し
て抵抗RLで示した負荷に接続されている。パワー変圧
器T1の一次巻線と、その二次巻線との巻線比はnP:1
で表わされている。
【0023】電流感知変圧器T2は、磁気コアC2に巻か
れた一次巻線15及び二次巻接触線16を含んでいる。
電流感知変圧器T2の内部インダクタンスは、誘導子LC
によつて表わされており、そして、電流感知変圧器の磁
化電流はIMCで表わされている。変圧器T2の一次巻線
と、その二次巻線との巻線比は、図1において1:nC
で示されている。
【0024】電流感知変圧器T2の一次巻線15は、そ
の磁化電流IMCを差し引いた後のIGの残りの電流成分
によつて励起される。二次巻線16は、電流感知変圧器
2の二次巻線中を一方向に流れる電流ISを、抵抗RCS
に依存した大きさの電圧VIに変換するために、パワー
変圧器T1の付加巻線10と、抵抗RCSに接続された整
流ダイオード17とに対して直列に接続されている。こ
の抵抗RCSの値は、電圧VIが必要とされる使用目的に
依存して変化する。反対方向に流れる電流の経路路を与
えるために、ダイオード18が接続される。図1におい
て太い破線で示した範囲の部分は、電流感知回路の部分
である。
【0025】二次巻線12と、コアC1上に巻かれた付
加巻線10との巻線比は、付加巻線の使用目的に従つて
選ばれた係数と等しくされる。例えばパワー変圧器T1
の磁化電流の影響は、完全に除去されるべきか、或は、
他の所望の値に減少されるべきかによつて、付加巻線1
0の巻線数は以下に示される数式(2)(数2として後
掲する)によつて決定される。
【0026】パワー変圧器T1の一次巻線11が電圧VP
によつて付勢された時に、巻線16の正の側を離れる電
流ISが付加巻線10の正の側に入るように、パワー変
圧器T1の付加巻線10は、電流感知変圧器T2の二次巻
線16に対して直列に接続されている。電圧VPが巻線
11に印加された時、付加巻線10の電圧は等価的に電
圧VIに付加される。
【0027】図2は、本発明に従つて、パワー変圧器T
1に磁気的に結合された付加巻線20を有する通常の全
波ブリツジDC−DCパワー・コンバータ回路の原理を
示す図である。図1と同様に、付加巻線20は、電流感
知変圧器T2の二次巻線21に対して電気的に直列に接
続されており、そして、電圧がパワー変圧器T1の一次
巻線23に印加された時に、付加巻線20の電圧は、電
圧VIに付加される。
【0028】電流感知変圧器T2の一次巻線は参照数字
22で示されている。一次巻線22及び23は、金属酸
化物半導体の電界効果トランジスタ、即ち「MOSFE
T」であるトランジスタ29a、29b、29c及び29d
で構成されたブリツジ回路に接続されている。
【0029】センター・タツプを持つ二次巻線24は整
流ダイオード25及び26と、負荷RLに接続された通
常のLCフイルタとに接続されている。LCフイルタ及
び負荷のための戻り電流用の接続は二次巻線24のセン
ター・タツプへの経路27に設けられている。
【0030】図2に示された電流感知回路において、パ
ワー変圧器T1の二次巻線及び一次巻線とに磁気的に結
合されている付加巻線20は、電流感知変圧器T2の二
次巻線21と電気的に接続されており、この回路の出力
は、4つの整流ダイオード28a、28b、28c及び2
dを経て、図1のように、変圧器T2の二次巻線中の電
流を電圧VIに変換する抵抗RCSに接続されている。
【0031】図3は本発明を適用していない従来の2ト
ランジスタ順方向コンバータを示す図である。パワー変
圧器は符号T1で示されており、電流感知変圧器はT2
示されている。また、図3の必須の素子は、夫々の変圧
器がそれらの磁気インダクタンスLP及びLCを別々に表
わした等価回路を示した図4にも示されている。これら
の回路の機能は、本発明の説明が進むにつれて、明らか
になる。
【0032】従来の電流感知回路は、電流ISに比例し
た電圧VIを発生するが、この場合、電流ISは、感知電
流ISを劣化するパワー変圧器T1の磁化電流IMの電流
成分を含んでいる。本発明は、IMCがパワー変圧器の磁
化電流IMを正確に補償して、IPに比例したISを作る
ように、VSを制御することにより自動的に電流IMCを制
御する回路を与えることによつてこの問題を解決してい
る。
【0033】以下の数式(1)の条件の下で、IMC=IM
であることが容易に示される。
【0034】
【数1】
【0035】上式において、 VS = 電流感知変圧器の二次巻線にかかる電圧、 nC = 電流感知変圧器の二次巻線と一次巻線との巻
線比、 LC = 電流感知変圧器の一次側のインダクタンス、 LP = パワー変圧器の一次側のインダクタンス、 VP = パワー変圧器の一次側にかかる電圧である。
【0036】図1に示された回路は、上述の関係に非常
に似ており、この場合、付加巻線10はパワー変圧器T
1上に物理的に配置されており、電流感知変圧器T2の二
次巻線と電気的に直列に接続されている。また、「物理
的に配置されている」と言う表現は「磁気的に結合され
ている」ことをも意味している。
【0037】本発明の他の局面において、巻線比を別々
に調節するか、または、インダクタンスLC及びLPを組
み合わせて巻線比を調節するかによつて(選択された巻
線比にマツチさせるために、パワー変圧器T1及び電流
感知変圧器T2は所望のインダクタンスLP及びLCに簡
単に設計することができる)、電流感知変圧器T2中に
誘起される磁化電流IMCは、感知された負荷電流中の磁
化電流IMの影響を完全に打ち消す。VI<<VSである
場合、この打ち消しを達成するための巻線比は、下記の
数式(2)によつて与えられる。
【0038】
【数2】
【0039】上式において、 LC = 電流感知変圧器の一次側のインダクタンス、 LP = パワー変圧器の一次側のインダクタンス、 nB = 付加巻線と、パワー変圧器の二次巻線との巻
線比、 nP = パワー変圧器の一次巻線と、二次巻線との巻
線比、 nC = 電流感知変圧器の二次巻線と、一次巻線との
巻線比である。
【0040】感知された電流に関して、パワー変圧器の
磁化電流IMCの影響の上述の打ち消しは、感知動作の一
部として自動的に達成される。
【0041】電流IMC及びIMは、夫々LC及びLPに跨
がつて発生された電圧によつて決められる。付加巻線
(図1においては、10の巻線、図2においては、20
の巻線)の電圧は、電圧Vpに比例するから、電流感知
変圧器の二次巻線と電気的に直列接続された付加巻線の
接続は、LCに跨がる電圧を、LPに跨がる電圧に比例す
るように強制する。従つて、IMCはIMと比例するよう
に強制され、上述の数式(1)及び(2)の関係に従つ
て打ち消しが達成される。
【0042】既に説明したけれども、両方の変圧器が同
じ材料のコアで製造され、かつ、両方の変圧器が全く同
じ温度になるよう接近した状態に維持された時、上述の
打ち消しは、あらゆる周囲温度及びすべての動作点にお
いて自動的に行なわれることには注意を向ける必要があ
る。従つて、複雑で、高価な補償回路を用いる必要がな
くなる。
【0043】本発明に従つた構造は、2つの異なつた実
験的なDC−DCコンバータのトポロジーによつて成功
裡に実施化されており、その内の一方のコンバータが図
5に示されている。
【0044】図5において、DC電源50は、ダイオー
ドD1と直列接続されたスイツチング・トランジスタS1
(MOSFET)に跨がつて接続されている。電圧V
GS-1を与える電圧源(ゲートとソース間の電圧)は、ト
ランジスタS1のゲート端子と、トランジスタS1及びダ
イオードD1の中間点との間に接続されている。
【0045】電圧VGS-1を与える電圧源の負の端子はパ
ワー変圧器T1の一次巻線51の一方の側に接続されて
いる。第1の電圧VGS-1と同じ電圧値であるが、第1の
電圧源とは隔離されている第2の電圧VGS-2の電圧源
は、トランジスタS1と同じ種類のMOSFETのトラ
ンジスタS2のゲート端子に接続されている。ダイオー
ドD2はD1と同じ種類のものである。一次巻線51の反
対側はダイオードD2に接続されている。
【0046】電流感知変圧器T2は、その二次巻線53
に電流を発生するが、その電流は、他の回路によつて使
用するための電圧に変換されねばならない。抵抗R
CSは、この点において電流から電圧に変換するための実
際の素子であるけれども、しかし、抵抗RCSは、所望の
波形を発生するために、スイツチング・トランジスタ及
びダイオードのような他の素子の助力が必要である。本
発明に従つて配列され、作られた図5に示された切換モ
ードDC−DCコンバータの実際の値は後掲の表に示さ
れている。
【0047】また、図5に示されたように、破線で囲ま
れた部分の素子は、本発明に従つた「電流感知回路」を
構成する素子である。これらの素子には、パワー変圧器
T1に対しては磁気的な関係で結合されており、電流感
知変圧器T2の二次巻線53に対しては電気的に接続さ
れている、付加巻線54を含んでおり、この巻線54に
よつて、一次巻線51が電圧VPによつて付勢された時
に、巻線53の正の端子を離れる電流が、巻線54の正
の端子に入り、その結果、電圧VCSに関して、パワー変
圧器T1の磁化電流の悪影響が除去される。付加巻線5
4の電圧は、電圧VPが巻線51に印加された時に、電圧
CSに付加される。
【0048】図5において、2極の双投型(Double-Pol
e, Double-Throw-DPDT)スイツチが参照数字55で示さ
れており、このDPDTスイツチは、本発明の効果を確
かめる目的で設けられたものであつて、スイツチ位置1
において、DC−DCコンバータ回路に付加巻線54を
接続し、スイツチ位置2において、付加巻線54をコン
バータ回路から遮断するためのものである。従つて、通
常は、このDPDTスイツチ55はコンバータ回路はな
い。
【0049】この回路中の他の素子の値は後掲の表に示
されているが、符号S3を付した素子は、この回路でス
イツチとして用いられている小さなnチヤンネルMOS
FETである。この機能は、パワー変圧器T1の二次巻
線56に素子S3のゲート端子を接続することによつて
スイツチS3を電圧VG1に応答させ、これにより、一次
側のパワー・トランジスタS1及びS2が導通(オンに転
じている)している間だけで、素子S3に電流を感知さ
せ、そして、一次側のパワー・トランジスタS1及びS2
が非導通(オフに転じている)の時に、電流感知変圧器
T2の二次巻線53中に電流が循環するのを防止する。
【0050】変圧器T1のコアはマグネテイツクス社(M
agnetics, Inc.)の部品番号P−42620−UGであ
り、二次巻線の巻線数は2回巻であり、付加巻線の巻線
数は3回巻である。変圧器T2のコアはマグネテイツク
ス社の部品番号P−42016−UGであり、一次巻線
の巻線数は50回巻であり、二次巻線の巻線数は1回巻
である。使用されたスイツチング周波数は100キロヘ
ルツであつた。T1及びT2は約0.0508ミリメート
ル(2ミル)の空隙を持つている。図5の回路に用いら
れた各種の値を以下の表に示す。
【0051】 電流素子 値 S1、S2 2N6764 S3 2N6782 D1、D2 1N5806 D3、D4 1N6391 D5、D6、D7 1N4148 D8 1N4471 L 7.5マイクロ・ヘンリー C 125マイクロ・フアラツド RCS 5.1オーム R1 1000オーム
【0052】図6は種々の電圧及び電流との間の相対的
な時間関係を示す図であつて、電圧VCSの傾斜Mが、電
流Iの傾斜Mに対して一層良好に整列して維持されてい
る本発明の効果を示している。
【0053】DC−DCコンバータの目的は、電気素子
の組み合せが、電圧源の電圧変動、または、負荷電流の
変動とは無関係に、変動する電圧源から、一定の出力電
圧か、または、調整された出力電圧を発生するように、
制御回路と結合して動作させることにある。DC−DC
コンバータと共に動作させる制御回路の設計において、
電流I(LCフイルタの誘導子L中に流れる電流)は、
予め知られた値でなければならないが、しかし、その大
きさは、非常に大きいので、その値を直接に得ることに
は不便がある(あまり実用的ではない)。
【0054】電流Iに対して予測可能な関係を持つ、よ
り小さな他の電流の値を得ることによつて大きな電流値
を決定するほうが、より実際的である。そのような電流
は、パワー変圧器T1の一次巻線中に流れるより小さな
電流IGであるけれども、しかし、従来の装置において
は、感知された電流IGの値が電流Iに対する関係にお
いて信頼性に欠けているために、このIG電流は、好ま
しくない、有害な影響を与える要素を含んでいる。
【0055】この有害な影響を与える要素は、図1に示
した磁化電流IMであつて、これについては、既に説明
した通りである。電流IGは電圧源50の電圧変動と共
に変動しており、そして、電流IGの感知電流値は小さ
な値なので、出来る限り、常に、正確に測定されなけれ
ばならない。
【0056】図6に示したIGの感知電流の傾斜Mが電
流Iの傾斜Mに対して一定の関係を持つているので、こ
の電流IGを感知することに関して特に重要なことは、
図6の電流Iの傾斜Mに関する情報である。本発明は、
図5の抵抗RCSを用いることにより、感知電流ISを電
圧VCSに変換しており、本発明の効果が図6の電圧のグ
ラフVCSの傾斜Mによつて示されている。
【0057】勿論、電力供給回路全体が他の素子を含ん
でいるのは当然のことであるが、本発明は、上述した小
さな電流の感知及び制御だけを取り扱つているので、図
示された回路は、本発明の利点について誤解を生じない
ように、本発明に関係のない素子は含まれていない。
【0058】図7の回路は通常の全波ブリツジDC−D
Cコンバータに本発明を適用した実施例の図である。こ
の回路は、本発明によつて与えられた効果を示す目的の
ために特定の素子を用いて作られたものである。
【0059】28ボルトの直流電圧供給源70が2つの
MOSFETのスイツチング・トランジスタ72及び7
3の間の点71に接続されている。これらの2つのトラ
ンジスタ72及び73のドレイン端子はこの点71に接
続されている。
【0060】直流電圧供給源70の他端は他の2つのM
OSFETのスイツチング・トランジスタ75及び76
の間の点74に接続されている。トランジスタ72、7
3、75及び76の4つのトランジスタは2N6764
型のトランジスタであり、後掲の表に示されている。図
7に示されているように、電圧VGS1の電源端子はトラ
ンジスタ72及び76のゲート端子及びソース端子の間
に接続されており、電圧VGS2の電源端子はトランジス
タ73及び75のゲート端子及びソース端子との間に接
続されている。電圧VGS1及びVGS2を与える4つの電圧
供給源は相互に電池的に(Galvanically)隔離されてい
る。
【0061】パワー変圧器T1の一次巻線77と、電流
感知変圧器T2の一次巻線78はこのブリツジ回路の他
の2つの点79及び80の間で直列に接続されている。
本発明に従つて、付加巻線81は、パワー変圧器T1
磁気的な結合関係で配置されており、そして、電流感知
変圧器T2と電気的に直列に接続されている。
【0062】付加巻線81は電流感知変圧器T2の二次
巻線82と電気的に直列に接続されており、そして、本
発明の効果を示すために、参照数字83で示された単極
双投(SPDT)スイツチがこの回路に接続されてい
る。このSPDTスイツチ83は、本発明を適用する回
路には通常、含まれることはなく、図7に示した本発明
の回路の効果を示すためにのみ用いられるものであるこ
とには注意を払う必要がある。
【0063】SPDTスイツチ83の位置1において、
付加巻線81は動作状態にされ、位置2において、付加
巻線81は回路から遮断される。既に説明したように、
本発明に従つた回路を動作する場合には、SPDTスイ
ツチ83は位置2にされることはなく、一次巻線77が
電圧VPによつて付勢された時に、巻線82の正の端子
を離れる電流が巻線81の正の端子に入るように、付加
巻線81の位置は二次巻線82と直列に配列されてい
る。付加巻線81の電圧は、電圧VPが巻線77に印加
された時に、電圧VCSに等価に加えられる。
【0064】小さなnチヤンネルMOSFETのスイツ
チング・トランジスタS1は、電圧VG1に接続されたゲ
ート端子を有するスイツチとして作用するように接続さ
れている。従つて、スイツチS1は、一次側のパワー・
トランジスタ71、73、75及び76が導通している
(オンに転じている)間だけ、電流変圧器T2の二次巻
線からの電流を感知可能にさせる。
【0065】他方、パワー変圧器T1の二次巻線の電流
は、LCフイルタを通つて流れる前に2つのダイオード
1及びD2によつて整流される。電流変圧器T2の二次
巻線の電流はダイオードD3、D4、D5及びD6によつて
整流されて、電流ISを発生する。
【0066】ダイオードD7は、トランジスタ72、7
3、75及び76がオフの間で変圧器T2の二次巻線を
接地電位にクランプする。ダイオードD8は、ゲート、
ソース間に過剰な電圧がかかつた時にS1を保護する。
1はスイツチング・トランジスタS1が高い周波数で自
励発振するのを阻止する。
【0067】変圧器T1及びT2は、T1がセンター・タ
ツプの両側に2回巻の巻線を持つていることを除けば、
図5に用いられたものと同じである。図7に用いられた
各素子の値を以下の表に示す。
【0068】 電流素子 値 70 28ボルト直流 72、73、75、76 2N6764 S1 2N6762 D1、D2 1N6391 D3、D4、D5、D6、D7 1N4148 D8 1N4471 R1 10オーム RCS 5.1オーム L 7.5マイクロ・ヘンリー C 125マイクロ・フアラツド
【0069】図8は図7の回路の動作の電圧及び電流の
グラフを示す図である。最下部に示した電圧VCSのグラ
フは、本発明の回路を持たない場合(図7のスイツチ8
3の位置2)の電圧VCSの傾斜と、本発明の回路を適用
した場合(図7のスイツチ83の位置1)の電圧VCS
傾斜とを比較するために示されている。このグラフから
明らかなように、本発明を適用した場合には、電圧VCS
の傾斜Mは電流Iの傾斜に、より一層近くなつている。
【0070】
【発明の効果】本発明はコンバータ回路における負荷電
流の感知に関して、磁化電流の悪影響を最小限にとど
め、しかも、周囲の温度変化によつて影響を受けない安
定した性能を持つた切換モードDC−DCパワー・コン
バータを与える。
【図面の簡単な説明】
【図1】切換モード順方向DC−DCパワー・コンバー
タにおける本発明の特徴を説明するために、パワー変圧
器及び電流感知変圧器のモデルを持つ等価回路図であ
る。
【図2】本発明の回路装置を含んだ通常の全波ブリツジ
DC−DCコンバータを示す回路図である。
【図3】磁化電流に対して補償する手段を持たず、従来
の技術に従つて電流感知変圧器の巻線を使用した2トラ
ンジスタ順方向コンバータを示す図である。
【図4】夫々の磁気インダクタンスを示す為に、図3の
必須の要素である変圧器の等価回路を説明するための図
である。
【図5】スイツチ位置1においてコンバータ回路に本発
明の回路が接続され、スイツチ位置2において本発明の
回路をコンバータ回路から遮断されるように双極双投
(DPDT)スイツチを使用した本発明の回路図であ
る。
【図6】図5に示した夫々の電圧信号及び電流信号の相
対的な関係を説明するためのタイミング図である。
【図7】図2に示したような全波ブリツジDC−DCコ
ンバータ中に本発明を適用した回路の効果を示すため
に、パワー変圧器に電流感知変圧器の巻線を接続するた
めの単極双投(SPDT)スイツチを接続して、スイツ
チ位置1において電流感知変圧器の巻線が接続され、ス
イツチ2においてその巻線は除かれるようにした回路図
である。
【図8】図7の回路に示した夫々の電圧及び電流信号の
相対的な関係を説明するためのタイミング図である。
【符号の説明】
10、20、54、81 付加巻線 11、23、51、77 パワー変圧器の一次巻線 12、24、56 パワー変圧器の二次巻線 15、22、52 電流感知変圧器の一次巻線 16、21、53、82 電流感知変圧器の二次巻線 50、70 供給電圧源 T1 パワー変圧器 T2 電流感知変圧器 IM 磁化電流 LC 電流感知変圧器の一次側のインダクタンス LP パワー変圧器の一次側のインダクタンス nB 付加巻線とパワー変圧器の二次巻線との巻線比 nP パワー変圧器の一次巻線と二次巻線との巻線比 nC 電流感知変圧器の二次巻線と一次巻線との巻線比 VS 電流感知変圧器の二次側の電圧 VP パワー変圧器の一次側の電圧

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力回路に接続されている一次巻線及び負
    荷回路に接続され前記一次巻線に磁気的に結合している
    二次巻線を有するパワー変圧器と、 前記パワ変圧器の前記一次巻線に電気的に接続されてい
    る一次巻線及びこの一次巻線に磁気的に結合している二
    次巻線を有する電流感知変圧器と、 前記電流感知変圧器の前記二次巻線に接続され二次側電
    流を感知するための感知手段と、 前記パワー変圧器に磁気的に結合されている付加巻線
    と、 を具備している切換モードDC−DCパワー・コンバー
    タであって、 前記付加巻線は、この付加巻線に誘起される電圧が前記
    電流感知変圧器の二次巻線側における前記感知手段に跨
    る電圧に付加される向きで、前記二次巻線に直列に接続
    され、前記電流感知手段を流れる感知電流から変圧器の
    磁化電流成分を削減することを特徴とする切換モード・
    パワー・コンバータ。
  2. 【請求項2】付加巻線が、磁化電流に予め決められた制
    限を与えるように予め決められた巻線数を有することを
    特徴とする請求項1に記載の切換モード・パワー・コン
    バータ。
  3. 【請求項3】入力回路が、ブリッジ接続された電気素子
    の組み合わせを含み、その出力がパワー変圧器及び電流
    感知変圧器に接続されていることを特徴とする請求項1
    に記載の切換モード・パワー・コンバータ。
  4. 【請求項4】パワー変圧器及び電流感知変圧器の両方が
    同じ材料のコアを有することを特徴とする請求項1に記
    載の切換モード・パワー・コンバータ。
  5. 【請求項5】付加巻線が下記の数式 【数3】 によって決められる巻線数を有することを特徴とする請
    求項1に記載の切換モード・パワー・コンバータ。但
    し、 Lc:電流感知変圧器の一次側のインダクタンス、 Lp:パワー変圧器の一次側のインダクタンス、 nB:付加巻線とパワー変圧器の二次巻線との巻線比、 np:パワー変圧器の一次巻線と二次巻線との巻線比、 nc:電流感知変圧器の二次巻線と一次巻線との巻線
    比。
  6. 【請求項6】電流感知変圧器の二次側の電圧Vsが、下
    記の数式 【数4】 に従ってパワー変圧器の一次側の電圧Vpに関係してい
    ることを特徴とする請求項1に記載の切換モード・パワ
    ー・コンバータ。但し、各記号は、前述の記号と同じ定
    義を有するものである。
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