JP3240773B2 - Dc/dcコンバータ - Google Patents

Dc/dcコンバータ

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JP3240773B2
JP3240773B2 JP23614793A JP23614793A JP3240773B2 JP 3240773 B2 JP3240773 B2 JP 3240773B2 JP 23614793 A JP23614793 A JP 23614793A JP 23614793 A JP23614793 A JP 23614793A JP 3240773 B2 JP3240773 B2 JP 3240773B2
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直人 佐野
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はDC/DCコンバータ
に関し、特に、負荷を短絡したときに発振を停止させる
保護回路を内蔵した制御用の集積回路(IC)を使用す
る他励式非絶縁型のDC/DCコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】他励式非絶縁型DC/DCコンバータに
使用されている制御用ICは、通常電圧検出型の短絡保
護回路を内蔵しているのが一般的である。この保護回路
は、出力電圧を常に監視しておき、負荷短絡時に出力電
圧が低下したことを検出して、スイッチングトランジス
タの発振を停止し、オフ状態にさせるものである。
【0003】図3はそのような他励式非絶縁型DC/D
Cコンバータの基本回路図であり、入力電圧Viとし
て、たとえば直流12Vが入力されたとき、出力電圧V
oとして、たとえば5Vに降圧させるものである。図3
において、制御用IC1の電源入力端子Vccには入力
電圧Viが与えられ、接地端子Gは接地される。発振出
力端子OUTは、スイッチングトランジスタQ1のベー
スに接続されており、このスイッチングトランジスタQ
1のエミッタには入力電圧Viが与えられ、スイッチン
グトランジスタQ1のコレクタはコイルLの一端に接続
されるとともに、整流用ダイオードDiのカソードに接
続されている。コイルLの他端は出力端に接続されると
ともに、抵抗R1を介して制御用IC1の入力端子IN
に接続されている。整流用ダイオードDiのアノードは
接地され、コイルLの他端と接地間には平滑用のコンデ
ンサC1が接続されている。また、制御用IC1の入力
端INは抵抗R2を介して接地され、制御用IC1のS
CP端子と接地間にはコンデンサC2が接続されてい
る。このコンデンサC2は負荷が短絡したときに充電さ
れ、充電を終了したときに抵抗R1を介して出力電圧V
oが出力されていなければ、制御用IC1の発振出力端
子OUTから発振出力を停止させる。
【0004】このように構成された従来のDC/DCコ
ンバータにおいて、たとえば12Vの入力電圧Viが入
力されると、制御用IC1は出力電圧Voが5Vとなる
ような発振出力をスイッチングトランジスタQ1のベー
スに与え、スイッチングトランジスタQ1がスイッチン
グ動作する。このスイッチング出力は整流用ダイオード
Diによって整流され、コイルLと平滑用コンデンサC
1とによって平滑され、5Vの直流電圧が出力電圧Vo
として出力される。そして、負荷が短絡すると、コンデ
ンサC2が充電され、充電が完了したときに、出力電圧
Voが出ていなければ、制御用IC1はスイッチングト
ランジスタQ1への発振出力を停止させる。
【0005】図4は従来のDC/DCコンバータの他の
例であって、たとえば5Vの入力電圧Viに対して、−
12Vの出力電圧Voを出力する回路図である。図4に
おいて、コイルLの接続位置に整流用ダイオードDiを
接続し、整流用ダイオードDiの接続位置にコイルLを
接続した以外は、前述の図3と同じであり、入力電圧V
iとして5Vが入力されると、出力電圧Voとして−1
2Vを出力し、負荷が短絡されたときの動作は図3と同
じである。
【0006】図5は従来のDC/DCコンバータのさら
に他の例であって、たとえば5Vの直流電圧が入力され
ると、+12Vの直流電圧を出力する昇圧型である。図
5において、コイルLと整流用ダイオードDiとを直列
接続し、コイルLと整流用ダイオードDiとの接続点に
スイッチングトランジスタQ1のコレクタを接続し、ス
イッチングトランジスタQ1のエミッタを接地した以外
は図3と同様にして構成される。この図5に示したDC
/DCコンバータは、入力電圧ViによってコイルLに
エネルギが蓄積され、制御用IC1の発振出力に応じて
スイッチングトランジスタQ1がスイッチングすると、
コイルLに蓄積されたエネルギが整流用ダイオードDi
を介して出力され、入力電圧Viが昇圧されて出力電圧
Voとして出力される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図5に示したDC/D
Cコンバータにおいては、負荷が短絡すると、前述の図
3と同様にして、制御用IC1の発振出力がスイッチン
グトランジスタQ1のベースに与えられなくなり、スイ
ッチングトランジスタQ1がスイッチング動作を停止す
る。しかし入力電圧Viが与えられている限り、図6に
示すように、コイルLから整流用ダイオードDiを介し
て短絡電流が流れてしまい、コイルLや整流用ダイオー
ドDiを破壊してしまうおそれがある。
【0008】また、図7に示すように、制御用IC1の
制御端子CTLと入力電源との間にスイッチ2を接続
し、スイッチ2をオフさせたときには待機状態とし、ス
イッチ2をオンさせたときのみ、制御用IC1から発振
出力をスイッチングトランジスタQ1のベースに与える
ように制御することができる。しかしながら、スイッチ
2をオフして、制御用IC1の発振を停止させて待機状
態にしても、入力電圧Viが供給されているため、出力
端に負荷電流に応じた電圧Vo=Vi−VD (V D は負
荷電流に応じて変化する)が出力されてしまい、負荷側
に接続された機器や装置の誤動作を引起こすなどの不具
合を生じる。
【0009】それゆえに、この発明の主たる目的は、負
荷短絡時や出力待機時に出力電流を遮断できるようなD
C/DCコンバータを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、入出力間に
直列に接続されたコイルおよび整流用ダイオードと、コ
イルおよび整流用ダイオードの接続点と接地との間に接
続されたスイッチング素子と、負荷短絡時または待機時
にスイッチング素子の発振を停止できる保護回路を内蔵
した集積回路を使用する昇圧型のDC/DCコンバータ
において、整流用ダイオードと負荷との間に接続される
出力電流遮断用のトランジスタと、該トランジスタの入
力端子と制御端子との間に接続された第1の抵抗とト
ンジスタの制御端子と接地との間に接続された第2の抵
抗のみを備え、負荷短絡時または待機時にスイッチング
素子の発振が停止したときにトランジスタを非導通にで
きるように、該トランジスタに制御電圧を与える。
【0011】
【0012】
【作用】この発明に係るDC/DCコンバータは、負荷
短絡時または待機時にスイッチング素子の発振が停止し
たときに出力電流遮断用のトランジスタを非導通にする
ようにしたので、負荷短絡時にDC/DCコンバータを
構成する各素子が破壊されるおそれをなくすことができ
る。
【0013】
【実施例】図1はこの発明の一実施例の電気回路図であ
る。図1において、整流用ダイオードDiのカソードと
出力端との間には出力電流遮断用のトランジスタQ2の
エミッタ−コレクタが接続され、トランジスタQ2のベ
ースは第2の抵抗である抵抗R3を介して接地されると
ともに、第1の抵抗である抵抗R4を介してトランジス
タQ2のエミッタに接続される。それ以外の構成は図7
と同じである。
【0014】通常動作時においては、制御用IC1の発
振動作によってスイッチングトランジスタQ1がスイッ
チングし、コイルLに蓄積されたエネルギが整流用ダイ
オードDiを介して出力されるが、整流用ダイオードD
iのカソード、すなわちA点の電圧VA は次の第(1)
式で表すことができる。
【0015】VA =VO +VCES ≒VO …(1) また、負荷短絡時には、電圧VA は次の第(2)式で表
すことができる。
【0016】VA =Vi−VD ≒Vi …(2) ここで、VCES はトランジスタQ2のコレクタ・エミッ
タ間電圧であり、VD は整流用ダイオードDiのカソー
ド・アノード間によって生じる電圧降下分の電圧であ
る。上述の第(1)式および第(2)式において、V
CES ,VD <<Vi,Voであるので無視すると、通常
動作時はVA ≒Vo,負荷短絡時はVA ≒Viと置くこ
とができる。よって、通常動作時と負荷短絡時での電圧
A の比はVo/Viとなる。
【0017】また、トランジスタQ2のベース・エミッ
タ間電圧VBEはVBE=VA (R3/(R3+R4))と
なり、通常動作時と負荷短絡時でのVBEの比はDC/D
Cコンバータの入力電圧Viと出力電圧Voの比Vo/
Viと同じになる。
【0018】一方、バイポーラトランジスタのオン状態
とオフ状態のしきい値電圧は一般に、VBE(on)MIN.
=約0.6Vであり、VBE(off) MAX.=約0.4V
であり、その電圧比はVBE(on)/VBE(off) =約1.5
となる。
【0019】実際のトランジスタQ2のベースエミッタ
間電圧VBEは、VBE=VA (R3/(R3+R4))で
あり、電圧VA を抵抗R3とR4とで分圧して得られ
る。今、入力電圧Vi,出力電圧Voのとき、ベース・
エミッタ間電圧VBEがオン状態(VBE=0.6V)にな
るように、出力電圧Voに応じて抵抗R3とR4とを設
定する。また、抵抗R4はトランジスタQ2に負荷電流
に応じてベース電流が流せる値とする。次に、この抵抗
R3とR4の定数のとき、入出力電圧比(昇圧比)がV
o/Vi=1.5以上であれば、負荷短絡時にトランジ
スタQ2のベース・エミッタ間電圧VBEは、VBE=0.
4V以下となり、オフ状態とすることができる。
【0020】ただし、昇圧比が1.5以下の場合、負荷
短絡時にVBE=0.4V以上となり、オフ状態にはする
ことができない。つまり、ベース・エミッタ間電圧VBE
のオン/オフのしきい値電圧よりも昇圧比が大の場合に
おいてのみ適用できる。したがって、通常動作時におい
ては、トランジスタQ2がオンし、負荷側へ出力電圧V
oを出力することができ、負荷短絡時にはトランジスタ
Q2がオフし、出力電圧Voを遮断することが可能とな
る。
【0021】図2はこの発明の他の実施例を示す電気回
路図である。この図2に示した実施例は図1のバイポー
ラトランジスタQ2に代えて、MOS FETQ3を用
いたものであり、その他の構成は図1と同じであり、M
OS FETQ3のゲートとソース間に与えられる設定
電圧VGSのみが異なる。このようにMOS FETQ3
を用いても、図1と同様の効果を得ることができる。
【0022】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば負荷
短絡時または待機時にスイッチング素子の発振が停止し
たときに出力電流遮断用のトランジスタを非導通にする
ようにしたので、負荷短絡時または待機時に過大な負荷
電流が流れてDC/DCコンバータを構成する電子部品
が破損するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の電気回路図である。
【図2】この発明の他の実施例の電気回路図である。
【図3】従来の他励式非絶縁型DC/DCコンバータの
基本回路図である。
【図4】従来のDC/DCコンバータの他の例を示す回
路図である。
【図5】従来の昇圧型のDC/DCコンバータの電気回
路図である。
【図6】図5に示したDC/DCコンバータで短絡電流
が流れる動作を説明するための図である。
【図7】従来の待機型のDC/DCコンバータの一例を
示す電気回路図である。
【符号の説明】
1 制御用IC 2 スイッチ Q1,Q2 トランジスタ Q3 MOS FET Di 整流用ダイオード L コイル R1〜R4 抵抗 C1,C2 コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−91727(JP,A) 特開 平4−125710(JP,A) 特開 平4−21362(JP,A) 実開 平3−86418(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/155

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入出力間に直列に接続されたコイルおよ
    び整流用ダイオードと、前記コイルおよび整流用ダイオ
    ードの接続点と接地との間に接続されたスイッチング素
    子と、負荷短絡時または待機時に前記スイッチング素子
    の発振を停止できる保護回路を内蔵した集積回路を使用
    する昇圧型のDC/DCコンバータにおいて、 前記整流用ダイオードと負荷との間に接続される出力電
    流遮断用のトランジスタと、該トランジスタの入力端子
    と制御端子との間に接続された第1の抵抗と前記トラン
    ジスタの制御端子と接地との間に接続された第2の抵抗
    のみを備え、 負荷短絡時または待機時に前記スイッチング素子の発振
    が停止したときに前記トランジスタを非導通にできるよ
    うに、該トランジスタに制御電圧を与えることを特徴と
    する、DC/DCコンバータ。
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