JP3456583B2 - Dc−dcコンバータ - Google Patents
Dc−dcコンバータInfo
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Description
タ、特にスイッチング制御信号に含まれる高周波成分に
より発生するノイズを低コストで低減できるDC−DC
コンバータに関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来から電子・電気機器等の分野で広く
使用されているフライバック型のDC−DCコンバータ
を図4に示す。図4に示すDC−DCコンバータは、単
相の商用交流電源1に接続されたブリッジ整流回路2
と、ブリッジ整流回路2の整流出力端子間に接続された
入力平滑コンデンサ3と、1次巻線4a及び2次巻線4b
を有し且つ1次巻線4aが入力平滑コンデンサ3に直列
に接続されたトランス4と、トランス4の1次巻線4a
に直列に接続されたスイッチング素子としてのMOS-
FET5と、トランス4の2次巻線4bに接続された出
力整流ダイオード6及び出力平滑コンデンサ7から成る
整流平滑回路8と、整流平滑回路8の直流出力電圧VO
に応じてMOS-FET5のゲート端子に一定周波数の
オン・オフ制御信号VGを付与する制御回路9とを備え
ている。 【0003】制御回路9は、整流平滑回路8の直流出力
電圧VOを検出する出力電圧検出回路10と、出力電圧
検出回路10の出力により駆動される発光部11a及び
発光部11aの光出力に応じて自身に流れる電流を制御
する受光部11bからなるフォトカプラ11と、MOS-
FET5のゲート端子に付与するオン・オフ制御信号V
Gのオン・オフ期間の比率、即ちデューティ比をフォト
カプラ11の受光部11bに流れる電流に応じて制御す
るPWM変調回路12と、PWM変調回路12から出力
されるオン・オフ制御信号VGの周波数を設定する抵抗
13及びコンデンサ14から成る周波数設定回路15と
から構成されている。PWM変調回路12は、フォトカ
プラ11の発光部11aの光出力が増加して受光部11b
に流れる電流が増加し、受光部11bのコレクタ−エミ
ッタ間の電圧が低下するときにオン・オフ制御信号VG
のオン期間を狭める動作をし、フォトカプラ11の発光
部11aの光出力が減少して受光部11bに流れる電流が
減少し、受光部11bのコレクタ−エミッタ間の電圧が
上昇するときにオン・オフ制御信号VGのオン期間を広
げる動作をする。また、オン・オフ制御信号VGの周波
数は周波数設定回路15を構成するコンデンサ14の電
圧VCTにより設定され、その設定値は一般的に150k
Hz前後とされている。 【0004】図4に示すDC−DCコンバータでは、M
OS-FET5のオン期間中において商用交流電源1か
らブリッジ整流回路2及び入力平滑コンデンサ3を介し
てトランス4にエネルギが蓄積される。MOS-FET
5がオン状態からオフ状態になると、トランス4に蓄積
されたエネルギが放出され、2次巻線4bから整流平滑
回路8を介して直流出力電圧VOが出力される。また、
整流平滑回路8の直流出力電圧VOを制御回路9内の出
力電圧検出回路10にて検出し、出力電圧検出回路10
からフォトカプラ11を介して入力される信号に応じて
MOS-FET5のゲート端子に付与するオン・オフ制
御信号VGのデューティ比をPWM変調回路12にて周
波数設定回路15により設定される一定の周波数で制御
する。これにより、整流平滑回路8の直流出力電圧VO
に応じてMOS-FET5のオン・オフ期間の比率が一
定の周波数で制御されるので、トランス4の2次巻線4
bから整流平滑回路8を介して一定レベルの直流出力電
圧VOが得られる。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】ところで、商用交流電
源に接続される機器から発生するノイズの規格として、
国際基準のCISPRや、アメリカのFCC、ヨーロッ
パ共同体のEN55022、日本のVCCI等の入力帰
還伝導ノイズ規格が一般的に知られている。これらのノ
イズ規格は150kHz以上の周波数について規定され
ている。近年、DC−DCコンバータとして使用される
スイッチング電源は、その小形化の要求からスイッチン
グ周波数の高周波化が推進され、現在では150kHz
前後が一般的となっている。このような理由から、図4
に示すDC−DCコンバータにおいてもスイッチング周
波数、即ち制御回路9からMOS-FET5のゲート端
子に付与されるオン・オフ制御信号VGの周波数が15
0kHz前後に設定されている。一方、入力帰還伝導ノ
イズの電圧レベルは、図5に示すように150kHz前
後の周波数のノイズ電圧が最も大きくなるため、この周
波数を主成分とするノイズ電圧がブリッジ整流回路2の
交流入力端子間に現われる。このノイズ電圧は、商用交
流電源1のラインに帰還されてDC−DCコンバータと
共に商用交流電源1に接続される電子機器等に伝搬し、
これらの電子機器等の誤動作を引き起こす原因となる。
このため、図4に示すDC−DCコンバータでは、入力
帰還伝導ノイズを前記各種ノイズ規格の規制値内に抑え
る目的で、実際にはブリッジ整流回路2の入力側にフィ
ルタ回路が多数挿入される。したがって、ノイズ対策の
ためにフィルタ回路等の多くの部品が必要となり、回路
設計が煩雑となるので、製造コストが高くなる欠点があ
った。また、専用の低周波発振器によりオン・オフ制御
信号VGの周波数を変調して入力帰還伝導ノイズの電圧
レベルを下げる方法も考えられるが、この場合において
も専用の低周波発振器が必要となるので、製造コストが
高騰する問題が生じる。 【0006】そこで、本発明はスイッチング制御信号に
含まれる高周波成分により発生するノイズを低コストで
低減できるDC−DCコンバータを提供することを目的
とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明によるDC−DC
コンバータは、交流電源(1)及び整流回路(2)から成る直
流電源と、直流電源に直列に接続された1次巻線(4a)及
び2次巻線(4b)を有するトランス(4)と、1次巻線(4a)
に直列に接続されたスイッチング素子(5)と、トランス
(4)の1次巻線(4a)又は2次巻線(4b)に接続された整流
平滑回路(8)と、整流平滑回路(8)の出力電圧に応じてス
イッチング素子(5)の制御端子にオン・オフ制御信号(V
G)を付与する制御回路(9)とを備えている。制御回路(9)
により整流平滑回路(8)の出力電圧に応じてスイッチン
グ素子(5)のオン・オフ期間の比率を制御し且つトラン
ス(4)の1次巻線(4a)又は2次巻線(4b)から整流平滑回
路(8)を介して定電圧の直流出力を取り出す。 【0008】このDC−DCコンバータでは、制御回路
(9)は、スイッチング素子(5)の制御端子に付与するオン
・オフ制御信号(VG)のオン・オフ期間の比率を制御す
るPWM変調回路(12)と、PWM変調回路(12)に接続さ
れた周波数設定回路(15)とを備えている。交流電源(1)
と周波数設定回路(15)との間に接続される直列抵抗(18)
を変調手段(19)に設け、直列抵抗(18)を通じて周波数設
定回路(15)に交流電源(1)の交流電圧を付与する。PW
M変調回路(12)から出力されるオン・オフ制御信号
(VG)の周波数を交流電源(1)の交流電圧に応じて変調す
る。 【0009】交流電源(1)の交流電圧に応じて制御回路
(9)から出力されるオン・オフ制御信号(VG)の周波数を
変調することにより、オン・オフ制御信号(VG)の周波
数が一定の範囲で変動してその周波数成分が一定の範囲
に分散する。これにより、オン・オフ制御信号(VG)の
周波数を主成分とする入力帰還伝導ノイズの周波数成分
が一定の範囲に分散し、これらの周波数のノイズ電圧が
重畳されないため、ノイズ電圧レベルが減少する。この
ため、フィルタ回路等の部品を少なくして回路設計を簡
略化できると共に、製造コストを低減することができ
る。したがって、スイッチング制御信号に含まれる高周
波成分により発生するノイズを低コストで低減すること
が可能となる。 【0010】 【発明の実施の形態】以下、本発明によるDC−DCコ
ンバータの一実施の形態を図1〜図3に基づいて説明す
る。但し、図1では図4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。図1に
示すように、本実施の形態のDC−DCコンバータは、
図4に示すDC−DCコンバータにおいて、商用交流電
源1の出力端子の一方及び他方にそれぞれ整流素子とし
ての整流ダイオード16、17を接続し、各整流ダイオ
ード16、17のカソード端子を直列抵抗18を介して
周波数設定回路15の抵抗13及びコンデンサ14の接
続点に接続したものである。即ち、整流ダイオード1
6、17及び直列抵抗18は、商用交流電源1の交流入
力電圧VACを整流ダイオード16、17にて整流して得
られる脈流電圧VRCに応じて制御回路9から出力される
オン・オフ制御信号VGの周波数を変調する変調手段1
9を構成する。その他の回路構成は図4に示すDC−D
Cコンバータと略同様である。 【0011】次に、図1に示すDC−DCコンバータの
ノイズ低減動作について説明する。商用交流電源1から
出力される50Hzの交流入力電圧VACはその半周期毎
に各整流ダイオード16、17により整流され、図2
(A)に示す脈流電圧VRCに変換される。図2(A)に示す
各整流ダイオード16、17の脈流電圧VRCは直列抵抗
18を介して制御回路9内における周波数設定回路15
のコンデンサ14の電圧VCTに重畳される。これによ
り、図2(B)に示すコンデンサ14の電圧VCTの右上が
りの傾斜が各整流ダイオード16、17の脈流電圧VRC
の瞬時値に応じて変化するため、図2(C)に示すように
コンデンサ14の電圧VCTの周波数が変化する。この結
果、周波数設定回路15におけるオン・オフ制御信号V
Gの周波数の設定値が150kHzを中心として140k
Hz〜160kHzの範囲で変化するため、PWM変調回
路12から出力されるオン・オフ制御信号VGの周波数
が各整流ダイオード16、17の脈流電圧VRCに応じて
140kHz〜160kHzの範囲で変調される。したが
って、図3に示すようにオン・オフ制御信号VGの周波
数を主成分とする入力帰還伝導ノイズの周波数成分が1
40kHz〜160kHzの範囲に平均的に分散し、これ
らの周波数のノイズ電圧が重畳されないため、ノイズ電
圧レベルが減少する。なお、図1に示すDC−DCコン
バータの基本的な動作については、先述の図4に示すD
C−DCコンバータの場合と略同様であるので説明は省
略する。 【0012】図1に示す実施の形態のDC−DCコンバ
ータでは、各整流ダイオード16、17の脈流電圧VRC
を制御回路9内における周波数設定回路15のコンデン
サ14の電圧VCTに重畳することにより、各整流ダイオ
ード16、17の脈流電圧V RCに応じてPWM変調回路
12から出力されるオン・オフ制御信号VGの周波数が
150kHzを中心として140kHz〜160kHzの
範囲で変調される。これにより、入力帰還伝導ノイズの
周波数成分が140kHz〜160kHzの範囲に平均的
に分散し、これらの周波数のノイズ電圧が重畳されない
ため、ノイズ電圧レベルが減少する。このため、フィル
タ回路等の部品を少なくして回路設計を簡略化できると
共に、製造コストを低減することができる。したがっ
て、スイッチング制御信号、即ちオン・オフ制御信号V
Gに含まれる高周波成分により発生するノイズを低コス
トで低減することが可能となる。 【0013】本発明の実施態様は前記の実施の形態に限
定されず、種々の変更が可能である。例えば、上記の実
施の形態ではトランス4の2次巻線4bから整流平滑回
路8を介して一定レベルの直流出力電圧VOを得る方式
のDC−DCコンバータについて示したが、トランス4
の1次巻線4aから整流平滑回路8を介して一定レベル
の直流出力電圧VOを得る方式のDC−DCコンバータ
についても本発明を適用することが可能である。また、
上記の実施の形態では単相の商用交流電源1の場合につ
いて示したが、三相及び三相以上の多相交流電源の場合
についても本発明を適用することが可能である。更に、
上記の各実施の形態ではフライバック型のDC−DCコ
ンバータに本発明を適用した形態を示したが、フライバ
ック型に限定することなく、フォワード型又は共振型等
の他方式のDC−DCコンバータにも本発明を適用する
ことが可能である。 【0014】 【発明の効果】本発明によれば、交流電源の交流電圧に
応じて制御回路から出力されるオン・オフ制御信号の周
波数を変調することにより、入力帰還伝導ノイズの電圧
レベルを低減できるので、フィルタ回路等の部品を削減
できると共に専用の低周波発振器を設ける必要がなく、
DC−DCコンバータのノイズ対策を低コストで実施し
て交流電源に接続される電子機器等の入力帰還伝導ノイ
ズによる誤動作を防止することが可能となる。また、簡
易なノイズ対策で入力帰還伝導ノイズによるDC−DC
コンバータの直流出力電圧の変動を抑制することも可能
となる。したがって、スイッチング周波数の更なる高周
波化によるDC−DCコンバータ等のスイッチング電源
の小形化及び軽量化の促進に大いに寄与することができ
る。
の形態を示す電気回路図 【図2】 図1に示すDC−DCコンバータの各部の電
圧を示す波形図 【図3】 図1に示すDC−DCコンバータの入力帰還
伝導ノイズの周波数スペクトルを示す波形図 【図4】 従来のDC−DCコンバータを示す電気回路
図 【図5】 図4に示すDC−DCコンバータの入力帰還
伝導ノイズの周波数スペクトルを示す波形図 【符号の説明】 1・・商用交流電源(交流電源)、 2・・ブリッジ整
流回路(整流回路)、3・・入力平滑コンデンサ、 4
・・トランス、 4a・・1次巻線、 4b・・2次巻
線、 5・・MOS-FET(スイッチング素子)、
6・・出力整流ダイオード、 7・・出力平滑コンデン
サ、 8・・整流平滑回路、 9・・制御回路、 10
・・出力電圧検出回路、 11・・フォトカプラ、 1
1a・・発光部、 11b・・受光部、 12・・PWM
変調回路、 13・・抵抗、14・・コンデンサ、 1
5・・周波数設定回路、 16,17・・整流ダイオー
ド(整流素子)、 18・・直列抵抗、 19・・変調
手段、
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 交流電源及び整流回路から成る直流電源
と、該直流電源に直列に接続された1次巻線及び2次巻
線を有するトランスと、前記1次巻線に直列に接続され
たスイッチング素子と、前記トランスの1次巻線又は2
次巻線に接続された整流平滑回路と、該整流平滑回路の
出力電圧に応じて前記スイッチング素子の制御端子にオ
ン・オフ制御信号を付与する制御回路とを備え、前記制
御回路により前記整流平滑回路の出力電圧に応じて前記
スイッチング素子のオン・オフ期間の比率を制御し且つ
前記トランスの1次巻線又は2次巻線から前記整流平滑
回路を介して定電圧の直流出力を取り出すDC−DCコ
ンバータにおいて、 前記制御回路は、前記スイッチング素子の制御端子に付
与するオン・オフ制御信号のオン・オフ期間の比率を制
御するPWM変調回路と、該PWM変調回路に接続され
た周波数設定回路とを備え、 前記交流電源と前記周波数設定回路との間に接続される
直列抵抗を変調手段に設け、 前記直列抵抗を通じて前記周波数設定回路に前記交流電
源の交流電圧を付与し、 前記PWM変調回路から出力される前記オン・オフ制御
信号の周波数を前記交流電源の交流電圧に応じて変調す
ることを特徴とするDC−DCコンバータ。
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Family Applications (1)
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2001
- 2001-08-21 JP JP2001250537A patent/JP3456583B2/ja not_active Expired - Fee Related
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