JP3642397B2 - Dc/dcコンバータの待機電力低減回路 - Google Patents
Dc/dcコンバータの待機電力低減回路 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、DC/DCコンバータの主スイッチ素子を通常モードでは連続スイッチング動作させ、待機モードでは間欠スイッチング動作させることで、待機モード時の電力を低減させる待機電力低減回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4に従来例を示す。
これは、フライバックコンバータを待機モード時に間欠スイッチング動作させるもので、出力電圧Voを一定に制御するため、電圧検出回路DETの基準電圧と出力電圧との誤差を、フォトカプラPC1で絶縁した信号を電圧指令とするものである。なお、電流値を検出して電流誤差を電流指令として用いることも可能である。
【0003】
まず、通常モード時の動作について説明する。
この場合は、スイッチ素子Q2をオフにし、主スイッチ素子Q1をオン,オフしてトランスT1の二次側にエネルギを伝達する。そして、出力電圧Voが上昇して電圧検出回路DETの基準電圧Vrefを超えると、フォトカプラPC1の発光部側に電流が流れ、PC1の受光部側のコレクタ電圧Vcが低下する。コンパレータIC1はVcをキャリア信号のレベルと比較し、Q1のオンパルス幅を決定するが、Vcが低下するとQ1のオンパルス幅が短く(狭く)なるため、T1の二次側に伝達されるエネルギが減少し、Voが低下する。
【0004】
Voが低下しVref以下になると、PC1の発光部側に流れる電流が減少し、Vcが上昇する。したがって、Q1のオンパルス幅が長く(広く)なるため、T1の二次側に伝達されるエネルギが増加し、Voが上昇する。
以上の繰り返しにより、Voはほぼ一定となるようにフィードバック制御される。なお、PC1の受光部側の両端に接続された抵抗R1とコンデンサC1との直列回路と、抵抗R2とによりいわゆるPI(比例積分)調節器を構成し、電圧または電流制御のためのフィードバックゲインと時定数が決定される。
【0005】
次に、待機モード時の動作について説明する。
この場合は、間欠信号発生回路GENを動作させ、Q2をオン,オフさせる。そして、Q2がオンする期間ではVcがキャリア信号のオフセットレベルVm以下に低下するので、IC1の出力はローレベルとなり、Q1のスイッチングが停止する。一方、Q2がオフする期間では、通常モード時の動作と同じくQ1がスイッチングを開始し、出力電圧Voが一定となるようにフィードバック制御される。なお、コンデンサC6は、Q2がオフした直後にQ1のオン幅が急激に増加するのを防ぐ、ソフトスタート用のコンデンサである。以後は、Q2のオン,オフを繰り返すことで、Q1を間欠スイッチング動作させる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例においては、待機モード時にQ2をオン,オフするたびに、Q2でスイッチング損失が発生し消費電力が増大するという問題や、間欠信号発生回路が必要となり部品点数が増加するなどの問題がある。
したがって、この発明の課題はスイッチング損失を低減し、部品点数を削減することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項1の発明では、トランスの一次側に直流電源と主スイッチ素子との直列回路を接続し、主スイッチ素子のオン,オフによりトランス二次側に直流電力を供給するDC/DCコンバータにおいて、
出力電圧を一定値に制御するための電圧または電流の調節回路と並列に接続される第1のコンデンサと第1のスイッチ素子との直列回路、または第1のコンデンサと第1の抵抗と第1のスイッチ素子との直列回路と、
通常モードでは第1のスイッチ素子をオフとして主スイッチ素子を連続スイッチング動作させ、待機モードでは第1のスイッチ素子をオンとして主スイッチ素子を間欠スイッチング動作させる通常・待機切換回路とを設けたことを特徴とする。
上記請求項1の発明においては、少なくとも3つの電圧出力回路を設け、待機モードでは少なくとも2つの出力電圧を所定値まで低下させ、そのうちの1つの出力電圧低下を検出して前記第1のスイッチ素子をオンさせることができる(請求項2の発明)。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の第1の実施の形態を示す回路構成図である。図4と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
図4に示す従来例と異なる点は、フォトカプラPC1の受光部側の両端にコンデンサC2とスイッチ素子Q2との直列回路を接続した点、通常・待機切換回路EXCによりQ2を通常モード時にはオフとし、待機モード時にはオンとする点である。なお、図示は省略するが、コンデンサC2とスイッチ素子Q2との直列回路には、さらに抵抗を接続することができる。
【0009】
動作について、以下に説明する。
まず、通常モードではQ2がオフしていて、従来例の通常モードと同じなので説明を省略する。
待機モードではQ2をオンさせることにより、抵抗R1とコンデンサC1との直列回路で構成されるPI調節器と並列に、コンデンサC2が接続されることになる。ここで、R2とC2による積分時定数をR1とC1で決まる積分時定数より十分大きくなるようにC2を選ぶことにより、制御応答を遅くするようにしている。
【0010】
その結果、出力電圧のリプルが増加するため、電圧検出回路DETでは基準電圧Vrefとの誤差が増加し、電圧指令値が脈動する。この電圧指令値の最小値がキャリア信号のオフセットレベルVm以下になると、主スイッチ素子Q1のスイッチングが停止し、電圧指令値がキャリア信号のオフセットレベル以上になると、Q1はスイッチング動作を開始する。
【0011】
図2に間欠スイッチング動作時の動作波形を示す。以下、各期間I〜期間IVに分けて説明する。
期間I
出力電圧Voは電圧検出回路DETの基準電圧Vref以下で、フォトカプラPC1の受光部側のコレクタ電圧Vcが、キャリア信号のオフセットレベルVm以上になると、主スイッチ素子Q1はスイッチングを開始する。これにともないVoは上昇する。VcはコンデンサC2により積分動作することから、VoはVrefになるまで上昇する。
【0012】
期間II
出力電圧Voが基準電圧Vref以上になると、コレクタ電圧Vcは徐々に低下する。このとき主スイッチ素子Q1は依然としてスイッチング動作をしているので、Voはさらに上昇する。
期間III
Vcがキャリア信号のオフセットレベルVm以下になると、Q1はスイッチングを停止する。その結果、Voは徐々に低下する。このとき、VcはVoがVref以下になるまで低下する。
【0013】
期間IV
VoがVref以下になると、Vcは上昇し始める。このとき、Vcは依然としてキャリア信号のオフセットレベルVm以下であるため、Q1はスイッチングを停止したままである。VoはVcがVm以上になるまでさらに低下する。
以後は、期間I〜期間IVを繰り返し、主スイッチ素子Q1は間欠スイッチング動作をする。
【0014】
図3はこの発明の第2の実施の形態を示す回路構成図である。図1と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
図1との違いは一次巻線N1,二次巻線N2を持つトランスT1の代りに、さらに三次巻線N3,四次巻線N4を持つトランスT2を用いた点、ツェナーダイオードZD1およびスイッチ素子Q3を付加した点などにある。
【0015】
巻線N2〜N4はダイオードおよびコンデンサとともに電圧出力回路を構成するが、各巻数を適宜選ぶことにより、通常モード時には各電圧出力との間にVC4,VC5>Voの関係が成立するようにし、待機モード時にはスイッチ素子Q4をオンとすることで、VC4,VC5の値を通常モード時よりも下げるようにしている。また、ツェナーダイオードZD1のツェナー電圧Vzは通常モード時の電圧VC5以下とし、待機モード時の電圧VC5以上とする。
【0016】
図3の動作について説明する。
まず、通常モード時にはVC5の電圧がVzより高いため、スイッチ素子Q3にベース電流が流れてQ3がオンする。その結果、Q2にベース電流が流れなくなるので、Q2がオフする。
次に、待機モード時にはVC5の電圧がVzより低いため、スイッチ素子Q3にはベース電流が流れずにオフし、Q2のベースにはVDからR4を介してベース電流が流れ、Q2がオンする。
すなわち、主スイッチ素子が通常モードで連続スイッチング動作し、待機モードで間欠スイッチング動作するのは図1の場合と同様である。
このように、VC5の電圧低下を検出してスイッチ素子Q2をオンさせるようにしたので、間欠信号発生回路を用いることなくQ2に信号を伝達することができ、回路が簡素化される。
【0017】
【発明の効果】
この発明によれば、スイッチ素子Q2を待機モード時にはオン状態に保つようにしたので、スイッチング損失は発生せず消費電力が低減する。
また、間欠信号発生回路が不要となるので部品点数が大幅に削減され、コストダウンなどの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示す回路構成図である。
【図2】図1の動作説明図である。
【図3】この発明の第2の実施の形態を示す回路構成図である。
【図4】従来例を示す回路構成図である。
【符号の説明】
Q1…主スイッチ素子、Q2,Q3…スイッチ素子、Ed,VD…直流電源、T1,T2…トランス、R1〜R5…抵抗、C1〜C6…コンデンサ、D1〜D4…ダイオード、ZD1…ツェナーダイオード、PC1…フォトカプラ、IC1…コンパレータ、IC2…ゲートドライバ、EXC…通常・待機切換回路、DET…電圧検出回路、GEN…間欠信号発生回路。
Claims (2)
- トランスの一次側に直流電源と主スイッチ素子との直列回路を接続し、主スイッチ素子のオン,オフによりトランス二次側に直流電力を供給するDC/DCコンバータにおいて、
出力電圧を一定値に制御するための電圧または電流の調節回路と並列に接続される第1のコンデンサと第1のスイッチ素子との直列回路、または第1のコンデンサと第1の抵抗と第1のスイッチ素子との直列回路と、
通常モードでは第1のスイッチ素子をオフとして主スイッチ素子を連続スイッチング動作させ、待機モードでは第1のスイッチ素子をオンとして主スイッチ素子を間欠スイッチング動作させる通常・待機切換回路とを設けたことを特徴とするDC/DCコンバータの待機電力低減回路。 - 少なくとも3つの電圧出力回路を設け、待機モードでは少なくとも2つの出力電圧を所定値まで低下させ、そのうちの1つの出力電圧低下を検出して前記第1のスイッチ素子をオンさせることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータの待機電力低減回路。
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