(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端と接地との間に接続された入力側平滑用コンデンサと、出力端と接地との間に接続された出力側平滑用コンデンサと、入力端と出力端との間に直列接続されたスイッチング素子と、共振用チョークコイルと、共振用チョークコイルの出力側端部と接地点との間に接続された並列接続の共振用コンデンサ及び整流素子と、出力電圧値に基づいて前記共振用チョークコイルと共振用コンデンサによる共振電流の波形に対応したオン時間になるよう前記スイッチング素子のオン・オフ時間を制御する制御回路とを備え、前記共振用チョークコイルの出力側端部に直列に電流が減少した際にインダクタンスが増加する特性のスイング型チョークコイルを有したことを特徴とする電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に流れる電流変化に対応してスイッチング周波数をスイッチング素子のオン・オフ時間可変制御する電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータでの不連続波形の動作状態における波形図であり、図５は従来の電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータでの連続波形の動作状態における波形図である。また、図６はチョークコイルのインダクタンス対重畳電流特性図であり、図７は負荷電流に対するスイッチング周波数の特性図である。
【０００３】
図４から図７において、この従来例の負荷電流の変化に対応してスイッチング周波数を可変制御する電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、その制御がスイッチング素子のオン時間と共振周波数を対応させる固定方式である。このため負荷電流の変化に応じて出力電圧を安定させるためには、図４（ａ）、図５（ａ）に示すようにスイッチング素子でのオフ時間を可変している。すなわち、図６に示すように負荷電流に応じてスイッチング周波数を変化させている。この場合のオフ時間は、負荷電流が減少すると共振電流の全波形が正、負のエネルギーを相殺する動作状態となる。このためオフ時間の長さを、ある程度制限できる動作状態から、さらに、負荷電流が減少すると共振電流の全波形はオフ時間が長くなる動作状態に移行し、その出力電圧の安定化を図るようにしている。
【０００４】
この場合、負荷電流が減少するとスイッチング周波数が可聴周波数帯域の２０ｋＨｚ以下になってしまうことがある。さらに、オフ時間の長さで出力電圧を安定化できなくなり、出力電圧が上昇してしまうことがある。このような負荷電流が減少した際に生じる図４（ｃ）、図５（ｃ）に示す共振電流への移行は、図７に示すようにチョークコイルのインダクタンス（Ｌ）の値と関係がある。負荷電流が減少した際にチョークコイルのインダクタンスが小さい場合、チョークコイルに流れる電流が図４（ｂ）に示すように不連続波形の動作となり、図４（ａ）に示すようにスイッチング素子のオフ時間が長くなる。この場合、このオフ時間が十分に長くないと、出力電圧が上昇する。
【０００５】
したがって、チョークコイルが図５（ｂ）に示すように連続波形で動作することによって、負荷電流の減少時に共振電流は、全波形で正負を相殺する動作となり、可聴帯域以外のスイッチング周波数で動作させることが出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、チョークコイルに流れる電流を連続波形で動作させるには、ブリーダ電流を流すことによって可能になるが、ブリーダ電流の消費による効率低下が生じてしまうため、負荷電流が減少するとスイッチング周波数が可聴周波数帯域である２０ｋＨｚ以下になって、その雑音が発生し、オフ時間の長さで出力電圧を安定化出来なくなり、出力電圧が上昇して、正確な電圧制御が出来ないという欠点がある。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術における課題を解決するものであり、スイッチング周波数が可聴周波数帯域以上になって、雑音発生を阻止し、かつ、出力電圧の上昇をなくして、正確な出力電圧の安定化制御が可能になるとともに、そのコスト増を抑えることが出来る優れた電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータは、入力端と接地との間に接続された入力側平滑用コンデンサと、出力端と接地との間に接続された出力側平滑用コンデンサと、入力端と出力端との間に直列接続されたスイッチング素子と、共振用チョークコイルと、共振用チョークコイルの出力側端部と接地点との間に接続された並列接続の共振用コンデンサ及び整流素子と、出力電圧値に基づいて前記共振用チョークコイルと共振用コンデンサによる共振電流の波形に対応したオン時間になるよう前記スイッチング素子のオン・オフ時間を制御する制御回路とを備え、前記共振用チョークコイルの出力側端部に直列に電流が減少した際にインダクタンスが増加する特性のスイング型チョークコイルを有している。これによって、負荷の電流が減少した場合にもスイング型チョークコイルが連続波形の電流で動作することによって、スイッチング周波数を可聴周波数帯域以上に設定して雑音発生を阻止し、かつ、出力電圧の上昇をなくして、その正確な出力電圧の安定化制御が出来るようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、入力端と接地との間に接続された入力側平滑用コンデンサと、出力端と接地との間に接続された出力側平滑用コンデンサと、入力端と出力端との間に直列接続されたスイッチング素子、共振用チョークコイル及び電流が減少した際にインダクタンスが増加する特性のスイング型チョークコイルと、共振用チョークコイルとスイング型チョークコイルの接続点と接地間に接続された並列接続の共振用コンデンサ及び整流素子と、出力電圧値に基づいて前記スイッチング素子のオン・オフ時間を制御する制御回路とを備えたものである。
【００１０】
以上により、共振用チョークコイルと共振用コンデンサによる共振電流の波形に対応したオン時間にスイッチング素子を制御回路が駆動制御しているので、ブリーダ電流を流すことなく、負荷の電流が減少した際にもスイング型チョークコイルが連続波形の電流で動作し、スイッチング周波数を可聴周波数帯域以上に設定して雑音発生を阻止できる。かつ、出力電圧の上昇をなくして、その正確な出力電圧の安定化制御が可能になる。この場合のスイング型チョークコイルのインダクタンスを大きい値に設定する際に、コアのギャップ幅を変更するのみで可能になるため、コアを大型化する必要がなくなって、そのコスト増を抑えることが出来るようになる。
【００１１】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態における電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。図１において、この例は負荷に流れる電流変化に対応してスイッチング周波数を可変制御する電流共振型であり、入力電圧Ｖｉｎのリップルを除去するための入力側平滑用コンデンサＣ１を有している。さらに、入力電圧Ｖｉｎをオン・オフするスイッチング素子Ｄ５と、このスイッチング素子Ｄ５に直列接続され、電流共振回路を構成する共振用チョークコイルＬ２及び共振用コンデンサＣ４とが設けられている。
【００１２】
また、流れる電流が減少した際にインダクタンスが増加する特性のスイング型チョークコイルＬ３と、共振用チョークコイルＬ２及び共振用コンデンサＣ４からのスイッチング電圧を整流する整流用ダイオードＤ６とを有している。さらに、スイッチング素子Ｄ５のオン・オフ時間（スイッチング周波数）を制御する制御回路８と、出力電圧Ｖｏのリップルを除去するための出力側平滑用コンデンサＣ７と、この電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータに接続される負荷ＲＬとを有している。
【００１３】
次に、この実施形態の動作について説明する。
スイッチング素子Ｄ５のオン時間は、共振用チョークコイルＬ２及び共振用コンデンサＣ４で構成される共振電流Ｉｒの共振周波数に対応させて固定している。この結果、負荷ＲＬに流れる電流ＩＬに応じて出力電圧Ｖｏを安定させるためには、スイッチング素子Ｄ５のオフ時間を可変させる必要がある。しかし、負荷ＲＬに流れる電流が減少するとスイング型チョークコイルＬ３に流れる電流ＩＬが従前の図４に示したように不連続波形になる。したがって、出力電圧Ｖｏの安定化のために制御回路８がスイッチング素子Ｄ５を制御する。この制御ではオフ時間を長くしてスイッチング周波数を低下させる。ここでスイング型チョークコイルＬ３に流れる電流ＩＬが従前の図５に示したように、連続波形となる動作条件は次式（１）で与えられる。
【００１４】
Ｉｏ＞Ｖｏ×Ｔｏｆｆ／２Ｌ                        …（１）
Ｉｏ：出力電流
Ｖｏ：出力電圧
Ｌ：スイング型チョークコイルＬ３のインダクタンス
この（数１）から負荷ＲＬに流れる電流ＩＬの減少時に連続波形で動作させるためには、スイング型チョークコイルＬ３のインダクタンス値を大きくする必要がある。
【００１５】
このインダクタンス値を大きくすると通常動作時でも未磁気飽和状態で使用することができず、コアサイズを大きくする必要がある。換言すれば、コスト及び装置内への実装の点で不利となる。このため、この実施形態では流れる電流が減少した際にインダクタンスが増加する特性のスイング型チョークコイルＬ３を用いている。
【００１６】
図２はスイング型チョークコイルＬ３のインダクタンス対重畳電流特性図であり、図３は負荷ＲＬの電流に対するスイッチング周波数の特性図である。この図２に示すようにスイング型チョークコイルＬ３は、ここに流れる重畳電流（電流ＩＬ  ）が減少した際にインダクタンス（Ｌ）値が増加する特性を有しており、このスイング型チョークコイルＬ３のコアのサイズを大型化せずに負荷ＲＬの電流にかかわらず連続波形が得られる動作となる。
【００１７】
したがって、負荷ＲＬへの電流の減少時にも、スイング型チョークコイルＬ３に流れる電流ＩＬ  が連続波形となり、共振電流Ｉｒも、その共振電流Ｉｒで相殺する動作となって、スイッチング素子Ｄ５のオフ時間が制限される。この結果、スイッチング周波数が可聴帯域以外になり、かつ、出力電圧Ｖｏが安定化される。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータによれば、共振用チョークコイルと共振用コンデンサによる共振電流の波形に対応したオン時間にスイッチング素子を制御回路が駆動制御し、負荷の電流が減少した場合にもスイング型チョークコイルが連続波形の電流で動作するため、スイッチング周波数が可聴周波数帯域以上になって、その雑音発生を阻止できるようになる。かつ、出力電圧が上昇しなくなって、その正確な出力電圧の安定化制御が出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す回路図
【図２】同実施の形態におけるスイング型チョークコイルのインダクタンス対重畳電流特性図
【図３】同実施の形態における負荷電流に対するスイッチング周波数の特性図
【図４】従来例の電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータでの不連続波形の動作状態における波形図
【図５】従来例の電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータでの連続波形の動作状態における波形図
【図６】従来例におけるチョークコイルのインダクタンス対重畳電流特性図
【図７】従来例における負荷電流に対するスイッチング周波数の特性図
【符号の説明】
Ｃ１  入力側平滑用コンデンサ
Ｃ４  共振用コンデンサ
Ｃ７  出力側平滑用コンデンサ
Ｄ５  スイッチング素子
Ｄ６  整流用ダイオード
Ｌ２  共振用チョークコイル
Ｌ３  スイング型チョークコイル
ＲＬ  負荷
８  制御回路
【図１】
0003575169.tif 000002
【図２】
0003575169.tif 000003
【図３】
0003575169.tif 000004
【図４】
0003575169.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003575169.tif 000008