(57)【要約】【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するトランスの励磁インダクタンスを大きくしてもスイッチング周波数の上昇を抑制できるようにし、軽負荷時の効率を向上させる。【解決手段】直流電源１０の正極と負極との間にスイッチ素子１，２の直列回路を接続するとともに、スイッチ素子２と並列にコンデンサ３と変圧器１次巻線６との直列回路を接続し、スイッチ素子１，２をオン，オフさせ変圧器９の２次巻線７，８に発生する正負の電圧を全波整流して直流出力を得るＤＣ／ＤＣコンバータで、駆動回路１８によりスイッチ素子１，２のスイッチング周波数とオン，オフ比の両方を変化させて制御することにより、トランスの励磁インダクタンスを小さくする必要性を無くす。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の正極と負極間に２つのスイッチ素子の直列回路を接続するとともに、少なくとも１つのコンデンサと変圧器１次巻線との直列回路を前記スイッチ素子の一方に並列に接続し、２つのスイッチ素子をオン，オフすることにより、変圧器２次巻線に発生する正負の電圧を半波または全波整流して直流出力を得るＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記２つのスイッチ素子のスイッチング周波数とオン，オフ比との双方を変化させて制御することを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法。
【請求項２】
前記２つのスイッチ素子のオン，オフ比を出力電圧に応じて変化させ、スイッチング周波数を直流電源電圧に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法。
【請求項３】
前記オン，オフ比を固定した状態でスイッチング周波数を変化させる制御を主として行ない、スイッチング周波数が所定値になったらその値以上にならないよう、スイッチング周波数を固定した状態でオン，オフ比を変化させることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハーフブリッジ構成の直流／直流変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータともいう）の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来のＤＣ／ＤＣコンバータの構成例を示す。
すなわち、直流電源１０と並列にＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体形電界効果トランジスタ）１とＭＯＳＦＥＴ２との直列回路を接続し、コンデンサ３と変圧器９の１次巻線６との直列回路およびスナバコンデンサ４を、ＭＯＳＦＥＴ２とそれぞれ並列に接続し、変圧器９の２次巻線７，８にはダイオード１１，１２とコンデンサ５からなる整流平滑回路を接続する。また、出力電圧検出回路１６と三角波発生回路１４により、出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖｏ）と出力電圧設定値との偏差に応じて周波数が変化する三角波を発生させ、比較器１５でオンオフ比設定回路１３から出力される値と比較し、駆動回路１８にて２つのＭＯＳＦＥＴをオン，オフ比５０％一定で、交互にスイッチングさせている。
このように、２つのＭＯＳＦＥＴをオン，オフ比固定でスイッチング周波数Ｆｓを変化させることで、出力電圧の制御を行なっている。なお、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、電流共振形ＤＣ／ＤＣコンバータと呼ばれる一般的なもので動作も一般的なので、その詳細な説明は省略する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来方式では軽負荷時のスイッチング周波数の大幅な上昇を抑制するために、変圧器の励磁インダクタンスを小さくする必要があった。
図６に、図５の従来例におけるスイッチング周波数Ｆｓとオン，オフ比Ｄとの関係例を示す。ここでは、直流電源電圧Ｅｄ＝１００Ｖと、Ｅｄ＝４００Ｖの２つの場合を示す。つまり、従来は負荷条件および入力直流電源電圧値に応じて、若干のスイッチング周波数の変動があるものの、オン，オフ比Ｄは殆ど変化しないような特性になっている。
図７および図８に、定格負荷時と軽負荷時の各場合について、図５のＭＯＳＦＥＴ１，２に流れる電流ＩＱ１，ＩＱ２と、変圧器の２次側に接続する２つのダイオードに流れる電流の波形例を示す。
【０００４】
このように、従来は軽負荷時のスイッチング周波数の大幅な上昇を抑制するために、変圧器の励磁インダクタンスを小さくした結果、定格負荷から軽負荷時まで変圧器に大きな励磁電流が流れ（図７，図８のＩＱ１，ＩＱ２参照）、この励磁電流が無効電流となり、回路中のインピーダンス（ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗，変圧器の巻線抵抗など）によって損失が発生し、軽負荷時の効率が低下すると言う問題がある。
したがって、この発明の課題は、軽負荷時におけるスイッチング周波数の上昇を抑制し、効率を向上させることにある。
【０００５】
【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、直流電源の正極と負極間に２つのスイッチ素子の直列回路を接続するとともに、少なくとも１つのコンデンサと変圧器１次巻線との直列回路を前記スイッチ素子の一方に並列に接続し、２つのスイッチ素子をオン，オフすることにより、変圧器２次巻線に発生する正負の電圧を半波または全波整流して直流出力を得るＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記２つのスイッチ素子のスイッチング周波数とオン，オフ比との双方を変化させて制御することを特徴とする。
【０００６】
上記請求項１の発明においては、前記２つのスイッチ素子のオン，オフ比を出力電圧に応じて変化させ、スイッチング周波数を直流電源電圧に応じて変化させることができ、（請求項２の発明）、または、前記オン，オフ比を固定した状態でスイッチング周波数を変化させる制御を主として行ない、スイッチング周波数が所定値になったらその値以上にならないよう、スイッチング周波数を固定した状態でオン，オフ比を変化させることができる（請求項３の発明）。
【０００７】
【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図である。
主回路は従来と同様であり、相違点は電圧検出回路１７を付加してその出力を三角波発生回路１４に入力した点、および電圧検出回路１６の出力をオンオフ比発生回路１３にも入力するようにした点にある。また、図２は、出力Ｐｏ（電圧Ｖｏと電流ＩＤ１１，ＩＤ１２との積）に対するスイッチング周波数ＦｓとＭＯＳＦＥＴのオン，オフ比Ｄの特性例を、直流電源電圧Ｅｄ＝１００ＶとＥｄ＝４００Ｖの場合について説明している。
【０００８】
上記の回路では、電圧検出回路１７を介して検出される入力直流電源電圧Ｅｄに応じて三角波発生回路１４の三角波の発振周波数、すなわちスイッチング周波数Ｆｓを変化させるとともに（Ｅｄ＝１００Ｖのときと、４００Ｖのときとで周波数Ｆｓを変えている）、電圧検出回路１６を介して検出される出力電圧Ｖｏに応じて２つのＭＯＳＦＥＴ１，２のオンオフ比Ｄを図２のように調整する（変化させる）ことで、出力電圧Ｖｏを制御する。このとき、スイッチング周波数Ｆｓは、任意の直流電源電圧Ｅｄの場合において、定格負荷時にオン，オフ比が５０％付近となるように予め設定する。これは、一般に、この発明の制御対象となるＤＣ／ＤＣコンバータは、オン，オフ比Ｄが５０％付近で効率が最も良くなるためである。
【０００９】
図３はこの発明の第２の実施の形態を示す回路図である。
主回路は従来と同様であり、相違点は電圧検出回路１６の出力を三角波発生回路１４だけでなく、オンオフ比発生回路１３にも入力するようにした点にある。また、図４は出力Ｐｏに対するスイッチング周波数ＦｓとＭＯＳＦＥＴのオン，オフ比Ｄの特性例を、直流電源電圧Ｅｄ＝４００Ｖの場合について説明したものである。
このような構成では、オンオフ比Ｄを５０％固定として、スイッチング周波数Ｆｓを変化させることにより出力電圧Ｖｏを調整することを基本とし、軽負荷時等にスイッチング周波数Ｆｓが或る限度値以上になったときは、図４に示すようにスイッチング周波数Ｆｓを固定し、オン，オフ比Ｄを変化させて出力電圧Ｖｏを制御する。
【００１０】
【発明の効果】
この発明によれば、変圧器の励磁インダクタンスを従来に比べて大きくしても、軽負荷時のスイッチング周波数の大幅な上昇を抑制し、変圧器励磁電流の大きさを小さくできるので、無効電流による発生損失を低減することができる。特に、軽負荷時の効率を向上させることが可能となる。
【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図である。
【図２】図１の場合の装置出力に対するスイッチング周波数とオン，オフ比の特性説明図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態を示す回路図である。
【図４】図３の場合の装置出力に対するスイッチング周波数とオン，オフ比の特性説明図である。
【図５】従来例を示す回路図である。
【図６】図５の場合の装置出力に対するスイッチング周波数とオン，オフ比の特性説明図である。
【図７】図５における定格負荷時の動作波形図である。
【図８】図５における軽負荷時の動作波形図である。
【符号の説明】
１，２…ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体形電界効果トランジスタ）、３〜５…コンデンサ、６〜８…巻線、９…変圧器、１０…直流電源、１１，１２…ダイオード、１３…オンオフ比決定回路、１４…三角波発生回路、１５…比較器、１６，１７…電圧検出回路、１８…駆動回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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