(57)【要約】【課題】オフタイミングパルスが検出できなかった場合でも、スイッチ素子がオンされ続けて破損される事を防止できるＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。【解決手段】このＤＣ／ＤＣコンバータ１は、チョッピング用のスイッチ３と、オンタイミングパルスＳonを生成するＶ／Ｆ回路１１と、オフタイミングパルスＳoffを生成する処理回路系１３と、駆動パルス用電圧Ｖｐを供給する電圧供給手段（ここではＶ／Ｆ回路１１）と、回路１１，１３により生成されるパルスＳon，Ｓoffに従って電圧供給手段１１から供給される駆動パルス用電圧Ｖｐの出力をオンオフすることで駆動パルスＰを生成して該駆動パルスＰによりスイッチ３をオンオフ駆動させる生成回路１５とを備え、電圧供給手段１１は、駆動パルス用電圧Ｖｐとして方形パルス状の電圧を生成回路１５に供給する。【選択図】        図２
2004194468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョッピング用のスイッチ手段と、オンタイミングパルスを生成する第１の生成手段と、オフタイミングパルスを生成する第２の生成手段と、駆動パルス用電圧を供給する電圧供給手段と、前記第１の生成手段及び前記第２の生成手段により生成される前記オンタイミングパルス及び前記オフタイミングパルスに従って前記電圧供給手段から供給される前記駆動パルス用電圧の出力をオンオフすることで駆動パルスを生成して該駆動パルスにより前記スイッチ手段をオンオフ駆動させる第３の生成手段とを備えるＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記電圧供給手段は、前記駆動パルス用電圧として方形パルス状の電圧を前記第３の生成手段に供給することを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記電圧供給手段は、前記第１の生成手段により兼用され、
前記駆動パルス用電圧は、前記オンタイミングパルスにより兼用されることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記スイッチ手段は、電流共振スイッチとして構成され、
前記第２の生成手段は、前記電流共振スイッチの共振用リアクトルを流れる共振電流が零以下となる期間に前記オフタイミングパルスを前記第３の生成手段に供給することで、前記スイッチ手段を零電流スイッチングさせ、
前記第１の生成手段は、前記共振電流が零以上となる期間よりも大きいパルス幅の前記オンタイミングパルスを生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の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、ＤＣ／ＤＣコンバータに関し、特にチョッピング用のスイッチ手段のオンオフ制御の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
零電流スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータの中には、電流共振スイッチの共振電流が零以下となる周期が経年劣化等により変化しても確実に零電流スイッチングが行われる様に、電流共振スイッチのターンオフ周期が上記共振電流が零以下となる周期の変化に合わせて修正されるものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
図１は上記従来の零電流スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータの構成概略図、図４は図１中のＰＦＭ制御部１０７の構成概略図、図５はＰＦＭ制御部１０７内の各処理回路から出力される処理信号のタイミングチャート図である。尚、図１中のＶoutは入力電圧Ｖinを降圧して得られる出力電圧、Ｉは共振用リアクトルＬ１を流れる共振電流、Ｐは電流共振スイッチ３のチョッピング用のスイッチ素子Ｑをオンオフ駆動する駆動パルス、Ｖpは駆動パルス用電圧である。
【０００４】
上記従来の零電流スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータ１００のＰＦＭ制御部１０７では、以下の様にして駆動パルスＰが生成されてスイッチ素子Ｑがオンオフ駆動される。即ち、ＰＦＭ制御部１０７では、図４及び図５の様に、▲１▼電圧周波数変換回路（以後、Ｖ／Ｆ回路と称す）１１により出力電圧Ｖoutに基づいて出力電圧Ｖoutが目標値に一致する様にオンタイミングパルスＳonの繰返周期Ｔ１が調整されつつオンタイミングパルスＳonが生成されて生成回路１５に供給されると共に、▲２▼処理回路系１３により共振電流Ｉに基づいてオフタイミングパルスＳoffの立上時点が共振電流Ｉの零以下の期間に含まれる様にオフタイミングパルスＳoffが生成されて生成回路１５に供給される。そして、▲３▼生成回路１５によりそれら各パルスＳon，Ｓoffに従って所定の電圧供給手段から供給される駆動パルス用電圧Ｖpの出力がオンオフされることで駆動パルスＰが生成されてスイッチ素子Ｑに出力され、その駆動パルスＰによりスイッチ素子Ｑがオンオフ駆動される。特に上記▲２▼の処理により、電流共振スイッチ３のスイッチ素子Ｑのターンオフ周期が共振電流Ｉが零以下となる周期に一致する様に修正される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５８２４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の零電流スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータ１００では、誤動作等により生成回路１５によりオフタイミングパルスＳoffが検出されなかった場合は、駆動パルス用電圧Ｖpの出力がオンにされ続け、これによりスイッチ素子Ｑがオンにされ続けて破損される虞があるという問題がある。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、上記零電流スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータの様に、オンタイミングパルス及びオフタイミングパルスに従って駆動パルス用電圧の出力がオンオフされることで生成される駆動パルスに従ってチョッピング用のスイッチ素子がオンオフされるＤＣ／ＤＣコンバータに於いて、上記オフタイミングパルスが検出できなかった場合でも、上記スイッチ素子がオンされ続けて破損される事を防止できるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためには、請求項１に記載の発明は、チョッピング用のスイッチ手段と、オンタイミングパルスを生成する第１の生成手段と、オフタイミングパルスを生成する第２の生成手段と、駆動パルス用電圧を供給する電圧供給手段と、前記第１の生成手段及び前記第２の生成手段により生成される前記オンタイミングパルス及び前記オフタイミングパルスに従って前記電圧供給手段から供給される前記駆動パルス用電圧の出力をオンオフすることで駆動パルスを生成して該駆動パルスにより前記スイッチ手段をオンオフ駆動させる第３の生成手段とを備えるＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記電圧供給手段は、前記駆動パルス用電圧として方形パルス状の電圧を前記第３の生成手段に供給するものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記電圧供給手段は、前記第１の生成手段により兼用され、前記駆動パルス用電圧は、前記オンタイミングパルスにより兼用されるものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記スイッチ手段は、電流共振スイッチとして構成され、前記第２の生成手段は、前記電流共振スイッチの共振用リアクトルを流れる共振電流が零以下となる期間に前記オフタイミングパルスを前記第３の生成手段に供給することで、前記スイッチ手段を零電流スイッチングさせ、前記第１の生成手段は、前記共振電流が零以上となる期間よりも大きいパルス幅の前記オンタイミングパルスを生成するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの構成概略図、図２は図１中のＰＦＭ制御部７の構成概略図、図３はＰＦＭ制御部７内の各処理回路から出力される処理信号のタイミングチャート図である。
【００１２】
この実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１は、零電流スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータとして構成されており、図１の様に、直流電源Ｂからの入力電圧Ｖinを所定のデューティ比にチョッピングする電流共振スイッチ３（スイッチ手段）と、電流共振スイッチ３によりチョッピングされた電圧を平滑化して直流の出力電圧Ｖoutとして負荷Ｒに出力する低域通過フィルタ５と、電流共振スイッチ３をＰＦＭ制御するＰＦＭ制御部７とを備える。
【００１３】
電流共振スイッチ３は、例えば従来同様、直流電圧Ｂの陽極に直列に接続されたチョッピング用のスイッチ素子Ｑと、スイッチ素子Ｑに逆方向に並列に接続されたダイオードＤ１と、スイッチ素子Ｑの下流端に直列に接続された共振用リアクトルＬ１と、電源Ｂの負極と負荷Ｒの下流端とを接続する接続線ｇとリアクトルＬ１の下流端との間に介装接続された共振用コンデンサＣ１と、リアクトルＬ１とコンデンサＣ１との間に介装接続され、リアクトルＬ１に流れる共振電流Ｉを検出する電流検出回路９とを備える。電流検出回路９は、その検出結果を共振電流Ｉに比例する電圧（以後、検出結果電圧と称す）としてＰＦＭ制御部７に出力する。尚、共振電流Ｉは、リアクトルＬ１の上流側から下流側（紙面上左側から右側）に流れる場合を正（Ｉ＞０）とし、リアクトルＬ１の下流側から上流側（紙面上右側から左側）に流れる場合を負（Ｉ＜０）とする。
【００１４】
スイッチ素子Ｑは、ＰＦＭ制御部７から出力される駆動パルスＰによりオンオフ駆動される。このスイッチ素子Ｑのターンオンは、そのターンオンに伴うリアクトルＬ１の電磁誘導作用によりスイッチ素子Ｑに流れる電流の増流が遅延されることで零電流スイッチングされる。又、このスイッチ素子Ｑのターンオフは、後述の様に、共振電流Ｉが正から負（詳細には零以下）に反転してダイオードＤ１を経由して電源Ｂ側に流れる間（この間のスイッチ素子Ｑに流れる電流は零となる）に行われることで零電流スイッチングされる。
【００１５】
低域通過フィルタ５は、例えば従来同様、電流検出回路９とコンデンサＣ１との間の接続点と負荷Ｒの上流端との間に介装接続された平滑用リアクトルＬ２と、リアクトルＬ２と負荷Ｒとの間の接続点と接続線ｇとの間に介装接続された平滑用コンデンサＣ２と、コンデンサＣ１とリアクトルＬ２との間の接続点と接続線ｇとの間に逆方向に介装接続された環流用ダイオードＤ２とを備える。ダイオードＤ２は、スイッチ素子Ｑのターンオフに伴ってリアクトルＬ２に生じる電磁誘導エネルギーをＬ２→Ｒ→Ｄ２→Ｌ２と環流させて放出させる為のものである。
【００１６】
ＰＦＭ制御部７は、従来のＰＦＭ制御部１０７と比べて、駆動パルス用電圧Ｖpとして方形パルス状の電圧が用いられる点と、更にその駆動パルス用電圧Ｖpが既存の構成要素で使用される処理信号（ここでは例えばオンタイミングパルスＳon）により兼用される点が異なる以外は同様に構成されており、図２の様に、低域通過フィルタ５から出力される出力電圧Ｖoutに基づいてオンタイミングパルスＳonを生成するＶ／Ｆ回路１１（第１の生成手段且つ電圧供給手段）と、電流検出回路９により検出される共振電流Ｉに基づいてオフタイミングパルスＳoffを生成する処理回路系１３（第２の生成手段）と、回路１１，１３から供給されるパルスＳon，Ｓoffに従って上記既存の構成要素（ここで例えばＶ／Ｆ回路１１）から供給される駆動パルス用電圧Ｖpの出力をオンオフすることで駆動パルスＰを生成する生成回路１５（第３の生成手段）とを備える。
【００１７】
尚、Ｖ／Ｆ回路１１及び処理回路系１３は以下の様に構成される。
【００１８】
Ｖ／Ｆ回路１１は、図２及び図３の様に、▲１▼従来同様に出力電圧Ｖoutに基づいて出力電圧Ｖoutが目標値に一致する様にオンタイミングパルスＳonの繰返周期Ｔ１を調整しつつオンタイミングパルスＳonを生成して生成回路１５に供給すると共に、▲２▼その生成したオンタイミングパルスＳonを駆動パルス用電圧Ｖpとしても生成回路１５に供給する。詳細には、上記▲１▼の処理では例えば、Ｖ／Ｆ回路１１は、オンタイミングパルスＳonのパルス幅Ｔ６が共振電流Ｉが零以下（即ちＩ≦０）となる期間Ｔ２以上に大きくなり（即ちＴ６≧Ｔ２）、且つオンタイミングパルスＳonのパルス幅Ｔ６がスイッチ素子Ｑを故障無く継続してオンできる最長時間Ｔ７以下に小さくなる（即ちＴ７≧Ｔ６）様に、オンタイミングパルスＳonを生成する（ここでは例えば、オンタイミングパルスＳonのパルス幅Ｔ６は、繰返周期Ｔ１が最も小さく調整された場合に、繰返周期Ｔ１の半分（即ちデューティ比０．５）となる様に設定される）。上記条件（Ｔ６≧Ｔ２）により、駆動パルスＰの立上時点及び立下時点が勝手に期間Ｔ２内に含まれて勝手にハードスイッチングされる事が防止される。又、上記条件（Ｔ７≧Ｔ６）により、生成回路１５によりオフタイミングパルスＳoffが検出されなかった場合（この場合はＰ＝Ｖp＝Ｓonとなる）でも、駆動パルスＰのパルス幅Ｔ６が期間Ｔ７より大きくなる事が防止され、これによりスイッチ素子Ｑが継続してオンされ続けて故障される事が防止される。
【００１９】
処理回路系１３は、分圧回路１３ａと、比較回路１３ｂと、第１遅延回路１３ｃと、第２遅延回路１３ｄと、ＮＯＴ回路１３ｅと、ＡＮＤ回路１３ｆとから構成される。
【００２０】
分圧回路１３ａは、図２及び図３の様に、電流検出回路９により検出される共振電流Ｉ（詳細には該共振電流Ｉに比例する検出結果電圧）のピーク値Ｉpを漸減的に保持すると共に保持したピーク値Ｉpの所定比を閾値Ｉthとして比較回路１３ｂに出力するものであり、コンデンサＣと、抵抗Ｒ１，Ｒ２とを備える。抵抗Ｒ１，Ｒ２は、互いに直列に接続された状態でコンデンサＣに並列に接続され、それら抵抗Ｒ１，Ｒ２間の接続点は、比較回路１３ｂに接続される。この分圧回路１３ａでは、コンデンサＣに共振電流Ｉが充電されることでコンデンサＣにより共振電流Ｉ（詳細には該共振電流Ｉに比例する検出結果電圧）のピーク値Ｉpが充電電圧として漸減的に保持され、その充電電圧の所定比（＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））が閾値Ｉthとして比較回路１３ｂに出力される。
【００２１】
比較回路１３ｂは、図２及び図３の様に、電流検出回路９により検出される共振電流Ｉ（詳細には該共振電流Ｉに比例する検出結果電圧）と分圧回路１３ａから得られる閾値Ｉthとを比較し、Ｉ≧Ｉthの間だけＨレベル信号Ｓ１を第１遅延回路１３ｃに出力する。
【００２２】
第１遅延回路１３ｃは、図３の様に、比較回路１３ｂからの信号Ｓ１を該信号Ｓ１の立下時点が共振電流Ｉが正から負に反転する時点ｔ１以降に遅延される様に所定時間Ｔ４遅延させて信号Ｓ２として第２遅延回路１３ｄ及びＮＯＴ回路１３ｅに出力する。この信号Ｓ２の立下時点がオフタイミングパルスＳoffの立上時点となる。
【００２３】
第２遅延回路１３ｄは、第１遅延回路１３ｃからの信号Ｓ２を所定時間Ｔ５遅延させて信号Ｓ３としてＡＮＤ回路１３ｆに出力する。この信号Ｓ３の立下時点がオフタイミングパルスＳoffの立下時点となる。
【００２４】
ＮＯＴ回路１３ｅは、第１遅延回路１３ｃからの信号Ｓ２を反転させて信号Ｓ４としてＡＮＤ回路１３ｆに出力する。
【００２５】
ＡＮＤ回路１３ｆは、回路１３ｅ，１３ｄからの信号Ｓ３，Ｓ４からオフタイミングパルスオンＳoffを生成して生成回路１５に供給する。
【００２６】
以上のように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータ１によれば、駆動パルス用電圧Ｖpとして方形パルス状の電圧が生成回路１５に供給されるため、誤動作等により生成回路１５によりオフタイミングパルスＳoffが検出されずに駆動パルス用電圧Ｖpの出力がオンされ続けても、駆動パルス用電圧Ｖp自体のＬレベル期間により自動的に駆動パルス用電圧Ｖpの出力が実質的にオフにでき、これによりスイッチ素子Ｑがオンされ続けて破損される事を防止できる。
【００２７】
又、電圧供給手段が既存の構成要素（ここでは例えばＶ／Ｆ回路１１）により兼用され、駆動パルス用電圧Ｖpが上記既存の構成要素で使用される処理信号（ここでは例えばオンタイミングパルスＳon）により兼用されるため、既存の構成要素を用いて安価且つ容易に方形パルス状の駆動パルス用電圧Ｖpを供給できる。
【００２８】
又、チョッピング用のスイッチ手段が電流共振スイッチ３として構成され、処理回路系１３により、電流共振スイッチ３の共振用リアクトルＬ１を流れる共振電流Ｉが零以下の間にオフタイミングパルスＳoffが生成回路１５に供給され、Ｖ／Ｆ回路１１により、オンタイミングパルスＳonのパルス幅Ｔ６が共振電流Ｉが零以上となる期間Ｔ２よりも大きくなる様にオンタイミングパルスＳonが生成されて駆動パルス用電圧Ｖpとして生成回路１５に供給されることで電流共振スイッチ３が零電流スイッチングされるため、容易に零電流スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータに対して上記効果を適用できる。
【００２９】
尚、この実施の形態では、電圧供給手段が既存の構成要素（ここでは例えばＶ／Ｆ回路１１）により兼用され、駆動パルス用電圧Ｖpがその既存の構成要素で使用される処理信号（ここでは例えばオンタイミングパルスＳon）により兼用される場合で説明したが、電圧供給手段を上記方形パルス状の電圧を供給する専用の給電回路として備える様にしても構わない。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、駆動パルス用電圧として方形パルス状の電圧が第３の生成手段に供給されるため、誤動作等により第３の生成手段によりオフタイミングパルスが検出されずに駆動パルス用電圧の出力がオンされ続けても、駆動パルス用電圧自体のＬレベル期間により自動的に駆動パルス用電圧の出力が実質的にオフにでき、これによりスイッチ手段がオンされ続けて破損される事を防止できる。
【００３１】
請求項２に記載の発明によれば、電圧供給手段が第１の生成手段又は第２の生成手段により兼用され、駆動パルス用電圧がオンタイミングパルス、オンタイミングパルスの生成過程で使用される処理信号又はオフタイミングパルスの生成過程で使用される処理信号により兼用されるため、既存の構成要素を用いて安価且つ容易に方形パルス状の駆動パルス用電圧を供給できる。
【００３２】
請求項３に記載の発明によれば、スイッチ手段が電流共振スイッチとして構成され、第２の生成手段により、電流共振スイッチの共振用リアクトルを流れる共振電流が零以下となる期間にオフタイミングパルスが第３の生成手段に供給され、第１の生成手段により、オンタイミングパルスのパルス幅が共振電流が零以上となる期間よりも大きくなる様に前記オンタイミングパルスが生成されて駆動パルス用電圧として第３の生成手段に供給されることでることで前記スイッチ手段が零電流スイッチングされるため、零電流スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータに対して容易に請求項１又は請求項２の効果を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの構成概略図且つ従来のＤＣ／ＤＣコンバータの構成概略図である。
【図２】図１中のＰＦＭ制御部７の構成概略図である。
【図３】図１中のＰＦＭ制御部７内の各処理回路から出力される処理信号のタイミングチャート図である。
【図４】図１中のＰＦＭ制御部１０７（即ち従来のＰＦＭ制御部）の構成概略図である。
【図５】図１中のＰＦＭ制御部１０７内の各処理回路から出力される処理信号のタイミングチャート図である。
【符号の説明】
１  ＤＣ／ＤＣコンバータ
３  電流共振スイッチ
１１  Ｖ／Ｆ回路
１３  処理回路系
１５  生成回路
Ｖp  駆動パルス用電圧
Ｓon   オンタイミングパルス
Ｓoff  オフタイミングパルス
Ｐ  駆動パルス
Ｉ  共振電流
Ｑ  スイッチ素子
【図１】
2004194468.tif 000003
【図２】
2004194468.tif 000004
【図３】
2004194468.tif 000005
【図４】
2004194468.tif 000006
【図５】
2004194468.tif 000007