(57)【要約】【課題】従来の多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータは、制御電圧−出力電圧の伝達関数が４次以上の高次となり、回路が不安定になったり、レギュレーションが悪いという欠点があった。 【解決手段】多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータの二段目以降のDC−DCコンバータの出力端子を、キャパシタを介して前段に結合することを特徴としたＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、最終出力電圧を、前記多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータの初段DC-DCコンバータの時比率に帰還することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、二段目以降のDC−DCコンバータの入力端子を、キャパシタを介してその段の出力端子に結合することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、任意の段のDC−DCコンバータの出力電圧を、その段または他の段の入力電流に応じて変化させることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項３】
多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、任意の段のDC−DCコンバータの出力電圧を、その段又は他の段の出力電流に応じて変化させることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータに関するものであり、特に多段接続DC-DCコンバータの過渡応答の改善と効率改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、CPUに代表されるLSIなど、低電圧・大電流で動作する電子装置が増えている。これらの電子装置が必要とする電源は大きな降圧比を必要とするが、従来のパルス幅制御では時比率が小さくなりすぎて制御性が悪く、また、スイッチング損が増大し、効率低下を招く要因となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この効率低下を改善するために、大きな降圧比を有するDC-DCコンバータの開発が要求されているが、その中で最も回路構成が簡単なのはDC-DCコンバータを複数個多段接続する方式である。しかしこの回路方式では、制御電圧−出力電圧の伝達関数が４次以上の高次となり、出力電圧の安定化のための帰還ゲインを大きく取れず、レギュレーションがよくないという欠点がある。そこで、多段接続DC-DCコンバータの安定性を改善することが課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、前記した課題を解決するためなされたDC-DCコンバータであり、その特徴は、次の(1)、(2)に示す２つの構成である。
【０００５】
(1)、第一のＤＣ−ＤＣコンバータは、多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータの総合の位相特性を改善し、制御系を安定にするもので、そのために、二段目以降のDC−DCコンバータの出力端子を、キャパシタを介してその段の入力端子に結合することを特徴としたＤＣ−ＤＣコンバータである。
【０００６】
(2)、第二のＤＣ−ＤＣコンバータは、多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、各段にローカルフィードバックを施し、系を安定化するとともに、過渡応答を改善するために、任意の段のDC−DCコンバータの出力電圧を、その段の入力電流に応じて変化させることを特徴としたＤＣ−ＤＣコンバータである。
【発明の効果】
【０００７】
第一のＤＣ−ＤＣコンバータは、多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータの二段目以降の入力端子を、キャパシタを介してその段の出力端子に結合することを特徴としたもので、二段目以降の入力電圧−出力電圧の伝達関数は近似的に定数となり、全体の制御電圧−出力電圧の伝達関数が初段のそれとほぼ等しくなるので、帰還ゲインを大きくとることができ、出力電圧のレギュレーションが改善される。また、システムの安定性の向上も同時に実現できる。
第二のＤＣ−ＤＣコンバータは、各段にローカルフィードバックを施し、系を安定化するとともに、過渡応答を改善するために、負荷電流が小さいときに最終段の入力電圧を高くなるように変化させておくことにより、負荷電流が急に大きくなったときに、高速に応答させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の最良の形態は、多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータの二段目以降の入力端子を、キャパシタを介してその段の出力端子に結合するDC−DCコンバータにおいて、前記多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータの最終出力電圧を、前記多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータの初段DC−DCコンバータの時比率に帰還するＤＣ−ＤＣコンバータである。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の前記第一のＤＣ−ＤＣコンバータの実施例である。
まず、回路構成について説明する．図１において、直流電源は入力端子１と２とに接続される．スイッチ５とダイオード６およびインダクタ９とキャパシタンス１１により第一の降圧チョッパが構成される。ダイオード６にはスイッチ５と相補的に駆動されたスイッチを用いてもよい。スイッチ７とダイオード８およびインダクタ１０とキャパシタ１２により第二の降圧チョッパが構成される。ダイオード８にはスイッチ７と相補的に駆動されたスイッチを用いてもよい。キャパシタ１３は正側出力端子と前記第二の降圧チョッパの入力端子、すなわち、キャパシタ１１とインダクタ９の接続点に接続される。
次にこの構成による作用を詳細に説明する。図４に従来の二段接続降圧チョッパの回路図を示す。図４にて、第二の降圧チョッパのデューティーサイクル（スイッチング周期に対するオン時間の比）を固定し、第一の降圧チョッパのデューティーティーサイクルを制御する場合の制御電圧に対する出力電圧の伝達関数のボード線図を図５に示す。図５より、位相遅れが−１８０度をクロスするので、ゲイン余裕が小さくなり、回路を安定に動作させるためには帰還ゲインを大きくとることができず、レギュレーションが悪くなる。これに対し、図６に本発明の第一の降圧チョッパのデューティーティーサイクルを制御する場合の制御電圧に対する出力電圧の伝達関数のボード線図を示す。図６より、位相遅れが−１８０度をクロスしないので、帰還回路に遅れがない場合は原理的に安定であり、帰還ゲインを大きくとることができ、レギュレーションがよくなる。このように、キャパシタ１３を付加することで位相特性が改善され、安定な系を構成することができる。
【実施例２】
【００１０】
図２は、本発明の第二のＤＣ−ＤＣコンバータの実施例である。
まず、回路構成について説明する．図２において、直流電源は入力端子１と２とに接続される．スイッチ５とダイオード６およびインダクタ９とキャパシタンス１１により第一の降圧チョッパが構成される。ダイオード６にはスイッチ５と相補的に駆動されたスイッチを用いてもよい。スイッチ７とダイオード８およびインダクタ１０とキャパシタ１２により第二の降圧チョッパが構成される。ダイオード８にはスイッチ７と相補的に駆動されたスイッチを用いてもよい。キャパシタ１３は正側出力端子と前記第二の降圧チョッパの入力端子、すなわち、キャパシタ１１とインダクタ９の接続点に接続される。
【００１１】
次にこの構成による作用を詳細に説明する。制御回路１は第一のコンバータの入力電流が小さいとき第一の降圧チョッパの出力電圧が高くなる制御を行う。制御回路２は第二の降圧チョッパの出力電圧が一定になるような制御を行う。このような制御を行うと、負荷電流が小さいときには第二の降圧チョッパの入力電圧は高くなっており、この状態から負荷電流が急激に増加した場合に、スイッチ７のオン時間が増加し、インダクタ１０の電流が増加する際に増加の割合が第二の降圧チョッパの入力電圧に比例するので、急激な負荷電流の増加に対する応答性が良くなる。逆に負荷電流が大きいときは第二の降圧チョッパの入力電圧を低くしてインダクタ１０のリプル電流を小さく抑え、効率の低下を防ぐ。このように、負荷電流が小さいときには第二の降圧チョッパの入力電圧を高くし、負荷電流が大きいときには低くしておくことで負荷電流の急激な変化に対する応答性が改善される。
【実施例３】
【００１２】
図３は、本発明の第三のＤＣ−ＤＣコンバータの実施例である。この回路は昇圧チョッパを用いた場合であり、その効果は第一の実施例と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明のＤＣ−ＤＣコンバータは、前記したように、多段接続ＤＣ−ＤＣコンバータの二段目以降のDC−DCコンバータの入力端子を、キャパシタを介してその段の出力端子に結合することを特徴としたＤＣ−ＤＣコンバータであり、制御電圧−出力電圧の伝達関数を改善し、回路の安定化やレギュレーションを改善するものであり、このためDC-DCコンバータを利用した電子機器などに活用されるなど産業上広く利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一のDC-DCコンバータの実施例を示す。
【図２】本発明の第二のDC-DCコンバータの実施例を示す。
【図３】本発明の第三のDC-DCコンバータの実施例を示す。
【図４】従来の二段接続DC-DCコンバータの回路図を示す。
【図５】従来の回路の時比率に対する出力電圧の伝達関数のボード線図を示す。
【図６】本発明の図１の回路の時比率に対する出力電圧の伝達関数のボード線図を示す。
【符号の説明】
【００１５】
１、２…入力端子          ３、４…出力端子
５、６、７、８…スイッチ素子              ９，１０…インダクタ
１１，１２，１３…キャパシタ
【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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