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JP2015139266A - Dc/dc converter circuit - Google Patents

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JP2015139266A
JP2015139266A JP2014009068A JP2014009068A JP2015139266A JP 2015139266 A JP2015139266 A JP 2015139266A JP 2014009068 A JP2014009068 A JP 2014009068A JP 2014009068 A JP2014009068 A JP 2014009068A JP 2015139266 A JP2015139266 A JP 2015139266A
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output side
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JP2014009068A
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知育 原田
Tomoyasu Harada
知育 原田
梅野 孝治
Koji Umeno
孝治 梅野
渡辺 良利
Yoshitoshi Watanabe
良利 渡辺
靖弘 小池
Yasuhiro Koike
靖弘 小池
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Toyota Industries Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyota Industries Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress oscillation of an output side circuit in the case of an adaptive change in time ratio with load fluctuation in a DC/DC converter circuit.SOLUTION: The DC/DC converter circuit 10 includes: an input side circuit 14 having a power supply 20; and an output side circuit 16 for receiving and supplying to a load 8 energy supplied from the input side circuit 14 by magnetic coupling. The input side circuit 14 supplies energy to the output side circuit 16 on the basis of a time ratio D variable with fluctuation of the load 8. A circuit constant of at least one of the input side circuit 14 and the output side circuit 16 is set such that an input side resonance frequency fis not lower than a predetermined frequency higher than an output side resonance frequency f.

Description

本発明は、DCDCコンバータ回路に関する。   The present invention relates to a DCDC converter circuit.

DCDCコンバータ回路は、電源から供給された電力を電磁エネルギとして蓄積する入力側コイルを有する入力側回路と、入力側コイルと磁気結合する出力側コイルを有する出力側回路とを備える。出力側回路に接続される負荷が変動した場合、この変動に応じて出力電圧を変化させるために、入力側回路の第1スイッチ素子の時比率を変更して対応する。そうすると、入力側回路の共振周波数が変動する。そして、入力側回路の共振周波数が出力側回路の共振周波数付近に近づくと、入力側回路の共振周波数成分が出力側回路によって増幅されて、出力側回路の出力に振動が重畳する。   The DCDC converter circuit includes an input side circuit having an input side coil for storing electric power supplied from a power source as electromagnetic energy, and an output side circuit having an output side coil magnetically coupled to the input side coil. When the load connected to the output side circuit fluctuates, in order to change the output voltage according to this fluctuation, the time ratio of the first switch element of the input side circuit is changed. Then, the resonance frequency of the input side circuit varies. When the resonance frequency of the input side circuit approaches the vicinity of the resonance frequency of the output side circuit, the resonance frequency component of the input side circuit is amplified by the output side circuit, and vibration is superimposed on the output of the output side circuit.

本発明に関連する技術として、例えば、特許文献1には、入力側コイルに並列接続された入力側コンデンサと、この入力側コンデンサに直列接続された第2スイッチ素子とを備えたDCDCコンバータ回路が開示されている。そして、第1スイッチ素子がオンのときに第2スイッチ素子がオフして入力側コイルにエネルギを蓄積しつつ入力側コンデンサを充電し、第1スイッチ素子がオフのときに第2スイッチ素子をオンすることで、入力側コンデンサから入力側コイルに電流を流し、これにより励磁を逆にする構成が開示されている。さらに、この入力側コンデンサに直列に抵抗を挿入して、DCDCコンバータ回路の伝達関数の位相余裕を確保することで入力側回路が発振状態となることを防ぐ構成が開示されている。   As a technique related to the present invention, for example, Patent Document 1 discloses a DCDC converter circuit including an input side capacitor connected in parallel to an input side coil and a second switch element connected in series to the input side capacitor. It is disclosed. When the first switch element is on, the second switch element is turned off to charge the input side capacitor while accumulating energy in the input side coil. When the first switch element is off, the second switch element is turned on. Thus, a configuration is disclosed in which current is passed from the input side capacitor to the input side coil, thereby reversing the excitation. Furthermore, a configuration is disclosed in which a resistor is inserted in series with the input-side capacitor to secure a phase margin of the transfer function of the DCDC converter circuit, thereby preventing the input-side circuit from oscillating.

特開2002−199721号公報JP 2002-199721 A

上記特許文献1の構成では、入力側コンデンサに直列に抵抗を挿入して、DCDCコンバータ回路の位相余裕を持たせる構成は開示されているが、出力側回路に接続される負荷が変動した場合、入力側回路の第1スイッチ素子の時比率を変更して対応した際の出力電圧の振動については何ら考慮されていない。   In the configuration of Patent Document 1, a configuration is disclosed in which a resistor is inserted in series with the input-side capacitor to provide a phase margin of the DCDC converter circuit. However, when the load connected to the output-side circuit fluctuates, No consideration is given to the oscillation of the output voltage when changing the duty ratio of the first switch element of the input side circuit.

本発明の目的は、負荷の変動に伴って時比率を変えて対応する場合に、出力側回路の振動を抑制するDCDCコンバータ回路を提供することである。   An object of the present invention is to provide a DCDC converter circuit that suppresses vibration of an output side circuit when responding by changing a duty ratio in accordance with a change in load.

本発明に係るDCDCコンバータ回路は、電源を有する入力側回路と、該入力側回路から磁気結合によりエネルギの供給を受け、負荷に供給する出力側回路とを備えるDCDCコンバータ回路であって、前記入力側回路は、前記負荷の変動に応じて変更される時比率Dに基づいて前記エネルギを前記出力側回路に供給し、前記入力側回路と前記出力側回路の少なくとも一方の回路定数は、前記入力側回路の入力側共振周波数が前記出力側回路の出力側共振周波数を超える所定の周波数以上となるように設定されることを特徴とする。   A DCDC converter circuit according to the present invention is a DCDC converter circuit comprising an input side circuit having a power source and an output side circuit that receives energy supplied from the input side circuit by magnetic coupling and supplies the energy to a load. The side circuit supplies the energy to the output side circuit based on a duty ratio D that is changed in accordance with a change in the load, and at least one circuit constant of the input side circuit and the output side circuit is the input constant The input side resonance frequency of the side circuit is set to be equal to or higher than a predetermined frequency exceeding the output side resonance frequency of the output side circuit.

また、本発明に係るDCDCコンバータ回路において、前記入力側回路は、電源と、前記電源に並列に設けられる入力側コイルと、前記入力側コイルに直列に設けられ、一周期のうち前記時比率Dにより定まるオン期間でオンし、前記時比率Dにより定まるオフ期間でオフする第1スイッチ素子と、前記入力側コイルに並列に設けられる入力側コンデンサと、前記入力側コンデンサに直列に設けられ、前記第1スイッチ素子がオンしている間はオフし、前記第1スイッチ素子がオフしている間はオンする第2スイッチ素子と、を有し、前記出力側回路は、前記入力側コイルと磁気結合する出力側コイルと、前記出力側コイルに直列に接続される平滑コンデンサと、前記出力側コイル及び前記平滑コンデンサに直列に接続される平滑コイルと、を有し、前記入力側共振周波数は、前記入力側コイルの値LI、前記入力側コンデンサの値CI及び前記時比率Dに基づいて定められ、前記出力側共振周波数は、前記平滑コイルの値LO及び前記平滑コンデンサの値COに基づいて定められることが好ましい。 Further, in the DCDC converter circuit according to the present invention, the input side circuit is provided with a power source, an input side coil provided in parallel to the power source, and in series with the input side coil, and the time ratio D in one cycle. A first switch element that is turned on in an on period determined by the time ratio D and turned off in an off period determined by the duty ratio D, an input side capacitor provided in parallel with the input side coil, and provided in series with the input side capacitor, A second switch element that is turned off while the first switch element is turned on and turned on while the first switch element is turned off. An output side coil to be coupled; a smoothing capacitor connected in series to the output side coil; a smoothing coil connected in series to the output side coil and the smoothing capacitor; A, the input-side resonant frequency, the value L I of the input-side coil, defined based on the value C I and the time ratio D of the input side capacitor, the output-side resonant frequency, the value of the smoothing coil Preferably, it is determined based on L O and the value C O of the smoothing capacitor.

また、本発明に係るDCDCコンバータ回路において、前記所定の周波数は、前記出力側共振周波数の2倍の周波数であることが好ましい。   In the DCDC converter circuit according to the present invention, it is preferable that the predetermined frequency is twice the output side resonance frequency.

上記構成により、入力側回路と出力側回路の少なくとも一方の回路定数は、入力側回路の入力側共振周波数が出力側回路の出力側共振周波数を超える所定の周波数以上となるように設定される。これにより、出力側回路に接続される負荷が変動した場合であっても、入力側回路の入力側共振周波数と出力側回路の出力側共振周波数との差を十分確保できる。したがって、負荷の変動に伴って時比率を変えて対応する場合に、出力側回路の振動を抑制することができる。   With the above configuration, at least one circuit constant of the input side circuit and the output side circuit is set so that the input side resonance frequency of the input side circuit is equal to or higher than a predetermined frequency exceeding the output side resonance frequency of the output side circuit. Thereby, even when the load connected to the output side circuit fluctuates, a sufficient difference between the input side resonance frequency of the input side circuit and the output side resonance frequency of the output side circuit can be secured. Therefore, the vibration of the output side circuit can be suppressed when responding by changing the duty ratio in accordance with the change of the load.

本発明に係る実施の形態のDCDCコンバータ回路の回路図である。1 is a circuit diagram of a DCDC converter circuit according to an embodiment of the present invention. 従来技術のDCDCコンバータ回路において、横軸を時比率とし、縦軸を入力側回路の共振周波数とした場合の回路特性図である。In the DCDC converter circuit of a prior art, it is a circuit characteristic view when a horizontal axis is a time ratio and a vertical axis is a resonance frequency of an input side circuit. 従来技術のDCDCコンバータ回路において、横軸を周波数とし、縦軸を出力側回路の利得とした場合の回路特性図である。In the DCDC converter circuit of a prior art, it is a circuit characteristic view when a horizontal axis is a frequency and a vertical axis is a gain of an output side circuit. 従来技術のDCDCコンバータ回路において、横軸を時間とし、縦軸を出力電圧、時比率D、負荷8の変動ΔILとした場合の回路特性図である。In the DCDC converter circuit of the prior art, the horizontal axis is time, the vertical axis is output voltage, duty ratio D, and load Δ variation ΔI L. FIG. 本発明に係る実施の形態のDCDCコンバータ回路において、横軸を時比率とし、縦軸を入力側回路の共振周波数とした場合の回路特性図である。In the DCDC converter circuit of embodiment which concerns on this invention, it is a circuit characteristic figure when a horizontal axis is a time ratio and a vertical axis | shaft is made into the resonant frequency of the input side circuit. 本発明に係る実施の形態のDCDCコンバータ回路において、横軸を周波数とし、縦軸を出力側回路の利得とした場合の回路特性図である。In the DCDC converter circuit of embodiment which concerns on this invention, it is a circuit characteristic figure when a horizontal axis is a frequency and a vertical axis | shaft is made into the gain of an output side circuit. 本発明に係る実施の形態のDCDCコンバータ回路において、横軸を時間とし、縦軸を出力電圧、時比率D、負荷8の変動ΔILとした場合の回路特性図である。In the DCDC converter circuit according to the embodiment of the present invention, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents output voltage, duty ratio D, and load 8 variation ΔI L.

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。また、以下では、全ての図面において対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Also, in the following, corresponding elements in all drawings are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、DCDCコンバータ回路10の回路図である。DCDCコンバータ回路10は、入力側回路14と、入力側回路14から磁気結合によりエネルギの供給を受け、負荷8に供給する出力側回路16と、制御回路18とを備える回路である。なお、負荷8は、DCDCコンバータ回路10の構成要素ではないが、例えば、自動車に搭載されるエアコンやAV機器等である。   FIG. 1 is a circuit diagram of the DCDC converter circuit 10. The DCDC converter circuit 10 is a circuit that includes an input side circuit 14, an output side circuit 16 that receives energy from the input side circuit 14 by magnetic coupling, and supplies the energy to the load 8, and a control circuit 18. The load 8 is not a component of the DCDC converter circuit 10, but is, for example, an air conditioner or an AV device mounted on a car.

入力側回路14は、出力側回路16と磁気結合する回路である。入力側回路14は、電源20と、入力側コイル22と、第1スイッチ素子24と、クランプ回路25とを備える。入力側回路14は、電源20から供給される電力を直交変換して、直交変換された電力を出力側回路16に供給する機能を有する。   The input side circuit 14 is a circuit that is magnetically coupled to the output side circuit 16. The input side circuit 14 includes a power source 20, an input side coil 22, a first switch element 24, and a clamp circuit 25. The input side circuit 14 has a function of orthogonally transforming the power supplied from the power supply 20 and supplying the orthogonally transformed power to the output side circuit 16.

電源20は、一方端が入力側コイル22の一方端及びクランプ回路25の一方端に接続され、他方端が第1スイッチ素子24の他方端に接続される直流電流源である。電源20は、例えば、炭素物質で構成された負極と、リチウムイオンが移動するための電解液と、リチウムイオンを可逆的に出し入れできる正極活物質とを有するリチウムイオン二次電池を用いることができる。   The power source 20 is a direct current source having one end connected to one end of the input side coil 22 and one end of the clamp circuit 25 and the other end connected to the other end of the first switch element 24. As the power source 20, for example, a lithium ion secondary battery having a negative electrode made of a carbon material, an electrolytic solution for moving lithium ions, and a positive electrode active material capable of reversing lithium ions can be used. .

入力側コイル22は、一方端が電源20の一方端及びクランプ回路25の一方端に接続され、他方端が第1スイッチ素子24の一方端及びクランプ回路25の他方端に接続されるリアクトルである。   The input side coil 22 is a reactor having one end connected to one end of the power supply 20 and one end of the clamp circuit 25, and the other end connected to one end of the first switch element 24 and the other end of the clamp circuit 25. .

第1スイッチ素子24は、一方端が入力側コイル22の他方端及びクランプ回路25の他方端に接続され、他方端が電源20の他方端に接続されるトランジスタである。第1スイッチ素子24は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が用いられる。第1スイッチ素子24は、制御回路18によってオンオフ制御がなされる。   The first switch element 24 is a transistor having one end connected to the other end of the input side coil 22 and the other end of the clamp circuit 25 and the other end connected to the other end of the power supply 20. The first switch element 24 is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The first switch element 24 is on / off controlled by the control circuit 18.

ここで、第1スイッチ素子24のオンオフ制御の一周期Tのうちのオン期間の割合を時比率Dとする。第1スイッチ素子24は、負荷8の変動に応じて時比率Dを変えて、出力側回路16から所望の出力電圧VOが出力されるようにオンオフ制御される。 Here, the ratio of the ON period in one cycle T of the ON / OFF control of the first switch element 24 is a time ratio D. The first switch element 24 is ON / OFF controlled so that a desired output voltage V O is output from the output side circuit 16 by changing the duty ratio D according to the variation of the load 8.

クランプ回路25は、入力側コイル22の両端電圧が所定の電圧を超えないようにする回路で、第1スイッチ素子24と第2スイッチ素子26を使って望むタイミングのときだけクランプ動作されるアクティブクランプ回路である。   The clamp circuit 25 is a circuit that prevents the voltage across the input side coil 22 from exceeding a predetermined voltage, and is an active clamp that is clamped only at a desired timing using the first switch element 24 and the second switch element 26. Circuit.

ここで、第1スイッチ素子24がオンのときに第2スイッチ素子26をオフとし、電源20から供給される電力を入力側コイル22に電磁エネルギとして蓄積しつつ、第2スイッチ素子の寄生ダイオードを介して入力側コンデンサ28を充電する。そして、第1スイッチ素子24がオフのときに第2スイッチ素子26をオンとして、入力側コンデンサ28から入力側コイル22に電流を流して励磁を逆にする。   Here, when the first switch element 24 is on, the second switch element 26 is turned off, and the electric power supplied from the power source 20 is accumulated as electromagnetic energy in the input side coil 22 while the parasitic diode of the second switch element is The input side capacitor 28 is charged via Then, when the first switch element 24 is off, the second switch element 26 is turned on, and current is passed from the input side capacitor 28 to the input side coil 22 to reverse the excitation.

クランプ回路25は、一方端が電源20の一方端及び入力側コイル22の一方端に接続され、他方端が入力側コイル22の他方端及び第1スイッチ素子24の一方端に接続される。クランプ回路25は、第2スイッチ素子26と、入力側コンデンサ28とを備える。   The clamp circuit 25 has one end connected to one end of the power supply 20 and one end of the input side coil 22, and the other end connected to the other end of the input side coil 22 and one end of the first switch element 24. The clamp circuit 25 includes a second switch element 26 and an input side capacitor 28.

第2スイッチ素子26は、一方端が入力側コンデンサ28の他方端に接続され、他方端が入力側コイル22の他方端及び第1スイッチ素子24の一方端に接続されるトランジスタである。第2スイッチ素子26は、例えばIGBTが用いられる。第2スイッチ素子26は、制御回路18によってオンオフ制御がなされる。   The second switch element 26 is a transistor having one end connected to the other end of the input side capacitor 28 and the other end connected to the other end of the input side coil 22 and one end of the first switch element 24. As the second switch element 26, for example, an IGBT is used. The second switch element 26 is on / off controlled by the control circuit 18.

入力側コンデンサ28は、一方端が電源20の一方端及び入力側コイル22の一方端に接続され、他方端が第2スイッチ素子26の一方端に接続されるキャパシタである。   The input side capacitor 28 is a capacitor having one end connected to one end of the power supply 20 and one end of the input side coil 22 and the other end connected to one end of the second switch element 26.

出力側回路16は、出力側コイル30と、整流回路32と、平滑回路34とを備える。出力側回路16は、入力側回路14から供給された電力を整流して平滑化した電力を負荷8に供給する回路である。   The output side circuit 16 includes an output side coil 30, a rectifier circuit 32, and a smoothing circuit 34. The output side circuit 16 is a circuit that supplies the load 8 with power that has been rectified and smoothed from the power supplied from the input side circuit 14.

出力側コイル30は、入力側コイル22と磁気結合するリアクトルである。出力側コイル30は、一方端が第1ダイオード36のアノード端子に接続され、他方端が第2ダイオード38のアノード端子及び平滑回路34の他方端に接続される。なお、入力側コイル22と出力側コイル30を併せてDCDCコンバータ回路10のトランスが構成される。   The output side coil 30 is a reactor that is magnetically coupled to the input side coil 22. The output side coil 30 has one end connected to the anode terminal of the first diode 36 and the other end connected to the anode terminal of the second diode 38 and the other end of the smoothing circuit 34. The input side coil 22 and the output side coil 30 are combined to form a transformer of the DCDC converter circuit 10.

整流回路32は、第1ダイオード36と、第2ダイオード38とを備える回路である。整流回路32は、入力側回路14から供給された電力を整流する回路である。   The rectifier circuit 32 is a circuit including a first diode 36 and a second diode 38. The rectifier circuit 32 is a circuit that rectifies the power supplied from the input side circuit 14.

第1ダイオード36は、アノード端子が出力側コイル30の一方端に接続され、カソード端子が平滑回路34の一方端及び第2ダイオード38のカソード端子に接続される整流素子である。   The first diode 36 is a rectifying element whose anode terminal is connected to one end of the output side coil 30 and whose cathode terminal is connected to one end of the smoothing circuit 34 and the cathode terminal of the second diode 38.

第2ダイオード38は、カソード端子が第1ダイオード36のカソード端子及び平滑回路34の一方端に接続され、アノード端子が出力側コイル30の他方端及び平滑回路34の他方端に接続される整流素子である。   The second diode 38 has a cathode terminal connected to the cathode terminal of the first diode 36 and one end of the smoothing circuit 34, and an anode terminal connected to the other end of the output side coil 30 and the other end of the smoothing circuit 34. It is.

平滑回路34は、平滑コイル40と、平滑コンデンサ42とを備える回路である。平滑回路34は、整流回路32によって整流された電力を平滑化して負荷8に供給する回路である。   The smoothing circuit 34 is a circuit that includes a smoothing coil 40 and a smoothing capacitor 42. The smoothing circuit 34 is a circuit that smoothes the power rectified by the rectifying circuit 32 and supplies the smoothed power to the load 8.

平滑コイル40は、一方端が第1ダイオード36のカソード端子及び第2ダイオード38のカソード端子に接続され、他方端が平滑コンデンサ42の一方端及び負荷8の一方端に接続されるリアクトルである。   The smoothing coil 40 is a reactor having one end connected to the cathode terminal of the first diode 36 and the cathode terminal of the second diode 38 and the other end connected to one end of the smoothing capacitor 42 and one end of the load 8.

平滑コンデンサ42は、一方端が平滑コイル40の他方端及び負荷8の一方端に接続され、他方端が第2ダイオード38のアノード端子及び負荷8の他方端に接続されるリアクトルである。   The smoothing capacitor 42 is a reactor having one end connected to the other end of the smoothing coil 40 and one end of the load 8, and the other end connected to the anode terminal of the second diode 38 and the other end of the load 8.

制御回路18は、入力側回路14及び出力側回路16の出力電流または出力電圧に基づいて、出力側回路16から出力される出力電圧VOを一定に保つように第1スイッチ素子24及び第2スイッチ素子26のオンオフ制御を行う。 Based on the output current or output voltage of the input side circuit 14 and the output side circuit 16, the control circuit 18 keeps the output voltage V O output from the output side circuit 16 constant. On / off control of the switch element 26 is performed.

制御回路18は、所定のスイッチング周期Tのうち時比率Dにより定まるオン期間TONで第1スイッチ素子24をオンし、時比率Dにより定まるオフ期間TOFF(=T−TON)で第1スイッチ素子24をオフする。制御回路18は、上記オン期間TONで第2スイッチ素子26をオフし、上記オフ期間TOFFで第2スイッチ素子26をオンする。 The control circuit 18 turns on the first switch element 24 in the ON period T ON determined by the time ratio D in the predetermined switching period T, and first in the OFF period T OFF (= T−T ON ) determined by the time ratio D. The switch element 24 is turned off. The control circuit 18 turns off the second switch element 26 in the on period T ON and turns on the second switch element 26 in the off period T OFF .

次に、入力側回路14の共振周波数fINについて説明する。入力側コイル22の値をLIとし、入力側コンデンサ28の値をCIとすると、fIN=1/(2π×√((LI×CI)/(1−D)2))の関係式が成立する。 Next, the resonance frequency f IN of the input side circuit 14 will be described. Assuming that the value of the input side coil 22 is L I and the value of the input side capacitor 28 is C I , f IN = 1 / (2π × √ ((L I × C I ) / (1-D) 2 )) The relational expression is established.

出力側回路16の共振周波数fOUTについて説明する。平滑コイル40の値をLOとし、平滑コンデンサ42の値をCOとすると、fOUT=1/(2π×√(LO×CO))の関係式が成立する。 The resonance frequency f OUT of the output side circuit 16 will be described. When the value of the smoothing coil 40 is L O and the value of the smoothing capacitor 42 is C O , the relational expression f OUT = 1 / (2π × √ (L O × C O )) is established.

入力側コイル22の値LI、入力側コンデンサ28の値CI、平滑コイル40の値LO及び平滑コンデンサ42の値COは、fIN≧(fOUT+fth)の関係式を満たすようにそれぞれ設定される。なお、fINは、fth=0.75×fOUTの場合に関係式を満たすことが好ましく、fth=fOUTの場合に関係式を満たすことがより好ましい。 The value L I of the input side coil 22, the value C I of the input side capacitor 28, the value L O and the value C O smoothing capacitor 42 of the smoothing coil 40, so as to satisfy a relational expression f IN ≧ (f OUT + f th) Respectively. Note that f IN preferably satisfies the relational expression when f th = 0.75 × f OUT , and more preferably satisfies the relational expression when f th = f OUT .

続いて、DCDCコンバータ回路10の作用について説明する。最初に、DCDCコンバータ回路10の作用効果を分かり易くするために、比較例として従来技術のDCDCコンバータ回路について説明する。図2は、横軸を時比率とし、縦軸を入力側回路の共振周波数とした場合の回路特性図である。図3は、横軸を周波数とし、縦軸を出力側回路の利得とした場合の回路特性図である。図4は、横軸を時間とし、縦軸を出力電圧VO、時比率D、負荷8の変動ΔILとした場合の回路特性図である。 Next, the operation of the DCDC converter circuit 10 will be described. First, in order to make the operational effects of the DCDC converter circuit 10 easier to understand, a conventional DCDC converter circuit will be described as a comparative example. FIG. 2 is a circuit characteristic diagram in which the horizontal axis is the duty ratio and the vertical axis is the resonance frequency of the input side circuit. FIG. 3 is a circuit characteristic diagram in which the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents output circuit gain. FIG. 4 is a circuit characteristic diagram in which the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents output voltage V O , duty ratio D, and load Δ variation ΔI L.

まず、fIN<(fOUT+fth)となるように入力側コンデンサ28の値をCI=0.5μFに設定した場合、出力側回路16の共振周波数fOUTは、図2に示されるように約20kHzで一定であるが、入力側回路14の共振周波数fINは、時比率Dの値に応じて変動する。D0=0.18のときは、fIN0=約28kHzであるが、D1=0.42のときは、fIN1=約21kHzとなってfOUTの周波数に接近する。 First, when the value of the input side capacitor 28 is set to C I = 0.5 μF so that f IN <(f OUT + f th ), the resonance frequency f OUT of the output side circuit 16 is as shown in FIG. However, the resonance frequency f IN of the input side circuit 14 varies according to the value of the time ratio D. When D 0 = 0.18, f IN0 = about 28 kHz, but when D 1 = 0.42, f IN1 = about 21 kHz and approaches the frequency of f OUT .

そして、図3に示されるように、fIN0=約28kHzのときは、利得が約−4dBであるが、fIN1=約21kHzのときは、利得が約16dBであり、出力側回路16によって増幅されることが分かる。具体的には、図4に示されるように、0.5ms〜1.0msの間に負荷8が増加して時比率Dが大きくなった際に振動が出力電圧VOに重畳していることが分かる。 As shown in FIG. 3, when f IN0 = about 28 kHz, the gain is about −4 dB. When f IN1 = about 21 kHz, the gain is about 16 dB and is amplified by the output side circuit 16. You can see that Specifically, as shown in FIG. 4, vibration is superimposed on the output voltage V O when the load 8 increases between 0.5 ms and 1.0 ms and the duty ratio D increases. I understand.

次に、DCDCコンバータ回路10において、fIN≧(fOUT+fth)の関係式を満たすように、入力側コンデンサ28の値をCI=0.1μFに設定した場合について説明する。図5は、横軸を時比率とし、縦軸を入力側回路の共振周波数とした場合の回路特性図である。図6は、横軸を周波数とし、縦軸を出力側回路の利得とする回路特性図である。図7は、横軸を時間とし、縦軸を出力電圧VO、時比率D、負荷8の変動ΔILとした場合の回路特性図である。 Next, a case where the value of the input side capacitor 28 is set to C I = 0.1 μF so as to satisfy the relational expression of f IN ≧ (f OUT + f th ) in the DCDC converter circuit 10 will be described. FIG. 5 is a circuit characteristic diagram in which the horizontal axis is the duty ratio and the vertical axis is the resonance frequency of the input side circuit. FIG. 6 is a circuit characteristic diagram in which the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents output circuit gain. FIG. 7 is a circuit characteristic diagram in which the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents output voltage V O , duty ratio D, and load Δ variation ΔI L.

入力側コンデンサ28の値をCI=0.1μFに設定した場合、図5に示されるように、D0=0.18のときは、fIN0=約60kHzであるが、D1=0.42のときは、fIN1=約42kHzとfOUTの約2倍近くの周波数である。 When the value of the input side capacitor 28 is set to C I = 0.1 μF, as shown in FIG. 5, when D 0 = 0.18, f IN0 = about 60 kHz, but D 1 = 0. In the case of 42, f IN1 = about 42 kHz, which is a frequency nearly twice as high as f OUT .

そして、図6に示されるように、fIN0=約60kHzのときは、利得が約−20dBであるが、fIN1=約42kHzのときも約−12dBであり、出力側回路16によって増幅されない。具体的には、図7に示されるように、0.5ms〜1.0msの間に負荷8が増加して時比率Dが大きくなった場合であっても、出力電圧VOに振動が重畳しない。 As shown in FIG. 6, when f IN0 = about 60 kHz, the gain is about −20 dB, but when f IN1 = about 42 kHz, it is about −12 dB and is not amplified by the output side circuit 16. Specifically, as shown in FIG. 7, even when the load 8 increases between 0.5 ms and 1.0 ms and the duty ratio D increases, vibration is superimposed on the output voltage V O. do not do.

このように、DCDCコンバータ回路10では、fIN≧(fOUT+fth)の関係式を満たすように、入力側コイル22の値LI、入力側コンデンサ28の値CI、平滑コイル40の値LO及び平滑コンデンサ42の値COが設定される。これにより、出力側回路16に接続される負荷8が変動した場合であっても、入力側回路14の共振周波数fIN0と出力側回路の共振周波数fOUTとの差を十分確保できる。したがって、負荷の変動に伴って時比率を変えて対応する場合に、出力側回路の振動を抑制することができる。 Thus, in the DCDC converter circuit 10, so as to satisfy a relational expression f IN ≧ (f OUT + f th), the value L I of the input side coil 22, the value C I of the input side capacitor 28, the value of the smoothing coil 40 L O and the value C O of the smoothing capacitor 42 are set. Thereby, even when the load 8 connected to the output side circuit 16 fluctuates, a sufficient difference between the resonance frequency f IN0 of the input side circuit 14 and the resonance frequency f OUT of the output side circuit can be secured. Therefore, the vibration of the output side circuit can be suppressed when responding by changing the duty ratio in accordance with the change of the load.

8 負荷、10 DCDCコンバータ回路、14 入力側回路、16 出力側回路、18 制御回路、20 電源、22 入力側コイル、24 第1スイッチ素子、25 クランプ回路、26 第2スイッチ素子、28 入力側コンデンサ、30 出力側コイル、32 整流回路、34 平滑回路、36,38 ダイオード、40 平滑コイル、42 平滑コンデンサ。   8 load, 10 DCDC converter circuit, 14 input side circuit, 16 output side circuit, 18 control circuit, 20 power supply, 22 input side coil, 24 first switch element, 25 clamp circuit, 26 second switch element, 28 input side capacitor , 30 output side coil, 32 rectifier circuit, 34 smoothing circuit, 36, 38 diode, 40 smoothing coil, 42 smoothing capacitor.

Claims (3)

電源を有する入力側回路と、該入力側回路から磁気結合によりエネルギの供給を受け、負荷に供給する出力側回路とを備えるDCDCコンバータ回路であって、
前記入力側回路は、前記負荷の変動に応じて変更される時比率Dに基づいて前記エネルギを前記出力側回路に供給し、
前記入力側回路と前記出力側回路の少なくとも一方の回路定数は、前記入力側回路の入力側共振周波数が前記出力側回路の出力側共振周波数を超える所定の周波数以上となるように設定されることを特徴とするDCDCコンバータ回路。
A DCDC converter circuit comprising: an input side circuit having a power supply; and an output side circuit that receives supply of energy from the input side circuit by magnetic coupling and supplies the energy to a load.
The input side circuit supplies the energy to the output side circuit based on a time ratio D that is changed according to a change in the load,
The circuit constant of at least one of the input side circuit and the output side circuit is set such that the input side resonance frequency of the input side circuit is equal to or higher than a predetermined frequency exceeding the output side resonance frequency of the output side circuit. DCDC converter circuit characterized by the above.
請求項1に記載のDCDCコンバータ回路において、
前記入力側回路は、
電源と、
前記電源に並列に設けられる入力側コイルと、
前記入力側コイルに直列に設けられ、一周期のうち前記時比率Dにより定まるオン期間でオンし、前記時比率Dにより定まるオフ期間でオフする第1スイッチ素子と、
前記入力側コイルに並列に設けられる入力側コンデンサと、
前記入力側コンデンサに直列に設けられ、前記第1スイッチ素子がオンしている間はオフし、前記第1スイッチ素子がオフしている間はオンする第2スイッチ素子と、
を有し、
前記出力側回路は、
前記入力側コイルと磁気結合する出力側コイルと、
前記出力側コイルに直列に接続される平滑コンデンサと、
前記出力側コイル及び前記平滑コンデンサに直列に接続される平滑コイルと、
を有し、
前記入力側共振周波数は、前記入力側コイルの値LI、前記入力側コンデンサの値CI及び前記時比率Dに基づいて定められ、
前記出力側共振周波数は、前記平滑コイルの値LO及び前記平滑コンデンサの値COに基づいて定められることを特徴とするDCDCコンバータ回路。
The DCDC converter circuit according to claim 1,
The input side circuit is:
Power supply,
An input side coil provided in parallel with the power source;
A first switching element that is provided in series with the input side coil, and is turned on in an on period determined by the time ratio D in one cycle and turned off in an off period determined by the time ratio D;
An input side capacitor provided in parallel with the input side coil;
A second switch element that is provided in series with the input-side capacitor and is turned off while the first switch element is on, and turned on while the first switch element is off;
Have
The output side circuit is:
An output side coil magnetically coupled to the input side coil;
A smoothing capacitor connected in series to the output side coil;
A smoothing coil connected in series to the output side coil and the smoothing capacitor;
Have
The input side resonance frequency is determined based on the value L I of the input side coil, the value C I of the input side capacitor, and the duty ratio D,
The output-side resonance frequency is determined based on a value L O of the smoothing coil and a value C O of the smoothing capacitor.
請求項1または請求項2に記載のDCDCコンバータ回路において、
前記所定の周波数は、前記出力側共振周波数の2倍の周波数であることを特徴とするDCDCコンバータ回路。
The DCDC converter circuit according to claim 1 or 2,
The DCDC converter circuit, wherein the predetermined frequency is twice the output-side resonance frequency.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06225532A (en) * 1992-12-16 1994-08-12 American Teleph & Telegr Co <Att> Voltage control circuit
JP2002199721A (en) * 2000-12-25 2002-07-12 Nec Kofu Ltd Switching power supply

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