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JP2656070B2 - 定電流入力型dc−dcコンバータ - Google Patents

定電流入力型dc−dcコンバータ

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JP2656070B2
JP2656070B2 JP12226688A JP12226688A JP2656070B2 JP 2656070 B2 JP2656070 B2 JP 2656070B2 JP 12226688 A JP12226688 A JP 12226688A JP 12226688 A JP12226688 A JP 12226688A JP 2656070 B2 JP2656070 B2 JP 2656070B2
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Japan
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current
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富保 砂金
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 負荷と整流・平滑回路の直列回路に並列にスイッチン
グ素子を接続し、昇圧用コイルを介して該負荷を流れる
電流に基づいて駆動電源回路及び該駆動電源回路に接続
された駆動回路により該スイッチング素子をオン/オフ
制御し定電流源からの負荷電圧を制御する定電流入力型
DC−DCコンバータに関し、 定電流源からコンバータへの入力電流が定常状態に達
する前でも負荷電圧が過大になるのを防止して負荷構成
部品に過大な電圧ストレスを掛けないようにすることを
目的とし、 該駆動電源回路と直列接続されてコンバータ入力電流
の所定値を検出する電流検出回路と、該駆動電源回路に
並列接続され、該所定地検出前は該駆動電源回路を短絡
し、該所定値検出時に該駆動電源回路を作動状態にする
ように該電流検出回路によって制御される開閉回路と、
を備え、該コンバータ入力電流の所定値が、定電流値よ
り低い値で該駆動電源回路を流れた時に発生するコンバ
ータ入力電圧が電圧ストレス閾値以下となる値であるよ
うに構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は定電流入力型DC−DCコンバータに関し、特に
負荷と整流・平滑回路の直列回路に並列にスイッチング
素子を接続し、昇圧用コイルを介して該負荷を流れる電
流に基づいて該スイッチング素子をオン/オフ制御し定
電流源からの負荷電圧を制御する定電流入力型DC−DCコ
ンバータに関するものである。
DC−DCコンバータには、定電圧型のものと定電流型の
ものとがあり、通信装置用電源回路としては前者の定電
圧型の方が一般的であるが、後者の定電流型の適用も種
々検討されている。
〔従来の技術〕
従来の定電流入力型DC−DCコンバータが第5図に示さ
れており、図中、1はスイッチング素子としてのFET
(トランジスタでもよい)、PTはFET1の定電流電源(低
電流出力コンバータ)、Zは負荷、Cは定電流電源PFに
並列接続された平滑用コンデンサ、Lは定電流電源PFか
ら負荷Zへの昇圧電圧(ブースト圧)を与えるための昇
圧用コイルであり、負荷Zの両端電圧VZ=コンデンサC
の両端電圧VC+コイルLの両端電圧VLとなる。
D1は整流用のダイオード、C1はコンデンサでダイオー
ドD1とともに整流・平滑回路を構成するもの、R1、R2は
負荷Zの電圧を検出するための抵抗、CTLは抵抗R2の電
圧に基づいてFET1のオン/オフ制御を行う制御回路、ZD
は負荷電流IPFを電圧に変換するツェナーダイオード、
2はツェナーダイオードZDを両端電圧から所定の直流電
圧を発生してFET1を駆動するための駆動電源回路で、ツ
ェナーダイオードZDの両端電圧をコンデンサC3に蓄え、
トランジスタQ1、Q2を外部の制御信号によって制御する
ことにより変成器Tの二次側からダイオードブリッジ回
路DBを経てコンデンサC2の両端に所定の電圧を発生す
る。このコンデンサC2の両端電圧は、トランジスタTr1
〜Tr3、抵抗R3〜R5及びダイオードD2で構成されFET1を
駆動するための駆動回路3に送られる。この駆動回路3
のトランジスタTr2は制御回路CTLによってオン/オフ制
御されるようになっている。
次にこの従来例の動作を説明する。
定電流源PFから供給される電流はツェナーダイオード
ZDで電圧に変換され、この電圧をトランジスタQ1、Q2の
オン/オフ制御によりコンデンサC2の両端に所定の直流
電圧を発生する。
今、制御回路CTLによりトランジスタTr2がオフの状態
にあるとすると、コンデンサC2に発生した電圧は、トラ
ンジスタTr3をオンにするとともにトランジスタTr1をオ
フにするので、FET1のゲートG−ソースS間にその電圧
を印加し、FET1をオンにする。
これにより、コイルLにエネルギーが蓄えられる。次
に、トランジスタTr2がオンすると、トランジスタTr3は
オフに、トランジスタTr1はオンに、そしてFET1はオフ
になる。コイルLに蓄えられたエネルギーは、整流ダイ
オードD1を介し平滑コンデンサC1で平滑されて負荷Zへ
放出される。そして、一定の出力電圧E0となるように制
御回路CTLによりFET1が制御される。
このようにして制御回路CTLが所定のデューティ比に
よりFET1をオン/オフ動作させることにより、所定の電
流電圧が得られる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来の定電流入力型DC−DCコンバータでは、定
電流電源PFの電源を投入した起動時において、コンバー
タ入力電流IPFが定常状態に達する前に、ツェナーダイ
オードZDが一定電圧を発生してしまうので、駆動電源回
路2が作動し駆動回路3によりFET1が駆動されてしま
う。
この時、負荷Zに一定の出力P0を供給しようとする
と、 P0=定常出力電圧EOS×定常出力電流IOSとなり、この
出力電力P0にほぼ等しい次式の入力電力Piが必要とな
る。
Pi=定常入力電圧Eis×定常入力電流IPFS 従って、両式より、 P0=Pi=Eis×IPFS=一定となるため、定電流源PFか
らの電流IPFが第6図(a)に示すように定常値IPFS
半分IPFS/2であれば、入力電圧Ei(=VC)は第6図
(b)に示すように定常値Eisの2倍の電圧2Eisが必要
となる。従って、定電流源PFはこの時、2倍の電圧を発
生することになる。
この入力電圧Eiは、電流IPFが小さければ小さい程よ
り一層大きなものとなる。
この結果、負荷を構成する各部品に過大なストレス
を与えてしまうとともに、入力電流IPFの起動時間が
長い場合、過大ストレスも長時間印加されてしまうとい
う問題点があった。
従って、本発明は、負荷と整流・平滑回路の直列回路
に並列にスイッチング素子を接続し、昇圧用コイルを介
して該負荷を流れる電流に基づいて該スイッチング素子
をオン/オフ制御し定電流源からの負荷電圧を制御する
定電流入力型DC−DCコンバータにおいて、定電流源から
の入力電流が定常状態に達する前でも負荷電圧が過大に
なるのを防止して負荷構成部品に過大な電圧ストレスを
掛けないようにすることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る定電流入力型DC−DCコンバータでは、第
1図に概念的に示すように、駆動電源回路2と直列に接
続されているコンバータの入力電流IPFの所定値を検出
する電流検出回路と、駆動電源回路2に並列接続され、
該所定値検出前は駆動電源回路2を短絡し、該所定値検
出時に駆動電源回路2を作動状態にするように電流検出
回路4によって制御される開閉回路5とを備えている。
そして、この場合のコンバータ入力電流IPFの所定値と
は、定電流値IPFSより低い値で駆動電源回路2を流れた
時に発生するコンバータ入力電圧Eiが電圧ストレス閾値
以下となる値である。
〔作用〕
第1図に示した本発明に係る定電流入力型DC−DCコン
バータにおいては、第2図の波形図に示すように、駆動
電源回路2と直列に接続されている電流検出回路4がコ
ンバータ入力電流IPFを検出し、その入力電流IPFが所定
値IPF1になった時、駆動電源回路2に並列接続された開
閉回路5を閉状態から開状態に制御する。
これにより駆動電源回路2が作動状態になるので駆動
電源回路2にコンバータ入力電流IPFが流れるが、この
入力電流IPFの値に対して発生するコンバータの入力電
圧Ei1(=負荷電圧EO1)は電圧ストレス閾値以下であ
る。
従って、入力電流IPFが所定値まで立ち上がった時に
発生する入力電圧Ei1を、負荷に印加される過大な電圧
ストレス閾値以下に抑えることができる。
〔実 施 例〕
以下、本願発明に係る定電流入力型DC−DCコンバータ
の実施例を説明する。
第3図(a)は第1図に示した本発明の定電流入力型
DC−DCコンバータに用いる電流検出回路4及び開閉回路
5の一実施例を示したものである。尚、ZDは駆動電源回
路2のツェナーダイオードである。
この実施例では、電流検出回路4は、入力電源ライン
に挿入されコンバータの入力電流IPFが流れるようにツ
ェナーダイオードZDと直列に接続された抵抗41と、この
抵抗41の両端間にエミッタ−ベース間が接続されたトラ
ンジスタ42と、トランジスタ42のベースと抵抗41の一端
との間に接続されたツェナーダイオード43とで構成され
ており、開閉回路5は、トランジスタ42のコレクタとツ
ェナーダイオードZDのアノード側との間に接続された抵
抗51と、この抵抗51の両端間にコレクタ−ベース間が接
続されたエミッタがツェナーダイオードZDのカソード側
に接続されたトランジスタ52とで構成されている。
次にこの実施例の動作を説明する。
定電流源PFの起動時、微小電流IPFが抵抗41を流れ、
トランジスタ52はベース電流が流れてオンとなる一方、
トランジスタ53はベース電流が流れずオフとなる。従っ
て、駆動電源回路2を構成するツェナーダイオードZDの
両端はトランジスタ52のエミッタ−コレクタ間によって
短絡された状態となるので、スイッチング素子としての
FET1には駆動電源が無くスイッチング動作が行われず、
抵抗41にはコンバータ入力電流=負荷電流IPFが流れ
る。従って、第2図(b)、(c)に示すように入力電
圧Ei、出力(負荷)電圧E0は負荷電流IPFに比例して増
加する。
その後、負荷電流IPFが所定値(第2図(a)に示すI
PF1になると、この電流IPF1による抵抗41の電圧降下I
PF1×r(抵抗41の抵抗値)が、ツェナーダイオード43
の降伏電圧VDとトランジスタ42のエミッタ−ベース電圧
VEBとに対して、 IPF1×r≧VD+VEB の関係になれば、ツェナーダイオード43は降伏してトラ
ンジスタ42をオンにする。
従って、負荷電流IPFはトランジスタ42のエミッタ−
コレクタを通って抵抗51を流れるので、トランジスタ52
はオフとなってツェナーダイオードZDを作動状態にす
る。
これにより、ツェナーダイオードZDは上述したように
駆動電源回路2、駆動回路3を介してFET1を所定のデュ
ーティ比でオン/オフ動作させ、所定の電圧を負荷Zに
与える。
第3図(b)は第1図に示した本発明の定電流入力型
DC−DCコンバータに用いる電流検出回路4及び開閉回路
5の他の実施例を示したものである。
この実施例では、電流検出回路4は、入力電源ライン
に挿入されたコンバータの入力電源IPFが流れるように
ツェナーダイオードZDと直列に接続されたリレー44と、
このリレー44の両端間に接続されたチャタリング防止用
ダイオード45とで構成されており、開閉回路5は、ツェ
ナーダイオードZDの両端間に接続されたリレー44の接点
44aで構成されている。
次にこの実施例の動作を説明する。
この実施例では、定電流源PFの起動時、微小電源IPF
がリレー44を流れるが、この間はリレー44の接点44aに
よってツェナーダイオードZDは短絡されておりFET1のオ
ン/オフ動作は行えない。
その後、負荷電流IPFが上記の所定値IPF1になると、
この電流IPF1によって初めて動作するリレー44によって
その接点44aが開き、ツェナーダイオードZDを作動状態
にする。
これにより、同様にしてFET1を所定のデューティ比で
オン/オフ動作させ、所定の電圧を負荷Zに与える。
尚、上記の実施例に加えて第4図に示すように、起動
回路STを付加してもよい。
この起動回路STは、本出願人が既に特願昭63−16426
号に開示したもので、2つの抵抗r1とr2から成る分圧回
路6と、この抵抗r1とr2の接続点と駆動回路3との間に
ドレイン−ソース間が接続されゲートが駆動電源回路2
の出力電圧を入力するFET7とで構成されている。
この起動回路STの動作においては、駆動電源回路2の
出力電圧が確立する前の起動時は分圧回路6によってFE
T1をオンにし、起動後は駆動回路3の駆動出力が発生さ
れない時にFET7がオンとなり抵抗r1、FET7及び駆動回路
3に電流を流すことによりFET1をオフにする。そして、
起動後のFET1のオン/オフ動作をFET7を介して駆動回路
3が行うものである。
この起動回路STを用いれば、負荷Zがオープン時の過
大電圧ストレスも回避することができることになる。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の定電流入力型DC−DCコンバー
タによれば、起動時のコンバータ入力電流が所定値に達
するまではスイッチング素子のオン/オフ制御を行わな
いように構成したので、コンバータ入力電圧のオーバー
シュートが無くなり、負荷を構成する各部品を与える電
圧ストレスを低減することができ、このストレスの低減
によりコンバータ自体を小型化することができる。更
に、定電流の起動時間の長短に無関係となるため、設計
が容易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係る定電流入力型DC−DCコンバータを
概念的に示したブロック図、 第2図は本発明に係る定電流入力型DC−DCコンバータの
動作を説明する波形図、 第3図は本発明に係る定電流入力型DC−DCコンバータに
用いる電流検出回路と開閉回路の実施例を示した回路
図、 第4図は他の実施例を示したブロック図、 第5図は従来の定電流入力型DC−DCコンバータの一例を
示す図、 第6図は従来例の問題点を説明するための波形図、であ
る。 第1図において、 1……スイッチング素子、 2……駆動電源回路、 3……駆動回路、 4……電流検出回路、 5……開閉回路、 Z……負荷、 PF……定電流源。 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】負荷(Z)と整流・平滑回路(11)の直列
    回路に並列にスイッチング素子(1)を接続し、昇圧用
    コイル(12)を介して該負荷(Z)を流れる電流に基づ
    いて駆動電源回路(2)及び該駆動電源回路(2)に接
    続された駆動回路(3)により該スイッチング素子
    (1)をオン/オフ制御し定電流源からの負荷電圧を制
    御する定電流入力型DC−DCコンバータにおいて、 該駆動電源回路(2)と直列接続されてコンバータ入力
    電流(IPF)の所定値を検出する電流検出回路(4)
    と、 該駆動電源回路(2)に並列接続され、該所定値検出前
    は該駆動電源回路(2)を短絡し、該所定値検出時に該
    駆動電源回路(2)を作動状態にするように該電流検出
    回路(4)によって制御される開閉回路(5)と、 を備え、該コンバータ入力電流(IPF)の所定値が、定
    電流値(IPFS)より低い値で該駆動電源回路(2)を流
    れた時に発生するコンバータ入力電圧(Ei)が電圧スト
    レス閾値以下となる値であることを特徴とした定電流入
    力型DC−DCコンバータ。
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