JP2007274852A - Dc/dc converter - Google Patents

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC/DC converter capable of restraining breakage of an element without need of increasing the voltage resistance property of the element as measures against a leap of a boost voltage due to a sudden increase in input voltage or a sudden decrease in output current, even in a two-stage converter. <P>SOLUTION: A MOSFET19 is on-off controlled within the maximum on-duty set with a maximum on-duty setting circuit 33 by a boost circuit control IC32 in a steady state. When an output voltage of the boost circuit 15 reaches an overvoltage, an H level signal is output as an overvoltage detection signal from a comparator 34. Based on the overvoltage detection signal, an on-duty limit device 35 is operated, so that an on-duty set with the maximum on-duty setting circuit 33 is limited to under a preset value. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータに係り、詳しくは所謂２ステージ型のＤＣ／ＤＣコンバータに関する。   The present invention relates to a DC / DC converter, and more particularly to a so-called two-stage DC / DC converter.

電源の電圧を所定の電圧まで昇圧又は降圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、入力電圧の変動に対して出力電圧の制御が安定するように電圧制御装置（出力電圧制御用ＩＣ）が備えたエラーアンプ（誤差増幅器）のゲインが設定される。   In a DC / DC converter that boosts or lowers the voltage of a power supply to a predetermined voltage and outputs the voltage, a voltage control device (output voltage control IC) is provided so that the control of the output voltage is stabilized against fluctuations in the input voltage The gain of the error amplifier (error amplifier) is set.

ＤＣ／ＤＣコンバータとして、入力側（前段）に昇圧部（昇圧回路）を備えた第１のコンバータを備え、出力側（後段）に第２のコンバータを備えた所謂２ステージ型のコンバータがある（例えば特許文献１参照。）。このような２ステージ型のコンバータの場合、出力平滑用のＬＣフィルタとは別に、昇圧回路用のＬ（コイル）とＣ（コンデンサ）とが存在する。そして、昇圧回路における損失やリプル電流を考え、Ｌ及びＣを大きくすると、回路の共振周波数が小さく（低く）なるため、出力電圧制御用ＩＣのエラーアンプのゲインを落とさなければならなくなり、制御の応答性が悪くなる。制御の応答性が悪くなると、即ち出力電圧の制御追従性が悪くなり、入力電圧の急増、出力電流の急減に対して、昇圧電圧の制御で抑えきれずに昇圧回路の電圧が大きく跳ね上がってしまうので、素子の耐圧をその分大きくしなければならなくなる。   As a DC / DC converter, there is a so-called two-stage type converter including a first converter including a boosting unit (boost circuit) on an input side (front stage) and a second converter on an output side (rear stage) ( For example, see Patent Document 1.) In the case of such a two-stage converter, there are L (coil) and C (capacitor) for the booster circuit separately from the output smoothing LC filter. Considering the loss and ripple current in the booster circuit, if L and C are increased, the resonant frequency of the circuit will be reduced (lower), so the gain of the error amplifier of the output voltage control IC must be reduced, and the control Responsiveness deteriorates. When control responsiveness deteriorates, that is, control followability of output voltage deteriorates, the voltage of the booster circuit jumps greatly without being able to be controlled by the control of the boosted voltage with respect to the sudden increase of the input voltage and the sudden decrease of the output current. Therefore, the breakdown voltage of the element must be increased accordingly.

特許文献１には、コンバータの出力が過電流や過電圧となったり、昇圧回路の異常を検出したりしたときに、昇圧回路の制御を先に停止させた後、ハーフブリッジ部の制御を停止させる保護回路が提案されている。   In Patent Document 1, when the output of the converter becomes an overcurrent or overvoltage, or when an abnormality of the booster circuit is detected, the control of the booster circuit is stopped first, and then the control of the half bridge unit is stopped. A protection circuit has been proposed.

また、従来、通常タイプ、即ち２ステージ型コンバータでないＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、所定の出力電圧や出力電流を確保しつつ、スイッチング手段の破壊や劣化を防ぐことが可能なＤＣ／ＤＣコンバータが提案されている（例えば特許文献２参照。）。特許文献２には、図３に示すように、電源５１の電圧を検出する電源電圧検出回路５２と、電源電圧検出回路５２にて検出された電源電圧に応じてスイッチング手段５３のオン、オフの周波数を変える周波数切換手段５４とを設けたＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている。スイッチング手段５３のオン、オフを制御する駆動回路５５は、スイッチング手段５３のオン期間、オフ期間の最大デューティを設定する最大デューティ設定回路５６及び比較回路５７の出力によりスイッチング手段５３を駆動する。比較回路５７は、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを検出する出力電圧検出回路５８の出力電圧と、電流検出用抵抗５９の電圧とを比較し、前者の電圧が後者の電圧よりも低くなるとハイレベルの信号を出力する。出力電圧検出回路５８の出力電圧は、前記出力電圧Ｖ_ＯＵＴが低い時に高くなり、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが高くなると低くなるようになっている。駆動回路５５は、最大デューティ設定回路５６からの信号入力によりスイッチング手段５３をオンさせ、その後、最大デューティ時間が経過するか、あるいは、比較回路５７からハイレベルの信号が入力することにより、スイッチング手段５３をオフにする。
特開２００５−２８７１９５号公報 特開平７−１２１３７０６号公報 Conventionally, in a DC / DC converter that is not a normal type, that is, a two-stage type converter, a DC / DC converter capable of preventing destruction and deterioration of the switching means while ensuring a predetermined output voltage and output current has been proposed. (For example, refer to Patent Document 2). In Patent Document 2, as shown in FIG. 3, a power supply voltage detection circuit 52 that detects the voltage of the power supply 51, and the switching means 53 is turned on / off according to the power supply voltage detected by the power supply voltage detection circuit 52. A DC / DC converter provided with frequency switching means 54 for changing the frequency is disclosed. The drive circuit 55 that controls ON / OFF of the switching means 53 drives the switching means 53 by the output of the maximum duty setting circuit 56 and the comparison circuit 57 that set the maximum duty of the ON period and OFF period of the switching means 53. The comparison circuit 57 compares the output voltage of the output voltage detection circuit 58 that detects the output voltage _VOUT with the voltage of the current detection resistor 59. When the former voltage becomes lower than the latter voltage, a high level signal is output. Output. The output voltage of the output voltage detection circuit 58 is high when the output voltage _VOUT is low, and is low when the output voltage _VOUT is high. The drive circuit 55 turns on the switching means 53 by a signal input from the maximum duty setting circuit 56, and thereafter, when the maximum duty time elapses or a high level signal is input from the comparison circuit 57, the switching means 53 53 is turned off.
JP 2005-287195 A Japanese Patent Laid-Open No. 7-1213706

特許文献１に開示された保護回路は、コンバータの出力が過電流や過電圧となった際に、昇圧回路の制御を先に停止させた後、ハーフブリッジ部の制御を停止させることにより、昇圧回路とハーフブリッジ部との間に存在するコンデンサに荷電がたまったまま昇圧回路が直流入力を昇圧し続けて、スイッチング素子等が破損するのを防止している。即ち、コンバータの出力が過電流や過電圧となった際に、コンバータを停止せずに昇圧電圧の上昇を抑制してコンバータの運転を継続させることに関しては何ら記載がない。   In the protection circuit disclosed in Patent Document 1, when the output of the converter becomes an overcurrent or overvoltage, the control of the booster circuit is stopped first, and then the control of the half bridge unit is stopped. The booster circuit continues to boost the DC input while the capacitor existing between the half bridge portion and the half bridge portion is charged, preventing the switching element from being damaged. That is, when the output of the converter becomes an overcurrent or overvoltage, there is no description about continuing the operation of the converter by suppressing the increase of the boost voltage without stopping the converter.

また、特許文献２のＤＣ／ＤＣコンバータは、所定の出力電圧や出力電流を確保しつつ、スイッチング手段の破壊や劣化を防ぐことを目的としている。具体的には、電池を交換した際、あるいは出力電圧Ｖ_ＯＵＴが０ＶからＤＣ／ＤＣコンバータを起動した際に、定常時の出力電流を供給するために流す突入電流よりもはるかに大きな突入電流が、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが所定電圧に安定するまで、スイッチング手段５３、電流検出用抵抗５９等に流れ続け、電気部品を破壊するのを防止することである。そして、最大デューティの切り換えは、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始時の電源電圧に基づいて行っている。 The DC / DC converter disclosed in Patent Document 2 aims to prevent destruction and deterioration of the switching means while ensuring a predetermined output voltage and output current. Specifically, when the battery is replaced or when the DC / DC converter is started when the output voltage _VOUT is 0 V, an inrush current much larger than the inrush current that flows to supply the steady-state output current is generated. Until the output voltage _VOUT is stabilized at a predetermined voltage, it continues to flow through the switching means 53, the current detection resistor 59, and the like, thereby preventing the electrical components from being destroyed. The maximum duty is switched based on the power supply voltage at the start of the operation of the DC / DC converter.

即ち、２ステージ型コンバータで問題になる出力電圧の制御追従性が悪いことに起因して、定常運転状態において入力電圧の急増や出力電流の急減等に対して昇圧電圧の制御で抑えきれずに昇圧回路の電圧が高くなることに関する対策に関しては何ら示唆する記載はない。   In other words, due to poor controllability of the output voltage, which is a problem in the two-stage converter, it is impossible to control the boost voltage with respect to a sudden increase in input voltage or a sudden decrease in output current in a steady operation state. There is no suggestion regarding the countermeasures against the increase in the voltage of the booster circuit.

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、出力電圧制御の追従性が悪い２ステージ型コンバータにおいても、入力電圧の急増や出力電流の急減に起因する昇圧電圧の跳ね上がりに対して、素子の耐圧性を上昇させて対応しなくても、素子の破損を抑制することができるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to boost a voltage caused by a sudden increase in input voltage or a sudden decrease in output current even in a two-stage type converter having poor follow-up performance of output voltage control. An object of the present invention is to provide a DC / DC converter capable of suppressing damage to an element even if it does not cope with a voltage jump by increasing the pressure resistance of the element.

前記の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、直流電圧を所定の電圧まで昇圧又は降圧するための変圧部と、前記変圧部の出力部にさらに絶縁コンバータを備えたＤＣ／ＤＣコンバータである。そして、前記変圧部に備えられ、オン、オフ制御されることにより直流電圧を昇圧又は降圧するスイッチング素子と、前記スイッチング素子をオン、オフ制御する制御手段と、前記制御手段が前記スイッチング素子を制御する際の最大オンデューティを設定する最大オンデューティ設定手段と、前記変圧部の出力電圧が過電圧に達したことを検出する過電圧検出手段とを備える。また、前記過電圧検出手段が過電圧を検出した際に出力する過電圧検出信号に基づいて前記最大オンデューティ設定手段の設定オンデューティを予め設定された値以下に制限するオンデューティ制限手段を備える。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to a DC / DC converter including a transformer for stepping up or stepping down a DC voltage to a predetermined voltage, and an output converter of the transformer further including an insulating converter. It is. A switching element that is provided in the transformer and is controlled to be turned on / off by being turned on / off; a control unit that controls on / off of the switching element; and the control unit controls the switching element. A maximum on-duty setting means for setting a maximum on-duty at the time of performing, and an over-voltage detection means for detecting that the output voltage of the transformer has reached an over-voltage. Further, on-duty limiting means for limiting the set on-duty of the maximum on-duty setting means to a preset value or less based on an overvoltage detection signal output when the overvoltage detecting means detects an overvoltage.

この発明では、制御手段によりオン、オフ制御されるスイッチング素子のオン、オフ動作により、変圧部で直流電圧が昇圧又は降圧される。制御手段は最大オンデューティ設定手段により設定されたオンデューティ内でスイッチング素子をデューティ制御する。変圧部の出力電圧が過電圧に達すると、過電圧検出手段によってそれが検出される。そして、過電圧検出手段から過電圧検出信号が出力される。オンデューティ制限手段は、過電圧検出手段から出力された過電圧検出信号を入力すると、最大オンデューティ設定手段の設定オンデューティを予め設定された値以下に制限する。その結果、スイッチング手段は、オンデューティが制限された状態でオン、オフ動作する状態となり、変圧部の昇圧電圧の上昇が抑制され、従来と異なり、昇圧電圧が変圧部を構成するコンデンサ等の素子の耐圧をオーバーするまで跳ね上がることが防止され、出力を停止せずに運転を継続することが可能になる。即ち、出力電圧制御の追従性が悪い２ステージ型コンバータにおいても、入力電圧の急増や出力電流の急減に起因する昇圧電圧の跳ね上がりに対して、素子の耐圧性を上昇させて対応しなくても、素子の破損を抑制することができる。   In the present invention, the DC voltage is stepped up or stepped down by the transformer by the on / off operation of the switching element that is controlled to be turned on / off by the control means. The control means performs duty control of the switching element within the on-duty set by the maximum on-duty setting means. When the output voltage of the transformer reaches an overvoltage, it is detected by the overvoltage detection means. Then, an overvoltage detection signal is output from the overvoltage detection means. When the overvoltage detection signal output from the overvoltage detection unit is input, the on-duty limiting unit limits the set on-duty of the maximum on-duty setting unit to a preset value or less. As a result, the switching means is in an on / off state in a state where the on-duty is limited, and an increase in the boost voltage of the transformer is suppressed, and unlike the conventional case, the boost voltage is an element such as a capacitor constituting the transformer. Therefore, it is possible to continue the operation without stopping the output. That is, even in a two-stage converter with poor follow-up capability of output voltage control, it is not necessary to increase the withstand voltage of the element to cope with a jump in boosted voltage caused by a sudden increase in input voltage or a sudden decrease in output current. The damage of the element can be suppressed.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記過電圧検出手段は、前記変圧部の出力部で前記出力電圧が過電圧に達したことを検出する。変圧部が過電圧状態になったことの検出は、変圧部側でも絶縁コンバータ側でも可能である。しかし、絶縁コンバータ側では出力部のコイル及びコンデンサから構成される出力フィルタにより過電圧波形がなまるため、絶縁コンバータの出力側で検出する場合は、変圧部側で検出する場合に比較して応答が遅くなり易い。この発明では、変圧部側で過電圧を検出するため、変圧部が過電圧状態になったことを絶縁コンバータ側で検出する場合に比較して、早く検出することができる。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the overvoltage detection means detects that the output voltage has reached an overvoltage at the output section of the transformer section. It is possible to detect that the transformer section is in an overvoltage state either on the transformer section side or on the insulating converter side. However, since the overvoltage waveform is distorted by the output filter composed of the coil and capacitor of the output unit on the insulation converter side, the response when detecting on the output side of the insulation converter is compared to when detecting on the transformer side. It tends to be late. In the present invention, since the overvoltage is detected on the transformer section side, it is possible to detect earlier than the case where the insulation converter side detects that the transformer section is in an overvoltage state.

本発明によれば、出力電圧制御の追従性が悪い２ステージ型コンバータにおいても入力電圧の急増や出力電流の急減に起因する昇圧電圧の跳ね上がりに対して、素子の耐圧性を上昇させて対応しなくても、素子の破損を抑制することができる。   According to the present invention, even in a two-stage type converter having poor follow-up capability of output voltage control, it is possible to cope with a boosted voltage jump caused by a sudden increase in input voltage or a sudden decrease in output current by increasing the withstand voltage of the element. Even if it is not, damage to the element can be suppressed.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、直流電源としてのバッテリ１４から供給される直流電圧を所定の電圧まで昇圧するための変圧部としての昇圧回路１５を備えている。昇圧回路１５の出力部には昇圧回路１５で昇圧された直流を交流に変換するハーフブリッジ部１６を備えている。昇圧回路１５は、一端がバッテリ１４のプラス端子に接続されたコイル１７と、コイル１７の他端にアノードが接続されたダイオード１８と、コイル１７及びダイオード１８の接続点にドレインが接続されるとともにソースがバッテリ１４のマイナス端子に接続されたスイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ１９とを備えている。また、昇圧回路１５は、ダイオード１８のカソードとＭＯＳＦＥＴ１９の間にコンデンサ２０，２１が直列に接続されている。即ち、昇圧回路１５は、コンデンサ２０，２１を備えた昇圧チョッパ回路で構成されている。 Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, the DC / DC converter 11 includes a booster circuit 15 as a transformer for boosting a DC voltage supplied from a battery 14 as a DC power source to a predetermined voltage. The output section of the booster circuit 15 includes a half bridge section 16 that converts the direct current boosted by the booster circuit 15 into alternating current. The booster circuit 15 includes a coil 17 having one end connected to the positive terminal of the battery 14, a diode 18 having an anode connected to the other end of the coil 17, and a drain connected to a connection point between the coil 17 and the diode 18. A MOSFET 19 serving as a switching element whose source is connected to the negative terminal of the battery 14 is provided. In the booster circuit 15, capacitors 20 and 21 are connected in series between the cathode of the diode 18 and the MOSFET 19. That is, the booster circuit 15 is configured by a boost chopper circuit including capacitors 20 and 21.

ハーフブリッジ部１６は、コンデンサ２０，２１と、互いに直列に接続された２個のＭＯＳＦＥＴ２２，２３とから構成されている。即ち、昇圧回路１５及びハーフブリッジ部１６は、コンデンサ２０，２１を共用している。コンデンサ２０の一方の端子はダイオード１８のカソード及びＭＯＳＦＥＴ２２のドレインに接続され、他方の端子はコンデンサ２１の一方の端子に接続されている。また、コンデンサ２１の他方の端子はＭＯＳＦＥＴ２３のソースに接続されている。なお、昇圧回路１５とバッテリ１４との間にはコンデンサＣが接続されている。   The half bridge section 16 is composed of capacitors 20 and 21 and two MOSFETs 22 and 23 connected in series with each other. That is, the booster circuit 15 and the half bridge unit 16 share the capacitors 20 and 21. One terminal of the capacitor 20 is connected to the cathode of the diode 18 and the drain of the MOSFET 22, and the other terminal is connected to one terminal of the capacitor 21. The other terminal of the capacitor 21 is connected to the source of the MOSFET 23. A capacitor C is connected between the booster circuit 15 and the battery 14.

ハーフブリッジ部１６はトランス２４に接続され、トランス２４の一次巻線２５は、プラス端子がコンデンサ２０及びコンデンサ２１の接続点に接続され、マイナス端子がＭＯＳＦＥＴ２２のソース及びＭＯＳＦＥＴ２３のドレインに接続されている。   The half bridge portion 16 is connected to the transformer 24, and the primary winding 25 of the transformer 24 has a positive terminal connected to the connection point of the capacitor 20 and the capacitor 21, and a negative terminal connected to the source of the MOSFET 22 and the drain of the MOSFET 23. .

トランス２４の二次巻線２６には整流部１３として、２個のＭＯＳＦＥＴ２７，２８と、コイル２９と、コンデンサ３０が接続されている。トランス２４の二次巻線２６のプラス端子はＭＯＳＦＥＴ２７のドレインに接続され、トランス２４の二次巻線２６のマイナス端子はＭＯＳＦＥＴ２８のドレインに接続されている。また、コイル２９の一方の端子はトランス２４の二次巻線２６のセンタータップに接続され、コイル２９の他方の端子はコンデンサ３０の一方の端子及びプラス側の出力端子１３ａに接続されている。また、コンデンサ３０の他方の端子はＭＯＳＦＥＴ２７のソース、ＭＯＳＦＥＴ２８のソース及びマイナス側の出力端子に接続されている。   Two MOSFETs 27 and 28, a coil 29, and a capacitor 30 are connected to the secondary winding 26 of the transformer 24 as the rectifying unit 13. The plus terminal of the secondary winding 26 of the transformer 24 is connected to the drain of the MOSFET 27, and the minus terminal of the secondary winding 26 of the transformer 24 is connected to the drain of the MOSFET 28. One terminal of the coil 29 is connected to the center tap of the secondary winding 26 of the transformer 24, and the other terminal of the coil 29 is connected to one terminal of the capacitor 30 and the output terminal 13a on the plus side. The other terminal of the capacitor 30 is connected to the source of the MOSFET 27, the source of the MOSFET 28, and the negative output terminal.

ハーフブリッジ部１６、トランス２４、整流部１３は絶縁コンバータ４０を構成する。
昇圧回路１５を制御する制御装置３１は、ＭＯＳＦＥＴ１９をオン、オフ制御する制御手段としての昇圧回路制御ＩＣ３２と、ハーフブリッジ部１６のＭＯＳＦＥＴ２２，２３を交互にオン、オフするように制御する図示しないハーフブリッジ制御ＩＣとを備えている。昇圧回路制御ＩＣ３２は、ＭＯＳＦＥＴ１９をオン、オフ制御する際の最大オンデューティを設定する最大オンデューティ設定手段としての最大オンデューティ設定回路３３と、図示しないエラーアンプ（誤差増幅器）とを備えている。そして、通常運転時には、絶縁コンバータ４０の出力電圧Ｖｏをエラーアンプの反転入力端子に入力するとともに、非反転入力端子に入力される基準電圧とを比較して、最大オンデューティ設定回路３３で設定された最大デューティ以下でＭＯＳＦＥＴ１９をオン、オフ制御するための制御信号を出力するようになっている。昇圧回路制御ＩＣ３２から出力された制御信号は、図示しない駆動回路及びフォトカップラを介してＭＯＳＦＥＴ１９のゲートに入力されるようになっている。 The half bridge unit 16, the transformer 24, and the rectifying unit 13 constitute an insulating converter 40.
The control device 31 that controls the booster circuit 15 is a half circuit (not shown) that controls the booster circuit control IC 32 that controls the MOSFET 19 to be turned on and off and the MOSFETs 22 and 23 of the half bridge section 16 that are alternately turned on and off. And a bridge control IC. The booster circuit control IC 32 includes a maximum on-duty setting circuit 33 as maximum on-duty setting means for setting a maximum on-duty when the MOSFET 19 is on / off controlled, and an error amplifier (error amplifier) not shown. During normal operation, the output voltage Vo of the insulation converter 40 is input to the inverting input terminal of the error amplifier, and compared with the reference voltage input to the non-inverting input terminal, and set by the maximum on-duty setting circuit 33. A control signal for ON / OFF control of the MOSFET 19 is output with a maximum duty or less. The control signal output from the booster circuit control IC 32 is input to the gate of the MOSFET 19 through a drive circuit and a photocoupler (not shown).

ＭＯＳＦＥＴ２７及びＭＯＳＦＥＴ２８は、それぞれＭＯＳＦＥＴ２２及びＭＯＳＦＥＴ２３と同期して交互にオン、オフされるようになっている。そして、トランス２４の二次巻線２６に発生する交流を整流する。また、コイル２９及びコンデンサ３０は、ＭＯＳＦＥＴ２７，２８で整流された交流成分を平滑して直流出力する。   The MOSFET 27 and the MOSFET 28 are alternately turned on and off in synchronization with the MOSFET 22 and the MOSFET 23, respectively. The alternating current generated in the secondary winding 26 of the transformer 24 is rectified. The coil 29 and the capacitor 30 smooth the alternating current component rectified by the MOSFETs 27 and 28 and output the direct current.

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、昇圧回路１５の出力電圧Ｖｓが過電圧に達したことを検出する過電圧検出手段としてのコンパレータ３４を備えている。この実施形態では、コンパレータ３４は、昇圧回路１５の出力部に設けられ、昇圧回路１５の出力電圧Ｖｓが過電圧に達したことを昇圧回路１５の出力部で検出する。コンパレータ３４の非反転入力端子には昇圧回路１５の出力電圧Ｖｓが入力され、コンパレータ３４の反転入力端子には基準電圧Ｖｒが入力される。基準電圧Ｖｒは、過電圧に相当する電圧に設定されており、昇圧回路１５の出力電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒより低いと、コンパレータ３４の出力はＬレベルとなり、昇圧回路１５の出力電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒより高いとコンパレータ３４の出力はＨレベルとなる。このＨレベルの出力は、コンパレータ３４が過電圧を検出した際に出力する過電圧検出信号となる。   The DC / DC converter 11 includes a comparator 34 as overvoltage detection means for detecting that the output voltage Vs of the booster circuit 15 has reached an overvoltage. In this embodiment, the comparator 34 is provided at the output section of the booster circuit 15 and detects at the output section of the booster circuit 15 that the output voltage Vs of the booster circuit 15 has reached an overvoltage. The output voltage Vs of the booster circuit 15 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 34, and the reference voltage Vr is input to the inverting input terminal of the comparator 34. The reference voltage Vr is set to a voltage corresponding to an overvoltage. When the output voltage Vs of the booster circuit 15 is lower than the reference voltage Vr, the output of the comparator 34 becomes L level, and the output voltage Vs of the booster circuit 15 becomes the reference voltage. If it is higher than Vr, the output of the comparator 34 becomes H level. This H level output is an overvoltage detection signal that is output when the comparator 34 detects an overvoltage.

制御装置３１は、コンパレータ３４が過電圧を検出した際に出力する過電圧検出信号に基づいて最大オンデューティ設定回路３３の設定オンデューティを予め設定された値以下に制限するオンデューティ制限手段３５を備えている。最大オンデューティ設定回路３３は、予め設定された複数の電圧に対応して最大オンデューティを設定するように構成されている。オンデューティ制限手段３５は、図２に示すように、トランジスタＴｒと抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で構成され、トランジスタＴｒのベースにコンパレータ３４の出力が入力されるようになっている。また、オンデューティ制限手段３５の出力電圧Ｖｄが最大オンデューティ設定回路３３に入力されるようになっている。なお、制御装置３１は昇圧回路１５側と絶縁されているため、コンパレータ３４の出力信号は図示しないフォトカップラを介してオンデューティ制限手段３５のトランジスタＴｒに入力されるようになっている。   The control device 31 includes an on-duty limiting means 35 that limits the set on-duty of the maximum on-duty setting circuit 33 to a predetermined value or less based on an overvoltage detection signal output when the comparator 34 detects an overvoltage. Yes. The maximum on-duty setting circuit 33 is configured to set the maximum on-duty corresponding to a plurality of preset voltages. As shown in FIG. 2, the on-duty limiting means 35 includes a transistor Tr and resistors R1, R2, and R3, and the output of the comparator 34 is input to the base of the transistor Tr. The output voltage Vd of the on-duty limiting means 35 is input to the maximum on-duty setting circuit 33. Since the control device 31 is insulated from the booster circuit 15 side, the output signal of the comparator 34 is input to the transistor Tr of the on-duty limiting means 35 via a photocoupler (not shown).

オンデューティ制限手段３５の出力電圧Ｖｄは、直流電圧Ｖｃｃが抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で分圧されて決定され、トランジスタＴｒがオフ状態では（１）式となる。
Ｖｄ＝｛Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）｝Ｖｃｃ・・・（１）
また、トランジスタＴｒがオン状態では、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との合成抵抗をＲとすると、オンデューティ制限手段３５の出力電圧Ｖｄは、（２）式となる。 The output voltage Vd of the on-duty limiting means 35 is determined by dividing the DC voltage Vcc by the resistors R1, R2, and R3. When the transistor Tr is in the off state, the expression (1) is obtained.
Vd = {R2 / (R1 + R2)} Vcc (1)
Further, when the transistor Tr is in the on state, assuming that the combined resistance of the resistor R2 and the resistor R3 is R, the output voltage Vd of the on-duty limiting means 35 is expressed by equation (2).

Ｖｄ＝｛Ｒ／（Ｒ１＋Ｒ）｝Ｖｃｃ・・・（２）
そして、トランジスタＴｒがオフの場合には、オンデューティ制限手段３５から定常状態の最大オンデューティに対応する電圧値となる出力電圧Ｖｄ（例えば、３Ｖ）が出力される。また、トランジスタＴｒがオンの場合には、制限されたオンデューティに対応する電圧値となる出力電圧Ｖｄ（例えば、０．５Ｖ）が出力されるようにＲ１，Ｒ２，Ｒ３の値が設定されている。 Vd = {R / (R1 + R)} Vcc (2)
When the transistor Tr is off, an output voltage Vd (for example, 3V) having a voltage value corresponding to the maximum on-duty in the steady state is output from the on-duty limiting unit 35. In addition, when the transistor Tr is on, the values of R1, R2, and R3 are set so that an output voltage Vd (for example, 0.5 V) having a voltage value corresponding to the limited on-duty is output. Yes.

次に前記のように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータ１１の作用を説明する。昇圧回路制御ＩＣ３２から出力される制御信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ１９が所定のオンデューティでオン、オフ制御される。ＭＯＳＦＥＴ１９がオンすることによりコイル１７にエネルギーが蓄えられ、ＭＯＳＦＥＴ１９がオフすることによりコンデンサ２０，２１が充電される。   Next, the operation of the DC / DC converter 11 configured as described above will be described. On the basis of a control signal output from the booster circuit control IC 32, the MOSFET 19 is on / off controlled with a predetermined on-duty. Energy is stored in the coil 17 when the MOSFET 19 is turned on, and the capacitors 20 and 21 are charged when the MOSFET 19 is turned off.

制御装置３１から出力される制御信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ２２，２３が交互にオン、オフされ、コンデンサ２０，２１が放電されてトランス２４の一次巻線２５に交流が発生する。また、制御装置３１から出力される制御信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ２７，２８がそれぞれＭＯＳＦＥＴ２２，２３と同期して交互にオン、オフされてトランス２４の二次巻線２６に発生する交流を整流する。そして、ＭＯＳＦＥＴ２７，２８で整流された交流成分がコイル２９及びコンデンサ３０で平滑化されて出力端子１３ａから直流が出力される。   Based on the control signal output from the control device 31, the MOSFETs 22 and 23 are alternately turned on and off, the capacitors 20 and 21 are discharged, and an alternating current is generated in the primary winding 25 of the transformer 24. Further, based on a control signal output from the control device 31, the MOSFETs 27 and 28 are alternately turned on and off in synchronization with the MOSFETs 22 and 23, respectively, to rectify the alternating current generated in the secondary winding 26 of the transformer 24. Then, the alternating current component rectified by the MOSFETs 27 and 28 is smoothed by the coil 29 and the capacitor 30, and direct current is output from the output terminal 13a.

定常状態では、ＭＯＳＦＥＴ１９は最大オンデューティ設定回路３３で設定された最大オンデューティ（例えば、７０％）の範囲内でオン、オフする。絶縁コンバータ４０の出力電圧Ｖｏがエラーアンプに入力され、昇圧回路制御ＩＣ３２は出力端子に接続された図示しない負荷で要求される電圧に対応する電圧が昇圧回路１５から出力されるようにＭＯＳＦＥＴ１９をオン、オフ制御する。   In the steady state, the MOSFET 19 is turned on / off within the range of the maximum on-duty (for example, 70%) set by the maximum on-duty setting circuit 33. The output voltage Vo of the isolation converter 40 is input to the error amplifier, and the booster circuit control IC 32 turns on the MOSFET 19 so that a voltage corresponding to a voltage required by a load (not shown) connected to the output terminal is output from the booster circuit 15. Control off.

昇圧回路制御ＩＣ３２が備えているエラーアンプは制御追従性が悪いため、昇圧回路１５の入力電圧の急増、あるいは出力端子１３ａからの出力電流の急減等の際、出力端子１３ａの電圧をフィードバックして定常運転時の最大オンデューティ内でＭＯＳＦＥＴ１９のオンデューティを制御する構成では、昇圧電圧の跳ね上がりを抑制するのが難しい。この実施の形態では、コンパレータ３４（過電圧検出手段）が常に昇圧回路１５の出力電圧Ｖｓが過電圧に達したか否かを判断しており、昇圧回路１５の出力電圧Ｖｓが過電圧に達すると、コンパレータ３４から過電圧検出信号としてＨレベルの信号がオンデューティ制限手段３５に出力される。   Since the error amplifier provided in the booster circuit control IC 32 has poor control followability, when the input voltage of the booster circuit 15 is suddenly increased or the output current from the output terminal 13a is suddenly reduced, the voltage of the output terminal 13a is fed back. In the configuration in which the on-duty of the MOSFET 19 is controlled within the maximum on-duty during steady operation, it is difficult to suppress the boost voltage jump. In this embodiment, the comparator 34 (overvoltage detection means) always determines whether or not the output voltage Vs of the booster circuit 15 has reached the overvoltage. When the output voltage Vs of the booster circuit 15 reaches the overvoltage, the comparator 34 34 outputs an H level signal as an overvoltage detection signal to the on-duty limiting means 35.

オンデューティ制限手段３５は、トランジスタＴｒがオフの場合には、定常状態の最大オンデューティに対応する電圧値となる出力電圧Ｖｄが出力されている。しかし、コンパレータ３４からＨレベルの信号が出力されてトランジスタＴｒがオン状態になると、制限されたオンデューティ（例えば、２５％）に対応する電圧値となる出力電圧Ｖｄが出力される。その結果、最大オンデューティ設定回路３３において最大オンデューティが定常状態より低い制限された値に設定される。その結果、ＭＯＳＦＥＴ１９は、昇圧電圧が昇圧回路１５を構成するコンデンサ２０，２１、ＭＯＳＦＥＴ２２，２３等の素子の耐圧を超える値に跳ね上がることのないオンデューティ内でオン、オフされる。   The on-duty limiting means 35 outputs an output voltage Vd having a voltage value corresponding to the maximum on-duty in a steady state when the transistor Tr is off. However, when an H level signal is output from the comparator 34 and the transistor Tr is turned on, an output voltage Vd having a voltage value corresponding to a limited on-duty (for example, 25%) is output. As a result, the maximum on-duty setting circuit 33 sets the maximum on-duty to a limited value lower than the steady state. As a result, the MOSFET 19 is turned on and off within an on-duty in which the boosted voltage does not jump to a value exceeding the withstand voltage of the elements such as the capacitors 20 and 21 and the MOSFETs 22 and 23 constituting the booster circuit 15.

オンデューティが制限された状態でＭＯＳＦＥＴ１９がオン、オフ制御され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の運転が継続されて、負荷の状態あるいは入力電圧の状態が正常になり、昇圧回路１５の出力電圧Ｖｓが過電圧の状態から低下すると、コンパレータ３４の出力信号がＬレベルとなる。すると、オンデューティ制限手段３５のトランジスタＴｒがオフ状態になり、オンデューティ制限手段３５による制限状態が解除され、最大オンデューティ設定回路３３の設定最大オンデューティが定常時の大きな値に戻される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、ＭＯＳＦＥＴ１９が定常状態の最大オンデューティ内でオン、オフ制御される状態になる。   The MOSFET 19 is controlled to be turned on / off in a state where the on-duty is limited, the operation of the DC / DC converter 11 is continued, the load state or the input voltage state becomes normal, and the output voltage Vs of the booster circuit 15 is overvoltage. When the state is lowered from the state, the output signal of the comparator 34 becomes L level. Then, the transistor Tr of the on-duty limiting means 35 is turned off, the restricted state by the on-duty limiting means 35 is released, and the set maximum on-duty of the maximum on-duty setting circuit 33 is returned to a large value during normal operation. Then, the DC / DC converter 11 is in a state in which the MOSFET 19 is on / off controlled within the maximum on-duty in a steady state.

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、昇圧回路１５と絶縁コンバータ４０を備えている。そして、昇圧回路１５の出力電圧Ｖｓが過電圧の状態になると、コンパレータ３４（過電圧検出手段）によりそれが検出され、直流電圧を昇圧するＭＯＳＦＥＴ１９のオン、オフ制御のオンデューティが、定常運転時の最大オンデューティより低い値に制限された状態となる。その結果、従来と異なり、昇圧回路１５の昇圧電圧（出力電圧Ｖｓ）が昇圧回路１５を構成するコンデンサ２０，２１、ＭＯＳＦＥＴ２２，２３等の素子の耐圧をオーバーするまで跳ね上がることが防止され、出力を停止せずに運転を継続することが可能になる。即ち、出力電圧制御の追従性が悪い２ステージ型コンバータにおいても、入力電圧の急増や出力電流の急減に起因する昇圧電圧の跳ね上がりに対して、素子の耐圧性を上昇させて対応しなくても、素子の破損を抑制することができる。 According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The DC / DC converter 11 includes a booster circuit 15 and an insulating converter 40. When the output voltage Vs of the booster circuit 15 is in an overvoltage state, this is detected by the comparator 34 (overvoltage detection means), and the on duty of the on / off control of the MOSFET 19 that boosts the DC voltage is the maximum during steady operation. The state is limited to a value lower than the on-duty. As a result, unlike the conventional case, the boosted voltage (output voltage Vs) of the booster circuit 15 is prevented from jumping until the breakdown voltage of the elements such as the capacitors 20 and 21 and the MOSFETs 22 and 23 constituting the booster circuit 15 is exceeded. It becomes possible to continue driving without stopping. That is, even in a two-stage converter with poor follow-up capability of output voltage control, it is not necessary to increase the withstand voltage of the element to cope with a jump in boosted voltage caused by a sudden increase in input voltage or a sudden decrease in output current. The damage of the element can be suppressed.

（２）コンパレータ３４（過電圧検出手段）は、昇圧回路１５の出力部で昇圧回路１５の出力電圧Ｖｓが過電圧に達したことを検出する。昇圧回路１５が過電圧状態になったことの検出は、昇圧回路１５の出力電圧でも絶縁コンバータ４０の出力電圧、即ちＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧でも可能である。しかし、絶縁コンバータ４０の出力部はコイル２９とコンデンサ３０から構成される出力フィルタにより過電圧波形がなまるため、絶縁コンバータ４０の出力電圧で検出する場合は、昇圧回路１５の出力電圧で検出する場合に比較して応答が遅くなり易い。この実施形態では、昇圧回路１５の出力電圧で過電圧を検出するため、昇圧回路１５が過電圧状態になったことを絶縁コンバータ４０の出力電圧で検出する場合に比較して、早く検出することができる。   (2) The comparator 34 (overvoltage detection means) detects that the output voltage Vs of the booster circuit 15 has reached the overvoltage at the output section of the booster circuit 15. The detection that the booster circuit 15 is in an overvoltage state can be detected by either the output voltage of the booster circuit 15 or the output voltage of the insulation converter 40, that is, the output voltage of the DC / DC converter 11. However, since the overvoltage waveform is distorted by the output filter composed of the coil 29 and the capacitor 30 at the output portion of the insulation converter 40, when detecting with the output voltage of the insulation converter 40, detecting with the output voltage of the booster circuit 15 The response is likely to be slow compared to. In this embodiment, since the overvoltage is detected by the output voltage of the booster circuit 15, it is possible to detect the booster circuit 15 earlier than the case where the overvoltage state is detected by the output voltage of the insulation converter 40. .

（３）昇圧回路１５はコイル１７、ダイオード１８及びコンデンサ２０，２１で構成された昇圧チョッパ回路であり、絶縁コンバータ４０はハーフブリッジ部１６を備えており、コンデンサ２０，２１を昇圧回路１５及びハーフブリッジ部１６で共用している。従って、変換手段としてフルブリッジ部を設ける場合に比較して部品点数を少なくできる。   (3) The step-up circuit 15 is a step-up chopper circuit composed of a coil 17, a diode 18, and capacitors 20, 21, and the insulating converter 40 includes a half bridge unit 16, and the capacitors 20, 21 are connected to the step-up circuit 15 and half It is shared by the bridge unit 16. Therefore, the number of parts can be reduced as compared with the case where the full bridge portion is provided as the converting means.

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 変圧部は、直流電圧を所定の電圧まで昇圧又は降圧できればよい。例えば、変圧部として昇圧回路１５に代えて、降圧回路あるいは昇降圧回路を備えていてもよい。また、ハーフブリッジ部１６に代えて、フルブリッジ型の変換回路やプッシュプル型の変換回路を備えてもよい。 The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
○ The transformer may be capable of boosting or stepping down the DC voltage to a predetermined voltage. For example, a step-down circuit or a step-up / down circuit may be provided instead of the step-up circuit 15 as a transformer. Further, instead of the half-bridge unit 16, a full-bridge type conversion circuit or a push-pull type conversion circuit may be provided.

○ 整流部１３は交互にオン、オフ制御されるＭＯＳＦＥＴ２７，２８を備えた構成に限らず、トランス２４の二次巻線２６からの交流を直流に変換可能な構成であればよく、例えば、ダイオードを組み合わせた整流回路でもよい。   The rectification unit 13 is not limited to the configuration including the MOSFETs 27 and 28 that are alternately turned on and off, and may be any configuration that can convert alternating current from the secondary winding 26 of the transformer 24 into direct current. The rectifier circuit which combined these may be used.

○ オン、オフ制御されるスイッチング素子としてはＭＯＳＦＥＴに限らず、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）等その他のスイッチング素子を使用してもよい。   The switching element that is controlled to be turned on / off is not limited to a MOSFET, and other switching elements such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be used.

○ 変圧部の出力電圧が過電圧に達したことを検出する過電圧検出手段としてのコンパレータ３４を絶縁コンバータ４０の出力部に設け、出力電圧Ｖｏをコンパレータ３４の非反転入力端子に入力するようにしてもよい。   A comparator 34 as an overvoltage detection means for detecting that the output voltage of the transformer section has reached an overvoltage is provided at the output section of the insulating converter 40, and the output voltage Vo is input to the non-inverting input terminal of the comparator 34. Good.

○ ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の電源はバッテリ１４に限らず、交流を直流に変換した直流、即ちＡＣ／ＤＣインバータの出力であってもよい。
○ 本実施形態では、制御信号等の絶縁にフォトカップラを用いたが、パルストランスを用いても良い。 The power source of the DC / DC converter 11 is not limited to the battery 14 but may be a direct current obtained by converting alternating current into direct current, that is, an output of an AC / DC inverter.
In this embodiment, a photocoupler is used for insulation of control signals and the like, but a pulse transformer may be used.

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
・ 請求項１又は請求項２に記載の発明において、昇圧チョッパ回路で構成された変圧部と、絶縁コンバータとしてハーブリッジ型の変換回路を有し、前記コンデンサが変圧部と変換回路で共用されている。 The following technical idea (invention) can be understood from the embodiment.
-In invention of Claim 1 or Claim 2, it has a transformer part comprised by the step-up chopper circuit, and a Harbridge type conversion circuit as an insulation converter, and the said capacitor is shared by the transformer part and the conversion circuit. Yes.

一実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの回路図。The circuit diagram of the DC / DC converter of one embodiment. オンデューティ制限手段の回路図。The circuit diagram of an on-duty restriction means. 従来技術の回路図。The circuit diagram of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

Ｖｓ…出力電圧、１１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１３…整流部、１５…変圧部としての昇圧回路、１９…スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ、３２…制御手段としての昇圧回路制御ＩＣ、３３…最大オンデューティ設定手段としての最大オンデューティ設定回路、３４…過電圧検出手段としてのコンパレータ、３５…オンデューティ制限手段、４０…絶縁コンバータ。   Vs: output voltage, 11: DC / DC converter, 13: rectifier, 15: booster circuit as transformer, 19: MOSFET as switching element, 32: booster circuit control IC as control means, 33: maximum on-duty Maximum on-duty setting circuit as setting means, 34... Comparator as overvoltage detection means, 35... On-duty limiting means, 40.