特許ウォッチ

公開番号2025010878
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-23
出願番号2023113163
出願日2023-07-10
発明の名称アクティブクランプフライバックコンバータ及び制御IC
出願人サンケン電気株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250116BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】出力電圧や出力電流の変化に伴う動作周波数変動を少なくし、ゼロボルトスイッチング動作が可能なACFコンバータを提供する。
【解決手段】ACFコンバータ10は、一次巻線Npと電磁結合された二次巻線Nsを有するトランスTと、一次巻線Npと主スイッチQLが直流電源Vinの両端に直列接続された第1直列回路と、スイッチQH及びコンデンサCacが、一次巻線Npの両端に直列接続された第2直列回路と、主スイッチQL及びスイッチQHをオンオフする制御部100aと、二次巻線の整流平滑回路と該回路の出力電圧を検出する出力電圧検出部とを備える。制御部は、主スイッチをオンオフする第1駆動信号と、主スイッチがオフ期間にスイッチQHをオンオフする第2駆動信号と第3駆動信号とを有し、第1駆動信号のオフから第2駆動信号がオンするまでの第1オフ期間と、第2駆動信号のオフから第3駆動信号のオンまでの第2オフ期間を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
主スイッチ及び一次巻線が、直流電源の両端に直列接続された第１直列回路と、
クランプスイッチ及びクランプコンデンサが、前記一次巻線の両端に直列接続された第２直列回路と、
前記一次巻線と電磁結合された二次巻線を有するトランスと、
前記主スイッチ及び前記クランプスイッチをオンオフする制御部と、
前記二次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の出力電圧を検出する出力電圧検出部と、を備え、
前記制御部は、
前記主スイッチをオンオフする第１駆動信号と、前記主スイッチがオフしている期間に、前記クランプスイッチをオンオフする第２駆動信号と、前記第２駆動信号の後に前記クランプスイッチをオンオフする第３駆動信号とを有し、
前記第１駆動信号のオフ時刻から前記第２駆動信号のオン時刻までの前記主スイッチ及び前記クランプスイッチの双方がオフしている第１オフ期間と、
前記第２駆動信号のオフ時刻から前記第３駆動信号のオン時刻までの前記主スイッチ及び前記クランプスイッチの双方がオフしている第２オフ期間と、を制御する、アクティブクランプフライバックコンバータ及び制御ＩＣ。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記トランスの励磁電流を検出し、前記励磁電流に比例した第１電圧信号を出力する励磁電流検出手段と、前記出力電圧に比例した第２電圧信号を出力する出力電圧検出手段と、を有し、
前記制御部は、前記第１電圧信号と、前記第２電圧信号に基づいて設定された閾値と、に基づいて、前記第２駆動信号のオンのタイミングを設定することで、前記出力電圧検出部で検出されたフィードバック電圧に基づいて、前記第１駆動信号が制御されるとともに、前記第１オフ期間が制御される、請求項１に記載のアクティブクランプフライバックコンバータ及び制御ＩＣ。
【請求項３】
前記制御部は、前記トランスの励磁電流を検出し、前記励磁電流に比例した第１電圧信号を出力する励磁電流検出手段と、予め定められた第３電圧信号を有し、
前記制御部は、前記第１電圧信号と、前記第３電圧信号に基づいて、前記第２駆動信号のオンタイミングを設定することで、前記出力電圧検出部で検出されたフィードバック電圧に基づいて、前記第１駆動信号が制御されるとともに、前記第１オフ期間が制御される、請求項１に記載のアクティブクランプフライバックコンバータ及び制御ＩＣ。
【請求項４】
前記制御部は、前記出力電圧検出部で検出されたフィードバック電圧に基づいてイネーブル信号を生成するイネーブル信号生成手段と、前記第２駆動信号に基づいてディセーブル信号を生成するディセーブル信号生成手段と、を備え、
前記制御部は、前記イネーブル信号と前記ディセーブル信号に基づいて、前記第３駆動信号を制御することで、前記第２オフ期間を制御する、
請求項１に記載のアクティブクランプフライバックコンバータ及び制御ＩＣ。
【請求項５】
前記制御部は、前記出力電圧に比例した第２電圧信号を出力する出力電圧検出手段と、前記第２電圧信号と前記出力電圧検出部で検出されたフィードバック電圧に基づいてイネーブル信号を生成するイネーブル信号生成手段と、前記第２駆動信号に基づいてディセーブル信号を生成するディセーブル信号生成手段と、を備え、
前記制御部は、前記イネーブル信号と前記ディセーブル信号に基づいて、前記第３駆動信号を制御することで、前記第２オフ期間を制御する、
請求項１に記載のアクティブクランプフライバックコンバータ及び制御ＩＣ。
【請求項６】
前記イネーブル信号生成手段は、前記主スイッチがオンしてからＥｎｂ信号がＨｉｇｈになるまでの時間Ｅｎｂ＿Ｄｅｌａｙが、Ｖｆｂ信号に対して、負の値に比例するように制御される、請求項４に記載のアクティブクランプフライバックコンバータ及び制御ＩＣ。
【請求項７】
前記イネーブル信号生成手段は、前記主スイッチがオンしてからＥｎｂ信号がＨｉｇｈになるまでの時間Ｅｎｂ＿Ｄｅｌａｙは、Ｖｆｂ信号に対して負の比例をするように制御され、かつ、比例係数の絶対値は前記出力電圧が大きくなると小さくなるように制御される、
請求項５に記載のアクティブクランプフライバックコンバータ及び制御ＩＣ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブクランプフライバックコンバータ及び制御ＩＣに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの電源回路としてフライバックコンバータが提案されている。フライバックコンバータは主スイッチがオン状態の時にトランスの一次巻線に電流を流し、トランスのインダクタンスにエネルギーを蓄積する。そして、主スイッチがオフ状態でトランスの二次巻線から励磁インダクタンスに蓄えたエネルギーを取り出すことで、電力を１次側から２次側に電送する。
【０００３】
また、フライバックコンバータを高効率化するために、ＲＣＤスナバ回路をクランプスイッチとクランプコンデンサとで構成したアクティブクランプフライバックコンバータ（ＡＣＦコンバータ）が提案されている。なお、ＲＣＤスナバ回路は、リークエネルギーをコンデンサで回収し、抵抗で損失させることでサージ電圧を抑制する。
【０００４】
ＡＣＦコンバータは、トランスのリーケージインダクタンスに蓄積されたリークエネルギーの回生が可能であり、また、主スイッチのスイッチング損失を低減させるＺＶＳ（ゼロボルトスイッチング）を実現することができる。
【０００５】
このＡＣＦコンバータの例として、特許文献１には、非相補制御ＡＣＦが記載されている。特許文献１に開示された非相補制御ＡＣＦは、主スイッチとクランプスイッチとを相補的に動作させず、クランプスイッチを、主スイッチがオンする前であり、かつトランス励磁電流がゼロに低下した後に一度、設定された一定時間オンにするものである。
【０００６】
非相補制御ＡＣＦにおいて、負荷電流が少なくなると、リーケージインダクタンスの電流が少なくなり、電圧共振コンデンサとリーケージインダクタンスとの短い共振周期による電圧共振コンデンサの電圧降下が小さくなりＺＶＳが出来なくなる。特許文献１に示す非相補制御ＡＣＦでは、負荷電流が減少しても励磁インダクタンスのピーク電流がほぼ一定になるように制御しながら、負荷電流の減少に応じてオフ（振動）期間を長くすることで、出力電流が減少してもＺＶＳが出来るよう実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
中国特許出願公開第１０１５７２４９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載された電源変換装置では、励磁インダクタンスの電流が一定になるように制御するため、軽負荷ではエネルギー消費が減少し、オフ期間が長くなり、周波数が可聴域まで低下する問題がある。従って、負荷電流に応じて励磁インダクタンス電流を減少させ、動作周波数を低下させることが必要とされている。
【０００９】
本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、出力電圧や出力電流の変化に伴う動作周波数変動を少なくし、ゼロボルトスイッチング動作を維持することが可能なアクティブクランプフライバックコンバータ及び制御ＩＣを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の態様に係るアクティブクランプフライバックコンバータ及び制御ＩＣは、主スイッチ及び一次巻線が、直流電源の両端に直列接続された第１直列回路と、クランプスイッチ及びクランプコンデンサが、一次巻線の両端に直列接続された第２直列回路と、一次巻線と電磁結合された二次巻線を有するトランスと、主スイッチ及びクランプスイッチをオンオフする制御部と、二次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路と、整流平滑回路の出力電圧を検出する出力電圧検出部と、を備え、制御部は、主スイッチをオンオフする第１駆動信号と、主スイッチがオフしている期間に、クランプスイッチをオンオフする第２駆動信号と、第２駆動信号の後にクランプスイッチをオンオフする第３駆動信号とを有し、第１駆動信号のオフ時刻から第２駆動信号のオン時刻までの主スイッチ及びクランプスイッチの双方がオフしている第１オフ期間と、第２駆動信号のオフ時刻から第３駆動信号のオン時刻までの主スイッチ及びクランプスイッチの双方がオフしている第２オフ期間とを制御する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許