図2はこの発明の実施形態に係る絶縁型DC- DCコンバータ100の回路図である。図2において 、トランスT1には1次巻線N1および2次巻線N21,N2 2を備えていて、1次巻線N1にはブリッジ接続� �た4つのスイッチング素子QA,QB,QC,QDからなる� �イッチング回路SWおよびインダクタL1を接続� ��ている。入力電源1とスイッチング回路との 間にはコモンモードチョークコイルCHとバイ� ��スコンデンサC1~C6からなるフィルタ回路お� �びカレントトランスCTを設けている。カレン トトランスCTの2次側には抵抗R3および整流ダ� ��オードD3を接続して、1次側に流れる電流を� ��圧信号として取り出すようにしている。こ� ��カレントトランスCTを備える回路がこの発� �に係る「電流検出手段」に相当する。

 スイッチング回路SWの4つのスイッチング素� ��QA~QDには駆動回路11を接続している。この駆 動回路11がこの発明に係る「スイッチング制� ��手段」に相当する。
 トランスT1の2次巻線N21,N22には整流ダイオー ドD1,D2、インダクタL2およびキャパシタC7から なる整流平滑回路を設けている。この整流平 滑回路から出力端子T21,T22に出力電圧を出力� �る。この出力端子T21-T22間には負荷回路2を接 続している。また、出力端子T21-T22の間には� �抗R1,R2からなる出力電圧検出回路を設けてい る。
 ディジタル制御回路10はDSP(Digital Signal Proce ssor)で構成している。このディジタル制御回� ��10の動作は次の通りである。

 [制御パルス信号の出力]
 スイッチング回路SWに対する制御パルス信� �をパルストランスT2に出力する。これにより 、駆動回路11はパルストランスT2を介して上� �制御パルス信号を入力し、スイッチング回� �SWの各スイッチング素子QA~QDを駆動する。

 駆動回路11はパルストランスT2の立ち上が りタイミングと立ち下がりタイミングを基に 、それを位相制御してスイッチング素子QA,QD� ��組とQB,QCの組を交互にオン/オフする。

 このようにパルストランスT2を用いてデ� �ジタル制御回路が出力する前記制御パルス� �号を絶縁状態で1次側に伝達するようにした� ��とにより、パルスしか伝達しないので、経� ��劣化の影響を受けにくいという効果を奏す� ��。

 [入力電源電圧の検知]
 トランスT1の1次巻線N1の巻数をN1,2次巻線N21, N22の巻数をそれぞれN2、出力電圧をVo、入力� �源電圧をVin、スイッチング回路のオンデュ� �ティをDonで表せば、入力電源電圧は次の関� �で求める。

 Vin=Vo(N1/N2)/Don  …(1)
 すなわち、このコンバータはフルブリッジ� ��のコンバータであるので、入力電源電圧と� ��力電圧とは比例関係にあり、その比例係数� ��(1)式のとおりである。ディジタル制御回路1 0は、ディジタル制御回路10自身の制御によっ てスイッチング回路SWのオンデューティを定� ��ているのでオンデューティは既知であり、( 1)式の演算によって入力電源電圧を高精度に� ��めることができる。

 図2に示した例では、ディジタル制御回路 10がアナログ信号である出力電圧検出信号を� ��力して内部でディジタルデータに変換する� ��うにしたが、外部にA/Dコンバータを設けて� ��出力電圧のディジタル値を入力するように� ��成してもよい。

 (1)式では損失等を考慮していないが、実� ��にはトランスT1での損失等があるので、そ� �損失等も考慮した補正演算を行えば、より� �確な入力電源電圧が算出できる。

 なお、フルブリッジ回路以外にハーフブ� ��ッジ回路やセンタータップ(プッシュプル)� �路についても入力電源電圧と出力電圧との� �には比例関係が成り立つので、同様にして� �れぞれの回路形式に応じた比例係数で入力� �源電圧を算出することができる。

 [2次側電流の検知]
 負荷回路2に流れる電流が大電流である場合 、それを直接検出することは実質上不可能で あることが多い。図2に示した回路では、カ� �ントトランスCTを用いて1次側に流れる電流� �検出できるので、カレントトランスCTの2次� �出力電圧を入力して、1次側に流れる電流を� ��出し、この1次側に流れる電流を基にして2� �側に流れる電流を算出する。ここで、1次側� ��流れる電流の実効値をIin、2次側に流れる電 流の実効値をIo、で表し、損失を無視すれば� ��
 Io=Iin(N1/N2)   …(2)
 の関係が成り立つ。

これらの演算によって出力電流Ioを求める� ��

 [定電圧制御]
 抵抗R1,R2による出力電圧検出回路からの信� �を基に出力電圧Voを検出するとともに、内部 でディジタルデータに変換し、その値が所定 値を保つようにスイッチング回路SWの各スイ� ��チング素子QA~QDのオンデューティを制御す� �。

 [定電流制御]
 前記「2次側電流の検知」によって求めた2� �側に流れる電流Ioが所定の一定電流となるよ うにスイッチング回路SWの各スイッチング素� ��QA~QDのオンデューティを制御する。

 [負荷回路との通信]
 ディジタル制御回路10は、負荷回路2との間� ��データの通信または信号の入出力を行うた� ��のポートを備えていて、例えば負荷回路(電 子機器)に対してコンバータの状態等を常に� �信したり、負荷回路側の負荷状態等を受信� �てスイッチング制御に反映したりする。

 [過電流保護]
 図3は図2に示した絶縁型DC-DCコンバータの過 電流保護特性を示す図である。出力電流Ioが� ��限値Icに達するまでは定電圧制御により出� �電圧Voは所定の一定電圧Vcを保つ。
 出力電流Ioが上限値Icを超えようとしたとき 、定電流制御に移行して出力電圧Voを低下さ� ��る。これにより図3に示すような垂下特性を 実現する。

 なお、図2に示した例ではディジタル制御 回路10が出力する制御パルス信号を絶縁状態� ��1次側に伝達する絶縁手段としてパルストラ ンスT2を用いたが、フォトカプラを用いて絶� ��してもよい。すなわち、ディジタル制御回� ��10が出力する制御パルス信号を絶縁状態で� �達すれば良いので、フォトカプラを用いて� �経時劣化の影響を殆ど受けることなく使用� �きる。また、フォトカプラを用いればパル� �トランスに比べて省スペース化が図れると� �う効果を奏する。

 図4・図5はディジタル制御回路10の主たる制 御内容を示すフローチャートである。
 所定のサンプリング周期では図4(A)に示すよ うに、カレントトランスCTからの電圧をサン� ��リングして入力電流Iinを求め、また出力電� ��検出回路からの出力電圧をサンプリングし� ��出力電圧Voを求める。

 また、図4(B)に示すように、スイッチング 回路SWのオンデューティDonが定まれば、スイ� ��チング周波数の周期でオンデューティDonに� ��じたタイミングでスイッチング素子QA~QDを� �イッチングするための制御パルス信号を出� �する。

 図5は前記定電圧制御、定電流制御、およ び過電流保護制御を行うための処理手順を示 している。まず、前記(2)式に従って入力電流 Iinから出力電流Ioを算出する(S1)。この出力電 流Ioが予め定めた上限値Icを超えているか否� �を判定し、超えていなければ、出力電圧Voが 予め定めた一定電圧Vcとなるためのオンデュ� ��ティDonを決定する(S2→S3)。

 出力電流Ioが上限値Icを超えた場合には、 その時の出力電圧Voから入力電源電圧Vinを前� ��(1)式に基づいて算出する(S4)。そしてこの入 力電源電圧Vinを過電流保護開始直前の入力電 源電圧Vmとして記憶する(S4→S5)。その後、出� ��電流Ioが上限値Icとなるためのオンデューテ ィDonを決定する(S6)。すなわち過電流保護状� �では出力電圧を制御しないので出力電圧Voが 変動しやすくなるため、それを基に入力電源 電圧Vinを安定的に求めることができない。そ こで、過電流保護を開始する直前の入力電源 電圧VinをデータVmとして保持し、入力電源電� ��はその値で変動しないものとして扱う。

 一般的にスイッチング電源回路は入力電� ��電圧の値がある所定値である時に電力変換� ��率が最大となるように設計されるため、入� ��電源電圧が該所定値から大きく外れた場合� ��は電力変換効率は通常悪化する。電力変換� ��率が低下すれば、負荷に対して同じ出力電� ��、同じ出力電流を得るのに必要な入力電流� ��増大する。よって、一般的に入力電源電圧� ��変動した場合、過電流保護回路の動作点(出 力電流が所定のしきい値に達したときに定電 流制御に切り換える点)が変動する場合があ� �。よって、入力電源電圧が変動しても、過� �流保護回路の動作点を一定にするため、入� �電源電圧の値に応じた補正値をディジタル� �御回路の内部に予め保持しておくという方� �を採ってもよい。

 なお、算出して求めた入力電源電圧Vinを� ��憶するのではなく、過電流保護開始直前の� ��力電圧Vo(≒Vc)を記憶しておき、この記憶し� ��値を前記(1)式のVoに代入して入力電源電圧Vi nを求めるようにしてもよいし、入力電源電� �に応じた過電流保護動作点の補正値を記憶� �ておいても良い。