Presentation Information
[B-9-01]広範囲出力電圧に対応したフライバックコンバータの特性について
◎Motoki Sumii1, Seiya Abe1 (1. Kyushu Institute of Technology)
Keywords:
Active Clamp,Continuous Conduction Mode,Wide Output Voltage Range
近年、USB Power Delivery (USB-PD) の普及により種々の機器の充電を1つの充電器で行えるようになり、充電システムは従来のPFC回路と2つのDC-DCコンバータを用いる3段方式から、PFC回路と1つのDC-DCコンバータで変換する2段方式へと替わってきている。しかし、2段方式では高効率化が困難となってきている。従来、トランスの巻数比を可変として出力電圧を調整し高効率化を図る手法が先行研究で確認されているが、電流不連続モードで動作する範囲が広くなる問題がある。電流不連続モードでは出力電圧が上昇するため、それを抑制するために時比率を小さくする必要が生じ、可変巻き数構造の利点が損なわれるという課題があった。 本稿では、電流連続モードで動作する範囲を広げるため、可変巻き数構造に加え、アクティブクランプ方式を適用したフライバックコンバータを提案し、その動作特性について検討した。提案回路は2次側に巻き数の異なる2巻線を有し、使用する巻線をスイッチの切替えにより3種類の巻き数比（1:N1、1:N2、1:N1+N2）を得る。これにより、時比率を極端に小さくすることなく、広範囲の出力電圧に対応する。さらに、アクティブクランプ方式の適用により、スイッチQ1のオフ期間にスイッチQ2が導通し、トランスを介してクランプ回路で電流が還流するため、軽負荷時でも電流連続モードで動作し続けることが可能となる。 入力電圧を200Vにスケーリングした試作機による特性評価の結果、軽負荷時を含む全負荷範囲において電流不連続モードによる電圧上昇は確認されず、広い範囲で電流連続モードを保つことが確認できた。また、1つのDC-DCコンバータで4.5Vから24Vの広範囲な出力電圧に対応可能であることを示し、効率特性の測定から最大定格24V、5A時における効率は約81%となることを確認した。