JP2001128449A - フライバック型スイッチング電源 - Google Patents
フライバック型スイッチング電源Info
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Abstract
コンバータにおいて、起動時の主スイッチング素子オン
タイミング誤動作を防止することにより、起動時の主ス
イッチング素子への過剰なストレスが印加されることを
防ぎ、より安全度の高いスイッチング電源を提供する。 【解決手段】電源起動時の制御巻線4電圧にはMOSFET2
オフ時のリンギング電圧は発生するが、タイマー17に
よりMOSFET2がオフしてから一定時間の検出ブランク時
間を設けて、MOSFET2OFF時の制御巻線4リンギング電
圧による誤検出を防ぎ、主スイッチング素子への過剰な
ストレスを防止する。
Description
コンバータに関するもので電流臨界動作型フライバック
コンバータと呼ばれる直流変換器の起動時誤動作を防止
する回路に関するものである。
動作図を示すもので、図中1は直流電源、2はMOSFET
(主スイッチング素子)、7は巻線検出コンパレータ、
9は巻線検出保護ツェナー、8はリファレンス電圧、6
はIC制御部、5は抵抗、3は1次巻線、20は2次巻
線、4は制御巻線、18はトランス、19は出力整流ダ
イオード、21は出力コンデンサ、CONTは制御回路であ
る。又、図5において(a)は制御巻線4の電圧(VN
C)(b)は巻線検出コンパレータ7の非反転入力電圧
(Vc)、(c)はMOSFET2のゲート・ソース間電圧(V
G)、(d)はMOSFET2のドレイン電流(ID)、(e)
は出力整流ダイオード19の電流波形(IF)、(f)は
MOSFET2のドレイン・ソース間電圧(VDS)である。
とIC制御部6よりMOSFET2をオンさせる信号が出力され
MOSFET2がオンする。これによりMOSFET2のドレイン電
流は図5(d)の様に時間とともに増加しトランス18
にエネルギーを蓄積する。ドレイン電流がある値まで増
加するとIC制御部6よりオフ信号が出力されMOSFET2は
オフする。MOSFET2がオフするとトランス18に蓄えら
れていたエネルギーは、2次巻線20より出力整流ダイ
オード19を通し出力コンデンサ21を充電しはじめ
る。電源起動時に出力電圧が上がっていない状態で制御
巻線フライバック電圧(VNC)は
御巻線4の電圧は非常に低い電圧となる。又、MOSFET2
がオフするタイミングでドレイン電流変化とトランス1
8のリーケージインダクタンスによりMOSFET2のドレイ
ン・ソース間電圧VDSにリンギング電圧(リンギング電
圧は、サージ電圧の振動を示す)が発生し図5(a)の
様に制御巻線4にもその電圧に比例した電圧が発生す
る。そのリンギング電圧は制御巻線の4フライバック電
圧に収束する様に振動が起こるので起動時制御巻線4フ
ライバック電圧が低いことによりMOSFET2OFF時に巻線
検出コンパレータ7は非反転入力端子電圧が、リファレ
ンス電圧8を下回る。よって、巻線検出コンパレータ7
よりIC制御部6へオントリガ信号が出力され制御部6よ
りオン信号が出力されることによりMOSFET2がオンす
る。
検出してMOSFET2をオンするのでドレイン電流IDは0A
から流れ始めるが、誤動作によりMOSFET2オフ直後に再
度オンするので、MOSFET2オフ期間が短くなる。MOSFET
2再オン時の流れ始め電流値(ID)は一波前のMOSFET
ドレイン電流ピーク値(ID)からΔID分だけ下がる。
再オン時の流れはじめ電流はほとんど下がらずMOSFET2
は再びオンすることになるので、ドレイン電流は図5
(d)の様に増加していく。ドレイン電流の増加により
仮に制御ICに過電流検出機能があり動作したとしても電
流検出用コンパレータや制御ICの動作遅れ分の時間はMO
SFET2がオンしてしまうのでドレイン電流はさらに増加
し、それに比例して図5(f)の様にVDSサージ電圧も
大きくなる。しかし発振が続くと出力電圧が徐々に上昇
するので、MOSFET2オフ時の制御巻線4のフライバック
電圧も上昇し制御巻線4のリンギング電圧は、巻線検出
コンパレータ7の非反転入力端子電圧がリファレンス電
圧8を下回らない様になるので、トランス18のエネル
ギーが放出されてからMOSFET2がオンする正常動作へと
移行する。正常な動作では、2次巻線20によりエネル
ギーの放出が終わると、MOSFET2のオン期間に制御巻線
4に発生していたフライバック電圧が下降し、その電圧
が巻線検出コンパレータ7のリファレンス電圧8を下回
るとコンパレータ7よりIC制御部6へオントリガ信号が
出力されIC制御部6よりMOSFET2へオン信号が出力され
再びMOSFET2がオンし発振を維持する。
御巻線検出の誤検出によりMOSFET2のドレイン電流、ド
レイン・ソース間電圧ストレスが大きくなる。これは最
悪のケースにおいてMOSFET2の破損を引き起こす要因と
もなりうるので何らかの対策が必要となる。本発明は、
制御ICを使用した電流臨界動作型フライバックコンバー
タにおいて起動時の主スイッチング素子オンタイミング
誤動作を防止し、サージ電圧によるMOSFETの破損を防止
する。
するため請求項1の発明は一次巻線、二次巻線および制
御巻線を有するトランスと前記一次巻線に直列接続され
た半導体スイッチと、前記半導体スイッチをオン、オフ
制御する制御回路と、前記二次巻線に接続された整流回
路を備え該半導体スイッチのオン時に前記トランスに蓄
積されたエネルギーを該半導体スイッチのオフ時に該二
次巻線より整流回路に放出するようにしたフライバック
型スイッチング電源において、前記制御回路は、該二次
巻線の放出エネルギーがゼロになるタイミング検出する
タイミング検出手段と、タイマー手段を有し、前記タイ
ミング検出手段の出力信号と前記タイマー手段のタイマ
ー信号との論理出力により該半導体スイッチをオン動作
させるようにしたことを特徴とし、この構成により、主
スイッチング素子がオフしてから一定時間の検出ブラン
ク期間をおき制御巻線電圧検出を動作させることにより
起動時の誤動作を防ぎ主スイッチング素子への過剰なス
トレスを防止する。
は、制御回路にスイッチング電源が起動時から定常動作
に移行したことを検出する定常検出手段を設け前記定常
検出手段の信号によりタイマー信号を解除するようにし
たことを特徴とする。この構成により起動時から定常動
作への移行を円滑にできる。
はその動作説明図で、従来型と同一符号は同等機能部分
を示す。図中1は直流電源、2はMOSFET(主スイッチン
グ素子)、7は巻線検出コンパレータ、9は巻線検出保
護ツェナー、5は抵抗、8はリファレンス電圧、14は
ANDゲート、17はタイマー、6はIC制御部、3は一次
巻線、4は制御巻線、20は2次巻線、18はトラン
ス、2次整流平滑回路として19は出力整流ダイオー
ド、21は出力コンデンサ、CONTは制御回路である。図
2において(a)は制御巻線4の電圧(VNC)、(b)
は巻線検出コンパレータ7の非反転入力電圧(Vc)、
(c)はタイマー17の出力(ANDゲート14入力)(V
T)、(d)はMOSFET2のゲート・ソース間電圧(V
G)、(e)はMOSFET2のドレイン電流(ID)、(f)
は出力整流ダイオード19の電流(IF)、(g)はMOSF
ET2のドレイン電圧(VDS)である。
るとIC制御部6よりMOSFET2をオンさせる信号が出力さ
れMOSFET2がオンする。これによりMOSFET2のドレイン
電流は図2(e)の様に時間とともに増加しトランス1
8にエネルギーを蓄積する。ドレイン電流がある値まで
増加するとIC制御部6よりオフトリガ信号が出力されMO
SFET2はオフする。MOSFET2がオフするとトランス18
に蓄えられていたエネルギーは、2次巻線20より出力
整流ダイオ−ド19を通し出力コンデンサ21を充電し
はじめる。従来回路と同様に電源起動時の制御巻線4電
圧には図2(a)の様にMOSFET2オフ時のリンギング電
圧は発生するが、タイマー17によりMOSFET2がオフし
てから一定時間の検出ブランク時間を設けているのでMO
SFET2のオフ時の制御巻線4リンギング電圧による誤検
出は起こらない。即ちタイマー14の出力信号とコンパ
レータ7の出力信号はANDゲート14により論理構成さ
れIC制御部6により、この間のMOSFET2のオン信号を停
止する。
ス電圧8を より低い値に設定すれば検出ブランク時間が経過後でも
二次巻線20より出力整流ダイオード19を通し出力コ
ンデンサ21を充電する電流が0Aになるまで制御巻線4
のフライバック電圧は巻線検出コンパレータ7のリファ
レンス電圧8より高い値となり、発振1波目から2次巻
線20より出力整流ダイオード19を通し出力コンデン
サ21を充電する電流の0Aになるタイミングを検出する
ことができる。この様に2次巻線20よりエネルギーが
放出し終わると、MOSFET2のON期間に制御巻線4に発生
していたフライバック電圧は下降し始める。その巻線検
出コンパレータ7の非反転入力端子電圧がリファレンス
電圧8以下になると巻線検出コンパレータ7はONトリガ
信号を出力しその時点でタイマー17の検出ブランク時
間が終わっていればMOSFET2へON信号が出力されMOSFET
2がONする。これにより発振を継続する。
一実施例回路図と同一符号は同等機能部分を示す。第一
実施例回路図と異なる部分は、起動時誤動作防止回路を
電源が定常動作に移行すると機能を停止する回路を有す
るところにある。10は起動/定常動作判定用コンパレ
ータ、13はタイマー、12はANDゲート、15は起動/
定常動作状態保持用RSフリップフロップ、16はNANDゲ
ートにより構成される。
あり、MOSFET2OFF時の制御巻線4のフライバック電圧
は の式によりあらわされ、出力電圧Voにほぼ比例した値と
なる。つまり、出力電圧を制御巻線4のフライバック電
圧をタイマー13で設定されたブランク時間の後で、検
出することにより間接的に検出し起動/定常動作判定用
コンパレータ10の非反転入力電圧がリファレンス電圧
11以上になるのを検出し起動/定常動作状態保持用RS
フリップフロップ15をセットする。一度起動/定常動
作状態保持用RSフリップフロップ15がセットされると
リセットされるまでNANDゲート16とANDゲート14で
タイマー17の出力状態に関係なく巻線検出コンパレー
タからのONトリガ信号をIC制御部6へ送る様に動作す
る。又、直流電源1がOFFし電源の発振が一旦停止して
から直流電源1がONした場合IC制御部6より起動/定常
動作状態保持用RSフリップフロップがリセットされる信
号が送られ、起動誤動作防止回路は再び動作する。
源では、起動時に電流臨界点の検出に主スイッチがOFF
してから一定期間のブランクを設ける回路を付加するこ
とにより起動時の誤動作を防ぎ、起動時の主スイッチへ
の過剰なストレスが加わるのを防止することが可能とな
る。
レータ10) 12:ANDゲート 13:タイマー(起動/定常動作判定用) 14:ANDゲート 15:起動/定常動作状態保持用RSフリップフロップ 16:NANDゲート 17:タイマー(巻線検出ブランク用) 18:トランス 19:出力整流ダイオード 20:2次巻線 21:出力コンデンサ
Claims (2)
- 【請求項1】一次巻線、二次巻線および制御巻線を有す
るトランスと、前記一次巻線に直列接続された半導体ス
イッチと、前記半導体スイッチをオン、オフ制御する制
御回路と、前記二次巻線に接続された整流回路を備え該
半導体スイッチのオン時に前記トランスに蓄積されたエ
ネルギーを該半導体スイッチのオフ時に該二次巻線より
整流回路に放出するようにしたフライバック型スイッチ
ング電源において、前記制御回路は、該二次巻線の放出
エネルギーがゼロになるタイミングを検出するタイミン
グ検出手段と、タイマー手段を有し、前記タイミング検
出手段の出力信号と前記タイマー手段のタイマー信号と
の論理出力により該半導体スイッチをオン動作させるよ
うにしたことを特徴とするフライバック型スイッチング
電源。 - 【請求項2】制御回路にスイッチング電源が起動時から
定常動作に移行したことを検出する定常検出手段を設け
前記定常検出手段の信号によりタイマー信号を解除する
ようにしたことを特徴とする請求項1のフライバック型
スイッチング電源。 【請求項2】定常検出手段は半導体スイッチのオフ時、
制御巻線電圧が設定電圧に達し且つ所定時間継続するこ
とを確認する回路により構成されたことを特徴とする請
求項2のフライバック型スイッチング電源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30905599A JP4311831B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | フライバック型スイッチング電源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30905599A JP4311831B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | フライバック型スイッチング電源 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001128449A true JP2001128449A (ja) | 2001-05-11 |
JP4311831B2 JP4311831B2 (ja) | 2009-08-12 |
Family
ID=17988344
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30905599A Expired - Lifetime JP4311831B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | フライバック型スイッチング電源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4311831B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104836444A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-08-12 | 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 | 一种自适应消隐时间的控制方法及电路 |
JP2017163655A (ja) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | 株式会社デンソー | スイッチング素子の故障検出回路 |
-
1999
- 1999-10-29 JP JP30905599A patent/JP4311831B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104836444A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-08-12 | 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 | 一种自适应消隐时间的控制方法及电路 |
CN104836444B (zh) * | 2015-04-24 | 2017-07-11 | 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 | 一种自适应消隐时间的控制方法及电路 |
JP2017163655A (ja) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | 株式会社デンソー | スイッチング素子の故障検出回路 |
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JP4311831B2 (ja) | 2009-08-12 |
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