JP2002044937A - 同期整流回路 - Google Patents

同期整流回路

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JP2002044937A
JP2002044937A JP2000226349A JP2000226349A JP2002044937A JP 2002044937 A JP2002044937 A JP 2002044937A JP 2000226349 A JP2000226349 A JP 2000226349A JP 2000226349 A JP2000226349 A JP 2000226349A JP 2002044937 A JP2002044937 A JP 2002044937A
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circuit
switching element
choke coil
switching
mosfet
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Masaaki Kounofuji
正明 甲野藤
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 この同期整流昇圧回路10は、直流入力電圧
源14、第1のチョークコイル20及び主スイッチング
素子22により閉回路を構成すると共にこの閉回路の出
力を整流用スイッチング素子24を介して負荷18に供
給する昇圧コンバータ回路26、この昇圧コンバータ回
路に付加接続される部分共振回路34を含む。この部分
共振回路34は主スイッチング素子に夫々並列接続され
る共振用コンデンサ32と、第2のチョークコイル28
及び補助スイッチング素子30の直列回路を備え、さら
に第2のチョークコイルを介して整流用スイッチング素
子に整流ダイオード36を並列接続している。そして、
スイッチングパルス生成回路38よりMOSFETを用
いた各スイッチング素子に駆動制御信号を付与する。 【効果】 部分共振回路34の付加により、例えばMO
SFETのボディーダイオードによるサージ電流を低減
し高効率化と低ノイズ化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は同期整流回路に関し、
特にたとえばMOSFETを用いた同期整流回路に部分
共振回路を付加することにより特性の改善を図ることが
できる同期整流回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に同期整流回路は、低い動作抵抗の
電界効果型トランジスタ(以下MOSFETという)を
使用することで高効率化を図ることができる回路である
が、MOSFETの寄生ダイオード(ボディーダイオー
ド)のリカバリー特性が悪いためサージ電圧やサージ電
流が発生する。例えば、サージ電流が大きくなると、ノ
イズ発生の原因となり、最悪の場合には素子定格を超え
る電流が発生して素子破壊に至ることになる。
【0003】そして、サージ電流等の発生する原因は、
MOSFETの寄生ダイオードのリカバリー特性が遅い
ためである。すなわち、ダイオードの電圧・電流変化
(ΔV/Δt・ΔI/Δt)が大きいためである。
【0004】ところで、MOSFETの寄生ダイオード
のリカバリー特性を緩やかにすることでサージ電圧、サ
ージ電流を低減することができるが、その具体的な方法
としては次のものがある。 1.スイッチングスピードを遅くする方法:すなわち、
MOSFETの寄生ダイオードのスイッチングを緩やか
にするためには、図5においてMOSFETを用いたス
イッチング素子Q1だけでなく、スイッチング素子Qの
スイッチングスピードも遅くする必要がある。しかし、
スイッチングスピードを遅くすることは効率低下の原因
となるため同期整流回路の長所である高効率化の妨げと
なる。 2.可飽和リアクトルを挿入する方法:この場合、図5
に示す回路図において、スイッチング素子Q1と直列に
挿入した可飽和リアクトルLmによりダイオードのリカ
バリー特性が緩やかになる。
【0005】すなわち、ダイオードの特性改善によりサ
ージ電流は低減できるが、可飽和リアクトルLmにより
主線のインダクタンスが大きくなり図示のVds間に生
じるサージ電圧が大きくなり、その対策として新たにス
ナバ回路が必要になる。このスナバ回路も効率低下の原
因となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】それゆえに、この発明
の主たる目的は、チョッパ回路、スイッチング電源等の
整流ダイオードを双方向導通可能なMOSFETに置換
えた同期整流回路において、部分共振回路を付加するこ
とにより寄生ダイオードの特性を改善しサージ電流を低
減して効率の良い低ノイズの同期整流回路を提供するこ
とである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、直流入力電
圧源、第1のチョークコイル及び主スイッチング手段を
含む閉回路、この閉回路の出力を整流用スイッチング手
段を介して負荷に供給する同期整流回路において、主ス
イッチング手段に共振用コンデンサと、第2のチョーク
コイル及び補助スイッチング手段の直列回路をそれぞれ
並列接続して構成される部分共振回路を付加したことを
特徴とする、同期整流回路である。
【0008】
【作用】同期整流回路に付加された部分共振回路は主ス
イッチング手段をゼロ電圧スイッチングさせるため、例
えばMOSFETによる整流用スイッチング手段もゼロ
電圧スイッチングを行い、サージ電流を減少させる。
【0009】
【発明の効果】この発明によれば、MOSFETの寄生
ダイオードの特性を容易に改善でき、その結果同期整流
回路の高効率化と低ノイズ化を図ることが可能となる。
【0010】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴及び利点は、図面を参照して以下に行う実施例の詳細
な説明により一層明らかとなろう。
【0011】
【実施例】図1に示すこの発明による一実施例の同期整
流昇圧回路について以下説明する。
【0012】この同期整流昇圧回路10は、例えば、入
力コンデンサ12を接続した太陽光発電電池等の直流入
力電圧源14の入力電圧を昇圧し、出力コンデンサ16
を接続した負荷18に昇圧された出力電圧を供給するも
のである。
【0013】そして、同期整流昇圧回路10は、直流入
力電圧源14、第1のチョークコイル(インダクタン
ス)20及びゲート端子22aを有する主スイッチング
素子22を含む閉回路及びこの閉回路の出力を整流する
ゲート端子24aを有する整流用スイッチング素子24
により構成される昇圧コンバータ回路26と、この昇圧
コンバータ回路26に付加接続される部分共振回路34
を含む。
【0014】また、部分共振回路34は主スイッチング
素子22にそれぞれ並列接続される共振用コンデンサ3
2と、第2のチョークコイル(インダクタンス)28及
びゲート端子30aを有する補助スイッチング素子30
の直列回路を含む。
【0015】整流用スイッチング素子24には第2のチ
ョークコイル28を介して順方向に整流ダイオード36
が並列接続されている。
【0016】主スイッチング素子22、整流用スイッチ
ング素子24および補助スイッチング素子30は、いず
れも内蔵ボディーダイオード(寄生ダイオード)を有す
るMOSFETを使用している。
【0017】そして、各スイッチング素子22、24お
よび30は夫々のゲート端子22a、24aおよび30
aにスイッチングパルス生成回路(制御回路)38より
ゲート信号が付与されてオン・オフ制御されるものであ
る。このスイッチングパルス生成回路38は主回路上の
出力電圧Voを検出してPWM信号を発生させ、このP
WM信号に基づき各スイッチング素子22、24および
30のゲート端子22a,24aおよび30aに駆動制
御信号を付与する。
【0018】次に図2〜図4に示される動作波形図、動
作波形イメージ図およびパルスパターン図をそれぞれ参
照してこの同期整流昇圧回路の動作概要について説明す
る。
【0019】但し、図1において、IQは主スイッチ電
流、Vdsは主スイッチ電圧、VQ1は整流用スイッチ
ング素子24の寄生ダイオードの両端電圧である。
【0020】図1において、整流用スイッチング素子2
4における寄生ダイオードの特性を改善するには寄生ダ
イオードの両端電圧VQ1の変化(ΔV/Δt)を小さ
くすればよい。例えば、ゼロ電圧スイッチングを用いる
ことで実現できる。
【0021】すなわち、先に説明した部分共振回路34
を追加接続することで達成される。整流用スイッチング
素子24における寄生ダイオードの両端電圧VQ1の変
化を小さくするには、主スイッチ電圧Vdsの変化を小
さくすれば良い。図2に示すように、主スイッチ電圧V
dsは部分共振回路34の動作により立ち上がり、立下
りとも電圧変化は緩やかになる。
【0022】図2は、図1の実施例における動作タイミ
ングチャートで、T0−T1間は共振用コンデンサ32
の充電により緩やかに立ちあがる。また、T2−T3間
は共振用コンデンサ32、第2のチョークコイル28お
よび補助スイッチング素子30により構成される部分共
振回路34により共振用コンデンサ32の電荷を第2の
チョークコイル28を通り緩やかに放電するため図示し
た動作波形になる。
【0023】そして、整流用スイッチング素子24にお
ける寄生ダイオードの両端電圧VQ1の動作波形は主ス
イッチ電圧Vdsの動作波形と双対波形になる。この電
圧VQ1の動作波形イメージ図は、図3(a)に示され
る。なお、従来例も比較のため図3(b)で示される。
【0024】また、部分共振回路34は主スイッチング
素子22をゼロ電圧スイッチングさせるため、主スイッ
チング素子22の効率の低下は発生しない。
【0025】ここで、この発明の一実施例である同期整
流昇圧回路の制御について説明する。
【0026】従来の同期整流昇圧回路は、図5において
主スイッチング素子Qと整流用スイッチング素子Q1を
若干の非導通時間(デッドタイム)を持たせて交互にス
イッチさせることで制御していた。この発明による同期
整流昇圧回路10は部分共振回路34を併せ持っている
ためその制御方法も工夫が必要となる。
【0027】すなわち、図2に示すようにT0−T1間
およびT2−T3間はいずれも共振動作中であり、この
共振動作によって整流用スイッチング素子24の寄生ダ
イオードの両端電圧VQ1の電圧変化を小さくしてい
る。したがって、この期間中、部分共振回路34以外は
動作させないことが重要である。
【0028】図4に各スイッチング素子22、24およ
び30のゲート端子に対する駆動制御信号のパルスパタ
ーン図を示す。このようなパルスパターンの駆動制御信
号はスイッチングパルス生成回路38で生成される。そ
して、T0−T1間ではいずれのスイッチング素子も導
通せず、この期間中に共振用コンデンサ32が充電され
る。また、T2−T3間では補助スイッチング素子30
のみが導通し、その間に共振用コンデンサ32の電荷は
放電される。
【0029】以上説明したようにこの発明による同期整
流回路は、部分共振回路を併せ持つようにすると共に各
スイッチング素子としてMOSFETを用いたので、こ
のMOSFETの内蔵ボディーダイオード(寄生ダイオ
ード)によるサージ電流は部分共振回路の動作により低
減され、その結果素子破壊が回避できるだけでなく、高
効率化および低ノイズ化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す同期整流昇圧回路の
回路構成図である。
【図2】図1における主スイッチ電圧Vdsの動作波形
図である。
【図3】(a)および(b)は図1におけるスイッチン
グ素子24と図5におけるスイッチング素子Q1の各寄
生ダイオードの両端電圧VQ1の動作波形イメージ図で
ある。
【図4】図1におけるスイッチングパルス生成回路から
各スイッチング素子のゲート端子に付与される駆動制御
信号のパルスパターン図である。
【図5】図1に相当する従来例の回路構成図である。
【符号の説明】
10 …同期整流昇圧回路(同期整流回路) 14 …直流入力電圧源(太陽光発電電池) 20 …第1のチョークコイル(インダクタンス) 22 …主スイッチング素子 24 …整流用スイッチング素子 26 …昇圧コンバータ回路 28 …第2のチョークコイル(インダクタンス) 30 …補助スイッチング素子 32 …共振用コンデンサ 34 …部分共振回路 38 …スイッチングパルス発生回路(制御回路)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流入力電圧源、第1のチョークコイル及
    び主スイッチング手段を含む閉回路、前記閉回路の出力
    を整流用スイッチング手段を介して負荷に供給される同
    期整流回路において、 前記主スイッチング手段に共振用コンデンサと、第2の
    チョークコイル及び補助スイッチング手段の直列回路を
    それぞれ並列接続して構成される部分共振回路を付加し
    たことを特徴とする、同期整流回路。
  2. 【請求項2】前記整流用スイッチング手段に前記第2の
    チョークコイルを介して並列に接続される整流ダイオー
    ドをさらに含む、請求項1記載の同期整流回路。
  3. 【請求項3】前記各スイッチング手段は、いずれもMO
    SFETを含む、請求項1または2記載の同期整流回
    路。
  4. 【請求項4】前記MOSFETのゲート端子に駆動制御
    信号を付与するスイッチングパルス生成回路をさらに含
    む、請求項3記載の同期整流回路。
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