JP2002199713A - 同期整流型フォワードコンバータ - Google Patents

同期整流型フォワードコンバータ

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JP2002199713A
JP2002199713A JP2000394828A JP2000394828A JP2002199713A JP 2002199713 A JP2002199713 A JP 2002199713A JP 2000394828 A JP2000394828 A JP 2000394828A JP 2000394828 A JP2000394828 A JP 2000394828A JP 2002199713 A JP2002199713 A JP 2002199713A
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豊 関根
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】同期整流回路方式のスイッチング電源におい
て、並列運転時に発生する同期整流回路の自己発振を停
止させ、出力より入力に回生される電力を無くするもの
である。 【解決手段】直流入力電圧をスイッチング素子により矩
形波パルス電圧に変換して出力トランスの一次巻線に印
可し、前記出力トランスの二次側巻線側の出力を、同期
整流FET、転流FET、チョークコイル、コンデンサ
等により構成された出力側同期整流回路により整流、平
滑して直流電圧を出力する同期整流型フォワードコンバ
ータにおいて、前記同期整流FET4、転流FET5の
ゲート−ソース間に並列にスイッチ14を設け、又、前
記出力側同期整流回路の自己発振検出回路29を設け、
前記自己発振検出回路の検出信号により前記スイッチ1
4を制御し該同期整流FET、転流FETのゲート−ソ
ース間を短絡又は開放せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は同期整流型フォワー
ドコンバータに係り、特に並列接続運転に適した同期整
流型フォワードコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の同期整流回路を用いたD
CーDCコンバータとしては、図8に示すように、直流
入力電源の直流電圧を、半導体スイッチ2のスイッチン
グ動作によって矩形波パルス電圧に変換し、この矩形波
パルス電圧をトランス3によって所望の電圧に変換した
後、双方向性スイッチ素子(同期整流FET)4及び
(転流FET)5の整流回路と、チョークコイル10お
よびコンデンサ11による平滑回路により整流・平滑し
て、その平均電圧として取り出すようにしている。な
お、前記した半導体スイッチ2のスイッチング動作の制
御は、この同期整流コンバータの出力電圧を検出する電
圧検出制御回路12により、その検出状況に基づいてP
WM制御される。
【0003】一般に同期整流回路の場合は、前述した図
9のようにスイッチ素子4,5を用いて同期動作させる
場合と、スイッチ素子4のみにFETを用いて同期動作
させる場合とがあるが、本発明は変換効率の向上を重視
した前者の回路、即ち、スイッチ素子4,5を共に半導
体スイッチ(FET)を用いた回路を対象としている。
そこで前記双方向性スイッチ素子4を同期整流FET、
素子5を転流FETと表現する。そして、このような同
期整流コンバータは、小容量から大容量のものまで取り
揃え、負荷容量に応じた同期整流コンバータを選択して
用いられるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし負荷容量に応じ
た同期整流コンバータを用意するということは、その機
種数を多くする事であり、各機種毎に在庫を必要とする
事になるため、設計、生産および物品管理の上から機種
数の削減が望まれており、同一機種のコンバータモジュ
ール(CONV1〜CONV3)の並列接続運転による
大容量負荷への対応がなされている。この並列運転の場
合には以下の問題がある。
【0005】即ち、このようなモジュールを並列運転し
ているとき、出力電圧に差があると、出力電圧の高いモ
ジュールからもう一方の低いモジュールに電流が流れ込
み、出力電圧が低いモジュールにおいて、スイッチング
素子2のゲート信号が絞られているにも関わらず出力側
の同期整流回路が自己発振を始める。自己発振を始める
ことで、2次巻線側より1次巻線側に電力が回生され、
出力電圧の差が大きくなると、回生される電力も多くな
り、電力の損失が発生し、電源の破損にも至る。
【0006】そこで従来の回路では、同期整流回路の自
己発振を停止させずに、1次側に回生する最大電力を制
御する方法を行ってきた。その方法は、回生電力が大き
くなと、自己発振周波数が低くなる事を利用し、ある一
定の周波数より低くならない様発振周波数を制御してい
た。しかし自己発振を停止させないため、ある程度の電
力が1次側に回生されてしまい、電力の無駄となってし
まう欠点がある。そこで本発明は、同期整流方式のスイ
ッチング電源を、並列運転したときに起こる同期整流回
路の自己発振現象を停止させ、電源の出力側より入力側
に回生される電力を無くす事により、効率の良い電源シ
ステムを提案する。
【0007】
【課題を解決する為の手段】上記課題を解決するため請
求項1の発明は、直流入力電圧をスイッチング素子によ
り矩形波パルス電圧に変換して出力トランスの一次巻線
に印可し、前記出力トランスの二次側巻線側の出力を、
同期整流FET、転流FET、チョークコイル、コンデ
ンサ等により構成された出力側同期整流回路により整
流、平滑して直流電圧を出力する同期整流型フォワード
コンバータにおいて、前記転流FETのゲート−ソース
間にスイッチを設け、又、前記出力側同期整流回路の自
己発振検出回路を設け、前記自己発振検出回路の検出信
号により前記スイッチを制御し該転流FETのゲート−
ソース間を短絡又は開放せしめるようにしたことを特徴
とする。また前記同期整流FETのゲート−ソース間に
スイッチを設け、又、前記出力側同期整流回路の自己発
振検出回路を設け、前記自己発振検出回路の検出信号に
より前記スイッチを制御し該同期整流FETのゲート−
ソース間を短絡又は開放せしめるようにしたことを特徴
とする。
【0008】又、上記課題を解決するため請求項3の発
明は、請求項1の同期整流型フォワードコンバータを複
数台有し、前記各コンバータは入力端子と出力端子を夫
々共通にして並列接続されていることを特徴とする同期
整流型フォワードコンバータにある。
【0009】
【実施の概要】図1、図2は本発明の実施例回路図であ
って、1は入力コンデンサ、2はスイッチング素子、3
は電力変換用出力トランス、4は整流用双方向性スイッ
チング素子(同期整流FET)、5は回生用双方向性ス
イッチング素子(転流FET)、6はスイッチング素子
4の駆動コンデンサ、7はスイッチング素子4の駆動抵
抗、8はスイッチング素子5の駆動コンデンサ、9はス
イッチング素子5の駆動抵抗、10は出力チョーク、1
1は平滑コンデンサ、14はスイッチ素子である。
【0010】この回路はモジュールを並列運転したとき
に、相手の出力電圧が自分の出力電圧よりも高いと、出
力側より入力側に電力の回生が始まり、自己発振に至
る。その自己発振を、巻き線の電圧上昇、また回生が始
まると、制御回路28により、自分のスイッチング素子
2のデューティを絞り、デューティが零になる事を、ま
た自己発振が始まり電力の回生が増加すると発振周波数
が変化する事を利用し、自己発振検出回路(29)によ
り、スイッチ14をオンさせることで、同期整流FET
又は、転流用FETのゲート−ソース間を短絡し、自己
発振を停止させるものである。
【0011】図1において、出力より高い電圧が出力に
印可され、制御回路28によるパルスのデューティがゼ
ロと成った時、回生用双方向性スイッチング素子5がO
Nしていたとする。回生用双方向性スイッチング素子5
は、内蔵のゲート−ソース間コンデンサ電圧が放電し、
スレッシュホールド電圧まで下がる間ONし続け、出力
チョーク10にエネルギーを蓄える。素子5がOFFす
ると、出力チョーク10のエネルギーが放出され、整流
用双方向性スイッチング素子4がONし、電力変換用ト
ランス3により1次側にエネルギーが伝わる、1次側に
伝達されてエネルギーは、スイッチング素子2の内蔵ダ
イオードを通り入力に回生される。
【0012】出力チョーク10のエネルギーが入力側に
回生終わると、電力変換用トランス3より逆キック電圧
が発生し、回生用双方向性スイッチング素子5がまたO
Nする。この繰り返しにより自己発振を続ける。このよ
うに自己発振を停止させるには、同期整流FET又は、
転流用FETの動作を停止させれば良く、1サイクル以
上前記FETのゲート−ソース短絡し続ければ、自己発
振が停止する事が分かる。
【0013】図2は本発明の他の実施例であり、モジュ
ールを並列運転したときに、相手の出力電圧が自分の出
力電圧よりも高いと、制御回路28の作用により、自分
のデューティを絞ることを利用し、デューティが零にな
ると、スイッチ14をオンさせること転流FETのゲー
ト−ソース間をし、転流FETを停止し自己発振を防ぐ
ものである。簡単に動作を説明すると、スイッチング素
子2のドライブ波形を抵抗18とコンデンサ19にて積
分し、デューティが零となりドライブ波形が無くなると
ホトカプラのトランジスタ30がOFFし、スイッチ1
4がONし自己発振を停止する。図3も停止させるFE
Tが同期整流FETである点のみの違いである。
【0014】図4は本発明の第3の実施例であり、2次
側より電力の回生が始まると、入力巻き線、及びその他
の巻き線電圧が上昇するので、その電圧があらかじめ設
定した電圧値を越えると、スイッチ14をオンさせるこ
とによっ転流FETを停止し、自己発振を停止するもの
である。簡単に動作を説明すると、IC25により、補
助巻線12の電圧がある値より大きくなると、IC25
がONし、トランジスタ22もON、そしてスイッチ1
4もONし転流用FETのゲート−ソース間を短絡し、
転流用FETを停止し、自己発振を停止するものであ
る。図5も同様であり、停止させるFETが同期整流F
ETである点のみの違いである。
【0015】図6は本発明の第5の実施例で、並列運転
される他のモジュールの出力電圧が高く、回生される電
力が多いほど、自己発振の発振周波数が低くなるという
ことを利用し、スイッチング周波数の変化を周波数監視
回路で読みとり、一定値より低くなるとスイッチ14を
オンさせ、自己発振を防ぐものである。簡単に説明する
と、自己発振が継続し周波数が低くなると抵抗30、3
3、コンデンサ31にて構成される時定数回路に於い
て、周波数が低くなるとのコンデンサ31の電圧が高く
なり、スイッチ14をONし転流用FETのゲート−ソ
ース間を短絡し、転流用FETを停止し、自己発振を停
止するものである。図7も同様であり、停止させるFE
Tが同期整流FETである点のみの違いである。
【0016】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば同期整流方式のスイッチング電源において並列
接続を行い、並列運転時の同期整流回路の自己発振を止
めることができる。因みに、出力10wの電源におい
て、従来の回路においては、出力側より入力側への回生
電力が約8wあったが、本発明の回路では、1w以下と
なり1wを越えると発振停止となり回生電力はゼロとな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本実施例回路
【図2】本発明の実施例
【図3】本発明の実施例
【図4】本発明の実施例
【図5】本発明の実施例
【図6】本発明の実施例
【図7】本発明の実施例
【図8】従来の回路
【符号の説明】
1: 入力コンデンサ 2: スイッチング素子 3: 電力変換用トランス 4: 整流用双方向性スイッチング素子(同期整流
FET) 5: 回生用双方向性スイッチング素子(転流FE
T) 10: 出力チョーク 11: 平滑コンデンサ 12: 補助巻線 14: スイッチ 28: 制御回路 29: 自己発振検出回路

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流入力電圧をスイッチング素子により矩
    形波パルス電圧に変換して出力トランスの一次巻線に印
    可し、前記出力トランスの二次側巻線側の出力を、同期
    整流FET、転流FET、チョークコイル、コンデンサ
    等により構成された出力側同期整流回路により整流、平
    滑して直流電圧を出力する同期整流型フォワードコンバ
    ータにおいて、前記転流FETのゲート−ソース間と並
    列にスイッチを設け、又、前記出力側同期整流回路の自
    己発振検出回路を設け、前記自己発振検出回路の検出信
    号により前記スイッチを制御し該転流FETのゲート−
    ソース間を短絡又は開放せしめるようにしたことを特徴
    とする同期整流型フォワードコンバータ。
  2. 【請求項2】直流入力電圧をスイッチング素子により矩
    形波パルス電圧に変換して出力トランスの一次巻線に印
    可し、前記出力トランスの二次側巻線側の出力を、同期
    整流FET、転流FET、チョークコイル、コンデンサ
    等により構成された出力側同期整流回路により整流、平
    滑して直流電圧を出力する同期整流型フォワードコンバ
    ータにおいて、前記同期整流FETのゲート−ソース間
    と並列にスイッチを設け、又、前記出力側同期整流回路
    の自己発振検出回路を設け、前記自己発振検出回路の検
    出信号により前記スイッチを制御し該同期整流FETの
    ゲート−ソース間を短絡又は開放せしめるようにしたこ
    とを特徴とする同期整流型フォワードコンバータ。
  3. 【請求項3】請求項1の同期整流型フォワードコンバー
    タを複数台有し、前記各コンバータは入力端子と出力端
    子を夫々共通にして並列接続されていることを特徴とす
    る同期整流型フォワードコンバータ。
  4. 【請求項4】請求項2の同期整流型フォワードコンバー
    タを複数台有し、前記各コンバータは入力端子と出力端
    子を夫々共通にして並列接続されていることを特徴とす
    る同期整流型フォワードコンバータ。
  5. 【請求項5】自己発振検出回路はスイッチング素子の制
    御用PWM信号が無くなったことを検出し、これを自己
    発振検出信号としたことを特徴とする請求項1又は請求
    項2又は請求項3又は請求項4の同期整流型フォワード
    コンバータ。
  6. 【請求項6】自己発振検出回路は出力トランスの巻線電
    圧の上昇を検出し、これを自己発振検出信号としたこと
    を特徴とする請求項1又は請求項2又は請求項3又は請
    求項4の同期整流型フォワードコンバータ。
  7. 【請求項7】自己発振検出回路は自己発振周波数を検出
    し、これを自己発振検出信号としたことを特徴とする請
    求項1又は請求項2又は請求項3又は請求項4の同期整
    流型フォワードコンバータ。
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