JP2002233144A - 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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JP2002233144A
JP2002233144A JP2001021680A JP2001021680A JP2002233144A JP 2002233144 A JP2002233144 A JP 2002233144A JP 2001021680 A JP2001021680 A JP 2001021680A JP 2001021680 A JP2001021680 A JP 2001021680A JP 2002233144 A JP2002233144 A JP 2002233144A
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JP
Japan
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voltage
fet
synchronous rectification
forward converter
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JP2001021680A
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English (en)
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Kimisada Kobayashi
公禎 小林
Yutaka Sekine
豊 関根
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】同期整流回路方式のスイッチング電源におい
て、転流FETの信号を出力チョークの2次巻き線より
励振する電源において、出力に高い電圧が印加され発振
が停止し、発振が再開するときの不具合を解決する物で
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
加し、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
ータで、前記転流FETのゲート信号として出力チョー
クの2次巻き線より受ける電源において、出力に高い電
圧が印加され発振を停止ししたことを検出し、転流FE
Tの信号を遮断しOFFとしまた、出力に高い電圧が印
加され制御回路が発振を停止、出力チョークの2次巻き
線からの信号が、通常の時間より長いことを検出し、転
流FETの信号を遮断し、出力チョークにエネルギーを
蓄え無くし、再起同時に発生する異常電圧を防ぐ。

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−DCコンバータとしては、図7に示すように、直流
入力電源の直流電圧Vi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、同期整流FET4及び転流FET9の整流回路
と、チョークコイル12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28により、そ
の検出状況に基づいてPWM制御される。
【0003】一般に同期整流回路の場合は、前述した図
7のようにスイッチ素子4,9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4,9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。
そこで前記スイッチ素子4を同期整流FET、素子9を
転流FETと表現する。
【0004】しかし、従来の電源において、出力VOよ
り高い電圧が印加されたり、入力電圧急変事に制御回路
28の応答が間に合わず、出力電圧が通常より高くなっ
た事により、出力チョーク12にエネルギーが多く蓄え
られた事に起因してスイッチ素子2,4,を破損する恐
れがある。
【0005】以下これについて図6を参照して説明す
る。図6は図7の各部動作波形図で、図6(a)は出力電
圧(VO)波形(b)はスイッチ素子2のパルス幅制御
信号(PWM)、(c)はチョークコイルの電流波形、
(d)は転流FET9のゲート信号、(e)はスイッチ
素子2の電流波形、(f)はスイッチ素子2の電圧波形
である。
【0006】即ち時間t1で図6(a)に示すように、何
らかの原因で、出力電圧が上昇した場合、制御回路28は
出力電圧が上昇したため、パルス幅を小さくし、ゼロと
する。(図6(b))すると出力+からチョーク12、
転流FET9、出力−の経路で電流が流れ(図6
(c))、転流FET9のゲートには、チョーク12の
2次巻き線よりON信号が送出され、出力電圧が低下し
通常の出力電圧になるまで、信号を送出し転流FETは
ONし続け出力チョークにエネルギーを蓄え続ける。
【0007】出力電圧が徐々に低下し、時間t2で、通
常電圧に至ると制御回路28はスイッチ素子2に信号を
出し始める。スイッチ2がONすると、整流FET4が
ONし転流FET9がOFFし、チョーク12に蓄えら
れたエネルギーが、トランス3により1次側に回生され
る。しかし2次側のチョーク12に蓄えられたエネルギ
ーが、1次側に放出し終わらない間は、スイッチ素子2
のゲートをOFFしても電流は流れ続ける、なぜなら電
流は入力−からスイッチ2の寄生ダイオ−ド、トランス
3、入力+に流れるからである。放出終了した時に、ち
ょうどスイッチ2のゲートにON信号が来ていた場合、
トランス3を励磁する期間が、通常の励磁時間より長く
なるため、次のOFF期間に励磁されたエネルギーが放
出されるため、図6(f)点線に示すように、通常より
高い電圧が発生し、スイッチ素子2、または整流FET
4を破壊するおそれが出てくる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、出力より高
い電圧が印加されたり、入力電圧急変事に制御回路の応
答が間に合わず、出力電圧が通常より高くなった場合に
起因するスイッチ素子2,4,及び9の破損を防ぐ回路
を提案する。
【0009】
【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
に印加し、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、平滑して直流電圧とし、該転流FETのゲート駆動
信号を該チョークコイルより供給するようにした同期整
流型フォワードコンバータにおいて、該転流FETのゲ
ート駆動信号を短絡又は開放する制御スイッチと、該ス
イッチング素子の制御信号停止回路を設け、該検出回路
の検出信号により該制御スイッチを用いて、該チョーク
コイルからのゲート駆動信号を停止せしめるようにした
ことを特徴とする。この構成にすれば、スイッチング素
子の制御回路28の信号が停止した場合速やかに転流F
ET9をOFFし、チョークコイル12に蓄えられたエ
ネルギーを小さくし、スイッチ素子の破損を防ぐことが
できる。
【0010】上記の課題を解決するための請求項2、請
求項3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
に印加し、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、平滑して直流電圧とし、該転流FETのゲート駆動
信号を該チョークコイルより供給するようにした同期整
流型フォワードコンバータにおいて、該転流FETのゲ
ート駆動信号を短絡又は開放する制御スイッチと、該ゲ
ート駆動信号の異常検出回路を設け、該異常検出回路の
検出信号により、該制御スイッチを用いて該チョークコ
イルの駆動信号を停止せしめるようにしたことを特徴と
する。この構成により、出力チョークの2次巻き線から
の信号が、通常の時間より長いことを検出し、転流FE
Tの信号を遮断し、出力チョークにエネルギーを蓄え無
くし、再起動時に発生する異常電圧を防ぐ。
【0011】上記の課題を解決するための請求項4又は
請求項5の発明は、請求項1又は、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
ータにある。
【00012】
【実施の態様】図1は本発明の一実施例回路で図中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は整流用スイッチング素子(同期整
流FET)、9は回生用スイッチング素子(転流FE
T)、6はスイッチング素子4の駆動コンデンサ、5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の駆動抵抗、10はスイッチ素子9の制御素子、11
は平滑コンデンサ、12は出力チョークで、以上は従来
例と同一構成である。次に7は制御素子10の両端にコ
レクタ、エミッタが接続され、ベ−スが抵抗8を介しし
て平滑コンデンサの+側に接続されたトランジスタ(補
助スイッチ)、29はスイッチング素子2の制御用PW
M信号の停止を検出する検出回路で、その検出信号は該
トランジスタ7のベ−ス、エミッタに印加される。因み
に検出回路29は、スイッチ素子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、トランジスタ7がオンとなる構成で
ある。なお、出力トランス3の3次巻き線n3は、1次
巻き線n1、2次巻き線n2とは同極性に実装され、ス
イッチング素子2がONの時、3次巻き線n3の発生電
圧により補助スイッチ10をONし転流用FET9のO
FFを維持する。
【0013】従って図1の実施例では、出力に高い電圧
が印加され、制御回路28がON幅を絞りゼロとなった
時、検出回路29がそれを検出し、転流FET9のゲー
トを短絡し、出力チョークにエネルギーを蓄えなくす
る。
【0014】図2は本発明の他の実施例回路図で上記実
施例(図1)と相違する点は、トランジスタとしてPN
P型トランジスタを使用し、そのエミッタ、コレクタを
チョークコイルの一端と補助スイッチ10の間に直列接
続した点である。この回路では検出回路29の検出信号
によりトランジスタがOFF(オフ)することにより出
力チョーク12から転流FET9のゲート駆動信号の供
給を開放する。
【0015】図3は本発明の他の実施例回路図で、上記
実施例(図1、図2)のPWM信号停止検出回路29に
代えて、出力チョーク電流異常検出回路30(時定数回
路)を設けた点である。即ち、出力より高い電圧が出力
に印加され、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、時定数回路により、チョークよりの信
号が通常より長くなった事を検出し、転流FETのゲー
トを短絡し出力チョークにエネルギーを蓄えなくする。
なお時定数回路30は抵抗r1、r2及びコンデンサc
1により構成され、該コンデンサc1の電圧が所定数に
達するとトランジスタがオンし、チョークコイル12か
らの転流FET9のゲート駆動信号を短絡する。
【0016】図5は図3の各部動作波形図で、何らかの
原因にて、出力に高い電圧が印加され、制御回路信号
(PWM信号が)停止され、チョークの2次巻き線から
の信号が、通常の信号より長くなると、時定数回路30
により転流FETのゲートが短絡され、転流FETがO
FFとなりチョークへのエネルギーの蓄積が停止され
る。それ故、出力電圧が低下し、制御回路が動作再会し
ても、トランス3の励磁時間は通常時間ゆえ、過大な電
圧の発生はない。このようにして、出力より高い電圧が
印加されたり、入力電圧急変事に制御回路15の応答が
間に合わず、出力電圧が通常より高くなった事に起因す
るスイッチ素子2,4,の破損が防げる。
【0017】図4は本発明の他の実施例回路図で、上記
実施例(図3)と相違する点はPNP型トランジスタ7
を制御スイッチ素子10と直列に接続し、時定数回路3
0の出力により、トランジスタQ1、Q2を用いて該ト
ランジスタをオフし、出力チョークコイル12からのゲ
ート駆動信号を開放(停止)するようにしたものであ
る。
【0018】
【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、同期整流回路を使用したスイッチング電源に
おいて、出力より高い電圧が印加されたり、入力電圧急
変事等により制御回路28の応答が間に合わず、出力電
圧が通常より高くなった場合に起因するスイッチ素子
2,4の破損を防ぐ事が出来る。因みに、対策前の電源
では、スイッチング素子2に加わる電圧が、通常160
v前後であるが、前記の状態では250v以上発生し、
スイッチング素子2、又は整流FET4が破損していた
が、対策回路では通常と同じ電圧であった。また、モジ
ュールを並列運転しているとき、出力電圧に差があった
場合等の、出力電圧の低い電源のスイッチ素子9の破損
対策にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例
【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(図3)の各部動作波形図
【図6】従来の回路波形図
【図7】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) 9: 回生用双方向性スイッチング素子(転流FE
T) 11: 平滑コンデンサ 12: 出力チョーク 28: 制御回路 29: 制御信号検出回路 30: 時定数回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H006 AA05 CA02 CB07 DA04 DB01 DC05 FA01 5H730 AA20 BB23 BB57 BB82 DD04 EE08 EE10 EE13 EE19 EE59 FD01 FD21 FF19 FG05 XX03 XX12 XX30 XX36 XX43

Claims (5)

    【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
    加し、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
    滑して直流電圧とし、該転流FETのゲート駆動信号を
    該チョークコイルより供給するようにした同期整流型フ
    ォワードコンバータにおいて、該転流FETのゲート駆
    動信号を短絡又は開放する制御スイッチと、該スイッチ
    ング素子の制御信号停止検出回路を設け、該検出回路の
    検出信号により該制御スイッチを用いて、該チョークコ
    イルからのゲート駆動信号を停止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
    加し、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
    滑して直流電圧とし、該転流FETのゲート駆動信号を
    該チョークコイルより供給するようにした、同期整流型
    フォワードコンバータにおいて、該転流FETのゲート
    駆動信号を短絡又は開放する制御スイッチと、該ゲート
    駆動信号の異常検出回路を設け、該異常検出回路の検出
    信号により、該制御スイッチを用いて、該チョークコイ
    ルの駆動信号を停止せしめるようにしたことを特徴とす
    る同期整流フォワードコンバータ。
  3. 【請求項3】 異常検出回路として時定数回路を用いた
    ことを特徴とする、請求項2の同期整流フォワードコン
    バータ。
  4. 【請求項4】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。
  5. 【請求項5】請求項2又は請求項3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。
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