JP2002281750A - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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JP2002281750A JP2001085812A JP2001085812A JP2002281750A JP 2002281750 A JP2002281750 A JP 2002281750A JP 2001085812 A JP2001085812 A JP 2001085812A JP 2001085812 A JP2001085812 A JP 2001085812A JP 2002281750 A JP2002281750 A JP 2002281750A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽負荷時や無負荷時において動作停止信号が
出力されたときのサージ電圧の発生を確実に防止する。 【解決手段】 サージ電圧防止回路32により、スイッチ
ング素子２の動作停止信号がどの時点で出力されても、
転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16が導通する
方向に電流が流れるタイミングで転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６
がオフする。そのため、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディ
ダイオード16を通して、チョークコイル７のエネルギー
放出に伴なう電流を流すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トランスの二次巻
線より取出した交流電圧を整流する同期整流回路を備え
たスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】図４は、従来の同期整
流回路を有するフォワード式スイッチング電源装置の一
般的な回路図である。同図において、１はトランス、２
は例えばＭＯＳ型ＦＥＴからなるスイッチング素子であ
り、このトランス１の一次巻線１Ａとスイッチング素子
２との直列回路が、直流電源３の両端間に接続される。
４はトランス１の二次巻線１Ｂに接続される同期整流回
路で、この同期整流回路４は、いずれもスイッチング素
子２に同期してオン，オフする整流素子として設けられ
た整流ＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）５と、
転流素子として設けられた転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６とによ
り構成される。転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６の両端間には、い
ずれの平滑用のチョークコイル７とコンデンサ８との直
列回路が接続され、この平滑コンデンサ８の両端間に出
力電圧Ｖｏを供給する一対の出力端子９，10が接続され
る。なお、11は出力端子９，10間に接続される負荷、1
5，16は整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５および転流ＭＯＳ型ＦＥ
Ｔ６のドレイン・ソース間にそれぞれ逆並列接続される
内蔵のボディダイオードである。
【０００３】前記出力電圧Ｖｏを安定化させるための帰
還回路として、出力電圧Ｖｏの変動に応じてスイッチン
グ素子２のパルス導通幅を可変する制御回路に相当する
パルス幅制御回路12が設けられる。このパルス幅制御回
路12は、スイッチング素子２と同じパルス駆動信号を整
流ＭＯＳ型ＦＥＴ５のゲートに供給すると共に、このパ
ルス駆動信号を反転器13により反転して、転流ＭＯＳ型
ＦＥＴ６のゲートに供給している。なお14は、前記トラ
ンス１の一次側にあるパルス幅制御回路12と、トランス
１の二次側にある整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５や転流ＭＯＳ型
ＦＥＴ６との絶縁を図るための絶縁トランスである。
【０００４】そして、スイッチング素子２のスイッチン
グ動作により、トランス１の一次巻線１Ａに直流電源３
からの直流電圧Ｖｉを断続的に印加すると、トランス１
の二次巻線２より取出した交流電圧が同期整流回路４に
より整流され、この整流出力をさらにチョークコイル７
と平滑コンデンサ８で平滑することにより、平滑コンデ
ンサ８の両端間から直流出力電圧Ｖｏを得るようにして
いる。具体的には、パルス幅制御回路12からのパルスオ
ン信号によりスイッチング素子２がオンすると、このパ
ルスオン信号が整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５のゲートにそのま
ま供給され、整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５がオンする一方で、
転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６は反転したパルスオフ信号により
オフする。これにより、トランス１の二次巻線１Ｂより
整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５を通して、チョークコイル７や負
荷11にエネルギーが供給される。やがて、パルス幅制御
回路12からのパルスオフ信号によりスイッチング素子２
がオフすると、今度は整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５がオフする
一方で、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６がオンする。これによ
り、それまでチョークコイル７に蓄えられていたエネル
ギーが、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６を通して負荷11に供給さ
れる。なお、平滑コンデンサ８は出力電圧Ｖｏのリップ
ルを吸収するものである。
【０００５】図５は、図４の回路におけるスイッチング
素子２のゲート・ソース間電圧Ｖgs1と、整流ＭＯＳ型
ＦＥＴ５のゲート・ソース間電圧Ｖgs2と、転流ＭＯＳ
型ＦＥＴ６のゲート・ソース間電圧Ｖgs3と、負荷電流
が臨界電流Ｉｖ以上の場合におけるチョークコイル７の
チョーク電流ＩＬと、そのときの転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６
のドレイン電流Ｉdq3と、無負荷時（Ｉload＝０）にお
けるチョークコイル７のチョーク電流ＩＬと、そのとき
の転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3とを、上
段から順に示している。
【０００６】スイッチング素子２の動作中は、図５の左
側の各波形で示すように、スイッチング素子２のオン期
間中にチョークコイル７にエネルギーが蓄積される一
方、スイッチング素子２のオフ期間中にチョークコイル
７のエネルギーが放出するので、無負荷若しくは軽負荷
以外の通常の負荷時には、チョーク電流ＩＬは同じ向き
で負荷電流Ｉloadを中心に増加と減少を繰り返す。ま
た、このときの転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６は、スイッチング
素子２のオン期間中に非導通となり、そのドレイン電流
Ｉdq3がゼロとなる一方で、スイッチング素子２のオフ
期間中は導通して、前述のチョーク電流ＩＬと同じ波形
がドレイン電流Ｉdq3に現れる。
【０００７】一方、無負荷時になると負荷電流Ｉloadが
ゼロとなるため、チョークコイル７を流れるチョーク電
流ＩＬは向きを正逆に変えながら流れる。そのため、ス
イッチング素子２のオフ期間中における転流ＭＯＳ型Ｆ
ＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3も、始めはソースからドレ
イン方向に流れているものの、やがて直線的に減少して
ゼロになり、その後はドレインからソース方向に流れ
て、直線的に増加する。そして、次にスイッチング素子
２がターンオンして転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６そのものがオ
フすると、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3
は次にスイッチング素子２がオフするまでゼロを保つ。
こうした動作は、無負荷時のみならず、負荷電流Ｉload
が臨界電流Ｉｖ以下となる軽負荷時においても同様に発
生する。
【０００８】このような無負荷時や軽負荷時に、例えば
直流入力電圧Ｖｉがオフしたり、あるいはオン・オフ制
御端子にオフ信号が供給され、パルス幅制御回路12に動
作停止信号が出力されると、パルス幅制御回路12はスイ
ッチング素子２の動作を直ちに遮断停止する。例えば、
転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3がソースか
らドレイン方向に流れている時（図５の時間Ｐ１）に、
動作停止信号が出力されると、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６の
ゲート・ソース間電圧Ｖgs3は直ちにゼロになるが、こ
の場合は転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16を
通してチョークコイル７のエネルギー放出に伴なう電流
が流れるため、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン・ソー
ス間にはサージ電圧は発生しない。しかし、転流ＭＯＳ
型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3がドレインからソース
方向に流れている時（図５の時間Ｐ２）に、動作停止信
号が出力されると、今度は転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のみな
らずボディダイオード16も非導通状態となり、チョーク
コイル７に蓄えられたエネルギーは行き場を失って、転
流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン・ソース間にサージ電圧
が発生する。そのため、場合によってはこのサージ電圧
が転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６の素子耐圧を上回り、転流ＭＯ
Ｓ型ＦＥＴ６が動作不良などを起こす懸念を生じてい
た。
【０００９】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、軽負
荷時や無負荷時において動作停止信号が出力されたとき
のサージ電圧の発生を確実に防止できるスイッチング電
源装置を提供することをその目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明におけるスイッチ
ング電源装置は、スイッチング素子がオンすると、トラ
ンスの二次巻線から整流素子を通して平滑用のチョーク
コイルにエネルギーを供給し、前記スイッチング素子が
オフすると、前記チョークコイルのエネルギーを転流素
子を通じて負荷側に送り出すと共に、少なくとも前記転
流素子は前記スイッチング素子に同期した転流ＦＥＴで
あるスイッチング電源装置において、前記スイッチング
素子の動作停止信号が出力されると、前記転流ＦＥＴの
ボディダイオードが導通する方向に電流が流れるタイミ
ングを検出し、このタイミングで前記転流ＦＥＴをオフ
にするサージ電圧防止回路を備えたものである。
【００１１】この場合、サージ電圧防止回路により、ス
イッチング素子の動作停止信号がどの時点で出力されて
も、転流ＦＥＴのボディダイオードが導通する方向に電
流が流れるタイミングで転流ＦＥＴがオフするようにな
るので、転流ＦＥＴのボディダイオードを通して、チョ
ークコイルのエネルギー放出に伴なう電流を流すことが
できる。
【００１２】
【発明の実施形態】以下、本発明における好ましい実施
例について、添付図面を参照して詳細に説明する。な
お、従来例で示す図４と同一部分には同一符号を付し、
その共通する箇所の詳細な説明は重複するため省略す
る。
【００１３】図１および図２は、特にフォワード式スイ
ッチング電源装置に適用した本発明の一実施例を示すも
のであり、装置の回路図を示す図１において、ここでは
スイッチング素子２の動作を停止させるための動作停止
信号が出力されると、パルス幅制御回路12からスイッチ
ング素子２に供給するパルス駆動信号の立下りを検出
し、このパルス立下りを検出した時点で、スイッチング
素子２ひいては整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５および転流ＭＯＳ
型ＦＥＴ６をオフにするパルス立下り検出回路31を付加
した点が、従来に示す図４の回路図と相違する。つま
り、この場合のパルス幅制御回路12とパルス立下り検出
回路31は、スイッチング素子２の動作停止信号を受け
て、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16が導通
する方向に電流が流れるタイミングを、スイッチング素
子２に供給するパルス駆動信号の立下りとして検出し、
このタイミングで転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６をオフにするサ
ージ電圧防止回路32として機能する。
【００１４】次に、上記構成についてその作用を図２の
波形図を参照して説明する。通常のスイッチング素子２
の動作中は、動作停止信号が出力されない状態なので、
パルス立下り検出回路31はパルス幅制御回路12に何等関
与せず、従来例の図４と同じ動作になる。すなわち、パ
ルス幅制御回路12からのパルスオン信号によりスイッチ
ング素子２がオンすると、このパルスオン信号が整流Ｍ
ＯＳ型ＦＥＴ５のゲートにそのまま供給され、整流ＭＯ
Ｓ型ＦＥＴ５がオンする一方で、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６
は反転したパルスオフ信号によりオフする。これによ
り、トランス１の二次巻線１Ｂより整流ＭＯＳ型ＦＥＴ
５を通して、チョークコイル７や負荷11にエネルギーが
供給される。やがて、パルス幅制御回路12からのパルス
オフ信号によりスイッチング素子２がオフすると、今度
は整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５がオフする一方で、転流ＭＯＳ
型ＦＥＴ６がオンし、チョークコイル７に蓄えられてい
たエネルギーが、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６を通して負荷11
に供給される。
【００１５】上記一連の動作で、スイッチング素子２の
オン期間中にはチョークコイル７にエネルギーが蓄積さ
れる一方、スイッチング素子２のオフ期間中にはチョー
クコイル７のエネルギーが放出するので、通常の負荷時
には、チョーク電流ＩＬは同じ向きで負荷電流Ｉloadを
中心に増加と減少を繰り返す。また、このときの転流Ｍ
ＯＳ型ＦＥＴ６は、スイッチング素子２のオン期間中に
非導通となり、そのドレイン電流Ｉdq3がゼロとなる一
方で、スイッチング素子２のオフ期間中は導通して、前
述のチョーク電流ＩＬと同じ波形がドレイン電流Ｉdq3
に現れる。
【００１６】一方、無負荷時や軽負荷時になると、チョ
ークコイル７を流れるチョーク電流ＩＬは向きを正逆に
変えながら流れる。そのため、スイッチング素子２のオ
フ期間中における転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流
Ｉdq3も、始めはソースからドレイン方向に流れている
ものの、やがて直線的に減少してゼロになり、その後は
ドレインからソース方向に流れて、直線的に増加する。
そして、次にスイッチング素子２がターンオンして転流
ＭＯＳ型ＦＥＴ６そのものがオフすると、転流ＭＯＳ型
ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3は次にスイッチング素子
２がオフするまでゼロを保つ。
【００１７】こうした無負荷時や軽負荷時に、例えば直
流入力電圧Ｖｉがオフしたり、あるいはオン・オフ制御
端子にオフ信号が供給され、動作停止信号が出力される
と、この動作停止信号はパルス幅制御回路12に直接では
なく、パルス立下り検出回路31に供給される。例えば図
２に示すように、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流
Ｉdq3がドレインからソース方向に流れている時（図２
の時間Ｐ２）に、動作停止信号が出力されると、パルス
立下り検出回路31は、次にパルス幅制御回路12からスイ
ッチング素子２へのパルス駆動信号が立下がるまで、パ
ルス幅制御回路12への動作停止信号の供給を遅らせ、こ
のパルス駆動信号の立下がりを検出したら、直ぐに動作
停止信号をパルス幅制御回路12に供給する。これによ
り、パルス幅制御回路12からのパルス駆動信号の供給は
遮断され、スイッチング素子２や整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５
および転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６は全てオフするが、チョー
クコイル７に蓄えられたエネルギーは転流ＭＯＳ型ＦＥ
Ｔ６のボディダイオード16を通って流れるので、転流Ｍ
ＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン・ソース間にサージ電圧は発
生しない。
【００１８】以上のように本実施例では、スイッチング
素子２がオンすると、トランス１の二次巻線１Ｂから整
流素子である整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５を通して平滑用のチ
ョークコイル７にエネルギーを供給し、スイッチング素
子２がオフすると、チョークコイル７のエネルギーを転
流素子を通じて負荷11側に送り出すと共に、少なくとも
転流素子はスイッチング素子２に同期した転流ＦＥＴす
なわち転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６であるスイッチング電源装
置において、スイッチング素子２の動作停止信号が出力
されると、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16
が導通する方向に電流が流れるタイミングを検出し、こ
のタイミングで転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６をオフにするサー
ジ電圧防止回路32を備えている。
【００１９】このようにすると、サージ電圧防止回路32
により、スイッチング素子２の動作停止信号がどの時点
で出力されても、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオ
ード16が導通する方向に電流が流れるタイミングで転流
ＭＯＳ型ＦＥＴ６がオフするようになるので、転流ＭＯ
Ｓ型ＦＥＴ６のボディダイオード16を通して、チョーク
コイル７のエネルギー放出に伴なう電流を流すことがで
きる。したがって、軽負荷時や無負荷時において動作停
止信号が出力されたときのサージ電圧の発生を確実に防
止できる。
【００２０】なお、本実施例ではフォワード式スイッチ
ング電源装置について説明したが、その他の種類のスイ
ッチング電源装置にも適用可能である。例えば、図３は
フルブリッジ式スイッチング電源装置における転流ＭＯ
Ｓ型ＦＥＴ６のゲート・ソース間電圧Ｖgs3と、無負荷
時における転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3
を示しているが、この場合のドレイン電流Ｉdq3は、転
流ＭＯＳ型ＦＥＴ６がターンオンすると、始めにドレイ
ンからソース方向に流れて直線的に減少し、ソースから
ドレイン方向への流れに転じた後、直線的に増加および
減少してゼロに戻り、再びドレインからソース方向に流
れて直線的に増加したところで、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６
がターンオフしてゼロになる。したがって、フォワード
式と同じように、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６がターンオンす
るタイミングで、パルス幅制御回路12に動作停止信号を
供給すると、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６の両端間にサージ電
圧が発生する。
【００２１】そこでこの場合は、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６
のドレイン電流Ｉdq3がソースからドレイン方向に流れ
ている間（図３に示す期間Ｔ）に転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６
をオフさせるように、例えば反転器13と転流ＭＯＳ型Ｆ
ＥＴ６のゲートとの間に、サージ電圧防止回路32を構成
する遅延回路を挿入すればよい。このようにすると、ス
イッチング素子２の動作停止信号がどの時点で出力され
ても、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16が導
通する方向に電流が流れるタイミングで転流ＭＯＳ型Ｆ
ＥＴ６がオフするようになるので、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ
６のボディダイオード16を通して、チョークコイル７の
エネルギー放出に伴なう電流を流すことができ、サージ
電圧の発生を確実に防止できる。
【００２２】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、実
施例では整流素子として電界効果トランジスタを利用し
たが、代わりにＩＧＢＴやバイポーラトランジスタやそ
れらと整流ダイオードの組合せで用いてもよい。また、
実施例中におけるフォワード式やフルブリッジ式以外の
各種スイッチング電源装置にも、本発明を適用できる。
【００２３】
【発明の効果】本発明のスイッチング電源装置によれ
ば、軽負荷時や無負荷時において動作停止信号が出力さ
れたときのサージ電圧の発生を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例におけるスイッチング電源
装置の回路図である。
【図２】本発明の第１実施例における各部の波形図であ
る。
【図３】本発明の変形例を示す各部の波形図である。
【図４】従来例におけるスイッチング電源装置の回路図
である。
【図５】従来例における各部の波形図である。
【符号の説明】
１ トランス ２ スイッチング素子 ５ 整流ＭＯＳ型ＦＥＴ（整流素子） ６ 転流ＭＯＳ型ＦＥＴ（転流ＦＥＴ） ７ チョークコイル 11 負荷 16 ボディダイオード 32 サージ電圧防止回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スイッチング素子がオンすると、トラン
    スの二次巻線から整流素子を通して平滑用のチョークコ
    イルにエネルギーを供給し、前記スイッチング素子がオ
    フすると、前記チョークコイルのエネルギーを転流素子
    を通じて負荷側に送り出すと共に、少なくとも前記転流
    素子は前記スイッチング素子に同期した転流ＦＥＴであ
    るスイッチング電源装置において、前記スイッチング素
    子の動作停止信号が出力されると、前記転流ＦＥＴのボ
    ディダイオードが導通する方向に電流が流れるタイミン
    グを検出し、このタイミングで前記転流ＦＥＴをオフに
    するサージ電圧防止回路を備えたことを特徴とするスイ
    ッチング電源装置。
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