JP2002320384A - スイッチモード電源 - Google Patents
スイッチモード電源Info
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Abstract
が簡単化されたスイッチモード電源の提供を目的とす
る。 【解決手段】 ZVS電源100の主スイッチングトランジス
タQ3が導通するとき、電圧VR1112はトランジスタと直列
接続された電流検出抵抗R12に発生する。抵抗電圧は比
較器トランジスタQ2の制御端子ベースへ結合される。ト
ランジスタQ3の導通中に、電流検出抵抗電圧が十分な大
きさになるとき、トランジスタQ2がターンオンされる。
トランジスタQ2の出力VGSは、トランジスタQ3の制御端
子へ供給され、電流パルス毎に基づいてトランジスタQ3
のターンオフ瞬間を制御する。トランジスタQ3の主電流
導通端子に発生した共振電圧パルスIC6は、トランジス
タQ2の制御端子へ容量結合され、共振電圧パルスの遷移
期間中にトランジスタQ2をターンオン状態に保つ。
Description
源に関する。
源変成器の一次巻線に接続された主スイッチングトラン
ジスタを含む。出力電源電圧は、変成器の二次巻線に生
じた電圧から得られる。トランジスタが導通するとき、
電流パルスが変成器の一次巻線と主スイッチングトラン
ジスタに発生する。電圧は、主スイッチングトランジス
タと直列接続された電流検出抵抗器にも発生する。電流
検出抵抗器に発生した電圧は、比較器トランジスタへ結
合される。トランジスタの所定の導通期間の間に、比較
器トランジスタを含むラッチは、電流検出抵抗器電圧が
比較器トランジスタの閾値電圧を超えたときにトリガー
される。ラッチの出力は、電流パルス単位でトランジス
タのターンオフ時点を制御するトランジスタの制御電極
に結合される。
(ZVS)電源の場合、トランジスタがターンオフされ
たとき、共振電圧パルスが生成される。ラッチは、主ス
イッチングトランジスタがターンオフした時点の後に続
く共振電圧パルスの一部の区間でトランジスタをオフ状
態に維持する。共振電圧パルスの後縁で、トランジスタ
の両端での電圧がゼロボルト若しくはゼロボルトの近く
になるとき、トランジスタは、ZVS電源を供給するた
め再びターンオンする。
ジスタは、回路構成を簡単化するためにラッチを用いる
ことなく、上記の共振電圧の一部の区間でターンオフ状
態に維持されることが望ましい。
るスイッチモード電源は、入力供給電圧源と、入力供給
電圧源に接続された電源インダクタンスと、を含む。キ
ャパシタンスは、同調共振回路を形成するため電源イン
ダクタンスに接続される。第1のスイッチングトランジ
スタは、第1の制御信号に応答し、所定の期間に、負荷
に接続された電源インダクタンスにパルスを生成し、キ
ャパシタンスに共振パルスを生成する。第1の制御信号
は、共振パルスの最後に第1のスイッチングトランジス
タをターンオンさせ、ゼロ・ボルト・スイッチングを行
なわせ、所定の期間に第1のスイッチングトランジスタ
をターンオフさせる。第1の制御信号は、共振パルスの
間に、キャパシタンスにおける容量性電流に従って生成
され、共振パルスの一部の区間に第1のスイッチングト
ランジスタをターンオフさせたまま保つ。
(B+)と、上記入力供給電圧源に接続された電源イン
ダクタンス(L1)と、上記電源インダクタンスに接続
され、同調共振回路を形成するキャパシタンス(C6)
と、所定のスイッチング期間に共振電流のパルス(IC
6)が上記キャパシタンスに生成されるように、負荷
(302)に接続された上記電源インダクタンスにパル
スを生成する第1のスイッチングトランジスタ(Q3)
と、を具備したスイッチモード電源であって、ゼロ・ボ
ルト・スイッチングを行なわせるように上記第1のスイ
ッチングトランジスタを制御し、上記キャパシタの上記
共振電流に応答する電流検出器(R12,R11)を含
み、上記共振電流のパルスの一部分で上記第1のスイッ
チングトランジスタをターンオフ状態に保つため上記共
振電流を(トランジスタQ2を介して)上記第1のスイ
ッチングトランジスタへ供給する制御手段(R12,R
11,Q2)を更に有することを特徴とするスイッチモ
ード電源である。
出器(R12,R11)は、上記キャパシタに直列接続
された抵抗器(R12)と、上記第1のスイッチングト
ランジスタ(Q3)の制御端子(ゲート)に接続され、
上記抵抗器に発生した電圧(VR1112)に応じ、上
記共振電流のパルスの一部分で上記第1のスイッチング
トランジスタをターンオフ状態に保つ第2のスイッチン
グトランジスタ(Q2)と、を含む。
スイッチングトランジスタ(Q2)は非ラッチ方式で動
作する。
段(R12,R11,Q2)は、上記第1のスイッチン
グトランジスタ(Q3)における電流を表わす信号(V
R1112)に応じ、上記第1のスイッチングトランジ
スタを電流モード制御動作で制御する。
(B+)と、上記入力供給電圧源に接続された電源イン
ダクタンス(L1)と、上記電源インダクタンスへ接続
された第1の端子を有し、同調共振回路を形成するキャ
パシタンス(C6)と、ゼロ・ボルト・スイッチング・
モードで動作し、所定の期間に、負荷(302)へ接続
された上記電源インダクタンスにパルス(iL1)を発
生させ、上記キャパシタンスに共振電流パルス(IC
6)を発生させる第1のスイッチングトランジスタ(Q
3)と、を具備したスイッチモード電源であって、上記
共振電流パルスに応答し、上記第1のスイッチングトラ
ンジスタを上記所定の期間の一部分でターンオフ状態に
保つ制御信号(VGS)を発生させる電流検出器(R1
2)を更に有することを特徴とするスイッチモード電源
である。
る同調スイッチングモード電源(SMPS)100が示
されている。図1において、N型金属酸化物半導体(M
OS)の主スイッチング電源トランジスタQ3は、変成
器T1の一次巻線L1を介して、入力電源、すなわち、
直流(DC)電圧RAW B+の端子20に接続された
ドレイン電極を含む。
出器若しくはサンプリング抵抗器R12を介して接地電
位へ接続される。トランジスタQ3と一体的に形成さ
れ、スイッチとして動作するダンパーダイオードD6
は、双方向スイッチ22を形成するように、トランジス
タQ3と実効的に並列接続されている。共振キャパシタ
C6は、巻線L1に接続され、スイッチ22が非導通で
あるとき、巻線L1のインダクタンスと共に共振回路2
1を形成する。
ダイオードD8のアノードへ接続され、ダイオードD8
のカソードに接続されたフィルタキャパシタC10に出
力電圧VOUTを生成する。電圧VOUTは、負荷回路
302に接続される。誤差増幅器23は、電圧VOUT
及び基準電圧(図示しない)に応答し、発光ダイオード
D9を備えたフォト・カプラIC1のフォト・トランジ
スタQ1の電流Ieを制御する。トランジスタQ1のエ
ミッタ電極は、トランジスタQ3のターンオフを制御す
るスイッチングトランジスタQ2のベースに接続され
る。トランジスタQ1のコレクタ電圧V4は、フィルタ
キャパシタC11に生ずる。オプト・カプラIC1のエ
ミッタ電流は、誤差増幅器23の電圧VOUTと基準電
圧(図示しない)の差を表わす。かくして、電流Ie
は、トランジスタQ2のベースに制御バイアス電圧を生
成する。
動作を説明するための波形が示されている。図2(A)
〜2(F)と図1とにおいて類似した符号及び番号は、
類似した事項若しくは機能を示す。
抵抗器R11を介して、トランジスタQ3のソース電極
と電流検出抵抗器R12との間の接合端子60に接続さ
れる。トランジスタQ2は、図1のトランジスタQ3に
おけるランピングアップ・ソース・ドレイン間電流ID
がトランジスタQ2のベース・エミッタ順方向電圧を十
分に超える大きさの電圧を端子60に発生したとき、図
2(A)の時刻t0でターンオンされる。トランジスタ
Q3は、トランジスタQ2が導通したときにターンオフ
される。抵抗器R14は、トランジスタQ2のベース・
エミッタ間をバイアスさせるため、トランジスタQ1の
エミッタとコレクタの間に接続される。所定のサイクル
でトランジスタQ2をターンオンさせるため要求される
電流IDのレベルは、負帰還方式で電流Ieによって制
御可能である。
の電圧VR8を発生させるため、キャパシタC4を介し
て抵抗器R8へAC結合された電圧V3を生成する。電
圧VR8は、図1のトランジスタQ3のベースに結合さ
れ、正のゲート・ソース間電圧VGSを発生させる。正
のドライブ電圧VGSは、ゼロ・ボルト・スイッチング
(ZVS)電源が得られるような方式で、トランジスタ
Q3をターンオンさせる。ZVS電源の効果は、1999年
3月2日にFitzgeraldの名において発行された、発明の名
称が"A FORWARD CONVERTER WITH AN INDUCTOR COUPLED
TO A TRANSFORMER WINDING"である米国特許第5,877,946
号(Fitzgerald特許)に記載されている。電圧VGS
は、トランジスタQ2がターンオンするまで、トランジ
スタQ3をターンオン状態に保つ。AC結合電圧V3
は、ダイオードD2によって整流され、電流Ieを生ず
る電源電圧V4を発生させる。
の端子30との間に接続された抵抗器R9は、電圧RA
W B+のスイッチが入れられ、始動されたとき、トラ
ンジスタQ3をターンオンする電圧を発生する。トラン
ジスタQ3のゲート電極上の電圧VGSがMOSトラン
ジスタQ3の閾値電圧を超えたとき、トランジスタQ3
は導通し、トランジスタQ3のドレイン電圧VDを減少
させる。その結果として、電圧V3は正になり、正帰還
の方式で、トランジスタQ3を完全にターンオン状態に
維持する電圧VGSを増強する。
10の間に、図1の導通状態のトランジスタQ3の電流
IDは立ち上がる。その結果として、対応した巻線L1
の電流IL1の非共振電流パルス部は、立ち上がり、変
成器T1の巻線L1と関連したインダクタンスに磁気エ
ネルギーを蓄積する。図2(A)の時刻t10で、図1
のトランジスタQ2におけるベース電圧VBQ2は、抵
抗器R12の両端から取り出された立ち上がり部分を含
み、トランジスタQ2の順方向電圧を上回り、トランジ
スタQ2をターンオンする。その結果として、図2
(B)のゲート電極電圧VGSは、零ボルト付近まで減
少し、上述のように、図1のトランジスタQ3をターン
オフさせる。
図2(F)のドレイン電圧VDは共振方式で増加する。
図1のキャパシタC6は、電圧VDが零ボルトを超える
ことが認められる前にトランジスタQ3を完全に非導通
状態にさせるように、電圧VDが増加する速度を制限す
る。
おける正の容量性電流IC6は、電圧VDが増加すると
きに発生し、図2(C)の電圧VR1112の正電圧パ
ルス20を発生させるため抵抗器R12に供給される。
正電圧パルス20は、図1の抵抗器R11を介して、ト
ランジスタQ2のベースへ供給され、トランジスタQ2
を導通状態に維持する。その結果として、直後に、図2
(A)の電流IDが零になる。図1の電流IC6が、ト
ランジスタQ2を導通状態に維持できないある大きさま
で減少した後、電圧V3の減少によって、図2(E)の
電圧VR8の負の部分VR8NEGが生ずる。
路21は、図1のトランジスタQ3がターンオフされた
とき、図2(F)の区間t10−t30の間に、発振の
半周期を経過する。図2(F)の時刻t40よりも前に
電圧VDが減少すると、図2(B)の電圧VGSは正に
変化する。
Dは極性を反転し、図1のダンパーダイオードD6をタ
ーンオンさせ、図2(F)の電圧VDを約0ボルトにク
ランプする。このようにして、図1の共振回路21は、
発振の半周期を経過する。図2(B)の時刻t40の
後、図2(B)の電圧VGSは、図1の電圧V3の極性
が上述の如く変化するので、さらに正の方向へ増加す
る。
は、電流Ieを変化させることによって達成される。電
圧VOUTが増幅器23の基準電圧(図示しない)より
も大きいとき、電流Ieは電圧VBQ2を増加させる。
その結果として、トランジスタQ3の電流IDのピーク
値及び負荷回路302へ送られる電力は低下する。これ
に対し、電圧VOUTが増幅器23の基準電圧(図示し
ない)よりも小さいとき、電流Ieは減少する。その結
果として、トランジスタQ3の電流IDのピーク値及び
負荷回路(図示しない)へ供給される電力は、減少す
る。したがって、トランジスタQ3の制御回路は、電圧
VBQ2に応じて、トランジスタQ3における電流ID
のデューティサイクル変調を実現する。
100は、電流−パルス毎の制御に基づいて、電流モー
ド制御で動作する。図2(A)の区間t1−t10で、
図1のトランジスタQ3を流れる電流IDの電流パルス
は、上述のように、図1のトランジスタQ3の閾値レベ
ルにまで達したとき、図2(A)の時刻t10で終了す
る。
ときのように、不良条件の状況が生じているとき、抵抗
器R14の電流は、ベース電圧VBQ2を、所定の正の
電圧バイアスで維持する。その結果として、トランジス
タQ3の電流IDのピーク値及び負荷回路302へ供給
された電力は、制限されるであろう。これにより、保護
が行なわれるという効果を奏する。
れば、ゼロ・ボルト・スイッチング電源(100)の主
スイッチングトランジスタ(Q3)が導通するとき、電
圧(VR1112)はトランジスタと直列接続された電
流検出抵抗器(R12)に発生する。電流検出抵抗器に
おける電圧は、比較器トランジスタ(Q2)の制御端子
(ベース)へ結合される。主スイッチングトランジスタ
の所定の導通期間に、電流検出抵抗器電圧が比較器トラ
ンジスタをターンオンさせるために十分な大きさになっ
たとき、比較器トランジスタがターンオンされる。比較
器トランジスタの出力(VGS)は、主スイッチングト
ランジスタの制御端子へ供給され、電流パルス毎に基づ
いて、主スイッチングトランジスタのターンオフ瞬間を
制御する。主スイッチングトランジスタの主電流導通端
子に発生した共振電圧パルス(IC6)は、比較器トラ
ンジスタの制御端子へ容量結合され、共振電圧パルスの
遷移期間中に、比較器トランジスタをターンオン状態に
保つ。
る。
するための波形図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 入力供給電圧源と、 該入力供給電圧源に接続された電源インダクタンスと、 該電源インダクタンスに接続され、同調共振回路を形成
するキャパシタンスと、 所定のスイッチング期間に共振電流のパルスが該キャパ
シタンスに生成されるように、負荷に接続された該電源
インダクタンスにパルスを生成する第1のスイッチング
トランジスタと、を具備したスイッチモード電源であっ
て、 ゼロ・ボルト・スイッチングを行なわせるように該第1
のスイッチングトランジスタを制御し、該キャパシタの
該共振電流に応答する電流検出器を含み、該共振電流の
パルスの一部分で該第1のスイッチングトランジスタを
ターンオフ状態に保つため該共振電流を該第1のスイッ
チングトランジスタへ供給する制御手段を更に有するこ
とを特徴とするスイッチモード電源。 - 【請求項2】 該電流検出器は、該キャパシタに直列接
続された抵抗器と、該第1のスイッチングトランジスタ
の制御端子に接続され、該抵抗器に発生した電圧に応
じ、該共振電流のパルスの一部分で該第1のスイッチン
グトランジスタをターンオフ状態に保つ第2のスイッチ
ングトランジスタと、を含む、請求項1記載のスイッチ
モード電源。 - 【請求項3】 該第2のスイッチングトランジスタは非
ラッチ方式で動作する、請求項2記載のスイッチモード
電源。 - 【請求項4】 該制御手段は、該第1のスイッチングト
ランジスタにおける電流を表わす信号に応じ、該第1の
スイッチングトランジスタを電流モード制御動作で制御
する、請求項1記載のスイッチモード電源。 - 【請求項5】 入力供給電圧源と、 該入力供給電圧源に接続された電源インダクタンスと、 該電源インダクタンスへ接続された第1の端子を有し、
同調共振回路を形成するキャパシタンスと、 ゼロ・ボルト・スイッチング・モードで動作し、所定の
期間に、負荷へ接続された該電源インダクタンスにパル
スを発生させ、該キャパシタンスに共振電流パルスを発
生させる第1のスイッチングトランジスタと、を具備し
たスイッチモード電源であって、 該共振電流パルスに応答し、該第1のスイッチングトラ
ンジスタを該所定の期間の一部分でターンオフ状態に保
つ制御信号を発生させる電流検出器を更に有することを
特徴とするスイッチモード電源。
Applications Claiming Priority (2)
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