JP2002354800A - 同期整流型コンバータ - Google Patents

同期整流型コンバータ

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JP2002354800A
JP2002354800A JP2001162514A JP2001162514A JP2002354800A JP 2002354800 A JP2002354800 A JP 2002354800A JP 2001162514 A JP2001162514 A JP 2001162514A JP 2001162514 A JP2001162514 A JP 2001162514A JP 2002354800 A JP2002354800 A JP 2002354800A
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富保 砂金
Naoki Takahashi
直樹 高橋
Tatsuo Araki
達男 荒木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は同期整流型コンバータに関し、逆流
(電力回生)を抑え、安定した出力電圧を供給できる同
期整流型コンバータを提供することを目的としている。 【解決手段】 主トランスT1と、1次側主スイッチン
グ用FETと、2次側整流用FET(TR2)と転流用
FET(TR3)を用いた同期整流型コンバータにおい
て、前記2次側整流用FET(TR2)と転流用FET
(TR3)の駆動回路を主トランスT1ではなく、主ト
ランスT1とは独立に設けられたドライブトランス駆動
回路3で駆動するように構成される。

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コンバー
タに関し、他の直流電源に並列接続する電源において、
本電源の同期整流回路用FETの誤動作防止に関する。
【0002】複数の電源を並列接続する場合において、
FETを用いた同期整流回路方式は高効率型コンバータ
を実現しているが、同期整流回路を用いた電源回路は他
電源からの逆電流により、本電源の入力回路側の電力が
回生され、電源が破壊されることがあることから、対策
が必要となる。
【0003】
【従来の技術】図4は、従来回路の構成例を示す図であ
る。入力電源E1は主トランスT1の1次巻線に接続さ
れている。主トランスT1の1次巻線N1、2次巻線N
2に示す●はトランスの極性を示す(以下、同じ)。C
1は入力電源E1に接続された平滑用コンデンサであ
る。主トランスT1の1次側には、主スイッチング用F
ETであるTR1とチョークコイルL2が直列に接続さ
れている。コンデンサC1の両端にかかる電圧をEc1
とする。
【0004】主スイッチング用FET(電界効果トラン
ジスタ)であるTR1はスイッチングレギュレータ回路
1内のスイッチ(トランジスタ。以下同じ)TR4によ
りオン/オフ駆動される。即ち、スイッチTR4のエミ
ッタは主スイッチTR1のゲートに接続されている。該
スイッチングレギュレータ回路1は、補助電源E2によ
りパワーが供給される。主スイッチTR1がスイッチン
グレギュレータ回路1によりオン/オフ駆動されると、
主トランスT1の2次側には高周波交流が発生する。
【0005】主トランス2次側の整流用FETであるT
R2と、転流用FETであるTR3は交互にオン/オフ
を繰り返し、チョークコイルL1と平滑用コンデンサC
2で構成される平滑回路の出力として直流電圧が生成さ
れる。この直流電圧の出力Eoは、抵抗R1とR2より
なる直列回路で分圧されて入力/出力絶縁型出力電圧検
出回路2に入る。該入力/出力絶縁型出力電圧検出回路
2の出力は、スイッチングレギュレータ1に入力され
る。この結果、スイッチングレギュレータ1は、出力電
圧Eoが一定となるように、主スイッチTR1の導通時
間を制御する(PWM制御)。
【0006】主スイッチTR1がオンの時、主トランス
T1の2次側に設けられたスイッチTR2がオンとな
り、チョークコイルL1→コンデンサC2→TR2の閉
ループが形成され、負荷にパワーを供給する。主スイッ
チTR1がオフの時、転流用スイッチTR3がオンにな
る。この時、チョークコイルL1に蓄えられたエネルギ
ーを放出し、コイルL1→抵抗R1+R2→TR3の閉
ループが形成され負荷にパワーを供給する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような従来回路で
は、他の直流電源と出力端子同士を並列接続して用いる
場合、他の電源の出力電圧が本電源の平滑用コンデンサ
(出力コンデンサ)C2に印加され、チョークコイルL
1を介して整流用スイッチTR2、転流用スイッチTR
3が交互にオン/オフを繰り返し、主トランスT1を経
由して入力回路側に逆流する場合(電力回生する場合)
があり、電源を破壊するおそれがあった。並列運転時、
一方の電源が異常時、同期整流用FET(TR2、TR
3)が動作して入力側に電力回生があった時の特性を図
5に示す。
【0008】図5は従来回路の特性を示す図であり、横
軸は出力電圧Eo、縦軸は入力電圧Ec1である。A点
は正常に動作しているポイントである。一方の電源が異
常時(出力電圧が徐々に上昇した時)、正常動作してい
る電源側のTR2、TR3の自励動作により電力が入力
側回路に回生され、入力電圧Ec1がB点方向に高くな
る。
【0009】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであって、逆流(電力回生)を抑え、安定した出力
電圧を供給できる同期整流型コンバータを提供すること
を目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理回路
図である。図4と同一のものは、同一の符号を付して示
す。主トランスT1の1次側回路において、E1は入力
電源、L2は入力電源E1と直列に接続されるチョーク
コイル、C1は入力電源E1と並列に接続される平滑用
コンデンサ、N1は主トランスT1の1次巻線、TR1
は1次巻線N1と直列接続される主スイッチである。主
スイッチTR1としては、例えばFETが用いられる。
【0011】主トランスT1の2次側回路において、N
2は主トランスT1の2次巻線、TR2は2次巻線N2
と直列に接続されたFETで構成される整流用スイッ
チ、TR3は2次巻線N2に並列に接続されたFETで
構成される転流用スイッチ、L1は2次巻線N2に直列
に接続されたチョークコイル、C2は転流用スイッチT
R3と並列に接続された平滑用コンデンサ、R1+R2
は出力電圧モニタ用の抵抗回路である。同期整流用スイ
ッチTR2、TR3としては、例えばFETが用いられ
る。
【0012】1は前述したスイッチTR1〜TR3を駆
動するためのスイッチングレギュレータ回路、3はその
内部にトランスを含み、スイッチングレギュレータ回路
1の出力により駆動されるドライブトランス駆動回路で
ある。該ドライブトランス駆動回路3は、ドライブトラ
ンスの2次巻線により、前記したスイッチTR1〜TR
3が駆動されるようになっている。
【0013】このように構成すれば、整流用スイッチT
R2と転流用スイッチTR3のゲートが主トランスT1
に対し、分離していることから自励発振動作(誤動作)
は発生しない。従って、逆流(電力回生)を抑え、安定
した出力電圧を供給できる同期整流型コンバータを提供
することができる。
【0014】この場合において、前記ドライブトランス
駆動回路は、第1のドライブトランスと第2のドライブ
トランスより構成され、前記第1のドライブトランスの
2次巻線に主スイッチング用FETのゲート、ソースを
接続し、該第1のドライブトランスの2次巻線に整流用
FETのゲート、ソースを接続し、第2のドライブトラ
ンスの2次巻線に転流用のゲート、ソースを接続し、第
1のドライブトランスの1次巻線にスイッチングレギュ
レータの導通時間Dのスイッチング素子を接続し、第2
のドライブトランスの1次巻線にスイッチングレギュレ
ータの非導通時間(1−D)のスイッチング素子を接続
することを特徴とする。
【0015】このように構成すれば、整流用スイッチT
R2と転流用スイッチTR3のゲートが主トランスT1
に対し、分離していることから自励発振動作(誤動作)
は発生しない。従って、逆流(電力回生)を抑え、安定
した出力電圧を供給できる同期整流型コンバータを提供
することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を詳細に説明する。図2は本発明の一実施の
形態例を示す回路図である。図1、図4と同一のもの
は、同一の符号を付して示す。図において、主トランス
T1の1次側回路において、E1は入力電源、L2は入
力電源E1と直列に接続されるチョークコイル、C1は
入力電源E1と並列に接続される平滑用コンデンサ、N
1は主トランスT1の1次巻線、TR1は1次巻線N1
と直列接続される主スイッチである。主スイッチTR1
としては、例えばFETが用いられる。
【0017】主トランスT1の2次側回路において、N
2は主トランスT1の2次巻線、TR2は2次巻線N2
と直列に接続された整流用スイッチ、TR3は2次巻線
N2に並列に接続された転流用スイッチ、L1は2次巻
線N2に直列に接続されたチョークコイル、C2は転流
用スイッチTR3と並列に接続された平滑用コンデン
サ、R1+R2は出力電圧モニタ用の抵抗回路である。
同期整流用スイッチTR2、TR3としては、例えばF
ETが用いられる。
【0018】1は前述したスイッチTR1〜TR3を駆
動するためのスイッチングレギュレータ回路、3はその
内部にトランスを含み、スイッチングレギュレータ回路
1の出力により駆動されるドライブトランス駆動回路で
ある。該ドライブトランス駆動回路3は、ドライブトラ
ンスの2次巻線により、前記したスイッチTR1〜TR
3が駆動されるようになっている。2は出力電圧Eoが
抵抗分圧回路R1+R2により分圧され、この分圧出力
を出力電圧として検出してスイッチングレギュレータ1
に与える入力/出力絶縁型の出力電圧検出回路である。
【0019】スイッチングレギュレータ1において、E
2は回路を動作させる補助電源である。TR4は導通時
間Dの間オンになるスイッチング素子、TR5は導通時
間(1−D)の間オンになるスイッチング素子である。
これらスイッチング素子TR4、TR5としては、例え
ばFET(電界効果トランジスタ)が用いられる。
【0020】ドライブトランス駆動回路3において、T
2は第1のドライブトランス、T3は第2のドライブト
ランスである。ドライブトランスT2の1次側はスイッ
チTR4のコレクタに接続され、ドライブトランスT3
の1次側はスイッチTR5のコレクタに接続されてい
る。ドライブトランスT2の2次側には第1巻線N2と
第2巻線N3が設けられている。そして、第1巻線N2
は主スイッチTR1のゲート、ソース間に接続され、第
2巻線N3は整流用スイッチTR2のゲート、ソース間
に接続されている。ドライブトランスT3の2次巻線N
2は転流用スイッチTR3のゲート、ソース間に接続さ
れている。このように構成された回路の動作を説明すれ
ば、以下の通りである。 (TR1オン時)導通時間Dの間だけスイッチTR4が
オンに、スイッチTR5がオフになる。この結果、ドラ
イブトランスT2の第1の2次巻線N2に電圧(●側が
正)が発生する。この結果、主スイッチTR1のゲー
ト、ソース間には順方向の電圧が印加され、該スイッチ
TR1はオンになる。一方、ドライブトランスT2の第
2の2次巻線N3にも電圧が発生し、主トランスT1の
2次側の整流用スイッチTR2のゲート、ソース間には
順方向の電圧が印加され、該スイッチTR2はオンにな
る。この時、転流用スイッチTR3はオフ状態である。
【0021】この結果、主トランスT1の2次巻線N2
の一端(●印:正の電圧)からチョークコイルL1→平
滑用コンデンサC2→TR2のループ(閉回路)に電流
が流れ、負荷抵抗に平滑された直流電圧が印加される。 (TR1オフ時)非導通時間(1−D)の期間では、ス
イッチTR5がオンに、TR4はオフになる。この結
果、第2のドライブトランスT3の1次巻線N1がオン
になり、その2次巻線N2に電圧(●側が正)が発生す
る。この電圧が転流用スイッチTR3のゲート、ソース
間に印加されるので、スイッチTR3はオンになる。こ
の時、整流用スイッチTR2はオフ状態である。
【0022】この結果、チョークコイルL1に蓄積され
たエネルギーが放出され、チョークコイルL1→平滑用
コンデンサC2→TR3のループ(閉回路)に電流が流
れ、負荷抵抗に平滑された直流電圧が流れる。
【0023】この時、出力電圧Eoを抵抗R1+R2の
分圧抵抗により検出して、入力/出力絶縁型出力電圧検
出回路2に与える。入力/出力絶縁型出力電圧検出回路
2は検出電圧をスイッチングレギュレータ回路1に与え
る。これにより、スイッチTR4は主スイッチTR1の
導通時間を制御し、出力電圧の安定化を図っている。
【0024】本発明回路では、複数の電源の出力端子を
共通接続する並列運転時においても、主トランスT1に
対して、同期整流用スイッチTR2、TR3のドライブ
回路のゲートが分離していることから、自励発振動作は
起こらない。この結果、整流用スイッチTR2と転流用
スイッチTR3のゲートが主トランスT1に対して分離
していることから、自励発振動作(誤動作)は発生せ
ず、逆流(電力回生)を防止し、安定した出力電圧を供
給することができる。
【0025】図3は本発明の特性を示す図である。横軸
は出力電圧Eo、縦軸は入力電圧Ec1である。A点は
正常に動作しているポイントである。一方の電源が異常
時(出力電圧が徐々に上昇した時)でも、自励発振しな
いため、入力電源Ec1は一定である。
【0026】上述の実施の形態例では、出力電圧を絶縁
してスイッチングレギュレータ回路1に与える場合につ
いて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、出
力電圧を絶縁しないで、スイッチングレギュレータ回路
1に与えるようにしてもよい。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば整
流用スイッチと転流用スイッチのゲートが主トランスに
対し、分離していることから自励発振動作(誤動作)は
発生しない。従って、逆流(電力回生)を防止し、安定
した出力電圧を供給できる同期整流型コンバータを提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理回路図である。
【図2】本発明の一実施の形態例を示す回路図である。
【図3】本発明の特性を示す図である。
【図4】従来回路の構成例を示す図である。
【図5】従来回路の特性を示す図である。
【符号の説明】
1 スイッチングレギュレータ回路 3 ドライブトランス駆動回路 TR1 主スイッチ用FET TR2 整流用FET TR3 転流用FET C1,C2 平滑用コンデンサ L1,L2 チョークコイル R1,R2 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒木 達男 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 5H006 AA05 CA02 CB07 DA04 DC05 5H730 AS01 BB23 BB57 BB82 DD04 DD22 EE08 EE10 EE13 EE19 EE59 FD01 FG05 VV01

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主トランスと、1次側主スイッチング用
    FETと、2次側整流用FETと転流用FETを用いた
    同期整流型コンバータにおいて、 前記2次側整流用FETと転流用FETの駆動回路を主
    トランスではなく、主トランスとは独立に設けられたド
    ライブトランス駆動回路で駆動するように構成し、 前記ドライブトランス駆動回路は、第1のドライブトラ
    ンスと第2のドライブトランスより構成され、前記第1
    のドライブトランスの2次巻線に主スイッチング用FE
    Tのゲート、ソースを接続し、該第1のドライブトラン
    スの2次巻線に整流用FETのゲート、ソースを接続
    し、第2のドライブトランスの2次巻線に転流用のゲー
    ト、ソースを接続し、第1のドライブトランスの1次巻
    線にスイッチングレギュレータの導通時間Dのスイッチ
    ング素子を接続し、第2のドライブトランスの1次巻線
    にスイッチングレギュレータの非導通時間(1−D)の
    スイッチング素子を接続することを特徴とする同期整流
    型コンバータ。
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