JP2004274824A - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】フォトカプラ等の絶縁素子を用いることなく、自己ドライブ型の同期整流回路の自己発振を速やかに停止させる。
【解決手段】トランスＴ１０と、トランスＴ１０の１次側に設けられたスイッチング回路１１０と、トランスＴ１０の２次側に設けられ、整流スイッチＱ１２を有する自己ドライブ型の同期整流回路と、トランスＴ１０の２次側に設けられ、整流スイッチＱ１２のソース−ドレイン間電圧が所定値を超えたことに応答して、整流スイッチＱ１２をオフ状態とする自己発振停止回路１４０とを備える。これにより、フォトカプラ等の絶縁素子を用いることなく、同期整流回路の自己発振を速やかに停止させることが可能となるので、従来のスイッチング電源装置に比べ、簡単な回路構成を採用することが可能となる。
【選択図】 図１
【解決手段】トランスＴ１０と、トランスＴ１０の１次側に設けられたスイッチング回路１１０と、トランスＴ１０の２次側に設けられ、整流スイッチＱ１２を有する自己ドライブ型の同期整流回路と、トランスＴ１０の２次側に設けられ、整流スイッチＱ１２のソース−ドレイン間電圧が所定値を超えたことに応答して、整流スイッチＱ１２をオフ状態とする自己発振停止回路１４０とを備える。これにより、フォトカプラ等の絶縁素子を用いることなく、同期整流回路の自己発振を速やかに停止させることが可能となるので、従来のスイッチング電源装置に比べ、簡単な回路構成を採用することが可能となる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング電源装置に関し、特に、自己ドライブ型の同期整流回路を備えるスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータに代表される電子機器・電気機器の電源装置としてスイッチング電源装置が広く用いられている。
【０００３】
図３は従来のスイッチング電源装置の回路である。図３に示す従来のスイッチング電源装置は、直流入力電源５より一対の入力端子１，２間に供給される入力電圧Ｖｉを変圧して出力電圧Ｖｏを生成し、これを一対の出力端子３，４間に接続された負荷６に供給する装置であり、トランスＴ１と、トランスＴ１の１次側に設けられたスイッチング回路１０と、トランスＴ１の２次側に設けられた出力回路２０とを備えて構成されている。
【０００４】
スイッチング回路１０は、入力端子１，２間に接続された入力コンデンサＣｉと、トランスＴ１の１次巻線Ｌｐの一端と入力端子２との間に接続されたメインスイッチＱ１とを備えており、メインスイッチＱ１は制御回路３０によってＰＷＭ制御される。
【０００５】
出力回路２０は、トランスＴ１の２次巻線Ｌｓの一端と出力端子４との間に接続された整流スイッチＱ２と、トランスＴ１の２次巻線Ｌｓの他端と出力端子４との間に接続された整流スイッチＱ３と、整流スイッチＱ２に並列接続された整流ダイオードＣＲ２と、整流スイッチＱ３に並列接続された整流ダイオードＣＲ３と、トランスＴ１の２次巻線Ｌｓの他端と出力端子３との間に接続されたチョークコイルＬｏと、出力端子３，４間に接続された平滑コンデンサＣｏとを備えている。整流スイッチＱ２のゲートはトランスＴ１の２次巻線Ｌｓの他端に接続されている一方、整流スイッチＱ３のゲートはトランスＴ１の２次巻線Ｌｓの一端に接続されており、これによって、整流スイッチＱ２及び整流ダイオードＣＲ２と、整流スイッチＱ３及び整流ダイオードＣＲ３とは自己ドライブ型の同期整流回路を構成している。また、チョークコイルＬｏと平滑コンデンサＣｏとは平滑回路を構成している。
【０００６】
負荷６は、図４に示すように抵抗成分ＲＬｏａｄ、容量成分ＣＬｏａｄ及びリアクトル成分ＬＬｏａｄによって表すことができる。
【０００７】
制御回路３０は出力電圧Ｖｏを監視しており、出力電圧Ｖｏが目標電圧と比べて高くなるほどメインスイッチＱ１のオンデューティを低下させることによって負荷６に供給される電力を減らし、逆に、出力電圧Ｖｏが目標電圧と比べて低くなるほどメインスイッチＱ１のオンデューティを上昇させることによって負荷６に供給される電力を増やす。このようにして、負荷６に与えられる出力電圧Ｖｏの値が常に上記目標電圧となるように制御される。
【０００８】
ここで、メインスイッチＱ１がオン状態である期間においては、トランスＴ１の２次側巻線Ｌｓに生じる電圧により、整流スイッチＱ２がオン、整流スイッチＱ３がオフ状態となり、メインスイッチＱ１がオフ状態である期間においては、トランスＴ１の２次側巻線Ｌｓに生じる逆極性の電圧により、整流スイッチＱ２がオフ、整流スイッチＱ３がオン状態となる。つまり、整流スイッチＱ２，Ｑ３は、メインスイッチＱ１のオン／オフに連動して交互にオン／オフすることになる。これによりトランスＴ１の２次側電圧が整流された後、チョークコイルＬｏ及び平滑コンデンサＣｏからなる平滑回路によって平滑され、出力電圧Ｖｏとして出力端子３，４間に印加される。
【０００９】
しかしながら、ユーザ等による指示によりメインスイッチＱ１のスイッチングが停止すると、整流スイッチＱ２及びＱ３のいずれか一方がオン状態のままとなるので、これが引き金となって同期整流回路が自己発振を起こしてしまう。かかる自己発振は、出力コンデンサＣｏ及び負荷６の容量成分ＣＬｏａｄがトランスＴ１の２次側回路や負荷６の抵抗成分ＲＬｏａｄによって消費されるまで行われ、これにより、出力電圧Ｖｏは通常のスイッチング周期よりも非常に長い周期で振動しながら低下する。このため、例えば、出力電圧Ｖｏが所定値以下まで低下すれば、スイッチング電源装置の動作が停止されたものと負荷６において判断し所定の動作を行うような場合、出力電圧Ｖｏが振動しながら低下すると、負荷６においてスイッチング電源装置の動作が停止したのか否かの判断が困難となってしまうという問題が生じる。
【００１０】
さらに、自己発振が生じると、チョークコイルＬｏ、トランスＴ１の２次巻線Ｌｓ、整流スイッチＱ２、Ｑ３に大きな電流が流れることから、チョークコイルＬｏ、トランスの２次巻線Ｌｓ、整流スイッチＱ２、Ｑ３において大きな発熱を生じ、スイッチング電源装置の信頼性低下を招くおそれもある。
【００１１】
このような自己発振に起因する問題は、負荷６が有する抵抗成分ＲＬｏａｄが大きいほど顕著となることから、例えば、軽負荷時にスイッチング電源装置の動作停止が指示された場合に特に問題となる。さらに、自己発振に起因する問題は、負荷６が有する容量成分ＣＬｏａｄが大きいほど問題となることから、容量成分ＣＬｏａｄが大きい負荷に電力を供給する場合に特に問題となる。
【００１２】
同期整流回路の自己発振は、スイッチング動作の停止に応答して整流スイッチＱ２、Ｑ３の少なくとも一方を遮断状態とすることにより防止することができる。スイッチング動作の停止に応答して整流スイッチＱ２、Ｑ３の少なくとも一方を遮断状態とすることが可能なスイッチング電源装置としては、例えば、特許文献１に記載されている。
【００１３】
図５は特許文献１の図１に記載されたスイッチング電源装置の回路図であり、図６は特許文献１の図２に記載されたスイッチング電源装置の回路図である。
【００１４】
図５に示すスイッチング電源装置は、スイッチング回路の動作停止を２次側に知らせるフォトカプラ７と、ベースにフォトカプラ７の受光側素子７ｂのコレクタが接続され、受光側素子７ｂがオフ状態になると整流スイッチＱ３のゲート−ソース間を短絡するトランジスタ８とを備えており、フォトカプラ７の発光側素子７ａは、メインスイッチＱ１にゲートパルスが供給されている期間において発光し、メインスイッチＱ１へのゲートパルスが停止すると発光しなくなる。このため、スイッチング動作の停止に応答してフォトカプラ７の発光側素子７ａがオフすると、整流スイッチＱ３のゲート−ソース間が短絡されることから、同期整流回路の自己発振を防止することができる。
【００１５】
また、図６に示すスイッチング電源装置は、整流スイッチＱ３のゲートとゲートパルスの発生源であるチョークコイルＬｏとの間に接続されたトランジスタ９を備え、トランジスタ９のベースはフォトカプラ７の受光側素子７ｂのコレクタが接続されている。これにより、スイッチング動作の停止に応答してフォトカプラ７の発光側素子７ａがオフすると、整流スイッチＱ３のゲートとゲートパルスの発生源であるチョークコイルＬｏとが遮断されることから、同期整流回路の自己発振を防止することができる。
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−２３３１４４号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５及び図６に示すスイッチング電源装置においては、スイッチング動作の停止を１次側で検出していることから、フォトカプラ等の絶縁素子が必要となり、回路の複雑化やコスト増を招くおそれがあった。
【００１７】
特に、図６に示すスイッチング電源装置においては、フォトカプラ７の受光側素子７ｂのコレクタがチョークコイルＬｏに接続されていることから、通常動作時においては、受光側素子７ｂのコレクタ−エミッタ間電圧は高い周波数で振動することになる。一般に、フォトカプラの受光側素子は高増幅率なトランジスタであり、発光側が停止していてもコレクタに急峻な電圧が印加されると、コレクタからベースに電流が供給されてオンしてしまう特性を有しており、特に高温時にはコレクタからベースへの供給電流が増加するのでかかる現象は一層顕著となる。このため、コレクタ−エミッタ間電圧が振動している状態においては発光が停止してもオフしないか、オフするのに長い時間がかかるという特性を有している。このため、図６に示すスイッチング電源装置においては、このような条件下においても確実にオフすることが可能なフォトカプラを用いなければならないことはもちろん、このようなフォトカプラを用いた場合であっても、スイッチング動作の停止からしばらくの期間は、自己発振を停止させることはできない。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、フォトカプラ等の絶縁素子を用いることなく、自己ドライブ型の同期整流回路の自己発振を速やかに停止させることが可能なスイッチング電源装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明によるスイッチング電源装置は、トランスと、前記トランスの１次側に設けられたスイッチング回路と、前記トランスの２次側に設けられ、少なくとも一つの整流スイッチを有する自己ドライブ型の同期整流回路と、前記トランスの２次側に設けられ、少なくとも一つの整流スイッチの両端間電圧が所定値を超えたことに応答して、少なくとも一つの整流スイッチをオフ状態とする自己発振停止回路とを備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、整流スイッチの両端間電圧に基づいて自己発振を検出し、これを停止させていることから、フォトカプラ等の絶縁素子を用いることなく、自己発振を速やかに停止させることが可能となる。これにより、従来のスイッチング電源装置に比べ、簡単な回路構成によって自己発振を停止させることが可能となる。
【００２１】
また、前記自己発振停止回路は、少なくとも一つの整流スイッチに並列接続されたツェナーダイオードを含んでいることが好ましく、そのツェナー電圧は、通常動作時において前記整流スイッチの両端間に印加される電圧よりも高いことがより好ましく、前記整流スイッチの耐圧よりも低いことがより好ましい。整流スイッチの両端間電圧の検出にツェナーダイオードを用いれば、簡単且つ確実に自己発振の発生を検出することが可能となる。
【００２２】
また、前記自己発振停止回路は、少なくとも一つの整流スイッチのゲート−ソース間を実質的に短絡することによってこれをオフ状態とすることが好ましい。これによれば、確実に自己発振を停止させることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の好ましい実施の形態にかかるスイッチング電源装置１００の回路図である。図１に示すように、本実施形態にかかるスイッチング電源装置１００は、直流入力電源５より一対の入力端子１，２間に供給される入力電圧Ｖｉを変圧して出力電圧Ｖｏを生成し、これを一対の出力端子３，４間に接続された負荷６に供給する装置であり、トランスＴ１０と、トランスＴ１０の１次側に設けられたスイッチング回路１１０と、トランスＴ１０の２次側に設けられた出力回路１２０と、スイッチング回路１１０の動作を制御する制御回路１３０と、出力回路１２０の動作を制御する自己発振停止回路１４０とを備えて構成されている。
【００２５】
スイッチング回路１１０は、入力端子１，２間に接続された入力コンデンサＣｉと、トランスＴ１０の１次巻線Ｌｐ１１の一端Ｌｐ１１ｂと入力端子２との間に接続されたメインスイッチＱ１１とを備えており、メインスイッチＱ１１は制御回路１３０によってＰＷＭ制御される。また、１次巻線Ｌｐ１１の他端Ｌｐ１１ａは入力端子１に接続されている。
【００２６】
出力回路１２０は、トランスＴ１０の２次巻線Ｌｓ１１の一端Ｌｓ１１ｂと出力端子４との間に接続された整流スイッチＱ１２と、トランスＴ１０の２次巻線Ｌｓ１１の他端Ｌｓ１１ａと出力端子４との間に接続された整流スイッチＱ１３と、整流スイッチＱ１２に並列接続された整流ダイオードＣＲ１２と、整流スイッチＱ１３に並列接続された整流ダイオードＣＲ１３と、トランスＴ１０の２次巻線Ｌｓ１１の他端Ｌｓ１１ａと出力端子３との間に接続されたチョークコイルＬｏと、出力端子３，４間に接続された平滑コンデンサＣｏとを備えている。整流スイッチＱ１２のゲート（制御端子）は、コンデンサＣ１１を介して２次巻線Ｌｓ１１の他端Ｌｓ１１ａに接続されているとともに、ダイオードＣＲ１４及び抵抗Ｒ１１からなる並列回路を介して出力端子４に接続されている。一方、整流スイッチＱ１３のゲート（制御端子）は、コンデンサＣ１２を介して２次巻線Ｌｓ１１の一端Ｌｓ１１ｂに接続されているとともに、ダイオードＣＲ１５及び抵抗Ｒ１２からなる並列回路を介して出力端子４に接続されている。つまり、２次巻線Ｌｓ１１は、整流スイッチＱ１２，Ｑ１３のゲートに供給されるゲートパルス（制御パルス）の発生源として機能する。これにより、整流スイッチＱ１２及び整流ダイオードＣＲ１２と、整流スイッチＱ１３及び整流ダイオードＣＲ１３とは自己ドライブ型の同期整流回路を構成している。
【００２７】
また、チョークコイルＬｏと平滑コンデンサＣｏとは、平滑回路を構成している。
【００２８】
本実施形態においては、メインスイッチＱ１１及び整流スイッチＱ１２，Ｑ１３としてＮチャンネル型の電界効果トランジスタを用いているが、これ以外のスイッチ素子又はスイッチ回路を用いることも可能である。
【００２９】
制御回路１３０は、トランスＴ１０の１次巻線Ｌｐ１２、ダイオードＣＲ１６、ダイオードＣＲ１７、チョークコイルＬｂ及び平滑コンデンサＣｂからなる補助電源によって生成される電圧をＶｃｃ端子及びＧＮＤ端子間に受けて動作する回路であり、制御端子１３１よりＯＮ／ＯＦＦ端子に供給されるＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて動作状態／非動作状態となる。制御回路１３０は、出力電圧Ｖｏを検出する絶縁フィードバック回路１３２の検出電圧をフィードバック端子ＦＢを受け、制御回路１３０が動作状態である場合には、フィードバック端子ＦＢに供給される検出電圧に基づき、出力端子ｏｕｔよりＰＷＭ制御されたゲートパルスＳを出力する。制御回路１３０は、出力電圧Ｖｏが目標電圧と比べて高くなるほどゲートパルスＳのデューティを低下させることによって負荷６に供給される電力を減らし、逆に、出力電圧Ｖｏが目標電圧と比べて低くなるほどゲートパルスＳのデューティを上昇させることによって負荷６に供給される電力を増やす。このようにして、負荷６に与えられる出力電圧Ｖｏの値が常に上記目標電圧となるように制御される。
【００３０】
自己発振停止回路１４０は、整流スイッチＱ１２のソース−ドレイン間に直列に接続されたツェナーダイオードＺ１１及び抵抗Ｒ１３と、ツェナーダイオードＺ１１と抵抗Ｒ１３との接続点ａと出力端子４との間に直列に接続されたダイオードＣＲ１８及びコンデンサＣ１３と、ゲートがダイオードＣＲ１８とコンデンサＣ１３との接続点ｂに接続され、ソースが出力端子４に接続されたＮチャンネル型の電界効果トランジスタＱ１４と、整流スイッチＱ１２のゲートと電界効果トランジスタＱ１４のドレインとの間に接続されたダイオードＣＲ１９と、整流スイッチＱ１３のゲートと電界効果トランジスタＱ１４のドレインとの間に接続されたダイオードＣＲ２０と、電界効果トランジスタＱ１４のゲート−ソース間に接続された抵抗Ｒ１４とを備えて構成されている。抵抗Ｒ１４は、電界効果トランジスタＱ１４のゲートがフローティング状態となるのを防止するために設けられている。
【００３１】
ツェナーダイオードＺ１１としては、そのツェナー電圧が通常動作時において整流スイッチＱ１２がオフ状態である場合のソース−ドレイン間電圧よりも高く、且つ、整流スイッチＱ１２のソース−ドレイン間耐圧よりも低く設定されている。このため、通常動作時においてツェナーダイオードＺ１１がオンすることはなく、整流スイッチＱ１２のソース−ドレイン間に過大な電圧（但し、耐圧未満の電圧）が印加された場合に初めてオンすることになる。
【００３２】
以上が本実施形態にかかるスイッチング電源装置１００の構成であり、次にその動作について説明する。
【００３３】
まず、制御端子１３１に供給されるＯＮ／ＯＦＦ信号により制御回路１３０が動作状態である場合には、出力端子ｏｕｔよりゲートパルスＳがメインスイッチＱ１１に供給され、メインスイッチＱ１１はオン／オフを繰り返す。メインスイッチＱ１１がオン状態である期間においては、２次側巻線Ｌｓ１１に生じる電圧により、整流スイッチＱ１２がオン、整流スイッチＱ１３がオフ状態となり、メインスイッチＱ１１がオフ状態である期間においては、２次側巻線Ｌｓ１１に生じる逆極性の電圧により、整流スイッチＱ１２がオフ、整流スイッチＱ１３がオン状態となる。つまり、整流スイッチＱ１２，Ｑ１３は、メインスイッチＱ１１のオン／オフに連動して交互にオン／オフすることになる。これによりトランスＴ１０の２次側電圧は整流された後、チョークコイルＬｏ及び平滑コンデンサＣｏからなる平滑回路によって平滑され、出力電圧Ｖｏとして出力端子３，４間に印加される。
【００３４】
ここで、ツェナーダイオードＺ１１のツェナー電圧は、通常動作時において整流スイッチＱ１２がオフ状態である場合のソース−ドレイン間電圧よりも高く設定されていることから、通常動作時においてツェナーダイオードＺ１１がオンすることはなく、したがって、接続点ａ，ｂの電圧は実質的にゼロである。このため、通常動作時においては電界効果トランジスタＱ１４がオンすることはない。
【００３５】
一方、制御端子１３１に供給されるＯＮ／ＯＦＦ信号によって制御回路１３０が非動作状態となるか、あるいは何らかの原因によって出力電圧Ｖｏが目標電圧よりも極端に高くなると、メインスイッチＱ１１のスイッチングが停止する。このため、整流スイッチＱ１２及びＱ１３のいずれか一方がオン状態のままとなり、これが引き金となって同期整流回路が自己発振を開始する。自己発振している期間においては、整流スイッチＱ１２及びＱ１３のオン期間が増大し、出力コンデンサＣｏまたは負荷６より電流を吸い込む。そして、その吸い込む電流が増加し、スイッチＱ１２またはＱ１３が飽和してＯＦＦとなった際に整流スイッチのソース−ドレイン間に通常時よりも高い電圧が印加されることになる。かかる電圧は自己発振を繰り返すことによって徐々に高くなる。
【００３６】
その結果、整流スイッチＱ１２のソース−ドレイン間に印加される電圧がツェナーダイオードＺ１１のツェナー電圧を超えると、ツェナーダイオードＺ１１がオンし、抵抗Ｒ１３に電流が流れ始める。このため接続点ａ，ｂの電圧は上昇し、接続点ｂの電圧が電界効果トランジスタＱ１４のしきい値電圧を超えると、電界効果トランジスタＱ１４はオン状態となる。電界効果トランジスタＱ１４がオン状態となると、整流スイッチＱ１２のゲートがダイオードＣＲ１９及び電界効果トランジスタＱ１４を介してソースに接続されるとともに、整流スイッチＱ１３のゲートがダイオードＣＲ２０及び電界効果トランジスタＱ１４を介してソースに接続される。つまり、整流スイッチＱ１２，Ｑ１３のゲート−ソース間は実質的に短絡されてしまう。これにより、整流スイッチＱ１２，Ｑ１３はいずれもオフ状態となるので、この時点で自己発振は停止する。
【００３７】
このように、本実施態様においては、トランスＴ１０の２次側に設けられた自己発振停止回路１４０を用いて整流スイッチＱ１２のソース−ドレイン間電圧を検出し、これが通常時よりも高くなったことに応答して整流スイッチＱ１２，Ｑ１３をオフさせていることから、フォトカプラ等の絶縁素子を用いることなく、自己発振を速やかに停止させることが可能となる。これにより、従来のスイッチング電源装置に比べ、簡単な回路構成によって自己発振を停止させることが可能となる。
【００３８】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３９】
例えば、上記実施態様では、本発明をフォワードコンバータ型のスイッチング電源装置に適用した場合を例に説明したが、トランスの２次側に自己ドライブ型の同期整流回路を備えるタイプのスイッチング電源装置である限り、種々のタイプのスイッチング電源装置に適用することが可能である。
【００４０】
図２は、トランスの２次側がセンタータップ型であるスイッチング電源装置に本発明を適用した例を示す回路であり、簡単のため、１次側に属する回路（スイッチング回路や制御回路等）及び絶縁フィードバック回路については図示を省略し、２次側に属する部分のみを示している。
【００４１】
図２に示す出力回路２２０は、トランスＴ２０の２次巻線Ｌｓ２１の一端Ｌｓ２１ａと出力端子４との間に接続された整流スイッチＱ２１と、トランスＴ２０の２次巻線Ｌｓ２１の他端Ｌｓ２１ｂと出力端子４との間に接続された整流スイッチＱ２２と、整流スイッチＱ２１に並列接続された整流ダイオードＣＲ２１と、整流スイッチＱ２２に並列接続された整流ダイオードＣＲ２２と、２次巻線Ｌｓ２１のセンタータップＬｓ２１ｃと出力端子３との間に接続されたチョークコイルＬｏと、出力端子３，４間に接続された平滑コンデンサＣｏとを備えている。整流スイッチＱ２１のゲート（制御端子）は、コンデンサＣ２１を介して２次巻線Ｌｓ２１の他端Ｌｓ２１ｂに接続されているとともに、ダイオードＣＲ２３及び抵抗Ｒ２１からなる並列回路を介して出力端子４に接続されている。一方、整流スイッチＱ２２のゲート（制御端子）は、コンデンサＣ２２を介して２次巻線Ｌｓ２１の一端Ｌｓ２１ａに接続されているとともに、ダイオードＣＲ２４及び抵抗Ｒ２２からなる並列回路を介して出力端子４に接続されている。つまり、２次巻線Ｌｓ２１は、整流スイッチＱ２１，Ｑ２２のゲートに供給されるゲートパルス（制御パルス）の発生源として機能し、整流スイッチＱ２１及び整流ダイオードＣＲ２１と、整流スイッチＱ２２及び整流ダイオードＣＲ２２とは自己ドライブ型の同期整流回路を構成している。
【００４２】
本実施形態においても、整流スイッチＱ２１，Ｑ２２としてＮチャンネル型の電界効果トランジスタを用いているが、これ以外のスイッチ素子又はスイッチ回路を用いることも可能である。
【００４３】
このような出力回路２２０を用いた場合であっても、図２に示すように自己発振停止回路１４０を設け、自己発振により整流スイッチＱ２１のソース−ドレイン間電圧がツェナーダイオードＺ１１のツェナー電圧を超えた場合に整流スイッチＱ２１，Ｑ２２のゲート−ソース間を実質的に短絡すれば、自己発振を速やかに停止させることが可能となる。
【００４４】
尚、上記各実施形態においては、自己発振を検出した場合、同期整流回路を構成する２つの整流スイッチを両方ともオフ状態としているが、これらの一方のみをオフ状態としても構わない。
【００４５】
また、上記各実施形態においては、同期整流回路を構成する２つの整流スイッチのうち、一方の整流スイッチのソース−ドレイン間電圧に基づいて自己発振を検出しているが、両方の整流スイッチのソース−ドレイン間電圧を検出し、その一方が所定の電圧を超えた場合に一方又は両方の整流スイッチをオフ状態としても構わない。
【００４６】
さらに、上記各実施形態においては、整流スイッチにツェナーダイオードを並列接続することによってソース−ドレイン間電圧を検出し、これに基づいて自己発振の発生を検出しているが、ソース−ドレイン間電圧の検出方法としてはこれに限定されず、他の方法を用いても構わない。但し、ツェナーダイオードを用いれば、簡単且つ確実に自己発振の発生を検出することが可能となる。
【００４７】
また、上記各実施形態においては、各整流スイッチのゲート−ソース間にダイオードが接続されているがこれを削除しても構わない。
【００４８】
さらに、上記各実施形態において用いたトランジスタや電界効果トランジスタはスイッチ素子の一例であり、これ以外のスイッチ素子又はスイッチ回路を用いても構わない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フォトカプラ等の絶縁素子を用いることなく、自己ドライブ型の同期整流回路の自己発振を速やかに停止させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態にかかるスイッチング電源装置１００の回路図である。
【図２】トランスの２次側がセンタータップ型であるスイッチング電源装置に本発明を適用した例を示す回路図（２次側のみ）である。
【図３】従来のスイッチング電源装置の回路である。
【図４】負荷６の等価回路図である。
【図５】特許文献１の図１に記載されたスイッチング電源装置の回路図である。
【図６】特許文献１の図２に記載されたスイッチング電源装置の回路図である。
【符号の説明】
１，２ 入力端子
３，４ 出力端子
５ 直流入力電源
６ 負荷
１００ スイッチング電源装置
１１０ スイッチング回路
１２０，２２０ 出力回路
１３０ 制御回路
１３１ 制御端子
１３２ 絶縁フィードバック回路
１４０ 自己発振停止回路
Ｔ１０，Ｔ２０ トランス
Ｌｐ１１，Ｌｐ１２ １次巻線
Ｌｓ１１，Ｌｓ２１ ２次巻線
ＣＲ１２〜ＣＲ２４ ダイオード
Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１，Ｒ２２ 抵抗
Ｃ１１〜Ｃ１３，Ｃ２１，Ｃ２２ コンデンサ
Ｑ１１ メインスイッチ
Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ２１，Ｑ２２ 整流スイッチ
Ｑ１４ 電界効果トランジスタ
Ｚ１１ ツェナーダイオード
Ｃｉ 入力コンデンサ
Ｃｏ，Ｃｂ 平滑コンデンサ
Ｌｏ，Ｌｂ チョークコイル
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング電源装置に関し、特に、自己ドライブ型の同期整流回路を備えるスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータに代表される電子機器・電気機器の電源装置としてスイッチング電源装置が広く用いられている。
【０００３】
図３は従来のスイッチング電源装置の回路である。図３に示す従来のスイッチング電源装置は、直流入力電源５より一対の入力端子１，２間に供給される入力電圧Ｖｉを変圧して出力電圧Ｖｏを生成し、これを一対の出力端子３，４間に接続された負荷６に供給する装置であり、トランスＴ１と、トランスＴ１の１次側に設けられたスイッチング回路１０と、トランスＴ１の２次側に設けられた出力回路２０とを備えて構成されている。
【０００４】
スイッチング回路１０は、入力端子１，２間に接続された入力コンデンサＣｉと、トランスＴ１の１次巻線Ｌｐの一端と入力端子２との間に接続されたメインスイッチＱ１とを備えており、メインスイッチＱ１は制御回路３０によってＰＷＭ制御される。
【０００５】
出力回路２０は、トランスＴ１の２次巻線Ｌｓの一端と出力端子４との間に接続された整流スイッチＱ２と、トランスＴ１の２次巻線Ｌｓの他端と出力端子４との間に接続された整流スイッチＱ３と、整流スイッチＱ２に並列接続された整流ダイオードＣＲ２と、整流スイッチＱ３に並列接続された整流ダイオードＣＲ３と、トランスＴ１の２次巻線Ｌｓの他端と出力端子３との間に接続されたチョークコイルＬｏと、出力端子３，４間に接続された平滑コンデンサＣｏとを備えている。整流スイッチＱ２のゲートはトランスＴ１の２次巻線Ｌｓの他端に接続されている一方、整流スイッチＱ３のゲートはトランスＴ１の２次巻線Ｌｓの一端に接続されており、これによって、整流スイッチＱ２及び整流ダイオードＣＲ２と、整流スイッチＱ３及び整流ダイオードＣＲ３とは自己ドライブ型の同期整流回路を構成している。また、チョークコイルＬｏと平滑コンデンサＣｏとは平滑回路を構成している。
【０００６】
負荷６は、図４に示すように抵抗成分ＲＬｏａｄ、容量成分ＣＬｏａｄ及びリアクトル成分ＬＬｏａｄによって表すことができる。
【０００７】
制御回路３０は出力電圧Ｖｏを監視しており、出力電圧Ｖｏが目標電圧と比べて高くなるほどメインスイッチＱ１のオンデューティを低下させることによって負荷６に供給される電力を減らし、逆に、出力電圧Ｖｏが目標電圧と比べて低くなるほどメインスイッチＱ１のオンデューティを上昇させることによって負荷６に供給される電力を増やす。このようにして、負荷６に与えられる出力電圧Ｖｏの値が常に上記目標電圧となるように制御される。
【０００８】
ここで、メインスイッチＱ１がオン状態である期間においては、トランスＴ１の２次側巻線Ｌｓに生じる電圧により、整流スイッチＱ２がオン、整流スイッチＱ３がオフ状態となり、メインスイッチＱ１がオフ状態である期間においては、トランスＴ１の２次側巻線Ｌｓに生じる逆極性の電圧により、整流スイッチＱ２がオフ、整流スイッチＱ３がオン状態となる。つまり、整流スイッチＱ２，Ｑ３は、メインスイッチＱ１のオン／オフに連動して交互にオン／オフすることになる。これによりトランスＴ１の２次側電圧が整流された後、チョークコイルＬｏ及び平滑コンデンサＣｏからなる平滑回路によって平滑され、出力電圧Ｖｏとして出力端子３，４間に印加される。
【０００９】
しかしながら、ユーザ等による指示によりメインスイッチＱ１のスイッチングが停止すると、整流スイッチＱ２及びＱ３のいずれか一方がオン状態のままとなるので、これが引き金となって同期整流回路が自己発振を起こしてしまう。かかる自己発振は、出力コンデンサＣｏ及び負荷６の容量成分ＣＬｏａｄがトランスＴ１の２次側回路や負荷６の抵抗成分ＲＬｏａｄによって消費されるまで行われ、これにより、出力電圧Ｖｏは通常のスイッチング周期よりも非常に長い周期で振動しながら低下する。このため、例えば、出力電圧Ｖｏが所定値以下まで低下すれば、スイッチング電源装置の動作が停止されたものと負荷６において判断し所定の動作を行うような場合、出力電圧Ｖｏが振動しながら低下すると、負荷６においてスイッチング電源装置の動作が停止したのか否かの判断が困難となってしまうという問題が生じる。
【００１０】
さらに、自己発振が生じると、チョークコイルＬｏ、トランスＴ１の２次巻線Ｌｓ、整流スイッチＱ２、Ｑ３に大きな電流が流れることから、チョークコイルＬｏ、トランスの２次巻線Ｌｓ、整流スイッチＱ２、Ｑ３において大きな発熱を生じ、スイッチング電源装置の信頼性低下を招くおそれもある。
【００１１】
このような自己発振に起因する問題は、負荷６が有する抵抗成分ＲＬｏａｄが大きいほど顕著となることから、例えば、軽負荷時にスイッチング電源装置の動作停止が指示された場合に特に問題となる。さらに、自己発振に起因する問題は、負荷６が有する容量成分ＣＬｏａｄが大きいほど問題となることから、容量成分ＣＬｏａｄが大きい負荷に電力を供給する場合に特に問題となる。
【００１２】
同期整流回路の自己発振は、スイッチング動作の停止に応答して整流スイッチＱ２、Ｑ３の少なくとも一方を遮断状態とすることにより防止することができる。スイッチング動作の停止に応答して整流スイッチＱ２、Ｑ３の少なくとも一方を遮断状態とすることが可能なスイッチング電源装置としては、例えば、特許文献１に記載されている。
【００１３】
図５は特許文献１の図１に記載されたスイッチング電源装置の回路図であり、図６は特許文献１の図２に記載されたスイッチング電源装置の回路図である。
【００１４】
図５に示すスイッチング電源装置は、スイッチング回路の動作停止を２次側に知らせるフォトカプラ７と、ベースにフォトカプラ７の受光側素子７ｂのコレクタが接続され、受光側素子７ｂがオフ状態になると整流スイッチＱ３のゲート−ソース間を短絡するトランジスタ８とを備えており、フォトカプラ７の発光側素子７ａは、メインスイッチＱ１にゲートパルスが供給されている期間において発光し、メインスイッチＱ１へのゲートパルスが停止すると発光しなくなる。このため、スイッチング動作の停止に応答してフォトカプラ７の発光側素子７ａがオフすると、整流スイッチＱ３のゲート−ソース間が短絡されることから、同期整流回路の自己発振を防止することができる。
【００１５】
また、図６に示すスイッチング電源装置は、整流スイッチＱ３のゲートとゲートパルスの発生源であるチョークコイルＬｏとの間に接続されたトランジスタ９を備え、トランジスタ９のベースはフォトカプラ７の受光側素子７ｂのコレクタが接続されている。これにより、スイッチング動作の停止に応答してフォトカプラ７の発光側素子７ａがオフすると、整流スイッチＱ３のゲートとゲートパルスの発生源であるチョークコイルＬｏとが遮断されることから、同期整流回路の自己発振を防止することができる。
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−２３３１４４号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５及び図６に示すスイッチング電源装置においては、スイッチング動作の停止を１次側で検出していることから、フォトカプラ等の絶縁素子が必要となり、回路の複雑化やコスト増を招くおそれがあった。
【００１７】
特に、図６に示すスイッチング電源装置においては、フォトカプラ７の受光側素子７ｂのコレクタがチョークコイルＬｏに接続されていることから、通常動作時においては、受光側素子７ｂのコレクタ−エミッタ間電圧は高い周波数で振動することになる。一般に、フォトカプラの受光側素子は高増幅率なトランジスタであり、発光側が停止していてもコレクタに急峻な電圧が印加されると、コレクタからベースに電流が供給されてオンしてしまう特性を有しており、特に高温時にはコレクタからベースへの供給電流が増加するのでかかる現象は一層顕著となる。このため、コレクタ−エミッタ間電圧が振動している状態においては発光が停止してもオフしないか、オフするのに長い時間がかかるという特性を有している。このため、図６に示すスイッチング電源装置においては、このような条件下においても確実にオフすることが可能なフォトカプラを用いなければならないことはもちろん、このようなフォトカプラを用いた場合であっても、スイッチング動作の停止からしばらくの期間は、自己発振を停止させることはできない。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、フォトカプラ等の絶縁素子を用いることなく、自己ドライブ型の同期整流回路の自己発振を速やかに停止させることが可能なスイッチング電源装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明によるスイッチング電源装置は、トランスと、前記トランスの１次側に設けられたスイッチング回路と、前記トランスの２次側に設けられ、少なくとも一つの整流スイッチを有する自己ドライブ型の同期整流回路と、前記トランスの２次側に設けられ、少なくとも一つの整流スイッチの両端間電圧が所定値を超えたことに応答して、少なくとも一つの整流スイッチをオフ状態とする自己発振停止回路とを備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、整流スイッチの両端間電圧に基づいて自己発振を検出し、これを停止させていることから、フォトカプラ等の絶縁素子を用いることなく、自己発振を速やかに停止させることが可能となる。これにより、従来のスイッチング電源装置に比べ、簡単な回路構成によって自己発振を停止させることが可能となる。
【００２１】
また、前記自己発振停止回路は、少なくとも一つの整流スイッチに並列接続されたツェナーダイオードを含んでいることが好ましく、そのツェナー電圧は、通常動作時において前記整流スイッチの両端間に印加される電圧よりも高いことがより好ましく、前記整流スイッチの耐圧よりも低いことがより好ましい。整流スイッチの両端間電圧の検出にツェナーダイオードを用いれば、簡単且つ確実に自己発振の発生を検出することが可能となる。
【００２２】
また、前記自己発振停止回路は、少なくとも一つの整流スイッチのゲート−ソース間を実質的に短絡することによってこれをオフ状態とすることが好ましい。これによれば、確実に自己発振を停止させることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の好ましい実施の形態にかかるスイッチング電源装置１００の回路図である。図１に示すように、本実施形態にかかるスイッチング電源装置１００は、直流入力電源５より一対の入力端子１，２間に供給される入力電圧Ｖｉを変圧して出力電圧Ｖｏを生成し、これを一対の出力端子３，４間に接続された負荷６に供給する装置であり、トランスＴ１０と、トランスＴ１０の１次側に設けられたスイッチング回路１１０と、トランスＴ１０の２次側に設けられた出力回路１２０と、スイッチング回路１１０の動作を制御する制御回路１３０と、出力回路１２０の動作を制御する自己発振停止回路１４０とを備えて構成されている。
【００２５】
スイッチング回路１１０は、入力端子１，２間に接続された入力コンデンサＣｉと、トランスＴ１０の１次巻線Ｌｐ１１の一端Ｌｐ１１ｂと入力端子２との間に接続されたメインスイッチＱ１１とを備えており、メインスイッチＱ１１は制御回路１３０によってＰＷＭ制御される。また、１次巻線Ｌｐ１１の他端Ｌｐ１１ａは入力端子１に接続されている。
【００２６】
出力回路１２０は、トランスＴ１０の２次巻線Ｌｓ１１の一端Ｌｓ１１ｂと出力端子４との間に接続された整流スイッチＱ１２と、トランスＴ１０の２次巻線Ｌｓ１１の他端Ｌｓ１１ａと出力端子４との間に接続された整流スイッチＱ１３と、整流スイッチＱ１２に並列接続された整流ダイオードＣＲ１２と、整流スイッチＱ１３に並列接続された整流ダイオードＣＲ１３と、トランスＴ１０の２次巻線Ｌｓ１１の他端Ｌｓ１１ａと出力端子３との間に接続されたチョークコイルＬｏと、出力端子３，４間に接続された平滑コンデンサＣｏとを備えている。整流スイッチＱ１２のゲート（制御端子）は、コンデンサＣ１１を介して２次巻線Ｌｓ１１の他端Ｌｓ１１ａに接続されているとともに、ダイオードＣＲ１４及び抵抗Ｒ１１からなる並列回路を介して出力端子４に接続されている。一方、整流スイッチＱ１３のゲート（制御端子）は、コンデンサＣ１２を介して２次巻線Ｌｓ１１の一端Ｌｓ１１ｂに接続されているとともに、ダイオードＣＲ１５及び抵抗Ｒ１２からなる並列回路を介して出力端子４に接続されている。つまり、２次巻線Ｌｓ１１は、整流スイッチＱ１２，Ｑ１３のゲートに供給されるゲートパルス（制御パルス）の発生源として機能する。これにより、整流スイッチＱ１２及び整流ダイオードＣＲ１２と、整流スイッチＱ１３及び整流ダイオードＣＲ１３とは自己ドライブ型の同期整流回路を構成している。
【００２７】
また、チョークコイルＬｏと平滑コンデンサＣｏとは、平滑回路を構成している。
【００２８】
本実施形態においては、メインスイッチＱ１１及び整流スイッチＱ１２，Ｑ１３としてＮチャンネル型の電界効果トランジスタを用いているが、これ以外のスイッチ素子又はスイッチ回路を用いることも可能である。
【００２９】
制御回路１３０は、トランスＴ１０の１次巻線Ｌｐ１２、ダイオードＣＲ１６、ダイオードＣＲ１７、チョークコイルＬｂ及び平滑コンデンサＣｂからなる補助電源によって生成される電圧をＶｃｃ端子及びＧＮＤ端子間に受けて動作する回路であり、制御端子１３１よりＯＮ／ＯＦＦ端子に供給されるＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて動作状態／非動作状態となる。制御回路１３０は、出力電圧Ｖｏを検出する絶縁フィードバック回路１３２の検出電圧をフィードバック端子ＦＢを受け、制御回路１３０が動作状態である場合には、フィードバック端子ＦＢに供給される検出電圧に基づき、出力端子ｏｕｔよりＰＷＭ制御されたゲートパルスＳを出力する。制御回路１３０は、出力電圧Ｖｏが目標電圧と比べて高くなるほどゲートパルスＳのデューティを低下させることによって負荷６に供給される電力を減らし、逆に、出力電圧Ｖｏが目標電圧と比べて低くなるほどゲートパルスＳのデューティを上昇させることによって負荷６に供給される電力を増やす。このようにして、負荷６に与えられる出力電圧Ｖｏの値が常に上記目標電圧となるように制御される。
【００３０】
自己発振停止回路１４０は、整流スイッチＱ１２のソース−ドレイン間に直列に接続されたツェナーダイオードＺ１１及び抵抗Ｒ１３と、ツェナーダイオードＺ１１と抵抗Ｒ１３との接続点ａと出力端子４との間に直列に接続されたダイオードＣＲ１８及びコンデンサＣ１３と、ゲートがダイオードＣＲ１８とコンデンサＣ１３との接続点ｂに接続され、ソースが出力端子４に接続されたＮチャンネル型の電界効果トランジスタＱ１４と、整流スイッチＱ１２のゲートと電界効果トランジスタＱ１４のドレインとの間に接続されたダイオードＣＲ１９と、整流スイッチＱ１３のゲートと電界効果トランジスタＱ１４のドレインとの間に接続されたダイオードＣＲ２０と、電界効果トランジスタＱ１４のゲート−ソース間に接続された抵抗Ｒ１４とを備えて構成されている。抵抗Ｒ１４は、電界効果トランジスタＱ１４のゲートがフローティング状態となるのを防止するために設けられている。
【００３１】
ツェナーダイオードＺ１１としては、そのツェナー電圧が通常動作時において整流スイッチＱ１２がオフ状態である場合のソース−ドレイン間電圧よりも高く、且つ、整流スイッチＱ１２のソース−ドレイン間耐圧よりも低く設定されている。このため、通常動作時においてツェナーダイオードＺ１１がオンすることはなく、整流スイッチＱ１２のソース−ドレイン間に過大な電圧（但し、耐圧未満の電圧）が印加された場合に初めてオンすることになる。
【００３２】
以上が本実施形態にかかるスイッチング電源装置１００の構成であり、次にその動作について説明する。
【００３３】
まず、制御端子１３１に供給されるＯＮ／ＯＦＦ信号により制御回路１３０が動作状態である場合には、出力端子ｏｕｔよりゲートパルスＳがメインスイッチＱ１１に供給され、メインスイッチＱ１１はオン／オフを繰り返す。メインスイッチＱ１１がオン状態である期間においては、２次側巻線Ｌｓ１１に生じる電圧により、整流スイッチＱ１２がオン、整流スイッチＱ１３がオフ状態となり、メインスイッチＱ１１がオフ状態である期間においては、２次側巻線Ｌｓ１１に生じる逆極性の電圧により、整流スイッチＱ１２がオフ、整流スイッチＱ１３がオン状態となる。つまり、整流スイッチＱ１２，Ｑ１３は、メインスイッチＱ１１のオン／オフに連動して交互にオン／オフすることになる。これによりトランスＴ１０の２次側電圧は整流された後、チョークコイルＬｏ及び平滑コンデンサＣｏからなる平滑回路によって平滑され、出力電圧Ｖｏとして出力端子３，４間に印加される。
【００３４】
ここで、ツェナーダイオードＺ１１のツェナー電圧は、通常動作時において整流スイッチＱ１２がオフ状態である場合のソース−ドレイン間電圧よりも高く設定されていることから、通常動作時においてツェナーダイオードＺ１１がオンすることはなく、したがって、接続点ａ，ｂの電圧は実質的にゼロである。このため、通常動作時においては電界効果トランジスタＱ１４がオンすることはない。
【００３５】
一方、制御端子１３１に供給されるＯＮ／ＯＦＦ信号によって制御回路１３０が非動作状態となるか、あるいは何らかの原因によって出力電圧Ｖｏが目標電圧よりも極端に高くなると、メインスイッチＱ１１のスイッチングが停止する。このため、整流スイッチＱ１２及びＱ１３のいずれか一方がオン状態のままとなり、これが引き金となって同期整流回路が自己発振を開始する。自己発振している期間においては、整流スイッチＱ１２及びＱ１３のオン期間が増大し、出力コンデンサＣｏまたは負荷６より電流を吸い込む。そして、その吸い込む電流が増加し、スイッチＱ１２またはＱ１３が飽和してＯＦＦとなった際に整流スイッチのソース−ドレイン間に通常時よりも高い電圧が印加されることになる。かかる電圧は自己発振を繰り返すことによって徐々に高くなる。
【００３６】
その結果、整流スイッチＱ１２のソース−ドレイン間に印加される電圧がツェナーダイオードＺ１１のツェナー電圧を超えると、ツェナーダイオードＺ１１がオンし、抵抗Ｒ１３に電流が流れ始める。このため接続点ａ，ｂの電圧は上昇し、接続点ｂの電圧が電界効果トランジスタＱ１４のしきい値電圧を超えると、電界効果トランジスタＱ１４はオン状態となる。電界効果トランジスタＱ１４がオン状態となると、整流スイッチＱ１２のゲートがダイオードＣＲ１９及び電界効果トランジスタＱ１４を介してソースに接続されるとともに、整流スイッチＱ１３のゲートがダイオードＣＲ２０及び電界効果トランジスタＱ１４を介してソースに接続される。つまり、整流スイッチＱ１２，Ｑ１３のゲート−ソース間は実質的に短絡されてしまう。これにより、整流スイッチＱ１２，Ｑ１３はいずれもオフ状態となるので、この時点で自己発振は停止する。
【００３７】
このように、本実施態様においては、トランスＴ１０の２次側に設けられた自己発振停止回路１４０を用いて整流スイッチＱ１２のソース−ドレイン間電圧を検出し、これが通常時よりも高くなったことに応答して整流スイッチＱ１２，Ｑ１３をオフさせていることから、フォトカプラ等の絶縁素子を用いることなく、自己発振を速やかに停止させることが可能となる。これにより、従来のスイッチング電源装置に比べ、簡単な回路構成によって自己発振を停止させることが可能となる。
【００３８】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３９】
例えば、上記実施態様では、本発明をフォワードコンバータ型のスイッチング電源装置に適用した場合を例に説明したが、トランスの２次側に自己ドライブ型の同期整流回路を備えるタイプのスイッチング電源装置である限り、種々のタイプのスイッチング電源装置に適用することが可能である。
【００４０】
図２は、トランスの２次側がセンタータップ型であるスイッチング電源装置に本発明を適用した例を示す回路であり、簡単のため、１次側に属する回路（スイッチング回路や制御回路等）及び絶縁フィードバック回路については図示を省略し、２次側に属する部分のみを示している。
【００４１】
図２に示す出力回路２２０は、トランスＴ２０の２次巻線Ｌｓ２１の一端Ｌｓ２１ａと出力端子４との間に接続された整流スイッチＱ２１と、トランスＴ２０の２次巻線Ｌｓ２１の他端Ｌｓ２１ｂと出力端子４との間に接続された整流スイッチＱ２２と、整流スイッチＱ２１に並列接続された整流ダイオードＣＲ２１と、整流スイッチＱ２２に並列接続された整流ダイオードＣＲ２２と、２次巻線Ｌｓ２１のセンタータップＬｓ２１ｃと出力端子３との間に接続されたチョークコイルＬｏと、出力端子３，４間に接続された平滑コンデンサＣｏとを備えている。整流スイッチＱ２１のゲート（制御端子）は、コンデンサＣ２１を介して２次巻線Ｌｓ２１の他端Ｌｓ２１ｂに接続されているとともに、ダイオードＣＲ２３及び抵抗Ｒ２１からなる並列回路を介して出力端子４に接続されている。一方、整流スイッチＱ２２のゲート（制御端子）は、コンデンサＣ２２を介して２次巻線Ｌｓ２１の一端Ｌｓ２１ａに接続されているとともに、ダイオードＣＲ２４及び抵抗Ｒ２２からなる並列回路を介して出力端子４に接続されている。つまり、２次巻線Ｌｓ２１は、整流スイッチＱ２１，Ｑ２２のゲートに供給されるゲートパルス（制御パルス）の発生源として機能し、整流スイッチＱ２１及び整流ダイオードＣＲ２１と、整流スイッチＱ２２及び整流ダイオードＣＲ２２とは自己ドライブ型の同期整流回路を構成している。
【００４２】
本実施形態においても、整流スイッチＱ２１，Ｑ２２としてＮチャンネル型の電界効果トランジスタを用いているが、これ以外のスイッチ素子又はスイッチ回路を用いることも可能である。
【００４３】
このような出力回路２２０を用いた場合であっても、図２に示すように自己発振停止回路１４０を設け、自己発振により整流スイッチＱ２１のソース−ドレイン間電圧がツェナーダイオードＺ１１のツェナー電圧を超えた場合に整流スイッチＱ２１，Ｑ２２のゲート−ソース間を実質的に短絡すれば、自己発振を速やかに停止させることが可能となる。
【００４４】
尚、上記各実施形態においては、自己発振を検出した場合、同期整流回路を構成する２つの整流スイッチを両方ともオフ状態としているが、これらの一方のみをオフ状態としても構わない。
【００４５】
また、上記各実施形態においては、同期整流回路を構成する２つの整流スイッチのうち、一方の整流スイッチのソース−ドレイン間電圧に基づいて自己発振を検出しているが、両方の整流スイッチのソース−ドレイン間電圧を検出し、その一方が所定の電圧を超えた場合に一方又は両方の整流スイッチをオフ状態としても構わない。
【００４６】
さらに、上記各実施形態においては、整流スイッチにツェナーダイオードを並列接続することによってソース−ドレイン間電圧を検出し、これに基づいて自己発振の発生を検出しているが、ソース−ドレイン間電圧の検出方法としてはこれに限定されず、他の方法を用いても構わない。但し、ツェナーダイオードを用いれば、簡単且つ確実に自己発振の発生を検出することが可能となる。
【００４７】
また、上記各実施形態においては、各整流スイッチのゲート−ソース間にダイオードが接続されているがこれを削除しても構わない。
【００４８】
さらに、上記各実施形態において用いたトランジスタや電界効果トランジスタはスイッチ素子の一例であり、これ以外のスイッチ素子又はスイッチ回路を用いても構わない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フォトカプラ等の絶縁素子を用いることなく、自己ドライブ型の同期整流回路の自己発振を速やかに停止させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態にかかるスイッチング電源装置１００の回路図である。
【図２】トランスの２次側がセンタータップ型であるスイッチング電源装置に本発明を適用した例を示す回路図（２次側のみ）である。
【図３】従来のスイッチング電源装置の回路である。
【図４】負荷６の等価回路図である。
【図５】特許文献１の図１に記載されたスイッチング電源装置の回路図である。
【図６】特許文献１の図２に記載されたスイッチング電源装置の回路図である。
【符号の説明】
１，２ 入力端子
３，４ 出力端子
５ 直流入力電源
６ 負荷
１００ スイッチング電源装置
１１０ スイッチング回路
１２０，２２０ 出力回路
１３０ 制御回路
１３１ 制御端子
１３２ 絶縁フィードバック回路
１４０ 自己発振停止回路
Ｔ１０，Ｔ２０ トランス
Ｌｐ１１，Ｌｐ１２ １次巻線
Ｌｓ１１，Ｌｓ２１ ２次巻線
ＣＲ１２〜ＣＲ２４ ダイオード
Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１，Ｒ２２ 抵抗
Ｃ１１〜Ｃ１３，Ｃ２１，Ｃ２２ コンデンサ
Ｑ１１ メインスイッチ
Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ２１，Ｑ２２ 整流スイッチ
Ｑ１４ 電界効果トランジスタ
Ｚ１１ ツェナーダイオード
Ｃｉ 入力コンデンサ
Ｃｏ，Ｃｂ 平滑コンデンサ
Ｌｏ，Ｌｂ チョークコイル
Claims (5)
- トランスと、前記トランスの１次側に設けられたスイッチング回路と、前記トランスの２次側に設けられ、少なくとも一つの整流スイッチを有する自己ドライブ型の同期整流回路と、前記トランスの２次側に設けられ、少なくとも一つの整流スイッチの両端間電圧が所定値を超えたことに応答して、少なくとも一つの整流スイッチをオフ状態とする自己発振停止回路とを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
- 前記自己発振停止回路は、少なくとも一つの整流スイッチに並列接続されたツェナーダイオードを含んでいることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
- 前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は、通常動作時において前記整流スイッチの両端間に印加される電圧よりも高いことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
- 前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は、前記整流スイッチの耐圧よりも低いことを特徴とする請求項２又は３に記載のスイッチング電源装置。
- 前記自己発振停止回路は、少なくとも一つの整流スイッチのゲート−ソース間を実質的に短絡することによってこれをオフ状態とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
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