JP2005210899A - スイッチング電源装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直流電圧を受ける入力端子2a、2bと、一次巻線および二次巻線を有するトランスTと、前記入力端子間に接続される第一のチョークコイルL1と第一のスイッチ素子Q1との第一の直列回路と、前記第一のスイッチ素子の端子間に接続される前記トランスの一次巻線と第一のコンデンサC1との第二の直列回路と、前記トランスの一次巻線の端子間に接続される第二のスイッチ素子Q2と第二のコンデンサC2の第三の直列回路と、第一と第二の整流MOS−FETQ3,Q4で構成され、前記トランスの二次巻線に接続される整流回路と、フィルタ回路と、出力端子と、制御回路を有するスイッチング電源装置。
【選択図】 図1
Description
V(N11)に注目すると、Toff1の期間に発生している電圧V(h1)は、スイッチ素子Q101がオンの期間にトランスT101が励磁された分だけリセットするために発生しており、これはオン期間の電圧の時間積分値が、オフ期間の電圧時間積分値に等しくなるように動作する。
図11の回路において、スイッチ素子Q101のオン期間には、同期整流MOS・FET、Q103はオフしてQ102がオンし、チョークコイルL10の電流はこのQ102を流れる。一方、スイッチ素子Q101のオフ期間には、同期整流MOS・FET、Q102はオフして、Q103がオンし、チョークコイルL10の電流は、このQ103を流れる。ここで、同期整流MOS・FET、Q102とQ103のゲート端子は、それぞれトランスT101の二次巻線N12の電圧によって駆動される。すなわち、それぞれの同期整流MOS・FETは、一方がオンする時、そのためのゲート駆動電圧は、オフしている他方の同期整流MOS・FETのドレイン・ソース間電圧を用いている。
図12において、Vds(Q103)は図11の同期整流MOS・FET、Q103のドレイン・ソース間の電圧を示しており、これは図11のP点の電圧V(P)でもあり、この電圧を出力フィルタ(L10,C10)で平均化し、交流成分を除いた電圧が出力電圧となる。Vds(Q103)のなかでVoutで示したのが出力電圧である。すなわち、このVds(Q103)の電圧と出力電圧(コンデンサC10の端子間電圧)が、それぞれ出力フィルタのチョークコイルL10の端子間に印加され、この差電圧によって、I(L10)で示すような、チョークコイルL10を流れる電流のリプル電流成分が決定され、このリプル電流と、出力フィルタのコンデンサC10の等価直列抵抗との積で出力リプル電圧のおおよその値が決定される。
そこで本発明回路の目的は、この電力損失の少ない低耐圧の整流素子を用いることを可能にし、とくに整流素子として同期整流MOS・FETを用いた場合、これを全期間に渡って駆動し、高効率なスイッチング電源装置を実現させる回路を提供することである。
請求項2記載の発明は、前記第二のスイッチ素子がオンしている期間中は、前記第二のスイッチ素子には前記第二のコンデンサを充電する電流を流し、次に、前記第二のコンデンサが放電する電流を流す請求項1記載のスイッチング電源の制御方法である。
請求項3記載の発明は、前記第一のチョークコイルには、直流電流に三角波が重畳された電流が流れるようにした請求項1又は請求項2のいずれか1項記載のスイッチング電源の制御方法である。
請求項4記載の発明は、前記第一のスイッチ素子の動作周期に対するオン期間の比率をDとし、前記直流電圧をVaとし、前記第一、第二のスイッチ素子の両方がオフしている期間を小さくして、前記第一のコンデンサと前記第二のコンデンサの直列接続回路の両端に生じる電圧Vcを、
Vc=Va/(1−D)
とさせる請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のスイッチング電源の制御方法である。
16a、16b…出力端子
17…負荷
18…制御回路
C1…第一のコンデンサ
C2…第二のコンデンサ
C10、C22、C62、C52、C100…コンデンサ
Cout…出力フィルタの第三のコンデンサ
D21…ダイオード
D101、D102…整流ダイオード
L1…第一のチョークコイル
L2…出力フィルタの第二のチョークコイル
L10…チョークコイル
Q1…第一のスイッチ素子
Q2…第二のスイッチ素子
Q52、Q62、Q101…スイッチ素子
Q3、Q4、Q102、Q103… 同期整流MOS・FET
T、T101…トランス
N1…トランスTの一次巻線
Na…トランスTの第一の二次巻線部分
Nb…トランスTの第二の二次巻線部分
N11…トランスT101の一次巻線
N12…トランスT101の二次巻線
Vin…入力電源
V(R)…R点の電圧
V(P)…P点の電圧
Claims (22)
- 直流電圧を受ける入力端子と、少なくとも一次巻線および二次巻線を有するトランスと、前記入力端子間に接続される第一のチョークコイルと第一のスイッチ素子との第一の直列回路と、前記第一のスイッチ素子の端子間に接続される前記トランスの一次巻線と第一のコンデンサとの第二の直列回路と、前記第一のスイッチ素子がオフの期間に、前記第一のチョークコイルの電流の一部を流す経路を構成するための第二のスイッチ素子と第二のコンデンサとの第三の直列回路と、前記トランスの二次巻線に接続される整流回路と、前記整流回路に接続されるフィルタ回路と、前記フィルタ回路に接続され負荷に直流電圧を出力する出力端子と、前記出力端子の出力電圧を検出して、前記第一と第二のスイッチ素子を、一方がオンの時に他方がオフであるように交互にオンさせて、第一のスイッチ素子のオンとオフの期間の比率を変化させることによって、前記出力端子の出力電圧を一定にするように制御する制御回路を有することを特徴とするスイッチング電源装置。
- 制御回路の動作周波数を一定にしたことを特徴とする請求項1のスイッチング電源装置。
- 第一のスイッチ素子及び第二のスイッチ素子としてMOS・FETを用いたことを特徴とする請求項1又は請求項2のスイッチング電源装置。
- トランスの二次巻線が第一の二次巻線部分と第二の二次巻線部分から成ることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3のスイッチング電源装置。
- トランスに三次巻線を設けたことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3又は請求項4のスイッチング電源装置。
- 整流回路をトランスの第一の二次巻線部分と第二の二次巻線部分に夫々接続された同期整流用MOS・FETで構成し、且つ前記MOS・FETはトランス二次巻線の誘起電圧によってそれに対応して交互にオンし、前記トランスの二次巻線の出力を全波整流するように接続されていることを特徴とする請求項4又は請求項5のスイッチング電源装置。
- 整流回路をトランスの第一の二次巻線部分と第二の二次巻線部分に夫々接続された整流用ダイオードで構成し、且つ第一と第二のスイッチ素子が交互にオンする時に、それに対応して交互にオンし、前記トランスの二次巻線の出力を全波整流するように接続されていることを特徴とする請求項4又は請求項5のスイッチング電源装置。
- 第三の直列回路をトランスの一次巻線間に接続したことを特徴とする請求項6又は請求項7のスイッチング電源装置。
- 第三の直列回路を第一のスイッチ素子の端子間に接続したことを特徴とする請求項6又は請求項7のスイッチング電源装置。
- 第三の直列回路をトランスの二次巻線間に接続したことを特徴とする請求項6又は請求項7のスイッチング電源装置。
- 第三の直列回路をトランスの三次巻線間に接続したことを特徴とする請求項6又は請求項7のスイッチング電源装置。
- 第一、第二のチョークコイルと、
第一、第二のコンデンサと、
MOSFETで構成された第一、第二のスイッチ素子と、
MOSFETで構成された第一、第二の同期整流素子と、
一次巻線と、該一次巻線と磁気結合された第一、第二の二次巻線とを有し、
前記第一、第二のスイッチ素子は直列接続され、その接続部分には、前記一次巻線の一端と前記第一のチョークコイルの一端が接続され、
前記第一、第二のコンデンサは直列接続され、その接続部分には、前記一次巻線の他端が接続され、
前記第一、第二のスイッチ素子の直列接続回路と前記第一、第二のコンデンサの直列接続された回路は並列接続され、その並列接続回路の一端と、前記第一のチョークコイルの他端の間に直流の電圧源が接続され、
前記第一、第二のスイッチ素子が同時オンを防止する短時間を除きいずれか一方がオンするように構成され、交互にオンしたときに、前記一次巻線に交流電流が流れて前記第一、第二の二次巻線に交流電圧が誘起され、該誘起された電圧で、前記第一又は前記第二の同期整流素子が交互にオンし、前記第一又は前記第二の二次巻線に交互に電流が流れ、前記第二のチョークコイルに電流を供給するように構成されたスイッチング電源装置。 - 第一、第二のチョークコイルと、
第一、第二のコンデンサと、
MOSFETで構成された第一、第二のスイッチ素子と、
MOSFETで構成された第一、第二の同期整流素子と、
一次巻線と、該一次巻線と磁気結合された第一、第二の二次巻線とを有し、
前記第一、第二のスイッチ素子は直列接続され、その接続部分には、前記一次巻線の一端と前記第一のチョークコイルの一端が接続され、
前記第一、第二のスイッチ素子の直列接続回路には、前記第二のコンデンサが並列接続され、
前記並列接続された回路の一端は、前記第一のコンデンサを介して前記一次巻線の他端に接続され、
前記並列接続回路と前記第一のコンデンサとが接続された部分と、前記チョークコイルの他端の間に直流の電圧源が接続され、前記チョークコイルの他端には直流電圧が印加され、
前記第一、第二のスイッチ素子が、同時オンを防止する短時間を除きいずれか一方がオンするように構成され、交互にオンしたときに、前記一次巻線に交流電流が流れて前記第一、第二の二次巻線に交流電圧が誘起され、該誘起された電圧で、前記第一又は前記第二の同期整流素子が交互にオンし、前記第一又は前記第二の二次巻線に交互に電流が流れ、前記第二のチョークコイルに電流を供給するように構成されたスイッチング電源装置。 - 第一、第二のチョークコイルと、
第一、第二のコンデンサと、
第一、第二のスイッチ素子と、
MOSFETで構成された第一、第二の同期整流素子と、
一次巻線と、該一次巻線と磁気結合された第一、第二の二次巻線と、
前記一次巻線及び前記第一、第二の二次巻線と磁気結合された三次巻線とを有し、
前記一次巻線と前記第一のコンデンサは直列接続され、その直列接続回路に前記第一のスイッチ素子が並列接続され、
該並列接続回路の一端は、前記チョークコイルの一端に接続され、前記並列接続回路の他端と前記チョークコイルの他端の間に直流の電圧源が接続され、
前記三次巻線と前記第二のコンデンサは直列接続され、その直列接続回路に前記第二のスイッチ素子が並列接続され、
前記第一、第二のスイッチ素子が、同時オンを防止する短時間を除きいずれか一方がオンするように構成され、交互にオンしたときに、前記一次巻線に交流電流が流れて前記第一、第二の二次巻線に交流電圧が誘起され、該誘起された電圧で、前記第一又は前記第二の同期整流素子が交互にオンし、前記第一又は前記第二の二次巻線に交互に電流が流れ、前記第二のチョークコイルに電流を供給するように構成されたスイッチング電源装置。 - 前記第一、第二のスイッチ素子のオンオフの周波数は一定にされた請求項12乃至請求項14のいずれか1項記載のスイッチング電源装置。
- 前記第一、第二の二次巻線一端は互いに接続され、その接続部分には前記第二のチョークコイルの一端が接続され、
前記第一、第二の二次巻線の他端は、前記第一又は前記第二の同期整流素子を介して互いに接続され、その互いに接続された部分と前記第二のチョークコイルの他端の間から出力電圧が取り出せるように構成され、
前記第一、第二の同期整流素子のうち、前記第一の二次巻線に接続された方のゲート端子には前記第二の二次巻線の他端の電圧が印加され、前記第二の二次巻線に接続された方のゲート端子には前記第一の二次巻線の他端の電圧が印加されるように構成された請求項12乃至請求項15のいずれか1項記載のスイッチング電源装置。 - 前記第一、第二のスイッチ素子のオン期間を変化させることで、前記第二のチョークコイルから出力される電圧を一定にするように構成されたことを特徴とする請求項16記載のスイッチング電源装置。
- 出力コンデンサを有し、前記出力電圧は、出力コンデンサによって平滑されるように構成されたことを特徴とする請求項17記載のスイッチング電源装置。
- 第一、第二のチョークコイルと、
第一、第二のコンデンサと、
MOSFETで構成された第一、第二のスイッチ素子と、
MOSFETで構成された第一、第二の同期整流素子と、
一次巻線と、該一次巻線と磁気結合された第一、第二の二次巻線とを有し、
前記第一、第二のスイッチ素子は直列接続され、その接続部分には、前記一次巻線の一端と前記第一のチョークコイルの一端が接続され、
前記第一、第二のコンデンサは直列接続され、その接続部分には、前記一次巻線の他端が接続され、
前記第一、第二のスイッチ素子の直列接続回路と前記第一、第二のコンデンサの直列接続された回路は、前記第一のスイッチ素子と前記第一のコンデンサとが接続され、前記第二のスイッチ素子と前記第二のコンデンサとが接続されて、前記直接接続回路同士が並列接続されたスイッチング電源装置の制御方法であって、
前記第一のスイッチ素子と前記第一のコンデンサとの接続点と、前記第一のチョークコイルの他端の間に直流電圧を印加し、
前記第一、第二のスイッチ素子が同時オンを防止する短時間を除きいずれか一方をオンさせることで前記第一、第二のスイッチ素子を交互にオンさせ、前記一次巻線に交流電流を流し、前記第一、第二の二次巻線に誘起された電圧で、前記第一又は前記第二の同期整流素子を交互にオンさせ、前記第一又は前記第二の二次巻線に交互に電流を流し、前記第二のチョークコイルに電流を供給するスイッチング電源装置の制御方法。 - 前記第二のスイッチ素子がオンしている期間中は、前記第二のスイッチ素子には前記第二のコンデンサを充電する電流を流し、次に、前記第二のコンデンサが放電する電流を流す請求項19記載のスイッチング電源の制御方法。
- 前記第一のチョークコイルには、直流電流に三角波が重畳された電流が流れるようにした請求項19又は請求項20のいずれか1項記載のスイッチング電源の制御方法。
- 前記第一のスイッチ素子の動作周期に対するオン期間の比率をDとし、前記直流電圧をVaとし、前記第一、第二のスイッチ素子の両方がオフしている期間を小さくして、前記第一のコンデンサと前記第二のコンデンサの直列接続回路の両端に生じる電圧Vcを、
Vc=Va/(1−D)
とさせる請求項19乃至請求項21のいずれか1項記載のスイッチング電源の制御方法。
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