JP2008193283A - 整流装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】寄生ダイオードを内蔵したMOSFETS1のソース・ドレイン間の導通電圧を所定の電圧まで昇圧する昇圧回路2と、昇圧回路2の出力電圧で動作するゲート制御回路1を備え、昇圧回路2の出力電圧は電源切替回路3により昇圧回路2の電源電圧として供給される。MOSFETS1はドレイン電極を電位基準として回路構成し、昇圧回路2は、ドレイン電極を電位基準とした正のソース・ドレイン電圧を昇圧し、MOSFETS1のドレイン・ゲート間に正の駆動電圧が印加される。
【選択図】図1
Description
また、上記特許文献2に示す従来の整流装置では、2整流器端子間電圧差によりゲート制御回路の駆動電圧を生成するチャージポンプを備えているが、トランジスタがオンするとチャージポンプのコンデンサには充電されないため、ゲート制御回路の駆動電圧を保持できずにトランジスタはオフする。このため、トランジスタを連続してオンさせる動作は困難であった。
以下、この発明の実施の形態1による整流装置を図について説明する。図1は、この発明の実施の形態1による整流装置の概略構成を示すブロック図である。
図に示すように、整流装置は、ソース・ドレイン間に寄生ダイオードを内蔵したnチャネル型パワーMOSFETS1(以下、MOSFETS1と称す)と、MOSFETS1を駆動制御するゲート制御回路1と、ゲート制御回路1の電源電圧を生成する昇圧回路2と、電源切替回路3と、逆電圧保護回路としての保護回路4〜7とを備える。また、外部端子を、陽極端子A、陰極端子Kの2端子とし、MOSFETS1はソース電極を陽極端子Aに、ドレイン電極を陰極端子Kに接続する。なお、C1は、昇圧回路2が備える昇圧用コンデンサである。
以上の動作を繰り返し、MOSFETS1の導通時にソース・ドレイン間に発生する電圧を昇圧し、昇圧された電圧を昇圧回路2とゲート制御回路1の双方に給電しながらMOSFETS1を連続的に駆動するように動作する。
MOSFETのオン抵抗は耐圧・形状等性能によりそれぞれ異なるが、例えば低い抵抗値だと数10mΩ程度の素子が存在する。仮にMOSFETS1のオン抵抗を20mΩと仮定すると、陽極端子Aから陰極端子Kに流れる電流値が例えば10Aの場合、ドロップ電圧は0.2Vとなる。一方10Aの電流を流したときのダイオードの順方向電圧は耐圧の低いSBD(ショットキダイオード)で0.6〜1.0V、耐圧の高いFRD(ファーストリカバリーダイオード)では1.0V〜3.0Vが一般的であり、これらダイオードと比較するとMOSFETS1によるドロップ電圧は十分に小さい、すなわち低損失と言える。このため、この実施の形態による整流装置は、2端子のダイオードとの置き換えが容易であり、ダイオードよりも導通時の損失が低減され高効率な整流装置となる。
なお、ゲート駆動回路1はMOSFETS1のオン動作を継続させるように制御動作を行うもので、MOSFETS1のオン時のソース・ドレイン間のドロップ電圧はそもそも小さい値である。このため、ドレイン電極を電位基準とした駆動電圧は、ソース電極を電位基準にした場合とほぼ同等の電圧として扱える。
上記実施の形態1による整流装置を具体的な回路で構成したものを以下に説明する。図2は、この発明の実施の形態2による整流装置の回路構成図である。
図2に示すように、図1におけるゲート制御回路1としてコンパレータ11を用い、昇圧回路2は、ブーストコンバータ12、昇圧用コイルL1、昇圧用コンデンサC1、昇圧用スイッチS2および昇圧用ダイオードD1で構成し、電源切替回路3は、電源切替用ダイオードD2および電源切替用抵抗R2で構成する。また、保護回路4を構成する逆電圧保護用素子として制御回路用保護素子DS3、DZ1と、保護回路6を構成する逆電圧保護用素子として昇圧回路用保護素子DZ2、D3とを備える。また、保護回路5を構成する逆電流防止用素子として逆電流防止素子DS1と、保護回路7を構成する逆電流防止素子として逆電流防止スイッチDS2とを備える。さらに、コンパレータ11の電源供給を制御する半導体スイッチング素子として電源供給制御スイッチS3を備える。なお、R1は電圧検出用抵抗、R3はMOSFETS1の誤動作防止用抵抗、R4、R5は電源供給制御スイッチS3の制御用抵抗である。
動作開始前には、コンパレータ11およびブーストコンバータ12とも停止状態で、MOSFETS1はオフ状態である。この状態で、陽極端子Aから陰極端子Kに電流が流れると、MOSFETS1の寄生ダイオードに順方向電流が流れ、ソース・ドレイン間に寄生ダイオードの順方向電圧が発生する。この電圧は、ドレイン電極を電位基準とする正の電圧であり、ブーストコンバータ12に供給される。
ここで、MOSFETS1の寄生ダイオードの順方向電圧と逆電流防止素子DS1の順方向電圧との差電圧がブーストコンバータ12の起動電圧以上に設定されており、ブーストコンバータ12を起動させる。ブーストコンバータ12は起動後発振し始め昇圧用スイッチS2を駆動して昇圧動作を開始し、昇圧用コンデンサC1に電圧を蓄積する。逆電流防止スイッチDS2は、コンパレータ11の駆動信号で制御されるスイッチであり、逆電流防止スイッチDS2の寄生ダイオード(並列ダイオード)の順方向電圧は、MOSFETS1の寄生ダイオードの順方向電圧よりも低く設定されている。この逆電流防止スイッチDS2は、ブーストコンバータ12の起動時にはオフしているが、寄生ダイオードを介して昇圧用コイルL1に正の電圧が入力される。
MOSFETをオンさせる為には、通常ソース・ゲート間に一定の電圧を印加する必要があるが、その値は一般的なMOSFETで2〜4Vである。コンパレータ11はMOSFETS1のドレイン・ゲート間に電源電圧である5Vと同じHi信号を出力することで、MOSFETS1を十分にオンさせることができる。
昇圧用コンデンサC1の蓄積電圧は上述したようにブーストコンバータ12とコンパレータ11との双方に電源電圧として供給される。そしてコンパレータ11はMOSFETS1のゲート駆動信号を生成しMOSFETS1がオンする。
以上の動作を繰り返し、MOSFETS1の導通時にソース・ドレイン間に発生する電圧を昇圧し、昇圧された電圧をブーストコンバータ12とコンパレータ11との双方に給電しながらMOSFETS1を連続的に駆動するように動作する。
なお、この場合、電源供給制御スイッチS3はpチャネル型MOSFETを用い、オン・オフ制御用に抵抗R4、R5を用いたが、オン・オフ制御用にICを用いても良く、同様の効果を得ることができる。
4〜7 逆電圧保護回路としての保護回路、11 コンパレータ、
12 ブーストコンバータ、S1 MOSFET、L1 昇圧用コイル、
C1 昇圧用コンデンサ、S2 昇圧用スイッチ、D1 昇圧用ダイオード、
D2 電源切替用ダイオード、R2 電源切替用抵抗、
DS3,DZ1 逆電圧保護用素子としての制御回路用保護素子、
DZ2,D3 逆電圧保護用素子としての昇圧回路用保護素子、
DS1 逆電流防止用素子としての逆電流防止素子、
DS2 逆電流防止素子としての逆電流防止スイッチ、
S3 半導体スイッチング素子としての電源供給制御スイッチ。
Claims (6)
- 外部端子を陽極端子と陰極端子との2端子とした整流装置において、
ソース・ドレイン間に寄生ダイオードが内蔵され、ドレイン電極を上記陰極端子に接続しソース電極を上記陽極端子に接続したnチャネル型MOSFETと、上記2端子間が導通時に上記MOSFETのソース・ドレイン間の電圧を所定の電圧に昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路の出力を電源として上記2端子間の電圧に応じて上記MOSFETの上記ゲート電極に駆動信号を出力する駆動制御回路とを備え、
上記昇圧回路は、入出力電圧に上記MOSFETのドレイン電極を電位基準とした正の電圧を扱い、上記MOSFETは上記ドレイン電極を電位基準とした正の電圧による上記駆動信号にて動作することを特徴とする整流装置。 - 上記昇圧回路は、昇圧した電圧を蓄積するコンデンサと、該コンデンサの電圧を該昇圧回路自身の電源に用いるための電源切替回路とを備え、起動時には上記寄生ダイオードの両端に発生する順方向電圧により動作し、起動後は上記コンデンサの電圧を該昇圧回路自身の電源に用いるよう上記電源切替回路にて切り替えることを特徴とする請求項1記載の整流装置。
- 上記昇圧回路および上記駆動制御回路に逆電圧が印加されるのを保護する逆電圧保護回路を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の整流装置。
- 上記逆電圧保護回路が、逆電圧保護用素子と、該逆電圧保護用素子を介して上記陰極端子から上記陽極端子に逆電流が流れることを防止する逆電流防止用素子とを備えたことを特徴とする請求項3記載の整流装置。
- 上記駆動制御回路から出力される上記駆動信号にて制御される半導体スイッチング素子を上記逆電流防止用素子に用いたことを特徴とする請求項4記載の整流装置。
- 上記昇圧回路の出力を上記駆動制御回路の電源として供給するのを制御する半導体スイッチング素子を備えて上記陰極端子から上記陽極端子に逆電流が流れることを防止したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の整流装置。
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