JP2009296770A - 絶縁形ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】起動時における補助スイッチ用トランジスタの誤動作を防止することができる絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。
【解決手段】トランス１０の一次巻線１１と主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍと直流電源１５とが直列に接続され、クランプコンデンサＣ１と補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの直列回路がトランス１０の一次巻線１１に対し並列に接続されている。駆動信号が、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタのゲート駆動回路２０、および、インバータ４３を介して補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタのゲート駆動回路３０に送られる。駆動信号における絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時に主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍを先にオンさせる信号をスイッチ５０、ディレー回路５１を用いてマスクすることにより絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時において補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓを先にオンさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータに関するものである。

絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータとして、アクティブクランプ回路を用いたＤＣ−ＤＣコンバータが利用されている（例えば特許文献１）。具体的には、例えば図１３に示すように、トランスＴの１次巻線側の回路構成として主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍと補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓが用いられ、コンデンサＣ１と補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓによりアクティブクランプ回路を構成している。両トランジスタＱｍ，Ｑｓは交互にオンされる。

トランジスタＱｍ，Ｑｓの駆動信号について、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍに対する駆動信号（パルス信号）に対し、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓへの駆動信号は主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍへの駆動信号を反転して作られる。

一方、トランスＴの偏磁、突入電流などの防止ためにソフトスタート（主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのデューティがゼロか最小デューティから少しずつ大きくさせる方法）でＤＣ−ＤＣコンバータを起動させる。
特開２００５−２７８３８０号公報

起動時には、２つのＭＯＳトランジスタＱｍ，Ｑｓの内、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍが先にオンされる。その時、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓに電圧が印加される。詳しくは、ＭＯＳトランジスタの等価回路においてはドレイン・ソース間（Ｄ−Ｓ間）、ゲート・ドレイン間（Ｇ−Ｄ間）、ゲート・ソース間（Ｇ−Ｓ間）の容量（Ｃ）が存在しており、それぞれの容量が電圧印加により充電される。主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのゲート・ソース間（Ｇ−Ｓ間）の容量が充電されると、図１４に示すように補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間の電圧Ｖｇｓが持ち上がり、ゲート・ソース電圧Ｖｇｓが補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの閾値電圧Ｖｔｈまで達すると、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓが誤動作（誤オン）してしまう。すると、図１３において一点鎖線で示すように貫通電流が流れ、回路破損に至るおそれがある。つまり、アクティブクランプ回路を利用するＤＣ−ＤＣコンバータにおいてトランスＴの一次巻線側ではハイサイドスイッチである補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート電圧の持ち上がりが発生して閾値電圧Ｖｔｈに達すると貫通電流が流れてコンバータが破損するおそれがある。

補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート電圧の持ち上がりによる誤動作を防止するために、第１の手法として、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの駆動回路にマイナスバイアスかける対策がある。具体的には、図１５に示すように、ゲート駆動回路１００のパルストランス１０１の二次巻線に中間タップ１０２ｃを設け、コンデンサ１０３を充電させ、マイナス電源を作る。これにより、図１６に示すように補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのターンオフ時に補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間に負電圧Ｖ１を印加する。詳しくは、パルストランス１０１の一次巻線に接続したトランジスタ１０７のオン時にコンデンサ１０３を充電し、トランジスタ１０７のターンオフ時にパルストランス１０１の二次巻線の中間タップ１０２ｃ→コンデンサ１０３→抵抗１０４→ダイオード１０５の寄生容量→二次巻線の一端１０２ａの経路で電流を流すとともに補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート→バイポーラトランジスタ１０６のエミッタ・ベース間→ダイオード１０５の寄生容量→二次巻線の一端１０２ａの経路でベース電流を流し、バイポーラトランジスタ１０６をオンする。これによりコンデンサ１０３により補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲートがコンデンサ１０３のマイナス端子に接続され、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのソースがコンデンサ１０３のプラス端子に接続されるため、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間に負電圧Ｖ１が印加される。このようにして、マイナス電源により補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの誤オンを防止する。つまり、ゲート電圧の持ち上がりが生じても閾値電圧Ｖｔｈまで至らないようにゲート・ソース電圧Ｖｇｓにマイナスバイアスをかける。

また、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート電圧の持ち上がりによる誤動作を防止するために、第２の手法として、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのオフした後のパルストランスのリセット電圧（逆起電力）を利用して、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間（Ｇ−Ｓ間）のインピーダンスを強制的にゼロにさせる方法がある。具体的には、図１７に示すように、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート駆動回路２００においてトランジスタ２０６のオンに伴いパルストランス２０１の二次巻線２０２ａに発生する電圧によりダイオード２０４を介して補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間の容量を充電してオン動作させる。トランジスタ２０６のターンオフ時に二次巻線２０２ｂに発生する電圧によりダイオード２０５を介してバイポーラトランジスタ２０３をオンさせる。補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間に蓄えられた電荷はバイポーラトランジスタ２０３を経て放電される。このバイポーラトランジスタ２０３のオンにより、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間のインピーダンスを強制的にゼロにして、図１８においてＰ１で示す補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート電圧の持ち上がりをなくす。

しかしながら、起動時は上記の図１５，１６，１７，１８に示した方法では補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの誤動作を防止することができない。つまり、図１５に示す回路の場合、図１６に示すように起動時にはコンデンサ１０３の充電ができないため、起動に伴う主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのオンにて補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上の値に持ち上がり（Ｐ２）、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓもオンしてしまうため、貫通電流が流れてしまう。同様に、図１７に示す回路の場合、図１８に示すように起動時には補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓにリセット電圧（逆起電力）が発生しないためにバイポーラトランジスタ２０３がオンせず、起動に伴う主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのオンにて補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上の値に持ち上がり（Ｐ３）、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓもオンしてしまうため、貫通電流が流れてしまう。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、起動時における補助スイッチ用トランジスタの誤動作を防止することができる絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、トランスの一次巻線と主スイッチ用トランジスタと直流電源とが直列に接続されるとともに、コンデンサと補助スイッチ用トランジスタの直列回路が前記トランスの一次巻線または前記主スイッチ用トランジスタに対し並列に接続され、前記主スイッチ用トランジスタと前記補助スイッチ用トランジスタとが交互にオンされる絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時において前記主スイッチ用トランジスタと前記補助スイッチ用トランジスタの内の補助スイッチ用トランジスタを先にオンさせるようにしたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時において主スイッチ用トランジスタと補助スイッチ用トランジスタの内の補助スイッチ用トランジスタを先にオンさせることにより、起動時に主スイッチ用トランジスタのオンに伴う補助スイッチ用トランジスタのゲート電圧の持ち上がりが回避され、起動時における補助スイッチ用トランジスタの誤動作を防止することができる。

請求項２に記載の発明では、コイルと主スイッチ用トランジスタと直流電源とが直列に接続されるとともに、トランスの一次巻線と第１のコンデンサの直列回路が前記主スイッチ用トランジスタに対し並列に接続され、第２のコンデンサと補助スイッチ用トランジスタの直列回路が前記トランスの一次巻線または前記主スイッチ用トランジスタに対し並列に接続され、前記主スイッチ用トランジスタと前記補助スイッチ用トランジスタとが交互にオンされる絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時において前記主スイッチ用トランジスタと前記補助スイッチ用トランジスタの内の補助スイッチ用トランジスタを先にオンさせるようにしたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時において主スイッチ用トランジスタと補助スイッチ用トランジスタの内の補助スイッチ用トランジスタを先にオンさせることにより、起動時に主スイッチ用トランジスタのオンに伴う補助スイッチ用トランジスタのゲート電圧の持ち上がりが回避され、起動時における補助スイッチ用トランジスタの誤動作を防止することができる。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて前記主スイッチ用トランジスタのゲートには第１のゲート駆動回路が接続され、前記補助スイッチ用トランジスタのゲートには第２のゲート駆動回路が接続され、前記第１のゲート駆動回路、および、インバータを介して前記第２のゲート駆動回路に送られる駆動信号は、前記絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時に前記主スイッチ用トランジスタと前記補助スイッチ用トランジスタの内の主スイッチ用トランジスタを先にオンするように指示する信号であり、マスク手段により、前記主スイッチ用トランジスタを先にオンするように指示する信号が前記第１のゲート駆動回路に入力されないようにしてもよい。

特に、請求項４に記載のように、前記マスク手段は、前記第１のゲート駆動回路への駆動信号の伝達経路に設けられ、前記絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動前には開路している開閉手段と、前記主スイッチ用トランジスタを先にオンするように指示する信号が送られた後に前記開閉手段を閉路させる開閉制御手段と、を備える構成とするとよい。

請求項５に記載のように、請求項１または２に記載の絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて前記主スイッチ用トランジスタのゲートには第１のゲート駆動回路が接続され、前記補助スイッチ用トランジスタのゲートには第２のゲート駆動回路が接続され、前記第１のゲート駆動回路、および、インバータを介して前記第２のゲート駆動回路に送られる駆動信号は、前記絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時に前記主スイッチ用トランジスタと前記補助スイッチ用トランジスタの内の主スイッチ用トランジスタを先にオンするように指示する信号であり、前記駆動信号を第１のインバータを介して反転させ、当該反転させた信号を、第１のゲート駆動回路、および、第２のインバータを介して第２のゲート駆動回路に送るようにするとよい。

本発明によれば、起動時における補助スイッチ用トランジスタの誤動作を防止することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１には本実施形態における絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の回路構成を示す。トランス１０の一次巻線１１と主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍと直流電源１５とが直列に接続されている。詳しくは、トランス１０の一次巻線１１の一端が直流電源１５の正極端子と接続されている。直流電源１５の負極端子は接地されている。トランス１０の一次巻線１１の他端が主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのドレインと接続されている。主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのソースは接地されている。

また、クランプコンデンサＣ１と補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの直列回路がトランス１０の一次巻線１１に対し並列に接続されている。クランプコンデンサＣ１と補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓによりアクティブクランプ回路が構成されている。

主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのゲートには第１のゲート駆動回路２０が接続され、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍは第１のゲート駆動回路２０によりオン・オフされる。

第１のゲート駆動回路２０は、パルストランス２１を備えており、パルストランス２１の二次巻線２３に主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのゲートが接続されている。
パルストランス２１の一次巻線２２の一端が直流電源２４の正極端子と接続されている。直流電源２４の負極端子は接地されている。パルストランス２１の一次巻線２２の他端がＭＯＳトランジスタ２５のドレインと接続されている。ＭＯＳトランジスタ２５のソースは接地されている。

ＭＯＳトランジスタ２５のゲートにＨレベルの駆動信号が時定数回路４２ａを介して送られると、ＭＯＳトランジスタ２５がオンし、これに伴いパルストランス２１の二次巻線２３に発生する電圧が主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのゲートに印加されて主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍがオンする。

主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのオン時において、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのゲート・ソース間（Ｇ−Ｓ間）の容量が充電されると、図１４に示したように補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間の電圧Ｖｇｓの持ち上がりが発生する。

補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲートには第２のゲート駆動回路３０が接続され、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓは第２のゲート駆動回路３０によりオン・オフされる。この第２のゲート駆動回路３０は図１５のゲート駆動回路１００と同一構成である。

第２のゲート駆動回路３０は、パルストランス３１を備えており、パルストランス３１の二次巻線３３の一端３３ａはダイオード３４のアノードと接続され、ダイオード３４のカソードはダイオード３５のアノードと接続され、ダイオード３５のカソードは補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲートと接続されている。パルストランス３１の二次巻線３３の他端３３ｂはダイオード３６のカソードと接続され、ダイオード３６のアノードはｐｎｐトランジスタ３７のコレクタと接続され、ｐｎｐトランジスタ３７のエミッタは補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲートと接続されている。パルストランス３１の二次巻線３３の中間タップ３３ｃにはコンデンサ３８の一方の電極が接続され、コンデンサ３８の他方の電極はダイオード３６のアノードと接続されている。また、二次巻線３３の中間タップ３３ｃは補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのソースと接続されている。抵抗３９はその一端がｐｎｐトランジスタ３７のコレクタと接続されるとともに他端がｐｎｐトランジスタ３７のベースおよびダイオード３４，３５間に接続されている。一方、パルストランス３１の一次巻線３２の一端が直流電源４０の正極端子と接続されている。直流電源４０の負極端子は接地されている。パルストランス３１の一次巻線３２の他端がＭＯＳトランジスタ４１のドレインと接続されている。ＭＯＳトランジスタ４１のソースは接地されている。

この第２のゲート駆動回路３０には、ＭＯＳトランジスタ４１のゲートに駆動信号がインバータ４３および時定数回路４２ｂを介して送られる。
ＭＯＳトランジスタ４１のゲートにＨレベルの駆動信号が入力されるとＭＯＳトランジスタ４１がオンし、これに伴いパルストランス３１の二次巻線３３に電圧が発生する。このＭＯＳトランジスタ４１のオン時にコンデンサ３８が充電され、ＭＯＳトランジスタ４１のターンオフ時にパルストランス３１の二次巻線３３の中間タップ３３ｃ→コンデンサ３８→抵抗３９→ダイオード３４の寄生容量→パルストランス３１の二次巻線３３の経路で電流が流れるとともに補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート→ｐｎｐトランジスタ３７のエミッタ・ベース間→ダイオード３４の寄生容量→パルストランス３１の二次巻線３３の経路でベース電流が流れる。これによりｐｎｐトランジスタ３７がオンしてコンデンサ３８により補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間に負電圧Ｖ１０（図２参照）が印加される。このようにして補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのオフ時にゲートに負電圧Ｖ１０が印加され、閾値電圧Ｖｔｈまで至らないようにゲート・ソース電圧Ｖｇｓにマイナスバイアスが印加される。

このように、本実施形態における絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、ゲート駆動回路３０を有しているため、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓが駆動した後に、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍが駆動される場合、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのマイナスバイアスが確保できる。これによって、起動時に少なくとも１周期後においては主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのオンに伴い補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート電圧の持ち上がりが生じても閾値電圧Ｖｔｈまで至らず補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの誤オンが防止できる。

駆動信号は、パルス信号であって、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのオン／オフを指示する信号である。この駆動信号は、インバータ４３および時定数回路４２ｂを介して第２のゲート駆動回路３０に入力されるため、駆動信号がＬレベル（主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍをオフするよう指示する）の場合、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのオンも指示し、駆動信号がＨレベル（主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍをオンするよう指示）の場合、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのオフも指示する。

また、この駆動信号は、図２に示すように絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時に主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍと補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの内の主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍを先にオンするよう指示する。本実施の形態では、起動時にＨレベルとなる。

ここで、本実施形態における絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、第１のゲート駆動回路２０への駆動信号の伝達経路、詳しくは時定数回路４２ａの駆動信号入力ラインには開閉手段としてのスイッチ５０が設けられている。このスイッチ５０は絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動前には開路している。スイッチ５０には開閉制御手段としてのディレー回路５１が接続されている。ディレー回路５１は、駆動信号を入力して、起動時に最初に送られるパルス通過後に、即ち、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時に主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍを先にオンするよう指示する信号が送られた後にスイッチ５０を閉路させるようになっている。スイッチ５０とディレー回路５１により、駆動信号における起動時の最初のパルスが第１のゲート駆動回路２０に入力されないようにするためのマスク手段が構成されている。

なお、トランス１０の二次巻線１２に接続される二次側の回路構成として図１ではダイオードＤ１，Ｄ２と抵抗Ｒ１，Ｒ２とコンデンサＣ１０が使用されている。
次に、このように構成した絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の作用を説明する。

図１の時定数回路４２ａが駆動信号を入力し、図２に示すように駆動信号の立ち上がりに対して若干遅れて立ち上がる信号を出力するとともに信号の立ち下がりに対して同期して立ち下がる信号を出力する。時定数回路４２ａから送出された駆動信号はゲート駆動回路２０に送られる。また、図１のインバータ４３を介して時定数回路４２ｂが駆動信号を入力し、駆動信号の立ち下がりに対して若干遅れて立ち上がる信号を出力するとともに駆動信号の立ち上がりに対して同期して立ち下がる信号を出力する。時定数回路４２ｂから送出された駆動信号はゲート駆動回路３０に送られる。

一方、スイッチ５０は絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動前には開路しており、ディレー回路５１は、起動時に最初に送られるパルスが通過した後、即ち、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時に主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍと補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの内の主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍを先にオンするよう指示する信号が送られた後にスイッチ５０を閉路させる。

これによって、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時において主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍを先にオンするよう指示する信号がゲート駆動回路２０に入力されることを防ぐことができる（起動時に最初に送られるパルスがマスクされる）。これにより、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時において図２に破線で示す主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのゲート・ソース電圧Ｇ１の印加が無くなり、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓが先にオンされる。

その結果、本実施形態では、起動時にハイサイドスイッチである補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓが先にオンされるようにゲートシーケンスを変更している。これによって、起動時、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍと補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの内の補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓが先にオンされるため、起動時における補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの誤動作を防止することができ、貫通電流が流れることが防止できる。換言すると、貫通電流が流れても壊れないような大容量のデバイスは不要となる。さらに、貫通電流が流れることを防止するための構成として、ゲート駆動回路を複雑な構成としなくてもよい。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時において主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍと補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの内の補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓを先にオン（始動）させるようにした。よって、起動時における補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの誤動作を防止することができる。

（２）マスク手段（５０，５１）により、駆動信号における絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時に主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍを先にオンするよう指示する信号が第１のゲート駆動回路２０に入力されないようにマスクすることにより絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時において補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓを先にオンさせるようにした。よって、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの誤動作防止が図られる。

（３）マスク手段は、第１のゲート駆動回路２０への駆動信号の伝達経路に設けられ、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動前には開路しているスイッチ（開閉手段）５０と、駆動信号における絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時に主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍを先にオンするよう指示する信号が送られた後にスイッチ５０を閉路させるディレー回路（開閉制御手段）５１とを備える。よって、簡単な構成にて信号をマスクすることができる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図３には本実施形態における絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の回路構成を示す。図４には本実施形態におけるタイミングチャートを示す。
図３において、図１と同一の構成部分については同一符号を付すことによりその説明は省略する。

図３においては、図１におけるゲート駆動回路３０に代わり、ゲート駆動回路６０を用いている。このゲート駆動回路６０は図１７のゲート駆動回路２００と同一構成である。
ゲート駆動回路６０は、パルストランス６１を備えており、パルストランス６１の二次巻線６３の一端６３ａはダイオード６４のアノードと接続され、ダイオード６４のカソードは補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲートと接続されている。パルストランス６１の二次巻線６３の中間タップ６３ｃは補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのソースと接続されている。補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間にはｎｐｎトランジスタ６５が接続されている。詳しくは、ｎｐｎトランジスタ６５のコレクタが補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲートに接続され、また、ｎｐｎトランジスタ６５のエミッタが補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのソースに接続されている。パルストランス６１の二次巻線６３の他端６３ｂはダイオード６６のアノードと接続され、ダイオード６６のカソードはｎｐｎトランジスタ６５のベースと接続されている。一方、パルストランス６１の一次巻線６２の一端が直流電源６７の正極端子と接続されている。直流電源６７の負極端子は接地されている。パルストランス６１の一次巻線６２の他端はＭＯＳトランジスタ６８のドレインと接続されている。ＭＯＳトランジスタ６８のソースは接地されている。

ゲート駆動回路６０は、ＭＯＳトランジスタ６８のゲートに、インバータ４３を介して、時定数回路４２ｂを経たＨレベルの駆動信号が送られると、ＭＯＳトランジスタ６８がオンし、ＭＯＳトランジスタ６８のオンに伴うパルストランス６１の二次巻線６３の一端６３ａと中間タップ６３ｃとの間に発生する電圧によりダイオード６４を介して補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間の容量が充電されて補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓがオンする。ＭＯＳトランジスタ６８のターンオフ時に二次巻線６３の他端６３ｂと中間タップ６３ｃとの間に発生する電圧によりダイオード６６を介してｎｐｎトランジスタ６５がオンする。補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間に蓄えられた電荷はｎｐｎトランジスタ６５を経て放電される。このｎｐｎトランジスタ６５のオンにより補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート・ソース間のインピーダンスが強制的にゼロにされ、図４に示すように、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート電圧の持ち上がりＰ１（図１８参照）をなくすことができる。

本実施形態においても、図３においてスイッチ５０およびディレー回路５１が設けられ、ディレー回路５１は駆動信号における絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時に主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍを先にオンするよう指示する信号が送られた後にスイッチ５０を閉路させる。よって、起動時において補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート電圧の持ち上がりＰ３（図４および図１８参照）を防止することができ、これにより起動時における補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの誤動作を防止することができる。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図５には本実施形態における絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の回路構成を示す。図６には本実施形態におけるタイミングチャートを示す。
図５において、図１と同一の構成部分については同一符号を付すことによりその説明は省略する。

図５においては、図１におけるスイッチ５０およびディレー回路５１は設けておらず、その代わりに駆動信号の伝達経路における時定数回路４２ａへの経路とインバータ４３への経路の分岐点αよりも上流側にインバータ７０を設けている。これにより、図６に示すように、駆動信号をインバータ７０を介して反転させ、当該反転させた信号を、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍのゲート駆動回路２０、および、インバータ４３を介して補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓのゲート駆動回路３０に送ることにより絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時において補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓを先にオンさせることができる。

以上のように、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍへの駆動信号（パルス信号）を元にして補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓへの駆動信号（パルス信号）を作る際に、ゲート駆動回路２０，３０の駆動の論理を逆にさせ、いわゆるオンデューティ制御するではなくオフデューティ制御を行う。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・第３の実施形態における手法を第２の実施形態に適用してもよい。つまり、図３におけるスイッチ５０およびディレー回路５１は設けずに、かつ、駆動信号の信号伝達経路に図５に示したインバータ７０を設けてもよい。

・図２等においては、起動時、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓを最初にオンさせた後に、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍをオンさせるようにしたが、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓを２回以上オン／オフ繰り返した後、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍをオンさせてもよく、要は少なくてとも、起動時、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍと補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの内の補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓを先に駆動させればよい。

・主スイッチ用トランジスタおよび補助スイッチ用トランジスタとしてＭＯＳトランジスタＱｍ，Ｑｓを用いたが、ＭＯＳトランジスタに代わりＩＧＢＴを用いてもよい。
・図１等における時定数回路４２ａ，４２ｂは無くてもよく、それに代わり、例えば、給電電流ｉを小さくすることにより対処してもよい。

・絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの基本回路構成として、図７〜図１２に示す回路に適用してもよい。
図７は、アクティブクランプフォワード回路であって、トランス７１の一次巻線７２と主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍと直流電源１５とが直列に接続されるとともに、コンデンサＣ１と補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの直列回路がトランス７１の一次巻線７２に対し並列に接続されている。主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍと補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓとが交互にオンされる。主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍにはダイオードＤ１０が逆並列に接続され、また、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓにはダイオードＤ１１が逆並列に接続されている。トランス７１の二次巻線７３の第１端子７３ａと第２端子７３ｂとの間には、コイル７６とコンデンサ７７とＭＯＳトランジスタ７４が直列に接続されている。コンデンサ７７には抵抗（負荷）７８が並列に接続されている。トランス７１の二次巻線７３の第１端子７３ａはＭＯＳトランジスタ７５を介してＭＯＳトランジスタ７４のソースと接続されている。ＭＯＳトランジスタ７４にはダイオードＤ１２が逆並列に接続され、また、ＭＯＳトランジスタ７５にはダイオードＤ１３が逆並列に接続されている。

図８は、図７と同様にアクティブクランプフォワード回路であるが、コンデンサＣ１と補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの直列回路が主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍに対し並列に接続されている。

図９は、ブーストハーフブリッジ回路であって、コイル８２と主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍと直流電源１５とが直列に接続されるとともに、トランス７９の一次巻線８０とコンデンサ（第１のコンデンサ）Ｃ１０の直列回路が主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍに対し並列に接続されている。コンデンサ（第２のコンデンサ）Ｃ１１と補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの直列回路がトランス７９の一次巻線８０に対し並列に接続されている。主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍにはダイオードＤ１０が逆並列に接続され、また、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓにはダイオードＤ１１が逆並列に接続されている。トランス７９の二次巻線８１の中間タップ８１ｃと第２端子８１ｂとの間には、コイル７６とコンデンサ７７とＭＯＳトランジスタ７４が直列に接続されている。コンデンサ７７には抵抗（負荷）７８が並列に接続されている。トランス７９の二次巻線８１の第１端子８１ａはＭＯＳトランジスタ７５を介してＭＯＳトランジスタ７４のソースと接続されている。ＭＯＳトランジスタ７４にはダイオードＤ１２が逆並列に接続され、また、ＭＯＳトランジスタ７５にはダイオードＤ１３が逆並列に接続されている。

図１０は、図９と同様にブーストハーフブリッジ回路であるが、コンデンサＣ１１と補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの直列回路が主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍに対し並列に接続されている。

図１１は、２トランス方式アクティブクランプフォワード回路であって、トランス８８とトランス８９を備えている。トランス８８の一次巻線８８ａとトランス８９の一次巻線８９ａと主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍと直流電源１５とが直列に接続されている。コンデンサＣ１と補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの直列回路が、トランス８８の一次巻線８８ａとトランス８９の一次巻線８９ａの直列回路に対し並列に接続されている。トランス８８の一次巻線８８ａにはコイル９４が並列に接続され、また、トランス８９の一次巻線８９ａにはコイル９５が並列に接続されている。主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍにはダイオードＤ１０が逆並列に接続され、また、補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓにはダイオードＤ１１が逆並列に接続されている。トランス８８の二次巻線８８ｂとトランス８９の二次巻線８９ｂとが直列に接続され、両方の二次巻線８８ｂ，８９ｂの中間点にはコイル９１を介して直流電源９２の負極端子が接続されている。直流電源９２の正極端子は、ダイオード９０を介してトランス８８の二次巻線８８ｂに、また、ダイオード９３を介してトランス８９の二次巻線８９ｂに接続されている。

図１２は、図１１と同様に２トランス方式アクティブクランプフォワード回路であるが、コンデンサＣ１と補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｓの直列回路が主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍに対し並列に接続されている。また、トランス８８は一次巻線９６を有するとともにトランス８９は一次巻線９７を有している。コンデンサ９８と一次巻線９６と一次巻線９７の直列回路が、主スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱｍに対し並列に接続されている。

第１の実施形態における絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図。 第１の実施形態における作用を説明するためのタイムチャート。 第２の実施形態における絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図。 第２の実施形態における作用を説明するためのタイムチャート。 第３の実施形態における絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図。 第３の実施形態における作用を説明するためのタイムチャート。 別例の絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図。 別例の絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図。 別例の絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図。 別例の絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図。 別例の絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図。 別例の絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図。 従来技術を説明するための絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図。 絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータについてのタイムチャート。 絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図。 絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータについてのタイムチャート。 絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成図。 絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータについてのタイムチャート。

符号の説明

１…絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ、１０…トランス、１１…一次巻線、１５…直流電源、２０…第１のゲート駆動回路、３０…第２のゲート駆動回路、４３…インバータ、５０…スイッチ、５１…ディレー回路、６０…ゲート駆動回路、７０…インバータ、７９…トランス、８０…一次巻線、８２…コイル、Ｃ１…クランプコンデンサ、Ｃ１０…コンデンサ、Ｃ１１…コンデンサ、Ｑｍ…主スイッチ用ＭＯＳトランジスタ、Ｑｓ…補助スイッチ用ＭＯＳトランジスタ。

Claims (5)

1. トランスの一次巻線と主スイッチ用トランジスタと直流電源とが直列に接続されるとともに、コンデンサと補助スイッチ用トランジスタの直列回路が前記トランスの一次巻線または前記主スイッチ用トランジスタに対し並列に接続され、前記主スイッチ用トランジスタと前記補助スイッチ用トランジスタとが交互にオンされる絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
   絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時において前記主スイッチ用トランジスタと前記補助スイッチ用トランジスタの内の補助スイッチ用トランジスタを先にオンさせるようにした
   ことを特徴とする絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. コイルと主スイッチ用トランジスタと直流電源とが直列に接続されるとともに、トランスの一次巻線と第１のコンデンサの直列回路が前記主スイッチ用トランジスタに対し並列に接続され、第２のコンデンサと補助スイッチ用トランジスタの直列回路が前記トランスの一次巻線または前記主スイッチ用トランジスタに対し並列に接続され、前記主スイッチ用トランジスタと前記補助スイッチ用トランジスタとが交互にオンされる絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
   絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時において前記主スイッチ用トランジスタと前記補助スイッチ用トランジスタの内の補助スイッチ用トランジスタを先にオンさせるようにした
   ことを特徴とする絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ。
3. 前記主スイッチ用トランジスタのゲートには第１のゲート駆動回路が接続され、前記補助スイッチ用トランジスタのゲートには第２のゲート駆動回路が接続され、
   前記第１のゲート駆動回路、および、インバータを介して前記第２のゲート駆動回路に送られる駆動信号は、前記絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時に前記主スイッチ用トランジスタと前記補助スイッチ用トランジスタの内の主スイッチ用トランジスタを先にオンするように指示する信号であり、
   マスク手段により、前記主スイッチ用トランジスタを先にオンするように指示する信号が前記第１のゲート駆動回路に入力されないようにする
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ。
4. 前記マスク手段は、
   前記第１のゲート駆動回路への駆動信号の伝達経路に設けられ、前記絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動前には開路している開閉手段と、
   前記主スイッチ用トランジスタを先にオンするように指示する信号が送られた後に前記開閉手段を閉路させる開閉制御手段と、
   を備えた
   ことを特徴とする請求項３に記載の絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ。
5. 前記主スイッチ用トランジスタのゲートには第１のゲート駆動回路が接続され、前記補助スイッチ用トランジスタのゲートには第２のゲート駆動回路が接続され、
   前記第１のゲート駆動回路、および、インバータを介して前記第２のゲート駆動回路に送られる駆動信号は、前記絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時に前記主スイッチ用トランジスタと前記補助スイッチ用トランジスタの内の主スイッチ用トランジスタを先にオンするように指示する信号であり、
   前記駆動信号を第１のインバータを介して反転させ、当該反転させた信号を、第１のゲート駆動回路、および、第２のインバータを介して第２のゲート駆動回路に送る
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ。

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