JP2010081690A - Synchronous rectification start control circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁型スイッチングDC−DCコンバータの2次側同期整流回路の同期整流FETをオン・オフ制御する制御回路に関し、更に詳しく述べると、コンバータの主スイッチング部の起動時に、同期整流回路にソフトスタートを掛け、出力からの過剰な電力の引き抜きを抑制するようにした同期整流のスタート制御回路に関するものである。 The present invention relates to a control circuit for controlling on / off of a synchronous rectification FET of a secondary side synchronous rectification circuit of an isolated switching DC-DC converter. More specifically, the present invention relates to a synchronous rectification circuit when a main switching unit of a converter is started. The present invention relates to a start control circuit for synchronous rectification in which a soft start is applied to suppress excessive power extraction from an output.
近年、スイッチング電源の効率を高める技術の一つとして、トランス2次側の整流回路を同期整流とすることによって損失を低減することが行われている。同期整流は、整流素子として整流ダイオードに代えてスイッチ素子(通常、FET:電界効果トランジスタが用いられている)を使用するもので、整流素子として導通となるべきときにオン状態となり、非導通となるべきときにオフ状態となるようにスイッチ素子を制御する整流方式である。同期整流方式を採用したスイッチング電源については、例えば特許文献1などに記載がある。 In recent years, as one technique for improving the efficiency of a switching power supply, loss is reduced by using a rectifier circuit on the secondary side of the transformer as a synchronous rectifier. Synchronous rectification uses a switching element (usually FET: a field effect transistor) instead of a rectifying diode as a rectifying element, and is turned on when it should be conductive as a rectifying element. This is a rectification method in which the switch element is controlled so that it is turned off when it should be. A switching power supply employing a synchronous rectification method is described in, for example, Patent Document 1.
従来技術では、絶縁型スイッチングDC−DCコンバータの起動(主スイッチング部のスイッチング開始)と同時に同期整流動作を開始する。そのため、同期整流FETのオン状態が継続し、それによって、該同期整流FETが出力側から過剰な電流を吸い込み、出力電圧の異常な落ち込み、アンダーシュートが発生する。すると、絶縁型スイッチングDC−DCコンバータ自体あるいは後段の回路装置が誤動作する可能性があるほか、FETを始めとして使用部品の劣化・破損の恐れがある。 In the prior art, the synchronous rectification operation is started simultaneously with the start of the isolated switching DC-DC converter (the switching start of the main switching unit). Therefore, the ON state of the synchronous rectification FET continues, whereby the synchronous rectification FET absorbs excessive current from the output side, and an abnormal drop in output voltage and undershoot occur. Then, there is a possibility that the isolated switching DC-DC converter itself or the circuit device at the subsequent stage may malfunction, and there is a risk of deterioration or damage of used parts including the FET.
本発明が解決しようとする課題は、絶縁型スイッチングDC−DCコンバータの起動時に、出力電圧の落ち込み、アンダーシュートが生じないようにして、コンバータ自体や後段の回路の誤動作を防止し、使用部品の劣化・破損を防ぐことである。 The problem to be solved by the present invention is to prevent the output voltage drop and undershoot from occurring at the start of the isolated switching DC-DC converter, thereby preventing the malfunction of the converter itself and the subsequent circuit. It is to prevent deterioration and damage.
本発明は、絶縁型スイッチングDC−DCコンバータの2次側同期整流回路の同期整流FETをオン・オフ制御する制御回路において、前記同期整流FETを駆動するドライバと、絶縁型スイッチングDC−DCコンバータの主スイッチング部起動後に前記ドライバの動作電源として徐々に電圧が上昇するスタートスロープ電圧を供給する同期整流ソフトスタート回路を具備し、主スイッチング部起動後に前記スタートスロープ電圧により同期整流FETのゲート電圧を徐々に上昇させることで該同期整流FETのオン抵抗を徐々に低下させて同期整流をソフトスタートさせるようにしたことを特徴とする同期整流のスタート制御回路である。 The present invention relates to a control circuit for controlling on / off of a synchronous rectification FET of a secondary side synchronous rectification circuit of an isolated switching DC-DC converter, a driver for driving the synchronous rectification FET, and an isolation switching DC-DC converter. A synchronous rectification soft start circuit that supplies a start slope voltage that gradually increases as an operating power supply of the driver after the main switching unit is activated is provided, and the gate voltage of the synchronous rectification FET is gradually increased by the start slope voltage after the main switching unit is activated. The synchronous rectification start control circuit is characterized in that the on-resistance of the synchronous rectification FET is gradually lowered to soft start the synchronous rectification.
ここで、例えば絶縁型スイッチングDC−DCコンバータのトランスの2次巻線の出力電圧と、主スイッチング部のスイッチングを制御するパルス幅変調信号との論理和をとるORゲートを具備し、前記同期整流FETを駆動するドライバは入出力の論理を反転させるインバータ・ドライバであって、前記ORゲートの出力を前記ドライバに供給することによって、2次巻線電圧が有るときには同期整流FETをオフさせ、主スイッチング部起動時に2次巻線電圧のリンギングにより同期整流のパルス幅を絞るようにするのが好ましい。 For example, the synchronous rectification includes an OR gate that obtains a logical sum of the output voltage of the secondary winding of the transformer of the isolated switching DC-DC converter and a pulse width modulation signal that controls switching of the main switching unit. The driver that drives the FET is an inverter driver that inverts the logic of the input and output. By supplying the output of the OR gate to the driver, the synchronous rectification FET is turned off when there is a secondary winding voltage. It is preferable to reduce the pulse width of synchronous rectification by ringing the secondary winding voltage when the switching unit is activated.
本発明に係る同期整流のスタート制御回路は、絶縁型スイッチングDC−DCコンバータの起動時(主スイッチング部のスイッチング開始時)に対して同期整流FETがオンになるタイミングを遅らせ、同期整流スタート時に、同期整流FETにソフトスタートを掛けているため、コンバータ起動時に、出力電圧の落ち込み、アンダーシュートが生じず、そのためコンバータ自体や後段の回路の誤動作を防止でき、使用部品の劣化・破損を防ぐことができる。 The synchronous rectification start control circuit according to the present invention delays the timing at which the synchronous rectification FET is turned on with respect to the start of the isolated switching DC-DC converter (when the switching of the main switching unit starts), and at the time of synchronous rectification start, Since the soft start is applied to the synchronous rectification FET, the output voltage does not drop and undershoot does not occur when the converter is started up. Therefore, malfunction of the converter itself and subsequent circuits can be prevented, and deterioration and damage of used parts can be prevented. it can.
図1は、本発明を適用した絶縁型スイッチングDC−DCコンバータの一例を示す回路図である。コンバータ本体は、トランスTの1次側にスイッチ素子(図示するのを省略)を備えた主スイッチング部10が配置され、2次側に同期整流回路12が配置される構成である。直流入力が主スイッチング部10のスイッチ素子でスイッチングされる。トランスTの2次側はセンタータップ方式の巻線N21,N22であり、センタータップからチョークコイルLを経て出力端子(+)に至り、両方の2次巻線N21,N22の他端はそれぞれ同期整流FET(符号Q1,Q2で示す)を介して共通に結線され、出力端子(GND)に接続されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of an isolated switching DC-DC converter to which the present invention is applied. The converter body has a configuration in which a
2次側の同期整流回路12では、従来同様、整流素子として導通となるべきときに同期整流FETがオン状態となり、非導通となるべきときに同期整流FETがオフ状態となるように制御され、それによって出力端子で直流出力が得られる。
The secondary side
各同期整流FETは、それぞれドライバ(インバータ・ドライバ)14で駆動されるものであり、該ドライバ14の動作電源にスタートスロープ電圧を供給する同期整流ソフトスタート回路16を設ける。同期整流ソフトスタート回路16は、主スイッチング部10の起動後に電圧が徐々に上昇する(ランプ波形)スタートスロープ電圧を電源電圧Vccから作成する。主スイッチング部10の起動後に同期整流がスタートし(遮断状態から同期整流状態に移行し)、その時にドライバ14により同期整流FETのゲート電圧を徐々に上昇させることで該同期整流FETのオン抵抗を徐々に低下させてソフトスタートさせる。
Each synchronous rectification FET is driven by a driver (inverter / driver) 14, and a synchronous rectification
また本実施例では、トランスTの2次巻線N21,N22の出力電圧と、主スイッチング部10のスイッチング動作を制御するパルス幅変調(PWM)信号との論理和をとる第1のORゲート18を具備し、該第1のORゲート18の出力を前記ドライバ14に供給する。これも同期整流スタート時に、2次巻線電圧が有るときには同期整流FETをオフさせ、主スイッチング部起動時に2次巻線電圧のリンギングにより同期整流のパルス幅が絞られ、ソフトスタートが掛かるようにする機能を果たす。
In the present embodiment, the
更に本実施例では、前記第1のORゲート18とドライバ14との間に第2のORゲート20を挿入している。この第2のORゲート20は、一方の入力が第1のORゲート18の出力、他方の入力が同期整流のOn/Off信号であり、それらの論理和出力がドライバ14の入力となるように接続する。なお、該第2のORゲート20の出力は、抵抗Rを介して同期整流のOn/Off信号入力側に正帰還させる。この第2のORゲート20は、同期整流ストップ時に、2次側の巻線電圧が有るときにしか同期整流のOff信号を受けつけないように機能するものである。
Furthermore, in this embodiment, a
図2はコンバータ起動時のタイミング(A)と動作波形(B)を示しており、図3はコンバータ停止時のタイミング(A)と動作波形(B)を示している。 FIG. 2 shows the timing (A) and operation waveform (B) when the converter is started, and FIG. 3 shows the timing (A) and operation waveform (B) when the converter is stopped.
主スイッチング部10は、ソフトスタートスロープでスイッチング動作が制御され、主スイッチング開始からソフトスタート期間を経て、通常運転状態に至る。そのソフトスタート期間中、スイッチ素子のパルス幅は徐々に広がる。主スイッチング部10の起動に伴って、同期整流ソフトスタート回路16は、電源電圧Vccを用いて電圧が徐々に上昇するスタートスロープ電圧を作成する。このスタートスロープ電圧をドライバ14の動作電圧とすることで該ドライバ14により同期整流FETのゲート電圧を徐々に上昇させる。すると、同期整流FETのオン抵抗が徐々に低下して同期整流がソフトスタートする。同期整流がソフトスタートすると、出力電圧は徐々に上昇し、同期整流ソフトスタート期間を経て、やがて出力が安定化する。
The switching operation of the
コンバータ起動時、主スイッチング部10の発振開始に伴ってトランスTの2次巻線電圧にはリンギングが生じる。そのリンギングに適当な閾値を設定し(図2の(B)で破線で示す)、第1のORゲート18では、2次巻線に生じたリンギングが閾値よりも高い期間は、同期整流FETがオフ状態となるように制御され、それによって同期整流のパルス幅が狭まる。これによる効果も、同期整流のソフトスタートに寄与する。
When the converter is activated, ringing occurs in the secondary winding voltage of the transformer T as the oscillation of the
コンバータ停止時も、主スイッチング部10はソフトスタートスロープでスイッチング動作が制御され、パルス幅は徐々に狭まり、主スイッチングが停止する。同期整流Off信号で同期整流をストップさせるが、本実施例では第2のORゲート20によって巻線電圧が有るときに同期整流FETを交互にオフさせている。ブリッジ方式の同期整流で、両方の2次側巻線の同期整流FETを同時にオフさせると、チョークコイルLと同期整流FETで出力側からの昇圧回路となり該同期整流FETに過大電圧が印加される恐れがあるが、本実施例では、それを防止でき、使用部品の劣化・破損を防ぐことができる。
Even when the converter is stopped, the switching operation of the
10 主スイッチング部
12 同期整流回路
14 ドライバ
16 同期整流ソフトスタート回路
18 第1のORゲート
20 第2のORゲート
Q1,Q2 同期整流FET
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記同期整流FETを駆動するドライバと、絶縁型スイッチングDC−DCコンバータの主スイッチング部起動後に前記ドライバの動作電源として徐々に電圧が上昇するスタートスロープ電圧を供給する同期整流ソフトスタート回路を具備し、主スイッチング部起動後に前記スタートスロープ電圧により同期整流FETのゲート電圧を徐々に上昇させることで該同期整流FETのオン抵抗を徐々に低下させて同期整流をソフトスタートさせるようにしたことを特徴とする同期整流のスタート制御回路。 In a control circuit for controlling on / off of a synchronous rectification FET of a secondary side synchronous rectification circuit of an isolated switching DC-DC converter,
A driver for driving the synchronous rectification FET, and a synchronous rectification soft start circuit for supplying a start slope voltage that gradually increases as an operation power source of the driver after activation of a main switching unit of the isolated switching DC-DC converter; The synchronous rectification FET is soft-started by gradually decreasing the on-resistance of the synchronous rectification FET by gradually increasing the gate voltage of the synchronous rectification FET by the start slope voltage after the main switching unit is activated. Synchronous rectification start control circuit.
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