JP2010088259A - Switching power supply and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源装置、より詳細には、同期整流型スイッチング電源装置および同期整流型スイッチング電源装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a switching power supply device, and more particularly, to a synchronous rectification switching power supply device and a control method for the synchronous rectification switching power supply device.
従来、スイッチング電源装置として、同期整流型スイッチング電源装置が知られている。 Conventionally, a synchronous rectification switching power supply is known as a switching power supply.
図8は、従来例に係る同期整流型スイッチング電源装置100の回路図である。同期整流型スイッチング電源装置100は、負荷102に直流電圧を供給するものであり、トランス101と、トランス101の1次側に設けられたフルブリッジ回路120と、トランス101の2次側に設けられた整流回路140、平滑回路160、およびスイッチング回路180と、を備える。
FIG. 8 is a circuit diagram of a synchronous rectification switching
フルブリッジ回路120は、直流電源121と、MOSFETからなる4つのスイッチング素子122、123、124、125と、を備える。直流電源121の正極側には、スイッチング素子122のドレインと、スイッチング素子124のドレインと、が接続され、直流電源121の負極側には、スイッチング素子123のソースと、スイッチング素子125のソースと、が接続される。スイッチング素子122のソースには、スイッチング素子123のドレインと、トランス101の1次巻線101aの一端側と、が接続され、スイッチング素子124のソースには、スイッチング素子125のドレインと、1次巻線101aの他端側と、が接続される。また、スイッチング素子122〜125のゲートには、制御回路(図示省略)が接続される。
The
制御回路(図示省略)は、スイッチング素子122〜125のゲートに制御信号をそれぞれ供給して、スイッチング素子122〜125のオンオフを制御する。具体的には、スイッチング素子122、125のゲートに正電圧を印加する手順(以下、「第1手順」とする)と、スイッチング素子123、124のゲートに正電圧を印加する手順(以下、「第2手順」とする)と、を行う。第1手順では、スイッチング素子122、125がオン状態となり、第2手順では、スイッチング素子123、124がオン状態となる。
The control circuit (not shown) supplies control signals to the gates of the
以上のフルブリッジ回路120では、制御回路(図示省略)により、上述の第1手順と第2手順とを所定の周期で交互に行うことにより、スイッチング素子122、125と、スイッチング素子123、124と、を所定の周期で交互にオン状態にする。これによれば、1次巻線101aには、直流電源121から出力される直流電圧に基づいて、矩形波電圧が印加される。
In the above-described
トランス101は、上述の1次巻線101aに加えて、第1の2次巻線101b、第2の2次巻線101c、第3の2次巻線101d、および第4の2次巻線101eを備える。第1の2次巻線101bと第2の2次巻線101cとは、センタータップAにより接続され、第3の2次巻線101dと第4の2次巻線101eとは、センタータップBにより接続される。これら第1の2次巻線101b、第2の2次巻線101c、第3の2次巻線101d、および第4の2次巻線101eのそれぞれには、1次巻線101aに印可された電圧に基づいて、1次巻線101aとの巻数比に応じた電圧が生じる。ここで、1次巻線101a、第1の2次巻線101b、第2の2次巻線101c、第3の2次巻線101d、および第4の2次巻線101eのそれぞれの巻数は、等しいものとする。
In addition to the above-described
ここで、上述のように、1次巻線101aに印可される電圧は、矩形波電圧である。このため、第1の2次巻線101b、第2の2次巻線101c、第3の2次巻線101d、および第4の2次巻線101eのそれぞれに生じる電圧も、矩形波電圧となる。
Here, as described above, the voltage applied to the
整流回路140は、MOSFETからなる2つのスイッチング素子141、142を備える。スイッチング素子141のドレインには、第1の2次巻線101bの一端側が接続される。第1の2次巻線101bの他端側には、センタータップAを介して第2の2次巻線101cの一端側が接続され、スイッチング素子142のドレインには、第2の2次巻線101cの他端側が接続される。スイッチング素子141のゲートには、後述のスイッチング素子184のソースが接続され、スイッチング素子142のゲートには、後述のスイッチング素子183のソースが接続される。スイッチング素子141のソースと、スイッチング素子142のソースとには、センタータップBと、後述の平滑用インダクタ161の一端側と、が接続される。
The
スイッチング回路180は、ダイオード181、182と、MOSFETからなる2つのスイッチング素子183、184と、を備える。スイッチング素子183のゲートには、ダイオード181のアノードと、第3の2次巻線101dの一端側と、が接続される。第3の2次巻線101dの他端側には、センタータップBを介して第4の2次巻線101eの一端側が接続され、スイッチング素子184のゲートには、ダイオード182のアノードと、第4の2次巻線101eの他端側と、が接続される。スイッチング素子183のソースには、ダイオード181のカソードと、スイッチング素子142のゲートと、が接続される。スイッチング素子184のソースには、ダイオード182のカソードと、スイッチング素子141のゲートと、が接続される。スイッチング素子183のドレインと、スイッチング素子184のドレインとには、センタータップBが接続される。
The
ここで、上述のように、第3の2次巻線101dおよび第4の2次巻線101eに生じる電圧は、矩形波電圧である。このため、スイッチング素子183のゲートに正電圧が印加される期間と、スイッチング素子184のゲートに正電圧が印加される期間と、が所定の周期で交互に発生する。これによれば、スイッチング素子183とスイッチング素子184とが所定の周期で交互にオン状態となる。
Here, as described above, the voltage generated in the third
スイッチング素子183がオン状態になると、このスイッチング素子183のソースに対してゲートが接続されるスイッチング素子142がオン状態となる。一方、スイッチング素子184がオン状態になると、このスイッチング素子184のソースに対してゲートが接続されるスイッチング素子141がオン状態となる。このため、スイッチング素子141とスイッチング素子142とが所定の周期で交互にオン状態となる。
When the
その結果、上述のように、第1の2次巻線101bおよび第2の2次巻線101cに生じる電圧は、矩形波電圧であるが、これら矩形波電圧が整流回路140により整流され、脈流電圧として平滑回路160に供給されることとなる。
As a result, as described above, the voltages generated in the first
平滑回路160は、平滑用インダクタ161および平滑用コンデンサ162を備える。平滑用インダクタ161の一端側には、スイッチング素子141のソースと、スイッチング素子142のソースと、センタータップBと、が接続される。平滑用インダクタ161の他端側には、平滑用コンデンサ162の一端側の電極と、負荷102の一端側と、が接続される。平滑用コンデンサ162の他端側の電極には、負荷102の他端側と、センタータップAと、が接続される。
The
整流回路140から供給される脈動電圧は、平滑用コンデンサ162により平滑化が行われるとともに、平滑用インダクタ161によりリプルが除去される。その結果、負荷102には、直流電圧が供給される。
The pulsating voltage supplied from the
図9は、従来例に係る同期整流型スイッチング電源装置100のタイミングチャートである。Vgs141は、スイッチング素子141のゲート−ソース間電圧を示し、Vgs142は、スイッチング素子142のゲート−ソース間電圧を示す。スイッチング素子141は、電圧Vgs141が正電圧であるVGHではオン状態であり、電圧Vgs141がVGLではオフ状態である。スイッチング素子142についても、スイッチング素子141と同様に、電圧Vgs142が正電圧であるVGHではオン状態であり、電圧Vgs142がVGLではオフ状態である。また、Id141は、スイッチング素子141のドレイン電流を示す。
FIG. 9 is a timing chart of the synchronous rectification switching
時刻t1からt2では、電圧Vgs141がVGLからVGHに変化するとともに、電圧Vgs142がVGHからVGLに変化している。このため、スイッチング素子141がオフ状態からオン状態に遷移するとともに、スイッチング素子142がオン状態からオフ状態に遷移する。
From time t1 to t2, the
ここで、時刻t1からt2の期間において電圧Vgs142がVGHからVGLに変化するのは、第3の2次巻線101dの一端側の電圧が低下し、この第3の2次巻線101dの一端側に対してゲートが接続されるスイッチング素子183がオン状態からオフ状態に遷移するためである。ところが、第3の2次巻線101dの一端側の電圧は、トランス101の励磁電流や寄生容量の影響により、低下する際の立ち下がりが鈍くなる。このため、スイッチング素子183がオン状態からオフ状態に遷移するタイミングが遅れ、電圧Vgs142がVGHからVGLに変化するタイミングが遅れ、その結果、スイッチング素子142がオン状態からオフ状態に遷移するタイミングが遅れることとなる。したがって、スイッチング素子141およびスイッチング素子142の双方がともにオン状態となる期間が発生してしまい、スイッチング素子141、142に貫通電流が流れ、電流Id141が一時的にID3まで上昇している。
Here, the
一方、時刻t3からt4では、電圧Vgs141がVGHからVGLに変化するとともに、電圧Vgs142がVGLからVGHに変化している。このため、スイッチング素子141がオン状態からオフ状態に遷移するとともに、スイッチング素子142がオフ状態からオン状態に遷移する。
On the other hand, from time t3 to t4, the voltage Vgs141 changes from VGH to VGL, and the voltage Vgs142 changes from VGL to VGH. For this reason, the switching
ここで、時刻t3からt4の期間において電圧Vgs141がVGHからVGLに変化するのは、第4の2次巻線101eの他端側の電圧が低下し、この第4の2次巻線101eの他端側に対してゲートが接続されるスイッチング素子184がオン状態からオフ状態に遷移するためである。ところが、第4の2次巻線101eの他端側の電圧は、トランス101の励磁電流や寄生容量の影響により、低下する際の立ち下がりが鈍くなる。このため、スイッチング素子184がオン状態からオフ状態に遷移するタイミングが遅れ、電圧Vgs141がVGHからVGLに変化するタイミングが遅れ、その結果、スイッチング素子141がオン状態からオフ状態に遷移するタイミングが遅れることとなる。したがって、スイッチング素子141およびスイッチング素子142の双方がともにオン状態となる期間が発生してしまい、スイッチング素子141、142に貫通電流が流れ、電流Id141が一時的にID0まで低下している。
Here, the
上述のようにスイッチング素子141、142に貫通電流が流れると、電力損失が増加したり、スイッチング素子141、142が破損したりするおそれがあった。
As described above, when a through current flows through the switching
そこで、このような2つのスイッチング素子を所定のデッドタイム期間を挟んで交互にオン状態とする同期整流型スイッチング電源装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この同期整流型スイッチング電源装置によれば、2つのスイッチング素子の双方がオン状態となる期間が発生するのを抑制して、スイッチング素子に貫通電流が流れるのを抑制できる。
図10は、従来例に係る同期整流型スイッチング電源装置100において、スイッチング素子141、142をデッドタイム期間(例えば、時刻t2aからt1の期間や、時刻t4からt3aの期間など)を挟んで交互にオン状態とする場合のタイミングチャートである。LOSS141は、スイッチング素子141のドレイン−ソース間の寄生ダイオードにより生じる電力損失を示す。
FIG. 10 shows an example of a synchronous rectification switching
ここで、デッドタイム期間において負荷102に負荷電流が流れると、スイッチング素子141、142がオフ状態であっても、スイッチング素子141のドレイン−ソース間の寄生ダイオードや、スイッチング素子142のドレイン−ソース間の寄生ダイオードには、負荷電流に応じたスイッチング電流が流れ、電力損失が生じることとなる。このため、図10に示すように、デッドタイム期間では、電力損失LOSS141が大きくなっている。
Here, when a load current flows through the
上述のように、従来の同期整流型スイッチング電源装置では、デッドタイム期間において負荷電流が増加すると、スイッチング素子のドレイン−ソース間の寄生ダイオードで生じる電力損失が増加して、効率が低下するおそれがあった。 As described above, in the conventional synchronous rectification switching power supply device, when the load current increases in the dead time period, the power loss generated in the parasitic diode between the drain and the source of the switching element may increase, and the efficiency may decrease. there were.
上述の課題を鑑み、本発明は、電力損失が増加して効率が低下するのを抑制できる同期整流型スイッチング電源装置を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a synchronous rectification switching power supply device that can suppress an increase in power loss and a decrease in efficiency.
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
(1)本発明は、トランスと、矩形波電圧を前記トランスの1次巻線に供給する電圧供給回路と、スイッチング素子のスイッチング動作により前記トランスの第1の2次巻線に生じる電圧を整流する整流回路と、前記スイッチング素子の制御端子の電圧を変化させるスイッチング回路と、を備える同期整流型スイッチング電源装置であって、前記スイッチング回路は、前記トランスの第2の2次巻線に生じる電圧に応じて充放電を行う充放電部と、前記充放電部に接続されたスイッチング部と、を備え、前記充放電部は、前記第2の2次巻線に生じる電圧が低下するに従って、充電していた電荷を前記スイッチング部に放電し、前記スイッチング部は、前記第2の2次巻線に生じる電圧が所定値まで低下して、前記充放電部から放電された電荷が所定量になると、前記スイッチング素子の制御端子の電荷を放電させることを特徴とする同期整流型スイッチング電源装置を提案している。
The present invention proposes the following items in order to solve the above-described problems.
(1) The present invention rectifies the voltage generated in the first secondary winding of the transformer by the switching operation of the transformer, the voltage supply circuit for supplying the rectangular wave voltage to the primary winding of the transformer, and the switching element. A synchronous rectification type switching power supply device comprising: a rectifying circuit for switching; and a switching circuit for changing a voltage of a control terminal of the switching element, wherein the switching circuit is a voltage generated in a second secondary winding of the transformer And a switching unit connected to the charging / discharging unit, the charging / discharging unit charging as the voltage generated in the second secondary winding decreases. The switching unit discharges the charged electric charge to the switching unit, and the switching unit reduces the voltage generated in the second secondary winding to a predetermined value and discharges the electric charge discharged from the charging / discharging unit. There becomes a predetermined amount, it proposed a synchronous rectification type switching power supply device, characterized in that to discharge the control terminals of the switching element.
この発明によれば、充放電部により、第2の2次巻線に生じる電圧が低下するに従って、充電していた電荷をスイッチング部に放電する。そして、スイッチング部により、第2の2次巻線に生じる電圧が所定値まで低下して、充放電部から放電された電荷が所定量になると、スイッチング素子の制御端子の電荷を放電させる。 According to this invention, as the voltage generated in the second secondary winding decreases by the charging / discharging unit, the charged charge is discharged to the switching unit. When the voltage generated in the second secondary winding is lowered to a predetermined value by the switching unit and the electric charge discharged from the charging / discharging unit reaches a predetermined amount, the electric charge at the control terminal of the switching element is discharged.
このため、第2の2次巻線に生じる電圧が所定値まで低下すると、スイッチング回路により、スイッチング素子をオフ状態にして、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に遷移するタイミングが遅れるのを防止できる。したがって、スイッチング素子に貫通電流が流れるのを抑制しつつデッドタイム期間を短縮でき、デッドタイム期間に発生する電力損失を抑制して、効率が低下するのを抑制できる。 For this reason, when the voltage generated in the second secondary winding decreases to a predetermined value, the switching circuit can turn off the switching element and prevent the timing at which the switching element transitions from the on state to the off state from being delayed. . Therefore, it is possible to shorten the dead time period while suppressing the through current from flowing through the switching element, and it is possible to suppress power loss that occurs during the dead time period and to suppress a decrease in efficiency.
(2)本発明は、(1)の同期整流型スイッチング電源装置について、前記第1の2次巻線は、センタータップにより接続される2つの単位2次巻線を備え、前記整流回路は、前記第1の2次巻線の両端に生じる電圧を整流することを特徴とする同期整流型スイッチング電源装置を提案している。 (2) The present invention relates to the synchronous rectification switching power supply device according to (1), wherein the first secondary winding includes two unit secondary windings connected by a center tap, and the rectifier circuit includes: The present invention proposes a synchronous rectification type switching power supply device that rectifies a voltage generated at both ends of the first secondary winding.
この発明によれば、第1の2次巻線は、センタータップにより接続される2つの単位2次巻線を備え、整流回路により、この第1の2次巻線の両端に生じる電圧を整流することができる。 According to the present invention, the first secondary winding includes the two unit secondary windings connected by the center tap, and the voltage generated at both ends of the first secondary winding is rectified by the rectifier circuit. can do.
(3)本発明は、(1)の同期整流型スイッチング電源装置について、前記整流回路は、倍電流整流回路であることを特徴とする同期整流型スイッチング電源装置を提案している。 (3) The present invention proposes a synchronous rectification type switching power supply apparatus according to (1), wherein the rectification circuit is a double current rectification circuit.
この発明によれば、整流回路として、倍電流整流回路を用いることができる。 According to the present invention, a double current rectifier circuit can be used as the rectifier circuit.
(4)本発明は、トランスと、矩形波電圧を前記トランスの1次巻線に供給する電圧供給回路と、スイッチング素子のスイッチング動作により前記トランスの第1の2次巻線に生じる電圧を整流する整流回路と、前記スイッチング素子の制御端子の電圧を変化させるスイッチング回路と、を備える同期整流型スイッチング電源装置の制御方法であって、前記スイッチング回路は、前記トランスの第2の2次巻線に生じる電圧に応じて充放電を行う充放電部と、前記充放電部に接続されたスイッチング部と、を備え、前記充放電部により、前記第2の2次巻線に生じる電圧が低下するに従って、充電していた電荷を前記スイッチング部に放電する第1のステップと、前記スイッチング部により、前記第2の2次巻線に生じる電圧が所定値まで低下して、前記充放電部から放電された電荷が所定量になると、前記スイッチング素子の制御端子の電荷を放電させる第2のステップと、を備えることを特徴とする同期整流型スイッチング電源装置の制御方法を提案している。 (4) The present invention rectifies the voltage generated in the first secondary winding of the transformer by the switching operation of the transformer, the voltage supply circuit for supplying the rectangular wave voltage to the primary winding of the transformer, and the switching element. And a switching circuit for changing a voltage at a control terminal of the switching element, wherein the switching circuit includes a second secondary winding of the transformer. The charging / discharging part which charges / discharges according to the voltage which arises in this and the switching part connected to the said charging / discharging part are provided, The voltage which arises in a said 2nd secondary winding falls by the said charging / discharging part. In accordance with the first step of discharging the charged charge to the switching unit, the voltage generated in the second secondary winding is reduced to a predetermined value by the switching unit. And a second step of discharging the charge of the control terminal of the switching element when the charge discharged from the charging / discharging unit reaches a predetermined amount. Proposed method.
この発明によれば、充放電部により、第2の2次巻線に生じる電圧が低下するに従って、充電していた電荷をスイッチング部に放電する。そして、スイッチング部により、第2の2次巻線に生じる電圧が所定値まで低下して、充放電部から放電された電荷が所定量になると、スイッチング素子の制御端子の電荷を放電させる。 According to this invention, as the voltage generated in the second secondary winding decreases by the charging / discharging unit, the charged charge is discharged to the switching unit. When the voltage generated in the second secondary winding is lowered to a predetermined value by the switching unit and the electric charge discharged from the charging / discharging unit reaches a predetermined amount, the electric charge at the control terminal of the switching element is discharged.
このため、第2の2次巻線に生じる電圧が所定値まで低下すると、スイッチング回路により、スイッチング素子をオフ状態にして、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に遷移するタイミングが遅れるのを防止できる。したがって、スイッチング素子に貫通電流が流れるのを抑制しつつデッドタイム期間を短縮でき、デッドタイム期間に発生する電力損失を抑制して、効率が低下するのを抑制できる。 For this reason, when the voltage generated in the second secondary winding decreases to a predetermined value, the switching circuit can turn off the switching element and prevent the timing at which the switching element transitions from the on state to the off state from being delayed. . Therefore, it is possible to shorten the dead time period while suppressing the through current from flowing through the switching element, and it is possible to suppress power loss that occurs during the dead time period and to suppress a decrease in efficiency.
本発明によれば、第2の2次巻線に生じる電圧が所定値まで低下すると、スイッチング回路により、スイッチング素子をオフ状態にして、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に遷移するタイミングが遅れるのを防止できる。したがって、スイッチング素子に貫通電流が流れるのを抑制しつつデッドタイム期間を短縮でき、デッドタイム期間に発生する電力損失を抑制して、効率が低下するのを抑制できる。 According to the present invention, when the voltage generated in the second secondary winding decreases to a predetermined value, the switching circuit turns off the switching element, and the timing at which the switching element transitions from the on state to the off state is delayed. Can be prevented. Therefore, it is possible to shorten the dead time period while suppressing the through current from flowing through the switching element, and it is possible to suppress power loss that occurs during the dead time period and to suppress a decrease in efficiency.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。また、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the constituent elements in the present embodiment can be appropriately replaced with existing constituent elements and the like, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Therefore, the description of the present embodiment does not limit the contents of the invention described in the claims. In the following description of the embodiments, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る同期整流型スイッチング電源装置1の回路図である。同期整流型スイッチング電源装置1は、図8に示した従来例に係る同期整流型スイッチング電源装置100と比べて、スイッチング回路の構成が異なる。なお、同期整流型スイッチング電源装置1において、同期整流型スイッチング電源装置100と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram of a synchronous rectification switching
同期整流型スイッチング電源装置1が備えるスイッチング回路80は、第3の2次巻線101dおよび第4の2次巻線101eのそれぞれの電圧に応じて充放電を行う充放電部としてのコンデンサ81、82と、コンデンサ81、82にゲートが接続されたスイッチング部としてのスイッチング素子183、184と、ダイオード83、84、181、182と、抵抗85、86と、を備える。
The switching
コンデンサ81の一端側の電極には、第3の2次巻線101dの一端側と、ダイオード181のアノードと、が接続され、コンデンサ81の他端側の電極には、ダイオード83のカソードと、スイッチング素子184のゲートと、抵抗86の一端側と、が接続される。ダイオード83のアノードには、センタータップBと、スイッチング素子183のソースと、抵抗85の他端側と、が接続される。
One end of the third secondary winding 101d and the anode of the
コンデンサ82の一端側の電極には、第4の2次巻線101eの他端側と、ダイオード182のアノードと、が接続され、コンデンサ82の他端側の電極には、ダイオード84のカソードと、スイッチング素子183のゲートと、抵抗85の一端側と、が接続される。ダイオード84のアノードには、センタータップBと、スイッチング素子184のソースと、抵抗86の他端側と、が接続される。
The electrode on one end side of the
以上のスイッチング回路80は、スイッチング素子141のゲート−ソース間の電圧と、スイッチング素子142のゲート−ソース間の電圧と、の電圧の立ち下がりを急峻にする。
The switching
図2および図3は、同期整流型スイッチング電源装置1のタイミングチャートである。図4、図5、および図6は、同期整流型スイッチング電源装置1のスイッチング回路80の等価回路である。なお、図3において、Vgs184は、スイッチング素子184のゲート−ソース間電圧を示す。
2 and 3 are timing charts of the synchronous rectification switching
時刻t13からt14では、図2に示すように電圧Vgs141がVGLからVGHに変化している。これは、フルブリッジ回路120により、第4の2次巻線101eの他端側の電圧がVGLから上昇し、時刻t14では、第4の2次巻線101eの他端側の電圧がVGHとなるためである。
From time t13 to t14, the
ここで、図4に示すように、時刻t13からt14における第4の2次巻線101eの他端側の電圧をVx(ただし、Vxは、VGL<Vx≦VGHを満たすものとする。)とする。この期間では、スイッチング素子141がオン状態となるので、第4の2次巻線101eの他端側からダイオード182およびスイッチング素子141を介して、電流Ix1が流れる。
Here, as shown in FIG. 4, the voltage on the other end side of the fourth secondary winding 101e from time t13 to t14 is Vx (provided that Vx satisfies VGL <Vx ≦ VGH). To do. During this period, the switching
また、時刻t13からt14では、図2に示すように電圧Vgs142がVGHからVGLに変化している。これは、フルブリッジ回路120により、第3の2次巻線101dの一端側の電圧がVGHから低下し、時刻t14では、第3の2次巻線101dの一端側の電圧がVGLとなるためである。
Also, from time t13 to t14, the
ここで、図4に示すように、時刻t13からt14では、スイッチング素子142がオフ状態となるので、第3の2次巻線101dの他端側からダイオード83を介してコンデンサ81に電流Ix2が流れ、コンデンサ81が充電される。そして、図5に示すように、コンデンサ81の他端側の電極の電圧が、第3の2次巻線101dの他端側の電圧に等しくなると、すなわちVGHになると、コンデンサ81の充電が終了する。
Here, as shown in FIG. 4, since the switching
ここで、時刻t13からt15では、スイッチング素子184のゲートには、第3の2次巻線101dの他端側の電圧Vxがダイオード83を介して供給される。ところが、図4および図5に示すように、ダイオード83のカソードとコンデンサ81の他端側の電極との接点を接点Cとすると、接点Cの電圧と、センタータップBの電圧とは、略等しい。このため、接点Cに接続されたスイッチング素子184のゲートの電圧と、センタータップBに接続されたスイッチング素子184のソースの電圧とは、略等しくなる。したがって、時刻t13からt15では、スイッチング素子184はオフ状態となる。
Here, from time t <b> 13 to t <b> 15, the voltage Vx on the other end side of the third secondary winding 101 d is supplied to the gate of the
時刻t15からt16では、図3に示すように電圧Vgs141がVGHからVG1まで低下している。これは、フルブリッジ回路120により、第4の2次巻線101eの他端側の電圧がVGHから低下し、時刻t16では、第4の2次巻線101eの他端側の電圧がVG1となるためである。
From time t15 to t16, the
また、時刻t15からt16では、第4の2次巻線101eの他端側の電圧と同様に、第3の2次巻線101dの他端側の電圧も低下するが、第3の2次巻線101dの他端側の電圧が低下するに従って、コンデンサ81の他端側の電極の電圧も低下する。すると、図6に示すように、コンデンサ81に充電されていた電荷がスイッチング素子184のゲートに移動し、コンデンサ81の他端側の電極から接点Cを介してスイッチング素子184のゲートに、電流Iy2が流れることとなる。
In addition, from time t15 to t16, the voltage on the other end side of the third secondary winding 101d also decreases in the same manner as the voltage on the other end side of the fourth secondary winding 101e. As the voltage at the other end of the winding 101d decreases, the voltage at the electrode at the other end of the
すると、スイッチング素子184のゲート−ソース間の電圧Vgs184は、上昇し、時刻t16では、図3に示すようにスイッチング素子184がオフ状態からオン状態に遷移するVthとなり、スイッチング素子184がオン状態となる。この結果、図6に示すように、スイッチング素子141のゲートから、オン状態のスイッチング素子184を介してスイッチング素子141のソースに電流Iy1が流れ、スイッチング素子141のゲートが放電されることとなる。
Then, the gate-
したがって、時刻t16では、スイッチング素子141のゲートの電圧が急激に低下し、図3に示すように電圧Vgs141がVG1からVGLまで急激に低下する。
Therefore, at time t16, the gate voltage of the
時刻t16からt17では、デッドタイム期間となり、時刻t17からt18では、電圧Vgs142がVGLからVGHに変化している。 From time t16 to t17, it becomes a dead time period, and from time t17 to t18, the voltage Vgs142 changes from VGL to VGH.
以上の同期整流型スイッチング電源装置1によれば、スイッチング素子141を以下のようにしてオン状態からオフ状態に遷移させる。まず、コンデンサ81を充電して、スイッチング素子141をオン状態からオフ状態に遷移させる際に、このコンデンサ81に充電された電荷をスイッチング素子184のゲートに放電し、スイッチング素子184をオン状態にする。そして、オン状態のスイッチング素子184を介して、スイッチング素子141のゲートを放電させ、スイッチング素子141のゲート−ソース間の電圧Vgs141を急激に低下させる。
According to the synchronous rectification switching
一方、以上の同期整流型スイッチング電源装置1によれば、スイッチング素子142を以下のようにしてオン状態からオフ状態に遷移させる。まず、コンデンサ82を充電して、スイッチング素子142をオン状態からオフ状態に遷移させる際に、このコンデンサ82に充電された電荷をスイッチング素子183のゲートに放電し、スイッチング素子183をオン状態にする。そして、オン状態のスイッチング素子183を介して、スイッチング素子142のゲートを放電させ、スイッチング素子142のゲート−ソース間の電圧Vgs142を急激に低下させる。
On the other hand, according to the above synchronous rectification switching
以上により、スイッチング素子141、142が同時にオン状態となってこれらに貫通電流が流れるのを抑制しつつ、デッドタイム期間を短縮できる。したがって、デッドタイム期間に発生する電力損失を抑制して、効率が低下するのを抑制できる。
As described above, the dead time period can be shortened while suppressing the through current from flowing through the switching
<第2の実施形態>
図7は、本発明の第2の実施形態に係る同期整流型スイッチング電源装置1Aの回路図である。同期整流型スイッチング電源装置1Aは、同期整流型スイッチング電源装置1と比べて、トランスの構成と、平滑回路の構成と、が異なる。
<Second Embodiment>
FIG. 7 is a circuit diagram of a synchronous rectification switching
同期整流型スイッチング電源装置1Aが備えるトランス101Aは、同期整流型スイッチング電源装置1が備えるトランス1の第1の2次巻線101bおよび第2の2次巻線101cに代えて、第5の2次巻線101fを備える。第5の2次巻線101fの一端側には、スイッチング素子141のドレインと、後述の平滑用インダクタ61の一端側と、が接続され、第5の2次巻線101fの他端側には、スイッチング素子142のドレインと、後述の平滑用インダクタ62の一端側と、が接続される。なお、1次巻線101a、第3の2次巻線101d、第4の2次巻線101e、および第5の2次巻線101fのそれぞれの巻数は、等しいものとする。
A
同期整流型スイッチング電源装置1Aが備える平滑回路60Aは、平滑用インダクタ61、62および平滑用コンデンサ162を備える。平滑用インダクタ61の一端側には、スイッチング素子141のドレインと、第5の2次巻線101fの一端側と、が接続され、平滑用インダクタ61の他端側には、平滑用コンデンサ162の一端側の電極と、負荷102の一端側と、が接続される。
A smoothing
平滑用インダクタ62の一端側には、スイッチング素子142のドレインと、第5の2次巻線101fの他端側と、が接続され、平滑用インダクタ62の他端側には、平滑用コンデンサ162の一端側の電極と、負荷102の一端側と、が接続される。
The drain of the
平滑用コンデンサ162の他端側の電極には、負荷102の他端側と、スイッチング素子141のソースと、スイッチング素子142のソースと、センタータップBと、が接続される。
The other end side of the
上述のトランス101Aおよび平滑回路60Aを備える同期整流型スイッチング電源装置1Aは、いわゆる倍電流整流回路を備える構成である。この同期整流型スイッチング電源装置1Aにおいても、同期整流型スイッチング電源装置1と同様の効果を奏することができる。
A synchronous rectification switching
なお、上述の実施形態では、トランス101、101Aの1次側には、フルブリッジ回路120を設けたが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、フルブリッジ回路120に代えて、ハーフブリッジ回路やプッシュプル回路を設けてもよい。
In the above-described embodiment, the
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications can be made without departing from the gist of the present invention.
1、1A、100;同期整流型スイッチング電源装置
60A、160;平滑回路
80、180;スイッチング回路
81、82;コンデンサ
101、101A;トランス
101a;1次巻線
101b;第1の2次巻線
101c;第2の2次巻線
101d;第3の2次巻線
101e;第4の2次巻線
101f;第5の2次巻線
102;負荷
120;フルブリッジ回路
121;直流電源
122、123、124、125、141、142、183、184;スイッチング素子
140;整流回路
1, 1A, 100; synchronous rectification type switching
Claims (4)
矩形波電圧を前記トランスの1次巻線に供給する電圧供給回路と、
スイッチング素子のスイッチング動作により前記トランスの第1の2次巻線に生じる電圧を整流する整流回路と、
前記スイッチング素子の制御端子の電圧を変化させるスイッチング回路と、
を備える同期整流型スイッチング電源装置であって、
前記スイッチング回路は、
前記トランスの第2の2次巻線に生じる電圧に応じて充放電を行う充放電部と、
前記充放電部に接続されたスイッチング部と、
を備え、
前記充放電部は、前記第2の2次巻線に生じる電圧が低下するに従って、充電していた電荷を前記スイッチング部に放電し、
前記スイッチング部は、前記第2の2次巻線に生じる電圧が所定値まで低下して、前記充放電部から放電された電荷が所定量になると、前記スイッチング素子の制御端子の電荷を放電させることを特徴とする同期整流型スイッチング電源装置。 With a transformer,
A voltage supply circuit for supplying a rectangular wave voltage to the primary winding of the transformer;
A rectifier circuit for rectifying a voltage generated in the first secondary winding of the transformer by a switching operation of the switching element;
A switching circuit for changing a voltage of a control terminal of the switching element;
A synchronous rectification type switching power supply device comprising:
The switching circuit is
A charging / discharging unit that performs charging / discharging according to a voltage generated in the second secondary winding of the transformer;
A switching unit connected to the charge / discharge unit;
With
The charging / discharging unit discharges the charged charge to the switching unit as the voltage generated in the second secondary winding decreases,
The switching unit discharges the charge of the control terminal of the switching element when the voltage generated in the second secondary winding decreases to a predetermined value and the charge discharged from the charge / discharge unit reaches a predetermined amount. The synchronous rectification type switching power supply device characterized by the above.
前記整流回路は、前記第1の2次巻線の両端に生じる電圧を整流することを特徴とする請求項1に記載の同期整流型スイッチング電源装置。 The first secondary winding includes two unit secondary windings connected by a center tap,
The synchronous rectification switching power supply device according to claim 1, wherein the rectifier circuit rectifies a voltage generated at both ends of the first secondary winding.
矩形波電圧を前記トランスの1次巻線に供給する電圧供給回路と、
スイッチング素子のスイッチング動作により前記トランスの第1の2次巻線に生じる電圧を整流する整流回路と、
前記スイッチング素子の制御端子の電圧を変化させるスイッチング回路と、
を備える同期整流型スイッチング電源装置の制御方法であって、
前記スイッチング回路は、
前記トランスの第2の2次巻線に生じる電圧に応じて充放電を行う充放電部と、
前記充放電部に接続されたスイッチング部と、
を備え、
前記充放電部により、前記第2の2次巻線に生じる電圧が低下するに従って、充電していた電荷を前記スイッチング部に放電する第1のステップと、
前記スイッチング部により、前記第2の2次巻線に生じる電圧が所定値まで低下して、前記充放電部から放電された電荷が所定量になると、前記スイッチング素子の制御端子の電荷を放電させる第2のステップと、
を備えることを特徴とする同期整流型スイッチング電源装置の制御方法。 With a transformer,
A voltage supply circuit for supplying a rectangular wave voltage to the primary winding of the transformer;
A rectifier circuit for rectifying a voltage generated in the first secondary winding of the transformer by a switching operation of the switching element;
A switching circuit for changing a voltage of a control terminal of the switching element;
A control method for a synchronous rectification switching power supply device comprising:
The switching circuit is
A charging / discharging unit that performs charging / discharging according to a voltage generated in the second secondary winding of the transformer;
A switching unit connected to the charge / discharge unit;
With
A first step of discharging the charged charge to the switching unit as the voltage generated in the second secondary winding decreases by the charge / discharge unit;
When the voltage generated in the second secondary winding decreases to a predetermined value by the switching unit and the charge discharged from the charge / discharge unit reaches a predetermined amount, the charge of the control terminal of the switching element is discharged. A second step;
A control method for a synchronous rectification type switching power supply device comprising:
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JP2013070463A (en) * | 2011-09-21 | 2013-04-18 | Sharp Corp | Push-pull circuit, dc/dc converter, solar charging system, and mobile object |
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