JP2012205356A - Rectification switch unit, rectification circuit, and switching power supply device - Google Patents

Rectification switch unit, rectification circuit, and switching power supply device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rectification switch unit, a rectification circuit, and a switching power supply device capable of performing synchronization rectification even when an output voltage is high, and having an excellent cost performance.SOLUTION: A rectification switch unit 1 has: a normally-off MOSFET 6; a body diode Db whose anode is connected with a source of the normally-off MOSFET 6, and whose cathode is connected with a drain of the normally-off MOSFET 6; a normally-on MOSFET 5 whose source is connected with the drain of the normally-off MOSFET 6, and whose gate is connected with the source of the normally-off MOSFET 6; a sensor 2 whose one input terminal is connected with the drain, and that receives a threshold voltage -Vth from a voltage source 50 at the other input terminal and outputs a signal indicating a comparison result of a voltage at the one input terminal with the threshold voltage -Vth; and a control circuit 30 outputting a signal instructing to turn on and off the normally-off MOSFET 6 to the normally-off MOSFET 6.

Description

本発明は、同期整流を行う整流スイッチユニット、整流回路及びスイッチング電源装置に関するものである。   The present invention relates to a rectifying switch unit that performs synchronous rectification, a rectifying circuit, and a switching power supply device.

電流を整流する方式の1つとして、同期整流方式が挙げられる(以下同期整流と称する)。同期整流では、上記電流の方向が、時間に応じて変化する回路において採用され、上記電流の方向と、上記整流する素子のオン・オフとが同期している。即ち、上記電流が所望の方向に流れる時には、上記整流素子をオンして上記電流を流す(通流する)。これに対して、上記電流が所望の方向とは逆方向に流れる時には、上記整流素子をオフして上記電流を阻止する。   One method for rectifying current is a synchronous rectification method (hereinafter referred to as synchronous rectification). In synchronous rectification, the direction of the current is adopted in a circuit that changes according to time, and the direction of the current and the on / off of the rectifying element are synchronized. That is, when the current flows in a desired direction, the rectifying element is turned on to allow the current to flow. On the other hand, when the current flows in a direction opposite to the desired direction, the rectifying element is turned off to block the current.

このような同期整流は、従来、出力電圧が比較的低いスイッチング電源装置に適用されていた。ここで述べる比較的低い出力電圧とは、例えば、12V〜24V程度の電圧である。上述したスイッチング電源装置に適用される同期整流の内の1つでは、整流素子であるFET(field-effect transistor:電界効果トランジスタ)のドレイン−ソース間電圧をモニタする。これにより、FETのドレイン−ソース間電圧の方向が負(ソース−ドレイン間電圧が正)でかつ、所定の閾値電圧を越えるか否かを検出する。そして、当該検出結果に応じて、FETをオン・オフする。これにより、同期整流を行っていた。   Such synchronous rectification has been conventionally applied to a switching power supply device having a relatively low output voltage. The relatively low output voltage described here is, for example, a voltage of about 12V to 24V. In one of the synchronous rectifications applied to the switching power supply device described above, a drain-source voltage of a FET (field-effect transistor) which is a rectifying element is monitored. Thereby, it is detected whether or not the direction of the drain-source voltage of the FET is negative (the source-drain voltage is positive) and exceeds a predetermined threshold voltage. Then, the FET is turned on / off according to the detection result. Thereby, synchronous rectification was performed.

上述したスイッチング電源装置では、出力電圧が比較的低い。よって、FETがオフしている時に、ドレイン−ソース間電圧をモニタする回路である検出回路に印加される電圧も低い。従って、上記検出回路は、高い耐圧を必要としなかった。   In the switching power supply described above, the output voltage is relatively low. Therefore, when the FET is turned off, the voltage applied to the detection circuit which is a circuit for monitoring the drain-source voltage is also low. Therefore, the detection circuit does not require a high breakdown voltage.

一方、従来、出力電圧が比較的高いスイッチング電源装置では、同期整流を採用するメリットが無いと言われてきた。ここで述べる比較的高い出力電圧とは、例えば、200V〜500V程度の電圧である。   On the other hand, conventionally, it has been said that a switching power supply having a relatively high output voltage has no merit of employing synchronous rectification. The relatively high output voltage described here is, for example, a voltage of about 200V to 500V.

しかし、近年、ワイドバンドギャップデバイス等の超オン抵抗デバイス(オン抵抗が著しく低いデバイス)が実用化されてきた。超オン抵抗デバイスの実用化に伴って、出力電圧が比較的高いスイッチング電源装置に同期整流を採用することにより、電力損失を低減することが出来るという効果を見込むことが出来るようになった。   However, in recent years, super on-resistance devices (devices with extremely low on-resistance) such as wide band gap devices have been put into practical use. With the practical application of ultra-on-resistance devices, it has become possible to expect the effect that power loss can be reduced by adopting synchronous rectification in a switching power supply device having a relatively high output voltage.

しかし、出力電圧に略等しい電圧であるFETのドレイン−ソース間電圧をモニタする上述した同期整流を、そのまま、出力電圧が比較的高いスイッチング電源装置に採用すると、上記検出回路を高耐圧にする必要が生じる。   However, if the above-described synchronous rectification for monitoring the drain-source voltage of the FET, which is a voltage substantially equal to the output voltage, is used as it is in a switching power supply device having a relatively high output voltage, the detection circuit needs to have a high breakdown voltage. Occurs.

ここで、上述した出力電圧が比較的高いスイッチング電源装置における検出回路として、特許文献1では、以下の電圧検出回路が開示されている。即ち、特許文献1では、電位差の大きな電圧が出力される検出点で電圧検出を行う場合でも、検出回路を高耐圧にする必要がない電圧検出回路が開示されている。   Here, Patent Document 1 discloses the following voltage detection circuit as a detection circuit in the above-described switching power supply device having a relatively high output voltage. That is, Patent Document 1 discloses a voltage detection circuit that does not require the detection circuit to have a high withstand voltage even when voltage detection is performed at a detection point where a voltage having a large potential difference is output.

特開2009−278718号公報(2009年11月26日公開)JP 2009-278718 A (published November 26, 2009)

図6は、従来のスイッチング電源装置101の回路図である。図6のスイッチング電源装置101は、特許文献1の図6のスイッチング電源装置である。図6のスイッチング電源装置101において、出力電圧Voが200V〜500V程度の高電圧である場合に、電流の同期整流を行うと、以下の課題1,2が生じる。   FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional switching power supply device 101. The switching power supply device 101 of FIG. 6 is the switching power supply device of FIG. In the switching power supply apparatus 101 of FIG. 6, when the current rectification is performed when the output voltage Vo is a high voltage of about 200 V to 500 V, the following problems 1 and 2 occur.

(課題1)
スイッチング素子SW52がオフすると、スイッチング素子SW52と抵抗R51との接続点の電圧が、ゼロから出力電圧Voのほぼ倍の値まで、急峻に上昇する。この高電圧を、抵抗R51と抵抗R52とで分圧する。この場合、電力効率の低下とコストの増大とを回避するために、抵抗R51の抵抗値を高くする必要がある。
(Problem 1)
When the switching element SW52 is turned off, the voltage at the connection point between the switching element SW52 and the resistor R51 rises steeply from zero to a value approximately double the output voltage Vo. This high voltage is divided by the resistor R51 and the resistor R52. In this case, it is necessary to increase the resistance value of the resistor R51 in order to avoid a decrease in power efficiency and an increase in cost.

また、抵抗R51と容量Caとは、RC積分回路を構成しており、その時定数は、R51×Caである。抵抗R51の抵抗値が高いので、上記時定数が大きくなる。この結果、検出回路51に入力される電圧の波形がなまる(即ち、検出回路51に入力される電圧が立ち上がるまでに要する時間が長くなる)。よって、検出回路51を含む電圧検出回路全体としての応答速度が低下する。   The resistor R51 and the capacitor Ca constitute an RC integrating circuit, and the time constant is R51 × Ca. Since the resistance value of the resistor R51 is high, the time constant is increased. As a result, the waveform of the voltage input to the detection circuit 51 is rounded (that is, the time required until the voltage input to the detection circuit 51 rises). Therefore, the response speed of the entire voltage detection circuit including the detection circuit 51 is reduced.

(課題2)
上述した課題1を解決するために、抵抗R51の抵抗値を小さくして時定数を小さくする場合を考える。この場合、抵抗R51に流れる電流と、抵抗R51の消費電力とが増加する。これにより、(1)電力効率が低下する。これとともに、(2)抵抗R51として、定格消費電力(電力容量)の高い抵抗を用いる必要が生じて、コストが増大する。
(Problem 2)
In order to solve the above-described problem 1, consider a case where the resistance value of the resistor R51 is reduced to reduce the time constant. In this case, the current flowing through the resistor R51 and the power consumption of the resistor R51 increase. Thereby, (1) power efficiency falls. At the same time, (2) it is necessary to use a resistor with a high rated power consumption (power capacity) as the resistor R51, and the cost increases.

図7は、従来のスイッチング電源装置102の回路図である。図7のスイッチング電源装置102は、特許文献1の図1のスイッチング電源装置であり、図6における検出回路51を含む電圧検出回路に相当する電圧検出回路113を備えている。図6のスイッチング電源装置101の電圧検出回路と、図7のスイッチング電源装置102の電圧検出回路113との間における、構成要素の対応関係の一部を以下に示す。   FIG. 7 is a circuit diagram of a conventional switching power supply apparatus 102. The switching power supply device 102 in FIG. 7 is the switching power supply device in FIG. 1 of Patent Document 1, and includes a voltage detection circuit 113 corresponding to the voltage detection circuit including the detection circuit 51 in FIG. A part of the correspondence of the components between the voltage detection circuit of the switching power supply apparatus 101 in FIG. 6 and the voltage detection circuit 113 of the switching power supply apparatus 102 in FIG. 7 is shown below.

第1に、図7のスイッチング素子SW102が、図6のスイッチング素子SW52に相当する。第2に、図7の抵抗R101が、図6の抵抗R51に相当する。第3に、図7の抵抗R102が、図6の抵抗R52に相当する。第4に、図7の容量Caが、図6の容量Caに相当する。第5に、図7の検出回路121が、図6の検出回路51に相当する。   First, the switching element SW102 in FIG. 7 corresponds to the switching element SW52 in FIG. Second, the resistor R101 in FIG. 7 corresponds to the resistor R51 in FIG. Third, the resistor R102 in FIG. 7 corresponds to the resistor R52 in FIG. Fourth, the capacitance Ca in FIG. 7 corresponds to the capacitance Ca in FIG. Fifth, the detection circuit 121 in FIG. 7 corresponds to the detection circuit 51 in FIG.

電圧検出回路113は上記課題1である応答速度の影響を比較的小さくした回路ではあるが、やはり抵抗R101と容量Caで構成される積分回路を撤廃することはできていない。このため、出力電圧が200V〜500V程度のスイッチング電源装置に適用しようとすると応答速度の影響は無視しきれない。また抵抗R101の抵抗値を小さくしようとすると上記課題2が生じる。   Although the voltage detection circuit 113 is a circuit in which the influence of the response speed, which is the problem 1 described above, is relatively small, the integration circuit composed of the resistor R101 and the capacitor Ca cannot be eliminated. For this reason, when it is going to apply to the switching power supply device whose output voltage is about 200V to 500V, the influence of the response speed cannot be ignored. In addition, when the resistance value of the resistor R101 is reduced, the above problem 2 occurs.

また、検出回路121が低耐圧となる代わりにSW121を高耐圧とする必要があるという新たな課題もある。   There is also a new problem that the SW 121 needs to have a high breakdown voltage instead of the detection circuit 121 having a low breakdown voltage.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、出力電圧が高電圧であっても同期整流を行うことが出来るとともに、コストパフォーマンスに優れている整流スイッチユニット、整流回路及びスイッチング電源装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the purpose thereof is to perform synchronous rectification even when the output voltage is high, and a rectification switch unit having excellent cost performance, A rectifier circuit and a switching power supply device are provided.

本発明の整流スイッチユニットは、上記課題を解決するために、ソース−ドレイン間に流れる電流を整流する第1スイッチング素子と、アノードが上記ソースに接続され、カソードが上記ドレインに接続されるダイオードと、ソースが上記第1スイッチング素子のドレインに接続され、ゲートが上記第1スイッチング素子のソースに接続されたノーマリオンの第2スイッチング素子と、一方の入力端子が上記ドレインに接続され、他方の入力端子に、電圧源から所定の閾値電圧が入力され、上記一方の入力端子の電圧と上記所定の閾値電圧との比較結果を示す信号を出力する比較部と、上記比較結果を示す信号に応じて、上記第1スイッチング素子のオン及びオフを指示する信号を、上記第1スイッチング素子に出力する制御部と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a rectifying switch unit of the present invention includes a first switching element that rectifies a current flowing between a source and a drain, a diode having an anode connected to the source, and a cathode connected to the drain. , A normally-on second switching element whose source is connected to the drain of the first switching element and whose gate is connected to the source of the first switching element; one input terminal connected to the drain; and the other input A comparator that outputs a signal indicating a comparison result between the voltage of the one input terminal and the predetermined threshold voltage, and a signal indicating the comparison result; A control unit that outputs a signal instructing on and off of the first switching element to the first switching element. And wherein the door.

上記発明によれば、上記第1スイッチング素子のソースと上記第2スイッチング素子のドレインとの間に印加される電圧がゼロから上昇すると、上記第2スイッチング素子のゲート−ソース間電圧には正の電圧が印加される。上記第2スイッチング素子はノーマリオンであるので、スレッショルド電圧は負の値である。つまり印加された正の電圧はこれを超えており、上記第2スイッチング素子は導通する。すると、上記ダイオードが導通して、上記ダイオードに流れる電流がゼロから増加するので、上記ダイオードの両端に発生する、上記ダイオードよる電圧降下がゼロから増加する。その結果、ある時に上記一方の入力端子に入力される電圧の絶対値が、上記所定の閾値電圧の絶対値よりも高くなり、上記比較部から出力される信号の論理が反転する。   According to the invention, when the voltage applied between the source of the first switching element and the drain of the second switching element rises from zero, the gate-source voltage of the second switching element is positive. A voltage is applied. Since the second switching element is normally on, the threshold voltage has a negative value. In other words, the applied positive voltage exceeds this, and the second switching element becomes conductive. Then, the diode becomes conductive and the current flowing through the diode increases from zero, so that the voltage drop due to the diode generated at both ends of the diode increases from zero. As a result, the absolute value of the voltage input to the one input terminal at a certain time becomes higher than the absolute value of the predetermined threshold voltage, and the logic of the signal output from the comparison unit is inverted.

論理が反転した上記比較部の出力信号は、上記制御部にて上記第1スイッチング素子をオンするレベルに変換され、上記第1スイッチング素子に入力される。これにより、上記第1スイッチング素子のゲート−ソース間電圧がハイレベルとなるので、上記第1スイッチング素子がオンする。   The output signal of the comparison unit whose logic is inverted is converted to a level at which the first switching element is turned on by the control unit, and input to the first switching element. As a result, the gate-source voltage of the first switching element becomes a high level, so that the first switching element is turned on.

上記第1スイッチング素子がオンすることにより、上記第1スイッチング素子のソースから上記第2スイッチング素子のドレインに向けてソース電流を流すことが出来る。   When the first switching element is turned on, a source current can flow from the source of the first switching element to the drain of the second switching element.

次に、上記第1スイッチング素子および第2スイッチング素子がオンして、上記第1スイッチング素子のソースから上記第2スイッチング素子のドレインにかけてソース電流が流れている場合を考える。この場合、上記第1スイッチング素子のオン抵抗に上記ソース電流が流れる。よって上記第1スイッチング素子のソースを正、上記第1スイッチング素子のドレインを負とする電圧であるソース−ドレイン間電圧が発生することとなる。   Next, consider a case where the first switching element and the second switching element are turned on and a source current flows from the source of the first switching element to the drain of the second switching element. In this case, the source current flows through the on-resistance of the first switching element. Therefore, a source-drain voltage is generated which is a voltage in which the source of the first switching element is positive and the drain of the first switching element is negative.

上記ソース−ドレイン間電圧は、上記ソース電流が大きくなると高くなる。これに対して、上記ソース−ドレイン間電圧は、上記ソース電流が小さくなると低くなる。   The source-drain voltage increases as the source current increases. On the other hand, the source-drain voltage decreases as the source current decreases.

上記ソース電流がゼロ近辺まで減少し、上記一方の入力端子に入力される電圧の絶対値が、上記他方の入力端子に入力される上記閾値電圧の絶対値よりも低くなると、上記比較部から出力される信号の論理が反転する。論理が反転した上記比較部の出力信号は、上記制御部にて上記第1スイッチング素子をオフするレベルに変換され、上記第1スイッチング素子に入力される。これにより、上記第1スイッチング素子のゲート−ソース間電圧がローレベルとなるので、上記第1スイッチング素子がオフする。そして上記第1スイッチング素子のドレイン−ソース間電圧が上昇し、上記第2スイッチング素子のゲート−ソース間電圧がスレッショルド電圧(負の値)を下回ると、上記第2スイッチング素子もオフする。上記第1および第2スイッチング素子がオフすることにより、上記ソース電流が阻止(遮断)される。   When the source current decreases to near zero and the absolute value of the voltage input to the one input terminal becomes lower than the absolute value of the threshold voltage input to the other input terminal, the output from the comparison unit The logic of the signal to be inverted is inverted. The output signal of the comparison unit whose logic is inverted is converted to a level at which the first switching element is turned off by the control unit, and is input to the first switching element. As a result, the gate-source voltage of the first switching element becomes a low level, and thus the first switching element is turned off. When the drain-source voltage of the first switching element rises and the gate-source voltage of the second switching element falls below the threshold voltage (negative value), the second switching element is also turned off. The source current is blocked (cut off) by turning off the first and second switching elements.

以上のように、上記整流スイッチユニットでは、上記ソース電流が上記第1スイッチング素子のソースから上記第2スイッチング素子のドレインに向けて流れるタイミングと、上記第1および第2スイッチング素子のオンとが同期する整流である同期整流を行うことが出来る。   As described above, in the rectifying switch unit, the timing at which the source current flows from the source of the first switching element toward the drain of the second switching element is synchronized with the ON of the first and second switching elements. Synchronous rectification can be performed.

より具体的には、上記同期整流では、上記ソース−ドレイン間電圧の絶対値が上記閾値電圧の絶対値を越えれば、上記第1および第2スイッチング素子がオンする。一方、上記ソース−ドレイン間電圧の絶対値が上記閾値電圧の絶対値を下回れば、上記第1および第2スイッチング素子がオフする。   More specifically, in the synchronous rectification, when the absolute value of the source-drain voltage exceeds the absolute value of the threshold voltage, the first and second switching elements are turned on. On the other hand, when the absolute value of the source-drain voltage is lower than the absolute value of the threshold voltage, the first and second switching elements are turned off.

ここで、上記第1のスイッチング素子と上記第2スイッチング素子の接続はカスコード接続になっているため、上記第1スイッチング素子のドレインソース間には上記第2スイッチング素子のスレッショルド電圧オーダーの電圧しか印加されない。つまり、上記一方の入力端子に入力される電圧は、上記第1スイッチング素子のソースと上記第2スイッチング素子のドレインとの間に印加される高電圧よりも遥かに低い。よって、上記比較部として、高耐圧かつ高価なセンサを用いる必要が無くなる。   Here, since the connection between the first switching element and the second switching element is a cascode connection, only a voltage in the order of the threshold voltage of the second switching element is applied between the drain and source of the first switching element. Not. That is, the voltage input to the one input terminal is much lower than the high voltage applied between the source of the first switching element and the drain of the second switching element. Therefore, it is not necessary to use a high breakdown voltage and expensive sensor as the comparison unit.

従って、出力電圧が高電圧であっても同期整流を行うことが出来るとともに、コストパフォーマンスに優れている整流スイッチユニットを提供することが出来る。   Therefore, synchronous rectification can be performed even when the output voltage is high, and a rectification switch unit having excellent cost performance can be provided.

また、上記整流スイッチユニットは、従来の整流回路が備えていたRC積分回路を備えていない。よって、従来の整流回路において生じていた課題(〔発明が解決しようとする課題〕の(課題1))が生じない。   Further, the rectifying switch unit does not include the RC integrating circuit included in the conventional rectifying circuit. Therefore, the problem ((Problem 1) of [Problem to be Solved by the Invention]) that has occurred in the conventional rectifier circuit does not occur.

即ち、従来の整流回路では、RC積分回路における電気抵抗の抵抗値を高くすると、時定数が大きくなる結果、電圧波形がなまって応答速度が低下していた。しかし、上記整流回路では、積分によって電圧波形がなまらないので、応答速度の低下は生じない。   That is, in the conventional rectifier circuit, when the resistance value of the electric resistance in the RC integration circuit is increased, the time constant is increased, resulting in the voltage waveform being distorted and the response speed being lowered. However, in the rectifier circuit, the voltage waveform is not reduced by integration, so that the response speed does not decrease.

さらに、上記整流スイッチユニットは、構成上、上記一方の入力端子に入力される電圧を、抵抗により分圧しない。よって、従来の整流回路において生じていた課題(〔発明が解決しようとする課題〕の(課題2))が生じない。   Further, the rectifying switch unit is not configured to divide the voltage input to the one input terminal by a resistor. Thus, the problem ((Problem 2) of [Problem to be Solved by the Invention]) that has occurred in the conventional rectifier circuit does not occur.

即ち、従来の整流回路では、(課題1)で問題となった時定数を小さくするために、抵抗の抵抗値を小さくすることにより、当該抵抗の消費電力が増大して、電力効率の低下と、コストの増大とを招いていた。しかし、上記整流スイッチユニットでは、抵抗に電流が流れることによる電力効率の低下、及び、定格消費電力(電力容量)の高い抵抗を用いることによるコストの増大は生じない。   That is, in the conventional rectifier circuit, in order to reduce the time constant which has been a problem in (Problem 1), by reducing the resistance value of the resistor, the power consumption of the resistor is increased and the power efficiency is decreased. , And increased costs. However, in the rectifying switch unit, there is no reduction in power efficiency due to current flowing through the resistor, and no increase in cost due to the use of a resistor with high rated power consumption (power capacity).

上記整流スイッチユニットでは、アノードが、上記第1スイッチング素子のソースに接続され、カソードが、上記第1スイッチング素子のドレインに接続される定電圧ダイオードをさらに備えてもよい。   The rectifying switch unit may further include a constant voltage diode having an anode connected to a source of the first switching element and a cathode connected to a drain of the first switching element.

これにより、上記第1スイッチング素子のドレイン−ソース間に、過渡的な高電圧が印加されても、上記定電圧ダイオードに電流が流れることにより、上記第1スイッチング素子のドレイン−ソース間の電圧をクランプすることが出来る。従って、上記第1スイッチング素子を過渡的な高電圧から保護することが出来る。   As a result, even if a transient high voltage is applied between the drain and source of the first switching element, a current flows through the constant voltage diode, thereby reducing the voltage between the drain and source of the first switching element. Can be clamped. Therefore, the first switching element can be protected from a transient high voltage.

上記整流スイッチユニットでは、直列接続された複数のダイオードで構成されたダイオード列をさらに備え、上記直列接続された複数のダイオードの内、最終端に位置するダイオードのアノードが、上記第1スイッチング素子のドレインに接続され、上記直列接続された複数のダイオードの内、最先端に位置するダイオードのカソードが、上記第1スイッチング素子のソースに接続されてもよい。   The rectifying switch unit further includes a diode array composed of a plurality of diodes connected in series, and an anode of a diode located at a final end of the plurality of diodes connected in series is the first switching element. The cathode of the diode located at the forefront among the plurality of diodes connected to the drain and connected in series may be connected to the source of the first switching element.

これにより、上記第1スイッチング素子のドレイン−ソース間に、過渡的な高電圧が印加されても、上記ダイオード列の全てのダイオードがオンして、上記第1スイッチング素子のドレイン−ソース間の電圧をクランプすることが出来る。従って、上記第1スイッチング素子を過渡的な高電圧から保護することが出来る。   Accordingly, even if a transient high voltage is applied between the drain and source of the first switching element, all the diodes in the diode row are turned on, and the voltage between the drain and source of the first switching element. Can be clamped. Therefore, the first switching element can be protected from a transient high voltage.

上記整流スイッチユニットでは、上記比較部は、上記他方の入力端子に入力される閾値電圧として第1電圧および上記第1電圧とは異なる第2電圧のいずれかを上記制御部からの指示に応じて選択できるものであり、上記制御部は、上記第1スイッチング素子がオフからオンになるとき、上記比較部に、上記第1電圧の選択を指示する信号を出力し、上記第1スイッチング素子がオンからオフになるとき、上記比較部に、上記第2電圧の選択を指示する信号を出力してもよい。   In the rectifying switch unit, the comparison unit selects either the first voltage or a second voltage different from the first voltage as a threshold voltage input to the other input terminal in accordance with an instruction from the control unit. The control unit outputs a signal instructing selection of the first voltage to the comparison unit when the first switching element is turned on from the off state, and the first switching element is turned on. When the signal is turned off, a signal instructing selection of the second voltage may be output to the comparison unit.

上記第1スイッチング素子をオンさせる際と、上記第1スイッチング素子をオフさせる際とで、上記所定の閾値電圧の値を、個別に設定することにより、上記第1スイッチング素子のオン及びオフを、より高精度に制御することが出来る。   When the first switching element is turned on and when the first switching element is turned off, the value of the predetermined threshold voltage is individually set, thereby turning on and off the first switching element. It is possible to control with higher accuracy.

上記整流スイッチユニットでは、一方の入力端子が上記第1スイッチング素子のドレインに接続された第1および第2の2つの比較部を備え、上記第1の比較部の他方の入力端子には閾値電圧として第1電圧が入力されているものであり、上記第2の比較部の他方の入力端子には閾値電圧として上記第1電圧とは異なる第2電圧が入力されているものであり、上記制御部は、上記第1スイッチング素子がオフからオンになるとき、上記第1の比較部の出力論理反転を適用して上記第1スイッチング素子に信号を出力し、上記第1スイッチング素子がオンからオフになるとき、上記第2の比較部の出力論理反転を適用して、上記第1スイッチング素子に信号を出力してもよい。   In the rectifying switch unit, one input terminal includes two first and second comparison units connected to the drain of the first switching element, and the other input terminal of the first comparison unit has a threshold voltage. The second voltage different from the first voltage is input as the threshold voltage to the other input terminal of the second comparison unit, and the control When the first switching element is turned on from off, the output unit applies the output logic inversion of the first comparison unit to output a signal to the first switching element, and the first switching element is turned on from off Then, the output logic inversion of the second comparison unit may be applied to output a signal to the first switching element.

上記第1スイッチング素子をオンさせる際と、上記第1スイッチング素子をオフさせる際とで、上記所定の閾値電圧の値を、個別に設定することにより、上記第1スイッチング素子のオン及びオフを、より高精度に制御することが出来る。   When the first switching element is turned on and when the first switching element is turned off, the value of the predetermined threshold voltage is individually set, thereby turning on and off the first switching element. It is possible to control with higher accuracy.

上記整流スイッチユニットでは、上記第1スイッチング素子及び上記第2スイッチング素子は、金属・酸化物・半導体電界効果トランジスタである。これにより、各スイッチング素子のソース−ドレイン間に流れる電流を整流することが出来る。   In the rectifying switch unit, the first switching element and the second switching element are metal / oxide / semiconductor field effect transistors. Thereby, the current flowing between the source and drain of each switching element can be rectified.

本発明の整流回路は、上記いずれかの整流スイッチユニットを備えているので、従来の整流回路よりもコストパフォーマンスに優れている。   Since the rectifier circuit of the present invention includes any one of the rectifier switch units described above, the rectifier circuit is superior in cost performance to the conventional rectifier circuit.

本発明のスイッチング電源装置は、上記整流回路を備えているので、従来のスイッチング電源装置よりもコストパフォーマンスに優れている。   Since the switching power supply of the present invention includes the rectifier circuit, the switching power supply is superior in cost performance to the conventional switching power supply.

本発明の整流スイッチユニットは、以上のように、ソース−ドレイン間に流れる電流を整流する第1スイッチング素子と、アノードが上記ソースに接続され、カソードが上記ドレインに接続されるダイオードと、ソースが上記第1スイッチング素子のドレインに接続され、ゲートが上記第1スイッチング素子のソースに接続されたノーマリオンの第2スイッチング素子と、一方の入力端子が上記ドレインに接続され、他方の入力端子に、電圧源から所定の閾値電圧が入力され、上記一方の入力端子の電圧と上記所定の閾値電圧との比較結果を示す信号を出力する比較部と、上記比較結果を示す信号に応じて、上記第1スイッチング素子のオン及びオフを指示する信号を、上記第1スイッチング素子に出力する制御部と、を備えるものである。   As described above, the rectifying switch unit according to the present invention includes the first switching element that rectifies the current flowing between the source and the drain, the diode having the anode connected to the source, the cathode connected to the drain, and the source. A normally-on second switching element connected to the drain of the first switching element and having a gate connected to the source of the first switching element; one input terminal connected to the drain; and the other input terminal to A comparison unit that receives a predetermined threshold voltage from a voltage source and outputs a signal indicating a comparison result between the voltage of the one input terminal and the predetermined threshold voltage, and the signal corresponding to the signal indicating the comparison result. And a control unit that outputs a signal instructing on and off of one switching element to the first switching element.

それゆえ、出力電圧が高電圧であっても同期整流を行うことが出来るとともに、コストパフォーマンスに優れている整流スイッチユニット、整流回路及びスイッチング電源装置を提供するという効果を奏する。   Therefore, it is possible to perform synchronous rectification even when the output voltage is high, and to provide a rectifier switch unit, a rectifier circuit, and a switching power supply device that are excellent in cost performance.

本発明の実施形態に係る整流スイッチユニットの構成図である。It is a block diagram of the rectification switch unit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る整流スイッチユニットにおけるノーマリオフMOSFETのオンを説明するための図である。It is a figure for demonstrating ON of normally-off MOSFET in the rectifier switch unit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る整流スイッチユニットにおけるノーマリオフMOSFETのオフを説明するための図である。It is a figure for demonstrating OFF of normally-off MOSFET in the rectifier switch unit which concerns on embodiment of this invention. 直列接続された複数のダイオードで構成されたダイオード列をツェナーダイオードの代わりに用いた、本発明の実施形態に係る整流スイッチユニットの構成図である。It is a block diagram of the rectifier switch unit which concerns on embodiment of this invention which used the diode row | line | column comprised by the several diode connected in series instead of the Zener diode. 本発明の実施形態に係る整流回路を適用したスイッチング電源装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a switching power supply device to which a rectifier circuit according to an embodiment of the present invention is applied. 従来のスイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the conventional switching power supply device. 従来の他のスイッチング電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the other conventional switching power supply device. 比較部を2つ備えた本発明の実施形態に係る整流スイッチユニットの構成図である。It is a block diagram of the rectification switch unit which concerns on embodiment of this invention provided with two comparison parts.

本発明の一実施形態について図1〜図5および図8に基づいて説明すれば、以下の通りである。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5 and FIG.

(スイッチング電源装置103および整流回路20の構成)
図5は、本発明の実施形態に係る整流回路20を適用したスイッチング電源装置103の回路図である。図5のスイッチング電源装置103において、トランスの1次側の回路は、従来のスイッチング電源装置と同じ構成である。また、トランスの2次側の整流回路20には、以下で説明する整流スイッチユニット1が適用されている。
(Configuration of switching power supply device 103 and rectifier circuit 20)
FIG. 5 is a circuit diagram of the switching power supply apparatus 103 to which the rectifier circuit 20 according to the embodiment of the present invention is applied. In the switching power supply 103 of FIG. 5, the circuit on the primary side of the transformer has the same configuration as the conventional switching power supply. The rectification switch unit 1 described below is applied to the rectifier circuit 20 on the secondary side of the transformer.

(整流スイッチユニット1の構成)
図1は、本実施形態に係る整流スイッチユニット1の構成図である。整流スイッチユニット1は、センサ2(比較部)、信号処理回路3及びドライバ4を備えている。センサ2は、例えばコンパレータであり、反転入力端子の電圧と非反転入力端子の電圧との比較結果を示す信号を出力する。信号処理回路3及びドライバ4は、制御回路30(制御部)を構成する。制御回路30は、上記比較結果を示す信号に応じて、後述するノーマリオフMOSFET6のオン(ターンオン)及びオフ(ターンオフ)を指示する信号を、ノーマリオフMOSFET6のゲートに出力する。
(Configuration of rectifying switch unit 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a rectifying switch unit 1 according to the present embodiment. The rectifying switch unit 1 includes a sensor 2 (comparison unit), a signal processing circuit 3, and a driver 4. The sensor 2 is a comparator, for example, and outputs a signal indicating a comparison result between the voltage at the inverting input terminal and the voltage at the non-inverting input terminal. The signal processing circuit 3 and the driver 4 constitute a control circuit 30 (control unit). The control circuit 30 outputs, to the gate of the normally-off MOSFET 6, a signal that instructs on (turn-on) and off (turn-off) of a normally-off MOSFET 6, which will be described later, according to the signal indicating the comparison result.

また、整流スイッチユニット1は、ノーマリオンMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor:金属・酸化物・半導体電界効果トランジスタ)5(第2スイッチング素子)を備えている。   The rectifying switch unit 1 includes a normally-on MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 5 (second switching element).

さらに、整流スイッチユニット1は、NチャネルのノーマリオフMOSFET6(第1スイッチング素子)を備えている。さらに、整流スイッチユニット1は、ツェナーダイオードDz(定電圧ダイオード)を備えている。そして、整流スイッチユニット1は、電圧源50を備えているが、電圧源50を備える代わりに、2つの電圧源51,52と、そのいずれかを選択するスイッチ7とを備えてもよい。ノーマリオンMOSFET5及びノーマリオフMOSFET6は、それぞれ、ソース−ドレイン間に流れる電流を整流する。   Furthermore, the rectifying switch unit 1 includes an N-channel normally-off MOSFET 6 (first switching element). Furthermore, the rectifying switch unit 1 includes a Zener diode Dz (constant voltage diode). The rectifying switch unit 1 includes the voltage source 50, but instead of including the voltage source 50, the rectifying switch unit 1 may include two voltage sources 51 and 52 and a switch 7 for selecting one of them. The normally-on MOSFET 5 and the normally-off MOSFET 6 rectify the current flowing between the source and the drain, respectively.

さらに、整流スイッチユニット1には、入力ノードinと出力ノードoutとが設けられている。そして、ノーマリオフMOSFET6は、ボディダイオードDb(ダイオード)を有している。   Further, the rectifying switch unit 1 is provided with an input node in and an output node out. The normally-off MOSFET 6 has a body diode Db (diode).

図1の整流スイッチユニット1において、入力ノードinと、ノーマリオフMOSFET6のソースと、ツェナーダイオードDzのアノードと、ボディダイオードDbのアノードと、ノーマリオンMOSFET5のゲートと、電圧源50の基準ポイントと、センサ2の基準ポイントは、互いに接続されている。   In the rectifying switch unit 1 of FIG. 1, the input node in, the source of the normally-off MOSFET 6, the anode of the Zener diode Dz, the anode of the body diode Db, the gate of the normally-on MOSFET 5, the reference point of the voltage source 50, and the sensor The two reference points are connected to each other.

センサ2の非反転入力端子(+)は、電圧源50の入力(または電圧源51,52の内、スイッチ7により選択されたいずれかの入力)に接続されている。電圧源50の入力が接続される場合は、閾値電圧−Vth(所定の閾値電圧)が入力される。電圧源51の入力が接続される場合は、閾値電圧−Vth1(第1電圧)、電圧源52の入力が接続される場合は、閾値電圧−Vth2(第2電圧)が入力される。各閾値電圧については、(閾値電圧)の項目にて後述する。   The non-inverting input terminal (+) of the sensor 2 is connected to the input of the voltage source 50 (or any one of the voltage sources 51 and 52 selected by the switch 7). When the input of the voltage source 50 is connected, the threshold voltage −Vth (predetermined threshold voltage) is input. When the input of the voltage source 51 is connected, the threshold voltage −Vth1 (first voltage) is input, and when the input of the voltage source 52 is connected, the threshold voltage −Vth2 (second voltage) is input. Each threshold voltage will be described later in the section of (Threshold Voltage).

センサ2の反転入力端子(−)には、ノーマリオンMOSFET5のソースと、ノーマリオフMOSFET6のドレインと、ツェナーダイオードDzのカソードと、ボディダイオードDbのカソードとに接続されている。   The inverting input terminal (−) of the sensor 2 is connected to the source of the normally-on MOSFET 5, the drain of the normally-off MOSFET 6, the cathode of the Zener diode Dz, and the cathode of the body diode Db.

センサ2の出力は、信号処理回路3の入力に接続されている。信号処理回路3の出力は、ドライバ4の入力に接続されている。ドライバ4の出力は、ノーマリオフMOSFET6のゲートに接続されている。なお、整流スイッチユニット1が電圧源51,52を備えている場合は、信号処理回路3の出力は、スイッチ7の制御入力にも接続されている。   The output of the sensor 2 is connected to the input of the signal processing circuit 3. The output of the signal processing circuit 3 is connected to the input of the driver 4. The output of the driver 4 is connected to the gate of the normally-off MOSFET 6. When the rectifying switch unit 1 includes the voltage sources 51 and 52, the output of the signal processing circuit 3 is also connected to the control input of the switch 7.

ノーマリオンMOSFET5のドレインは、出力ノードoutに接続されている。   The drain of normally-on MOSFET 5 is connected to output node out.

(整流スイッチユニット1の動作)
整流スイッチユニット1の動作を以下に説明する。なお、本実施形態に係る整流スイッチユニット1において、入力ノードinと出力ノードoutとの間の電圧を、電圧Vdsと称することとする。
(Operation of rectifying switch unit 1)
The operation of the rectifying switch unit 1 will be described below. In the rectifying switch unit 1 according to the present embodiment, a voltage between the input node in and the output node out is referred to as a voltage Vds.

また、入力ノードinと、センサ2の反転入力端子(−)とのとの間の電圧を、電圧Vmと称することとする。電圧Vmとは即ち、ツェナーダイオードDzの両端電圧であるとともに、ノーマリオフMOSFET6のドレイン−ソース間電圧である。   Further, a voltage between the input node “in” and the inverting input terminal (−) of the sensor 2 is referred to as a voltage Vm. That is, the voltage Vm is a voltage across the Zener diode Dz and a drain-source voltage of the normally-off MOSFET 6.

さらに、以下の説明は、閾値電圧を切り替える場合の説明であるが、図1に示すように、閾値電圧が−Vthで固定であってもよい。   Furthermore, although the following description is a case where the threshold voltage is switched, the threshold voltage may be fixed at -Vth as shown in FIG.

(整流スイッチユニット1のオン)
まず、図2を用いて、整流スイッチユニット1のオンについて説明する。図2は、本実施形態に係る整流スイッチユニット1のオンを説明するための図である。
(Rectification switch unit 1 is on)
First, turning on of the rectifying switch unit 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a view for explaining turning on of the rectifying switch unit 1 according to the present embodiment.

図2の整流スイッチユニット1において、ノーマリオフMOSFET6はオフしている。センサ2の非反転入力端子(+)に入力される閾値電圧は、ノーマリオフMOSFET6がオフした後に、閾値電圧−Vth2から閾値電圧−Vth1に切り替えられている。この閾値電圧の切り替えは、信号処理回路3の出力(制御回路30の出力)からスイッチ7の制御入力に入力される信号に基づいて行われる。   In the rectifying switch unit 1 of FIG. 2, the normally-off MOSFET 6 is off. The threshold voltage input to the non-inverting input terminal (+) of the sensor 2 is switched from the threshold voltage −Vth2 to the threshold voltage −Vth1 after the normally-off MOSFET 6 is turned off. The threshold voltage is switched based on a signal input from the output of the signal processing circuit 3 (the output of the control circuit 30) to the control input of the switch 7.

ここで、整流スイッチユニット1の入力ノードinと出力ノードoutとの間に印加される電圧がゼロから上昇すると、ノーマリオンMOSFET5のゲート−ソース間電圧にはスレッショルド電圧(負の値)を超える正の電圧が印加され、ノーマリオンMOSFET5は導通する。すると、ボディダイオードDbが導通して、ボディダイオードDbに流れる電流Ifが増加し始める。これにより、ボディダイオードDbの両端に発生する、ボディダイオードDbによる電圧降下Vfが徐々に高くなる結果、センサ2の反転入力端子(−)に入力される電圧−Vfが、センサ2の非反転入力端子(+)に入力される閾値電圧−Vth1よりも低くなる。即ち、−Vf<−Vth1(絶対値比較ならばVf>Vth1)となる。すると、センサ2から出力される信号のレベルが反転する。例えば、この場合はローレベルからハイレベルへ反転するが、反転入力端子と非反転入力端子を入れ替え、ハイレベルからローレベルへ反転してもよい。レベルが反転したセンサ2の出力信号は、制御回路30によって(即ち、信号処理回路3及びドライバ4によって)適切なレベルに変換されたのち、ノーマリオフMOSFET6のゲートに入力される。これにより、ノーマリオフMOSFET6のゲート−ソース間電圧Vgsがハイレベルとなるので、ノーマリオフMOSFET6がオンする。   Here, when the voltage applied between the input node in and the output node out of the rectifying switch unit 1 rises from zero, the gate-source voltage of the normally-on MOSFET 5 has a positive voltage exceeding the threshold voltage (negative value). The normally-on MOSFET 5 becomes conductive. Then, the body diode Db becomes conductive, and the current If flowing through the body diode Db starts to increase. As a result, the voltage drop Vf generated at both ends of the body diode Db due to the body diode Db gradually increases. As a result, the voltage −Vf input to the inverting input terminal (−) of the sensor 2 becomes the non-inverting input of the sensor 2. It becomes lower than the threshold voltage −Vth1 input to the terminal (+). That is, −Vf <−Vth1 (Vf> Vth1 for absolute value comparison). Then, the level of the signal output from the sensor 2 is inverted. For example, in this case, the inversion is performed from the low level to the high level, but the inversion input terminal and the non-inversion input terminal may be exchanged to invert from the high level to the low level. The output signal of the sensor 2 whose level is inverted is converted to an appropriate level by the control circuit 30 (that is, by the signal processing circuit 3 and the driver 4), and then input to the gate of the normally-off MOSFET 6. As a result, the gate-source voltage Vgs of the normally-off MOSFET 6 becomes a high level, so that the normally-off MOSFET 6 is turned on.

なお、信号処理回路3における信号処理には、センサ2から出力される信号と、他の信号とのAND(論理積)やOR(論理和)等が含まれる。しかし、上記信号処理は、必要に応じて省略してもよい。   The signal processing in the signal processing circuit 3 includes AND (logical product), OR (logical sum), etc., of the signal output from the sensor 2 and other signals. However, the signal processing may be omitted as necessary.

ノーマリオフMOSFET6がオンすることにより、ノーマリオフMOSFET6のソース−ドレイン間に電流を流すことが出来る。整流スイッチユニット1では、ノーマリオフMOSFET6がオンすることにより、2つのMOFETが同時にオンすることとなる。よって、入力ノードin→ノーマリオフMOSFET6のソース−ドレイン間→ノーマリオンMOSFET5のソース−ドレイン間→出力ノードoutの経路で、電流(後述する図3のソース電流Is)が流れる。従って、整流スイッチユニット1では、入力ノードinから入力されて、出力ノードoutから出力される電流であるソース電流Isを、ノーマリオンMOSFET5とノーマリオフMOSFET6とで整流することが出来る。   When the normally-off MOSFET 6 is turned on, a current can flow between the source and drain of the normally-off MOSFET 6. In the rectifying switch unit 1, when the normally-off MOSFET 6 is turned on, the two MOFETs are simultaneously turned on. Therefore, a current (source current Is in FIG. 3 to be described later) flows through a path from the input node in → between the source and drain of the normally-off MOSFET 6 → between the source and drain of the normally-on MOSFET 5 → the output node out. Therefore, in the rectifying switch unit 1, the source current Is that is input from the input node in and output from the output node out can be rectified by the normally-on MOSFET 5 and the normally-off MOSFET 6.

(整流スイッチユニット1のオフ)
次に、図3を用いて、整流スイッチユニット1のオフについて説明する。図3は、本実施形態に係る整流スイッチユニット1のオフを説明するための図である。
(Rectification switch unit 1 off)
Next, turning off of the rectifying switch unit 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining turning off of the rectifying switch unit 1 according to the present embodiment.

上述したように、整流スイッチユニット1において、ノーマリオンMOSFET5とノーマリオフMOSFET6とが共にオンすると、ソース電流Isが流れる。   As described above, when both the normally-on MOSFET 5 and the normally-off MOSFET 6 are turned on in the rectifying switch unit 1, the source current Is flows.

ここで、ノーマリオフMOSFET6がオンして、ノーマリオフMOSFET6のソース−ドレイン間にソース電流が流れている場合を考える。この場合、ノーマリオフMOSFET6のオン抵抗にソース電流Isが流れる。よって、ノーマリオフMOSFET6のソースを正、ノーマリオフMOSFET6のドレインを負とする電圧であるソース−ドレイン間電圧Vsdが発生することとなる。   Here, a case where the normally-off MOSFET 6 is turned on and a source current flows between the source and drain of the normally-off MOSFET 6 is considered. In this case, the source current Is flows through the ON resistance of the normally-off MOSFET 6. Therefore, a source-drain voltage Vsd, which is a voltage in which the source of the normally-off MOSFET 6 is positive and the drain of the normally-off MOSFET 6 is negative, is generated.

ソース−ドレイン間電圧Vsdは、ソース電流Isが大きくなると高くなる。これに対して、ソース−ドレイン間電圧Vsdは、ソース電流Isが小さくなると低くなる。   The source-drain voltage Vsd increases as the source current Is increases. On the other hand, the source-drain voltage Vsd decreases as the source current Is decreases.

図3の整流スイッチユニット1において、ノーマリオフMOSFET6はオンしている。センサ2の非反転入力端子(+)に入力される閾値電圧は、ノーマリオフMOSFET6がオンした後に、閾値電圧−Vth1から閾値電圧−Vth2に切り替えられている。
この閾値電圧の切り替えは、信号処理回路3の出力(制御回路30の出力)からスイッチ7の制御入力に入力される信号に基づいて行われる。
In the rectifying switch unit 1 of FIG. 3, the normally-off MOSFET 6 is on. The threshold voltage input to the non-inverting input terminal (+) of the sensor 2 is switched from the threshold voltage −Vth1 to the threshold voltage −Vth2 after the normally-off MOSFET 6 is turned on.
The threshold voltage is switched based on a signal input from the output of the signal processing circuit 3 (the output of the control circuit 30) to the control input of the switch 7.

ソース電流Isがゼロ付近まで減少すると、ソース−ドレイン間電圧Vsdの極性を反転した電圧であって、センサ2の反転入力端子(−)に入力される電圧−Vsdが、センサ2の非反転入力端子(+)に入力される閾値電圧−Vth2よりも高くなる。即ち、−Vth2<−Vsd(絶対値比較ならばVth2>Vsd)となる。すると、センサ2から出力される信号のレベルが反転する。例えば、この場合はハイレベルからローレベルへ反転するが、反転入力端子と非反転入力端子とを入れ替え、ローレベルからハイレベルへ反転してもよい。レベルが反転したセンサ2の出力信号は、制御回路30によって(即ち、信号処理回路3及びドライバ4によって)適切なレベルに変換された後、ノーマリオフMOSFET6のゲートに入力される。これにより、ノーマリオフMOSFET6のゲート−ソース間電圧Vgsがローレベルとなるので、ノーマリオフMOSFET6がオフする。そしてノーマリオフMOSFET6のドレイン−ソース間電圧が上昇し、そしてノーマリオンMOSFET5のゲート−ソース間電圧がスレッショルド電圧を下回ると、ノーマリオンMOSFET5もオフする。ノーマリオフMOSFET6とノーマリオンMOSFET5とが共にオフすることにより、入力ノードinから出力ノードoutまで流れていたソース電流Isが、阻止(遮断)される。   When the source current Is decreases to near zero, the voltage −Vsd, which is the voltage obtained by inverting the polarity of the source-drain voltage Vsd and is input to the inverting input terminal (−) of the sensor 2, is the non-inverting input of the sensor 2. It becomes higher than the threshold voltage −Vth2 input to the terminal (+). That is, −Vth2 <−Vsd (Vth2> Vsd for absolute value comparison). Then, the level of the signal output from the sensor 2 is inverted. For example, in this case, the inversion is performed from the high level to the low level, but the inversion input terminal and the non-inversion input terminal may be exchanged to invert from the low level to the high level. The output signal of the sensor 2 whose level is inverted is converted to an appropriate level by the control circuit 30 (that is, by the signal processing circuit 3 and the driver 4), and then input to the gate of the normally-off MOSFET 6. As a result, the gate-source voltage Vgs of the normally-off MOSFET 6 becomes low level, so that the normally-off MOSFET 6 is turned off. Then, when the drain-source voltage of the normally-off MOSFET 6 rises and the gate-source voltage of the normally-on MOSFET 5 falls below the threshold voltage, the normally-on MOSFET 5 is also turned off. When both the normally-off MOSFET 6 and the normally-on MOSFET 5 are turned off, the source current Is flowing from the input node in to the output node out is blocked (cut off).

以上のように、整流スイッチユニット1では、ソース電流IsがノーマリオフMOSFET6のソースからノーマリオンMOSFET5のドレインに向けて流れるタイミングと、ノーマリオフMOSFET6およびノーマリオンMOSFET5のオンとが同期する整流である同期整流を行うことが出来る。   As described above, the rectifying switch unit 1 performs synchronous rectification, which is rectification in which the timing at which the source current Is flows from the source of the normally-off MOSFET 6 to the drain of the normally-on MOSFET 5 and the on-state of the normally-off MOSFET 6 and the normally-on MOSFET 5 are synchronized. Can be done.

より具体的には、上記同期整流では、ソース−ドレイン間電圧Vsdの絶対値が閾値電圧Vth(Vth1)の絶対値を越えれば、ノーマリオフMOSFET6およびノーマリオンMOSFET5がオンする。一方、ソース−ドレイン間電圧Vsdの絶対値が閾値電圧Vth(Vth2)の絶対値を下回れば、ノーマリオフMOSFET6およびノーマリオンMOSFET5がオフする。   More specifically, in the synchronous rectification, when the absolute value of the source-drain voltage Vsd exceeds the absolute value of the threshold voltage Vth (Vth1), the normally-off MOSFET 6 and the normally-on MOSFET 5 are turned on. On the other hand, when the absolute value of the source-drain voltage Vsd falls below the absolute value of the threshold voltage Vth (Vth2), the normally-off MOSFET 6 and the normally-on MOSFET 5 are turned off.

ここで、ノーマリオフMOSFET6とノーマリオンMOSFET5との接続はカスコード接続になっているため、ノーマリオフMOSFET6のドレインソース間にはノーマリオンMOSFET5のスレッショルド電圧と同オーダーの電圧しか印加されない。つまり反転入力端子に入力される電圧は、入力ノードinと出力ノードoutとの間にオフ時に印加される高電圧(即ち図2の電圧Vds)よりも遥かに低い。よって、センサ2として、高耐圧かつ高価なセンサを用いる必要が無くなる。   Here, since the connection between the normally-off MOSFET 6 and the normally-on MOSFET 5 is a cascode connection, only a voltage in the same order as the threshold voltage of the normally-on MOSFET 5 is applied between the drain and source of the normally-off MOSFET 6. That is, the voltage input to the inverting input terminal is much lower than the high voltage (that is, the voltage Vds in FIG. 2) applied at the time of OFF between the input node in and the output node out. Therefore, it is not necessary to use a high pressure resistant and expensive sensor as the sensor 2.

従って、出力電圧が高電圧であっても同期整流を行うことが出来るとともに、コストパフォーマンスに優れている整流スイッチユニット1、整流回路20及びスイッチング電源装置103を提供することが出来る。   Therefore, synchronous rectification can be performed even when the output voltage is high, and the rectifier switch unit 1, the rectifier circuit 20, and the switching power supply device 103 that are excellent in cost performance can be provided.

また、整流スイッチユニット1は、従来の整流回路が備えていたRC積分回路を備えていない。よって、従来の整流回路において生じていた課題(〔発明が解決しようとする課題〕の(課題1))が生じない。   Further, the rectifying switch unit 1 does not include the RC integrating circuit that the conventional rectifying circuit has. Therefore, the problem ((Problem 1) of [Problem to be Solved by the Invention]) that has occurred in the conventional rectifier circuit does not occur.

即ち、従来の整流回路では、RC積分回路における電気抵抗の抵抗値を高くすると、時定数が大きくなる結果、電圧波形がなまって応答速度が低下していた。しかし、整流スイッチユニット1では、積分によって電圧波形がなまらないので、応答速度の低下は生じない。   That is, in the conventional rectifier circuit, when the resistance value of the electric resistance in the RC integration circuit is increased, the time constant is increased, resulting in the voltage waveform being distorted and the response speed being lowered. However, in the rectifying switch unit 1, the voltage waveform is not reduced by integration, so that the response speed does not decrease.

さらに、整流スイッチユニット1は、センサ2の反転入力端子(−)に入力される電圧を、抵抗により分圧しない。よって、従来の整流回路において生じていた課題(〔発明が解決しようとする課題〕の(課題2))が生じない。   Furthermore, the rectifying switch unit 1 does not divide the voltage input to the inverting input terminal (−) of the sensor 2 by the resistance. Thus, the problem ((Problem 2) of [Problem to be Solved by the Invention]) that has occurred in the conventional rectifier circuit does not occur.

即ち、従来の整流回路では、(課題1)で問題となった時定数を小さくするために抵抗R51の抵抗値を小さくすることにより、抵抗R51の消費電力が増大して、電力効率の低下と、コストの増大とを招いていた。しかし、整流スイッチユニット1では、抵抗に電流が流れることによる電力効率の低下、及び、定格消費電力(電力容量)の高い抵抗を用いることによるコストの増大は生じない。   That is, in the conventional rectifier circuit, the power consumption of the resistor R51 is increased by reducing the resistance value of the resistor R51 in order to reduce the time constant which has been a problem in (Problem 1). , And increased costs. However, in the rectifying switch unit 1, a reduction in power efficiency due to a current flowing through the resistor and an increase in cost due to the use of a resistor with high rated power consumption (power capacity) do not occur.

(ダイオード列8)
図1の整流スイッチユニット1では、電圧VmをクランプするためにツェナーダイオードDzを用いている。これにより、ノーマリオフMOSFET6のドレイン−ソース間に、過渡的な高電圧が印加されても、ツェナーダイオードDzに電流が流れることにより、ノーマリオフMOSFET6のドレイン−ソース間の電圧のピークを抑えることが出来る。従って、ノーマリオフMOSFET6を過渡的な高電圧から保護することが出来る。
(Diode array 8)
In the rectifying switch unit 1 of FIG. 1, a Zener diode Dz is used to clamp the voltage Vm. As a result, even if a transient high voltage is applied between the drain and source of the normally-off MOSFET 6, the current flows through the Zener diode Dz, whereby the voltage peak between the drain and source of the normally-off MOSFET 6 can be suppressed. Therefore, the normally-off MOSFET 6 can be protected from a transient high voltage.

しかし、本実施形態に係る整流スイッチユニット1において、過渡的な高電圧から保護する構成要素は、ツェナーダイオードDzに限定されない。   However, in the rectifying switch unit 1 according to the present embodiment, the component that protects against a transient high voltage is not limited to the Zener diode Dz.

即ち、図1の整流スイッチユニット1において、ツェナーダイオードDzの代わりに、直列接続された複数のダイオードで構成されたダイオード列8(多段直列ダイオード、図4参照)を用いて電圧Vmをクランプしてもよい。この場合、直列接続された複数のダイオードの内、最終端に位置するダイオード8eのアノードが、ノーマリオフMOSFET6のドレインに接続される。これとともに、直列接続された複数のダイオードの内、最先端に位置するダイオード8fのカソードが、ノーマリオフMOSFET6のソースに接続される。これにより、ノーマリオフMOSFET6のドレイン−ソース間に、過渡的な高電圧が印加されても、ダイオード列8の全てのダイオードがオンして、ノーマリオフMOSFET6のドレイン−ソース間の電圧のピークを抑えることが出来る。従って、ノーマリオフMOSFET6を過渡的な高電圧から保護することが出来る。   That is, in the rectifying switch unit 1 of FIG. 1, the voltage Vm is clamped by using a diode array 8 (multistage series diode, see FIG. 4) composed of a plurality of diodes connected in series instead of the zener diode Dz. Also good. In this case, the anode of the diode 8e located at the final end among the plurality of diodes connected in series is connected to the drain of the normally-off MOSFET 6. At the same time, among the plurality of diodes connected in series, the cathode of the diode 8 f located at the forefront is connected to the source of the normally-off MOSFET 6. As a result, even if a transient high voltage is applied between the drain and source of the normally-off MOSFET 6, all the diodes in the diode array 8 are turned on, and the voltage peak between the drain and source of the normally-off MOSFET 6 can be suppressed. I can do it. Therefore, the normally-off MOSFET 6 can be protected from a transient high voltage.

(閾値電圧)
本実施形態に係る整流スイッチユニット1における閾値電圧について、以下に説明する。
(Threshold voltage)
The threshold voltage in the rectifying switch unit 1 according to the present embodiment will be described below.

まず、整流スイッチユニット1の閾値電圧は、固定の閾値電圧−Vthであってもよい。この場合は、整流スイッチユニット1は、電圧源50を備えればよい。   First, the threshold voltage of the rectifying switch unit 1 may be a fixed threshold voltage −Vth. In this case, the rectifying switch unit 1 may include the voltage source 50.

次に、整流スイッチユニット1の閾値電圧は、ノーマリオフMOSFET6がオンする際に、上記非反転入力端子に入力される閾値電圧−Vth1でもよい。同様に、整流スイッチユニット1の閾値電圧は、ノーマリオフMOSFET6がオフする際に、上記非反転入力端子に入力される閾値電圧−Vth2でもよい。この場合は、整流スイッチユニット1は、2つの電圧源51,52と、それらを選択するスイッチ7とを備えればよい。   Next, the threshold voltage of the rectifying switch unit 1 may be the threshold voltage −Vth1 input to the non-inverting input terminal when the normally-off MOSFET 6 is turned on. Similarly, the threshold voltage of the rectifying switch unit 1 may be the threshold voltage −Vth2 input to the non-inverting input terminal when the normally-off MOSFET 6 is turned off. In this case, the rectifying switch unit 1 may include two voltage sources 51 and 52 and a switch 7 for selecting them.

閾値電圧が2種類(−Vth1及び−Vth2)存在する場合の、整流スイッチユニット1の動作について、以下に説明する。   The operation of the rectifying switch unit 1 when there are two types of threshold voltages (−Vth1 and −Vth2) will be described below.

閾値電圧が2種類存在する整流スイッチユニット1では、制御回路30は、ノーマリオフMOSFET6をオフさせた後に、閾値電圧を、閾値電圧−Vth2から閾値電圧−Vth1へ切り替える信号を、信号処理回路3の出力からスイッチ7の制御入力へ出力する。   In the rectifying switch unit 1 having two types of threshold voltages, the control circuit 30 outputs a signal for switching the threshold voltage from the threshold voltage −Vth2 to the threshold voltage −Vth1 after turning off the normally-off MOSFET 6. To the control input of the switch 7.

同様に、制御回路30は、ノーマリオフMOSFET6をオンさせた後に、閾値電圧を、閾値電圧−Vth1から閾値電圧−Vth2へ切り替える信号を、信号処理回路3の出力からスイッチ7の制御入力へ出力する。   Similarly, after the normally-off MOSFET 6 is turned on, the control circuit 30 outputs a signal for switching the threshold voltage from the threshold voltage -Vth1 to the threshold voltage -Vth2 from the output of the signal processing circuit 3 to the control input of the switch 7.

以上のように、整流スイッチユニット1では、電圧源は、閾値電圧−Vth1および閾値電圧−Vth1とは異なる閾値電圧−Vth2を出力するもの、即ち2つの電圧源51,52であってもよい。2つの電圧源51,52は、外部からの指示に応じて、スイッチ7による選択で閾値電圧−Vth1および閾値電圧−Vth2のいずれかを、閾値電圧−Vthとして出力するものである。制御回路30は、ノーマリオフMOSFET6のオフを指示する信号を出力した後、スイッチ7に、閾値電圧−Vth1の出力を指示する信号(即ち電圧源51を選択する信号)を出力してもよい。同様に、制御回路30は、ノーマリオフMOSFET6のオンを指示する信号を出力した後、スイッチ7に、閾値電圧−Vth2の出力を指示する信号(即ち電圧源52を選択する信号)を出力してもよい。   As described above, in the rectifying switch unit 1, the voltage source may output the threshold voltage −Vth 1 and the threshold voltage −Vth 2 different from the threshold voltage −Vth 1, that is, the two voltage sources 51 and 52. The two voltage sources 51 and 52 output one of the threshold voltage −Vth1 and the threshold voltage −Vth2 as the threshold voltage −Vth as selected by the switch 7 in accordance with an instruction from the outside. The control circuit 30 may output a signal (that is, a signal for selecting the voltage source 51) that instructs the switch 7 to output the threshold voltage −Vth <b> 1 after outputting a signal that instructs the normally-off MOSFET 6 to be turned off. Similarly, the control circuit 30 outputs a signal instructing the output of the threshold voltage −Vth2 (ie, a signal for selecting the voltage source 52) to the switch 7 after outputting a signal instructing to turn on the normally-off MOSFET 6. Good.

ノーマリオフMOSFET6をオンさせる際と、ノーマリオフMOSFET6をオフさせる際とで、閾値電圧の値を、個別に設定することにより、ノーマリオフMOSFET6のオン及びオフを、より高精度に制御することが出来る。   When the normally-off MOSFET 6 is turned on and when the normally-off MOSFET 6 is turned off, the threshold voltage values are individually set, whereby the on / off of the normally-off MOSFET 6 can be controlled with higher accuracy.

(比較部を2つ備えた整流スイッチユニット1’)
図8は、比較部を2つ備えた本発明の実施形態に係る整流スイッチユニット1’の構成図である。整流スイッチユニット1’では、一方の入力端子がノーマリオフMOSFET6のドレインに接続されたセンサ2,2’(第1および第2の比較部)を備えている。センサ2の他方の入力端子には、閾値電圧として、閾値電圧−Vth1が入力されているものであり、センサ2’の他方の入力端子には、閾値電圧として、閾値電圧−Vth1とは異なる閾値電圧−Vth2が入力されている。
(Rectifier switch unit 1 ′ having two comparison units)
FIG. 8 is a configuration diagram of a rectifying switch unit 1 ′ according to an embodiment of the present invention that includes two comparison units. The rectifying switch unit 1 ′ includes sensors 2 and 2 ′ (first and second comparison units) whose one input terminal is connected to the drain of the normally-off MOSFET 6. The threshold voltage −Vth1 is input as the threshold voltage to the other input terminal of the sensor 2, and the threshold voltage different from the threshold voltage −Vth1 is input to the other input terminal of the sensor 2 ′ as the threshold voltage. The voltage -Vth2 is input.

制御回路30は、ノーマリオフMOSFET6がオフからオンになるとき、センサ2の出力論理反転を適用して、ノーマリオフMOSFET6に信号を出力する。また、ノーマリオフMOSFET6がオンからオフになるとき、センサ2’の出力論理反転を適用して、ノーマリオフMOSFET6に信号を出力する。   When the normally-off MOSFET 6 is switched from OFF to ON, the control circuit 30 applies the output logic inversion of the sensor 2 and outputs a signal to the normally-off MOSFET 6. Further, when the normally-off MOSFET 6 is switched from on to off, the output logic inversion of the sensor 2 ′ is applied to output a signal to the normally-off MOSFET 6.

ノーマリオフMOSFET6をオンさせる際と、ノーマリオフMOSFET6をオフさせる際とで、閾値電圧の値を個別に設定することにより、ノーマリオフMOSFET6のオン及びオフを、より高精度に制御することが出来る。   When the normally-off MOSFET 6 is turned on and when the normally-off MOSFET 6 is turned off, the threshold voltage value is individually set, so that the on / off of the normally-off MOSFET 6 can be controlled with higher accuracy.

〔適用例〕
上述した整流スイッチユニット1の整流回路およびスイッチング電源装置への適用について、以下に説明する。前述の通り、図5は、本発明の実施形態に係る整流回路20を適用したスイッチング電源装置103の回路図である。トランスの1次側の回路は従来のスイッチング電源装置と同じ構成であり、トランスの2次側の整流回路20には、以上で説明した整流スイッチユニット1が適用されている。
[Application example]
The application of the rectifying switch unit 1 to the rectifying circuit and the switching power supply will be described below. As described above, FIG. 5 is a circuit diagram of the switching power supply device 103 to which the rectifier circuit 20 according to the embodiment of the present invention is applied. The circuit on the primary side of the transformer has the same configuration as the conventional switching power supply device, and the rectifying switch unit 1 described above is applied to the rectifier circuit 20 on the secondary side of the transformer.

図5のスイッチング電源103において、トランス2次側巻線の一端と、整流器スイッチユニット1の出力ノードoutとが接続されている。また、出力キャパシタの正側端子と、トランス2次側巻線の他端とが接続されている。さらに、出力キャパシタの負側端子と、整流スイッチユニット1の入力ノードinとが接続されている。   In the switching power supply 103 of FIG. 5, one end of the transformer secondary winding is connected to the output node out of the rectifier switch unit 1. Further, the positive terminal of the output capacitor is connected to the other end of the transformer secondary winding. Furthermore, the negative terminal of the output capacitor and the input node in of the rectifying switch unit 1 are connected.

出力キャパシタの両端電圧が出力電圧Voである。   The voltage across the output capacitor is the output voltage Vo.

トランス2次側巻線の両端電圧が両端電圧Vtrである。両端電圧Vtrはトランス2次側巻線の他端を基準とする向きを正と置く。   The voltage across the transformer secondary winding is the voltage Vtr across the transformer. The voltage Vtr at both ends has a positive direction with respect to the other end of the transformer secondary winding.

両端電圧Vtrが正の場合、整流スイッチユニット1における電圧Vdsは、出力電圧Voと両端電圧Vtrとの和の電圧になる。   When the both-end voltage Vtr is positive, the voltage Vds in the rectifying switch unit 1 is the sum of the output voltage Vo and the both-end voltage Vtr.

また、両端電圧Vtrは、出力電圧Voに略等しい電圧である。   The both-end voltage Vtr is a voltage substantially equal to the output voltage Vo.

よって、出力電圧Voが、24V程度の低電圧であった場合は、整流スイッチユニット1の電圧Vdsは、50V程度となる。   Therefore, when the output voltage Vo is a low voltage of about 24V, the voltage Vds of the rectifying switch unit 1 is about 50V.

これに対して、出力電圧Voが、250V程度の高電圧であった場合は、整流スイッチユニット1の電圧Vdsは、500V程度となる。   On the other hand, when the output voltage Vo is a high voltage of about 250V, the voltage Vds of the rectifying switch unit 1 is about 500V.

ここで、図1の整流スイッチユニット1に戻る。   Here, it returns to the rectification switch unit 1 of FIG.

入力ノードinと、センサ2の反転入力端子(−)とのとの間の電圧である電圧Vmは、過渡状態を含めても、上限は10V程度(ノーマリオンMOSFET5のスレッショルド電圧と同オーダー)である。何故ならば、ノーマリオフMOSFET6とノーマリオンMOSFET5とがカスコード接続されているためである。   The voltage Vm, which is a voltage between the input node in and the inverting input terminal (−) of the sensor 2, has an upper limit of about 10 V (same order as the threshold voltage of the normally-on MOSFET 5), including the transient state. is there. This is because normally-off MOSFET 6 and normally-on MOSFET 5 are cascode-connected.

ノーマリオフMOSFET6がオフすると、そのドレイン−ソース間電圧が上昇する。ノーマリオフMOSFET6のドレイン−ソース間電圧は、ノーマリオンMOSFET5のゲート−ソース間電圧を反転した電圧(ソース−ゲート間電圧)である。従って、この電圧の大きさ(絶対値)がノーマリオンMOSFET5のスレッショルド電圧にまで達した瞬間、ノーマリオンMOSFET5もオフする。この結果、出力電圧Voが250V程度の高電圧であっても、電圧Vmの上限は、ノーマリオンMOSFET5のスレッショルド電圧と同オーダーである10V程度となる。   When the normally-off MOSFET 6 is turned off, the drain-source voltage rises. The drain-source voltage of the normally-off MOSFET 6 is a voltage obtained by inverting the gate-source voltage of the normally-on MOSFET 5 (source-gate voltage). Therefore, the normally-on MOSFET 5 is also turned off at the moment when the magnitude (absolute value) of this voltage reaches the threshold voltage of the normally-on MOSFET 5. As a result, even if the output voltage Vo is a high voltage of about 250V, the upper limit of the voltage Vm is about 10V, which is the same order as the threshold voltage of the normally-on MOSFET 5.

ノーマリオフMOSFET6を保護するためのダイオードであって、定電圧ダイオードであるツェナーダイオードDzの定電圧Vzは、10V程度である。ノーマリオフMOSFET6の耐圧は、40V〜50Vである。   The constant voltage Vz of the Zener diode Dz, which is a diode for protecting the normally-off MOSFET 6 and is a constant voltage diode, is about 10V. The breakdown voltage of the normally-off MOSFET 6 is 40V to 50V.

以上のように、本実施形態に係る整流スイッチユニット1は、出力電圧が高電圧であるスイッチング電源装置103に適用する場合でも、センサ2の耐圧を高くする必要は無い。よって、従来のスイッチング電源装置よりもコストパフォーマンスに優れたスイッチング電源装置を提供することが出来る。   As described above, even when the rectifying switch unit 1 according to the present embodiment is applied to the switching power supply device 103 whose output voltage is a high voltage, it is not necessary to increase the withstand voltage of the sensor 2. Therefore, it is possible to provide a switching power supply device that is superior in cost performance to conventional switching power supply devices.

なお、本実施形態に係る整流スイッチユニット1が適用されるスイッチング電源装置が、スイッチング電源装置103に限定されないことは、言うまでも無い。本実施形態に係る整流スイッチユニット1は、出力電圧が高電圧であるとともに、同期整流が求められるスイッチング電源装置(DCDC変換装置のみでなくインバータも含む)に適用することが出来る。   Needless to say, the switching power supply apparatus to which the rectifying switch unit 1 according to the present embodiment is applied is not limited to the switching power supply apparatus 103. The rectifying switch unit 1 according to the present embodiment can be applied to a switching power supply (including not only a DCDC converter but also an inverter) that requires a high output voltage and synchronous rectification.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

本発明の整流スイッチユニットは、スイッチング電源装置に適用することが出来る。特に、出力電圧が250V程度の高電圧であり、同期整流が行われるスイッチング電源装置に好適に用いることが出来る。   The rectifying switch unit of the present invention can be applied to a switching power supply device. In particular, the output voltage is a high voltage of about 250 V, and can be suitably used for a switching power supply device in which synchronous rectification is performed.

20 整流回路
1,1’ 整流スイッチユニット
2 センサ(比較部、第1の比較部)
2’ センサ(第2の比較部)
3 信号処理回路
4 ドライバ
5 ノーマリオンMOSFET(第2スイッチング素子)
6 ノーマリオフMOSFET(第1スイッチング素子)
7 スイッチ
8 ダイオード列
8e 最終端に位置するダイオード
8f 最先端に位置するダイオード
30 制御回路(制御部)
50〜52 電圧源
103 スイッチング電源装置
Db ボディダイオード(ダイオード)
Dz ツェナーダイオード(定電圧ダイオード)
If 電流
Is ソース電流
Vds 電圧
Vf 電圧降下
Vgs ゲート−ソース間電圧
Vm 電圧
Vo 出力電圧
Vsd ソース−ドレイン間電圧
Vtr 両端電圧
Vz 定電圧
in 入力ノード
out 出力ノード
−Vf 電圧
−Vsd 電圧
−Vth 閾値電圧(所定の電圧)
−Vth1 閾値電圧(第1電圧)
−Vth2 閾値電圧(第2電圧)
20 Rectifier circuit 1,1 ′ Rectifier switch unit 2 Sensor (comparison unit, first comparison unit)
2 'sensor (second comparison unit)
3 signal processing circuit 4 driver 5 normally-on MOSFET (second switching element)
6 Normally-off MOSFET (first switching element)
7 Switch 8 Diode array 8e Diode located at the final end 8f Diode located at the forefront 30 Control circuit (control unit)
50 to 52 Voltage source 103 Switching power supply Db Body diode (diode)
Dz Zener diode (constant voltage diode)
If current Is source current Vds voltage Vf voltage drop Vgs gate-source voltage Vm voltage Vo output voltage Vsd source-drain voltage Vtr voltage across terminal Vz constant voltage in input node out output node −Vf voltage −Vsd voltage −Vth threshold voltage ( Predetermined voltage)
-Vth1 threshold voltage (first voltage)
-Vth2 threshold voltage (second voltage)

Claims (8)

ソース−ドレイン間に流れる電流を整流する第1スイッチング素子と、
アノードが上記ソースに接続され、カソードが上記ドレインに接続されるダイオードと、
ソースが上記第1スイッチング素子のドレインに接続され、ゲートが上記第1スイッチング素子のソースに接続されたノーマリオンの第2スイッチング素子と、
一方の入力端子が上記ドレインに接続され、他方の入力端子に、電圧源から所定の閾値電圧が入力され、上記一方の入力端子の電圧と上記所定の閾値電圧との比較結果を示す信号を出力する比較部と、
上記比較結果を示す信号に応じて、上記第1スイッチング素子のオン及びオフを指示する信号を、上記第1スイッチング素子に出力する制御部と、を備えることを特徴とする整流スイッチユニット。
A first switching element for rectifying a current flowing between the source and the drain;
A diode having an anode connected to the source and a cathode connected to the drain;
A normally-on second switching element having a source connected to the drain of the first switching element and a gate connected to the source of the first switching element;
One input terminal is connected to the drain, and a predetermined threshold voltage is input from the voltage source to the other input terminal, and a signal indicating a comparison result between the voltage of the one input terminal and the predetermined threshold voltage is output. A comparison unit to
A rectifying switch unit comprising: a control unit that outputs a signal that instructs on and off of the first switching element to the first switching element in accordance with a signal indicating the comparison result.
アノードが、上記第1スイッチング素子のソースに接続され、カソードが、上記第1スイッチング素子のドレインに接続される定電圧ダイオードをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の整流スイッチユニット。   2. The rectifying switch unit according to claim 1, further comprising a constant voltage diode having an anode connected to a source of the first switching element and a cathode connected to a drain of the first switching element. 直列接続された複数のダイオードで構成されたダイオード列をさらに備え、
上記直列接続された複数のダイオードの内、最終端に位置するダイオードのアノードが、上記第1スイッチング素子のドレインに接続され、
上記直列接続された複数のダイオードの内、最先端に位置するダイオードのカソードが、上記第1スイッチング素子のソースに接続されることを特徴とする請求項1に記載の整流スイッチユニット。
It further includes a diode array composed of a plurality of diodes connected in series,
Among the plurality of diodes connected in series, the anode of the diode located at the final end is connected to the drain of the first switching element,
2. The rectifying switch unit according to claim 1, wherein a cathode of a diode located at the forefront among the plurality of diodes connected in series is connected to a source of the first switching element.
上記比較部は、上記他方の入力端子に入力される閾値電圧として第1電圧および上記第1電圧とは異なる第2電圧のいずれかを上記制御部からの指示に応じて選択できるものであり、
上記制御部は、
上記第1スイッチング素子がオフからオンになるとき、上記比較部に、上記第1電圧の選択を指示する信号を出力し、
上記第1スイッチング素子がオンからオフになるとき、上記比較部に、上記第2電圧の選択を指示する信号を出力することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の整流スイッチユニット。
The comparison unit is capable of selecting either a first voltage or a second voltage different from the first voltage as a threshold voltage input to the other input terminal according to an instruction from the control unit,
The control unit
When the first switching element is turned on from off, the comparator outputs a signal instructing selection of the first voltage,
4. The rectification according to claim 1, wherein when the first switching element is turned from on to off, a signal instructing selection of the second voltage is output to the comparison unit. 5. Switch unit.
一方の入力端子が上記第1スイッチング素子のドレインに接続された第1および第2の2つの比較部を備え、
上記第1の比較部の他方の入力端子には閾値電圧として第1電圧が入力されているものであり、
上記第2の比較部の他方の入力端子には閾値電圧として上記第1電圧とは異なる第2電圧が入力されているものであり、
上記制御部は、上記第1スイッチング素子がオフからオンになるとき、上記第1の比較部の出力論理反転を適用して上記第1スイッチング素子に信号を出力し、上記第1スイッチング素子がオンからオフになるとき、上記第2の比較部の出力論理反転を適用して、上記第1スイッチング素子に信号を出力することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の整流スイッチユニット。
One input terminal comprises two first and second comparison units connected to the drain of the first switching element,
A first voltage is input as a threshold voltage to the other input terminal of the first comparison unit,
A second voltage different from the first voltage is input as a threshold voltage to the other input terminal of the second comparison unit,
When the first switching element is turned on from off, the control unit applies the output logic inversion of the first comparison unit to output a signal to the first switching element, and the first switching element is turned on. 4. The rectifier according to claim 1, wherein when the signal is turned off, a signal is output to the first switching element by applying an output logic inversion of the second comparison unit. 5. Switch unit.
上記第1スイッチング素子及び上記第2スイッチング素子は、金属・酸化物・半導体電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の整流スイッチユニット。   6. The rectifying switch unit according to claim 1, wherein the first switching element and the second switching element are metal / oxide / semiconductor field effect transistors. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の整流スイッチユニットを備えることを特徴とする整流回路。   A rectifier circuit comprising the rectifier switch unit according to claim 1. 請求項7に記載の整流回路を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。   A switching power supply comprising the rectifier circuit according to claim 7.
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