JP2016158378A - Switching power supply circuit and switching loss suppression method - Google Patents

Switching power supply circuit and switching loss suppression method Download PDF

Info

Publication number
JP2016158378A
JP2016158378A JP2015034101A JP2015034101A JP2016158378A JP 2016158378 A JP2016158378 A JP 2016158378A JP 2015034101 A JP2015034101 A JP 2015034101A JP 2015034101 A JP2015034101 A JP 2015034101A JP 2016158378 A JP2016158378 A JP 2016158378A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching
state
circuit
switch element
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015034101A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
宏之 相沢
Hiroyuki Aizawa
宏之 相沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Platforms Ltd
Original Assignee
NEC Platforms Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Platforms Ltd filed Critical NEC Platforms Ltd
Priority to JP2015034101A priority Critical patent/JP2016158378A/en
Publication of JP2016158378A publication Critical patent/JP2016158378A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a switching loss in a switching power supply circuit.SOLUTION: A switching power supply circuit 1 includes two switch elements 3, 4, a control circuit 5 and a charging circuit 6. The switch elements 3, 4 are connected in series. The control circuit 5 controls the switching operation of the switch elements 3, 4, when one of the switch elements 3, 4 becomes an OFF state, to switch another to an ON state. Based on the control operation of the control circuit 5, the charging circuit 6 accelerates the charging of the parasitic capacitance 7 (or parasitic capacitance 8) of the switch element 3 (or switch element 4) having been controlled to switch from the ON state to the OFF state.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、直列接続されている2個のスイッチ素子を備えたスイッチング電源回路に係る技術に関する。   The present invention relates to a technology related to a switching power supply circuit including two switch elements connected in series.

特許文献1には、ハーフブリッジ型スイッチング電源回路の一例が開示されている。ハーフブリッジ型スイッチング電源回路は、直列接続されている2個のスイッチ素子を備えている。これらスイッチ素子は、一方がオフ状態となった場合に、他方がオン状態となるようにスイッチング動作が制御される。当該スイッチ素子は、トランスに接続されており、そのようなスイッチング動作によってトランスに発生したエネルギーを出力側に供給している。   Patent Document 1 discloses an example of a half-bridge type switching power supply circuit. The half-bridge type switching power supply circuit includes two switch elements connected in series. When one of these switch elements is turned off, the switching operation is controlled so that the other is turned on. The switch element is connected to a transformer and supplies energy generated in the transformer by such a switching operation to the output side.

なお、特許文献2は、軽負荷から定格負荷、重負荷までの広範囲の負荷に対して、高い効率でもって動作でき、かつ、出力応答性に優れたスイッチング電源回路を開示している。特許文献3は、圧電素子を駆動する回路の電力効率の向上を図る技術が開示されている。   Patent Document 2 discloses a switching power supply circuit that can operate with high efficiency with respect to a wide range of loads from a light load to a rated load and a heavy load and that is excellent in output response. Patent Document 3 discloses a technique for improving the power efficiency of a circuit that drives a piezoelectric element.

特開平9−201054号公報JP-A-9-201054 国際公開第2011/111483号International Publication No. 2011/111483 特開2008−283830号公報JP 2008-283830 A

特許文献1に表されているようなスイッチング電源回路において、スイッチ素子のスイッチング動作を高周波化することによって、回路を構成するコイル類やコンデンサ等の回路部品の小型化が図られている。   In a switching power supply circuit as disclosed in Patent Document 1, the switching operation of the switch element is increased in frequency, so that circuit components such as coils and capacitors constituting the circuit are miniaturized.

しかしながら、その一方で、スイッチ素子のスイッチング動作を高周波化することにより、次のようなスイッチング損失の問題が大きくなってきている。すなわち、特許文献1では、スイッチ素子は半導体スイッチ素子であり、寄生容量を持つ。スイッチ素子がオン状態からオフ状態に切り換わることにより、当該スイッチ素子の寄生容量の充電が始まり、これにより、スイッチ素子の電圧が上昇し始める。また、スイッチ素子がオフ状態に切り換わることにより、スイッチ素子の通電電流が減少していく。この状態(つまり、スイッチ素子に電圧が印加し、かつ、電流が通電している状態)のために、電力損失(スイッチング損失)が発生する。高周波化すると、スイッチ素子がオフする回数が増加するので、電力損失(スイッチング損失)が増加する。   However, on the other hand, the problem of the following switching loss has been increased by increasing the switching operation of the switch element. That is, in Patent Document 1, the switch element is a semiconductor switch element and has parasitic capacitance. When the switch element is switched from the on state to the off state, the parasitic capacitance of the switch element starts to be charged, and thereby the voltage of the switch element starts to rise. Further, when the switch element is switched to the OFF state, the energization current of the switch element is decreased. Due to this state (that is, a state in which a voltage is applied to the switch element and a current is applied), power loss (switching loss) occurs. When the frequency is increased, the number of times the switch element is turned off increases, so that power loss (switching loss) increases.

本発明は上記課題を解決するために考え出された。すなわち、本発明の主な目的は、スイッチング電源回路のスイッチング損失の抑制を図る技術を提供することにある。   The present invention has been devised to solve the above problems. That is, a main object of the present invention is to provide a technique for suppressing a switching loss of a switching power supply circuit.

上記目的を達成するために、本発明のスイッチング電源回路は、
直列接続されている2個のスイッチ素子と、
それらスイッチ素子の一方がオフ状態となった場合に、他方がオン状態となるように、前記スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、
前記制御回路の制御動作に基づいて、オン状態からオフ状態に切り換え制御された前記スイッチ素子の寄生容量の充電を促進する充電回路と
を備えている。
In order to achieve the above object, the switching power supply circuit of the present invention comprises:
Two switch elements connected in series;
A control circuit for controlling the switching operation of the switch element such that when one of the switch elements is turned off, the other is turned on;
And a charging circuit that promotes charging of the parasitic capacitance of the switch element that is controlled to be switched from the on state to the off state based on the control operation of the control circuit.

また、本発明のスイッチング損失抑制方法は、
直列接続されている2個のスイッチ素子の一方がオフ状態となった場合に、他方がオン状態となるように、前記スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御回路の制御動作を検知し、
前記スイッチ素子の一方がオン状態からオフ状態に切り換え制御されたことを検知した場合に、当該スイッチ素子の寄生容量の充電を促進する。
Further, the switching loss suppressing method of the present invention is
When one of the two switch elements connected in series is turned off, the control operation of the control circuit that controls the switching operation of the switch element is detected so that the other is turned on.
When it is detected that one of the switch elements is controlled to be switched from the on state to the off state, charging of the parasitic capacitance of the switch element is promoted.

本発明によれば、スイッチング電源回路のスイッチング損失の抑制を図ることができる。   According to the present invention, it is possible to suppress the switching loss of the switching power supply circuit.

本発明に係る第1実施形態のスイッチング電源回路の回路構成を簡略化して表すブロック図である。1 is a block diagram schematically illustrating a circuit configuration of a switching power supply circuit according to a first embodiment of the present invention. 第1実施形態のスイッチング電源回路の回路動作例とその効果を説明する図である。It is a figure explaining the circuit operation example of the switching power supply circuit of 1st Embodiment, and its effect. 本発明に係る第2実施形態のスイッチング電源回路の回路構成を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the circuit structure of the switching power supply circuit of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 第2実施形態のスイッチング電源回路の回路動作例を表すタイムチャートである。It is a time chart showing the circuit operation example of the switching power supply circuit of 2nd Embodiment. 充電回路の動作例を説明する図である。It is a figure explaining the operation example of a charging circuit. さらに、充電回路の動作例を説明する図である。Furthermore, it is a figure explaining the operation example of a charging circuit. 第2実施形態のスイッチング電源回路による効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect by the switching power supply circuit of 2nd Embodiment. その他の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining other embodiment.

以下に、本発明に係る実施形態を図面を参照しながら説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

<第1実施形態>
図1は、本発明に係る第1実施形態のスイッチング電源回路の回路構成を簡略化して表す回路図である。第1実施形態のスイッチング電源回路1は、2個のスイッチ素子3,4と、制御回路5と、充電回路6とを備えている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a simplified circuit configuration of the switching power supply circuit according to the first embodiment of the present invention. The switching power supply circuit 1 according to the first embodiment includes two switch elements 3, 4, a control circuit 5, and a charging circuit 6.

スイッチ素子3,4は、直列に接続されている。これら各スイッチ素子3,4は、例えば半導体スイッチ素子であり、それぞれ、寄生容量(内部容量)7,8を持つ。   The switch elements 3 and 4 are connected in series. Each of these switch elements 3 and 4 is, for example, a semiconductor switch element and has parasitic capacitances (internal capacitances) 7 and 8, respectively.

制御回路5は、それらスイッチ素子3,4の一方がオフ状態となった場合に、他方がオン状態となるようにスイッチ素子3,4のスイッチング動作を制御する機能を備えている。   The control circuit 5 has a function of controlling the switching operation of the switch elements 3 and 4 so that when one of the switch elements 3 and 4 is turned off, the other is turned on.

充電回路6は、制御回路5の制御動作に基づいて、オン状態からオフ状態に切り換え制御されたスイッチ素子3(あるいはスイッチ素子4)の寄生容量7(あるいは寄生容量8)の充電を促進する回路構成を備えている。   The charging circuit 6 is a circuit that promotes charging of the parasitic capacitance 7 (or the parasitic capacitance 8) of the switch element 3 (or the switch element 4) that is controlled to be switched from the on state to the off state based on the control operation of the control circuit 5. It has a configuration.

この第1実施形態のスイッチング電源回路1は、充電回路6を備え、当該充電回路6によって、オン状態からオフ状態に切り換え制御されたスイッチ素子3,4の寄生容量7,寄生容量8の充電を促進できる。これにより、当該スイッチング電源回路1は、スイッチ素子3,4がオン状態からオフ状態に切り換わる際のスイッチング損失を抑制できるという効果を得ることができる。   The switching power supply circuit 1 according to the first embodiment includes a charging circuit 6 and charges the parasitic capacitance 7 and the parasitic capacitance 8 of the switch elements 3 and 4 that are controlled to be switched from the on state to the off state by the charging circuit 6. Can promote. Thereby, the said switching power supply circuit 1 can acquire the effect that the switching loss at the time of the switch elements 3 and 4 switching from an ON state to an OFF state can be suppressed.

この効果を図2を利用して説明する。図2は、スイッチング電源回路1の回路動作を表す信号や電圧等の波形図である。この図2に表されている信号S3は、制御回路5がスイッチ素子3をスイッチング制御するためにスイッチ素子3に供給する信号の一例である。信号S4は、制御回路5がスイッチ素子4をスイッチング制御するためにスイッチ素子4に供給する信号の一例である。   This effect will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a waveform diagram of signals, voltages, and the like representing the circuit operation of the switching power supply circuit 1. The signal S3 shown in FIG. 2 is an example of a signal that the control circuit 5 supplies to the switch element 3 for switching control of the switch element 3. The signal S4 is an example of a signal that the control circuit 5 supplies to the switch element 4 for switching control of the switch element 4.

ここで、充電回路6が設けられていないと仮定する。この場合に、信号S3,S4によってスイッチ素子3,4がスイッチング制御されると、例えば、スイッチ素子3には、図2における実線の波形V2で表されるような電圧が印加し、点線の波形I2で表されるような電流が通電する。   Here, it is assumed that the charging circuit 6 is not provided. In this case, when the switching elements 3 and 4 are subjected to switching control by the signals S3 and S4, for example, a voltage as represented by the solid line waveform V2 in FIG. A current as represented by I2 is energized.

つまり、スイッチ素子3がオン状態からオフ状態に切り換え制御された場合に、スイッチ素子3の寄生容量7の充電が開始され、スイッチ素子3には電圧V2が発生し始める。一方、スイッチ素子3に通電する電流I2は徐々に減少する。このような電圧V2と電流I2によって、スイッチ素子3をオフ状態に切り換えた場合に、図2におけるハッチング領域Mで表されるようなスイッチング損失(電力損失)が発生する。   That is, when the switching element 3 is controlled to be switched from the on state to the off state, charging of the parasitic capacitance 7 of the switching element 3 is started, and the voltage V2 starts to be generated in the switching element 3. On the other hand, the current I2 supplied to the switch element 3 gradually decreases. When the switching element 3 is switched to the OFF state by such voltage V2 and current I2, switching loss (power loss) as represented by the hatching region M in FIG. 2 occurs.

これに対し、この第1実施形態では、スイッチング電源回路1は充電回路6を備え、スイッチ素子3,4がオフ状態に切り換え制御された場合に、充電回路6によって、スイッチ素子3,4の寄生容量7,8の充電を促進することができる。この充電回路6による寄生容量7,8の充電促進によって、例えば、スイッチ素子3には、図2における実線の波形V1に表されるような電圧が発生する。つまり、スイッチ素子3がオフ状態に切り換え制御された場合に、スイッチ素子3の電圧V1が急激に立ち上がり、これに伴い図2の点線の波形I1に表されるようにスイッチ素子3の通電電流I1が急激に減少する。これにより、スイッチ素子3に電圧V1が発生し、かつ、電流I1が通電している状態となることが抑制され、スイッチング損失が削減される(図2における電圧V2と電流I2に因る領域Mがほぼ無くなる)。スイッチ素子4に関しても同様であり、スイッチ素子4がオフ状態に切り換え制御された場合に、スイッチ素子4に電圧が発生し、かつ、電流が通電している状態となることが抑制され、スイッチング損失が削減される。よって、第1実施形態のスイッチング電源回路1は、スイッチング損失を抑制できる。   On the other hand, in the first embodiment, the switching power supply circuit 1 includes the charging circuit 6, and when the switching elements 3 and 4 are controlled to be turned off, the charging circuit 6 causes the switching elements 3 and 4 to become parasitic. Charging the capacities 7 and 8 can be promoted. As the charging circuit 6 accelerates the charging of the parasitic capacitances 7 and 8, for example, a voltage represented by the solid line waveform V1 in FIG. That is, when the switching element 3 is controlled to be turned off, the voltage V1 of the switching element 3 rises abruptly, and accordingly, the energization current I1 of the switching element 3 is represented by the dotted waveform I1 in FIG. Decreases rapidly. Thereby, the voltage V1 is generated in the switch element 3 and the current I1 is prevented from being energized, and the switching loss is reduced (region M due to the voltage V2 and the current I2 in FIG. 2). Is almost gone). The same applies to the switch element 4, and when the switch element 4 is controlled to be switched to the OFF state, a voltage is generated in the switch element 4 and a state in which a current is energized is suppressed, and the switching loss is suppressed. Is reduced. Therefore, the switching power supply circuit 1 of the first embodiment can suppress the switching loss.

<第2実施形態>
以下に、本発明に係る第2実施形態を説明する。
Second Embodiment
The second embodiment according to the present invention will be described below.

図3は、第2実施形態のスイッチング電源回路の主要な回路構成を表す回路図である。第2実施形態のスイッチング電源回路20は、ハーフブリッジ型のスイッチング電源回路である。このスイッチング電源回路20は、トランス21と、入力回路22と、出力回路23と、制御回路24と、充電回路25とを備えている。   FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a main circuit configuration of the switching power supply circuit according to the second embodiment. The switching power supply circuit 20 of the second embodiment is a half-bridge type switching power supply circuit. The switching power supply circuit 20 includes a transformer 21, an input circuit 22, an output circuit 23, a control circuit 24, and a charging circuit 25.

トランス21の一次側に入力回路22が接続され、トランス21の二次側に出力回路23が接続されている。入力回路22は、2個のスイッチ素子Q1,Q2を有している。これらスイッチ素子Q1,Q2は、FET(Field Effect Transistor(電界効果トランジスタ))である。これにより、スイッチ素子Q1,Q2は、それぞれ、内部構造による寄生容量(内部容量)CQ1,CQ2と寄生ダイオード(内部ダイオード)DQ1,DQ2を持つ。 An input circuit 22 is connected to the primary side of the transformer 21, and an output circuit 23 is connected to the secondary side of the transformer 21. The input circuit 22 has two switch elements Q1 and Q2. These switch elements Q1 and Q2 are FETs (Field Effect Transistors). Thereby, the switch elements Q1 and Q2 respectively have parasitic capacitances (internal capacitances) C Q1 and C Q2 and parasitic diodes (internal diodes) D Q1 and D Q2 due to the internal structure.

スイッチ素子Q1,Q2は、スイッチ素子Q1のソース側とスイッチ素子Q2のドレイン側とが接続される態様でもって直列に接続されている。これらスイッチ素子Q1,Q2の直列接続回路に並列に入力コンデンサC1が接続されている。さらに、スイッチ素子Q1,Q2の直列接続回路には、コンデンサC2,C3の直列接続回路が並列に接続されている。スイッチ素子Q1,Q2の接続部は、インダクタンスL1を介してトランス21の一次コイルの一端側に接続されている。トランス21の一次コイルの他端側は、コンデンサC2,C3の接続部に接続されている。   The switch elements Q1 and Q2 are connected in series so that the source side of the switch element Q1 and the drain side of the switch element Q2 are connected. An input capacitor C1 is connected in parallel to the series connection circuit of the switch elements Q1 and Q2. Further, a series connection circuit of capacitors C2 and C3 is connected in parallel to the series connection circuit of the switch elements Q1 and Q2. The connection part of the switch elements Q1, Q2 is connected to one end side of the primary coil of the transformer 21 via the inductance L1. The other end side of the primary coil of the transformer 21 is connected to the connection part of the capacitors C2 and C3.

トランス21の二次コイルに接続されている出力回路23は、トランス21の二次コイルから出力されたエネルギーを整流平滑し、当該整流平滑した電圧を出力部OUTから負荷(図示せず)に出力する機能を備えている。この第2実施形態では、出力回路23は、そのような機能を実現できれば、その回路構成は限定されず、適宜な回路構成を採用してよい。ここでは、出力回路23の回路構成の説明は省略する。   The output circuit 23 connected to the secondary coil of the transformer 21 rectifies and smoothes the energy output from the secondary coil of the transformer 21 and outputs the rectified and smoothed voltage from the output unit OUT to a load (not shown). It has a function to do. In the second embodiment, the circuit configuration of the output circuit 23 is not limited as long as such a function can be realized, and an appropriate circuit configuration may be adopted. Here, the description of the circuit configuration of the output circuit 23 is omitted.

充電回路25はスイッチ素子Q3を有している。このスイッチ素子Q3もスイッチ素子Q1,Q2と同様にFET素子であり、当該スイッチ素子Q3のドレイン側には、ダイオードD1,D2のカソード側がそれぞれ接続されている。ダイオードD1のアノード側にはダイオードD3のカソード側が接続され、ダイオードD2のアノード側にはダイオードD4のカソード側が接続されている。ダイオードD3,D4のアノード側はスイッチ素子Q3のソース側に接続されている。ダイオードD2,D4の接続部は、トランス21の一次コイルの一端側に接続され、ダイオードD1,D3の接続部は、トランス21の一次コイルの他端側に接続されている。   The charging circuit 25 has a switch element Q3. This switch element Q3 is also an FET element like the switch elements Q1 and Q2, and the cathode side of the diodes D1 and D2 is connected to the drain side of the switch element Q3. The cathode side of the diode D3 is connected to the anode side of the diode D1, and the cathode side of the diode D4 is connected to the anode side of the diode D2. The anode sides of the diodes D3 and D4 are connected to the source side of the switch element Q3. The connection part of the diodes D2 and D4 is connected to one end side of the primary coil of the transformer 21, and the connection part of the diodes D1 and D3 is connected to the other end side of the primary coil of the transformer 21.

制御回路24は、スイッチ素子Q1,Q2,Q3のゲート側に接続されており、スイッチ素子Q1,Q2,Q3のスイッチング動作を制御する回路構成を備えている。図4は、スイッチング電源回路20の回路動作を表すタイムチャートである。この図4に表される波形Q1は制御回路24からスイッチ素子Q1のゲートに印加される信号波形の一例を表している。波形Q2は制御回路24からスイッチ素子Q2のゲートに印加される信号波形の一例を表している。波形Q3は制御回路24からスイッチ素子Q3のゲートに印加される信号波形の一例を表している。   The control circuit 24 is connected to the gate side of the switch elements Q1, Q2, Q3, and has a circuit configuration for controlling the switching operation of the switch elements Q1, Q2, Q3. FIG. 4 is a time chart showing the circuit operation of the switching power supply circuit 20. A waveform Q1 shown in FIG. 4 represents an example of a signal waveform applied from the control circuit 24 to the gate of the switch element Q1. A waveform Q2 represents an example of a signal waveform applied from the control circuit 24 to the gate of the switch element Q2. A waveform Q3 represents an example of a signal waveform applied from the control circuit 24 to the gate of the switch element Q3.

制御回路24は、例えば、次に述べるようにスイッチング動作するようにスイッチ素子Q1,Q2を制御する。すなわち、スイッチ素子Q1,Q2は、図4における波形Q1,Q2に表されるように、一方がオフ状態であるとき、他方がオン状態となる。また、スイッチ素子Q1,Q2は予め設定された周期でもってオフ状態からオン状態に切り換わる。さらに、スイッチ素子Q1,Q2は、出力回路23から負荷に供給される出力電圧Voutと予め定められた設定電圧Vsとの差分に応じて、出力電圧Voutが設定電圧Vsに安定化するように、オン状態である期間(オン期間)の長さが変動する。   For example, the control circuit 24 controls the switch elements Q1 and Q2 so as to perform a switching operation as described below. That is, as shown in the waveforms Q1 and Q2 in FIG. 4, when one of the switch elements Q1 and Q2 is in the off state, the other is in the on state. Further, the switch elements Q1, Q2 are switched from the off state to the on state with a preset period. Further, the switch elements Q1 and Q2 are configured so that the output voltage Vout is stabilized at the set voltage Vs according to the difference between the output voltage Vout supplied from the output circuit 23 to the load and a predetermined set voltage Vs. The length of the on-state period (on period) varies.

さらに、図4における波形Q3に表されるように、制御回路24は、スイッチ素子Q1,Q2がそれぞれオン状態からオフ状態に切り換わるタイミングでもって、オフ状態からオン状態に切り換わるようにスイッチ素子Q3をスイッチング制御する。さらにまた、この第2実施形態では、制御回路24は、スイッチ素子Q1,Q2がオン状態に切り換わるタイミングでもってオン状態からオフ状態に切り換わるようにスイッチ素子Q3をスイッチング制御する。   Further, as represented by a waveform Q3 in FIG. 4, the control circuit 24 switches the switching elements Q1 and Q2 so that the switching elements Q1 and Q2 are switched from the off state to the on state at the timing when the switching elements Q1 and Q2 are switched from the on state to the off state, respectively. Q3 is subjected to switching control. Furthermore, in the second embodiment, the control circuit 24 performs switching control of the switch element Q3 so that the switch elements Q1 and Q2 are switched from the on state to the off state at the timing when the switch elements Q1 and Q2 are switched to the on state.

なお、スイッチ素子Q1,Q2,Q3を上記のようにスイッチング制御する回路構成には様々な回路構成が有り、ここでは、制御回路24は、何れの回路構成を採用してもよく、その説明は省略する。   There are various circuit configurations for switching control of the switching elements Q1, Q2, and Q3 as described above. Here, the control circuit 24 may adopt any circuit configuration, and the description thereof will be given below. Omitted.

この第2実施形態のスイッチング電源回路20は上記のように構成されている。次に、このスイッチング電源回路20における入力回路22と充電回路25の回路動作を図4〜図6を利用して説明する。   The switching power supply circuit 20 of the second embodiment is configured as described above. Next, circuit operations of the input circuit 22 and the charging circuit 25 in the switching power supply circuit 20 will be described with reference to FIGS.

例えば、スイッチ素子Q1がオン状態であり、スイッチ素子Q2がオフ状態である場合に、スイッチ素子Q1がオフ状態に切り換えられると(図4における時間t1)、スイッチ素子Q1,Q2が両方共にオフ状態となる。また、スイッチ素子Q1がオフ状態に切り換えられると共に、スイッチ素子Q3がオン状態に切り換えられる。この時、スイッチ素子Q1の寄生容量CQ1には電荷が蓄積されていない状態であり、スイッチ素子Q2の寄生容量CQ2は電荷が蓄積されている充電状態である。 For example, when the switch element Q1 is on and the switch element Q2 is off, when the switch element Q1 is switched to the off state (time t1 in FIG. 4), both the switch elements Q1 and Q2 are off. It becomes. Further, the switch element Q1 is switched to the off state, and the switch element Q3 is switched to the on state. At this time, the parasitic capacitance C Q1 of the switching element Q1 is a state where no charge is accumulated, the parasitic capacitance C Q2 of the switching element Q2 is a state of charge charge is accumulated.

上記のようなスイッチ素子Q1,Q3の切り換えによって、入力回路22と充電回路25には、図5に表されるような電流Iが通電する。つまり、電流Iは、入力コンデンサC1からスイッチ素子Q1の寄生容量CQ1→インダクタンスL1→ダイオードD2→スイッチ素子Q3→ダイオードD3→コンデンサC3を通って入力コンデンサC1に戻る経路でもって通電する。この電流Iの通電によって、スイッチ素子Q1の寄生容量CQ1に電荷が蓄積されていき、当該寄生容量CQ1が充電される。 By switching the switching elements Q1, Q3 as mentioned above, the input circuit 22 to the charging circuit 25, a current I M, as represented in FIG. 5 is energized. That is, the current I M is energized with a path back from the input capacitor C1 to the parasitic capacitance C Q1 → inductance L1 → the diode D2 → switching element Q3 → the diode D3 → the input through a capacitor C3 capacitor C1 of the switching element Q1. By energization of the current I M, the charge in the parasitic capacitance C Q1 of the switching element Q1 will be accumulated, the parasitic capacitance C Q1 is charged.

図4に表される波形VQ1は、スイッチ素子Q1のドレイン−ソース間電圧VQ1を表している。上記のようなスイッチ素子Q1の寄生容量CQ1の充電によって、図4における時間t1から時間t2までの期間における波形VQ1のように、スイッチ素子Q1のドレイン−ソース間電圧VQ1は上昇する。これに伴い、図4における波形IQ1で表されるドレイン−ソース間を通電する電流IQ1は減少する。 A waveform V Q1 shown in FIG. 4 represents the drain-source voltage V Q1 of the switch element Q1. By charging the parasitic capacitance C Q1 of the switch element Q1 as described above, the drain-source voltage V Q1 of the switch element Q1 rises like a waveform V Q1 in the period from time t1 to time t2 in FIG. Along with this, the current IQ1 that flows between the drain and source represented by the waveform IQ1 in FIG. 4 decreases.

また、電流IがコンデンサC3から入力コンデンサC1に通電する途中で、電流Iの一部Iが分流し、当該電流Iは、スイッチ素子Q2の寄生ダイオードDQ2を通ってインダクタンスL1に流れる経路でもって通電する。この電流Iの通電によって、スイッチ素子Q2の寄生容量CQ2の電荷が放電する。これにより、図4において波形VQ2で表されるように、スイッチ素子Q2のドレイン−ソース間電圧VQ2は低下する。なお、図4における波形IQ2はドレイン−ソース間を通電する電流IQ2の波形を表している。 Further, while the current I M is energized from the capacitor C3 to the input capacitor C1, a part I m of the current I M is shunted, and the current I m passes through the parasitic diode D Q2 of the switch element Q2 to the inductance L1. It is energized by the flowing path. By energization of the current I m, the charge of the parasitic capacitance C Q2 of the switching element Q2 discharges. As a result, the drain-source voltage V Q2 of the switch element Q2 decreases as represented by the waveform V Q2 in FIG. Note that a waveform IQ2 in FIG. 4 represents the waveform of the current IQ2 that flows between the drain and the source.

その後、制御回路24からスイッチ素子Q2に、当該スイッチ素子Q2をオン状態にする信号Q2が加えられると(時間t3)、スイッチ素子Q2の寄生ダイオードDQ2に僅かに電流が通電する。そして、スイッチ素子Q2のドレイン−ソース間電圧VQ2がゼロボルトの状態で、スイッチ素子Q2がオン状態になる。このように、スイッチ素子Q2がオン状態に切り換えられると共に、スイッチ素子Q3がオン状態からオフ状態に切り換えられる。 Thereafter, the switching element Q2 from the control circuit 24, the signal Q2 of the switching element Q2 in the ON state is applied (time t3), slightly current to energize the parasitic diode D Q2 of the switching element Q2. When the drain-source voltage V Q2 of the switch element Q2 is zero volts, the switch element Q2 is turned on. Thus, the switch element Q2 is switched to the on state, and the switch element Q3 is switched from the on state to the off state.

然る後に、スイッチ素子Q2がオン状態からオフ状態に切り換えられると(時間t4)、スイッチ素子Q1,Q2が両方共にオフ状態となる。また、スイッチ素子Q2がオフ状態に切り換えられると共に、スイッチ素子Q3がオン状態に切り換えられる。この時、スイッチ素子Q1の寄生容量CQ1には電荷が蓄積されている充電状態であり、スイッチ素子Q2の寄生容量CQ2は電荷が蓄積されていない状態である。 Thereafter, when the switch element Q2 is switched from the on state to the off state (time t4), both the switch elements Q1 and Q2 are turned off. Further, the switch element Q2 is switched to the off state, and the switch element Q3 is switched to the on state. At this time, the parasitic capacitance C Q1 of the switching element Q1 is a state of charge electric charges are accumulated, the parasitic capacitance C Q2 of the switching element Q2 is a state where no charge is stored.

上記のようなスイッチ素子Q2,Q3の切り換えによって、入力回路22と充電回路25には、図6に表されるような電流Iが通電する。つまり、電流Iは、入力コンデンサC1からコンデンサC2→ダイオードD1→スイッチ素子Q3→ダイオードD4→インダクタンスL1→スイッチ素子Q2の寄生容量CQ2を通って入力コンデンサC1に戻る経路でもって通電する。この電流Iの通電によって、スイッチ素子Q2の寄生容量CQ2に電荷が蓄積されていき、当該寄生容量CQ2が充電される。これにより、図4における時間t4から時間t5までの期間における波形VQ2に表されるように、スイッチ素子Q2のドレイン−ソース間電圧VQ2は上昇する。これに伴い、図4における波形IQ2で表されるドレイン−ソース間を通電する電流IQ2は減少する。 By switching the switching elements Q2, Q3 as mentioned above, the input circuit 22 to the charging circuit 25, a current I N, as represented in FIG. 6 is energized. That is, the current I N is energized with a path back from the input capacitor C1 to the capacitor C2 → the diode D1 → switching element Q3 → the diode D4 → inductance L1 → switching element Q2 input capacitor C1 through the parasitic capacitance C Q2 for. This by energization current I N, the charge in the parasitic capacitance C Q2 of the switching element Q2 will be accumulated, the parasitic capacitance C Q2 is charged. As a result, the drain-source voltage V Q2 of the switch element Q2 increases as represented by the waveform V Q2 in the period from time t4 to time t5 in FIG. Along with this, the current IQ2 flowing between the drain and the source represented by the waveform IQ2 in FIG. 4 decreases.

また、電流IがインダクタンスL1からスイッチ素子Q2の寄生容量CQ2に通電する途中で、電流Iの一部Iが分流し、当該電流Iは、スイッチ素子Q1の寄生ダイオードDQ1を通ってコンデンサC2に向う経路でもって通電する。この電流Iの通電によって、スイッチ素子Q1の寄生容量CQ1の電荷が放電する。これにより、図4における時間t4から時間t5までの期間に表されるように、スイッチ素子Q1のドレイン−ソース間電圧VQ1は低下する。 Further, in the course of current I N is energized inductance L1 in the parasitic capacitance C Q2 of the switching element Q2, flow part I n of the current I N min, the current I n is the parasitic diode D Q1 of the switching element Q1 It is energized through a path through to the capacitor C2. By energization of the current I n, the charge of the parasitic capacitance C Q1 of the switching element Q1 is discharged. As a result, the drain-source voltage V Q1 of the switch element Q1 decreases as shown in the period from time t4 to time t5 in FIG.

その後、制御回路24からスイッチ素子Q1に、当該スイッチ素子Q1をオン状態にする信号Q1が加えられると(時間t6)、スイッチ素子Q1の寄生ダイオードDQ1に僅かに電流が通電する。そして、スイッチ素子Q1のドレイン−ソース間電圧VQ1がゼロボルトの状態で、スイッチ素子Q1がオン状態になる。このように、スイッチ素子Q1がオン状態に切り換えられると共に、スイッチ素子Q3がオン状態からオフ状態に切り換えらえる。 Thereafter, the switching element Q1 from the control circuit 24, the signal Q1 to the switching element Q1 in the ON state is applied (time t6), slightly current to energize the parasitic diode D Q1 of the switching element Q1. When the drain-source voltage V Q1 of the switch element Q1 is zero volts, the switch element Q1 is turned on. Thus, the switch element Q1 is switched to the on state, and the switch element Q3 can be switched from the on state to the off state.

この第2実施形態のスイッチング電源回路20は、充電回路25を備え、当該充電回路25によって、オン状態からオフ状態に切り換え制御されたスイッチ素子Q1,Q2の寄生容量CQ1,CQ2の充電を促進できる。すなわち、図7には、スイッチ素子Q1の寄生容量CQ1の充電電圧に応じたドレイン−ソース間電圧VQ1と、ドレイン−ソース間に通電する電流IQ1との波形例が表されている。また、図7には、比較例として、充電回路25が設けられていない場合におけるスイッチ素子Q1のドレイン−ソース間電圧Vq1と、ドレイン−ソース間に通電する電流Iq1との波形例も表されている。図7における波形VQ1,Vq1の比較によっても分かるように、スイッチ素子Q1がオン状態からオフ状態に切り換えられた場合に(時間t1)、充電回路25によって、スイッチ素子Q1の寄生容量CQ1は、充電回路25が無い場合に比べて、急激に充電される。また、これにより、スイッチ素子Q1がオン状態からオフ状態に切り換えられた場合にスイッチ素子Q1のドレイン−ソース間の通電電流IQ1が急激に減少する。これにより、スイッチング電源回路20は、スイッチ素子Q1がオン状態からオフ状態に切り換えられた場合に、スイッチング素子Q1において、電圧VQ1が印加し、かつ、電流IQ1が通電している状態が発生することを抑制できる(図7における領域Pを参照)。このため、第2実施形態のスイッチング電源回路20は、図7におけるハッチング領域Mにて表されるような電圧Vq1と電流Iq1に因るスイッチング損失を非常に小さく抑制することができる。 The switching power supply circuit 20 of the second embodiment includes a charging circuit 25 for charging the parasitic capacitances C Q1 and C Q2 of the switch elements Q1 and Q2 that are controlled to be switched from the on state to the off state by the charging circuit 25. Can promote. That is, FIG. 7 shows a waveform example of the drain-source voltage V Q1 corresponding to the charging voltage of the parasitic capacitance C Q1 of the switch element Q1 and the current I Q1 energized between the drain and source. FIG. 7 also shows, as a comparative example, waveform examples of the drain-source voltage V q1 of the switch element Q1 and the current I q1 energized between the drain and source when the charging circuit 25 is not provided. Has been. As can be seen from the comparison of the waveforms V Q1 and V q1 in FIG. 7, when the switch element Q1 is switched from the on state to the off state (time t1), the charging circuit 25 causes the parasitic capacitance C Q1 of the switch element Q1 to be switched. Is charged more rapidly than when the charging circuit 25 is not provided. As a result, when the switch element Q1 is switched from the on-state to the off-state, the conduction current IQ1 between the drain and source of the switch element Q1 rapidly decreases. As a result, when the switching element Q1 is switched from the on state to the off state, the switching power supply circuit 20 generates a state in which the voltage V Q1 is applied to the switching element Q1 and the current I Q1 is energized. (See region P in FIG. 7). For this reason, the switching power supply circuit 20 of the second embodiment can suppress the switching loss due to the voltage V q1 and the current I q1 as represented by the hatching region M in FIG. 7 to be very small.

スイッチ素子Q2がオン状態からオフ状態に切り換えられた場合においても上記同様であり、スイッチング電源回路20は、スイッチ素子Q2でのスイッチング損失をも非常に小さく抑制できる。   The same applies to the case where the switch element Q2 is switched from the on state to the off state, and the switching power supply circuit 20 can suppress the switching loss in the switch element Q2 very small.

よって、スイッチング電源回路20は、スイッチ素子Q1,Q2のスイッチング損失を抑制でき、回路効率の向上を図ることができる。また、充電回路25の回路構成は簡素であることから、スイッチング電源回路20は、部品点数の大幅な増加を抑えつつ、上記のようなスイッチング損失を抑制できるという効果を得ることができる。さらに、充電回路25を設けても、スイッチング電源回路20は、スイッチ素子Q1,Q2のゼロボルトスイッチングを実現している。   Therefore, the switching power supply circuit 20 can suppress the switching loss of the switch elements Q1 and Q2, and can improve the circuit efficiency. Moreover, since the circuit configuration of the charging circuit 25 is simple, the switching power supply circuit 20 can obtain the effect that the switching loss as described above can be suppressed while suppressing a significant increase in the number of components. Furthermore, even if the charging circuit 25 is provided, the switching power supply circuit 20 realizes zero volt switching of the switching elements Q1 and Q2.

<その他の実施形態>
なお、この発明は第1や第2の実施形態に限定されず、様々な実施形態を採り得る。例えば、第2実施形態では、充電回路25は、スイッチ素子Q3とダイオードD1〜D4とを有して構成されている。これに代えて、充電回路25は、図8に表されるように、スイッチ素子Q4,Q5により構成されてもよい。
<Other embodiments>
In addition, this invention is not limited to 1st or 2nd embodiment, Various embodiment can be taken. For example, in the second embodiment, the charging circuit 25 includes a switch element Q3 and diodes D1 to D4. Instead, the charging circuit 25 may be configured by switching elements Q4 and Q5 as shown in FIG.

この図8に表される充電回路25では、スイッチ素子Q4,Q5は、FET素子である。スイッチ素子Q4のソース側がトランス21の一次コイルの一端側に接続され、スイッチ素子Q5のソース側がトランス21の一次コイルの他端側に接続されている。また、スイッチ素子Q4,Q5のドレイン側同士が接続されている。これらスイッチ素子Q4,Q5のゲートは、それぞれ、制御回路24に接続されており、スイッチ素子Q4,Q5は、制御回路24によって、スイッチング動作が制御される。例えば、制御回路24は、第2実施形態における充電回路25のスイッチ素子Q3がオンするタイミングと同様なタイミングでもってオンするようにスイッチ素子Q4,Q5を制御する。また、制御回路24は、第2実施形態における充電回路25のスイッチ素子Q3がオフするタイミングと同様なタイミングでもってオフするようにスイッチ素子Q4,Q5を制御する。   In the charging circuit 25 shown in FIG. 8, the switch elements Q4 and Q5 are FET elements. The source side of the switch element Q4 is connected to one end side of the primary coil of the transformer 21, and the source side of the switch element Q5 is connected to the other end side of the primary coil of the transformer 21. Further, the drain sides of the switch elements Q4 and Q5 are connected to each other. The gates of the switch elements Q4 and Q5 are connected to the control circuit 24, respectively, and the switching operation of the switch elements Q4 and Q5 is controlled by the control circuit 24. For example, the control circuit 24 controls the switch elements Q4 and Q5 to turn on at the same timing as the switch element Q3 of the charging circuit 25 in the second embodiment is turned on. Further, the control circuit 24 controls the switch elements Q4 and Q5 so that the switch elements Q4 and Q5 are turned off at the same timing as the switch element Q3 of the charging circuit 25 in the second embodiment is turned off.

図8における充電回路25を採用することは、充電回路25を構成する素子の数を削減できる。また、ダイオードではなく、FET素子により構成するので、充電回路25は、第2実施形態における充電回路25よりも導通損失を小さくすることができる。   Adopting the charging circuit 25 in FIG. 8 can reduce the number of elements constituting the charging circuit 25. Moreover, since it comprises not a diode but FET element, the charging circuit 25 can make conduction | electrical_connection loss smaller than the charging circuit 25 in 2nd Embodiment.

1,20 スイッチング電源回路
3,4,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5 スイッチ素子
5,24 制御回路
6,25 充電回路
7,8,CQ1,CQ2 寄生容量
1,20 switching power supply circuit 3,4, Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 switching element 5,24 control circuit 6,25 charging circuit 7,8, C Q1 , C Q2 parasitic capacitance

Claims (5)

直列接続されている2個のスイッチ素子と、
それらスイッチ素子の一方がオフ状態となった場合に、他方がオン状態となるように、前記スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、
前記制御回路の制御動作に基づいて、オン状態からオフ状態に切り換え制御された前記スイッチ素子の寄生容量の充電を促進する充電回路と
を備えているスイッチング電源回路。
Two switch elements connected in series;
A control circuit for controlling the switching operation of the switch element such that when one of the switch elements is turned off, the other is turned on;
A switching power supply circuit comprising: a charging circuit that promotes charging of a parasitic capacitance of the switch element that is controlled to be switched from an on state to an off state based on a control operation of the control circuit.
トランスをさらに備え、
前記各スイッチ素子は、前記トランスの一次コイル側に設けられ、
前記充電回路は、当該充電回路と、オン状態からオフ状態に切り換え制御された前記スイッチ素子の寄生容量と、前記トランスの一次コイル側に設けられている入力コンデンサとを通る経路でもって電流を通電させ、前記入力コンデンサに蓄積されているエネルギーを利用して、オフ状態に切り換え制御された前記スイッチ素子の寄生容量の充電を促進する請求項1に記載のスイッチング電源回路。
A transformer,
Each of the switch elements is provided on the primary coil side of the transformer,
The charging circuit energizes a current through a path that passes through the charging circuit, the parasitic capacitance of the switch element that is controlled to be switched from an on state to an off state, and an input capacitor provided on the primary coil side of the transformer. 2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein charging of the parasitic capacitance of the switch element controlled to be switched to an off state is promoted using energy stored in the input capacitor.
前記充電回路は、2個のスイッチ素子の一方がオン状態からオフ状態に切り換え制御された場合に、そのオフ状態に切り換え制御された前記一方のスイッチ素子の寄生容量と、前記入力コンデンサと、当該充電回路とを通る経路でもって電流を通電させ、前記入力コンデンサに蓄積されているエネルギーを利用して、オフ状態に切り換え制御された前記一方のスイッチ素子の寄生容量の充電を促進すると共に、他方の前記スイッチ素子がオフ状態からオン状態に切り換えられるまでの期間において、当該他方のスイッチ素子の寄生ダイオードにも電流を通電させ当該他方のスイッチ素子の寄生容量を放電する請求項2に記載のスイッチング電源回路。   When one of the two switching elements is controlled to be switched from an on state to an off state, the charging circuit includes a parasitic capacitance of the one switching element that is controlled to be switched to the off state, the input capacitor, By energizing a current through a path passing through the charging circuit and using the energy stored in the input capacitor, the charging of the parasitic capacitance of the one switching element controlled to be switched off is promoted and the other 3. The switching according to claim 2, wherein a current is passed through a parasitic diode of the other switch element to discharge a parasitic capacitance of the other switch element in a period until the switch element is switched from an off state to an on state. Power supply circuit. 前記充電回路は、スイッチ素子を有して構成され、当該スイッチ素子が前記制御回路によってスイッチング制御されることによって、当該充電回路を通る前記電流経路の導通と非導通とが切り換えられる請求項2又は請求項3に記載のスイッチング電源回路。   The charging circuit is configured to include a switching element, and the switching of the switching element by the control circuit switches between conduction and non-conduction of the current path through the charging circuit. The switching power supply circuit according to claim 3. 直列接続されている2個のスイッチ素子の一方がオフ状態となった場合に、他方がオン状態となるように、前記スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御回路の制御動作を検知し、
前記スイッチ素子の一方がオン状態からオフ状態に切り換え制御されたことを検知した場合に、当該スイッチ素子の寄生容量の充電を促進するスイッチング損失抑制方法。
When one of the two switch elements connected in series is turned off, the control operation of the control circuit that controls the switching operation of the switch element is detected so that the other is turned on.
A switching loss suppression method for promoting charging of a parasitic capacitance of a switch element when it is detected that one of the switch elements is controlled to be switched from an on state to an off state.
JP2015034101A 2015-02-24 2015-02-24 Switching power supply circuit and switching loss suppression method Pending JP2016158378A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015034101A JP2016158378A (en) 2015-02-24 2015-02-24 Switching power supply circuit and switching loss suppression method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015034101A JP2016158378A (en) 2015-02-24 2015-02-24 Switching power supply circuit and switching loss suppression method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016158378A true JP2016158378A (en) 2016-09-01

Family

ID=56826857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015034101A Pending JP2016158378A (en) 2015-02-24 2015-02-24 Switching power supply circuit and switching loss suppression method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016158378A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000262070A (en) * 1999-03-10 2000-09-22 Sanken Electric Co Ltd Power converter

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000262070A (en) * 1999-03-10 2000-09-22 Sanken Electric Co Ltd Power converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6586912B2 (en) Bidirectional DC / DC converter
US10581318B2 (en) Resonant converter including capacitance addition circuits
US7535733B2 (en) Method of controlling DC-to-DC converter whereby switching control sequence applied to switching elements suppresses voltage surges at timings of switch-off of switching elements
JP5991078B2 (en) Switching power supply
JP2007215259A (en) Drive circuit and switching regulator using the same
JP6340299B2 (en) Switch driving circuit and switching power supply device using the same
JP6883489B2 (en) converter
JP6559081B2 (en) Power converter
JP2013169057A (en) Switching power-supply circuit
KR102005881B1 (en) DC to DC Converting System
JP5866920B2 (en) Switching device and control method thereof
JP6902963B2 (en) converter
JP2007043852A (en) Method, program, and circuit for controlling dc-dc converter
WO2019039488A1 (en) Converter
JP2007295709A (en) Switching power supply
US11258441B2 (en) Drive circuit
CN111183574A (en) Switch driving circuit
KR20190064962A (en) DC to DC Converting System
CN110326200B (en) Switch control device
JP6461043B2 (en) Double-end insulated switching power supply device and control method thereof
JP2016158378A (en) Switching power supply circuit and switching loss suppression method
JP2018085873A (en) Switching power supply device of zero-volt switching system
KR102077825B1 (en) Boost converter
JP3761558B2 (en) Switching power supply circuit and control method used for the switching power supply circuit
JP6366558B2 (en) Switching power supply

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181030

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181031

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190514

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200107