JP2016197935A - Switching power supply circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電源の直流電力をFETスイッチング素子により所定電圧の直流電力に変換するスイッチング電源回路およびこれを備えたブリッジ型DC−DCコンバータに関する。 The present invention relates to a switching power supply circuit that converts DC power of a DC power supply into DC power of a predetermined voltage by using an FET switching element, and a bridge type DC-DC converter including the same.
例えばMOS−FETのような寄生ダイオードを有するFETスイッチング素子を使用したスイッチング電源回路の同期整流用途では、寄生ダイオードの順方向に対して逆電流(貫通電流)が流れるのを阻止するために、逆回復時間(Trr)が高速であることが要求され、FETスイッチング素子をオンオフするタイミングが重要となる。従来から、この一例として、ドライブ回路の駆動により方形波の電圧で、MOS−FETのオフタイミングを最適に制御して、電力変換効率を向上させるスイッチング電源回路が知られている(例えば、特許文献1)。 For example, in a synchronous rectification application of a switching power supply circuit using an FET switching element having a parasitic diode such as a MOS-FET, a reverse current (through current) is prevented from flowing in the forward direction of the parasitic diode. The recovery time (Trr) is required to be fast, and the timing for turning on and off the FET switching element is important. Conventionally, as an example of this, a switching power supply circuit that improves the power conversion efficiency by optimally controlling the off-timing of the MOS-FET with a square-wave voltage by driving a drive circuit is known (for example, Patent Documents). 1).
また、このようなスイッチング電源回路を2つ並列に接続し、ブリッジ型DC−DCコンバータとして使用して、所定電圧の直流電力をインバータにより商用の交流電力に変換する電力変換装置も知られている。 There is also known a power conversion device in which two such switching power supply circuits are connected in parallel and used as a bridge type DC-DC converter to convert DC power of a predetermined voltage into commercial AC power by an inverter. .
ところで、上記FETスイッチング素子のスイッチング速度を速くして電力変換効率を向上させるためや、FETスイッチング素子のオフ時の逆回復時間(Trr)などに起因するノイズを十分に低減させるため等に、ドライブ回路の駆動により方形波の電圧を負側にずらして負電圧を含むように動作させる負電圧生成回路を設けて、MOS−FETのゲート電圧に負電圧を印加させてMOS−FETをオフさせることが想定される。この負電圧生成回路は、例えばツェナーダイオードZD1とコンデンサC1とを並列に接続して構成される。 By the way, in order to improve the power conversion efficiency by increasing the switching speed of the FET switching element, or to sufficiently reduce the noise caused by the reverse recovery time (Trr) when the FET switching element is OFF, etc. A negative voltage generation circuit is provided that operates so as to include a negative voltage by shifting the square wave voltage to the negative side by driving the circuit, and applying the negative voltage to the gate voltage of the MOS-FET to turn off the MOS-FET Is assumed. This negative voltage generation circuit is configured, for example, by connecting a Zener diode ZD1 and a capacitor C1 in parallel.
この場合、回路の動作上、コンデンサC1の容量>>MOS−FETの入力容量Ciss(Cgs)にする必要があり、MOS−FETがオンのとき、MOS−FETの入力容量Cissは、ほぼ電源電圧まで充電される。このとき、コンデンサC1はほとんど充電されない結果、MOS−FETがオフのとき、ゲート・ソース間に負電圧がほとんど印加されない。 In this case, for the operation of the circuit, it is necessary to satisfy the capacitance of the capacitor C1 >> the input capacitance Ciss (Cgs) of the MOS-FET. When the MOS-FET is on, the input capacitance Ciss of the MOS-FET is almost equal to the power supply voltage. It is charged until. At this time, the capacitor C1 is hardly charged. As a result, when the MOS-FET is off, a negative voltage is hardly applied between the gate and the source.
そうすると、負電圧生成回路が十分に働かず、その目的とする電力変換効率の向上や、ノイズによる誤動作防止を図るのが困難となる。また、単にスイッチング速度の速いFETスイッチング素子を使用しても、電力変換効率は向上するが、ノイズが発生しやすいという問題もあった。 Then, the negative voltage generation circuit does not work sufficiently, and it becomes difficult to improve the intended power conversion efficiency and prevent malfunction due to noise. Further, even if an FET switching element having a high switching speed is used, the power conversion efficiency is improved, but there is a problem that noise is easily generated.
さらに、2つのMOS−FETでブリッジ型を形成した場合に、スイッチング電源の起動時やバースト発振時のサージ電圧入力時には、ノイズがMOS−FETのゲート電圧にのって、2つのMOS−FETが同時にオンとなることがあり、また逆電流によりMOS−FETが破損するおそれがあった。しかも、MOS−FETのゲート電圧の立ち上がりが急峻であると、その寄生ダイオードの接合容量と回路配線によるLC共振が発生するという問題があった。 Furthermore, when a bridge type is formed with two MOS-FETs, noise is applied to the gate voltage of the MOS-FET when the switching power supply is activated or when a surge voltage is input during burst oscillation, and the two MOS-FETs are At the same time, it may be turned on, and the reverse current may damage the MOS-FET. In addition, when the rise of the gate voltage of the MOS-FET is steep, there is a problem that LC resonance occurs due to the junction capacitance of the parasitic diode and the circuit wiring.
本発明は、前記の問題点を解決して、簡単な構成で、ノイズによる誤動作防止を図るとともに、スイッチング電源のバースト発振時のサージ電圧入力時に、FETスイッチング素子のゲート電圧の立ち上がりを緩やかにして共振発生を防止することが可能なスイッチング電源回路、およびこれを備えたブリッジ型DC−DCコンバータを提供することを目的としている。 The present invention solves the above-described problems, prevents malfunction due to noise with a simple configuration, and moderates the rise of the gate voltage of the FET switching element when a surge voltage is input during burst oscillation of the switching power supply. An object of the present invention is to provide a switching power supply circuit capable of preventing the occurrence of resonance, and a bridge type DC-DC converter including the same.
上記目的を達成するために、本発明の一構成に係るスイッチング電源回路は、直流電源の直流電力を、ドライブ回路の駆動によって、方形波の電圧でFETスイッチング素子をオンオフ制御することにより、所定電圧の直流電力を出力するものである。前記ドライブ回路は、FETスイッチング素子のゲート電圧に負電圧を印加させてFETスイッチング素子をオフさせるように、前記方形波の電圧を負側にずらして負電圧を含ませるよう動作する負電圧生成回路と、前記負電圧生成回路とFETスイッチング素子のゲートの間に配置されて、FETスイッチング素子の寄生ダイオードの影響を受けないように前記負電圧生成回路を動作させ、前記負電圧を含む方形波の電圧をFETスイッチング素子のゲート電圧に印加させる保護回路とを備え、さらに、スイッチング電源回路の出力電圧の上昇を抑制するように、FETスイッチング素子のゲート制御信号を間欠的に発振させるバースト発振回路と、バースト発振の休止期間内に、前記保護回路を強制的に動作させる保護強制動作回路とを備えている。ここで、FETスイッチング素子とは、MOS−FET、FETを一部有するIGBT素子などを含むスイッチング素子をいう。 In order to achieve the above object, a switching power supply circuit according to one configuration of the present invention is configured to control a DC power of a DC power supply by turning on and off a FET switching element with a square wave voltage by driving a drive circuit. The direct current power is output. The drive circuit operates so as to include a negative voltage by shifting the square wave voltage to the negative side so that a negative voltage is applied to the gate voltage of the FET switching element to turn off the FET switching element. And the negative voltage generation circuit is arranged between the negative voltage generation circuit and the gate of the FET switching element, operates the negative voltage generation circuit so as not to be affected by the parasitic diode of the FET switching element, and generates a square wave including the negative voltage. A protection circuit that applies a voltage to the gate voltage of the FET switching element, and a burst oscillation circuit that intermittently oscillates the gate control signal of the FET switching element so as to suppress an increase in the output voltage of the switching power supply circuit; A protection forcible operation circuit for forcibly operating the protection circuit within a burst oscillation pause period; Eteiru. Here, the FET switching element refers to a switching element including a MOS-FET, an IGBT element having a part of the FET, and the like.
この構成によれば、負電圧生成回路をFETスイッチング素子の寄生ダイオードの影響を受けずに方形波に負電圧を含ませるよう動作させて、負電圧を含む方形波の電圧をFETスイッチング素子のゲート電圧に印加させる保護回路を、バースト発振の休止期間内に、強制的に動作させる保護強制動作回路を備えているので、簡単な構成で、ノイズによる誤動作防止を図るとともに、スイッチング電源のバースト発振時のサージ電圧入力時に、FETスイッチング素子のゲート電圧の立ち上がりを緩やかにして共振発生を防止することが可能となる。 According to this configuration, the negative voltage generating circuit is operated so as to include the negative voltage in the square wave without being affected by the parasitic diode of the FET switching element, and the square wave voltage including the negative voltage is applied to the gate of the FET switching element. The protection circuit that is applied to the voltage is forcibly operated during the burst oscillation pause period, so it is possible to prevent malfunction due to noise with a simple configuration, and at the time of burst oscillation of the switching power supply. When the surge voltage is input, the rise of the gate voltage of the FET switching element can be moderated to prevent the occurrence of resonance.
好ましくは、前記FETスイッチング素子は、MOS−FETであり、前記保護回路は、MOS−FETのゲート・ソース間に設けられて、ダイオードと、並列接続された抵抗およびコンデンサとが直列接続されて構成され、MOS−FETのゲート電圧の立ち上げを緩やかにするように、前記保護回路の抵抗およびコンデンサの時定数を大きくするものであり、前記保護強制動作回路は、前記バースト発振の休止期間内に、前記保護回路のコンデンサの電荷を放電させて強制的にコンデンサ電圧を低下させるものである。したがって、より簡単な構成で、スイッチング電源のバースト発振時のサージ電圧入力時に、FETスイッチング素子のゲート電圧の立ち上がりを緩やかにすることができる。 Preferably, the FET switching element is a MOS-FET, and the protection circuit is provided between a gate and a source of the MOS-FET, and a diode, a resistor and a capacitor connected in parallel are connected in series. The time constant of the resistance and capacitor of the protection circuit is increased so as to moderate the rise of the gate voltage of the MOS-FET, and the protection forcible operation circuit is within the burst oscillation pause period. The capacitor voltage of the protection circuit is discharged to forcibly reduce the capacitor voltage. Therefore, the rise of the gate voltage of the FET switching element can be moderated when a surge voltage is input during burst oscillation of the switching power supply with a simpler configuration.
本発明の他の構成に係るブリッジ型DC−DCコンバータは、前記スイッチング電源回路が2つ並列に接続されてなり、直流電源の直流電力を所定電圧の直流電力に変換する。この構成によれば、簡単な構成で、ブリッジ型DC−DCコンバータにおけるスイッチング電源のノイズによる誤動作防止を図るとともに、そのバースト発振時のサージ電圧入力時に、FETスイッチング素子のゲート電圧の立ち上がりを緩やかにして共振発生を防止することが可能となる。 In the bridge type DC-DC converter according to another configuration of the present invention, the two switching power supply circuits are connected in parallel, and the DC power of the DC power supply is converted into DC power of a predetermined voltage. According to this configuration, with a simple configuration, it is possible to prevent malfunction due to switching power supply noise in the bridge type DC-DC converter, and at the time of surge voltage input during burst oscillation, the rise of the gate voltage of the FET switching element is moderated. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of resonance.
本発明は、負電圧生成回路をFETスイッチング素子の寄生ダイオードの影響を受けずに方形波に負電圧を含ませるよう動作させて、負電圧を含む方形波の電圧をFETスイッチング素子のゲート電圧に印加させる保護回路を、バースト発振の休止期間内に、強制的に動作させる保護強制動作回路を備えているので、簡単な構成で、ノイズによる誤動作防止を図るとともに、スイッチング電源のバースト発振時のサージ電圧入力時に、FETスイッチング素子の破損防止とともに、ゲート電圧の立ち上がりを緩やかにして共振発生を防止することができる。 The present invention operates a negative voltage generation circuit so that a square wave includes a negative voltage without being affected by a parasitic diode of the FET switching element, and converts the square wave voltage including the negative voltage into the gate voltage of the FET switching element. Since the protection forcible operation circuit that forcibly operates the protection circuit to be applied during the burst oscillation pause period is provided, it is possible to prevent malfunction due to noise with a simple configuration and to prevent surges during burst oscillation of the switching power supply. At the time of voltage input, the FET switching element can be prevented from being damaged, and the rise of the gate voltage can be moderated to prevent resonance.
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図1は本発明の第1実施形態にかかるスイッチング電源回路における第1の前提技術を示す回路構成図である。図1のように、第1の前提技術におけるスイッチング電源回路1Aは、直流電源Vccの直流電力を、ドライブ回路5の駆動によって、方形波の電圧でMOS−FETのようなFETスイッチング素子3をオンオフ制御することにより、所定電圧の直流電力を出力する。ドライブ回路5は、負電圧生成回路6と保護回路7とを備えている。このスイッチング電源回路は、例えば2つが並列に接続されて、直流電源の直流電力を所定電圧の直流電力に変換するブリッジ型のDC−DCコンバータを備えた電力変換装置に使用される(図9)。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a first prerequisite technique in a switching power supply circuit according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the switching
負電圧生成回路6は、MOS−FET3のゲート電圧に負電圧を印加させてMOS−FET3をオフさせるように、前記方形波の電圧を負側にずらして負電圧を含ませるよう動作する。負電圧生成回路6は、例えば、ツェナーダイオードZD1とコンデンサC1とが並列に接続されてなり、直流電源Vccの直流電力から方形波を生成する2つの切替用MOS−FETのQH、QLの接続点8と、MOS−FET3のゲートGとの間に配置されている。
The negative
保護回路7は、負電圧生成回路6とMOS−FET3のゲートGの間に配置されて、MOS−FET3の寄生ダイオードDpの影響を受けないように負電圧生成回路6を動作させ、前記負電圧を含む方形波の電圧をMOS−FET3のゲート電圧に印加させる。この例では、保護回路7は直列接続されたダイオードD1および抵抗Rにより構成される。
The
まず、図1において、上記ダイオードD1および抵抗Rの保護回路7がない場合の動作について説明する。上記したように、スイッチング電源回路の動作上、コンデンサC1の容量>>FETの入力容量Ciss(Cgs)にする必要があり、QHがオンでQLがオフで、MOS−FETがオンのとき、FETの入力容量Cissは、ほぼ電源電圧Vccまで充電され、コンデンサC1はほとんど充電されない。そうすると、QHがオフでQLがオンで、MOS−FET3がオフのとき、ゲート・ソース間に負電圧がほとんど印加されないこととなる。
First, the operation when the diode D1 and the
この例のように、図1の直列接続されたダイオードD1および抵抗を有する保護回路7が実装されている場合、QHがオンでQLがオフでMOS−FET3がオンのとき、FET3の入力容量Cissと並列接続された保護回路7に電流が流れて、コンデンサC1がツェナー電圧VZD1まで充電される。その結果、QHがオフでQLがオンで、MOS−FET3がオフのとき、ゲート・ソース間に負電圧VZD1が印加される。
When the
図2は、図1の回路によるスイッチング電源起動時におけるMOS−FET3のゲート電圧波形VGSを示す。ゲート電圧波形VGSは例えば休止期間t2(例えば、数百μsec)で間欠されたバースト発振信号である。この図のように、スイッチング電源の起動時から、負電圧を含む方形波が生成されて、ゲート電圧VGSに十分に負電圧が印加されるまで、t(例えば、百数十msec)の時間を要するものの、MOS−FET3がターンオフする通常動作時において、電力変換効率の向上およびMOS−FET3のオフ時のノイズによる誤動作防止を図ることができる。
FIG. 2 shows the gate voltage waveform VGS of the MOS-
ところで、図1のようなMOS−FETを2個並列に配置してブリッジ回路とした場合、図1の保護回路7では十分な効果を上げられないこともある。図3は、スイッチング電源の起動時直後のようなサージ電圧入力時における、各MOS−FETの動作波形を示す。上段は、MOS−FETのLow側ゲート電圧波形を示し、下段はHigh側ドレイン電流波形を示す。
By the way, when two MOS-FETs as shown in FIG. 1 are arranged in parallel to form a bridge circuit, the
上述のとおり、第1の前提技術では、スイッチング電源の起動時から、ゲート電圧VGSに十分に負電圧が印加されるまで、tmsecの時間を要するため、この間、保護回路7が働かずに、ブリッジ回路の一方のMOS−FETがオンしたとき、他方のMOS−FETのドレイン・ソース間に並列に接続された寄生ダイオードDpにおける逆回復時間(Trr)中のリカバリ電流により逆電流(貫通電流)が流れ、MOS−FETが破損されるおそれがある。また、MOS−FET3の寄生ダイオードDpの接合容量と回路電線のL成分とによるLC共振が起こり、図3の下段のように、スパイク状の電圧が発生する場合もある。この場合、MOS−FET駆動用IC(チャージポンプ式等)、駆動用フォトカプラ等を誤動作させ、MOS−FETが破損されるおそれがある。
As described above, in the first base technology, since a time of tmsec is required from when the switching power supply is started until a sufficiently negative voltage is applied to the gate voltage VGS, the
このスイッチング電源の起動時の問題点を解決する第2の前提技術について説明する。図4に示すように、この第2の前提技術におけるスイッチング電源回路1Bでは、第1の前提技術と保護回路7の構成が異なる。すなわち、第2の前提技術では、保護回路7は、ダイオードD1と、並列接続された抵抗RおよびコンデンサC2とが直列接続されて構成される。その他の構成は第1の前提技術と同様である。
A second prerequisite technique for solving this problem at the time of starting the switching power supply will be described. As shown in FIG. 4, in the switching
MOS−FET3がオンのとき、保護回路7のコンデンサC2により、スイッチング電源の起動時に、その直後に負電圧を含む方形波が生成されて、より急峻に負電圧生成回路6のコンデンサC1がツェナー電圧VZD1まで充電され、MOS−FET3がオフのとき、スイッチング電源の起動時から直ちに、MOS−FET3のゲート電圧VGSに負電圧VZD1が印加される。
When the MOS-
図5は、スイッチング電源起動時におけるMOS−FET3のゲート波形VGSを示す。スイッチング電源起動時から、負電圧が印加されており、サージ電圧入力時において、MOS−FET3がターンオフする時、ノイズが低減され、ノイズによる誤動作防止を図ることができる。
FIG. 5 shows the gate waveform VGS of the MOS-
また、保護回路7の抵抗RおよびコンデンサC2の時定数を大きくすることにより、ゲート電圧の立ち上げをより緩やかにすることができる。そうすると、ブリッジ回路においては、MOS−FETのオンへの移行が緩やかになり、他方のMOS−FETの寄生ダイオードDpの接合容量と回路電線のL成分とによるLC共振が起こらなくなる。
Further, by increasing the time constants of the resistor R and the capacitor C2 of the
図6は、後述する図9のようにMOS−FETが2個並列に配置されたブリッジ回路の場合であって、スイッチング電源の起動時直後のようなサージ電圧入力時における、各MOS−FETの動作波形を示す。上段は、MOS−FETのLow側ゲート電圧波形を示し、下段はHigh側ドレイン電流波形を示す。図6の下段のように、逆電流(貫通電流)やスパイク状の電圧は発生しなくなり、MOS−FETが破損されるおそれがない。 FIG. 6 shows a bridge circuit in which two MOS-FETs are arranged in parallel as shown in FIG. 9, which will be described later. Each of the MOS-FETs at the time of a surge voltage input immediately after the switching power supply is activated. An operation waveform is shown. The upper stage shows the low-side gate voltage waveform of the MOS-FET, and the lower stage shows the high-side drain current waveform. As in the lower part of FIG. 6, reverse current (through current) and spike-like voltage are not generated, and there is no possibility that the MOS-FET is damaged.
また、スイッチング電源の起動時直後以外の通常動作時は、R・C2の時定数が大きいため(数msec以上)、ダイオードD1のカソードは、ほぼ直流電圧となっており、コンデンサC2は充電されない。したがって、通常動作時は、ゲート波形の鈍りはなく、電力変換効率への影響はない。すなわち、第2の前提技術の保護回路7は、スイッチング電源の起動時のサージ電圧入力時にのみ急峻に動作し、MOS−FETの破損を防止することができるとともに、通常動作時には、第1の前提技術と同様の直列接続されたダイオードD1および抵抗Rの回路として動作する。
Also, during normal operation other than immediately after the switching power supply is started, the time constant of R · C2 is large (several msec or more), so the cathode of the diode D1 is almost a DC voltage, and the capacitor C2 is not charged. Therefore, during normal operation, the gate waveform is not dull and does not affect the power conversion efficiency. That is, the
図7は、本発明の第1実施形態にかかるスイッチング電源回路を示す回路構成図である。このスイッチング電源回路1は、回路全体を制御する制御部16を備え、この制御部10内に、スイッチング電源回路の出力電圧の上昇を抑制するために、直流電源8の直流電力からの入力電圧および電力範囲に応じてトリガ信号を発生させてMOS−FET3のゲート制御信号を任意に間欠させたバースト(間欠)発振を行うバースト発振回路15を有している。また、このバースト発振の休止期間内に、保護回路7を強制的に動作させる保護強制動作回路9を備えている。
FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing the switching power supply circuit according to the first embodiment of the present invention. This switching
この保護強制動作回路9は、例えば制御部16からの制御信号S1に基づいて動作するフォトカプラホPC、直列抵抗R1、R2、直列抵抗R1、Rの直列接続点とベースが接続されたトランジスタ4、およびトランジスタ4のコレクタと、保護回路7におけるダイオードD1と並列接続された抵抗RおよびコンデンサC2との直列接続点との間に設けられた抵抗R3が設けられている。なお、この回路9は一例であって、例えばディジタルトランジスタなどで構成するようにしてもよい。
The protection forcible operation circuit 9 includes, for example, a photocoupler PC that operates based on a control signal S1 from the
この場合も、スイッチング電源の起動時直後のようなサージ電圧が間欠発振ごとに入力されるが、通常では、保護回路7が動作して、MOS−FET3の破損を防止することができる。しかし、例えば図2に示す期間t2のようなバースト発振時の休止期間よりも、保護回路7のR・C2の時定数が大きくなると、コンデンサC2の電荷を十分に放電しきれなくなって、コンデンサC2(または抵抗R)にかかる両端電圧が低下しない。その結果、バースト発振動作において休止状態から起動するとき、MOS−FET3のゲート電圧を緩やかに立ち上げることができず、保護回路7が正常に動作しなくなる場合がある。
In this case as well, a surge voltage immediately after the switching power supply is started is input every intermittent oscillation. However, normally, the
図8は、保護強制動作回路9の動作を示す特性図であり、aはバースト発振されたMOS−FET3のゲート制御信号を、bは制御信号S1を示す。保護強制動作回路9は、図8のaのように、バースト発振の休止期間に移行した時から、次に起動するまでの期間t1内に、制御部16から制御信号S1をt2の期間送出して、トランジスタ4をオンにし、強制的に保護回路7のコンデンサC2の電荷を放電させて、コンデンサ電圧を低下させる。このように、バースト発振の休止期間t1内に、強制的に保護回路7を動作させることにより、スイッチング電源のバースト発振時のサージ電圧入力時に、MOS−FET3のゲート電圧の立ち上がりを緩やかにして寄生ダイオードDpの接合容量と回路配線とのLC共振の発生を防止し、保護回路7を正常に動作させることができる。制御信号S1が送出されないで、トランジスタ4がオフのときには、保護回路7は通常動作を行う。なお、スイッチング電源のバースト発振時のサージ電圧入力時にだけでなく、起動時のサージ電圧入力時に強制的に保護回路7を動作させるようにしてもよい。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the operation of the protection forcible operation circuit 9, where a is the gate control signal of the MOS-
図9は本発明の第2実施形態であるブリッジ型のDC−DCコンバータを備えた電力変換装置の回路構成図である。この電力変換装置は、太陽電池や燃料電池などの電源の直流電力を交流電力に変換して交流電力系統11へ連系するもので、直流電源Vccの直流電力を所定電圧の直流電力に変換するスイッチング電源回路2つが並列に接続されたブリッジ型のDC−DCコンバータ10、およびDC−DCコンバータ10からの昇圧した直流電力を所定の交流電力に変換するインバータ12を備えている。スイッチング電源回路1、2は、それぞれMOS−FET3、4、保護回路7および保護強制保護回路9を有している。
FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a power conversion device including a bridge type DC-DC converter according to a second embodiment of the present invention. This power conversion device converts DC power of a power source such as a solar cell or a fuel cell into AC power and connects it to the
前記DC−DCコンバータ10は、一次巻線Npおよび昇圧出力する二次巻線Nsをもつ昇圧トランス14を有する。また、前記昇圧トランス6の二次電圧を倍圧する倍電圧回路13も設けられている。この場合も、ブリッジ型DC−DCコンバータにおけるスイッチング電源1のノイズによる誤動作防止を図るとともに、そのバースト発振時のサージ電圧入力時に、MOS−FET3、4のゲート電圧の立ち上がりを緩やかにしてLC共振発生を防止することが可能となる。
The DC-DC converter 10 includes a step-up
こうして、本発明は、負電圧生成回路をMOS−FETの寄生ダイオードの影響を受けずに方形波に負電圧を含ませるよう動作させて、負電圧を含む方形波の電圧をMOS−FETのゲート電圧に印加させる保護回路を、バースト発振の休止期間内に、強制的に動作させる保護強制動作回路を備えているので、簡単な構成で、ノイズによる誤動作防止を図るとともに、スイッチング電源のバースト発振時のサージ電圧入力時に、MOS−FETのゲート電圧の立ち上がりを緩やかにして、寄生ダイオードの接合容量と回路配線とのLC共振の発生を防止し保護回路を正常に動作させることができる。 Thus, according to the present invention, the negative voltage generating circuit is operated so as to include the negative voltage in the square wave without being affected by the parasitic diode of the MOS-FET, and the square wave voltage including the negative voltage is applied to the gate of the MOS-FET. The protection circuit that is applied to the voltage is forcibly operated during the burst oscillation pause period, so it is possible to prevent malfunction due to noise with a simple configuration, and at the time of burst oscillation of the switching power supply. When the surge voltage is input, the rise of the gate voltage of the MOS-FET can be moderated to prevent occurrence of LC resonance between the junction capacitance of the parasitic diode and the circuit wiring, and the protection circuit can be operated normally.
なお、この実施形態では、FETスイッチング素子にMOS−FETを使用しているが、FETを一部有するIGBT素子などを使用してもよい。 In this embodiment, a MOS-FET is used as the FET switching element. However, an IGBT element having a part of the FET may be used.
以上のとおり図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、添付の請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。 As described above, the preferred embodiments have been described with reference to the drawings. However, those skilled in the art will readily consider various changes and modifications within the obvious scope by looking at the present specification. Accordingly, such changes and modifications are to be construed as within the scope of the invention as defined by the appended claims.
1:スイッチング電源回路
2:スイッチング電源回路
3:FETスイッチング素子
4:FETスイッチング素子
5:ドライブ回路
6:負電圧生成回路
7:保護回路
9:保護強制動作回路
10:ブリッジ型のDC−DCコンバータ
15:バースト発振回路
16:制御部
Vcc:直流電源
Dp:FETスイッチング素子の寄生ダイオード
C1:負電圧生成回路用コンデンサ
ZD1:負電圧生成回路用ツェナーダイオード
D1:保護回路用ダイオード
R:保護回路用抵抗
C2:保護回路用コンデンサ
t1:バースト発振休止期間
1: switching power supply circuit 2: switching power supply circuit 3: FET switching element 4: FET switching element 5: drive circuit 6: negative voltage generation circuit 7: protection circuit 9: protection forcible operation circuit 10: bridge type DC-DC converter 15 : Burst oscillation circuit 16: Control unit Vcc: DC power supply Dp: Parasitic diode C of FET switching element C1: Negative voltage generation circuit capacitor ZD1: Negative voltage generation circuit Zener diode D1: Protection circuit diode R: Protection circuit resistance C2 : Protection circuit capacitor t1: Burst oscillation suspension period
Claims (3)
前記ドライブ回路は、
FETスイッチング素子のゲート電圧に負電圧を印加させてFETスイッチング素子をオフさせるように、前記方形波の電圧を負側にずらして負電圧を含ませるよう動作する負電圧生成回路と、
前記負電圧生成回路とFETスイッチング素子のゲートの間に配置されて、FETスイッチング素子の寄生ダイオードの影響を受けないように前記負電圧生成回路を動作させ、前記負電圧を含む方形波の電圧をFETスイッチング素子のゲート電圧に印加させる保護回路とを備え、さらに、
スイッチング電源回路の出力電圧の上昇を抑制するように、FETスイッチング素子のゲート制御信号を間欠的に発振させるバースト発振回路と、
バースト発振の休止期間内に、前記保護回路を強制的に動作させる保護強制動作回路とを備えた、スイッチング電源回路。 A switching power supply circuit that outputs DC power of a predetermined output voltage by controlling on / off of the FET switching element with a square wave voltage by driving the DC power of the DC power supply,
The drive circuit is
A negative voltage generating circuit that operates to include the negative voltage by shifting the voltage of the square wave to the negative side so as to turn off the FET switching element by applying a negative voltage to the gate voltage of the FET switching element;
The negative voltage generation circuit is disposed between the negative voltage generation circuit and the gate of the FET switching element, operates the negative voltage generation circuit so as not to be affected by the parasitic diode of the FET switching element, and generates a square wave voltage including the negative voltage. A protection circuit that is applied to the gate voltage of the FET switching element, and
A burst oscillation circuit for intermittently oscillating the gate control signal of the FET switching element so as to suppress an increase in the output voltage of the switching power supply circuit;
A switching power supply circuit comprising: a protection forcible operation circuit that forcibly operates the protection circuit during a burst oscillation pause period.
前記FETスイッチング素子は、MOS−FETであり、前記保護回路は、MOS−FETのゲート・ソース間に設けられて、ダイオードと、並列接続された抵抗およびコンデンサとが直列接続されて構成され、MOS−FETのゲート電圧の立ち上げを緩やかにするように、前記保護回路の抵抗およびコンデンサの時定数を大きくするものであり、
前記保護強制動作回路は、前記バースト発振の休止期間内に、前記保護回路のコンデンサの電荷を放電させて強制的にコンデンサ電圧を低下させるものである、スイッチング電源回路。 In claim 1,
The FET switching element is a MOS-FET, and the protection circuit is provided between the gate and the source of the MOS-FET, and is configured by connecting a diode, a resistor and a capacitor connected in parallel, in series. -To increase the time constant of the resistor and capacitor of the protection circuit so as to moderate the rise of the gate voltage of the FET,
The protection forcible operation circuit is a switching power supply circuit that forcibly lowers the capacitor voltage by discharging the charge of the capacitor of the protection circuit within a pause period of the burst oscillation.
3. A bridge type DC-DC converter comprising two switching power supply circuits of claim 1 or 2 connected in parallel to convert DC power of a DC power source into DC power of a predetermined output voltage.
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