JP2017046437A

JP2017046437A - Switching power supply

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Publication number: JP2017046437A
Application number: JP2015166502A
Authority: JP
Inventors: 一宏堀井; Kazuhiro Horii
Original assignee: Cosel Co Ltd
Current assignee: Cosel Co Ltd
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2035-08-26
Also published as: JP6484529B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress, by the provision of a synchronous rectification circuit on the output side, a reverse current which flows when a voltage is applied from the output side, to thereby improve reliability.SOLUTION: A current direction determination circuit 64, on determining that a current does not flow through a switching circuit 12 and that a reverse current flows based on current information Ei from a current detection circuit 62, inhibits the output of a synchronous rectification operation permission signal E1 to a synchronous rectification element control circuit 60, to suspend the synchronous rectification operation of a synchronous rectification circuit 14. Further, on determining that a current flows from the input side to the output side of the switching circuit 12, the current direction determination circuit 64 during an increase of an output voltage by soft start operation, outputs the synchronous rectification operation permission signal E1 to the synchronous rectification element control circuit 60 to start the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit 14.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、直流電圧を所望の電圧に変換して電子機器に供給するためのスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device for converting a DC voltage into a desired voltage and supplying it to an electronic device.

従来から、入力電圧をスイッチング素子のオンオフにより断続電圧に変換し、これを整流・平滑することで直流の出力電圧を得ることができるスイッチング電源装置が広く用いられている。また、これらのスイッチング電源装置の高効率化の手段として同期整流が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a switching power supply device that can obtain a DC output voltage by converting an input voltage into an intermittent voltage by turning on and off the switching element and rectifying and smoothing the switching voltage has been widely used. Synchronous rectification is known as a means for improving the efficiency of these switching power supply devices.

（逆流電流抑制制御）
ところで、同期整流を用いたスイッチング電源装置は、スイッチング電源装置の出力電圧設定値よりも高い電圧を出力側に印加すると、出力側から入力側に逆流電流が流れてしまう。この逆流電流は、スイッチング電源装置の出力側に印加する電圧が高いほど大きくなる。逆流電流が大きいと、スイッチング素子にストレスを与え、スイッチング電源装置を故障させる原因になる。 (Backflow current suppression control)
Incidentally, in a switching power supply using synchronous rectification, when a voltage higher than the output voltage set value of the switching power supply is applied to the output side, a reverse current flows from the output side to the input side. The reverse current increases as the voltage applied to the output side of the switching power supply device increases. When the backflow current is large, stress is applied to the switching element, causing a failure of the switching power supply device.

同期整流を用いたスイッチング電源装置の逆流電流を抑制する方法として、例えば、図５に示す特許文献１に示すＤＣ−ＤＣコンバータを用いたスイッチング電源装置が知られており、図５は、後述の説明のために、一般的に知られているソフトスタート回路を追加した場合を示している。 As a method for suppressing the backflow current of a switching power supply using synchronous rectification, for example, a switching power supply using a DC-DC converter shown in Patent Document 1 shown in FIG. 5 is known, and FIG. For the sake of explanation, the case where a generally known soft start circuit is added is shown.

図５に示すように、スイッチング電源装置１００は絶縁型フォワードコンバータであり、トランス１０４の一次コイル１０４ａの一端には入力電源１０２のプラス側が接続され、一次コイル１０４ａの他端はＭＯＳ−ＦＥＴから成るスイッチング素子１０６のドレイン側が接続され、スイッチング素子１０６のソース側には入力電源１０２のマイナス側が接続される。 As shown in FIG. 5, the switching power supply device 100 is an insulation type forward converter, and the positive side of the input power source 102 is connected to one end of the primary coil 104a of the transformer 104, and the other end of the primary coil 104a is made of a MOS-FET. The drain side of the switching element 106 is connected, and the negative side of the input power source 102 is connected to the source side of the switching element 106.

トランス１０４の二次コイル１０４ｂの一端には、ＭＯＳ−ＦＥＴから成る整流側の同期整流素子１０８のゲート側、インバータ１１２の入力側、ＭＯＳ−ＦＥＴから成る転流側の同期整流素子１１０のドレイン側、及び平滑コンデンサ１１６の一端がそれぞれ接続されている。 At one end of the secondary coil 104b of the transformer 104, the gate side of the rectifying side synchronous rectifying element 108 made of MOS-FET, the input side of the inverter 112, and the drain side of the commutating side synchronous rectifying element 110 made of MOS-FET And one end of the smoothing capacitor 116 are connected to each other.

また、二次コイル１０４ｂの他端側には、同期整流素子１０８のドレイン側が接続され、同期整流素子１０８のソース側は同期整流素子１１０のソース側に接続され、同期整流素子１１０のゲート側にはインバータ１１２の出力側が接続されている。 The drain side of the synchronous rectifying element 108 is connected to the other end side of the secondary coil 104b, the source side of the synchronous rectifying element 108 is connected to the source side of the synchronous rectifying element 110, and the gate side of the synchronous rectifying element 110 is connected. Is connected to the output side of the inverter 112.

同期整流素子１０８，１１０のソース側の接続部にはチョークコイル１１４の一端が接続され、チョークコイル１１４の他端は平滑コンデンサ１１６の他端に接続される。 One end of the choke coil 114 is connected to the source side connection of the synchronous rectifier elements 108 and 110, and the other end of the choke coil 114 is connected to the other end of the smoothing capacitor 116.

スイッチング制御部１２０には、絶縁型フォワードコンバータの出力電圧を安定化するためフィードバック制御回路１２２及びスイッチング素子制御回路１２４が設けられ、また逆流電流を抑制するため逆流電流検知手段１２８と逆流電流抑制手段１３０が設けられている。 The switching control unit 120 is provided with a feedback control circuit 122 and a switching element control circuit 124 for stabilizing the output voltage of the isolated forward converter, and a reverse current detection means 128 and a reverse current suppression means for suppressing the reverse current. 130 is provided.

フィードバック制御回路１２２は、誤差アンプ１３６と基準電圧源１３８を備え、誤差アンプ１３６は、抵抗１３２，１３４で分圧した出力比例電圧Ｖｏ１が基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいとデューティ制御信号電圧ＶＦＢが小さくなるように制御し、出力比例電圧Ｖｏ１が基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さいとデューティ制御信号電圧ＶＦＢが大きくなるように制御する。 The feedback control circuit 122 includes an error amplifier 136 and a reference voltage source 138. The error amplifier 136 decreases the duty control signal voltage VFB when the output proportional voltage Vo1 divided by the resistors 132 and 134 is larger than the reference voltage Vref. When the output proportional voltage Vo1 is smaller than the reference voltage Vref, the duty control signal voltage VFB is controlled to be large.

スイッチング素子制御回路１２４は、ＰＷＭコンパレータ１４０と三角波発生回路１４２を備え、三角波信号電圧Ｖｔｒｉがデューティ制御信号電圧ＶＦＢよりも小さい場合はスイッチング素子１０６をオンし、三角波信号電圧Ｖｔｒｉがデューティ制御信号電圧ＶＦＢよりも大きい場合はスイッチング素子１０６をオフする制御を行う。これによりデューティ制御信号電圧ＶＦＢが大きいときはスイッチング素子１０６のオンデューティが広くなり、デューティ制御信号電圧ＶＦＢが小さいときはスイッチング素子１０６のオンデューティが狭くなる。 The switching element control circuit 124 includes a PWM comparator 140 and a triangular wave generation circuit 142. When the triangular wave signal voltage Vtri is smaller than the duty control signal voltage VFB, the switching element 106 is turned on, and the triangular wave signal voltage Vtri is set to the duty control signal voltage VFB. If larger than this, control to turn off the switching element 106 is performed. Accordingly, when the duty control signal voltage VFB is large, the on-duty of the switching element 106 is widened, and when the duty control signal voltage VFB is small, the on-duty of the switching element 106 is narrowed.

入力電源１０２から供給された電圧Ｖｉｎは、スイッチング素子制御回路１２４によるスイッチング素子１０６のオンオフで断続電圧に変換されてトランス１０４の１次側から２次側に送られ、同期整流素子１０８，１１０の相補的なオンオフにより同期整流された後に、チョークコイル１１４と平滑コンデンサ１１６で整流平滑されることで安定化された出力電圧Ｖｏに変換される。 The voltage Vin supplied from the input power supply 102 is converted into an intermittent voltage when the switching element 106 is turned on and off by the switching element control circuit 124 and sent from the primary side to the secondary side of the transformer 104. After synchronous rectification by complementary on / off, rectification and smoothing is performed by the choke coil 114 and the smoothing capacitor 116 to be converted into a stabilized output voltage Vo.

このスイッチング電源装置１００は、逆流電流検知手段１２８が逆流電流を検知すると、逆流電流抑制手段１３０がフィードバック制御回路１２２に対して、スイッチング電源装置１００の出力電圧Ｖｏを上昇させるように働きかける。即ち、逆流電流検知手段１２８が逆流電流を検知すると、フィードバック制御回路１２２に対してデューティ制御信号電圧ＶＦＢを大きくするように動作する。この動作により、スイッチング電源装置１００に逆流電流が流れた場合、スイッチング電源装置１００の出力電圧が上昇する方向に制御され、逆流電流が抑制されることになる。 In the switching power supply device 100, when the reverse current detection means 128 detects the reverse current, the reverse current suppression means 130 acts on the feedback control circuit 122 to increase the output voltage Vo of the switching power supply 100. That is, when the backflow current detection means 128 detects the backflow current, the feedback control circuit 122 operates to increase the duty control signal voltage VFB. With this operation, when a backflow current flows through the switching power supply device 100, the output voltage of the switching power supply device 100 is controlled to increase, and the backflow current is suppressed.

特開２００１−１６９５４５号公報JP 2001-169545 A 特開２０１４−２２０８６２号公報JP 2014-220862 A

ところで、図５に示したスイッチング電源装置１００にソフトスタート回路１２６を設けた場合は、スイッチング電源装置１００の出力側に電圧を印加した状態で起動動作を行うと、大きな逆流電流が流れてしまうと言う問題を持つ。以下、理由を説明する。 By the way, when the soft start circuit 126 is provided in the switching power supply device 100 illustrated in FIG. 5, if a startup operation is performed with a voltage applied to the output side of the switching power supply device 100, a large backflow current flows. Have a problem to say. The reason will be described below.

ソフトスタート回路１２６によるソフトスタート動作は、スイッチング電源装置１００を起動させる際に、スイッチング電源装置１００の出力電圧Ｖｏを零ボルトから定常動作中の出力電圧設定値まで徐々に上昇させる動作である。 The soft start operation by the soft start circuit 126 is an operation of gradually increasing the output voltage Vo of the switching power supply device 100 from zero volts to the output voltage set value during steady operation when the switching power supply device 100 is started.

ソフトスタート回路１２６は、スイッチング電源装置１００の起動時にＮＰＮトランジスタ１４６をオフすることで、抵抗１４８を介してコンデンサ１５０の充電を開始し、ＰＮＰトランジスタ１４４をエミッターフォロワーで用いることで、デューティ制御信号電圧ＶＦＢをコンデンサ１５０の電圧にＰＮＰトランジスタ１４４のベースエミッタ間電圧を加えた電圧でクランプし、コンデンサ１５０の電圧が徐々に上昇すると、クランプされているデューティ制御信号電圧ＶＦＢも徐々に上昇する。 The soft start circuit 126 starts charging the capacitor 150 via the resistor 148 by turning off the NPN transistor 146 when the switching power supply device 100 is started up, and uses the PNP transistor 144 as an emitter follower to generate a duty control signal voltage. When the VFB is clamped with a voltage obtained by adding the voltage between the base and emitter of the PNP transistor 144 to the voltage of the capacitor 150 and the voltage of the capacitor 150 is gradually increased, the clamped duty control signal voltage VFB is also gradually increased.

この動作により、スイッチング電源装置１００の起動直後はオンデューティを狭く制御し、徐々にオンデューティを広げることで出力電圧を上昇させる動作を行うことができる。 With this operation, it is possible to perform an operation of increasing the output voltage by controlling the on-duty to be narrow immediately after the switching power supply device 100 is started and gradually increasing the on-duty.

ところで、ソフトスタート動作中に、逆流電流検知手段１２８が逆流電流を検出し、逆流電流抑制手段１３０がフィードバック制御回路１２２に対して出力電圧を上昇させるためにデューティ制御信号電圧ＶＦＢを大きくするように動作したとしても、スイッチング電源装置１００の出力電圧Ｖｏがソフトスタート回路１２６によって決定されているため、出力電圧を逆流電流に対して上昇させる動作を行うことができない。 By the way, during the soft start operation, the backflow current detection unit 128 detects the backflow current, and the backflow current suppression unit 130 increases the duty control signal voltage VFB to increase the output voltage to the feedback control circuit 122. Even if it operates, since the output voltage Vo of the switching power supply device 100 is determined by the soft start circuit 126, the operation of raising the output voltage with respect to the backflow current cannot be performed.

従って、スイッチング電源装置１００の出力側に電圧を印加した状態で起動動作を行うと、大きな逆流電流が流れてしまうと言う問題が発生することになる。大きな逆流電流が流れてしまうと、スイッチング素子として用いている半導体素子に大きなストレスを与えることになり、最悪の場合、スイッチング電源装置１００を破壊させることになる。 Therefore, if the start-up operation is performed in a state where a voltage is applied to the output side of the switching power supply device 100, there arises a problem that a large backflow current flows. When a large reverse current flows, a large stress is applied to the semiconductor element used as the switching element, and in the worst case, the switching power supply device 100 is destroyed.

（非安定型コンバータ）
一方、スイッチング電源装置を高効率化する手段として、図６に示すように、安定型コンバータ２１０に非安定型コンバータ２１２を組み合わせたスイッチング電源装置２００が知られている。 (Astable converter)
On the other hand, as shown in FIG. 6, a switching power supply device 200 in which an unstable converter 212 is combined with a stable converter 210 is known as means for improving the efficiency of the switching power supply device.

図６に示すように、安定型コンバータ２１０は例えば降圧チョッパーであり、スイッチング素子２２４、インダクタンス２２８、ダイオード２２６及びコンデンサ２３０を備え、降圧チョッパーのスイッチング素子２２４は、誤差アンプ２７０及び基準電圧源２７２を備えたフィードバック制御回路２５０と、ＰＷＭコンパレータ２７４及び三角波発生回路２７６を備えた安定型コンバータスイッチング素子制御回路２５２によって制御されることで、安定化された所定の電圧を出力する。 As shown in FIG. 6, the stable converter 210 is, for example, a step-down chopper, and includes a switching element 224, an inductance 228, a diode 226, and a capacitor 230. The switching element 224 of the step-down chopper includes an error amplifier 270 and a reference voltage source 272. It is controlled by the feedback control circuit 250 provided, and the stable converter switching element control circuit 252 provided with the PWM comparator 274 and the triangular wave generation circuit 276, thereby outputting a predetermined stabilized voltage.

非安定型コンバータ２１２は、例えば絶縁型フルブリッジコンバータを用いており、トランス２３６の１次側となるスイッチング回路はフルブリッジ接続したスイッチング素子２３１，２３４の組み合せとスイッチング素子２３２，２３３の組み合わせを非安定型コンバータスイッチング素子制御回路２５８により相補的にオンオフしている。 The unstable converter 212 uses, for example, an insulation type full bridge converter, and the switching circuit on the primary side of the transformer 236 is a combination of the switching elements 231 and 234 and the switching elements 232 and 233 connected in a full bridge. The stable converter switching element control circuit 258 is complementarily turned on and off.

トランス２３６の２次側に設けた同期整流回路の同期整流素子２４４，２４６は、一次側のスイッチング素２３１，２３４の組み合わせがオンするときには、同期整流素子２４６がオンし、スイッチング素子２３２，２３３の組み合わせがオンするときには、同期整流素子２４４がオンすることで同期整流し、コンデンサ２４８で平滑することで出力電圧Ｖｏを生成している。 The synchronous rectifier elements 244 and 246 of the synchronous rectifier circuit provided on the secondary side of the transformer 236 are turned on when the combination of the switching elements 231 and 234 on the primary side is turned on. When the combination is turned on, the synchronous rectification element 244 is turned on to perform synchronous rectification, and the capacitor 248 smoothes the output voltage Vo.

非安定型コンバータ２１２はスイッチング素子２３１〜２３４のオンデューティを約５０％の固定デューティで動作させて用いる。これにより、トランス２３６の導通率をほぼ１００％とすることが可能となり、トランス２３６の利用率を高めることで高効率を実現する。また、非安定型コンバータ２１２は、それ自身に出力電圧を制御する機能を持たせず、トランス２３６の１次側巻線２３８と２次側巻線２４０，２４２の巻数比で入力電圧を出力電圧に変換する。 The unstable converter 212 is used by operating the on-duty of the switching elements 231 to 234 with a fixed duty of about 50%. As a result, the conductivity of the transformer 236 can be made almost 100%, and high efficiency is realized by increasing the utilization of the transformer 236. Further, the unstable converter 212 does not have the function of controlling the output voltage itself, and the input voltage is converted into the output voltage by the turn ratio of the primary side winding 238 and the secondary side windings 240 and 242 of the transformer 236. Convert to

また、スイッチング素子２３１〜２３４のオンデューティを約５０％の固定デューティで動作させて用いることから、トランス２３６の２次側には、極わずかのオフ期間が存在するだけなので、出力側の平滑回路に平滑用のチョークコイルを設ける必要が無いため、若しくは、非常に小さなインダクタンスのチョークコイルで良いため、平滑回路の導通抵抗を低減することで高効率を実現する。 Further, since the on-duty of the switching elements 231 to 234 is used by operating at a fixed duty of about 50%, there is only a very small off-period on the secondary side of the transformer 236, so that a smoothing circuit on the output side Since it is not necessary to provide a smoothing choke coil or a choke coil having a very small inductance, high efficiency can be realized by reducing the conduction resistance of the smoothing circuit.

非安定型コンバータ２１２は、出力電圧を制御する機能を持たないため、スイッチング電源装置として用いる場合には、通常は、安定型コンバータ２１０と組み合わせて用いられる。 Since the unstable converter 212 does not have a function of controlling the output voltage, it is usually used in combination with the stable converter 210 when used as a switching power supply device.

しかしながら、図６に示したスイッチング電源装置２００は、出力電圧の制御を安定型コンバータ２１０である降圧チョッパーで行うことになるため、非安定型コンバータ２１２に対しては、図５に示した逆流電流検知手段１２８と逆流電流抑制手段１３０による逆流電流抑制機能を設けることができず、出力側から電圧を印加すると、非安定型コンバータ２１２には、大きな逆流電流が流れることになる。 However, since the switching power supply device 200 shown in FIG. 6 controls the output voltage by the step-down chopper that is the stable converter 210, the reverse current shown in FIG. A reverse current suppression function by the detection means 128 and the reverse current suppression means 130 cannot be provided, and when a voltage is applied from the output side, a large reverse current flows in the unstable converter 212.

また、図６に示したスイッチング電源装置２００に図５に示したソフトスタート回路１２６を設けた場合、スイッチング電源装置２００が起動する際のソフトスタート動作においても、逆流電流を抑制することができないため、この場合も非安定型コンバータ２１２には、大きな逆流電流が流れることになる。 Further, when the switching power supply device 200 shown in FIG. 6 is provided with the soft start circuit 126 shown in FIG. 5, the reverse current cannot be suppressed even in the soft start operation when the switching power supply device 200 is started. Also in this case, a large backflow current flows through the unstable converter 212.

このように非安定型コンバータ２１２に大きな逆流電流が流れてしまうと、スイッチング素子として用いた半導体素子に大きなストレスを与えることになり、最悪の場合、スイッチング電源装置を破壊させることになる。 When a large backflow current flows in the unstable converter 212 in this way, a large stress is applied to the semiconductor element used as the switching element, and in the worst case, the switching power supply device is destroyed.

本発明は、出力側に同期整流回路を設け、出力側から電圧を印加した場合に流れる逆流電流を抑止して信頼性を高めるようにしたスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a switching power supply device in which a synchronous rectifier circuit is provided on the output side, and a reverse current flowing when a voltage is applied from the output side is suppressed to improve reliability.

（スイッチング電源装置）
本発明は、
所定の電圧を出力する入力側電源回路と、
入力側電源回路から入力された電圧を断続電圧に変換して出力するスイッチング回路と、
スイッチング回路から出力された断続電圧を同期整流素子により同期整流して出力する同期整流回路と、
同期整流回路に設けた同期整流素子のオンオフを制御する同期整流素子制御回路と、
を設けたスイッチング電源装置に於いて、
スイッチング回路に流れる電流を検出して電流情報を出力する電流検出回路と、
電流検出回路からの電流情報に基づき、スイッチング回路の入力側から出力側に電流が流れたことを判定した場合に、同期整流素子制御回路に同期整流動作許可信号を出力して同期整流回路の同期整流動作を開始させる電流方向判定回路と、
を設けたことを特徴とする。 (Switching power supply)
The present invention
An input-side power supply circuit that outputs a predetermined voltage;
A switching circuit that converts the voltage input from the input-side power supply circuit into an intermittent voltage and outputs it,
A synchronous rectifier circuit that outputs the intermittent voltage output from the switching circuit by synchronous rectification by a synchronous rectifier; and
A synchronous rectifier control circuit for controlling on / off of the synchronous rectifier provided in the synchronous rectifier, and
In the switching power supply device provided with
A current detection circuit that detects current flowing in the switching circuit and outputs current information;
Based on the current information from the current detection circuit, when it is determined that a current has flowed from the input side to the output side of the switching circuit, a synchronous rectification operation enable signal is output to the synchronous rectification element control circuit to synchronize the synchronous rectification circuit. A current direction determination circuit for starting a rectifying operation;
Is provided.

（ソフトスタートと同期整流許可の連携）
同期整流回路の同期整流素子は、寄生ダイオードを備えたＭＯＳ−ＦＥＴを含む素子であり、
入力側電源回路は、装置を起動した場合に出力電圧を零電圧から所定の時定数に従って上昇させるソフトスタート回路を備え、
電流方向判定回路は、ソフトスタート回路による入力側電源回路の出力電圧の上昇によりスイッチング回路の入力側から出力側に電流が流れ始めた初期のタイミングを判定し、同期整流動作許可信号を出力して同期整流回路の同期整流動作を開始させる。 (Cooperation between soft start and synchronous rectification permission)
The synchronous rectifier of the synchronous rectifier circuit is an element including a MOS-FET provided with a parasitic diode,
The input side power supply circuit includes a soft start circuit that raises the output voltage from zero voltage according to a predetermined time constant when the device is started,
The current direction determination circuit determines the initial timing when current starts to flow from the input side to the output side of the switching circuit due to the increase of the output voltage of the input side power supply circuit by the soft start circuit, and outputs a synchronous rectification operation enable signal. The synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit is started.

（安定型コンバータと非安定型コンバータの組合せ）
入力側電源回路は、出力電圧を所定電圧に安定化して出力する安定型コンバータを備え、
スイッチング回路を非安定型コンバータで構成する。 (Combination of stable and non-stable converters)
The input-side power circuit includes a stable converter that stabilizes the output voltage to a predetermined voltage and outputs the voltage.
The switching circuit is composed of an unstable converter.

（同期整流動作の維持による回生機能）
同期整流素子制御回路は、電流方向判定回路からの同期整流動作許可信号により同期整流回路の同期整流動作を開始させた場合、同期整流動作許可信号の如何にかかわらず同期整流回路の同期整流動作を継続させるラッチ機能を備える。 (Regenerative function by maintaining synchronous rectification operation)
When the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit is started by the synchronous rectification operation permission signal from the current direction determination circuit, the synchronous rectification element control circuit performs the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit regardless of the synchronous rectification operation permission signal. It has a latch function to continue.

（基本的な効果）
本発明は、所定の電圧を出力する入力側電源回路と、入力側電源回路から入力された電圧を断続電圧に変換して出力するスイッチング回路と、スイッチング回路から出力された断続電圧を同期整流素子により同期整流して出力する同期整流回路と、同期整流回路に設けた同期整流素子のオンオフを制御する同期整流素子制御回路とを設けたスイッチング電源装置に於いて、スイッチング回路に流れる電流を検出して電流情報を出力する電流検出回路と、電流検出回路からの電流情報に基づき、スイッチング回路の入力側から出力側に電流が流れたことを判定した場合に、同期整流素子制御回路に同期整流動作許可信号を出力して同期整流回路の同期整流動作を開始させる電流方向判定回路を設けるようにしたため、出力側に外部から電圧が印加されていても、電流方向判定回路によって同期整流動作を制御されているため、スイッチング電源装置の出力側から入力側に逆流電流が流れることが無く、逆流電流によるストレスでスイッチング電源装置が故障することを防止し、スイッチング電源装置の信頼性を向上することができる。 (Basic effect)
The present invention relates to an input-side power supply circuit that outputs a predetermined voltage, a switching circuit that converts a voltage input from the input-side power supply circuit into an intermittent voltage, and outputs the intermittent voltage output from the switching circuit. In a switching power supply device provided with a synchronous rectifier circuit that outputs a signal after synchronous rectification by a synchronous rectifier and a synchronous rectifier control circuit that controls on / off of the synchronous rectifier provided in the synchronous rectifier circuit, the current flowing through the switching circuit is detected. When the current detection circuit that outputs current information and the current information from the current detection circuit determines that a current has flowed from the input side to the output side of the switching circuit, the synchronous rectification element control circuit operates synchronously. Since a current direction determination circuit is provided to output a permission signal and start the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit, a voltage is externally applied to the output side. However, since the synchronous rectification operation is controlled by the current direction determination circuit, no reverse current flows from the output side to the input side of the switching power supply device, and the switching power supply device fails due to stress caused by the reverse current. And the reliability of the switching power supply device can be improved.

（ソフトスタートと同期整流許可の連携による効果）
また、同期整流回路の同期整流素子は、寄生ダイオードを備えたＭＯＳ−ＦＥＴを含む素子であり、入力側電源回路は、装置を起動した場合に出力電圧を零電圧から所定の時定数に従って上昇させるソフトスタート回路を備え、電流方向判定回路は、ソフトスタート回路による入力側電源回路の出力電圧の上昇によりスイッチング回路の入力側から出力側に電流が流れ始めた初期のタイミングを判定し、同期整流動作許可信号を出力して同期整流回路の同期整流動作を開始させるようにしたため、スイッチング電源装置がソフトスタート動作をする際に、スイッチング電源装置の入力側から出力側に電流が流れ出した初期のタイミングで同期整流動作を開始するため、それまでの同期整流回路の動作を停止した状態でのスイッチング回路のオンオフ動作により、同期整流素子の寄生ダイオードにリカバリー動作を発生させることが無く、サージ電圧によるノイズの増大や半導体素子への電圧ストレスを引き起こすことを防止し、ノイズが小さく、故障の発生しない信頼性の高いスイッチング電源装置を作ることができる。 (Effect of cooperation of soft start and synchronous rectification permission)
The synchronous rectifier element of the synchronous rectifier circuit is an element including a MOS-FET provided with a parasitic diode, and the input-side power supply circuit increases the output voltage from zero voltage according to a predetermined time constant when the device is started. With a soft start circuit, the current direction determination circuit determines the initial timing when current starts to flow from the input side to the output side of the switching circuit due to the increase of the output voltage of the input side power supply circuit by the soft start circuit, and synchronous rectification operation Since the synchronous rectification operation of the synchronous rectifier circuit is started by outputting the permission signal, when the switching power supply device performs the soft start operation, the initial timing when the current flows from the input side to the output side of the switching power supply device. In order to start the synchronous rectification operation, the switching circuit is turned on when the operation of the synchronous rectification circuit is stopped. The off operation does not cause a recovery operation to the parasitic diode of the synchronous rectifier element, prevents noise from increasing due to surge voltage and causes voltage stress on the semiconductor element, and has low noise and reliability that does not cause failure High switching power supply device can be made.

またスイッチング電源装置がソフトスタート動作をする際にも、スイッチング電源装置の出力側から入力側に逆流電流が流れることが無く、逆流電流によるストレスでスイッチング電源装置が故障することを防止し、スイッチング電源装置の信頼性を向上することができる。 Also, when the switching power supply device performs a soft start operation, no backflow current flows from the output side to the input side of the switching power supply device, preventing the switching power supply device from being damaged due to stress caused by the backflow current. The reliability of the apparatus can be improved.

（安定型コンバータと非安定型コンバータの組合せによる効果）
また、入力側電源回路は、出力電圧を所定電圧に安定化して出力する安定型コンバータを備え、スイッチング回路を非安定型コンバータで構成するようにしたため、非安定型コンバータのような出力電圧制御機能を持たないスイッチング電源装置においても、出力側から入力側に逆流電流が流れることが無く、逆流電流によるストレスでスイッチング電源装置が故障することを防止し、ノイズが小さく、故障の発生しない信頼性の高いスイッチング電源装置を作ることができる。 (Effect of combination of stable converter and non-stable converter)
In addition, the input side power supply circuit is equipped with a stable converter that stabilizes the output voltage to a predetermined voltage and outputs it, and the switching circuit is configured with an unstable converter, so that an output voltage control function like an unstable converter is possible. Even in a switching power supply that does not have a reverse current, there is no reverse current flowing from the output side to the input side, preventing the switching power supply from failing due to stress caused by the reverse current, reducing noise, and ensuring reliability High switching power supply can be made.

（同期整流動作の維持による回生機能による効果）
また、同期整流素子制御回路は、電流方向判定回路からの同期整流動作許可信号により同期整流回路の同期整流動作を開始させた場合、同期整流動作許可信号の如何にかかわらず同期整流回路の同期整流動作を継続させるラッチ機能を備えるようにしたため、逆流電流を防止する機能を備えたスイッチング電源装置に回生機能を付与することができる。 (Effect of regenerative function by maintaining synchronous rectification operation)
In addition, the synchronous rectification element control circuit, when the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit is started by the synchronous rectification operation permission signal from the current direction determination circuit, the synchronous rectification circuit of the synchronous rectification circuit regardless of the synchronous rectification operation permission signal. Since the latch function for continuing the operation is provided, the regenerative function can be given to the switching power supply device having the function of preventing the backflow current.

スイッチング電源装置の基本構成を示したブロック図Block diagram showing basic configuration of switching power supply スイッチング電源装置の具体的な実施形態を示した回路ブロック図Circuit block diagram showing a specific embodiment of the switching power supply device 図２の実施形態における各部の信号波形を示したタイムチャートFIG. 2 is a time chart showing signal waveforms at various parts in the embodiment of FIG. 回生機能を可能とするスイッチング電源装置の具体的な実施形態を示した回路ブロック図Circuit block diagram showing a specific embodiment of a switching power supply device that enables a regenerative function 逆流電流抑制機能を備えた従来のスイッチング電源装置を示した回路ブロック図Circuit block diagram showing a conventional switching power supply device having a reverse current suppression function 安定型コンバータと非安定型コンバータで構成した従来のスイッチング電源装置を示した回路ブロック図A circuit block diagram showing a conventional switching power supply composed of a stable converter and an unstable converter

［スイッチング電源装置の基本構成］
図１はスイッチング電源装置の基本構成を示したブロック図である。図１に示すように、本実施形態のスイッチング電源装置は、入力側電源回路１０、スイッチング回路１２、同期整流回路１４及び制御回路部２０により構成され、制御回路部２０には同期整流素子制御回路６０、電流検出回路６２及び電流方向判定回路６４を設けている。 [Basic configuration of switching power supply]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a switching power supply apparatus. As shown in FIG. 1, the switching power supply according to the present embodiment includes an input-side power supply circuit 10, a switching circuit 12, a synchronous rectifier circuit 14, and a control circuit unit 20, and the control circuit unit 20 includes a synchronous rectifier element control circuit. 60, a current detection circuit 62 and a current direction determination circuit 64 are provided.

入力側電源回路１０は所定の直流電圧Ｖ１を供給する。スイッチング回路１２は、入力側電源回路１０から供給された入力電圧Ｖ１から断続電圧を生成する。同期整流回路１４は、同期整流素子を備えており、スイッチング回路１２から供給された断続電圧を同期整流することで、出力側の負荷１６に直流電圧を供給する。 The input side power supply circuit 10 supplies a predetermined DC voltage V1. The switching circuit 12 generates an intermittent voltage from the input voltage V <b> 1 supplied from the input side power supply circuit 10. The synchronous rectification circuit 14 includes a synchronous rectification element, and supplies a DC voltage to the load 16 on the output side by synchronously rectifying the intermittent voltage supplied from the switching circuit 12.

同期整流素子制御回路６０は、同期整流回路１４内の同期整流素子のオンオフを制御する。電流検出回路６２は、スイッチング電源装置内を流れる電流を検出して電流情報Ｅｉを電流方向判定回路６４に出力する。 The synchronous rectification element control circuit 60 controls on / off of the synchronous rectification element in the synchronous rectification circuit 14. The current detection circuit 62 detects a current flowing through the switching power supply device and outputs current information Ei to the current direction determination circuit 64.

電流方向判定回路６４は、電流検出回路６２からの電流情報Ｅｉに基づき、同期整流素子制御回路６０に対して同期整流動作許可信号Ｅ１を出力する。 The current direction determination circuit 64 outputs a synchronous rectification operation permission signal E1 to the synchronous rectification element control circuit 60 based on the current information Ei from the current detection circuit 62.

即ち、電流方向判定回路６４は、電流検出回路６２からの電流情報Ｅｉに基づき、スイッチング回路１２の入力側から出力側に電流が流れたことを判定した場合に、同期整流素子制御回路６０に同期整流動作許可信号Ｅ１を出力し、同期整流回路１４の同期整流動作を開始させる。 That is, the current direction determination circuit 64 synchronizes with the synchronous rectifier element control circuit 60 when it is determined that a current flows from the input side to the output side of the switching circuit 12 based on the current information Ei from the current detection circuit 62. The rectification operation permission signal E1 is output, and the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit 14 is started.

このため、スイッチング電源装置に外部電圧が印加された状態、もしくは、同期整流回路１４の出力側のコンデンサに電荷が残留した状態で、スイッチング電源装置を起動させた場合、スイッチング回路１２からの入力側電圧が同期整流回路１４側となる出力側電圧を超えるまでは、スイッチング回路１２の入力側から出力側に電流が流れず、これにより電流方向判定回路６４は同期整流素子制御回路６０に対する同期整流動作許可信号Ｅ１の出力を禁止して同期整流回路１４の同期整流動作を停止しており、同期整流動作の停止によりスイッチング回路１２の出力側から入力側に逆流電流が流れることを阻止している。 For this reason, when the switching power supply device is started in a state where an external voltage is applied to the switching power supply device or a charge remains in the capacitor on the output side of the synchronous rectifier circuit 14, the input side from the switching circuit 12 The current does not flow from the input side to the output side of the switching circuit 12 until the voltage exceeds the output side voltage on the side of the synchronous rectifier circuit 14, whereby the current direction determination circuit 64 performs the synchronous rectification operation on the synchronous rectifier element control circuit 60. The output of the permission signal E1 is prohibited and the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit 14 is stopped, and the backflow current is prevented from flowing from the output side of the switching circuit 12 to the input side due to the stop of the synchronous rectification operation.

スイッチング電源装置の起動により入力側電源回路１０から供給する電圧がソフトスタート動作等により上昇し、スイッチング回路１２の入力側から出力側に電流が流れ始めると、これを電流方向判定回路６４が判定して同期整流素子制御回路６０に同期整流動作許可信号Ｅ１を出力し、同期整流回路１４の同期整流動作を開始させる。 When the switching power supply device is activated, the voltage supplied from the input side power supply circuit 10 is increased by a soft start operation or the like, and when current starts to flow from the input side to the output side of the switching circuit 12, the current direction determination circuit 64 determines this. Then, the synchronous rectification operation control signal 60 is output to the synchronous rectification element control circuit 60, and the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit 14 is started.

このためスイッチング回路１２の入力側から出力側に電流が流れ始めないと、同期整流回路１４の同期整流動作が開始されないため、スイッチング電源装置に外部電圧が印加された状態、もしくは、同期整流回路１４の出力側のコンデンサに電荷が残留した状態で、スイッチング電源装置を起動させても、出力側から入力側に向かって逆流電流が流れる現象が発生することが無く、半導体素子に大きなストレスを与えることを防止できる。 For this reason, if the current does not start to flow from the input side to the output side of the switching circuit 12, the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit 14 is not started, so that an external voltage is applied to the switching power supply device or the synchronous rectification circuit 14 Even if the switching power supply is started with the charge remaining in the output capacitor, no reverse current flows from the output side to the input side, causing a large stress on the semiconductor element. Can be prevented.

［スイッチング電源装置の具体的な実施形態］
図２はスイッチング電源装置の具体的な実施形態を示した回路ブロック図、図３は図２の実施形態における各部の信号波形を示したタイムチャートである。 [Specific Embodiment of Switching Power Supply Device]
FIG. 2 is a circuit block diagram showing a specific embodiment of the switching power supply apparatus, and FIG. 3 is a time chart showing signal waveforms of respective parts in the embodiment of FIG.

本実施形態は、安定型コンバータと非安定型コンバータを組み合わせたスイッチング電源装置であり、入力側電源回路１０、スイッチング回路１２、同期整流回路１４及び制御回路部２０で構成され、制御回路部２０には、フィードバック制御回路５０、安定型コンバータスイッチング素子制御回路５２、ソフトスタート回路５６、非安定型コンバータスイッチング素子制御回路５８、電流検出回路６２、電流方向判定回路６４及び同期整流素子制御回路６０を設けている。ここで、入力側電源回路１０は安定型コンバータで構成し、スイッチング回路１２と同期整流回路１４は非安定型コンバータで構成している。 The present embodiment is a switching power supply device that combines a stable converter and an unstable converter, and includes an input-side power supply circuit 10, a switching circuit 12, a synchronous rectifier circuit 14, and a control circuit unit 20. Includes a feedback control circuit 50, a stable converter switching element control circuit 52, a soft start circuit 56, an unstable converter switching element control circuit 58, a current detection circuit 62, a current direction determination circuit 64, and a synchronous rectification element control circuit 60. ing. Here, the input side power supply circuit 10 is configured by a stable converter, and the switching circuit 12 and the synchronous rectifier circuit 14 are configured by an unstable converter.

（入力側電源回路）
入力側電源回路１０は、入力電源２２と安定型コンバータである降圧チョッパーで構成される。降圧チョッパーは、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いたスイッチング素子２４のドレイン側を入力電源２２のプラス側に接続し、スイッチング素子２４のソース側にインダクタンス２８の一端とダイオードを用いた整流素子２６のカソード側を接続している。インダクタンス２８の他端は出力コンデンサ３０の一端に接続され、出力コンデンサ３０の他端と整流素子２６のアノード側が入力電源２２のマイナス側に接続される。 (Input-side power circuit)
The input-side power supply circuit 10 includes an input power supply 22 and a step-down chopper that is a stable converter. The step-down chopper connects the drain side of the switching element 24 using the MOS-FET to the positive side of the input power source 22, and connects the one end of the inductance 28 and the cathode side of the rectifying element 26 using the diode to the source side of the switching element 24. Connected. The other end of the inductance 28 is connected to one end of the output capacitor 30, and the other end of the output capacitor 30 and the anode side of the rectifying element 26 are connected to the minus side of the input power supply 22.

スイッチング素子２４は、安定型コンバータスイッチング素子制御回路５２およびフィードバック制御回路５０によって制御されることで、安定化された所定の電圧Ｖ１を出力する。 The switching element 24 is controlled by the stable converter switching element control circuit 52 and the feedback control circuit 50 to output a predetermined voltage V1 that is stabilized.

（安定型コンバータスイッチング素子制御回路）
安定型コンバータスイッチング素子制御回路５２は、ＰＷＭコンパレータ７４と三角波発生回路７６を持ち、ＰＷＭコンパレータ７４には、三角波発生回路７６から出力された三角波信号電圧Ｖｔｒｉとフィードバック制御回路５０から出力されたデューティ制御信号電圧ＶＦＢが入力される。 (Stable converter switching element control circuit)
The stable converter switching element control circuit 52 includes a PWM comparator 74 and a triangular wave generation circuit 76. The PWM comparator 74 includes a triangular wave signal voltage Vtri output from the triangular wave generation circuit 76 and a duty control output from the feedback control circuit 50. A signal voltage VFB is input.

ＰＷＭコンパレータ７４は、三角波信号電圧Ｖｔｒｉがデューティ制御信号電圧ＶＦＢよりも小さい場合はスイッチング素子２４をオンにし、三角波信号電圧Ｖｔｒｉがデューティ制御信号電圧ＶＦＢよりも大きい場合はスイッチング素子２４をオフにする制御を行う。これにより、デューティ制御信号電圧ＶＦＢが大きいときはスイッチング素子２４のデューティが広くなり、デューティ制御信号電圧ＶＦＢが小さいときは、スイッチング素子２４のデューティが狭くなる。 The PWM comparator 74 turns on the switching element 24 when the triangular wave signal voltage Vtri is smaller than the duty control signal voltage VFB, and turns off the switching element 24 when the triangular wave signal voltage Vtri is larger than the duty control signal voltage VFB. I do. Thereby, when the duty control signal voltage VFB is large, the duty of the switching element 24 is widened, and when the duty control signal voltage VFB is small, the duty of the switching element 24 is narrowed.

入力電源２２から供給された電圧Ｖｉｎは、スイッチング素子２４で断続電圧に変換され、この断続電圧はインダクタンス２８と出力コンデンサ３０で整流平滑されることで電圧Ｖ１に変換される。ここで、スイッチング素子２４のオンデューティをｄｕｔｙとすると、
Ｖ１=Ｖｉｎ・ｄｕｔｙ
の関係を持つ。 The voltage Vin supplied from the input power supply 22 is converted into an intermittent voltage by the switching element 24, and this intermittent voltage is rectified and smoothed by the inductance 28 and the output capacitor 30 to be converted into the voltage V1. Here, if the on-duty of the switching element 24 is duty,
V1 = Vin · duty
Have a relationship.

（フィードバック制御回路）
フィードバック制御回路５０は、誤差アンプ７０と基準電圧源７２を持ち、誤差アンプ７０には基準電圧Ｖｒｅｆと抵抗６６，６８で分圧されたスイッチング電源装置の出力比例電圧Ｖｏ１が入力される。 (Feedback control circuit)
The feedback control circuit 50 includes an error amplifier 70 and a reference voltage source 72. The error amplifier 70 is supplied with the reference voltage Vref and the output proportional voltage Vo1 of the switching power supply device divided by the resistors 66 and 68.

誤差アンプ７０は、出力比例電圧Ｖｏ１が基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいとデューティ制御信号電圧ＶＦＢが小さくなるように制御し、出力比例電圧Ｖｏ１が基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さいとデューティ制御信号電圧ＶＦＢが大きくなるように制御することで、このデューティ制御信号電圧ＶＦＢを安定型コンバータスイッチング素子制御回路６２に出力してスイッチング素子２４をオンオフ制御させることで、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏを所定の電圧に制御する。 The error amplifier 70 controls the duty control signal voltage VFB to be small when the output proportional voltage Vo1 is larger than the reference voltage Vref, and the duty control signal voltage VFB is large when the output proportional voltage Vo1 is smaller than the reference voltage Vref. By controlling so that the duty control signal voltage VFB is output to the stable converter switching element control circuit 62 and the switching element 24 is controlled to be turned on / off, the output voltage Vo of the switching power supply device is controlled to a predetermined voltage. .

（ソフトスタート回路）
ソフトスタート回路５６は、ＰＮＰトランジスタ７８、ＮＰＮトランジスタ８０、抵抗８２及びコンデンサ８４で構成しており、スイッチング電源装置の停止状態では起動信号Ｅ０がＨレベルにあり、ＮＰＮトランジスタ８０をオンすることによりコンデンサ８４を放電リセットしている。スイッチング電源装置を起動すると起動信号Ｅ０がＬレベルとなってＮＰＮトランジスタ８０がオフし、抵抗８２を介してコンデンサ８４の充電が開始され、コンデンサ８４の電圧が所定の時定数で上昇する。 (Soft start circuit)
The soft start circuit 56 includes a PNP transistor 78, an NPN transistor 80, a resistor 82, and a capacitor 84. When the switching power supply is stopped, the start signal E0 is at an H level, and the NPN transistor 80 is turned on to turn on the capacitor. 84 is discharged and reset. When the switching power supply is activated, the activation signal E0 becomes L level, the NPN transistor 80 is turned off, charging of the capacitor 84 is started via the resistor 82, and the voltage of the capacitor 84 rises with a predetermined time constant.

ＰＮＰトランジスタ７８はエミッターフォロワーであり、フィードバック制御回路５０から出力されたデューティ制御信号電圧ＶＦＢを
（コンデンサ８４の電圧）＋（ＰＮＰトランジスタ７８のベースエミッタ間電圧）
でクランプする。コンデンサ８４が抵抗８２から供給される電流で充電されることで、コンデンサ８４の電圧が徐々に上昇するため、クランプされているデューティ制御信号電圧ＶＦＢが徐々に上昇する。 The PNP transistor 78 is an emitter follower, and the duty control signal voltage VFB output from the feedback control circuit 50 is (voltage of the capacitor 84) + (base-emitter voltage of the PNP transistor 78).
Clamp with Since the capacitor 84 is charged with the current supplied from the resistor 82, the voltage of the capacitor 84 gradually increases, so that the clamped duty control signal voltage VFB gradually increases.

このデューティ制御信号電圧ＶＦＢが徐々に上昇する動作により、安定型コンバータスイッチング素子制御回路５２がスイッチング素子２４のデューティを徐々に広げる動作を行うことが可能となり、ソフトスタート動作を行うことができる。 With the operation of gradually increasing the duty control signal voltage VFB, the stable converter switching element control circuit 52 can perform an operation of gradually increasing the duty of the switching element 24, and a soft start operation can be performed.

（スイッチング回路と非安定型コンバータスイッチング素子制御回路）
スイッチング回路１２は、スイッチング素子３１〜３４をフルブリッジ接続したフルブリッジコンバータで構成された非安定型コンバータである。非安定型コンバータスイッチング素子制御回路５８は、非安定型コンバータのスイッチング素子３１，３４の組み合わせとスイッチング素子３２，３３の組み合わせを約５０％のデューティで相補的にオンオフすることで、入力側電源回路１０から入力された電圧Ｖ１を断続電圧に変換し、断続電圧をトランス３６に入力することで電圧変換を行う。 (Switching circuit and non-stable converter switching element control circuit)
The switching circuit 12 is an unstable converter configured by a full bridge converter in which the switching elements 31 to 34 are connected by a full bridge. The astable converter switching element control circuit 58 complementarily turns on and off the combination of the switching elements 31 and 34 and the combination of the switching elements 32 and 33 of the astable converter with a duty of about 50%, thereby providing an input side power supply circuit. The voltage V1 input from 10 is converted to an intermittent voltage, and the intermittent voltage is input to the transformer 36 for voltage conversion.

入力側電源回路１０より出力された電圧Ｖ１はトランス３６の一次巻線３８の巻数Ｎ１と二次巻線４０，４２の巻数Ｎ２の巻数比（Ｎ１：Ｎ２）で変換された電圧となる。 The voltage V1 output from the input side power supply circuit 10 is a voltage converted at a turn ratio (N1: N2) of the number of turns N1 of the primary winding 38 of the transformer 36 and the number of turns N2 of the secondary windings 40 and 42.

（同期整流回路と同期整流素子制御回路）
同期整流回路１４は、トランス３６の二次巻線４０，４２から出力された電圧をＭＯＳ−ＦＥＴを用いた同期整流素子４４，４６により整流し、平滑コンデンサ４８により平滑する回路であり、電圧Ｖｏを出力する。ここで、出力電圧Ｖｏと入力電圧Ｖ１は、
Ｖｏ＝（Ｎ２／Ｎ１）・Ｖ１
の関係を持つ。 (Synchronous rectifier circuit and synchronous rectifier control circuit)
The synchronous rectifier circuit 14 rectifies the voltage output from the secondary windings 40 and 42 of the transformer 36 by the synchronous rectifier elements 44 and 46 using MOS-FETs, and smoothes the voltage by the smoothing capacitor 48. The voltage Vo Is output. Here, the output voltage Vo and the input voltage V1 are
Vo = (N2 / N1) · V1
Have a relationship.

同期整流素子制御回路６０は、スイッチング回路１２のスイッチング素子３１〜３４の組み合わせと同期整流素子４４，４６を相補的にオンオフする。スイッチング素３１，３４の組み合わせがオンするときには、同期整流素子４６がオンする。スイッチング素子３２，３３の組み合わせがオンするときには、同期整流素子４４がオンする。 The synchronous rectifier control circuit 60 turns on and off the combination of the switching elements 31 to 34 of the switching circuit 12 and the synchronous rectifiers 44 and 46 in a complementary manner. When the combination of the switching elements 31 and 34 is turned on, the synchronous rectifier 46 is turned on. When the combination of the switching elements 32 and 33 is turned on, the synchronous rectifying element 44 is turned on.

（電流検出回路）
電流検出回路６２は、スイッチング回路１２に流れる電流を検出する回路であり、電流情報Ｅｉを電流方向判定回路６４へ出力する。本実施形態では、入力側電源回路１０とスイッチング回路１２の間のマイナス側ラインに低抵抗の電流検出抵抗６２ａを挿入接続し、スイッチング回路１２の入力側の電流を検出することで、低損失でスイッチング回路１２に流れる電流を検出する。 (Current detection circuit)
The current detection circuit 62 is a circuit that detects a current flowing through the switching circuit 12 and outputs current information Ei to the current direction determination circuit 64. In the present embodiment, a low-resistance current detection resistor 62a is inserted and connected to the negative line between the input-side power supply circuit 10 and the switching circuit 12, and the current on the input side of the switching circuit 12 is detected. The current flowing through the switching circuit 12 is detected.

（電流方向判定回路）
電流方向判定回路６４は、例えばオペアンプ９０であり、電流検出回路６２からの電流情報Ｅｉに基づき、スイッチング回路１２の入力側から出力側に電流が流れていないことを判定した場合、即ちスイッチング回路１２に電流が流れていないか、或いはスイッチング回路１２の出力側から入力側に逆流電流が流れて電流検出抵抗６２ａの両端電圧が零ボルト又はプラス電圧の場合は、オペアンプ９０の出力がＬレベルとなり、同期整流素子制御回路６０に対する同期整流動作許可信号Ｅ１の出力を禁止し、同期整流回路１４の同期整流動作を停止させる。 (Current direction judgment circuit)
The current direction determination circuit 64 is, for example, an operational amplifier 90. When it is determined that no current flows from the input side to the output side of the switching circuit 12 based on the current information Ei from the current detection circuit 62, that is, the switching circuit 12 Is not flowing, or a reverse current flows from the output side of the switching circuit 12 to the input side and the voltage across the current detection resistor 62a is zero volts or a positive voltage, the output of the operational amplifier 90 becomes L level, The output of the synchronous rectification operation permission signal E1 to the synchronous rectification element control circuit 60 is prohibited, and the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit 14 is stopped.

また、電流方向判定回路６４は、電流検出回路６２からの電流情報Ｅｉに基づき、スイッチング回路１２の入力側から出力側に電流が流れたことを判定した場合、即ち電流検出抵抗６２ａの両端電圧がマイナス電圧の場合は、オペアンプ９０の出力がＨレベルとなり、同期整流素子制御回路６０に対して同期整流動作許可信号Ｅ１を出力し、同期整流回路１４の同期整流動作を開始させる。 The current direction determination circuit 64 determines that a current has flowed from the input side to the output side of the switching circuit 12 based on the current information Ei from the current detection circuit 62, that is, the voltage across the current detection resistor 62a is In the case of a negative voltage, the output of the operational amplifier 90 becomes H level, the synchronous rectification operation permission signal E1 is output to the synchronous rectification element control circuit 60, and the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit 14 is started.

なお、電流方向判定回路６４はオペアンプ９０を使用した場合を例にとっているが、コンパレータを使用しても良い。 Note that the current direction determination circuit 64 uses an operational amplifier 90 as an example, but a comparator may be used.

［スイッチング電源装置の起動動作］
次に、図２に示したスイッチング電源装置の出力側に電圧Ｖ２を印可して、スイッチング電源装置を起動した際の動作を図３のタイムチャートに示す期間Ａ〜Ｄに分けて説明する。 [Starting operation of switching power supply unit]
Next, the operation when the voltage V2 is applied to the output side of the switching power supply device shown in FIG. 2 and the switching power supply device is started will be described by dividing it into periods A to D shown in the time chart of FIG.

ここで、出力側に印加する電圧Ｖ２は、スイッチング電源装置の定常時の出力電圧よりも低い電圧であるものとする。また、図３（Ａ）は起動信号Ｅ０を示し、図３（Ｂ）はスイッチング回路１２の入力側電圧を示し、図３（Ｃ）はＰＷＭコンパレータ７４の入力を示し、図３（Ｄ）はスイッチング素子２４のゲートソース間電圧ＶＧＳを示し、図３（Ｅ）はスイッチング素子３１およびスイッチング素子３４のゲートソース間電圧ＶＧＳを示し、図３（Ｆ）はスイッチング素子３２およびスイッチング素子３３のゲートソース間電圧ＶＧＳを示し、図３（Ｇ）は同期整流動作許可信号Ｅ１を示し、図３（Ｈ）は同期整流素子４４のゲートソース間電圧ＶＧＳを示し、図３（Ｉ）は同期整流素子４６のゲートソース間電圧を示す。 Here, it is assumed that the voltage V2 applied to the output side is a voltage lower than the output voltage in a steady state of the switching power supply device. 3A shows the activation signal E0, FIG. 3B shows the input side voltage of the switching circuit 12, FIG. 3C shows the input of the PWM comparator 74, and FIG. The gate-source voltage VGS of the switching element 24 is shown, FIG. 3E shows the gate-source voltage VGS of the switching element 31 and the switching element 34, and FIG. 3F is the gate source of the switching element 32 and the switching element 33. 3 (G) shows the synchronous rectification operation permission signal E1, FIG. 3 (H) shows the gate-source voltage VGS of the synchronous rectifier element 44, and FIG. 3 (I) shows the synchronous rectifier element 46. The gate-source voltage is shown.

（期間Ａ）
図３の期間Ａは、スイッチング電源装置が起動する前の状態であり、スイッチング電源装置の出力側に、電圧Ｖ２が印可されている状態となっている。 (Period A)
A period A in FIG. 3 is a state before the switching power supply device is activated, and a voltage V2 is applied to the output side of the switching power supply device.

また、期間Ａでは、スイッチング素子２４がオフしており、起動信号Ｅ０はＨレベルでソフトスタート回路５６のＮＰＮトランジスタ８０のオンによりコンデンサ８４が放電された状態となっている。 In the period A, the switching element 24 is off, the activation signal E0 is at the H level, and the capacitor 84 is discharged by turning on the NPN transistor 80 of the soft start circuit 56.

このとき、スイッチング電源装置の出力比例電圧Ｖｏ１が基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さいため、フィードバック制御回路５０は、デューティ制御信号電圧ＶＦＢを大きくするように制御しようとする。 At this time, since the output proportional voltage Vo1 of the switching power supply device is smaller than the reference voltage Vref, the feedback control circuit 50 tries to control to increase the duty control signal voltage VFB.

しかし、ソフトスタート回路５６によりデューティ制御信号電圧ＶＦＢは、
（コンデンサ８４の電圧）＋（ＰＮＰトランジスタ７８のベースエミッタ間電圧）
でクランプされている。以降、説明をわかりやすくするため、ＰＮＰトランジスタ７８のベースエミッタ間電圧を零ボルトとして考えることとすると、コンデンサ８４はＮＰＮトランジスタ８０のオンにより放電されて零ボルトとなっているため、デューティ制御信号電圧ＶＦＢも零ボルトにクランプされている。 However, the duty control signal voltage VFB is
(Voltage of capacitor 84) + (Base-emitter voltage of PNP transistor 78)
It is clamped with. Hereinafter, for the sake of easy understanding, assuming that the base-emitter voltage of the PNP transistor 78 is zero volts, the capacitor 84 is discharged by turning on the NPN transistor 80 and becomes zero volts. VFB is also clamped to zero volts.

また、期間Ａでは、スイッチング回路１２のスイッチング素子３１〜３４がスイッチング動作を開始している。しかし、期間Ａは、スイッチング回路１２の入力側から出力側に電流が流れていないため、電流方向判定回路６４からの同期整流動作許可信号Ｅ１はＬレベルにあり、同期整流回路１４の同期整流動作を停止した状態となっている。このため、スイッチング電源装置の出力側に電圧Ｖ２が印加されていても、スイッチング電源装置に逆流電流が流れることが無い。 Moreover, in the period A, the switching elements 31 to 34 of the switching circuit 12 start the switching operation. However, since no current flows from the input side to the output side of the switching circuit 12 during the period A, the synchronous rectification operation permission signal E1 from the current direction determination circuit 64 is at the L level, and the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit 14 Is in a stopped state. For this reason, even if the voltage V2 is applied to the output side of the switching power supply device, no backflow current flows through the switching power supply device.

（期間Ｂ）
期間Ｂは、スイッチング電源装置の起動によるソフトスタート動作で出力電圧Ｖｏが外部から印加された電圧Ｖ２よりも低い期間となる。 (Period B)
The period B is a period in which the output voltage Vo is lower than the voltage V2 applied from the outside in the soft start operation by starting the switching power supply device.

まず、スイッチング電源装置を起動させるために、期間Ｂの最初となる時刻ｔ１で図３（Ａ）に示すように、起動信号Ｅ０をＬレベルとしてＮＰＮトランジスタ８０をオフする。ＮＰＮトランジスタ８０をオフすると、抵抗８２を介したコンデンサ８４の充電が開始され、コンデンサ８４の電圧が徐々に上昇する。コンデンサ８４の電圧上昇に合せてクランプされているデューティ制御信号電圧ＶＦＢも、図３（Ｃ）に示すように、徐々に上昇する。 First, in order to start up the switching power supply device, the start signal E0 is set to L level and the NPN transistor 80 is turned off as shown in FIG. When the NPN transistor 80 is turned off, charging of the capacitor 84 via the resistor 82 is started, and the voltage of the capacitor 84 gradually increases. The duty control signal voltage VFB clamped in accordance with the voltage increase of the capacitor 84 also gradually increases as shown in FIG.

ＰＷＭコンパレータ７４は、図３（Ｃ）に示すように、デューティ制御信号電圧ＶＦＢが三角波電圧Ｖｔｒｉよりも高いときに、図３（Ｄ）に示すように、スイッチング素子２４をオンさせる動作を行う。デューティ制御信号電圧ＶＦＢが徐々に上昇するため、スイッチング素子２４のオンパルス幅が徐々に広がる。スイッチング素子２４のオンパルスが広くなると入力側電源回路１０の出力電圧Ｖ１が上昇する。 As shown in FIG. 3C, the PWM comparator 74 performs an operation of turning on the switching element 24 as shown in FIG. 3D when the duty control signal voltage VFB is higher than the triangular wave voltage Vtri. Since the duty control signal voltage VFB gradually increases, the on-pulse width of the switching element 24 gradually increases. When the ON pulse of the switching element 24 becomes wider, the output voltage V1 of the input side power supply circuit 10 increases.

スイッチング回路１２は、図３（Ｅ）（Ｆ）に示すように、スイッチング素子３１，３４の組み合わせとスイッチング素子３２，３３の組み合わせがデューティ約５０％で相補的にオンオフを繰り返しているため、スイッチング回路１２の入力側電圧と同期整流回路１４の出力側電圧は、トランス３６の一次巻線３８の巻数Ｎ１と二次巻線４０，４２の巻数Ｎ２に比例した関係を持つことになる。 As shown in FIGS. 3E and 3F, the switching circuit 12 is switched on and off in a complementary manner with the combination of the switching elements 31 and 34 and the combination of the switching elements 32 and 33 having a duty of about 50%. The input side voltage of the circuit 12 and the output side voltage of the synchronous rectifier circuit 14 have a relationship proportional to the number of turns N1 of the primary winding 38 of the transformer 36 and the number of turns N2 of the secondary windings 40 and 42.

同期整流回路１４の出力側に電圧Ｖ２を印加すると、スイッチング回路１２の入力側には、電圧｛Ｖ２×（Ｎ１/Ｎ２）｝が印加される状態となるはずであるが、期間Ｂは、同期整流回路１４の同期整流動作が停止して同期整流素子４４，４６がオンしないため、スイッチング回路１２の入力側に電圧｛Ｖ２×（Ｎ１／Ｎ２）｝が印加されることはない。 When the voltage V2 is applied to the output side of the synchronous rectifier circuit 14, the voltage {V2 × (N1 / N2)} should be applied to the input side of the switching circuit 12, but the period B is synchronized. Since the synchronous rectification operation of the rectifier circuit 14 is stopped and the synchronous rectifier elements 44 and 46 are not turned on, the voltage {V2 × (N1 / N2)} is not applied to the input side of the switching circuit 12.

ただし、ＭＯＳ−ＦＥＴ等を用いた同期整流素子４４，４６は、ソース・ドレイン間に寄生ダイオードが存在しているため、同期整流素子４４，４６がオフの状態では、同期整流回路１４は寄生ダイオードを整流素子とした整流回路を構成している状態となり、スイッチング回路１２の入力側が電圧｛Ｖ２×（Ｎ１／Ｎ２）｝以上になれば、スイッチング回路１２の入力側から同期整流回路１４の出力側に電流を流すことができるため、スイッチング回路１２の入力側に電圧｛Ｖ２×（Ｎ１／Ｎ２）｝が印加されているのと等価な状態と考えることができる。 However, since the synchronous rectification elements 44 and 46 using MOS-FET or the like have a parasitic diode between the source and the drain, the synchronous rectification circuit 14 is a parasitic diode when the synchronous rectification elements 44 and 46 are off. When the input side of the switching circuit 12 becomes equal to or higher than the voltage {V2 × (N1 / N2)}, the output side of the synchronous rectifier circuit 14 is output from the input side of the switching circuit 12. Therefore, it can be considered that the current is equivalent to the case where the voltage {V2 × (N1 / N2)} is applied to the input side of the switching circuit 12.

図３（Ｂ）の期間Ｂでは、入力側電源回路１０の出力電圧Ｖ１がスイッチング回路１２の入力側に加わる電圧｛Ｖ２×（Ｎ１／Ｎ２）｝よりも小さい状態であるので、スイッチング回路１２の入力側から出力側に向かって電流が流れることができない。 In the period B of FIG. 3B, the output voltage V1 of the input-side power supply circuit 10 is in a state smaller than the voltage {V2 × (N1 / N2)} applied to the input side of the switching circuit 12. Current cannot flow from the input side to the output side.

従って、電流検出回路６２からの電流情報Ｅｉに基づき電流方向判定回路６４はスイッチング回路１２の入力側から出力側に電流が流れていないと判定し、同期整流動作許可信号Ｅ１をＬレベルとして出力を禁止し、同期整流素子制御回路６０による同期整流素子４４，４６の同期整流動作を停止した状態となっている。 Therefore, based on the current information Ei from the current detection circuit 62, the current direction determination circuit 64 determines that no current is flowing from the input side to the output side of the switching circuit 12, and outputs the synchronous rectification operation permission signal E1 at the L level. The synchronous rectifying operation of the synchronous rectifying elements 44 and 46 by the synchronous rectifying element control circuit 60 is stopped.

このようにスイッチング電源装置は、スイッチング回路１２の入力側から出力側へ電流が流れないソフトスタートによる起動動作の初期の期間Ｂは、同期整流回路１４の同期整流動作が停止された状態となっているため、スイッチング電源装置の出力側に電圧Ｖ２が印加されていても逆流電流が流れることが無い。 Thus, in the switching power supply device, the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit 14 is stopped during the initial period B of the start-up operation by the soft start in which no current flows from the input side to the output side of the switching circuit 12. Therefore, no backflow current flows even when the voltage V2 is applied to the output side of the switching power supply device.

（期間Ｃ）
期間Ｃは、スイッチング電源装置のソフトスタート動作により出力電圧Ｖｏが外部から印加された電圧Ｖ２よりも高くなる期間である。 (Period C)
The period C is a period in which the output voltage Vo becomes higher than the voltage V2 applied from the outside by the soft start operation of the switching power supply device.

期間Ｃの始まりとなる時刻ｔ２では、ソフトスタート動作により上昇している入力側電源回路１０の出力電圧Ｖ１がスイッチング回路１２の入力側電圧｛Ｖ２×（Ｎ１／Ｎ２）｝よりも大きくなる。このように入力側電源回路１０の出力電圧Ｖ１がスイッチング回路１２の入力側電圧｛Ｖ２×（Ｎ１／Ｎ２）｝よりも大きくなるのは、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏが外部印加された電圧Ｖ２よりも高くなった時であるため、スイッチング回路１２の入力側から出力側に向かって電流が流れる。 At time t2 when the period C starts, the output voltage V1 of the input side power supply circuit 10 rising due to the soft start operation becomes larger than the input side voltage {V2 × (N1 / N2)} of the switching circuit 12. Thus, the output voltage V1 of the input side power supply circuit 10 becomes larger than the input side voltage {V2 × (N1 / N2)} of the switching circuit 12 because the output voltage Vo of the switching power supply device is applied to the voltage V2 applied externally. Therefore, a current flows from the input side to the output side of the switching circuit 12.

電流方向判定回路６４は、電流検出回路６２からの電流情報Ｅｉに基づき、スイッチング回路１２の入力側から出力側に向かって電流が流れたことを判定すると、同期整流動作許可信号Ｅ１をＨレベルとして出力し、同期整流素子制御回路６０が動作して同期整流回路１４の同期整流素子４４，４６の同期整流動作が開始される。 When the current direction determination circuit 64 determines that a current flows from the input side to the output side of the switching circuit 12 based on the current information Ei from the current detection circuit 62, the synchronous rectification operation permission signal E1 is set to the H level. The synchronous rectification element control circuit 60 operates and the synchronous rectification operation of the synchronous rectification elements 44 and 46 of the synchronous rectification circuit 14 is started.

このような同期整流回路１４の同期整流動作は、スイッチング回路１２の入力側から出力側に向かって電流が流れ出した直後の電流が小さいときに開始される。 Such synchronous rectification operation of the synchronous rectifier circuit 14 is started when the current immediately after the current flows out from the input side to the output side of the switching circuit 12 is small.

ここで、同期整流素子４４，４６にＭＯＳ−ＦＥＴ等の寄生ダイオードを備えた素子を使用している場合、スイッチング回路１２の入力側から出力側に向かって流れる電流が大きくなっても同期整流動作を開始していないと、同期整流素子４４，４６にサージ電圧が発生し、ノイズが増大し、また、同期整流素子４４，４６に過大なストレスを与え、最悪の場合は同期整流素子４４，４６が故障する等の不具合が発生する。 Here, when an element having a parasitic diode such as a MOS-FET is used for the synchronous rectification elements 44 and 46, the synchronous rectification operation is performed even if the current flowing from the input side to the output side of the switching circuit 12 increases. Otherwise, a surge voltage is generated in the synchronous rectifying elements 44 and 46, noise increases, excessive stress is applied to the synchronous rectifying elements 44 and 46, and in the worst case, the synchronous rectifying elements 44 and 46 Troubles such as failure.

更に、詳しく説明すると次のようになる。スイッチング回路１２の入力側から出力側に向かって電流が流れている時に、同期整流素子４４，４６が同期整流動作を停止していると、電流は同期整流素子４４，４６のソース・ドレイン間の寄生ダイオードを通過する。一般的なＭＯＳ−ＦＥＴの寄生ダイオードは、リカバリー特性が悪い。リカバリー動作は寄生ダイオードを流れる順方向の電流が大きいと顕著になる。 Further details are as follows. When the current flows from the input side to the output side of the switching circuit 12 and the synchronous rectification elements 44 and 46 stop the synchronous rectification operation, the current flows between the source and drain of the synchronous rectification elements 44 and 46. Pass through the parasitic diode. A general MOS-FET parasitic diode has poor recovery characteristics. The recovery operation becomes significant when the forward current flowing through the parasitic diode is large.

リカバリー特性の悪い寄生ダイオードに大きな順方向電流を流した後に、逆電圧を印加すると、大きなリカバリー電流（ダイオードの逆方向電流）が流れることになる。 When a reverse voltage is applied after applying a large forward current to a parasitic diode with poor recovery characteristics, a large recovery current (reverse current of the diode) flows.

従って、スイッチング素子３１，３４の組み合わせとスイッチング素子３２，３３の組み合わせのオンオフが入れ替わるタイミングで、同期整流素子４４，４６に逆電圧が印加されることになり、大きなリカバリー電流が流れる。リカバリー電流は、図示されていないが配線のインダクタンスやトランス３６の漏れインダクタンスに大きなエネルギーを蓄えることになり、リカバリー動作終了のタイミングで同期整流素子４４，４６に大きなサージ電圧を発生させることになる。 Therefore, a reverse voltage is applied to the synchronous rectifier elements 44 and 46 at the timing when the combination of the switching elements 31 and 34 and the combination of the switching elements 32 and 33 are switched, and a large recovery current flows. Although the recovery current is not shown, a large amount of energy is stored in the wiring inductance and the leakage inductance of the transformer 36, and a large surge voltage is generated in the synchronous rectifier elements 44 and 46 at the timing of the end of the recovery operation.

これに対し本実施形態のスイッチング電源装置では、スイッチング回路１２の入力側から出力側に向かって流れる初期のタイミングで、同期整流素子４４，４６の同期整流動作を開始させるため、同期整流動作を停止した状態で同期整流素子４４，４６の寄生ダイオードに対するリカバリー動作が発生せず、サージ電圧によるノイズの増大や半導体素子への電圧ストレスを引き起こすことを防止し、ノイズが小さく、故障の発生しない信頼性の高いスイッチング電源装置を作ることができる。 On the other hand, in the switching power supply device of the present embodiment, the synchronous rectification operation of the synchronous rectifier elements 44 and 46 is started at the initial timing that flows from the input side to the output side of the switching circuit 12, and the synchronous rectification operation is stopped. In such a state, the recovery operation for the parasitic diodes of the synchronous rectifier elements 44 and 46 does not occur, the increase of noise due to the surge voltage and the voltage stress to the semiconductor element are prevented, the noise is small, and the reliability that does not cause a failure High switching power supply device can be made.

（期間Ｄ）
期間Ｄは、スイッチング電源の出力電圧Ｖｏが出力電圧設定値となる定常動作の期間となる。期間Ｄの始まりとなる時刻ｔ３で、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏがフィードバック制御回路５０で決定される出力電圧設定値に達すると、出力電圧Ｖｏが一定になるようにフィードバック制御回路５０がデューティ制御信号電圧ＶＦＢを制御する。 (Period D)
The period D is a period of steady operation in which the output voltage Vo of the switching power supply becomes the output voltage set value. When the output voltage Vo of the switching power supply reaches the output voltage setting value determined by the feedback control circuit 50 at time t3 when the period D starts, the feedback control circuit 50 performs duty control so that the output voltage Vo becomes constant. The signal voltage VFB is controlled.

このときソフトスタート回路５６のコンデンサ８４の電圧はさらに上昇するが、ＰＮＰトランジスタ７８はエミッタ―フォロワ―で用いられているため、コンデンサ８４の電圧がデューティ制御信号電圧ＶＦＢを超えるとＰＮＰトランジスタ７８がオフとなり、デューティ制御信号電圧ＶＦＢがソフトスタート回路５６によりクランプされることが無くなり、スイッチング電源装置は定常動作している状態となる。 At this time, the voltage of the capacitor 84 of the soft start circuit 56 further increases. However, since the PNP transistor 78 is used as an emitter-follower, the PNP transistor 78 is turned off when the voltage of the capacitor 84 exceeds the duty control signal voltage VFB. Thus, the duty control signal voltage VFB is not clamped by the soft start circuit 56, and the switching power supply device is in a steady operation state.

［回生機能を備えたスイッチング電源装置］
図４は回生機能を可能とするスイッチング電源装置の具体的な実施形態を示した回路ブロック図である。 [Switching power supply with regenerative function]
FIG. 4 is a circuit block diagram showing a specific embodiment of the switching power supply device that enables the regeneration function.

本実施形態の同期整流素子制御回路６０は、電流方向判定回路６４からの同期整流動作許可信号Ｅ１の出力より同期整流回路６０の同期整流動作を開始させた場合、その後は、同期整流動作許可信号Ｅ１の如何にかかわらず、同期整流回路１４の同期整流素子４４，４６のオンオフによる同期整流動作を継続させるように制御することで、スイッチング電源装置に回生機能を付与することを可能としている。 When the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit 60 is started from the output of the synchronous rectification operation permission signal E1 from the current direction determination circuit 64, the synchronous rectification element control circuit 60 of the present embodiment thereafter Regardless of E1, by controlling so that the synchronous rectification elements 44 and 46 of the synchronous rectifier circuit 14 are turned on and off, the switching power supply device can be provided with a regeneration function.

このため本実施形態の同期整流素子制御回路６０は、制御部６０ａとラッチ機能６０で構成している。ラッチ機能６０は、電流方向判定回路６４が電流検出回路６２からの電流情報Ｅｉに基づき、スイッチング回路１２の入力側から出力側に向かって電流が流れたことを判定して、オペアンプ９０の出力がＬレベルからＨレベルとなった場合、オペアンプ９０のＨレベル出力をラッチ機能６０ｂでラッチして制御部６０ａに対する出力をＨレベルに維持する。 For this reason, the synchronous rectifying element control circuit 60 of the present embodiment includes a control unit 60 a and a latch function 60. The latch function 60 determines that the current has flowed from the input side to the output side of the switching circuit 12 based on the current information Ei from the current detection circuit 62, and the output of the operational amplifier 90 is When the L level changes to the H level, the H level output of the operational amplifier 90 is latched by the latch function 60b, and the output to the control unit 60a is maintained at the H level.

制御部６０ａは、ラッチ機能６０ｂの出力がＬレベルの場合、同期整流回路１４の同期整流素子４４，４６をオフにして同期整流動作を停止し、ラッチ機能６０ｂの出力がＨレベルの場合、スイッチング回路１２のスイッチング素子３１，３４の組み合わせのオンに同期して同期整流素子４４をオンし、スイッチング素子３２，３３の組み合わせのオンに同期して同期整流素子４６をオンすることで同期整流動作を行わせる。 When the output of the latch function 60b is at the L level, the control unit 60a turns off the synchronous rectification elements 44 and 46 of the synchronous rectifier circuit 14 and stops the synchronous rectification operation. When the output of the latch function 60b is at the H level, switching is performed. The synchronous rectification element 44 is turned on in synchronization with the combination of the switching elements 31 and 34 of the circuit 12 being turned on, and the synchronous rectification element 46 is turned on in synchronization with the combination of the switching elements 32 and 33 being turned on. Let it be done.

このため、スイッチング回路１２の入力側から出力側に電流が流れなくなっても、同期整流素子制御回路６０は同期整流回路１４の同期整流動作を継続し、スイッチング電源装置に回生機能を付与する。 For this reason, even if a current no longer flows from the input side to the output side of the switching circuit 12, the synchronous rectification element control circuit 60 continues the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit 14, and gives a regenerative function to the switching power supply device.

それ以外の構成及び動作は図２の実施形態と同じになることから、同じ符号を付して説明は省略している。 Since other configurations and operations are the same as those in the embodiment of FIG. 2, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

このような回生機能を備えたスイッチング電源装置は、例えばバッテリーの充放電試験装置等に利用できる。バッテリーの充放電試験では、スイッチング電源装置の出力側にバッテリーを接続する。バッテリーの電圧をＶ２とすると、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏがバッテリー電圧Ｖ２よりも高いと、バッテリーを充電する動作となる。 A switching power supply device having such a regeneration function can be used, for example, for a battery charge / discharge test device. In the battery charge / discharge test, a battery is connected to the output side of the switching power supply. Assuming that the voltage of the battery is V2, when the output voltage Vo of the switching power supply is higher than the battery voltage V2, the battery is charged.

放電試験のためスイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏを決める出力電圧設定値をバッテリー電圧Ｖ２よりも低くなるように設定して制御を行うと、スイッチング回路１２の出力側から入力側に逆流電流を流すことができる。逆流電流の大きさは、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏを決める出力電圧設定値を制御する。 When the control is performed by setting the output voltage setting value that determines the output voltage Vo of the switching power supply device to be lower than the battery voltage V2 for the discharge test, a reverse current flows from the output side of the switching circuit 12 to the input side. Can do. The magnitude of the reverse current controls the output voltage setting value that determines the output voltage Vo of the switching power supply device.

［本発明の変形例］
上記の実施形態のスイッチング回路１２は、フルブリッジコンバータを例にとっているが、ハーフブリッジコンバータ等を用いても良い。 [Modification of the present invention]
Although the switching circuit 12 of the above embodiment is a full bridge converter as an example, a half bridge converter or the like may be used.

また、本発明は、上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含む。また上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes appropriate modifications that do not impair the objects and advantages thereof. Further, the numerical values shown in the above embodiment are not limited.

１０：入力側電源回路
１２：スイッチング回路
１４：同期整流回路
１６：負荷
２０：制御回路部
２２：入力電源
２４，３１，３２，３３，３４：スイッチング素子
２６：整流素子
２８：インダクタンス
３０：出力コンデンサ
３６：トランス
４４，４６：同期整流素子
４８：平滑コンデンサ
５０：フィードバック制御回路
５２：安定型コンバータスイッチング素子制御回路
５６：ソフトスタート回路
５８：非安定型コンバータスイッチング素子制御回路
６０：同期整流素子制御回路
６０ａ：制御部
６０ｂ：ラッチ機能
６２：電流検出回路
６４：電流方向判定回路
７０：誤差アンプ
７２：基準電圧源
７４：ＰＷＭコンパレータ
７６：三角波発生回路
７８：ＰＮＰトランジスタ
８０：ＮＰＮトランジスタ
８２：抵抗
８４：コンデンサ
９０：反転アンプ 10: input side power supply circuit 12: switching circuit 14: synchronous rectifier circuit 16: load 20: control circuit unit 22: input power supply 24, 31, 32, 33, 34: switching element 26: rectifier element 28: inductance 30: output capacitor 36: Transformers 44, 46: Synchronous rectifier 48: Smoothing capacitor 50: Feedback control circuit 52: Stable converter switching element control circuit 56: Soft start circuit 58: Astable converter switching element control circuit 60: Synchronous rectifier element control circuit 60a: control unit 60b: latch function 62: current detection circuit 64: current direction determination circuit 70: error amplifier 72: reference voltage source 74: PWM comparator 76: triangular wave generation circuit 78: PNP transistor 80: NPN transistor 82: resistor 84: Capacitor 90: Inverted amplifier

Claims

An input-side power supply circuit that outputs a predetermined voltage;
A switching circuit that converts the voltage input from the input-side power supply circuit into an intermittent voltage and outputs it, and
A synchronous rectification circuit that outputs the intermittent voltage output from the switching circuit by synchronous rectification by a synchronous rectification element; and
A synchronous rectifier control circuit for controlling on / off of a synchronous rectifier provided in the synchronous rectifier;
In the switching power supply device provided with
A current detection circuit that detects current flowing in the switching circuit and outputs current information;
When it is determined that a current flows from the input side to the output side of the switching circuit based on the current information from the current detection circuit, a synchronous rectification operation permission signal is output to the synchronous rectification element control circuit, and A current direction determination circuit for starting the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit;
A switching power supply device comprising:

In the switching power supply device according to claim 1,
The synchronous rectification element of the synchronous rectification circuit is an element including a MOS-FET provided with a parasitic diode,
The input-side power circuit includes a soft start circuit that raises the output voltage from zero voltage according to a predetermined time constant when the device is started,
The current direction determination circuit determines the initial timing when current starts to flow from the input side to the output side of the switching circuit due to an increase in the output voltage of the input side power supply circuit by the soft start circuit, and permits the synchronous rectification operation. A switching power supply device that outputs a signal to start a synchronous rectification operation of the synchronous rectifier circuit.

In the switching power supply device according to claim 1,
The input-side power circuit includes a stable converter that stabilizes an output voltage to a predetermined voltage and outputs the voltage.
A switching power supply comprising the non-stable converter as the switching circuit.

2. The switching power supply device according to claim 1, wherein the synchronous rectification element control circuit starts the synchronous rectification operation of the synchronous rectification circuit in response to a synchronous rectification operation permission signal from the current direction determination circuit. 3. A switching power supply comprising a latch function for continuing the synchronous rectification operation of the synchronous rectifier circuit regardless of the operation permission signal.