JP2019013103A

JP2019013103A - Synchronous rectification type forward converter

Info

Publication number: JP2019013103A
Application number: JP2017129146A
Authority: JP
Inventors: 文仁伊澤; Fumihito Izawa; 松原　則幸; Noriyuki Matsubara; 則幸松原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2019-01-24

Abstract

To enhance fault tolerance to excess current of a synchronous rectification type forward converter to the excess current.SOLUTION: A control circuit 2 outputs a first control signal to a second semiconductor switch 42. The control circuit 2 outputs a second control signal to a third semiconductor switch 43. An isolator 6 receives at least one of the first and the second control signals, and transmits a third control signal to a first semiconductor switch 41 in an insulating manner. When excess current is detected, the control circuit 2 turns off the first semiconductor switch 41, the second semiconductor switch 42, and the third semiconductor switch 43.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、過電流保護機能を有する同期整流型フォワードコンバータに関する。 The present invention relates to a synchronous rectification type forward converter having an overcurrent protection function.

従来から、過電流保護機能を有する同期整流型フォワードコンバータが知られている。たとえば、特開２００２−２７２０９８号公報（特許文献１）には、過電流保護回路を備えるスイッチング電源装置が開示されている。 Conventionally, a synchronous rectification type forward converter having an overcurrent protection function is known. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2002-272098 (Patent Document 1) discloses a switching power supply device including an overcurrent protection circuit.

特開２００２−２７２０９８号公報JP 2002-272098 A

特開２００２−２７２０９８号公報（特許文献１）に開示されているスイッチング電源装置においては、第１回路に入力された電圧をトランスを介して変換し、第２回路から出力する。過電流保護回路は、入力電圧が印加されるトランスの第１巻線を含む第１回路に流れる電流を監視する。過電流保護回路は、過電流を検出した場合、第１回路に含まれる半導体素子であるＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をオフ状態にする。 In the switching power supply disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-272098 (Patent Document 1), the voltage input to the first circuit is converted through a transformer and output from the second circuit. The overcurrent protection circuit monitors the current flowing through the first circuit including the first winding of the transformer to which the input voltage is applied. When an overcurrent is detected, the overcurrent protection circuit turns off a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) that is a semiconductor element included in the first circuit.

過電流が発生した場合、同期整流型フォワードコンバータの動作を継続すると、同期整流型フォワードコンバータが故障する可能性が高まる。そのため、過電流が発生した場合、同期整流型フォワードコンバータを早急に停止する必要がある。しかし、特開２００２−２７２０９８号公報（特許文献１）に開示されているスイッチング電源装置においては、トランスの二次巻線を含む第２回路に過電流が発生した場合、当該過電流のトランス巻線比倍の電流が第１回路に流れた後に、第１回路に発生した過電流として過電流保護回路によって検知され、第１回路のＭＯＳＦＥＴが停止される。すなわち、第２回路に過電流が発生した場合、第１回路に過電流が発生するまで第１回路のＭＯＳＦＥＴはオフ状態にされない。また、第１回路のＭＯＳＦＥＴがオフ状態にされたとしても、第２回路にエネルギーが残っている限り過電流は流れ続ける。 When an overcurrent occurs, if the operation of the synchronous rectification forward converter is continued, the possibility that the synchronous rectification forward converter will fail increases. Therefore, when an overcurrent occurs, the synchronous rectification forward converter needs to be stopped immediately. However, in the switching power supply disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-272098 (Patent Document 1), when an overcurrent is generated in the second circuit including the secondary winding of the transformer, the transformer winding of the overcurrent is performed. After the line ratio current flows to the first circuit, the overcurrent protection circuit detects the overcurrent generated in the first circuit, and the MOSFET of the first circuit is stopped. That is, when an overcurrent occurs in the second circuit, the MOSFET in the first circuit is not turned off until an overcurrent occurs in the first circuit. Even if the MOSFET of the first circuit is turned off, the overcurrent continues to flow as long as energy remains in the second circuit.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、過電流に対する同期整流型フォワードコンバータの過電流に対する耐故障性を向上させることである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to improve fault tolerance against overcurrent of a synchronous rectification type forward converter against overcurrent.

本発明に係る同期整流型フォワードコンバータにおいては、第１端子と第２端子との間に印加された直流電圧が、第３端子と第４端子との間に出力される。同期整流型フォワードコンバータは、トランスと、第１〜第３半導体スイッチと、制御回路と、過電流検出回路と、アイソレータとを備える。トランスは、第１および第２巻線を含む。第１半導体スイッチは、第１端子と第２端子との間で、第１巻線と直列に接続されている。第２半導体スイッチは、第３端子と第４端子との間で、第２巻線と直列に接続されている。第３半導体スイッチは、第３端子と第４端子との間に接続されている。制御回路は、第２半導体スイッチに第１制御信号を出力する。制御回路は、第３半導体スイッチに第２制御信号を出力する。アイソレータは、第１および第２制御信号の少なくとも一方を受けて、第１半導体スイッチへ第３制御信号を絶縁的に伝達する。過電流検出回路は、第２半導体スイッチの過電流を検出する。制御回路は、前記過電流検出回路によって過電流が検出された場合、第１〜第３半導体スイッチをオフ状態にする。 In the synchronous rectification forward converter according to the present invention, a DC voltage applied between the first terminal and the second terminal is output between the third terminal and the fourth terminal. The synchronous rectification type forward converter includes a transformer, first to third semiconductor switches, a control circuit, an overcurrent detection circuit, and an isolator. The transformer includes first and second windings. The first semiconductor switch is connected in series with the first winding between the first terminal and the second terminal. The second semiconductor switch is connected in series with the second winding between the third terminal and the fourth terminal. The third semiconductor switch is connected between the third terminal and the fourth terminal. The control circuit outputs a first control signal to the second semiconductor switch. The control circuit outputs a second control signal to the third semiconductor switch. The isolator receives at least one of the first and second control signals and insulatively transmits the third control signal to the first semiconductor switch. The overcurrent detection circuit detects an overcurrent of the second semiconductor switch. The control circuit turns off the first to third semiconductor switches when an overcurrent is detected by the overcurrent detection circuit.

本発明によれば、同期整流型フォワードコンバータの過電流に対する耐故障性を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fault tolerance with respect to the overcurrent of a synchronous rectification type | mold forward converter can be improved.

実施の形態１に係る同期整流型フォワードコンバータの回路図である。1 is a circuit diagram of a synchronous rectification forward converter according to a first embodiment. 実施の形態２に係る同期整流型フォワードコンバータの回路図である。6 is a circuit diagram of a synchronous rectification forward converter according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態３に係る同期整流型フォワードコンバータの回路図である。6 is a circuit diagram of a synchronous rectification type forward converter according to Embodiment 3. FIG.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated in principle.

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る同期整流型フォワードコンバータ１００の回路図である。図１に示されるように、同期整流型フォワードコンバータ１００は、第１回路１０１と、第２回路１０２とを備える。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram of a synchronous rectification forward converter 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the synchronous rectification forward converter 100 includes a first circuit 101 and a second circuit 102.

第１回路１０１は、第１端子Ｐ１と、第２端子Ｐ２と、ゲート駆動回路５と、抵抗１１と、第１半導体スイッチ４１と、リセット用のダイオード６１と、フォトトランジスタ９１と、第１巻線Ｎ１と、補助巻線Ｎ１０とを含む。第１半導体スイッチ４１は、ＮチャンネルＭＯＳＥＴを含む。抵抗１１は、第１半導体スイッチ４１を駆動するための抵抗である。 The first circuit 101 includes a first terminal P1, a second terminal P2, a gate drive circuit 5, a resistor 11, a first semiconductor switch 41, a reset diode 61, a phototransistor 91, a first volume. Line N1 and auxiliary winding N10 are included. The first semiconductor switch 41 includes an N-channel MOSET. The resistor 11 is a resistor for driving the first semiconductor switch 41.

第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２との間には、電圧源１が接続されている。電圧源１は、直流電圧を第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２との間に印加する。電圧源１の正極は、第１端子Ｐ１に接続されている。電圧源１の負極は、第２端子Ｐ２およびシグナルグラウンド（基準点）ＳＧに接続されている。 A voltage source 1 is connected between the first terminal P1 and the second terminal P2. The voltage source 1 applies a DC voltage between the first terminal P1 and the second terminal P2. The positive electrode of the voltage source 1 is connected to the first terminal P1. The negative electrode of the voltage source 1 is connected to the second terminal P2 and the signal ground (reference point) SG.

第１端子Ｐ１と第１半導体スイッチ４１のドレインとの間に、第１巻線Ｎ１が接続されている。第１半導体スイッチ４１のソースは、第２端子Ｐ２に接続されている。第１端子Ｐ１とフォトトランジスタ９１のコレクタとの間に、抵抗１１が接続されている。抵抗１１は、第１抵抗に対応する。抵抗１１とフォトトランジスタ９１のコレクタとの接続点ＣＰと、第１半導体スイッチ４１のゲートとの間に、ゲート駆動回路５が接続されている。ゲート駆動回路５は、反転器の一例である。フォトトランジスタ９１のエミッタは、シグナルグラウンドＳＧに接続されている。ダイオード６１のアノードは、第２端子Ｐ２に接続されている。ダイオード６１のカソードと第１巻線Ｎ１との間に、補助巻線Ｎ１０が接続されている。 A first winding N <b> 1 is connected between the first terminal P <b> 1 and the drain of the first semiconductor switch 41. The source of the first semiconductor switch 41 is connected to the second terminal P2. A resistor 11 is connected between the first terminal P1 and the collector of the phototransistor 91. The resistor 11 corresponds to the first resistor. A gate drive circuit 5 is connected between a connection point CP between the resistor 11 and the collector of the phototransistor 91 and the gate of the first semiconductor switch 41. The gate drive circuit 5 is an example of an inverter. The emitter of the phototransistor 91 is connected to the signal ground SG. The anode of the diode 61 is connected to the second terminal P2. An auxiliary winding N10 is connected between the cathode of the diode 61 and the first winding N1.

第２回路１０２は、電源制御ＩＣ（Integrated Circuit）２と、抵抗１２〜１５と、コンデンサ２１と、リアクトル３１と、フォワード用の第２半導体スイッチ４２と、整流用の第３半導体スイッチ４３と、発光ダイオード９２と、第２巻線Ｎ２と、第３端子Ｐ３と、第４端子Ｐ４とを含む。電源制御ＩＣ２は、電源端子ＰＥと、第１駆動端子ＰＦと、第２駆動端子ＰＳと、電流センス端子Ｉｓ⁻，Ｉｓ^＋と、接地端子ＰＧとを含む。電源制御ＩＣ２は、制御回路および過電流検出回路の一例である。第２半導体スイッチ４２および第３半導体スイッチ４３の各々は、ＮチャンネルＭＯＳＥＴを含む。抵抗１２，１３は、ゲート用の抵抗である。抵抗１５は、過電流検出用の抵抗である。発光ダイオード９２のカソードおよび接地端子ＰＧの各々は、接地点ＧＮＤに接続されている。電源端子ＰＥは、外部電源Ｖｃｃ１に接続されている。 The second circuit 102 includes a power control IC (Integrated Circuit) 2, resistors 12 to 15, a capacitor 21, a reactor 31, a forward second semiconductor switch 42, a rectifying third semiconductor switch 43, It includes a light emitting diode 92, a second winding N2, a third terminal P3, and a fourth terminal P4. The power supply control IC 2 includes a power supply terminal PE, a first drive terminal PF, a second drive terminal PS, current sense terminals Is ⁻ and Is ^+, and a ground terminal PG. The power supply control IC 2 is an example of a control circuit and an overcurrent detection circuit. Each of second semiconductor switch 42 and third semiconductor switch 43 includes an N-channel MOSET. The resistors 12 and 13 are gate resistors. The resistor 15 is a resistor for detecting overcurrent. Each of the cathode of the light emitting diode 92 and the ground terminal PG is connected to the ground point GND. The power supply terminal PE is connected to the external power supply Vcc1.

第３端子Ｐ３と第４端子Ｐ４との間に、負荷９０が接続されている。第２半導体スイッチ４２のドレインと第３半導体スイッチ４３のドレインとの間に、第２巻線Ｎ２が接続されている。第３半導体スイッチ４３のドレインと第３端子Ｐ３との間にリアクトル３１が接続されている。第３半導体スイッチ４３のソースは、第４端子Ｐ４に接続されている。第３端子と第４端子との間に、コンデンサ２１が接続されている。第３半導体スイッチ４３のゲートと第２駆動端子ＰＳとの間に、抵抗１２が接続されている。第２半導体スイッチ４２のゲートと第１駆動端子ＰＦとの間に、抵抗１３が接続されている。第１駆動端子ＰＦと発光ダイオード９２のアノードとの間に抵抗１４が接続されている。第２半導体スイッチ４２のソースと第４端子Ｐ４との間に抵抗１５が接続されている。抵抗１５は、第２抵抗に対応する。第２半導体スイッチ４２のソースは、電流センス端子Ｉｓ^＋に接続されている。電流センス端子Ｉｓ^＋とＩｓ⁻との間に、抵抗１５が接続されている。 A load 90 is connected between the third terminal P3 and the fourth terminal P4. A second winding N <b> 2 is connected between the drain of the second semiconductor switch 42 and the drain of the third semiconductor switch 43. The reactor 31 is connected between the drain of the third semiconductor switch 43 and the third terminal P3. The source of the third semiconductor switch 43 is connected to the fourth terminal P4. A capacitor 21 is connected between the third terminal and the fourth terminal. The resistor 12 is connected between the gate of the third semiconductor switch 43 and the second drive terminal PS. A resistor 13 is connected between the gate of the second semiconductor switch 42 and the first drive terminal PF. A resistor 14 is connected between the first drive terminal PF and the anode of the light emitting diode 92. A resistor 15 is connected between the source of the second semiconductor switch 42 and the fourth terminal P4. The resistor 15 corresponds to the second resistor. The source of the second semiconductor switch 42 is connected to the current sense terminal Is ⁺ . A resistor 15 is connected between the current sense terminals Is ⁺ and Is ⁻ .

第１巻線Ｎ１、第２巻線Ｎ２、および補助巻線Ｎ１０は、トランス３を形成している。フォトトランジスタ９１および発光ダイオード９２は、絶縁ゲートドライブ用のフォトカプラ６（アイソレータ）を形成している。コンデンサ２１とリアクトル３１とは、平滑回路を形成している。第１回路１０１と第２回路１０２とは、トランス３およびフォトカプラ６によって、直流的に絶縁されている。トランス３およびフォトカプラ６を介して、第１回路１０１と第２回路１０２との間で信号の伝達が行なわれる。 The first winding N1, the second winding N2, and the auxiliary winding N10 form a transformer 3. The phototransistor 91 and the light emitting diode 92 form a photocoupler 6 (isolator) for insulated gate drive. The capacitor 21 and the reactor 31 form a smoothing circuit. The first circuit 101 and the second circuit 102 are galvanically isolated by the transformer 3 and the photocoupler 6. Signals are transmitted between the first circuit 101 and the second circuit 102 via the transformer 3 and the photocoupler 6.

電源制御ＩＣ２は、第１駆動端子ＰＦから第１制御信号を第２半導体スイッチ４２のゲートに出力する。第２駆動端子ＰＳから第２制御信号を第３半導体スイッチ４３のゲートに出力する。第１半導体スイッチ４１は、ゲート駆動回路５から第３制御信号を受ける。第１〜第３制御信号の各々は、ＯＮ信号およびＯＦＦ信号を含む。 The power supply control IC 2 outputs a first control signal from the first drive terminal PF to the gate of the second semiconductor switch 42. A second control signal is output from the second drive terminal PS to the gate of the third semiconductor switch 43. The first semiconductor switch 41 receives the third control signal from the gate drive circuit 5. Each of the first to third control signals includes an ON signal and an OFF signal.

第２半導体スイッチ４２は、第１駆動端子ＰＦからＯＮ信号を受けて導通する。第１駆動端子ＰＦから第２半導体スイッチ４２にＯＮ信号が出力されると、当該ＯＮ信号は、発光ダイオード９２のアノードにも伝達される。その結果、発光ダイオード９２に電流が流れて発光ダイオード９２が発光し、フォトトランジスタ９１のコレクタからエミッタへ電流が流れる。抵抗１１による電圧降下が生じ、ゲート駆動回路５の入力端子の電圧が下がる。ゲート駆動回路５にはＯＦＦ信号が入力される。当該ＯＦＦ信号がゲート駆動回路５によって反転されて、ＯＮ信号として第１半導体スイッチ４１に入力され、第１半導体スイッチ４１が導通する。第１半導体スイッチ４１および第２半導体スイッチ４２が導通すると、第２巻線Ｎ２およびリアクトル３１を通して、第３端子Ｐ３および第４端子Ｐ４から負荷９０へ電流が供給される。 The second semiconductor switch 42 is turned on by receiving an ON signal from the first drive terminal PF. When an ON signal is output from the first drive terminal PF to the second semiconductor switch 42, the ON signal is also transmitted to the anode of the light emitting diode 92. As a result, a current flows through the light emitting diode 92, the light emitting diode 92 emits light, and a current flows from the collector to the emitter of the phototransistor 91. A voltage drop due to the resistor 11 occurs, and the voltage at the input terminal of the gate drive circuit 5 decreases. An OFF signal is input to the gate drive circuit 5. The OFF signal is inverted by the gate drive circuit 5 and input to the first semiconductor switch 41 as the ON signal, and the first semiconductor switch 41 becomes conductive. When the first semiconductor switch 41 and the second semiconductor switch 42 are turned on, current is supplied from the third terminal P3 and the fourth terminal P4 to the load 90 through the second winding N2 and the reactor 31.

第１駆動端子ＰＦよりＯＦＦ信号が出力され、第２半導体スイッチ４２が非導通とされる。また、フォトトランジスタ９１に電流が流れなくなるため、抵抗１１による電圧降下が生じなくなり、ゲート駆動回路５にＯＮ信号が入力される。当該ＯＮ信号は、ゲート駆動回路５によって反転され、ＯＦＦ信号として第１半導体スイッチ４１に入力される。第１半導体スイッチ４１および第２半導体スイッチ４２が非導通となる。その結果、第２巻線Ｎ２およびリアクトル３１を通した負荷９０への電流供給が停止される。 An OFF signal is output from the first drive terminal PF, and the second semiconductor switch 42 is turned off. In addition, since no current flows through the phototransistor 91, a voltage drop due to the resistor 11 does not occur, and an ON signal is input to the gate drive circuit 5. The ON signal is inverted by the gate drive circuit 5 and input to the first semiconductor switch 41 as an OFF signal. The first semiconductor switch 41 and the second semiconductor switch 42 are turned off. As a result, the current supply to the load 90 through the second winding N2 and the reactor 31 is stopped.

第２駆動端子ＰＳからＯＮ信号が出力され、第３半導体スイッチ４３が導通する。その結果、第３半導体スイッチ４３およびリアクトル３１を通して負荷９０に電流が供給される。 An ON signal is output from the second drive terminal PS, and the third semiconductor switch 43 becomes conductive. As a result, a current is supplied to the load 90 through the third semiconductor switch 43 and the reactor 31.

第２駆動端子ＰＳよりＯＦＦ信号が出力され、第３半導体スイッチ４３が非導通とされる。その結果、第３半導体スイッチ４３およびリアクトル３１を通した負荷９０への電流供給が停止される。 An OFF signal is output from the second drive terminal PS, and the third semiconductor switch 43 is turned off. As a result, the current supply to the load 90 through the third semiconductor switch 43 and the reactor 31 is stopped.

以上の動作が繰り返され、負荷９０に連続的に電流が供給される。
第２回路１０２において過電流が発生した場合、電源制御ＩＣ２が制御信号の出力を停止する前に、過電流により第２半導体スイッチ４２のドレインとソースとの間が短絡する可能性がある。 The above operation is repeated, and a current is continuously supplied to the load 90.
When an overcurrent occurs in the second circuit 102, the drain and the source of the second semiconductor switch 42 may be short-circuited by the overcurrent before the power supply control IC 2 stops outputting the control signal.

第２回路１０２で発生した過電流を第１回路１０１において検出する場合、当該過電流のトランス３の巻線比分の電流が第１回路１０１に流れることにより、当該過電流が第１回路１０１において検出される。第２回路１０２で過電流が発生してから当該過電流が第１回路１０１において検出されるまでの間に、第２回路１０２において過電流が流れ続ける。その結果、同期整流型フォワードコンバータ１００が故障する可能性が高まる。 When the overcurrent generated in the second circuit 102 is detected in the first circuit 101, a current corresponding to the winding ratio of the transformer 3 of the overcurrent flows in the first circuit 101, so that the overcurrent is generated in the first circuit 101. Detected. Overcurrent continues to flow in the second circuit 102 after the overcurrent is generated in the second circuit 102 until the overcurrent is detected in the first circuit 101. As a result, the possibility that the synchronous rectification forward converter 100 will fail increases.

そこで同期整流型フォワードコンバータ１００においては、第１半導体スイッチ４１、第２半導体スイッチ４２、および第３半導体スイッチ４３を制御する制御回路である電源制御ＩＣ２が第２回路１０２に配置される。第２回路１０２で回路素子の故障（たとえば回路素子の短絡、あるいは開放）により過電流が発生した場合でも、第２回路１０２において過電流を検出するため、過電流が第１回路１０１で検出されるまでの遅れが解消される。第２回路１０２に過電流が発生してから第１半導体スイッチ４１、第２半導体スイッチ４２、および第３半導体スイッチ４３の全てを停止するまでの時間を短縮することができる。その結果、過電流が同期整流型フォワードコンバータ１００を流れる時間が短縮されるため、同期整流型フォワードコンバータ１００が故障し難くなる。 Therefore, in the synchronous rectification forward converter 100, the power supply control IC 2 that is a control circuit that controls the first semiconductor switch 41, the second semiconductor switch 42, and the third semiconductor switch 43 is arranged in the second circuit 102. Even if an overcurrent occurs due to a failure of a circuit element in the second circuit 102 (for example, a short circuit or an open circuit element), since the overcurrent is detected in the second circuit 102, the overcurrent is detected by the first circuit 101. The delay until it is canceled. The time from when the overcurrent is generated in the second circuit 102 to when all of the first semiconductor switch 41, the second semiconductor switch 42, and the third semiconductor switch 43 are stopped can be shortened. As a result, the time during which the overcurrent flows through the synchronous rectification forward converter 100 is shortened, and the synchronous rectification forward converter 100 is unlikely to fail.

たとえば、コンデンサ２１が短絡した場合、第２巻線Ｎ２、リアクトル３１、抵抗１５、第２半導体スイッチ４２のソース、第２半導体スイッチのドレイン、および第２巻線Ｎ２の順に過電流が流れる。過電流により抵抗１５による電圧降下が大きくなるため、抵抗１５の両端間の電圧差が上昇する。当該電圧差が閾値電圧を超えた場合、電源制御ＩＣ２は過電流を検出し、第１駆動端子ＰＦからの第１制御信号の出力を停止するとともに、第２駆動端子ＰＳからの第２制御信号の出力を停止する。その結果、第１半導体スイッチ４１、第２半導体スイッチ４２、および第３半導体スイッチ４３がほぼ同時にオフ状態にされる。 For example, when the capacitor 21 is short-circuited, overcurrent flows in the order of the second winding N2, the reactor 31, the resistor 15, the source of the second semiconductor switch 42, the drain of the second semiconductor switch, and the second winding N2. Since the voltage drop due to the resistor 15 increases due to the overcurrent, the voltage difference between both ends of the resistor 15 increases. When the voltage difference exceeds the threshold voltage, the power supply control IC 2 detects an overcurrent, stops the output of the first control signal from the first drive terminal PF, and the second control signal from the second drive terminal PS. Stop the output of. As a result, the first semiconductor switch 41, the second semiconductor switch 42, and the third semiconductor switch 43 are turned off almost simultaneously.

以上、実施の形態１に係る同期整流型フォワードコンバータによれば、過電流に対する耐故障性を向上させることができる。 As mentioned above, according to the synchronous rectification type forward converter concerning Embodiment 1, fault tolerance to overcurrent can be improved.

実施の形態２．
実施の形態１においては、第１半導体スイッチのゲート駆動回路が必要である場合について説明した。第１半導体スイッチのゲート駆動回路は、必須の構成ではない。実施の形態２においては、第１半導体スイッチのゲート駆動回路が不要である場合について説明する。 Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the case where the gate drive circuit of the first semiconductor switch is necessary has been described. The gate drive circuit of the first semiconductor switch is not an essential configuration. In the second embodiment, a case where the gate drive circuit of the first semiconductor switch is not necessary will be described.

図２は、実施の形態２に係る同期整流型フォワードコンバータ２００の回路図である。図２に示されるように、同期整流型フォワードコンバータ２００は、第１回路２０１と、第２回路２０２とを備える。第１回路２０１の構成は、図１の第１回路１０１からゲート駆動回路５が除かれ、フォトトランジスタ９１のコレクタが第１半導体スイッチ４１のゲートに直接接続されている。第２回路２０２において第１半導体スイッチ４１は、接続点ＣＰから第３制御信号を受ける。それ以外は第１回路１０１と同様であるため説明を繰り返さない。第２回路２０２においては、発光ダイオード９２のアノードが第１駆動端子ＰＦではなく第２駆動端子ＰＳに接続されている。それ以外は第２回路１０２と同様であるため、説明を繰り返さない。 FIG. 2 is a circuit diagram of the synchronous rectification forward converter 200 according to the second embodiment. As shown in FIG. 2, the synchronous rectification forward converter 200 includes a first circuit 201 and a second circuit 202. The configuration of the first circuit 201 is such that the gate drive circuit 5 is removed from the first circuit 101 of FIG. 1, and the collector of the phototransistor 91 is directly connected to the gate of the first semiconductor switch 41. In the second circuit 202, the first semiconductor switch 41 receives the third control signal from the connection point CP. Since other than that is the same as that of the 1st circuit 101, description is not repeated. In the second circuit 202, the anode of the light emitting diode 92 is connected to the second drive terminal PS instead of the first drive terminal PF. The rest of the configuration is the same as that of the second circuit 102, and thus description thereof will not be repeated.

第２半導体スイッチ４２は、第１駆動端子ＰＦからＯＮ信号を受けて導通する。また、電圧源１により第１半導体スイッチ４１のゲート電圧が上昇する。第１半導体スイッチ４１は、接続点ＣＰからＯＮ信号を受けて導通する。第１半導体スイッチ４１および第２半導体スイッチ４２が導通すると、第２巻線Ｎ２およびリアクトル３１を通して負荷９０に電流が供給される。 The second semiconductor switch 42 is turned on by receiving an ON signal from the first drive terminal PF. Further, the gate voltage of the first semiconductor switch 41 is increased by the voltage source 1. The first semiconductor switch 41 is turned on by receiving an ON signal from the connection point CP. When the first semiconductor switch 41 and the second semiconductor switch 42 are turned on, current is supplied to the load 90 through the second winding N2 and the reactor 31.

第２半導体スイッチ４２は、第１駆動端子ＰＦからＯＦＦ信号を受けて非導通となる。その結果、第２巻線Ｎ２およびリアクトル３１を通した負荷９０への電流供給が停止される。 The second semiconductor switch 42 is turned off in response to the OFF signal from the first drive terminal PF. As a result, the current supply to the load 90 through the second winding N2 and the reactor 31 is stopped.

第３半導体スイッチ４３は、第２駆動端子ＰＳからＯＮ信号を受けて導通する。その結果、第３半導体スイッチ４３およびリアクトル３１を通して負荷９０に電流が供給される。第２駆動端子ＰＳから第３半導体スイッチ４３のゲートへＯＮ信号が出力されると、当該ＯＮ信号は、発光ダイオード９２にも伝達される。その結果、発光ダイオード９２に電流が流れて発光ダイオード９２が発光し、フォトトランジスタ９１のコレクタからエミッタへ電流が流れる。抵抗１１による電圧降下が生じ、第１半導体スイッチ４１のゲートの電圧が下がる。第１半導体スイッチ４１のゲートにＯＦＦ信号が入力され、第１半導体スイッチ４１は非導通となる。 The third semiconductor switch 43 is turned on by receiving an ON signal from the second drive terminal PS. As a result, a current is supplied to the load 90 through the third semiconductor switch 43 and the reactor 31. When an ON signal is output from the second drive terminal PS to the gate of the third semiconductor switch 43, the ON signal is also transmitted to the light emitting diode 92. As a result, a current flows through the light emitting diode 92, the light emitting diode 92 emits light, and a current flows from the collector to the emitter of the phototransistor 91. A voltage drop due to the resistor 11 occurs, and the gate voltage of the first semiconductor switch 41 decreases. An OFF signal is input to the gate of the first semiconductor switch 41, and the first semiconductor switch 41 becomes non-conductive.

第２駆動端子ＰＳから第３半導体スイッチ４３のゲートへＯＦＦ信号が出力される。第３半導体スイッチ４３は、ＯＦＦ信号を受けて非導通となり、第３半導体スイッチ４３およびリアクトル３１を通した負荷９０への電流供給が停止される。 An OFF signal is output from the second drive terminal PS to the gate of the third semiconductor switch 43. The third semiconductor switch 43 is turned off in response to the OFF signal, and the current supply to the load 90 through the third semiconductor switch 43 and the reactor 31 is stopped.

以上の動作が繰り返され、負荷９０に連続的に電流が供給される。過電流が発生した場合の電源制御ＩＣ２の動作は、実施の形態１と同様である。 The above operation is repeated, and a current is continuously supplied to the load 90. The operation of the power supply control IC 2 when an overcurrent occurs is the same as in the first embodiment.

以上、実施の形態２に係る同期整流型フォワードコンバータによれば、過電流に対する耐故障性を向上させることができる。さらに、実施の形態２に係る同期整流型フォワードコンバータによれば、実施の形態１に係る同期整流型フォワードコンバータよりも小型化することができるとともに、製造コストを低減することができる。 As described above, according to the synchronous rectification type forward converter according to the second embodiment, it is possible to improve the fault tolerance against overcurrent. Furthermore, according to the synchronous rectification type forward converter according to the second embodiment, the size can be reduced as compared with the synchronous rectification type forward converter according to the first embodiment, and the manufacturing cost can be reduced.

実施の形態３．
実施の形態１および２においては、第１半導体スイッチの駆動端子と制御回路との間に接続されたアイソレータがフォトカプラである場合について説明した。当該アイソレータは、フォトカプラに限られない。実施の形態３においては、当該アイソレータがパルストランスである場合について説明する。 Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the case where the isolator connected between the drive terminal of the first semiconductor switch and the control circuit is a photocoupler has been described. The isolator is not limited to a photocoupler. In the third embodiment, a case where the isolator is a pulse transformer will be described.

図３は、実施の形態３に係る同期整流型フォワードコンバータ３００の回路図である。図３に示されるように、同期整流型フォワードコンバータ３００は、第１回路３０１と、第２回路３０２とを備える。 FIG. 3 is a circuit diagram of the synchronous rectification forward converter 300 according to the third embodiment. As shown in FIG. 3, the synchronous rectification forward converter 300 includes a first circuit 301 and a second circuit 302.

第１回路３０１の構成は、図１の第１回路１０１からゲート駆動回路５およびフォトトランジスタ９１が除かれるとともに、第１回路１０１にゲート抵抗１７、ベース抵抗１８、ダイオード６２，６３、第３巻線Ｎ３、およびＰＮＰトランジスタ５１が加えられた構成である。これら以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。 The first circuit 301 has a configuration in which the gate drive circuit 5 and the phototransistor 91 are removed from the first circuit 101 of FIG. 1, and the first circuit 101 includes a gate resistor 17, a base resistor 18, diodes 62 and 63, a third winding. In this configuration, a line N3 and a PNP transistor 51 are added. Since the configuration other than these is the same, the description will not be repeated.

第３巻線Ｎ３の一方端は、シグナルグラウンドＳＧに接続されている。第３巻線Ｎ３の他方端は、ダイオード６２のアノードおよびダイオード６３のアノードに接続されている。ダイオード６２のカソードと第１半導体スイッチ４１のゲートとの間にゲート抵抗１７が接続されている。ダイオード６２のカソードは、ＰＮＰトランジスタ５１のエミッタに接続されている。ＰＮＰトランジスタ５１のコレクタは、シグナルグラウンドＳＧに接続されている。ＰＮＰトランジスタ５１のベースは、ダイオード６３のカソードに接続されている。ダイオード６３のカソードとシグナルグラウンドＳＧとの間にベース抵抗１８が接続されている。 One end of the third winding N3 is connected to the signal ground SG. The other end of the third winding N3 is connected to the anode of the diode 62 and the anode of the diode 63. A gate resistor 17 is connected between the cathode of the diode 62 and the gate of the first semiconductor switch 41. The cathode of the diode 62 is connected to the emitter of the PNP transistor 51. The collector of the PNP transistor 51 is connected to the signal ground SG. The base of the PNP transistor 51 is connected to the cathode of the diode 63. A base resistor 18 is connected between the cathode of the diode 63 and the signal ground SG.

第２回路３０２の構成は、図１の第２回路１０２から発光ダイオード９２が除かれるとともに、図１の第２回路１０２にベース抵抗１６、パルストランス駆動用のＮＰＮトランジスタ５２、および第４巻線Ｎ４が追加された構成である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。 The configuration of the second circuit 302 is such that the light emitting diode 92 is removed from the second circuit 102 of FIG. 1, and the base circuit 16, the NPN transistor 52 for driving the pulse transformer, and the fourth winding are added to the second circuit 102 of FIG. In this configuration, N4 is added. Since other than these are the same, the description will not be repeated.

外部電源Ｖｃｃ２とＮＰＮトランジスタ５２のコレクタとの間に、第４巻線Ｎ４が接続されている。ＮＰＮトランジスタ５２のベースと第１駆動端子ＰＦとの間に抵抗１４が接続されている。ＮＰＮトランジスタ５２のベースとエミッタとの間にベース抵抗１６が接続されている。ＮＰＮトランジスタ５２のエミッタは、接地点ＧＮＤに接続されている。 A fourth winding N4 is connected between the external power supply Vcc2 and the collector of the NPN transistor 52. A resistor 14 is connected between the base of the NPN transistor 52 and the first drive terminal PF. A base resistor 16 is connected between the base and emitter of the NPN transistor 52. The emitter of the NPN transistor 52 is connected to the ground point GND.

第３巻線Ｎ３および第４巻線Ｎ４は、パルストランス７を形成している。
第１駆動端子ＰＦから第２半導体スイッチ４２にＯＮ信号が出力され、第２半導体スイッチ４２が導通する。当該ＯＮ信号はＮＰＮトランジスタ５２のベースにも伝達されるため、ＮＰＮトランジスタ５２が導通する。外部電源Ｖｃｃ２の電圧により第４巻線Ｎ４に電流が流れる。その結果、第３巻線Ｎ３より電圧が供給される。第３巻線Ｎ３の電圧により、ダイオード６２およびゲート抵抗１７を介して、第１半導体スイッチ４１にＯＮ信号が伝達され、第１半導体スイッチ４１が導通する。第１半導体スイッチ４１が導通すると第２巻線Ｎ２およびリアクトル３１を介して負荷９０に電流が供給される。 The third winding N3 and the fourth winding N4 form a pulse transformer 7.
An ON signal is output from the first drive terminal PF to the second semiconductor switch 42, and the second semiconductor switch 42 becomes conductive. Since the ON signal is also transmitted to the base of the NPN transistor 52, the NPN transistor 52 becomes conductive. A current flows through the fourth winding N4 due to the voltage of the external power supply Vcc2. As a result, a voltage is supplied from the third winding N3. The ON signal is transmitted to the first semiconductor switch 41 through the diode 62 and the gate resistor 17 by the voltage of the third winding N3, and the first semiconductor switch 41 becomes conductive. When the first semiconductor switch 41 becomes conductive, current is supplied to the load 90 via the second winding N2 and the reactor 31.

第１駆動端子ＰＦよりＯＦＦ信号が出力され、第２半導体スイッチ４２が非導通とされる。当該ＯＦＦ信号はＮＰＮトランジスタ５２のベースにも伝達されるため、ＮＰＮトランジスタ５２は非導通となる。第４巻線Ｎ４に電流が流れなくなるため、第３巻線Ｎ３からの電圧供給が停止する。第１半導体スイッチ４１のゲートへＯＦＦ信号が伝達され、第１半導体スイッチ４１が非導通となる。その結果、第２巻線Ｎ２およびリアクトル３１を通した負荷９０への電流供給が停止される。また、第３巻線Ｎ３からの電圧供給の停止後、ＰＮＰトランジスタ５１のベースとエミッタとの間の電圧差が基準値（たとえば約０．７Ｖ）以上となり、ＰＮＰトランジスタ５１が導通する。第１半導体スイッチ４１のゲート、ゲート抵抗１７、ＰＮＰトランジスタ５１のエミッタ、およびＰＮＰトランジスタ５１のコレクタの順に電流が流れることで第１半導体スイッチ４１のゲートが放電され、第１半導体スイッチ４１のゲート電圧の降下が早められる。その結果、第１半導体スイッチ４１が非導通となるまでの時間が短縮される。 An OFF signal is output from the first drive terminal PF, and the second semiconductor switch 42 is turned off. Since the OFF signal is also transmitted to the base of the NPN transistor 52, the NPN transistor 52 becomes non-conductive. Since no current flows through the fourth winding N4, the voltage supply from the third winding N3 stops. An OFF signal is transmitted to the gate of the first semiconductor switch 41, and the first semiconductor switch 41 becomes non-conductive. As a result, the current supply to the load 90 through the second winding N2 and the reactor 31 is stopped. Further, after the voltage supply from the third winding N3 is stopped, the voltage difference between the base and the emitter of the PNP transistor 51 becomes a reference value (for example, about 0.7 V) or more, and the PNP transistor 51 becomes conductive. When a current flows in the order of the gate of the first semiconductor switch 41, the gate resistor 17, the emitter of the PNP transistor 51, and the collector of the PNP transistor 51, the gate of the first semiconductor switch 41 is discharged, and the gate voltage of the first semiconductor switch 41 Descent is accelerated. As a result, the time until the first semiconductor switch 41 becomes nonconductive is shortened.

同期整流型フォワードコンバータ３００においては、図１の同期整流型フォワードコンバータ１００のゲート駆動回路５が不要である。同期整流型フォワードコンバータ１００においては、電圧源１の電圧値（入力電圧）が第１半導体スイッチ４１のゲート電圧となるので、第１半導体スイッチ４１のゲートとソースとの間の耐圧は、電圧源１の電圧値以上である必要がある。電圧源１の電圧値が高い場合は、ゲートとソースとの間の耐圧が高耐圧である半導体スイッチを第１半導体スイッチ４１として使用するか、あるいは降圧レギュレータによって電圧源１の電圧値を降圧する必要がある。ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのゲートとソースとの間の耐圧は一般的に２０Ｖであることから、たとえば電圧源１の電圧値が１００Ｖの場合、電圧源１の電圧値を降圧レギュレータにより２０Ｖ以下まで降圧させる必要がある。 In the synchronous rectification type forward converter 300, the gate drive circuit 5 of the synchronous rectification type forward converter 100 of FIG. 1 is unnecessary. In the synchronous rectification forward converter 100, since the voltage value (input voltage) of the voltage source 1 becomes the gate voltage of the first semiconductor switch 41, the withstand voltage between the gate and the source of the first semiconductor switch 41 is the voltage source. The voltage value must be 1 or more. When the voltage value of the voltage source 1 is high, a semiconductor switch having a high withstand voltage between the gate and the source is used as the first semiconductor switch 41, or the voltage value of the voltage source 1 is lowered by a step-down regulator. There is a need. Since the breakdown voltage between the gate and the source of the N-channel MOSFET is generally 20 V, for example, when the voltage value of the voltage source 1 is 100 V, it is necessary to step down the voltage value of the voltage source 1 to 20 V or less by a step-down regulator. There is.

図３の同期整流型フォワードコンバータ３００においては、電圧源１の電圧値が第１半導体スイッチ４１のゲート電圧とはならないため、電圧源１の電圧値に依存することなく第１半導体スイッチ４１の選定が可能である。また、降圧レギュレータも不要である。その結果、同期整流型フォワードコンバータ３００の設計の自由度を向上させることができる。 In the synchronous rectification forward converter 300 of FIG. 3, the voltage value of the voltage source 1 does not become the gate voltage of the first semiconductor switch 41, so the selection of the first semiconductor switch 41 does not depend on the voltage value of the voltage source 1. Is possible. Further, a step-down regulator is not necessary. As a result, the design freedom of the synchronous rectification forward converter 300 can be improved.

以上、実施の形態３に係る同期整流型フォワードコンバータによれば、過電流に対する耐故障性を向上させることができる。さらに、実施の形態３に係る同期整流型フォワードコンバータによれば、実施の形態１に係る同期整流型フォワードコンバータよりも設計の自由度を増加させることができる。 As described above, according to the synchronous rectification type forward converter according to the third embodiment, fault tolerance against overcurrent can be improved. Furthermore, according to the synchronous rectification forward converter according to the third embodiment, the degree of design freedom can be increased as compared with the synchronous rectification forward converter according to the first embodiment.

今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Each embodiment disclosed this time is also planned to be implemented in appropriate combination within a consistent range. The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１電圧源、２電源制御ＩＣ、３トランス、５ゲート駆動回路、６フォトカプラ、７パルストランス、１１〜１８抵抗、２１コンデンサ、３１リアクトル、４１第１半導体スイッチ、４２第２半導体スイッチ、４３第３半導体スイッチ、５１，５２トランジスタ、６１〜６３ダイオード、９０負荷、９１フォトトランジスタ、９２発光ダイオード、１００，２００，３００同期整流型フォワードコンバータ、１０１，２０１，３０１第１回路、１０２，２０２，３０２第２回路、Ｉｓ⁻，Ｉｓ^＋電流センス端子、Ｎ１第１巻線、Ｎ２第２巻線、Ｎ３第３巻線、Ｎ４第４巻線、Ｎ１０補助巻線、Ｐ１第１端子、Ｐ２第２端子、Ｐ３第３端子、Ｐ４第４端子、ＰＥ電源端子、ＰＦ第１駆動端子、ＰＧ接地端子、ＰＳ第２駆動端子、Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２外部電源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Voltage source, 2 Power supply control IC, 3 Transformer, 5 Gate drive circuit, 6 Photocoupler, 7 Pulse transformer, 11-18 Resistance, 21 Capacitor, 31 Reactor, 41 1st semiconductor switch, 42 2nd semiconductor switch, 43 1st 3 semiconductor switch, 51, 52 transistor, 61-63 diode, 90 load, 91 phototransistor, 92 light emitting diode, 100, 200, 300 synchronous rectification type forward converter, 101, 201, 301 first circuit, 102, 202, 302 the second circuit, ^Is -, ^Is ⁺ current sense terminal, N1 first winding, N2 second winding, N3 third winding, N4 fourth winding, N10 auxiliary winding, P1 first terminal, P2 second Terminal, P3 third terminal, P4 fourth terminal, PE power supply terminal, PF first drive terminal, PG ground terminal, PS second drive Terminal, Vcc1, Vcc2 external power supply.

Claims

A synchronous rectification forward converter in which a DC voltage is input between a first terminal and a second terminal, and a DC voltage is output between a third terminal and a fourth terminal,
A transformer including first and second windings;
A first semiconductor switch connected in series with the first winding between the first terminal and the second terminal;
A second semiconductor switch connected in series with the second winding between the third terminal and the fourth terminal;
A third semiconductor switch connected between the third terminal and the fourth terminal;
A control circuit for outputting a first control signal to the second semiconductor switch and outputting a second control signal to the third semiconductor switch;
An overcurrent detection circuit for detecting an overcurrent of the second semiconductor switch;
An isolator that receives at least one of the first and second control signals and insulatively transmits a third control signal to the first semiconductor switch;
The control circuit outputs a first control signal and a second control signal to turn off the first to third semiconductor switches when an overcurrent is detected by the overcurrent detection circuit. .

The isolator includes a photocoupler having a light emitting diode and a phototransistor,
An anode of the light emitting diode receives the first control signal;
The cathode of the light emitting diode is connected to a ground point;
The emitter of the phototransistor and the second terminal are connected to a reference point;
The synchronous rectification type forward converter is
A first resistor connected between the first terminal and the collector of the phototransistor;
An inverter connected to a connection point between the first resistor and the collector;
The synchronous rectification forward converter according to claim 1, wherein the first semiconductor switch receives the first control signal from the inverter.

The isolator includes a photocoupler having a light emitting diode and a phototransistor,
An anode of the light emitting diode receives the second control signal;
The cathode of the light emitting diode is connected to a ground point;
The emitter of the phototransistor and the second terminal are connected to a reference point;
The synchronous rectification forward converter further includes a first resistor connected between the first terminal and a collector of the phototransistor,
2. The synchronous rectification forward converter according to claim 1, wherein the first semiconductor switch receives the first control signal from a connection point between the first resistor and the collector.

The isolator includes a pulse transformer having third and fourth windings;
The synchronous rectification type forward converter further includes a fourth semiconductor switch connected in series with the fourth winding between an external power source and a reference point and receiving the first control signal,
One end of the third winding and the second terminal are connected to the reference point,
The synchronous rectification forward converter according to claim 1, wherein the first semiconductor switch receives the third control signal from the other end of the third winding.

5. The synchronous rectification forward converter according to claim 4, further comprising a fifth semiconductor switch connected between the other end and the reference point and receiving the third control signal.

A second resistor connected between the second semiconductor switch and the fourth terminal;
The synchronous rectification type according to any one of claims 1 to 5, wherein the overcurrent detection circuit detects the overcurrent when a voltage difference between both ends of the second resistor exceeds a threshold voltage. Forward converter.