JP2999905B2 - Switching power supply - Google Patents

Switching power supply

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JP2999905B2
JP2999905B2 JP12546093A JP12546093A JP2999905B2 JP 2999905 B2 JP2999905 B2 JP 2999905B2 JP 12546093 A JP12546093 A JP 12546093A JP 12546093 A JP12546093 A JP 12546093A JP 2999905 B2 JP2999905 B2 JP 2999905B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、整流素子としてMOS
FETを使用し、そのMOS FETのオン、オフ動
作をスイッチング素子のスイッチング動作と同期させた
スイッチング電源に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to a switching power supply that uses an FET and synchronizes the ON / OFF operation of the MOS FET with the switching operation of a switching element.

【0002】[0002]

【従来の技術】整流素子として一般的に使用されている
ダイオードには、順方向電圧降下が存在する事により電
力損失がある。整流素子における電力損失を低減する一
つの手段として、オン状態での電力損失の低いトランジ
スタ(ここではMOS FET)を整流素子として用い
ることが考えられる。しかし、MOS FETを整流素
子として用いる場合には、MOS FETの寄生ダイオ
ードの存在を考慮しなければならない。すなわち、その
理由は以下の三項目による。 寄生ダイオードの導通時には、順方向電圧降下により
損失が増加する。 寄生ダイオードが導通した後に逆電圧が印加される
と、ダイオードの逆回復特性によりサージ電流が発生す
る。 寄生ダイオードが導通すると、チャネル−ドレイン接
合領域にキャリアが存在するようになり、MOS FE
Tのターンオン・オフのdV/dt特性が悪くなる。 以上のような現象は、スイッチング電源を駆動する上で
好ましくないので、MOS FETの寄生ダイオードを
導通させない手段が必要となる。
2. Description of the Related Art A diode generally used as a rectifier has a power loss due to the presence of a forward voltage drop. As one means for reducing the power loss in the rectifying element, it is conceivable to use a transistor (here, a MOS FET) having a low power loss in an ON state as the rectifying element. However, when a MOS FET is used as a rectifying element, it is necessary to consider the existence of a parasitic diode of the MOS FET. That is, the reason is based on the following three items. When the parasitic diode conducts, the loss increases due to the forward voltage drop. When a reverse voltage is applied after the parasitic diode conducts, a surge current is generated due to the reverse recovery characteristic of the diode. When the parasitic diode conducts, carriers are present in the channel-drain junction region, and the MOS FE
The dV / dt characteristic of T turn-on / off is deteriorated. Since the above-mentioned phenomenon is not preferable in driving the switching power supply, a means for preventing the parasitic diode of the MOS FET from conducting is required.

【0003】整流素子にMOS FETを使用し、その
寄生ダイオードを導通させないようにした従来のスイッ
チング電源の回路の一例を図2に示した。図2におい
て、M1は主整流用の整流素子としてのMOS FET
であり、M2は転流時整流用の整流素子としてのMOS
FETである。また、T2はコンバータトランスであ
り、1次巻線N1、2次巻線N2の他に複数の巻線を有
し、N3は転流時整流用MOS FET M2の駆動用
巻線、N4はバイアス用コンデンサC2の充電用巻線、
N5は整流用MOS FET M1の駆動用巻線であ
る。図2に示す回路の動作を、回路の各点の電圧波形を
示した図3を参照しながら以下に説明する。
FIG. 2 shows an example of a circuit of a conventional switching power supply in which a MOS FET is used as a rectifying element and its parasitic diode is not conducted. In FIG. 2, M1 is a MOS FET as a rectifying element for main rectification.
And M2 is a MOS as a rectifying element for rectification during commutation.
FET. T2 is a converter transformer, which has a plurality of windings in addition to the primary winding N1 and the secondary winding N2, N3 is a driving winding of the commutating rectification MOS FET M2, and N4 is a bias. Winding of the capacitor C2 for charging,
N5 is a driving winding of the rectifying MOS FET M1. The operation of the circuit shown in FIG. 2 will be described below with reference to FIG. 3 showing the voltage waveform at each point of the circuit.

【0004】いまスイッチングトランジスタQ1がオン
状態である時、直流電源EによりコンバータトランスT
2の1次巻線N1に電流が流れ、N2〜N5の各巻線に
電圧が誘起される。この時、駆動用巻線N5に誘起され
た電圧Vt により、整流用MOS FETM1は正バイ
アスされてオン状態となる。整流用MOS FET M
1がオン状態となることで2次巻線N2に誘起された電
圧Vt が負荷に直流電力を供給する。ここで、バイアス
用コンデンサC2は充電状態にあり、その端子間電圧V
C と駆動用巻線N3に発生した電圧V1 との関係がV1
>VC とすると、電圧V1 により転流時整流用MOS
FET M2は逆バイアスされてオフとなる。
When the switching transistor Q1 is in the ON state, the DC transformer E supplies the converter transformer T
Current flows through the second primary winding N1, and a voltage is induced in each of the windings N2 to N5. At this time, the voltage V t that is induced in the driving winding N5, rectifying MOS FET M1 is turned on is positively biased. Rectification MOS FET M
1 supplies DC power to the induced voltage V t load in the secondary winding N2 by the ON state. Here, the bias capacitor C2 is in a charged state, and its terminal voltage V
The relationship between the voltages V 1 generated in C and the driving winding N3 is V 1
Assuming that> V C , a commutation rectification MOS is generated by the voltage V 1.
FET M2 is reverse biased off.

【0005】次にスイッチングトランジスタQ1がオフ
状態に移行すると、N2〜N5の各巻線には巻線のイン
ダクタンスにより、それまでとは逆方向の電圧が発生す
る。各巻線の電圧の極性が反転するため、今度は、整流
用MOS FET M1は逆バイアスされてオフ状態と
なる。この時充電用巻線N4に発生した電圧は、逆流阻
止用のダイオードD1の順方向電圧となってバイアス用
コンデンサC2を充電し、転流時整流用MOS FET
M2は、駆動用巻線N3に発生した電圧とバイアス用
コンデンサC2の端子間電圧VC が重畳した電圧により
正バイアスされ、オン状態となる。転流時整流用MOS
FET M2がオン状態となることで、チョークコイ
ルL1の両端間には転流時整流用MOS FET M2
の主電流路を介して閉回路が形成され、チョークコイル
L1に発生したフライバック電圧により負荷に直流電力
が供給される。
Next, when the switching transistor Q1 shifts to the off state, a voltage in the opposite direction to that of the current is generated in each of the windings N2 to N5 due to the inductance of the windings. Since the polarity of the voltage of each winding is inverted, the rectifying MOS FET M1 is reverse-biased and turned off. At this time, the voltage generated in the charging winding N4 becomes the forward voltage of the backflow preventing diode D1 and charges the bias capacitor C2, and the commutation rectification MOS FET
M2 is positively biased by a voltage obtained by superimposing a voltage generated on the driving winding N3 and a voltage V C between terminals of the bias capacitor C2, and is turned on. Commutation rectification MOS
When the FET M2 is turned on, a commutating rectification MOS FET M2 is connected between both ends of the choke coil L1.
, A closed circuit is formed through the main current path, and the flyback voltage generated in the choke coil L1 supplies DC power to the load.

【0006】スイッチングトランジスタQ1がオフ状態
にあり、しかもコンバータトランスT2は磁束リセット
状態となりN2〜N5の各巻線に発生していた電圧が零
となった時には、バイアス用コンデンサC2の端子間電
圧VC により転流時整流用MOS FET M2はオン
状態を維持し続けることになる。以上のような動作を繰
り返すことにより図2に示すスイッチング電源は駆動さ
れ、整流用MOS FET M1と転流時整流用MOS
FET M2のどちらか一方は必ずオン状態となり、
MOS FETに存在する寄生ダイオードが導通するこ
とは無い。
When the switching transistor Q1 is in the off state and the converter transformer T2 is in the magnetic flux reset state and the voltage generated in each of the windings N2 to N5 becomes zero, the voltage V C across the terminals of the bias capacitor C2. As a result, the commutating rectification MOS FET M2 keeps on. By repeating the above operation, the switching power supply shown in FIG. 2 is driven, and the rectification MOS FET M1 and the commutation rectification MOS
One of the FETs M2 is always turned on,
The parasitic diode present in the MOSFET does not conduct.

【0007】しかし、コンバータトランスT2が磁束リ
セット状態にある時に転流時整流用MOS FET M
2のオン状態を維持するバイアス用コンデンサC2の端
子間電圧VC には、いくつかの制約条件があるので注意
しなければならない。以下にその制約条件について、整
流用MOS FET M1及び転流時整流用MOS F
ET M2の各ゲート電圧の波形を示した図4を参照し
ながら説明する。図4において、VG2は転流時整流用M
OS FET M2のゲート電圧、VG1は整流用MOS
FET M1のゲート電圧、VTHはMOS FETの
しきい値電圧、t1 はスイッチングトランジスタQ1が
ターンオンした時間を表し、上から順に電圧VC を高く
していった時の、異なる動作状態を示している。
However, when the converter transformer T2 is in the magnetic flux reset state, the commutating rectifying MOS FET M
It should be noted that there are some restrictions on the voltage V C between the terminals of the bias capacitor C2 that maintains the ON state of the capacitor C2. In the following, the rectifying MOS FET M1 and the commutating rectifying MOS F
This will be described with reference to FIG. 4 showing the waveform of each gate voltage of ETM2. In FIG. 4, V G2 is a commutating M during commutation.
The gate voltage of OS FET M2, VG1 is a rectifying MOS
The gate voltage, V TH of FET M1 is the threshold voltage of the MOS FET, t 1 represents the time in which the switching transistor Q1 is turned on, when and raising the voltage V C from the top, shows the different operating states ing.

【0008】従来例の動作の説明において、駆動用巻線
N3に発生する電圧V1 と電圧VCの関係は、V1 >V
C と述べた。しかし、当然のことながら、転流時整流用
MOS FET M2のオン状態を維持できなければ寄
生ダイオードが導通してしまうので、電圧VC の下限は
転流時整流用MOS FET M2のしきい値電圧VTH
以上である。スイッチングトランジスタQ1が時間t1
においてターンオンした時に、ゲート電圧が上昇あるい
は降下して、MOS FETがターンオン・オフするの
に時間差が発生するが、ここで、電圧VC の電圧値を大
きくとると、ゲート電圧VG2の降下に多くの時間が掛か
るようになる。そのため、図4の最下に示すように、電
圧VC を大きくしたため、転流時整流用MOS FET
M2がターンオフする前に、整流用MOS FET
M1がターンオンしてしまう事態も有り得る。二つの整
流素子としてのMOS FETが同時にオン状態となる
と、コンバータトランスT2の2次側短絡により、回路
が正常に働かなくなる恐れがある。
In the description of the operation of the conventional example, the relationship between the voltage V 1 generated in the driving winding N 3 and the voltage V C is as follows: V 1 > V
C said. However, as a matter of course, if the on-state of the commutation rectification MOS FET M2 cannot be maintained, the parasitic diode will conduct, so the lower limit of the voltage V C is the threshold of the commutation rectification MOS FET M2. Voltage V TH
That is all. The switching transistor Q1 is turned on at time t 1
When turned in, the gate voltage rises or drops, the time difference for MOS FET is turned on and off is generated, wherein, when a large voltage value of the voltage V C, the drop of the gate voltage V G2 It takes a lot of time. Therefore, as shown in the bottom of FIG. 4, because of the increased voltage V C, the commutation time rectification MOS FET
Rectifying MOS FET before M2 turns off
M1 may be turned on. If the MOS FETs serving as the two rectifiers are turned on at the same time, the circuit may not work properly due to a short circuit on the secondary side of the converter transformer T2.

【0009】従って、整流用MOS FET M1のタ
ーンオンするまでの時間にもよるが、電圧VC は、MO
S FETのしきい値電圧VTH以上であり、二つのMO
SFETが同時にオン状態とならない電圧値以下としな
ければならない。ただ、この場合、転流時整流用MOS
FET M2がオン状態にあることで、チョークコイ
ルL1のフライバック電圧によって直流電力を負荷に供
給しているため、整流用MOS FET M1がターン
オンする直前まで転流時整流用MOS FET M2が
オン状態にあった方がスイッチング電源の電力変換効率
は高くなる。そのため、理屈では、整流用MOS FE
T M1のターンオンと転流時整流用MOS FET
M2のターンオフが同時になるように電圧VC を設定す
るのが最も望ましい。
Therefore, although it depends on the time until the rectifying MOS FET M1 is turned on, the voltage V C is equal to the MO.
The threshold voltage of the S FET is equal to or higher than V TH and two MOs
The voltage must be lower than the voltage value at which the SFET is not simultaneously turned on. However, in this case, the commutation MOS for commutation
Since the DC power is supplied to the load by the flyback voltage of the choke coil L1 when the FET M2 is in the ON state, the commutating rectifying MOS FET M2 is in the ON state until immediately before the rectifying MOS FET M1 is turned on. , The power conversion efficiency of the switching power supply becomes higher. Therefore, in theory, rectifying MOS FE
MOSFET for rectification during turn-on and commutation of T M1
Turn-off of the M2 is most desirable to set the voltage V C so as simultaneously.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図2に示す回路におい
ては、コンバータトランスT2に駆動用巻線N3及び駆
動用巻線N5を設けることにより転流時整流用MOS
FET M2及び整流用MOS FET M1にバイア
スをかけ、充電用巻線N4を設けることによりバイアス
用コンデンサC2を充電している。このように一つのト
ランスに多数の巻線を設けることは、巻線相互間の絶縁
性、特に1次巻線と2次及びその他の巻線の絶縁性につ
いて、また、巻線の発熱によるトランスの放熱対策及び
装置の小型化に関して得策とは言えない。
In the circuit shown in FIG. 2, the converter transformer T2 is provided with a driving winding N3 and a driving winding N5, so that a commutation rectifying MOS is provided.
The bias capacitor C2 is charged by applying a bias to the FET M2 and the rectifying MOS FET M1 and providing a charging winding N4. Providing a large number of windings on a single transformer in this manner is not sufficient for insulation between the windings, particularly for the insulation between the primary winding and the secondary and other windings, and for the transformer due to heat generation of the windings. It cannot be said that it is an advantage in terms of heat radiation measures and miniaturization of the device.

【0011】さらに、バイアス用コンデンサC2の充電
は充電用巻線N4に発生した電圧を直に印加して行って
いるが、充電用巻線N4に発生した電圧の電圧値は入力
電圧やその他の周囲状態によって左右され易く、一定の
電圧値が得られにくい。これらの理由により、スイッチ
ング電源が稼働状態にある時にバイアス用コンデンサC
2の端子間電圧が変動すると、電力変換効率の低下や、
最悪の場合には2次側短絡により装置が破損する恐れも
有り得る。そしてスイッチング電源の出力電圧を変更し
ようとしても、充電用巻線N4に発生する電圧が変化
し、バイアス用コンデンサC2の端子間電圧も変化して
しまうことになるので、出力電圧を調整可能とする要求
には事実上応じられない。そこで本発明は、整流素子と
してMOS FETを使用し、そのMOS FETはス
イッチング素子に同期して駆動されるスイッチング電源
において、コンバータトランスに設ける巻線数の増加を
極力抑え、かつ、バイアス用コンデンサの端子間電圧を
一定に保つことができ、また、その出力電圧の調整を可
能としたスイッチング電源を得ることを目的とする。
Further, the charging of the bias capacitor C2 is performed by directly applying the voltage generated in the charging winding N4, but the voltage value of the voltage generated in the charging winding N4 depends on the input voltage and other values. It is easily influenced by the surrounding state, and it is difficult to obtain a constant voltage value. For these reasons, when the switching power supply is in operation, the biasing capacitor C
When the voltage between the terminals fluctuates, the power conversion efficiency decreases,
In the worst case, the device may be damaged due to the secondary side short circuit. Then, even if an attempt is made to change the output voltage of the switching power supply, the voltage generated in the charging winding N4 changes and the voltage between the terminals of the bias capacitor C2 also changes, so that the output voltage can be adjusted. The request is virtually unresponsive. Therefore, the present invention uses a MOS FET as a rectifying element, and the MOS FET minimizes an increase in the number of windings provided in a converter transformer in a switching power supply driven in synchronization with the switching element, and furthermore, uses a MOSFET for a bias capacitor. It is an object of the present invention to obtain a switching power supply that can maintain a constant voltage between terminals and that can adjust the output voltage.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、コンバータト
ランスに駆動用巻線を設け、駆動用巻線の一端を転流時
整流用のMOS FETのゲートに接続し、駆動用巻線
の他端をバイアス用コンデンサを介して転流時整流用の
MOS FETのソースと接続し、スイッチング素子が
オン状態の時に、コンバータトランスの2次巻線に発生
する起電圧によってバイアス用コンデンサを充電し、か
つ、バイアス用コンデンサの充電電圧が所定の値となる
ように、バイアス用コンデンサ及び駆動用巻線の接続点
とコンバータトランスの2次巻線の一端の間に逆流阻止
用のダイオード及び定電圧回路を設けたことを特徴とす
るスイッチング電源である。
According to the present invention, a converter winding is provided with a drive winding, and one end of the drive winding is connected to the gate of a MOSFET for rectification at the time of commutation. The end is connected to the source of a rectifying MOS FET at the time of commutation via a bias capacitor, and when the switching element is on, the bias capacitor is charged by an electromotive voltage generated in the secondary winding of the converter transformer. A diode for preventing reverse current between a connection point between the bias capacitor and the driving winding and one end of the secondary winding of the converter transformer so that the charging voltage of the bias capacitor becomes a predetermined value. And a constant-voltage circuit.

【0013】[0013]

【実施例】コンバータトランスに設ける巻線数の増加を
極力抑え、かつ、バイアス用コンデンサの端子間電圧を
一定に保てるようにした、本発明によるスイッチング電
源の一実施例の回路を図1に示す。なお、図1におい
て、図2と同一部分については同じ符号を付与してあ
る。図1において、直流電源Eの両端間に、1次、2次
及び駆動用巻線としての3次巻線を有するコンバータト
ランスT1の1次巻線N1とNチャネル型MOSFET
によるスイッチングトランジスタQ1の主電流路を直列
に接続する。 スイッチングトランジスタQ1のゲート
には、図1においては図示を省略してあるPWM制御回
路の出力端が接続される。コンバータトランスT1の2
次巻線N2の一端を、チョークコイルL1及び平滑コン
デンサC1を介してNチャネル型MOS FETよりな
る整流素子としての整流用MOS FET M1のソー
スに接続し、整流用MOS FET M1のドレインを
2次巻線N2の他端と接続する。この時、コンバータト
ランスT1の2次巻線N2のチョークコイルL1側の一
端は、1次巻線N1の直流電源Eの高電位側と接続され
る一端と同極とする。
FIG. 1 shows a circuit of an embodiment of a switching power supply according to the present invention in which an increase in the number of windings provided in a converter transformer is suppressed as much as possible and a voltage between terminals of a bias capacitor is kept constant. . In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 1, a primary winding N1 of a converter transformer T1 having a primary winding, a secondary winding and a tertiary winding as a driving winding between both ends of a DC power supply E and an N-channel MOSFET.
The main current paths of the switching transistor Q1 are connected in series. The output terminal of the PWM control circuit, not shown in FIG. 1, is connected to the gate of the switching transistor Q1. Converter transformer T1-2
One end of the next winding N2 is connected via a choke coil L1 and a smoothing capacitor C1 to a source of a rectifying MOS FET M1 as a rectifying element composed of an N-channel type MOS FET, and a drain of the rectifying MOS FET M1 is connected to a secondary. Connected to the other end of the winding N2. At this time, one end of the secondary winding N2 of the converter transformer T1 on the choke coil L1 side has the same polarity as one end of the primary winding N1 connected to the high potential side of the DC power supply E.

【0014】整流用MOS FET M1のゲートは、
コンバータトランスT1の2次巻線N2とチョークコイ
ルL1の接続点と接続する。チョークコイルL1と平滑
コンデンサC1に対して並列となるように、Nチャネル
型MOS FETよりなる整流素子としての転流時整流
用MOS FETM2の主電流路を、平滑コンデンサC
1側をソースとして接続する。転流時整流用MOS F
ET M2のゲートをコンバータトランスT1の3次巻
線N3の一端と接続し、3次巻線N3の他端をバイアス
用コンデンサC2を介して転流時整流用MOS FET
M2のソースに接続する。この時、コンバータトラン
スT1の3次巻線N3のバイアス用コンデンサC2側の
一端と、2次巻線N2のチョークコイルL1側の一端を
同極とする。コンバータトランスT1の2次巻線N2と
チョークコイルL1との接続点と、3次巻線N3とバイ
アス用コンデンサC2との接続点の間に、逆流阻止用の
ダイオードD1と抵抗R1の直列回路を、ダイオードD
1のアノードを2次巻線N2側として接続する。バイア
ス用コンデンサC2に対して並列となるようにツェナー
ダイオードDZを、そのカソードが抵抗R1側となるよ
うに接続し、このツェナーダイオードDZと抵抗R1に
より定電圧回路1を形成する。なお、平滑コンデンサC
1の両端がスイッチング電源の出力端となり、平滑コン
デンサC1に対して並列に負荷RL が接続される。
The gate of the rectifying MOS FET M1 is
It is connected to a connection point between the secondary winding N2 of the converter transformer T1 and the choke coil L1. The main current path of the commutating rectification MOS FET M2 as a rectifying element composed of an N-channel type MOS FET is connected to the smoothing capacitor C1 in parallel with the choke coil L1 and the smoothing capacitor C1.
One side is connected as a source. MOS F for commutation rectification
The gate of the ET M2 is connected to one end of the tertiary winding N3 of the converter transformer T1, and the other end of the tertiary winding N3 is connected via a bias capacitor C2 to a commutating MOS FET for commutation.
Connect to the source of M2. At this time, one end of the tertiary winding N3 of the converter transformer T1 on the side of the bias capacitor C2 and one end of the secondary winding N2 on the side of the choke coil L1 have the same polarity. A series circuit of a diode D1 for backflow prevention and a resistor R1 is provided between a connection point between the secondary winding N2 of the converter transformer T1 and the choke coil L1 and a connection point between the tertiary winding N3 and the bias capacitor C2. , Diode D
1 is connected as the secondary winding N2 side. A Zener diode DZ is connected in parallel with the bias capacitor C2 such that the cathode thereof is on the resistor R1 side, and the constant voltage circuit 1 is formed by the Zener diode DZ and the resistor R1. The smoothing capacitor C
1 are output terminals of the switching power supply, and a load RL is connected in parallel with the smoothing capacitor C1.

【0015】以上のような回路構成とした、本発明によ
るスイッチング電源の動作を以下に説明する。スイッチ
ングトランジスタQ1がオン状態の時、直流電源Eによ
りコンバータトランスT1の1次巻線N1に電流が流
れ、2次巻線N2及び3次巻線N3に電圧が誘起され
る。この時、2次巻線N2に誘起された電圧Vt によ
り、整流用MOS FETM1は正バイアスされてオン
状態となる。整流用MOS FET M1がオン状態と
なることで、2次巻線N2に誘起された電圧Vt により
負荷に直流電力が供給される。また、ダイオードD1を
介して定電圧回路1に電圧Vt が入力され、定電圧回路
1からの所定の電圧値の出力電圧によりバイアス用コン
デンサC2が充電される。ここで、バイアス用コンデン
サC2の充電状態における端子間電圧VC と、3次巻線
N3に誘起された電圧V1 との関係がV1 >VC とする
と、電圧V1 により転流時整流用MOS FET M2
は逆バイアスされてオフ状態となる。
The operation of the switching power supply according to the present invention having the above-described circuit configuration will be described below. When the switching transistor Q1 is on, a current flows through the primary winding N1 of the converter transformer T1 by the DC power supply E, and a voltage is induced in the secondary winding N2 and the tertiary winding N3. At this time, the induced voltage V t in the secondary winding N2, rectification MOS FET M1 is turned on is positively biased. Rectifying MOS FET M1 is that the ON state, the DC power to the load by the voltage induced V t in the secondary winding N2 is supplied. Further, the voltage V t to the constant voltage circuit 1 is input through the diode D1, the bias capacitor C2 is charged by the output voltage of a predetermined voltage value from the constant voltage circuit 1. Here, assuming that the relationship between the inter-terminal voltage V C in the charged state of the bias capacitor C2 and the voltage V 1 induced in the tertiary winding N3 is V 1 > V C , commutation during commutation by the voltage V 1. MOS FET M2
Is reverse biased and turned off.

【0016】次にスイッチングトランジスタQ1がオフ
状態に移行すると、コンバータトランスT1の2次巻線
N2及び3次巻線N3には、巻線のインダクタンスによ
り、それまでとは逆方向の電圧が発生する。コンバータ
トランスT1の2次巻線N2の両端間の電圧の極性が反
転するため、整流用MOS FET M1は逆バイアス
されてオフ状態となる。転流時整流用MOS FET
M2は、コンバータトランスT1の3次巻線N3に発生
した電圧とバイアス用コンデンサC2の端子間電圧VC
が重畳した電圧により正バイアスされてオン状態とな
る。転流時整流用MOS FET M2がオン状態とな
ることで、チョークコイルL1の両端間には転流時整流
用MOS FET M2の主電流路を介して閉回路が形
成され、チョークコイルL1に発生したフライバック電
圧により負荷に直流電力が供給される。
Next, when the switching transistor Q1 shifts to the OFF state, a voltage in the opposite direction to that of the previous voltage is generated in the secondary winding N2 and the tertiary winding N3 of the converter transformer T1 due to the inductance of the windings. . Since the polarity of the voltage between both ends of the secondary winding N2 of the converter transformer T1 is inverted, the rectifying MOS FET M1 is reverse-biased and turned off. MOS FET for commutation during commutation
M2 is a voltage generated in the tertiary winding N3 of the converter transformer T1 and a voltage V C between terminals of the bias capacitor C2.
Are positively biased by the superimposed voltage and are turned on. When the commutation-time rectification MOS FET M2 is turned on, a closed circuit is formed between both ends of the choke coil L1 via the main current path of the commutation-time rectification MOS FET M2, and is generated in the choke coil L1. DC power is supplied to the load by the flyback voltage thus obtained.

【0017】スイッチングトランジスタQ1がオフ状態
であり、しかもコンバータトランスT1は磁束リセット
状態となり、2次巻線N2及び3次巻線N3に発生して
いた電圧が零となった時には、転流時整流用MOS F
ET M2は、バイアス用コンデンサC2の端子間電圧
C によりオン状態を維持し続ける。以上のような動作
により、常に整流用MOS FET M1と転流時整流
用MOS FET M2のどちらか一方は必ずオン状態
となり、MOS FETに存在する寄生ダイオードが導
通することは無い。
When the switching transistor Q1 is off and the converter transformer T1 is in a magnetic flux reset state, the voltage generated in the secondary winding N2 and the tertiary winding N3 becomes zero. MOS F
ETM2 keeps on by the terminal voltage V C of the bias capacitor C2. With the above operation, one of the rectifying MOS FET M1 and the commutating rectifying MOS FET M2 is always turned on, and the parasitic diode existing in the MOS FET does not conduct.

【0018】なお、図1に示す本発明の回路において、
整流用及び転流時整流用のMOSFETにNチャネル型
を用いて実施例の説明を行ったが、Pチャネル型のMO
SFETでも使用可能であり、その場合には各巻線の極
性が逆となるように回路を構成すれば良い。また、定電
圧回路としては抵抗R1とツェナーダイオードDZによ
る最も簡単な回路にて実施例の説明を行ったが、定電圧
回路として3端子レギュレータを用いても良い。さら
に、MOS FETがターンオフする時のスパイクノイ
ズを低減するために、整流素子としてのMOS FET
に対して並列に、MOS FETの寄生ダイオードより
順方向電圧降下の小さいショットキー障壁型のダイオー
ドを設けることもある。
In the circuit of the present invention shown in FIG.
The embodiment has been described using the N-channel type MOSFET for rectification and rectification during commutation.
An SFET can also be used, in which case the circuit may be configured so that the polarity of each winding is reversed. Further, although the embodiment has been described with the simplest circuit including the resistor R1 and the Zener diode DZ as the constant voltage circuit, a three-terminal regulator may be used as the constant voltage circuit. Further, in order to reduce spike noise when the MOSFET is turned off, a MOSFET as a rectifying element is used.
In parallel, a Schottky barrier diode having a smaller forward voltage drop than the parasitic diode of the MOS FET may be provided in parallel.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上に述べたように、本発明は、整流素
子としてMOS FETを使用したスイッチング電源に
おいて、コンバータトランスの2次巻線に誘起される電
圧を定電圧回路を介してバイアス用コンデンサに供給す
ることで、常に所定の電圧でバイアス用コンデンサを充
電し、その端子間電圧が一定となるようにしたものであ
る。このことにより、従来の回路での充電用巻線が不要
となり、コンバータトランスの巻線数の増加を抑えるこ
とができ、巻線の絶縁や放熱対策が容易になる。さら
に、バイアス用コンデンサの端子間電圧を定電圧回路に
より一定に保つことができるので、バイアス用コンデン
サの端子間電圧の変動によりMOS FETの動作点が
移動し、スイッチング電源の電力変換効率が低下した
り、2次側短絡によって装置を破損することを防止で
き、同時に、出力電圧を調整可能とすることもできる。
As described above, according to the present invention, in a switching power supply using a MOSFET as a rectifier, a voltage induced in a secondary winding of a converter transformer is supplied to a bias capacitor via a constant voltage circuit. , The bias capacitor is always charged with a predetermined voltage so that the voltage between its terminals becomes constant. This eliminates the need for a winding for charging in the conventional circuit, suppresses an increase in the number of windings of the converter transformer, and facilitates insulation of the windings and measures for heat dissipation. Furthermore, since the voltage between the terminals of the bias capacitor can be kept constant by the constant voltage circuit, the operating point of the MOS FET moves due to the fluctuation of the voltage between the terminals of the bias capacitor, and the power conversion efficiency of the switching power supply decreases. In addition, it is possible to prevent the device from being damaged by the secondary-side short circuit, and at the same time, to be able to adjust the output voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明のスイッチング電源の実施例の回路
図。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of a switching power supply according to the present invention.

【図2】 従来のスイッチング電源の回路図。FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional switching power supply.

【図3】 図2に示す回路の各点における電圧波形。FIG. 3 is a voltage waveform at each point of the circuit shown in FIG. 2;

【図4】 図2に示す回路の各整流素子としてのMOS
FETのゲート電圧波形
FIG. 4 shows a MOS as each rectifier in the circuit shown in FIG.
FET gate voltage waveform

【符号の説明】[Explanation of symbols]

E 直流電源 T1 コンバータトランス L1 チョークコイル M1 主整流用のMOS FET M2 転流時整流用のMOS FET C2 バイアス用コンデンサ 1 定電圧回路 E DC power supply T1 Converter transformer L1 Choke coil M1 Main rectification MOS FET M2 Commutation rectification MOS FET C2 Bias capacitor 1 Constant voltage circuit

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】コンバータトランスの1次巻線に接続され
たスイッチング素子がスイッチング動作を行うことによ
り、コンバータトランスの2次巻線に接続した整流平滑
回路を介して安定化した直流出力を負荷に供給するスイ
ッチング電源において、整流平滑回路は、整流素子、転
流時用整流素子、チョークコイル及び平滑コンデンサよ
り成り、該整流素子及び該転流時用整流素子としてMO
S FETを使用し、また、該コンバータトランスに駆
動用巻線を設け、前記転流時整流用のMOS FETの
ゲートに該駆動用巻線の一端を接続し、駆動用巻線の他
端をバイアス用コンデンサを介して該転流時整流用のM
OS FETのソースと接続し、前記スイッチング素子
がオン状態の時に、該コンバータトランスの2次巻線に
発生する起電圧によって該バイアス用コンデンサを充電
し、かつ、該バイアス用コンデンサの充電電圧が所定の
値となるように、該バイアス用コンデンサ及び該駆動用
巻線の接続点と該コンバータトランスの2次巻線の一端
の間に逆流阻止用のダイオード及び定電圧回路を設けた
回路構成を有し、該スイッチング素子がオン状態の時に
は、該整流用のMOS FETがオン状態、該転流時用
のMOS FETがオフ状態となり、該スイッチング素
子がオフ状態の時には、該整流用のMOS FETがオ
フ状態、該転流時用のMOS FETがオン状態となる
ようにした同期整流方式のスイッチング電源。
A switching element connected to a primary winding of a converter transformer performs a switching operation, so that a stabilized DC output is supplied to a load via a rectifying and smoothing circuit connected to a secondary winding of the converter transformer. In the switching power supply to be supplied, the rectifying and smoothing circuit includes a rectifying element, a rectifying element for commutation, a choke coil, and a smoothing capacitor.
An SFET is used, a driving winding is provided on the converter transformer, one end of the driving winding is connected to the gate of the MOSFET for commutation rectification, and the other end of the driving winding is connected. M for commutation during commutation via a bias capacitor
When the switching element is on, the bias capacitor is charged by an electromotive voltage generated in a secondary winding of the converter transformer, and the charging voltage of the bias capacitor is set to a predetermined value. And a circuit for providing a backflow preventing diode and a constant voltage circuit between the connection point of the bias capacitor and the driving winding and one end of the secondary winding of the converter transformer. When the switching element is in the on state, the rectifying MOS FET is in the on state, and the commutating MOS FET is in the off state. When the switching element is in the off state, the rectifying MOS FET is in the off state. A synchronous rectification type switching power supply in which an off state and the commutating MOS FET are turned on.
【請求項2】 請求項1のスイッチング電源において、
該整流用のMOS FETのゲート駆動電圧は、コンバ
ータトランスの2次巻線に発生する電圧より得ることを
特徴とするスイッチング電源。
2. The switching power supply according to claim 1,
A switching power supply, wherein a gate drive voltage of the rectifying MOS FET is obtained from a voltage generated in a secondary winding of a converter transformer.
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