JP3373194B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】図３は、従来のスイッチング電源装置の
一例を示す回路図である。スイッチング電源装置は、入
力端子１，２、平滑コンデンサ３、メインスイッチ用Ｍ
ＯＳＦＥＴ４およびトランス５の一次巻線からなる一次
側駆動回路と、トランス５の二次巻線、整流スイッチ用
ＭＯＳＦＥＴ６、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７、チョ
ークコイル８、出力コンデンサ９、出力端子１０，１
１、分圧抵抗１２，１３、制御回路１４、ダイオード１
５および還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６からな
る二次側出力回路とから構成される同期整流式フォワー
ド型スイッチング電源装置である。このような構成の同
期整流式フォワード型スイッチング電源装置は、たとえ
ば特開平１０−１４６０５２号公報に開示されている。 【０００３】上述の構成において、メインスイッチ用Ｍ
ＯＳＦＥＴ４は、制御回路１４により、出力端子１０，
１１から得られる出力電圧が安定するようにＰＷＭ制御
される。 【０００４】メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４が、この
ＰＷＭ制御によりターンオンすると、トランス５の二次
巻線に電圧が誘起し、この電圧が整流スイッチ用ＭＯＳ
ＦＥＴ６のゲートに印加され、整流スイッチ用ＭＯＳＦ
ＥＴ６はオン状態になる。このとき、還流ゲートドライ
バ用スイッチ素子１６は、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥ
Ｔ４のターンオンに同期して、オン状態になるように制
御される。整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ６のオンによ
り、チョークコイル８には、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥ
Ｔ６を介して電流が流れる。 【０００５】一方、還流ゲートドライバ用スイッチ素子
１６のオンにより、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７のゲ
ート・ソース間が短絡され、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥ
Ｔ７は、オフ状態になる。それにより、還流スイッチ用
ＭＯＳＦＥＴ７のゲート・ソース間容量に充電されてい
た電荷は、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６を介
して放電される。 【０００６】次に、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４
が、ＰＷＭ制御によりターンオフすると、励磁エネルギ
ーによりトランス５の一次巻線に逆電圧が発生し、トラ
ンス５の二次巻線の電圧は、極性が反転する。その結
果、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ６はオフ状態になる。
また、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６は、メイ
ンスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４のターンオフに同期して、
オフ状態になるように制御される。還流ゲートドライバ
用スイッチ素子１６のオフにより、還流スイッチ用ＭＯ
ＳＦＥＴ７のゲートにダイオード１５を介して上述の逆
電圧が印加され、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７は、オ
ン状態になる。それにより、チョークコイル８の電流
は、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７を介して流れる。 【０００７】また、還流ゲートドライバ用スイッチ素子
１６がオフに制御され、かつ還流スイッチ用ＭＯＳＦＥ
Ｔ７のゲートにダイオード１５を介して上述の逆電圧が
印加されることにより、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７
のゲート・ソース間容量に電荷が蓄積される。そして、
この蓄積された電荷は、還流ゲートドライバ用スイッチ
素子１６がオフになっているので、その放電経路がダイ
オード１５で閉ざされた状態となる。 【０００８】次に、トランス５の二次巻線の電圧がゼロ
になると、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６がオ
フ状態を維持しているから、ダイオード１５は、逆バイ
アス状態となる。したがって、還流スイッチ用ＭＯＳＦ
ＥＴ７のゲート・ソース間容量に蓄積された電荷の封じ
込め状態は、引き続き維持されるので、ダイオード１５
から還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７のゲートに順バイア
ス電圧が印加された状態を維持する。その結果、トラン
ス５の二次巻線の電圧がゼロになっても、還流スイッチ
用ＭＯＳＦＥＴ７は、引き続きオン状態を維持し、チョ
ークコイル８の電流は、引き続き還流スイッチ用ＭＯＳ
ＦＥＴ７を介して流れ続け、チョークコイルを流れる電
流の連続性が保持される。 【０００９】そして、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４
が、再びターンオンすると、上述のターンオン時の動作
状態となり、スイッチング電源装置の動作が継続する。 【００１０】上述の構成のスイッチング電源装置におい
ては、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４のターンオフの
期間では、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６がオ
フ状態を維持するので、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７
は、トランス５の二次巻線の電圧がゼロになる期間も含
めて引き続きオン状態に維持される。それにより、メイ
ンスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４のターンオフの期間および
トランス５の二次巻線の電圧がゼロになる期間は、還流
スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７を介して出力端子１０へ電流
が流れるので、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７部分にお
ける電圧降下は、格段に低くなり、電力損失が非常に小
さなものとなり、装置の動作効率を格段に高めることが
できる。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】上述の構成のスイッチ
ング電源装置では、動作停止時（たとえば、入力端子
１，２に供給される直流入力電圧を遮断して動作を停止
させた時）に、トランス５の二次巻線の電圧がゼロにな
ると、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ６は、図４（ｃ）に
示すように、ゲート・ソース電圧Ｖｇｓ１がゼロになる
ので、オフ状態となる。 【００１２】しかしながら、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥ
Ｔ７は、上述したように、トランス５の二次巻線の電圧
がゼロになっても、図４（ｂ）に示すように、そのゲー
ト・電圧Ｖｇｓ２が順バイアス状態に維持される。した
がって、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７は、オン状態を
維持し続けているため、チョークコイル８と出力コンデ
ンサ９で構成される出力フィルタが、低インピーダンス
でショートされ続ける。その結果、出力端子１０，１１
における出力電圧は、図４（ａ）に示すように、安定電
圧Ｖo から低下した後、負電圧となるアンダーシュート
現象を生じることがある。 【００１３】そして、このアンダーシュート現象によ
り、出力端子１０，１１の電圧極性が逆転し負荷側の部
品に悪影響を与え、最悪の場合には、負荷側のＩＣおよ
び半導体部品が破壊に至るおそれがある。 【００１４】そこで、本発明の目的は、動作停止時に出
力電圧のアンダーシュート現象の発生を防止できる対策
回路を有するスイッチング電源装置を提供することにあ
る。 【００１５】 【課題を解決するための手段】上記した目的に鑑みて、
本発明のスイッチング電源装置は、トランスと、トラン
スの一次巻線に接続されるメインスイッチと、トランス
の二次巻線と接続されるチョークコイル、出力コンデン
サおよび整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴと、を備え、整流
スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのゲートは、二次巻線とチョー
クコイルとの間に接続されるスイッチング電源装置にお
いて、ソース・ドレイン間がチョークコイルおよび出力
コンデンサの全体と並列に接続される還流スイッチ用Ｍ
ＯＳＦＥＴと、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのドレイン
と還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのゲートとの間に、整流
スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのドレインから還流スイッチ用
ＭＯＳＦＥＴのゲートへ電流が流れる向きに接続される
ダイオードと、ダイオードと並列に接続される抵抗と、
還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのゲートを、整流スイッチ
用ＭＯＳＦＥＴのソースに接続する還流ゲートドライバ
用スイッチ素子と、を設け、メインスイッチを、出力電
圧に応じた制御パルス信号でＰＷＭ制御し、且つ、還流
ゲートドライバ用スイッチ素子は、メインスイッチに同
期して制御されるものである。 【００１６】それにより、動作停止時に出力電圧のアン
ダーシュート現象の発生を防止することができる。 【００１７】 【００１８】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づいて説明する。 【００１９】図１は、本発明に係るスイッチング電源装
置の実施の形態を示す回路図である。図１において、図
３の従来回路図と同一の構成要素は、同一符号を付して
説明する。このスイッチング電源装置は、従来回路図と
同一構成の同期整流式フォワード型スイッチング電源で
あるが、ダイオード１５に並列に放電手段としての抵抗
１７を接続した構成に特徴を有する。 【００２０】上述の構成において、スイッチング電源装
置の動作停止時（たとえば、入力端子１，２に供給され
る直流入力電圧を遮断して動作を停止させた時）に、ト
ランス５の二次巻線の電圧がゼロになると、還流ゲート
ドライバ用スイッチ素子１６がオフ状態を維持し、ダイ
オード１５は、逆バイアス状態となる。したがって、還
流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７は、オン状態を維持し、チ
ョークコイル８の電流は、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ
７を介して流れる。 【００２１】しかし、ダイオード１５に並列に抵抗１７
が接続されているため、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７
のゲート・ソース間容量に蓄積された電荷は、この抵抗
１７を介して、ゲート・ソース間容量と抵抗１７による
時定数で放電される。その結果、還流スイッチ用ＭＯＳ
ＦＥＴ７は、そのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ２が図２
（ｂ）に示すように低下するため、オン状態を維持でき
ず、オフ状態になる。 【００２２】還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７がオフ状態
になると、チョークコイル８からの出力エネルギーが、
整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ６のゲートに印加され、整
流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ６がオン状態になる。整流ス
イッチ用ＭＯＳＦＥＴ６のオンにより、チョークコイル
８には、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ６を介して電流が
流れる。 【００２３】以下、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ６およ
び還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７が交互にオン、オフを
繰り返す自励発振現象が発生する。チョークコイル８か
らの出力エネルギーが、自励発振現象により小さくなる
と、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ６および還流スイッチ
用ＭＯＳＦＥＴ７をオンになるように駆動できなくなる
ので、出力電圧がゼロより大きい時点で出力エネルギー
はなくなる。したがって、出力電圧のアンダーシュート
現象が発生することはない。 【００２４】図２は、上述のスイッチング電源装置にお
ける動作停止時の各部の信号タイミング図である。
（ａ）は、出力端子１０，１１における出力電圧を示
し、正常動作中は電圧値Ｖo で安定制御されており、時
間ｔ1 に動作停止されると、出力電圧は次第に減少す
る。（ｂ）は、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ７のゲート
・ソース間電圧Ｖgs2 を示し、時間ｔ1 に動作停止され
ると、いったん正常動作時の電圧レベルまで立ち上がる
がゲート・ソース間容量と抵抗１７による放電時定数で
次第に減少するパルス波形となる。このパルス波形は、
次第に立ち上がりの電圧レベルが減少して行く。（ｃ）
は、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ６のゲート・ソース間
電圧Ｖgs1 を示し、時間ｔ1 に動作停止されると、次第
に電圧レベルが減少する矩形パルス波形となる。 【００２５】以上説明したように、スイッチング電源装
置の動作停止時に、アンダーシュート現象の発生が防止
でき、出力端子１０，１１に逆電圧が生じて負荷側部品
を破壊したりする悪影響を与えることがなくなる。 【００２６】以上の通り、本発明の実施の形態について
説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用
が可能である。 【００２７】 【００２８】 【発明の効果】本発明によれば、出力電圧のアンダーシ
ュート現象の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の実施の形
態を示す回路図である。 【図２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、図１のスイッ
チング電源装置における動作停止時の各部の信号タイミ
ング図である。 【図３】従来のスイッチング電源装置の一例を示す回路
図である。 【図４】図３のスイッチング電源装置における動作停止
時の各部の信号タイミング図である。 【符号の説明】 ４ メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ（メインスイッチ） ６ 整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ ７ 還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ ８ チョークコイル ９ 出力コンデンサ １０ 出力端子 １１ 出力端子 １４ 制御回路 １５ ダイオード １６ 還流ゲートドライバ用スイッチ素子 １７ 抵抗（放電手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹上 栄治 東京都品川区東五反田１丁目11番15号電 波ビルディング デンセイ・ラムダ株式 会社内 (56)参考文献 特開 平10−146052（ＪＰ，Ａ) 特開2000−278941（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−75367（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−336277（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 3/28 H02M 3/335

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】【請求項１】 トランスと、 上記トランスの一次巻線に接続されるメインスイッチ
   と、 上記トランスの二次巻線と接続されるチョークコイル、
   出力コンデンサおよび整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴと、
   を備え、 上記整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのゲートは、上記二次
   巻線と上記チョークコイルとの間に接続されるスイッチ
   ング電源装置において、 ソース・ドレイン間が上記チョークコイルおよび上記出
   力コンデンサの全体と並列に接続される還流スイッチ用
   ＭＯＳＦＥＴと、 上記整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのドレインと上記還流
   スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのゲートとの間に、上記整流ス
   イッチ用ＭＯＳＦＥＴのドレインから上記還流スイッチ
   用ＭＯＳＦＥＴのゲートへ電流が流れる向きに接続され
   るダイオードと、 上記ダイオードと並列に接続される抵抗と、 上記還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのゲートを、上記整流
   スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのソースに接続する還流ゲート
   ドライバ用スイッチ素子と、を設け、 上記メインスイッチを、出力電圧に応じた制御パルス信
   号でＰＷＭ制御し、且つ、上記還流ゲートドライバ用ス
   イッチ素子は、上記メインスイッチに同期して制御され
   ることを特徴とするスイッチング電源装置。