JP4136237B2 - スイッチング電源用mosfetのゲートしきい値温度補償回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、RCC(Ringing Choke Converter)方式電源の主半導体素子にMOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)を用いたときの、MOSFETゲートしきい値の温度補償回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4は主半導体素子にMOSFETを用いたRCC方式電源の従来例を示す。
同図において、1は主半導体素子としてのMOSFET、2はMOSFETターンオフ時のスナバ回路、3は入力部電解コンデンサ、4はトランス1次巻線、5はトランス1次側補助巻線、6はトランス2次巻線、7はゲート電圧充電用コンデンサ、8,13,19は抵抗、9はコンデンサ、10は充電抵抗、11はツェナーダイオード、12,24はダイオード、14はフォトカプラ、15はMOSFET1をターンオフさせるためのトランジスタ、17はMOSFET用起動抵抗である。
【0003】
図4において、入力電圧が印加されると、抵抗17と8を介してコンデンサ7が充電され、MOSFET1にゲート電圧が供給されて起動する。MOSFET1がオン状態になるとドレイン電流が流れ始め、トランス1次巻線4に入力電圧が印加される。これにより、トランス1次巻線の補助巻線5に巻数比に応じた電圧が発生し、コンデンサ7と抵抗8を通してMOSFET1にゲート電圧を供給する。また、補助巻線5からはMOSFET1へゲート電圧を供給するとともにツェナーダイオード11,抵抗10を通してコンデンサ9を充電する。コンデンサ9の電位が約1Vまで上がるとトランジスタ15がオンしてMOSFET1がオフとなる。
【0004】
MOSFET1がオフすると、トランス1次巻線4に蓄えられたエネルギーはトランス2次巻線6からダイオード24を通して2次側に出力される。同時に、トランス2次巻線に、いままでと逆方向に発生した電圧が、コンデンサ9,抵抗10,ツェナーダイオード11を通して放電し、マイナス電位に充電する。なお、フォトカプラ14は定電圧制御のために設けられ、トランス2次側の電圧を図示されない手段にて検出し、これが基準電圧よりも高くなるとフォトカプラ14のフォトトランジスタを導通させ、ダイオード12,抵抗13,コンデンサ9の直列回路に電流を流し、コンデンサ9の充電時間を制御するようにした公知のものである。
【0005】
上記の回路では、主半導体素子MOSFET1の起動のタイミング、すなわちゲートしきい値電圧までの充電時間を、通常、上記起動抵抗17の値によって調整している。つまり、起動までの充電時間を長くする場合は起動抵抗17の値を大きくすることで充電電流を減らし、起動までの充電時間を短くする場合は起動抵抗17の値を小さくすることで充電電流を増加させる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図4のようなRCC方式電源で動作周囲温度が高くなると、例えば図5に示すようなMOSFETの温度特性により、ゲートしきい値電圧が低下する。そのため、高温時にはMOSFETのゲート電圧がしきい値に達するまでのターンオン時刻が常温時よりも早くなる。すなわち、ターンオフ時間が短くなることにより、トランス1次巻線に蓄えられたエネルギーを全て放出する前にターンオン状態になるため、特に軽負荷時にはMOSFETが過熱破壊する等の問題があった。
【0007】
これに関連して、例えば特開昭53−142159号公報に示されるものがある。
これは、出力レベルを制御するスイッチング回路用MOSFETのゲート・ソース電圧を温度に依存して変化させる手段を設け、MOSFETの導電路抵抗をほぼ一定に保つようにしたものである。この引用例に記載のものはスイッチング素子の温度補償を行なう点で共通するが、回路が複雑で高価になるという問題がある。
したがって、この発明の課題は簡単かつ安価に温度補償を可能にすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項1の発明では、主半導体素子にMOSFETを用いたスイッチング電源の電源供給線に、直列に接続されたMOSFET起動用抵抗の中点にツェナーダイオードを接続して接地し、前記MOSFETのゲートとその起動用抵抗との間にダイオードを直列接続し、前記中点にはコレクタ、前記起動用抵抗と前記直列ダイオードとの接続点にはベース、抵抗素子の一端にはエミッタがそれぞれつながるトランジスタを接続し、かつ、抵抗素子の他端には、前記直列接続されたダイオードのカソードとMOSFETのゲートとの接続点に接続し、この接続点を抵抗を介して接地することで前記MOSFETに対してゲート電圧を供給するコンデンサへの充電電流を動作周囲温度の上昇とともに減少させることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の第1の実施の形態を示す回路図である。
これは図4に示すものに対し、抵抗16と17の中点AとN(接地)電位との間にツェナーダイオード20を接続した点、抵抗17と直列にダイオード21,22を接続した点、抵抗17と直列ダイオード21,22との接続点にはベース、中点Aにはコレクタ、正の温度特性(PTC:Positive Temperature Coefficient)を持つ、例えばサーミスタを含むPTC抵抗素子18の一端にはエミッタ、がそれぞれ接続されるトランジスタ23を設けた点等が特徴である。
【0010】
ツェナーダイオード20は、電源のP側電位の変動によらず中点Aの電位を一定に保つために設けられ、PTC抵抗素子18,直列ダイオード21,22およびトランジスタ23は温度補償回路を構成する。すなわち、直列ダイオード21,22の順電圧をトランジスタ23のベース(B)・エミッタ(E)間電圧よりも高くしておくで、トランジスタ23をオンとしPTC抵抗素子18,抵抗8を介してコンデンサ7を充電することにより、MOSFET1にゲート電圧を供給しこれを起動する。
【0011】
ここで、動作周囲温度が高くなると、例えば図5に示すようなMOSFETの温度特性により、ゲートしきい値電圧が低下するが、直列ダイオード21,22も、例えば図2のような温度特性により温度上昇に伴って順電圧が低下するため、コンデンサ7の充電電流を減少させることができる。しかし、通常はこれだけでは不充分なため、トランジスタ23のエミッタに接続するPTC抵抗素子18として、残補償値分の抵抗温度係数(PPM/℃)をもつ部品を選ぶことで、より十分な温度補償を実現している。
【0012】
例えば、MOSFETのゲートしきい値電圧の温度特性が図5に示されるものとすると、(1.75−1.25)/〔75−(−25)〕=5000PPM/℃であり、ダイオード順電圧の温度特性が図2に示されるものとすると、(0.58−0.33)/〔75−(−25)〕=2500PPM/℃で、差し引き2500PPM/℃分が残補償値分となり、これを補償し得るPTC抵抗素子18を選べば良いことになる。
【0013】
図3はこの発明の第2の実施の形態を示す回路図である。同図からも明らかなように、図1に示すPTC抵抗素子18を通常の抵抗25に置き換えた点が特徴である。これは使用しているMOSFETのゲートしきい値電圧の温度特性曲線の補償値が小さく、直列ダイオード21,22の温度特性から、高温時に順電圧が低下することによる電流減少の効果だけで、MOSFETのゲートしきい値電圧の温度を実現できる場合を示し、この場合は単なる抵抗25とすることができる。
【0014】
【発明の効果】
この発明によれば、MOSFETを使用したスイッチング電源の一般的な動作温度範囲における、MOSFETのゲートしきい値電圧の変化によるゲート電圧充電用コンデンサの充電時間をほぼ一定に保つことができるので、負荷短絡時等の軽負荷状態においても安定な動作が可能になるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示す回路図である。
【図2】ダイオード順電圧の温度特性を示すグラフである。
【図3】この発明の第2の実施の形態を示す回路図である。
【図4】RCC方式電源の従来例を示す回路図である。
【図5】MOSFETゲートしきい値電圧の温度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1…MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)、2…スナバ回路、3…電解コンデンサ、4…トランス1次巻線、5…トランス1次側補助巻線、6…トランス2次巻線、7,9…コンデンサ、8,10,16,13,17,19,25…抵抗、11,20…ツェナーダイオード、12,21,22,24…ダイオード、14…フォトカプラ、15,23…トランジスタ、18…PTC抵抗素子。
Claims (1)
- 主半導体素子にMOSFETを用いたスイッチング電源の電源供給線に、直列に接続されたMOSFET起動用抵抗の中点にツェナーダイオードを接続して接地し、前記MOSFETのゲートとその起動用抵抗との間にダイオードを直列接続し、前記中点にはコレクタ、前記起動用抵抗と前記直列ダイオードとの接続点にはベース、抵抗素子の一端にはエミッタがそれぞれつながるトランジスタを接続し、かつ、抵抗素子の他端には、前記直列接続されたダイオードのカソードとMOSFETのゲートとの接続点に接続し、この接続点を抵抗を介して接地することで前記MOSFETに対してゲート電圧を供給するコンデンサへの充電電流を動作周囲温度の上昇とともに減少させることを特徴とするスイッチング電源用MOSFETのゲートしきい値温度補償回路。
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