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
スイッチング電源用ｍｏｓｆｅｔのゲートしきい値温度補償回路 Download PDFInfo
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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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