JP4191577B2 - Synchronous rectification switching power supply - Google Patents

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Description

この発明は、直流入力電圧を所望の直流電圧に変換し、電子機器に供給するスイッチング電源であって、特にフライバック式の同期整流スイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a switching power supply that converts a DC input voltage into a desired DC voltage and supplies it to an electronic device, and particularly relates to a flyback type synchronous rectification switching power supply apparatus.

従来の同期整流型の整流回路を備えたフライバック式のスイッチング電源装置10として、例えば図3に示すような電源装置があった。このスイッチング電源装置10は、直流電源の入力端子11,12と並列に入力コンデンサC1が設けられ、入力コンデンサC1の両端に、トランスTの1次巻線N1とMOS−FET等のインバータトランジスタである主スイッチ素子Q1が直列回路に接続されている。トランスTの1次巻線N1はドットのある方が入力端子11に接続され、ドットの無い方が主スイッチ素子Q1に接続されている。   As a flyback type switching power supply device 10 having a conventional synchronous rectification type rectifier circuit, for example, there is a power supply device as shown in FIG. This switching power supply device 10 is provided with an input capacitor C1 in parallel with DC power supply input terminals 11 and 12, and an inverter transistor such as a primary winding N1 of a transformer T and a MOS-FET at both ends of the input capacitor C1. The main switch element Q1 is connected to the series circuit. The primary winding N1 of the transformer T has a dot connected to the input terminal 11, and the one without a dot connected to the main switch element Q1.

トランスTの2次巻線N2は、ドットのない方の端子が出力端子13に接続され、ドットのある方の端子は、MOS−FET等の同期整流素子TR1のドレインに接続され、そのソースが基準電位側の出力端子14に接続されている。さらに、出力端子13,14間には、平滑用の出力コンデンサC2が設けられている。   The secondary winding N2 of the transformer T has a terminal without a dot connected to the output terminal 13, a terminal with a dot connected to the drain of a synchronous rectifier TR1 such as a MOS-FET, and the source thereof It is connected to the output terminal 14 on the reference potential side. Further, a smoothing output capacitor C2 is provided between the output terminals 13 and 14.

同期整流素子TR1のドレイン・ソース間には、2次側に設けられた電圧源16を備えている。電圧源16は、同期整流素子TR1のドレインに一端が接続されたコンデンサC5を備え、コンデンサC5の他端が抵抗R3の一端に接続され、抵抗R3の他端はツェナーダイオードZD1のカソードに接続され、ツェナーダイオードZD1のアノードが、出力端子14側の基準電位に接続されている。さらに、抵抗R3の他端はダイオードD3のアノードに接続され、ダイオードD3のカソードがコンデンサC6を介して出力端子14側の基準電位に接続されている。ダイオードD3のカソードとコンデンサC6の中点が、この電圧源16の出力となっている。   A voltage source 16 provided on the secondary side is provided between the drain and source of the synchronous rectifier element TR1. The voltage source 16 includes a capacitor C5 having one end connected to the drain of the synchronous rectifier element TR1, the other end of the capacitor C5 is connected to one end of the resistor R3, and the other end of the resistor R3 is connected to the cathode of the Zener diode ZD1. The anode of the Zener diode ZD1 is connected to the reference potential on the output terminal 14 side. Further, the other end of the resistor R3 is connected to the anode of the diode D3, and the cathode of the diode D3 is connected to the reference potential on the output terminal 14 side via the capacitor C6. The middle point of the cathode of the diode D3 and the capacitor C6 is the output of the voltage source 16.

さらに、トランスTの2次側には、同期整流素子TR1をオンする補助巻線N3が設けられ、この補助巻線N3のドットを付した側の端子が基準電位に接続され、ドットのない側の端子は、スピードアップ用のコンデンサC4を介して同期整流素子TR1のゲートに接続されている。さらに、補助巻線N3のドットのない側の端子は、ダイオードD1のカソードに接続され、ダイオードD1のアノードが抵抗R1、タイミングコンデンサC3の直列回路を経て出力端子14側の基準電位に接続されている。抵抗R1とタイミングコンデンサC3の中点は、電圧源16のダイオードD3のカソードとコンデンサC6の中点に、抵抗R2を介して接続されている。   Further, an auxiliary winding N3 for turning on the synchronous rectifying element TR1 is provided on the secondary side of the transformer T, and a terminal on the side of the auxiliary winding N3 with a dot is connected to a reference potential, and a side without a dot Is connected to the gate of the synchronous rectifier element TR1 via a speed-up capacitor C4. Furthermore, the terminal on the non-dot side of the auxiliary winding N3 is connected to the cathode of the diode D1, and the anode of the diode D1 is connected to the reference potential on the output terminal 14 side via the series circuit of the resistor R1 and the timing capacitor C3. Yes. The middle point of the resistor R1 and the timing capacitor C3 is connected to the cathode of the diode D3 of the voltage source 16 and the middle point of the capacitor C6 via the resistor R2.

さらに、抵抗R1とタイミングコンデンサC3の中点は、スイッチ素子であるnpn型のトランジスタTR2のベースに接続されている。トランジスタTR2のコレクタは、同期整流素子TR1のゲートに接続され、エミッタは出力端子14側の基準電位に接続されている。また、同期整流素子TR1のゲートには、ダイオードD2のカソードが接続され、ダイオードD2のアノードが上記基準電位に接続されている。   Further, the middle point of the resistor R1 and the timing capacitor C3 is connected to the base of an npn-type transistor TR2 that is a switch element. The collector of the transistor TR2 is connected to the gate of the synchronous rectifier element TR1, and the emitter is connected to the reference potential on the output terminal 14 side. Further, the cathode of the diode D2 is connected to the gate of the synchronous rectifier element TR1, and the anode of the diode D2 is connected to the reference potential.

このスイッチング電源装置10の動作は、MOS−FETの主スイッチ素子Q1が、図示しない制御回路によりオン・オフしPWM(Pulse Width Modulation)制御される。主スイッチ素子Q1のオン期間には、同期整流素子TR1はオフしており電流は流れず、電圧源16のコンデンサC6がコンデンサC5を介して充電される。充電電圧は、ツェナーダイオードZD1により設定される電圧である。また、主スイッチ素子Q1のオン期間に、補助巻線N3によりコンデンサC4がダイオードD2のカソード側をプラスにして充電される。   The operation of the switching power supply 10 is controlled by PWM (Pulse Width Modulation) by turning on and off the main switch element Q1 of the MOS-FET by a control circuit (not shown). During the on period of the main switch element Q1, the synchronous rectifier element TR1 is off and no current flows, and the capacitor C6 of the voltage source 16 is charged via the capacitor C5. The charging voltage is a voltage set by the Zener diode ZD1. Further, during the ON period of the main switch element Q1, the capacitor C4 is charged with the cathode side of the diode D2 being positive by the auxiliary winding N3.

次に、主スイッチ素子Q1がオフすると、同期整流素子TR1のゲートには、補助巻線N3のドットのない側の端子の電圧にコンデンサC4の充電電圧が加えられて充電され、同期整流素子TR1がオンする。同時に、2次巻線N2に発生するフライバック電圧により、2次巻線N2に蓄えられたエネルギーが出力コンデンサC2に充電される。   Next, when the main switch element Q1 is turned off, the gate of the synchronous rectifier element TR1 is charged by adding the charging voltage of the capacitor C4 to the voltage of the terminal on the non-dot side of the auxiliary winding N3, thereby synchronizing the synchronous rectifier element TR1. Turns on. At the same time, the energy stored in the secondary winding N2 is charged in the output capacitor C2 by the flyback voltage generated in the secondary winding N2.

また、主スイッチ素子Q1がオフすると同時に、電圧源16によりタイミングコンデンサC3の充電が、抵抗R2を介して開始される。そして、タイミングコンデンサC3の電位が次第に上昇し、トランジスタTR2がオンする閾値電位に達すると、トランジスタTR2がオンし同期整流素子TR1のゲートの電荷を放電して、同期整流素子TR1をオフする。トランジスタTR2がオンするタイミングは、主スイッチ素子Q1がオンする直前のタイミングに設定されている。そして主スイッチ素子Q1がオンすると、再び電圧源16のコンデンサC6の充電が開始するとともに、タイミングコンデンサC3の電荷が抵抗R1、ダイオードD1を経て放電する。以上の動作を繰り返して、このスイッチング電源装置10は、主スイッチ素子Q1と同期整流素子TR1が同時にオンすることなく、同期整流動作を行い、出力側に電力を供給する。   At the same time as the main switch element Q1 is turned off, charging of the timing capacitor C3 by the voltage source 16 is started via the resistor R2. When the potential of the timing capacitor C3 gradually rises and reaches the threshold potential at which the transistor TR2 is turned on, the transistor TR2 is turned on to discharge the gate charge of the synchronous rectifier element TR1 and turn off the synchronous rectifier element TR1. The timing at which the transistor TR2 is turned on is set to the timing immediately before the main switch element Q1 is turned on. When the main switch element Q1 is turned on, charging of the capacitor C6 of the voltage source 16 starts again, and the charge of the timing capacitor C3 is discharged through the resistor R1 and the diode D1. By repeating the above operation, the switching power supply device 10 performs a synchronous rectification operation without supplying the main switch element Q1 and the synchronous rectification element TR1 at the same time, and supplies power to the output side.

この種の電源回路は、1次側の主スイッチ素子Q1がオンした際に、2次側の同期整流素子TR1のオン時間を決定するタイミングコンデンサC3が放電され、次に主スイッチ素子Q1がオフし、2次側の同期整流素子TR1がオンする期間に、2次側巻線または電圧源によりタイミングコンデンサC3が充電される。この充電電流によりタイミングコンデンサC3の電圧が、同期整流素子TR1をオフさせるためのトランジスタTR2がオンするしきい値に達した時点で、同期整流素子TR1がオフされる。このようにして、主スイッチ素子Q1がオンする前に、タイミングコンデンサC3を充電して同期整流素子TR1をオフさせることにより、同期整流素子TR1の貫通電流を防止している。従って、この種の回路は、タイミングコンデンサC3の充放電経路の抵抗値を調整するだけで、容易に貫通電流を防止した同期整流回路を構成し、高効率化できるメリットがある。
特開2002−101656号公報
In this type of power supply circuit, when the primary main switch element Q1 is turned on, the timing capacitor C3 that determines the on-time of the secondary side synchronous rectifier element TR1 is discharged, and then the main switch element Q1 is turned off. The timing capacitor C3 is charged by the secondary winding or the voltage source during the period when the secondary side synchronous rectifier element TR1 is turned on. When the voltage of the timing capacitor C3 reaches the threshold value for turning on the transistor TR2 for turning off the synchronous rectifier element TR1 by this charging current, the synchronous rectifier element TR1 is turned off. In this way, the through current of the synchronous rectifier element TR1 is prevented by charging the timing capacitor C3 and turning off the synchronous rectifier element TR1 before the main switch element Q1 is turned on. Therefore, this type of circuit has an advantage that a synchronous rectification circuit that easily prevents a through current can be easily configured by simply adjusting the resistance value of the charging / discharging path of the timing capacitor C3, thereby improving efficiency.
JP 2002-101656 A

上記従来の技術の回路の場合、過電流時に過電流保護回路により出力電圧が低下すると、主スイッチ素子Q1のオン時間が短くなり、タイミングコンデンサC3が放電されにくくなる。そのため、過電流時に出力電圧の低下に伴って同期整流素子TR1のオン時間も短くなり、整流動作は、同期整流素子TR1のボディーダイオードもしくは同期整流素子TR1に並列に接続されたダイオードD5によることとなり、このダイオードD5等に大きな電流が流れ、同期整流素子TR1がオンしている場合と比較して著しく損失が大きくなる。   In the case of the above prior art circuit, when the output voltage is lowered by the overcurrent protection circuit at the time of overcurrent, the on-time of the main switch element Q1 is shortened and the timing capacitor C3 is not easily discharged. For this reason, the on-time of the synchronous rectifying element TR1 is shortened as the output voltage is reduced during an overcurrent, and the rectifying operation is performed by the body diode of the synchronous rectifying element TR1 or the diode D5 connected in parallel to the synchronous rectifying element TR1. A large current flows through the diode D5 and the like, and the loss is remarkably increased as compared with the case where the synchronous rectifying element TR1 is turned on.

従来、この大きな損失に耐えるために、同期整流素子TR1のトランジスタやそれに並列に接続されるダイオードD5を大きなものにしたり、過電流時にはインバータ動作が間欠するような複雑な回路を1次側に構成する必要があり、電源装置の小型化の弊害やコストアップにつながるものであった。   Conventionally, in order to withstand such a large loss, a complicated circuit in which the transistor of the synchronous rectifier element TR1 and the diode D5 connected in parallel with the transistor are large, or the inverter operation is intermittent in an overcurrent, is configured on the primary side. It is necessary to reduce the size and cost of the power supply device.

この発明は、上記の従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、出力の過電流により出力電圧が低下した際にも、同期整流期間を長く保つことができ、電子素子を小型化することができ、製品の小型化にも寄与するフライバック式の同期整流スイッチング電源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and can maintain a long synchronous rectification period even when an output voltage is lowered due to an output overcurrent, thereby downsizing an electronic device. An object of the present invention is to provide a flyback type synchronous rectification switching power supply device that can contribute to downsizing of the product.

この発明は、一定の周期内でオン・オフするMOS−FET等の主スイッチ素子がトランスの1次巻線と直列に接続されて入力端子間に設けられ、上記トランスの2次巻線と出力端子との間に直列に接続されたMOS−FET等の同期整流素子と、上記同期整流素子を上記主スイッチ素子に対して相補的にオンさせるための補助巻線と、上記同期整流素子をオフさせるスイッチ素子と、このスイッチ素子の制御端子に接続されたタイミングコンデンサと、出力端子間に過電流が流れた場合に出力電圧を下げるように上記主スイッチ素子のオン時間が短くなるように制御する過電流保護回路とを備え、上記タイミングコンデンサは、上記主スイッチ素子がオフのときには充電電流が流れて両端電圧が上昇し、上記主スイッチ素子がオンのときには放電電流が流れて両端電圧が下降し、上記スイッチ素子は、上記タイミングコンデンサの両端電圧が所定の閾値電位を超えるとオンして上記同期整流素子をオフさせるよう接続されたフライバック式の同期整流スイッチング電源装置であって、上記過電流保護回路の動作により上記主スイッチ素子のオン時間が短くなって上記出力端子間の電圧が低下し所定電圧以下になると、上記タイミングコンデンサに流れる充電電流を減少させる電流調整回路を備えた同期整流スイッチング電源装置である。 In the present invention, a main switch element such as a MOS-FET that is turned on and off within a certain period is connected in series with a primary winding of a transformer and provided between input terminals. A synchronous rectifying element such as a MOS-FET connected in series with the terminal, an auxiliary winding for complementarily turning on the synchronous rectifying element with respect to the main switch element, and turning off the synchronous rectifying element The switching element to be controlled, the timing capacitor connected to the control terminal of the switching element, and the on-time of the main switching element is controlled so as to decrease the output voltage when an overcurrent flows between the output terminals. An overcurrent protection circuit, and the timing capacitor has a charging current that flows when the main switch element is off to increase the voltage at both ends, and when the main switch element is on. Voltage across descends discharge current flows, the switching element is connected Synchronous flyback such that the voltage across the timing capacitor is turned off when turning on, the synchronous rectifier exceeds a predetermined threshold potential In the switching power supply device, when the on-time of the main switch element is shortened due to the operation of the overcurrent protection circuit and the voltage between the output terminals is reduced to a predetermined voltage or less , the charging current flowing through the timing capacitor is reduced. It is a synchronous rectification switching power supply device provided with a current adjustment circuit to be reduced.

上記主スイッチ素子のスイッチング動作に伴って上記2次巻線または上記補助巻線に発生するパルス電圧により、所定電位に充電される電圧源を備え、上記電圧源の出力が、上記タイミングコンデンサに接続されているとともに、上記電流調整回路に接続されているものである。また、上記同期整流素子のゲートに上記補助巻線が接続されているとともに、上記タイミングコンデンサの一方の端子が接続され、さらに上記タイミングコンデンサに上記電流調整回路が接続されているものでも良い。 A voltage source charged to a predetermined potential by a pulse voltage generated in the secondary winding or the auxiliary winding in accordance with the switching operation of the main switch element is provided, and the output of the voltage source is connected to the timing capacitor And connected to the current adjusting circuit. Further, the auxiliary winding may be connected to the gate of the synchronous rectifier element, one terminal of the timing capacitor may be connected, and the current adjustment circuit may be connected to the timing capacitor.

さらに、この発明の同期整流スイッチング電源装置は、上記同期整流素子をオフさせる上記スイッチ素子であるトランジスタのベース・エミッタ間に、上記タイミングコンデンサが接続され、上記電流調整回路は、上記タイミングコンデンサを充電する電圧源と上記タイミングコンデンサとの間に直列に接続された複数の抵抗と、上記複数の抵抗間に抵抗とダイオードによる直列回路の一端が接続され、上記抵抗とダイオードの直列回路の他端が上記出力端子に接続されているものである。   Furthermore, in the synchronous rectification switching power supply device according to the present invention, the timing capacitor is connected between a base and an emitter of the transistor that is the switching element that turns off the synchronous rectification element, and the current adjustment circuit charges the timing capacitor. A plurality of resistors connected in series between the voltage source and the timing capacitor, and one end of a series circuit of the resistor and the diode is connected between the plurality of resistors, and the other end of the series circuit of the resistor and the diode is connected It is connected to the output terminal.

この発明の同期整流スイッチング電源装置は、過電流時に出力電圧が低下した際にも、同期整流素子がオンした同期整流時間を長く保つことができ、同期整流用トランジスタと同期整流用トランジスタに並列に接続されるダイオードの損失を小さく抑えることができる。それにより、同期整流素子とそれに並列に接続されるダイオードに小型のものを使用することができる。また、間欠過電流による保護が不要なため、部品点数低減にもつながり、同期整流式スイッチング電源装置の小型化と低コスト化に寄与する。   The synchronous rectification switching power supply device of the present invention can maintain the synchronous rectification time for which the synchronous rectification element is turned on for a long time even when the output voltage is reduced due to an overcurrent, and is parallel to the synchronous rectification transistor and the synchronous rectification transistor. Loss of the connected diode can be kept small. Thereby, a small thing can be used for a synchronous rectification element and a diode connected in parallel to it. Moreover, since protection by intermittent overcurrent is unnecessary, the number of parts is reduced, which contributes to downsizing and cost reduction of the synchronous rectification switching power supply.

以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図1は、この発明の一実施形態のフライバック式の同期整流スイッチング電源装置20の回路を示すもので、図3に示す回路と同様の構成は同一の符号を付す。この同期整流スイッチング電源装置20は、直流電源の入力端子11,12と並列に入力コンデンサC1が設けられ、入力コンデンサC1の両端に、トランスTの1次巻線N1と主スイッチ素子Q1が直列に接続されている。トランスTの1次巻線N1はドットのある方が入力端子11に接続され、ドットの無い方が主スイッチ素子Q1に接続されている。主スイッチ素子Q1はMOS−FET等の半導体スイッチ素子からなる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit of a flyback-type synchronous rectification switching power supply apparatus 20 according to an embodiment of the present invention. The same components as those shown in FIG. In this synchronous rectification switching power supply device 20, an input capacitor C1 is provided in parallel with input terminals 11 and 12 of a DC power supply, and a primary winding N1 of a transformer T and a main switch element Q1 are connected in series at both ends of the input capacitor C1. It is connected. The primary winding N1 of the transformer T has a dot connected to the input terminal 11, and the one without a dot connected to the main switch element Q1. The main switch element Q1 is composed of a semiconductor switch element such as a MOS-FET.

トランスTの2次巻線N2は、ドットのない方の端子が出力端子13に接続され、ドットのある方の端子は、MOS−FET等の同期整流素子TR1のドレインに接続され、そのソースが基準電位側の出力端子14に接続されている。さらに、出力端子13,14間には、平滑用の出力コンデンサC2が設けられている。   The secondary winding N2 of the transformer T has a terminal without a dot connected to the output terminal 13, a terminal with a dot connected to the drain of a synchronous rectifier TR1 such as a MOS-FET, and the source thereof It is connected to the output terminal 14 on the reference potential side. Further, a smoothing output capacitor C2 is provided between the output terminals 13 and 14.

同期整流素子TR1のドレイン・ソース間には、そのボディーダイオードと同じ向きに、ソース側にアノードが接続されドレイン側にカソードが接続されたダイオードD5が設けられている。また、同期整流素子TR1のドレイン・ソース間には、2次側に設けられた電圧源16が設けられている。電圧源16は、同期整流素子TR1のドレインに一端が接続されたコンデンサC5を備え、コンデンサC5の他端が抵抗R3の一端に接続され、抵抗R3の他端はツェナーダイオードZD1のカソードに接続され、ツェナーダイオードZD1のアノードが出力端子14側の基準電位に接続されている。さらに、抵抗R3の他端はダイオードD3のアノードに接続され、ダイオードD3のカソードがコンデンサC6を介して出力端子14側の基準電位に接続されている。ダイオードD3のカソードとコンデンサC6の中点が、この電圧源16の出力となっている。   Between the drain and source of the synchronous rectifier element TR1, a diode D5 having an anode connected to the source side and a cathode connected to the drain side is provided in the same direction as the body diode. Further, a voltage source 16 provided on the secondary side is provided between the drain and source of the synchronous rectifier element TR1. The voltage source 16 includes a capacitor C5 having one end connected to the drain of the synchronous rectifier element TR1, the other end of the capacitor C5 is connected to one end of the resistor R3, and the other end of the resistor R3 is connected to the cathode of the Zener diode ZD1. The anode of the Zener diode ZD1 is connected to the reference potential on the output terminal 14 side. Further, the other end of the resistor R3 is connected to the anode of the diode D3, and the cathode of the diode D3 is connected to the reference potential on the output terminal 14 side via the capacitor C6. The middle point of the cathode of the diode D3 and the capacitor C6 is the output of the voltage source 16.

さらに、トランスTの2次側には、同期整流素子TR1をオンさせるための補助巻線N3が設けられ、この補助巻線N3のドットを付した側の端子が出力端子14側の基準電位に接続され、ドットのない側の端子は、スピードアップ用のコンデンサC4を介して同期整流素子TR1のゲートに接続されている。さらに、補助巻線N3のドットのない側の端子は、ダイオードD1のカソードに接続され、ダイオードD1のアノードが抵抗R1、タイミングコンデンサC3の直列回路を経て出力端子14側の基準電位に接続されている。抵抗R1とタイミングコンデンサC3の中点は、電圧源16のダイオードD3のカソードとコンデンサC6の中点に、抵抗R4,R2を介して接続されている。   Further, an auxiliary winding N3 for turning on the synchronous rectifier element TR1 is provided on the secondary side of the transformer T, and the terminal on the side of the auxiliary winding N3 with a dot is set to the reference potential on the output terminal 14 side. The terminal on the side where no dot is connected is connected to the gate of the synchronous rectifying element TR1 through the speed-up capacitor C4. Furthermore, the terminal on the non-dot side of the auxiliary winding N3 is connected to the cathode of the diode D1, and the anode of the diode D1 is connected to the reference potential on the output terminal 14 side via the series circuit of the resistor R1 and the timing capacitor C3. Yes. The middle point of the resistor R1 and the timing capacitor C3 is connected to the cathode of the diode D3 of the voltage source 16 and the middle point of the capacitor C6 via resistors R4 and R2.

さらに、抵抗R1とコンデンサC3の中点は、スイッチ素子であるnpn型のトランジスタTR2のベースに接続されている。トランジスタTR2のコレクタは、同期整流素子TR1のゲートに接続され、エミッタは出力端子14側の基準電位に接続されている。また、同期整流素子TR1のゲートには、ダイオードD2のカソードが接続され、ダイオードD2のアノードが出力端子14側の基準電位に接続されている。   Further, the middle point of the resistor R1 and the capacitor C3 is connected to the base of an npn-type transistor TR2 that is a switch element. The collector of the transistor TR2 is connected to the gate of the synchronous rectifier element TR1, and the emitter is connected to the reference potential on the output terminal 14 side. The gate of the synchronous rectifier element TR1 is connected to the cathode of the diode D2, and the anode of the diode D2 is connected to the reference potential on the output terminal 14 side.

抵抗R2,R4の中点は、抵抗R5を介してダイオードD4のアノードに接続され、ダイオードD4のカソードが出力端子13に接続されている。この抵抗R2,R4,R5及びダイオードD4が、タイミングコンデンサC3へ流れる電流を調整する電流調整回路22を形成している。   The middle point of the resistors R2 and R4 is connected to the anode of the diode D4 via the resistor R5, and the cathode of the diode D4 is connected to the output terminal 13. The resistors R2, R4, R5 and the diode D4 form a current adjustment circuit 22 that adjusts the current flowing to the timing capacitor C3.

このスイッチング電源装置20の動作は、主スイッチ素子Q1を、図示しない制御回路によりオン・オフしPWM制御する。主スイッチ素子Q1のオン期間には、同期整流素子TR1はオフしており電流は流れず、電圧源16のコンデンサC6がコンデンサC5を介して充電される。コンデンサC5はコンデンサC6の充電量を制限するものである。コンデンサC6の充電電圧は、ツェナーダイオードZD1により設定される電圧である。また、主スイッチ素子Q1のオン期間に、補助巻線N3によりコンデンサC4がダイオードD2のカソード側をプラスにして充電される。   In the operation of the switching power supply device 20, the main switch element Q1 is turned on / off by a control circuit (not shown) to perform PWM control. During the on period of the main switch element Q1, the synchronous rectifier element TR1 is off and no current flows, and the capacitor C6 of the voltage source 16 is charged via the capacitor C5. Capacitor C5 limits the amount of charge of capacitor C6. The charging voltage of the capacitor C6 is a voltage set by the Zener diode ZD1. Further, during the ON period of the main switch element Q1, the capacitor C4 is charged with the cathode side of the diode D2 being positive by the auxiliary winding N3.

次に、主スイッチ素子Q1がオフすると、同期整流素子TR1のゲートには、補助巻線N3のドットのない側の端子の電圧にコンデンサC4の充電電圧が加えられて充電され、同期整流素子TR1がオンする。同時に、2次巻線N2に発生するフライバック電圧により、2次巻線N2に蓄えられたエネルギーが出力コンデンサC2に充電される。   Next, when the main switch element Q1 is turned off, the gate of the synchronous rectifier element TR1 is charged by adding the charging voltage of the capacitor C4 to the voltage of the terminal on the non-dot side of the auxiliary winding N3, thereby synchronizing the synchronous rectifier element TR1. Turns on. At the same time, the energy stored in the secondary winding N2 is charged in the output capacitor C2 by the flyback voltage generated in the secondary winding N2.

また、主スイッチ素子Q1がオフすると同時に、電圧源16によりタイミングコンデンサC3の充電が抵抗R2を介して開始される。そして、タイミングコンデンサC3の電位が次第に上昇し、トランジスタTR2がオンする閾値電位に達すると、トランジスタTR2がオンし同期整流素子TR1のゲートの電荷を放電して、同期整流素子TR1をオフする。トランジスタTR2がオンするタイミングは、主スイッチ素子Q1がオンする直前のタイミングに設定されている。そして主スイッチ素子Q1がオンすると、再び電圧源16のコンデンサC6の充電が開始するとともに、コンデンサC3の電荷が抵抗R1、ダイオードD1を経て放電する。   At the same time as the main switch element Q1 is turned off, the voltage source 16 starts charging the timing capacitor C3 via the resistor R2. When the potential of the timing capacitor C3 gradually rises and reaches the threshold potential at which the transistor TR2 is turned on, the transistor TR2 is turned on to discharge the gate charge of the synchronous rectifier element TR1 and turn off the synchronous rectifier element TR1. The timing at which the transistor TR2 is turned on is set to the timing immediately before the main switch element Q1 is turned on. When the main switch element Q1 is turned on, charging of the capacitor C6 of the voltage source 16 starts again, and the charge of the capacitor C3 is discharged through the resistor R1 and the diode D1.

以上のような動作により、主スイッチ素子Q1と2次側の同期整流素子TR1が同時にオンすることなく同期整流動作をしている。ここで、出力端子13,14からの出力が、定格電流以上の電流が流れる過電流状態になると、図示しない過電流保護回路が働き出力電圧が低下する。出力電圧が低下し、抵抗R2と抵抗R4の間の電圧より出力電圧が低くなると、タイミングコンデンサC3への充電電流が、抵抗R5、ダイオードD4を経て出力端子13側へ流れる。この電流調整回路22により、過電流状態においてはタイミングコンデンサC3への充電電流が減り、同期整流素子TR1のオン時間が長くなる。   By the operation as described above, the main switch element Q1 and the secondary side synchronous rectification element TR1 perform the synchronous rectification operation without being simultaneously turned on. Here, when the output from the output terminals 13 and 14 enters an overcurrent state in which a current equal to or higher than the rated current flows, an overcurrent protection circuit (not shown) operates to lower the output voltage. When the output voltage decreases and the output voltage becomes lower than the voltage between the resistors R2 and R4, the charging current to the timing capacitor C3 flows to the output terminal 13 side through the resistor R5 and the diode D4. The current adjustment circuit 22 reduces the charging current to the timing capacitor C3 in the overcurrent state, and increases the on-time of the synchronous rectifying element TR1.

以上の動作により、出力が過電流状態となって出力電圧が低下した際にも、同期整流素子TR1が短期間でオフすることなく、所定の期間オンしているようになる。タイミングコンデンサC3への充電電流を減少させる動作を開始する出力電圧は、抵抗R2、R4の設定により任意に決めることができ、かつ充電電流を少なくさせる量も抵抗R5により任意に設定できる。   With the above operation, even when the output is in an overcurrent state and the output voltage is lowered, the synchronous rectifier element TR1 is turned on for a predetermined period without being turned off in a short period. The output voltage for starting the operation of reducing the charging current to the timing capacitor C3 can be arbitrarily determined by setting the resistors R2 and R4, and the amount by which the charging current is reduced can also be arbitrarily set by the resistor R5.

この実施形態の同期整流スイッチング電源装置は、過電流時に出力電圧が低下した際にも、同期整流素子TR1がオンしている同期整流時間を長く保つことができるため、同期整流素子TR1のボディーダイオードやダイオードD5による整流時の損失を小さく抑えることができる。これにより、同期整流素子TR1や並列に接続されるダイオードD4に小型のものを使用することができ、電源装置の小型化を可能とする。また、従来技術のように、1次側の過電流回路で間欠動作などで、同期整流用トランジスタやそれに並列に接続されるダイオードを保護する必要がなくなるため、部品点数低減にもつながる。以上より、同期整流スイッチング電源装置の小型化と低コスト化に寄与する。   Since the synchronous rectification switching power supply device of this embodiment can keep the synchronous rectification time for which the synchronous rectification element TR1 is on long even when the output voltage is reduced due to an overcurrent, the body diode of the synchronous rectification element TR1 In addition, the loss during rectification by the diode D5 can be kept small. Thereby, a small thing can be used for synchronous rectification element TR1 and diode D4 connected in parallel, and size reduction of a power supply device is attained. In addition, unlike the prior art, it is not necessary to protect the synchronous rectifying transistor and the diode connected in parallel with the primary overcurrent circuit by intermittent operation, which leads to a reduction in the number of components. From the above, it contributes to miniaturization and cost reduction of the synchronous rectification switching power supply device.

なお、この発明のフライバック式の同期整流スイッチング電源装置は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば図2に示すように、電圧源16を設けずに、タイミングコンデンサC3を充電する電圧源として、補助巻線N3による同期整流素子TR1の駆動電圧を使用してもよい。この実施形態では、抵抗R4の一端がダイオードD6のカソードに接続され、ダイオードD3のアノードが同期整流素子TR1のゲートに接続されている。そして、上記実施形態と同様に抵抗R4の他端と抵抗R2との中点が、抵抗R5、ダイオードD4を介して出力端子13に接続されている。   The flyback type synchronous rectification switching power supply apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, as shown in FIG. 2, the voltage source for charging the timing capacitor C3 without providing the voltage source 16 is used. As an alternative, the driving voltage of the synchronous rectifier element TR1 by the auxiliary winding N3 may be used. In this embodiment, one end of the resistor R4 is connected to the cathode of the diode D6, and the anode of the diode D3 is connected to the gate of the synchronous rectifier element TR1. As in the above embodiment, the other end of the resistor R4 and the midpoint of the resistor R2 are connected to the output terminal 13 via the resistor R5 and the diode D4.

この実施形態によれば、電圧源を別に設ける必要がなく、回路が簡単なものであり、装置の小型化やコストダウンを図ることができる。   According to this embodiment, it is not necessary to provide a separate voltage source, the circuit is simple, and the apparatus can be reduced in size and cost.

この発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、電流調整回路は、適宜の抵抗やその他の素子を用いることができ、トランジスタTR2は、同期整流素子TR1をオフできればよく、トランジスタTR2、同期整流素子TR1の接続方法を上記実施形態の電源回路に限定されるものではない。また、トランジスタTR2、同期整流素子TR1の間に、増幅段やバッファがあってもよい。さらに、電圧源の充電を補助巻線の出力により行っても良く、その他適宜の他の回路を組み合わせたものでも良い。   The switching power supply device of the present invention is not limited to the above embodiment, and the current adjustment circuit can use an appropriate resistor and other elements, and the transistor TR2 only needs to be able to turn off the synchronous rectification element TR1. The connection method of the transistor TR2 and the synchronous rectifier element TR1 is not limited to the power supply circuit of the above embodiment. Further, an amplification stage and a buffer may be provided between the transistor TR2 and the synchronous rectifier element TR1. Further, the voltage source may be charged by the output of the auxiliary winding, or other appropriate combination of other circuits may be used.

また、この発明のスイッチング電源装置は、あらゆる入出力電圧のスイッチング電源装置において適用することができる。   In addition, the switching power supply device of the present invention can be applied to switching power supply devices of any input / output voltage.

この発明の一実施形態の同期整流スイッチング電源装置の概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram of a synchronous rectification switching power supply device according to an embodiment of the present invention. この発明の他の実施形態の同期整流スイッチング電源装置の概略回路図である。It is a schematic circuit diagram of the synchronous rectification switching power supply device of other embodiment of this invention. 従来のフライバック式同期整流スイッチング電源装置の概略回路図である。It is a schematic circuit diagram of the conventional flyback type synchronous rectification switching power supply device.

符号の説明Explanation of symbols

11,12 入力端子
13,14 出力端子
16 電圧源
20 スイッチング電源装置
22 電流調整回路
C3 タイミングコンデンサ
D1,D2,D3,D4,D5,D6 ダイオード
N1 1次巻線
N2 2次巻線
N3 補助巻線
Q1 主スイッチ素子
R1,R2,R3,R4,R5,R6 抵抗
T トランス
TR1 同期整流素子
TR2 スイッチ素子
11, 12 Input terminal 13, 14 Output terminal 16 Voltage source 20 Switching power supply 22 Current adjustment circuit C3 Timing capacitor D1, D2, D3, D4, D5, D6 Diode N1 Primary winding N2 Secondary winding N3 Auxiliary winding Q1 main switch element R1, R2, R3, R4, R5, R6 resistor T transformer TR1 synchronous rectifier element TR2 switch element

Claims (3)

一定の周期内でオン・オフする主スイッチ素子がトランスの1次巻線と直列に接続されて入力端子間に設けられ、上記トランスの2次巻線と出力端子との間に直列に接続された同期整流素子と、上記同期整流素子を上記主スイッチ素子に対して相補的にオンさせるための補助巻線と、上記同期整流素子をオフさせるスイッチ素子と、このスイッチ素子の制御端子に接続されたタイミングコンデンサと、出力端子間に過電流が流れた場合に出力電圧を下げるように上記主スイッチ素子のオン時間が短くなるように制御する過電流保護回路とを備え、上記タイミングコンデンサは、上記主スイッチ素子がオフのときには充電電流が流れて両端電圧が上昇し、上記主スイッチ素子がオンのときには放電電流が流れて両端電圧が下降し、上記スイッチ素子は、上記タイミングコンデンサの両端電圧が所定の閾値電位を超えるとオンして上記同期整流素子をオフさせるよう接続されたフライバック式の同期整流スイッチング電源装置において、
上記過電流保護回路の動作により上記主スイッチ素子のオン時間が短くなって上記出力端子間の電圧が低下し所定電圧以下になると、上記タイミングコンデンサに流れる充電電流を減少させる電流調整回路を備えたことを特徴とする同期整流スイッチング電源装置。
A main switch element that is turned on and off within a certain period is connected in series with the primary winding of the transformer and provided between the input terminals, and is connected in series between the secondary winding and the output terminal of the transformer. A synchronous rectifier element, an auxiliary winding for turning on the synchronous rectifier element complementarily to the main switch element, a switch element for turning off the synchronous rectifier element, and a control terminal of the switch element. A timing capacitor, and an overcurrent protection circuit that controls the on-time of the main switch element to be shortened so as to lower the output voltage when an overcurrent flows between the output terminals. When the main switch element is off, the charging current flows and the voltage at both ends rises. When the main switch element is on, the discharge current flows and the voltage at both ends falls, and the switch Child, the voltage across is turned on exceeds a predetermined threshold potential synchronous rectification switching power supply device of the connected flyback so as to turn off the synchronous rectifier of the timing capacitor,
A current adjustment circuit for reducing a charging current flowing through the timing capacitor when the on-time of the main switch element is shortened due to the operation of the overcurrent protection circuit and the voltage between the output terminals decreases to a predetermined voltage or less; A synchronous rectification switching power supply device characterized by that.
上記主スイッチ素子のスイッチング動作に伴って上記2次巻線または上記補助巻線に発生するパルス電圧により所定電位に充電される電圧源を備え、上記電圧源の出力が、上記タイミングコンデンサに接続されているとともに、上記電流調整回路に接続されていることを特徴とする請求項1記載の同期整流スイッチング電源装置。 A voltage source charged to a predetermined potential by a pulse voltage generated in the secondary winding or the auxiliary winding in accordance with the switching operation of the main switch element, and an output of the voltage source is connected to the timing capacitor; 2. The synchronous rectification switching power supply device according to claim 1, wherein the synchronous rectification switching power supply device is connected to the current adjustment circuit. 上記同期整流素子をオフさせる上記スイッチ素子であるトランジスタのベース・エミッタ間に、上記タイミングコンデンサが接続され、上記電流調整回路は、上記タイミングコンデンサを充電する電圧源と上記タイミングコンデンサとの間に直列に接続された複数の抵抗と、上記複数の抵抗間に抵抗とダイオードによる直列回路の一端が接続され、上記抵抗とダイオードの直列回路の他端が上記出力端子に接続されていることを特徴とする請求項1または2記載の同期整流スイッチング電源装置。   The timing capacitor is connected between the base and emitter of the transistor that is the switching element that turns off the synchronous rectifying element, and the current adjustment circuit is connected in series between the voltage source that charges the timing capacitor and the timing capacitor. A plurality of resistors connected to each other, one end of a series circuit of resistors and diodes is connected between the plurality of resistors, and the other end of the series circuit of resistors and diodes is connected to the output terminal. The synchronous rectification switching power supply apparatus according to claim 1 or 2.
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