JP4215408B2

JP4215408B2 - Switching power supply

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Publication number: JP4215408B2
Application number: JP2001054468A
Authority: JP
Inventors: 純一山本; 雅和高木; 克彦清水
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP2002262560A

Description

【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し、さらに詳細には、変換効率が改良されたスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置の一種として、トランスの２次側にトランジスタを用いた同期整流型のスイッチング電源装置が知られている。この種のスイッチング電源装置としては、例えば、特開平１０−２１０７４０号公報に記載されたスイッチング電源装置がある。
【０００３】
図８は、同公報に記載された従来の同期整流型のスイッチング電源装置の回路図である。
【０００４】
図８に示されるように、同公報に記載された従来の同期整流型のスイッチング電源装置は、トランス１の１次巻線Ｎ１に流れる電流を制御するトランジスタＱ０と、トランス１の２次巻線Ｎ２に直列に接続された整流トランジスタ４と、トランス１の２次巻線Ｎ２に並列に接続された整流ダイオード５とを備え、トランス１の３次巻線Ｎ３に発生する電圧を用いて整流トランジスタ４のオン／オフを制御することにより同期整流を行っている。
【０００５】
さらに、同公報に記載された従来の同期整流型のスイッチング電源装置は、整流トランジスタ４のゲートと出力端との間にダイオードＤ２を備えており、これによって整流トランジスタ４のゲートに蓄積されている電荷を出力に回生している。これにより、整流トランジスタ４のゲート容量を充放電することによる損失が低減されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の同期整流型のスイッチング電源装置においては、出力端に接続された負荷が軽く出力電圧が低下しない場合、整流トランジスタ４のゲートと出力端との間に設けられたダイオードＤ２が順バイアスされないため、整流トランジスタ４のゲートに蓄積された電荷が放出できないおそれがあった。整流トランジスタ４のゲートに蓄積された電荷が放出できない場合、整流トランジスタ４は、オフすべき期間においてもオン状態となるので、正常な整流動作が行われないという問題が生じる。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、整流トランジスタのゲート容量を充放電することによる損失を低減しつつ、整流トランジスタのゲートに蓄積された電荷を確実に放出することにより正常な整流動作を行うことができるスイッチング電源装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のかかる目的は、トランスと、デッドタイム期間を有するスイッチング動作により前記トランスの１次巻線を励磁するハーフブリッジ回路からなる入力スイッチング回路と、前記トランスの２次巻線に直列に接続された整流トランジスタと、前記トランスの前記２次巻線に直列に接続された平滑インダクタと、前記トランスの前記２次巻線に並列に接続された平滑コンデンサと、前記入力スイッチング回路の前記スイッチング動作に同期して前記整流トランジスタをオンさせる整流トランジスタオン手段と、前記整流トランジスタのゲート−ソース間を短絡することにより前記整流トランジスタをオフさせる整流トランジスタオフ手段とを備え、前記整流トランジスタオフ手段が、前記デッドタイム期間の後に前記整流トランジスタの前記ゲート−ソース間を短絡することを特徴とするスイッチング電源装置によって達成される。
【０００９】
本発明によれば、整流トランジスタのゲート−ソース間を短絡することにより整流トランジスタを確実にオフすることができるので、正常な整流動作を行うことが可能となる。
【００１３】
本発明の好ましい実施態様においては、前記トランスの前記２次巻線が、互いに一端が接続された第１及び第２の部分を含み、前記整流トランジスタが、前記２次巻線の前記第１の部分の他端に接続された第１の整流トランジスタ及び前記２次巻線の前記第２の部分の他端に接続された第２の整流トランジスタを含み、前記平滑インダクタが、前記２次巻線の前記第１の部分の前記一端と前記第２の部分の前記一端の節点に接続されている。
【００１４】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記第１の整流トランジスタのゲートと前記第２の整流トランジスタのゲートを短絡する手段をさらに備える。
【００１５】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、第１の整流トランジスタ及び第２の整流トランジスタの一方のゲートに蓄積されている電荷が他方のゲートに与えられるので、整流トランジスタのゲート容量を充放電することによる損失を低減することができる。
【００１６】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記第１の整流トランジスタのゲートと前記節点を短絡する手段と、前記第２の整流トランジスタのゲートと前記節点を短絡する手段とをさらに備える。
【００１７】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、第１の整流トランジスタ及び第２の整流トランジスタのゲートに蓄積されている電荷が出力に回生されるので、第１及び第２の整流トランジスタのゲート容量を充放電することによる損失を低減することができる。
【００１８】
本発明の前記目的はまた、１次巻線、第１の２次巻線及び第２の２次巻線を有するトランスと、前記１次巻線に接続されたハーフブリッジ回路と、平滑コンデンサと、前記第１の２次巻線の一端及び前記第２の２次巻線の一端の共通節点と前記平滑コンデンサの一端との間に接続された平滑インダクタと、前記第１の２次巻線の他端と前記平滑コンデンサの他端との間に接続された第１の整流トランジスタと、前記第２の２次巻線の他端と前記平滑コンデンサの他端との間に接続された第２の整流トランジスタと、前記第１の整流トランジスタのゲートと前記第２の整流トランジスタのゲートとを短絡する第１の補助スイッチとを備えるスイッチング電源装置によって達成される。
【００１９】
本発明によれば、第１の整流トランジスタ及び第２の整流トランジスタの一方のゲートに蓄積されている電荷が他方のゲートに与えられるので、整流トランジスタのゲート容量を充放電することによる損失を低減することができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記第１の補助スイッチが、前記ハーフブリッジ回路のデッドタイム期間の少なくとも一部においてオンする。
【００２１】
本発明の好ましい実施態様によれば、デッドタイム期間において第１の整流トランジスタ及び第２の整流トランジスタの両方をオンさせることができるので、出力電流が第１の整流トランジスタ及び第２の整流トランジスタが有するボディダイオードを流れることがなくなる。これにより、デッドタイムにおいて発生する損失が大幅に低減される。
【００２２】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記第１の整流トランジスタのゲート−ソース間を短絡する第２の補助スイッチと、前記第２の整流トランジスタのゲート−ソース間を短絡する第３の補助スイッチとをさらに備える。
【００２３】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、第１及び第２の整流トランジスタのゲート−ソース間を短絡することによりこれら第１及び第２の整流トランジスタを確実にオフすることができるので、正常な整流動作を行うことが可能となる。
【００２４】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記第２の補助スイッチは、前記第１の補助スイッチがオフした後、前記トランスの前記１次巻線に第１の方向に電流が流れている期間の少なくとも一部においてオンし、前記第３の補助スイッチは、前記第１の補助スイッチがオフした後、前記トランスの前記１次巻線に第２の方向に電流が流れている期間の少なくとも一部においてオンする。
【００２５】
本発明の前記目的はまた、１次巻線、第１の２次巻線及び第２の２次巻線を有するトランスと、前記１次巻線に接続されたハーフブリッジ回路と、平滑コンデンサと、前記第１の２次巻線の一端及び前記第２の２次巻線の一端の共通節点と前記平滑コンデンサの一端との間に接続された平滑インダクタと、前記第１の２次巻線の他端と前記平滑コンデンサの他端との間に接続された第１の整流トランジスタと、前記第２の２次巻線の他端と前記平滑コンデンサの他端との間に接続された第２の整流トランジスタと、前記第１の整流トランジスタのゲートと前記共通節点を短絡する第１の補助スイッチと、前記第２の整流トランジスタのゲートと前記共通節点を短絡する第２の補助スイッチと、前記第１の整流トランジスタのゲート−ソース間を短絡する第３の補助スイッチと、前記第２の整流トランジスタのゲート−ソース間を短絡する第４の補助スイッチとを備えるスイッチング電源装置によって達成される。
【００２６】
本発明によれば、第１の整流トランジスタ及び第２の整流トランジスタのゲートに蓄積されている電荷が出力に回生されるので、第１及び第２の整流トランジスタのゲート容量を充放電することによる損失を低減することができるとともに、これら第１及び第２の整流トランジスタを確実にオフすることができるので、正常な整流動作を行うことが可能となる。
【００２７】
本発明の好ましい実施態様においては、前記第１の補助スイッチは、前記トランスの前記１次巻線に第１の方向に電流が流れている期間と前記トランスの前記１次巻線に第２の方向に電流が流れている期間との間のデッドタイムの少なくとも一部においてオンし、前記第２の補助スイッチは、前記トランスの前記１次巻線に前記第２の方向に電流が流れている期間と前記トランスの前記１次巻線に前記第１の方向に電流が流れている期間との間のデッドタイムの少なくとも一部においてオンする。
【００２８】
本発明の好ましい実施態様によれば、トランスの１次巻線に第１の方向に電流が流れている期間とトランスの１次巻線に第２の方向に電流が流れている期間との間のデッドタイムにおいては、第１の整流トランジスタのゲートに蓄積された電荷が徐々に出力側に放出され、トランスの１次巻線に第２の方向に電流が流れている期間とトランスの１次巻線に第１の方向に電流が流れている期間との間のデッドタイムにおいては、第２の整流トランジスタのゲートに蓄積された電荷が徐々に出力側に放出されることから、デッドタイム期間において第１の整流トランジスタ及び第２の整流トランジスタの両方をオンさせることができる。これにより、出力電流が第１の整流トランジスタ及び第２の整流トランジスタが有するボディダイオードを流れることがなくなり、デッドタイムにおいて発生する損失が大幅に低減される。
【００２９】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記第３の補助スイッチは、前記第１の補助スイッチがオフした後、前記トランスの前記１次巻線に前記第２の方向に電流が流れている期間の少なくとも一部においてオンし、前記第４の補助スイッチは、前記第２の補助スイッチがオフした後、前記トランスの前記１次巻線に前記第１の方向に電流が流れている期間の少なくとも一部においてオンする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様について詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるスイッチング電源装置２０の回路図である。
【００３２】
図１に示されるように、本実施態様にかかるスイッチング電源装置２０は、直流電源の両端間に直列に接続された第１の入力スイッチ２１及び第２の入力スイッチ２２と、直流電源の両端間に直列に接続された第１の入力コンデンサ２３及び第２の入力コンデンサ２４と、第１の入力スイッチ２１及び第２の入力スイッチ２２の節点と第１の入力コンデンサ２３及び第２の入力コンデンサ２４の節点との間に１次巻線Ｎ１が接続され、第１及び第２の２次巻線Ｎ２、Ｎ３を有するトランス２５と、ドレインがトランス２５の第１の２次巻線Ｎ２に接続された第１の整流トランジスタ２６と、ドレインがトランス２５の第２の２次巻線Ｎ３に接続された第２の整流トランジスタ２７と、トランス２５の第１の２次巻線Ｎ２及び第２の２次巻線Ｎ３の節点と負荷の一端との間に接続された平滑インダクタ２８と、負荷に並列に接続された平滑コンデンサ２９と、第１の入力スイッチ２１及び第２の入力スイッチ２２のオン／オフを制御する１次制御回路３０と、第１の整流トランジスタ２６のゲートと第２の整流トランジスタ２７のゲートとの間に設けられた第１の補助スイッチ３１と、第１の整流トランジスタ２６のゲート−ソース間に設けられた第２の補助スイッチ３２と、第２の整流トランジスタ２７のゲート−ソース間に設けられた第３の補助スイッチ３３と、トランス２５の２次側電圧Ｖ１〜Ｖ３を監視しこれに基づいて第１の整流トランジスタ２６、第２の整流トランジスタ２７、第１の補助スイッチ３１、第２の補助スイッチ３２及び第３の補助スイッチ３３のオン／オフを制御する２次制御回路３４とを備える。第１及び第２の整流トランジスタ２６、２７のソースは、負荷の他端に共通に接続されている。また、特に限定されないが、負荷としては、サーバやルータのように低電圧（例えば、数Ｖ）且つ大電流（例えば、６０Ａ〜１５０Ａ）が必要な負荷を接続することが好適である。
【００３３】
かかる構成により、本実施態様にかかるスイッチング電源装置２０の１次側は、ハーフブリッジ回路からなる入力スイッチング回路を構成し、２次側は同期整流回路を構成している。また、図１に示されるように、第１及び第２の整流トランジスタ２６、２７は、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）によって構成されている。
【００３４】
図２は、第１及び第２の整流トランジスタ２６、２７を構成するＭＯＳＦＥＴの等価回路である。
【００３５】
図２に示されるように、ＭＯＳＦＥＴは、ゲート−ソース間容量Ｃｇｓ及びゲート−ドレイン間容量Ｃｇｄからなるゲート容量を有している他、ソース−ドレイン間には逆方向接続されたボディダイオードＤを有している。一般に、ゲート容量は駆動能力の大きいＭＯＳＦＥＴほど大きいため、大電流が必要な負荷が接続される場合には、かかるＭＯＳＦＥＴのゲート容量はかなり大きくなる。また、ボディーダイオードは通常のダイオードと同様、所定のしきい値電圧（典型的には、０．８〜１．０Ｖ）を有しており、順方向にバイアスされるとかかるしきい値電圧分の電圧降下を伴って導通する。
【００３６】
次に、本実施態様にかかるスイッチング電源装置２０の動作について説明する。
【００３７】
図３は、本実施態様にかかるスイッチング電源装置２０の動作波形図である。図３において、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２及びＳ３３は、それぞれ第１の入力スイッチ２１、第２の入力スイッチ２２、第１の補助スイッチ３１、第２の補助スイッチ３２及び第３の補助スイッチ３３のオン／オフを制御する信号であり、ハイレベルであれば対応するスイッチはオン状態となり、ローレベルであれば対応するスイッチはオフ状態となる。また、Ｖ２６及びＶ２７は、それぞれ第１の整流トランジスタ２６のゲート−ソース間電圧及び第２の整流トランジスタ２７のゲート−ソース間電圧である。さらに、Ｉ２６、Ｉ２７及びＩ２８は、それぞれ第１の整流トランジスタ２６、第２の整流トランジスタ２７及び平滑インダクタ２８を流れる電流である。
【００３８】
図３に示されるように、第１の入力スイッチ２１及び第２の入力スイッチ２２は、１次制御回路３０による制御のもと交互にオンされるが、オン状態となる入力スイッチが第１の入力スイッチ２１から第２の入力スイッチ２２に切り替わる際及び第２の入力スイッチ２２から第１の入力スイッチ２１に切り替わる際に、第１の入力スイッチ２１及び第２の入力スイッチ２２の両方がオフとなるデッドタイムが挿入されている。
【００３９】
２次制御回路３４は、トランス２５の２次側電圧Ｖ１〜Ｖ３に基づき、かかるデッドタイムにおいて第１の補助スイッチ３１をオンさせるとともに、第１の入力スイッチ２１がオンしている期間において第２の整流トランジスタ２７のゲートにハイレベルの信号を供給し、第２の入力スイッチ２２がオンしている期間において第１の整流トランジスタ２６のゲートにハイレベルの信号を供給する。
【００４０】
これにより、第１の入力スイッチ２１がオンしている期間においては第２の整流トランジスタ２７のゲートはハイレベルとなって第２の整流トランジスタ２７はオン状態となり、第２の入力スイッチ２２がオンしている期間においては第１の整流トランジスタ２６のゲートはハイレベルとなって第１の整流トランジスタ２６はオン状態となる。さらに、第１の入力スイッチ２１及び第２の入力スイッチ２２がいずれもオフしている期間（デッドタイム）においては、第１の整流トランジスタ２６のゲートと第２の整流トランジスタ２７のゲートは、第１の補助スイッチ３１によって短絡されることになる。
【００４１】
具体的には、第１の入力スイッチ２１がオフするタイミングを時刻ｔ０とし、第２の入力スイッチ２２がオンするタイミングを時刻ｔ１とした場合、時刻ｔ０〜時刻ｔ１（デッドタイム）において第１の補助スイッチ３１がオン状態となる。この場合、時刻ｔ０以前においては、第２の整流トランジスタ２７のゲートはハイレベルであり、第１の整流トランジスタ２６のゲートはローレベルとなっていることから、第１の補助スイッチ３１がオンすると、これらゲートの電位はその中間電位となる。図４に、時刻ｔ０及びｔ１付近におけるスイッチング電源装置２０の動作をより詳細に示す。
【００４２】
同様に、第２の入力スイッチ２２がオフするタイミングを時刻ｔ２とし、第１の入力スイッチ２１がオンするタイミングを時刻ｔ３とした場合、時刻ｔ２〜時刻ｔ３（デッドタイム）において第１の補助スイッチ３１がオン状態となる。この場合、時刻ｔ２以前においては、第１の整流トランジスタ２６のゲートはハイレベルであり、第２の整流トランジスタ２７のゲートはローレベルとなっていることから、第１の補助スイッチ３１がオンすると、これらゲートの電位はその中間電位となる。
【００４３】
これにより、デッドタイムにおいては、第１の整流トランジスタ２６と第２の整流トランジスタ２７の両方がオン状態となるので、従来のスイッチング電源装置のようにデッドタイムにおいて第１の整流トランジスタ２６や第２の整流トランジスタ２７が有するボディーダイオードにインダクタ電流が流れることはない。より詳細には、図４においてハッチングが施されている部分が、従来のスイッチング電源装置ではボディーダイオードに流れていた電流であり、これが本実施態様にかかるスイッチング電源装置２０では第１の整流トランジスタ２６及び第２の整流トランジスタ２７に流れていることが分かる。
【００４４】
また、時刻ｔ１において第１の補助スイッチ３１がオフされた後は、２次制御回路３４による制御のもと第３の補助スイッチ３３が所定の期間だけオンされる。これによって第２の整流トランジスタ２７のゲート−ソース間が短絡されるので、第２の整流トランジスタ２７は完全にオフ状態となる。同様に、時刻ｔ３において第１の補助スイッチ３１がオフされた後は、２次制御回路３４による制御のもと第２の補助スイッチ３２が所定の期間だけオンされる。これによって第１の整流トランジスタ２６のゲート−ソース間が短絡されるので、第１の整流トランジスタ２６は完全にオフ状態となる。
【００４５】
以上の動作により、第１の入力スイッチ２１がオンしている期間においては、平滑インダクタ２８を流れるインダクタ電流は、平滑インダクタ２８、負荷、第２の整流トランジスタ２７及びトランス２５の第２の２次巻線Ｎ３からなる第１のループを循環し、第２の入力スイッチ２２がオンしている期間においては、平滑インダクタ２８、負荷、第１の整流トランジスタ２６及びトランス２５の第１の２次巻線Ｎ２からなる第２のループを循環する。そして、デッドタイムにおいては、これら第１のループ及び第２のループの両方に電流が流れることになる。
【００４６】
このように、本実施態様によるスイッチング電源装置２０においては、デッドタイムにおいて第１の補助スイッチ３１をオンさせることにより第１の整流トランジスタ２６のゲートと第２の整流トランジスタ２７のゲートを短絡しているので、デッドタイムにおいてこれら第１の整流トランジスタ２６及び第２の整流トランジスタ２７の両方をオン状態とすることができ、ボディーダイオードにインダクタ電流が流れるのを防止することができる。
【００４７】
しかも、第１の補助スイッチ３１がオンすることにより、第１の整流トランジスタ２６のゲート及び第２の整流トランジスタ２７のゲートの一方に蓄積されている電荷が他方のゲートに供給されるので、ゲート容量を充放電することによる損失を低減することができる。
【００４８】
さらに、デッドタイムの経過後は、第２の補助スイッチ３２又は第３の補助スイッチ３３がオンすることにより、第１の整流トランジスタ２６又は第２の整流トランジスタ２７のゲート−ソース間が短絡されるので、第１の整流トランジスタ２６又は第２の整流トランジスタ２７がオフすべき期間においてこれらを確実にオフすることができる。
【００４９】
次に、本発明の好ましい他の実施態様について説明する。
【００５０】
図５は、本発明の好ましい他の実施態様にかかるスイッチング電源装置４０の回路図である。
【００５１】
図５に示されるように、本実施態様にかかるスイッチング電源装置４０は、上記実施態様にかかるスイッチング電源装置２０において備えられていた第１の補助スイッチ３１が削除されている代わりに、第１の整流トランジスタ２６のゲートと平滑インダクタ２８の一端との間に設けられた第４の補助スイッチ４１と、第２の整流トランジスタ２７のゲートと平滑インダクタ２８の一端との間に設けられた第５の補助スイッチ４２とが設けられている。これら第４の補助スイッチ４１及び第５の補助スイッチ４２のオン／オフ制御は、２次制御回路３４によって行われる。
【００５２】
次に、本実施態様にかかるスイッチング電源装置４０の動作について説明する。
【００５３】
図６は、本実施態様にかかるスイッチング電源装置４０の動作波形図である。図６において、Ｓ４１及びＳ４２は、それぞれ第４の補助スイッチ４１及び第５の補助スイッチ４２のオン／オフを制御する信号であり、ハイレベルであれば対応するスイッチはオン状態となり、ローレベルであれば対応するスイッチはオフ状態となる。その他は、図３と同様である。
【００５４】
図６に示されるように、本実施態様においても、第１の入力スイッチ２１及び第２の入力スイッチ２２は、１次制御回路３０による制御のもと交互にオンされるが、オン状態となる入力スイッチが第１の入力スイッチ２１から第２の入力スイッチ２２に切り替わる際及び第２の入力スイッチ２２から第１の入力スイッチ２１に切り替わる際に、第１の入力スイッチ２１及び第２の入力スイッチ２２の両方がオフとなるデッドタイムが挿入されている。
【００５５】
２次制御回路３４は、第１の入力スイッチ２１がオフしてから第２の入力スイッチ２２がオフするまでの期間において第１の整流トランジスタ２６のゲートにハイレベルの信号を供給し、第２の入力スイッチ２２がオフしてから第１の入力スイッチ２１がオフするまでの期間において第２の整流トランジスタ２７のゲートにハイレベルの信号を供給する。これにより、第１の入力スイッチ２１がオフしてから第２の入力スイッチ２２がオフするまでの期間においては第１の整流トランジスタ２６のゲートはハイレベルとなって第１の整流トランジスタ２６はオン状態となり、第２の入力スイッチ２２がオフしてから第１の入力スイッチ２１がオフするまでの期間においては第２の整流トランジスタ２７のゲートはハイレベルとなって第２の整流トランジスタ２７はオン状態となる。
【００５６】
２次制御回路３４は、さらに、オン状態となる入力スイッチが第１の入力スイッチ２１から第２の入力スイッチ２２に切り替わる際のデッドタイムにおいて第５の補助スイッチ４２をオン状態とし、オン状態となる入力スイッチが第２の入力スイッチ２２から第１の入力スイッチ２１に切り替わる際のデッドタイムにおいて第４の補助スイッチ４１をオン状態とする。これにより、オン状態となる入力スイッチが第１の入力スイッチ２１から第２の入力スイッチ２２に切り替わる際のデッドタイムにおいて、第２の整流トランジスタ２７のゲートが平滑インダクタ２８の一端に接続され、オン状態となる入力スイッチが第２の入力スイッチ２２から第１の入力スイッチ２１に切り替わる際のデッドタイムにおいて、第１の整流トランジスタ２６のゲートが平滑インダクタ２８の一端に接続されることになる。
【００５７】
具体的には、第１の入力スイッチ２１がオフするタイミングを時刻ｔ１０とし、第２の入力スイッチ２２がオンするタイミングを時刻ｔ１１とした場合、時刻ｔ１０〜時刻ｔ１１（デッドタイム）において第５の補助スイッチ４２がオン状態となる。この場合、時刻ｔ１０以前においては、第２の整流トランジスタ２７のゲートはハイレベルとなっていることから、第５の補助スイッチ４２がオンすると、第２の整流トランジスタ２７のゲートに蓄えられている電荷は出力へ回生され、第２の整流トランジスタ２７のゲート−ソース間電圧は徐々に低下する。本実施態様においては、第２の整流トランジスタ２７のゲートに蓄えられている電荷を十分に出力へ回生させるため、デッドタイム以上の期間に亘って第５の補助スイッチ４２をオンさせている。図７に、時刻ｔ１０及びｔ１１付近におけるスイッチング電源装置４０の動作をより詳細に示す。
【００５８】
同様に、第２の入力スイッチ２２がオフするタイミングを時刻ｔ１２とし、第１の入力スイッチ２１がオンするタイミングを時刻ｔ１３とした場合、時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３（デッドタイム）において第４の補助スイッチ４１がオン状態となる。この場合、時刻ｔ１２以前においては、第１の整流トランジスタ２６のゲートはハイレベルとなっていることから、第４の補助スイッチ４１がオンすると、第１の整流トランジスタ２６のゲートに蓄えられている電荷は出力へ回生され、第１の整流トランジスタ２６のゲート−ソース間電圧は徐々に低下する。本実施態様においては、第１の整流トランジスタ２６のゲートに蓄えられている電荷を十分に出力へ回生させるため、デッドタイム以上の期間に亘って第４の補助スイッチ４１をオンさせている。
【００５９】
これにより、デッドタイムにおいては、第１の整流トランジスタ２６と第２の整流トランジスタ２７の両方がオン状態となるので、上記実施態様と同様に、デッドタイムにおいて第１の整流トランジスタ２６や第２の整流トランジスタ２７が有するボディーダイオードにインダクタ電流が流れることはない。より詳細には、図７においてハッチングが施されている部分が、従来のスイッチング電源装置ではボディーダイオードに流れていた電流であり、これが本実施態様にかかるスイッチング電源装置４０では第１の整流トランジスタ２６及び第２の整流トランジスタ２７に流れていることが分かる。
【００６０】
また、第５の補助スイッチ４２がオフされた後は、２次制御回路３４による制御のもと第３の補助スイッチ３３が所定の期間だけオンされる。これによって第２の整流トランジスタ２７のゲート−ソース間が短絡されるので、第２の整流トランジスタ２７は完全にオフ状態となる。同様に、第４の補助スイッチ４１がオフされた後は、２次制御回路３４による制御のもと第２の補助スイッチ３２が所定の期間だけオンされる。これによって第１の整流トランジスタ２６のゲート−ソース間が短絡されるので、第１の整流トランジスタ２６は完全にオフ状態となる。
【００６１】
このように、本実施態様によるスイッチング電源装置４０においては、オン状態となる入力スイッチが第１の入力スイッチ２１から第２の入力スイッチ２２に切り替わる際のデッドタイムにおいて第１の整流トランジスタ２６をオンさせるとともに第５の補助スイッチ４２をオンさせることによって第２の整流トランジスタ２７のゲート−ソース間電圧を徐々に低下させ、第２の入力スイッチ２２から第１の入力スイッチ２１に切り替わる際のデッドタイムにおいて第２の整流トランジスタ２７をオンさせるとともに第４の補助スイッチ４１をオンさせることによって第１の整流トランジスタ２６のゲート−ソース間電圧を徐々に低下させているので、デッドタイムにおいてこれら第１の整流トランジスタ２６及び第２の整流トランジスタ２７の両方をオン状態とすることができ、ボディーダイオードにインダクタ電流が流れるのを防止することができる。
【００６２】
しかも、デッドタイムにおいて第４の補助スイッチ４１又は第５の補助スイッチ４２をオンさせることにより、第１の整流トランジスタ２６又は第２の整流トランジスタ２７のゲートに蓄えられている電荷は出力へ回生されるので、ゲート容量を充放電することによる損失を低減することができる。
【００６３】
さらに、デッドタイムの経過後は、第２の補助スイッチ３２又は第３の補助スイッチ３３がオンすることにより、第１の整流トランジスタ２６又は第２の整流トランジスタ２７のゲート−ソース間が短絡されるので、第１の整流トランジスタ２６又は第２の整流トランジスタ２７がオフすべき期間においてこれらを確実にオフすることができる。
【００６４】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００６５】
例えば、上記実施態様にかかるスイッチング電源装置２０においては、デッドタイムの全期間に亘って第１の補助スイッチ３１をオンさせているが、このようにデッドタイムの全期間に亘って第１の補助スイッチ３１をオンさせることは必須でなく、少なくともデッドタイムの初期において第１の補助スイッチ３１をオンさせればよい。
【００６６】
また、上記実施態様にかかるスイッチング電源装置４０においては、デッドタイム以上の期間に亘って第４の補助スイッチ４１又は第５の補助スイッチ４２をオンさせているが、このようにデッドタイム以上の期間に亘って第４の補助スイッチ４１又は第５の補助スイッチ４２をオンさせることは必須でなく、少なくともデッドタイムの初期において第４の補助スイッチ４１又は第５の補助スイッチ４２をオンさせればよい。但し、第１の整流トランジスタ２６又は第２の整流トランジスタ２７のゲートに蓄えられた電荷が、第４の補助スイッチ４１又は第５の補助スイッチ４２を介して出力に放出される速度は出力電流に依存するので、かかる電荷が十分に放出可能な期間に亘って第４の補助スイッチ４１又は第５の補助スイッチ４２をオンさせることが好ましい。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、変換効率が改良されたスイッチング電源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施態様にかかるスイッチング電源装置２０の回路図である。
【図２】第１及び第２の整流トランジスタ２６、２７を構成するＭＯＳＦＥＴの等価回路である。
【図３】本発明の好ましい実施態様にかかるスイッチング電源装置２０の動作波形図である。
【図４】図３に示される動作波形図を拡大した図である。
【図５】本発明の好ましい他の実施態様にかかるスイッチング電源装置４０の回路図である。
【図６】本発明の好ましい他の実施態様にかかるスイッチング電源装置４０の動作波形図である。
【図７】図６に示される動作波形図を拡大した図である。
【図８】従来の同期整流型のスイッチング電源装置の回路図である。
【符号の説明】
１０，３０１次制御回路
２０，４０スイッチング電源装置
２１第１の入力スイッチ
２２第２の入力スイッチ
２３第１の入力コンデンサ
２４第２の入力コンデンサ
２５トランス
２６第１の整流トランジスタ
２７第２の整流トランジスタ
２８平滑インダクタ
２９平滑コンデンサ
３１第１の補助スイッチ
３２第２の補助スイッチ
３３第３の補助スイッチ
３４２次制御回路
４１第４の補助スイッチ
４２第５の補助スイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply device, and more particularly to a switching power supply device with improved conversion efficiency.
[0002]
[Prior art]
As a type of switching power supply device that converts an input voltage into a predetermined output voltage, a synchronous rectification switching power supply device using a transistor on the secondary side of a transformer is known. As this type of switching power supply, for example, there is a switching power supply described in JP-A-10-210740.
[0003]
FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional synchronous rectification switching power supply device described in the publication.
[0004]
As shown in FIG. 8, the conventional synchronous rectification type switching power supply device described in this publication includes a transistor Q0 for controlling a current flowing in the primary winding N1 of the transformer 1, and a secondary winding of the transformer 1. A rectifying transistor 4 including a rectifying transistor 4 connected in series to N2 and a rectifying diode 5 connected in parallel to the secondary winding N2 of the transformer 1, and using a voltage generated in the tertiary winding N3 of the transformer 1 The synchronous rectification is performed by controlling the on / off state of 4.
[0005]
Further, the conventional synchronous rectification type switching power supply device described in the publication includes a diode D2 between the gate of the rectifying transistor 4 and the output terminal, and is thereby accumulated in the gate of the rectifying transistor 4. The charge is regenerated to the output. Thereby, the loss by charging / discharging the gate capacity of the rectification transistor 4 is reduced.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional synchronous rectification type switching power supply device, when the load connected to the output terminal is light and the output voltage does not decrease, the diode D2 provided between the gate and the output terminal of the rectifying transistor 4 is forward biased. Therefore, there is a possibility that the charge accumulated at the gate of the rectifying transistor 4 cannot be discharged. When the charge accumulated in the gate of the rectifying transistor 4 cannot be released, the rectifying transistor 4 is turned on even during a period in which the rectifying transistor 4 is to be turned off.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to perform a normal rectifying operation by reliably discharging the charge accumulated in the gate of the rectifying transistor while reducing a loss caused by charging and discharging the gate capacitance of the rectifying transistor. A switching power supply device is provided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Such an object of the present invention is to provide a transformer, Has a dead time period The primary winding of the transformer is excited by switching operation. Consists of half-bridge circuit An input switching circuit, a rectifying transistor connected in series to the secondary winding of the transformer, a smoothing inductor connected in series to the secondary winding of the transformer, and parallel to the secondary winding of the transformer A smoothing capacitor connected to the input switching circuit, and the rectifying transistor is turned on in synchronization with the switching operation of the input switching circuit. Rectifier transistor on And the rectifying transistor is turned off by short-circuiting between the gate and the source of the rectifying transistor Rectifier transistor off With means The rectifying transistor off means short-circuits between the gate and the source of the rectifying transistor after the dead time period. This is achieved by a switching power supply.
[0009]
According to the present invention, since the rectifier transistor can be reliably turned off by short-circuiting the gate and the source of the rectifier transistor, a normal rectification operation can be performed.
[0013]
In a preferred embodiment of the present invention, the secondary winding of the transformer includes first and second portions that are connected to each other at one end, and the rectifier transistor includes the first winding of the secondary winding. A first rectifier transistor connected to the other end of the portion and a second rectifier transistor connected to the other end of the second portion of the secondary winding, wherein the smoothing inductor includes the secondary winding Connected to the node of the one end of the first part and the one end of the second part.
[0014]
In a further preferred aspect of the present invention, there is further provided means for short-circuiting the gate of the first rectifier transistor and the gate of the second rectifier transistor.
[0015]
According to a further preferred embodiment of the present invention, since the charge accumulated in one gate of the first rectification transistor and the second rectification transistor is applied to the other gate, the gate capacitance of the rectification transistor is charged / discharged. Loss due to this can be reduced.
[0016]
In a further preferred aspect of the present invention, the apparatus further comprises means for short-circuiting the gate of the first rectifying transistor and the node and means for short-circuiting the gate of the second rectifying transistor and the node.
[0017]
According to a further preferred embodiment of the present invention, since the charges accumulated in the gates of the first rectification transistor and the second rectification transistor are regenerated to the output, the gate capacitances of the first and second rectification transistors are reduced. Loss due to charging / discharging can be reduced.
[0018]
The object of the present invention is also to provide a transformer having a primary winding, a first secondary winding and a second secondary winding, a half bridge circuit connected to the primary winding, a smoothing capacitor, A smoothing inductor connected between a common node of one end of the first secondary winding and one end of the second secondary winding and one end of the smoothing capacitor; and the first secondary winding And a second rectifier transistor connected between the other end of the smoothing capacitor and a second rectifier transistor connected between the other end of the second secondary winding and the other end of the smoothing capacitor. And a first auxiliary switch that short-circuits the gate of the first rectifier transistor and the gate of the second rectifier transistor.
[0019]
According to the present invention, since the charge accumulated in one gate of the first rectification transistor and the second rectification transistor is given to the other gate, loss due to charging / discharging the gate capacitance of the rectification transistor is reduced. can do.
[0020]
In a preferred embodiment of the present invention, the first auxiliary switch is turned on in at least a part of a dead time period of the half bridge circuit.
[0021]
According to a preferred embodiment of the present invention, both the first rectification transistor and the second rectification transistor can be turned on in the dead time period, so that the output currents of the first rectification transistor and the second rectification transistor are It will not flow through the body diode. Thereby, the loss which generate | occur | produces in a dead time is reduced significantly.
[0022]
In a further preferred embodiment of the present invention, a second auxiliary switch for short-circuiting between the gate and source of the first rectification transistor and a third auxiliary switch for short-circuiting between gate and source of the second rectification transistor. And further comprising.
[0023]
According to a further preferred embodiment of the present invention, since the first and second rectification transistors can be reliably turned off by short-circuiting the gate and the source of the first and second rectification transistors, A rectifying operation can be performed.
[0024]
In a further preferred aspect of the present invention, the second auxiliary switch has a period during which a current flows in the first direction in the primary winding of the transformer after the first auxiliary switch is turned off. The third auxiliary switch is turned on at least in part, and the third auxiliary switch is at least part of a period in which current flows in the second direction in the primary winding of the transformer after the first auxiliary switch is turned off. Turn on at.
[0025]
The object of the present invention is also to provide a transformer having a primary winding, a first secondary winding and a second secondary winding, a half bridge circuit connected to the primary winding, a smoothing capacitor, A smoothing inductor connected between a common node of one end of the first secondary winding and one end of the second secondary winding and one end of the smoothing capacitor; and the first secondary winding And a second rectifier transistor connected between the other end of the smoothing capacitor and a second rectifier transistor connected between the other end of the second secondary winding and the other end of the smoothing capacitor. Two rectifying transistors; a first auxiliary switch that short-circuits the gate of the first rectifying transistor and the common node; a second auxiliary switch that short-circuits the gate of the second rectifying transistor and the common node; Between the gate and source of the first rectifying transistor A third auxiliary switch for short-circuiting the gate of the second rectification transistor - is achieved by a switching power supply device and a fourth auxiliary switch for short-circuiting between the source.
[0026]
According to the present invention, since the charges accumulated in the gates of the first rectification transistor and the second rectification transistor are regenerated to the output, the gate capacitances of the first and second rectification transistors are charged and discharged. Loss can be reduced, and the first and second rectification transistors can be reliably turned off, so that normal rectification operation can be performed.
[0027]
In a preferred embodiment of the present invention, the first auxiliary switch includes a period during which a current is flowing in the primary winding of the transformer in a first direction and a second current in the primary winding of the transformer. The second auxiliary switch is turned on in at least a part of a dead time between a period in which a current is flowing in the direction, and a current flows in the second direction in the primary winding of the transformer. It is turned on at least part of the dead time between the period and the period in which current flows in the primary direction of the transformer in the first direction.
[0028]
According to a preferred embodiment of the present invention, between the period during which current flows in the first direction in the primary winding of the transformer and the period in which current flows in the second direction in the primary winding of the transformer. In the dead time, the charge accumulated in the gate of the first rectifying transistor is gradually released to the output side, and the current is flowing in the second direction through the primary winding of the transformer and the primary of the transformer. In the dead time between the current flowing in the winding in the first direction, the charge accumulated in the gate of the second rectifying transistor is gradually released to the output side, so the dead time period Both the first rectifier transistor and the second rectifier transistor can be turned on. As a result, the output current does not flow through the body diodes of the first rectification transistor and the second rectification transistor, and the loss that occurs in the dead time is greatly reduced.
[0029]
In a further preferred aspect of the present invention, the third auxiliary switch is a period in which a current flows in the second direction in the primary winding of the transformer after the first auxiliary switch is turned off. The fourth auxiliary switch is turned on at least in part, and the fourth auxiliary switch is at least in a period in which current flows in the first direction in the primary winding of the transformer after the second auxiliary switch is turned off. Turn on in some.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0031]
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching power supply device 20 according to a preferred embodiment of the present invention.
[0032]
As shown in FIG. 1, the switching power supply device 20 according to this embodiment includes a first input switch 21 and a second input switch 22 connected in series between both ends of a DC power supply, and both ends of the DC power supply. The first input capacitor 23 and the second input capacitor 24 connected in series to each other, the node of the first input switch 21 and the second input switch 22, and the first input capacitor 23 and the second input capacitor 24. The primary winding N1 is connected between the first and second nodes of the transformer 25, the transformer 25 having the first and second secondary windings N2 and N3, and the drain connected to the first secondary winding N2 of the transformer 25. The first rectifying transistor 26, the second rectifying transistor 27 whose drain is connected to the second secondary winding N3 of the transformer 25, the first secondary winding N2 and the second 2 of the transformer 25 Next winding N ON / OFF of the smoothing inductor 28 connected between this node and one end of the load, the smoothing capacitor 29 connected in parallel to the load, and the first input switch 21 and the second input switch 22 are controlled. Between the primary control circuit 30, the first auxiliary switch 31 provided between the gate of the first rectification transistor 26 and the gate of the second rectification transistor 27, and the gate-source between the first rectification transistor 26 The second auxiliary switch 32 provided in the second, the third auxiliary switch 33 provided between the gate and the source of the second rectifying transistor 27, and the secondary side voltages V1 to V3 of the transformer 25 are monitored and used. Based on the ON / OFF of the first rectifier transistor 26, the second rectifier transistor 27, the first auxiliary switch 31, the second auxiliary switch 32, and the third auxiliary switch 33. Controlling the and a secondary control circuit 34. The sources of the first and second rectifying transistors 26 and 27 are commonly connected to the other end of the load. Although not particularly limited, it is preferable to connect a load that requires a low voltage (for example, several volts) and a large current (for example, 60 A to 150 A), such as a server or a router.
[0033]
With this configuration, the primary side of the switching power supply device 20 according to the present embodiment constitutes an input switching circuit composed of a half-bridge circuit, and the secondary side constitutes a synchronous rectifier circuit. Further, as shown in FIG. 1, the first and second rectifying transistors 26 and 27 are constituted by MOSFETs (field effect transistors).
[0034]
FIG. 2 is an equivalent circuit of MOSFETs constituting the first and second rectifying transistors 26 and 27.
[0035]
As shown in FIG. 2, the MOSFET has a gate capacitance composed of a gate-source capacitance Cgs and a gate-drain capacitance Cgd, and a body diode D connected in the reverse direction between the source and drain. Have. In general, a MOSFET having a larger driving capability has a larger gate capacity. Therefore, when a load requiring a large current is connected, the gate capacity of the MOSFET becomes considerably large. In addition, the body diode has a predetermined threshold voltage (typically 0.8 to 1.0 V) like a normal diode. Conducts with a voltage drop of.
[0036]
Next, the operation of the switching power supply device 20 according to this embodiment will be described.
[0037]
FIG. 3 is an operation waveform diagram of the switching power supply device 20 according to the present embodiment. In FIG. 3, S21, S22, S31, S32 and S33 are respectively the first input switch 21, the second input switch 22, the first auxiliary switch 31, the second auxiliary switch 32 and the third auxiliary switch 33. When the signal is at a high level, the corresponding switch is turned on. When the signal is at a low level, the corresponding switch is turned off. V26 and V27 are the gate-source voltage of the first rectifier transistor 26 and the gate-source voltage of the second rectifier transistor 27, respectively. Further, I26, I27, and I28 are currents flowing through the first rectifier transistor 26, the second rectifier transistor 27, and the smoothing inductor 28, respectively.
[0038]
As shown in FIG. 3, the first input switch 21 and the second input switch 22 are alternately turned on under the control of the primary control circuit 30, but the input switch that is turned on is the first switch When the input switch 21 is switched to the second input switch 22 and when the second input switch 22 is switched to the first input switch 21, both the first input switch 21 and the second input switch 22 are turned off. The dead time is inserted.
[0039]
The secondary control circuit 34 turns on the first auxiliary switch 31 during the dead time based on the secondary side voltages V1 to V3 of the transformer 25, and the second control circuit 34 during the period when the first input switch 21 is on. A high level signal is supplied to the gate of the first rectifier transistor 27, and a high level signal is supplied to the gate of the first rectifier transistor 26 while the second input switch 22 is on.
[0040]
As a result, during the period in which the first input switch 21 is on, the gate of the second rectifier transistor 27 becomes high level, the second rectifier transistor 27 is turned on, and the second input switch 22 is turned on. During this period, the gate of the first rectifier transistor 26 is at a high level, and the first rectifier transistor 26 is turned on. Further, during the period when both the first input switch 21 and the second input switch 22 are off (dead time), the gate of the first rectifier transistor 26 and the gate of the second rectifier transistor 27 are One auxiliary switch 31 is short-circuited.
[0041]
Specifically, when the timing at which the first input switch 21 is turned off is time t0 and the timing at which the second input switch 22 is turned on is time t1, the first input switch 21 is turned on at time t0 to time t1 (dead time). The auxiliary switch 31 is turned on. In this case, before the time t0, the gate of the second rectification transistor 27 is at a high level and the gate of the first rectification transistor 26 is at a low level. Therefore, when the first auxiliary switch 31 is turned on. The potentials of these gates become the intermediate potential. FIG. 4 shows the operation of the switching power supply device 20 in the vicinity of times t0 and t1 in more detail.
[0042]
Similarly, when the timing at which the second input switch 22 is turned off is time t2, and the timing at which the first input switch 21 is turned on is time t3, the first auxiliary switch from time t2 to time t3 (dead time). 31 is turned on. In this case, before the time t2, the gate of the first rectifier transistor 26 is at a high level and the gate of the second rectifier transistor 27 is at a low level. Therefore, when the first auxiliary switch 31 is turned on. The potentials of these gates become the intermediate potential.
[0043]
Thereby, in the dead time, both the first rectification transistor 26 and the second rectification transistor 27 are turned on, so that the first rectification transistor 26 and the second rectification transistor 26 in the dead time as in the conventional switching power supply device. Inductor current does not flow through the body diode of the rectifying transistor 27. More specifically, the hatched portion in FIG. 4 is the current flowing through the body diode in the conventional switching power supply device, and this is the first rectifying transistor 26 in the switching power supply device 20 according to the present embodiment. It can be seen that the current flows through the second rectifying transistor 27.
[0044]
Further, after the first auxiliary switch 31 is turned off at time t1, the third auxiliary switch 33 is turned on for a predetermined period under the control of the secondary control circuit. As a result, the gate and the source of the second rectification transistor 27 are short-circuited, so that the second rectification transistor 27 is completely turned off. Similarly, after the first auxiliary switch 31 is turned off at time t3, the second auxiliary switch 32 is turned on for a predetermined period under the control of the secondary control circuit. As a result, the gate and source of the first rectification transistor 26 are short-circuited, so that the first rectification transistor 26 is completely turned off.
[0045]
With the above operation, during the period when the first input switch 21 is on, the inductor current flowing through the smoothing inductor 28 is the second secondary of the smoothing inductor 28, the load, the second rectifying transistor 27 and the transformer 25. The first secondary winding of the smoothing inductor 28, the load, the first rectifying transistor 26, and the transformer 25 is circulated through the first loop composed of the winding N3 and the second input switch 22 is on. Cycle through the second loop consisting of line N2. In the dead time, a current flows through both the first loop and the second loop.
[0046]
As described above, in the switching power supply device 20 according to this embodiment, the first auxiliary switch 31 is turned on during the dead time to short-circuit the gate of the first rectifier transistor 26 and the gate of the second rectifier transistor 27. Therefore, both the first rectification transistor 26 and the second rectification transistor 27 can be turned on in the dead time, and the inductor current can be prevented from flowing through the body diode.
[0047]
In addition, since the first auxiliary switch 31 is turned on, the electric charge accumulated in one of the gates of the first rectification transistor 26 and the second rectification transistor 27 is supplied to the other gate. Loss due to charging / discharging the capacity can be reduced.
[0048]
Further, after the dead time elapses, the second auxiliary switch 32 or the third auxiliary switch 33 is turned on, so that the gate and the source of the first rectification transistor 26 or the second rectification transistor 27 are short-circuited. Therefore, the first rectification transistor 26 or the second rectification transistor 27 can be reliably turned off in a period in which the first rectification transistor 26 or the second rectification transistor 27 should be turned off.
[0049]
Next, another preferred embodiment of the present invention will be described.
[0050]
FIG. 5 is a circuit diagram of a switching power supply device 40 according to another preferred embodiment of the present invention.
[0051]
As shown in FIG. 5, the switching power supply device 40 according to the present embodiment includes a first power switch instead of the first auxiliary switch 31 provided in the switching power supply device 20 according to the above embodiment. A fourth auxiliary switch 41 provided between the gate of the rectifying transistor 26 and one end of the smoothing inductor 28, and a fifth auxiliary switch 41 provided between the gate of the second rectifying transistor 27 and one end of the smoothing inductor 28. An auxiliary switch 42 is provided. On / off control of the fourth auxiliary switch 41 and the fifth auxiliary switch 42 is performed by the secondary control circuit 34.
[0052]
Next, the operation of the switching power supply device 40 according to this embodiment will be described.
[0053]
FIG. 6 is an operation waveform diagram of the switching power supply device 40 according to the present embodiment. In FIG. 6, S41 and S42 are signals for controlling the on / off of the fourth auxiliary switch 41 and the fifth auxiliary switch 42, respectively. If the level is high, the corresponding switch is turned on, and the level is low. If so, the corresponding switch is turned off. Others are the same as FIG.
[0054]
As shown in FIG. 6, also in this embodiment, the first input switch 21 and the second input switch 22 are alternately turned on under the control of the primary control circuit 30 but are turned on. When the input switch is switched from the first input switch 21 to the second input switch 22 and when the input switch is switched from the second input switch 22 to the first input switch 21, the first input switch 21 and the second input switch A dead time in which both 22 are turned off is inserted.
[0055]
The secondary control circuit 34 supplies a high level signal to the gate of the first rectifying transistor 26 in a period from when the first input switch 21 is turned off to when the second input switch 22 is turned off. A high level signal is supplied to the gate of the second rectifying transistor 27 in a period from when the input switch 22 is turned off until the first input switch 21 is turned off. As a result, during the period from when the first input switch 21 is turned off to when the second input switch 22 is turned off, the gate of the first rectifier transistor 26 is at a high level, and the first rectifier transistor 26 is turned on. In the period from when the second input switch 22 is turned off to when the first input switch 21 is turned off, the gate of the second rectifier transistor 27 is at a high level and the second rectifier transistor 27 is turned on. It becomes a state.
[0056]
Further, the secondary control circuit 34 turns on the fifth auxiliary switch 42 in the dead time when the input switch to be turned on switches from the first input switch 21 to the second input switch 22. The fourth auxiliary switch 41 is turned on in the dead time when the input switch is switched from the second input switch 22 to the first input switch 21. As a result, the gate of the second rectifying transistor 27 is connected to one end of the smoothing inductor 28 in the dead time when the input switch to be turned on is switched from the first input switch 21 to the second input switch 22. The gate of the first rectifying transistor 26 is connected to one end of the smoothing inductor 28 in the dead time when the input switch to be switched from the second input switch 22 to the first input switch 21.
[0057]
Specifically, when the timing at which the first input switch 21 is turned off is time t10 and the timing at which the second input switch 22 is turned on is time t11, the fifth time is between time t10 and time t11 (dead time). The auxiliary switch 42 is turned on. In this case, before the time t10, the gate of the second rectifying transistor 27 is at a high level. Therefore, when the fifth auxiliary switch 42 is turned on, the second rectifying transistor 27 is stored in the gate of the second rectifying transistor 27. The electric charge is regenerated to the output, and the gate-source voltage of the second rectifying transistor 27 gradually decreases. In the present embodiment, the fifth auxiliary switch 42 is turned on for a period longer than the dead time in order to sufficiently regenerate the electric charge stored in the gate of the second rectifying transistor 27 to the output. FIG. 7 shows the operation of the switching power supply device 40 in the vicinity of times t10 and t11 in more detail.
[0058]
Similarly, when the timing at which the second input switch 22 is turned off is time t12 and the timing at which the first input switch 21 is turned on is time t13, the fourth auxiliary switch is from time t12 to time t13 (dead time). 41 is turned on. In this case, before the time t12, the gate of the first rectification transistor 26 is at a high level. Therefore, when the fourth auxiliary switch 41 is turned on, the first rectification transistor 26 is stored in the gate. The electric charge is regenerated to the output, and the gate-source voltage of the first rectifying transistor 26 gradually decreases. In the present embodiment, the fourth auxiliary switch 41 is turned on for a period longer than the dead time in order to sufficiently regenerate the electric charge stored in the gate of the first rectifying transistor 26 to the output.
[0059]
Thereby, in the dead time, both the first rectification transistor 26 and the second rectification transistor 27 are turned on. Therefore, as in the above embodiment, the first rectification transistor 26 and the second rectification transistor 26 in the dead time. No inductor current flows through the body diode of the rectifying transistor 27. More specifically, the hatched portion in FIG. 7 is the current flowing through the body diode in the conventional switching power supply device, and this is the first rectifying transistor 26 in the switching power supply device 40 according to the present embodiment. It can be seen that the current flows through the second rectifying transistor 27.
[0060]
Further, after the fifth auxiliary switch 42 is turned off, the third auxiliary switch 33 is turned on for a predetermined period under the control of the secondary control circuit 34. As a result, the gate and the source of the second rectification transistor 27 are short-circuited, so that the second rectification transistor 27 is completely turned off. Similarly, after the fourth auxiliary switch 41 is turned off, the second auxiliary switch 32 is turned on for a predetermined period under the control of the secondary control circuit 34. As a result, the gate and source of the first rectification transistor 26 are short-circuited, so that the first rectification transistor 26 is completely turned off.
[0061]
As described above, in the switching power supply device 40 according to this embodiment, the first rectifier transistor 26 is turned on in the dead time when the input switch to be turned on is switched from the first input switch 21 to the second input switch 22. When the fifth auxiliary switch 42 is turned on, the gate-source voltage of the second rectifying transistor 27 is gradually lowered, and the dead time when switching from the second input switch 22 to the first input switch 21 is performed. Since the gate-source voltage of the first rectifier transistor 26 is gradually lowered by turning on the second rectifier transistor 27 and turning on the fourth auxiliary switch 41 in FIG. Rectifier transistor 26 and second rectifier transistor 2 Both can be turned on can be prevented from flowing to the body diode inductor current.
[0062]
In addition, by turning on the fourth auxiliary switch 41 or the fifth auxiliary switch 42 during the dead time, the charge stored in the gate of the first rectifying transistor 26 or the second rectifying transistor 27 is regenerated to the output. Therefore, loss due to charging / discharging the gate capacitance can be reduced.
[0063]
Further, after the dead time elapses, the second auxiliary switch 32 or the third auxiliary switch 33 is turned on, so that the gate and the source of the first rectification transistor 26 or the second rectification transistor 27 are short-circuited. Therefore, the first rectification transistor 26 or the second rectification transistor 27 can be reliably turned off in a period in which the first rectification transistor 26 or the second rectification transistor 27 should be turned off.
[0064]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.
[0065]
For example, in the switching power supply device 20 according to the above embodiment, the first auxiliary switch 31 is turned on over the entire period of the dead time, but the first auxiliary switch is thus applied over the entire period of the dead time. It is not essential to turn on the switch 31, and it is sufficient to turn on the first auxiliary switch 31 at least at the beginning of the dead time.
[0066]
Moreover, in the switching power supply device 40 according to the above embodiment, the fourth auxiliary switch 41 or the fifth auxiliary switch 42 is turned on for a period longer than the dead time. It is not essential to turn on the fourth auxiliary switch 41 or the fifth auxiliary switch over a period of time, and it is sufficient to turn on the fourth auxiliary switch 41 or the fifth auxiliary switch 42 at least at the beginning of the dead time. . However, the speed at which the charge stored in the gate of the first rectifier transistor 26 or the second rectifier transistor 27 is released to the output via the fourth auxiliary switch 41 or the fifth auxiliary switch 42 is the output current. Therefore, it is preferable to turn on the fourth auxiliary switch 41 or the fifth auxiliary switch 42 over a period during which such charge can be sufficiently discharged.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a switching power supply device with improved conversion efficiency is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching power supply device 20 according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an equivalent circuit of a MOSFET constituting the first and second rectifying transistors 26 and 27;
FIG. 3 is an operation waveform diagram of the switching power supply device 20 according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is an enlarged view of an operation waveform diagram shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram of a switching power supply device 40 according to another preferred embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an operation waveform diagram of the switching power supply device 40 according to another preferred embodiment of the present invention.
7 is an enlarged view of the operation waveform diagram shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional synchronous rectification switching power supply device.
[Explanation of symbols]
10, 30 Primary control circuit
20, 40 switching power supply
21 First input switch
22 Second input switch
23 First input capacitor
24 Second input capacitor
25 transformer
26 First rectifier transistor
27 Second rectifier transistor
28 Smoothing inductor
29 Smoothing capacitor
31 First auxiliary switch
32 Second auxiliary switch
33 Third auxiliary switch
34 Secondary control circuit
41 Fourth auxiliary switch
42 Fifth auxiliary switch

Claims

An input switching circuit comprising a transformer, a half bridge circuit that excites the primary winding of the transformer by a switching operation having a dead time period, a rectifying transistor connected in series to the secondary winding of the transformer, and the transformer A smoothing inductor connected in series to the secondary winding, a smoothing capacitor connected in parallel to the secondary winding of the transformer, and the rectifying transistor in synchronization with the switching operation of the input switching circuit. Rectification transistor on means for turning on, and rectification transistor off means for turning off the rectification transistor by short-circuiting between the gate and source of the rectification transistor ,
The switching power supply device characterized in that the rectifying transistor off means short-circuits between the gate and the source of the rectifying transistor after the dead time period .

The secondary winding of the transformer includes first and second parts connected at one end to each other, and the rectifying transistor is connected to the other end of the first part of the secondary winding. A first rectifying transistor and a second rectifying transistor connected to the other end of the second part of the secondary winding, wherein the smoothing inductor is connected to the one end of the first part of the secondary winding. The switching power supply device according to claim 1 , wherein the switching power supply device is connected to a node at the one end of the second portion.

3. The switching power supply device according to claim 2 , further comprising means for short-circuiting the gate of the first rectifier transistor and the gate of the second rectifier transistor.

3. The switching power supply device according to claim 2 , further comprising: means for short-circuiting the gate of the first rectifying transistor and the node; and means for short-circuiting the gate of the second rectifying transistor and the node. .

A transformer having a primary winding, a first secondary winding, and a second secondary winding, a half bridge circuit connected to the primary winding, a smoothing capacitor, and the first secondary winding A smoothing inductor connected between a common node of one end of the wire and one end of the second secondary winding and one end of the smoothing capacitor, the other end of the first secondary winding, and the smoothing capacitor A first rectifier transistor connected between the other end, a second rectifier transistor connected between the other end of the second secondary winding and the other end of the smoothing capacitor; A switching power supply device comprising: a first auxiliary switch that short-circuits the gate of one rectifying transistor and the gate of the second rectifying transistor.

6. The switching power supply device according to claim 5 , wherein the first auxiliary switch is turned on in at least a part of a dead time period of the half bridge circuit.

Claims and further comprising a third auxiliary switch for short-circuiting between the source - and a second auxiliary switch for short-circuiting between the source and the gate of said second rectification transistor - the gate of the first rectification transistor Item 7. The switching power supply device according to Item 6 .

The second auxiliary switch is turned on in at least a part of a period in which a current flows in the primary direction of the transformer after the first auxiliary switch is turned off, and the third auxiliary switch is turned on. the auxiliary switch according to claim wherein said first auxiliary switch after turning off, characterized in that on at least part of the period in which current in the second direction flows to the primary winding of the transformer 8. The switching power supply device according to 7 .

A transformer having a primary winding, a first secondary winding, and a second secondary winding, a half bridge circuit connected to the primary winding, a smoothing capacitor, and the first secondary winding A smoothing inductor connected between a common node of one end of the wire and one end of the second secondary winding and one end of the smoothing capacitor, the other end of the first secondary winding, and the smoothing capacitor A first rectifier transistor connected between the other end, a second rectifier transistor connected between the other end of the second secondary winding and the other end of the smoothing capacitor; A first auxiliary switch that short-circuits the common node with the gate of one rectifier transistor; a second auxiliary switch that short-circuits the gate of the second rectifier transistor and the common node; and the gate of the first rectifier transistor. -A third auxiliary switch that short-circuits the sources; And Ji, a gate of said second rectification transistor - switching power supply and a fourth auxiliary switch for short-circuiting between the source.

The first auxiliary switch includes a period in which a current flows in the first direction of the primary winding of the transformer and a period in which a current flows in the second direction of the primary winding of the transformer. The second auxiliary switch is turned on during at least part of the dead time between the period when current is flowing in the primary winding of the transformer in the second direction and the primary winding of the transformer. 10. The switching power supply device according to claim 9 , wherein the switching power supply device is turned on in at least a part of a dead time between a period in which a current flows through the line in the first direction.

The third auxiliary switch is turned on at least during a period in which a current flows in the second direction in the primary winding of the transformer after the first auxiliary switch is turned off. The auxiliary switch No. 4 is turned on in at least a part of a period in which a current flows in the primary winding of the transformer in the first direction after the second auxiliary switch is turned off. The switching power supply device according to claim 10 .