JP4395697B2

JP4395697B2 - Forward converter

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Publication number: JP4395697B2
Application number: JP2002105387A
Authority: JP
Inventors: 匡彦松本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2022-04-08
Also published as: JP2003304684A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力電流の整流に同期整流器を用いたフォワードコンバータに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
出力電流の整流に同期整流器を用いたフォワードコンバータでは、同期整流器のゲートを充電するのに、トランスの一次側に設けられた主スイッチのスイッチング動作によって生じるトランスや出力チョークコイルの電位変化を利用する手法が一般に知られている。
【０００３】
このような回路では、主スイッチのスイッチング動作が何らかの理由で停止した際に、同期整流器が自励発振し、これにより、出力平滑コンデンサに蓄積されていた電荷に起因した電流が出力側から入力側に逆流する。
【０００４】
また、負荷に供給する電流を増加する目的で複数のフォワードコンバータを負荷に並列に接続して動作させる並列運転を行わせることがある。この並列運転の際に、一部のコンバータだけが何らかの原因で主スイッチのスイッチング動作を停止すると、その主スイッチのスイッチング動作が停止したコンバータには、主スイッチのスイッチング動作継続中のコンバータから出力電流が流れ込む。この逆流電流（循環電流）によって、主スイッチのスイッチング動作停止中のコンバータの同期整流器は自励発振し続けてしまう。このため、一旦この動作モードに陥ると、循環電流が流れ続けることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、主スイッチのスイッチング動作の停止によって同期整流器が自励発振すると、この自励発振に起因した逆流電流の経路上にある部品に電流ストレスが発生する。また、トランスのリセット電圧のピーク値が増加して、主スイッチや、スナバ回路部品や、整流側整流器の電圧ストレスが増加する。このような電気的なストレスによって、コンバータを構成している部品が破壊され、発煙、発火する虞がある。
【０００６】
また、並列運転の場合には、負荷に接続されている複数のフォワードコンバータの中の一部のコンバータだけが何らかの理由でスイッチング動作を停止して、前述の循環電流が流れると、その循環電流に起因してコンバータの部品が破壊される可能性がある。仮にコンバータの部品が破壊しなくても循環電流が流れる経路上の部品で導通損失が発生して電力変換効率が低下する問題がある。
【０００７】
本発明は前述のような課題を解決するために成されたものであり、自励発振状態を検出する回路と、自励発振を検知したときには転流側同期整流器をオフすることで自励発振を停止させる回路とを備えたフォワードコンバータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、トランスの一次側に設けられた主スイッチのスイッチング動作によって、トランスの二次側に発生するエネルギーを整流平滑して出力するフォワードコンバータにおいて、トランスの二次側には整流側整流器と転流側整流器とチョークコイルが設けられており、その転流側整流器は同期整流器により構成され、当該転流側同期整流器はトランス又はチョークコイルの電位変化によってゲートに電荷が充電され当該ゲート電圧が設定のスレショルド電圧値以上に上昇したときにスイッチオンする構成であり、転流側同期整流器のゲート−ソース間にはスイッチとコンデンサからなる直列回路が接続されており、また、フォワードコンバータには、主スイッチのスイッチング動作停止に起因した転流側同期整流器の自励発振を検知したときに前記スイッチをオン駆動する自励発振検知回路が設けられ、転流側同期整流器のゲート−ソース間に接続された前記スイッチとコンデンサからなる直列回路は、前記自励発振が検知されたときに前記スイッチがオンすることで前記コンデンサが転流側同期整流器のゲート−ソース間の容量を等価的に増加させてゲート電圧をスレショルド電圧値よりも低下させ転流側同期整流器をオフさせて自励発振を停止させる自励発振停止回路を構成していることを特徴としている。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明の構成を備え、転流側同期整流器のゲートに電荷を供給するゲート充電経路にコンデンサが介設されており、転流側同期整流器のゲートに向けて供給される電圧は、自励発振停止回路のスイッチのオン動作によって、自励発振停止回路のコンデンサにより等価的に増加された転流側同期整流器のゲート−ソース間の容量と、前記ゲート充電経路上のコンデンサとによって分圧されて、転流側同期整流器のゲートに加えられることを特徴としている。
【００１０】
第３の発明は、トランスの一次側に設けられた主スイッチのスイッチング動作によって、トランスの二次側に発生するエネルギーを整流平滑して出力するフォワードコンバータにおいて、トランスの二次側には整流側整流器と転流側整流器とチョークコイルが設けられ、その転流側整流器は同期整流器により構成され、当該転流側同期整流器はトランス又はチョークコイルの電位変化によってゲートに電荷が充電され当該ゲート電圧が設定のスレショルド電圧値以上に上昇したときにスイッチオンする構成と成しており、フォワードコンバータには、主スイッチのスイッチング動作停止に起因した転流側同期整流器の自励発振を検知する自励発振検知回路と、自励発振が検知されたときには転流側同期整流器のゲートに供給される交流電圧の直流電位を低下させてゲート電圧をスレショルド電圧値よりも低下させ転流側同期整流器をオフさせて自励発振を停止させる自励発振停止回路とを有しており、前記主スイッチのオンタイミングを二次側に伝達するための信号伝達トランスを有し、前記自励発振検知回路は、前記信号伝達トランスにより前記主スイッチのオンタイミングを知らせる主スイッチオン報知信号が出力されてから前記主スイッチのスイッチングの１周期よりも長い設定時間が経過したのにも拘わらず、次の主スイッチオン報知信号が前記信号伝達トランスにより出力されないときには自励発振状態であると検知することを特徴としている。
【００１１】
第４の発明は、第１又は第２の発明の構成を備え、主スイッチのオンタイミングを二次側に伝達するための信号伝達トランスを有し、自励発振検知回路は、信号伝達トランスにより主スイッチのオンタイミングを知らせる主スイッチオン報知信号が出力されてから主スイッチのスイッチングの１周期よりも長い設定時間が経過したのにも拘わらず、次の主スイッチオン報知信号が信号伝達トランスにより出力されないときには自励発振状態であると検知することを特徴としている。
【００１２】
第５の発明は、第１又は第２の発明の構成を備え、自励発振検知回路は、トランスのリセット電圧のピーク値が自励発振検知用の設定値以上であることを検出したときに、自励発振状態であると検知することを特徴としている。
【００１３】
第６の発明は、第１〜第５の発明の何れか１つの発明の構成を備え、主スイッチのオンタイミングを二次側に伝達するための信号伝達トランスを備え、この信号伝達トランスにより主スイッチのオンタイミングを知らせる主スイッチオン報知信号が出力されたときに転流側同期整流器をオフさせる早期ターンオフ回路が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１には第１実施形態例のフォワードコンバータが示されている。また、図２には、図１のフォワードコンバータにおいて自励発振が生じた際の各部の動作波形の一例が示されている。
【００１６】
図１において、１は直流入力電源を示し、２はトランスで２Ａは一次コイルを、２Ｂは二次コイルを、２Ｃは三次コイルをそれぞれ示す。３，８，９，１３，２１，２４はそれぞれＮチャネルＭＯＳＦＥＴを示し、４はＰＷＭ制御ＩＣを示す。５は信号伝達トランスで５Ａは一次コイルを、５Ｂは二次コイルをそれぞれ示す。６，１７，１８はそれぞれダイオードを示し、７，１４，２０はそれぞれ抵抗体を示す。１０はチョークコイルを示し、１１，１５，１６，１９，２２，２３はそれぞれコンデンサを示し、１２は負荷装置である。
【００１７】
この第１実施形態例のフォワードコンバータでは、整流側整流器としてＭＯＳＦＥＴ８の同期整流器が、また、転流側整流器としてＭＯＳＦＥＴ９の同期整流器がそれぞれ設けられている。
【００１８】
ＰＷＭ制御ＩＣ４には、フォワードコンバータから負荷装置１２に向けて出力される電圧（出力電圧）を検出する図示を省略した出力電圧検出回路が接続されており、当該ＰＷＭ制御ＩＣ４にはその出力電圧検出回路から出力電圧フィードバック信号が入力される。ＰＷＭ制御ＩＣ４は、出力電圧フィードバック信号に基づき、出力電圧を安定化すべく主スイッチであるＭＯＳＦＥＴ３のゲートに加える図２（ａ）に示すようなパルス信号のパルス幅制御によりＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作を制御する。
【００１９】
直流入力電源１からフォワードコンバータに入力された直流電力はＭＯＳＦＥＴ３でスイッチングされ、トランス２で二次側に伝達される。そして、トランス２の二次側において、ＭＯＳＦＥＴ８，９で整流され、チョークコイル１０とコンデンサ１１で平滑されて負荷装置１２に供給される。
【００２０】
ＰＷＭ制御ＩＣ４からＭＯＳＦＥＴ３のゲートに至るＭＯＳＦＥＴ３の入力容量充電経路には信号伝達トランス５の一次コイル５Ａが挿入されている。信号伝達トランス５には、ＰＷＭ制御ＩＣ４からＭＯＳＦＥＴ３のゲートに加えられるパルス信号によって、ＭＯＳＦＥＴ３がオンする一瞬前に図２（ｂ）に示すようなパルス信号が発生する。このパルス信号は、ＭＯＳＦＥＴ（主スイッチ）３のオンタイミングを知らせる主スイッチオン報知信号と成している。
【００２１】
この第１実施形態例では、そのパルス信号が二次コイル５Ｂに伝達されると、ＭＯＳＦＥＴ１３，２１がオンする構成となっている。信号伝達トランス５のパルス信号によってＭＯＳＦＥＴ１３がオンすると、トランス２の三次コイル２Ｃとコンデンサ１５を通してＭＯＳＦＥＴ９（転流側同期整流器）のゲート電荷が放電される。これにより、ＭＯＳＦＥＴ９がスイッチオフする。すなわち、この第１実施形態例では、ＭＯＳＦＥＴ１３とトランス２の三次コイル２Ｃとコンデンサ１５によって、ＭＯＳＦＥＴ３がオンするときにＭＯＳＦＥＴ９をオフさせる早期ターンオフ回路が構成されている。
【００２２】
なお、ＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作によってトランス２の三次コイル２Ｃの電位が変化する。この第１実施形態例では、ＭＯＳＦＥＴ９のゲートには、その三次コイル２Ｃの電位変化による交流成分がコンデンサ１５によって伝達されて電荷が充電される。
【００２３】
抵抗体１４はＭＯＳＦＥＴ３の通常のスイッチング動作時にＭＯＳＦＥＴ９のゲート直流電位を設定する直流電位設定回路の役割を果している。
【００２４】
整流側同期整流器であるＭＯＳＦＥＴ８は、トランス２の二次コイル２Ｂの電位変化による交流成分がコンデンサ１６により伝達されて駆動される。ダイオード１７は、ＭＯＳＦＥＴ８のゲート直流電位を設定している。ＭＯＳＦＥＴ８のゲート充放電動作によってコンデンサ１９にはダイオード１８を通してＭＯＳＦＥＴ８のゲートピーク電圧に応じた電荷が蓄積される。
【００２５】
そのコンデンサ１９の蓄積電荷によって、抵抗体２０を通してコンデンサ２２が充電される。また、信号伝達トランス５からＭＯＳＦＥＴ２１のゲートにパルス信号が加えられてＭＯＳＦＥＴ２１がオンしたときに、コンデンサ２２の充電電荷はほぼ０Ｖまで放電される。
【００２６】
そのコンデンサ２２は、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲート−ソース間に接続されており、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲート電圧に関与するものである。つまり、コンデンサ２２に電荷が充電されていくに従ってＭＯＳＦＥＴ２４のゲート電圧が上昇し、当該ＭＯＳＦＥＴ２４のゲート電圧が設定のスレショルド電圧値Ｖs以上に上昇すると、ＭＯＳＦＥＴ２４はスイッチオンする。しかしながら、この第１実施形態例では、抵抗体２０とコンデンサ２２によるＭＯＳＦＥＴ２４のゲート電圧充電の時定数がＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング周期よりも大きめに設定されている。このため、ＭＯＳＦＥＴ３が正常にスイッチング動作を行っているときには、図２（ｅ）に示されるように、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲート電圧がスレショルド電圧値Ｖsに達する前に、信号伝達トランス５からＭＯＳＦＥＴ２１のゲートにパルス信号が加えられ、これにより、ＭＯＳＦＥＴ２１がオンしてコンデンサ２２の電荷が放電される。つまり、ＭＯＳＦＥＴ３がスイッチング動作を行っているときには、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲート電圧はスレショルド電圧値Ｖsに達せず、ＭＯＳＦＥＴ２４はスイッチオフ状態を維持することとなる。
【００２７】
このように構成されたフォワードコンバータにおいて、何らかの理由、例えばＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作を停止させる制御信号がコンバータ外部から加えられた等の理由で、ＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作が停止すると、コンデンサ１１の蓄積電荷に起因した逆流電流が流れる。これにより、以下のようにＭＯＳＦＥＴ８，９が自励発振する。
【００２８】
ＭＯＳＦＥＴ９がオン状態の時に、コンデンサ１１の蓄積電荷によってコンデンサ１１→ＭＯＳＦＥＴ９→チョークコイル１０の経路で放電電流が流れてチョークコイル１０に電磁エネルギーが蓄えられる。
【００２９】
また、ＭＯＳＦＥＴ９のゲート電荷が抵抗体１４を介し放電されてＭＯＳＦＥＴ９がオフすると、コンデンサ１１の蓄積電荷とチョークコイル１０の電磁エネルギーによって、コンデンサ１６を通してＭＯＳＦＥＴ８のゲートが充電されてＭＯＳＦＥＴ８がオンする。
【００３０】
このＭＯＳＦＥＴ８のオンにより、コンデンサ１１→トランス２の二次コイル２Ｂ→ＭＯＳＦＥＴ８→チョークコイル１０の経路で電流が流れ、同時に一次側回路において、トランス２に生じる起電力によってＭＯＳＦＥＴ３→トランス２の一次コイル２Ａ→直流入力電源１の経路で逆流電流が流れる。
【００３１】
上記のようにＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作の停止に起因してＭＯＳＦＥＴ８，９が自励発振しているときには、ＭＯＳＦＥＴ３がスイッチング動作を停止しているので信号伝達トランス５にパルス信号は発生しない。このため、ＭＯＳＦＥＴ２１はオフ状態が維持される。これにより、コンデンサ２２の充電電圧が上昇していき、これに伴い、図２（ｅ）に示すようにＭＯＳＦＥＴ２４のゲート電圧が上昇する。そして、ＭＯＳＦＥＴ２４のゲート電圧が設定のスレショルド電圧値Ｖsに達したときに、ＭＯＳＦＥＴ２４はスイッチオンする。
【００３２】
このＭＯＳＦＥＴ２４のスイッチオンにより、コンデンサ２３が導通するので、このコンデンサ２３によってＭＯＳＦＥＴ９のゲート−ソース間の容量（ゲート容量）は等価的に増加する。
【００３３】
トランス２の三次コイル２Ｃの発生電圧は、コンデンサ１５と、ＭＯＳＦＥＴ９のゲート容量とによって分圧されて、ＭＯＳＦＥＴ９のゲートに加えられる。したがって、前述のようにＭＯＳＦＥＴ２４のスイッチオンによりＭＯＳＦＥＴ９のゲート容量が等価的に増加すると、ＭＯＳＦＥＴ９のゲート電圧が小さくなる。この第１実施形態例では、このとき、ＭＯＳＦＥＴ９のゲート電圧がスレショルド電圧値Ｖonよりも低くなるようにコンデンサ２３の容量が設定されている。このため、ＭＯＳＦＥＴ２４のスイッチオンによってＭＯＳＦＥＴ９のゲート電圧がスレショルド電圧値Ｖonよりも低下してＭＯＳＦＥＴ９はオフする。このＭＯＳＦＥＴ９のオフ状態はＭＯＳＦＥＴ３がスイッチオンするまで維持されるので自励発振は停止する。なお、ＭＯＳＦＥＴ９が自励発振を停止すると、自動的にＭＯＳＦＥＴ８も自励発振を停止する。
【００３４】
この第１実施形態例では、前記のように、ＭＯＳＦＥＴ２１と抵抗体２０とコンデンサ２２によって、自励発振を検知する自励発振検知回路が構成されている。この自励発振検知回路は、信号伝達トランス５によりパルス信号（主スイッチオン報知信号）が出力されてからＭＯＳＦＥＴ３のスイッチングの１周期よりも長い設定時間（図２（ｅ）の例では約２周期半）を経過したのにも拘わらず、次のパルス信号が信号伝達トランス５から出力されないときには自励発振状態であると検知する構成である。
【００３５】
また、この第１実施形態例では、コンデンサ２３とＭＯＳＦＥＴ２４によって自励発振停止回路が構成されている。この自励発振停止回路は、前記自励発振検知回路のコンデンサ２２の充電電圧が自励発振時の高い電圧となってＭＯＳＦＥＴ２４がオンすると、コンデンサ２３がＭＯＳＦＥＴ９のゲート−ソース間の容量（ゲート容量）を等価的に増加させ、これにより、ＭＯＳＦＥＴ９のゲート電圧をスレショルド電圧値Ｖonよりも低下させてＭＯＳＦＥＴ９をオフさせて自励発振を停止する回路である。
【００３６】
この第１実施形態例では、ＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作停止による自励発振を検知して自励発振を停止させるので、自励発振の電気的ストレスによる部品破壊を防止できる。また、並列運転している複数のフォワードコンバータの一部において何らかの原因でＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作が停止して同期整流器８，９が自励発振した場合に、この第１実施形態例では、その自励発振を停止させることができるので、ＭＯＳＦＥＴ３がスイッチング動作を継続しているコンバータの出力電流が自励発振しているコンバータに逆流する循環電流を無くすことができる。これにより、循環電流による部品破壊や循環電流ループの導通損失による電力変換効率の低下を防止できる。
【００３７】
さらに、この第１実施形態例では、自励発振停止回路のコンデンサ２３とＭＯＳＦＥＴ２４によってＭＯＳＦＥＴ９がオフ状態であるときに、ＰＷＭ制御ＩＣ４からＭＯＳＦＥＴ３のゲートにパルス信号の供給が開始されると、信号伝達トランス５からパルス信号が出力されてＭＯＳＦＥＴ２１がスイッチオンする。これにより、コンデンサ２２が放電してＭＯＳＦＥＴ２４がスイッチオフする。このＭＯＳＦＥＴ２４のオフによってコンデンサ２３はＭＯＳＦＥＴ９に対して影響を与えなくなり、ＭＯＳＦＥＴ９は正常な状態に復帰する。つまり、この第１実施形態例では、ＭＯＳＦＥＴ３のゲートにパルス信号の供給が開始されると、ＭＯＳＦＥＴ９は直ちに復帰して、フォワードコンバータは迅速に正常な状態に移行することができる。
【００３８】
以下に、第２実施形態例を説明する。
【００３９】
図３には第２実施形態例のフォワードコンバータが示されている。図３において、１は直流入力電源を示す。２はトランスで２Ａは一次コイルを、２Ｂは二次コイルを、２Ｃは三次コイルをそれぞれ示す。３，８，９，１３，２１，２４はそれぞれＮチャネルＭＯＳＦＥＴを示し、４はＰＷＭ制御ＩＣを示す。５は信号伝達トランスで５Ａは一次コイルを、５Ｂは二次コイルをそれぞれ示す。６，１７，１８，２５はそれぞれダイオードを示し、７，１４，２０はそれぞれ抵抗体を示す。１０はチョークコイルを示し、１１，１５，１６，１９，２２，２３はそれぞれコンデンサを示し、１２は負荷装置を示す。
【００４０】
この第２実施形態例では、第１実施形態例と同様に整流側整流器としてＭＯＳＦＥＴ８の同期整流器が設けられ、転流側整流器としてＭＯＳＦＥＴ９の同期整流器が設けられている。この第２実施形態例では、自励発振停止のための構成以外の構成は第１実施形態例と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
この第２実施形態例では、コンデンサ２３に代えて、ダイオード２５が、カソードをＭＯＳＦＥＴ２４側に、また、アノードをＭＯＳＦＥＴ９のゲート側にして設けられている。このダイオード２５によって次に示すように自励発振が停止される。
【００４２】
この第２実施形態例では、第１実施形態例と同様に抵抗体２０とＭＯＳＦＥＴ２１とコンデンサ２２によって自励発振検知回路が構成されており、自励発振が発生すると、その自励発振検知回路のコンデンサ２２の充電電圧によってＭＯＳＦＥＴ２４がスイッチオンする。これにより、ダイオード２５が導通する。このダイオード２５によって、ＭＯＳＦＥＴ９のゲート電圧のピーク値がほぼ０Ｖになるまで直流電位が低下する。このため、ＭＯＳＦＥＴ９がオフして自励発振が停止する。
【００４３】
以上のように、この第２実施形態例では、ＭＯＳＦＥＴ２４とダイオード２５によって自励発振停止回路が構成されている。この自励発振停止回路は、自励発振発生によりＭＯＳＦＥＴ２４がスイッチオンしたときに、ダイオード２５によって、トランス２の三次コイル２Ｃからコンデンサ１５によってＭＯＳＦＥＴ９のゲートに供給される交流電圧の直流電位を低下させ、これにより、ＭＯＳＦＥＴ９のゲート電圧をＭＯＳＦＥＴ９のスレショルド電圧値Ｖonよりも低下させてＭＯＳＦＥＴ９をオフさせ自励発振を停止する回路である。
【００４４】
この第２実施形態例においても、第１実施形態例と同様に、ＭＯＳＦＥＴ３のスイッチング動作停止による自励発振を検知して当該自励発振を停止させるので、自励発振に起因した電気的ストレスによる部品破壊を防止できたり、また、並列運転の場合における自励発振に起因した循環電流による部品破壊や循環電流ループの導通損失による電力変換効率の低下を防止できる。
【００４５】
なお、この発明は第１や第２の各実施形態例の構成に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得るものである。例えば、第１や第２の各実施形態例では、トランス２に三次コイル２Ｃを設け、この三次コイル２Ｃの電位変化を利用して転流側同期整流器であるＭＯＳＦＥＴ９を駆動していたが、例えば、チョークコイル１０に補助コイルを設け、この補助コイルの電位変化（つまり、チョークコイルの電位変化）を利用して、ＭＯＳＦＥＴ９を駆動させる構成としてもよい。また、整流側整流器であるＭＯＳＦＥＴ８に関しても同様であり、このＭＯＳＦＥＴ８をトランス２の二次コイル２Ｂの電位変化を利用して駆動させるのに代えて、例えば、チョークコイル１０に補助コイルを設け当該補助コイルの電位変化を利用してＭＯＳＦＥＴ８を駆動させる構成としてもよい。
【００４６】
さらに、第１実施形態例では、コンデンサ２２の充電電圧がＭＯＳＦＥＴ２４をスイッチオンさせる電圧値に上昇することにより自励発振の発生を検知する構成であったが、例えば、自励発振検知回路は、トランス２のリセット電圧の波高値（ピーク値）が自励発振検知用の設定値以上であることを検出したときに自励発振状態であると検知する回路構成としてもよい。
【００４７】
さらに、第１や第２の各実施形態例では、整流側整流器として同期整流器（ＭＯＳＦＥＴ８）が設けられていたが、同期整流器に代えて、ショットキーバリアダイオードなどのダイオードを整流側整流器として設けてもよい。
【００４８】
さらに、第１や第２の各実施形態例では、コンデンサ１９の電荷を利用してコンデンサ２２を充電していたが、例えば、チョークコイル１０のピーク充電によりコンデンサ２２を充電してもよい。このように、コンデンサ２２の充電の構成は特に限定されるものではない。
【００４９】
さらに、第１実施形態例では、トランス２の三次コイル２ＣからＭＯＳＦＥＴ９のゲートに至る充電経路上にコンデンサ１５が介設されていたが、このコンデンサ１５は省略してもよい。この場合には、三次コイル２Ｃの電圧をコンデンサ分圧することができないので、自励発振を停止させるためにはコンデンサ２３の容量を大きくする必要がある。
【００５０】
さらに、第１実施形態例では、ＭＯＳＦＥＴ９のゲート電圧の直流電位を決定させるために抵抗体１４が設けられていたが、この抵抗体１４に代えて、直流電位決定用のダイオードを設けてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
この発明によれば、自励発振を検知する自励発振検知回路と、自励発振が検知されたときに転流側同期整流器をスイッチオフさせて自励発振を停止させる自励発振停止回路とを設け、この自励発振停止回路は、自励発振が検知されたときには、転流側同期整流器のゲート−ソース間に設けたコンデンサによって転流側同期整流器のゲート−ソース間の容量を等価的に増加させることにより転流側同期整流器をオフさせて自励発振を停止させる構成を有しているか、あるいは、自励発振停止回路は、自励発振が検知されたときに転流側同期整流器のゲートに供給される交流電圧の直流電位を低下させることにより転流側同期整流器をオフさせて自励発振を停止させる構成を有しているので、自励発振に起因した逆流電流によってコンバータの構成部品に加わる電圧ストレスや、電流ストレスを軽減することができて、部品破壊、及び部品の発煙、発火を防止できる。
【００５２】
また、並列運転する複数のフォワードコンバータの中の一部のコンバータが、何らかの理由で主スイッチのスイッチング動作を停止して自励発振が発生した場合においても、その自励発振を停止させることができるので、一部のコンバータの自励発振に起因した循環電流を停止させることができて、循環電流による部品破壊や、電力変換効率の低下を防止できる。
【００５３】
さらに、転流側同期整流器のゲートの充電経路上にコンデンサを介設するものにあっては、転流側同期整流器のゲートに供給される電圧は、充電経路上のコンデンサと、転流側同期整流器のゲート−ソース間の容量とによって分圧されて、転流側同期整流器のゲートに加えられる。このため、自励発振停止回路が、転流側同期整流器のゲート−ソース間に設けたコンデンサを利用して転流側同期整流器をオフさせて自励発振を停止させる構成を有している場合には、その自励発振停止回路のコンデンサの容量は小さくて済むこととなる。
【００５４】
主スイッチのオンタイミングを二次側に伝達する信号伝達トランスを備え、自励発振検知回路は、その信号伝達トランスから二次側に出力される信号を利用して自励発振を検知する構成を有することにより、また、自励発振検知回路は、トランスのリセット電圧のピーク値を利用して自励発振を検知する構成を有することにより、簡単な回路構成で自励発振を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフォワードコンバータの第１実施形態例を説明するための概略回路図である。
【図２】図１の回路で自励発振が生じた際の各部の動作例を示す波形図である。
【図３】本発明に係るフォワードコンバータの第２実施形態例を説明するための概略回路図である。
【符号の説明】
１直流入力電源
２トランス
２Ａ一次コイル
２Ｂ二次コイル
２Ｃ三次コイル
３，８，９，１３，２１，２４ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
４ＰＷＭ制御ＩＣ
５信号伝達トランス
５Ａ一次コイル
５Ｂ二次コイル
６，１７，１８，２５ダイオード
７，１４，２０抵抗体
１０チョークコイル
１１，１５，１６，１９，２２，２３コンデンサ
１２負荷装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a forward converter that uses a synchronous rectifier to rectify an output current.
[0002]
[Background]
In a forward converter that uses a synchronous rectifier to rectify the output current, the potential of the transformer and output choke coil generated by the switching operation of the main switch provided on the primary side of the transformer is used to charge the gate of the synchronous rectifier. The technique is generally known.
[0003]
In such a circuit, when the switching operation of the main switch stops for some reason, the synchronous rectifier self-oscillates, so that the current caused by the charge accumulated in the output smoothing capacitor is changed from the output side to the input side. To flow backwards.
[0004]
Moreover, in order to increase the current supplied to the load, a parallel operation may be performed in which a plurality of forward converters are connected to the load and operated in parallel. During this parallel operation, if only some converters stop the switching operation of the main switch for some reason, the converter that has stopped the switching operation of the main switch will receive the output current from the converter that is continuing the switching operation of the main switch. Flows in. Due to this backflow current (circulating current), the synchronous rectifier of the converter that has stopped the switching operation of the main switch continues to self-oscillate. For this reason, once falling into this operation mode, the circulating current continues to flow.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when the synchronous rectifier self-oscillates due to the stop of the switching operation of the main switch, current stress is generated in the components on the path of the reverse current caused by the self-excited oscillation. Moreover, the peak value of the reset voltage of the transformer increases, and the voltage stress of the main switch, the snubber circuit component, and the rectifier side rectifier increases. Such electrical stress may destroy the components that make up the converter, causing smoke and fire.
[0006]
In the case of parallel operation, only a part of the plurality of forward converters connected to the load stops the switching operation for some reason, and the circulating current flows into the circulating current. As a result, the parts of the converter may be destroyed. Even if the converter parts do not break down, there is a problem that conduction loss occurs in the parts on the path through which the circulating current flows and the power conversion efficiency decreases.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems. A circuit for detecting a self-excited oscillation state and a self-excited oscillation by turning off the commutation side synchronous rectifier when the self-excited oscillation is detected. And a forward converter having a circuit for stopping the operation.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the above problems. That is, the first invention is a forward converter that rectifies and smoothes the energy generated on the secondary side of the transformer by the switching operation of the main switch provided on the primary side of the transformer, and outputs on the secondary side of the transformer. A rectifier side rectifier, a commutation side rectifier, and a choke coil are provided, and the commutation side rectifier is constituted by a synchronous rectifier, and the commutation side synchronous rectifier is charged with a gate by a potential change of the transformer or the choke coil. It is configured to switch on when the gate voltage rises above the set threshold voltage value. , Roll A switch and a capacitor are connected between the gate and source of the current side synchronous rectifier. Consist of series Circuit Connected, Further, the forward converter is provided with a self-excited oscillation detection circuit that drives the switch on when it detects self-excited oscillation of the commutation-side synchronous rectifier caused by the switching operation stop of the main switch. A series circuit composed of the switch and the capacitor connected between the gate and the source of The switch turns on when self-excited oscillation is detected by doing Self-excited oscillation in which the capacitor increases the gate-source capacitance of the commutation-side synchronous rectifier equivalently to lower the gate voltage below the threshold voltage value and turns off the commutation-side synchronous rectifier to stop the self-excited oscillation. It is characterized by constituting a stop circuit.
[0009]
The second invention has the configuration of the first invention, a capacitor is interposed in a gate charging path for supplying electric charge to the gate of the commutation side synchronous rectifier, and the supply is made toward the gate of the commutation side synchronous rectifier. The voltage generated by the switch of the self-excited oscillation stop circuit is equivalently increased by the capacitor of the self-excited oscillation stop circuit and the capacitance between the gate and the source of the commutation side synchronous rectifier and the gate charging path. It is characterized by being divided by the capacitor and added to the gate of the commutation side synchronous rectifier.
[0010]
A third invention is a forward converter that rectifies and smoothes the energy generated on the secondary side of the transformer by the switching operation of the main switch provided on the primary side of the transformer and outputs the rectified side on the secondary side of the transformer. A rectifier, a commutation side rectifier, and a choke coil are provided, and the commutation side rectifier is configured by a synchronous rectifier, and the commutation side synchronous rectifier is charged with a gate due to a potential change of the transformer or the choke coil, and the gate voltage is It is configured to switch on when it rises above the set threshold voltage value, and the forward converter has a self-excited oscillation that detects the self-excited oscillation of the commutation side synchronous rectifier caused by the switching operation of the main switch being stopped. The detection circuit and the AC voltage supplied to the gate of the commutation side synchronous rectifier when self-excited oscillation is detected. And a self-oscillation stopping circuit for stopping self-oscillation by turning off the commutating-side synchronous rectifier is lower than the threshold voltage value of the gate voltage lowers the flow potential A self-excited oscillation detecting circuit that notifies the on-timing of the main switch by the signal transmitting transformer. When the next main switch-on notification signal is not output by the signal transmission transformer even though a set time longer than one switching period of the main switch has elapsed since Detect It is characterized by that.
[0011]
4th invention is 1st or 1st 2 A main switch-on notification signal having a configuration of the invention, having a signal transmission transformer for transmitting the on-timing of the main switch to the secondary side, and the self-excited oscillation detection circuit notifying the on-timing of the main switch by the signal transmission transformer Is detected as a self-oscillation state when the next main switch-on notification signal is not output by the signal transmission transformer even though a set time longer than one switching period of the main switch has elapsed since It is characterized by that.
[0012]
5th invention is 1st or 1st 2 The self-excited oscillation detection circuit having the configuration of the invention detects that it is in the self-excited oscillation state when detecting that the peak value of the reset voltage of the transformer is not less than a set value for detecting self-excited oscillation. It is a feature.
[0013]
A sixth invention includes the configuration of any one of the first to fifth inventions, and further includes a signal transmission transformer for transmitting the on-timing of the main switch to the secondary side. An early turn-off circuit is provided that turns off the commutation side synchronous rectifier when a main switch-on notification signal for informing the switch-on timing is output.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 shows a forward converter of the first embodiment. Also, FIG. 2 shows an example of operation waveforms of each part when self-excited oscillation occurs in the forward converter of FIG.
[0016]
In FIG. 1, 1 is a DC input power source, 2 is a transformer, 2A is a primary coil, 2B is a secondary coil, and 2C is a tertiary coil. Reference numerals 3, 8, 9, 13, 21, and 24 denote N-channel MOSFETs, respectively, and 4 denotes a PWM control IC. Reference numeral 5 denotes a signal transmission transformer, 5A denotes a primary coil, and 5B denotes a secondary coil. Reference numerals 6, 17 and 18 denote diodes, and reference numerals 7, 14 and 20 denote resistors. Reference numeral 10 denotes a choke coil, 11, 15, 16, 19, 22, and 23 denote capacitors, and 12 denotes a load device.
[0017]
In the forward converter of the first embodiment, a synchronous rectifier of MOSFET 8 is provided as a rectifying side rectifier, and a synchronous rectifier of MOSFET 9 is provided as a commutation side rectifier.
[0018]
The PWM control IC 4 is connected to an output voltage detection circuit (not shown) that detects a voltage (output voltage) output from the forward converter toward the load device 12. The PWM control IC 4 detects the output voltage. An output voltage feedback signal is input from the circuit. The PWM control IC 4 controls the switching operation of the MOSFET 3 based on the pulse width control of the pulse signal as shown in FIG. 2A applied to the gate of the MOSFET 3 which is the main switch to stabilize the output voltage based on the output voltage feedback signal. .
[0019]
The DC power input from the DC input power source 1 to the forward converter is switched by the MOSFET 3 and transmitted to the secondary side by the transformer 2. On the secondary side of the transformer 2, the current is rectified by the MOSFETs 8 and 9, smoothed by the choke coil 10 and the capacitor 11, and supplied to the load device 12.
[0020]
A primary coil 5 </ b> A of the signal transmission transformer 5 is inserted in the input capacity charging path of the MOSFET 3 from the PWM control IC 4 to the gate of the MOSFET 3. The signal transmission transformer 5 is applied to the gate of the MOSFET 3 from the PWM control IC 4. Ru By the pulse signal, a pulse signal as shown in FIG. 2B is generated immediately before the MOSFET 3 is turned on. This pulse signal is a main switch-on notification signal that notifies the on-timing of the MOSFET (main switch) 3.
[0021]
In the first embodiment, the MOSFETs 13 and 21 are turned on when the pulse signal is transmitted to the secondary coil 5B. When the MOSFET 13 is turned on by the pulse signal of the signal transmission transformer 5, the gate charge of the MOSFET 9 (commutation side synchronous rectifier) is discharged through the tertiary coil 2C of the transformer 2 and the capacitor 15. As a result, the MOSFET 9 is switched off. That is, in the first embodiment, the MOSFET 13, the tertiary coil 2C of the transformer 2, and the capacitor 15 constitute an early turn-off circuit that turns off the MOSFET 9 when the MOSFET 3 is turned on.
[0022]
Note that the potential of the tertiary coil 2 </ b> C of the transformer 2 changes due to the switching operation of the MOSFET 3. In the first embodiment, an alternating current component due to a potential change of the tertiary coil 2C is transmitted to the gate of the MOSFET 9 by the capacitor 15 and charged.
[0023]
The resistor 14 serves as a DC potential setting circuit that sets the gate DC potential of the MOSFET 9 during normal switching operation of the MOSFET 3.
[0024]
The MOSFET 8 which is a rectifying side synchronous rectifier is driven by the AC component transmitted by the capacitor 16 due to the potential change of the secondary coil 2B of the transformer 2. The diode 17 sets the gate DC potential of the MOSFET 8. Due to the gate charge / discharge operation of the MOSFET 8, charges corresponding to the gate peak voltage of the MOSFET 8 are accumulated in the capacitor 19 through the diode 18.
[0025]
The capacitor 22 is charged through the resistor 20 by the accumulated charge of the capacitor 19. Further, when a pulse signal is applied from the signal transmission transformer 5 to the gate of the MOSFET 21 and the MOSFET 21 is turned on, the charge of the capacitor 22 is discharged to approximately 0V.
[0026]
The capacitor 22 is between the gate and source of the MOSFET 24. Close to It continues and is related to the gate voltage of the MOSFET 24. That is, as the capacitor 22 is charged, the gate voltage of the MOSFET 24 rises. When the gate voltage of the MOSFET 24 rises above the set threshold voltage value Vs, the MOSFET 24 is switched on. However, in the first embodiment, the time constant for charging the gate voltage of the MOSFET 24 by the resistor 20 and the capacitor 22 is set larger than the switching period of the MOSFET 3. For this reason, when the MOSFET 3 is normally performing the switching operation, as shown in FIG. 2 (e), before the gate voltage of the MOSFET 24 reaches the threshold voltage value Vs, a pulse is applied from the signal transmission transformer 5 to the gate of the MOSFET 21. A signal is applied, which turns on the MOSFET 21 and discharges the capacitor 22. That is, when the MOSFET 3 is performing the switching operation, the gate voltage of the MOSFET 24 does not reach the threshold voltage value Vs, and the MOSFET 24 maintains the switch-off state.
[0027]
In the forward converter configured as described above, when the switching operation of the MOSFET 3 is stopped for some reason, for example, a control signal for stopping the switching operation of the MOSFET 3 is applied from the outside of the converter, the charge is caused by the accumulated charge of the capacitor 11. Reverse current flows. As a result, the MOSFETs 8 and 9 self-oscillate as follows.
[0028]
When the MOSFET 9 is in the ON state, a discharge current flows through the path of the capacitor 11 → the MOSFET 9 → the choke coil 10 due to the accumulated charge of the capacitor 11, and electromagnetic energy is stored in the choke coil 10.
[0029]
When the gate charge of the MOSFET 9 is discharged through the resistor 14 and the MOSFET 9 is turned off, the accumulated charge of the capacitor 11 and the electromagnetic energy of the choke coil 10 charge the gate of the MOSFET 8 through the capacitor 16 to turn on the MOSFET 8.
[0030]
When the MOSFET 8 is turned on, a current flows through the path of the capacitor 11 → the secondary coil 2B of the transformer 2 → the MOSFET 8 → the choke coil 10, and at the same time, the primary coil 2A of the MOSFET 3 → the transformer 2 by the electromotive force generated in the transformer 2 in the primary side circuit. → Reverse current flows through the path of DC input power supply 1.
[0031]
As described above, when the MOSFETs 8 and 9 are self-oscillating due to the stop of the switching operation of the MOSFET 3, no pulse signal is generated in the signal transmission transformer 5 because the MOSFET 3 stops the switching operation. For this reason, the MOSFET 21 is kept off. As a result, the charging voltage of the capacitor 22 increases, and accordingly, the gate voltage of the MOSFET 24 increases as shown in FIG. When the gate voltage of the MOSFET 24 reaches the set threshold voltage value Vs, the MOSFET 24 is switched on.
[0032]
Since the capacitor 23 is turned on when the MOSFET 24 is switched on, the capacitance between the gate and the source of the MOSFET 9 (gate capacitance) is equivalently increased by the capacitor 23.
[0033]
The voltage generated by the tertiary coil 2 </ b> C of the transformer 2 is divided by the capacitor 15 and the gate capacitance of the MOSFET 9 and applied to the gate of the MOSFET 9. Therefore, as described above, when the gate capacitance of the MOSFET 9 is equivalently increased by switching on the MOSFET 24, the gate voltage of the MOSFET 9 is reduced. In the first embodiment, at this time, the capacitance of the capacitor 23 is set so that the gate voltage of the MOSFET 9 is lower than the threshold voltage value Von. For this reason, when the MOSFET 24 is switched on, the gate voltage of the MOSFET 9 is lower than the threshold voltage value Von and the MOSFET 9 is turned off. Since the off state of the MOSFET 9 is maintained until the MOSFET 3 is switched on, the self-excited oscillation is stopped. When the MOSFET 9 stops self-excited oscillation, the MOSFET 8 automatically stops self-excited oscillation.
[0034]
In the first embodiment, as described above, the MOSFET 21, the resistor 20, and the capacitor 22 constitute a self-excited oscillation detection circuit that detects self-excited oscillation. This self-excited oscillation detection circuit has a set time longer than one cycle of switching of the MOSFET 3 after the pulse signal (main switch-on notification signal) is output by the signal transmission transformer 5 (in the example of FIG. 2 (e), about two cycles). Although the half pulse has elapsed, when the next pulse signal is not output from the signal transmission transformer 5, it is detected that the self-excited oscillation state is present.
[0035]
In the first embodiment, the capacitor 23 and the MOSFET 24 constitute a self-excited oscillation stop circuit. In this self-excited oscillation stop circuit, when the charge voltage of the capacitor 22 of the self-excited oscillation detection circuit becomes a high voltage during self-excited oscillation and the MOSFET 24 is turned on, the capacitor 23 has a gate-source capacitance (gate capacitance). ) Is increased equivalently, whereby the gate voltage of the MOSFET 9 is lowered below the threshold voltage value Von to turn off the MOSFET 9 and stop the self-excited oscillation.
[0036]
In the first embodiment, the self-excited oscillation due to the switching operation stop of the MOSFET 3 is detected and the self-excited oscillation is stopped. Therefore, it is possible to prevent the component destruction due to the electric stress of the self-excited oscillation. Further, in the first embodiment, when the switching operation of the MOSFET 3 stops for some reason and the synchronous rectifiers 8 and 9 self-oscillate in some of the plurality of forward converters operating in parallel, Since the oscillation can be stopped, it is possible to eliminate the circulating current in which the output current of the converter in which the MOSFET 3 continues the switching operation flows back to the self-excited converter. As a result, it is possible to prevent the power conversion efficiency from being lowered due to component destruction due to the circulating current and conduction loss of the circulating current loop.
[0037]
Further, in the first embodiment, when the supply of the pulse signal from the PWM control IC 4 to the gate of the MOSFET 3 is started when the MOSFET 9 is in the OFF state by the capacitor 23 and the MOSFET 24 of the self-excited oscillation stop circuit, signal transmission is performed. A pulse signal is output from the transformer 5 and the MOSFET 21 is switched on. As a result, the capacitor 22 is discharged and the MOSFET 24 is switched off. When the MOSFET 24 is turned off, the capacitor 23 does not affect the MOSFET 9, and the MOSFET 9 returns to a normal state. That is, in the first embodiment, when the supply of the pulse signal to the gate of the MOSFET 3 is started, the MOSFET 9 immediately returns and the forward converter can quickly shift to the normal state.
[0038]
The second embodiment will be described below.
[0039]
FIG. 3 shows a forward converter of the second embodiment. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a DC input power source. 2 is a transformer, 2A is a primary coil, 2B is a secondary coil, and 2C is a tertiary coil. Reference numerals 3, 8, 9, 13, 21, and 24 denote N-channel MOSFETs, respectively, and 4 denotes a PWM control IC. Reference numeral 5 denotes a signal transmission transformer, 5A denotes a primary coil, and 5B denotes a secondary coil. Reference numerals 6, 17, 18, and 25 denote diodes, and reference numerals 7, 14, and 20 denote resistors. Reference numeral 10 denotes a choke coil, 11, 15, 16, 19, 22, and 23 denote capacitors, and 12 denotes a load device.
[0040]
In the second embodiment, a synchronous rectifier of MOSFET 8 is provided as a rectifying side rectifier, and a synchronous rectifier of MOSFET 9 is provided as a commutation side rectifier, as in the first embodiment. In the second embodiment, since the configuration other than the configuration for stopping the self-excited oscillation is the same as the first embodiment, the detailed description thereof is omitted.
[0041]
In the second embodiment, instead of the capacitor 23, a diode 25 is provided with the cathode on the MOSFET 24 side and the anode on the gate side of the MOSFET 9. This diode 25 stops self-excited oscillation as shown below.
[0042]
In the second embodiment, a self-excited oscillation detection circuit is configured by the resistor 20, the MOSFET 21, and the capacitor 22 as in the first embodiment, and when the self-excited oscillation occurs, the self-excited oscillation detection circuit The MOSFET 24 is switched on by the charging voltage of the capacitor 22. As a result, the diode 25 becomes conductive. The diode 25 lowers the DC potential until the peak value of the gate voltage of the MOSFET 9 becomes approximately 0V. For this reason, the MOSFET 9 is turned off and the self-excited oscillation is stopped.
[0043]
As described above, in this second embodiment, the MOSFET 24 and the diode 25 constitute a self-excited oscillation stop circuit. This self-excited oscillation stop circuit reduces the DC potential of the AC voltage supplied from the tertiary coil 2C of the transformer 2 to the gate of the MOSFET 9 by the capacitor 15 by the diode 25 when the MOSFET 24 is switched on due to the occurrence of self-excited oscillation. Thus, the gate voltage of the MOSFET 9 is lowered below the threshold voltage value Von of the MOSFET 9 to turn off the MOSFET 9 and stop the self-excited oscillation.
[0044]
In the second embodiment as well, similar to the first embodiment, the self-excited oscillation due to the switching operation stop of the MOSFET 3 is detected and the self-excited oscillation is stopped. It is possible to prevent component destruction, and it is also possible to prevent component destruction due to circulating current due to self-excited oscillation in the case of parallel operation and reduction in power conversion efficiency due to conduction loss of the circulating current loop.
[0045]
The present invention is not limited to the configuration of each of the first and second embodiments, and can take various embodiments. For example, in each of the first and second embodiments, the transformer 2 is provided with the tertiary coil 2C, and the MOSFET 9 that is the commutation side synchronous rectifier is driven using the potential change of the tertiary coil 2C. Alternatively, an auxiliary coil may be provided in the choke coil 10 and the MOSFET 9 may be driven by utilizing the potential change of the auxiliary coil (that is, the potential change of the choke coil). The same applies to the MOSFET 8 that is the rectifier side rectifier. Instead of driving the MOSFET 8 by using the potential change of the secondary coil 2B of the transformer 2, an auxiliary coil is provided in the choke coil 10, for example. It is good also as a structure which drives MOSFET8 using the electrical potential change of a coil.
[0046]
In addition 1 fruit In the embodiment, the charge voltage of the capacitor 22 is increased to a voltage value for switching on the MOSFET 24 to detect the occurrence of self-excited oscillation. For example, the self-excited oscillation detection circuit is configured to reset the transformer 2. A circuit configuration may be adopted in which it is detected that the self-oscillation state is detected when it is detected that the peak value (peak value) of the voltage is equal to or greater than a set value for detecting self-excited oscillation.
[0047]
Furthermore, in each of the first and second embodiments, the synchronous rectifier (MOSFET 8) is provided as the rectifying side rectifier. However, instead of the synchronous rectifier, a diode such as a Schottky barrier diode is provided as the rectifying side rectifier. Also good.
[0048]
Furthermore, in each of the first and second embodiments, the capacitor 22 is charged by using the electric charge of the capacitor 19, but the capacitor 22 may be charged by peak charging of the choke coil 10, for example. Thus, the configuration of charging the capacitor 22 is not particularly limited.
[0049]
Furthermore, in the first embodiment, the capacitor 15 is provided on the charging path from the tertiary coil 2C of the transformer 2 to the gate of the MOSFET 9, but the capacitor 15 may be omitted. In this case, since the voltage of the tertiary coil 2C cannot be divided by the capacitor, it is necessary to increase the capacity of the capacitor 23 in order to stop the self-excited oscillation.
[0050]
Further, in the first embodiment, the resistor 14 is provided to determine the DC potential of the gate voltage of the MOSFET 9, but a diode for determining DC potential may be provided in place of the resistor 14. .
[0051]
【The invention's effect】
According to the present invention, a self-excited oscillation detection circuit that detects self-excited oscillation, a self-excited oscillation stop circuit that stops the self-excited oscillation by switching off the commutation side synchronous rectifier when the self-excited oscillation is detected, This self-excited oscillation stop circuit is provided between the gate and source of the commutation side synchronous rectifier when self-excited oscillation is detected. Set in Either the commutation-side synchronous rectifier is turned off by equivalently increasing the capacitance between the gate and source of the commutation-side synchronous rectifier by a digit capacitor, or the self-excited oscillation is stopped. The stop circuit is configured to stop the self-excited oscillation by turning off the commutation-side synchronous rectifier by reducing the DC potential of the AC voltage supplied to the gate of the commutation-side synchronous rectifier when self-excited oscillation is detected. Therefore, it is possible to reduce the voltage stress and current stress applied to the component parts of the converter by the backflow current caused by the self-excited oscillation, and it is possible to prevent the component destruction, the component smoke, and the ignition.
[0052]
In addition, even when some converters among a plurality of forward converters operated in parallel stop the switching operation of the main switch for some reason and the self-excited oscillation occurs, the self-excited oscillation can be stopped. Therefore, it is possible to stop the circulating current caused by the self-excited oscillation of some converters, and it is possible to prevent component destruction due to the circulating current and a decrease in power conversion efficiency.
[0053]
Furthermore, in the case where a capacitor is interposed on the charging path of the commutation side synchronous rectifier gate, the voltage supplied to the gate of the commutation side synchronous rectifier is synchronized with the capacitor on the charging path and the commutation side synchronization. The voltage is divided by the capacitance between the gate and the source of the rectifier and added to the gate of the commutation side synchronous rectifier. For this reason, the self-excited oscillation stop circuit is connected between the gate and source of the commutation side synchronous rectifier. Set in If the commutation-side synchronous rectifier is turned off using a digit capacitor to stop the self-excited oscillation, the capacity of the capacitor of the self-excited oscillation stop circuit can be small.
[0054]
A signal transmission transformer that transmits the ON timing of the main switch to the secondary side is provided, and the self-excited oscillation detection circuit is configured to detect self-excited oscillation using a signal output from the signal transmission transformer to the secondary side. Yes By doing The self-excited oscillation detection circuit is configured to detect self-excited oscillation using the peak value of the reset voltage of the transformer. By having Self-excited oscillation can be detected with a simple circuit configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic circuit diagram for explaining a first embodiment of a forward converter according to the present invention.
2 is a waveform diagram showing an operation example of each part when self-excited oscillation occurs in the circuit of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a schematic circuit diagram for explaining a second embodiment of the forward converter according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 DC input power supply
2 transformer
2A primary coil
2B Secondary coil
2C tertiary coil
3, 8, 9, 13, 21, 24 N-channel MOSFET
4 PWM control IC
5 Signal transmission transformer
5A primary coil
5B secondary coil
6, 17, 18, 25 Diode
7,14,20 resistor
10 Choke coil
11, 15, 16, 19, 22, 23 Capacitor
12 Load device

Claims

In a forward converter that rectifies and outputs energy generated on the secondary side of the transformer by switching operation of the main switch provided on the primary side of the transformer, the rectifier side rectifier and the commutation side rectifier are provided on the secondary side of the transformer. And the commutation side rectifier is constituted by a synchronous rectifier, and the commutation side synchronous rectifier is charged with the gate by the potential change of the transformer or the choke coil, and the gate voltage is set to the threshold voltage. a structure in which switches on when rises above the value, the gate of the commutation-side synchronous rectifier - between the source are connected in series circuit comprising a switch and a capacitor, also in the forward converter, the switching of the main switch When the self-excited oscillation of the commutation side synchronous rectifier due to the operation stop is detected Self-oscillation detection circuit is provided to turn on driving the switch, the gate of the commutation-side synchronous rectifier - the switch when the series circuit consisting of the switch and a capacitor connected between the source, where the self-oscillation is detected Is turned on, the capacitor equivalently increases the capacitance between the gate and source of the commutation side synchronous rectifier, lowers the gate voltage below the threshold voltage value, turns off the commutation side synchronous rectifier, and performs self-excited oscillation. 1. A forward converter comprising a self-excited oscillation stop circuit for stopping.

A capacitor is interposed in the gate charging path for supplying electric charge to the gate of the commutation side synchronous rectifier, and the voltage supplied to the gate of the commutation side synchronous rectifier is turned on by the switch of the self-excited oscillation stop circuit. Is divided by the gate-source capacitance of the commutation side synchronous rectifier equivalently increased by the capacitor of the self-excited oscillation stop circuit and the capacitor on the gate charging path, and the commutation side synchronous rectifier of the commutation side synchronous rectifier The forward converter according to claim 1, wherein the forward converter is added to a gate.

In a forward converter that rectifies and outputs energy generated on the secondary side of the transformer by switching operation of the main switch provided on the primary side of the transformer, the rectifier side rectifier and the commutation side rectifier are provided on the secondary side of the transformer. And the commutation side rectifier is configured by a synchronous rectifier, and the commutation side synchronous rectifier is charged with a gate due to a potential change of the transformer or the choke coil, and the gate voltage is equal to or higher than a set threshold voltage value. The forward converter includes a self-excited oscillation detection circuit that detects self-excited oscillation of the commutation side synchronous rectifier caused by the switching operation of the main switch being stopped, and a self-excited circuit. When oscillation is detected, the DC potential of the AC voltage supplied to the gate of the commutation side synchronous rectifier is lowered. Was has a self-oscillation stopping circuit for stopping self-oscillation by turning off the commutating-side synchronous rectifier is lower than the threshold voltage value of the gate voltage, the on-timing of the main switch on the secondary side A self-excited oscillation detection circuit that outputs one cycle of switching of the main switch after the main switch-on notification signal that informs the on-timing of the main switch is output by the signal transmission transformer. A forward converter that detects a self-excited oscillation state when a next main switch-on notification signal is not output by the signal transmission transformer even though a longer set time has elapsed .

The self-excited oscillation detection circuit has a signal transmission transformer for transmitting the main switch on-timing to the secondary side, and the self-excited oscillation detecting circuit outputs the main switch on notification signal that informs the main switch on-timing by the signal transmission transformer. The self-excited oscillation state is detected when the next main switch-on notification signal is not output by the signal transmission transformer even though a set time longer than one switching period of the switch has elapsed. The forward converter according to claim 1 or 2 .

2. The self-excited oscillation detection circuit detects that the self-excited oscillation state is detected when detecting that the peak value of the reset voltage of the transformer is not less than a set value for detecting self-excited oscillation. Or the forward converter of Claim 2 .

A signal transmission transformer is provided to transmit the main switch on timing to the secondary side, and the commutation side synchronous rectifier is turned off when the main switch on notification signal is output to notify the main switch on timing. 6. The forward converter according to claim 1, further comprising an early turn-off circuit for causing the early converter to turn off.