JP4545988B2 - 同期整流型コンバータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は同期整流型コンバータに関し、他の直流電源に並列接続する電源において、本電源の同期整流回路用ＦＥＴの誤動作防止に関する。
【０００２】
複数の電源を並列接続する場合において、ＦＥＴを用いた同期整流回路方式は高効率型コンバータを実現しているが、同期整流回路を用いた電源回路は他電源からの逆電流により、本電源の入力回路側の電力が回生され、電源が破壊されることがあることから、対策が必要となる。
【０００３】
【従来の技術】
図４は、従来回路の構成例を示す図である。入力電源Ｅ１は主トランスＴ１の１次巻線に接続されている。主トランスＴ１の１次巻線Ｎ１、２次巻線Ｎ２に示す●はトランスの極性を示す（以下、同じ）。Ｃ１は入力電源Ｅ１に接続された平滑用コンデンサである。主トランスＴ１の１次側には、主スイッチング用ＦＥＴであるＴＲ１とチョークコイルＬ２が直列に接続されている。コンデンサＣ１の両端にかかる電圧をＥｃ１とする。
【０００４】
主スイッチング用ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であるＴＲ１はスイッチングレギュレータ回路１内のスイッチ（トランジスタ。以下同じ）ＴＲ４によりオン／オフ駆動される。即ち、スイッチＴＲ４のエミッタは主スイッチＴＲ１のゲートに接続されている。該スイッチングレギュレータ回路１は、補助電源Ｅ２によりパワーが供給される。主スイッチＴＲ１がスイッチングレギュレータ回路１によりオン／オフ駆動されると、主トランスＴ１の２次側には高周波交流が発生する。
【０００５】
主トランス２次側の整流用ＦＥＴであるＴＲ２と、転流用ＦＥＴであるＴＲ３は交互にオン／オフを繰り返し、チョークコイルＬ１と平滑用コンデンサＣ２で構成される平滑回路の出力として直流電圧が生成される。この直流電圧の出力Ｅｏは、抵抗Ｒ１とＲ２よりなる直列回路で分圧されて入力／出力絶縁型出力電圧検出回路２に入る。該入力／出力絶縁型出力電圧検出回路２の出力は、スイッチングレギュレータ１に入力される。この結果、スイッチングレギュレータ１は、出力電圧Ｅｏが一定となるように、主スイッチＴＲ１の導通時間を制御する（ＰＷＭ制御）。
【０００６】
主スイッチＴＲ１がオンの時、主トランスＴ１の２次側に設けられたスイッチＴＲ２がオンとなり、チョークコイルＬ１→コンデンサＣ２→ＴＲ２の閉ループが形成され、負荷にパワーを供給する。主スイッチＴＲ１がオフの時、転流用スイッチＴＲ３がオンになる。この時、チョークコイルＬ１に蓄えられたエネルギーを放出し、コイルＬ１→抵抗Ｒ１＋Ｒ２→ＴＲ３の閉ループが形成され負荷にパワーを供給する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来回路では、他の直流電源と出力端子同士を並列接続して用いる場合、他の電源の出力電圧が本電源の平滑用コンデンサ（出力コンデンサ）Ｃ２に印加され、チョークコイルＬ１を介して整流用スイッチＴＲ２、転流用スイッチＴＲ３が交互にオン／オフを繰り返し、主トランスＴ１を経由して入力回路側に逆流する場合（電力回生する場合）があり、電源を破壊するおそれがあった。
並列運転時、一方の電源が異常時、同期整流用ＦＥＴ（ＴＲ２、ＴＲ３）が動作して入力側に電力回生があった時の特性を図５に示す。
【０００８】
図５は従来回路の特性を示す図であり、横軸は出力電圧Ｅｏ、縦軸は入力電圧Ｅｃ１である。Ａ点は正常に動作しているポイントである。一方の電源が異常時（出力電圧が徐々に上昇した時）、正常動作している電源側のＴＲ２、ＴＲ３の自励動作により電力が入力側回路に回生され、入力電圧Ｅｃ１がＢ点方向に高くなる。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、逆流（電力回生）を抑え、安定した出力電圧を供給できる同期整流型コンバータを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理回路図である。図４と同一のものは、同一の符号を付して示す。主トランスＴ１の１次側回路において、Ｅ１は入力電源、Ｌ２は入力電源Ｅ１と直列に接続されるチョークコイル、Ｃ１は入力電源Ｅ１と並列に接続される平滑用コンデンサ、Ｎ１は主トランスＴ１の１次巻線、ＴＲ１は１次巻線Ｎ１と直列接続される主スイッチである。主スイッチＴＲ１としては、例えばＦＥＴが用いられる。
【００１１】
主トランスＴ１の２次側回路において、Ｎ２は主トランスＴ１の２次巻線、ＴＲ２は２次巻線Ｎ２と直列に接続されたＦＥＴで構成される整流用スイッチ、ＴＲ３は２次巻線Ｎ２に並列に接続されたＦＥＴで構成される転流用スイッチ、Ｌ１は２次巻線Ｎ２に直列に接続されたチョークコイル、Ｃ２は転流用スイッチＴＲ３と並列に接続された平滑用コンデンサ、Ｒ１＋Ｒ２は出力電圧モニタ用の抵抗回路である。同期整流用スイッチＴＲ２、ＴＲ３としては、例えばＦＥＴが用いられる。
【００１２】
１は前述したスイッチＴＲ１〜ＴＲ３を駆動するためのスイッチングレギュレータ回路、３はその内部にトランスを含み、スイッチングレギュレータ回路１の出力により駆動されるドライブトランス駆動回路である。該ドライブトランス駆動回路３は、ドライブトランスの２次巻線により、前記したスイッチＴＲ１〜ＴＲ３が駆動されるようになっている。
【００１３】
このように構成すれば、整流用スイッチＴＲ２と転流用スイッチＴＲ３のゲートが主トランスＴ１に対し、分離していることから自励発振動作（誤動作）は発生しない。従って、逆流（電力回生）を抑え、安定した出力電圧を供給できる同期整流型コンバータを提供することができる。
【００１４】
この場合において、前記ドライブトランス駆動回路は、第１のドライブトランスと第２のドライブトランスより構成され、前記第１のドライブトランスの２次巻線に主スイッチング用ＦＥＴのゲート、ソースを接続し、該第１のドライブトランスの２次巻線に整流用ＦＥＴのゲート、ソースを接続し、第２のドライブトランスの２次巻線に転流用のゲート、ソースを接続し、第１のドライブトランスの１次巻線にスイッチングレギュレータの導通時間Ｄのスイッチング素子を接続し、第２のドライブトランスの１次巻線にスイッチングレギュレータの非導通時間（１−Ｄ）のスイッチング素子を接続することを特徴とする。
【００１５】
このように構成すれば、整流用スイッチＴＲ２と転流用スイッチＴＲ３のゲートが主トランスＴ１に対し、分離していることから自励発振動作（誤動作）は発生しない。従って、逆流（電力回生）を抑え、安定した出力電圧を供給できる同期整流型コンバータを提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図２は本発明の一実施の形態例を示す回路図である。図１、図４と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、主トランスＴ１の１次側回路において、Ｅ１は入力電源、Ｌ２は入力電源Ｅ１と直列に接続されるチョークコイル、Ｃ１は入力電源Ｅ１と並列に接続される平滑用コンデンサ、Ｎ１は主トランスＴ１の１次巻線、ＴＲ１は１次巻線Ｎ１と直列接続される主スイッチである。主スイッチＴＲ１としては、例えばＦＥＴが用いられる。
【００１７】
主トランスＴ１の２次側回路において、Ｎ２は主トランスＴ１の２次巻線、ＴＲ２は２次巻線Ｎ２と直列に接続された整流用スイッチ、ＴＲ３は２次巻線Ｎ２に並列に接続された転流用スイッチ、Ｌ１は２次巻線Ｎ２に直列に接続されたチョークコイル、Ｃ２は転流用スイッチＴＲ３と並列に接続された平滑用コンデンサ、Ｒ１＋Ｒ２は出力電圧モニタ用の抵抗回路である。同期整流用スイッチＴＲ２、ＴＲ３としては、例えばＦＥＴが用いられる。
【００１８】
１は前述したスイッチＴＲ１〜ＴＲ３を駆動するためのスイッチングレギュレータ回路、３はその内部にトランスを含み、スイッチングレギュレータ回路１の出力により駆動されるドライブトランス駆動回路である。該ドライブトランス駆動回路３は、ドライブトランスの２次巻線により、前記したスイッチＴＲ１〜ＴＲ３が駆動されるようになっている。２は出力電圧Ｅｏが抵抗分圧回路Ｒ１＋Ｒ２により分圧され、この分圧出力を出力電圧として検出してスイッチングレギュレータ１に与える入力／出力絶縁型の出力電圧検出回路である。
【００１９】
スイッチングレギュレータ１において、Ｅ２は回路を動作させる補助電源である。ＴＲ４は導通時間Ｄの間オンになるスイッチング素子、ＴＲ５は導通時間（１−Ｄ）の間オンになるスイッチング素子である。これらスイッチング素子ＴＲ４、ＴＲ５としては、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が用いられる。
【００２０】
ドライブトランス駆動回路３において、Ｔ２は第１のドライブトランス、Ｔ３は第２のドライブトランスである。ドライブトランスＴ２の１次側はスイッチＴＲ４のコレクタに接続され、ドライブトランスＴ３の１次側はスイッチＴＲ５のコレクタに接続されている。ドライブトランスＴ２の２次側には第１巻線Ｎ２と第２巻線Ｎ３が設けられている。そして、第１巻線Ｎ２は主スイッチＴＲ１のゲート、ソース間に接続され、第２巻線Ｎ３は整流用スイッチＴＲ２のゲート、ソース間に接続されている。ドライブトランスＴ３の２次巻線Ｎ２は転流用スイッチＴＲ３のゲート、ソース間に接続されている。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。
（ＴＲ１オン時）
導通時間Ｄの間だけスイッチＴＲ４がオンに、スイッチＴＲ５がオフになる。
この結果、ドライブトランスＴ２の第１の２次巻線Ｎ２に電圧（●側が正）が発生する。この結果、主スイッチＴＲ１のゲート、ソース間には順方向の電圧が印加され、該スイッチＴＲ１はオンになる。一方、ドライブトランスＴ２の第２の２次巻線Ｎ３にも電圧が発生し、主トランスＴ１の２次側の整流用スイッチＴＲ２のゲート、ソース間には順方向の電圧が印加され、該スイッチＴＲ２はオンになる。この時、転流用スイッチＴＲ３はオフ状態である。
【００２１】
この結果、主トランスＴ１の２次巻線Ｎ２の一端（●印:正の電圧）からチョークコイルＬ１→平滑用コンデンサＣ２→ＴＲ２のループ（閉回路）に電流が流れ、負荷抵抗に平滑された直流電圧が印加される。
（ＴＲ１オフ時）
非導通時間（１−Ｄ）の期間では、スイッチＴＲ５がオンに、ＴＲ４はオフになる。この結果、第２のドライブトランスＴ３の１次巻線Ｎ１がオンになり、その２次巻線Ｎ２に電圧（●側が正）が発生する。この電圧が転流用スイッチＴＲ３のゲート、ソース間に印加されるので、スイッチＴＲ３はオンになる。この時、整流用スイッチＴＲ２はオフ状態である。
【００２２】
この結果、チョークコイルＬ１に蓄積されたエネルギーが放出され、チョークコイルＬ１→平滑用コンデンサＣ２→ＴＲ３のループ（閉回路）に電流が流れ、負荷抵抗に平滑された直流電圧が流れる。
【００２３】
この時、出力電圧Ｅｏを抵抗Ｒ１＋Ｒ２の分圧抵抗により検出して、入力／出力絶縁型出力電圧検出回路２に与える。入力／出力絶縁型出力電圧検出回路２は検出電圧をスイッチングレギュレータ回路１に与える。これにより、スイッチＴＲ４は主スイッチＴＲ１の導通時間を制御し、出力電圧の安定化を図っている。
【００２４】
本発明回路では、複数の電源の出力端子を共通接続する並列運転時においても、主トランスＴ１に対して、同期整流用スイッチＴＲ２、ＴＲ３のドライブ回路のゲートが分離していることから、自励発振動作は起こらない。この結果、整流用スイッチＴＲ２と転流用スイッチＴＲ３のゲートが主トランスＴ１に対して分離していることから、自励発振動作（誤動作）は発生せず、逆流（電力回生）を防止し、安定した出力電圧を供給することができる。
【００２５】
図３は本発明の特性を示す図である。横軸は出力電圧Ｅｏ、縦軸は入力電圧Ｅｃ１である。Ａ点は正常に動作しているポイントである。一方の電源が異常時（出力電圧が徐々に上昇した時）でも、自励発振しないため、入力電源Ｅｃ１は一定である。
【００２６】
上述の実施の形態例では、出力電圧を絶縁してスイッチングレギュレータ回路１に与える場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、出力電圧を絶縁しないで、スイッチングレギュレータ回路１に与えるようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば整流用スイッチと転流用スイッチのゲートが主トランスに対し、分離していることから自励発振動作（誤動作）は発生しない。従って、逆流（電力回生）を防止し、安定した出力電圧を供給できる同期整流型コンバータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態例を示す回路図である。
【図３】本発明の特性を示す図である。
【図４】従来回路の構成例を示す図である。
【図５】従来回路の特性を示す図である。
【符号の説明】
１ スイッチングレギュレータ回路
３ ドライブトランス駆動回路
ＴＲ１ 主スイッチ用ＦＥＴ
ＴＲ２ 整流用ＦＥＴ
ＴＲ３ 転流用ＦＥＴ
Ｃ１,Ｃ２ 平滑用コンデンサ
Ｌ１,Ｌ２ チョークコイル
Ｒ１,Ｒ２ 抵抗

Claims (1)

1. 主トランスと、１次側主スイッチング用ＦＥＴと、２次側整流用ＦＥＴと転流用ＦＥＴを用いた同期整流型コンバータにおいて、
   前記２次側整流用ＦＥＴと転流用ＦＥＴの駆動回路を主トランスではなく、主トランスとは独立に設けられたドライブトランス駆動回路で駆動するように構成し、
   前記ドライブトランス駆動回路は、第１のドライブトランスと第２のドライブトランスより構成され、前記第１のドライブトランスの２次巻線に主スイッチング用ＦＥＴのゲート、ソースを接続し、該第１のドライブトランスの２次巻線に整流用ＦＥＴのゲート、ソースを接続し、第２のドライブトランスの２次巻線に転流用のゲート、ソースを接続し、第１のドライブトランスの１次巻線にスイッチングレギュレータの導通時間Ｄのスイッチング素子を接続し、第２のドライブトランスの１次巻線にスイッチングレギュレータの非導通時間（１−Ｄ）のスイッチング素子を接続することを特徴とする同期整流型コンバータ。

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