JP4548484B2 - 同期整流型フォワードコンバータ - Google Patents
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Description
まず、転流側同期整流素子6の制御電圧波形(ゲート・ソース間電圧の波形)が負電位まで変化することである。
また、転流側同期整流素子6の寄生容量を逆方向に充電する際に3次巻線4cを流れる電流によって、1次巻線4aに主スイッチ素子2の方向に電流を流そうという作用が働く。この電流の方向は主スイッチ素子2がオンしている時の電流と同方向なので問題ないように見えるが、実際にはこの段階では主スイッチ素子2はまだ完全にはオンしていない状態(オンしかかっている状態)であり、抵抗値が比較的高い状態にある。このような状態の主スイッチ素子2に対して強制的に電流を流そうとすることになるので、必然的に損失が増大することになる。
また、図1に示した構成では3次巻線4cに発生する電圧で転流側同期整流素子6を制御しているが、負荷が軽くなって主スイッチ素子2のオン期間が短くなるような場合には3次巻線4cに発生する電圧が低下し、転流側同期整流素子6をオンできなくなる。この現象は3次巻線4cの巻数を増やせば一応解決できるが、その分だけ3次巻線4cの抵抗成分が増え、損失が増大する。
1次巻線と2次巻線を備えたトランス(T1)と、該トランス(T1)の1次巻線(N11)に直列に接続した主スイッチ素子(Q1)と、前記トランス(T1)の2次巻線(N12)に対して直列に接続したチョークコイル(L2)と、出力端子間に並列に接続した平滑コンデンサ(C1)と、前記トランス(T1)の2次巻線(N12)に対して直列に接続され、前記主スイッチ素子(Q1)のオン/オフに同期してオン/オフする整流スイッチ素子(Q2)と、前記主スイッチ素子(Q1)のオン/オフに同期してオフ/オンし、オンによって前記チョークコイル(L2)の励磁エネルギの放出経路を構成する転流スイッチ素子(Q3)と、前記主スイッチ素子のスイッチング制御を行うスイッチング制御回路(23)と、を備えた同期整流型フォワードコンバータにおいて、
前記転流スイッチ素子(Q3)に対する制御電圧を生成する転流スイッチ制御電圧生成回路(41)と、前記トランスの補助巻線(N14)に生じる電圧で制御され、前記転流スイッチ素子(Q3)の制御端子に対する前記制御電圧の印加制御を行う転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子(Q5)と、前記転流スイッチ素子(Q3)の制御端子に接続され、オンにより前記転流スイッチ素子(Q3)の制御端子電圧を制御して該転流スイッチ素子(Q3)をターンオフさせる転流スイッチターンオフ制御用スイッチ素子(Q4)と、前記主スイッチ素子(Q1)のオンタイミング信号を前記トランスの1次側から2次側へ絶縁状態で伝送するとともに、前記2次側に伝送された主スイッチ素子オンタイミング信号で前記転流スイッチターンオフ制御用スイッチ素子(Q4)をオンする制御用スイッチ素子駆動回路(24)と、を設ける。
転流スイッチ素子(Q3)を駆動するための電源として転流スイッチ制御電圧生成回路(41)を別に設け、その電源と転流スイッチ素子(Q3)の間に転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子Q5を設け、補助巻線(N14)に生じる電圧で転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子(Q5)をオンすることによって上記転流スイッチ制御電圧生成回路(41)から供給される電圧で転流スイッチ素子(Q3)をオンするようにしたので、転流スイッチ素子(Q3)の電荷放電経路には4次巻線が無く、逆方向充電もなされないので特許文献1の回路のような問題は生じない。
22−3次整流平滑回路
23−スイッチング制御回路
24−制御用スイッチ素子駆動回路
32−出力端子
41−転流スイッチ制御電圧生成回路
C1−平滑コンデンサ
C2−コンデンサ
C3−コンデンサ
D1,D2−ダイオード
L1−チョークコイル
L2−チョークコイル
N11−1次巻線
N12−2次巻線
N13−3次巻線
N14−4次巻線
Q1−主スイッチ素子
Q2−整流スイッチ素子
Q3−転流スイッチ素子
Q4−転流スイッチターンオフ制御用スイッチ素子
Q5−転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子
Q6,Q7−制御用スイッチ素子
Q8−整流スイッチ制御用スイッチ素子
T1−主トランス
N11−1次巻線
N12−2次巻線
N13−3次巻線
N14−4次巻線(補助巻線)
L1,L2−チョークコイル
C1−平滑コンデンサ
DV−ドライバ回路
第1の実施形態に係る同期整流型フォワードコンバータの構成について、図2を基に説明する。
次に、第2の実施形態に係る同期整流型フォワードコンバータの構成について、図3・図4を基に説明する。
図3に示すように、スイッチング制御回路23は、3次整流平滑回路22からの出力を電源として動作し、且つ同じ出力の抵抗R2,R3による分圧電圧を入力するスイッチング制御用IC230を備えている。このスイッチング制御用IC230は、パルストランスT2の1次巻線N21を通して主スイッチ素子Q1のゲートへスイッチング制御信号を出力する。その際、入力した上記分圧電圧と基準電圧とに基づいて、上記分圧電圧が基準電圧と一致するように主スイッチ素子Q1をPWM制御する。
主トランスT1の4次巻線N14の一端と転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子Q5のゲートとの間にコンデンサC5を接続している。
図4中の(a)は主トランスT1の4次巻線N14の両端電圧、(b)は転流スイッチ素子Q3のゲート・ソース間電圧、(c)は整流スイッチ素子Q2のゲート・ソース間電圧の波形である。
期間A:Q1オン期間、トランスオン期間
期間B:チョークコイルL2の反転期間、Q1オフ期間、トランスオン期間
期間C:Q3の寄生ダイオード導通期間
期間D:Q1オフ期間、Q3のオン期間
期間E:Q4のオン期間
このように、スイッチング制御回路23の制御により主スイッチ素子Q1がオフすると、2次巻線N12の起電圧が反転して整流スイッチ素子Q2の制御端子電圧が反転するのでQ2がオフする。また、制御用スイッチ素子駆動回路24は主スイッチ素子Q1のオンに同期して転流スイッチターンオフ制御用スイッチ素子Q4をオンする。これにより、L2→Q3→C1→L2の経路で転流が生じる。
上記主スイッチ素子Q1のオン・オフによって上記整流と転流を繰り返す。
次に、第3の実施形態に係る同期整流型フォワードコンバータの構成について、図5・図6を基に説明する。
図6中の(a)は主トランスT1の4次巻線N14の両端電圧、(b)はQ5のゲート−Q3のソース間電圧、(c)はQ3のゲート・ソース間電圧、(d)はQ2のゲート・ソース間電圧の波形である。図中の各期間A〜Eの状態は第2の実施形態で図4に示したものと同様である。
次に、第4の実施形態に係る同期整流型フォワードコンバータの構成について、図7・図8を基に説明する。
次に、第5の実施形態に係る同期整流型フォワードコンバータの構成について、図9を基に説明する。
図7に示した例では、転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子Q5としてFETを用いたが、この図9に示す例では、そのスイッチ素子Q5としてNPNトランジスタを用いている。また、それに伴い、転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子Q5のベース−エミッタ間に抵抗R5を接続している。その他の構成は図7に示したものと同様である。
全体の動作は第4の実施形態の場合と同様であり、同様の効果を奏する。
次に、第6の実施形態に係る同期整流型フォワードコンバータの構成について、図10・図11を基に説明する。
その他の構成は図4に示したものと同様である。
次に、第7の実施形態に係る同期整流型フォワードコンバータについて図12を基に説明する。
また、主トランスT1の巻線(2次巻線N12等)や別の巻線の出力にダイオード整流回路を設けて電源回路を構成してもよい。
さらに、出力端子32の電圧を入力して別の電源回路を構成してもよい。
Claims (5)
- 1次巻線と2次巻線を備えたトランスと、該トランスの1次巻線に直列に接続した主スイッチ素子と、前記トランスの2次巻線に対して直列に接続したチョークコイルと、出力端子間に並列に接続した平滑コンデンサと、前記トランスの2次巻線に対して直列に接続され、前記主スイッチ素子のオン/オフに同期してオン/オフする整流スイッチ素子と、前記主スイッチ素子のオン/オフに同期してオフ/オンし、オンによって前記チョークコイルの励磁エネルギの放出経路を構成する転流スイッチ素子と、前記主スイッチ素子のスイッチング制御を行うスイッチング制御回路と、を備えた同期整流型フォワードコンバータにおいて、
前記転流スイッチ素子に対する制御電圧を生成する転流スイッチ制御電圧生成回路と、
前記トランスの補助巻線に生じる電圧で制御され、前記転流スイッチ素子の制御端子に対する前記制御電圧の印加制御を行う転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子と、
前記転流スイッチ素子の制御端子に接続され、オンにより前記転流スイッチ素子の制御端子電圧を制御して該転流スイッチ素子をターンオフさせる転流スイッチターンオフ制御用スイッチ素子と、
前記主スイッチ素子のオンタイミング信号を前記トランスの1次側から2次側へ絶縁状態で伝送するとともに、前記2次側に伝送された主スイッチ素子オンタイミング信号で前記転流スイッチターンオフ制御用スイッチ素子をオンする制御用スイッチ素子駆動回路と、
を設けた同期整流型フォワードコンバータ。 - 前記トランスの補助巻線と前記転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子との間に駆動電圧調整用コンデンサを直列に接続した請求項1に記載の同期整流型フォワードコンバータ。
- 前記トランスの補助巻線にコンデンサと抵抗を含む微分回路を接続し、該微分回路の出力を前記転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子の制御端子に接続した請求項1に記載の同期整流型フォワードコンバータ。
- 前記トランスの補助巻線に前記コンデンサとダイオードからなる充電回路を接続し、前記転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子の制御端子に対する逆電圧印加防止用のダイオードを前記コンデンサに対して直列に接続した請求項3に記載の同期整流型フォワードコンバータ。
- 前記転流スイッチ制御電圧生成回路の出力と整流スイッチ素子の制御端子との間に整流スイッチ素子ターンオン制御用スイッチ素子を接続し、該整流スイッチ素子ターンオン制御用スイッチ素子の制御端子に前記主スイッチ素子のオン時に前記整流スイッチ素子ターンオン制御用スイッチ素子の制御端子にオン信号を印加するスイッチ素子を設け、
前記転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子の制御端子と前記整流スイッチ素子ターンオン制御用スイッチ素子の制御端子との間に前記転流スイッチターンオン制御用スイッチ素子に生じる寄生容量の電荷放電用ダイオードを接続した請求項4に記載の同期整流型フォワードコンバータ。
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