JP4666483B2

JP4666483B2 - 同期整流駆動回路

Info

Publication number: JP4666483B2
Application number: JP2005230450A
Authority: JP
Inventors: 篤博飛田
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-08-09
Also published as: JP2007049800A

Description

本発明は、一次−二次間が絶縁された同期整流回路を使用した駆動回路に関するものである。

従来の同期整流駆動回路においては、図３に示すような、転流スイッチＱ２のゲート・ソース電極間にＭＯＳＦＥＴで構成された補助スイッチＱ３のドレイン・ソース電極をそれぞれ接続するとともに、転流スイッチＱ２のゲート・ソース電極間に三次巻線ｎ３を接続し、補助スイッチＱ３のゲート・ソース電極間に一次−二次間が絶縁されたドライブ回路１が接続され、このドライブ回路１は一次側の主スイッチＱと同期した信号で補助スイッチＱ３をスイッチングし、転流スイッチＱ２のゲート電極から三次巻線ｎ３を介して転流スイッチＱ２のソース電極に接続される配線上にチャージポンプ用のコンデンサＣ１を直列接続したもの（特許文献１参照）や、整流スイッチＱ１のゲート・ソース電極間にＭＯＳＦＥＴで構成された補助スイッチＱ４を設け、この補助スイッチＱ４のゲート電極と転流スイッチＱ２のゲート電極とを接続し、転流スイッチＱ２のオン期間に整流スイッチＱ１のゲート・ソース電極間を短絡させるように構成したもの（特許文献２参照）が提案されている。
特開２００２−２６２５６１公報特開２００４− １５８８６公報

図３に示すような、これらを組み合わせた回路は以下のような作用をする。なお、動作波形図を図４に示す。先ず、主スイッチＱがオンしているとき、トランスＴの三次巻線ｎ３より、この三次巻線ｎ３と並列に接続したダイオードＤ１を介して、三次巻線ｎ３の一端に接続したチャージポンプ用のコンデンサＣ１に電圧が充電される（以上行程１）。

主スイッチＱがオフすると三次巻線ｎ３間に発生する電圧が反転して、コンデンサＣ１に充電された電圧に加え、三次巻線ｎ３間に発生したトランスＴのフライバック電圧が転流スイッチＱ２のゲート電圧として与えられる（以上行程２）。

続いて、主スイッチＱがオフのまま維持されると、転流スイッチＱ２のゲート電極は放電抵抗Ｒ１により放電され、オンからオフへ移行する。このとき、第二補助スイッチＱ４のゲート電極の電荷は転流スイッチＱ２のゲート電極と第二補助スイッチＱ４のゲート電極間に接続されたダイオードＤ３があるため放電されずに第二補助スイッチＱ４はオンを維持する為、整流スイッチＱ１のゲート・ソース電極間は短絡された状態で整流スイッチＱ１のオフが維持される（以上行程３）。ダイオードＤ３が無く、転流スイッチＱ２と第二補助スイッチＱ４のゲート電極が短絡されている場合でも、第二補助スイッチＱ４のゲートのしきい値が転流スイッチＱ２のゲートのしきい値よりも低い場合は、転流スイッチＱ２がオフへ移行した時に前記同様整流スイッチＱ１はオフが維持される。

転流スイッチＱ２がオンからオフへ移行する時に出力インダクタＬ１の電流が転流スイッチＱ２のドレイン側からソース側の方向へ流れていると、図４に示すように、転流スイッチＱ２のドレイン電圧が上昇する。このとき、二次巻線ｎ２を介して、整流スイッチＱ１の出力容量Ｃ２に電流が流れるため、二次巻線ｎ２間に電圧がかかってトランスＴは励磁される（以上行程４）。

その後、出力インダクタＬ１の電流はゼロをよぎって転流スイッチＱ２のソース側からドレイン側へ流れる方向へ反転すると、ＭＯＳＦＥＴで構成されている転流スイッチＱ２のドレイン・ソース間の寄生ダイオードが導通するためドレイン電圧が急峻に落ちて、トランス巻線電圧が反転し、第三巻線ｎ３間にフライバック電圧が発生する。このとき、転流スイッチＱ２のゲート電極にはこのフライバック電圧に加え充電されたコンデンサＣ１の電圧がかかるので、トランスＴからのフライバック電圧が低くても、転流スイッチＱ２がオンする電圧が与えられる（以上行程５）。その後、前記行程３から行程５を繰り返して、同期整流回路が発振を継続する。発振が継続されると二次側から一次側への逆電流が流れつづけることとなる。

特開２００４−１５８８６公報開示の発明は自己発振状態を抑制する回路であるが、特開２００２−２６２５６１公報開示の発明と組み合わせた場合、前記作用により、スイッチング停止後、再度転流スイッチがオンし易い状態となり、自己発振現象が発生して、二次側から一次側への逆電流が流れ続けるという課題が生じた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、スイッチング停止時に二次側同期整流回路の自己発振現象が発生することを抑制する同期整流駆動回路を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係る同期整流駆動回路は、一次−二次間が絶縁されたトランスの一次巻線及び二次巻線を備え、二次側に整流スイッチ及び転流スイッチを備えてある同期整流回路を使用した同期整流駆動回路において、前記整流スイッチ並びに転流スイッチをＭＯＳＦＥＴで構成し、前記転流スイッチのゲート・ソース電極間に三次巻線を接続し、前記転流スイッチのゲート・ソース電極間にＭＯＳＦＥＴで構成された第一補助スイッチのドレイン・ソース電極をそれぞれ接続し、この第一補助スイッチのゲート・ソース電極間に一次−二次間が絶縁され一次側の主スイッチと同期した信号で前記第一補助スイッチをスイッチングするドライブ回路を接続し、前記転流スイッチのゲート電極から前記三次巻線を介して前記転流スイッチのソース電極に接続される配線上にコンデンサを直列接続し、前記整流スイッチのゲート・ソース電極間にＭＯＳＦＥＴで構成された第二補助スイッチを設け、この第二補助スイッチのゲート電極と前記転流スイッチのゲート電極とを接続し、前記転流スイッチのオン期間に前記整流スイッチのゲート・ソース電極間を短絡させるように構成してあるとともに、前記第二補助スイッチのソース・ドレイン電極間にＭＯＳＦＥＴで構成された第三補助スイッチのソース・ゲート電極を接続し、この第三補助スイッチのドレイン電極を前記三次巻線に接続してあることを特徴とする。

前記転流スイッチのゲート電極から前記三次巻線を介して前記転流スイッチのソース電極に接続される配線上に、前記転流スイッチのゲート電極にカソードが向くようにダイオードを接続してあることを特徴とする。
前記転流スイッチのゲート・ソース電極間に放電抵抗を接続してあることを特徴とする。
前記転流スイッチのゲート電極と前記第一補助スイッチのソース電極との間にダイオードを接続し、このダイオードのアノードが前記転流スイッチのゲート電極に向くように接続してあることを特徴とする。

本発明によれば、主スイッチがスイッチングを停止した後、第三補助スイッチがオフを維持する事で、チャージポンプ用のコンデンサへの充電が遮断されるため、転流スイッチがオンからオフへ移行してトランス巻線電圧が反転し、第三巻線間にフライバック電圧が発生した際、コンデンサは放電のみ繰り返される事で、転流スイッチの駆動電圧が徐々に不足して、自己発振現象を抑制することができる効果がある。

発明を実施するための最良の形態の回路図を図１に示す。図１図示の同期整流型コンバータの主回路は、一次−二次間が絶縁されたトランスＴの一次巻線ｎ１及び二次巻線ｎ２を備え、一次側に主スイッチＱを備えてある。二次側には整流スイッチＱ１及び転流スイッチＱ２を備えてある。

整流スイッチＱ１並びに転流スイッチＱ２をＭＯＳＦＥＴで構成してあり、転流スイッチＱ２のゲート・ソース電極間に三次巻線ｎ３を接続してある。また、整流スイッチＱ１のゲート電極にコンデンサＣ３の一方の電極を接続し、他方の電極をトランスＴの二次巻線ｎ２に接続してある。さらに、転流スイッチＱ２のゲート・ソース電極間に放電抵抗Ｒ１を接続してある。転流スイッチＱ２のゲート・ソース電極間にダイオードＤ１を接続し、このダイオードＤ１のカソードが転流スイッチＱ２のゲート電極に向くように接続してある。

転流スイッチＱ２のゲート・ソース電極間にＭＯＳＦＥＴで構成された第一補助スイッチＱ３のドレイン・ソース電極をそれぞれ接続してある。転流スイッチＱ２のゲート電極と第一補助スイッチＱ３のソース電極との間にダイオードＤ３を接続し、このダイオードＤ３のアノードが転流スイッチＱ２のゲート電極に向いている。また、この補助スイッチＱ３のゲート・ソース電極間に一次−二次間が絶縁され、一次側の主スイッチＱと同期した信号で前記補助スイッチをスイッチングするドライブ回路が接続してある。

転流スイッチＱ２のゲート電極と三次巻線ｎ３との間にコンデンサＣ１を直列接続してある。整流スイッチＱ１のゲート・ソース電極間にＭＯＳＦＥＴで構成された第二補助スイッチＱ４を設け、この補助スイッチＱ４のゲート電極と補助スイッチＱ３のドレイン電極とを接続し、転流スイッチＱ２のオン期間に整流スイッチＱ１のゲート・ソース電極間を短絡させるように構成してある。

第二補助スイッチＱ４のソース・ドレイン電極間にＭＯＳＦＥＴで構成された第三補助スイッチＱ５のソース・ゲート電極を接続してあり、この第三補助スイッチＱ５のドレイン電極を三次巻線ｎ３に接続してある。また、第三補助スイッチＱ５のソース・ドレイン電極間にダイオードＤ２を接続し、このダイオードＤ２のアノードが第三補助スイッチＱ５のソース電極に、カソードが第三補助スイッチＱ５のドレイン電極に、それぞれ向くように接続してある。

以上のように構成されている同期整流駆動回路は以下のように作用する。なお、動作波形図を図２に示す。

先ず、主スイッチＱがオンしているとき、トランスＴの二次巻線ｎ２より整流スイッチＱ１のゲート電極に電荷が充電されてオンする。同時に、第三補助スイッチＱ５もオンするので、三次巻線ｎ３に発生した電圧により、コンデンサＣ１はダイオードＤ１及び第三補助スイッチＱ５を介して充電される。主スイッチＱと第一の補助スイッチＱ３は同期し、このスイッチＱ３がオンすることにより、転流スイッチＱ２のゲート電荷がディスチャージされて転流スイッチＱ２はオフする。また、転流スイッチＱ２がオフすることにより、第二の補助スイッチＱ４もオフし、整流スイッチＱ１のゲート電位はトランスＴの二次巻線ｎ２に発生する電圧をコンデンサＣ３と整流スイッチＱ１の入力容量Ｃ２とで分圧された電位が発生し、整流スイッチＱ１はオンへ移行する（以上行程１）。

主スイッチＱがオフすると三次巻線ｎ３間に発生する電圧は反転してコンデンサＣ１に充電された電圧に加え、三次巻線ｎ３間に発生したトランスＴのフライバック電圧の分が転流スイッチＱ２のゲート電圧として与えられる（以上行程２）。

続いて、主スイッチＱがオフのまま維持されると、第一の補助スイッチＱ３もオフが維持され、転流スイッチＱ２のゲートにチャージされた電荷は、放電抵抗Ｒ１により放電され、徐々に電位が低下し、転流スイッチＱ２の閾値に達すると転流スイッチＱ２がオフし始め、転流スイッチＱ４のドレイン電圧は上昇し始める。このとき、第二の補助スイッチＱ４のゲート電圧は放電されずに残るため、転流スイッチＱ２のドレイン・ソース極間に電圧が発生してコンデンサＣ３に充電し始めても、整流スイッチＱ１並びに第三補助スイッチＱ５のゲート・ソース電極間は短絡された状態で整流スイッチＱ１及び第三補助スイッチＱ５のオフが維持される（以上行程３）。

転流スイッチＱ２がオンからオフへ移行する時に出力インダクタＬ１の電流が転流スイッチＱ２のドレイン側からソース側の方向へ流れていると、図２に示すように、転流スイッチＱ２のドレイン電圧が上昇する。このとき、二次巻線ｎ２を介して、整流スイッチＱ１の出力容量Ｃ２に電流が流れるため、二次巻線ｎ２間に電圧がかかってトランスＴは励磁される。このとき二次巻線ｎ２に電圧がかかるため、三次巻線ｎ３間に電圧が発生することになるが、第三補助スイッチＱ５がオフ状態であるので、コンデンサＣ１への充電は行われない。（以上行程４）。

その後、出力インダクタＬ１の電流はゼロをよぎって転流スイッチＱ２のソース側からドレイン側へ流れる方向へ反転すると、ＭＯＳＦＥＴで構成されている転流スイッチＱ２のドレイン・ソース間の寄生ダイオードが導通するためドレイン電圧が急峻に落ちて、トランス巻線電圧が反転し、第三巻線ｎ３間にフライバック電圧が発生する。このとき、転流スイッチＱ２のゲート電極にはコンデンサＣ１を介して電圧が充電され、転流スイッチＱ２が再度オンする（以上工程５）。

ここで工程４及び工程５が繰り返される発振現象が起こるが、第三補助スイッチＱ５はオフし続けるため、コンデンサＣ１は毎回放電方向しか電流が流れず、転流スイッチＱ２を駆動するだけの電荷が無くなり発振は停止する。

以上より、主スイッチＱがスイッチングを停止した後、補助スイッチＱ５がオフを維持しつづける事でコンデンサＣ１への充電が遮断されるため、自己発振現象が発生しても転流スイッチＱ２の駆動電圧が徐々に不足する事で発振が収束する事で、自己発振現象を抑制することができる。

本発明によれば、主スイッチがスイッチングを停止した後、第三補助スイッチがオフを維持する事で、チャージポンプ用のコンデンサへの充電が遮断されるため、転流スイッチがオンからオフへ移行してトランス巻線電圧が反転し、第三巻線間にフライバック電圧が発生した際、コンデンサは放電のみ繰り返される事で、転流スイッチの駆動電圧が徐々に不足して、自己発振現象を抑制することができ、二次側から一次側への不要な電力回生が防げるため、産業上利用可能である。

本発明に係る同期整流駆動回路を示した回路図である。図１図示回路における動作波形図である。従来における同期整流駆動回路を示した回路図である。図３図示従来例における動作波形図である。

符号の説明

Ｔトランス
ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４トランスＴの巻線
Ｑ主スイッチ
Ｑ１整流スイッチ
Ｑ２転流スイッチ
Ｑ３第一補助スイッチ
Ｑ４第二補助スイッチ
Ｑ５第三補助スイッチ
Ｃ１，Ｃ３コンデンサ
Ｃ２整流スイッチＱ１の出力容量
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ダイオード
Ｌ１出力インダクタ
Ｒ１放電抵抗
１ドライブ回路

Claims

一次−二次間が絶縁されたトランスの一次巻線及び二次巻線を備え、二次側に整流スイッチ及び転流スイッチを備えてある同期整流回路を使用した同期整流駆動回路において、前記整流スイッチ並びに転流スイッチをＭＯＳＦＥＴで構成し、前記転流スイッチのゲート・ソース電極間に三次巻線を接続し、前記転流スイッチのゲート・ソース電極間にＭＯＳＦＥＴで構成された第一補助スイッチのドレイン・ソース電極をそれぞれ接続し、この第一補助スイッチのゲート・ソース電極間に一次−二次間が絶縁され一次側の主スイッチと同期した信号で前記第一補助スイッチをスイッチングするドライブ回路を接続し、前記転流スイッチのゲート電極から前記三次巻線を介して前記転流スイッチのソース電極に接続される配線上にコンデンサを直列接続し、前記整流スイッチのゲート・ソース電極間にＭＯＳＦＥＴで構成された第二補助スイッチを設け、この第二補助スイッチのゲート電極と前記転流スイッチのゲート電極とを接続し、前記転流スイッチのオン期間に前記整流スイッチのゲート・ソース電極間を短絡させるように構成してあるとともに、前記第二補助スイッチのソース・ドレイン電極間にＭＯＳＦＥＴで構成された第三補助スイッチのソース・ゲート電極を接続し、この第三補助スイッチのドレイン電極を前記三次巻線に接続してあることを特徴とする同期整流駆動回路。
前記転流スイッチのゲート・ソース電極間にダイオードを接続し、このダイオードのカソードが前記転流スイッチのゲート電極に向くように接続してあることを特徴とする請求項１記載の同期整流駆動回路。
前記転流スイッチのゲート・ソース電極間に放電抵抗を接続してあることを特徴とする請求項１又は２記載の同期整流駆動回路。
前記転流スイッチのゲート電極と前記第一補助スイッチのソース電極との間にダイオードを接続し、このダイオードのアノードが前記転流スイッチのゲート電極に向くように接続してあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの記載の同期整流駆動回路。