JP4929856B2 - Switching element control device - Google Patents

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Description

本発明は、リカバリー損失を低減させつつ、貫通電流が大きく流れるのを防止できるスイッチング素子制御装置に関する。   The present invention relates to a switching element control device capable of preventing a through current from flowing greatly while reducing recovery loss.

従来から、直流電源に対し並列に、主スイッチング素子としてのハイサイド側MOSFETと同期整流素子としてのローサイド側MOSFETとの直列回路を接続し、ローサイド側MOSFETのドレイン−ソース間に平滑リアクトルと平滑コンデンサとを直列に接続すると共に、ハイサイド側MOSFET及びローサイド側MOSFETを交互にオン/オフさせることにより前記直流電源の電圧を降圧して前記平滑コンデンサの両端に接続された負荷に一定電圧を供給する同期整流式の降圧型DC−DCコンバータにおいて、ハイサイド側MOSFET及びローサイド側MOSFETに対するゲート信号を出力する制御回路が、平滑コンデンサの両端の電圧を一定に制御するためのパルス幅制御信号の反転論理信号とローサイド側MOSFETの両端電圧の反転論理信号との論理積信号をローサイド側MOSFETのゲート信号として出力する手段と、ローサイド側MOSFETのゲート電圧の反転論理信号と前記パルス幅制御信号との論理積信号をハイサイド側MOFETのゲート信号として出力する手段と、を備えたことを特徴とする降圧型DC−DCコンバータが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a series circuit of a high-side MOSFET as a main switching element and a low-side MOSFET as a synchronous rectifier is connected in parallel to a DC power source, and a smoothing reactor and a smoothing capacitor are connected between the drain and source of the low-side MOSFET. Are connected in series, and the high-side MOSFET and the low-side MOSFET are alternately turned on / off to step down the voltage of the DC power supply and supply a constant voltage to the load connected to both ends of the smoothing capacitor. In a synchronous rectification step-down DC-DC converter, a control circuit that outputs a gate signal to a high-side MOSFET and a low-side MOSFET has an inverted logic of a pulse width control signal for controlling the voltage across the smoothing capacitor to be constant. Signal and low side MOSF Means for outputting a logical product signal of the inverted logic signal of the voltage across T as a gate signal of the low-side MOSFET, and a logical product signal of the inverted logic signal of the gate voltage of the low-side MOSFET and the pulse width control signal as the high side There is known a step-down DC-DC converter including a means for outputting as a gate signal of a side MOFET (see, for example, Patent Document 1).

また、同様にデットタイムを自動制御する技術として、降圧型DC−DCコンバータにおいて、メイントランジスタと同期整流用トランジスタとが同時にオンして、大きな貫通電流が生じないように、メイントランジスタのターンオンを遅らせてデットタイムを生成する技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2004−312913号公報 US6、369、250(B1)の明細書
Similarly, as a technique for automatically controlling the dead time, in the step-down DC-DC converter, the main transistor and the synchronous rectification transistor are simultaneously turned on, and the main transistor is turned on so that a large through current is not generated. A technique for generating a dead time is known (see, for example, Patent Document 2).
JP 2004-312913 A Specification of US 6,369,250 (B1)

ところで、リカバリー損失を低減させるには、2つのスイッチング素子のスイッチングタイミングをクロスさせることが有効であることは知られている。しかしながら、スイッチングタイミングをクロスさせ過ぎると、貫通電流が大きく流れてしまう。この点、上述の従来技術では、デットタイムを短くした場合にクロスしたことを検出できないため、貫通電流が大きく流れてしまわないようにデットタイムを幾分長めに設定しており、リカバリー損失を効果的に低減するには至っていない。   By the way, in order to reduce recovery loss, it is known that it is effective to cross the switching timing of two switching elements. However, if the switching timing is excessively crossed, a through current flows greatly. In this regard, the above-mentioned conventional technology cannot detect crossing when the dead time is shortened, so the dead time is set somewhat longer so that a large through current does not flow, and recovery loss is effective. It has not yet been reduced.

そこで、本発明は、リカバリー損失を低減させつつ、貫通電流が大きく流れるのを防止できるスイッチング素子制御装置の提供を目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a switching element control device capable of preventing a through current from flowing greatly while reducing recovery loss.

上記目的を達成するため、第1の発明に係るスイッチング素子制御装置は、直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
第1スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出するゲート・ソース間電圧検出手段と
第2スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出する第2ゲート・ソース間電圧検出手段とを備え、
ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第1スイッチング素子のターンオンの際における第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が上昇してから略一定となってその後再び上昇する当該上昇再開タイミングを検出し、
第2ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第2スイッチング素子のターンオフの際における第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が所定値を下回るタイミングを検出し、
第1スイッチング素子のターンオンの際における第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が上昇してから略一定となってその後再び上昇する当該上昇再開タイミングと、第2スイッチング素子のターンオフの際における第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が所定値を下回るタイミングと、が略一致するように、第2スイッチング素子のターンオフのタイミングを調整することを特徴とする。これにより、第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧に基づいて、第1スイッチング素子のゲート・ミラー容量への充電が終了するタイミングを適切に検出することができ、第1スイッチング素子のオンタイミングに、第2スイッチング素子のオフタイミングを略一致させることで、スイッチングタイミングを最適にクロスさせることができる。
In order to achieve the above object, a switching element control device according to a first invention includes a first switching element and a second switching element connected in series,
Gate-source voltage detection means for detecting a voltage between the gate and source of the first switching element ;
A second gate-source voltage detecting means for detecting a voltage between the gate and the source of the second switching element ;
Based on the output result of the gate-source voltage detection means, when the first switching element is turned on, the gate-source voltage of the first switching element rises to become substantially constant and then rises again. Detect the timing,
Based on the output result of the second gate-source voltage detection means, the timing at which the gate-source voltage of the second switching element at the time of turn-off of the second switching element falls below a predetermined value is detected,
When the first switching element is turned on, the gate-source voltage of the first switching element rises to become substantially constant and then rises again, and the second restarting timing when the second switching element is turned off. The turn-off timing of the second switching element is adjusted so that the timing at which the gate-source voltage of the switching element falls below a predetermined value is substantially the same. Thereby , based on the gate-source voltage of the first switching element, it is possible to appropriately detect the timing when the charging of the gate-mirror capacitance of the first switching element is completed, and to the on-timing of the first switching element. The switching timing can be optimally crossed by substantially matching the OFF timing of the second switching element.

の発明に係るスイッチング素子制御装置は、直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
第1スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出するゲート・ソース間電圧検出手段とを備え、
ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第1スイッチング素子のターンオンの際における第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧がその上昇途中に一時的に略一定となる当該電圧一定期間開始タイミングを検出し、
該検出した電圧一定期間開始タイミングから所定の遅延時間が経過した後に、第2スイッチング素子に対するゲート信号をHighからLoに切替えることを特徴とする。これにより、第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧を検出しなくても、簡易な構成で、スイッチングタイミングを最適にクロスさせることができる。
The switching element control device according to the second invention includes a first switching element and a second switching element connected in series,
Gate-source voltage detecting means for detecting a voltage between the gate and source of the first switching element;
Based on the output result of the gate-source voltage detecting means, the voltage-to-voltage period starts when the gate-source voltage of the first switching element at the time of turn-on of the first switching element temporarily becomes substantially constant during its rise. Detect the timing,
The gate signal for the second switching element is switched from High to Lo after a predetermined delay time has elapsed from the start timing of the detected voltage constant period. Thus, the switching timing can be optimally crossed with a simple configuration without detecting the gate-source voltage of the second switching element.

の発明は、第の発明に係るスイッチング素子制御装置において、
前記所定の遅延時間が経過する前に第1スイッチング素子のゲート・ミラー容量への充電が終了した場合、即ち、上昇途中に一時的に略一定となった第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が再び上昇した場合には、第2スイッチング素子に対するゲート信号をHighからLoに切替えることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the switching element control device according to the second aspect of the present invention,
When the charging of the gate mirror capacitor of the first switching element is completed before the predetermined delay time elapses , that is, the gate-source voltage of the first switching element that becomes temporarily substantially constant during the rise. When the voltage rises again , the gate signal for the second switching element is switched from High to Lo.

の発明は、第2又は3の発明に係るスイッチング素子制御装置において、
負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出手段を備え、
前記所定の遅延時間を、負荷電流の大きさに応じて変化させることを特徴とする。これにより、負荷電流の大きさに応じた適切な遅延時間を設定することができる。
4th invention is the switching element control apparatus which concerns on 2nd or 3rd invention,
Load current detection means for detecting the current flowing through the load,
The predetermined delay time is changed according to the magnitude of the load current. Thereby, an appropriate delay time according to the magnitude of the load current can be set.

また、第の発明に係るスイッチング素子制御装置は、直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
第1スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出するゲート・ソース間電圧検出手段と
第2スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出する第2ゲート・ソース間電圧検出手段とを備え、
ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第1スイッチング素子のターンオフの際における第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧がその下降途中に一時的に略一定となる当該電圧一定期間開始タイミングを検出し、
第2ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第2スイッチング素子のターンオンの際における第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が上昇してから所定値を上回るタイミングを検出し、
第1スイッチング素子のターンオフの際における第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧がその下降途中に一時的に略一定となる当該電圧一定期間開始タイミングと、第2スイッチング素子のターンオンの際における第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が上昇してから所定値を上回るタイミングと、が略一致するように、第2スイッチング素子のターンオンのタイミングを調整することを特徴とする。これにより、第1スイッチング素子のターンオフの際のスイッチングタイミングを最適にクロスさせることができる。
A switching element control device according to a fifth aspect of the invention includes a first switching element and a second switching element connected in series,
Gate-source voltage detection means for detecting a voltage between the gate and source of the first switching element ;
A second gate-source voltage detecting means for detecting a voltage between the gate and the source of the second switching element ;
Based on the output result of the gate-source voltage detection means, the fixed-voltage period starts when the gate-source voltage of the first switching element at the time of turn-off of the first switching element temporarily becomes substantially constant during the fall. Detect the timing,
Based on the output result of the second gate-source voltage detection means, the timing at which the gate-source voltage of the second switching element rises when the second switching element is turned on and a timing exceeding a predetermined value is detected,
When the first switching element is turned off, the gate-source voltage of the first switching element temporarily becomes substantially constant in the middle of the decrease, and the voltage constant period start timing is second, and the second switching element is turned on. The turn-on timing of the second switching element is adjusted so that the timing exceeding a predetermined value after the gate-source voltage of the switching element rises substantially matches . Thereby, the switching timing at the time of turn-off of the first switching element can be optimally crossed.

の発明は、第の発明に係るスイッチング素子制御装置において、
前記電圧一定期間開始タイミング発生しても第2スイッチング素子に対するゲート信号がLoである場合には、第2スイッチング素子に対するゲート信号をLoからHighに切替えることを特徴とする。
6th invention is the switching element control apparatus which concerns on 5th invention,
If the gate signal for the second switching element is Lo even when the start timing of the voltage constant period occurs , the gate signal for the second switching element is switched from Lo to High.

また、第の発明に係るスイッチング素子制御装置は、
直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
第2スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出するゲート・ソース間電圧検出手段とを備え、
ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第1スイッチング素子のターンオンの際に第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が所定値よりも大きくなる時点から所定の遅延時間後に、第2スイッチング素子に対するゲート信号をHighからLoに切替えることを特徴とする。これにより、第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧を検出しなくても、簡易な構成で、第1スイッチング素子のターンオンの際のスイッチングタイミングを最適にクロスさせることができる
The switching element control device according to the seventh invention is
A first switching element and a second switching element connected in series;
Gate-source voltage detecting means for detecting a voltage between the gate and source of the second switching element;
Based on the output result of the gate-source voltage detecting means, the second switching element is turned on after a predetermined delay time from the time when the gate-source voltage of the second switching element becomes larger than a predetermined value when the first switching element is turned on . The gate signal for the switching element is switched from High to Lo . Accordingly, the switching timing at the turn-on time of the first switching element can be optimally crossed with a simple configuration without detecting the gate-source voltage of the first switching element .

また、第の発明に係るスイッチング素子制御装置は、
直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
第2スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出するゲート・ソース間電圧検出手段とを備え、
ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第1スイッチング素子のターンオフの際に第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が所定値よりも小さくなった時点で、第2スイッチング素子に対するゲート信号をLoからHighに切替えることを特徴とする。これにより、第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧を検出しなくても、簡易な構成で、第1スイッチング素子のターンオフの際のスイッチングタイミングを最適にクロスさせることができる
The switching element control device according to the eighth invention is
A first switching element and a second switching element connected in series;
Gate-source voltage detecting means for detecting a voltage between the gate and source of the second switching element;
Based on the output result of the gate-source voltage detection means, when the gate-source voltage of the second switching element becomes smaller than a predetermined value when the first switching element is turned off, the gate for the second switching element is The signal is switched from Lo to High . Thereby, even if it does not detect the gate-source voltage of a 1st switching element, the switching timing at the time of the turn-off of a 1st switching element can be crossed optimally with a simple structure .

の発明は、同期整流型のDC−DCコンバータにおける電圧制御に用いられる第1〜のいずれかの発明に係るスイッチング素子制御装置において、
第1のスイッチング素子は、メインスイッチング素子であり、第2のスイッチング素子は、同期整流用スイッチング素子であることを特徴とする。これにより、出力電圧を決定するメインスイッチング素子のデューティを変化させることなく、デットタイムを調整できる。
A ninth invention is a switching element control device according to any one of the first to eighth inventions used for voltage control in a synchronous rectification type DC-DC converter,
The first switching element is a main switching element, and the second switching element is a synchronous rectification switching element. Thereby, the dead time can be adjusted without changing the duty of the main switching element that determines the output voltage.

また、第10の発明は、第1〜のいずれかの発明に係るスイッチング素子制御装置において、前記第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子は、MOSFETであることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the switching element control device according to any one of the first to ninth aspects, the first switching element and the second switching element are MOSFETs.

また、第11の発明は、第1〜のいずれかの発明に係るスイッチング素子制御装置において、前記第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子は、IGBTであり、前記ゲート・ソース間電圧は、ゲート・エミッタ間電圧に置き換えられることを特徴とする。 An eleventh invention is the switching element control device according to any one of the first to ninth inventions, wherein the first switching element and the second switching element are IGBTs, and the gate-source voltage is a gate -It is characterized by being replaced by the voltage between emitters.

本発明によれば、リカバリー損失を低減させつつ、貫通電流が大きく流れるのを防止できるスイッチング素子制御装置が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a switching element control device that can prevent a through current from flowing greatly while reducing recovery loss.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を幾つかの実施例に分けて行う。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in several embodiments with reference to the drawings.

用語の定義として、用語「ターンオン」とは、スイッチング素子を導通状態に変化させるための動作を意味し、用語「オン」とは、スイッチング素子が実際に導通状態であることを意味する。同様に、用語「ターンオフ」とは、スイッチング素子を非導通状態に変化させるための動作を意味し、用語「オフ」とは、スイッチング素子が実際に非導通状態であることを意味する。   As a definition of the term, the term “turn on” means an operation for changing the switching element to a conducting state, and the term “on” means that the switching element is actually conducting. Similarly, the term “turn-off” means an operation for changing the switching element to a non-conducting state, and the term “off” means that the switching element is actually non-conducting.

図1は、本発明によるスイッチング素子制御装置に関わる電源装置10Aの一実施例を示す主要回路図である。   FIG. 1 is a main circuit diagram showing an embodiment of a power supply apparatus 10A related to a switching element control apparatus according to the present invention.

本実施例の電源装置10Aは、図1に示すように、同期整流式の降圧型DC−DCコンバータである。具体的には、直列に接続されたメインスイッチング素子11及び同期整流用スイッチング素子12が、直流電源(図示せず)に並列に接続される。同期整流用スイッチング素子12のドレイン−ソース間には、平滑リアクトルと平滑コンデンサとが直列に接続され、平滑リアクトルと平滑コンデンサとの間から出力電圧VOUTが取り出される。メインスイッチング素子11及び同期整流用スイッチング素子12は、以下で詳説する態様で、交互にターンオン/ターンオフされ、直流電源の電圧VINを降圧し、平滑コンデンサに並列的に接続された負荷(図示せず)に、所望の出力電圧VOUTを供給する。尚、本例では、メインスイッチング素子11及び同期整流用スイッチング素子12は、MOSFET(metal oxide semiconductor field−effect transistor)からなる。   As shown in FIG. 1, the power supply device 10A of the present embodiment is a synchronous rectification step-down DC-DC converter. Specifically, the main switching element 11 and the synchronous rectification switching element 12 connected in series are connected in parallel to a DC power supply (not shown). A smoothing reactor and a smoothing capacitor are connected in series between the drain and source of the switching element 12 for synchronous rectification, and an output voltage VOUT is taken out between the smoothing reactor and the smoothing capacitor. The main switching element 11 and the synchronous rectification switching element 12 are alternately turned on / off in a manner described in detail below, step down the voltage VIN of the DC power supply, and a load (not shown) connected in parallel to the smoothing capacitor. ) Is supplied with a desired output voltage VOUT. In this example, the main switching element 11 and the synchronous rectification switching element 12 are formed of a MOSFET (metal oxide semiconductor field-effect transistor).

電源装置10Aは、PWM信号生成回路123と、デットタイム制御回路124Aと、メインスイッチング素子11及び同期整流用スイッチング素子12をそれぞれ駆動するための各ドライバ141,142と、デットタイム制御回路124Aのデットタイム検出器150には、メインスイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs1を検出する第1検出器130Aと、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2(同期整流用スイッチング素子12のゲートとグランド間の電圧Vgs2)を検出する第2検出器132Aとを備える。   The power supply device 10A includes a PWM signal generation circuit 123, a dead time control circuit 124A, drivers 141 and 142 for driving the main switching element 11 and the synchronous rectification switching element 12, and a dead time control circuit 124A. The time detector 150 includes a first detector 130A that detects a gate-source voltage Vgs1 of the main switching element 11, and a gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 (the gate of the synchronous rectification switching element 12). And a second detector 132A for detecting a voltage Vgs2) between the ground and the ground.

デットタイム制御回路124Aは、PWM信号生成回路123からのPWM信号に基づいて、メインスイッチング素子11のゲートに印加されるゲート信号Vg1を生成すると共に、PWM信号生成回路123からのPWM信号、及び、デットタイム検出器150からのデットタイム検出結果に基づいて、同期整流用スイッチング素子12のゲートに印加されるゲート信号Vg2を生成する。後に詳説するが、メインスイッチング素子11をターンオン/オフするためのゲート信号Vg1のHigh/Lowの切り替え(スイッチングタイミング)は、PWM信号のデューティに支配され、同期整流用スイッチング素子12をターンオン/オフするためのゲート信号Vg2のHigh/Lowの切り替え(スイッチングタイミング)は、PWM信号のデューティ及びデットタイム検出結果に支配される。   The dead time control circuit 124A generates a gate signal Vg1 to be applied to the gate of the main switching element 11 based on the PWM signal from the PWM signal generation circuit 123, the PWM signal from the PWM signal generation circuit 123, and Based on the dead time detection result from the dead time detector 150, the gate signal Vg2 applied to the gate of the synchronous rectification switching element 12 is generated. As will be described in detail later, high / low switching (switching timing) of the gate signal Vg1 for turning on / off the main switching element 11 is controlled by the duty of the PWM signal, and turns on / off the synchronous rectification switching element 12. High / Low switching (switching timing) of the gate signal Vg2 for this is governed by the duty of the PWM signal and the dead time detection result.

図2は、図1に示す電源装置10Aに用いられてよいPWM信号生成回路の一例を示す回路図である。図2において、201,202は電圧制御定電流源、203〜206はダイオード、207はコンデンサ、208,209は抵抗、210はコンパレータである。   FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a PWM signal generation circuit that may be used in the power supply device 10A shown in FIG. In FIG. 2, 201 and 202 are voltage controlled constant current sources, 203 to 206 are diodes, 207 is a capacitor, 208 and 209 are resistors, and 210 is a comparator.

図2に示すPWM信号生成回路123は、キャリア周波数で互いに同期したパルス波とランプ波を生成する。即ち、PWM信号生成回路123は、ランプ波の立上がり時間がオンデューティとなり、ランプ波の立下がり時間がオフデューティとなるようなパルス波とランプ波を生成する。   The PWM signal generation circuit 123 shown in FIG. 2 generates a pulse wave and a ramp wave that are synchronized with each other at the carrier frequency. That is, the PWM signal generation circuit 123 generates a pulse wave and a ramp wave such that the ramp wave rise time is on-duty and the ramp wave fall time is off-duty.

概説すると、A点がLow(例えば0V)からHigh(例えば5V)になると、パルス波の立ち上がりエッジが形成され、これに同期して、電圧制御定電流源201からコンデンサ207への電流の流れが生じ、B点(ランプ波)の電位が徐々に増加していく。B点の電位が所定電位まで達するとコンパレータによりA点がLowに切り替わり、パルス波の立ち下がりエッジが形成され、コンデンサ207の電荷が放出されてB点の電位が下降される(ランプ波がリセットされる)。B点の電位が所定値まで下がると再びA点がLowからHighになり、以後同様の動作が繰り返され、互いに同期したパルス波とランプ波が周期的に生成される。尚、デューティは、電圧制御定電流源201,202の電圧を制御することで可変とされる。   In general, when the point A changes from Low (for example, 0 V) to High (for example, 5 V), a rising edge of a pulse wave is formed, and in synchronization with this, the current flow from the voltage controlled constant current source 201 to the capacitor 207 As a result, the potential at point B (ramp wave) gradually increases. When the potential at the point B reaches a predetermined potential, the comparator switches the point A to low, a falling edge of the pulse wave is formed, the capacitor 207 is discharged, and the potential at the point B is lowered (the ramp wave is reset). ) When the potential at point B drops to a predetermined value, point A changes from low to high again, and the same operation is repeated thereafter, and a pulse wave and a ramp wave synchronized with each other are periodically generated. The duty is made variable by controlling the voltages of the voltage controlled constant current sources 201 and 202.

次に、デットタイム制御回路124Aの基本動作について、図3〜図5を参照して説明する。   Next, the basic operation of the dead time control circuit 124A will be described with reference to FIGS.

図3は、図1に示す電源装置10Aに用いられてよいデットタイム制御回路124Aの一例を示す回路図である。デットタイム制御回路124Aは、主に、デットタイム検出器150と、調整回路101と、ゲート信号生成回路とを含む。デットタイム制御回路124Aのデットタイム検出器150には、第1検出器130A及び第2検出器132Aが接続されている。   FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a dead time control circuit 124A that may be used in power supply device 10A shown in FIG. The dead time control circuit 124A mainly includes a dead time detector 150, an adjustment circuit 101, and a gate signal generation circuit. A first detector 130A and a second detector 132A are connected to the dead time detector 150 of the dead time control circuit 124A.

図4及び図5は、デットタイム制御回路124Aにより実現されるデットタイム制御の説明図であり、図3中の各ポイントa〜nでの出力波形を示す。   4 and 5 are explanatory diagrams of the dead time control realized by the dead time control circuit 124A, and show output waveforms at points a to n in FIG.

デットタイム制御回路124Aには、PWM信号生成回路123からパルス波cとランプ波iが入力される。   The pulse time c and the ramp wave i are input from the PWM signal generation circuit 123 to the dead time control circuit 124A.

ランプ波iは、コンパレータ122の反転入力に入力される共に、レベルシフト回路102,103に入力される。レベルシフト回路102によりレベルシフトされたランプ波aは、コンパレータ105の反転入力及びコンパレータ106の非反転入力に入力される。レベルシフト回路103によりレベルシフトされたランプ波bは、コンパレータ107の非反転入力及びコンパレータ108の反転入力に入力される。尚、コンパレータ105,106,107,108は、内部にヒステリシスを有し、オフセットの少ない特性が望ましい。   The ramp wave i is input to the inverting input of the comparator 122 and also input to the level shift circuits 102 and 103. The ramp wave “a” level-shifted by the level shift circuit 102 is input to the inverting input of the comparator 105 and the non-inverting input of the comparator 106. The ramp wave b level-shifted by the level shift circuit 103 is input to the non-inverting input of the comparator 107 and the inverting input of the comparator 108. Note that the comparators 105, 106, 107, and 108 preferably have characteristics having a hysteresis and a small offset.

パルス波cは、コンパレータ122の非反転入力に入力される共に、コンパレータ106の反転入力及びコンパレータ107の反転入力に入力される。パルス波cは、また、反転回路104に入力される。反転回路104においては、パルス波cは2.5Vを基準に反転される。反転されたパルス波dは、コンパレータ105の非反転入力及びコンパレータ108の非反転入力に入力される。   The pulse wave c is input to the non-inverting input of the comparator 122 and also input to the inverting input of the comparator 106 and the inverting input of the comparator 107. The pulse wave c is also input to the inverting circuit 104. In the inverting circuit 104, the pulse wave c is inverted with reference to 2.5V. The inverted pulse wave d is input to the non-inverting input of the comparator 105 and the non-inverting input of the comparator 108.

コンパレータ122においては、PWM信号生成回路123からのパルス波cとランプ波iの比較結果に応じて、メインスイッチング素子11を駆動するゲート信号Vg1が出力される(図5(B)参照)。   The comparator 122 outputs a gate signal Vg1 for driving the main switching element 11 in accordance with the comparison result between the pulse wave c and the ramp wave i from the PWM signal generation circuit 123 (see FIG. 5B).

コンパレータ105においては、レベルシフト回路102によりレベルシフトされたランプ波aと、反転されたパルス波dとの比較結果に応じて、ターンオン遅れ信号eが出力される(図4(A)参照)。   The comparator 105 outputs a turn-on delay signal e in accordance with the comparison result between the ramp wave a level-shifted by the level shift circuit 102 and the inverted pulse wave d (see FIG. 4A).

コンパレータ106においては、レベルシフト回路102によりレベルシフトされたランプ波aと、パルス波cとの比較結果に応じて、ターンオン進み信号fが出力される(図4(B)参照)。   The comparator 106 outputs a turn-on advance signal f in accordance with a comparison result between the ramp wave a and the pulse wave c level-shifted by the level shift circuit 102 (see FIG. 4B).

コンパレータ107においては、レベルシフト回路103によりレベルシフトされたランプ波bと、パルス波cとの比較結果に応じて、ターンオフ進み信号gが出力される(図4(C)参照)。   The comparator 107 outputs a turn-off advance signal g in accordance with the comparison result between the ramp wave b level-shifted by the level shift circuit 103 and the pulse wave c (see FIG. 4C).

コンパレータ108においては、レベルシフト回路103によりレベルシフトされたランプ波bと、反転されたパルス波dとの比較結果に応じて、ターンオフ遅れ信号hが出力される(図4(D)参照)。   The comparator 108 outputs a turn-off delay signal h in accordance with the comparison result between the ramp wave b level-shifted by the level shift circuit 103 and the inverted pulse wave d (see FIG. 4D).

図4には、それぞれの信号について、メインスイッチング素子11のターンオフ/オンのタイミングに対して同期整流用スイッチング素子12のターンオン/オフのタイミングの遅れ又は進みが発生しない波形(図中、最も右)に対して、遅れ量又は進み量の異なる2種類のターン遅れ又は進みを発生させる波形が示されている。このように、レベルシフト回路102,103でのレベルシフト量の変化させることで、各種信号e、f、g、hにより実現される遅れ量ないし進み量を自由に変化させることができる。   In FIG. 4, for each signal, a waveform in which the delay or advance of the turn-on / off timing of the synchronous rectification switching element 12 does not occur with respect to the turn-off / on timing of the main switching element 11 (rightmost in the figure). On the other hand, waveforms for generating two types of turn delay or advance with different delay amounts or advance amounts are shown. Thus, by changing the level shift amount in the level shift circuits 102 and 103, the delay amount or the advance amount realized by the various signals e, f, g, and h can be freely changed.

調整回路101は、デットタイム検出器150からのデットタイム検出結果に基づいて、レベルシフト回路102,103でのレベルシフト量を調整すると共に、ON切替信号/OFF切替信号を出力することで、同期整流用スイッチング素子12のスイッチタイミングを最適化する。   The adjustment circuit 101 adjusts the level shift amount in the level shift circuits 102 and 103 based on the dead time detection result from the dead time detector 150, and outputs an ON switching signal / OFF switching signal to synchronize. The switch timing of the rectifying switching element 12 is optimized.

具体的には、図3において、AND回路109,110、OR回路113及びNOT回路115がセレクタを構成しており、同期整流用スイッチング素子12のターンオンを遅らせる場合は、ON切替信号m(図5(A)参照)がLowに設定され、OR回路113からターンオン遅れ信号eが出力される。一方、同期整流用スイッチング素子12のターンオンを進ませる場合は、ON切替信号m(図5(A)参照)がHighに設定され、OR回路113からターンオン進み信号fが出力される。   Specifically, in FIG. 3, the AND circuits 109 and 110, the OR circuit 113, and the NOT circuit 115 constitute a selector, and when the turn-on of the synchronous rectification switching element 12 is delayed, the ON switching signal m (FIG. 5). (See (A)) is set to Low, and the turn-on delay signal e is output from the OR circuit 113. On the other hand, when the turn-on of the synchronous rectification switching element 12 is advanced, the ON switching signal m (see FIG. 5A) is set to High, and the turn-on advance signal f is output from the OR circuit 113.

同様に、図3において、AND回路111,112、OR回路114及びNOT回路116がセレクタを構成しており、同期整流用スイッチング素子12のターンオフを進ませる場合は、OFF切替信号n(図5(A)参照)がLowに設定され、OR回路114からターンオフ進み信号gが出力される。一方、同期整流用スイッチング素子12のターンオフを遅らせる場合は、OFF切替信号n(図5(A)参照)がHighに設定され、OR回路114からターンオフ遅れ信号hが出力される。   Similarly, in FIG. 3, the AND circuits 111 and 112, the OR circuit 114, and the NOT circuit 116 constitute a selector, and the OFF switching signal n (FIG. 5 ( A) is set to Low, and the turn-off advance signal g is output from the OR circuit 114. On the other hand, when the turn-off of the synchronous rectification switching element 12 is delayed, the OFF switching signal n (see FIG. 5A) is set to High, and the turn-off delay signal h is output from the OR circuit 114.

NOT回路117及びAND回路119は、上述の如く選択的に入力されるターンオン遅れ信号e又はターンオン進み信号fの立ち上がりエッジを検出して信号k(図5(A)参照)を出力する。同様に、NOT回路118及びNOR回路120は、上述の如く選択的に入力されるターンオフ進み信号g又はターンオフ遅れ信号hの立ち下がりエッジを検出して信号l(図5(A)参照)を出力する。AND回路119の出力はSRフリップフロップ121のS端子に接続され、NOR回路120の出力はSRフリップフロップ121のR端子に接続されている。   The NOT circuit 117 and the AND circuit 119 detect the rising edge of the turn-on delay signal e or the turn-on advance signal f selectively input as described above, and output the signal k (see FIG. 5A). Similarly, the NOT circuit 118 and the NOR circuit 120 detect the falling edge of the turn-off advance signal g or the turn-off delay signal h selectively input as described above, and output the signal l (see FIG. 5A). To do. The output of the AND circuit 119 is connected to the S terminal of the SR flip-flop 121, and the output of the NOR circuit 120 is connected to the R terminal of the SR flip-flop 121.

SRフリップフロップ121のQ出力は、S端子に入力される信号kがLowからHighになるとHighになり(セットされ)、R端子に入力される信号lがLowからHighになるとLowになる(リセットされる)。この結果、図5(A)に示すように、同期整流用スイッチング素子12を駆動するゲート信号Vg2が、SRフリップフロップ121のQ出力から出力される(図5(A)参照)。   The Q output of the SR flip-flop 121 becomes High (set) when the signal k input to the S terminal changes from Low to High, and becomes Low (reset) when the signal l input to the R terminal changes from Low to High. ) As a result, as shown in FIG. 5A, the gate signal Vg2 for driving the synchronous rectification switching element 12 is output from the Q output of the SR flip-flop 121 (see FIG. 5A).

このように図3に示すデットタイム制御回路124Aでは、ON切替信号/OFF切替信号により、同期整流用スイッチング素子12のターンオン及びターンオフのタイミングを進ませるか遅らせるかを自由に選択することができると共に、レベルシフト回路102,103でのレベルシフト量の変化させることで、その際のターンオン遅れ量ないし進み量及びターンオフ遅れ量ないし進み量を自由に変化させることができる。   As described above, the dead time control circuit 124A shown in FIG. 3 can freely select whether to advance or delay the turn-on and turn-off timing of the synchronous rectification switching element 12 by the ON switching signal / OFF switching signal. By changing the level shift amount in the level shift circuits 102 and 103, the turn-on delay amount or advance amount and the turn-off delay amount or advance amount at that time can be freely changed.

次に、図6を参照して、デットタイム検出器150及び調整回路101の動作について説明する。図6は、上から、メインスイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs1の波形、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の波形、ゲート信号Vg1の出力波形、ゲート信号Vg2の出力波形、及び、図3中の各ポイントo〜rでの出力波形を示す。   Next, operations of the dead time detector 150 and the adjustment circuit 101 will be described with reference to FIG. 6 shows, from above, the waveform of the gate-source voltage Vgs1 of the main switching element 11, the waveform of the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12, the output waveform of the gate signal Vg1, and the output waveform of the gate signal Vg2. And the output waveform in each point o-r in FIG.

図6(A)及び図6(C)に示すように、ゲート信号Vg1がローからハイになると、ドライバ141(図1参照)がメインスイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs1を次第に上昇させる。この後、メインスイッチング素子11のゲートのミラー容量が充電されるため、ゲート・ソース間電圧Vgs1が変化しない期間(ミラー容量充電期間)に入る。即ち、図6(A)に示すように、ゲート・ソース間電圧Vgs1は、ゲート信号Vg1がローからハイになると、一旦上昇するものの、メインスイッチング素子11のゲートのミラー容量が充電完了となるまで略一定となる。ゲート・ソース間電圧Vgs1は、図6(A)に示すように、ミラー容量への充電が終了すると、再び上昇する。第1検出器130Aは、このミラー容量充電終了時点を検出すると、デットタイム検出器150にその旨の信号を出力する。   As shown in FIGS. 6A and 6C, when the gate signal Vg1 changes from low to high, the driver 141 (see FIG. 1) gradually increases the gate-source voltage Vgs1 of the main switching element 11. Thereafter, since the mirror capacitance of the gate of the main switching element 11 is charged, a period in which the gate-source voltage Vgs1 does not change (mirror capacitance charging period) is entered. That is, as shown in FIG. 6A, the gate-source voltage Vgs1 once rises when the gate signal Vg1 goes from low to high, but until the mirror capacitance of the gate of the main switching element 11 is completely charged. It becomes almost constant. As shown in FIG. 6A, the gate-source voltage Vgs1 rises again when the charging of the mirror capacitance is completed. When the first detector 130A detects the end point of the mirror capacity charging, the first detector 130A outputs a signal to that effect to the dead time detector 150.

図6(B)及び図6(D)に示すように、ゲート信号Vg2がローになると、ドライバ142(図1参照)が同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2を次第に低下させる。第2検出器132Aは、ゲート・ソース間電圧Vgs2が所定閾値を下回る時点を検出すると、同期整流用スイッチング素子12がオフしたと判断して、デットタイム検出器150にその旨の信号を出力する。尚、本例では、同期整流用スイッチング素子12のターンオフ時にはメインスイッチング素子11のターンオフ時のように放電現象が明確にゲート・ソース間電圧Vgs2の波形に現れないことを考慮して、上述の如くゲート・ソース間電圧Vgs2が所定閾値を下回る時点を検出しているが、同期整流用スイッチング素子12のオフタイミングは、同期整流用スイッチング素子12のゲートのミラー容量への放電終了時点(図6の矢印X1参照)を検出することで検出されてもよい。   As shown in FIGS. 6B and 6D, when the gate signal Vg2 goes low, the driver 142 (see FIG. 1) gradually decreases the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12. When the second detector 132A detects a time point when the gate-source voltage Vgs2 falls below a predetermined threshold value, the second detector 132A determines that the synchronous rectification switching element 12 is turned off and outputs a signal to that effect to the dead time detector 150. . In this example, in consideration of the fact that the discharge phenomenon does not clearly appear in the waveform of the gate-source voltage Vgs2 as when the main switching element 11 is turned off when the synchronous rectification switching element 12 is turned off, as described above. Although the time point when the gate-source voltage Vgs2 falls below a predetermined threshold is detected, the OFF timing of the synchronous rectification switching element 12 is the end point of the discharge of the gate of the synchronous rectification switching element 12 to the mirror capacitance (see FIG. 6). It may be detected by detecting an arrow X1).

デットタイム検出器150は、第1検出器130A及び第2検出器132Aからの検出結果に基づいて、メインスイッチング素子11のゲートのミラー容量充電終了タイミングtceと、同期整流用スイッチング素子12のオフタイミングtoffとを比較することで、デットタイムDtを検出する。即ち、デットタイム検出器150は、オフタイミングtoffからミラー容量充電終了タイミングtceまでの期間を、メインスイッチング素子11のターンオン時のデットタイムTdとして検出する。   The dead time detector 150 determines the mirror capacitance charging end timing tce of the gate of the main switching element 11 and the off timing of the synchronous rectification switching element 12 based on the detection results from the first detector 130A and the second detector 132A. The dead time Dt is detected by comparing with toff. That is, the dead time detector 150 detects the period from the off timing toff to the mirror capacity charging end timing tce as the dead time Td when the main switching element 11 is turned on.

図6(E)は、メインスイッチング素子11がターンオンする際のデットタイムTdの検出結果を表す波形を示す。最も左側のターンオン時には、オフタイミングtoffがミラー容量充電終了タイミングtceよりも早く、正のデットタイムTd1が検出されている。左から2番目のターンオン時には、オフタイミングtoffがミラー容量充電終了タイミングtceよりも遅く、負のデットタイムTd3(過大なクロス)が検出されている。最も右側のターンオン時には、オフタイミングtoffがミラー容量充電終了タイミングtceと一致し、デットタイムTdがゼロの最適なスイッチングタイミングが検出されている。   FIG. 6E shows a waveform representing the detection result of the dead time Td when the main switching element 11 is turned on. At the leftmost turn-on, the off timing toff is earlier than the mirror capacity charging end timing tce, and the positive dead time Td1 is detected. At the second turn-on from the left, the off timing toff is later than the mirror capacitance charging end timing tce, and a negative dead time Td3 (excessive cross) is detected. At the time of turn-on on the rightmost side, an optimum switching timing is detected in which the off timing toff coincides with the mirror capacity charging end timing tce and the dead time Td is zero.

図6(F)は、メインスイッチング素子11がターンオンする際の調整回路101の出力波形を示す。調整回路101の出力は、上述の如くレベルシフト回路103によるレベルシフト量を調整する役割をする。メインスイッチング素子11の最も左側のターンオン時には、調整回路101は、正のデットタイムTd1に対応して、同期整流用スイッチング素子12のターンオフを遅らせるべく、図6(F)に示すように、レベルシフト回路103でのランプ波bのレベルシフト量を、正のデットタイムTd1に応じて低下させる。これにより、図4(D)に示したように、ターンオフ遅れ信号hのターンオフ遅れ量が増加され、メインスイッチング素子11の次のターンオン時(左から2番目のターンオン時)には、図6(B)に示すように、今回のターンオン時に比べて、同期整流用スイッチング素子12のターンオフのタイミングが遅れることになる。メインスイッチング素子11の左から2番目のターンオン時には、調整回路101は、負のデットタイムTd3に対応して、同期整流用スイッチング素子12のターンオフを進ませるべく、図6(F)に示すように、レベルシフト回路103でのランプ波bのレベルシフト量を、負のデットタイムTd3に応じて増加させる。これにより、図4(D)に示したように、ターンオフ遅れ信号hのターンオフ遅れ量が減少され、メインスイッチング素子11の次のターンオン時(一番右側のターンオン時)には、図6(B)に示すように、今回のターンオン時に比べて、同期整流用スイッチング素子12のターンオフのタイミングが早まることになる。メインスイッチング素子11の一番右側のターンオン時には、同期整流用スイッチング素子12のオフタイミングtoffがメインスイッチング素子11のミラー容量充電終了タイミングtceと一致するので、調整回路101は、図6(F)に示すように、レベルシフト回路103でのランプ波bのレベルシフト量を変化させずに維持する。   FIG. 6F shows an output waveform of the adjustment circuit 101 when the main switching element 11 is turned on. The output of the adjustment circuit 101 serves to adjust the level shift amount by the level shift circuit 103 as described above. At the time of the leftmost turn-on of the main switching element 11, the adjustment circuit 101 performs level shift as shown in FIG. 6 (F) to delay the turn-off of the synchronous rectification switching element 12 corresponding to the positive dead time Td1. The level shift amount of the ramp wave b in the circuit 103 is decreased according to the positive dead time Td1. As a result, as shown in FIG. 4D, the turn-off delay amount of the turn-off delay signal h is increased, and when the main switching element 11 is turned on next time (second turn-on from the left), FIG. As shown in B), the turn-off timing of the synchronous rectification switching element 12 is delayed as compared to the current turn-on time. When the main switching element 11 is turned on for the second time from the left, the adjusting circuit 101 corresponds to the negative dead time Td3 so as to advance the turn-off of the synchronous rectification switching element 12 as shown in FIG. The level shift amount of the ramp wave b in the level shift circuit 103 is increased according to the negative dead time Td3. As a result, as shown in FIG. 4D, the turn-off delay amount of the turn-off delay signal h is reduced, and when the main switching element 11 is turned on next time (at the rightmost turn-on), FIG. ), The turn-off timing of the synchronous rectification switching element 12 is advanced as compared with the current turn-on. When the rightmost turn of the main switching element 11 is turned on, the off timing toff of the synchronous rectification switching element 12 coincides with the mirror capacitance charging end timing tce of the main switching element 11, so that the adjustment circuit 101 is shown in FIG. As shown, the level shift amount of the ramp wave b in the level shift circuit 103 is maintained without being changed.

一方、図6(A)及び図6(C)に示すように、ゲート信号Vg1がハイからローになると、ドライバ141(図1参照)がメインスイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs1を次第に低下させる。この後、メインスイッチング素子11のゲートのミラー容量が放電されるため、ゲート・ソース間電圧Vgs1が変化しない期間(ミラー容量放電期間)に入る。即ち、図6(A)に示すように、ゲート・ソース間電圧Vgs1は、ゲート信号Vg1がハイからローになると、一旦下降するものの、メインスイッチング素子11のゲートのミラー容量が放電完了となるまで略一定となる。ゲート・ソース間電圧Vgs1は、図6(A)に示すように、ミラー容量からの放電が終了すると、再び下降する。第1検出器130Aは、このミラー容量放電開始時点を検出すると、デットタイム検出器150にその旨の信号を出力する。   On the other hand, as shown in FIGS. 6A and 6C, when the gate signal Vg1 changes from high to low, the driver 141 (see FIG. 1) gradually decreases the gate-source voltage Vgs1 of the main switching element 11. Let Thereafter, since the mirror capacitance of the gate of the main switching element 11 is discharged, a period in which the gate-source voltage Vgs1 does not change (mirror capacitance discharge period) is entered. That is, as shown in FIG. 6A, the gate-source voltage Vgs1 once decreases when the gate signal Vg1 changes from high to low, but until the mirror capacitance of the gate of the main switching element 11 is completely discharged. It becomes almost constant. As shown in FIG. 6A, the gate-source voltage Vgs1 drops again when the discharge from the mirror capacitance is completed. When the first detector 130A detects this mirror capacitance discharge start time, it outputs a signal to that effect to the dead time detector 150.

図6(B)及び図6(D)に示すように、ゲート信号Vg2がハイになると、ドライバ142(図1参照)が同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2を次第に上昇させる。第2検出器132Aは、ゲート・ソース間電圧Vgs2が所定閾値を上回る時点を検出すると、同期整流用スイッチング素子12がオンしたと判断して、デットタイム検出器150にその旨の信号を出力する。尚、同期整流用スイッチング素子12のオンタイミングは、同期整流用スイッチング素子12のゲートのミラー容量への充電開始時点(図6の矢印X2参照)を検出することで検出されてもよい。   As shown in FIGS. 6B and 6D, when the gate signal Vg2 becomes high, the driver 142 (see FIG. 1) gradually increases the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12. When the second detector 132A detects a time point when the gate-source voltage Vgs2 exceeds a predetermined threshold value, the second detector 132A determines that the synchronous rectification switching element 12 is turned on and outputs a signal to that effect to the dead time detector 150. . The on-timing of the synchronous rectification switching element 12 may be detected by detecting a charging start time (see an arrow X2 in FIG. 6) of the mirror capacitance of the gate of the synchronous rectification switching element 12.

デットタイム検出器150は、第1検出器130A及び第2検出器132Aからの検出結果に基づいて、メインスイッチング素子11のゲートのミラー容量放電開始タイミングtdsと、同期整流用スイッチング素子12のオンタイミングtonとを比較することで、デットタイムを検出する。即ち、デットタイム検出器150は、メインスイッチング素子11のミラー容量放電開始タイミングtdsから同期整流用スイッチング素子12のオンタイミングtonまでの期間を、メインスイッチング素子11のターンオフ時のデットタイムTdとして検出する。   The dead time detector 150 determines the mirror capacitance discharge start timing tds of the gate of the main switching element 11 and the on timing of the synchronous rectification switching element 12 based on the detection results from the first detector 130A and the second detector 132A. The dead time is detected by comparing with ton. That is, the dead time detector 150 detects the period from the mirror capacitance discharge start timing tds of the main switching element 11 to the on timing ton of the synchronous rectification switching element 12 as the dead time Td when the main switching element 11 is turned off. .

図6(G)は、メインスイッチング素子11がターンオフする際のデットタイムTdの検出結果を表す波形を示す。最も左側のターンオフ時には、ミラー容量放電開始タイミングtdsがオンタイミングtonよりも早く、正のデットタイムTd2が検出されている。左から2番目のターンオン時には、オンタイミングtonがミラー容量放電開始タイミングtdsよりも早く、負のデットタイムTd4(過大なクロス)が検出されている。最も右側のターンオン時には、オンタイミングtonがミラー容量放電開始タイミングtdsと一致し、デットタイムTdがゼロの最適なスイッチングタイミングが検出されている。   FIG. 6G shows a waveform representing the detection result of the dead time Td when the main switching element 11 is turned off. At the leftmost turn-off time, the mirror capacitance discharge start timing tds is earlier than the on-timing ton, and a positive dead time Td2 is detected. At the second turn-on from the left, the on timing ton is earlier than the mirror capacitance discharge start timing tds, and a negative dead time Td4 (excessive cross) is detected. At the time of turn-on on the rightmost side, an optimum switching timing is detected in which the on timing ton coincides with the mirror capacitance discharge start timing tds and the dead time Td is zero.

図6(H)は、メインスイッチング素子11がターンオフする際の調整回路101の出力波形を示す。調整回路101の出力は、上述の如くレベルシフト回路103によるレベルシフト量を調整する役割をする。メインスイッチング素子11の最も左側のターンオフ時には、調整回路101は、正のデットタイムTd2に対応して、同期整流用スイッチング素子12のターンオンを進ませるべく、図6(H)に示すように、レベルシフト回路103でのランプ波aのレベルシフト量を、正のデットタイムTd2に応じて低下させる。これにより、図4(A)に示したように、ターンオン遅れ信号eのターンオン遅れ量が減少され、メインスイッチング素子11の次のターンオフ時(左から2番目のターンオフ時)には、図6(B)に示すように、今回のターンオフ時に比べて、同期整流用スイッチング素子12のターンオンのタイミングが早まることになる。メインスイッチング素子11の左から2番目のターンオフ時には、調整回路101は、負のデットタイムTd4(過大なクロス)に対応して、同期整流用スイッチング素子12のターンオンを遅らせるべく、図6(H)に示すように、レベルシフト回路103でのランプ波aのレベルシフト量を、負のデットタイムTd4に応じて増加させる。これにより、図4(A)に示したように、ターンオン遅れ信号eのターンオン遅れ量が増加され、メインスイッチング素子11の次のターンオフ時(一番右側のターンオフ時)には、図6(B)に示すように、今回のターンオフ時に比べて、同期整流用スイッチング素子12のターンオンのタイミングが遅れることになる。メインスイッチング素子11の一番右側のターンオフ時には、同期整流用スイッチング素子12のオンタイミングtonがメインスイッチング素子11のミラー容量放電開始タイミングtdsと一致するので、調整回路101は、図6(F)に示すように、レベルシフト回路103でのランプ波aのレベルシフト量を変化させずに維持する。   FIG. 6H shows an output waveform of the adjustment circuit 101 when the main switching element 11 is turned off. The output of the adjustment circuit 101 serves to adjust the level shift amount by the level shift circuit 103 as described above. At the time of the leftmost turn-off of the main switching element 11, the adjustment circuit 101 corresponds to the positive dead time Td2 so as to advance the turn-on of the synchronous rectification switching element 12, as shown in FIG. The level shift amount of the ramp wave a in the shift circuit 103 is reduced according to the positive dead time Td2. As a result, as shown in FIG. 4A, the turn-on delay amount of the turn-on delay signal e is reduced, and when the main switching element 11 is turned off next time (second turn-off from the left), FIG. As shown in B), the turn-on timing of the synchronous rectification switching element 12 is advanced compared to the current turn-off time. When the main switching element 11 is turned off for the second time from the left, the adjustment circuit 101 corresponds to the negative dead time Td4 (excessive cross) in order to delay the turn-on of the synchronous rectification switching element 12 as shown in FIG. As shown, the level shift amount of the ramp wave a in the level shift circuit 103 is increased according to the negative dead time Td4. As a result, as shown in FIG. 4A, the turn-on delay amount of the turn-on delay signal e is increased, and when the main switching element 11 is turned off next time (rightmost turn-off time), FIG. ), The turn-on timing of the synchronous rectification switching element 12 is delayed as compared to the current turn-off time. At the time of the rightmost turn-off of the main switching element 11, the on-timing ton of the synchronous rectification switching element 12 coincides with the mirror capacitance discharge start timing tds of the main switching element 11, so that the adjustment circuit 101 is shown in FIG. As shown, the level shift amount of the ramp wave a in the level shift circuit 103 is maintained without being changed.

図7は、図6に示したデットタイム検出器150及び調整回路101の動作により実現される貫通電流及びリカバリー電流の低減作用を示す動作波形図である。図7は、上から、メインスイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs1の波形、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の波形、メインスイッチング素子11に流れる電流I1(図1参照)の波形、及び、同期整流用スイッチング素子12に流れる電流I2(図1参照)の波形を示す。尚、図7(A)及び図7(B)の波形は、図6(A)及び図6(B)の波形と同一である。即ち、図7(C)及び図7(D)は、図6に示したデットタイム調整により実現される電流I1及びI2の波形をそれぞれ示す。   FIG. 7 is an operation waveform diagram showing a reduction effect of the through current and the recovery current realized by the operations of the dead time detector 150 and the adjustment circuit 101 shown in FIG. 7 shows, from above, the waveform of the gate-source voltage Vgs1 of the main switching element 11, the waveform of the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12, and the current I1 flowing through the main switching element 11 (see FIG. 1). And the waveform of the current I2 (see FIG. 1) flowing through the synchronous rectification switching element 12. The waveforms in FIGS. 7A and 7B are the same as those in FIGS. 6A and 6B. That is, FIGS. 7C and 7D show waveforms of currents I1 and I2 realized by the dead time adjustment shown in FIG. 6, respectively.

図7に示すように、メインスイッチング素子11の最初のターンオン時(図の最も左側)では、上述の如く同期整流用スイッチング素子12のオフタイミングtoffがメインスイッチング素子11のミラー容量充電終了タイミングtceよりもすぎるため、リカバリー電流が発生する。メインスイッチング素子11の2番目のターンオン時(図の最も左側)では、上述の如く同期整流用スイッチング素子12のオフタイミングtoffがメインスイッチング素子11のミラー容量充電終了タイミングtceよりも遅すぎるため、貫通電流が大きく流れる。同様に、メインスイッチング素子11の2番目のターンオフ時では、上述の如く同期整流用スイッチング素子12のオンタイミングtonがメインスイッチング素子11のミラー容量放電開始タイミングtdsよりも早すぎるため、貫通電流が大きく流れる。一方、メインスイッチング素子11の3番目のターンオン時(図の最も右側)では、上述の如く同期整流用スイッチング素子12のオフタイミングtoffがメインスイッチング素子11のミラー容量充電終了タイミングtceと一致するので、貫通電流が大きく流れるのが防止されつつ、適切なクロスによりリカバリー電流が低減される。同様に、メインスイッチング素子11の3番目のターンオフ時では、上述の如く同期整流用スイッチング素子12のオンタイミングtonがメインスイッチング素子11のミラー容量放電開始タイミングtdsと一致するので、貫通電流が大きく流れるのが防止される。   As shown in FIG. 7, when the main switching element 11 is turned on for the first time (the leftmost side in the figure), the off timing toff of the synchronous rectification switching element 12 is as described above from the mirror capacitance charging end timing tce of the main switching element 11. As a result, a recovery current is generated. When the main switching element 11 is turned on for the second time (the leftmost in the figure), the off timing toff of the synchronous rectification switching element 12 is too late to the mirror capacitance charging end timing tce of the main switching element 11 as described above. A large current flows. Similarly, when the main switching element 11 is turned off for the second time, since the on timing ton of the synchronous rectification switching element 12 is too earlier than the mirror capacitance discharge start timing tds of the main switching element 11 as described above, the through current is large. Flowing. On the other hand, when the main switching element 11 is turned on for the third time (the rightmost side in the figure), the off timing toff of the synchronous rectification switching element 12 coincides with the mirror capacitance charging end timing tce of the main switching element 11 as described above. While the through current is prevented from flowing largely, the recovery current is reduced by an appropriate cross. Similarly, when the main switching element 11 is turned off for the third time, since the on timing ton of the synchronous rectification switching element 12 coincides with the mirror capacitance discharge start timing tds of the main switching element 11 as described above, a large through current flows. Is prevented.

このように本実施例によれば、メインスイッチング素子11のミラー容量充電終了タイミングtce及びミラー容量放電開始タイミングtdsに、同期整流用スイッチング素子12のオフタイミングtoff及びオンタイミングtonをそれぞれ合わせることで、貫通電流が大きく流れるのを防止しつつ、スイッチングタイミングを最適にクロスさせてリカバリー損失を低減することができる。また、スイッチング時のサージ電圧が低減されるので、メインスイッチング素子11等の耐性を下げることも可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the off timing toff and the on timing ton of the synchronous rectification switching element 12 are respectively matched with the mirror capacity charging end timing tce and the mirror capacity discharge start timing tds of the main switching element 11. It is possible to reduce the recovery loss by optimally crossing the switching timing while preventing a large through current from flowing. In addition, since the surge voltage at the time of switching is reduced, it is possible to reduce the durability of the main switching element 11 and the like.

図8は、本実施例の電源装置10Aにより実行可能なスイッチング制御方法の一例を示すフローチャートである。図8に示す処理は、メインスイッチング素子11がターンオンする際のスイッチング制御方法に関するものである。   FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a switching control method that can be executed by the power supply apparatus 10A of the present embodiment. The process shown in FIG. 8 relates to a switching control method when the main switching element 11 is turned on.

ステップ1でスイッチング制御が開始されると、ステップ2において、初期設定が行われる。初期設定では、スイッチング間隔Ts(1)が初期値xに設定されると共に、スイッチング間隔Tsを短くするフラグf=−1が設定される。スイッチング間隔Tsとは、同期整流用スイッチング素子12をターンオフする時からメインスイッチング素子11をターンオンする時までの時間、即ち、ゲート信号Vg2がHighからLowに切り替わる時からゲート信号Vg1がLowからHighに切り替わる時までの時間をいう。スイッチング間隔Tsは、ゲート信号Vg1をLowからHighにしてからゲート信号Vg2をHighからLowにすることでスイッチングタイミングをクロスさせる必要上、負の値となりうる。初期値xは、安全側の正の値(クロスさせない値)であってよい。尚、スイッチング間隔Ts(k)の“k” (=0,1,2...)は、k回目のスイッチング周期であることを表し、スイッチング間隔Ts(1)は初回のスイッチング周期であることを表す。   When switching control is started in step 1, initial setting is performed in step 2. In the initial setting, the switching interval Ts (1) is set to the initial value x, and the flag f = −1 for shortening the switching interval Ts is set. The switching interval Ts is the time from when the synchronous rectification switching element 12 is turned off to when the main switching element 11 is turned on, that is, when the gate signal Vg2 is switched from High to Low, and the gate signal Vg1 is switched from Low to High. Time until switching. The switching interval Ts may be a negative value because it is necessary to cross the switching timing by changing the gate signal Vg1 from Low to High and then changing the gate signal Vg2 from High to Low. The initial value x may be a positive value on the safe side (a value that is not crossed). Note that “k” (= 0, 1, 2,...) Of the switching interval Ts (k) represents the k-th switching cycle, and the switching interval Ts (1) is the first switching cycle. Represents.

ステップ3では、今回のスイッチング間隔Ts(k)に基づくスイッチング制御実行時のデットタイムTdが検出される。即ち、メインスイッチング素子11のゲートのミラー容量充電終了タイミングtceから、同期整流用スイッチング素子12のオフタイミングtoffまでの差の時間であるデットタイムTd(=tce−toff)が検出され、その絶対値が今回値Tdhold(NEW)として保持される。   In step 3, a dead time Td when switching control is executed based on the current switching interval Ts (k) is detected. That is, a dead time Td (= tce−toff), which is a difference time from the mirror capacitor charging end timing tce of the gate of the main switching element 11 to the off timing toff of the synchronous rectification switching element 12, is detected, and its absolute value Is held as the current value Tdhold (NEW).

ステップ4では、今回値Tdhold(NEW)が前回値Tdhold(OLD)として保持される。   In step 4, the current value Tdhold (NEW) is held as the previous value Tdhold (OLD).

ステップ5では、スイッチング間隔Tsの変更処理が実行される。このとき、フラグの値が「−1」のときは、今回のスイッチング間隔Ts(k)は、前回のスイッチング間隔Ts(k−1)から所定値αを引いた値に設定される。即ち、Ts(k)=Ts(k−1)−α。一方、フラグの値が「1」のときは、今回のスイッチング間隔Ts(k)は、前回のスイッチング間隔Ts(k−1)に所定値αを足した値に設定される。即ち、Ts(k)=Ts(k−1)+α。今回が初回のルーチンである場合には、ステップ2でフラグf=−1が設定されるので、Ts(2)=x−αとされる。   In step 5, the switching interval Ts changing process is executed. At this time, when the value of the flag is “−1”, the current switching interval Ts (k) is set to a value obtained by subtracting the predetermined value α from the previous switching interval Ts (k−1). That is, Ts (k) = Ts (k−1) −α. On the other hand, when the value of the flag is “1”, the current switching interval Ts (k) is set to a value obtained by adding the predetermined value α to the previous switching interval Ts (k−1). That is, Ts (k) = Ts (k−1) + α. If this time is the first routine, the flag f = −1 is set in step 2, so that Ts (2) = x−α.

ステップ6では、ステップ5で設定したスイッチング間隔Ts(k)を用いた際の、デットタイムTd(k)が検出され、その絶対値が今回値Tdhold(NEW)として保持される。   In step 6, the dead time Td (k) when the switching interval Ts (k) set in step 5 is used is detected, and the absolute value thereof is held as the current value Tdhold (NEW).

ステップ7では、ステップ6で検出したデットタイムTdの今回値Tdhold(NEW)と、ステップ4で保持されたデットタイムTdの前回値Tdhold(OLD)とが比較される。比較の結果、今回値Tdhold(NEW)が前回値Tdhold(OLD)より小さい場合は、ステップ8に進み、それ以外の場合は、ステップ9に進む。   In step 7, the current value Tdhold (NEW) of the dead time Td detected in step 6 is compared with the previous value Tdhold (OLD) of the dead time Td held in step 4. As a result of the comparison, if the current value Tdhold (NEW) is smaller than the previous value Tdhold (OLD), the process proceeds to step 8; otherwise, the process proceeds to step 9.

ステップ8では、スイッチング間隔Tsを短くするフラグf=−1が設定されて、ステップ4に戻る。従って、その後のステップ5での処理では、即ち次のスイッチング周期(k+1)では、スイッチング間隔Ts(k+1)が所定値αだけ減少されることになる。
即ち、Ts(k+1)=Ts(k)−α。
In step 8, a flag f = −1 for shortening the switching interval Ts is set, and the process returns to step 4. Therefore, in the subsequent processing in step 5, that is, in the next switching period (k + 1), the switching interval Ts (k + 1) is decreased by the predetermined value α.
That is, Ts (k + 1) = Ts (k) −α.

ステップ9では、スイッチング間隔Tsを長くするフラグf=1が設定されて、ステップ4に戻る。従って、その後のステップ5での処理では、即ち次のスイッチング周期(k+1)では、スイッチング間隔Ts(k+1)が所定値αだけ増加されることになる。
即ち、Ts(k+1)=Ts(k)+α。
In step 9, a flag f = 1 for increasing the switching interval Ts is set, and the process returns to step 4. Therefore, in the subsequent processing in step 5, that is, in the next switching period (k + 1), the switching interval Ts (k + 1) is increased by the predetermined value α.
That is, Ts (k + 1) = Ts (k) + α.

このように本実施例では、メインスイッチング素子11のターンオン時に検出されるデットタイムが減少した場合には、次回のターンオン時のスイッチング間隔Tsを所定時間幅αで減少させ、逆にデットタイムが増加した場合には、次回のターンオン時のスイッチング間隔Tsを所定時間幅αで増加させる。これにより、デットタイムがゼロとなるようにスイッチング間隔が最適化されるので、スイッチング損失の少ないスイッチング制御を実現することができる。   As described above, in this embodiment, when the dead time detected when the main switching element 11 is turned on decreases, the switching interval Ts at the next turn-on is decreased by the predetermined time width α, and the dead time increases. In this case, the switching interval Ts at the next turn-on is increased by a predetermined time width α. Thereby, since the switching interval is optimized so that the dead time becomes zero, switching control with little switching loss can be realized.

尚、図8に示す例では、メインスイッチング素子11のターンオフが実行される毎に、検出されるデットタイムが前回値と比較され、デットタイムが減少する方向に次回メインスイッチング素子ターンオフ時のスイッチング間隔Tsが決定されているが、メインスイッチング素子11のターンオフが実行される毎に、検出されるデットタイムがゼロと比較され、デットタイムがゼロになるように次回メインスイッチング素子ターンオフ時のスイッチング間隔Tsを決定することとしてもよい。   In the example shown in FIG. 8, each time the main switching element 11 is turned off, the detected dead time is compared with the previous value, and the switching interval at the next main switching element turn-off in the direction in which the dead time decreases. Although Ts is determined, every time the main switching element 11 is turned off, the detected dead time is compared with zero, and the switching interval Ts when the main switching element is turned off next time so that the dead time becomes zero. May be determined.

また、図8に示す例は、メインスイッチング素子11がターンオンする際のスイッチング制御方法に関するものであるが、メインスイッチング素子11がターンオフする際のスイッチング制御方法についても同様であってよい。即ち、同期整流用スイッチング素子12のオンタイミングtonから、メインスイッチング素子11のゲートのミラー容量放電開始タイミングtdsまでの差の時間をデットタイムTd(=ton−tds)として検出し、当該デットタイムTdが前回値よりも小さくなるように(或いはゼロになるように)、同期整流用スイッチング素子12のターンオフのタイミング(ゲート信号Vg2をHighからLowに切り替えるタイミング)を調整すればよい。また、例えば初回のスイッチングにおいて、メインスイッチング素子11のゲートのミラー容量放電開始タイミングtdsで、ゲート信号Vg2が依然としてLowである場合には、直ちにゲート信号Vg2をLowからHighに切り替えることとしてよい。この場合、その際のスイッチング間隔Tsを初期値xとして次回周期以後のスイッチング間隔Tsが決定されてよい。   The example shown in FIG. 8 relates to the switching control method when the main switching element 11 is turned on, but the same may be applied to the switching control method when the main switching element 11 is turned off. That is, the difference time from the on timing ton of the synchronous rectification switching element 12 to the mirror capacitance discharge start timing tds of the gate of the main switching element 11 is detected as the dead time Td (= ton−tds), and the dead time Td. May be adjusted so that the synchronous rectification switching element 12 is turned off (the timing at which the gate signal Vg2 is switched from High to Low) so that becomes smaller than the previous value (or becomes zero). For example, in the first switching, when the gate signal Vg2 is still Low at the mirror capacitance discharge start timing tds of the gate of the main switching element 11, the gate signal Vg2 may be immediately switched from Low to High. In this case, the switching interval Ts after the next cycle may be determined with the switching interval Ts at that time as the initial value x.

図9は、実施例2に関わる電源装置10Bを示す主要回路図である。実施例2は、第2検出器132Aに代えて、負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出器134Bを有する点が、主に上述の実施例1と異なる。以下、上述の実施例1と同様の構成については、同様の参照符号を付して説明を省略ないし簡略化する。   FIG. 9 is a main circuit diagram illustrating a power supply device 10B according to the second embodiment. The second embodiment is mainly different from the first embodiment described above in that a load current detector 134B that detects a current flowing through a load is provided instead of the second detector 132A. Hereinafter, the same configurations as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

デットタイム制御回路124Bには、図9に示すように、第1検出器130B及び負荷電流検出器134Bが接続されている。図9に示す負荷電流検出器134Bは、平滑リアクトルの後段の電圧(DC−DCコンバータの出力電圧)を、負荷電流として検出する。第1検出器130Bは、メインスイッチング素子11をターンオンする際、メインスイッチング素子11のミラー容量充電期間の開始タイミングtcsを検出する。また、第1検出器130Bは、メインスイッチング素子11をターンオフする際、メインスイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs1に基づいて、メインスイッチング素子11のミラー容量放電期間の開始タイミングtdsを検出する。   As shown in FIG. 9, a first detector 130B and a load current detector 134B are connected to the dead time control circuit 124B. The load current detector 134B shown in FIG. 9 detects the voltage after the smoothing reactor (the output voltage of the DC-DC converter) as a load current. The first detector 130B detects the start timing tcs of the mirror capacitance charging period of the main switching element 11 when the main switching element 11 is turned on. The first detector 130 </ b> B detects the start timing tds of the mirror capacitance discharge period of the main switching element 11 based on the gate-source voltage Vgs <b> 1 of the main switching element 11 when the main switching element 11 is turned off.

図10は、図9に示す電源装置10Bに用いられてよいデットタイム制御回路124Bの一例を概略的に示す回路図である。デットタイム制御回路124Bは、主に、調整回路301と、Vg1回路301及びVg2回路303からなるゲート信号生成回路とを含む。Vg1回路301は、PWM信号生成回路123からのPWM信号に基づいて、メインスイッチング素子11のゲートに印加されるゲート信号Vg1を生成する。Vg2回路303は、PWM信号生成回路123からのPWM信号、及び、調整回路301からの指示信号(遅延時間)に基づいて、同期整流用スイッチング素子12のゲートに印加されるゲート信号Vg2を生成する。   FIG. 10 is a circuit diagram schematically showing an example of a dead time control circuit 124B that may be used in the power supply device 10B shown in FIG. The dead time control circuit 124B mainly includes an adjustment circuit 301 and a gate signal generation circuit including a Vg1 circuit 301 and a Vg2 circuit 303. Based on the PWM signal from the PWM signal generation circuit 123, the Vg1 circuit 301 generates a gate signal Vg1 that is applied to the gate of the main switching element 11. Based on the PWM signal from the PWM signal generation circuit 123 and the instruction signal (delay time) from the adjustment circuit 301, the Vg2 circuit 303 generates a gate signal Vg2 to be applied to the gate of the synchronous rectification switching element 12. .

図11は、実施例2に関わる電源装置10Bの主要な動作波形を示す図である。図11には、デットタイムTdがゼロの最適なスイッチングタイミングが実現される際の動作波形を示し、上から順に、メインスイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs1の波形、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の波形、ゲート信号Vg1の出力波形、ゲート信号Vg2の出力波形、及び、遅延時間設定用のパルス波の波形を示す。   FIG. 11 is a diagram illustrating main operation waveforms of the power supply device 10B according to the second embodiment. FIG. 11 shows operation waveforms when an optimum switching timing with zero dead time Td is realized. From the top, the waveform of the gate-source voltage Vgs1 of the main switching element 11, the synchronous rectification switching element 12 is shown. The waveform of the gate-source voltage Vgs2, the output waveform of the gate signal Vg1, the output waveform of the gate signal Vg2, and the waveform of the pulse wave for setting the delay time are shown.

デットタイム制御回路124Bは、メインスイッチング素子11をターンオンする際、第1検出器130Bからの検出結果に基づいて、メインスイッチング素子11のミラー容量充電終了タイミングtceから所定の遅延時間Tdel後に、同期整流用スイッチング素子12をターンオフさせるためにゲート信号Vg2をHighからLowに切り替える。遅延時間Tdelは、図11に示すように、メインスイッチング素子11のミラー容量充電終了タイミングtceに、同期整流用スイッチング素子12のオフタイミング(同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2が所定閾値を下回る時点)が一致するように設定される。遅延時間Tdelは、ミラー容量充電期間と、ゲート信号Vg2がローになってから同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2が所定閾値を下回るまでの時間との関係を、予め試験等により導出しておき、当該導出した関係に基づいて設定された固定値であってよい。但し、好ましくは、本実施例のように、遅延時間Tdelは、負荷電流検出器134Bにより検出される負荷電流に応じて可変される。これは、同期整流用スイッチング素子12のミラー容量充電期間は、メインスイッチング素子11に流れる電流の大きさ(即ち、負荷電流の大きさ)に依存して、変化するからである。この場合も、同様に、ミラー容量充電期間と、ゲート信号Vg2がローになってから同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2が所定閾値を下回るまでの時間との関係を、予め試験等により負荷電流の大きさを変化させながら導出しておき、当該導出した関係(例えばマップにより保持)に基づいて遅延時間Tdelが可変されてよい。   When the main switching element 11 is turned on, the dead time control circuit 124B performs synchronous rectification after a predetermined delay time Tdel from the mirror capacitance charging end timing tce of the main switching element 11 based on the detection result from the first detector 130B. In order to turn off the switching element 12, the gate signal Vg2 is switched from High to Low. As shown in FIG. 11, the delay time Tdel is set at the mirror capacitor charging end timing tce of the main switching element 11 at the off timing of the synchronous rectification switching element 12 (the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 is predetermined). Are set so as to coincide with each other. The delay time Tdel is a relationship between the mirror capacitance charging period and the time from when the gate signal Vg2 becomes low until the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 falls below a predetermined threshold, through a test or the like in advance. It may be a fixed value that is derived and set based on the derived relationship. However, preferably, as in the present embodiment, the delay time Tdel is varied according to the load current detected by the load current detector 134B. This is because the mirror capacity charging period of the synchronous rectification switching element 12 changes depending on the magnitude of the current flowing through the main switching element 11 (that is, the magnitude of the load current). Similarly, in this case, the relationship between the mirror capacitance charging period and the time from when the gate signal Vg2 goes low until the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 falls below a predetermined threshold is tested in advance. For example, the delay time Tdel may be varied based on the derived relationship (for example, held by a map).

デットタイム制御回路124Bは、図11に示すように、メインスイッチング素子11をターンオフする際、第1検出器130Bからの検出結果に基づいて、メインスイッチング素子11のゲートのミラー容量放電開始タイミングtdsを検出すると、直ちにゲート信号Vg2をLowからHighに切り替える。   As shown in FIG. 11, when the main switching element 11 is turned off, the dead time control circuit 124B sets the mirror capacitance discharge start timing tds of the gate of the main switching element 11 based on the detection result from the first detector 130B. Upon detection, the gate signal Vg2 is immediately switched from Low to High.

図12は、実施例2に関わる電源装置10Bにより実現される貫通電流及びリカバリー電流の低減作用を示す動作波形図である。図12には、デットタイムTdがゼロの最適なスイッチングタイミングが実現される際の動作波形を示し、上から順に、メインスイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs1の波形、遅延時間設定用のパルス波の波形、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の波形、メインスイッチング素子11に流れる電流I1(図9参照)の波形、及び、同期整流用スイッチング素子12に流れる電流I2(図9参照)の波形を示す。   FIG. 12 is an operation waveform diagram illustrating a reduction effect of the through current and the recovery current realized by the power supply device 10B according to the second embodiment. FIG. 12 shows an operation waveform when the optimum switching timing with zero dead time Td is realized. From the top, the waveform of the gate-source voltage Vgs1 of the main switching element 11 and the delay time setting pulse are shown. Waveform, waveform of gate-source voltage Vgs2 of synchronous rectification switching element 12, waveform of current I1 flowing through main switching element 11 (see FIG. 9), and current I2 flowing through synchronous rectification switching element 12 (FIG. 9).

図12に示すように、メインスイッチング素子11のターンオン時では、上述の如く遅延時間Tdelの適切な設定により、同期整流用スイッチング素子12のオフタイミングtoffがメインスイッチング素子11のミラー容量充電終了タイミングtceと一致するので、貫通電流が大きく流れるのが防止されつつ、適切なクロスによりリカバリー電流が低減される。同様に、メインスイッチング素子11のターンオフ時では、上述の如くメインスイッチング素子11のゲートのミラー容量放電開始タイミングtdsを検出して、同期整流用スイッチング素子12のターンオンのタイミングを決定するので、効率の良いスイッチングを実現することができる。   As shown in FIG. 12, when the main switching element 11 is turned on, the OFF timing toff of the synchronous rectification switching element 12 is set to the mirror capacitance charging end timing tce of the main switching element 11 by appropriately setting the delay time Tdel as described above. Therefore, a large amount of through current is prevented and a recovery current is reduced by appropriate crossing. Similarly, when the main switching element 11 is turned off, the mirror capacitance discharge start timing tds of the gate of the main switching element 11 is detected as described above, and the turn-on timing of the synchronous rectification switching element 12 is determined. Good switching can be realized.

本実施例によれば、上述の如く同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2を検出する手段を有していないので、上述の実施例1のように、名メインスイッチング素子11のミラー容量充電終了タイミングtceに、同期整流用スイッチング素子12のオフタイミングを、フィードバック的に適合させることができないが、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2を検出する必要のない簡易で低コストな構成により、貫通電流が大きく流れるのを防止しつつ、スイッチングタイミングを最適にクロスさせてリカバリー損失を低減することができる。   According to the present embodiment, since there is no means for detecting the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 as described above, the mirror of the nominal main switching element 11 as in the first embodiment described above. Although the off timing of the synchronous rectification switching element 12 cannot be feedback-adapted to the capacity charging end timing tce, it is simple and low that it is not necessary to detect the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12. The cost structure can reduce recovery loss by optimally crossing the switching timing while preventing large through current from flowing.

尚、本実施例において、遅延時間Tdelが過大に設定されている場合等であって、メインスイッチング素子11のゲートのミラー容量充電終了タイミングtceで、ゲート信号Vg2が依然としてHighである場合には、クロスが過大であるため、直ちにゲート信号Vg2をHighからLowに切り替えることとしてよい。   In this embodiment, when the delay time Tdel is set excessively, and when the gate signal Vg2 is still High at the mirror capacitance charge end timing tce of the gate of the main switching element 11, Since the cross is excessive, the gate signal Vg2 may be immediately switched from High to Low.

図13は、実施例3に関わる電源装置10Cを示す主要回路図である。実施例3は、第1検出器130Aを無くした点が、主に上述の実施例1と異なる。以下、上述の実施例1と同様の構成については、同様の参照符号を付して説明を省略ないし簡略化する。デットタイム制御回路124Cには、第2検出器132Cが接続されている。   FIG. 13 is a main circuit diagram illustrating a power supply device 10C according to the third embodiment. The third embodiment is mainly different from the first embodiment described above in that the first detector 130A is eliminated. Hereinafter, the same configurations as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified. A second detector 132C is connected to the dead time control circuit 124C.

デットタイム制御回路124Cは、図10に示したデットタイム制御回路124Bと同様、調整回路301と、Vg1回路301及びVg2回路303からなるゲート信号生成回路とを含む。Vg1回路301は、PWM信号生成回路123からのPWM信号に基づいて、メインスイッチング素子11のゲートに印加されるゲート信号Vg1を生成する。Vg2回路303は、PWM信号生成回路123からのPWM信号、及び、調整回路301からの指示信号(遅延時間)に基づいて、同期整流用スイッチング素子12のゲートに印加されるゲート信号Vg2を生成する。   Similarly to the dead time control circuit 124B shown in FIG. 10, the dead time control circuit 124C includes an adjustment circuit 301 and a gate signal generation circuit including a Vg1 circuit 301 and a Vg2 circuit 303. Based on the PWM signal from the PWM signal generation circuit 123, the Vg1 circuit 301 generates a gate signal Vg1 that is applied to the gate of the main switching element 11. Based on the PWM signal from the PWM signal generation circuit 123 and the instruction signal (delay time) from the adjustment circuit 301, the Vg2 circuit 303 generates a gate signal Vg2 to be applied to the gate of the synchronous rectification switching element 12. .

図14は、同期整流用スイッチング素子12の寄生成分等価回路を示す。図14において、参照符号101aは、ゲート・ドレイン間容量を表し、参照符号101bは、ゲート・ソース間容量を表し、参照符号101cは、ドレイン・ソース間容量を表し、101dは寄生ダイオードを表し、参照符号G,D,Sは、それぞれゲート端子、ドレイン端子、ソース端子をそれぞれ表す。後述のゲート・ソース間電圧Vgs2の持ち上がり又は持ち下がりは、ドレイン・ソース間の電位の上昇又は下降時に生ずるこれらの寄生容量101a、101b、101cの充電又は放電に起因して発生する。   FIG. 14 shows a parasitic component equivalent circuit of the synchronous rectification switching element 12. In FIG. 14, reference numeral 101a represents a gate-drain capacitance, reference numeral 101b represents a gate-source capacitance, reference numeral 101c represents a drain-source capacitance, 101d represents a parasitic diode, Reference symbols G, D, and S represent a gate terminal, a drain terminal, and a source terminal, respectively. The rise or fall of the gate-source voltage Vgs2, which will be described later, is caused by charging or discharging of these parasitic capacitances 101a, 101b, and 101c that occur when the potential between the drain and source rises or falls.

図15は、実施例3に関わる電源装置10Cの主要な動作波形を示す図である。図15には、デットタイムTdがゼロの最適なスイッチングタイミングが実現される際の動作波形を示し、上から順に、メインスイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs1の波形、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の波形、メインスイッチング素子11に流れる電流I1(図9参照)の波形、メインスイッチング素子11と同期整流用スイッチング素子12との中点電圧(交点電圧)V1の波形、ゲート信号Vg1の出力波形、ゲート信号Vg2の出力波形、及び、遅延時間設定用のパルス波の波形を示す。   FIG. 15 is a diagram illustrating main operation waveforms of the power supply device 10C according to the third embodiment. FIG. 15 shows operation waveforms when the optimum switching timing with zero dead time Td is realized. From the top, the waveform of the gate-source voltage Vgs1 of the main switching element 11, the switching element 12 for synchronous rectification, and the like. , The waveform of the gate-source voltage Vgs2 of the current, the waveform of the current I1 flowing through the main switching element 11 (see FIG. 9), the waveform of the midpoint voltage (intersection voltage) V1 between the main switching element 11 and the synchronous rectification switching element 12, The output waveform of the gate signal Vg1, the output waveform of the gate signal Vg2, and the waveform of the pulse wave for setting the delay time are shown.

図15(A)及び図15(E)に示すように、ゲート信号Vg1がローからハイになると、ドライバ141(図13参照)がメインスイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs1を次第に上昇させる。ゲート・ソース間電圧Vgs1が上昇すると、図15(D)に示すように、電流I1が略0Aから上昇し始める。これに伴って、図15(C)に示すように、中点電圧V1が上昇する。中点電圧V1が上昇すると、図15(B)に示すように、同期整流用スイッチング素子12の寄生容量に従って同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2が持ち上がる。第2検出器132Cは、メインスイッチング素子11をターンオンする際に、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2をモニタし、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2が所定閾値を越えると、ゲート・ソース間電圧Vgs2の持ち上がりが発生したと判断し、その旨の信号をデットタイム制御回路124Cに出力する。所定閾値は、同期整流用スイッチング素子12のハイ出力ゲート電圧よりも大きな値であって、持ち上がリ時に増加しうる電圧の大きさに応じた適切な値に設定される。   As shown in FIGS. 15A and 15E, when the gate signal Vg1 changes from low to high, the driver 141 (see FIG. 13) gradually increases the gate-source voltage Vgs1 of the main switching element 11. When the gate-source voltage Vgs1 rises, the current I1 starts to rise from about 0A as shown in FIG. Along with this, as shown in FIG. 15C, the midpoint voltage V1 increases. When the midpoint voltage V1 rises, the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 increases according to the parasitic capacitance of the synchronous rectification switching element 12, as shown in FIG. The second detector 132C monitors the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 when the main switching element 11 is turned on, and the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 is a predetermined threshold value. If it exceeds, it is determined that the gate-source voltage Vgs2 has risen, and a signal to that effect is output to the dead time control circuit 124C. The predetermined threshold value is larger than the high output gate voltage of the synchronous rectification switching element 12, and is set to an appropriate value according to the magnitude of the voltage that can increase when the lifting is performed.

デットタイム制御回路124Cは、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の持ち上がりが検出されると、同期整流用スイッチング素子12をターンオフさせるためにゲート信号Vg2をHighからLowに切り替える。より好ましくは、デットタイム制御回路124Cは、図15(F)に示すように、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の持ち上がり検出時点から所定の遅延時間Tdel後に、同期整流用スイッチング素子12をターンオフさせるためにゲート信号Vg2をHighからLowに切り替える。   When the rise of the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 is detected, the dead time control circuit 124C switches the gate signal Vg2 from High to Low in order to turn off the synchronous rectification switching element 12. More preferably, as shown in FIG. 15 (F), the dead time control circuit 124C performs the synchronous rectification switching after a predetermined delay time Tdel from the time when the rise of the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 is detected. In order to turn off the element 12, the gate signal Vg2 is switched from High to Low.

ゲート信号Vg2がHighからLowに切り替えられると、ドライバ142(図13参照)が同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2を次第に下降させる。ゲート・ソース間電圧Vgs2は、図15(B)及びに図15(D)示すように、電流I1が略0Aから上昇し始めた後コイル電流ILと略同じ電流となる前までには(好ましくはコイル電流ILと略同じ電流となるタイミングで)、同期整流用スイッチング素子12をオフにする電圧まで下降される。即ち、遅延時間Tdelは、好ましくは、上述の実施例2と同様の考え方で、メインスイッチング素子11のミラー容量充電終了タイミングtce(コイル電流ILと略同じ電流となるタイミング)に、同期整流用スイッチング素子12のオフタイミング(同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2が所定閾値を下回る時点)が一致するように設定される。遅延時間Tdelは、ゲート・ソース間電圧Vgs2の持ち上がり検出時点から電流I1がコイル電流ILになる時点までの時間と、ゲート信号Vg2がローになってから同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2が所定閾値を下回るまでの時間との関係を、予め試験等により導出しておき、当該導出した関係に基づいて設定された固定値であってよい。電流I1がコイル電流ILになるまでの時間は、負荷電流により変化するので、遅延時間Tdelは、負荷電流や回路遅延に対応した値に設定される。   When the gate signal Vg2 is switched from High to Low, the driver 142 (see FIG. 13) gradually lowers the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12. As shown in FIG. 15B and FIG. 15D, the gate-source voltage Vgs2 is (preferably) before the current I1 starts to increase from about 0A and before it becomes substantially the same as the coil current IL. Is reduced to a voltage that turns off the synchronous rectification switching element 12 at a timing when the current becomes substantially the same as the coil current IL. That is, the delay time Tdel is preferably switched for synchronous rectification at the mirror capacitance charge end timing tce (the timing at which the current becomes substantially the same as the coil current IL) of the main switching element 11 based on the same concept as in the second embodiment. The off-timing of the element 12 (when the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 falls below a predetermined threshold) is set to coincide. The delay time Tdel is the time from when the rise of the gate-source voltage Vgs2 is detected to the time when the current I1 becomes the coil current IL, and between the gate and source of the synchronous rectification switching element 12 after the gate signal Vg2 becomes low. The relationship with the time until the voltage Vgs2 falls below the predetermined threshold may be derived in advance by a test or the like, and may be a fixed value set based on the derived relationship. Since the time until the current I1 becomes the coil current IL varies depending on the load current, the delay time Tdel is set to a value corresponding to the load current and the circuit delay.

同様に、図15(A)及び図15(E)に示すように、ゲート信号Vg1がハイからローになると、ドライバ142(図13参照)がメインスイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs1を次第に下降させる。この後、図15(C)に示すように、中点電圧V1が低下する。中点電圧V1が低下すると、図15(B)に示すように、同期整流用スイッチング素子12の寄生容量に従って同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2が持ち下がる。第2検出器132Cは、メインスイッチング素子11をターンオフする際に、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2をモニタし、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2が所定閾値を下回ると、ゲート・ソース間電圧Vgs2の持ち下がりが発生したと判断し、その旨の信号をデットタイム制御回路124Cに出力する。所定閾値は、同期整流用スイッチング素子12のロー出力ゲート電圧よりも小さい値であって、持ち下がり時に減少しうる電圧の大きさに応じた適切な値に設定される。   Similarly, as shown in FIGS. 15A and 15E, when the gate signal Vg1 changes from high to low, the driver 142 (see FIG. 13) gradually increases the gate-source voltage Vgs1 of the main switching element 11. Lower. Thereafter, as shown in FIG. 15C, the midpoint voltage V1 decreases. When the midpoint voltage V1 decreases, the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 increases according to the parasitic capacitance of the synchronous rectification switching element 12, as shown in FIG. The second detector 132C monitors the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 when the main switching element 11 is turned off, and the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 is a predetermined threshold value. If it falls below, it is determined that the gate-source voltage Vgs2 has dropped, and a signal to that effect is output to the dead time control circuit 124C. The predetermined threshold value is smaller than the low output gate voltage of the synchronous rectification switching element 12, and is set to an appropriate value according to the magnitude of the voltage that can be reduced when the switch is lowered.

デットタイム制御回路124Cは、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の持ち下がりが検出されると、図15(F)に示すように、同期整流用スイッチング素子12をターンオンさせるためにゲート信号Vg2をLowからHighに切り替える。   When the fall of the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 is detected, the dead time control circuit 124C turns on the synchronous rectification switching element 12 as shown in FIG. The gate signal Vg2 is switched from Low to High.

本実施例によれば、メインスイッチング素子11のターンオン時では、上述の如く同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の持ち上がりを検出して、同期整流用スイッチング素子12のオフタイミングtoffを、メインスイッチング素子11のミラー容量充電終了タイミングtceと一致するように調整するので、貫通電流が大きく流れるのが防止されつつ、適切なクロスによりリカバリー電流が低減される。同様に、メインスイッチング素子11のターンオフ時では、上述の如く同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の持ち下がりを検出して、同期整流用スイッチング素子12のターンオンのタイミングを決定するので、効率の良いスイッチングを実現することができる。   According to the present embodiment, when the main switching element 11 is turned on, the rising of the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 is detected as described above, and the off timing toff of the synchronous rectification switching element 12 is set. Since the adjustment is made so as to coincide with the mirror capacitance charging end timing tce of the main switching element 11, a large amount of through current is prevented, and the recovery current is reduced by appropriate crossing. Similarly, when the main switching element 11 is turned off, the fall of the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 is detected as described above, and the turn-on timing of the synchronous rectification switching element 12 is determined. Efficient switching can be realized.

尚、本実施例において、負荷電流が小さい場合には上記の持ち上がり及び持ち下がりの検出が困難になるのを鑑みて、負荷電流が所定値よりも大きい場合に限って、上述の持ち上がり及び持ち下がりの検出結果に基づくスイッチング制御を実行することとしてもよい。また、同様の考え方で、他のオンオフ切換条件と組み合わせてもよく、この場合、持ち上がり及び持ち下がりが検出された場合だけ、当該検出結果に基づいてゲート信号Vg2のHigh/Loの切替を実現し、負荷電流が小さく持ち上がり及び持ち下がりが検出されない場合には、他のオンオフ切換条件に基づいてゲート信号Vg2のHigh/Loの切替を実現してもよい。   In this embodiment, when the load current is small, it is difficult to detect the lifting and lowering, and the above lifting and lowering are performed only when the load current is larger than a predetermined value. Switching control based on the detection result may be performed. In addition, in the same way, it may be combined with other on / off switching conditions. In this case, only when the lifting and the lowering are detected, the High / Lo switching of the gate signal Vg2 is realized based on the detection result. When the load current is small and no lifting or lowering is detected, the High / Lo switching of the gate signal Vg2 may be realized based on other on / off switching conditions.

図16は、実施例4に関わる電源装置10Dを示す主要回路図である。実施例4は、負荷電流検出器134Dを追加した点が、主に上述の実施例3と異なる。以下、上述の実施例1と同様の構成については、同様の参照符号を付して説明を省略ないし簡略化する。   FIG. 16 is a main circuit diagram illustrating a power supply device 10D according to the fourth embodiment. The fourth embodiment is mainly different from the third embodiment described above in that a load current detector 134D is added. Hereinafter, the same configurations as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

デットタイム制御回路124Dには、図16に示すように、第2検出器132D及び負荷電流検出器134Dが接続されている。図16に示す負荷電流検出器134Dは、平滑リアクトルの後段の電圧(DC−DCコンバータの出力電圧)を、負荷電流として検出する。第2検出器132Dは、メインスイッチング素子11をターンオンする際、メインスイッチング素子11のミラー容量充電期間の開始タイミングtcsを検出する。また、第2検出器132Dは、メインスイッチング素子11をターンオンする際、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の持ち上がりを検出すると共に、メインスイッチング素子11をターンオフする際、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の持ち下がりを検出する。   As shown in FIG. 16, a second detector 132D and a load current detector 134D are connected to the dead time control circuit 124D. The load current detector 134D shown in FIG. 16 detects the voltage after the smoothing reactor (the output voltage of the DC-DC converter) as a load current. The second detector 132D detects the start timing tcs of the mirror capacitance charging period of the main switching element 11 when the main switching element 11 is turned on. The second detector 132D detects a rise in the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 when the main switching element 11 is turned on, and synchronous rectification when the main switching element 11 is turned off. The falling of the gate-source voltage Vgs2 of the switching element 12 is detected.

デットタイム制御回路124Dは、同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2の持ち上がりが検出されると、当該検出時点から所定の遅延時間Tdel後に、同期整流用スイッチング素子12をターンオフさせるためにゲート信号Vg2をHighからLowに切り替える。本実施例では、デットタイム制御回路124Dは、所定の遅延時間Tdelを、負荷電流検出器134Dにより検出される負荷電流に応じて可変させる。これは、同期整流用スイッチング素子12のミラー容量充電期間(電流I1が略0Aから上昇し始めてからコイル電流ILと略同じ電流となるまでの時間)は、メインスイッチング素子11に流れる電流の大きさ(即ち、負荷電流の大きさ)に依存して、変化するからである。この場合、電流I1が略0Aから上昇し始めてからコイル電流ILと略同じ電流となるまでの時間と、ゲート信号Vg2がローになってから同期整流用スイッチング素子12のゲート・ソース間電圧Vgs2が所定閾値を下回るまでの時間との関係を、予め試験等により負荷電流の大きさを変化させながら導出しておき、当該導出した関係(例えばマップにより保持)に基づいて可変されてよい。   When the rise of the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 is detected, the dead time control circuit 124D is configured to turn off the synchronous rectification switching element 12 after a predetermined delay time Tdel from the detection time. The gate signal Vg2 is switched from High to Low. In the present embodiment, the dead time control circuit 124D varies the predetermined delay time Tdel according to the load current detected by the load current detector 134D. This is because the mirror capacitance charging period of the synchronous rectification switching element 12 (the time from when the current I1 starts to rise from about 0A until it becomes substantially the same as the coil current IL) is the magnitude of the current flowing through the main switching element 11. This is because it varies depending on (that is, the magnitude of the load current). In this case, the time from when the current I1 starts to rise from about 0A until it becomes substantially the same as the coil current IL, and the gate-source voltage Vgs2 of the synchronous rectification switching element 12 after the gate signal Vg2 becomes low is The relationship with the time until the value falls below the predetermined threshold value may be derived in advance by changing the magnitude of the load current by a test or the like, and may be varied based on the derived relationship (for example, held by a map).

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

例えば、上述の実施例では、メインスイッチング素子11及び同期整流用スイッチング素子12は、MOSFETからなっているが、メインスイッチング素子11’及び同期整流用スイッチング素子12’は、図17に示すように、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)からなってもよい。この場合、上記の説明において、メインスイッチング素子11の「ゲート・ソース間電圧Vgs1」及び同期整流用スイッチング素子12の「ゲート・ソース間電圧Vgs2」を、メインスイッチング素子11’の「ゲート・エミッタ間電圧Vge1」及び同期整流用スイッチング素子12’の「ゲート・エミッタ間電圧Vge2」とそれぞれ置き替える(読み替える)。このようなIGBTを用いた構成によっても、上述の実施例と同様、貫通電流が大きく流れるのを防止しつつ、スイッチングタイミングを最適にクロスさせてリカバリー損失を低減することは可能である。   For example, in the above-described embodiment, the main switching element 11 and the synchronous rectification switching element 12 are made of MOSFETs, but the main switching element 11 ′ and the synchronous rectification switching element 12 ′ are, as shown in FIG. It may consist of IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). In this case, in the above description, the “gate-source voltage Vgs1” of the main switching element 11 and the “gate-source voltage Vgs2” of the synchronous rectification switching element 12 are the same as the “gate-emitter voltage” of the main switching element 11 ′. The voltage Vge1 ”and the“ gate-emitter voltage Vge2 ”of the switching element 12 ′ for synchronous rectification are respectively replaced (read). Even with such a configuration using an IGBT, it is possible to reduce the recovery loss by optimally crossing the switching timing while preventing a large amount of through current from flowing as in the above-described embodiment.

また、上述の実施例では、出力電圧VOUTを決定するメインスイッチング素子11のスイッチングタイミングはPWM信号のデューティのみに支配されており、デットタイムTdの調整は、専ら、同期整流用スイッチング素子12のスイッチングタイミングのみを可変して実現されている。これにより、PWM信号のデューティを変化させることなく、デットタイムTdを調整できる。これとは対照的に、メインスイッチング素子11のスイッチングタイミングを可変してデットタイムTdの調整を行う構成では、PWM信号で調整されたデューティを再調整する必要が生じ、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の特性が低下する。但し、本発明は、かかる構成を除外するものではなく、かかる構成においても、貫通電流が大きく流れるのを防止しつつ、スイッチングタイミングを最適にクロスさせてリカバリー損失を低減することは可能である。   In the above-described embodiment, the switching timing of the main switching element 11 that determines the output voltage VOUT is governed only by the duty of the PWM signal, and the adjustment of the dead time Td is exclusively performed by the switching of the synchronous rectification switching element 12. It is realized by changing only the timing. Thereby, the dead time Td can be adjusted without changing the duty of the PWM signal. In contrast, in the configuration in which the switching time of the main switching element 11 is varied to adjust the dead time Td, it is necessary to readjust the duty adjusted by the PWM signal, and the feedforward control and the feedback control are performed. Characteristics are degraded. However, the present invention does not exclude such a configuration. Even in such a configuration, it is possible to optimally cross the switching timing and reduce the recovery loss while preventing a large amount of through current from flowing.

本発明によるスイッチング素子制御装置に関わる電源装置10Aの一実施例を示す主要回路図である。It is a main circuit diagram showing one embodiment of a power supply device 10A related to a switching element control device according to the present invention. PWM信号生成回路123の一例を示す回路図である。3 is a circuit diagram illustrating an example of a PWM signal generation circuit 123. FIG. 図1に示す電源装置10Aに用いられてよいデットタイム制御回路124Aの一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a dead time control circuit 124A that may be used in the power supply device 10A shown in FIG. デットタイム制御回路124Aにより実現されるデットタイム制御時の各ポイントでの出力波形を示す図である(その1)。It is a figure which shows the output waveform in each point at the time of the dead time control implement | achieved by the dead time control circuit 124A (the 1). デットタイム制御回路124Aにより実現されるデットタイム制御時の各ポイントでの出力波形を示す図である(その2)。It is a figure which shows the output waveform in each point at the time of the dead time control implement | achieved by the dead time control circuit 124A (the 2). デットタイム検出器150及び調整回路101の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform of the dead time detector 150 and the adjustment circuit 101. FIG. 図6に示したデットタイム検出器150及び調整回路101の動作により実現される貫通電流及びリカバリー電流の低減作用を示す動作波形図である。FIG. 7 is an operation waveform diagram showing a through current and recovery current reduction effect realized by the operations of the dead time detector 150 and the adjustment circuit 101 shown in FIG. 6. 本実施例の電源装置10Aにより実行可能なスイッチング制御方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the switching control method which can be performed by 10 A of power supply devices of a present Example. 実施例2に関わる電源装置10Bを示す主要回路図である。FIG. 6 is a main circuit diagram showing a power supply device 10B according to a second embodiment. 図9に示す電源装置10Bに用いられてよいデットタイム制御回路124Bの一例を概略的に示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram schematically showing an example of a dead time control circuit 124B that may be used in the power supply device 10B shown in FIG. 9. 実施例2に関わる電源装置10Bの主要な動作波形を示す図である。It is a figure which shows the main operation | movement waveforms of the power supply device 10B in connection with Example 2. FIG. 実施例2に関わる電源装置10Bにより実現される貫通電流及びリカバリー電流の低減作用を示す動作波形図である。It is an operation | movement waveform diagram which shows the reduction | restoration effect | action of the penetration current and recovery current implement | achieved by the power supply device 10B in connection with Example 2. FIG. 実施例3に関わる電源装置10Cを示す主要回路図である。FIG. 10 is a main circuit diagram showing a power supply device 10C according to a third embodiment. 同期整流用スイッチング素子12の寄生成分等価回路を示す図である。3 is a diagram illustrating a parasitic component equivalent circuit of the synchronous rectification switching element 12. FIG. 実施例3に関わる電源装置10Cの主要な動作波形を示す図である。It is a figure which shows the main operation | movement waveforms of the power supply device 10C in connection with Example 3. FIG. 実施例4に関わる電源装置10Dを示す主要回路図である。FIG. 10 is a main circuit diagram showing a power supply device 10D according to a fourth embodiment. IGBTをスイッチング素子として用いる電源装置の一実施例を示す主要回路図である。It is a main circuit diagram which shows one Example of the power supply device which uses IGBT as a switching element.

符号の説明Explanation of symbols

10A〜10D 電源装置
11 メインスイッチング素子
12 同期整流用スイッチング素子
123 PWM信号生成回路
124A〜124D デットタイム制御回路
130A、130B 第1検出器
132A、132C、132D 第2検出器
134B、134D 負荷電流検出器
10A to 10D Power supply device 11 Main switching element 12 Synchronous rectification switching element 123 PWM signal generation circuit 124A to 124D Dead time control circuit 130A, 130B First detector 132A, 132C, 132D Second detector 134B, 134D Load current detector

Claims (11)

直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
第1スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出するゲート・ソース間電圧検出手段と
第2スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出する第2ゲート・ソース間電圧検出手段とを備え、
ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第1スイッチング素子のターンオンの際における第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が上昇してから略一定となってその後再び上昇する当該上昇再開タイミングを検出し、
第2ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第2スイッチング素子のターンオフの際における第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が所定値を下回るタイミングを検出し、
第1スイッチング素子のターンオンの際における第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が上昇してから略一定となってその後再び上昇する当該上昇再開タイミングと、第2スイッチング素子のターンオフの際における第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が所定値を下回るタイミングと、が略一致するように、第2スイッチング素子のターンオフのタイミングを調整することを特徴とする、スイッチング素子制御装置。
A first switching element and a second switching element connected in series;
Gate-source voltage detection means for detecting a voltage between the gate and source of the first switching element ;
A second gate-source voltage detecting means for detecting a voltage between the gate and the source of the second switching element ;
Based on the output result of the gate-source voltage detection means, when the first switching element is turned on, the gate-source voltage of the first switching element rises to become substantially constant and then rises again. Detect the timing,
Based on the output result of the second gate-source voltage detection means, the timing at which the gate-source voltage of the second switching element at the time of turn-off of the second switching element falls below a predetermined value is detected,
When the first switching element is turned on, the gate-source voltage of the first switching element rises to become substantially constant and then rises again, and the second restarting timing when the second switching element is turned off. A switching element control device that adjusts the turn-off timing of the second switching element so that the timing at which the gate-source voltage of the switching element falls below a predetermined value substantially matches .
直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
第1スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出するゲート・ソース間電圧検出手段とを備え、
ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第1スイッチング素子のターンオンの際における第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧がその上昇途中に一時的に略一定となる当該電圧一定期間開始タイミングを検出し、
該検出した電圧一定期間開始タイミングから所定の遅延時間が経過した後に、第2スイッチング素子に対するゲート信号をHighからLoに切替えることを特徴とする、スイッチング素子制御装置。
A first switching element and a second switching element connected in series;
Gate-source voltage detecting means for detecting a voltage between the gate and source of the first switching element;
Based on the output result of the gate-source voltage detecting means, the voltage-to-voltage period starts when the gate-source voltage of the first switching element at the time of turn-on of the first switching element temporarily becomes substantially constant during its rise. Detect the timing,
After a predetermined delay time from the constant voltage period start timing the detected has passed, and switches the gate signals for the second switching element from High to Lo, the switching element control device.
前記所定の遅延時間が経過する前に、上昇途中に一時的に略一定となった第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が再び上昇した場合には、第2スイッチング素子に対するゲート信号をHighからLoに切替える、請求項にスイッチング素子制御装置。 If the gate-source voltage of the first switching element, which has become temporarily substantially constant during the rise, rises again before the predetermined delay time elapses, the gate signal for the second switching element is changed from High. The switching element control device according to claim 2 , wherein the switching element control device is switched to Lo. 負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出手段を備え、
前記所定の遅延時間を、負荷電流の大きさに応じて変化させる、請求項2又は3にスイッチング素子制御装置。
Load current detection means for detecting the current flowing through the load,
The switching element control device according to claim 2 or 3 , wherein the predetermined delay time is changed according to a magnitude of a load current.
直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
第1スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出するゲート・ソース間電圧検出手段と
第2スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出する第2ゲート・ソース間電圧検出手段とを備え、
ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第1スイッチング素子のターンオフの際における第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧がその下降途中に一時的に略一定となる当該電圧一定期間開始タイミングを検出し、
第2ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第2スイッチング素子のターンオンの際における第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が上昇してから所定値を上回るタイミングを検出し、
第1スイッチング素子のターンオフの際における第1スイッチング素子のゲート・ソース間電圧がその下降途中に一時的に略一定となる当該電圧一定期間開始タイミングと、第2スイッチング素子のターンオンの際における第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が上昇してから所定値を上回るタイミングと、が略一致するように、第2スイッチング素子のターンオンのタイミングを調整することを特徴とする、スイッチング素子制御装置。
A first switching element and a second switching element connected in series;
Gate-source voltage detection means for detecting a voltage between the gate and source of the first switching element ;
A second gate-source voltage detecting means for detecting a voltage between the gate and the source of the second switching element ;
Based on the output result of the gate-source voltage detection means, the fixed-voltage period starts when the gate-source voltage of the first switching element at the time of turn-off of the first switching element temporarily becomes substantially constant during the fall. Detect the timing,
Based on the output result of the second gate-source voltage detection means, the timing at which the gate-source voltage of the second switching element rises when the second switching element is turned on and a timing exceeding a predetermined value is detected,
When the first switching element is turned off, the gate-source voltage of the first switching element temporarily becomes substantially constant in the middle of the decrease, and the voltage constant period start timing is second, and the second switching element is turned on. A switching element control device, characterized by adjusting a turn-on timing of the second switching element so that a timing exceeding a predetermined value after the gate-source voltage of the switching element rises substantially matches .
前記電圧一定期間開始タイミング発生しても第2スイッチング素子に対するゲート信号がLoである場合には、第2スイッチング素子に対するゲート信号をLoからHighに切替える、請求項にスイッチング素子制御装置。 6. The switching element control device according to claim 5 , wherein if the gate signal for the second switching element is Lo even when the voltage constant period start timing occurs , the gate signal for the second switching element is switched from Lo to High. 直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
第2スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出するゲート・ソース間電圧検出手段とを備え、
ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第1スイッチング素子のターンオンの際に第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が所定値よりも大きくなる時点から所定の遅延時間後に、第2スイッチング素子に対するゲート信号をHighからLoに切替えることを特徴とする、スイッチング素子制御装置。
A first switching element and a second switching element connected in series;
Gate-source voltage detecting means for detecting a voltage between the gate and source of the second switching element;
Based on the output result of the gate-source voltage detecting means, the second switching element is turned on after a predetermined delay time from the time when the gate-source voltage of the second switching element becomes larger than a predetermined value when the first switching element is turned on . A switching element control device, wherein the gate signal for the switching element is switched from High to Lo .
直列に接続された第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
第2スイッチング素子のゲートとソース間の電圧を検出するゲート・ソース間電圧検出手段とを備え、
ゲート・ソース間電圧検出手段の出力結果に基づいて、第1スイッチング素子のターンオフの際に第2スイッチング素子のゲート・ソース間電圧が所定値よりも小さくなった時点で、第2スイッチング素子に対するゲート信号をLoからHighに切替えることを特徴とする、スイッチング素子制御装置。
A first switching element and a second switching element connected in series;
Gate-source voltage detecting means for detecting a voltage between the gate and source of the second switching element;
Based on the output result of the gate-source voltage detection means, when the gate-source voltage of the second switching element becomes smaller than a predetermined value when the first switching element is turned off, the gate for the second switching element is A switching element control device, wherein the signal is switched from Lo to High .
同期整流型のDC−DCコンバータにおける電圧制御に用いられる請求項1〜のいずれかに記載のスイッチング素子制御装置において、
第1のスイッチング素子は、メインスイッチング素子であり、第2のスイッチング素子は、同期整流用スイッチング素子である、スイッチング素子制御装置。
The switching element control device according to any one of claims 1 to 8 , which is used for voltage control in a synchronous rectification type DC-DC converter.
The switching element control device, wherein the first switching element is a main switching element, and the second switching element is a synchronous rectification switching element.
前記第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子は、MOSFETである、請求項1〜のいずれかに記載のスイッチング素子制御装置。 It said first and second switching elements is a MOSFET, the switching element control device according to any one of claims 1-9. 前記第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であり、前記ゲート・ソース間電圧は、ゲート・エミッタ間電圧に置き換えられる、請求項1〜のいずれかに記載のスイッチング素子制御装置。 Said first and second switching elements are IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), the gate-source voltage is replaced with the gate-emitter voltage, according to any one of claims 1-9 Switching element control device.
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