JP5019819B2

JP5019819B2 - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JP5019819B2
Application number: JP2006211784A
Authority: JP
Inventors: 義則小林
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: JP2008043007A

Description

本発明は、一次・二次間をトランスで絶縁し、一次側に複数のスイッチを備えたブリッジ回路を備えたフルブリッジ型のスイッチング電源装置に関するものである。

従来の一次・二次間をトランス１５で絶縁し、一次側にハイサイドスイッチ１０，１２とローサイドスイッチ１１，１３をそれぞれ二つずつ設けて、ハイサイドスイッチ１０，１２とローサイドスイッチ１１，１３が交互にオン・オフするフルブリッジ型のスイッチング電源装置を図８に示す。このスイッチング電源装置は、二次側に整流スイッチを設け、この整流スイッチの制御端子に自己発振防止回路１７を接続してある。この自己発振防止回路１７は、整流スイッチの制御端子とアノードで接続するダイオード２０と、このダイオード２０と接続する抵抗２１と、この抵抗に接続するＭＯＳＦＥＴで構成したスイッチ２２と、このスイッチ２２のゲートに接続するフォトカプラ１８とを有する。この自己発振防止回路１７は一次側に接続してある。（特許文献１参照）。
特開２００５−３２３４６３公報

しかし、図９の動作波形図で示すように、前記スイッチをオフさせる場合、二次側の出力端子に電源を接続している場合、二次側に設けた整流スイッチが低周波数の自己発振を行い、一次側にエネルギを放出し、一次側スイッチ１０，１１，１２，１３の破損を引き起こすという問題点がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、自己発振を抑制し、一次側のスイッチの破損を防止するフルブリッジ型のスイッチング電源装置を提供する。

上記課題を解決するため、本発明に係るスイッチング電源装置は、一次・二次間をトランスで絶縁し、一次側にハイサイドスイッチとローサイドスイッチをそれぞれ二つずつ設けて該ハイサイドスイッチと該ローサイドスイッチが交互にオン・オフするフルブリッジ型のスイッチング電源装置において、前記二つのハイサイドスイッチを同時にオフさせるとともに、前記二つのローサイドスイッチを同時にオンさせる自己発振防止回路を備えてあることを特徴とする。

前記ローサイドスイッチの制御端子に駆動回路を接続し、この駆動回路の入力端子に、抵抗を介して、前記二次側の出力に応じてデューティを制御する制御回路を接続してあることを特徴とする。
また、前記抵抗と並列にコンデンサを接続してあることを特徴とする。

前記駆動回路の入力端子に、整流素子を介して、前記自己発振防止回路を接続してあることを特徴とする。
前記整流素子と前記自己発振防止回路との間に遅延回路を接続してあることを特徴とする。

本発明によれば、上記構成により、二つのハイサイドスイッチを同時にオフさせるとともに、二つのローサイドスイッチを同時にオンさせることにより、瞬時の二次側の駆動も停止するため、自己発振を抑制することができる。

本発明によれば、上記構成により、また、駆動回路と制御回路との間に抵抗とコンデンサとの並列回路を接続することにより、抵抗値を大きくすることができ、一次側のスイッチが停止する期間後の損失が大幅に低減できる。

本発明によれば、駆動回路と自己発振防止回路との間に整流素子を接続し、この整流素子と自己発振防止回路との間に遅延回路を接続することにより、一次側のスイッチが停止する直後の貫通電流を防ぐことができる。

図１は本発明を実施するための最良の形態を示すものである。本実施例に係るスイッチング電源装置は、一次・二次間をトランス１５で絶縁し、二次側には整流スイッチを備えてある。また、二次側に負荷を接続してある。但し、本発明では二次側の回路については特定しない。

一次側に直流電源２３を設け、この直流電源２３に、ハイサイドスイッチ１０，１２とローサイドスイッチ１１，１３をそれぞれ二つずつ設けてなるブリッジ回路を接続してある。このブリッジ回路はハイサイドスイッチ１０，１２とローサイドスイッチ１１，１３が襷がけで交互にオン・オフするフルブリッジ型のスイッチング電源装置を構成する。本実施例ではハイサイドスイッチ１０，１２並びにローサイドスイッチ１１，１３をＭＯＳＦＥＴで構成してある。また、このスイッチング電源装置は一方のハイサイドスイッチ１０とローサイドスイッチ１１との接続点とトランス１５の一次巻線の一端との間に共振及び偏励磁防止コンデンサ１４を接続してある。

二つのハイサイドスイッチ１０，１２並びにローサイドスイッチ１１，１３のそれぞれのゲートに駆動回路８，９を接続してある。この駆動回路８，９はハイサイドスイッチ１０，１２及びローサイドスイッチ１１，１３のオン・オフを制御する回路であり、第一の駆動回路８の出力は第一のアームのスイッチ１２，１３のゲートに、第二の駆動回路９の出力は第二のアームのスイッチ１０，１１のゲートにそれぞれ接続し、さらに、それぞれの駆動回路８，９のハイサイド側の出力はハイサイドスイッチ１０，１２のゲートに、ローサイド側の出力はローサイドスイッチ１１，１３のゲートにそれぞれ接続してある。

駆動回路８，９の入力端子は抵抗のコンデンサとの並列回路７を介して制御回路５に接続してある。この制御回路５は二次側の出力に応じてデューティを制御する回路であり、この制御回路５の第一の出力端子は、第一の駆動回路８のローサイド側の入力端子と第二の駆動回路９のハイサイド側の入力端子とに接続してある。また、制御回路５の第二の出力端子は、第一の駆動回路８のハイサイド側の入力端子と第二の駆動回路９のローサイド側の入力端子とに接続してある。

駆動回路８，９の入力端子はダイオード６を介して自己発振防止回路３と接続してある。この自己発振防止回路３は、二つのハイサイドスイッチ１０，１２を同時にオフさせるとともに、二つのローサイドスイッチ１１，１３を同時にオンさせる回路である。なお、２は自己発振防止回路３の補助電源であり、１は過電流、過電圧などから保護する保護回路である。

以上のように構成してあるスイッチング電源装置は、以下のように動作する。回路動作を、図２の動作波形図を用いて説明する。先ず、定常動作時についての動作を説明する。二次側の出力に応じてデューティを制御する制御回路５からスイッチング信号が出力され、２つの駆動回路８，９に出力される。駆動回路８，９はハイサイドスイッチ１０，１２及びローサイドスイッチ１１，１３のオン・オフを制御する回路であり、これら駆動回路８，９から出力される駆動信号がハイサイドスイッチ１０，１２及びローサイドスイッチ１１，１３が以下のように出力される。

第一のハイサイドスイッチ１０とともに第二のローサイドスイッチ１３がオンするとともに、第二のハイサイドスイッチ１１とともに第一のローサイドスイッチ１２がオフする。これにより直流電源２３より第一のハイサイドスイッチ１０とともに第二のローサイドスイッチ１３に電流が供給され、トランス１５には、順方向に電流が流れる。また、第二のハイサイドスイッチ１１とともに第一のローサイドスイッチ１２がオンするとともに、第一のハイサイドスイッチ１０とともに第二のローサイドスイッチ１３がオフする。これにより直流電源２３より第二のハイサイドスイッチ１２とともに第一のローサイドスイッチ１１に電流が供給され、トランス１５には、逆方向に電流が流れる。これらの動作を繰り返す。

続いて、停止信号時についての動作を説明する。一次側のスイッチ１０，１１，１２，１３を停止させるには、ハイサイドスイッチ１０，１２をオフさせ、ローサイドスイッチ１１，１３をオンさせる。これについては以下のように行う。先ず、補助電源２から自己発振防止回路３に電力を供給すると、電流はダイオード６を介して駆動回路８，９のローレベル側の入力に流れるとともに、抵抗とコンデンサとの並列回路７に流れる。これにより、駆動回路８，９のローレベル側のゲート入力電圧はハイレベルになる。この場合は、自己発振防止回路３からは信号を得られるが、制御回路５からは信号を得られない。なお、本実施例では、抵抗とコンデンサとの並列回路７を構成したことにより、この並列回路７の抵抗値を大きくすることができ、スイッチ１０，１１，１２，１３の停止期間後の損失が大幅に低減できる。

以上のように自己発振防止回路３から駆動回路８，９に信号が出力されることにより、２つのローサイドスイッチ１１，１３はオンする。これに伴い２つのハイサイドスイッチ１０，１２はオフする。これにより一次側は停止状態になる。これにともない二次側も停止状態となり、自己発振を防止することができる。

続いて、第二の実施例を図３に示す。このスイッチング電源装置は、図１図示第一の実施例で構成するハイサイド側の抵抗とコンデンサとの並列回路７を省いた応用例である。本発明においては、ローサイド側の抵抗とコンデンサとの並列回路７が重要であるため、このような構成も可能である。なお、本実施例については前記実施例と他の構成について同様であり、作用も前記実施例とほぼ同様であるため、説明を割愛する。

続いて、第三の実施例を図４に示す。このスイッチング電源装置は、自己発振防止回路３と駆動回路８，９との間に設けたダイオード６と、前記自己発振防止回路３との間に遅延回路４を接続してあることに特徴がある回路である。なお、その他の構成については、図１図示第一の実施例とほぼ同様である。

以上のように構成してあるスイッチング電源装置は、以下のように動作する。回路動作を、図５の動作波形図を用いて説明する。先ず、定常動作時については前記実施例と同様の動作をするため説明を割愛する。

続いて、停止信号時についての動作を説明する。一次側のスイッチ１０，１１，１２，１３を停止させるには、ハイサイドスイッチ１０，１２をオフさせ、ローサイドスイッチ１１，１３をオンさせる。これについては以下のように行う。先ず、補助電源２から自己発振防止回路３に電力を供給すると、遅延回路４により電圧が遅れて発生する。その後電流はダイオード６を介して駆動回路８，９のローレベル側の入力に流れるとともに、抵抗とコンデンサとの並列回路７に流れる。これにより、駆動回路８，９のローレベル側のゲート入力電圧はハイレベルになる。この場合は、自己発振防止回路３からは信号を得られるが、制御回路５からは信号を得られない。

以上のように自己発振防止回路３から駆動回路８，９に信号が出力されることにより、２つのローサイドスイッチ１１，１３はオンする。これに伴い２つのハイサイドスイッチ１０，１２はオフする。これにより一次側は停止状態になる。これにともない二次側も停止状態となり、自己発振を防止することができる。また、遅延回路４により電圧発生が遅れたことにより、図５に示すように、第一のハイサイドスイッチ１０と第一のローサイドスイッチ１１とが同時オンすることを防止することができる。これにより、スイッチ１０，１１，１２，１３の停止直後の貫通電流を防ぐことができる。

本実施例では、遅延回路４を設けたことにより、第一のハイサイドスイッチ１０と第一のローサイドスイッチ１１とが同時オンすることを防止することができる。これにより、スイッチ１０，１１，１２，１３の停止直後の貫通電流を防ぐことができるが、一次側の停止信号が解除された場合に、２つのアームにそれぞれ設けた２つのスイッチ１０，１２，１１，１３が同時にオンするおそれがある。そこで、本実施例では遅延回路４の電荷を引き抜くことにより、前記実施例と同様に、一次側の停止信号が解除されたら、定常動作に移れるようにしてある。

続いて、第四の実施例を図６に示す。このスイッチング電源装置は、図３図示第二の実施例で構成するハイサイド側の抵抗とコンデンサとの並列回路７を省いた応用例である。本発明においては、ローサイド側の抵抗とコンデンサとの並列回路７が重要であるため、このような構成も可能である。なお、本実施例については前記実施例と他の構成について同様であり、作用も前記実施例とほぼ同様であるため、説明を割愛する。

続いて、第五の実施例を図７に示す。このスイッチング電源装置は、図４図示第三の実施例で構成する抵抗とコンデンサとの並列回路７のそれぞれに設けたコンデンサを省いた実施例である。この実施例は、遅延回路４が図４図示の並列回路７を構成するコンデンサと同様の役割をするためである。なお、本実施例については前記実施例と他の構成について同様であり、作用も前記実施例とほぼ同様であるため、説明を割愛する。

本発明によれば、上記構成により、二つのハイサイドスイッチを同時にオフさせるとともに、二つのローサイドスイッチを同時にオンさせることにより、瞬時の二次側の駆動も停止するため、自己発振を抑制することができ、産業上利用可能である。

本発明によれば、上記構成により、また、駆動回路と制御回路との間に抵抗とコンデンサとの並列回路を接続することにより、抵抗値を大きくすることができ、一次側のスイッチが停止する期間後の損失が大幅に低減でき、産業上利用可能である。

本発明によれば、駆動回路と自己発振防止回路との間に整流素子を接続し、この整流素子と自己発振防止回路との間に遅延回路を接続することにより、一次側のスイッチが停止する直後の貫通電流を防ぐことができ、産業上利用可能である。

本発明に係るスイッチング電源装置の実施例の回路構成図である。本発明に係るスイッチング電源装置の動作波形図である。図１とは別の実施例の回路構成図である。前記実施例とは別の実施例の回路構成図である。図４図示スイッチング電源装置の動作波形図である。前記実施例とは別の実施例の回路構成図である。同じく前記実施例とは別の実施例の回路構成図である。従来の実施形態の回路構成図である。従来の実施形態の動作波形図である。

符号の説明

１保護回路
２補助電源
３，１７自己発振防止回路
４遅延回路
５制御回路
６ダイオード
７抵抗とコンデンサとの並列回路
８，９駆動回路
１０，１２ハイサイドスイッチ
１１，１３ローサイドスイッチ
１４共振及び偏励磁防止コンデンサ
１５トランスを含めた二次回路
２２スイッチ
２３直流電源

Claims

一次・二次間をトランスで絶縁し、一次側にハイサイドスイッチとローサイドスイッチをそれぞれ二つずつ設けて該ハイサイドスイッチと該ローサイドスイッチが交互にオン・オフするフルブリッジ型のスイッチング電源装置において、前記二つのハイサイドスイッチを同時にオフさせるとともに、前記二つのローサイドスイッチを同時にオンさせる自己発振防止回路を備え、前記自己発振防止回路は、前記駆動回路の入力端子に、整流素子を介して接続してあることを特徴とするスイッチング電源装置。
前記ローサイドスイッチの制御端子に駆動回路を接続し、この駆動回路の入力端子に、抵抗を介して、前記二次側の出力に応じてデューティを制御する制御回路を接続してあることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
前記抵抗と並列にコンデンサを接続してあることを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。
前記整流素子と前記自己発振防止回路との間に遅延回路を接続してあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスイッチング電源装置。