JP5160211B2

JP5160211B2 - 同期整流コンバータ

Info

Publication number: JP5160211B2
Application number: JP2007325729A
Authority: JP
Inventors: 東流二川
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: JP2009148131A

Description

本発明は、並列冗長運転用の同期整流コンバータに関するものである。

従来の並列冗長運転用の同期整流コンバータは冗長運転用のダイオード又はパワーＭＯＳＦＥＴを有するが、例えば並列接続された他のコンバータの電圧が上昇するような時には該同期整流コンバータは出力電圧安定化動作により出力電圧を下げる動作をする結果、回生電流が同期整流コンバータの二次側から一次側へ流れ、この結果スイッチング素子および整流スイッチに過大な電圧、電流ストレスが生じる場合がある。

この課題を解決するため、一次又は二次側に流れる電流の方向を検出し、回生電流が流れはじめた時に整流スイッチをオフ状態にしてストレスが生じるのを抑える手段を有する同期整流コンバータが発明された（特許文献１、２参照）。
特開平６−３４３２６２号公報特開２００４−３３６９０８公報

上記発明により、スイッチング素子および整流スイッチに過大な電圧、電流ストレスが生じるのを抑えることができるが、これら同期整流コンバータは、抵抗等の電流検出回路と検出信号増幅用のアンプ等を設ける必要があり、その結果、検出回路が複雑になるという課題を有する。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、容易に且つ少ない部品点数で回生電流を検出することができる並列冗長運転用の同期整流コンバータを提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係る同期整流コンバータは、一次・二次間をトランスで絶縁し、二次側に一次側メインスイッチと同期する整流スイッチと平滑回路とをそれぞれ設けてある同期整流コンバータであって、前記二次側の出力側に冗長用スイッチを備えるとともに、この冗長用スイッチの入力側の電圧が出力側より低下した時に入出力の電位差を検出する回生電流検出手段を備えてあり、この回生電流検出手段の出力端子、前記整流スイッチの制御端子に制御回路を接続して、前記制御回路は前記回生電流検出手段で回生電流を検出した際に、前記２つの整流スイッチの制御信号を停止させるように構成してあることを特徴とする。

本発明に係る同期整流コンバータは、前記整流スイッチをＭＯＳＦＥＴで構成してあることを特徴とする。
また、本発明に係る同期整流コンバータは、前記冗長用スイッチをＭＯＳＦＥＴで構成してあることを特徴とする。

また、本発明に係る同期整流コンバータは、前記回生電流検出手段に、前記二次側の出力側にスイッチを備えてあり、このスイッチは、前記冗長用スイッチの入出力の電位差を検出し、前記冗長用スイッチの入力側の電圧が出力側より低下した時に回生電流が流れたと判断するようにしてあることを特徴とする。

本発明によれば、二次側の出力側に冗長用スイッチを備え、この冗長用スイッチの入力側の電圧が出力側より低下した時に入出力の電位差を検出するように回生電流検出手段を設けることにより、回生電流を直接モニターする必要なく、従来より容易に且つ少ない部品点数で回生電流を検出することができる効果がある。

発明を実施するための最良の形態の回路図を図１に示す。図１図示の同期整流コンバータは、フォワードコンバータである。この同期整流コンバータは一次・二次間をトランスＴ１で絶縁してある。一次側には直流の入力源とＭＯＳＦＥＴで構成したメインスイッチＱ１を備えてある。絶縁された二次側にはＭＯＳＦＥＴで構成した二つの整流スイッチＱ２，Ｑ３を備え、これらスイッチＱ１、Ｑ２とＱ３が同期して動作するように構成してある。また、本実施例では二次側に出力チョークＬ１と平滑コンデンサＣ１とで平滑回路を構成してある。さらにこの平滑回路Ｌ１，Ｃ１の出力側にはＭＯＳＦＥＴで構成した冗長用スイッチＱ４を有する冗長用スイッチ回路３を備えてある。この冗長用スイッチ回路３の両端に冗長用スイッチＱ４の入力側の電圧が出力側より低下した時に入出力の電位差を検出する回生電流検出回路１を備えてある。

この回生電流検出回路１はスイッチＱ５を備えてある。スイッチＱ５はトランジスタで構成してある。スイッチＱ５のベースとエミッタを冗長用スイッチ回路３の入出力端子にそれぞれ接続し、スイッチＱ５のコレクタを制御回路２に接続してある。これにより、冗長用スイッチ回路３の入出力の電位差を検出し、冗長用スイッチ回路３の入力側の電圧が出力側より低下した時に回生電流が流れたと判断するようにしてある。

制御回路２は、前記スイッチＱ１〜Ｑ３のゲート端子に接続してある。特に二つの整流スイッチＱ２，Ｑ３のゲート端子をこの制御回路２に接続することにより、前記回生電流検出回路１で回生電流を検出した際に、二つの整流スイッチＱ２，Ｑ３の制御信号を停止させるように構成してある。

制御回路２は図３に示すように駆動回路２１，２２と２３、出力安定化制御用ＰＷＭ信号源５、コンパレータＭ２１、基準電源VREF21と論理ゲートＭ２−Ａ，Ｍ２−Ｂ等から構成され、スイッチＱ５から回生電流検出信号が入力すると図４に示すように整流スイッチＱ２及び転流スイッチＱ３の制御信号を停止させるように機能する。出力安定化制御用ＰＷＭ信号源５は出力電圧を検出し、予め設定した電圧に出力電圧が安定化するような幅変調されたパルス列で、かつ接続されたそれぞれのスイッチ毎に適応したパルス列を発生するように機能する。

前記冗長用スイッチ回路３は、スイッチ素子Ｑ４と、スイッチを流れる電流を検出する抵抗Ｒ１と制御回路４から構成され、制御回路４は抵抗Ｒ１の両端の検出電圧に基づき電流がスイッチＱ４を逆方向に流れようとするときにスイッチＱ４をオンからオフへ切替えるように機能する。

また、本発明に係る同期整流コンバータは、かかる冗長用スイッチを介して一つ以上の同様な電源に接続され全体として冗長された電源システムを構成している。

以上のように構成してある同期整流コンバータは以下のように作用する。先ず、通常時については、従来から有する多くの同期整流型コンバータとほぼ同様の作用をするため説明を省略する。

続いて、図４を基にして並列接続された他のコンバータの電圧が上昇した時に回生電流が流れるような場合について説明する。ここで図４の（ａ）はコンバータの出力電圧Ｖｏｕｔ、（ｂ）は冗長用スイッチ回路３を流れるコンバータの出力電流Ｉｏｕｔ、（ｃ）は出力コンデンサの両端電圧ＶＣ１、（ｄ）は回生電流検出回路１に設けたスイッチＱ５の出力電圧ＶＱ５ｏｕｔ、（ｅ）はコンパレータＭ２１の出力電圧ＶＭ２１、（ｆ）は出力安定化制御用ＰＷＭ信号源５の出力パルスＶＰＷＭｏｕｔ、（ｇ）は駆動回路２２の出力パルスＶ２２である。このコンバータの電圧Ｖｏｕｔが上昇した場合、コンバータの出力電流Ｉｏｕｔは減少し、更には冗長用スイッチＱ４を経由してコンバータへ流れ込むような逆方向電流が流れようとする。

冗長用スイッチＱ４は電流が負荷側から電源側へ逆方向に流れようとするのを阻止する冗長用スイッチの制御回路４の働きによりオンからオフへ移行し逆方向電流は阻止される。

出力安定化制御用ＰＷＭ信号源５の安定化動作により回生電流が更に流れ続けようとする場合出力コンデンサＣ１は放電されＣ１の電圧ＶＣ１が低下する。この結果、冗長用スイッチ回路３の入出力間に電位差が発生し、冗長用スイッチ回路３の入力側の電圧が出力側より低下する。即ち、回生電流検出回路１に設けたスイッチＱ５のエミッタ端子はハイレベルに、これに対して、スイッチＱ５のベース端子はローレベルとなり、スイッチＱ５はオンする。スイッチＱ５がオンすると、スイッチＱ５の出力電圧ＶＱ５ｏｕｔがハイレベルとなる結果、制御回路２のコンパレータＭ２１の出力ＶＭ２１が負側へ反転し、論理ゲートＭ２−Ａ，Ｍ２−Ｂの働きにより出力安定化制御用ＰＷＭ信号源５の出力パルスＶＰＷＭｏｕｔが駆動回路２２と２３へ伝達されるのが阻止され図４のＶ２２に示されるように二つの整流スイッチＱ２，Ｑ３をオフする。これにより、回生電流が同期整流コンバータの二次側から一次側へ流れることを防止し、メインスイッチＱ１及び整流スイッチＱ２，Ｑ３に生じる過大な電圧、電流ストレスを抑えることができる。

続いて、図２に図１に図示した同期整流コンバータと異なる実施例を示す。図２図示同期整流コンバータは、ハーフブリッジコンバータである。この同期整流コンバータは一次・二次間をトランスＴ１で絶縁してある。一次側には直流の入力源とブリッジ回路を構成する入力コンデンサＣ１１，Ｃ２２とＭＯＳＦＥＴで構成した２つのメインスイッチＱ１１，Ｑ１２を備えてある。

絶縁された二次側にはＭＯＳＦＥＴで構成した２つの同期整流スイッチＱ２，Ｑ３を備えてある。また、本実施例では二次側に出力チョークＬ１と平滑コンデンサＣ１とで平滑回路を構成してある。さらにこの平滑回路Ｌ１，Ｃ１の出力側にはＭＯＳＦＥＴで構成した冗長用スイッチ回路３を備えてある。この冗長用スイッチ回路３の出力側に回生電流を検出することにより、入力側の電圧が出力側より低下した時に入出力の電位差を検出する回生電流検出回路１を備えてある。なお、この回生電流検出回路１は図１図示実施例と同様であるため、説明を省略する。

制御回路２は、前記スイッチＱ３，Ｑ４，Ｑ１１，Ｑ１２のゲート端子に接続してある。特にスイッチＱ２，Ｑ３のゲート端子をこの制御回路２に接続することにより、前記回生電流検出回路１で回生電流を検出した際に、整流スイッチＱ２，Ｑ３の制御信号を停止させるように構成してある。

図２図示実施例の同期整流コンバータは以上のように構成してある。続いて作用について説明する。なお、通常時については、従来から有する多くの同期整流型コンバータとほぼ同様の作用をするため説明を省略する。続いて、回生電流が流れた場合について説明する。この場合、冗長用スイッチ回路３の入出力間に電位差が発生し、冗長用スイッチ回路３の入力側の電圧が出力側より低下する。即ち、回生電流検出回路１に設けたスイッチＱ５のエミッタ端子はハイレベルに、これに対して、スイッチＱ５のベース端子はローレベルとなりスイッチＱ５はオンする。スイッチＱ５がオンすると、制御回路２に信号が出力されて、前記実施例と同様な制御回路２の動作で２つの同期整流スイッチＱ２，Ｑ３はオフする。これにより、回生電流が同期整流コンバータの二次側から一次側へ流れることを防止し、スイッチング素子及び整流スイッチに生じる過大な電圧、電流ストレスを抑えることができる。

本実施例ではフォワードコンバータ並びにハーフブリッジコンバータを取り上げたが、本発明は二次側にスイッチ素子を備えた絶縁型の同期整流コンバータであればいずれの同期整流コンバータにおいても適用することができる。

本発明によれば、二次側の出力側に冗長用スイッチを備え、この冗長用スイッチの入力側の電圧が出力側より低下した時に入出力の電位差を検出するように回生電流検出手段を設けることにより、回生電流を直接モニターする必要なく、従来より容易に且つ少ない部品点数で回生電流を検出することができる、産業上利用することができる。

本発明に係る同期整流コンバータにおける発明を実施するための最良の形態の回路図である。図１図示実施例とは異なる実施例の回路構成図である。前記実施例における本発明に係る同期整流コンバータの要部についての回路構成図である。前記実施例における動作波形図である。

符号の説明

１回生電流検出回路
２制御回路
３冗長用スイッチ回路
４冗長用スイッチ制御回路
Ｑ１，Ｑ１１，Ｑ１２メインスイッチ
Ｑ２，Ｑ３二次側の同期整流スイッチ
Ｑ４冗長用スイッチ
Ｑ５回生電流検出用スイッチ
Ｔ１トランス
Ｌ１出力チョーク
Ｃ１平滑コンデンサ
Ｃ１１，Ｃ１２入力コンデンサ

Claims

一次・二次間をトランスで絶縁し、二次側に同期する整流スイッチと平滑回路とをそれぞれ設けてある同期整流コンバータであって、
前記二次側の出力側に冗長用スイッチを備えるとともに、この冗長用スイッチの入力側の電圧が出力側より低下した時に入出力の電位差を検出する回生電流検出手段を備えてあり、この回生電流検出手段の出力端子、前記整流スイッチの制御端子に制御回路を接続して、前記制御回路は前記回生電流検出手段で回生電流を検出した際に、前記整流スイッチの制御信号を停止させるように構成してあることを特徴とする同期整流コンバータ。
前記整流スイッチをＭＯＳＦＥＴで構成してあることを特徴とする請求項１記載の同期整流コンバータ。
前記冗長用スイッチをＭＯＳＦＥＴで構成してあることを特徴とする請求項１又は２記載の同期整流コンバータ。
前記回生電流検出手段に、前記二次側の出力側にスイッチを備えてあり、このスイッチは、前記冗長用スイッチの入出力の電位差を検出し、前記冗長用スイッチの入力側の電圧が出力側より低下した時に回生電流が流れたと判断するように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同期整流コンバータ。