JP5532794B2 - 同期整流制御装置及び制御方法並びに絶縁型スイッチング電源 - Google Patents
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Description
こではその内容に立ち入らないことにする。
フルブリッジコンバータの動作波形図に同期整流可能な範囲を示した図である。図中、VNP、VDS2、VDS1、INS1は、図11Aと同様、図8Bに同じ符号で示した電圧または電流の波形を示すものである。なお、図11Aおよび図11Bでは、2つある2次側巻線の一方における動作状態のみを示しているが、他方の2次側巻線についても同様であるため図示を省略している。
本発明に係る絶縁型スイッチング電源は、以下の説明では、絶縁型スイッチング電源として広く用いられる、1次側がフェーズシフト方式を採るフェーズシフト・フルブリッジコンバータを例にして、該フェーズシフト・フルブリッジコンバータにおける2次側の同期整流制御について詳しく説明する。
和となっているが、2次側平滑用リアクトルのインダクタLo(131)に流れる電流の波形だけを見れば、普通のスイッチング電源に設けられている出力側インダクタに流れる電流波形(スイッチングトランジスタがオンするとインダクタ電流が一定の傾きで増加し、スイッチングトランジスタがオフすると一定の傾きで減少する)と同じ形状になっている。
電圧が立ち下がると)td時間後にリセット機能付きディレイ回路DLY1(313)の出力である信号e(図7の上から2番目参照)がワンショット回路OS1(315)の入力端に印加され、そしてワンショット回路OS1(315)の出力f(図7の上から3番目参照)がRSフリップフロップFF1(321)のセット入力Sに入力され、RSフリップフロップFF1(321)の反転出力端QBからL(Low)の信号a(323)が出力されることになる。このL(Low)の信号a(323)は、図5の中段に記述されたPチャネルMOSFETMP3(335)のゲートに入力され、PチャネルMOSFETMP3(335)をオンしてキャパシタCx(340)を充電するよう制御するために利用される。なお図5に示すコンパレータCMP1(311)は、上述したように巻線電圧検出手段を構成しており、トランス120の2次側の(第1の)巻線電圧VNS1(301)と基準電圧Vref1(303)を比較しており、トランス120の2次側の(第1の)巻線電圧VNS1(301)が基準電圧Vref1(303)を下回ったときに図7の1番上に示すようなH(High)の信号VNS1の反転信号を出力する。
4)がともにロー(Low)レベルである期間にキャパシタCx(340)を一定電流にて充電し、信号a(323)がハイ(High)レベルに変化するとキャパシタCx(340)への充電を停止して停止時のキャパシタCx(340)の電圧値を維持し、信号b(324)のハイ(High)レベルへの変化に応じてキャパシタCx(340)を一定電流にて放電する。キャパシタCx(340)を一定電流にて放電する過程において、電圧VCx(338)と基準電圧Vref3(339)をコンパレータCMP3(341)で比較し、電圧VCx(338)が基準電圧Vref3(339)と等しくなった時点でワンショット回路OS4(342)を起動し、ワンショット回路OS4(342)の出力から信号d(343)得て、これを図5の下段に記述されたフリップフロップFF3(350)のリセット入力端Rに入力し、フリップフロップFF3(350)から出力されるハイ(High)レベルの信号GNs1をロー(Low)レベルの信号GNs1にする。これにより図2,図3の同期整流期間を終わらせるための最適なオフタイミングを決定することができる。すなわち、上で説明したキャパシタCx(340)への充放電は、図2に示す期間t1で充電を行い、期間t2で放電を行っているので、キャパシタCx(340)に対する充電電流と放電電流を等しくすればキャパシタCx(340)の放電時間でt2=t1を推測できる。また、充電電流と放電電流を等しくないものにしたり、基準電圧Vref3(339)を設定したりすることにより、期間t2が終了し巻線電圧VNS1の電圧が立ちあがって同期整流トランジスタ(MOSFET203)に逆電流(ボディダイオード205の順方向に対して逆方向に流れる電流)が流れる前に同期整流トランジスタ(MOSFET203)をオフさせることができる。
)は省略してよい。また図2に対応させる場合は、図5の回路構成からディレイ回路DLY1(313),DLY2(314)を省略すればよい。
102 トランジスタTr2
103 トランジスタTr3
104 トランジスタTr4
105 ソフトスイッチング用インダクタLz
106 キャパシタ
111,112 パルストランス
113,114 交点
120 トランス
121,122 2次側巻線端部
131 2次側平滑用リアクトルLo
132 2次側平滑用キャパシタCo
150 フェーズシフト制御IC
191,192 ハーフブリッジ
201 スイッチ1
202 スイッチ2
203,204 MOSFET
205,206 ボディダイオード
300 同期整流制御回路
303 基準電圧電源Vref1
304 基準電圧電源Vref2
311 コンパレータCMP1
312 コンパレータCMP2
313 リセット機能付きディレイ回路DLY1
314 リセット機能付きディレイ回路DLY2
315 ワンショット回路OS1
316 ワンショット回路OS2
317 ワンショット回路OS3
318 インバータINV1
319 ディレイ回路TIMER
321 RSフリップフロップFF1
322 RSフリップフロップFF2
330 定電流電源io
331 NチャネルMOSFET(MN1)
332 NチャネルMOSFET(MN2)
333 PチャネルMOSFET(MP1)
334 PチャネルMOSFET(MP2)
335 PチャネルMOSFET(MP3)
336 NチャネルMOSFET(MN3)
337 NチャネルMOSFET(MN4)
339 基準電圧電源Vref3
340 キャパシタCx
341 コンパレータCMP3
342 ワンショット回路OS4
350 RSフリップフロップFF3
361 抵抗R1
362 インバータINV2
363 NチャネルMOSFET(MN5)
365 基準電圧電源Vref4
366 コンパレータCMP4
370 キャパシタC1
Claims (8)
- フルブリッジコンバータにおける2次側の同期整流制御装置において、
前記フルブリッジコンバータに設けられたトランスの2次側巻線を略中点で分割して第1と第2の巻線とし、該第1と第2の巻線が互いに対称となるようにして、該第1と第2の巻線の端部から第1と第2の巻線電圧を検出する巻線電圧検出手段と、
該巻線電圧検出手段が前記第1の巻線電圧の立ち下りエッジを検出すると所定のコンデンサに対する一定電流による充電を開始するとともに前記充電の開始から所定の遅延時間後に同期整流スイッチをオン状態にするスイッチオン制御手段と、
前記巻線電圧検出手段が前記第2の巻線電圧の立ち上りエッジを検出すると前記コンデンサの電圧を保持する電圧保持手段と、
前記巻線電圧検出手段が前記第2の巻線電圧の立ち下がりエッジを検出すると前記コンデンサに蓄積された電荷の一定電流による放電を開始し、該放電により前記コンデンサの電圧がオフタイミングを決定する電圧閾値と等しくなったら前記同期整流スイッチをオフ状態にするスイッチオフ制御手段と、
を有することを特徴とする同期整流制御装置。 - 前記スイッチオフ制御手段は、制御遅れやスイッチのスイッチングに要する時間を加味して、あらかじめ推定されたオフ時間より早くオフできるように前記オフタイミングを決定する電圧閾値に任意の値を設定することを特徴とする請求項1に記載の同期整流制御装置。
- 前記巻線電圧検出手段により検出される、前記第1の巻線電圧の立ち下り又は前記第2の巻線電圧の立ち下りエッジを基点に一定期間のディレイを設定するディレイ設定手段と、該設定した前記ディレイの期間内に前記立ち下りエッジを検出したら、前記ディレイを再設定するディレイリセット手段と、をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の同期整流制御装置。
- 前記ディレイ設定手段をリセット機能付き時定数回路で構成したことを特徴とする請求項3に記載の同期整流制御装置。
- 前記ディレイ設定手段をリセット機能付きシフトレジスタ又は所定数の入力パルスをカウントすると出力を反転するリセット機能付きカウンタで構成したことを特徴とする請求項3に記載の同期整流制御装置。
- フルブリッジコンバータの2次側の同期整流制御装置における同期制御方法であって、
前記フルブリッジコンバータに設けられたトランスの2次側巻線を略中点で分割して第1と第2の巻線とし、該第1と第2の巻線が互いに対称となるようにして、該第1の巻線の端部から第1の巻線電圧を検出する過程と、
前記第1の巻線電圧の立ち下りエッジを検出すると所定のコンデンサに対する一定電流による充電を開始する過程と、
前記充電の開始から任意の遅延時間後に同期整流スイッチをオン状態にする過程と、
前記第2の巻線の端部から第2の巻線電圧を検出する過程と、
前記第2の巻線電圧の立ち上りエッジを検出すると前記コンデンサの電圧を保持する過程と、
前記第2の巻線電圧の立ち下がりエッジを検出すると前記コンデンサに蓄積された電荷の一定電流による放電を開始し、該放電により前記コンデンサの電圧がオフタイミングを決定する電圧閾値と等しくなったら前記同期整流スイッチをオフ状態にする過程と、
を含むことを特徴とする同期整流制御方法。 - トランスにより1次側と2次側が絶縁される構成の絶縁型スイッチング電源において、2次側に、前記トランスの2次側巻線を略中点で分割して第1と第2の巻線とし、該第1と第2の巻線が互いに対称となるようにして、該第1と第2の巻線の端部から第1と第2の巻線電圧を検出する巻線電圧検出手段と、
該巻線電圧検出手段が前記第1の巻線電圧の立ち下りエッジを検出すると所定のコンデンサに対する一定電流による充電を開始するとともに前記充電の開始から所定の遅延時間後に同期整流スイッチをオン状態にするスイッチオン制御手段と、
前記巻線電圧検出手段が前記第2の巻線電圧の立ち上りエッジを検出すると前記コンデンサの電圧を保持する電圧保持手段と、
前記巻線電圧検出手段が前記第2の巻線電圧の立ち下がりエッジを検出すると前記コンデンサに蓄積された電荷の一定電流による放電を開始し、該放電により前記コンデンサの電圧がオフタイミングを決定する電圧閾値と等しくなったら前記同期整流スイッチをオフ状態にするスイッチオフ制御手段と、
を有する同期整流制御装置を備えることを特徴とする絶縁型スイッチング電源。 - 前記絶縁型スイッチング電源が、2次側がセンタタップ構成の電流共振コンバータであることを特徴とする請求項7に記載の絶縁型スイッチング電源。
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