JP5571594B2 - Switching power supply - Google Patents

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この発明は、過電流保護機能を有し、同期整流回路を備えたシングルエンディッド・フォワード型のスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a single-ended forward type switching power supply device having an overcurrent protection function and having a synchronous rectifier circuit.

一般的なスイッチング電源装置は、通電中に故障した負荷を保護する(例えば、焼損事故等の防止)ため、負荷に向けて出力可能な出力電流を一定以下に制限する過電流保護機能を備えている。従来から、過電流保護には様々な方式があり、中でも、主スイッチング素子に流れるパルス状のスイッチング電流をスイッチング周期ごとに観測しそのピーク値を制限するパルス・バイ・パルス方式が使用される場合が多い。   A general switching power supply device has an overcurrent protection function that limits the output current that can be output to the load to a certain level or less in order to protect a load that has failed during energization (for example, prevention of burning accidents, etc.). Yes. Conventionally, there are various methods for overcurrent protection. Among them, the pulse-by-pulse method is used, in which the pulsed switching current flowing in the main switching element is observed for each switching period and the peak value is limited. There are many.

パルス・バイ・パルス方式の過電流保護は、スイッチング電流のピーク値を1パルスごとに制限するため、スイッチング電源装置の内部素子(例えば、主スイッチング素子、整流素子などの半導体素子)に過大な電気的ストレスが加わるのを防ぐことができる。従って、出力電流が大きくなったときだけでなく、例えばスイッチング電源装置に入力電圧を投入し、出力の平滑コンデンサを急速充電して出力電圧を上昇させる動作においても内部素子が保護されるという利点がある。また、シングルエンディッド・フォワード型のスイッチング電源装置の場合、主スイッチング素子に流れるスイッチング電流のピーク値が出力電流と略比例の関係にあることから、出力電流の上限値を精度よく規定することができるという利点もある。   The pulse-by-pulse overcurrent protection limits the peak value of the switching current for each pulse, so excessive electric power is generated in the internal elements of the switching power supply device (for example, semiconductor elements such as main switching elements and rectifying elements). Can be prevented from being stressed. Therefore, not only when the output current becomes large, but also, for example, when the input voltage is input to the switching power supply device and the output smoothing capacitor is rapidly charged to increase the output voltage, the internal element is protected. is there. In the case of a single-ended forward type switching power supply device, the peak value of the switching current flowing through the main switching element is approximately proportional to the output current, so that the upper limit value of the output current can be accurately defined. There is also an advantage of being able to do it.

例えば、特許文献1に開示されているスイッチング電源装置は、パルス・バイ・パルス方式の過電流保護回路を備えたシングルエンディッド・フォワード型のスイッチング電源装置である。このスイッチング電源装置は、主スイッチング素子に流れるスイッチング電流を電圧に変換する電流検出抵抗と、その検出電圧に重畳したスパイク成分を除去する積分回路と、積分回路の出力が基準値に達すると主スイッチング素子のゲート・ソース端子間に設けたトランジスタがオンして主スイッチング素子を強制的にオフさせ、主スイッチング素子のオン時間を短くするPWM回路とを備えている。さらに、積分回路の出力が高くなるとスイッチング周波数を低下させる発振周波数制御回路が設けられている。このスイッチング電源装置は、積分回路やPWM回路の動作遅延によりスイッチング電流のピーク値を基準値以下に制限することができず過電流垂下特性が裾を引くという問題を、出力電流が一定以上に大きくなるとスイッチング周波数を低下させることによって解消するものである。   For example, the switching power supply disclosed in Patent Document 1 is a single-ended forward switching power supply including a pulse-by-pulse overcurrent protection circuit. This switching power supply device includes a current detection resistor that converts a switching current flowing through a main switching element into a voltage, an integration circuit that removes a spike component superimposed on the detection voltage, and main switching when the output of the integration circuit reaches a reference value. A PWM circuit that turns on a transistor provided between the gate and source terminals of the element to forcibly turn off the main switching element and shorten the on-time of the main switching element. Furthermore, an oscillation frequency control circuit is provided that lowers the switching frequency when the output of the integration circuit increases. This switching power supply device has the problem that the peak current value of the switching current cannot be limited to a reference value or less due to the operation delay of the integration circuit or the PWM circuit, and the overcurrent drooping characteristic has a bottom. This is solved by lowering the switching frequency.

近年、トランスの2次側の整流ダイオードの損失を低減するため、導通抵抗の小さいMOS型FETを使用して同期整流を行うスイッチング電源装置が提案されている。例えば、特許文献2に開示されているように、シングルエンディッド・フォワード型のコンバータ回路を有し、N−ch(チャネル)のMOS型FETである整流側及び転流側スイッチング素子と、それらを駆動する所定の駆動回路を備えたスイッチング電源装置がある。駆動回路は、主トランスの3次巻線に発生する電圧を利用した巻線駆動方式であり、転流側スイッチング素子をオフさせるタイミングについては信号伝達用トランスからのタイミング信号によって決定する。このスイッチング電源装置は、整流側及び転流側スイッチング素子の駆動回路がシンプルな構成でありながら、主スイッチング素子、整流側及び転流側スイッチング素子のオン・オフのタイミング制御を適正化することができる。なお、特許文献2では、過電流保護回路について説明がされていない。   In recent years, in order to reduce the loss of the rectifier diode on the secondary side of the transformer, a switching power supply device that performs synchronous rectification using a MOS FET having a small conduction resistance has been proposed. For example, as disclosed in Patent Document 2, a rectifying side and commutation side switching element that has a single-ended forward type converter circuit and is an N-ch (channel) MOS type FET, There is a switching power supply device provided with a predetermined drive circuit for driving. The drive circuit is a winding drive system using a voltage generated in the tertiary winding of the main transformer, and the timing for turning off the commutation side switching element is determined by a timing signal from the signal transmission transformer. In this switching power supply device, the drive circuit for the rectifying side and commutation side switching elements has a simple configuration, but the on / off timing control of the main switching element, the rectifying side and commutation side switching elements can be optimized. it can. In Patent Document 2, the overcurrent protection circuit is not described.

特開昭63−35171号公報JP 63-35171 A 特開2005−12919号公報JP 2005-12919 A

特許文献1のスイッチング電源装置の場合、スイッチング電流が急増して発振周波数制御回路が動作を開始しスイッチング周波数が実際に低下するまで、ある程度の時間がかかるので、その期間に流れるスイッチング電流のピーク値が大きくなってしまうという問題がある。例えば、正常運転しているときに負荷である装置が故障し、スイッチング電源装置の出力端が急峻に短絡されると、発振周波数制御回路が発振回路の時定数を可変する動作を行うが、スイッチング周波数の変化は緩慢なため、少なくともスイッチング電流の1〜3パルス程度はピーク値が大きくなり、それに起因して装置内部の回路素子に大きな電気的ストレスが加わってしまう。特に、主スイッチング素子等の半導体は、電流ストレス、電圧ストレスまたは損失による熱ストレスに弱く、短時間でも過大なストレスが加わると破壊するおそれがある。従って、このスイッチング電源装置の過電流保護回路は、スイッチング電源装置内部の回路素子を確実に保護することができないものであった。また、主スイッチング素子等の半導体の安全性を確保するため、大型で電流定格や電圧定格の高い高価な素子を選択しなければならなかった。   In the case of the switching power supply device of Patent Document 1, it takes a certain time until the switching current suddenly increases and the oscillation frequency control circuit starts to operate and the switching frequency actually decreases. There is a problem that becomes large. For example, when a device that is a load fails during normal operation and the output terminal of the switching power supply device is suddenly shorted, the oscillation frequency control circuit operates to change the time constant of the oscillation circuit. Since the change in frequency is slow, the peak value becomes large at least for about 1 to 3 pulses of the switching current, which causes a large electrical stress to be applied to the circuit elements inside the apparatus. In particular, a semiconductor such as a main switching element is vulnerable to current stress, voltage stress, or thermal stress due to loss, and may be destroyed if excessive stress is applied even for a short time. Therefore, the overcurrent protection circuit of the switching power supply device cannot reliably protect circuit elements inside the switching power supply device. In addition, in order to ensure the safety of the semiconductor such as the main switching element, it is necessary to select an expensive element having a large size and a high current rating and voltage rating.

特許文献2のスイッチング電源装置に特許文献1の過電流保護回路を付加したとしても、上記と同様の問題が生じ得る。   Even if the overcurrent protection circuit of Patent Document 1 is added to the switching power supply device of Patent Document 2, the same problem as described above may occur.

この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、低損失の同期整流回路を有し、出力短絡時などに負荷や内部の回路素子を確実に保護することができるシングルエンディッド・フォワード型のスイッチング電源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned background art, has a low-loss synchronous rectifier circuit, and can reliably protect a load and an internal circuit element when an output is short-circuited. An object of the present invention is to provide a forward type switching power supply.

この発明は、入力電源と直列に接続されたN−chのMOS型FETであって、所定のスイッチング周波数でオン・オフすることによって入力電圧を断続し交流電圧を発生させる主スイッチング素子と、前記交流電圧が印加される1次巻線及びそれに磁気結合した2次巻線を有する主トランスと、一端が前記2次巻線の一端に接続され、前記主スイッチング素子がオンの期間中に前記2次巻線に発生した電圧を整流する整流側スイッチング素子と、前記2次巻線の他の一端と前記整流側スイッチング素子の他の一端にドレイン端子とソース端子が各々接続され、前記主スイッチング素子がオフの期間中にオンして前記ソース端子から前記ドレイン端子の向きに電流を流すN−chのMOS型FETである転流側スイッチング素子と、前記転流側スイッチング素子の内部のドレイン・ソース端子間に形成された寄生ダイオードと、前記転流側スイッチング素子をオン・オフ駆動する回路であって、前記主スイッチング素子のオン時間が一定時間以下に短くなると、前記転流側スイッチング素子をオフ状態に保持する同期整流駆動回路と、平滑チョーク及び平滑コンデンサで成るローパスフィルタであって、前記転流側スイッチング素子のドレイン・ソース端子間にその入力側が接続され、前記平滑コンデンサ両端に直流の出力電圧を生成して負荷に電力を供給する平滑回路と、前記主スイッチング素子に流れるスイッチング電流を検出する電流検出回路と、前記出力電圧の誤差信号に基づいてパルス幅変調した矩形の駆動パルスを出力して前記主スイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、前記電流検出回路の出力信号を受け前記スイッチング電流のピーク値が第1基準値に達すると前記主スイッチング素子をオフさせるため前記駆動パルスをローレベルにするパルス・バイ・パルス式の過電流保護動作を行うPWM制御回路とを備え、前記スイッチング電流のピーク値が前記第1基準値より高い所定の値に達すると、前記PWM制御回路が行う過電流保護動作によって前記主スイッチング素子のオン時間が前記一定時間以下になり、前記同期整流駆動回路により前記転流側スイッチング素子がオフ状態に保持されるシングルエンディッド・フォワード型のスイッチング電源装置である。 The present invention is an N-ch MOS type FET connected in series with an input power source, wherein the main switching element intermittently generates an AC voltage by turning on and off at a predetermined switching frequency, A main transformer having a primary winding to which an alternating voltage is applied and a secondary winding magnetically coupled thereto, one end of which is connected to one end of the secondary winding, and the main switching element is turned on while the main switching element is on. A rectifying side switching element for rectifying a voltage generated in the secondary winding; a drain terminal and a source terminal connected to the other end of the secondary winding and the other end of the rectifying side switching element; A commutation-side switching element that is an N-ch MOS type FET that is turned on during a period when the transistor is off and flows current from the source terminal to the drain terminal; A parasitic diode formed between the inside of the drain and source terminals of the switching element, the commutation side switching device comprising a circuit for driving on and off, the on-time of the main switching element is shortened to less than a predetermined time, A synchronous rectification drive circuit for holding the commutation side switching element in an off state, and a low-pass filter comprising a smoothing choke and a smoothing capacitor, the input side of which is connected between the drain and source terminals of the commutation side switching element; A smoothing circuit that generates a DC output voltage across the smoothing capacitor and supplies power to a load; a current detection circuit that detects a switching current flowing through the main switching element; and a pulse width based on an error signal of the output voltage Controls on / off of main switching element by outputting modulated rectangular driving pulse In addition, when the peak value of the switching current reaches a first reference value in response to the output signal of the current detection circuit, a pulse-by-pulse type overdrive is performed to set the drive pulse to a low level in order to turn off the main switching element. A PWM control circuit for performing a current protection operation, and when the peak value of the switching current reaches a predetermined value higher than the first reference value, the main switching element is turned on by an overcurrent protection operation performed by the PWM control circuit. This is a single-ended forward type switching power supply apparatus in which the time is equal to or shorter than the predetermined time, and the commutation side switching element is held in the OFF state by the synchronous rectification driving circuit .

さらに、前記主スイッチング素子のゲート・ソース端子間に接続された可変抵抗素子と、前記電流検出回路の出力信号に基づいて前記可変抵抗素子の抵抗値を変化させる可変制御回路とを備え、前記可変制御回路は、前記電流検出回路の出力信号を受けスイッチング周期ごとに前記スイッチング電流のピーク値と前記所定の値に対応する第2基準値とを比較し、前記スイッチング電流が前記第2基準値に達すると前記可変抵抗素子の抵抗値を低下させ、前記主スイッチング素子のゲート・ソース端子間電圧を上げないように制御することによって前記スイッチング電流のピーク値の上昇を抑制し、オフ状態に保持された前記転流側スイッチング素子の前記寄生ダイオードのリカバリ電流のピーク値を制限するスイッチング電源装置である。 And a variable resistance element connected between a gate and a source terminal of the main switching element, and a variable control circuit for changing a resistance value of the variable resistance element based on an output signal of the current detection circuit. The control circuit receives the output signal of the current detection circuit, compares the peak value of the switching current with a second reference value corresponding to the predetermined value for each switching period, and the switching current becomes the second reference value. When it reaches, the resistance value of the variable resistance element is decreased, and the increase of the peak value of the switching current is suppressed by controlling so as not to increase the voltage between the gate and source terminals of the main switching element, and is maintained in the off state. and a switching power supply that limits the peak value of the recovery current of the parasitic diode of the commutation side switching device.

前記可変制御回路は、前記スイッチング電流のピーク値が前記第2基準値に達した後、前記PWM制御回路の過電流保護動作の遅延時間が経過するまでの期間、前記可変抵抗素子の抵抗値を低下させる動作を継続する。   The variable control circuit sets the resistance value of the variable resistance element during a period until the delay time of the overcurrent protection operation of the PWM control circuit elapses after the peak value of the switching current reaches the second reference value. Continue to reduce.

前記可変抵抗素子は、コレクタ端子が前記主スイッチング素子のゲート端子側に接続され、エミッタ端子が前記主スイッチング素子のソース端子に接続されたNPNトランジスタであり、前記可変制御回路は、前記NPNトランジスタのベース電流を制御することによって前記NPNトランジスタのコレクタ・エミッタ端子間の導通抵抗を変化させるものである。 The variable resistance element is an NPN transistor whose collector terminal is connected to the gate terminal side of the main switching element and whose emitter terminal is connected to the source terminal of the main switching element, and the variable control circuit includes the NPN transistor The conduction resistance between the collector and emitter terminals of the NPN transistor is changed by controlling the base current.

また、前記電流検出回路は、前記スイッチング電流を電圧信号に変換して出力し、前記可変制御回路は、両端が前記NPNトランジスタのベース・エミッタ端子間に接続された第1抵抗と、カソード端子が前記電流検出回路の出力端に接続され、アノード端子が前記NPNトランジスタのベース端子に接続されたツェナーダイオードとで構成されている。   The current detection circuit converts the switching current into a voltage signal and outputs the voltage signal. The variable control circuit includes a first resistor having both ends connected between a base and an emitter terminal of the NPN transistor, and a cathode terminal. The zener diode is connected to the output terminal of the current detection circuit and the anode terminal is connected to the base terminal of the NPN transistor.

また、前記第1抵抗と並列に電圧保持コンデンサが接続され、前記可変制御回路は、前記スイッチング電流のピーク値が前記第2基準値に達した後、前記PWM制御回路の過電流保護動作の遅延時間が経過するまでの期間、前記NPNトランジスタのベース電流を前記電圧保持コンデンサから供給することによって、前記可変抵抗素子の抵抗値を低下させる動作を継続する。A voltage holding capacitor is connected in parallel with the first resistor, and the variable control circuit delays an overcurrent protection operation of the PWM control circuit after the peak value of the switching current reaches the second reference value. The operation of decreasing the resistance value of the variable resistance element is continued by supplying the base current of the NPN transistor from the voltage holding capacitor until the time elapses.

また、前記主トランスに3次巻線が設けられ、前記同期整流駆動回路に、前記主スイッチング素子がオフの期間に前記3次巻線に発生する電圧を前記転流側スイッチング素子のゲート・ソース端子間に供給する電圧供給経路が設けられ、前記主スイッチング素子のオン時間が前記一定時間より長い状態で、前記転流側スイッチング素子をオン・オフ駆動する構成であることが好ましい。Further, a tertiary winding is provided in the main transformer, and a voltage generated in the tertiary winding during a period in which the main switching element is off is supplied to the synchronous rectification drive circuit. Preferably, a voltage supply path is provided between the terminals, and the commutation-side switching element is driven to be turned on / off in a state where the on time of the main switching element is longer than the predetermined time.

この発明のスイッチング電源装置によれば、負荷が故障して出力が短絡し、転流側スイッチング素子の同期整流動作が停止し、転流側スイッチング素子の寄生ダイオードにリカバリ電流が流れた時、スイッチング電流及びリカバリ電流を小さく抑え、転流側スイッチング素子のドレイン・ソース端子間に過大な電圧が発生するのを防止することができる。従って、転流側スイッチング素子として導通抵抗の小さい低耐圧のMOS型FETを選択することができ、低損失化を図ることができる。   According to the switching power supply device of the present invention, when the load fails and the output is short-circuited, the synchronous rectification operation of the commutation side switching element is stopped, and the recovery current flows through the parasitic diode of the commutation side switching element, the switching is performed. The current and the recovery current can be kept small, and an excessive voltage can be prevented from being generated between the drain and source terminals of the commutation side switching element. Therefore, a low breakdown voltage MOS FET having a small conduction resistance can be selected as the commutation side switching element, and a reduction in loss can be achieved.

また、可変抵抗素子及び可変制御回路は、例えばNPNトランジスタ、ツェナーダイオード、第1及び第2抵抗、保持コンデンサなど組み合わせてシンプルに構成することができ、さらに転流側スイッチング素子や主スイッチング素子等の回路素子も過剰に大きな外形のものを選択する必要がなくなるので、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。   In addition, the variable resistance element and the variable control circuit can be simply configured by combining, for example, an NPN transistor, a Zener diode, first and second resistors, a holding capacitor, and the like, and further, a commutation side switching element, a main switching element, etc. Since it is not necessary to select a circuit element having an excessively large outer shape, the apparatus can be reduced in size and cost.

この発明のスイッチング電源装置の一実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the switching power supply device of this invention. この実施形態の具体的な回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific circuit structure of this embodiment. 図2の回路における通常動作を説明するタイムチャートである。3 is a time chart for explaining a normal operation in the circuit of FIG. 2. 図2の回路における過電流時の動作を説明するタイムチャートである。3 is a time chart for explaining the operation at the time of overcurrent in the circuit of FIG. 2. 図2の回路における出力短絡時の動作を説明するタイムチャートである。3 is a time chart for explaining an operation when an output is short-circuited in the circuit of FIG. 2. 図2の回路に可変抵抗素子及び可変制御回路が設けられていない場合の出力短絡時の動作を説明するタイムチャートである。3 is a time chart for explaining an operation when an output is short-circuited when a variable resistance element and a variable control circuit are not provided in the circuit of FIG. この実施形態の第1変形例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 1st modification of this embodiment. この実施形態の第2変形例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 2nd modification of this embodiment.

以下、この発明のスイッチング電源装置の一実施形態について、図面に基づいて説明する。この実施形態のスイッチング電源装置10は、図1に示すように、入力電源12に直列接続され、入力電圧Viを断続する主スイッチング素子14を備えている。主スイッチング素子14は、N−chのMOS型FETが使用されており、後述するPWM制御回路16が出力する一定周期の駆動パルスで駆動され、所定の時比率でオン・オフする。主スイッチング素子14のドレイン端子と入力電源12との間には、主トランス18の1次巻線18aが接続され、主スイッチング素子14のオン・オフによって発生する断続電圧が印加される。また、主トランス18には、1次巻線18aに印加された断続電圧を変圧した交流電圧が発生する2次巻線18bが設けられている。各巻線18a,18bに付したドットは磁気結合の極性を表わしている。   Hereinafter, an embodiment of a switching power supply device of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the switching power supply device 10 of this embodiment includes a main switching element 14 that is connected in series to an input power supply 12 and that intermittently inputs an input voltage Vi. The main switching element 14 uses an N-ch MOS FET, is driven by a drive pulse of a fixed period output from a PWM control circuit 16 described later, and is turned on / off at a predetermined time ratio. A primary winding 18 a of the main transformer 18 is connected between the drain terminal of the main switching element 14 and the input power supply 12, and an intermittent voltage generated by turning on and off the main switching element 14 is applied. The main transformer 18 is provided with a secondary winding 18b that generates an AC voltage obtained by transforming an intermittent voltage applied to the primary winding 18a. The dots attached to the windings 18a and 18b represent the magnetic coupling polarity.

2次巻線18bのドットが付されていない端子には、N−chのMOS型FETである整流側スイッチング素子20のドレイン端子が接続されている。整流側スイッチング素子20は、主スイッチング素子14がオンの期間中に2次巻線18bに発生する電圧を整流する。また、整流側スイッチング素子20のソース端子からドレイン端子の向きに、整流側スイッチング素子20のチップ内に存在する寄生ダイオード22が並列に接続されている。なお、MOS型FETである整流側スイッチング素子20及び寄生ダイオード22は、ファストリカバリ・ダイオード等に置き換えてもよい。   The terminal of the secondary winding 18b without a dot is connected to the drain terminal of the rectifying side switching element 20, which is an N-ch MOS type FET. The rectifying side switching element 20 rectifies the voltage generated in the secondary winding 18b while the main switching element 14 is on. Further, a parasitic diode 22 existing in the chip of the rectifying side switching element 20 is connected in parallel in the direction from the source terminal to the drain terminal of the rectifying side switching element 20. The rectifying side switching element 20 and the parasitic diode 22 which are MOS type FETs may be replaced with a fast recovery diode or the like.

2次巻線18bのドットが付された端子には、N−chのMOS型FETである転流側スイッチング素子24のドレイン端子が接続されている。転流側スイッチング素子24のソース端子は、整流側スイッチング素子20のソース端子に接続されている。転流側スイッチング素子24は、整流側スイッチング素子20がオフのときに相補的にオンし、後述する平滑インダクタ26が平滑コンデンサ28に向けて蓄積エネルギーを放出するときの電流経路として働く。また、転流側スイッチング素子24のソース端子からドレイン端子の向きに、転流側スイッチング素子24のチップ内に存在するPN接合型の寄生ダイオード30が並列に接続されている。   A terminal of the secondary winding 18b with a dot is connected to the drain terminal of the commutation side switching element 24 which is an N-ch MOS type FET. The source terminal of the commutation side switching element 24 is connected to the source terminal of the rectification side switching element 20. The commutation-side switching element 24 is complementarily turned on when the rectification-side switching element 20 is off, and serves as a current path when a smoothing inductor 26 described later discharges stored energy toward the smoothing capacitor 28. Further, a PN junction type parasitic diode 30 existing in the chip of the commutation side switching element 24 is connected in parallel in the direction from the source terminal to the drain terminal of the commutation side switching element 24.

PN接合型の寄生ダイオード30は、理想的には順バイアスの印加によって順方向電流を流し、逆バイアスが印加されても逆方向には電流を流さないという、いわゆる順方向に整流作用を有する素子であるが、順方向電流が流れているときに印加電圧の向きが急激に反転すると、一時的に逆方向にリカバリ電流が流れるという性質がある。MOS型FETに存在する通常の寄生ダイオードは、高速整流用のファストリカバリ・ダイオード等と違ってリカバリ電流が流れる時間(逆回復時間)が長いという性質がある。特に、出力電圧Voが12〜15Vを超えるスイッチング電源装置10の場合、転流側スイッチング素子24として耐圧150〜250V以上のMOS型FETが使用され、その寄生ダイオード30の逆回復時間が無視できないほど長いので、回路動作上の不具合が生じやすい。詳しくは後で説明する。   The PN-junction type parasitic diode 30 is an element having a so-called forward rectifying action, in which a forward current flows ideally by applying a forward bias and no current flows in the reverse direction even when a reverse bias is applied. However, if the direction of the applied voltage is suddenly reversed while the forward current is flowing, the recovery current temporarily flows in the reverse direction. Unlike a fast recovery diode or the like for high-speed rectification, a normal parasitic diode present in a MOS FET has a property that a recovery current flows for a long time (reverse recovery time). In particular, in the case of the switching power supply device 10 in which the output voltage Vo exceeds 12 to 15 V, a MOS FET having a withstand voltage of 150 to 250 V or more is used as the commutation side switching element 24 and the reverse recovery time of the parasitic diode 30 cannot be ignored. Because it is long, it tends to cause problems in circuit operation. Details will be described later.

整流側スイッチング素子20と転流側スイッチング素子24は、同期整流駆動回路32が発生する駆動パルスがゲート端子に入力されることによってオン・オフ駆動される。同期整流駆動回路32は、主スイッチング素子14がオン・オフするタイミングに基づいて整流側スイッチング素子20と転流側スイッチング素子24のオン・オフのタイミングを決定すると共に、主スイッチング素子14のオン時間が一定以下に短くなると、転流側スイッチング素子24をオフ状態に保持する動作を行う。   The rectifying side switching element 20 and the commutation side switching element 24 are driven to be turned on / off when a driving pulse generated by the synchronous rectification driving circuit 32 is input to the gate terminal. The synchronous rectification drive circuit 32 determines the on / off timing of the rectifying side switching element 20 and the commutation side switching element 24 based on the timing at which the main switching element 14 is turned on / off, and the on time of the main switching element 14. When the current becomes shorter than a certain value, the commutation side switching element 24 is held in the off state.

転流側スイッチング素子24のドレイン・ソース端子間には、平滑インダクタ26と平滑コンデンサ28とで成るローパスフィルタである平滑回路34の入力側が接続され、平滑コンデンサ28の両端に接続された負荷36に出力電圧Vo及び電流Ioを供給する。   Between the drain and source terminals of the commutation side switching element 24, an input side of a smoothing circuit 34 that is a low-pass filter including a smoothing inductor 26 and a smoothing capacitor 28 is connected, and a load 36 connected to both ends of the smoothing capacitor 28 is connected. An output voltage Vo and a current Io are supplied.

電流検出回路38は、主スイッチング素子14に流れるパルス状のスイッチング電流を比例変換した電圧を発生させ、スイッチング電流信号として出力する。   The current detection circuit 38 generates a voltage obtained by proportionally converting the pulsed switching current flowing through the main switching element 14 and outputs the voltage as a switching current signal.

主スイッチング素子14を駆動するPWM制御回路16は、駆動パルス発生回路40、比較器42を有している。駆動パルス発生回路40は、出力電圧Voの誤差信号であるΔVoを受け、誤差信号ΔVoが小さくなる方向にパルス幅変調した矩形の駆動パルスを発生させ、バッファ回路44を介して主スイッチング素子14のゲート端子に向けて出力する。比較器42は、電流検出回路38が出力したスイッチング電流信号と第1基準電圧Vr1とを比較し、スイッチング電流信号が第1基準電圧Vr1に達すると駆動パルス発生回路40が出力する駆動パルスを強制的にローレベルに反転させ、駆動パルス発生回路40は、次のスイッチング周期が始まるまで、そのローレベルを維持する動作を行う。第1基準電圧Vr1は、出力電流Ioがスイッチング電源装置10の定格電流を超えたとき(過電流時)に、スイッチング電流信号が第1基準電圧Vr1に達するように設定されており、正常に安定動作しているとき(通常動作時)は、スイッチング電流信号が第1基準電圧Vr1に達しないので比較器42は動作しない。このように、PWM制御回路16は、駆動パルス発生回路40と比較器42により、後述するパルス・バイ・パルス式の過電流保護動作を行うことができる。   The PWM control circuit 16 that drives the main switching element 14 includes a drive pulse generation circuit 40 and a comparator 42. The drive pulse generation circuit 40 receives ΔVo, which is an error signal of the output voltage Vo, generates a rectangular drive pulse that is pulse-width modulated in a direction in which the error signal ΔVo decreases, and the main switching element 14 is connected via the buffer circuit 44. Output to the gate terminal. The comparator 42 compares the switching current signal output from the current detection circuit 38 with the first reference voltage Vr1, and forces the drive pulse output from the drive pulse generation circuit 40 when the switching current signal reaches the first reference voltage Vr1. The drive pulse generation circuit 40 operates to maintain the low level until the next switching period starts. The first reference voltage Vr1 is set so that the switching current signal reaches the first reference voltage Vr1 when the output current Io exceeds the rated current of the switching power supply device 10 (at the time of overcurrent), and is normally stable. During operation (during normal operation), the comparator 42 does not operate because the switching current signal does not reach the first reference voltage Vr1. As described above, the PWM control circuit 16 can perform a pulse-by-pulse overcurrent protection operation, which will be described later, by the drive pulse generation circuit 40 and the comparator 42.

主スイッチング素子14のゲート・ソース端子間にはNPNトランジスタである可変抵抗素子46が設けられ、さらに、電流検出回路38が出力するスイッチング電流信号に基づいて可変抵抗素子46の抵抗値を変化させる可変制御回路48が設けられている。可変制御回路48は、スイッチング周期ごとに、スイッチング電流信号のピーク値と第2基準電圧Vr2とを比較器50を用いて比較し、スイッチング電流信号が第2基準電圧Vr2未満のときは可変抵抗素子46の抵抗値を非常に大きい値に保持し、第2基準電圧Vr2を超えると可変抵抗素子の抵抗値を低下させる制御信号を瞬時に出力する。これにより、主スイッチング素子14のゲート・ソース端子間電圧が低下し、主スイッチング素子14の導通抵抗が大きくなってスイッチング電流の増加が抑制される動作が行われる。ここで、第2基準電圧Vr2は第1基準電圧Vr1よりも大きな値に設定されており、負荷36が非常に低インピーダンスに故障したとき(出力短絡時)、すなわち、上記の過電流時よりもスイッチング電流が増加したとき等に可変制御回路48が動作し、後述する短絡保護動作を行うことができる。   A variable resistance element 46, which is an NPN transistor, is provided between the gate and source terminals of the main switching element 14, and further, a variable value that changes the resistance value of the variable resistance element 46 based on the switching current signal output from the current detection circuit 38. A control circuit 48 is provided. The variable control circuit 48 compares the peak value of the switching current signal with the second reference voltage Vr2 for each switching period by using the comparator 50. When the switching current signal is less than the second reference voltage Vr2, the variable resistance element The resistance value of 46 is held at a very large value, and when the second reference voltage Vr2 is exceeded, a control signal for decreasing the resistance value of the variable resistance element is instantaneously output. As a result, the gate-source terminal voltage of the main switching element 14 is lowered, the conduction resistance of the main switching element 14 is increased, and an operation in which an increase in switching current is suppressed is performed. Here, the second reference voltage Vr2 is set to a larger value than the first reference voltage Vr1, and when the load 36 has a very low impedance failure (when the output is short-circuited), that is, more than the above-described overcurrent. When the switching current increases, the variable control circuit 48 operates, and a short-circuit protection operation described later can be performed.

次に、スイッチング電源装置10の具体的な回路構成を、図2に基づいて説明する。同期整流駆動回路32は、主トランス18の3次巻線18c及び電圧保持用のツェナーダイオード52等を含む第1駆動回路54と、主スイッチング素子14のオン・オフのタイミング情報を伝達する信号伝達用トランス56等を含む第2駆動回路58とで構成されている。この第1、第2駆動回路54、58は、特許文献2に開示されている第二実施形態のスイッチング電源装置が有する同期整流素子駆動回路及びゲート放電回路に相当し、ほぼ同様の動作を行う。   Next, a specific circuit configuration of the switching power supply device 10 will be described with reference to FIG. The synchronous rectification drive circuit 32 transmits a first drive circuit 54 including the tertiary winding 18c of the main transformer 18 and a voltage holding Zener diode 52, and signal transmission for transmitting on / off timing information of the main switching element 14. And a second drive circuit 58 including a transformer 56 and the like. The first and second drive circuits 54 and 58 correspond to the synchronous rectifier driving circuit and the gate discharge circuit included in the switching power supply device of the second embodiment disclosed in Patent Document 2, and perform substantially the same operation. .

また、バッファ回路44は、PWM制御回路16に電源供給する直流電源44a、NPNトランジスタ及びPNPトランジスタをいわゆるトーテムポール型に組み合わせて構成されており、PWM制御回路16が出力する駆動パルスを2つのトランジスタのベース端子に受け、複数の抵抗によって所定時間だけ遅延した駆動パルスを主スイッチング素子14のゲート端子に向けて出力する。   The buffer circuit 44 is configured by combining a DC power supply 44 a that supplies power to the PWM control circuit 16, an NPN transistor, and a PNP transistor in a so-called totem pole type. The drive pulse received by the base terminal and delayed by a plurality of resistors for a predetermined time is output toward the gate terminal of the main switching element 14.

電流検出回路38は、1次巻線60a、2次巻線60bを有する電流トランス60を有しており、各巻線60a,60bに付したドットは磁気結合の極性を表わしている。この1次巻線60aは、主トランス18の1次巻線18aと入力電源12の接続点に挿入され、そこに流れる主スイッチング素子14のスイッチング電流Id14を検出し、2次巻線60bのドットを付した端子から電流Id14に比例した小さな電流を整流ダイオード62を介して出力する。整流ダイオードの出力と2次巻線60bのドットが付されていない側の一端に電流検出抵抗64が接続され、電流検出抵抗64の両端にスイッチング電流Id14に略比例した電圧であるスイッチング電流信号を発生させる。   The current detection circuit 38 has a current transformer 60 having a primary winding 60a and a secondary winding 60b, and dots attached to the windings 60a and 60b represent the polarity of magnetic coupling. The primary winding 60a is inserted at the connection point between the primary winding 18a of the main transformer 18 and the input power supply 12, detects the switching current Id14 of the main switching element 14 flowing therethrough, and detects the dot of the secondary winding 60b. A small current proportional to the current Id14 is output via the rectifier diode 62 from the terminal marked with. A current detection resistor 64 is connected to the output of the rectifier diode and one end of the secondary winding 60b where the dot is not attached, and a switching current signal having a voltage substantially proportional to the switching current Id14 is applied to both ends of the current detection resistor 64. generate.

PMW制御回路16の駆動パルス発生回路40は、上述した比較器42が、カレントモード方式のパルス幅制御を行うための比較器として兼用されており、比較器42の反転入力端子に電流検出抵抗64に発生したスイッチング電流信号が入力され、非反転入力端子に出力電圧Voの誤差分を増幅器65で反転増幅した誤差信号ΔVoを抵抗分圧した信号が入力されている。そして、駆動パルス発生回路40は、比較器42によって主スイッチング素子14のオンの開始後、スイッチング電流信号が上昇して誤差信号ΔVoの分圧値に達したタイミングを検出し、そのタイミングに基づいてパルス幅変調された駆動パルスを生成する。   In the drive pulse generation circuit 40 of the PMW control circuit 16, the above-described comparator 42 is also used as a comparator for performing pulse width control of the current mode method, and the current detection resistor 64 is connected to the inverting input terminal of the comparator 42. The switching current signal generated in the above is input, and a signal obtained by resistance-dividing the error signal ΔVo obtained by inverting and amplifying the error of the output voltage Vo by the amplifier 65 is input to the non-inverting input terminal. Then, after the main switching element 14 is turned on by the comparator 42, the drive pulse generation circuit 40 detects the timing when the switching current signal rises and reaches the divided value of the error signal ΔVo, and based on the timing. A pulse width modulated drive pulse is generated.

また、比較器42の非反転入力端子には、第1基準電圧Vr1を発生させるツェナーダイオード66が接続されている。通常動作中は誤差信号ΔVoの分圧値がツェナー電圧Vr1よりも低いのでツェナーダイオード66は動作しないが、出力電流Ioが定格を超えて過電流状態になると誤差信号ΔVoの分圧値が上昇してツェナーダイオード66が導通し、非反転入力端子電圧を第1基準電圧Vr1に固定する。   A Zener diode 66 that generates the first reference voltage Vr1 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 42. During normal operation, since the divided value of the error signal ΔVo is lower than the Zener voltage Vr1, the Zener diode 66 does not operate. However, when the output current Io exceeds the rating and becomes an overcurrent state, the divided value of the error signal ΔVo increases. Thus, the Zener diode 66 becomes conductive, and the non-inverting input terminal voltage is fixed to the first reference voltage Vr1.

可変抵抗素子46は、コレクタ端子が主スイッチング素子14のゲート端子に接続され、エミッタ端子が主スイッチング素子14のソース端子に接続されたNPNトランジスタである。可変制御回路48は、可変抵抗素子46のベース・エミッタ端子間に接続された第1抵抗68と、カソード端子が電流検出回路38の出力端に接続され、アノード端子が可変抵抗素子46のベース端子に接続されたツェナーダイオード70とで構成されている。上述した第2基準電圧Vr2は、ツェナーダイオード70の電圧Vaと可変抵抗素子46のベース・エミッタ間順方向電圧Vbとの合計値である。従って、電流検出抵抗64に発生するスイッチング電流信号が小さいときは、可変抵抗素子46にベース電流が供給されないので可変抵抗素子46が大きな抵抗値の状態になり、スイッチング電流信号が第2基準電圧Vr2に達すると、ツェナーダイオード70が導通して可変抵抗素子46にベース電流が流れるので、コレクタ電流を流すことが可能な小さな抵抗値の状態になる。このように、可変制御回路48は、スイッチング電流信号が第2基準電圧Vr2に達すると、ベース電流を発生させることによって可変抵抗素子46の抵抗値を低下させる動作を行う。   The variable resistance element 46 is an NPN transistor having a collector terminal connected to the gate terminal of the main switching element 14 and an emitter terminal connected to the source terminal of the main switching element 14. The variable control circuit 48 includes a first resistor 68 connected between the base and emitter terminals of the variable resistance element 46, a cathode terminal connected to the output terminal of the current detection circuit 38, and an anode terminal connected to the base terminal of the variable resistance element 46. And a Zener diode 70 connected to the. The above-described second reference voltage Vr2 is a total value of the voltage Va of the Zener diode 70 and the base-emitter forward voltage Vb of the variable resistance element 46. Therefore, when the switching current signal generated in the current detection resistor 64 is small, the base current is not supplied to the variable resistance element 46, so that the variable resistance element 46 is in a large resistance state, and the switching current signal is the second reference voltage Vr2. Since the zener diode 70 is turned on and the base current flows through the variable resistance element 46, the resistance value is small enough to allow the collector current to flow. Thus, when the switching current signal reaches the second reference voltage Vr2, the variable control circuit 48 performs an operation of reducing the resistance value of the variable resistance element 46 by generating the base current.

また、第1抵抗68は、可変制御回路48が出力するベース電流を適度な値に調節するための抵抗である。第1抵抗68の抵抗値は、スイッチング電流信号のピーク値が第2基準電圧Vr2に達した後、そのピーク値が低下しても所定の期間は可変抵抗素子46が小さな抵抗値の状態を維持できる程度に大きな抵抗値であり、かつ、その所定の期間が経過した後、速やかに可変抵抗素子46の抵抗値が大きい状態に変化できる程度に小さな抵抗値に設定されている。   The first resistor 68 is a resistor for adjusting the base current output from the variable control circuit 48 to an appropriate value. The resistance value of the first resistor 68 is such that, after the peak value of the switching current signal reaches the second reference voltage Vr2, the variable resistance element 46 maintains a small resistance value for a predetermined period even if the peak value decreases. The resistance value is set as large as possible, and the resistance value is set to such a small value that the resistance value of the variable resistance element 46 can be quickly changed to a large state after the predetermined period has elapsed.

次に、スイッチング電源装置10の動作を、図3〜図6に基づいて説明する。まず、出力電流Ioが定格以下で動作している通常動作について説明する。通常動作時の各部の動作波形は、図3のタイムチャートのように表わされる。   Next, the operation of the switching power supply device 10 will be described with reference to FIGS. First, a normal operation in which the output current Io is operating below the rating will be described. The operation waveform of each part during normal operation is represented as shown in the time chart of FIG.

主スイッチング素子14は、PWM制御回路16が出力する一定周期の駆動パルスV16によって駆動され、期間t11〜t12を1周期Tとするスイッチング動作を繰り返す。ここで、説明の便宜のため、転流側スイッチング素子24がオフして主スイッチング素子14がオンするまでの遅延時間は十分に短いものとして無視し、主トランス18の励磁インダクタンスに流れる励磁電流も小さいものとして無視している。   The main switching element 14 is driven by a drive pulse V16 with a fixed period output from the PWM control circuit 16, and repeats a switching operation with a period T11 to t12 as one period T. Here, for convenience of explanation, the delay time from when the commutation side switching element 24 is turned off to when the main switching element 14 is turned on is ignored as being sufficiently short, and the exciting current flowing through the exciting inductance of the main transformer 18 is also ignored. Ignore it as a small one.

期間t11に入る直前は、主スイッチング素子14がオフ、整流側スイッチング素子20がオフ、転流側スイッチング素子24がオンしている。期間t11に入ると、駆動パルスV16がハイレベルに転じ、バッファ回路44を介して主スイッチング素子14のゲート・ソース端子間の電圧Vg14が急峻に上昇してゲート閾値Vth14を超え、主スイッチング素子14がオンに転じる。また、駆動パルスがハイレベルに転じたことを示すタイミング信号が信号伝達トランス56を介して伝達され、第2駆動回路58の動作により転流側スイッチング素子24のゲート・ソース端子間の電圧Vg24がゲート閾値Vth24未満まで急峻に低下し、転流側スイッチング素子24がオフに転じる。また、主スイッチング素子14がオンすると、主トランス18の1次巻線18aの電圧V18aが急峻に上昇して入力電圧Viになり、それによって3次巻線18cに相似形の電圧が発生し、第1駆動回路54の動作により整流側スイッチング素子20のゲート・ソース端子間電圧がゲート閾値を超えて急峻に上昇し、整流側スイッチング素子20がオンに転じる。また、転流側スイッチング素子24と並列の寄生ダイオード30は、逆方向電圧(Vd24)が印加されるのでオフとなる。   Immediately before entering the period t11, the main switching element 14 is off, the rectifying side switching element 20 is off, and the commutation side switching element 24 is on. When the period t11 is entered, the drive pulse V16 changes to a high level, the voltage Vg14 between the gate and source terminals of the main switching element 14 rises sharply via the buffer circuit 44 and exceeds the gate threshold Vth14, and the main switching element 14 Turns on. In addition, a timing signal indicating that the drive pulse has changed to a high level is transmitted via the signal transmission transformer 56, and the operation of the second drive circuit 58 causes the voltage Vg24 between the gate and source terminals of the commutation side switching element 24 to be changed. The voltage drops steeply below the gate threshold Vth24, and the commutation side switching element 24 turns off. When the main switching element 14 is turned on, the voltage V18a of the primary winding 18a of the main transformer 18 sharply increases to the input voltage Vi, thereby generating a similar voltage in the tertiary winding 18c. The operation of the first drive circuit 54 causes the voltage between the gate and source terminals of the rectifying side switching element 20 to rapidly increase beyond the gate threshold, and the rectifying side switching element 20 is turned on. Further, the parasitic diode 30 in parallel with the commutation side switching element 24 is turned off because the reverse voltage (Vd24) is applied.

主スイッチング素子14がオンすると、スイッチング電流Id14が流れ始め、図3に示すように、期間t11の間、時間の経過とともに電流値が所定の傾きで徐々に増加する略台形状の波形となる。この電流Id14は、入力電源12、主トランス18、負荷36及び平滑コンデンサ28、平滑インダクタ26、整流側スイッチング素子20、主トランス18、主スイッチング素子14の経路に流れ、そのピーク値が出力電流Ioに略比例した値になる。   When the main switching element 14 is turned on, the switching current Id14 begins to flow, and as shown in FIG. 3, the current value gradually increases with a predetermined slope over time during the period t11. This current Id14 flows through the path of the input power supply 12, the main transformer 18, the load 36 and the smoothing capacitor 28, the smoothing inductor 26, the rectifying side switching element 20, the main transformer 18, and the main switching element 14, and its peak value is the output current Io. The value is approximately proportional to.

ここで、スイッチング電源装置10は出力電流Ioが定格以下で動作しているので、電流Id14が小さく、過電流保護の第1及び第2基準値Ir1,Ir2に達していない。第1基準値Ir1は、PWM制御回路16の第1基準電圧Vr1に対応するものであり、比較器42に入力されるスイッチング電流信号(電圧信号)がVr1になるときの電流Id14がIr1である。同様に、第2基準値Ir2は、可変制御回路48の第2基準電圧Vr2に対応するものであり、可変制御回路48に入力されるスイッチング電流信号がVr2になるときの電流Id14がIr2である。よって、通常動作中は、PWM制御回路16のツェナーダイオード66は動作せず、可変制御回路48の後段の可変抵抗素子46も状態が変化することなく高い抵抗値を保持する。   Here, since the switching power supply device 10 operates with the output current Io below the rated value, the current Id14 is small and the first and second reference values Ir1 and Ir2 for overcurrent protection are not reached. The first reference value Ir1 corresponds to the first reference voltage Vr1 of the PWM control circuit 16, and the current Id14 when the switching current signal (voltage signal) input to the comparator 42 becomes Vr1 is Ir1. . Similarly, the second reference value Ir2 corresponds to the second reference voltage Vr2 of the variable control circuit 48, and the current Id14 when the switching current signal input to the variable control circuit 48 becomes Vr2 is Ir2. . Therefore, during normal operation, the Zener diode 66 of the PWM control circuit 16 does not operate, and the variable resistance element 46 at the subsequent stage of the variable control circuit 48 maintains a high resistance value without changing its state.

期間t11の終わりは、PWM制御回路16が出力電圧Voの誤差信号ΔVoを小さくなる方向にパルス幅変調する動作によって決定され、主スイッチング素子14をオンさせるべき期間が経過し、駆動パルスV16がローレベルに転じたところで期間t11が終了する。   The end of the period t11 is determined by an operation in which the PWM control circuit 16 performs pulse width modulation in a direction to reduce the error signal ΔVo of the output voltage Vo. A period for turning on the main switching element 14 has elapsed, and the drive pulse V16 is low. The period t11 ends when the level is reached.

期間t12に入ると、駆動パルスV16がローレベルに転じ、バッファ回路44を介して主スイッチング素子14のゲート・ソース端子間の電圧Vg14が急峻に低下してゲート閾値Vth14未満になり、主スイッチング素子14がオフに転じる。また、主スイッチング素子14がオフすると、主トランス18の1次巻線18aの電圧V18aは急峻に低下してほぼゼロボルトになり、その後、主トランス18に蓄積された励磁エネルギーを放出するリセット動作により正弦波状の緩やかな負方向の電圧が発生する。それによって3次巻線18cに相似形の電圧が発生し、第1駆動回路54の動作により、転流側スイッチング素子24のゲート・ソース端子間の電圧Vg24がゲート閾値Vth24を超えて上昇し、転流側スイッチング素子24がオンに転じる。同様に、3次巻線18cの電圧を受けた第1駆動回路54の動作により、整流側スイッチング素子20のゲート・ソース端子間電圧が低下してゲート閾値未満になり、整流側スイッチング素子20がオフに転じる。   When the period t12 is entered, the drive pulse V16 changes to the low level, and the voltage Vg14 between the gate and source terminals of the main switching element 14 sharply decreases via the buffer circuit 44 to become less than the gate threshold Vth14. 14 turns off. Further, when the main switching element 14 is turned off, the voltage V18a of the primary winding 18a of the main transformer 18 sharply decreases to almost zero volts, and then is reset by releasing the excitation energy accumulated in the main transformer 18. A sine wave-like gentle negative voltage is generated. As a result, a similar voltage is generated in the tertiary winding 18c, and the operation of the first drive circuit 54 causes the voltage Vg24 between the gate and source terminals of the commutation side switching element 24 to rise above the gate threshold Vth24, The commutation side switching element 24 turns on. Similarly, due to the operation of the first drive circuit 54 receiving the voltage of the tertiary winding 18c, the voltage between the gate and the source terminal of the rectifying side switching element 20 decreases to become less than the gate threshold value, and the rectifying side switching element 20 Turn off.

主スイッチング素子14がオフするとスイッチング電流Id14が遮断され入力電源12からの出力電流Ioの供給が停止する。そして、オンしている転流側スイッチング素子24に、平滑インダクタ26の励磁エネルギーが出力電流Ioとして放出される電流が流れる。この電流は、転流側スイッチング素子24及び寄生ダイオード30に流れる電流を示す電流Id24の波形のように、時間の経過とともに電流値が所定の傾きで徐々に減少する略台形状の波形となる。この電流Id24は、平滑インダクタ26、転流側スイッチング素子24、負荷36及び平滑コンデンサ28の経路に流れ、概ねそのピーク値が出力電流Ioとなる。   When the main switching element 14 is turned off, the switching current Id14 is cut off and the supply of the output current Io from the input power supply 12 is stopped. Then, a current that discharges the excitation energy of the smoothing inductor 26 as the output current Io flows through the commutation-side switching element 24 that is turned on. This current has a substantially trapezoidal waveform in which the current value gradually decreases with a predetermined slope as time passes, like the waveform of the current Id24 indicating the current flowing through the commutation side switching element 24 and the parasitic diode 30. This current Id24 flows through the path of the smoothing inductor 26, the commutation side switching element 24, the load 36, and the smoothing capacitor 28, and the peak value thereof becomes the output current Io.

1次巻線18aの電圧V18aが負方向のピーク値を示した後、ゼロボルトに向けて上昇し、3次巻線18cのドットと反対方向の電圧も同様に正電圧からゼロボルトに向けて低下する。そして、転流側スイッチング素子24のゲート電圧Vg24が電圧保持用のツェナーダイオード52のツェナー電圧Vzまで低下した時点で、ツェナーダイオード52の動作が停止し、電圧Vg24がVzに保持される。ツェナー電圧Vzはゲート閾値Vth24よりも高い値に設定されているので、期間t12が終了するまで転流側スイッチング素子24がオンを継続することができる。従って、期間t12の間、寄生ダイオード30には順方向電流がほとんど流れず、期間t12が終了して転流側スイッチング素子24がオフに転じる時も、逆方向電流(リカバリ電流)がほとんど流れない。   After the voltage V18a of the primary winding 18a shows the peak value in the negative direction, the voltage rises toward zero volts, and the voltage in the direction opposite to the dot of the tertiary winding 18c similarly decreases from the positive voltage toward zero volts. . Then, when the gate voltage Vg24 of the commutation side switching element 24 decreases to the Zener voltage Vz of the voltage holding Zener diode 52, the operation of the Zener diode 52 is stopped, and the voltage Vg24 is held at Vz. Since the Zener voltage Vz is set to a value higher than the gate threshold value Vth24, the commutation side switching element 24 can be kept on until the period t12 ends. Therefore, the forward current hardly flows through the parasitic diode 30 during the period t12, and the reverse current (recovery current) hardly flows even when the period t12 ends and the commutation side switching element 24 turns off. .

期間t12の終わりは、PWM制御回路16が主スイッチング素子14のオンタイミングを一定の時間間隔にしようとする動作によって決定され、主スイッチング素子14をオフさせるべき期間が経過し、駆動パルスV16がハイレベルに転じたところで期間t12が終了する。   The end of the period t12 is determined by an operation in which the PWM control circuit 16 tries to turn on the main switching element 14 at a constant time interval. A period for turning off the main switching element 14 has elapsed, and the drive pulse V16 becomes high. The period t12 ends when the level is reached.

スイッチング電源装置10が通常動作をするときは、上記の期間t11〜t12を1周期Tとするスイッチング動作を繰り返し、第1及び第2基準値Ir1,Ir2によってスイッチング電流Id14が制限されることなく、出力電圧Voを所定の電圧に安定化する。   When the switching power supply 10 performs a normal operation, the switching operation with the period t11 to t12 as one cycle T is repeated, and the switching current Id14 is not limited by the first and second reference values Ir1 and Ir2. The output voltage Vo is stabilized to a predetermined voltage.

次に、出力電流Ioが定格を超える過電流状態であり、第1基準値Ir1に基づくパルス・バイ・パルス式の過電流保護を行う動作について説明する。過電流保護動作時の各部の動作波形は図4のタイムチャートのように表わされ、主スイッチング素子14は、期間t21〜t23を1周期Tとするスイッチング動作を繰り返す。   Next, an operation for performing pulse-by-pulse overcurrent protection based on the first reference value Ir1 when the output current Io is in an overcurrent state exceeding the rating will be described. The operation waveforms of the respective parts during the overcurrent protection operation are represented as shown in the time chart of FIG. 4, and the main switching element 14 repeats the switching operation with the period t21 to t23 as one cycle T.

期間t21に入る直前は、主スイッチング素子14がオフ、整流側スイッチング素子20がオフ、転流側スイッチング素子24がオンしている。期間t21に入ると、図3の期間t11とほぼ同様の動作を行う。すなわち、駆動パルスV16がハイレベルに転じ、バッファ回路44を介して主スイッチング素子14のゲート・ソース端子間の電圧Vg14が急峻に上昇してゲート閾値Vth14を超え、主スイッチング素子14がオンに転じる。転流側スイッチング素子24がオフに転じ、整流側スイッチング素子20がオンに転じる動作も同様である。   Immediately before entering the period t21, the main switching element 14 is off, the rectifying side switching element 20 is off, and the commutation side switching element 24 is on. When the period t21 is entered, an operation substantially similar to that of the period t11 in FIG. 3 is performed. That is, the drive pulse V16 is turned to a high level, the voltage Vg14 between the gate and source terminals of the main switching element 14 is sharply increased through the buffer circuit 44 and exceeds the gate threshold value Vth14, and the main switching element 14 is turned on. . The operation in which the commutation side switching element 24 turns off and the rectification side switching element 20 turns on is the same.

主スイッチング素子14がオンすると、スイッチング電流Id14が流れ始め、図4に示すように、期間t21の間、時間の経過とともに電流値が所定の傾きで徐々に増加する略台形状の波形となり、そのピーク値が出力電流Ioに略比例した値になる。   When the main switching element 14 is turned on, the switching current Id14 starts to flow, and as shown in FIG. 4, during the period t21, the current value gradually increases with a predetermined slope as time elapses. The peak value becomes a value approximately proportional to the output current Io.

スイッチング電源装置10は出力電流Ioが定格以上の過電流状態で動作しているので、電流Id14が大きく、期間t21の開始からしばらく経過したときにピーク値が第1基準値Ir1に達することになる。電流Id14が所定の傾きで上昇して第1基準値Ir1になると、電流検出回路38が出力するスイッチング電流信号も上昇して第1基準電圧Vr1になる。期間t21は、PWM制御回路16の比較器42の反転入力端子が受けるスイッチング電流信号のピーク値が第1基準電圧Vr1に達したところで終了する。   Since the switching power supply device 10 operates in an overcurrent state where the output current Io exceeds the rating, the current Id14 is large, and the peak value reaches the first reference value Ir1 after a while from the start of the period t21. . When the current Id14 rises with a predetermined slope and reaches the first reference value Ir1, the switching current signal output from the current detection circuit 38 also rises and becomes the first reference voltage Vr1. The period t21 ends when the peak value of the switching current signal received by the inverting input terminal of the comparator 42 of the PWM control circuit 16 reaches the first reference voltage Vr1.

一方、スイッチング電流Id14が第2基準値Ir2まで上昇せずスイッチング電流信号が第2基準電圧Vr2未満の範囲にあるので、可変制御回路48の後段の可変抵抗素子46の状態も変化することなく高い抵抗値を保持する。   On the other hand, since the switching current Id14 does not rise to the second reference value Ir2 and the switching current signal is in the range below the second reference voltage Vr2, the state of the variable resistance element 46 subsequent to the variable control circuit 48 is high without changing. Holds the resistance value.

期間t22に入っても、駆動パルスVgはハイレベルに維持され、期間t21と同様に主スイッチング素子14がオン、転流側スイッチング素子24がオフ、整流側スイッチング素子20がオンを継続する。本来は、比較器42の反転入力端子にVr1を超えようとするスイッチング電流信号が入力されると、ツェナーダイオード66が動作して非反転入力端子を第1基準電圧Vr1に保持し、比較器42の出力がローレベルに転じ、駆動パルス発生回路40が駆動パルスV16をローレベルに反転させて保持する、という動作が瞬時に行われるのが理想である。しかしながら、実際には、比較器42や駆動パルス発生回路40等の動作遅延により、期間t22の間は、駆動パルスV16が反転することなくハイレベルを維持する。例えば、市販されているICを使用してPWM制御回路16を構成した場合、比較器42の反転入力端子にVr1を超えようとするスイッチング電流信号が入力されてから、駆動パルスV16がローレベルに反転するまでの時間(遅延時間Tm)が、50n〜300nsecほど存在するのが一般的である。   Even during the period t22, the drive pulse Vg is maintained at a high level, and the main switching element 14 is turned on, the commutation side switching element 24 is turned off, and the rectification side switching element 20 is kept on as in the period t21. Originally, when a switching current signal that exceeds Vr1 is input to the inverting input terminal of the comparator 42, the Zener diode 66 operates to hold the non-inverting input terminal at the first reference voltage Vr1. Ideally, the operation of the drive pulse generating circuit 40 inverts the drive pulse V16 to the low level and holds it is instantaneously performed. However, in practice, due to the operation delay of the comparator 42, the drive pulse generation circuit 40, etc., the drive pulse V16 is maintained at a high level during the period t22 without being inverted. For example, when the PWM control circuit 16 is configured using a commercially available IC, the driving pulse V16 is set to the low level after the switching current signal that attempts to exceed Vr1 is input to the inverting input terminal of the comparator 42. In general, the time until inversion (delay time Tm) is about 50 to 300 nsec.

また、ここでは、スイッチング電流Id14が第1基準値Ir1に達するものの、第2基準値Ir2には達しないので、可変制御回路48の後段の可変抵抗素子46も変化することなく高い抵抗値を保持する。期間t22は、期間t22が開始して遅延時間Tmが経過し、駆動パルスV16がローレベルに反転したところで終了する。   Here, although the switching current Id14 reaches the first reference value Ir1, but does not reach the second reference value Ir2, the variable resistance element 46 subsequent to the variable control circuit 48 also maintains a high resistance value without changing. To do. The period t22 ends when the period t22 starts and the delay time Tm elapses and the drive pulse V16 is inverted to the low level.

期間t23に入ると、図3の期間t12とほぼ同様の動作を行う。すなわち、駆動パルスV16がローレベルに転じ、バッファ回路44を介して主スイッチング素子14のゲート・ソース端子間の電圧Vg14が急峻に低下してゲート閾値Vth14未満になり、主スイッチング素子14がオフに転じる。転流側スイッチング素子24がオンに転じ、整流側スイッチング素子20がオフに転じる動作も同様である。従って、期間t23の間、寄生ダイオード30には順方向電流がほとんど流れず、期間t23が終了して転流側スイッチング素子24がオフに転じる時も、逆方向電流(リカバリ電流)がほとんど流れない。   When the period t23 is entered, an operation substantially similar to the period t12 in FIG. 3 is performed. That is, the drive pulse V16 is changed to a low level, the voltage Vg14 between the gate and the source terminal of the main switching element 14 is sharply reduced via the buffer circuit 44 to become less than the gate threshold Vth14, and the main switching element 14 is turned off. Turn. The operation in which the commutation side switching element 24 turns on and the rectification side switching element 20 turns off is the same. Therefore, the forward current hardly flows through the parasitic diode 30 during the period t23, and the reverse current (recovery current) hardly flows even when the period t23 ends and the commutation side switching element 24 turns off. .

期間t23は、PWM制御回路16が主スイッチング素子14のオンのタイミングを一定間隔にしようとする動作により、主スイッチング素子14をオフさせるべき期間が経過し、駆動パルスV16がハイレベルに転じたところで終了する。   During the period t23, when the PWM control circuit 16 tries to turn on the main switching element 14 at a constant interval, a period for turning off the main switching element 14 has elapsed, and the drive pulse V16 has turned to a high level. finish.

スイッチング電源装置10が過電流保護動作をするときは、上記の期間t21〜t23を1周期Tとするスイッチング動作を繰り返す。このような動作により、スイッチング電流Id14のピーク値が第1基準値Ir1を超えないようにする高速制御を行い、出力電流Ioを制限し、かつ、主スイッチング素子14のオン時間を短くして出力電圧Voを低下させることによって、負荷36や装置内部の回路素子を保護することができる。   When the switching power supply device 10 performs the overcurrent protection operation, the switching operation with the period t21 to t23 as one cycle T is repeated. By such an operation, high-speed control is performed so that the peak value of the switching current Id14 does not exceed the first reference value Ir1, the output current Io is limited, and the on-time of the main switching element 14 is shortened for output. By reducing the voltage Vo, the load 36 and circuit elements inside the apparatus can be protected.

次に、負荷36が非常に低インピーダンスの状態で故障などしたとき(出力短絡時)、第2基準値Ir2に基づく短絡保護を行う動作について説明する。短絡保護動作時の各部の動作波形は図5のタイムチャートのように表わされ、主スイッチング素子14は、期間t31〜t35を1周期Tとするスイッチング動作を繰り返す。   Next, an operation for performing short-circuit protection based on the second reference value Ir2 when the load 36 has failed in a very low impedance state (when the output is short-circuited) will be described. The operation waveforms of the respective parts during the short-circuit protection operation are represented as shown in the time chart of FIG. 5, and the main switching element 14 repeats the switching operation with the period t31 to t35 as one cycle T.

なお、短絡保護動作中は、主スイッチング素子14のオン時間が非常に短くなるので、図5に示すように、転流側スイッチング素子24のゲート・ソース端子間の電圧Vg24が、全期間にわたってゲート閾値Vth24に達しない。同様に、図示しない整流側スイッチング素子20のゲート・ソース端子間電圧もゲート閾値に達しない。従って、以下に説明する短絡保護動作中は、転流側スイッチング素子24と整流側スイッチング素子20が全期間にわたってオフしている。   During the short-circuit protection operation, the on-time of the main switching element 14 becomes very short, so that the voltage Vg24 between the gate and the source terminal of the commutation side switching element 24 is kept at the gate for the entire period as shown in FIG. The threshold value Vth24 is not reached. Similarly, the voltage between the gate and the source terminal of the rectifying side switching element 20 (not shown) does not reach the gate threshold value. Therefore, during the short-circuit protection operation described below, the commutation side switching element 24 and the rectification side switching element 20 are off for the entire period.

期間t31に入る直前は、主スイッチング素子14がオフ、整流側の寄生ダイオード22がオフしており、転流側の寄生ダイオード30は順方向の電流Id24を流してオンしている。期間t31に入ると、駆動パルスV16がハイレベルに転じ、バッファ回路44を介して主スイッチング素子14のゲート・ソース端子間の電圧Vg14が急峻に上昇してゲート閾値Vth14を超え、主スイッチング素子14がオンに転じる。整流側の寄生ダイオード22も速やかにオンに転じ、順方向の電流を流すことができる状態になる。しかし、転流側の寄生ダイオード30は、上述したように逆回復時間が長いPN接合型のダイオードのため、速やかにオフすることができず、逆方向のリカバリ電流が流れる(リカバリ動作)。   Immediately before entering the period t31, the main switching element 14 is turned off, the rectifying side parasitic diode 22 is turned off, and the commutating side parasitic diode 30 is turned on by passing a forward current Id24. When the period t31 is entered, the drive pulse V16 changes to a high level, the voltage Vg14 between the gate and source terminals of the main switching element 14 rises sharply via the buffer circuit 44 and exceeds the gate threshold Vth14, and the main switching element 14 Turns on. The parasitic diode 22 on the rectifying side also turns on quickly, and the current in the forward direction can flow. However, since the parasitic diode 30 on the commutation side is a PN junction type diode having a long reverse recovery time as described above, it cannot be quickly turned off, and a reverse recovery current flows (recovery operation).

このリカバリ電流成分は、入力電源12、主トランス18、転流側の寄生ダイオード30、整流側の寄生ダイオード22、主トランス18、主スイッチング素子14の経路に流れ、図5の電流Id14,Id24の波形に示すように非常に急峻に増加する。リカバリ電流の経路は非常にインピーダンスが低く、主トランス18が有する小さな漏れインダクタンスや主スイッチング素子14のオン・スピード等の要因によって制限されるのみであり、電流増加の傾きが非常に急峻になる。   This recovery current component flows through the path of the input power supply 12, the main transformer 18, the commutation side parasitic diode 30, the rectification side parasitic diode 22, the main transformer 18, and the main switching element 14, and the currents Id14 and Id24 in FIG. It increases very steeply as shown in the waveform. The path of the recovery current has a very low impedance and is limited only by factors such as a small leakage inductance of the main transformer 18 and the on-speed of the main switching element 14, and the current increase has a very steep slope.

主スイッチング素子14がオンすると、上記のリカバリ動作の影響で、スイッチング電流Id14が瞬時に第1基準値Ir1に達する。すると、PWM制御回路16が、図4で説明した過電流保護の動作を開始するが、駆動パルスV16のハイレベルの時間をPWM制御回路16が有する遅延時間Tmよりも短くすることはできない。従って、主スイッチング素子14のオン時間が短くならないので、スイッチング電流Id14が第1基準値Ir1を超えてさらに上昇し、遅延時間Tmが経過する前に第2基準値Ir2に達する。   When the main switching element 14 is turned on, the switching current Id14 instantaneously reaches the first reference value Ir1 due to the influence of the recovery operation. Then, the PWM control circuit 16 starts the overcurrent protection operation described with reference to FIG. 4, but the high level time of the drive pulse V16 cannot be made shorter than the delay time Tm of the PWM control circuit 16. Therefore, since the ON time of the main switching element 14 is not shortened, the switching current Id14 further increases beyond the first reference value Ir1, and reaches the second reference value Ir2 before the delay time Tm elapses.

電流Id14が第2基準値Ir2になると、電流検出回路38が出力するスイッチング電流信号も上昇して第2基準電圧Vr2になる。期間t31は、可変制御回路48に入力されるスイッチング電流信号のピーク値が第2基準電圧Vr2に達したところで終了する。   When the current Id14 becomes the second reference value Ir2, the switching current signal output from the current detection circuit 38 also rises to become the second reference voltage Vr2. The period t31 ends when the peak value of the switching current signal input to the variable control circuit 48 reaches the second reference voltage Vr2.

期間t32に入っても、PWM制御回路16の駆動パルスV16は、上記の遅延時間Tmの影響でハイレベルを継続し、バッファ回路44が主スイッチング素子14のゲート・ソース端子間の電圧Vg14をゲート閾値Vth14よりも十分高い電圧に保持しようとする。   Even during the period t32, the drive pulse V16 of the PWM control circuit 16 continues to be at a high level due to the influence of the delay time Tm, and the buffer circuit 44 gates the voltage Vg14 between the gate and source terminals of the main switching element 14. An attempt is made to maintain the voltage sufficiently higher than the threshold value Vth14.

一方、可変制御回路48は、電流検出回路38が出力するスイッチング電流信号がツェナーダイオード70の電圧Vaと可変抵抗素子46のベース・エミッタ間順方向電圧Vbとの合計値である第2基準電圧Vr2を超えようとすると、ツェナーダイオード70が導通することによって可変抵抗素子46に所定のベース電流を供給し、可変抵抗素子46がコレクタ電流を流すようになって等価的にコレクタ・エミッタ間の抵抗値が小さくなり、主スイッチング素子14のゲート・ソース端子間の電圧Vg14が低下する。このとき、可変制御回路48は、可変抵抗素子46の抵抗値を低下させ、電圧Vg14がゲート閾値Vth14を下回らない範囲でゲート閾値Vth14に近い電圧になるように制御する。従って、MOS型FETである主スイッチング素子14は、所定の大きな導通抵抗をもってオンする状態になる。   On the other hand, in the variable control circuit 48, the switching current signal output from the current detection circuit 38 is a second reference voltage Vr2 in which the voltage Va of the Zener diode 70 and the base-emitter forward voltage Vb of the variable resistance element 46 are the total value. When the zener diode 70 is turned on, a predetermined base current is supplied to the variable resistance element 46 by the conduction of the Zener diode 70, and the variable resistance element 46 causes a collector current to flow, so that the resistance value between the collector and the emitter is equivalent. Decreases, and the voltage Vg14 between the gate and source terminals of the main switching element 14 decreases. At this time, the variable control circuit 48 reduces the resistance value of the variable resistance element 46 and controls the voltage Vg14 to be a voltage close to the gate threshold value Vth14 within a range that does not fall below the gate threshold value Vth14. Accordingly, the main switching element 14 which is a MOS FET is turned on with a predetermined large conduction resistance.

このように、期間t32では、主スイッチング素子14の導通抵抗を増加させることによって、電流Id14,Id24のピーク値を小さく抑える動作が行われる。このとき、第1抵抗68の調整により可変抵抗素子46に流れるベース電流が最適化されているので、電流Id14,Id24のピーク値が低下し、スイッチング電流信号が第2基準電圧Vr2よりも低くなり、可変制御回路48から可変抵抗素子46へのベース電流の供給が止まっても、遅延時間Tmが経過するまでの間は、可変抵抗素子46が抵抗値を低下させる動作を継続する。   As described above, in the period t32, the operation of suppressing the peak values of the currents Id14 and Id24 is performed by increasing the conduction resistance of the main switching element 14. At this time, since the base current flowing through the variable resistance element 46 is optimized by adjusting the first resistor 68, the peak values of the currents Id14 and Id24 are lowered, and the switching current signal becomes lower than the second reference voltage Vr2. Even if the supply of the base current from the variable control circuit 48 to the variable resistance element 46 is stopped, the variable resistance element 46 continues the operation of decreasing the resistance value until the delay time Tm elapses.

期間t32は、PWM制御回路16に第1基準電圧Vr1を超えるスイッチング電流信号が入力されてから遅延時間Tmが経過し、駆動パルスV16がローレベルに反転したところで終了する。   The period t32 ends when the delay time Tm elapses after the switching current signal exceeding the first reference voltage Vr1 is input to the PWM control circuit 16, and the drive pulse V16 is inverted to the low level.

期間t33に入ると、駆動パルスV16がローレベルに転じ、バッファ回路44を介して主スイッチング素子14のゲート・ソース端子間の電圧Vg14が低下してゲート閾値Vth14未満になり、主スイッチング素子14がオフに転じる。すると、電流Id14,Id24の経路が、主スイッチング素子14内部のドレイン・ソース端子間に存在する図示しない寄生コンデンサに切り替わる。整流側の寄生ダイオード22はオンを継続し、転流側の寄生ダイオード30もリカバリ動作を継続する。   When the period t33 is entered, the drive pulse V16 turns to a low level, the voltage Vg14 between the gate and source terminals of the main switching element 14 decreases via the buffer circuit 44 to become less than the gate threshold Vth14, and the main switching element 14 Turn off. Then, the paths of the currents Id14 and Id24 are switched to a parasitic capacitor (not shown) existing between the drain and source terminals inside the main switching element 14. The parasitic diode 22 on the rectification side continues to be on, and the parasitic diode 30 on the commutation side also continues the recovery operation.

その後、転流側の寄生ダイオード30のリカバリ動作がある程度回復し、電流Id14,Id24がゼロアンペアに近くなって電圧Vd24が上昇し始めたところで期間t33が終了する。   Thereafter, the recovery operation of the commutation side parasitic diode 30 recovers to some extent, and the period t33 ends when the currents Id14 and Id24 approach zero ampere and the voltage Vd24 starts to rise.

期間t34に入ると、主スイッチング素子14はオフを継続し、整流側の寄生ダイオード22はオンを継続し、転流側の寄生ダイオード30のリカバリ動作の回復が進んだことによって、寄生ダイオード30の両端にサージ状の電圧Vd24が発生する。このサージ状の電圧Vd24のピーク値は、期間t34が開始する時の電流Id24に大きく依存するが、上述した期間t32の動作によって電流Id24が小さく抑えられているので、電圧Vd24が危険電圧にまで上昇する心配はない。   In the period t34, the main switching element 14 continues to be turned off, the rectifying side parasitic diode 22 continues to be turned on, and recovery of the recovery operation of the commutation side parasitic diode 30 has progressed. A surge-like voltage Vd24 is generated at both ends. The peak value of the surge-like voltage Vd24 greatly depends on the current Id24 at the start of the period t34. However, since the current Id24 is suppressed to be small by the operation in the period t32 described above, the voltage Vd24 reaches the dangerous voltage. There is no worry of rising.

その後、転流側の寄生ダイオード30のリカバリ動作が回復し、平滑インダクタ26が放出する電流が順方向に流れ始めたところで期間t34が終了する。   Thereafter, the recovery operation of the parasitic diode 30 on the commutation side is recovered, and the period t34 ends when the current discharged from the smoothing inductor 26 begins to flow in the forward direction.

期間t35に入ると、主スイッチング素子14はオフを継続し、整流側の寄生ダイオードが逆方向にバイアスされてオフに転じる。そして、転流側の寄生ダイオード30に、平滑インダクタ26の励磁エネルギーが出力電流Ioとして放出される電流が順方向に流れ始め、電圧Vd24がほぼゼロボルトに低下する。この電流は、電流Id24の波形のように、時間の経過とともに電流値が所定の傾きで徐々に減少する略台形状の波形となる。この電流Id24は、平滑インダクタ26、寄生ダイオード30、負荷36及び平滑コンデンサ28の経路に流れ、概ねそのピーク値が出力電流Ioとなる。   In the period t35, the main switching element 14 continues to be turned off, and the parasitic diode on the rectifying side is biased in the reverse direction and turned off. Then, a current discharged as the output current Io from the exciting energy of the smoothing inductor 26 starts to flow in the parasitic diode 30 on the commutation side in the forward direction, and the voltage Vd24 decreases to almost zero volts. This current has a substantially trapezoidal waveform in which the current value gradually decreases with a predetermined slope as time passes, like the waveform of the current Id24. This current Id24 flows through the path of the smoothing inductor 26, the parasitic diode 30, the load 36, and the smoothing capacitor 28, and its peak value becomes the output current Io.

期間t35は、PWM制御回路16が主スイッチング素子14のオンのタイミングを一定間隔にしようとする動作により、主スイッチング素子14をオフさせるべき期間が経過し、駆動パルスV16がハイレベルに転じたところで終了する。   During the period t35, the period in which the main switching element 14 is to be turned off has passed due to the operation of the PWM control circuit 16 trying to turn on the main switching element 14 at a constant interval, and the drive pulse V16 has turned to the high level. finish.

スイッチング電源装置10が短絡保護動作をするときは、上記の期間t31〜t35を1周期Tとするスイッチング動作を繰り返す。このような動作により、スイッチング電流Id14のピーク値が第2基準値Ir2を超えないように制限する高速制御を行い、転流側の寄生ダイオード30に逆方向に流れるリカバリ電流を制限し、転流側スイッチング素子24のドレイン・ソース端子間の電圧Vd24が危険電圧まで上昇するのを防止する。また、他の回路素子に対しても過剰な電気的ストレスが加わらないように保護することができ、同時に出力電流Ioも制限され、故障した負荷36が焼損する事故を未然に防止することができる。   When the switching power supply device 10 performs the short circuit protection operation, the switching operation with the period t31 to t35 as one cycle T is repeated. By such an operation, high-speed control is performed to limit the peak value of the switching current Id14 so as not to exceed the second reference value Ir2, the recovery current flowing in the reverse direction to the parasitic diode 30 on the commutation side is limited, and commutation is performed. The voltage Vd24 between the drain and source terminals of the side switching element 24 is prevented from rising to a dangerous voltage. Further, it is possible to protect other circuit elements from being applied with excessive electrical stress, and at the same time, the output current Io is also limited, thereby preventing an accident in which the failed load 36 is burned out. .

例えば、上記実施形態のスイッチング電源装置10に可変抵抗素子46と可変制御回路48を設けていない不完全なスイッチング電源装置の場合、出力短絡時に適切な短絡保護が行われない。   For example, in the case of an incomplete switching power supply device in which the variable power element 46 and the variable control circuit 48 are not provided in the switching power supply device 10 of the above embodiment, appropriate short-circuit protection is not performed when the output is short-circuited.

この不完全なスイッチング電源装置は、第2基準値Vr2に基づいてスイッチング電流Id14を制限する機能を有していないので、図6に示すように、期間t41に入ったときに流れ始める電流Id14,Id24が、遅延時間Tmが経過するまで増加し続ける。そして、期間t42に入って主スイッチング素子14がオフすることによって初めて電流Id14,Id24の増加が抑制され、期間t43に入る直前の電流Id14,Id24が、図5の期間t34に入る直前の電流Id14,Id24よりも大きくなってしまう。その結果、期間t43に入って寄生ダイオード30の両端に発生するサージ状の電圧Vd24が非常に高くなり、転流側スイッチング素子24に大きな電気的ストレスが加わることになる。   Since this incomplete switching power supply device does not have a function of limiting the switching current Id14 based on the second reference value Vr2, as shown in FIG. 6, the current Id14, which starts to flow when the period t41 starts, Id24 continues to increase until the delay time Tm elapses. The increase in the currents Id14 and Id24 is suppressed only when the main switching element 14 is turned off in the period t42, and the currents Id14 and Id24 immediately before entering the period t43 become the current Id14 immediately before entering the period t34 in FIG. , Id24. As a result, the surge voltage Vd24 generated at both ends of the parasitic diode 30 in the period t43 becomes very high, and a large electrical stress is applied to the commutation side switching element 24.

この場合、転流側スイッチング素子24が故障しないように、定格電圧の高いMOS型FETを選択する必要がある。しかし、MOS型FETは定格電圧が高いものほど導通抵抗が大きくなるという傾向があるので、定格電圧の高いMOS型FETを選択することによって通常動作中の整流損失が大きくなり、外形が大きく高価なMOS型FETを選択しなければならなくなる。   In this case, it is necessary to select a MOS FET having a high rated voltage so that the commutation side switching element 24 does not fail. However, MOS type FETs tend to have higher conduction resistance as their rated voltage is higher, so selecting a MOS type FET with higher rated voltage increases rectification loss during normal operation, resulting in a larger outer shape and higher cost. A MOS type FET must be selected.

以上説明したように、スイッチング電源装置10は、主スイッチング素子14に流れるスイッチング電流Id14を第1基準値Ir1に基づいて制限する過電流保護機能と、第1基準値Ir1よりも大きい第2基準値Ir2に基づいて高速に制限する短絡保護機能とを備えている。従って、負荷36が故障して出力が短絡し、転流側スイッチング素子24の同期整流動作が停止し、転流側の寄生ダイオード30にリカバリ電流Id24が流れた時、スイッチング電流Id14及びリカバリ電流Id24を小さく抑え、転流側スイッチング素子24のドレイン・ソース端子間に過大な電圧Vd24が発生するのを防止することができる。従って、転流側スイッチング素子24として、定格電圧が低く導通抵抗の小さいMOS型FETを選択することができ、低損失化を図ることができる。   As described above, the switching power supply device 10 includes the overcurrent protection function that limits the switching current Id14 flowing through the main switching element 14 based on the first reference value Ir1, and the second reference value that is larger than the first reference value Ir1. It has a short-circuit protection function that restricts at high speed based on Ir2. Therefore, when the load 36 fails and the output is short-circuited, the synchronous rectification operation of the commutation side switching element 24 is stopped and the recovery current Id24 flows through the parasitic diode 30 on the commutation side, the switching current Id14 and the recovery current Id24 Can be suppressed, and generation of an excessive voltage Vd24 between the drain and source terminals of the commutation side switching element 24 can be prevented. Therefore, a MOS type FET having a low rated voltage and a small conduction resistance can be selected as the commutation side switching element 24, and a reduction in loss can be achieved.

また、可変抵抗素子46及び可変制御回路48は、NPNトランジスタ、ツェナーダイオード、抵抗という3点の部品を組み合わせてシンプルに構成することができ、狭いスペースにも容易に実装することができる。   In addition, the variable resistance element 46 and the variable control circuit 48 can be simply configured by combining three parts such as an NPN transistor, a Zener diode, and a resistor, and can be easily mounted in a narrow space.

次に、上記のスイッチング電源装置10の第1変形例について、図7に基づいて説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。第1変形例では、上記のPWM制御回路16に代えて、スロープ補正回路80を有したPWM制御回路82が設けられ、上記の電流検出回路38に代えて、電流検出抵抗64を主スイッチング素子14のソース端子側に挿入することによって電流トランス60等を省略した電流検出回路84が設けられている。さらに、上記のバッファ回路44が省略され、上記の可変抵抗素子46のコレクタ端子側に抵抗46aが挿入され、上記の可変制御回路48の第1抵抗68と並列に電圧保持コンデンサ90が接続されている。その他の構成は、上記実施形態と同様である。   Next, a first modification of the switching power supply device 10 will be described with reference to FIG. Here, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the first modification, a PWM control circuit 82 having a slope correction circuit 80 is provided in place of the PWM control circuit 16, and the current detection resistor 64 is replaced with the main switching element 14 in place of the current detection circuit 38. A current detection circuit 84 is provided in which the current transformer 60 and the like are omitted by being inserted into the source terminal side of the. Further, the buffer circuit 44 is omitted, a resistor 46a is inserted on the collector terminal side of the variable resistance element 46, and a voltage holding capacitor 90 is connected in parallel with the first resistor 68 of the variable control circuit 48. Yes. Other configurations are the same as those in the above embodiment.

例えば、出力電力の小さいスイッチング電源装置や高入力電圧仕様のスイッチング電源装置の場合、主スイッチング素子14に流れるスイッチング電流Id14が小さいので、電流検出抵抗64に直接スイッチング電流Id14を流しても大きな損失が発生しない。従って、電流検出回路84を使用して構成を簡単化することができる。また、主スイッチング素子14として、ゲート・ソース端子間の駆動が容易な定格電流の小さいMOS型FETを選択することができるので、バッファ回路44を省略することができる。   For example, in the case of a switching power supply device with low output power or a switching power supply device with high input voltage specifications, since the switching current Id14 flowing through the main switching element 14 is small, a large loss is caused even if the switching current Id14 flows directly through the current detection resistor 64. Does not occur. Therefore, the configuration can be simplified by using the current detection circuit 84. Further, as the main switching element 14, a MOS FET with a small rated current that can be easily driven between the gate and the source terminal can be selected, so that the buffer circuit 44 can be omitted.

PWM制御回路82のスロープ補正回路80は、誤差信号ΔVoに基づくカレントモード式のパルス幅変調を行うときに問題となる電流発振現象を防止するために設けられたもので、図7に示すように、スイッチング周期に同期してスイッチ86がオン・オフすることによって、比較器42の反転入力端子と電流検出回路84の出力との間に挿入した抵抗88の両端にノコギリ波状の補正電圧Vdを発生させる動作を行う。   The slope correction circuit 80 of the PWM control circuit 82 is provided to prevent a current oscillation phenomenon that becomes a problem when performing current mode type pulse width modulation based on the error signal ΔVo, as shown in FIG. When the switch 86 is turned on / off in synchronization with the switching period, a sawtooth correction voltage Vd is generated across the resistor 88 inserted between the inverting input terminal of the comparator 42 and the output of the current detection circuit 84. To perform the operation.

スロープ補正回路80を設けることで、過電流保護動作及び短絡保護動作に関して以下のような差異が生じる。上記実施形態の場合は、第1基準電圧Vr1が、ツェナーダイオード66が導通した時のツェナー電圧で定まる一定の電圧であったが、第1変形例の場合は、第1基準電圧Vr1が、ツェナーダイオード66が導通した時のツェナー電圧Vcから補正電圧Vdを差し引いた電圧(時間と共に補正電圧Vdの範囲で変化する電圧)になる。しかしながら、第1基準電圧Vr1を第2基準電圧Vr2を超えない範囲に設定することにより、図5、図6を用いて説明した上記実施形態の動作と同様の動作を行い、スイッチング電流Id14を制限することができる。   By providing the slope correction circuit 80, the following differences occur with respect to the overcurrent protection operation and the short circuit protection operation. In the case of the above embodiment, the first reference voltage Vr1 is a constant voltage determined by the Zener voltage when the Zener diode 66 is turned on. In the first modification, the first reference voltage Vr1 is the Zener voltage. A voltage obtained by subtracting the correction voltage Vd from the Zener voltage Vc when the diode 66 is turned on (a voltage that changes in the range of the correction voltage Vd with time). However, by setting the first reference voltage Vr1 within a range not exceeding the second reference voltage Vr2, the same operation as that of the above-described embodiment described with reference to FIGS. 5 and 6 is performed, and the switching current Id14 is limited. can do.

上記実施形態では、出力短絡時、スイッチング電流信号のピーク値が第2基準電圧Vr2に達した後、遅延時間Tmが経過するまでの間、可変抵抗素子46が小さな抵抗値の状態を維持し、かつ遅延時間Tmが経過した後、速やかに可変抵抗素子46の抵抗値を大きく変化させる、という動作を第1抵抗68の調整により実現していた。しかし、第1抵抗68だけでは調整が困難な場合は、図7の第1変形例のように、可変抵抗素子46のコレクタ端子側に所定の抵抗46aを挿入したり、第1抵抗68と並列に電圧保持コンデンサ90を接続したりすることにより、調整を容易にすることができる。   In the embodiment, when the output is short-circuited, the variable resistance element 46 maintains a small resistance value until the delay time Tm elapses after the peak value of the switching current signal reaches the second reference voltage Vr2. In addition, after the delay time Tm has elapsed, the operation of rapidly changing the resistance value of the variable resistance element 46 is realized by adjusting the first resistor 68. However, when adjustment is difficult with only the first resistor 68, a predetermined resistor 46 a is inserted on the collector terminal side of the variable resistance element 46 or in parallel with the first resistor 68, as in the first modification of FIG. 7. The adjustment can be facilitated by connecting a voltage holding capacitor 90 to the other.

次に、上記のスイッチング電源装置10の第2変形例について、図8に基づいて説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。第2変形例では、上記のPWM制御回路16に代えて、誤差信号ΔVoに基づくボルテージモード式のパルス幅変調を行う駆動パルス発生回路91と、反転入力端子に電流検出回路96のスイッチング電流信号が入力され、非反転入力端子に負の第1基準電圧Vr1が入力される比較器42とで成るPWM制御回路92とが設けられている。また、上記の可変制御回路48のツェナーダイオード70が第2抵抗94に置き換えられ、第1抵抗68と並列に電圧保持コンデンサ90が接続されている。また、上記実施形態の電流検出回路38に代えて第1変形例の電流検出回路84が設けられ、電流検出回路84と直列に、負のスイッチング電流信号を発生し比較器42の反転入力端子に向けて出力する電流検出回路96が新たに設けられている。その他の構成は、上記実施形態と同様である。   Next, a second modification of the switching power supply device 10 will be described with reference to FIG. Here, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the second modification, instead of the PWM control circuit 16 described above, a drive pulse generation circuit 91 that performs voltage mode pulse width modulation based on the error signal ΔVo, and a switching current signal of the current detection circuit 96 at the inverting input terminal are provided. There is provided a PWM control circuit 92 composed of a comparator 42 which is inputted and the negative first reference voltage Vr1 is inputted to the non-inverting input terminal. Further, the Zener diode 70 of the variable control circuit 48 is replaced with a second resistor 94, and a voltage holding capacitor 90 is connected in parallel with the first resistor 68. Further, a current detection circuit 84 of a first modification is provided in place of the current detection circuit 38 of the above embodiment, and a negative switching current signal is generated in series with the current detection circuit 84 and is supplied to the inverting input terminal of the comparator 42. A current detection circuit 96 for output is newly provided. Other configurations are the same as those in the above embodiment.

第2変形例のPWM制御回路92は、比較器42の非反転入力端子に負の第1基準電圧Vr1が入力されているので、その反転入力端子に負のスイッチング電流信号を入力しなければならない。そこで、電流検出回路84とは別に、スイッチング電流Id14に比例した負のスイッチング電流信号を出力する電流検出回路96が設けられている。電流検出回路96は、スイッチング電流Id14が流れて負の電圧が発生する電流検出抵抗98と、その負電圧を分圧する分圧抵抗100a,100bと、分圧抵抗100bに発生する負のスイッチング電流信号からスパイク成分を除去するコンデンサ102で構成されている。このコンデンサ102は、可変抵抗素子46の抵抗値を高速に変化させる動作には影響しない。また、可変抵抗素子46の抵抗値制御の調整のしやすさを考慮し、可変制御回路48に第2抵抗94が設けられている。   Since the negative first reference voltage Vr1 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 42, the PWM control circuit 92 of the second modification must input a negative switching current signal to the inverting input terminal. . Therefore, separately from the current detection circuit 84, a current detection circuit 96 that outputs a negative switching current signal proportional to the switching current Id14 is provided. The current detection circuit 96 includes a current detection resistor 98 through which a switching current Id14 flows and generates a negative voltage, voltage dividing resistors 100a and 100b that divide the negative voltage, and a negative switching current signal generated in the voltage dividing resistor 100b. It is comprised with the capacitor | condenser 102 which removes a spike component from. The capacitor 102 does not affect the operation of changing the resistance value of the variable resistance element 46 at high speed. In consideration of ease of adjustment of resistance value control of the variable resistance element 46, the variable control circuit 48 is provided with a second resistor 94.

このように構成の一部が変更された第2変形例においても、過電流保護動作及び短絡保護動作に関しては、図5、図6を用いて説明した上記実施形態の動作と同様の動作を行い、スイッチング電流Id14を制限することができる。   Even in the second modified example in which a part of the configuration is changed in this way, the same operation as that of the above-described embodiment described with reference to FIGS. 5 and 6 is performed for the overcurrent protection operation and the short circuit protection operation. The switching current Id14 can be limited.

なお、この発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態及び変形例では、出力短絡時、スイッチング電流信号のピーク値が第2基準電圧Vr2に達した後、遅延時間Tmが経過するまでの間、可変抵抗素子46が小さな抵抗値の状態を維持し、かつ遅延時間Tmが経過した後、速やかに可変抵抗素子46の抵抗値を大きく変化させる、という動作を行う構成になっているが、遅延時間Tmが経過する前に可変抵抗素子46の抵抗値が大きく変化するよう設定してもよい。この場合、遅延時間Tmの間に主スイッチング素子が複数回オン・オフし、主スイッチンング素子14のクロス損失が増加する可能性がある。しかし、遅延時間Tmというごく短い期間だけの動作であり、主スイッチング素子14の損失増加はさほど大きくない。従って、主スイッチング素子14が故障する心配がなければ、このような動作を許容することができる。   In addition, the switching power supply device of this invention is not limited to the said embodiment and modification. For example, in the embodiment and the modified example, when the output short circuit occurs, the variable resistance element 46 has a small resistance value until the delay time Tm elapses after the peak value of the switching current signal reaches the second reference voltage Vr2. The operation is such that the state is maintained and the resistance value of the variable resistance element 46 is rapidly changed greatly after the delay time Tm elapses. However, before the delay time Tm elapses, the variable resistance element The resistance value of 46 may be set so as to change greatly. In this case, the main switching element may be turned on / off a plurality of times during the delay time Tm, and the cross loss of the main switching element 14 may increase. However, the operation is only for a very short period of the delay time Tm, and the loss increase of the main switching element 14 is not so large. Therefore, such an operation can be allowed if there is no concern that the main switching element 14 will fail.

また、同期整流駆動回路は、上記実施形態のような主トランスの巻線に発生する電圧を利用した巻線駆動方式に限定するものではなく、出力短絡時など主スイッチング素子のオン時間が一定以下に短くなると、転流側スイッチング素子をオフ状態に保持する機能を備えたものであれば、例えば、転流側スイッチング素子を、主トランスの2次側に設けた専用ICを用いて駆動する方式や、PWM制御回路の駆動パルスを駆動トランスを介して転流側スイッチング素子に伝達して駆動する方式などであってもよい。   In addition, the synchronous rectification drive circuit is not limited to the winding drive system using the voltage generated in the winding of the main transformer as in the above embodiment, but the on-time of the main switching element is less than a certain value such as when the output is short-circuited If it has a function of holding the commutation side switching element in the OFF state, for example, a method of driving the commutation side switching element using a dedicated IC provided on the secondary side of the main transformer Alternatively, a method may be used in which the drive pulse of the PWM control circuit is transmitted to the commutation-side switching element via a drive transformer.

10 スイッチング電源装置
14 主スイッチング素子
16,82,92 PWM制御回路
18 主トランス
20 整流側スイッチング素子
24 転流側スイッチング素子
22,30 寄生ダイオード
32 同期整流駆動回路
34 平滑回路
38,84,96 電流検出回路
46 可変抵抗素子
48 可変制御回路
68 第1抵抗
70 ツェナーダイオード
90 電圧保持コンデンサ
94 第2抵抗
Ir1 第1基準値
Ir2 第2基準値
Vr1 第1基準電圧
Vr2 第2基準電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Switching power supply device 14 Main switching element 16, 82, 92 PWM control circuit 18 Main transformer 20 Commutation side switching element 24 Commutation side switching element 22, 30 Parasitic diode 32 Synchronous rectification drive circuit 34 Smoothing circuit 38, 84, 96 Current detection Circuit 46 Variable resistance element 48 Variable control circuit 68 First resistor 70 Zener diode 90 Voltage holding capacitor 94 Second resistor Ir1 First reference value Ir2 Second reference value Vr1 First reference voltage Vr2 Second reference voltage

Claims (6)

入力電源と直列に接続されたN−chのMOS型FETであって、所定のスイッチング周波数でオン・オフすることによって入力電圧を断続し交流電圧を発生させる主スイッチング素子と、
前記交流電圧が印加される1次巻線及びそれに磁気結合した2次巻線を有する主トランスと、
一端が前記2次巻線の一端に接続され、前記主スイッチング素子がオンの期間中に前記2次巻線に発生した電圧を整流する整流側スイッチング素子と、
前記2次巻線の他の一端と前記整流側スイッチング素子の他の一端にドレイン端子とソース端子が各々接続され、前記主スイッチング素子がオフの期間中にオンして前記ソース端子から前記ドレイン端子の向きに電流を流すN−chのMOS型FETである転流側スイッチング素子と、
前記転流側スイッチング素子の内部のドレイン・ソース端子間に形成された寄生ダイオードと、
前記転流側スイッチング素子をオン・オフ駆動する回路であって、前記主スイッチング素子のオン時間が一定時間以下に短くなると、前記転流側スイッチング素子をオフ状態に保持する同期整流駆動回路と、
平滑チョーク及び平滑コンデンサで成るローパスフィルタであって、前記転流側スイッチング素子のドレイン・ソース端子間にその入力側が接続され、前記平滑コンデンサ両端に直流の出力電圧を生成して負荷に電力を供給する平滑回路と、
前記主スイッチング素子に流れるスイッチング電流を検出する電流検出回路と、
前記出力電圧の誤差信号に基づいてパルス幅変調した矩形の駆動パルスを出力して前記主スイッチング素子のオン・オフを制御すると共に、前記電流検出回路の出力信号を受け前記スイッチング電流のピーク値が第1基準値に達すると前記駆動パルスをローレベルにして前記主スイッチング素子のオン時間を短くするパルス・バイ・パルス式の過電流保護動作を行うPWM制御回路とを備え、
前記スイッチング電流のピーク値が前記第1基準値より高い所定の値に達すると、前記PWM制御回路が行う過電流保護動作によって前記主スイッチング素子のオン時間が前記一定時間以下になり、前記同期整流駆動回路により前記転流側スイッチング素子がオフ状態に保持されるシングルエンディッド・フォワード型のスイッチング電源装置において、
前記主スイッチング素子のゲート・ソース端子間に接続された可変抵抗素子と、前記電流検出回路の出力信号に基づいて前記可変抵抗素子の抵抗値を変化させる可変制御回路とを備え、
前記可変制御回路は、前記電流検出回路の出力信号を受けスイッチング周期ごとに前記スイッチング電流のピーク値と前記所定の値に対応する第2基準値とを比較し、前記スイッチング電流が前記第2基準値に達すると前記可変抵抗素子の抵抗値を低下させ、前記主スイッチング素子のゲート・ソース端子間電圧を上げないように制御することによって前記スイッチング電流のピーク値の上昇を抑制し、オフ状態に保持された前記転流側スイッチング素子の前記寄生ダイオードのリカバリ電流のピーク値を制限することを特徴とするスイッチング電源装置。
An N-ch MOS type FET connected in series with an input power source, and a main switching element that intermittently generates an AC voltage by turning on and off at a predetermined switching frequency;
A main transformer having a primary winding to which the AC voltage is applied and a secondary winding magnetically coupled thereto;
A rectifying side switching element that has one end connected to one end of the secondary winding and rectifies a voltage generated in the secondary winding during a period in which the main switching element is on;
A drain terminal and a source terminal are connected to the other end of the secondary winding and the other end of the rectifying side switching element, respectively, and the main switching element is turned on while the main switching element is turned off. A commutation-side switching element that is an N-channel MOS type FET that allows current to flow in the direction of
A parasitic diode formed between the drain and source terminals inside the commutation side switching element;
A circuit for driving the commutation-side switching element on / off, and when the on-time of the main switching element is reduced to a predetermined time or less, a synchronous rectification drive circuit that holds the commutation-side switching element in an off state;
A low-pass filter comprising a smoothing choke and a smoothing capacitor, the input side of which is connected between the drain and source terminals of the commutation side switching element, generates a DC output voltage across the smoothing capacitor, and supplies power to the load A smoothing circuit to
A current detection circuit for detecting a switching current flowing through the main switching element;
A rectangular drive pulse that is pulse-width modulated based on the error signal of the output voltage is output to control on / off of the main switching element, and an output signal of the current detection circuit is received to obtain a peak value of the switching current. and a PWM control circuit reaches the first reference value result by said drive pulse to the low level perform overcurrent protection operation of the pulse-by-pulse type to shorten the on-time of the main switching element,
When the peak value of the switching current reaches a predetermined value higher than the first reference value, the on-time of the main switching element becomes less than the predetermined time by the overcurrent protection operation performed by the PWM control circuit, and the synchronous rectification In a single-ended forward type switching power supply in which the commutation-side switching element is held in an off state by a drive circuit ,
A variable resistance element connected between the gate and source terminals of the main switching element, and a variable control circuit that changes a resistance value of the variable resistance element based on an output signal of the current detection circuit;
The variable control circuit receives an output signal of the current detection circuit, compares a peak value of the switching current with a second reference value corresponding to the predetermined value for each switching period, and the switching current is the second reference value. to reach the value to lower the resistance value of the variable resistance element to suppress the increase of the peak value of the switching current by controlling so as not to increase the voltage between the gate and source terminals of the main switching element, in the off state switching power supply device and limits the peak value of the recovery current of the parasitic diode of the held the commutation side switching device.
前記可変制御回路は、前記スイッチング電流のピーク値が前記第2基準値に達した後、前記PWM制御回路の過電流保護動作の遅延時間が経過するまでの期間、前記可変抵抗素子の抵抗値を低下させる動作を継続する請求項1記載のスイッチング電源装置。   The variable control circuit sets the resistance value of the variable resistance element during a period until the delay time of the overcurrent protection operation of the PWM control circuit elapses after the peak value of the switching current reaches the second reference value. The switching power supply device according to claim 1, wherein the operation of lowering is continued. 前記可変抵抗素子は、コレクタ端子が前記主スイッチング素子のゲート端子側に接続され、エミッタ端子が前記主スイッチング素子のソース端子に接続されたNPNトランジスタであり、
前記可変制御回路は、前記NPNトランジスタのベース電流を制御することによって前記NPNトランジスタのコレクタ・エミッタ端子間の導通抵抗を変化させる請求項1又は2記載のスイッチング電源装置。
The variable resistance element is an NPN transistor having a collector terminal connected to the gate terminal side of the main switching element and an emitter terminal connected to the source terminal of the main switching element,
3. The switching power supply device according to claim 1, wherein the variable control circuit changes a conduction resistance between a collector and an emitter terminal of the NPN transistor by controlling a base current of the NPN transistor.
前記電流検出回路は、前記スイッチング電流を電圧信号に変換して出力し、
前記可変制御回路は、両端が前記NPNトランジスタのベース・エミッタ端子間に接続された第1抵抗と、カソード端子が前記電流検出回路の出力端に接続され、アノード端子が前記NPNトランジスタのベース端子に接続されたツェナーダイオードとで構成されている請求項3記載のスイッチング電源装置。
The current detection circuit converts the switching current into a voltage signal and outputs the voltage signal,
The variable control circuit has a first resistor connected at both ends between the base and emitter terminals of the NPN transistor, a cathode terminal connected to the output terminal of the current detection circuit, and an anode terminal connected to the base terminal of the NPN transistor. 4. The switching power supply device according to claim 3, comprising a connected Zener diode.
前記第1抵抗と並列に電圧保持コンデンサが接続され、
前記可変制御回路は、前記スイッチング電流のピーク値が前記第2基準値に達した後、前記PWM制御回路の過電流保護動作の遅延時間が経過するまでの期間、前記NPNトランジスタのベース電流を前記電圧保持コンデンサから供給することによって、前記可変抵抗素子の抵抗値を低下させる動作を継続する請求項4記載のスイッチング電源装置。
A voltage holding capacitor is connected in parallel with the first resistor;
The variable control circuit sets the base current of the NPN transistor during a period until the delay time of the overcurrent protection operation of the PWM control circuit elapses after the peak value of the switching current reaches the second reference value. The switching power supply device according to claim 4, wherein the operation of reducing the resistance value of the variable resistance element is continued by supplying the voltage holding capacitor.
前記主トランスに3次巻線が設けられ、
前記同期整流駆動回路に、前記主スイッチング素子がオフの期間に前記3次巻線に発生する電圧を前記転流側スイッチング素子のゲート・ソース端子間に供給する電圧供給経路が設けられ、前記主スイッチング素子のオン時間が前記一定時間より長い状態で、前記転流側スイッチング素子をオン・オフ駆動する請求項1乃至5のいずれか記載のスイッチング電源装置。
A tertiary winding is provided in the main transformer,
The synchronous rectification drive circuit is provided with a voltage supply path for supplying a voltage generated in the tertiary winding between the gate and source terminals of the commutation side switching element while the main switching element is off, 6. The switching power supply device according to claim 1, wherein the commutation-side switching element is driven to be turned on / off in a state where an on-time of the switching element is longer than the predetermined time .
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