JP5640731B2 - Drive circuit and switching power supply device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体スイッチング素子をドライブするドライブ回路及びスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a drive circuit for driving a semiconductor switching element and a switching power supply device.

図4は従来のドライブ回路を有するスイッチング電源装置の一例を示す回路図である。図4に示すスイッチング電源装置において、直流電源V1の両端には、シリコン(Si)デバイスのMOSFETからなるローサイド用のノーマリオフ型スイッチQ1とシリコン(Si)デバイスのMOSFETからなるハイサイド用のノーマリオフ型スイッチQ2との直列回路が接続されている。ノーマリオフ型スイッチQ1のドレイン−ソース間には、トランスT1の一次巻線P1と共振用コンデンサC2との直列回路が接続されている。   FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a switching power supply device having a conventional drive circuit. In the switching power supply device shown in FIG. 4, a low-side normally-off switch Q1 made of a silicon (Si) device MOSFET and a high-side normally-off switch made of a silicon (Si) device MOSFET are provided at both ends of the DC power supply V1. A series circuit with Q2 is connected. A series circuit of the primary winding P1 of the transformer T1 and the resonance capacitor C2 is connected between the drain and source of the normally-off switch Q1.

ダイオードD5はノーマリオフ型スイッチQ2に並列に接続され、ダイオードD6はノーマリオフ型スイッチQ1に並列に接続されている。   The diode D5 is connected in parallel to the normally-off switch Q2, and the diode D6 is connected in parallel to the normally-off switch Q1.

トランスT1の第1の二次巻線S1と第2の二次巻線S2とは直列に接続され、第1の二次巻線S1の一端にはダイオードD7のアノードが接続され、第2の二次巻線S2の一端にはダイオードD8のアノードが接続されている。ダイオードD7のカソードとダイオードD8のカソードとはコンデンサC4の一端と出力端子の一端(+Vo)に接続され、コンデンサC4の他端は、出力端子の他端(−Vo)と第1の二次巻線S1の他端と第2の二次巻線S2の他端とに接続されている。ダイオードD7,D8とコンデンサC4とは、全波整流平滑回路を構成している。   The first secondary winding S1 and the second secondary winding S2 of the transformer T1 are connected in series, the anode of the diode D7 is connected to one end of the first secondary winding S1, and the second One end of the secondary winding S2 is connected to the anode of a diode D8. The cathode of the diode D7 and the cathode of the diode D8 are connected to one end of the capacitor C4 and one end (+ Vo) of the output terminal, and the other end of the capacitor C4 is connected to the other end (−Vo) of the output terminal and the first secondary winding. The other end of the line S1 and the other end of the second secondary winding S2 are connected. Diodes D7 and D8 and capacitor C4 constitute a full-wave rectifying and smoothing circuit.

トランスT1の第1の補助巻線P2と第2の補助巻線P3とは直列に接続され、第1の補助巻線P2の一端にはダイオードD3のアノードが接続され、第2の補助巻線P3の一端にはダイオードD4のアノードが接続されている。ダイオードD3のカソードとダイオードD4のカソードとはコンデンサC1の一端に接続され、第1の補助巻線P2の他端と第2の補助巻線P3の他端とは、コンデンサC1の他端と直流電源V1の負極に接続されている。コンデンサC1は、ローサイドドライブ回路LDRVに供給されるローサイドドライブ電源を構成している。   The first auxiliary winding P2 and the second auxiliary winding P3 of the transformer T1 are connected in series, the anode of the diode D3 is connected to one end of the first auxiliary winding P2, and the second auxiliary winding One end of P3 is connected to the anode of a diode D4. The cathode of the diode D3 and the cathode of the diode D4 are connected to one end of the capacitor C1, and the other end of the first auxiliary winding P2 and the other end of the second auxiliary winding P3 are connected to the other end of the capacitor C1 and a direct current. It is connected to the negative electrode of the power supply V1. The capacitor C1 constitutes a low side drive power supply supplied to the low side drive circuit LDRV.

直流電源V1の正極とコンデンサC1の一端との間には起動抵抗R0が接続されている。起動抵抗RoとコンデンサC1との接続点にはダイオードD9のアノードが接続され、ダイオードD9のカソードはコンデンサC3の一端に接続されている。ダイオードD9とコンデンサC3とは、ハイサイドドライブ回路HDRVに供給されるハイサイドドライブ電源を構成している。   A starting resistor R0 is connected between the positive electrode of the DC power supply V1 and one end of the capacitor C1. The anode of the diode D9 is connected to the connection point between the starting resistor Ro and the capacitor C1, and the cathode of the diode D9 is connected to one end of the capacitor C3. The diode D9 and the capacitor C3 constitute a high side drive power supply supplied to the high side drive circuit HDRV.

電圧検出回路11は、コンデンサC4の出力電圧を検出し、検出電圧をフィードバック信号FBとして発振器OSCに出力する。発振器OSCは、フィードバック信号FBと三角波信号とを比較することにより、フィードバック信号FBに応じてオン幅を可変したパルス信号を生成する。ローサイドドライブ回路LDRVは、発振器OSCからのパルス信号によりノーマリオフ型スイッチQ1をオン/オフさせる。   The voltage detection circuit 11 detects the output voltage of the capacitor C4 and outputs the detection voltage to the oscillator OSC as a feedback signal FB. The oscillator OSC compares the feedback signal FB and the triangular wave signal, thereby generating a pulse signal having a variable ON width in accordance with the feedback signal FB. The low side drive circuit LDRV turns on / off the normally-off type switch Q1 by a pulse signal from the oscillator OSC.

レベルシフト回路LSTは、インバータINVにより発振器OSCからのパルス信号を反転しこの反転パルス信号を所定の信号レベルに変換してハイサイドドライブ回路HDRVに供給する。ハイサイドドライブ回路HDRVは、レベルシフト回路LSTからの反転パルス信号によりノーマリオフ型スイッチQ2をオン/オフさせる。 The level shift circuit LST inverts the pulse signal from the oscillator OSC by the inverter INV, converts the inverted pulse signal to a predetermined signal level, and supplies the signal to the high side drive circuit HDRV. The high side drive circuit HDRV turns on / off the normally-off type switch Q2 by the inverted pulse signal from the level shift circuit LST.

レベルシフト回路LSTは、インバータINVと、インバータINVの出力に接続されるワンショット回路OST1,OST2と、抵抗R2とFETQ4と抵抗R4との直列回路と、抵抗R3とFETQ3と抵抗R5との直列回路と、セット端子Sが抵抗R3の一端に接続され且つリセット端子Rが抵抗R2の一端に接続されるフリップフロップ回路FF1と、ダイオードD1,D2とを有する。 The level shift circuit LST includes an inverter INV, one-shot circuits OST1 and OST2 connected to the output of the inverter INV, a series circuit of a resistor R2, an FET Q4, and a resistor R4, and a series circuit of a resistor R3, an FET Q3, and a resistor R5. And a flip-flop circuit FF1 having a set terminal S connected to one end of the resistor R3 and a reset terminal R connected to one end of the resistor R2, and diodes D1 and D2.

ワンショット回路OST1は、インバータINVからの反転パルス信号の立ち上がりでワンショットパルスを発生する。FETQ3は、ワンショット回路OST1からのワンショットパルスによりオンして、フリップフロップ回路FF1のセット端子Sにセット信号を出力する。 The one-shot circuit OST1 generates a one-shot pulse at the rising edge of the inverted pulse signal from the inverter INV. The FET Q3 is turned on by a one-shot pulse from the one-shot circuit OST1, and outputs a set signal to the set terminal S of the flip-flop circuit FF1.

ワンショット回路OST2は、インバータINVからの反転パルス信号の立ち下がりでワンショットパルスを発生する。FETQ4は、ワンショット回路OST2からのワンショットパルスによりオンして、フリップフロップ回路FF1のリセット端子Rにリセット信号を出力する。フリップフロップ回路FF1の出力端子Qは、ハイサイドドライブ回路HDRVに接続され、所定の信号レベルに変換された反転パルス信号を出力する。 The one-shot circuit OST2 generates a one-shot pulse at the falling edge of the inverted pulse signal from the inverter INV. The FET Q4 is turned on by a one-shot pulse from the one-shot circuit OST2, and outputs a reset signal to the reset terminal R of the flip-flop circuit FF1. The output terminal Q of the flip-flop circuit FF1 is connected to the high side drive circuit HDRV and outputs an inverted pulse signal converted to a predetermined signal level.

なお、従来の技術として、特許文献1に記載された電源システムが知られている。   In addition, the power supply system described in patent document 1 is known as a prior art.

特開2006−223016号公報JP 2006-223016 A

しかしながら、図4に示すドライブ回路では、ダイオードD9とコンデンサC3とによるハイサイドドライブ回路HDRVの電源は、正電圧しか生成できないため、逆バイアス(オフ状態にするための負電圧)の必要なノーマリオン型スイッチをハイサイド用に使用することができない。   However, in the drive circuit shown in FIG. 4, the power supply of the high-side drive circuit HDRV including the diode D9 and the capacitor C3 can generate only a positive voltage, and therefore normally ON that requires reverse bias (negative voltage for turning off). Type switch cannot be used for high side.

また、ダイオードD9とコンデンサC3とによりハイサイドドライブ回路HDRVの電源を生成しているため、ダイオードD9は高耐圧用のダイオードとしなければならず、高価であった。 Further, since the power source of the high side drive circuit HDRV is generated by the diode D9 and the capacitor C3, the diode D9 has to be a high breakdown voltage diode and is expensive.

本発明の課題は、ハイサイド用にノーマリオン型スイッチを使用できるドライブ回路及びスイッチング電源装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a drive circuit and a switching power supply device that can use a normally-on type switch for a high side.

上記課題を解決するために、本発明のドライブ回路は、互いに直列に接続されて直流電源に並列に接続されるハイサイドのノーマリオン型スイッチおよびローサイドのノーマリオフ型スイッチをドライブするドライブ回路であって、ハイサイド制御信号を所定の信号レベルに変換するレベルシフト回路と、前記レベルシフト回路により所定の信号レベルに変換されたハイサイド制御信号により前記ノーマリオン型スイッチをドライブするハイサイドドライブ回路と、ローサイド制御信号により前記ノーマリオフ型スイッチをドライブするローサイドドライブ回路と、
前記ノーマリオン型スイッチと前記ノーマリオフ型スイッチとの接続点と前記直流電源の一端との間に接続され、第2コンデンサと第1コンデンサとが直列に接続された直列回路とを有し、前記第2コンデンサから前記ハイサイドドライブ回路の電源電圧が供給され、前記第1コンデンサから前記ローサイドドライブ回路の電源電圧が供給されることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a drive circuit of the present invention is a drive circuit that drives a high-side normally-on switch and a low-side normally-off switch that are connected in series to each other and connected in parallel to a DC power supply. A level shift circuit that converts a high-side control signal to a predetermined signal level; a high-side drive circuit that drives the normally-on type switch by a high-side control signal converted to a predetermined signal level by the level shift circuit; A low-side drive circuit that drives the normally-off switch by a low-side control signal;
A series circuit connected between a connection point of the normally-on type switch and the normally-off type switch and one end of the DC power supply, and a second capacitor and a first capacitor connected in series; The power supply voltage of the high-side drive circuit is supplied from two capacitors, and the power supply voltage of the low-side drive circuit is supplied from the first capacitor.

本発明のスイッチング電源装置は、互いに直列に接続されて直流電源に並列に接続されたハイサイドのノーマリオン型スイッチおよびローサイドのノーマリオフ型スイッチと、互いに直列に接続されて前記ノーマリオン型スイッチ又は前記ノーマリオフ型スイッチに並列に接続されたトランスの一次巻線および共振用コンデンサと、前記トランスの二次巻線に発生した電圧を整流平滑する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力電圧に基づきハイサイド制御信号およびローサイド制御信号を生成する制御回路と、前記ハイサイド制御信号および前記ローサイド制御信号に基づき前記ノーマリオン型スイッチおよび前記ノーマリオフ型スイッチをドライブするドライブ回路とを有し、前記ドライブ回路は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のドライブ回路であることを特徴とする。   The switching power supply device of the present invention includes a high-side normally-on type switch and a low-side normally-off type switch connected in series to each other and connected in parallel to a DC power source, A transformer primary winding and a resonance capacitor connected in parallel to the normally-off switch, a rectifying and smoothing circuit for rectifying and smoothing a voltage generated in the secondary winding of the transformer, and a high voltage based on the output voltage of the rectifying and smoothing circuit A control circuit for generating a side control signal and a low-side control signal; and a drive circuit for driving the normally-on type switch and the normally-off type switch based on the high-side control signal and the low-side control signal. , Any one of claims 1 to 3 Characterized in that it is a drive circuit according.

本発明によれば、直流電源が供給される電源起動時に、ノーマリオン型スイッチを介して、第2コンデンサと第1コンデンサとに電流が流れて、第2コンデンサが充電されるので、第2コンデンサの両端電圧がハイサイドドライブ回路の電源電圧として供給される。このため、ノーマリオン型スイッチに対して逆バイアスを供給できるので、ノーマリオン型スイッチを使用できる。 According to the present invention, at the time of starting the power supply to which DC power is supplied, the current flows through the normally-on type switch to the second capacitor and the first capacitor, so that the second capacitor is charged. Is supplied as a power supply voltage for the high-side drive circuit. For this reason, since a reverse bias can be supplied to the normally-on type switch, the normally-on type switch can be used.

実施例1のドライブ回路を有するスイッチング電源装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a switching power supply device having a drive circuit of Example 1. FIG. 実施例1のドライブ回路の各部の動作波形を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating operation waveforms of respective units of the drive circuit according to the first embodiment. 実施例1のドライブ回路の各部の詳細な動作波形を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating detailed operation waveforms of each part of the drive circuit according to the first embodiment. 従来のドライブ回路を有するスイッチング電源装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the switching power supply device which has a conventional drive circuit.

以下、本発明の実施の形態のドライブ回路及びスイッチング電源装置を図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a drive circuit and a switching power supply according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の実施例1のドライブ回路を有するスイッチング電源装置の構成図である。図1に示すドライブ回路は、図4に示すドライブ回路の起動抵抗RoとダイオードD9に代えて、抵抗R1(電流制限素子)とツェナーダイオードZD1(電圧クランプ素子)とを用いたことを特徴とする。 1 is a configuration diagram of a switching power supply device having a drive circuit according to a first embodiment of the present invention. The drive circuit shown in FIG. 1 uses a resistor R1 (current limiting element) and a Zener diode ZD1 (voltage clamp element) instead of the starting resistor Ro and the diode D9 of the drive circuit shown in FIG. .

また、図1に示すスイッチング電源装置は、ハイサイド用にノーマリオン型スイッチを使用している。ノーマリオン型スイッチは、ゲート−ソース間電圧が零電圧でオン状態になり、負電圧でオフ状態になるスイッチである。 The switching power supply device shown in FIG. 1 uses a normally-on type switch for the high side. A normally-on switch is a switch that is turned on when the gate-source voltage is zero and turned off when the voltage is negative.

ハイサイド用のノーマリオン型スイッチQ5は、SiデバイスのMOSFETからなるノーマリオフ型スイッチQ2と置き換えられて、ノーマリオン型の窒化ガリウム(GaN)デバイスのGaNFETからなる。ノーマリオン型スイッチQ5のソースは、コンデンサC3(第2コンデンサ)の一端とツェナーダイオードZD1のカソードとハイサイドドライブ回路HDRVの正極電源端子(+)と抵抗R2,R3の一端とに接続されている。 The normally-on type switch Q5 for the high side is replaced with a normally-off type switch Q2 made of a MOSFET of a Si device, and is made of a GaNFET of a normally-on type gallium nitride (GaN) device. The source of normally-on type switch Q5 is connected to one end of capacitor C3 (second capacitor), the cathode of Zener diode ZD1, the positive power supply terminal (+) of high side drive circuit HDRV, and one end of resistors R2 and R3. .

コンデンサC3の他端は、ツェナーダイオードZD1のアノードと抵抗R1の一端とハイサイドドライブ回路HDRVの負極電源端子(−)とダイオードD1,D2のアノードとに接続されている。抵抗R1の他端は、ローサイドドライブ回路LDRVの正極電源端子(+)とコンデンサC1(第1コンデンサ)の一端とに接続されている。 The other end of the capacitor C3 is connected to the anode of the Zener diode ZD1, one end of the resistor R1, the negative power supply terminal (−) of the high side drive circuit HDRV, and the anodes of the diodes D1 and D2. The other end of the resistor R1 is connected to the positive power supply terminal (+) of the low side drive circuit LDRV and one end of the capacitor C1 (first capacitor).

コンデンサC3は、ハイサイドドライブ回路HDRVの電源電圧を供給し、コンデンサC1は、ローサイドドライブ回路LDRVの電源電圧を供給する。 The capacitor C3 supplies the power supply voltage of the high side drive circuit HDRV, and the capacitor C1 supplies the power supply voltage of the low side drive circuit LDRV.

ツェナーダイオードZD1は、コンデンサC3の両端電圧を降伏電圧にクランプするものであり、ハイサイドドライブ回路HDRVへの電源電圧を前記降伏電圧で決定している。 The Zener diode ZD1 clamps the voltage across the capacitor C3 to the breakdown voltage, and the power supply voltage to the high side drive circuit HDRV is determined by the breakdown voltage.

その他の構成は、図4に示す従来のドライブ回路及びスイッチング電源装置の構成と同一であるので、同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。 Since other configurations are the same as those of the conventional drive circuit and switching power supply device shown in FIG. 4, the same reference numerals are given to the same portions, and descriptions thereof are omitted.

なお、発振器OSC、電圧検出回路11は、本発明の制御回路に対応し、ダイオードD7,D8、コンデンサC4は、本発明の整流平滑回路に対応する。 The oscillator OSC and the voltage detection circuit 11 correspond to the control circuit of the present invention, and the diodes D7 and D8 and the capacitor C4 correspond to the rectifying and smoothing circuit of the present invention.

また、発振器OSCからのパルス信号は、本発明のローサイド制御信号に対応し、発振器OSCからのパルス信号を反転したパルス信号は、本発明のハイサイド制御信号に対応する。 The pulse signal from the oscillator OSC corresponds to the low side control signal of the present invention, and the pulse signal obtained by inverting the pulse signal from the oscillator OSC corresponds to the high side control signal of the present invention.

次にこのように構成された実施例1のドライブ回路及びスイッチング電源装置の動作を図2及び図3に示す動作波形を参照しながら、詳細に説明する。 Next, the operation of the drive circuit and the switching power supply device according to the first embodiment configured as described above will be described in detail with reference to operation waveforms shown in FIGS.

図2において、Vc1〜Vc3はコンデンサC1〜C3の両端電圧、Iq3,Iq4はFETQ3,Q4のドレインに流れる電流、VgsQ1はノーマリオフ型スイッチQ1のゲート−ソース間電圧、VgsQ5はノーマリオン型スイッチQ5のゲート−ソース間電圧、OSCは発振器OSCからのパルス信号を示す。図3において、IdQ1はノーマリオフ型スイッチQ1のドレイン電流、Ic2はコンデンサC2に流れる電流、VdsQ1は、ノーマリオフ型スイッチQ1のドレイン−ソース間電圧を示す。 2, Vc1 to Vc3 are voltages across the capacitors C1 to C3, Iq3 and Iq4 are currents flowing through the drains of the FETs Q3 and Q4, VgsQ1 is a gate-source voltage of the normally-off switch Q1, and VgsQ5 is a normally-on switch Q5. A gate-source voltage, OSC, indicates a pulse signal from the oscillator OSC. In FIG. 3, IdQ1 is the drain current of the normally-off switch Q1, Ic2 is the current flowing through the capacitor C2, and VdsQ1 is the drain-source voltage of the normally-off switch Q1.

まず、直流電源V1が供給される電源起動時(時刻t0〜t1)は、ノーマリオン型スイッチQ5は、導通状態であるので、V1(正極)→Q5→C3→R1→C1→V1(負極)の経路で電流が流れ、コンデンサC3とコンデンサC1とが充電されるため、電圧Vc1,Vc3が図2に示すように変化する。また、V1(正極)→Q5→P1→C2→V1(負極)の経路で電流が流れ、コンデンサC2が充電されるため、電圧Vc2が上昇する。 First, at the time of starting the power source to which the DC power source V1 is supplied (time t0 to t1), the normally-on type switch Q5 is in a conductive state, so V1 (positive electrode) → Q5 → C3 → R1 → C1 → V1 (negative electrode). The current flows through the path and the capacitors C3 and C1 are charged, so that the voltages Vc1 and Vc3 change as shown in FIG. In addition, since a current flows through a path of V1 (positive electrode) → Q5 → P1 → C2 → V1 (negative electrode) and the capacitor C2 is charged, the voltage Vc2 increases.

このとき、ノーマリオン型スイッチQ5のソース電位に対して、コンデンサC3の電圧Vc3は、負電圧となる。このコンデンサC3の電圧Vc3をハイサイドドライブ回路HDRVの電源電圧とすることで、ノーマリオン型スイッチQ5のソース電位に対して、ハイサイドドライブ回路HDRVがノーマリオン型スイッチQ5のゲート−ソース間に零電圧および負電圧を出力できるので、ノーマリオン型スイッチQ5のゲート電位を逆バイアス(負電圧)にすることができる。即ち、ノーマリオン型スイッチQ5をオン/オフさせることができる。 At this time, the voltage Vc3 of the capacitor C3 is a negative voltage with respect to the source potential of the normally-on switch Q5. By using the voltage Vc3 of the capacitor C3 as the power supply voltage of the high-side drive circuit HDRV, the high-side drive circuit HDRV is zero between the gate and source of the normally-on type switch Q5 with respect to the source potential of the normally-on type switch Q5. Since a voltage and a negative voltage can be output, the gate potential of the normally-on switch Q5 can be reverse-biased (negative voltage). That is, the normally-on type switch Q5 can be turned on / off.

そして、コンデンサC1の電圧Vc1が発振器OSCとローサイドドライブ回路LDRVの電源電圧として供給され、コンデンサC3の電圧Vc3がハイサイドドライブ回路HDRVの電源電圧として供給され、各部が動作し、制御状態となる(時刻t1以降)。 Then, the voltage Vc1 of the capacitor C1 is supplied as the power supply voltage of the oscillator OSC and the low-side drive circuit LDRV, and the voltage Vc3 of the capacitor C3 is supplied as the power supply voltage of the high-side drive circuit HDRV. After time t1).

すると、発振器OSCからのパルス信号の立ち上がり(時刻t2)を反転したパルス信号の立ち下がりに同期して、FETQ4に電流Iq4が流れて、フリップフロップ回路FF1にリセット信号が入力されるため、ノーマリオン型スイッチQ5はオフされる。また、発振器OSCからのパルス信号の立ち上がり(時刻t2)に同期して、ノーマリオフ型スイッチQ1がオンする。 Then, the current Iq4 flows to the FET Q4 in synchronization with the falling edge of the pulse signal obtained by inverting the rising edge (time t2) of the pulse signal from the oscillator OSC, and the reset signal is input to the flip-flop circuit FF1. The mold switch Q5 is turned off. In addition, the normally-off type switch Q1 is turned on in synchronization with the rise of the pulse signal from the oscillator OSC (time t2).

次に、発振器OSCからのパルス信号の立ち下がり(時刻t3)を反転したパルス信号の立ち上がりに同期して、FETQ3に電流Iq3が流れて、フリップフロップ回路FF1にセット信号が入力されるため、ノーマリオン型スイッチQ5はオンされる。また、発振器OSCからのパルス信号の立ち下がり(時刻t3)に同期して、ノーマリオフ型スイッチQ1がオフする。時刻t2〜t3は、ノーマリオン型スイッチQ5のオフ期間であるため、コンデンサC3の電圧Vc3は元の電圧よりも放電される。 Next, in synchronization with the rising edge of the pulse signal obtained by inverting the falling edge of the pulse signal from the oscillator OSC (time t3), the current Iq3 flows through the FET Q3, and the set signal is input to the flip-flop circuit FF1. The mullion switch Q5 is turned on. Further, the normally-off type switch Q1 is turned off in synchronization with the falling edge of the pulse signal from the oscillator OSC (time t3). Since the times t2 to t3 are the off period of the normally-on type switch Q5, the voltage Vc3 of the capacitor C3 is discharged from the original voltage.

次に、発振器OSCからのパルス信号の立ち上がり(時刻t4)を反転したパルス信号の立ち下がりに同期して、FETQ4に電流Iq4が流れて、フリップフロップ回路FF1にリセット信号が入力されるため、ノーマリオン型スイッチQ5はオフされる。また、発振器OSCからのパルス信号の立ち上がり(時刻t4)に同期して、ノーマリオフ型スイッチQ1がオンする。時刻t3〜t4は、ノーマリオン型スイッチQ5のオン期間であるため、コンデンサC3の電圧Vc3は元の電圧に充電される。 Next, the current Iq4 flows through the FET Q4 in synchronization with the falling edge of the pulse signal obtained by inverting the rising edge (time t4) of the pulse signal from the oscillator OSC, and the reset signal is input to the flip-flop circuit FF1. The mullion switch Q5 is turned off. In addition, the normally-off switch Q1 is turned on in synchronization with the rise of the pulse signal from the oscillator OSC (time t4). Since the times t3 to t4 are the ON period of the normally-on type switch Q5, the voltage Vc3 of the capacitor C3 is charged to the original voltage.

このようにして、コンデンサC3の電圧Vc3がハイサイドドライブ回路HDRVに供給されて、ノーマリオン型スイッチQ5がオン/オフされる。 In this way, the voltage Vc3 of the capacitor C3 is supplied to the high side drive circuit HDRV, and the normally-on type switch Q5 is turned on / off.

次に、図3を参照しながらスイッチング電源装置の電流共振動作を説明する。 Next, the current resonance operation of the switching power supply device will be described with reference to FIG.

まず、時刻t10〜t12において、ノーマリオフ型スイッチQ1をオンすると、共振用コンデンサC2が放電するように、電流Ic2が流れる。時刻t10〜t12では、C2→P1→Q1→C2の経路で共振電流IdQ1が流れる。時刻t10〜t11の負電流は、ダイオードD6に流れる電流である。 First, when the normally-off switch Q1 is turned on at times t10 to t12, a current Ic2 flows so that the resonance capacitor C2 is discharged. From time t10 to t12, the resonance current IdQ1 flows through the path C2-> P1-> Q1-> C2. The negative current at times t10 to t11 is a current flowing through the diode D6.

このとき、トランスT1の二次側では、S2→D8→C4→S2の経路で電流が流れて、図示しない負荷に電力が供給される。 At this time, on the secondary side of the transformer T1, a current flows through a route of S2, D8, C4, and S2, and power is supplied to a load (not shown).

次に、時刻t13〜t15において、ノーマリオン型スイッチQ5をオンすると、コンデンサC2が充電するように、電流Ic2が流れる。時刻t13〜t15では、V1(正極)→Q5→P1→C2→V1(負極)の経路で共振電流IdQ5が流れる。時刻t13〜t14の負電流は、ダイオードD5に流れる電流である。 Next, when the normally-on type switch Q5 is turned on at times t13 to t15, a current Ic2 flows so that the capacitor C2 is charged. From time t13 to t15, the resonance current IdQ5 flows through a path of V1 (positive electrode) → Q5 → P1 → C2 → V1 (negative electrode). The negative current at times t13 to t14 is a current that flows through the diode D5.

このとき、トランスT1の二次側では、S1→D7→C4→S1の経路で電流が流れて、図示しない負荷に電力が供給される。 At this time, on the secondary side of the transformer T1, a current flows through a path of S1, D7, C4, and S1, and power is supplied to a load (not shown).

このように、実施例1のドライブ回路によれば、電源起動時に、ノーマリオン型スイッチQ5がオンして、コンデンサC3、抵抗R1、コンデンサC1の順に電流が流れて、コンデンサC3が充電されるので、コンデンサC3の両端電圧がハイサイドドライブ回路HDRVの電源電圧として供給される。このため、ノーマリオン型スイッチQ5を使用できる。 As described above, according to the drive circuit of the first embodiment, when the power supply is activated, the normally-on type switch Q5 is turned on, the current flows in the order of the capacitor C3, the resistor R1, and the capacitor C1, and the capacitor C3 is charged. The voltage across the capacitor C3 is supplied as the power supply voltage for the high side drive circuit HDRV. For this reason, a normally-on type switch Q5 can be used.

また、実施例1のスイッチング電源装置によれば、ハイサイド用にGaNFETからなるノーマリオン型スイッチを使用することで、SiデバイスのMOSFETと比較してスイッチング損失を低減することができる。 Moreover, according to the switching power supply device of Example 1, switching loss can be reduced compared with MOSFET of Si device by using the normally-on type switch which consists of GaNFET for high side.

また、図1において、トランスT1の一次巻線P1と共振用コンデンサC2との直列回路を、ノーマリオフ型スイッチQ1のドレイン−ソース間からノーマリオン型スイッチQ5のドレイン−ソース間に接続を変えても良い。このような場合にも実施例1のスイッチング電源装置と同様な動作及び効果が得られる。 In FIG. 1, even if the connection of the primary winding P1 of the transformer T1 and the resonance capacitor C2 is changed between the drain-source of the normally-off switch Q1 to the drain-source of the normally-on switch Q5. good. Even in such a case, the same operation and effect as those of the switching power supply apparatus of the first embodiment can be obtained.

本発明は、電源装置に適用可能である。   The present invention is applicable to a power supply device.

V1 直流電源
T1 トランス
P1 一次巻線
S1 第1の二次巻線
S2 第2の二次巻線
Q1,Q2 ノーマリオフ型スイッチ
Q5 ノーマリオン型スイッチ
Q3,Q4 FET
OSC 発振器
INV インバータ
OST1,OST2 ワンショット回路
D1〜D9 ダイオード
C1〜C4 コンデンサ
FF1 フリップフロップ回路
R0 起動抵抗
R1〜R5 抵抗
LDRV ローサイドドライブ回路
HDRV ハイサイドドライブ回路
11 電圧検出回路
ZD1 ツェナーダイオード
LST レベルシフト回路
V1 DC power supply T1 Transformer P1 Primary winding S1 First secondary winding S2 Second secondary winding Q1, Q2 Normally-off switch Q5 Normally-on switch Q3, Q4 FET
OSC Oscillator INV Inverter OST1, OST2 One-shot circuit D1-D9 Diode C1-C4 Capacitor FF1 Flip-flop circuit R0 Start-up resistor R1-R5 Resistor LDRV Low-side drive circuit HDRV High-side drive circuit 11 Voltage detection circuit ZD1 Zener diode LST Level shift circuit

Claims (4)

互いに直列に接続されて直流電源に並列に接続されるハイサイドのノーマリオン型スイッチおよびローサイドのノーマリオフ型スイッチをドライブするドライブ回路であって、
ハイサイド制御信号を所定の信号レベルに変換するレベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路により所定の信号レベルに変換されたハイサイド制御信号により前記ノーマリオン型スイッチをドライブするハイサイドドライブ回路と、
ローサイド制御信号により前記ノーマリオフ型スイッチをドライブするローサイドドライブ回路と、
前記ノーマリオン型スイッチと前記ノーマリオフ型スイッチとの接続点と前記直流電源の一端との間に接続され、第2コンデンサと第1コンデンサとが直列に接続された直列回路とを有し、
前記第2コンデンサから前記ハイサイドドライブ回路の電源電圧が供給され、前記第1コンデンサから前記ローサイドドライブ回路の電源電圧が供給されることを特徴とするドライブ回路。
A drive circuit that drives a high-side normally-on type switch and a low-side normally-off type switch that are connected in series with each other and connected in parallel to a DC power source,
A level shift circuit that converts the high-side control signal into a predetermined signal level;
A high-side drive circuit that drives the normally-on type switch by a high-side control signal converted to a predetermined signal level by the level shift circuit;
A low-side drive circuit that drives the normally-off switch by a low-side control signal;
A series circuit in which a second capacitor and a first capacitor are connected in series, connected between a connection point of the normally-on type switch and the normally-off type switch and one end of the DC power supply;
The drive circuit, wherein the power supply voltage of the high-side drive circuit is supplied from the second capacitor, and the power supply voltage of the low-side drive circuit is supplied from the first capacitor.
前記直列回路は、前記第2コンデンサに並列に電圧クランプ素子が接続されていることを特徴とする請求項1記載のドライブ回路。   2. The drive circuit according to claim 1, wherein a voltage clamp element is connected in parallel to the second capacitor in the series circuit. 前記直列回路は、前記第2コンデンサおよび前記第1コンデンサに直列に電流制限素子が接続されていることを特徴とする請求項2記載のドライブ回路。   3. The drive circuit according to claim 2, wherein a current limiting element is connected in series to the second capacitor and the first capacitor. 互いに直列に接続されて直流電源に並列に接続されたハイサイドのノーマリオン型スイッチおよびローサイドのノーマリオフ型スイッチと、
互いに直列に接続されて前記ノーマリオン型スイッチ又は前記ノーマリオフ型スイッチに並列に接続されたトランスの一次巻線および共振用コンデンサと、
前記トランスの二次巻線に発生した電圧を整流平滑する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の出力電圧に基づきハイサイド制御信号およびローサイド制御信号を生成する制御回路と、
前記ハイサイド制御信号および前記ローサイド制御信号に基づき前記ノーマリオン型スイッチおよび前記ノーマリオフ型スイッチをドライブするドライブ回路とを有し、
前記ドライブ回路は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のドライブ回路であることを特徴とするスイッチング電源装置。
A high-side normally-on switch and a low-side normally-off switch connected in series to each other and connected in parallel to the DC power supply;
A transformer primary winding and a resonance capacitor connected in series with each other and connected in parallel to the normally-on switch or the normally-off switch;
A rectifying and smoothing circuit for rectifying and smoothing a voltage generated in the secondary winding of the transformer;
A control circuit for generating a high-side control signal and a low-side control signal based on an output voltage of the rectifying and smoothing circuit;
A drive circuit that drives the normally-on switch and the normally-off switch based on the high-side control signal and the low-side control signal;
4. The switching power supply device according to claim 1, wherein the drive circuit is the drive circuit according to claim 1.
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