JP6732643B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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ノーマリオン型の第1のスイッチング素子を有するハイサイドのスイッチ部と、カスコード接続されたノーマリオン型の第2のスイッチング素子とノーマリオフ型の第3のスイッチング素子とを含むローサイドのスイッチ部とを直列接続してなるインバータ回路と、
前記インバータ回路における前記ハイサイドのスイッチ部と前記ローサイドのスイッチ部とを背反的に繰り返しオン/オフ制御するスイッチング制御回路と、
前記第3のスイッチング素子に並列に接続されて前記ハイサイドおよびローサイドの両スイッチ部の背反的なオン/オフ制御によって負電源を生成する第1の負電源生成回路と、
前記第1のスイッチング素子の入力ラインに挿入されて、指令信号の状態に応じて前記入力ラインを流れる電流を定常電流状態と限流状態とに切り替える定常電流・限流切替回路とを備え、
前記スイッチング制御回路は、前記第1の負電源生成回路による前記負電源の生成を検出したときは前記指令信号として前記定常電流・限流切替回路を定常電流状態に制御するモードにし、前記負電源の生成を検出しないときは前記指令信号として前記定常電流・限流切替回路を限流状態に制御するモードにするように構成されていることを特徴とする。
ノーマリオン型の第1のスイッチング素子を有するハイサイドのスイッチ部と、カスコード接続されたノーマリオン型の第2のスイッチング素子とノーマリオフ型の第3のスイッチング素子とを含むローサイドのスイッチ部とを直列接続してなるインバータ回路と、
前記インバータ回路における前記ハイサイドのスイッチ部と前記ローサイドのスイッチ部とを背反的に繰り返しオン/オフ制御するスイッチング制御回路と、
前記第3のスイッチング素子に並列に接続されて前記ハイサイドおよびローサイドの両スイッチ部の背反的なオン/オフ制御によって負電源を生成する第1の負電源生成回路と、
前記インバータ回路の正負の電源入力端子間に設けられ、起動時に当該電源入力端子間に印加される電圧から前記第1のスイッチング素子の負ゲート電圧を生成する第2の負電源生成回路と、
定常動作時に前記第1のスイッチング素子のゲート端子における負バイアス電圧が規定のマイナス電位に達したことを検出すると、前記第2の負電源生成回路を停止させる第1の負バイアス電圧検出回路と、
起動時に前記第2の負電源生成回路により生成された、前記第1のスイッチング素子のゲート端子における負バイアス電圧が規定のマイナス電位に達したことを検出すると、前記第3のスイッチング素子によるスイッチングを許可する許可信号を前記スイッチング制御回路に送出する第2の負バイアス電圧検出回路とを備え、
前記第2の負バイアス電圧検出回路から前記許可信号が前記スイッチング制御回路に送出されると、前記両スイッチ部を交互にオン/オフ制御し、前記第1の負電源生成回路による前記第1のスイッチング素子の負ゲート電圧の生成を開始させることを特徴とする。
第1の負バイアス電圧検出回路は、定常動作時において、前記インバータ回路における第1のスイッチング素子のゲート端子の電圧とローサイド端子の電圧と前記第2の負電源生成回路の定電圧素子のローサイド端子の電圧とから、前記スイッチング制御回路が前記第1のスイッチング素子のゲート端子に出力する負バイアス電圧が規定のマイナス電位に達したことを検出すると、前記負電源オン・オフ用のスイッチング素子をオフ制御して前記第2の負電源生成回路を停止させるように構成され、
さらに、定常動作時において、前記第1の負バイアス電圧検出回路により前記第1のスイッチング素子のゲート端子における負バイアス電圧が規定のマイナス電位に達したことを検出すると前記第2の負電源生成回路の起動時通電ラインにおける負電源オン・オフ用のスイッチング素子をオフ制御する一方、前記負バイアス電圧が規定のマイナス電位に達していないことを検出すると前記負電源オン・オフ用のスイッチング素子をオフ制御する負電源切替回路を備える、という態様がある。
図1は本発明の第1の実施例におけるスイッチング電源装置の構成を示す回路図、図2はそのスイッチング電源装置におけるハイサイドの制御回路の具体的な構成を示す回路図、図3(a),(b)は動作を説明するタイミングチャート、図4は正常時の動作推移を示す動作説明図、図5は異常時の動作説明図である。
図6は本発明の第2の実施例におけるスイッチング電源装置の構成を示す回路図、図7はそのスイッチング電源装置における第1の負バイアス電圧検出回路の具体的な構成を示す回路図、図8はそのスイッチング電源装置における第2の負バイアス電圧検出回路の具体的な構成を示す回路図、図9は図6、図7、図8の各回路を互いに結線して示す詳細な回路図である。図8におけるコンデンサC11は図6におけるコンデンサC11と同じものである。なお、図6において、第1の実施例の図1で用いたのと同一符号は同一の構成要素を指すものとし、詳しい説明は省略する。
いま、スイッチング電源装置がすでに定常動作状態にあって、第1のスイッチング素子Q01と第3のスイッチング素子Q3とが交互にオン/オフを繰り返すスイッチング動作が行われているとする。すなわち、第1の負電源生成回路40によって負電源の電圧V- が生成され、その負電源の電荷がスイッチング素子Q04のオン動作に伴ってコンデンサC07の下側電極に移動し、ハイサイドの制御回路30aにおいて負電源の電圧V- の生成が検出されているとする。
(i)ゲート電圧VB のマイナス電位側への偏りすなわち絶対値|VB |が大きくて第1のスイッチング素子Q01がオフ状態にあるときは、第1の負バイアス電圧検出回路32から"H"レベル信号が出力されてスイッチング素子Q11がターンオフして第2の負電源生成回路60が停止し、ハイサイドの入力端子T1pから流入する主電流に対する限流作用がなくなり、第1のスイッチング素子Q01に対しては全電流が流れ込み得る状態となる。ただし、このとき第1のスイッチング素子Q01はオフ状態にある。このことは、次のタイミングで第1のスイッチング素子Q01がターンオンし、第3のスイッチング素子Q03がターンオフしたときには、即座に全電流をパルストランス21の一次巻線N01と第1の負電源生成回路40とに供給する準備を整えている、ということである。記号的に表現すると、
(|VB |=大) → (Q01=OFF) → (Cm2=H) → (Q12=ON) → (Q11=OFF) → (限流なし)
のようになる。
(|VB |=小) → (Q01=ON) → (Cm2=L) → (Q12=OFF) → (Q11=ON) → (限流あり)
のようになる。
スイッチング電源装置が起動される直前の状態では、2つのノーマリオン型の第1のスイッチング素子Q01、第2のスイッチング素子Q02、スイッチング素子Q11はオン状態にあり、スイッチング素子Q03,Q04,Q12はオフ状態にある。
11 ハイサイドのスイッチ部
12 ローサイドのスイッチ部
20 出力回路
30 スイッチング制御回路
32 第1の負バイアス電圧検出回路
33 第2の負バイアス電圧検出回路
40 第1の負電源生成回路
50 定常電流・限流切替回路
60 第2の負電源生成回路
70 負電源切替回路
C05 容量素子(充放電用のコンデンサ)
C07 マイナス電荷の移動を受け入れる別の容量素子
C11 コンデンサ
D05 一方向通電素子(整流ダイオード)
G1 負電源生成検出端子
Q01 ノーマリオン型の第1のスイッチング素子
Q02 ノーマリオン型の第2のスイッチング素子
Q03 ノーマリオフ型の第3のスイッチング素子
Q04 マイナス電荷移動用のスイッチング素子
Q11 ノーマリオン型の負電源オン・オフ用のスイッチング素子
S01 第1のスイッチング素子に対する駆動信号
S03 第3のスイッチング素子に対する駆動信号
S04 負電源オン・オフ用のスイッチング素子に対する駆動信号
Sr 指令信号
T1p ハイサイドの入力端子(インバータ回路の正の電源入力端子)
T1n ローサイドの入力端子(インバータ回路の負の電源入力端子)
ZD2 ツェナーダイオード
Claims (6)
- ノーマリオン型の第1のスイッチング素子を有するハイサイドのスイッチ部と、カスコード接続されたノーマリオン型の第2のスイッチング素子とノーマリオフ型の第3のスイッチング素子とを含むローサイドのスイッチ部とを直列接続してなるインバータ回路と、
前記インバータ回路における前記ハイサイドのスイッチ部と前記ローサイドのスイッチ部とを背反的に繰り返しオン/オフ制御するスイッチング制御回路と、
前記第3のスイッチング素子に並列に接続されて前記ハイサイドおよびローサイドの両スイッチ部の背反的なオン/オフ制御によって負電源を生成する第1の負電源生成回路と、
前記第1のスイッチング素子の入力ラインに挿入されて、指令信号の状態に応じて前記入力ラインを流れる電流を定常電流状態と限流状態とに切り替える定常電流・限流切替回路とを備え、
前記スイッチング制御回路は、前記第1の負電源生成回路による前記負電源の生成を検出したときは前記指令信号として前記定常電流・限流切替回路を定常電流状態に制御するモードにし、前記負電源の生成を検出しないときは前記指令信号として前記定常電流・限流切替回路を限流状態に制御するモードにするように構成されていることを特徴とするスイッチング電源装置。 - ノーマリオン型の第1のスイッチング素子を有するハイサイドのスイッチ部と、カスコード接続されたノーマリオン型の第2のスイッチング素子とノーマリオフ型の第3のスイッチング素子とを含むローサイドのスイッチ部とを直列接続してなるインバータ回路と、
前記インバータ回路における前記ハイサイドのスイッチ部と前記ローサイドのスイッチ部とを背反的に繰り返しオン/オフ制御するスイッチング制御回路と、
前記第3のスイッチング素子に並列に接続されて前記ハイサイドおよびローサイドの両スイッチ部の背反的なオン/オフ制御によって負電源を生成する第1の負電源生成回路と、
前記インバータ回路の正負の電源入力端子間に設けられ、起動時に当該電源入力端子間に印加される電圧から前記第1のスイッチング素子の負ゲート電圧を生成する第2の負電源生成回路と、
定常動作時に前記第1のスイッチング素子のゲート端子における負バイアス電圧が規定のマイナス電位に達したことを検出すると、前記第2の負電源生成回路を停止させる第1の負バイアス電圧検出回路と、
起動時に前記第2の負電源生成回路により生成された、前記第1のスイッチング素子のゲート端子における負バイアス電圧が規定のマイナス電位に達したことを検出すると、前記第3のスイッチング素子によるスイッチングを許可する許可信号を前記スイッチング制御回路に送出する第2の負バイアス電圧検出回路とを備え、
前記第2の負バイアス電圧検出回路から前記許可信号が前記スイッチング制御回路に送出されると、前記両スイッチ部を交互にオン/オフ制御し、前記第1の負電源生成回路による前記第1のスイッチング素子の負ゲート電圧の生成を開始させることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記第2の負電源生成回路は、定電圧素子、容量素子の並列回路にノーマリオン型の負電源オン・オフ用のスイッチング素子が直列に接続されてなる起動時通電ラインを有する状態で前記インバータ回路の正負の電源入力端子間に接続されて、前記並列回路と前記負電源オン・オフ用のスイッチング素子との接続点に負電源を生成するように構成され、
第1の負バイアス電圧検出回路は、定常動作時において、前記インバータ回路における第1のスイッチング素子のゲート端子の電圧とローサイド端子の電圧と前記第2の負電源生成回路の定電圧素子のローサイド端子の電圧とから、前記スイッチング制御回路が前記第1のスイッチング素子のゲート端子に出力する負バイアス電圧が規定のマイナス電位に達したことを検出すると、前記負電源オン・オフ用のスイッチング素子をオフ制御して前記第2の負電源生成回路を停止させるように構成され、
さらに、定常動作時において、前記第1の負バイアス電圧検出回路により前記第1のスイッチング素子のゲート端子における負バイアス電圧が規定のマイナス電位に達したことを検出すると前記第2の負電源生成回路の起動時通電ラインにおける負電源オン・オフ用のスイッチング素子をオフ制御する一方、前記負バイアス電圧が規定のマイナス電位に達していないことを検出すると前記負電源オン・オフ用のスイッチング素子をオフ制御する負電源切替回路を備えることを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源装置。 - 前記第1の負電源生成回路は、前記第3のスイッチング素子のハイサイド端子とローサイド端子との間に挿入された容量素子と一方向通電素子の直列回路を含むスナバ回路を備えている請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
- 前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との接続点が前記スイッチング制御回路の負電源生成検出端子に接続され、前記スイッチング制御回路の負電源生成検出端子と前記第1の負電源生成回路の容量素子の下側電極との間に、別の容量素子とマイナス電荷移動用のスイッチング素子との直列回路が接続されている請求項4に記載のスイッチング電源装置。
- 前記第1のスイッチング素子、前記第3のスイッチング素子および前記マイナス電荷移動用のスイッチング素子の各ゲート端子にそれぞれ印加する第1、第3および第4の駆動信号のタイミングとして、前記第1の駆動信号のアクティブ期間は前記第3の駆動信号のインアクティブ期間に対してその期間内で前後のデッドタイムをあける状態で同期し、前記第3の駆動信号のアクティブ期間は前記第1の駆動信号のインアクティブ期間に対してその期間内で前後のデッドタイムをあける状態で同期し、前記第4の駆動信号のアクティブ期間は前記第3の駆動信号のアクティブ期間に対してその期間内で前後のデッドタイムをあける状態で同期し、前記第4の駆動信号のインアクティブ期間は前記第3の駆動信号のインアクティブ期間に対してその期間外で前後のデッドタイムをあける状態で同期している請求項5に記載のスイッチング電源装置。
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JP2016230783A JP6732643B2 (ja) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | スイッチング電源装置 |
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JP2018088754A JP2018088754A (ja) | 2018-06-07 |
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JP7337618B2 (ja) | 2019-09-17 | 2023-09-04 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
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