JP7085054B1 - Synchronous rectification controller - Google Patents

Synchronous rectification controller Download PDF

Info

Publication number
JP7085054B1
JP7085054B1 JP2021184160A JP2021184160A JP7085054B1 JP 7085054 B1 JP7085054 B1 JP 7085054B1 JP 2021184160 A JP2021184160 A JP 2021184160A JP 2021184160 A JP2021184160 A JP 2021184160A JP 7085054 B1 JP7085054 B1 JP 7085054B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
time
main switch
synchronous rectification
switch
gate signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021184160A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023071403A (en
Inventor
賢人 駿河
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Origin Co Ltd
Original Assignee
Origin Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Origin Co Ltd filed Critical Origin Co Ltd
Priority to JP2021184160A priority Critical patent/JP7085054B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7085054B1 publication Critical patent/JP7085054B1/en
Publication of JP2023071403A publication Critical patent/JP2023071403A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

【課題】コンバータに同期整流の機能を持たせた場合でも高いDUTYで動作させることができる同期整流制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る制御装置は、DC/DCコンバータ301の主スイッチ11と副スイッチ12の動作を制御する制御装置であって、電圧が上昇する上昇時間と下降する下降時間が存在する三角波S2を用い、三角波S2の電圧と閾値(誤差増幅信号S1)との比較により主スイッチ11をオンオフする主スイッチゲート信号Gmを発生させる主スイッチ用回路と、前記上昇時間と前記下降時間のうちの一方の期間に三角波S2の電圧が前記閾値となったときから所定時間(デッドタイム)後に前記副スイッチをオンとし、前記期間が終了したときに前記副スイッチをオフとする副スイッチゲート信号Gsを発生させる同期整流用回路と、を備えることを特徴とする。【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synchronous rectification control device capable of operating with a high DUTY even when a converter is provided with a synchronous rectification function. A control device according to the present invention is a control device that controls the operation of a main switch 11 and a sub switch 12 of a DC / DC converter 301, and has an ascending time for increasing voltage and a descending time for decreasing voltage. The circuit for the main switch that generates the main switch gate signal Gm that turns the main switch 11 on and off by comparing the voltage of the triangular wave S2 with the threshold value (error amplification signal S1) using the triangular wave S2, and the rising time and the falling time. Sub-switch gate signals Gs that turn on the sub-switch after a predetermined time (dead time) from the time when the voltage of the triangular wave S2 reaches the threshold in one period and turn off the sub-switch when the period ends. It is characterized by comprising a synchronous rectification circuit for generating the above. [Selection diagram] Fig. 3

Description

本開示は、コンバータの同期整流動作を制御する同期整流制御装置に関する。 The present disclosure relates to a synchronous rectification control device that controls a synchronous rectification operation of a converter.

コンバータのパワー半導体の損失を低減する方法として同期整流方式がある。同期整流方式は、主スイッチと副スイッチ(同期整流スイッチ)の2つのパワー半導体から成る。この主スイッチを駆動するゲート信号は、例えば、非特許文献1のようにのこぎり波状に変化するキャリア信号と所定の電圧とを比較して生成される。副スイッチのゲート信号は主スイッチとなるパワー半導体のゲート信号の論理反転をさせて生成する(図1を参照。)。このとき2つのパワー半導体が同時にオンすることを防ぐために双方のパワー半導体がオフとなるデッドタイムを設けることが一般的である(例えば、特許文献1を参照。)。本明細書では、図2のようなDC/DCコンバータの符号11で示したパワー半導体を「主スイッチ」、符号12で示した同期整流用のパワー半導体を「副スイッチ」として説明する。 There is a synchronous rectification method as a method of reducing the loss of the power semiconductor of the converter. The synchronous rectification method consists of two power semiconductors, a main switch and a sub switch (synchronous rectification switch). The gate signal for driving this main switch is generated by comparing a carrier signal that changes in a sawtooth shape as in Non-Patent Document 1 with a predetermined voltage. The gate signal of the sub switch is generated by logically inverting the gate signal of the power semiconductor that is the main switch (see FIG. 1). At this time, in order to prevent the two power semiconductors from being turned on at the same time, it is common to provide a dead time during which both power semiconductors are turned off (see, for example, Patent Document 1). In the present specification, the power semiconductor represented by reference numeral 11 of the DC / DC converter as shown in FIG. 2 will be referred to as a “main switch”, and the power semiconductor for synchronous rectification indicated by reference numeral 12 will be referred to as a “secondary switch”.

特開2017-070059号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-070059

堀 孝正 編著、「パワーエレクトロニクス」、オーム社、2008年11月11日出版Edited by Takamasa Hori, "Power Electronics", Ohmsha, published on November 11, 2008

図1に示すように、同期整流方式のコンバータの主スイッチ及び副スイッチには、ゲート信号にデッドタイムを設ける必要がある。このデッドタイムの存在で主スイッチをオンにできる期間に上限があり、高いデューティ(DUTY)で動作させることが困難である。 As shown in FIG. 1, it is necessary to provide a dead time for the gate signal in the main switch and the sub switch of the synchronous rectification type converter. Due to the existence of this dead time, there is an upper limit to the period during which the main switch can be turned on, and it is difficult to operate with a high duty (DUTY).

つまり、従来の同期整流には、スイッチング周期の中で、主スイッチのゲート信号に設けたデッドタイム分だけ主スイッチをオンにできる時間が削られ、高いDUTYで動作させることが困難という課題がある。 That is, the conventional synchronous rectification has a problem that it is difficult to operate with a high DUTY because the time during which the main switch can be turned on is reduced by the dead time provided in the gate signal of the main switch in the switching cycle. ..

そこで、本発明は、前記課題を解決するために、コンバータに同期整流の機能を持たせた場合でも高いDUTYで動作させることができる同期整流制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a synchronous rectification control device capable of operating with a high DUTY even when the converter is provided with a synchronous rectification function.

上記目的を達成するために、本発明に係る同期整流制御装置は、同期整流を行う副スイッチのゲート信号のみにデッドタイムを設けることとした。 In order to achieve the above object, the synchronous rectification control device according to the present invention has decided to provide a dead time only in the gate signal of the sub switch that performs synchronous rectification.

具体的には、本発明に係る制御装置は、DC/DCコンバータの主スイッチと同期整流用の副スイッチの動作を制御する同期整流制御装置であって、
電圧が上昇する上昇時間と下降する下降時間が存在する三角波を用い、前記三角波の電圧と閾値と比較し、前記上昇時間と前記下降時間のうちの一方の期間に前記三角波の電圧が前記閾値となったときに前記主スイッチをオフとし、他方の期間に前記三角波の電圧が前記閾値となったときに前記主スイッチをオンとする主スイッチゲート信号を発生させる主スイッチ用回路と、
前記一方の期間に前記三角波の電圧が前記閾値となったときから所定時間(デッドタイム)後に前記副スイッチをオンとし、前記一方の期間が終了したときに前記副スイッチをオフとする副スイッチゲート信号を発生させる同期整流用回路と、
を備えることを特徴とする。
Specifically, the control device according to the present invention is a synchronous rectification control device that controls the operation of the main switch of the DC / DC converter and the sub switch for synchronous rectification.
Using a triangular wave having an ascending time and a descending time, the voltage of the triangular wave is compared with the threshold value, and the voltage of the triangular wave is the threshold value during one of the ascending time and the descending time. A circuit for the main switch that turns off the main switch when becomes, and generates a main switch gate signal that turns on the main switch when the voltage of the triangular wave reaches the threshold value in the other period .
A sub switch gate that turns on the sub switch after a predetermined time (dead time) from the time when the voltage of the triangular wave reaches the threshold value in the one period, and turns off the sub switch when the one period ends. Synchronous rectification circuit that generates signals and
It is characterized by having.

本発明に係る制御装置及びその方法は、PWMに必要となるキャリア信号として三角波を使用する。この三角波と閾値との比較結果をHIGH及びLOWのデジタル信号に置き換えて主スイッチのゲート信号とする。さらに主スイッチのゲート信号を利用して主スイッチと副スイッチとが同時オンとなることを回避する副スイッチ用のゲート信号を作る。これにより、主スイッチにデッドタイムを設ける必要がなくなり、コンバータを高いDUTYで動作させることができる。
なお、三角波は上昇時間と下降時間とが異なるように設定することが好ましい。このように設定することで、スイッチング周期の中で同期整流が可能となる割合をできる限り増やすことができる。
従って、本発明は、コンバータに同期整流の機能を持たせた場合でも高いDUTYで動作させることができる同期整流制御装置を提供することができる。
The control device and the method thereof according to the present invention use a triangular wave as a carrier signal required for PWM. The comparison result between the triangular wave and the threshold value is replaced with the HIGH and LOW digital signals to be used as the gate signal of the main switch. Furthermore, the gate signal of the main switch is used to create a gate signal for the sub switch that prevents the main switch and the sub switch from being turned on at the same time. This eliminates the need to provide a dead time for the main switch and allows the converter to operate at a high DUTY.
It is preferable to set the triangular wave so that the ascending time and the descending time are different. By setting in this way, the ratio at which synchronous rectification is possible in the switching cycle can be increased as much as possible.
Therefore, the present invention can provide a synchronous rectification control device that can be operated with a high DUTY even when the converter has a synchronous rectification function.

本発明は、コンバータに同期整流の機能を持たせた場合でも高いDUTYで動作させることができる同期整流制御装置を提供することができる。 The present invention can provide a synchronous rectification control device that can be operated with a high DUTY even when the converter has a synchronous rectification function.

本発明の課題を説明する図である。It is a figure explaining the subject of this invention. 本発明に係る制御装置を備えるDC/DCコンバータを説明する図である。It is a figure explaining the DC / DC converter provided with the control device which concerns on this invention. 本発明に係る制御装置を説明する図である。It is a figure explaining the control apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る制御装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the control device which concerns on this invention. 本発明に係る制御装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the control device which concerns on this invention. 本発明に係る制御装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the control device which concerns on this invention. 本発明に係る制御装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the control device which concerns on this invention. 本発明に係る制御装置を備えるDC/DCコンバータを説明する図である。It is a figure explaining the DC / DC converter provided with the control device which concerns on this invention. 本発明に係る制御装置を備えるDC/DCコンバータを説明する図である。It is a figure explaining the DC / DC converter provided with the control device which concerns on this invention.

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and the drawings, the components having the same reference numerals shall indicate the same components.

(実施形態1)
図2は、本実施形態の制御装置50が接続されたDC/DCコンバータ301を説明する図である。DC/DCコンバータ301は、主スイッチ11、副スイッチ12、インダクタ13、及びコンデンサ14を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 2 is a diagram illustrating a DC / DC converter 301 to which the control device 50 of the present embodiment is connected. The DC / DC converter 301 includes a main switch 11, a sub switch 12, an inductor 13, and a capacitor 14.

制御装置50は、DC/DCコンバータ301の主スイッチ11と副スイッチ12の動作を制御する制御装置であって、
電圧が上昇する上昇時間と下降する下降時間が存在する三角波Sを用い、三角波Sの電圧と閾値(誤差増幅信号S)との比較により主スイッチ11をオンオフする主スイッチゲート信号Gを発生させる主スイッチ用回路と、
前記上昇時間と前記下降時間のうちの一方の期間に三角波Sの電圧が前記閾値となったときから所定時間(デッドタイム)後に副スイッチ12をオンとし、前記期間が終了したときに副スイッチ12をオフとする副スイッチゲート信号Gを発生させる同期整流用回路と、
を備えることを特徴とする。
The control device 50 is a control device that controls the operation of the main switch 11 and the sub switch 12 of the DC / DC converter 301.
The main switch gate signal Gm that turns on and off the main switch 11 by comparing the voltage of the triangular wave S 2 with the threshold value (error amplification signal S 1 ) using the triangular wave S 2 in which the rising time and the falling time of the voltage exist. The circuit for the main switch that generates
The sub switch 12 is turned on after a predetermined time (dead time) from the time when the voltage of the triangular wave S 2 reaches the threshold value in one of the ascending time and the descending time, and when the period ends, the sub switch 12 is turned on. A synchronous rectification circuit that generates a sub-switch gate signal G s that turns 12 off, and
It is characterized by having.

図3は、誤差増幅信号S、三角波S、及び判定信号Sから主スイッチゲート信号Gと副スイッチゲート信号Gを生成する制御装置50の回路構成を説明する図である。制御装置50は、コンパレータ51、反転器52、デッドタイム生成器53、反転器54、論理積回路55、及び論理積回路56を備える。このうち、コンパレータ51が主スイッチ用回路に相当し、反転器52、デッドタイム生成器53、反転器54、論理積回路55、及び論理積回路56が同期整流用回路に相当する。 FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of a control device 50 that generates a main switch gate signal G m and a sub switch gate signal G s from an error amplification signal S 1 , a triangular wave S 2 , and a determination signal S 3 . The control device 50 includes a comparator 51, an inversion device 52, a dead time generator 53, an inversion device 54, a AND circuit 55, and a AND circuit 56. Of these, the comparator 51 corresponds to the main switch circuit, and the inverting device 52, the dead time generator 53, the inverting device 54, the AND circuit 55, and the AND circuit 56 correspond to the synchronous rectification circuit.

また、図4は、制御装置50の回路各所(A~I)における信号のタイミングチャートである。波形W1は誤差増幅信号S、波形W2は三角波S、波形W3は判定信号S、波形W4は主スイッチゲート信号G、波形W5は主スイッチゲート信号Gの論理反転信号、波形W7は副スイッチ12用のデッドタイム、波形W8は副スイッチゲート信号Gである。なお、前記の「閾値」とは誤差増幅信号Sの波形W1である。 Further, FIG. 4 is a signal timing chart at various parts (A to I) of the circuit of the control device 50. Waveform W1 is an error amplification signal S 1 , waveform W2 is a triangular wave S 2 , waveform W3 is a judgment signal S 3 , waveform W4 is a main switch gate signal G m , waveform W 5 is a logic inversion signal of the main switch gate signal G m , and waveform W 7 Is the dead time for the sub switch 12, and the waveform W8 is the sub switch gate signal Gs . The above - mentioned "threshold value" is the waveform W1 of the error amplification signal S1.

なお、図3の回路は一例であって、図4のような信号が得られるような回路であればどのような回路であっても構わない。図3の回路であれば、コンパレータ51が前記主スイッチ用回路に相当し、反転器52、デッドタイム生成器53、反転器54、論理積回路55、及び論理積回路56が前記同期整流用回路に相当する。
また、図4の各波形はHIGHとLOWで構成されるが、タイミングが合えば波形毎にHIGHとLOWが逆であってもよい。
The circuit of FIG. 3 is an example, and any circuit may be used as long as it can obtain the signal as shown in FIG. In the circuit of FIG. 3, the comparator 51 corresponds to the main switch circuit, and the inverting device 52, the dead time generator 53, the inverting device 54, the AND circuit 55, and the AND circuit 56 are the synchronous rectification circuits. Corresponds to.
Further, each waveform in FIG. 4 is composed of HIGH and LOW, but if the timing is correct, HIGH and LOW may be reversed for each waveform.

制御装置50が使用する三角波Sは、電圧が上昇する上昇時間と下降する下降時間が存在する三角波の波形W2である。ここで、波形W2は、図1のようなのこぎり波(上昇又は下降の時間が限りなくゼロに近い波形)ではない。のこぎり波であると、電圧の上昇時間と下降時間を判別できなくなる。後述するように、判定信号S3は、波形W1の上昇時間をHIGH及び電圧の下降時間をLOWとした波形であり、HIGHが同期整流可能期間、LOWが同期整流禁止期間を表わすパルスである。波形W1がのこぎり波である場合、同期整流禁止期間が無くなり、主スイッチ11と副スイッチ12とが同時にオンとなる場合が発生する。下降時間を禁止期間とすることで同期整流はオフとなり、主スイッチ11と副スイッチ12が同時にオンとなることを防ぐ。 The triangular wave S2 used by the control device 50 is a triangular wave waveform W2 in which an ascending time for increasing the voltage and a descending time for decreasing the voltage exist. Here, the waveform W2 is not a sawtooth wave (a waveform in which the ascending or descending time is infinitely close to zero) as shown in FIG. If it is a sawtooth wave, it becomes impossible to distinguish between the rising time and the falling time of the voltage. As will be described later, the determination signal S3 is a waveform in which the rising time of the waveform W1 is HIGH and the falling time of the voltage is LOW, where HIGH is a synchronous rectification possible period and LOW is a pulse representing a synchronous rectification prohibition period. When the waveform W1 is a sawtooth wave, the synchronous rectification prohibition period disappears, and the main switch 11 and the sub switch 12 may be turned on at the same time. By setting the descending time as the prohibition period, the synchronous rectification is turned off, and the main switch 11 and the sub switch 12 are prevented from being turned on at the same time.

また、三角波Sは、前記上昇時間と前記下降時間とが同じ長さの時間ではなく、前記期間が前記上昇時間と前記下降時間のうちの長い方であることが好ましい。つまり、三角波S2は同期整流可能期間となる期間の方が長いことが好ましい。上昇時間と下降時間とが50:50であるとスイッチング周期の中で少なくとも半分は同期整流できないことなり、同期整流可能期間が短くなる。 Further, in the triangular wave S2, it is preferable that the ascending time and the descending time are not the same length, but the period is the longer of the ascending time and the descending time. That is, it is preferable that the triangular wave S2 has a longer period during which the synchronous rectification is possible. If the ascending time and the descending time are 50:50, synchronous rectification cannot be performed for at least half of the switching cycle, and the synchronous rectification possible period becomes short.

図4の例では、上昇時間が長い波形の三角波Sを説明している。三角波Sの電圧上昇時間をHIGH、電圧下降時間をLOWとした波形W3の判定信号Sを生成する。なお、下降時間が長い逆相の三角波Sを利用してもよい。この場合、判定信号Sの波形W3は電圧の上昇時間がLOW及び電圧の下降時間がHIGHとなる。 In the example of FIG . 4, a triangular wave S2 having a long rising time is described. The determination signal S 3 of the waveform W3 is generated with the voltage rise time of the triangular wave S 2 being HIGH and the voltage drop time being LOW. It should be noted that a reverse - phase triangular wave S2 having a long descending time may be used. In this case , the waveform W3 of the determination signal S3 has a voltage rise time of LOW and a voltage fall time of HIGH.

コンパレータ51は、三角波Sの波形W2と閾値である誤差増幅信号Sの波形W1とを比較し、波形W2が波形W1より低い時間において主スイッチをオンとし、波形W2が波形W1より高い時間において主スイッチをオフとする主スイッチゲート信号Gを生成する。主スイッチゲート信号Gの波形W4は、図3の地点Dで観察できる。ここで、電圧誤差増幅信号Sは、誤差増幅器の出力であり、DC/DCコンバータ301の出力電圧Voutとその目標電圧との誤差を解消する方向へ変動する。 The comparator 51 compares the waveform W2 of the triangular wave S2 with the waveform W1 of the error amplification signal S1 which is the threshold value, turns on the main switch when the waveform W2 is lower than the waveform W1, and the waveform W2 is higher than the waveform W1. Generates a main switch gate signal Gm that turns off the main switch. The waveform W4 of the main switch gate signal Gm can be observed at the point D in FIG. Here, the voltage error amplification signal S 1 is the output of the error amplifier, and fluctuates in the direction of eliminating the error between the output voltage V out of the DC / DC converter 301 and its target voltage.

反転器52は、主スイッチゲート信号Gを反転させた波形W5を生成する。波形W5は地点Eで観察できる。論理積回路55は、波形W3(判定信号S)と波形W5を論理積した波形W6を生成する。この論理積波形W6は地点Fで観察できる。 The inverting device 52 generates a waveform W5 in which the main switch gate signal Gm is inverted. The waveform W5 can be observed at point E. The logical product circuit 55 generates a waveform W6 that is a logical product of the waveform W3 (determination signal S3 ) and the waveform W5. This AND waveform W6 can be observed at the point F.

主スイッチ11がオン(波形W4がHIGH)になるときには波形W1は下降中であり、波形W3がLOWである。このため、論理積回路55の論理積によって波形W4がHIGHになるときには副スイッチ12のゲート信号G(波形W8)がHIGHにならず、主スイッチ11と副スイッチ12とが同時にオンとなることを回避できる。 When the main switch 11 is turned on (waveform W4 is HIGH), the waveform W1 is descending and the waveform W3 is LOW. Therefore, when the waveform W4 becomes HIGH due to the logical product of the logical product circuit 55, the gate signal Gs (waveform W8) of the sub switch 12 does not become HIGH, and the main switch 11 and the sub switch 12 are turned on at the same time. Can be avoided.

また、副スイッチ12のゲート信号G(波形W8)には、立ち上がり時にデッドタイムを設ける必要がある。そこで、デッドタイム生成器53は波形W5からデッドタイム分を表わす波形W7(地点Gで観察できる)を生成し、反転器54は波形W7を反転させる。この反転波形は、波形W7のうちのハッチングで示した波形であり、地点Hで観察できる。最後に、論理積回路56が波形W6と波形W7のうちのハッチングで示した波形とを論理積した波形W8を生成する。この波形W8が、デッドタイムが付加された副スイッチ12のゲート信号Gであり、地点Iで観察できる。主スイッチ11がオフになるときには副スイッチゲート信号GはLOWであり、主スイッチ11と副スイッチ12とが同時にオンとなることを回避できる。 Further, it is necessary to provide a dead time at the rising edge of the gate signal Gs (waveform W8) of the sub switch 12. Therefore, the dead time generator 53 generates a waveform W7 (observable at the point G) representing the dead time portion from the waveform W5, and the inversion device 54 inverts the waveform W7. This inverted waveform is the waveform shown by hatching in the waveform W7, and can be observed at the point H. Finally, the logical AND circuit 56 generates a waveform W8 that is a logical product of the waveform W6 and the waveform shown by hatching among the waveforms W7. This waveform W8 is the gate signal Gs of the sub switch 12 to which the dead time is added, and can be observed at the point I. When the main switch 11 is turned off, the sub switch gate signal G s is LOW, and it is possible to prevent the main switch 11 and the sub switch 12 from being turned on at the same time.

このように、制御装置50は、DC/DCコンバータ301の主スイッチ11と副スイッチ12とを上述のように制御することで主スイッチのデッドタイムを排除できる。このため、制御装置50は、DC/DCコンバータ301の入出力の条件でDUTYを広範囲で使う必要があるときに主スイッチ11のオン時間を削ることなく、同期整流を可能にして回路の損失を低減できる。 In this way, the control device 50 can eliminate the dead time of the main switch by controlling the main switch 11 and the sub switch 12 of the DC / DC converter 301 as described above. Therefore, when the DUTY needs to be used in a wide range under the input / output conditions of the DC / DC converter 301, the control device 50 enables synchronous rectification without reducing the on-time of the main switch 11 and reduces the circuit loss. Can be reduced.

(実施形態2)
本実施形態では、閾値(誤差増幅信号S)が上昇して三角波Sのピーク電圧(上限)に近づいた時(DUTYが大きい場合)の動作を説明する。図5は、DC/DCコンバータ301のDUTYが大きい場合の各信号のタイミングチャートである。同期整流用回路は、主スイッチ11をオフする時間が前記所定時間より短くなった場合、副スイッチ12をオフとする副スイッチゲート信号Gを発生させる。
(Embodiment 2)
In this embodiment, the operation when the threshold value (error amplification signal S 1 ) rises and approaches the peak voltage (upper limit) of the triangular wave S 2 (when the DUTY is large) will be described. FIG. 5 is a timing chart of each signal when the DUTY of the DC / DC converter 301 is large. When the time for turning off the main switch 11 becomes shorter than the predetermined time, the synchronous rectification circuit generates a sub switch gate signal G s for turning off the sub switch 12.

主スイッチがオンする時間を長くする必要があるとき、波形W1が上昇して波形W2のピーク電圧(上限)に近づくため、主スイッチゲート信号GのLOW期間が短くなる(DUTYが大きくなる)。それとともに、波形W5(主スイッチゲート信号の論理反転)のHIGH期間も短くなる。波形W7(副スイッチ12のデッドタイム)の期間は一定なので、さらに閾値(誤差増幅信号S)が上昇すると、波形W5(主スイッチゲート信号の論理反転)のHIGH期間が短くなり、波形W7(副スイッチ12のデッドタイム)の期間内に含まれることになる。 When it is necessary to lengthen the time that the main switch is turned on, the waveform W1 rises and approaches the peak voltage (upper limit) of the waveform W2, so that the LOW period of the main switch gate signal Gm becomes shorter (DUTY becomes larger). .. At the same time, the HIGH period of the waveform W5 (logical inversion of the main switch gate signal) is also shortened. Since the period of the waveform W7 (dead time of the sub switch 12 ) is constant, when the threshold value (error amplification signal S1) rises further, the HIGH period of the waveform W5 (logical inversion of the main switch gate signal) becomes shorter, and the waveform W7 (error amplification signal S1) becomes shorter. It will be included within the dead time of the sub switch 12).

この状態になると、主スイッチ11のオフ時間が副スイッチ12のデッドタイムより短く、波形W8である副スイッチ12のゲート信号Gは常時オフとなる。従って、制御装置50は、誤差増幅信号Sの波形W1が上昇して三角波Sの波形W2のピーク電圧に近づいた場合、副スイッチ12を常に停止し、同期整流を中止する。 In this state, the off time of the main switch 11 is shorter than the dead time of the sub switch 12, and the gate signal Gs of the sub switch 12, which is the waveform W8 , is always off. Therefore, when the waveform W1 of the error amplification signal S1 rises and approaches the peak voltage of the waveform W2 of the triangular wave S2, the control device 50 always stops the sub switch 12 and stops the synchronous rectification.

このようにDUTYが大きい場合、主スイッチ11がオフの時間、すなわち副スイッチのボディダイオードが導通する時間が短く、もともと同期整流による効率向上効果が小さい。このため、DUTYが大きい場合に同期整流が中止されたとしてもDC/DCコンバータ301の効率が大幅に低下することはない。 When the DUTY is large as described above, the time when the main switch 11 is off, that is, the time when the body diode of the sub switch conducts is short, and the effect of improving efficiency by synchronous rectification is originally small. Therefore, even if the synchronous rectification is stopped when the DUTY is large, the efficiency of the DC / DC converter 301 does not significantly decrease.

(実施形態3)
本実施形態では、誤差増幅信号Sの波形W1が低下して三角波Sの波形W2のピーク電圧(下限)に近づいた時の動作を説明する。図6は、DC/DCコンバータ301のDUTYが小さい場合の各信号のタイミングチャートである。同期整流用回路は、前記期間が終了したときから一定の固定時間後に主スイッチゲート信号Gを確認し、主スイッチゲート信号Gが主スイッチ11をオフとする値(波形W4がLOW)であれば、副スイッチ12をオフとする副スイッチゲート信号Gを発生させる。
(Embodiment 3)
In this embodiment, the operation when the waveform W1 of the error amplification signal S1 is lowered and approaches the peak voltage ( lower limit) of the waveform W2 of the triangular wave S2 will be described. FIG. 6 is a timing chart of each signal when the DUTY of the DC / DC converter 301 is small. The synchronous rectification circuit confirms the main switch gate signal G m after a certain fixed time from the end of the period, and the main switch gate signal G m is a value (waveform W4 is LOW) that turns off the main switch 11. If so, a sub switch gate signal G s that turns off the sub switch 12 is generated.

主スイッチがオンする時間を短くする必要があるとき誤差増幅信号Sの波形W1が下降して三角波Sの波形W2のピーク電圧(下限)に近づくため、主スイッチゲート信号Gの波形W4のHIGH期間が短くなる(DUTYが小さくなる)。そして、さらに波形W1が下降して波形W2のピーク電圧(下限)より下になると、主スイッチ11が常にオフとなる。そこで、DUTYが小さい場合は、スイッチの誤動作を防止する観点で同期整流を停止させておくこととする。 When it is necessary to shorten the time when the main switch is turned on , the waveform W1 of the error amplification signal S1 descends and approaches the peak voltage ( lower limit) of the waveform W2 of the triangular wave S2, so that the waveform W4 of the main switch gate signal Gm HIGH period becomes shorter (DUTY becomes smaller). Then, when the waveform W1 further decreases and becomes lower than the peak voltage (lower limit) of the waveform W2, the main switch 11 is always turned off. Therefore, when the DUTY is small, the synchronous rectification is stopped from the viewpoint of preventing the switch from malfunctioning.

具体的には、制御装置50は、判定信号SがLOWとなった時点から一定の固定時間後に主スイッチゲート信号Gを確認する(波形W9)。この固定時間が経過したときに、主スイッチゲート信号GがLOW(主スイッチ11をオフとする値)であれば、制御装置50は、副スイッチ12の動作を常に停止し、同期整流を中止する。 Specifically, the control device 50 confirms the main switch gate signal Gm after a certain fixed time from the time when the determination signal S3 becomes LOW (waveform W9). If the main switch gate signal Gm is LOW (value that turns off the main switch 11) when this fixed time elapses, the control device 50 always stops the operation of the sub switch 12 and stops the synchronous rectification. do.

ここで、前記固定時間は2種類であり、
前記固定時間の一方は、主スイッチゲート信号Gの、主スイッチ11をオンとする値の時間が減少していくときに使用され、
前記固定時間の他方は、主スイッチゲート信号Gの、主スイッチ11をオンとする値の時間が増加していくときに使用され、前記固定時間の一方より長いことが好ましい。
Here, the fixed time is of two types.
One of the fixed times is used when the time of the value of the main switch gate signal Gm at which the main switch 11 is turned on decreases.
The other of the fixed times is used when the time of the value of the main switch gate signal Gm at which the main switch 11 is turned on increases, and is preferably longer than one of the fixed times.

固定時間が一つであると、主スイッチ11のオフタイミングが固定時間経過後の時刻に近接した場合、それを跨ぐ/跨がないで制御が不安定になる。このため、2種類の固定時間により一定のヒステリシスを持たせ、制御の安定化を図る。 When the fixed time is one, when the off timing of the main switch 11 is close to the time after the fixed time elapses, the control becomes unstable without straddling / straddling it. Therefore, a constant hysteresis is provided by two types of fixed times to stabilize the control.

図7は、固定時間が2つである場合の動作を説明する図である。図7(A)は主スイッチゲート信号Gのオン時間が短くなっていく場面、図7(B)は主スイッチゲート信号Gのオン時間が長くなっていく場面である。 FIG. 7 is a diagram illustrating an operation when the fixed time is two. FIG. 7A is a scene in which the on-time of the main switch gate signal G m is shortened, and FIG. 7 (B) is a scene in which the on-time of the main switch gate signal G m is lengthened.

固定時間はT1とT2の2種類存在する。T1<T2とする。
図7(A)の場面では、時刻a、b、cと進むにつれて主スイッチゲート信号GがHIGHとなる期間が短くなる。この場合、制御装置50は、波形W3がLOWとなってから固定時間T1後に主スイッチゲート信号Gの確認を行う。図7(A)の例であれば、時刻a及びbのように確認する時刻において主スイッチゲート信号GがHIGHであれば、副スイッチ12の動作(同期整流)が行われるが、時刻cのように確認する時刻において主スイッチゲート信号GがLOWであれば、副スイッチ12の動作(同期整流)が常に中止される。
図7(B)の場面では、時刻d、e、fと進むにつれて主スイッチゲート信号GがHIGHとなる期間が長くなる。図7(B)の例であれば、時刻d及びeのように確認する時刻において主スイッチゲート信号GがLOWであれば、副スイッチ12の動作(同期整流)は常に中止しているが、時刻fのように確認する時刻において主スイッチゲート信号GがHIGHであれば、副スイッチ12の動作(同期整流)が開始される。
There are two types of fixed time, T1 and T2. Let T1 <T2.
In the scene of FIG. 7A, the period during which the main switch gate signal Gm becomes HIGH becomes shorter as the time a, b, and c progress. In this case, the control device 50 confirms the main switch gate signal Gm after the fixed time T1 after the waveform W3 becomes LOW. In the example of FIG. 7A, if the main switch gate signal Gm is HIGH at the time to be confirmed as at times a and b, the operation of the sub switch 12 (synchronous rectification) is performed, but the time c If the main switch gate signal Gm is LOW at the time of confirmation, the operation of the sub switch 12 (synchronous rectification) is always stopped.
In the scene of FIG. 7B, the period during which the main switch gate signal Gm becomes HIGH becomes longer as the time d , e, and f progress. In the example of FIG. 7B, if the main switch gate signal Gm is LOW at the time to be confirmed as time d and e, the operation (synchronous rectification) of the sub switch 12 is always stopped. If the main switch gate signal Gm is HIGH at the time to be confirmed, such as time f , the operation of the sub switch 12 (synchronous rectification) is started.

(実施形態4)
実施形態3までは、図2のように非絶縁型のDC/DCコンバータで説明した。しかし、本発明の制御装置50は、図8又は図9のような絶縁型のDC/DCコンバータ302に対しても制御可能である。DC/DCコンバータ302は、入力側と出力側がトランス15で絶縁されている。入力側の回路に主スイッチ11、出力側の回路に副スイッチ12が配置される。制御装置50は、DC/DCコンバータ302に対しても実施形態1から3で説明したように主スイッチゲート信号Gと副スイッチゲート信号Gを用いて主スイッチ11と副スイッチ12の動作を制御し、DC/DCコンバータ302を高いDUTYで動作させることができる。
(Embodiment 4)
Up to the third embodiment, a non-isolated DC / DC converter has been described as shown in FIG. However, the control device 50 of the present invention can also control the isolated DC / DC converter 302 as shown in FIG. 8 or 9. The input side and the output side of the DC / DC converter 302 are isolated by the transformer 15. The main switch 11 is arranged in the circuit on the input side, and the sub switch 12 is arranged in the circuit on the output side. The control device 50 also operates the main switch 11 and the sub switch 12 for the DC / DC converter 302 by using the main switch gate signal G m and the sub switch gate signal G s as described in the first to third embodiments. It can be controlled and the DC / DC converter 302 can be operated with high DUTY.

11:主スイッチ
12:副スイッチ(同期整流スイッチ)
13:インダクタ
14:コンデンサ
15:トランス
50:制御装置
51:コンパレータ
52:反転器
53:デッドタイム生成器
54:反転器
55:論理積回路
56:論理積回路
301、302:DC/DCコンバータ
11: Main switch 12: Sub switch (synchronous rectification switch)
13: Inductor 14: Capacitor 15: Transformer 50: Control device 51: Comparator 52: Inverter 53: Dead time generator 54: Inductor 55: AND circuit 56: AND circuit 301, 302: DC / DC converter

Claims (5)

DC/DCコンバータの主スイッチと同期整流用の副スイッチの動作を制御する同期整流制御装置であって、
電圧が上昇する上昇時間と下降する下降時間が存在する三角波を用い、前記三角波の電圧と閾値とを比較し、前記上昇時間と前記下降時間のうちの一方の期間に前記三角波の電圧が前記閾値となったときに前記主スイッチをオフとし、他方の期間に前記三角波の電圧が前記閾値となったときに前記主スイッチをオンとする主スイッチゲート信号を発生させる主スイッチ用回路と、
前記一方の期間に前記三角波の電圧が前記閾値となったときから所定時間(デッドタイム)後に前記副スイッチをオンとし、前記一方の期間が終了したときに前記副スイッチをオフとする副スイッチゲート信号を発生させる同期整流用回路と、
を備えることを特徴とする同期整流制御装置。
A synchronous rectification control device that controls the operation of the main switch of the DC / DC converter and the secondary switch for synchronous rectification.
Using a triangular wave having an ascending time and a descending time, the voltage of the triangular wave is compared with the threshold value, and the voltage of the triangular wave is the threshold value during one of the ascending time and the descending time. A circuit for the main switch that turns off the main switch when becomes, and generates a main switch gate signal that turns on the main switch when the voltage of the triangular wave reaches the threshold value in the other period.
A sub switch gate that turns on the sub switch after a predetermined time (dead time) from the time when the voltage of the triangular wave reaches the threshold value in the one period, and turns off the sub switch when the one period ends. Synchronous rectification circuit that generates signals and
A synchronous rectification control device characterized by being equipped with.
前記同期整流用回路は、前記主スイッチをオフする時間が前記所定時間より短くなった場合、前記副スイッチをオフとする前記副スイッチゲート信号を発生させることを特徴とする請求項1に記載の同期整流制御装置。 The first aspect of claim 1, wherein the synchronous rectification circuit generates the sub switch gate signal for turning off the sub switch when the time for turning off the main switch is shorter than the predetermined time. Synchronous rectification controller. 前記同期整流用回路は、前記一方の期間が終了したときから一定の固定時間後に前記主スイッチゲート信号を確認し、前記主スイッチゲート信号が前記主スイッチをオフとする値であれば、前記副スイッチをオフとする前記副スイッチゲート信号を発生させることを特徴とする請求項1に記載の同期整流制御装置。 The synchronous rectification circuit confirms the main switch gate signal after a certain fixed time from the end of one of the periods, and if the main switch gate signal has a value that turns off the main switch, the sub The synchronous rectification control device according to claim 1, wherein the sub switch gate signal for turning off the switch is generated. 前記固定時間は2種類であり、
前記固定時間の一方は、前記主スイッチゲート信号の、前記主スイッチをオンとする値の時間が減少していくときに使用され、
前記固定時間の他方は、前記主スイッチゲート信号の、前記主スイッチをオンとする値の時間が増加していくときに使用され、前記固定時間の一方より長いことを特徴とする請求項3に記載の同期整流制御装置。
There are two types of fixed time,
One of the fixed times is used when the time of the value of the main switch gate signal for turning on the main switch decreases.
The other of the fixed time is used when the time of the value of the main switch gate signal for turning on the main switch increases, and the other of the fixed time is longer than one of the fixed time. The synchronous rectification control device described.
前記上昇時間と前記下降時間とは同じ長さの時間ではなく、前記一方の期間は前記上昇時間と前記下降時間のうちの長い方であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の同期整流制御装置。 The aspect according to any one of claims 1 to 4, wherein the ascending time and the descending time are not the same length of time, and the one period is the longer of the ascending time and the descending time. The synchronous rectification control device described.
JP2021184160A 2021-11-11 2021-11-11 Synchronous rectification controller Active JP7085054B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021184160A JP7085054B1 (en) 2021-11-11 2021-11-11 Synchronous rectification controller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021184160A JP7085054B1 (en) 2021-11-11 2021-11-11 Synchronous rectification controller

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP7085054B1 true JP7085054B1 (en) 2022-06-15
JP2023071403A JP2023071403A (en) 2023-05-23

Family

ID=82019122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021184160A Active JP7085054B1 (en) 2021-11-11 2021-11-11 Synchronous rectification controller

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7085054B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06225522A (en) * 1993-01-27 1994-08-12 Fuji Electric Co Ltd Switching power-supply circuit
JPH08154375A (en) * 1994-11-28 1996-06-11 Nec Corp Drive circuit for mosfet synchronous commutation
JP6225522B2 (en) 2013-07-11 2017-11-08 栗田工業株式会社 Water quality measuring device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06225522A (en) * 1993-01-27 1994-08-12 Fuji Electric Co Ltd Switching power-supply circuit
JPH08154375A (en) * 1994-11-28 1996-06-11 Nec Corp Drive circuit for mosfet synchronous commutation
JP6225522B2 (en) 2013-07-11 2017-11-08 栗田工業株式会社 Water quality measuring device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023071403A (en) 2023-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10554130B2 (en) Control method for buck-boost power converters
US7394670B2 (en) Switching power source
US6958592B2 (en) Adaptive delay control circuit for switched mode power supply
US7345896B2 (en) Secondary side power supply controller and method therefor
KR100936427B1 (en) Power converter
KR101745703B1 (en) Inverter and driving method thereof
JP2003153537A (en) Post-regulating power supply apparatus
US7075801B2 (en) Dc converter
US6411534B1 (en) Control methods for power converter circuit
JP7085054B1 (en) Synchronous rectification controller
JP4265356B2 (en) DC-DC converter
JP2006311668A (en) Inverter power supply
TWI784727B (en) Motor drive circuit and motor module
CN110557022A (en) Method for controlling PSFB converter and PSFB converter
JP4098494B2 (en) Switching power supply
JP2001025259A (en) Pwm inverter
US9893609B1 (en) Method to operate a resonant converter at a characteristic frequency of the power stage
US10797580B1 (en) Detection circuit, switching regulator having the same and control method
JP6567234B1 (en) Power converter
US20230261575A1 (en) Buck converter circuit with seamless pwm/pfm transition
JP2021168534A (en) Power conversion device
JP2020202674A (en) Semiconductor device
JP7203661B2 (en) power converter
JP2008301548A (en) Dc-dc converter
JP2006340498A (en) Inverter power supply device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211126

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20211126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211221

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220308

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220428

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220517

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220603

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7085054

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150