JP7380352B2 - power circuit - Google Patents
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Description
本開示は、電源回路に関し、特に降圧チョッパ回路に関する。 The present disclosure relates to a power supply circuit, and particularly to a step-down chopper circuit.
特開2014-137864号公報(特許文献1)は、光源への過電流を防止することができる点灯装置を開示する。点灯装置は、入力フィルタ回路と、整流回路と、降圧チョッパ回路と、スイッチ制御部と、突入電流防止回路と、駆動回路とを備える。突入電流防止回路は、サーミスタおよびサイリスタによって構成される。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-137864 (Patent Document 1) discloses a lighting device that can prevent overcurrent to a light source. The lighting device includes an input filter circuit, a rectifier circuit, a step-down chopper circuit, a switch control section, an inrush current prevention circuit, and a drive circuit. The inrush current prevention circuit is composed of a thermistor and a thyristor.
降圧チョッパ回路のハイサイドスイッチ(通常はMOSFET)を駆動するためにパルストランスを利用した駆動回路が知られている。上記駆動回路は、絶縁ゲートドライバなどを使用してハイサイドスイッチを駆動するケースに比べて、部品点数を少なくすることができるので、電源装置の低コスト化が可能である。パルストランスはコントローラにより駆動される。コントローラのドライブ端子からオン信号を出力するときにMOSFETはオンする。一方、コントローラのドライブ端子からオフ信号を出力するとき(ドライブ端子の電圧が0Vのとき)にはMOSFETはオフする。 A drive circuit that uses a pulse transformer to drive a high-side switch (usually a MOSFET) of a step-down chopper circuit is known. The drive circuit described above can reduce the number of parts compared to a case where an insulated gate driver or the like is used to drive the high-side switch, so it is possible to reduce the cost of the power supply device. The pulse transformer is driven by a controller. The MOSFET is turned on when an on signal is output from the drive terminal of the controller. On the other hand, when an off signal is output from the drive terminal of the controller (when the voltage at the drive terminal is 0V), the MOSFET is turned off.
しかし、パルストランス駆動回路は、コントローラのドライブ端子が0Vになっているすべての期間でMOSFETのゲート―ソース間の電荷を引き抜き続けているわけではない。オフ期間でMOSFETのゲート―ソース間の電荷を引き抜くことができていない期間に、MOSFETなどの寄生容量を介してMOSFETのゲート―ソース間に電荷が充電された場合には、MOSFETはオン状態となる。このような場合には、電源回路の出力電圧が上昇しやすい。電源回路の出力電圧が大きく上昇すると、電源回路の部品が損傷する可能性がある。 However, the pulse transformer drive circuit does not continue to extract the charge between the gate and source of the MOSFET during the entire period when the drive terminal of the controller is at 0V. If charge is accumulated between the gate and source of the MOSFET through the parasitic capacitance of the MOSFET during the off period when the charge between the gate and source of the MOSFET cannot be extracted, the MOSFET will be in the on state. Become. In such a case, the output voltage of the power supply circuit tends to increase. If the output voltage of the power supply circuit increases significantly, components of the power supply circuit may be damaged.
特開2014-137864号公報は、光源の過電流を防ぐための回路を開示する。しかし、特開2014-137864号公報は、低温での電源装置の動作において生じうる課題について開示していない。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-137864 discloses a circuit for preventing overcurrent of a light source. However, Japanese Patent Application Publication No. 2014-137864 does not disclose problems that may occur in the operation of the power supply device at low temperatures.
本開示の目的は、低温時における出力電圧の上昇を抑制できる電源回路を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a power supply circuit that can suppress an increase in output voltage at low temperatures.
本開示に係る電源回路は、直流電源からの入力電圧に接続されたドレインと、ゲートと、ソースとを有するトランジスタと、トランジスタのソースに接続されたカソードと、共通電圧ノードに接続されたアノードとを有するダイオードと、トランジスタのソースおよびダイオードのカソードに接続された第1端と、出力ノードに接続された第2端とを有するチョークコイルと、出力ノードと、共通電圧ノードとの間に接続された第1のコンデンサと、一次巻線と、トランジスタのゲートに接続された二次巻線とを有するトランスと、出力ノードにおける電圧である出力電圧に基づいて、トランジスタをオンオフさせるための駆動信号を、トランスの一次巻線に与える制御回路と、直流電源の電流経路に設けられるサーミスタとを備える。 A power supply circuit according to the present disclosure includes a transistor having a drain connected to an input voltage from a DC power supply, a gate, and a source, a cathode connected to the source of the transistor, and an anode connected to a common voltage node. a choke coil having a first end connected to the source of the transistor and a cathode of the diode, and a second end connected to the output node; A transformer includes a first capacitor, a primary winding, and a secondary winding connected to the gate of the transistor, and a drive signal for turning the transistor on and off based on the output voltage, which is the voltage at the output node. , a control circuit applied to the primary winding of the transformer, and a thermistor provided in the current path of the DC power supply.
この開示によれば、低温時において電源回路の出力電圧の急峻な上昇を抑制できる。 According to this disclosure, it is possible to suppress a steep rise in the output voltage of the power supply circuit at low temperatures.
上述の開示において、直流電源は、入力電圧をトランジスタのドレインに供給する第1端と、第2端とを有し、電源回路は、トランジスタのドレインに接続された第1端と、ダイオードのアノードに接続された第2端とを有する第2のコンデンサをさらに備え、サーミスタは、第2のコンデンサの第2端と、直流電源の第2端との間に接続される。 In the above disclosure, the DC power supply has a first end that supplies an input voltage to the drain of the transistor and a second end, and the power supply circuit has a first end connected to the drain of the transistor and an anode of the diode. the thermistor is connected between the second end of the second capacitor and the second end of the DC power supply.
この開示によれば、簡易な構成によって、電源回路の出力電圧が低温で急峻に上昇することを抑制できる。 According to this disclosure, with a simple configuration, it is possible to suppress the output voltage of the power supply circuit from rising sharply at low temperatures.
上述の開示において、直流電源は、入力電圧をトランジスタのドレインに供給する第1端と、第2端とを有し、電源回路は、トランジスタのドレインに接続された第1端と、直流電源の第2端に接続された第2端とを有する第2のコンデンサをさらに備え、サーミスタは、ダイオードのアノードと第2のコンデンサの第2端との間に接続される。 In the above disclosure, the DC power supply has a first end that supplies an input voltage to the drain of the transistor and a second end, and the power supply circuit has the first end connected to the drain of the transistor and the DC power supply. and a second capacitor having a second end connected to the second end, the thermistor being connected between the anode of the diode and the second end of the second capacitor.
この開示によれば、簡易な構成によって、電源回路の出力電圧が低温で急峻に上昇することを抑制できる。 According to this disclosure, with a simple configuration, it is possible to suppress the output voltage of the power supply circuit from rising sharply at low temperatures.
上述の開示においてサーミスタは、NTCサーミスタである。 In the above disclosure, the thermistor is an NTC thermistor.
この開示によれば、低温において、電源回路に入力される入力電圧が上昇することを抑制できる。 According to this disclosure, it is possible to suppress an increase in the input voltage input to the power supply circuit at low temperatures.
本開示によれば、低温時における出力電圧の上昇を抑制できる電源回路を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a power supply circuit that can suppress an increase in output voltage at low temperatures.
以下、実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the figures are given the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
<適用例>
図1は、本実施の形態に従う電源回路の基本構成を示した回路図である。図1に示すように、この実施形態では、電源回路10は、降圧チョッパ回路である。電源回路10は、チョークコイル3,6と、コンデンサC1,C2と、トランジスタ4と、駆動回路5と、ダイオードD1とを備える。
<Application example>
FIG. 1 is a circuit diagram showing the basic configuration of a power supply circuit according to this embodiment. As shown in FIG. 1, in this embodiment, the
トランジスタ4は、NチャネルMOSFETである。トランジスタ4は、ドレインと、ゲートと、ソースとを有する。トランジスタ4のドレインは、入力電圧Vinに接続される。入力電圧Vinは、直流電源1によって生成される。
この実施の形態では、直流電源1は、交流電圧を発生させる交流電源E1と、交流電源E1からの交流電圧を整流する整流回路2とを含む。チョークコイル3およびコンデンサC2は、直流電源1からの電圧を平滑化する。チョークコイル3の第1端は、直流電源の第1端に接続される。チョークコイル3の第2端は、コンデンサC2の第1端およびトランジスタ4のドレインに接続される。したがって、トランジスタ4のドレインは、直流電源の第1端に電気的に接続される。コンデンサC2の第2端は、共通電圧ノード(すなわち端子T2)に接続される。
In this embodiment, the
ダイオードD1は、トランジスタ4のソースに接続されたカソードと、共通電圧ノードに接続されたアノードとを有する。図1に示す端子T2は、共通電圧ノードに相当する。本実施形態において、共通電圧とは接地電圧である。
Diode D1 has a cathode connected to the source of
チョークコイル6は、トランジスタ4のソースおよびダイオードD1のカソードに接続された第1端と、出力ノードに接続された第2端とを有する。
コンデンサC1は、出力ノードと、共通電圧ノードとの間に接続される。図1に示す端子T1は、出力ノードに相当する。出力ノード(端子T1)は電源回路10から出力電圧Vdcを出力するためのノードである。なお、図1に示すように出力電圧Vdcは、端子T1と端子T2との間の電圧である。駆動回路5は、出力電圧Vdcに基づいてトランジスタ4を駆動する。
Capacitor C1 is connected between the output node and the common voltage node. Terminal T1 shown in FIG. 1 corresponds to an output node. The output node (terminal T1) is a node for outputting the output voltage Vdc from the
図2は、駆動回路の概略的な構成を示した回路図である。図2に示すように、駆動回路5は、制御IC51と、パルストランス52と、抵抗53とを有する。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the drive circuit. As shown in FIG. 2, the
パルストランス52は、一次巻線52pと、二次巻線52sとを有する。一次巻線52pは制御IC51に接続される。二次巻線52sは、トランジスタ4のゲートに接続される。抵抗53は、トランジスタ4のゲートとトランジスタ4のソースとの間に接続される。
The
制御IC51は、電源回路10の出力電圧Vdcに基づいて、トランジスタ4をオンオフさせるための駆動信号を、パルストランス52の一次巻線52pに与える制御回路である。
The
図3は、パルストランスによって、降圧チョッパのトランジスタを駆動する場合に起こりうる課題を説明する波形図である。図2および図3に示すように、制御IC51は、トランジスタ4をオンおよびオフさせる制御信号をドライブ端子から出力する。制御IC51からの制御信号はパルストランス52の一次巻線52pに印加される。これによりパルストランス52の二次巻線52sに電圧が誘起される。
FIG. 3 is a waveform diagram illustrating problems that may occur when a transistor of a step-down chopper is driven by a pulse transformer. As shown in FIGS. 2 and 3, the
トランジスタ4のゲートはパルストランス52の二次巻線52sに接続される。基本的には、トランジスタ4のゲートの電圧(ゲート電圧Vgs)は、制御IC51から出力される制御信号に追随して変化する。制御IC51からの制御信号がオフ状態になっている期間では、パルストランス52の二次巻線52sに電流が流れることにより、トランジスタ4のゲート―ソース間容量から電荷が放出される。
The gate of the
しかし、制御IC51からの制御信号がオフである期間が長い場合、パルストランス52の二次巻線52sには電流が流れなくなる期間が発生する。このため、この期間に寄生容量などを介しトランジスタ4のゲート―ソース間容量に電荷が蓄積された場合、制御信号がオフ状態であるにもかかわらず、ゲート電圧Vgsが上昇することが起こりえる。
However, if the period during which the control signal from the
通常では、コンデンサC1が出力電圧Vdcを平滑化するので、出力電圧Vdcが設定電圧を大きく上回ることが防がれる。しかし、電源回路10の周囲温度が低い場合には、コンデンサC1の容量が低下する。あるいは電源回路10の周囲温度が低い場合には、コンデンサC1のESR(等価直列抵抗)が大きくなる。このような場合には、コンデンサC1による出力電圧の平滑化が十分でないために、図3に示すように、出力電圧Vdcが大きく上昇する可能性がある。
Normally, the capacitor C1 smoothes the output voltage Vdc, which prevents the output voltage Vdc from greatly exceeding the set voltage. However, when the ambient temperature of the
図4は、本発明の実施の形態に従う電源回路の1つの構成例を示した回路図である。電源回路10は、図1に示した構成に加えてサーミスタ7を備える。サーミスタ7は、直流電源1の電流経路に設けられる。詳細には、サーミスタ7は、コンデンサC2の第2端と、直流電源の第2端との間に接続される。
FIG. 4 is a circuit diagram showing one configuration example of a power supply circuit according to an embodiment of the present invention. The
サーミスタ7の抵抗値は、温度に応じて変化する。これにより、電源回路10の周囲温度に応じてトランジスタ4のドレインに入力される入力電圧Vinを変化させることができる。
The resistance value of the
好ましくは、サーミスタ7は、NTCサーミスタである。温度が低下するにつれてNTCサーミスタの抵抗値が増大する。電源回路10の周囲温度が低下するにつれてサーミスタ7の抵抗値が増大する。これにより電圧Vinを低下させることができる。したがってコンデンサC1の両端間の電圧(すなわち出力電圧Vdc)の上昇を抑制することができる。
Preferably,
さらに、電源回路10の起動時には、コンデンサC2が充電されるために、電源回路10の入力側に大きな電流が流れやすい。図4に示す回路は、サーミスタ7を備えることによって、突入電流を抑制できる。たとえば電源回路10の入力側にブレーカを設置する場合において、そのブレーカに低容量のブレーカを採用することができる。
Furthermore, since the capacitor C2 is charged when the
図5は、本発明の実施の形態に従う電源回路10による効果を説明する波形図である。図5には、出力電圧Vdcの上昇を示す波形が示される。サーミスタ7の抵抗が0.1Ωのときに出力電圧Vdcの上昇は大きい。一方、サーミスタ7の抵抗が20Ωのときには出力電圧Vdcの上昇は小さい。図5から、サーミスタ7の抵抗値が増大するほど、出力電圧Vdcの上昇が小さくなることが理解される。
FIG. 5 is a waveform diagram illustrating the effects of the
電源回路10の周囲温度が低い場合、コンデンサC1の容量が低下する。あるいはコンデンサC1のESR(等価直列抵抗)が大きくなる。しかし、サーミスタ7の抵抗値が増大することで、出力電圧Vdcの電圧上昇を抑制できる。したがって、電源回路10を構成する部品(たとえばコンデンサ)の破損を防止することができる。
When the ambient temperature of the
図6は、本発明の実施の形態に従う電源回路の別の構成例を示した回路図である。図6に示すように、サーミスタ7は、ダイオードD1のアノードとコンデンサC2の第2端との間に接続される。図6に示された構成においても、サーミスタ7は直流電源の電流経路に設けられている。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration example of the power supply circuit according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6,
サーミスタ7は、NTCサーミスタであることが好ましい。図6に示す構成によれば、電源回路10の周囲温度が低下するにつれてサーミスタ7の抵抗値が増大する。これにより電圧Vinを低下させることができる。したがってコンデンサC1の電圧(すなわち出力電圧Vdc)の上昇を抑制することができる。さらに、電源回路10の起動時において、突入電流を抑制することができる。
Preferably, the
<付記>
上述したような実施の形態は、以下のような技術思想を含む。
<Additional notes>
The embodiments described above include the following technical ideas.
(構成1)
直流電源(1)からの入力電圧(Vin)に接続されたドレインと、ゲートと、ソースとを有するトランジスタ(4)と、
前記トランジスタ(4)の前記ソースに接続されたカソードと、共通電圧ノード(T2)に接続されたアノードとを有するダイオード(D1)と、
前記トランジスタ(4)の前記ソースおよび前記ダイオード(D1)の前記カソードに接続された第1端と、出力ノード(T1)に接続された第2端とを有するチョークコイル(6)と、
前記出力ノード(T1)と、前記共通電圧ノード(T2)との間に接続された第1のコンデンサ(C1)と、
一次巻線(52p)と、前記トランジスタ(4)の前記ゲートに接続された二次巻線(52s)とを有するトランス(52)と、
前記出力ノード(T1)における電圧である出力電圧(Vdc)に基づいて、前記トランジスタ(4)をオンオフさせるための駆動信号を、前記トランス(52)の前記一次巻線(52p)に与える制御回路(51)と、
前記直流電源(1)の電流経路に設けられるサーミスタ(7)とを備える、電源回路(10)。
(Configuration 1)
a transistor (4) having a drain connected to an input voltage (Vin) from a DC power supply (1), a gate, and a source;
a diode (D1) having a cathode connected to the source of the transistor (4) and an anode connected to a common voltage node (T2);
a choke coil (6) having a first end connected to the source of the transistor (4) and the cathode of the diode (D1), and a second end connected to the output node (T1);
a first capacitor (C1) connected between the output node (T1) and the common voltage node (T2);
a transformer (52) having a primary winding (52p) and a secondary winding (52s) connected to the gate of the transistor (4);
A control circuit that provides a drive signal for turning on and off the transistor (4) to the primary winding (52p) of the transformer (52) based on the output voltage (Vdc) that is the voltage at the output node (T1). (51) and
A power supply circuit (10) comprising a thermistor (7) provided in a current path of the DC power supply (1).
(構成2)
前記直流電源(1)は、前記入力電圧(Vin)を前記トランジスタの前記ドレインに供給する第1端と、第2端とを有し、
前記電源回路(10)は、
前記トランジスタ(4)の前記ドレインに接続された第1端と、前記ダイオード(D1)の前記アノードに接続された第2端とを有する第2のコンデンサ(C2)をさらに備え、
前記サーミスタ(7)は、前記第2のコンデンサ(C2)の前記第2端と、前記直流電源(1)の前記第2端との間に接続される、構成1に記載の電源回路。
(Configuration 2)
The DC power supply (1) has a first end that supplies the input voltage (Vin) to the drain of the transistor, and a second end,
The power supply circuit (10) includes:
further comprising a second capacitor (C2) having a first end connected to the drain of the transistor (4) and a second end connected to the anode of the diode (D1),
The power supply circuit according to
(構成3)
前記直流電源(1)は、前記入力電圧(Vin)を前記トランジスタ(4)の前記ドレインに供給する第1端と、第2端とを有し、
前記電源回路(10)は、
前記トランジスタ(4)の前記ドレインに接続された第1端と、前記直流電源(1)の前記第2端に接続された第2端とを有する第2のコンデンサ(C2)をさらに備え、
前記サーミスタ(7)は、前記ダイオード(D1)の前記アノードと前記第2のコンデンサ(C2)の前記第2端との間に接続される、構成1に記載の電源回路。
(Configuration 3)
The DC power supply (1) has a first end that supplies the input voltage (Vin) to the drain of the transistor (4), and a second end,
The power supply circuit (10) includes:
further comprising a second capacitor (C2) having a first end connected to the drain of the transistor (4) and a second end connected to the second end of the DC power source (1),
The power supply circuit according to
(構成4)
前記サーミスタは、NTCサーミスタである、構成1~構成3のいずれか1つに記載の電源回路。
(Configuration 4)
The power supply circuit according to any one of
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should be considered not to be restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the embodiments described above, and it is intended that equivalent meanings to the claims and all changes within the scope are included.
1 直流電源、2 整流回路、3,6 チョークコイル、4 トランジスタ、5 駆動回路、7 サーミスタ、10 電源回路、51 制御IC、52 パルストランス、52p 一次巻線、52s 二次巻線、53 抵抗、C1,C2 コンデンサ、D1 ダイオード、E1 交流電源、T1,T2 端子、Vdc 出力電圧、Vgs ゲート電圧、Vgsth 閾値電圧。 1 DC power supply, 2 Rectifier circuit, 3, 6 Choke coil, 4 Transistor, 5 Drive circuit, 7 Thermistor, 10 Power supply circuit, 51 Control IC, 52 Pulse transformer, 52p Primary winding, 52s Secondary winding, 53 Resistor, C1, C2 capacitor, D1 diode, E1 AC power supply, T1, T2 terminal, Vdc output voltage, Vgs gate voltage, Vgsth threshold voltage.
Claims (4)
前記トランジスタの前記ソースに接続されたカソードと、共通電圧ノードに接続されたアノードとを有するダイオードと、
前記トランジスタの前記ソースおよび前記ダイオードの前記カソードに接続された第1端と、出力ノードに接続された第2端とを有するチョークコイルと、
前記出力ノードと、前記共通電圧ノードとの間に接続された第1のコンデンサと、
一次巻線と、前記トランジスタの前記ゲートに接続された二次巻線とを有するトランスと、
前記出力ノードにおける電圧である出力電圧に基づいて、前記トランジスタをオンオフさせるための駆動信号を、前記トランスの前記一次巻線に与える制御回路と、
前記直流電源の電流経路に設けられるサーミスタとを備える、電源回路。 a transistor having a drain connected to an input voltage from a DC power source, a gate, and a source;
a diode having a cathode connected to the source of the transistor and an anode connected to a common voltage node;
a choke coil having a first end connected to the source of the transistor and the cathode of the diode, and a second end connected to an output node;
a first capacitor connected between the output node and the common voltage node;
a transformer having a primary winding and a secondary winding connected to the gate of the transistor;
a control circuit that applies a drive signal to the primary winding of the transformer to turn on and off the transistor based on an output voltage that is a voltage at the output node;
A power supply circuit comprising: a thermistor provided in a current path of the DC power supply.
前記電源回路は、
前記トランジスタの前記ドレインに接続された第1端と、前記ダイオードの前記アノードに接続された第2端とを有する第2のコンデンサをさらに備え、
前記サーミスタは、前記第2のコンデンサの前記第2端と、前記直流電源の前記第2端との間に接続される、請求項1に記載の電源回路。 The DC power supply has a first end that supplies the input voltage to the drain of the transistor, and a second end,
The power supply circuit is
further comprising a second capacitor having a first end connected to the drain of the transistor and a second end connected to the anode of the diode,
The power supply circuit according to claim 1, wherein the thermistor is connected between the second end of the second capacitor and the second end of the DC power supply.
前記電源回路は、
前記トランジスタの前記ドレインに接続された第1端と、前記直流電源の前記第2端に接続された第2端とを有する第2のコンデンサをさらに備え、
前記サーミスタは、前記ダイオードの前記アノードと前記第2のコンデンサの前記第2端との間に接続される、請求項1に記載の電源回路。 The DC power supply has a first end that supplies the input voltage to the drain of the transistor, and a second end,
The power supply circuit is
further comprising a second capacitor having a first end connected to the drain of the transistor and a second end connected to the second end of the DC power supply,
The power supply circuit according to claim 1, wherein the thermistor is connected between the anode of the diode and the second end of the second capacitor.
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