JPH04117169A - Switching power supply - Google Patents

Switching power supply

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JPH04117169A
JPH04117169A JP23426790A JP23426790A JPH04117169A JP H04117169 A JPH04117169 A JP H04117169A JP 23426790 A JP23426790 A JP 23426790A JP 23426790 A JP23426790 A JP 23426790A JP H04117169 A JPH04117169 A JP H04117169A
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fet
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diode
main transformer
loss
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Hideaki Matsumura
英明 松村
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Abstract

PURPOSE:To reduce loss in the secondary rectifying circuit of a DC/DC converter by an arrangement wherein a FET driving circuit controls the ON/OFF timing of a FET, based on outputs from a main transformer and a feedback control circuit, such that the loss of a diode is reduced. CONSTITUTION:Gate voltage of FET Q5 is sustained at High level by a driving signal fed from a FET driving circuit 3 during an interval from falling time point of the output from a main transformer TR to a rising time point of an output from a feedback control circuit 2. Q5 and a diode D2 are connected in parallel and when Q5 is turned ON, current flows on the Q% side whereas current flows only during short intervals tau3, tau4 into the diode D2. The time lags tau3, tau4 can be set so short as negligible when compared with ON/OFF period of switching element. Consequently, loss in a rectifying diode can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、DC/DCコン・く−夕を用いて構成される
スイッチング電源装置に関し、更に詳しくは、DC/D
Cコンバータの2次側整流回路の損失を低減できるよう
にしたスイッチング電源装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a switching power supply device configured using a DC/DC converter, and more specifically, to a switching power supply device configured using a DC/DC converter.
The present invention relates to a switching power supply device that can reduce loss in a secondary rectifier circuit of a C converter.

〈従来の技術〉 第4図は、従来のこの種のスイッチング電源装置の一例
を示す構成ブロック図である。この装置は、電子情報通
信学会 技術研究報告 Vo 1゜88  No、30
6 1988年11月30日発行に開示されている。
<Prior Art> FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional switching power supply of this type. This device was published in the Technical Research Report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Vo 1゜88 No. 30.
6 Published on November 30, 1988.

図において、TRはメイントランスであり、スイッチン
グ素子Qoがパルス幅変調回路(図示せず)からのパル
ス幅信号によりオン/オフし、DC/DCコンバータが
駆動される。
In the figure, TR is a main transformer, a switching element Qo is turned on/off by a pulse width signal from a pulse width modulation circuit (not shown), and a DC/DC converter is driven.

DC/DCコンバータの2次側整流回路としては、オン
抵抗が低くてオフセット電圧のないMOSFET  Q
i、Q2で構成される同期整流回路が用いられている。
MOSFET Q with low on-resistance and no offset voltage is used as the secondary rectifier circuit of the DC/DC converter.
A synchronous rectifier circuit consisting of Q2 and Q2 is used.

ここて、QlはトランスTRに発生する電圧によりター
ンオン/オフされる。Q2のケートには、直列にダイオ
ードDか接続され、トランスに発生する電圧によりター
ンオンされ、)・ランスの磁束かりセットされた後も、
Q2の入力容量によりゲート電圧を保持している。
Here, Ql is turned on/off by the voltage generated in the transformer TR. A diode D is connected in series to the gate of Q2, and it is turned on by the voltage generated in the transformer, and even after the magnetic flux of the lance is set,
The gate voltage is held by the input capacitance of Q2.

Q2のケートには、補助スイッチQ3か接続されていて
、メインスイッチンク素子Qoかターンオンする直前に
、スイッチQ3をオンにするこさによりQ2をオフにす
るように構成しである。
An auxiliary switch Q3 is connected to the gate of Q2, and is configured to turn off Q2 by turning on the switch Q3 immediately before the main switching element Qo turns on.

このように構成された装置によれば、FET同期整流回
路を理想に近い状態で駆動することができるので、効率
が改善できるという特徴がある。
According to the device configured in this manner, the FET synchronous rectifier circuit can be driven in a state close to the ideal, so that efficiency can be improved.

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、これらの従来装置においては、■、FE
Tのホゾイーダイオードの逆方向回復時間が大きいこと
に起因するスイッチング素子が大きいこと、 ■、フォーワード側5 フライホイール側のFETが同
時にオンまたはオフする期間をできるたけ減らすための
駆動回路の設計か困難である、等の問題かあった。
<Problem to be solved by the invention> However, in these conventional devices, ■, FE
The switching element is large due to the long reverse recovery time of the FET on the forward side 5. Design of the drive circuit to reduce the period during which the FETs on the flywheel side are simultaneously on and off as much as possible. There were some problems, such as difficulty.

本発明は、これらの点に鑑みてなされたもので、設計の
容易な構成で、DC/DCコンバータの2次側整流回路
の損失を低減し、効率のよいスイッチンク電源装置を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of these points, and it is an object of the present invention to provide an efficient switching power supply device that reduces the loss of the secondary side rectifier circuit of a DC/DC converter with an easy-to-design configuration. purpose.

〈課題を解決するための手段〉 第1図は、本発明の原理的な構成を示すブロフク図であ
る。
<Means for Solving the Problems> FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of the present invention.

図において、1はDC/DCコンバータで、メイントラ
ンスTR,このメイントランスの1次側に直流電圧E1
をオン/オフして与えるスイッチング素子Qo、メイン
トランスTRの2次側出力を整流するダイオードDI、
D2を有する。
In the figure, 1 is a DC/DC converter, which has a main transformer TR and a DC voltage E1 on the primary side of this main transformer.
a switching element Qo that turns on and off the output, a diode DI that rectifies the secondary output of the main transformer TR,
It has D2.

Q5は2次側整流ダイオードD2に対して並列に接続し
たFET、2はDC/DCコンバータ1の直流出力電圧
EOが一定になるようにスイッチング素子QOのオン/
オフを制御する帰還制御回路、3はメイントランスTR
の出力と帰還制御回路2の出力とを人力し、FETQ5
の駆動信号を生成するFET駆動回路である。
Q5 is a FET connected in parallel to the secondary side rectifier diode D2, and 2 is an FET that turns on/off the switching element QO so that the DC output voltage EO of the DC/DC converter 1 is constant.
Feedback control circuit that controls off, 3 is main transformer TR
The output of FETQ5 and the output of feedback control circuit 2 are manually connected.
This is an FET drive circuit that generates a drive signal.

く作用〉 DC/DCコンバータ1は、スイッチング素子Qoのオ
ン/オフにより駆動され、メイントランスTRの2次側
出力を整流・平滑して直流出力電圧EOを得ている。
Function> The DC/DC converter 1 is driven by turning on/off the switching element Qo, and rectifies and smoothes the secondary output of the main transformer TR to obtain a DC output voltage EO.

帰還制御回路2は、直流出力電圧Eoが一定値に保持さ
れるように、スイッチング素子Qoのオン/オフのデユ
ーティレシオを制御する。
Feedback control circuit 2 controls the on/off duty ratio of switching element Qo so that DC output voltage Eo is maintained at a constant value.

FET駆動回路3は、メイントランスTRの出力と帰還
制御回路の出力とにより、FETのオン/オフのタイミ
ングをダイオードの損失を低減するように制御する。
The FET drive circuit 3 controls the on/off timing of the FET using the output of the main transformer TR and the output of the feedback control circuit so as to reduce the loss of the diode.

〈実施例〉 以下図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。<Example> Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第2図は、本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。図において、第1図の各部分と同じものには同一の
符号を付して示す。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

DC/DCコンバータ1において、メイントランスTR
の2次側出力の整流回路は、ダイオードDI、D2で構
成され、インダクタンスし、コンデンサC2により平滑
され、コンデンサC2の両端に直流出力電圧Eoか得ら
れる。
In the DC/DC converter 1, the main transformer TR
The rectifier circuit for the secondary output is composed of diodes DI and D2, has an inductance, is smoothed by a capacitor C2, and a DC output voltage Eo is obtained across the capacitor C2.

帰還制御回路2は、直流出力電圧Eoに対応する電圧e
oと基準電圧ESとの差を増幅する誤差増幅器21と、
誤差増幅器21の出力に応してデユーティレシオが変化
するパルス幅信号を出力するパルス幅変調回路22て構
成され、ここからのパルス幅信号が、信号絶縁用のトラ
ンスTR2を紅で、スイッチング素子Qoに印加されて
いる。
The feedback control circuit 2 generates a voltage e corresponding to the DC output voltage Eo.
an error amplifier 21 that amplifies the difference between o and reference voltage ES;
The pulse width modulation circuit 22 outputs a pulse width signal whose duty ratio changes according to the output of the error amplifier 21, and the pulse width signal from this circuit passes through the signal isolation transformer TR2 and the switching element. Qo is applied.

FET駆動回路3は、メイントランスTRの出力を取り
出す抵抗RとツェナーダイオードDz。
The FET drive circuit 3 includes a resistor R and a Zener diode Dz for taking out the output of the main transformer TR.

インバータ31、及び帰還制御回路2(パルス幅変調回
路22)からの出力を取り出すインバータ32、各イン
バータからの出力のアンドをとるアントゲルト33で構
成され、アンドゲートからの信号がFETQ5に印加さ
れるように構成されている。
It consists of an inverter 31, an inverter 32 that takes out the output from the feedback control circuit 2 (pulse width modulation circuit 22), and an antgelt 33 that takes the AND of the output from each inverter, so that the signal from the AND gate is applied to the FETQ5. It is composed of

このように構成した装置の動作を説明すれば、以下の通
りである。
The operation of the device configured as described above will be explained as follows.

第3図は、動作を示すタイムチャートである。FIG. 3 is a time chart showing the operation.

帰還制御回路2は、DC/DCコンノく一夕の直流出力
電圧Eoの大きさに応して、(a)に示すようなパルス
幅信号をスイッチング素子QOに出力する。スイッチン
グ素子QOは、このパルス幅信号を受はオン/オフし、
(b)に示すようにそのドレンとソース間の電圧Vcl
sか変化する。ここで、τ1は信号絶縁用トランスTR
2の洩れインダクタンス等を含むドライブ回路の遅れ時
間と、Qoの立ち上かり時間を合計した遅れ時間である
The feedback control circuit 2 outputs a pulse width signal as shown in (a) to the switching element QO in accordance with the magnitude of the overnight DC output voltage Eo of the DC/DC converter. The switching element QO receives this pulse width signal and turns on/off.
As shown in (b), the voltage Vcl between its drain and source
s or change. Here, τ1 is the signal isolation transformer TR
The delay time is the sum of the delay time of the drive circuit including the leakage inductance of 2 and the rise time of Qo.

メイントランスTRには、スイッチング素子QOのオン
/オフに対応して直流電圧が1次巻線n1に与えられ、
2次側巻線n2には(c)に示すような出力が生ずる。
In the main transformer TR, a DC voltage is applied to the primary winding n1 in response to on/off of the switching element QO,
An output as shown in (c) is generated in the secondary winding n2.

ここで、τ2はメイントランスTRの洩れインダクタン
ス等による遅れ時間で、rl+r2は、約to On 
Sである。
Here, τ2 is the delay time due to the leakage inductance of the main transformer TR, and rl+r2 is approximately to On
It is S.

メイントランスTRの2次巻線に得られた(C)に示す
ような出力は、ダイオードD1に(d)に示す期間Iた
け流れ、ダイオードD2とQ5には、(e)に示す期間
■たけ流れる。
The output shown in (C) obtained at the secondary winding of the main transformer TR flows through the diode D1 for the period I shown in (d), and flows through the diodes D2 and Q5 for the period I shown in (e). flows.

ここで、FET  Q5のケート電圧は、FET駆動回
路3からの駆動信号により、(f)に示すように、メイ
ントランスTRの出力の立ち下がりの時点から、帰還制
御回路2からの出力の立ち上がりの時点までの期間ハイ
レベルになっている。
Here, the gate voltage of FET Q5 is determined by the drive signal from the FET drive circuit 3, as shown in (f), from the fall of the output of the main transformer TR to the rise of the output from the feedback control circuit 2. It has been at a high level up to this point.

Q5とダイオードD2とは互いに並列に接続されており
、Q5か(f)に示すゲート電圧が与えられてオンにな
ると、電流はQ5側に流れることとなり、ダイオードD
2には、(g)に示す僅かな期間τ3.τ4たけ流れる
Q5 and diode D2 are connected in parallel with each other, and when Q5 is turned on by applying the gate voltage shown in (f), current flows to the Q5 side, and diode D
2, there is a short period τ3.2 shown in (g). τ4 flows.

ここで、τ3は、τ1+τ2+τ5+Q5のフォールタ
イム(τ5は、帰還制御回路の出力の立ち上がりから、
駆動回路3の出力の立ち下がりまでの遅れ時間)である
。また、τ4は、Q5の立ち上がり時間+τ6(τ6は
メイントランスTRの出力の立ち下がりから駆動回路3
の出力の立ち上がりまでの遅れ時間うである。
Here, τ3 is the fall time of τ1 + τ2 + τ5 + Q5 (τ5 is from the rise of the output of the feedback control circuit,
(delay time until the output of the drive circuit 3 falls). In addition, τ4 is the rise time of Q5 + τ6 (τ6 is from the fall of the output of the main transformer TR to the drive circuit 3
This is the delay time until the output rises.

これらの遅れ時間τ3.τ4はスイッチング素子のオン
/オフ周期に比へて、無視てきる程度に小さくすること
が可能である。
These delay times τ3. τ4 can be made so small that it can be ignored compared to the on/off period of the switching element.

本発明の装置において、τ3−τ4−0. ダイオード
DI、D2の順方向電圧VF−0,5V。
In the device of the invention, τ3−τ4−0. Forward voltage VF-0.5V of diodes DI and D2.

FET  Q5のオン抵抗を10mΩとし、Q5のスイ
ッチング損失を無視する程度に小さい(ドレン、ソース
電圧VdsがダイオードD2の順方向電圧VFに等しい
状態でスイッチングするので)とし、定常時のデユーテ
ィレシオを1/3とし、出力電流を例えば18Aとする
と、各期間!、  IIての損失は、FET  Q5を
設けたときと、設けないときては、次の表の通りとなる
The on-resistance of FET Q5 is set to 10 mΩ, which is so small that the switching loss of Q5 is ignored (because switching is performed with the drain and source voltage Vds equal to the forward voltage VF of diode D2), and the duty ratio in steady state is 1/3 and the output current is, for example, 18A, each period! , II losses with and without FET Q5 are shown in the table below.

従って、本発明の適用により、40%以上の損失を低減
することかできる。
Therefore, by applying the present invention, it is possible to reduce the loss by 40% or more.

なお、上記の実施例では、FETをダイオードD2に並
列に接続した場合であるか、更に、ダイオードD1に並
列にFETを接続し、これをメイントランスTRの出力
かハイレベルで、かつ帰還制御回路2の出力かハイレベ
ルで、ゲート電圧をハイレベルとし、このFETを駆動
するように構成すれば、ダイオードD1の損失も同様に
低減できる。
In the above embodiment, the FET is connected in parallel to the diode D2, or the FET is connected in parallel to the diode D1, and the output of the main transformer TR is at a high level, and the feedback control circuit The loss of the diode D1 can be similarly reduced by setting the gate voltage to a high level and driving this FET when the output of the FET is at a high level.

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明によれば、FETの
オン/オフのタイミングの設定は、損失だけに注目して
任意に選定できるので、FETの駆動回路を簡単にでき
、設計の自由度を増すことができる。また、整流ダイオ
ードでの損失やFETての損失を小さくでき、全体とし
て効率のよいスイッチング電源が提供できる。
<Effects of the Invention> As explained in detail above, according to the present invention, the FET on/off timing settings can be arbitrarily selected by paying attention only to the loss, so the FET drive circuit can be easily constructed. , the degree of freedom in design can be increased. Further, the loss in the rectifier diode and the loss in the FET can be reduced, and a switching power supply with good efficiency as a whole can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の原理的な構成を示すプロノク図、 第2図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、 第3図は動作を示すタイムチャート、 第4図は従来のスイッチング電源装置の一例を示す構成
ブロック図である。 1・・・DC/DCコンバータ TR・・・メイントランス QO・・・スイッチング素子 DI  D2・・・製流用ダイオード Q5・・FET 2・・・帰還制御1回路 3・・・FET駆動回路 第 図 (Q)D2の電流 」■■■■■L
Fig. 1 is a professional diagram showing the basic configuration of the present invention, Fig. 2 is a block diagram showing an embodiment of the invention, Fig. 3 is a time chart showing the operation, and Fig. 4 is a conventional switching power supply. FIG. 1 is a configuration block diagram showing an example of a device. 1... DC/DC converter TR... Main transformer QO... Switching element DI D2... Manufactured diode Q5... FET 2... Feedback control 1 circuit 3... FET drive circuit Fig. Q) Current of D2”■■■■■L

Claims (1)

【特許請求の範囲】 メイントランス、このメイントランスの1次側に直流電
圧をオン/オフして与えるスイッチング素子、メイント
ランスの2次側出力を整流するダイオードを有するDC
/DCコンバータを含むスイッチング電源装置において
、 前記2次側整流ダイオードと並列に接続したFETと、 前記DC/DCコンバータの直流出力電圧が一定になる
ようにスイッチング素子のオン/オフを制御する制御回
路と、 前記メイントランスの出力と制御回路の出力とを入力し
FETの駆動信号を生成するFET駆動回路と を設けるようにしたことを特徴とするスイッチング電源
装置。
[Claims] A main transformer, a switching element that turns on and off a DC voltage to the primary side of the main transformer, and a DC that has a diode that rectifies the secondary side output of the main transformer.
/ A switching power supply device including a DC converter, comprising: an FET connected in parallel with the secondary side rectifier diode, and a control circuit that controls on/off of the switching element so that the DC output voltage of the DC/DC converter is constant. and an FET drive circuit that receives the output of the main transformer and the output of the control circuit and generates a drive signal for the FET.
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