JPH069379U - スイッチング素子駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スイッチング素子のオンオフ駆動電圧がデュ
ーティ比によらず一定として、スイッチング特性の安定
したスイッチング素子駆動回路を提供すること。 【構成】 一次巻線に印加される直流電流をスイッチン
グ素子によりオンオフし、二次巻線に誘起されるスイッ
チング信号を整流平滑化して出力するコンバータ部と、
出力電圧を安定化するオンオフ制御信号を絶縁トランス
を介してスイッチング素子に送る出力電圧安定化部とを
有するスイッチング電源装置において、絶縁トランスの
スイッチング素子側巻線（ｎ_s1、ｎ_s2）の一端にコンデ
ンサ（Ｃ３、Ｃ４）を接続すると共に、この巻線とコン
デンサの直列回路と並列にダイオード（Ｄ３、Ｄ４）を
接続し、このダイオードのカソード側端子をスイッチン
グ素子（Ｑ１、Ｑ２）のゲート端子に接続すると共にア
ノード側端子をスイッチング素子のソース端子に接続し
ている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はスイッチング電源に用いて好適なスイッチング素子駆動回路に係り、 特にスイッチング制御回路とスイッチング素子との間の絶縁をとる場合のスイッ チング素子駆動信号の安定化に関する。

【０００２】

【従来の技術】

本出願人の提案にかかる実開昭６３−１９４５８９号公報に開示されているよ うに、スイッチング制御回路とスイッチング素子との間にトランスを介在させて 、ドライブ信号を絶縁する場合がある。スイッチング電源においては商用の交流 電源からエネルギ供給を受ける場合が多いが、この場合複数のスイッチング素子 を単一のパルス幅制御回路でドライブすることがあり、両スイッチング素子の電 位差を吸収するため絶縁トランスが設けられている。

【０００３】 図５は従来装置の構成図である。商用の交流電源から送られた交流電流を整流 平滑化して入力直流電圧Ｖinを生成する。第１スイッチング素子Ｑ１は一次巻線 ｎ１の入力電源Ｖin側に設けられたものであり、第２スイッチング素子Ｑ２は一 次巻線ｎ１のコモンに設けられたもので、両素子とも同一のスイッチング制御信 号によりオンオフされている。ダイオードＤ１はカソード端子が第１スイッチン グ素子Ｑ１と一次巻線ｎ１の共通接続点に接続され、アノード端子はコモンと接 続されたものである。ダイオードＤ２はカソード端子が入力電源Ｖin側に接続さ れ、アノード端子が一次巻線ｎ１と第２スイッチング素子Ｑ２との共通接続点に 接続されたものである。ダイオードＤ１，Ｄ２はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に 過大な電圧が印加されるのを防止している。

【０００４】 トランスＴの二次巻線ｎ２にはスイッチング信号が誘起されるので、整流回路 １０と平滑回路２０により直流化して負荷側に直流電圧Ｖoutを供給する。出力 電圧Ｖoutを安定化するために、誤差アンプ３０で出力電圧Ｖoutと基準電圧Ｖre fとを比較して誤差信号を求め、パルス幅制御回路４０でこの誤差信号を小さく する方向に制御する信号を生成し、駆動回路５０に送る。

【０００５】 駆動回路５０はトランジスタＳ１，Ｓ２を直列に接続したトーテムポール回路 で、トランジスタＳ１のコレクタ端子は補助電源Ｖccと接続され、エミッタ端子 はトランジスタＳ２のエミッタ端子と接続されている。トランジスタＳ２のコレ クタ端子には絶縁トランスの一次側巻線ｎpが接続されおり、この一次側巻線ｎp の他端はコンデンサＣ１を介してトランジスタＳ２のエミッタ端子と接続されて いる。コンデンサＣ１はカップリングコンデンサと呼ばれるもので、絶縁トラン スに直流成分が流れ込むのを防止している。パルス幅制御回路４０のオンオフ制 御信号はトランジスタＳ１，Ｓ２のベース端子に送られ、絶縁トランスの第１二 次巻線ｎ_s1並びに第２二次巻線ｎ_s2にこのオンオフ制御信号に相当する信号が誘 起される。第１二次巻線ｎ_s1は一端が抵抗Ｒ１を介してスイッチング素子Ｑ１の ゲート端子に接続されると共に、他端が第１スイッチング素子Ｑ１のソース端子 に接続されている。第２二次巻線ｎ_s2は一端が抵抗Ｒ２を介してスイッチング素 子Ｑ２のゲート端子に接続されると共に、他端が第２スイッチング素子Ｑ１のソ ース端子に接続されている。

【０００６】 図６はスイッチング素子駆動電圧の波形図である。スイッチング周期をＴ、デ ューティ比をＤ、絶縁トランスの巻線比をｎ（＝ｎ_s1／ｎp＝ｎ_s2／ｎp）、駆動 回路５０に印加される補助電源電圧をＶccとすると、スイッチング素子Ｑに加わ るオン期間の駆動電圧Ｖonは次式で表される。 Ｖon＝（１−Ｄ）Ｖcc／ｎ （１） 同様にして、オフ期間に発生する電圧Ｖoffは次式で示される。 Ｖoff＝−Ｄ・Ｖcc／ｎ （２） しかして、このような装置においては、駆動回路５０とスイッチング素子Ｑ１， Ｑ２との間に絶縁トランスを介在させて、一次側と二次側との絶縁をとって安全 規格等を充足させると共に、出力電圧の安定化を図っている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、従来の回路によれば式(1),(2)で表されるように、駆動電圧の ピーク値はデューティ比Ｄにより変動する。この結果、駆動電圧の変動により両 スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を安定してスイッチングすることができなかった。 またスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動電流は絶縁トランスを介して流れるので 、絶縁トランスに存在する漏れインダクタンスの影響を受けて鈍ってしまうこと があった。

【０００８】 本考案はこのような課題を解決したもので、スイッチング素子のオンオフ駆動 電圧がデューティ比によらず一定とし、絶縁トランスの漏れインダクタンスに影 響されず高速にターンオフできる、スイッチング特性の安定したスイッチング素 子駆動回路を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

このような目的を達成する本考案は、一次巻線に印加される直流電流をスイッ チング素子によりオンオフし、二次巻線に誘起されるスイッチング信号を整流平 滑化して直流電流を出力するコンバータ部と、このコンバータ部の出力電圧を基 準電圧と比較して誤差信号を求め、この誤差信号を小さくする方向のオンオフ制 御信号を絶縁トランスを介して前記スイッチング素子に送る出力電圧安定化部と を有するスイッチング電源装置に用いられる回路において、次の構成としたもの である。

【００１０】 即ち、前記絶縁トランスのスイッチング素子側巻線の一端にコンデンサを接続 すると共に、この巻線とコンデンサと並列にダイオードを接続し、このダイオー ドのカソード側端子を前記スイッチング素子のゲート端子に接続すると共にアノ ード側端子を該スイッチング素子のソース端子に接続し、ダイオードに発生する 矩形信号により前記スイッチング素子を駆動することを特徴としている。

【００１１】

【作用】 絶縁トランスのスイッチング素子側巻線には、出力電圧安定化部より送られる オンオフ制御信号に対応する信号が誘起される。コンデンサは巻線に誘起される オンオフ制御信号を直流成分について絶縁すると共に、ダイオードでピーク整流 した電圧だけシフトした駆動電圧をスイッチング素子に印加する。これによりデ ューティ比に依存しない駆動電圧となり、スイッチング特性が安定になる。

【００１２】

【実施例】

以下図面を用いて、本考案を説明する。図１は本考案の一実施例を示す構成図 である。尚、図１において前記図５と同一作用をするものには同一符号を付して 説明を省略する。図において、第１二次巻線ｎ_s1は一端がコンデンサＣ３並びに 抵抗Ｒ１を介してスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続されると共に、他端 が第１スイッチング素子Ｑ１と一次巻線ｎ１の共通接続点に接続されている。ま たダイオードＤ３のカソード端子がコンデンサＣ３と抵抗Ｒ１の共通接続点に接 続され、アノード端子が第１二次巻線ｎ_s1の他端に接続されている。同様にして 、第２二次巻線ｎ_s2は一端がコンデンサＣ４並びに抵抗Ｒ２を介してスイッチン グ素子Ｑ２のゲート端子に接続されると共に、他端がコモンに接続されている。 またダイオードＤ４のカソード端子がコンデンサＣ４と抵抗Ｒ２の共通接続点に 接続され、アノード端子が第１二次巻線ｎ_s1の他端に接続されている。さらに、 抵抗Ｒ３，Ｒ４がそれぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート端子とソース端 子間に接続されている。

【００１３】 このように構成された装置の動作を次に説明する。図２はスイッチング素子の 駆動波形図である。第１二次巻線ｎ_s1には図６で示すオンオフ信号が誘起される 。コンデンサＣ３は直流的に二次巻線と絶縁をするもので、ダイオードＤ３によ りピーク整流される。すると、デューティ比Ｄに依存しないオンオフ制御電圧Ｖ cc／ｎがスイッチング素子Ｑ１に加わる。なお、第２二次巻線ｎ_s2も同様な波形 となる。

【００１４】 図３は本考案の第２実施例の回路図である。スイッチング動作を迅速に行うた め、第１二次巻線ｎ_s1では抵抗Ｒ１に代えて、抵抗Ｒ４とダイオードＤ５の直流 回路、並びに補助トランジスタＳ３が設けられている。補助スイッチＳ３はベー ス端子が抵抗Ｒ６を介してダイオードＤ３のカソード側と接続され、エミッタ端 子がスイッチング素子Ｑ１のゲート端子と接続され、コレクタ端子がコモンに相 当するスイッチング素子Ｑ１のソース端子に接続されている。なお、第２二次巻 線ｎ_s2も同様に、抵抗Ｒ７とダイオードＤ６の直流回路、並びに補助トランジス タＳ４と抵抗Ｒ８が設けられている。

【００１５】 このように構成された装置において、スイッチＳ１がオンでスイッチＳ２がオ フの場合、ダイオードＤ３はオフとなると共にダイオードＤ５はオンになる。ま た補助スイッチＳ３はオフとなり、スイッチング素子Ｑ１はオンとなる。他方、 スイッチＳ１がオフでスイッチＳ２がオンの場合、ダイオードＤ３はオンとなる と共にダイオードＤ５はオフになる。また補助スイッチＳ３はオンとなり、スイ ッチング素子Ｑ１はオフとなる。

【００１６】 ここで、ダイオードＤ３がオンの場合、第１二次巻線ｎ_s1はコンデンサＣ３で クランプされており、電圧Ｄ・Ｖcc／ｎに充電されている。次に位相が変化して 、ダイオードＤ３がオフでダイオードＤ５がオンのときには、スイッチング素子 Ｑ１にはコンデンサＣ３の電圧Ｄ・Ｖcc／ｎだけレベルシフトした電圧が駆動電 圧として加わる。以上の動作により、スイッチング素子Ｑ１には振幅Ｖcc／ｎの 駆動電圧が加わり、ピーク電圧はデューティ比Ｄに依存しなくなる。

【００１７】 また図３の回路では、補助スイッチＳ３がオンするので、絶縁トランスの漏れ インダクタンスの影響を受けずにターンオフの駆動電圧は迅速に零になり、スイ ッチング素子Ｑ１は迅速にオフできるという効果がある。

【００１８】 なお、上記実施例においては一次巻線に同期してオンオフする二つのスイッチ ング素子を接続している場合において、オンオフ制御信号を絶縁トランスを介し てスイッチング素子に送る場合をしめしたが、本考案はこれに限定されるもので なく、スイッチング素子は一個でも差し支えなく、要するにオンオフ制御信号を 絶縁トランスを介してスイッチング素子に送る場合であればよい。また絶縁トラ ンスの結合の極性は図１の場合に限定されるものではなく、図４のように逆でも 差し支えない。また絶縁トランスの極性が反対になっても、全く同様にピーク電 圧はＶcc／ｎとなり、デューティ比Ｄに依存しなくなる。

【００１９】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によればスイッチング素子を駆動する信号を絶縁 トランスを介して伝送する場合において、駆動電圧のピーク電圧がデューティ比 によらず一定になるようにしたので、スイッチング素子が安定で信頼性の高い動 作が行えるという効果がある。また、絶縁トランスの漏れインダクタンスに影響 されずに高速にターンオフができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す構成図である。

【図２】本考案のスイッチング素子の駆動波形図であ
る。

【図３】本考案の第２実施例の回路図である。

【図４】本考案の第３実施例の回路図である。

【図５】従来装置の構成図である。

【図６】従来装置のスイッチング素子の駆動波形図であ
る。

【符号の説明】

Ｑ スイッチング素子 Ｓ スイッチ ２０ 平滑回路 ３０ 誤差アンプ ４０ パルス幅制御回路 ５０ 駆動回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一次巻線に印加される直流電流をスイッチ
   ング素子によりオンオフし、二次巻線に誘起されるスイ
   ッチング信号を整流平滑化して直流電流を出力するコン
   バータ部と、 このコンバータ部の出力電圧を基準電圧と比較して誤差
   信号を求め、この誤差信号を小さくする方向のオンオフ
   制御信号を絶縁トランスを介して前記スイッチング素子
   に送る出力電圧安定化部とを有するスイッチング電源装
   置に用いられる回路であって、 前記絶縁トランスのスイッチング素子側巻線（ｎ_s1、ｎ
   _s2）の一端にコンデンサ（Ｃ３、Ｃ４）を接続すると共
   に、この巻線とコンデンサの直列回路と並列にダイオー
   ド（Ｄ３、Ｄ４）を接続し、このダイオードのカソード
   側端子を前記スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）のゲート
   端子に接続すると共にアノード側端子を該スイッチング
   素子のソース端子に接続し、当該ダイオードに発生する
   矩形信号により前記スイッチング素子を駆動することを
   特徴とするスイッチング素子駆動回路。