JPH11196571A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は上記の問題を解決するためのもので
あり主スイッチと補助スイッチの同時オンを回避し得る
スイッチング電源装置を提供する。 【解決手段】 主スイッチＱ1 のオフ時間をほぼ一定と
し、オン時間を制御するスイッチング動作により入力電
圧のスイッチングを行い、スイッチング出力をフォワー
ド側及びフライホイール側のダイオードＤ1 、Ｄ2 から
なる整流回路及び補助巻線Ｌ2 を有するインダクタＬを
含む平滑回路で整流平滑して直流出力を得るとともに、
整流回路に同期整流用の補助スイッチＱ2 を備えたフォ
ワード方式のスイッチング電源装置において、前記イン
ダクタＬの補助巻線Ｌ2 に誘起するインダクタ電圧と前
記直流出力とを検出し、インダクタ電圧が連続している
場合は主スイッチＱ1 のオン時に同期整流用の補助スイ
ッチＱ2 をオフし、主スイッチＱ1 がオフの期間内では
主スイッチＱ1 がオフしてから一定時間の間前記補助ス
イッチＱ2 をオンさせ、前記直流出力の低下又は不連続
時には前記補助スイッチＱ2 をオフする補助スイッチ制
御回路を有することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
装置に関し、より詳しくは、高効率化を図ったスイッチ
ング電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スイッチング電源装置の効率向上
のための対策は、スイッチング周波数が一定のあるとい
う条件の基で検討されてきた。

【０００３】例えば、図８に示す同期整流方式のスイッ
チング電源装置及び図１０に示すアクティブクランプ方
式のスイッチング電源装置が代表的なものである。

【０００４】従来の同期整流方式のスイッチング電源装
置は、図８に示すように、フォワード方式に構成されて
いる。

【０００５】即ち、電源１からの直流電圧Ｖinを、ＰＷ
Ｍ（パルス幅変調）制御部２１により所定のタイミング
でゲートが駆動制御される主スイッチング素子（以下
「主スイッチ」という）Ｑ1 によりスイッチングして、
トランスＴの一次側に供給し、トランスＴの二次側に誘
起するパルス電圧（ＶT2）を、フォワード側のダイオー
ドＤ1 、フライホイール側のダイオードＤ2 により整流
し、さらに、平滑用のインダクタＬの主巻線Ｌ1 及び平
滑コンデンサＣ0 により平滑して、所定の直流電圧とし
て負荷Ｒに印加するようになっている。

【０００６】前記ＰＷＭ制御部２１には、負荷Ｒに印加
される直流電圧を、抵抗Ｒ10、フォトカプラＰＨ1 、ツ
ェナーダイオード（ツェナー電圧ＶZ ）ＺＤからなる帰
還回路により帰還し、これにより、ＰＷＭ制御部２１に
より主スイッチＱ1 のゲートを所定のタイミングで駆動
制御し、この主スイッチＱ1 をスイッチングさせるよう
になっている。

【０００７】前記フオトカプラＰＨ1 は、発光ダイオー
ドＰＤと、フオトトランジスタＰＴ0 とを具備してい
る。

【０００８】また、前記スイッチング電源装置は、前記
フライホイール側のダイオードＤ2の損失を低減する目
的で、このダイオードＤ2 と並列にＭＯＳＦＥＴからな
る補助スイッチング素子（以下「補助スイッチ」とい
う）Ｑ2 を用い又は代替するようにしている。この補助
スイッチＱ2 のゲートの駆動信号は、インダクタＬの補
助巻線Ｌ2 の誘起電圧を抵抗Ｒ0 を介して前記ゲートに
供給することにより得ている。

【０００９】前記スイッチング電源装置によれば、トラ
ンスＴの２次側のフライホイール側のダイオードＤ2
を、ＭＯＳＦＥＴからなる補助スイッチＱ2 に置き換え
ることにより、ダイオードＤ2 では避けられない順電圧
降下（ショットキーバリヤダイオードで０．５Ｖ）を原
理的にはいくらでも小さくすることが可能となる。

【００１０】しかし、前記スイッチング電源装置におい
ては、主スイッチＱ1 のオン時間、オフ時間とも一定で
はない。

【００１１】このため、フライホイール側のダイオード
Ｄ2 （カソードアノード間電圧ＶK-A ）、フォワード側
のダイオードＤ1 をＭＯＳＦＥＴからなる補助スイッチ
Ｑ2のような素子に置き換えるためにはこの素子をトラ
ンスＴの巻線電圧、インダクタＬの巻線電圧又は主スイ
ッチＱ1 のゲートの駆動信号を用いて駆動することとな
る。

【００１２】このことを単純な駆動回路で実現しようと
する一例が図８に示すような回路構成であるが、この場
合の課題は図９に示すように、主スイッチＱ1 がターン
オンし、ダイオードＤ1 が導通を開始するタイミング
と、補助スイッチＱ2 のゲートの駆動信号（ＶG-S ）が
立ち下がるタイミングとが同時である点である。

【００１３】補助スイッチＱ2 は、ゲートの駆動信号が
立ち下がっても直ちにターンオフすることはできない。
このため、主スイッチＱ1 がターンオン直後に補助スイ
ッチＱ2 はまだオン状態となっており、この結果、ダイ
オードＤ1 、補助スイッチＱ2 に図９に示すような大き
な短絡電流Ｉk が流れ、大きな損失が発生しまうことに
なる。

【００１４】次に、従来のアクティブクランプ方式のス
イッチング電源装置について図１０を参照して説明す
る。尚、図８に示すスイッチング電源装置と同一の機能
を有する要素には同一の機能を付して示す。

【００１５】このアクティブクランプ方式のスイッチン
グ電源装置は、図１０に示すようにアクティブクランプ
用の補助スイッチＱ2 のソースを、主スイッチＱ1 のド
レインと接続する例であり、レベルシフト回路２２を用
いて補助スイッチＱ2 を駆動する構成である。

【００１６】このスイッチング電源装置では、主スイッ
チＱ1 と補助スイッチＱ2 との同時のオン動作を防止す
るため、主スイッチＱ1 のターンオン時用の第１のディ
レイ回路（遅れ時間ｔd1）２３と、補助スイッチＱ2 の
ターンオン時用の第２のディレイ回路（遅れ時間ｔd2）
２４とを設け、ＰＷＭ制御部２１からの駆動信号（ＶD
R）を第１のディレイ回路２３を介して図１１に示すよ
うに遅れ時間ｔd1を伴って主スイッチＱ1 のゲートに供
給するとともに、ＰＷＭ制御部２１からの駆動信号（Ｖ
DR）をインバータ２５により反転し、第２のディレイ回
路２４を介して図１１に示すように遅れ時間ｔd2を伴っ
てレベルシフト回路２２に入力し、このレベルシフト回
路２２により補助スイッチＱ2 のゲートを駆動するよう
になっている。また、前記主スイッチＱ1 と並列にアク
ティブクランプ用のコンデンサＣAを接続している。

【００１７】このスイッチング電源装置において、主ス
イッチＱ1 がオフすると、トランスＴの励磁電流Ｉm で
図１１に示す主スイッチＱ1 の寄生容量Ｃｒが充電さ
れ、主スイッチＱ1 のドレイン電圧が上昇する。このド
レイン電圧がコンデンサＣA のクランプ電圧ＶCAになる
と、補助スイッチＱ2 の寄生ダイオードが導通し、主ス
イッチＱ1 のドレイン電圧の上昇は停止する。

【００１８】トランスＴの励磁インダクタンス（Ｌm ）
による励磁電流Ｉm は、トランスＴの１次側の電圧が主
スイッチＱ1 オン時とは逆極性となるので減少に転じる
（図１０に示す補助スイッチＱ2 の電流ＩD は主スイッ
チＱ1 のオフ期間の励磁電流を示している）。これによ
り、前記励磁電流ＩD は極性が反転し、さらに減少して
行く。即ち、コンデンサＣA は充電から放電に転じる。

【００１９】この逆極性の励磁電流ＩD が流れているタ
イミングで補助スイッチＱ2 がオフすると、逆極性の励
磁電流ＩD が流れ続けるため、主スイッチＱ1 と並列接
続の寄生容量Ｃｒは放電状態となり、この放電が完了し
主スイッチＱ1 のドレイン電圧がゼロボルトになった後
にこの主スイッチＱ1 がオンするように前記遅れ時間ｔ
d1を設定している。このようにして主スイッチＱ1 のタ
ーンオン時の損失を防止している。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】従来は、主スイッチが
オフ期間中オンさせる補助スイッチを有する場合、主ス
イッチの駆動信号又はトランス・インダクタ巻線電圧等
主スイッチの状態が変化することで変動する電圧を基に
補助スイッチのオン／オフ信号を作っていた。

【００２１】これは、先行技術が固定周波数のスイッチ
ングを前提とし主スイッチのオフ期間が不定であること
に起因している。

【００２２】このため、主スイッチと補助スイッチの同
時オンを回避し主スイッチがオンする前には補助スイッ
チをオフさせるためには複雑な回路が必要となり、又、
多少の問題があっても回路構成が複雑になることを避け
るため同時オンを許容し、損失を甘受していた。

【００２３】本発明は上記の問題を解決するためのもの
であり主スイッチと補助スイッチの同時オンを回避し主
スイッチのターンオン時の損失を防止することができる
スイッチング電源装置を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
主スイッチのオフ時間をほぼ一定とし、オン時間を制御
するスイッチング動作により入力電圧のスイッチングを
行い、スイッチング出力をフォワード側及びフライホイ
ール側の整流素子からなる整流回路及び補助巻線を有す
るインダクタを含む平滑回路で整流平滑して直流出力を
得るとともに、整流回路に同期整流用の補助スイッチを
備えたフォワード方式のスイッチング電源装置におい
て、前記インダクタの補助巻線に誘起するインダクタ電
圧と前記直流出力とを検出し、インダクタ電圧が連続し
ている場合は主スイッチのオン時に同期整流用の補助ス
イッチをオフし、主スイッチがオフの期間内では主スイ
ッチがオフしてから一定時間の間同期整流用の補助スイ
ッチをオンさせ、前記直流出力の低下又は不連続時には
前記補助スイッチをオフする補助スイッチ制御回路を有
することを特徴とするものである。

【００２５】この発明によれば、前記補助スイッチ制御
回路によりインダクタ電圧が連続している場合は主スイ
ッチのオン時に同期整流用の補助スイッチをオフし、主
スイッチがオフの期間内では主スイッチがオフしてから
一定時間の間同期整流用の補助スイッチをオンさせるも
のであるから、前記主スイッチがオンするときフォワー
ド側の整流素子からフライホイール側の補助スイッチへ
短絡電流が流れることを確実に防止できる。

【００２６】また、前記直流出力の低下又は不連続時に
は前記補助スイッチをオフするようにしているので、直
流出力の低下又は不連続時におけるこのスイッチング電
源装置の不適切な動作を防止できる。

【００２７】請求項２記載の発明は、主スイッチのオフ
時間をほぼ一定とし、オン時間を制御するスイッチング
動作により入力電圧のスイッチングを行ってトランスの
一次巻線に入力し、トランスの二次巻線に接続したフォ
ワード側及びフライホイール側の整流素子からなる整流
回路及びインダクタを含む平滑回路で整流平滑して直流
出力を得るとともに、整流回路に同期整流用の補助スイ
ッチを備えたフォワード方式のスイッチング電源装置に
おいて、前記主スイッチのオフ状態を前記トランスの二
次巻線に誘起する誘起電圧により検出して同期整流用の
補助スイッチをオンさせるとともに、前記主スイッチの
オフ時間より短い所定の遅延時間経過後前記補助スイッ
チをオフさせる補助スイッチ制御回路を有することを特
徴とするものである。

【００２８】この発明によれば、前記主スイッチのオフ
状態を前記トランスの二次巻線に誘起する誘起電圧によ
り検出して同期整流用の補助スイッチをオンさせるとと
もに前記主スイッチのオフ時間より短い所定の遅延時間
経過後前記補助スイッチをオフさせるものであるから、
請求項１記載の発明の場合と同様、前記主スイッチがオ
ンするときフォワード側の整流素子からフライホイール
側の補助スイッチへ短絡電流が流れることを確実に防止
できる。

【００２９】請求項３記載の発明は、主スイッチのオフ
時間をほぼ一定とし、オン時間を制御するスイッチング
動作により入力電圧のスイッチングを行ってトランスの
一次巻線に入力し、トランスの二次巻線に接続したフォ
ワード側及びフライホイール側の整流素子からなる整流
回路及びインダクタを含む平滑回路で整流平滑して直流
出力を得るとともに、整流回路に同期整流用の補助スイ
ッチを備えたフォワード方式のスイッチング電源装置に
おいて、主スイッチのオン、オフに伴うトランスの二次
巻線の誘起電圧を検出する回路と、インダクタの誘起電
圧に伴う直流出力を検出する回路と、一定時間を計測す
る計測回路とを具備し、前記インダクタの誘起電圧が連
続し、主スイッチがオンしている間は補助スイッチをオ
フし、前記計測回路により主スイッチのオフ時点から一
定時間を計測してこの一定時間の間前記補助スイッチを
オンし、前記インダクタ電圧に連動する直流出力の低下
又は不連続時には前記補助スイッチをオフする補助スイ
ッチ制御回路を有することを特徴とするものである。

【００３０】この発明によっても、前記補助スイッチ制
御回路の動作で請求項２記載の発明の場合と同様、前記
主スイッチがオンするときフォワード側の整流素子から
フライホイール側の補助スイッチへ短絡電流が流れるこ
とを確実に防止できる。

【００３１】また、前記直流出力の低下又は不連続時に
は前記補助スイッチをオフするようにしているので、直
流出力の低下又は不連続時におけるこのスイッチング電
源装置の不適切な動作を防止できる。

【００３２】請求項４記載の発明は、主スイッチにより
入力電圧のスイッチングを行ってトランスの一次巻線に
入力し、トランスの二次巻線に接続したフォワード側及
びフライホイール側の整流素子からなる整流回路及びイ
ンダクタを含む平滑回路で整流平滑して直流出力を得る
とともに、前記主スイッチと並列にアクテイブクランプ
用の容量素子及びアクテイブクランプ用の補助スイッチ
の直列回路を設けたスイッチング電源装置において、前
記主スイッチがオフしたことを検出し前記アクテイブク
ランプ用の補助スイッチをオンさせるとともに、前記主
スイッチのオフに伴う前記容量素子のクランプ作用を利
用して主スイッチがオフした後一定時間経過後アクテイ
ブクランプ用の補助スイッチをオフさせる回路と、主ス
イッチのオフ時間をほぼ一定とし、前記アクテイブクラ
ンプ用の補助スイッチがオフした後主スイッチを目標の
出力電圧となるようなオン時間幅で制御するオン時間制
御回路とを具備し、前記オン時間制御回路に依存せずに
前記アクテイブクランプ用の補助スイッチを駆動可能と
したことを特徴とするものである。

【００３３】この発明によれば、従来例のようなアクテ
イブクランプ用の補助スイッチの駆動手段としてパルス
トランス等からなるレベルシフト回路が不要となり回路
構成の簡略化を図れる。

【００３４】請求項５記載の発明は、主スイッチにより
入力電圧のスイッチングを行ってトランスの一次巻線に
入力し、トランスの二次巻線に接続したフォワード側及
びフライホイール側の整流素子からなる整流回路及びイ
ンダクタを含む平滑回路で整流平滑して直流出力を得る
とともに、整流回路に同期整流用の主スイッチを備え、
前記主スイッチと並列にアクテイブクランプ用の容量素
子及びアクテイブクランプ用の補助スイッチの直列回路
を設けた同期整流方式とアクティブクランプ方式とを組
み合わせたフォワード方式のスイッチング電源装置にお
いて、主スイッチのオン、オフに伴うトランスの二次巻
線の誘起電圧を検出する回路と、インダクタの誘起電圧
に伴う直流出力を検出する回路と、一定時間を計測する
計測回路とを具備し、前記インダクタの誘起電圧が連続
し、主スイッチがオンしている間は補助スイッチをオフ
し、前記計測回路により主スイッチのオフ時点から一定
時間を計測してこの一定時間の間前記補助スイッチをオ
ンし、前記インダクタ電圧に連動する直流出力の低下又
は不連続時には前記補助スイッチをオフする補助スイッ
チ制御回路と、前記主スイッチがオフしたことを検出し
前記アクテイブクランプ用の補助スイッチをオンさせる
とともに、前記主スイッチのオフに伴う前記容量素子の
クランプ作用を利用して主スイッチがオフした後一定時
間経過後アクテイブクランプ用の補助スイッチをオフさ
せる回路と、主スイッチのオフ時間をほぼ一定とし、前
記アクテイブクランプ用の補助スイッチがオフした後主
スイッチを目標の出力電圧となるようなオン時間幅で制
御するオン時間制御回路とを有することを特徴とするも
のである。

【００３５】この発明によれば、請求項３、４記載の各
発明の構成を組み合わせた構成で、前記主スイッチがオ
ンするときフォワード側の整流素子からフライホイール
側の補助スイッチへ短絡電流が流れることを確実に防止
でき、かつ、従来例のようなアクテイブクランプ用の補
助スイッチの駆動手段としてパルストランス等からなる
レベルシフト回路が不要となって回路構成の簡略化を図
れる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【００３７】（実施の形態１）本実施の形態１の同期整
流方式のスイッチング電源装置は、図１に示すように電
源１からの直流電圧Ｖinを、オン時間制御回路（オフ時
間Ｔoff 一定）２により所定のタイミングでゲートが駆
動制御される主スイッチング素子（以下「主スイッチ」
という）Ｑ1 によりスイッチングして、一次巻線Ｎ1 、
二次次巻線Ｎ2を有するトランスＴの一次巻線Ｎ1 に供
給し、トランスＴの二次次巻線Ｎ2 に誘起するパルス電
圧（ＶT2）を、フォワード側のダイオードＤ1 、フライ
ホイール側のダイオードＤ2 により整流し、さらに、平
滑用のインダクタＬの主巻線Ｌ1及び平滑コンデンサＣ0
により平滑して、所定の直流電圧として負荷Ｒに印加
するようになっている。平滑用のインダクタＬは、所定
の誘起電圧ＶL を出力する補助巻線Ｌ2 を具備してい
る。

【００３８】また、前記負荷Ｒに印加される直流電圧
を、抵抗Ｒ10、フォトカプラＰＨ1 、ツェナーダイオー
ド（ツェナー電圧ＶZ ）ＺＤからなる帰還回路により帰
還し、これにより、オン時間制御回路２により前記主ス
イッチＱ1 のゲートを所定のタイミングで駆動制御し、
この主スイッチＱ1 をスイッチングさせるようになって
いる。

【００３９】前記フオトカプラＰＨ1 は、発光ダイオー
ドＰＤと、フオトトランジスタＰＴ0 とを具備してい
る。

【００４０】また、前記スイッチング電源装置は、前記
フライホイール側のダイオードＤ2の損失を低減する目
的で、このダイオードＤ2 と並列にＭＯＳＦＥＴからな
る補助スイッチング素子（以下「補助スイッチ」とい
う）Ｑ2 を接続するとともに、この補助スイッチＱ2 の
ゲートを所定のタイミングで駆動する補助スイッチ制御
回路としてのゲート駆動回路３を備えている。

【００４１】ゲート駆動回路３は、負荷Ｒへの出力電流
を検出する検出抵抗ＲS と、この検出抵抗ＲS により検
出する出力電流に基づく電圧と、基準電源Ｅ0 の所定の
基準電圧Ｖr とを比較するコンパレータ６と、前記補助
スイッチＱ2 のゲートを駆動する３入力のアンドゲート
７とを有している。

【００４２】そして、前記補助巻線Ｌ2 の誘起電圧ＶL
をアンドゲート７の第１の入力端子に、前記誘起電圧Ｖ
L をバッファ４を通した後抵抗（抵抗値ｒ）ＲT とコン
デンサ（容量値ｃ）ＣT によるＣＲ時定数回路、インバ
ータ（出力電圧Ｖ−）５を経てアンドゲート７の第３の
入力端子に、さらに、前記コンパレータ６の出力信号を
アンドゲート７の第２の入力端子に入力するように構成
している。

【００４３】尚、図１中、ＤX は抵抗ＲT に並列接続し
たダイオードである。

【００４４】図２にトランスＴの２次巻線のＮ2 の電圧
ＶT2、ダイオードＤ2 の両端電圧ＶK-A 、補助巻線Ｌ2
の誘起電圧ＶL 、インバータ５の出力電圧Ｖ−、主スイ
ッチＱ1 のゲート電圧ＶG 、ダイオードＤ1 に流れる電
流ＩK のタイミング図を示す。

【００４５】次に、上述した構成の本実施の形態１のス
イッチング電源装置の作用を図２を参照して説明する。

【００４６】本実施の形態１のスイッチング電源装置の
動作において、前記補助スイッチＱ2 は、図２に示す時
刻ｔ3 以前（パルス電圧ＶT2がゼロとなる時刻ｔ2 以
後）にオフする必要がある。これは、従来例で述べたよ
うに補助スイッチＱ2 のオフ時点が時刻ｔ3 又は時刻ｔ
3 後であると、ダイオードＤ1 から補助スイッチＱ2 へ
短絡電流が流れてしまうためである。

【００４７】このため、補助巻線Ｌ2 の誘起電圧ＶL の
立ち上がり（時刻ｔ0 ）後、時定数Ｔcr＜ｔ3 のタイミ
ングで補助スイッチＱ2 のゲート電圧ＶG が立ち下がる
ようにするものである。

【００４８】本実施の形態１では、前記誘起電圧ＶL
を、アンドゲート７の第１の入力端子に入力するととも
に、前記誘起電圧ＶL をバッファ４を通した後抵抗ＲT
とコンデンサＣT によるＣＲ時定数回路に入力して前記
インバータ５により所定の出力電圧Ｖ−に変換してアン
ドゲート７の第３の入力端子に入力し、さらに、前記コ
ンパレータ６の出力信号をアンドゲート７の第２の入力
端子に入力して、アンドゲート７によりこれらのアンド
をとって前記補助スイッチＱ2 のゲートの駆動信号を得
る。

【００４９】この場合、前記インバータ５の入力スレッ
ショルド電圧をＶTHとし、バッファ４の出力電圧をＶO
とすると、前記ＣＲ時定数回路の時定数Ｔcrは、Ｔcr＝
−ｃ×ｒ×ｌｏｇ（１−ＶTH／Ｖ0 ）で表すことがで
き、この時定数Ｔcrの値が時刻ｔ3 以前で適切となるよ
うに前記コンデンサＣT ，抵抗ＲT を選定している。

【００５０】また、前記抵抗ＲT と並列に接続した前記
ダイオードＤX により、補助巻線Ｌ2 の誘起電圧ＶL の
立ち下がり時には、コンデンサＣT の両端電圧を直ちに
ゼロボルトとする。

【００５１】そして、前記時定数Ｔcrを伴って出力さ
れ、前記インバータ５により変換された所定の出力電圧
Ｖ−と、前記誘起電圧ＶL とのアンドをとってアンドゲ
ート７から出力される駆動信号により補助スイッチＱ2
のゲートを駆動し、前記補助スイッチＱ2 を、図２に示
す時刻ｔ3 以前にオフさせるとともに、前記インダクタ
Ｌの電流が不連続でコンパレータ６からの出力信号が小
さくとなる場合に、補助スイッチＱ2 のゲート駆動を禁
止する信号をアンドゲート７に送り、補助スイッチＱ2
をオフさせる。

【００５２】（実施の形態２）図３に、実施の形態２の
フォワード方式のスイッチング電源装置を示す。尚、実
施の形態２のスイッチング電源装置において、実施の形
態１のスイッチング電源装置と同一の機能を有するもの
には同一の符号を付して示す。

【００５３】本実施の形態２のスイッチング電源装置
は、実施の形態１のスイッチング電源装置と略同様な構
成であるが、実施の形態１の場合とは異なりトランスＴ
の二次巻線Ｎ2 の電圧ＶS を用い、ゲート駆動回路３Ａ
により補助スイッチ（同期整流用ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ2 の
ゲートの駆動信号を生成する構成としている。

【００５４】ゲート駆動回路３Ａは、負荷Ｒへの出力電
流を検出する検出抵抗ＲS と、この検出抵抗ＲS により
検出する出力電流に基づく電圧と、基準電源Ｅ0 の所定
の基準電圧Ｖr とを比較するコンパレータ６と、フォワ
ード方式の二次巻線Ｎ2 の電圧ＶS と、コンパレータ６
の出力とのナンドをとるナンドゲート１１と、ナンドゲ
ート１１の出力を基に前記補助スイッチＱ2 のゲートの
駆動信号を生成するタイマーＩＣ１２と、コンデンサ
Ｃ、抵抗Ｒによる時定数Ｔcr＝１．１×ｃ×ｒをもった
時定数回路とを有している。

【００５５】図４に、本実施の形態２のスイッチング電
源装置におけるトランスＴの二次巻線Ｎ2 の電圧ＶT2、
ダイオードＤ2 の両端電圧ＶK-A 、フォワード方式にお
ける二次巻線Ｎ2 の電圧ＶS 、補助スイッチＱ2 のゲー
ト電圧（タイマーＩＣ１２の出力）ＶG 、ダイオードＤ
1 に流れる電流ＩK のタイミング図を示す。

【００５６】本実施の形態２のスイッチング電源装置に
おいては、図４に示すように、実施の形態１のインダク
タＬの補助巻線Ｌ2 の電圧ＶL とは異なり、フォワード
方式におけるトランスＴの二次巻線Ｎ2 の電圧ＶS は主
スイッチＱ1 のオフ期間一定ではなく、トランスＴのリ
セット期間が完了すると、図４に示すように、０Ｖとな
る。

【００５７】このため、本実施の形態２では、前記電圧
ＶS がハイとなった状態を保持し、時定数Ｔcrをもった
タイマーＩＣ１２の動作により、補助スイッチＱ2 のゲ
ートの駆動信号を前記電圧ＶS が立ち下がった後もハイ
の状態に保持して、時定数Ｔcr経過後にゲートの駆動信
号をローにして、補助スイッチＱ2 をオフさせる。これ
により、二次巻線Ｎ2 、ダイオードＤ2 に短絡電流が流
れることを防止している。

【００５８】（実施の形態３）図５に、実施の形態３の
アクティブクランプ方式で、フォワード方式のスイッチ
ング電源装置を示す。尚、実施の形態３のスイッチング
電源装置において、実施の形態１のスイッチング電源装
置、図１０に示す従来例と同一の機能を有するものには
同一の符号を付して示す。

【００５９】本実施の形態３は主スイッチＱ1 のオフ時
間がほぼ一定で、オン時間を制御することで出力電圧を
制御するものである。また、タイマー回路１６を利用
し、主スイッチＱ1 のオフ時のドレイン電圧をクランプ
する。

【００６０】図１０に示す従来例との違いは、ＰＷＭ制
御部２１に代えて、オン時間制御回路（オフ時間一定）
１５を用いたこと、アクティブクランプ用の補助スイッ
チＱ21のゲートの駆動信号を、主スイッチＱ1 のドライ
ブ信号から生成していことに代えて、主スイッチＱ1 の
オフ時点からある一定時間後にタイマー回路１６から駆
動信号が出力されるようにした点である。

【００６１】オン時間制御回路１５は、このスイッチン
グ電源装置の出力電圧をフォトカプラＰＨ1 の出力電流
として１次側にフィードバックする比例電流回路ＩFB
と、基準電源（基準電圧Ｖcr）Ｅ1 が反転入力端子に、
比例電流回路ＩFBの出力が非反転入力端子に接続された
コンパレータ１９と、コンパレータ１９の非反転入力端
子と電源１の負極との間に接続したコンデンサＣONと、
コンパレータ１９の出力がセット端子（Ｒ）に、前記ト
ランスに設けた補助巻線Ｎ3 がリセット端子に接続され
るとともに、一方の出力端子Ｑ＊が前記主スイッチＱ1
のゲートに、他方の出力端子ＱがトランジスタＱC のベ
ースに接続されたＲＳ ラッチ（ＬＡＴＣＨ）回路２０
とを具備している。トランジスタＱC のコレクタは前記
比例電流回路ＩFBの出力に、エミッタは電源１の負極に
接続されている。

【００６２】タイマー回路１６は、電源１からの直流電
圧を分圧する抵抗Ｒ11、Ｒ12と、インバータ１７と、抵
抗ＲTA、コンデンサＣTAからなる時定数回路と、アンド
ゲート１８と、ダイオードＤi と、アンドゲート１８の
出力と補助スイッチＱ21のゲートとに接続したゲート抵
抗ＲG とを有している。

【００６３】図６に、本実施の形態３のスイッチング電
源装置における主スイッチＱ1 のゲート電圧ＶDR、前記
補助巻線Ｎ3 の誘起電圧Ｖy 、補助スイッチＱ21のゲー
ト電圧ＶG 、主スイッチＱ1 のドレイン電圧ＶD 、コン
デンサＣONのに両端電圧、主スイッチＱ1 のドレイン電
流ＩD 、補助スイッチＱ21のドレイン電流ＩD のタイミ
ング図を示す。

【００６４】本実施の形態３の詳細な動作を以下に説明
する。

【００６５】トランスＴに設けた補助巻線Ｎ3 の誘起電
圧Ｖy が０になると、ＲＳ ラッチ回路２０がリセット
され、一方の出力端子Ｑ＊がハイになり、主スイッチＱ
1 がオンする。このタイミングを図１０に示す時刻ｔ0
とする。

【００６６】また、この時、他方の出力端子Ｑがローと
なり、トランジスタＱC がオフするため、コンデンサＣ
ONの電圧が比例電流回路ＩFBからの充電電流で図１０に
示すように上昇していく。

【００６７】本実施の形態３のスイッチング電源装置の
出力電圧は、前記フォトカプラＰＨ1 の出力電流として
検出され前記比例電流回路ＩFBに帰還される。

【００６８】この比例電流回路ＩFBからフォトカプラＰ
Ｈ1 に流れる電流に比例した電流が流出し、コンデンサ
ＣONを充電する。コンデンサＣONの電圧が一定値Ｖcrに
達すると、コンパレータ１９の出力がハイとなり、ＲＳ
ラッチ回路２０がセットされ、一方の出力端子Ｑ＊がロ
ーに転じ、前記主スイッチＱ1 がオフとなる。

【００６９】従って、スイッチング電源装置出力電圧が
高ければ、フォトカプラＰＨ1 の電流が増大し、コンデ
ンサＣONは短時間で充電され、従って、主スイッチＱ1
のオン時間は短時間になり出力電圧は低下するよう動作
する。

【００７０】前記主スイッチＱ1 がオフするのが図６に
示す時刻ｔ1 であり、主スイッチＱ1 がオフすると、主
スイッチＱ1 の入力容量Ｃiss がトランスＴの励磁電流
で充電され、主スイッチＱ1 のドレイン電圧が上昇す
る。主スイッチＱ1 のドレイン電圧の上昇はクランプ用
のコンデンサＣA の電圧ＶCAによりクランプされる。

【００７１】このとき、補助スイッチＱ21の寄生ダイオ
ードが導通する。このタイミングを時刻ｔ2 とする。若
干の遅れ時間（補助スイッチＱ21のゲート抵抗ＲG と補
助スイッチＱ21のゲート入力容量Ｃiss とによる遅れ）
の後、補助スイッチＱ21はオンする。

【００７２】この補助スイッチＱ21のオン状態は、イン
バータ１７、構成されるタイマー回路１６により生成さ
れる時定数Ｔcr＝−ｒTA×ｃTA×ｌｏｇ（１−ＶTH／Ｖ
O ）経過後にオフとなる。ｒTAは抵抗ＲTAの抵抗値、ｃ
TAはコンデンサＣTAの容量値である。

【００７３】また、ＶTHは、アンドゲート１８の入力ス
レッショルド値であり、ＶO はインバータ１７の出力電
圧である。この期間補助スイッチＱ21のドレイン電流は
従来例と同様に途中で極性が反転する。

【００７４】また、前記補助スイッチＱ21がオフするタ
イミングが図６に示す時刻ｔ3 である。このとき、トラ
ンスＴの励磁電流は、従来例と同様に電源１側にに帰還
している。

【００７５】そして、補助スイッチＱ21がオフすると、
このトランスＴの励磁電流は主スイッチＱ1 の寄生容量
（Ｃoss ）を放電させ、主スイッチＱ1 のドレイン電圧
が低下する。この電圧が０Ｖまで低下したタイミングが
図６に示す時刻ｔ0 である。

【００７６】この実施の形態３のスイッチング電源装置
によれば、主スイッチＱ1 のオン時のダイオードＤ1 と
補助スイッチＱ21とを流れる短絡電流の発生を確実に防
止でき、また、従来例で述べたようなレベルシフト回路
も不要で回路構成の簡略化を図れる。

【００７７】（実施の形態４）図７に、実施の形態４の
同期整流方式及びアクティブクランプ方式で、かつ、フ
ォワード方式のスイッチング電源装置を示す。尚、実施
の形態４のスイッチング電源装置において、前記実施の
形態２、実施の形態３のスイッチング電源装置と同一の
機能を有するものには同一の符号を付して示す。

【００７８】本実施の形態４は、実施の形態２と実施の
形態３の各スイッチング電源装置の構成を組み合わせた
構成からなるものである。即ち、本実施の形態４のスイ
ッチング電源装置の動作は、同期整流方式の部分は、実
施の形態２の同期整流方式の場合と同様であり、また、
アクティブクランプ方式の部分は、実施の形態３のアク
ティブクランプ方式の場合と同様である。

【００７９】本実施の形態４での特徴は、アクティブク
ランプ側の時定数時定数Ｔcr＝−ｒTA×ｃTA×ｌｏｇ
（１−ＶTH／ＶO ）を、同期整流側の時定数Ｔcr＝１．
１×ｃ×ｒより長く設定している点である。これによ
り、主スイッチＱ1 のオン時のダイオードＤ1 と補助ス
イッチＱ21とを流れる短絡電流の発生を確実に防止する
ものである。また、従来例で述べたようなレベルシフト
回路も不要で回路構成の簡略化を図れる。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、同期整流方式の回路構
成で主スイッチのオン時の整流素子と補助スイッチとを
流れる短絡電流の発生を確実に防止でき、また、安定し
た動作を発揮できるスイッチング電源装置を提供でき
る。

【００８１】本発明によれば、アクティブクランプ方式
の回路構成で主スイッチのオン時の整流素子と補助スイ
ッチとを流れる短絡電流の発生を確実に防止でき、ま
た、回路構成の簡略化を図れるスイッチング電源装置を
提供できる。

【００８２】さらに、本発明によれば、同期整流方式及
びアクティブクランプ方式を組み合わせた構成で、主ス
イッチのオン時の整流素子と補助スイッチとを流れる短
絡電流の発生を確実に防止できるとともに安定した動作
を発揮し、かつ、回路構成の簡略化を図れるスイッチン
グ電源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のスイッチング電源装置
を示す回路図である。

【図２】実施の形態１のスイッチング電源装置の各部の
信号を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態２のスイッチング電源装置
を示す回路図である。

【図４】実施の形態２のスイッチング電源装置の各部の
信号を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態３のスイッチング電源装置
を示す回路図である。

【図６】実施の形態３のスイッチング電源装置の各部の
信号を示す図である。

【図７】本発明の実施の形態４のスイッチング電源装置
を示す回路図である。

【図８】従来の同期整流方式のスイッチング電源装置を
示す回路図である。

【図９】従来のアクティブクランプ方式のスイッチング
電源装置を示す回路図である。

【図１０】従来のアクティブクランプ方式のスイッチン
グ電源装置の回路図である。

【図１１】従来の従来のアクティブクランプ方式のスイ
ッチング電源装置の各部の信号を示す図である。

【符号の説明】

１ 電源 ２ オン時間制御回路 ３ ゲート駆動回路 Ｔ トランス Ｑ1 主スイッチ Ｑ2 補助スイッチ Ｑ21 補助スイッチ Ｌ インダクタ Ｄ1 ダイオード Ｄ2 ダイオード ＰＨ1 フオトカプラＰＨ1

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主スイッチのオフ時間をほぼ一定とし、
   オン時間を制御するスイッチング動作により入力電圧の
   スイッチングを行い、スイッチング出力をフォワード側
   及びフライホイール側の整流素子からなる整流回路及び
   補助巻線を有するインダクタを含む平滑回路で整流平滑
   して直流出力を得るとともに、整流回路に同期整流用の
   補助スイッチを備えたフォワード方式のスイッチング電
   源において、 前記インダクタの補助巻線に誘起するインダクタ電圧と
   前記直流出力とを検出し、インダクタ電圧が連続してい
   る場合は主スイッチのオン時に同期整流用の補助スイッ
   チをオフし、主スイッチがオフの期間内では主スイッチ
   がオフしてから一定時間の間同期整流用の補助スイッチ
   をオンさせ、前記直流出力の低下又は不連続時には前記
   補助スイッチをオフする補助スイッチ制御回路を有する
   こと、 を特徴とするスイッチング電源装置。
2. 【請求項２】 主スイッチのオフ時間をほぼ一定とし、
   オン時間を制御するスイッチング動作により入力電圧の
   スイッチングを行ってトランスの一次巻線に入力し、ト
   ランスの二次巻線に接続したフォワード側及びフライホ
   イール側の整流素子からなる整流回路及びインダクタを
   含む平滑回路で整流平滑して直流出力を得るとともに、
   整流回路に同期整流用の補助スイッチを備えたフォワー
   ド方式のスイッチング電源装置において、 前記主スイッチのオフ状態を前記トランスの二次巻線に
   誘起する誘起電圧により検出して同期整流用の補助スイ
   ッチをオンさせるとともに、前記主スイッチのオフ時間
   より短い所定の遅延時間経過後前記補助スイッチをオフ
   させる補助スイッチ制御回路を有すること、 を特徴とするスイッチング電源装置。
3. 【請求項３】 主スイッチのオフ時間をほぼ一定とし、
   オン時間を制御するスイッチング動作により入力電圧の
   スイッチングを行ってトランスの一次巻線に入力し、ト
   ランスの二次巻線に接続したフォワード側及びフライホ
   イール側の整流素子からなる整流回路及びインダクタを
   含む平滑回路で整流平滑して直流出力を得るとともに、
   整流回路に同期整流用の補助スイッチを備えたフォワー
   ド方式のスイッチング電源装置において、 主スイッチのオン、オフに伴うトランスの二次巻線の誘
   起電圧を検出する回路と、インダクタの誘起電圧に伴う
   直流出力を検出する回路と、一定時間を計測する計測回
   路とを具備し、前記インダクタの誘起電圧が連続し、主
   スイッチがオンしている間は補助スイッチをオフし、前
   記計測回路により主スイッチのオフ時点から一定時間を
   計測してこの一定時間の間前記補助スイッチをオンし、
   前記インダクタ電圧に連動する直流出力の低下又は不連
   続時には前記補助スイッチをオフする補助スイッチ制御
   回路を有すること、 を特徴とするスイッチング電源装置。
4. 【請求項４】 主スイッチにより入力電圧のスイッチン
   グを行ってトランスの一次巻線に入力し、トランスの二
   次巻線に接続したフォワード側及びフライホイール側の
   整流素子からなる整流回路及びインダクタを含む平滑回
   路で整流平滑して直流出力を得るとともに、前記主スイ
   ッチと並列にアクテイブクランプ用の容量素子及びアク
   テイブクランプ用の補助スイッチの直列回路を設けたス
   イッチング電源装置において、 前記主スイッチがオフしたことを検出し前記アクテイブ
   クランプ用の補助スイッチをオンさせるとともに、前記
   主スイッチのオフに伴う前記容量素子のクランプ作用を
   利用して主スイッチがオフした後一定時間経過後アクテ
   イブクランプ用の補助スイッチをオフさせる回路と、 主スイッチのオフ時間をほぼ一定とし、前記アクテイブ
   クランプ用の補助スイッチがオフした後主スイッチを目
   標の出力電圧となるようなオン時間幅で制御するオン時
   間制御回路とを具備し、 前記オン時間制御回路に依存せずに前記アクテイブクラ
   ンプ用の補助スイッチを駆動可能としたことを特徴とす
   るスイッチング電源装置。
5. 【請求項５】 主スイッチにより入力電圧のスイッチン
   グを行ってトランスの一次巻線に入力し、トランスの二
   次巻線に接続したフォワード側及びフライホイール側の
   整流素子からなる整流回路及びインダクタを含む平滑回
   路で整流平滑して直流出力を得るとともに、整流回路に
   同期整流用の主スイッチを備え、前記主スイッチと並列
   にアクテイブクランプ用の容量素子及びアクテイブクラ
   ンプ用の補助スイッチの直列回路を設けた同期整流方式
   とアクティブクランプ方式とを組み合わせたフォワード
   方式のスイッチング電源装置において、 主スイッチのオン、オフに伴うトランスの二次巻線の誘
   起電圧を検出する回路と、インダクタの誘起電圧に伴う
   直流出力を検出する回路と、一定時間を計測する計測回
   路とを具備し、前記インダクタの誘起電圧が連続し、主
   スイッチがオンしている間は補助スイッチをオフし、前
   記計測回路により主スイッチのオフ時点から一定時間を
   計測してこの一定時間の間前記補助スイッチをオンし、
   前記インダクタ電圧に連動する直流出力の低下又は不連
   続時には前記補助スイッチをオフする補助スイッチ制御
   回路と、 前記主スイッチがオフしたことを検出し前記アクテイブ
   クランプ用の補助スイッチをオンさせるとともに、前記
   主スイッチのオフに伴う前記容量素子のクランプ作用を
   利用して主スイッチがオフした後一定時間経過後アクテ
   イブクランプ用の補助スイッチをオフさせる回路と、 主スイッチのオフ時間をほぼ一定とし、前記アクテイブ
   クランプ用の補助スイッチがオフした後主スイッチを目
   標の出力電圧となるようなオン時間幅で制御するオン時
   間制御回路と、 を有することを特徴とするスイッチング電源装置。