JPH118974A - 並列運転スイッチング電源装置 - Google Patents

並列運転スイッチング電源装置

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JPH118974A
JPH118974A JP9160093A JP16009397A JPH118974A JP H118974 A JPH118974 A JP H118974A JP 9160093 A JP9160093 A JP 9160093A JP 16009397 A JP16009397 A JP 16009397A JP H118974 A JPH118974 A JP H118974A
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JP
Japan
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voltage
power supply
fet
switching power
gate
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Application number
JP9160093A
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English (en)
Inventor
Hideshi Matsuda
英志 松田
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NEC Tohoku Corp
Original Assignee
NEC Tohoku Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】並列接続の相手電源装置例が電圧上昇した時に
本電源装置側に流れ込む電流によるFETの破損あるい
は電力損失の発生に対して、より簡単な方法で防止す
る。 【解決手段】同期整流用FET14、同期転流用FET
45の駆動回路にそれぞれツェナーダイオード13、4
9を挿入する。ツェナーダイオード13、49のツェナ
ー電圧はこのツェナー電圧とFETのゲート・ソース間
電圧との和が出力電圧Voより高くかつトランス12の
2次巻線電圧VTより低く設定する。並列接続の電源装
置5の出力電圧上昇により本電源装置4の動作が停止し
た時に電源装置5側の出力電圧が加わるが、ツェナーダ
イオード13、49により各FETはオフを維持するの
で電流は流入しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は並列運転スイッチン
グ電源装置に関し、特に出力側を並列接続用のダイオー
ドを用いないで直接並列接続する並列運転スイッチング
電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の電源装置は整流回路に順
方向損失の少ないFETによる同期整流回路を用いてお
り、この電源装置を例えば2台並列運転した場合に次の
ような問題がある。即ち、負荷バランスが均衡した状態
から負荷変動など何らかの原因で他方の電源装置の出力
電圧が上昇した場合、一方の電源装置はその内部の制御
回路がこの電圧上昇を検出して出力電圧を下げる方向に
制御する。この制御が制御限界まで行くとついにはスイ
ッチング動作を停止した状態となり、この停止状態では
電圧上昇側の他方の電源装置からその出力電流の一部が
一方の電源装置の出力回路に流れ込むようになる。この
流入電流により同期整流用FETあるいはスイッチング
トランスの飽和によりスイッチング用FETが破損する
ことがあり、また破損に至らないまでも出力電流の電力
損失が生ずるという問題が発生する。
【0003】通常、並列運転の2台の出力電圧のある程
度の差はそれぞれの出力回路の内部抵抗により出力電流
差、即ち負荷バランスの差で吸収されるが、この吸収で
きる限界を越えた場合に上述の問題が発生することにな
る。尚並列運転には出力側にダイオードを挿入してこの
ダイオードを介し並列接続する方法があるが、この場合
は上述した問題の発生はない。しかし。接続用ダイオー
ドによる損失の発生があり一長一短がある。
【0004】この問題を改善するものとして特開平7−
75336号公報に記載された電源装置がある。図4は
この電源装置の基本回路を示す回路図である。
【0005】図4において、他の電源79’の出力電圧
がDCーDCコンバータ79の出力電圧を上回った時、
誤差増幅器81はこの電圧上昇を検出し、駆動回路93
の出力する駆動パルスのオン幅をせまくして出力電圧を
下げる方向に制御する。しかしクランプ回路87により
誤差増幅器81の出力電圧はクランプされ、駆動パルス
は制御限界でオン幅が一定のせまい幅を維持するように
なっている。これによりスイッチングFET55のスイ
ッチング動作が停止することがなく、前述した問題の発
生を防止している。
【0006】即ち、DC−DCコンバータ79の出力電
圧設定値が他の電源79’の出力電圧設定値より低くな
った場合を仮定する。負荷77の電力が他の電源79’
とDC−DCコンバータ79の両電源の出力電力の和に
ほぼ等しい場合においては、双方の出力電圧差に見合っ
た電流を出力することによって、両者の出力端電圧が均
衡するように動作する。したがって、DC−DCコンバ
ータ79の中の誤差増幅器81の出力は、クランプ87
によりクランプされることなしに、そのままコンパレー
タ79の入力に印加される。つまりこの場合には、制御
回路80は通常のパルス幅制御動作を行う。
【0007】次にこのDC−DCコンバータ79と他の
電源79’の出力電力の和に対し、負荷77が極端に軽
い場合は、このDC−DCコンバータ79の出力端子7
3,75には、自身の無負荷出力電圧より高い電圧が他
の電源79’の出力端から印加され、他の電源79’の
出力端からDC−DCコンバータ79の出力端へ電流が
流れ込む。したがって、誤差増幅器81はスイッチング
用のFET55の発振を停止させる方向の信号を出力す
る。
【0008】しかしながら、誤差増幅器81から出力さ
れる誤差増幅信号の値はクランプ回路87で決まるクラ
ンプ電圧値、つまり三角波発生回路91の三角波出力の
ピーク値より低い設定値に制限されるから、コンパレー
タ89は各サイクルにおいて必ず最小のオンパルスを出
力し、したがって、FET55はクランプ電圧で決定さ
れる最小オンパルス幅で、各サイクル必ずスイッチング
を行うことになる。
【0009】すなわち、FET55がオンのとき、変圧
器57より負荷77に向けて給電モードとなり、FET
55がオフすると、フライホイールダイオード58が導
通する期間において、必ず整流用のFET63がオフす
るモードが現れる。その後、出力チョーク69はカット
オフし、並列接続された他の電源79’より印加された
電圧によりFET63のボディダイオード65がオン
し、他の電源79’より流入したエネルギーは変圧器5
7を通して1次側に流れる。ここでFET55は1サイ
クルに1回最小オンパルス幅以上必ずオフするので、変
圧器57の磁芯は飽和することなく、次にFET55が
オンしたとき、再び変圧器57より負荷77への給電モ
ードとなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の技術
では並列接続時の出力電流流れ込みによるFET損失あ
るいは電力損失の問題の改善方法として誤差増幅器の検
出電圧をクランプして制御範囲を制限してスイッチング
動作が停止しないようにしているが、このため制御回路
が複雑となり、また制御範囲を制限して制限範囲がせま
くなることにより軽負荷時の電圧安定特性あるいは過渡
応答特性が悪化するという問題がある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の並列運転スイッ
チング電源装置は、トランスの1次側巻線に直列に接続
されたスイッチング素子をオンオフさせ前記トランスの
2次巻線に発生する交流パルス電圧を前記2次巻線側に
接続された整流素子と転流素子と平滑用のチョークコイ
ルとコンデンサと出力電圧安定化用の制御回路とで直流
出力を得るスイッチング電源装置で、かつ他のスイッチ
ング電源装置と並列接続して用いる並列運転スイッチン
グ電源装置において、前記整流素子は同期整流用の第1
のFETと前記2次巻線のオン時電圧をレベルシフトし
て前記第1のFETのゲートに印加する第1のツェナー
ダイオードとを用いている。
【0012】また、前記転流素子は同期整流用の第2の
FETと前記2次巻線のオフ時電圧をレベルシフトして
前記第2のFETのゲートに印加する第2のツェナーダ
イオードとを用いても良い。
【0013】また、前記第1のツェナーダイオードはツ
ェナー電圧が直流出力電圧より前記第1のFETのゲー
ト・ソース間スレッショルド電圧を差引いた電圧より高
くかつ前記2次巻線のオン時電圧より前記第1のFET
のゲート・ソース間スレッショルド電圧を差引いた電圧
より低い範囲とする。
【0014】また、前記第1あるいは第2のFETのゲ
ート・ソース間に抵抗器を並列接続しても良い。
【0015】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態例
の基本回路を示す回路図である。図2は図1の各部の動
作波形を示す波形図である。
【0016】図1において、本発明の電源装置1は、ト
ランス12の1次巻線に接続され入力直流電圧をスイッ
チングするFET11と、電圧変換と絶縁用のトランス
12と同期整流用のFET14と、FET14のゲート
に接続された駆動電圧のレベルシフト用のツェナーダイ
オード13と、チョークコイル16の転流用のダイオー
ド15と、平滑用のチョークコイル16とコンデンサ1
7と、出力電圧Voを安定化するための制御回路18と
で構成されている。尚図1は基本回路を示すもので本発
明に関係しない細部は省略してある。本電源装置1は他
の電源装置2と並列に接続され共通の負荷3に電力を供
給している。
【0017】次に動作について説明する。本電源装置1
はパルス幅制御のフォワード型コンバータで、入力直流
電圧をFET11でスイッチングしてパルス電圧に変換
する。トランス12の2次巻線に発生する交流パルス電
圧VTのオン時電圧をFET14で整流し電流をチョー
クコイル16を介し負荷3へ送り込む、また交流パルス
電圧VTのオフ時はFET11はオフとなり、チョーク
コイル16を流れる電流は転流用のダイオード15を通
り持続して負荷3に電流を送り続ける。コンデンサ17
は出力電圧Voのリップルを吸収するもので、また制御
回路18はスイッチング用のFET11に駆動パルスを
供給すると同時に出力電圧Voの電圧変動を検出し駆動
パルスのパルス幅を可変して出力電圧Voを安定化す
る。
【0018】FET14のゲートに加わる駆動電圧はツ
ェナーダイオード13を介してトランス12の2次巻線
から得ており、FET14は交流パルス電圧を同期整流
する。ツェナダイオード13のツェナー電圧Vzは(F
ET14のゲート・ソース間電圧をVGSとする)、Vo
<Vz+VGS<VT あるいはVo−VGS<Vz<VT
GSの範囲に設定されており、本電源装置1が動作を停
止した状態でも電源装置2の出力電圧によりFET14
がオンしないようにしている。このため電源装置2から
の電流の流れ込みはないので、FET14の破損あるい
はトランス12の飽和によるFET11の破損、またF
ETが破損しないまでも流入電流による電力損失の発生
といった問題はない。
【0019】次にこのツェナー電圧VZ の設定に関し図
2を参照して説明する。図2は図1における各部の電圧
波形を示す波形図で、FET11のスイッチング動作に
対してFET11のドレイン・ソース間電圧VDS、トラ
ンス12の2次巻線電圧VT、チョークコイル16の両
端電圧VL の波形をそれぞれ示す。FET11のスイッ
チング動作は入力電圧の変動などに対し出力電圧を安定
化するための制御幅をとるためにオン時間(Ton)は
オフ時間(Toff)より短く設定されている。V
T (オン時の電圧VTonとする)とVoとの関係は図
示したようにVo=Ton/Ton+Toff・VTON
となるので、例えば、Ton/Ton+Toffの比を
0.4とすれば、Vo=0.4.VTON となり、ツェナ
ーダイオード13のVzはVo<Vz+VGS<Vo/
0.4となる。今ここで出力電圧Voを5V、VGSを2
VとすればVzは3V〜10.5Vの間に設定すれば良
いのでここではVzが7Vのツェナーダイオードを選定
することにする。
【0020】次に図3に他の実施の形態例を示す。本形
態例は図1における整流用FETに加えて転流ダイオー
ドも同期転流用のFETに置換した例である。即ち、本
発明の電源装置4は図1の場合と同様にパルス幅制御の
フォワード型コンバータで、転流ダイオードをFET4
5で置換し、そのゲートに加える駆動パルスはツェナー
ダイオード49を介しトランス12の2次巻線から供給
されている。FET45はトランス12の2次巻線電圧
T のオフ時のパルスによりオンしチョークコイル16
を流れる電流を転流させる。
【0021】このツェナーダイオード49のツェナー電
圧は図1で説明したようにこのツェナー電圧とFET4
5のゲート・ソース間電圧との和が出力電圧Voより高
く、かつ2次巻線電圧VT(この場合VTはオン時、オフ
時同電圧)より低い電圧に設定されている。従って並列
接続された電源装置5の電圧上昇により電源装置5の電
圧上昇により電源装置4が動作を停止した場合、電源装
置5からの出力電圧が加わってもFET45はオフを維
持しているので、電流が流れ込むことはなくFET45
の破損あるいは電力損失の発生の問題はない。尚、FE
T14のゲート・ソース間およびFET45のゲート・
ドレイン間にそれぞれツェナーダイオード13、49に
微少バイアス電流を流すために高抵抗値の抵抗器を接続
しても良い。これにより効率は僅かに低下するが、前述
したFETの破損防止などの動作がより安定化される。
【0022】更に本発明は図1、3のフォワード型コン
バータについて示したが、トランスの励磁エネルギーを
利用したフライバック型コンバータに対しても応用する
ことができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明の並列運転ス
イッチング電源装置は、並列接続した相手電源装置の出
力電圧が上昇した時に本電源装置側に流れ込む電流に対
し、整流用および転流用のFETの駆動回路にツェナー
ダイオードを挿入してFETのオフ状態を維持してこの
流入電流を阻止し、FETの破損あるいは電力損失の発
生がないようにしているので、従来の制御範囲をクラン
プする方法より回路が簡単であり、また制御範囲がせま
くなることがなく動作が安定であるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態例を示す回路図である。
【図2】図1の各部における波形を示す波形図である。
【図3】本発明の他の実施の形態例を示す回路図であ
る。
【図4】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
1,2,4,5 電源装置 3 負荷 11,14,45 FET 12 トランス 13,49 ツェナーダイオード 15 ダイオード 16 チョークコイル 17 コンデンサ 18 制御回路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トランスの1次側巻線に直列に接続され
    たスイッチング素子をオンオフさせ前記トランスの2次
    巻線に発生する交流パルス電圧を前記2次巻線側に接続
    された整流素子と転流素子と平滑用のチョークコイルと
    コンデンサと出力電圧安定化用の制御回路とで直流出力
    を得るスイッチング電源装置で、かつ他のスイッチング
    電源装置と並列接続して用いる並列運転スイッチング電
    源装置において、前記整流素子は同期整流用の第1のF
    ETと前記2次巻線のオン時電圧をレベルシフトして前
    記第1のFETのゲートに印加する第1のツェナーダイ
    オードとを用いることを特徴とする並列運転スイッチン
    グ電源装置。
  2. 【請求項2】 前記転流素子は同期整流用の第2のFE
    Tと前記2次巻線のオフ時電圧をレベルシフトして前記
    第2のFETのゲートに印加する第2のツェナーダイオ
    ードとを用いることを特徴とする請求項1記載の並列運
    転スイッチング電源装置。
  3. 【請求項3】 前記第1のツェナーダイオードはツェナ
    ー電圧が直流出力電圧より前記第1のFETのゲート・
    ソース間スレッショルド電圧を差引いた電圧より高くか
    つ前記2次巻線のオン時電圧より前記第1のFETのゲ
    ート・ソース間スレッショルド電圧を差引いた電圧より
    低いことを特徴とする請求項1記載の並列運転スイッチ
    ング電源装置。
  4. 【請求項4】 前記第2のツェナーダイオードはツェナ
    ー電圧が直流出力電圧より前記第2のFETのゲート・
    ソース間スレッショルド電圧を差引いた電圧より高くか
    つ前記2次巻線のオフ時電圧より前記第2のFETのゲ
    ート・ソース間スレッショルド電圧を差引いた電圧より
    低いことを特徴とする請求項2記載の並列運転スイッチ
    ング電源装置。
  5. 【請求項5】 前記第1のFETのゲートとソース間に
    抵抗器を並列接続したことを特徴とする請求項1あるい
    は3記載の並列運転スイッチング電源装置。
  6. 【請求項6】 前記第2のFETのゲートとソース間に
    抵抗器を並列接続したことを特徴とする請求項2あるい
    は4記載の並列運転スイッチング電源装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6580626B2 (en) 2001-03-13 2003-06-17 Densei-Lambda Kabushiki Kaisha Switching power supply
JP2018126058A (ja) * 2013-01-22 2018-08-09 パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド 同期フライバック変換器における使用のための二次コントローラ、電力変換器、および同期フライバック変換器を制御する方法
DE112015000526B4 (de) 2015-01-26 2018-12-06 Mitsubishi Electric Corporation Kommunikationsvorrichtung und Kommunikationsverfahren

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Effective date: 19991207