JPS5975324A - スイツチング電源 - Google Patents

スイツチング電源

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JPS5975324A
JPS5975324A JP57184616A JP18461682A JPS5975324A JP S5975324 A JPS5975324 A JP S5975324A JP 57184616 A JP57184616 A JP 57184616A JP 18461682 A JP18461682 A JP 18461682A JP S5975324 A JPS5975324 A JP S5975324A
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semiconductor element
transformer
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JP57184616A
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Kimihito Abe
阿部 公仁
Kenichi Onda
謙一 恩田
Kohei Yabuno
薮野 光平
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac

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  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、スイッチング電源に係わり、特に高周波駆動
を最適にする2石型のスイッチング電源に関する。
〔従来技術〕
近年スイッチング電源の普及にめざましいものがみられ
、用途の拡大にともなってその回路形式も多種多様にな
っている。
特に数十W以上の中、大容量機やインバータでは、第1
図、第2図に示すような2石の半導体素子を用いるプッ
シュプル形やブリッジ形が多く使われるようになってい
る。
これは、トランスの利用効率が高く、シがも偏磁が起こ
りにくいといった特色に着目したものである。
第1図は、直流出力の回路例を示したが、EIは入力電
m、Ml  、Mtはスイッチング用半導体素子(例え
ば、NチャンネルエンハンスメントMO8型電界効果ト
ランジスタ、バイポーラ型トランジスタ、ゲートターン
オフサイリスタ等が使用できる)、C1,C2はコンデ
ンサ、Tはトランス、D、。1.D、。、は出力′直流
ダイオードである。
2は、半導体素子の制御電極を駆動するゲート駆動回路
、1は補助電源回路でゲート駆動回路に電力を供給する
この方式は、一般にハーフブリッジ方式と呼称され、第
2図のプッシュプル方式とともに広く用いられている。
従来は、パワー用バイポーラトランジスタが多く使われ
ているが、最近は高周波化による小形。
軽量、低コストrIZ’i計るため、電界効果トランジ
スタの応用が試みられている。
しかし、これらの2石方式スイッチング電源では、単に
高速半導体素子を用いるだけでは最適な高周波が得られ
ない難点を有している。
すなわち、相手の半導体素子がターンオンした時に現わ
れる急峻なdV/diで偏位電流が流れ、この損失によ
る発熱、熱逸走破壊を抑制する対策が必須課題とされて
いる。
第2図のようなNチャンネルエンハンスメントMO8型
電界効果トランジスタ(以下MO8FETと略す)を用
いた回路例で説明すると、MO,9FET、Ml 、M
tのドレン・ソース間の電圧V’nl+は、第3図(1
)、(3)に示すように、時刻t1〜’!+  t3〜
t4’+  t、〜t6・・・・・・で、相手素子のタ
ーンオンによってVO2が2Eに高められる。ここで、
Eは入力電源E+の電圧である。
へC)8 F’ET M、 のドレン電流ID!+は、
ターンオフ期間には流れないはずであるが、時刻t3+
t7でdV/dtにもとすく極間容量の充電が、ゲート
遮断電圧を越えると、第3図のように偏位電流Al、A
2が現われる。これは高い電圧を荷って流れるため損失
が大きく、周波数によっても加勢される。
MO811i’ETは、ターンオフ時間が0.1〜0.
2μsと短かいため、数百k Hzをめざした高速スイ
ッチ素子として利用が望まれるが、実際には高速で駆動
する程先述の偏位電流が流れやすくなるため、低電圧ス
イッチングの機種は別として、その駆動周波数はバイポ
ーラトランジスタの域を出ていないのが現状である。
また従来のバイポーラトランジスタやGTOでも偏位電
流は流れる。ただしこの場合は数十に比以下に周波数を
選定して熱損失を低減する方策や、アノード・カンード
間にコンデンサと抵抗の直列回路(スナバ−回路)でd
V/dtを緩和し、偏位電流を抑制する方法がとられて
いる。
また、半導体素子の制御、駆動電源として、正負の制電
源を備えて、偏位電流が流れる期間だけ制御極を逆バイ
アスする方法も検討されている。
しかし、これらの方法は、さらに大幅な高周波化により
、トランスや出力フィルタ回路の小形化を計る上で好ま
しい方策ではない。
すなわち、スナバ回路は周波数に依存する損失とトラン
スのリセットの点で高周波化を阻害し、補助電源に正負
2つの電源を備えて駆動回路に工夫をこらす方法は、部
品点数と補助電源の規模が増大して小形rヒが計れない
欠点を有する。
〔発明の目的〕
本発明は、半導体素子の偏位電流を抑制して熱損失を低
減し、高周波駆動動作を容易にすると共に、小形、高効
率のスイッチング電源を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、トランス−次巻線に結合される2石の半導体
素子が交互にターンオン・ターンオフし。
て負荷に電力を供給する時、一方の半導体素子のオン信
号及び他方の半導体素子のオフ信号のうちの少なくとも
一つの信号で、トランスに備えた別巻線から電力を供給
して、他方の半導体素子の制御電極を逆バイアスするよ
うにしである。
ここで制御電極とは、トランジスタではベース、MOS
  FET 、GTOではゲート電極である。
制御電極に逆バイアスがかけられると、dv/dtによ
って派生する電流は、ドレン電極(またはアノード)か
ら制御電極に引出されて、外部回路を廻わるため、偏位
電流が流れない。
〔発明の実施例〕
本発明は、半導体素子としてパワートランジスタ、GT
O等にも適用できるが、以下MO8F’E’rを用いた
例について詳細に説明する。第4図は、プッシュプル方
式、直流出力で半導体素子にMOSFETを使用する回
路である。主トランスTMは、−次巻線”Il+  1
!、二次巻線n!l + ntt のほかに別巻線n3
1  + n32およびn33I n!4を備える。こ
れらの別巻線は、スイッチ素子となるMII、 M、H
のターンオンによって、M、 、 M。
のゲート・ソース間に電力を供給する。これらは、ダイ
オードI)u l [)ttおよびり、、、D、4が接
続されである。出力側は、整流ダイオードD、。1゜D
20*、チョークコイルL1コンデンサCで直流が供給
される。出力′電圧(または電流)は、通常ゲート駆動
回路2(制御回路も含む)にフィードバックされてパル
ス幅制御により、一定の出力に安定化される。
スイッチ素子Mllは、Ml のオフ信号とM、のオン
信号のオア信号でターンオンするようになっている。一
方のMt、は、図示しないがM、のオフ信号とMlのオ
ン信号とのオア信号でターンオンする。
本発明の要点を動作順に従って詳細に述べる。
M、 、 M、ともオフ状態から、まずMlがターンオ
ンすると、図示黒丸を正極性とする電圧が各巻線に現わ
れ、二次巻線naから負荷に電力が供給される。この時
M、は、電源電圧Eと巻線nuの′電圧が加わ、92E
にはねとがるが、スイッチ素子M2.がターンオンして
n113から電流が供給されて逆バイアスがかけられ、
偏位電流は流れない。次にM、のオンゲート電流が途絶
えてオフ信号が与えられると、スイッチ素子?’Jtl
がターンオンする。
この時、各巻線には、Mlの蓄積時間の間、図示黒丸を
正極性とする電圧が維持されているから、巻線n□から
M、のゲートを逆バイアスする電流が供給され、MIは
急速にターンオフする。
次にM、にオンゲート電流が供給されてターンオンする
と、図示黒丸と逆方向を正極性とする電圧が各巻線に誘
起され、n工から負荷に電力が供給される。この時、オ
フ状態のMlのドレン・ソース間は2Eの電圧まで急上
昇するが、M、1がターンオンするので、巻線netか
ら逆バイアスする向きに電流が供給される。従ってこの
場合も偏位電流は流れない。M、のターンオフ時に、巻
線ns、の電流で強制的にオフゲート電流を供給するの
はM、の場合と同様である。
このように別巻線nu〜na+  とスイッチ素子MH
* MHの構成、ならびにその動作によって、スイッチ
ング用半導体素子のターンオフと偏位電流を防止するオ
フゲート電流を主回路側から供給できるので、最適な高
周波駆動が可能となる。
通常オフゲート電流は、オンゲート電流の数倍を要する
が、本発明では、主トランスの巻線を介し、かつ必要な
時だけ流すようになるので、補助電源として別電源を備
える方式に比較する七きわめて効率が高い。
またM、  (またはM、)がターンオフすると各巻線
電圧が消失するので、”31 ”n34の電圧を高く設
計しても、高い逆充電電圧がゲート・ソース間にかかる
心配がない。このため、オフゲート電流のd i / 
d t li大きくとって高速にターンオフできる。
以上のように、ゲート駆動回路2の電力としては、オン
ゲート電流と制御回路の直方だけ供給すればよいから、
補助電源を小さく構成できる効果も得られる。
次に、第5図は、半導体素子の一部をコンデンサに置き
かえた、いわゆるハーフブリッジ方式に応用する実施例
である。この場合は、周知のようにMOS FET(M
l 、 Ml )のドレン・ソース間にかかる電圧は、
先のプッシュプル方式の1/2になるので、低圧、大電
流のMC)S FETが使用できる。
発明の構成は、プッシュプル方式で説明したのと同一で
あわ、詳細な説明は省略する。
ただし、本方式では、信号系の低圧電位を同一にできな
いから、互いに絶縁をとることが必須となる。
次に、本発明の具体的な実施例を第6図において説明す
る。
駆動回路2は、補助電源1、制御回路3(例えば日立H
A17524等のコントロールIC)、補助スイッチ素
子のMOS  PET(λ4311M5t)、ゲート駆
動用トランスTG1. Tc2 等で構成される。
TGIは、−次巻線n41、二次巻線n4□および補助
巻線n43′!il−備えている。同様にTGIにはn
4.。
n41!+ n4□が備えられ、かつ1411とn4□
は、ダイオードD14 、 Dza e、介して互いに
接続されている。
制御回路3は、出力側の電圧または電流を検出して検出
信号vl]を取り込み、Mat 1M5tのターンオン
時間を制御して出力を安定化するようにパルス幅制御を
行う。
動作例を説明する。MB、にオン信号が与えられてター
ンオンすると、巻線n42からMlにオンゲート電流が
流れてターンオンする。このときMatは、ダイオード
DI11の順電圧降下分で逆バイアスされるからオフ状
態となっている。また、巻線”43には、図示黒丸を正
極性とする電圧が誘起されているから、一方のゲート駆
動用トランスTG2の巻i%! ”47と046の結合
でMl1のゲート電極にオンゲート電流が供給され、M
l1のターンオンによって、主トランスのn8.からM
、を逆バイアスする電流が供給される。
次に、M3、がターンオフしてM、のオンゲート電流が
途絶えると、TGlの励磁電流は、ダイオードDISに
阻止されて、M、、のゲート電極に流れるため、Mll
がターンオンする。この時主トランスの巻線は、MIの
蓄積時間の間、図示黒丸を正極性とする電圧が維持され
ているから、M、1のターンオンによって巻線ns+よ
りオフゲート電流が供給されてMlがターンオフする。
次に、一方の補助スイッチ素子M3□がターンオンして
M、を駆動させる動作は、上述と全く同様である。
このように、半導体素子M+  9Mtのターンオフは
、ゲート駆動用トランスの励磁電流でMHI。
Ml2をターンオンさせて主トランス力)らオフゲート
電流を供給し、また他方の半導体素子のターンオン時に
は、補助巻線n41++n47の結合で、1司様に主ト
ランスから逆ノくイアス用の電流を供給するように構成
している。
別の実施例として、第7図を説明する。本発明は、主ト
ランスを中心に発明を構成してあり、ゲート駆動用トラ
ンスは単にオンゲート電流を供給する機能だけでよい。
半導体素子M、がターンオンする時は、補助巻線n44
に図示黒丸を正極性とする電圧力;誘起するから、ダイ
オードDz4e介してM2.にオンゲート電流を流して
ターンオンさせる。夕゛イオードD25は、この電流が
046に流れるのを阻止するものである。同様にM2が
ターンオンする時は、補助巻線14sからnt+にオン
ゲート電流を供給してMlに逆バイアス電流を流すこと
ができる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、簡単な回路構成で
半導体素子の変位電流を防止できるため、最適な高周波
駆動が可能となシ、小形、軽量なスイッチング電源を提
供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は従来の2石方式スイッチング電源の
回路図、第3図は半導体素子の動作を示す電圧、電流波
形図、第4図〜第7図は本発明の実施例を示す回路図で
ある。 1・・・補助電源、2・・・ゲート駆動回路、3・・・
制御回路、M、、Mt・・・MOS FET、 C,、
Ct・・・コン第 1 図 第 ? 図 第3図 t+   t2 t3  ta  t5  tb  乙
7’UBtq第4図 第 5 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、変圧器の一次巻線の両端間に直列接続された二つの
    制御極付半導体素子と、この二つの半導体素子の接続点
    と上記−次巻線の中点との間に接続された直流電源とを
    備え、上記二つの半導体素子を交互にオンオフして上記
    変圧器の二次巻線に出力を得るようにしたスイッチング
    電源において、上記変圧器に別巻線を設け、一方の半導
    体素子に与えるオン信号及び他方の半導体素子に与える
    オフ1g号のうちの少なくとも一つの信号に基づき、上
    記別巻線から上記他方の半導体素子の制御電極に逆バイ
    アス電流を流すこと’に%徴とするスイッチング電源。 2、直流電源の両電極間に接続された二つのコンデンサ
    の直列接続体及び二つの制御極付半導体素子の直列接続
    体と、上記二つのコンデンサの接続点と上記二つの半導
    体素子の接続点との間に一次巻線が接続された変圧器と
    を備え、上記二つの半導体素子を交互にオンオフして上
    記変圧器の二次巻線に出力を得るようにしたスイッチン
    グ電源において、上記変圧器に別巻線を設け、一方の半
    導体素子に与えるオン信号及び他方の半導体素子に与え
    るオフ信号のうちの少なくとも一つの信号に基づき、上
    記別巻線から上記他方の半導体素子の制御電極に逆バイ
    アス電流を流すことを特徴とするスイッチング電源。
JP57184616A 1982-10-22 1982-10-22 スイツチング電源 Granted JPS5975324A (ja)

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JPS5975324A true JPS5975324A (ja) 1984-04-28
JPH0363312B2 JPH0363312B2 (ja) 1991-09-30

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03181190A (ja) * 1989-12-11 1991-08-07 Hitachi Lighting Ltd プリント基板装置
JPH0660295U (ja) * 1985-08-13 1994-08-19 エルサグ・インタナショナル・ビー・ヴィー 低電力で高効率のスイッチング電源
WO2014013574A1 (ja) * 2012-07-18 2014-01-23 三菱電機株式会社 電力変換器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0660295U (ja) * 1985-08-13 1994-08-19 エルサグ・インタナショナル・ビー・ヴィー 低電力で高効率のスイッチング電源
JPH03181190A (ja) * 1989-12-11 1991-08-07 Hitachi Lighting Ltd プリント基板装置
WO2014013574A1 (ja) * 2012-07-18 2014-01-23 三菱電機株式会社 電力変換器

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