JPH05137326A - フライバツク型スイツチングレギユレータ - Google Patents

フライバツク型スイツチングレギユレータ

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JPH05137326A
JPH05137326A JP3321524A JP32152491A JPH05137326A JP H05137326 A JPH05137326 A JP H05137326A JP 3321524 A JP3321524 A JP 3321524A JP 32152491 A JP32152491 A JP 32152491A JP H05137326 A JPH05137326 A JP H05137326A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
effect transistor
voltage
field effect
down transformer
switching regulator
Prior art date
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Pending
Application number
JP3321524A
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English (en)
Inventor
Ikuo Ohashi
郁夫 大橋
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 降圧トランス2次側の整流用ダイオードの損
失を低減して、スイッチングレギュレータの効率を高め
るようにする。 【構成】 フライバック型スイッチングレギュレータに
おいて、少なくとも、降圧トランス4の2次側端子の一
端に直列接続された整流用電界効果型トランジスタ5
と、この電界効果型トランジスタ5の他端側と降圧トラ
ンス4の2次側端子の他端との間に並列接続された平滑
用コンデンサ6とから整流回路を構成する。これによ
り、ショットキーバリアダイオード等の整流ダイオード
を用いるものに比べて、電界効果型トランジスタの損失
が小さくなり、効率を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスイッチングレギュレー
タに関し、特にDC3vなどの低電圧出力用途に適した
フライバック型スイッチングレギュレータ関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来この種のフライバック型スイッチン
グレギュレータは、図7に示すように、整流用ダイオー
ドブリッジ1と、平滑用コンデンサ2と、パワーMOS
FETなどのパワートランジスタ3と、降圧トランス4
と、整流用ダイオード(主としてショットキーバリアダ
イオード)20と、平滑用コンデンサ6,7と、平滑リ
アクトル8とを有している。
【0003】この動作は、例えばAC100vの交流入
力VINを整流用ダイオードブリッジ1により整流し、平
滑用コンデンサ2に直流高電圧VC1(例えばDC100
v)をつくる。つぎに制御回路(図示せず)のパルス幅
制御されるパワートランジスタ(パワーMOSFETな
ど)3をオンさせることにより、降圧トランス4の励磁
インダクタンスLT に、次式で表されるエネルギーを蓄
積する。
【0004】 1/2・LT・I1 2=1/2・LT・〔(VC1/LT)・t〕2=(VC1 2・t2 )/(2・LT
【0005】但しI1 は降圧トランス4の1次巻線電流
のピーク値、tはパワートランジスタ3のオン期間を示
す。この時、降圧トランス4の2次側には、(N2
1)・VC1(但しN1/N2は各々降圧トランス4の1
次/2次巻線数を示す。)なる電圧が発生するが、整流
用ダイオード20の阻止方向であるため、電流は流れな
い。
【0006】次にパワートランジスタ3をオフさせるこ
とにより、降圧トランス4の励磁インダクタンスLT
蓄積されたエネルギーが放出され、その降圧トランス4
の2次巻線N2より電流(初期電流I2 は(N1/N2
・I1)が流れ、整流用ダイオード20を経て平滑用コ
ンデンサ6に充電される。さらに平滑用リアクトル8と
平滑用コンデンサ7により平滑され、その直流出力V
OUT として例えば3vの直流電圧が得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のフライバック型スイッチングレギュレータは、整流
用ダイオード20を用いているため、順電圧降下VF
小さいショットキーバリアダイオード(VF ≒0.4
v)でも、低電圧(例えば3v)直流出力を得る場合に
は効率が悪くなるという問題があった。例えば整流用ダ
イオード20だけで、直流出力の0.4v/3v=13
%もの損失となる。
【0008】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明はつぎの手段により構成するものとなってい
る。すなわち、前述のフライバック型スイッチングレギ
ュレータにおいて、少なくとも降圧トランスの2次側端
子の一端に直列接続された整流用電界効果型トランジス
タと、この電界効果型トランジスタの他端側と降圧トラ
ンスの2次側端子の他端との間に並列接続された平滑用
コンデンサとから整流回路を構成したものである。
【0009】
【作用】したがって、ショットキーバリアダイオード等
の整流ダイオードに代えて電界効果型トランジスタを用
いることにより、その損失が低減してスイッチングレギ
ュレータの効率を高めることができる。
【0010】
【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の一実施例を示すもので、整
流用ダイオードブリッジ1と、平滑用コンデンサ2と、
パワートランジスタ3と、降圧トランス4と、整流用電
界効果型トランジスタ5と、平滑用コンデンサ6,7
と、平滑用リアクトル8とを有している。すなわち、こ
の実施例において図7に示した従来例のものと異なる点
は、降圧トランス4の2次巻線N2 の一端にドレイン端
子が接続され、かつその補助用2次巻線N3 の両端間に
ゲート,ソース端子がそれぞれ接続された整流用電界効
果型トランジスタ5をダイオード20に代えて構成した
ことである。なお、図中同一符号は同一または相当部分
を示している。
【0011】次に上記実施例の動作を説明する。この動
作は、まず従来例と同様に、AC100vの交流入力V
INを整流用ダイオードブリッジ1により整流し、平滑用
コンデンサ2に直流高電圧VC1をつくる。次にパルス幅
制御されるパワートランジスタ3をオンさせることによ
り、降圧トランス4の励磁インダクタンスにエネルギー
を蓄積する。この時、降圧トランス4の2次側に、 (N2/N1)・VC1及び(N3/N1)・VC1 なる電圧が発生するが、電界効果型トランジスタ5のゲ
ート・ソース間に負の電圧〔−(N3/N1)・VC1〕が
印加され、電界効果型トランジスタ5はオフ状態である
ため、電流は流れない。
【0012】つぎにパワートランジスタ3をオフさせる
ことにより、降圧トランス4の励磁インダクタンスに蓄
積されたエネルギーが放出され、電界効果型トランジス
タ5のゲート・ソース間に正の電圧が印加されることに
より、電界効果型トランジスタ5がオンとなる。この電
界効果型トランジスタ5はオンとなると、例えば図2に
示すような抵抗特性を有しているため(NチャネルFE
Tの場合)、電圧降下VF を小さくすることができる。
【0013】例えば10w(3.3 A)出力では、オン
抵抗20mΩの電界効果型トランジスタ5を用いること
により、0.5wの損失、すなわち直流出力の0.5w
/10w=5%の損失に低減できた。なお、図2におい
て横軸は電界効果型トランジスタ5のドレイン・ソース
間電圧−VDSが、縦軸はそのドレイン電流ID がとって
あり、同図中破線はオン時の、そして実線はオフ時の特
性をそれぞれ示している。
【0014】本発明の一実施例である図1では、図3に
示す連続モード、つまり降圧トランス4の励磁インダク
タンスに蓄積されたエネルギーが放出しつくす前に、パ
ワートランジスタ3をオンさせて(図3(b) )、励磁イ
ンダクタンスへのエネルギー蓄積を始める制御方法の場
合には、電界効果型トランジスタ5のゲート・ソース間
に、Nチャネルではドレインからソースの向きには電流
が流れないように電圧が印加されて動作している(図3
(c)および(d))。
【0015】しかし、図4に示す不連続モード、つまり
降圧トランス4の励磁インダクタンスに蓄積されたエネ
ルギーが放出しつくした後に、パワートランジスタ3を
オンさせて(図4(b) )、励磁インダクタンスへ新たに
エネルギーの蓄積を始める制御方法の場合には、励磁イ
ンダクタンスに蓄積されたエネルギーの放出終了前には
電界効果型トランジスタ5のゲート・ソース間に正の電
圧が印加されており(図4(c)および(d))、その放出終
了直後にはコンデンサ6から降圧トランス4の2次巻線
2 に電圧が印加されるため、電界効果型トランジスタ
5のゲート・ソース間に正の電圧が継続して印加され続
け、電界効果型トランジスタ5はオン状態を保持し続け
る。
【0016】そのため、図4(c) の斜線に示す電流が流
れ、降圧トランス4の励磁インダクタンスにエネルギー
が蓄積される。このため、直流出力に寄与しない電流に
より電界効果型トランジスタ5の損失が増えるという欠
点がある。なお、図3及び図4の(a)は降圧トランス4
の1次巻線N1の電圧VC1をそれぞれ示す。このような
欠点を解決するものが、本発明の特許請求の範囲2およ
び3に記載されたものであり、図5及び図6にそれぞれ
の実施例を示している。
【0017】図5に示す本発明の実施例は、平滑用コン
デンサ6に対しその電圧上昇を検出する電圧上昇検出回
路9を並列に接続したもので、この電圧上昇検出回路9
が、NPN形トランジスタ10,11と、ダイオード1
2,13と、コンデンサ14と、抵抗15とから構成さ
れている。ここで、電圧上昇検出回路9は、トランジス
タ10のベースがダイオード12のアノードを経て平滑
用コンデンサ6の一端側に接続されるとともに、コンデ
ンサ14を介して平滑用コンデンサ16の他端側に接続
されている。そして、このトランジスタ10のコレクタ
はダイオード13のアノードを経て電界効果型トランジ
スタ5のゲート,トランジスタ11のエミッタに接続さ
れ、さらにそのコレクタがトランジスタ11のベース,
抵抗15にそれぞれ接続されており、これら電界効果型
トランジスタ5のソース,トランジスタ11のコレクタ
及び抵抗15の他端が直流出力端子の一端(−)に接続
されている。
【0018】次に図5に示す動作を説明する。この動作
は、降圧トランス4の励磁インダクタンスに蓄積された
エネルギーの放出により、電界効果型トランジスタ5の
寄生ダイオードを経て平滑コンデンサ6に電流が流れ込
み電圧が上昇(dVcb/dt)とすると、トランジスタ
10のベースからエミッタを経て容量C14をもつコンデ
ンサ14に電流(C14×dVcb/dt)が流れる。その
ためトランジスタ10がオンし、電界効果型トランジス
タ5のゲート・ソース間に電圧が印加され、電界効果型
トランジスタ5がオンとなる。
【0019】次に降圧トランス4の励磁インダクタンス
に蓄積されたエネルギーの放出が終わると、平滑コンデ
ンサ6の電圧上昇がなくなり、トランジスタ10のベー
ス電流が零となる。このためトランジスタ10がオフ
し、電界効果型トランジスタ5のゲート・ソース間(入
力容量Ciss )に蓄積された電荷が、まずトランジスタ
11のエミッタ・ベースを経て抵抗15に流れることに
よりトランジスタ11がオンし、このトランジスタ11
で放電され、電界効果型トランジスタ5がオフする。従
って、この動作により図4(c) の斜線に示す電流は流れ
なくなり、直流出力に寄与しない電流により電界効果型
トランジスタ5の損失が増えるということはなくなる。
【0020】図6に示す本発明の別の実施例は、電界効
果型トランジスタ5のドレイン・ソース端子間に、その
端子間電圧の正負を検出する電圧検出回路16を接続し
たものである。この場合、電圧検出回路16はコンパレ
ータ17と、コンデンサ18と、ダイオード19とから
構成されている。
【0021】図6の実施例によると、動作は降圧トラン
ス4の励磁インダクタンスに蓄積されたエネルギーの放
出中、すなわち電界効果型トランジスタ5のソースから
ドレインに電流が流れている間は、コンパレータ17の
非反転入力(+)の電位が反転入力(−)の電位よりも
高いため、出力は正電圧となり、電界効果型トランジス
タ5はオン状態となる。
【0022】そして降圧トランス4の励磁インダクタン
スに蓄積されたエネルギーの放出が終わり、平滑コンデ
ンサ6から電界効果型トランジスタ5に電流が流れよう
とすると、コンパレータ17の非反転入力(+)の電位
が反転入力(−)の電位よりも低くなり、出力は負電圧
となり、電界効果型トランジスタ5はオフとなる。この
動作により図4(c) の斜線に示す電流は流れなくなり、
直流出力に寄与しない電流により電界効果型トランジス
タ5の損失が増えるということはなくなる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、交流入力
を整流したのち、トランジスタ素子のオン・オフ動作を
利用して交流に変換し、その交流電圧を降圧トランスで
降圧して再び直流に変換するフライバック型スイッチン
グレギュレータにおいて、前記前記降圧トランス2次側
の整流用ダイオードとして電界効果型トランジスタを使
用したので、その損失を低減でき、スイッチングレギュ
レータの効率を向上させることができる。
【0024】また、本発明の別の発明によれば、上記の
ものにおいて、降圧トランス2次側の平滑用コンデンサ
の電圧上昇を検出する電圧上昇検出回路、または整流用
電界効果型トランジスタのドレイン端子とソース端子間
の電圧の正負を検出する電圧検出回路を設けることによ
り、直流出力に寄与しない電流によりその電界効果型ト
ランジスタの損失が増えることがなくなり、さらに損失
を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるフライバック型スイッチングトラ
ンジスタの一実施例を示す回路構成図である。
【図2】本発明において用いる電界効果型トランジスタ
の特性図である。
【図3】図1に示した実施例回路の動作波形(連続モー
ド)図である。
【図4】同じく図1に示した回路の動作波形(不連続モ
ード)図である。
【図5】本発明の別の実施例を示す回路構成図である。
【図6】本発明のさらに別の実施例を示す回路構成図で
ある。
【図7】従来技術の一例を示す回路構成図である。
【符号の説明】
1 ダイオードブリッジ 2 平滑用コンデンサ 3 パワートランジスタ 4 降圧トランス 5 整流用電界効果型トランジスタ 6,7 平滑用コンデンサ 8 平滑用リアクトル 9 電圧上昇検出回路 16 電圧検出回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流入力を整流したのち、トランジスタ
    素子のオン・オフ動作を利用して交流に変換し、その交
    流電圧を降圧トランスで降圧して再び整流回路により直
    流に変換するフライバック型スイッチングレギュレータ
    において、 前記整流回路は、少なくとも、前記降圧トランスの2次
    側端子の一端に直列接続された整流用電界効果型トラン
    ジスタと、この電界効果型トランジスタの他端側と前記
    降圧トランスの2次側端子の他端との間に並列接続され
    た平滑用コンデンサとを有することを特徴とするフライ
    バック型スイッチングレギュレータ。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記平滑用コンデン
    サの電圧上昇を検出する電圧上昇検出回路を備えること
    を特徴とするフライバック型スイッチングレギュレー
    タ。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記整流用電界効果
    型トランジスタのドレイン端子とソース端子間の電圧の
    正負を検出する電圧検出回路を備えることを特徴とする
    フライバック型スイッチングレギュレータ。
JP3321524A 1991-11-11 1991-11-11 フライバツク型スイツチングレギユレータ Pending JPH05137326A (ja)

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JP (1) JPH05137326A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6366480B2 (en) 2000-03-03 2002-04-02 Murata Manufacturing Co. Switching power supply apparatus
JP2007014089A (ja) * 2005-06-29 2007-01-18 Ngk Insulators Ltd 電気回路及びパルス電源
JP2007110869A (ja) * 2005-10-17 2007-04-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電力変換装置
US7315464B2 (en) 2003-10-03 2008-01-01 Sharp Kabushiki Kaisha Drive system and AC conversion device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007014089A (ja) * 2005-06-29 2007-01-18 Ngk Insulators Ltd 電気回路及びパルス電源
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