JPH09154276A - 同期整流回路 - Google Patents

同期整流回路

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JPH09154276A
JPH09154276A JP18292896A JP18292896A JPH09154276A JP H09154276 A JPH09154276 A JP H09154276A JP 18292896 A JP18292896 A JP 18292896A JP 18292896 A JP18292896 A JP 18292896A JP H09154276 A JPH09154276 A JP H09154276A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トランスの二次巻線の誘起電圧に同期してオ
ン,オフして整流を行う同期整流回路に関し、電力損失
を低減して効率を改善する。 【解決手段】 トランスT1の二次巻線N2の誘起電圧
によって、一方がオンの時他方がオフとなる整流側同期
整流トランジスタQ2とフライホイール側同期整流トラ
ンジスタQ3と、チョークコイルLとコンデンサCとか
らなる平滑回路と、スイッチングトランジスタQ1のオ
ン,オフを制御するパルス幅制御回路PWMと、整流側
同期整流トランジスタQ2とフライホイール側同期整流
トランジスタQ3とにそれぞれ並列に接続したショット
キーダイオードSD1,SD2と、スイッチングトラン
ジスタQ1のターンオン直前まで自己リセット電圧が継
続して発生するように整流側同期整流トランジスタQ2
のゲートに接続した抵抗R1とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トランスの二次巻
線の誘起電圧に同期してオン,オフして整流を行う同期
整流回路に関する。同期整流回路は、整流側ダイオード
とフライホイール側ダイオードとを、オン抵抗の小さい
電界効果トランジスタ(MOS FET)と置換し、ト
ランスの二次巻線の誘起電圧の極性に対応して一方をオ
ン,他方をオフとするものである。従って、ダイオード
を用いる場合に比較して電力損失を低減することができ
る。このような同期整流回路の効率及び特性の改善が要
望されている。
【0002】
【従来の技術】図5は従来例の説明図であり、トランス
T1の一次巻線N1に直流電源Eとスイッチングトラン
ジスタQ1とを接続し、パルス幅制御回路PWMによっ
てスイッチングトランジスタQ1のオン,オフを制御し
て、一次巻線N1に流れる電流をオン,オフする。又ト
ランスT1の二次巻線N2に整流側同期整流トランジス
タQ2とフライホイール側同期整流トランジスタQ3
と、チョークコイルLとコンデンサCとからなる平滑回
路とを接続する。又Sはソース、Dはドレイン、Gはゲ
ート、d1〜d3はトランジスタの基板内のn層とp層
との間に形成された寄生ダイオードを示す。
【0003】パルス幅制御回路PWMは、整流平滑化さ
れた直流電圧と設定基準電圧とを比較し、誤差電圧に対
応したパルス幅の駆動信号をスイッチングトランジスタ
Q1のゲートに加えて、トランスT1の一次巻線N1に
流れる電流を制御する。このスイッチングトランジスタ
Q1がオンの時に発生した二次巻線N2の誘起電圧によ
り、整流側同期整流トランジスタQ2のゲートGが+極
性、ソースSが−極性となり、整流側同期整流トランジ
スタQ2はオンとなる。又フライホイール側トランジス
タQ3のゲートGが−極性、ソースSが+極性となり、
フライホイール側同期整流トランジスタQ3はオフとな
る。従って、二次巻線N2の誘起電圧による電流は、整
流側同期整流トランジスタQ2とチョークコイルLとを
介してコンデンサCを充電すると共に、出力端子から図
示を省略した負荷に流れることになる。
【0004】次にスイッチングトランジスタQ1がオフ
となると、トランスT1の一次巻線の励磁インダクタン
スと、巻線容量と、スイッチングトランジスタQ1の寄
生容量と、整流側同期整流トランジスタQ2の寄生容量
等による共振現象を発生して、トランスT1の自己リセ
ットが行われ、二次巻線N2に逆極性の電圧が発生す
る。この二次巻線N2の誘起電圧により整流側同期整流
トランジスタQ2はオフ、フライホイール側同期整流ト
ランジスタQ3はオンとなり、チョークコイルLを介し
て電流が流れる。
【0005】従って、整流側同期整流トランジスタQ2
がオンの時に整流電流が流れ、フライホイール側同期整
流トランジスタQ3がオンの時にチョークコイルLの蓄
積エネルギによる電流が流れ、それぞれオン抵抗の小さ
い状態で電流が流れることにより、電力損失を低減する
ことができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】フライホイール側同期
整流トランジスタQ3の寄生ダイオードd3は、フライ
ホイール側ダイオードの場合と同一の極性を有すること
になり、従って、フライホイール側同期整流トランジス
タQ3がトランスT1の二次巻線N2の誘起電圧によっ
て、スイッチングトランジスタQ1のオフ期間、オンを
継続していないと、チョークコイルLの転流電流が寄生
ダイオードd3に流れることになる。この寄生ダイオー
ドd3の順方向電圧は、通常のpn接合のダイオードと
同等又はそれ以上の例えば0.9V程度であるから、電
力損失が増加することになる。
【0007】又フライホイール側同期整流トランジスタ
Q3の寄生ダイオードd3は、pn接合ダイオードに相
当し、スイッチングトランジスタQ1がオンとなり、ト
ランスT1の二次巻線N2の誘起電圧によって整流側同
期整流トランジスタQ2がオンとなった時、フライホイ
ール側同期整流トランジスタQ3の寄生ダイオードd3
にリカバリー電流が流れることによって、二次巻線N2
は恰も短絡された状態となり、スイッチングトランジス
タQ1に流れる電流も増大する問題がある。本発明は、
前述のそれぞれの問題を解決し、電力損失を低減して効
率を向上することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の同期整流回路
は、図1を参照して説明すると、(1)スイッチングト
ランジスタQ1により一次巻線N1に流れる電流をオ
ン,オフするトランスT1の二次巻線N2に、この二次
巻線N2の誘起電圧によって一方がオンの時に他方がオ
フとなる整流側同期整流トランジスタQ2とフライホイ
ール側同期整流トランジスタQ3とを接続したフォワー
ド型コンバータの同期整流回路に於いて、整流側同期整
流トランジスタQ2とフライホイール側同期整流トラン
ジスタQ3とのそれぞれの寄生ダイオードd2,d3と
同一極性のショットキーダイオードSD1,SD2を、
整流側同期整流トランジスタQ2とフライホイール側同
期整流トランジスタQ3とにそれぞれ並列に接続し、且
つ整流側同期整流トランジスタQ2のゲートに抵抗R1
を接続した。
【0009】スイッチングトランジスタQ1がオフとな
ると、このスイッチングトランジスタQ1の寄生容量,
トランスT1の励磁インダクタンスと浮遊容量,整流側
同期整流トランジスタQ2及びフライホイール側同期整
流トランジスタQ3の寄生容量等による共振によって、
トランスT1の二次巻線N2に自己リセット電圧が発生
し、この電圧がフライホイール側同期整流トランジスタ
Q3のゲートに印加されるから、フライホイール側同期
整流トランジスタQ3はオン状態となり、チョークコイ
ルLの蓄積エネルギによる転流電流がフライホイール側
同期整流トランジスタQ3を介して流れる。その時、整
流側同期整流トランジスタQ2はスイッチングトランジ
スタQ1と同期してオフとなる。
【0010】スイッチングトランジスタQ1がオフの期
間中、フライホイール側同期整流トランジスタQ3をオ
ンとし、整流側同期整流トランジスタQ2のゲートに抵
抗R1を接続し、低オン抵抗のフライホイール側同期整
流トランジスタQ3を介してチョークコイルLの転流電
流が流れるように、トランスT1の二次巻線N2に誘起
する自己リセット電圧を継続して発生させるものであ
る。この場合の整流側同期整流トランジスタQ2のゲー
トに接続した抵抗R1の値を選択することにより、フラ
イホイール側同期整流トランジスタQ3のオンを継続さ
せる為の自己リセット電圧を設定することができる。
【0011】又(2)スイッチングトランジスタQ1に
より一次巻線N1に流れる電流をオン,オフするトラン
スT1の二次巻線N2に、この二次巻線N2の誘起電圧
によって一方がオンの時に他方がオフとなる整流側同期
整流トランジスタQ2とフライホイール側同期整流トラ
ンジスタQ3とを接続したフォワード型コンバータの同
期整流回路に於いて、トランスT1の一次巻線N1と並
列に一次巻線を接続した補助トランスを設け、この補助
トランスの二次巻線の誘起電圧をフライホイール側同期
整流トランジスタQ2のゲートに印加するように接続す
る。
【0012】補助トランスは、フライバック方式の構成
とし、スイッチングトランジスタQ1がオフの期間中、
補助トランスの二次巻線の誘起電圧をフライホイール側
同期整流トランジスタQ3のゲートに印加することによ
り、スイッチングトランジスタQ1と同期して整流側同
期整流トランジスタQ2がオフの期間中、フライホイー
ル側同期整流トランジスタQ3をオンとして、チョーク
コイルLの転流電流を低オン抵抗のフライホイール側同
期整流トランジスタQ3を介して流すことができる。
【0013】又(3)補助トランスの一次巻線と直列に
接続し、スイッチングトランジスタQ1と同時にオン,
オフ制御される補助スイッチングトランジスタを設ける
ことができる。スイッチングトランジスタQ1と補助ス
イッチングトランジスタとが同時にオフとなるから、ト
ランスT1の一次巻線N1と補助トランスの一次巻線と
が異なるインピーダンスを有する場合でも、それぞれの
一次巻線に流れる電流が完全にオフとなり、所望の電圧
を二次巻線に誘起させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施の形態
の説明図であり、T1はトランス、N1は一次巻線、N
2は二次巻線、Q1はスイッチングトランジスタ、Q2
は整流側同期整流トランジスタ、Q3はフライホイール
側同期整流トランジスタ、Lはチョークコイル、Cはコ
ンデンサ、PWMはパルス幅制御回路、Eは直流電源、
R1は抵抗、d1〜d3は寄生ダイオード、SD1,S
D2はショットキーダイオードである。このショットキ
ーダイオードSD1,SD2は、それぞれ寄生ダイオー
ドd2,d3と同一極性となるように、整流側同期整流
トランジスタQ2とフライホイール側同期整流トランジ
スタQ3とに並列に接続する。
【0015】トランスT1の一次巻線N1に直流電源E
とスイッチングトランジスタQ1とを接続し、パルス幅
制御回路PWMによりスイッチングトランジスタQ1の
オン,オフを制御し、スイッチングトランジスタQ1の
オンの時のトランスT1の二次巻線N2の誘起電圧を整
流側同期整流トランジスタQ2のゲートG,ソースS間
に抵抗R1を介して印加し、整流側同期整流トランジス
タQ2をオンとし、二次巻線N2の誘起電圧をチョーク
コイルLとコンデンサCとからなる平滑回路により平滑
化し、この平滑化した直流電圧を図示を省略した負荷に
供給する。
【0016】スイッチングトランジスタQ1がオフとな
ると、前述のように、トランスT1の励磁インダクタン
スと巻線の浮遊容量と各部の寄生容量とにより共振した
状態の自己リセット電圧が二次巻線N2に発生し、その
自己リセット電圧がフライホイール側同期整流トランジ
スタQ3のゲートGとソースSとの間に印加されて、フ
ライホイール側同期整流トランジスタQ3はオンとな
る。
【0017】それによって、チョークコイルLの蓄積エ
ネルギによる転流電流が、低オン抵抗のフライホイール
側同期整流トランジスタQ3を介して流れるから、電力
損失を低減することができる。又何らかの原因でフライ
ホイール側同期整流トランジスタQ3のターンオフが速
くなった場合、ショットキーダイオードZD2を介して
転流電流が流れるから、寄生ダイオードd3を介して流
れる場合に比較して、電力損失を低減することができ
る。
【0018】この場合、整流側同期整流トランジスタQ
2のゲートGに接続された抵抗R1によって、トランス
T1の二次巻線N2に誘起した自己リセット電圧の波形
を所望の形状にできることを発見した。それにより、ス
イッチングトランジスタQ1のオフに同期して整流側同
期整流トランジスタQ2がオフとなる期間中、フライホ
イール側同期整流トランジスタQ3のオンを継続させる
ことができる。
【0019】図2は本発明の第1の実施の形態の電圧,
電流の測定波形図であり、スイッチングトランジスタQ
1のドレイン電流ID とドレイン・ソース間電圧VDSと
の波形を、整流側同期整流トランジスタQ2のゲートG
に接続した抵抗R1の値を変更して測定した結果を
(a)〜(e)に示す。又VE は直流電源Eの電圧を示
す。又ドレイン・ソース間電圧VDSは、トランスT1の
二次巻線N2に誘起する自己リセット電圧と等価のもの
である。
【0020】図2の(a)は、R1=0の場合、即ち、
従来例と同様な構成の場合であり、入力電圧は50.0
2V、入力電流は1.2525A、出力電圧は5.00
5V、出力電流は10.004Aとなり、効率は79.
92%であった。又ドレイン電流ID は、スイッチング
トランジスタQ1がターンオンすることにより流れ、ド
レイン・ソース間電圧VDSは零となる。
【0021】このスイッチングトランジスタQ1がター
ンオンする直前のドレイン・ソース間電圧VDSは、直流
電源Eの電圧VE に低下している。即ち、自己リセット
電圧は、スイッチングトランジスタQ1がターンオンす
る前まで継続していないものとなる。その為に、スイッ
チングトランジスタQ1がターンオンする前にフライホ
イール側同期整流トランジスタQ3はターンオフし、転
流電流は寄生ダイオードd3に流れるか、又は図1の場
合は、ショットキーダイオードZD2に流れる。従っ
て、フライホイール側同期整流トランジスタQ3がオン
状態を継続する場合に比較して電力損失が増加する。
【0022】又(b)はR1=3.18Ωとした場合を
示す。この場合の入力電圧は50.04V、入力電流は
1.2210A、出力電圧は5.005V、出力電流は
10.003Aで、効率は81.94%となった。即
ち、R1=0の場合に比較して効率が向上している。又
ドレイン・ソース間電圧VDSは、スイッチングトランジ
スタQ1がターンオンする直前まで直流電源Eの電圧V
E より高い状態が継続し、自己リセット電圧が継続して
発生していることが判る。それによって、スイッチング
トランジスタQ1がターンオンする直前までフライホイ
ール側同期整流トランジスタQ3をオン状態とすること
ができる。
【0023】又(c)は、R1=3.6Ωとした場合を
示す。この場合の入力電圧は50.03V、入力電流は
1.1911A、出力電圧は5.005V、出力電流は
10.003Aで、効率は84.01%となった。又
(b)の場合と同様に、スイッチングトランジスタQ1
がターンオンする直前まで自己リセット電圧が継続する
ことにより、フライホイール側同期整流トランジスタQ
3はオン状態を継続し、転流電流を低オン抵抗のフライ
ホイール側同期整流トランジスタQ3を介して流すこと
ができる。従って、電力損失を低減することができる。
【0024】又(d)は、R1=8.4Ωとした場合を
示し、この場合の入力電圧は50.06V、入力電流は
1.1786A、出力電圧は5.005V、出力電流は
10.004Aで、効率は84.86%となった。この
場合も自己リセット電圧は、スイッチングトランジスタ
Q1がターンオンする直前まで継続して発生し、フライ
ホイール側同期整流トランジスタQ3のオン状態を継続
することができる。従って、低オン抵抗のフライホイー
ル側同期整流トランジスタQ3を介して転流電流が流れ
るから、電力損失を低減することができる。
【0025】又(e)は、R1=20.9Ωとした場合
を示し、入力電圧は50.07V、入力電流は1.18
32A、出力電圧は5.005V、出力電流は10.0
04Aで、効率は84.51%となった。この場合も自
己リセット電圧は、スイッチングトランジスタQ1がタ
ーンオンする直前まで継続して発生し、フライホイール
側同期整流トランジスタQ3のオン状態を継続すること
ができるが、逆に(d)に比較して、スイッチングトラ
ンジスタQ1のターンオン直前に於けるドレイン・ソー
ス間電圧VDSが高くなる為、トランジスタQ1のターン
オンロスが増えるから、効率が低下する。
【0026】前述のように、整流側同期整流トランジス
タQ2のゲートに抵抗R1を接続したことにより、自己
リセット電圧をスイッチングトランジスタQ1がターン
オンする直前まで継続して発生させ、フライホイール側
同期整流トランジスタQ3を、スイッチングトランジス
タQ1がオフの期間中、継続してオン状態として、低オ
ン抵抗のフライホイール側同期整流トランジスタQ3を
介して転流電流を流すことができるから、寄生ダイオー
ドd3又はショットキーダイオードZD2を介して転流
電流が流れる場合に比較して、電力損失を低減して効率
を向上することができる。
【0027】又抵抗R1の値によって効率が影響を受け
るから、各部の構成要素に対応してその値を選択するも
のである。又ショットキーダイオードSD1,SD2を
接続していることにより、寄生ダイオードd2,d3を
介して電流が流れるような状態が発生しても、順方向電
圧の小さいショットキーダイオードSD1,SD2側に
流れるから、電力損失を増大を回避できる。
【0028】図3は本発明の第2の実施の形態の要部説
明図であり、図1と同一符号は同一部分を示し、T2は
補助トランス、N11は一次巻線、N12は二次巻線で
ある。この補助トランスT2の一次巻線N11をトラン
スT1の一次巻線N1と並列的に接続し、補助トランス
T2の二次巻線N12をフライホイール側同期整流トラ
ンジスタQ3のゲートとソースとに接続する。
【0029】図示を省略したパルス幅制御回路PWMか
らの駆動信号によりスイッチングトランジスタQ1がオ
ンとなると、トランスT1の二次巻線N2の誘起電圧に
よって整流側同期整流トランジスタQ2がオンとなり、
チョークコイルLとコンデンサCとからなる平滑回路を
介して直流電圧が出力される。その時、補助トランスT
2の二次巻線N12の誘起電圧は、フライホイール側同
期整流トランジスタQ3をオフ状態に維持する極性とな
る。
【0030】又パルス幅制御回路PWMによりスイッチ
ングトランジスタQ1がオフとなると、トランスT2の
二次巻線N2の誘起電圧の極性が反転し、整流側同期整
流トランジスタQ2はオフとなり、又補助トランスT2
の二次巻線N12の誘起電圧によりフライホイール側同
期整流トランジスタQ3がオンとなる。それにより、チ
ョークコイルLの蓄積エネルギによる転流電流は、低オ
ン抵抗のフライホイール側同期整流トランジスタQ3を
介して流れる。この場合の補助トランスT2の二次巻線
N12の誘起電圧は、スイッチングトランジスタQ1の
ターンオン直前まで継続するから、フライホイール側同
期整流トランジスタQ3を整流側同期整流トランジスタ
Q2のオフ期間中、オン状態を継続して転流電流を流す
ことができる。
【0031】図4は本発明の第3の実施の形態の要部説
明図であり、図3と同一符号は同一部分を示し、Q4は
補助スイッチングトランジスタである。トランスT1に
比較して補助トランスT2は小型且つ小容量とすること
ができる。その場合、トランスT1の一次巻線N1と、
補助トランスT2の一次巻線N11とは、巻数及びイン
タフェースが異なるものとなり、並列接続した場合に逆
起電力の差による電流が一次巻線N1,N11間に流
れ、補助トランスT2の二次巻線N12に所望の電圧が
得られない場合がある。
【0032】そこで、トランスT1の一次巻線N1にス
イッチングトランジスタQ1を接続し、補助トランスT
2の一次巻線N11に補助スイッチングトランジスタQ
4を接続し、図示を省略したパルス幅制御回路PWMか
ら、スイッチングトランジスタQ1と補助スイッチング
トランジスタQ4とを、同時にオン,オフ制御する構成
とした。
【0033】それにより、スイッチングトランジスタQ
1と補助スイッチングトランジスタQ4とをオフとした
時に、トランスT1の一次巻線N1と、補助トランスT
2の一次巻線N11とを切り離して、逆起電力の差があ
っても、一次巻線N1,N11間に電流が流れないよう
にし、補助トランスT2の二次巻線N12に、フライホ
イール側同期整流トランジスタQ3のオン状態を継続さ
せる電圧を誘起させることができる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、フォワ
ード型コンバータの同期整流回路に於いて、整流側同期
整流トランジスタQ2のゲートに抵抗を接続したことに
より、自己リセット電圧を、スイッチングトランジスタ
Q1のターンオン直前まで継続させることができ、その
自己リセット電圧を利用してフライホイール側同期整流
トランジスタQ3をオンとし、低オン抵抗のフライホイ
ール側同期整流トランジスタQ3を介して転流電流を流
すことにより、電力損失を低減し、効率を改善すること
ができる利点がある。
【0035】又補助トランスT2を設けて、フライホイ
ール側同期整流トランジスタQ3を、スイッチングトラ
ンジスタQ1のターンオン直前まで継続してオン状態す
ることにより、低オン抵抗のフライホイール側同期整流
トランジスタQ3を介して転流電流を流すことにより、
電力損失を低減し、効率を改善することができる利点が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の電圧,電流測定波
形図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態の要部説明図であ
る。
【図4】本発明の第3の実施の形態の要部説明図であ
る。
【図5】従来例の説明図である。
【符号の説明】
Q1 スイッチングトランジスタ Q2 整流側同期整流トランジスタ Q3 フライホイール側同期整流トランジスタ T1 トランス N1 一次巻線 N2 二次巻線 SD1,SD2 ショットキーダイオード R1 抵抗 L チョークコイル C コンデンサ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチングトランジスタにより一次巻
    線に流れる電流をオン,オフするトランスの二次巻線
    に、該二次巻線の誘起電圧によって一方がオンの時に他
    方がオフとなる整流側同期整流トランジスタとフライホ
    イール側同期整流トランジスタとを接続したフォワード
    型コンバータの同期整流回路に於いて、 前記整流側同期整流トランジスタと前記フライホイール
    側同期整流トランジスタとのそれぞれの寄生ダイオード
    と同一極性のショットキーダイオードを、前記整流側同
    期整流トランジスタと前記フライホイール側同期整流ト
    ランジスタとにそれぞれ並列に接続し、 且つ前記整流側同期整流トランジスタのゲートに抵抗を
    接続したことを特徴とする同期整流回路。
  2. 【請求項2】 スイッチングトランジスタにより一次巻
    線に流れる電流をオン,オフするトランスの二次巻線
    に、該二次巻線の誘起電圧によって一方がオンの時に他
    方がオフとなる整流側同期整流トランジスタとフライホ
    イール側同期整流トランジスタとを接続したフォワード
    型コンバータの同期整流回路に於いて、 前記トランスの一次巻線と並列に一次巻線を接続した補
    助トランスを設け、該補助トランスの二次巻線の誘起電
    圧を前記フライホイール側同期整流トランジスタのゲー
    トに印加するように接続したことを特徴とする同期整流
    回路。
  3. 【請求項3】 前記補助トランスの一次巻線と直列に接
    続し、前記スイッチングトランジスタと同時にオン,オ
    フ制御される補助スイッチングトランジスタを設けたこ
    とを特徴とする請求項2記載の同期整流回路。
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