JPH09294370A - パワー絶縁ゲート形fetを用いた電源回路 - Google Patents
パワー絶縁ゲート形fetを用いた電源回路Info
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- JPH09294370A JPH09294370A JP15565896A JP15565896A JPH09294370A JP H09294370 A JPH09294370 A JP H09294370A JP 15565896 A JP15565896 A JP 15565896A JP 15565896 A JP15565896 A JP 15565896A JP H09294370 A JPH09294370 A JP H09294370A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パワーMOSFETを用いた電源回路におい
て、電圧変換用トランスの2次側の整流用、転流用パワ
ーMOSFETの同時オン期間を短縮し、電力損失の低
減と回路の高効率化を図ることにある。 【解決手段】 一石フォワード方式のパワーMOSFE
Tを用いた電源回路において、トランス4の2次側に接
続する転流用パワーMOSFET6のゲートに、トラン
ス4の電圧変化を検出する抵抗19,20とこれらの抵
抗の結合点の電位をトリガ入力としてFET6のオン期
間を制御する転流制御部18および正電源17を備えた
オン期間制御回路24を接続する。転流制御部18によ
り、FET5,6の同時オン期間前にFET6をオフさ
せ、この期間中は高速整流ダイオード7を導通させて、
本期間の電力損失を防ぎ、回路の効率を向上させる。
て、電圧変換用トランスの2次側の整流用、転流用パワ
ーMOSFETの同時オン期間を短縮し、電力損失の低
減と回路の高効率化を図ることにある。 【解決手段】 一石フォワード方式のパワーMOSFE
Tを用いた電源回路において、トランス4の2次側に接
続する転流用パワーMOSFET6のゲートに、トラン
ス4の電圧変化を検出する抵抗19,20とこれらの抵
抗の結合点の電位をトリガ入力としてFET6のオン期
間を制御する転流制御部18および正電源17を備えた
オン期間制御回路24を接続する。転流制御部18によ
り、FET5,6の同時オン期間前にFET6をオフさ
せ、この期間中は高速整流ダイオード7を導通させて、
本期間の電力損失を防ぎ、回路の効率を向上させる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はパワー絶縁ゲート形
FETを用いた電源回路に関し、特に電圧変換用トラン
スおよびスイッチング素子としてパワーMOSFETを
用いた1石フォワード方式のスイッチング電源における
同期整流回路に関する。
FETを用いた電源回路に関し、特に電圧変換用トラン
スおよびスイッチング素子としてパワーMOSFETを
用いた1石フォワード方式のスイッチング電源における
同期整流回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のスイッチング電源として
は、DC−DCコンバータに採用されているように、電
圧変換用トランスおよびパワーMOSFETを用い、そ
の出力電圧を安定化させる工夫を施した種々の回路が提
案されている。
は、DC−DCコンバータに採用されているように、電
圧変換用トランスおよびパワーMOSFETを用い、そ
の出力電圧を安定化させる工夫を施した種々の回路が提
案されている。
【0003】図5は従来の一例を示すパワーMOSFE
Tを用いた電源回路図である。図5に示すように、この
一石フォワード方式のパワーMOSFETを用いた電源
回路は、一対の入力端子1a,1b間に接続した電解コ
ンデンサ8と、1次巻線および2次巻線を備え且つ1次
巻線の一端を一方の入力端子1aに接続した電圧変換用
トランス4と、この電圧変換用トランス4の1次巻線の
他端および他方の入力端子1b間に接続したスイッチン
グ用パワーMOSFET3と、電圧変換用トランス4の
2次巻線の一端および出力端子2aの間に接続したチョ
ークコイル9と、電圧変換用トランス4の2次巻線の他
端および出力端子2bの間に接続した整流用パワーMO
SFET5と、2次巻線の一端および整流用パワーMO
SFET5のゲート間に接続したコンデンサ11と、整
流用パワーMOSFET5のゲート・ソース間に接続し
た抵抗13と、2次巻線の一端および出力端子2bの間
に並列に接続した転流用パワーMOSFET6および高
速整流ダイオード7と、転流用パワーMOSFET6の
ゲートおよび2次巻線の他端間に接続したコンデンサ1
2と、この転流用パワーMOSFET6のゲート・ソー
ス間に接続した抵抗14と、出力端子2a,2b間に接
続したコンデンサ10と、出力端子2aおよび2次巻線
の他端間の電圧を増幅する誤差増幅部25と、この誤差
増幅部25の出力により駆動されるフォトカプラ16を
介して接続され且つその出力をスイッチング用パワーM
OSFET3のゲートに帰還する帰還制御部15とを備
えている。また、各パワーMOSFET3,5,6のド
レイン(D)・ソース(S)間に接続されているダイオ
ード3′,5′,6′は、それぞれのFETの内部ダイ
オードであり、またコンデンサ11、抵抗13およびコ
ンデンサ12、抵抗14は、それぞれパワーMOSFE
T5,6の立ち上りあるいは立ち下がりの時定数を決め
る素子である。
Tを用いた電源回路図である。図5に示すように、この
一石フォワード方式のパワーMOSFETを用いた電源
回路は、一対の入力端子1a,1b間に接続した電解コ
ンデンサ8と、1次巻線および2次巻線を備え且つ1次
巻線の一端を一方の入力端子1aに接続した電圧変換用
トランス4と、この電圧変換用トランス4の1次巻線の
他端および他方の入力端子1b間に接続したスイッチン
グ用パワーMOSFET3と、電圧変換用トランス4の
2次巻線の一端および出力端子2aの間に接続したチョ
ークコイル9と、電圧変換用トランス4の2次巻線の他
端および出力端子2bの間に接続した整流用パワーMO
SFET5と、2次巻線の一端および整流用パワーMO
SFET5のゲート間に接続したコンデンサ11と、整
流用パワーMOSFET5のゲート・ソース間に接続し
た抵抗13と、2次巻線の一端および出力端子2bの間
に並列に接続した転流用パワーMOSFET6および高
速整流ダイオード7と、転流用パワーMOSFET6の
ゲートおよび2次巻線の他端間に接続したコンデンサ1
2と、この転流用パワーMOSFET6のゲート・ソー
ス間に接続した抵抗14と、出力端子2a,2b間に接
続したコンデンサ10と、出力端子2aおよび2次巻線
の他端間の電圧を増幅する誤差増幅部25と、この誤差
増幅部25の出力により駆動されるフォトカプラ16を
介して接続され且つその出力をスイッチング用パワーM
OSFET3のゲートに帰還する帰還制御部15とを備
えている。また、各パワーMOSFET3,5,6のド
レイン(D)・ソース(S)間に接続されているダイオ
ード3′,5′,6′は、それぞれのFETの内部ダイ
オードであり、またコンデンサ11、抵抗13およびコ
ンデンサ12、抵抗14は、それぞれパワーMOSFE
T5,6の立ち上りあるいは立ち下がりの時定数を決め
る素子である。
【0004】なお、ここでは帰還制御部15について
は、簡略化して示しているが、通常この帰還制御部15
は、電源専用の制御ICで形成され、内部には発振回
路、PWMコンパレータ、電源部などを備え、図示して
いない起動抵抗や発振周波数を決定するための抵抗、コ
ンデンサを介して入力端子1a,1b間に接続されると
ともに、フォトカプラ16の出力および前記発振回路の
出力を比較するコンパレータ出力によるスイッチングパ
ワーMOSFET3をオン・オフ制御する機能を有して
いる。すなわち、トランス4の2次側の出力電圧により
上記コンパレータの入力レベルを変えており、例えば出
力電圧が高くなると、パワーMOSFET3のオン幅を
狭くするように制御し、それによって出力電圧を低くな
るように安定化させている。
は、簡略化して示しているが、通常この帰還制御部15
は、電源専用の制御ICで形成され、内部には発振回
路、PWMコンパレータ、電源部などを備え、図示して
いない起動抵抗や発振周波数を決定するための抵抗、コ
ンデンサを介して入力端子1a,1b間に接続されると
ともに、フォトカプラ16の出力および前記発振回路の
出力を比較するコンパレータ出力によるスイッチングパ
ワーMOSFET3をオン・オフ制御する機能を有して
いる。すなわち、トランス4の2次側の出力電圧により
上記コンパレータの入力レベルを変えており、例えば出
力電圧が高くなると、パワーMOSFET3のオン幅を
狭くするように制御し、それによって出力電圧を低くな
るように安定化させている。
【0005】要するに、スイッチングパワーMOSFE
T3は、そのゲート信号として、連続する矩形波が供給
されることにより、オン・オフ動作を繰返す。
T3は、そのゲート信号として、連続する矩形波が供給
されることにより、オン・オフ動作を繰返す。
【0006】まず、入力端子1a,1bには、常時直流
電圧(1a側が+、1b側が−)が印加されるが、1次
側のスイッチングパワーMOSFET3がオンすると、
2次側の整流用パワーMOSFET5はそのゲート・ソ
ース電極間が順方向にバイアスされ、オンする。このた
め、電圧変換用トランス4、チョークコイル9、コンデ
ンサ10、整流用パワーMOSFET5からなる閉回路
に電流が流れ、出力端子2a,2bを介して外部に直流
電圧を供給する。
電圧(1a側が+、1b側が−)が印加されるが、1次
側のスイッチングパワーMOSFET3がオンすると、
2次側の整流用パワーMOSFET5はそのゲート・ソ
ース電極間が順方向にバイアスされ、オンする。このた
め、電圧変換用トランス4、チョークコイル9、コンデ
ンサ10、整流用パワーMOSFET5からなる閉回路
に電流が流れ、出力端子2a,2bを介して外部に直流
電圧を供給する。
【0007】次いで、1次側のパワーMOSFET3が
オフすると、2次側の整流用パワーMOSFET5はそ
のゲート・ソース電極間が逆方向にバイアスされるの
で、オフする。このとき、転流用パワーMOSFET6
はそのゲート・ソース電極間が順方向にバイアスされ、
オンする。したがって、整流用パワーMOSFET5の
オン時にチョークコイル9に蓄積されたエネルギーは、
チョークコイル9、コンデンサ10、転流用パワーMO
SFET6からなる閉回路に回生され、出力端子2a,
2bを介して外部に直流電圧を供給する。
オフすると、2次側の整流用パワーMOSFET5はそ
のゲート・ソース電極間が逆方向にバイアスされるの
で、オフする。このとき、転流用パワーMOSFET6
はそのゲート・ソース電極間が順方向にバイアスされ、
オンする。したがって、整流用パワーMOSFET5の
オン時にチョークコイル9に蓄積されたエネルギーは、
チョークコイル9、コンデンサ10、転流用パワーMO
SFET6からなる閉回路に回生され、出力端子2a,
2bを介して外部に直流電圧を供給する。
【0008】このように、パワーMOSFET3のオン
・オフの繰り返しにより、外部回路に一定の電力が供給
される。
・オフの繰り返しにより、外部回路に一定の電力が供給
される。
【0009】図6(a)、(b)はそれぞれ図5におけ
るパワーMOSFETの電流特性を説明するためのタイ
ミング図およびそのB部分の一部拡大図である。図6
(a)に示すように、これらの電流特性は整流用パワー
MOSFET5および転流用パワーMOSFET6のド
レイン電流特性を示すが、一石フォワード方式のスイッ
チング電源回路において、同期整流回路を構成する2次
側の転流用パワーMOSFET6がオンからオフ状態に
変わる際に、このFET6のドレイン・ソース電極間は
逆バイアス状態にも関わらず、転流用パワーMOSFE
T6のソース・ドレイン間に内蔵される内部ダイオード
6′により、内部ダイオード6′、チョークコイル9、
コンデンサ10の閉回路を形成するので、逆回復期間が
存在する。すなわち、整流用パワーMOSFET5およ
び転流用パワーMOSFET6が同時にオンしてしま
う。このことは、点線枠Bで示すように、FET5のド
レイン電流ID とFET6のドレイン電流ID (互いに
逆方向)が同時に流れることを意味している。
るパワーMOSFETの電流特性を説明するためのタイ
ミング図およびそのB部分の一部拡大図である。図6
(a)に示すように、これらの電流特性は整流用パワー
MOSFET5および転流用パワーMOSFET6のド
レイン電流特性を示すが、一石フォワード方式のスイッ
チング電源回路において、同期整流回路を構成する2次
側の転流用パワーMOSFET6がオンからオフ状態に
変わる際に、このFET6のドレイン・ソース電極間は
逆バイアス状態にも関わらず、転流用パワーMOSFE
T6のソース・ドレイン間に内蔵される内部ダイオード
6′により、内部ダイオード6′、チョークコイル9、
コンデンサ10の閉回路を形成するので、逆回復期間が
存在する。すなわち、整流用パワーMOSFET5およ
び転流用パワーMOSFET6が同時にオンしてしま
う。このことは、点線枠Bで示すように、FET5のド
レイン電流ID とFET6のドレイン電流ID (互いに
逆方向)が同時に流れることを意味している。
【0010】また、図6(b)に示すように、同時オン
期間BにおけるFET6のソース・ドレイン電流ISDと
ソース・ドレイン電圧VSDの関係は、逆回復期間T2が
存在するため、互いに逆の関係にある。またFET5に
ついての電流・電圧特性は省略しているが、FET6と
電流・電圧特性が逆になるだけで同様である。すなわ
ち、FET5,6が同時にオンしているオーバーラップ
期間が長くなることを意味している。
期間BにおけるFET6のソース・ドレイン電流ISDと
ソース・ドレイン電圧VSDの関係は、逆回復期間T2が
存在するため、互いに逆の関係にある。またFET5に
ついての電流・電圧特性は省略しているが、FET6と
電流・電圧特性が逆になるだけで同様である。すなわ
ち、FET5,6が同時にオンしているオーバーラップ
期間が長くなることを意味している。
【0011】このために、転流用パワーMOSFET6
は、そのソース・ドレイン間へ、逆回復時T2の損失を
低減するために、順方向に且つ並列に高速整流ダイオー
ド7を接続しているが、この転流用パワーMOSFET
6のオン期間には内部ダイオード6′に電流が流れる。
しかし、その内部ダイオード6′を用いても、逆回復期
間T2が長いため、逆回復期間中の電力損失が増大し、
回路の効率を低下してしまう。このことは、図6(b)
においてソースからドレインに流れる電流ISDとソース
・ドレイン間に加わる電圧VSDのオーバーラップする期
間が長くなることを意味している。
は、そのソース・ドレイン間へ、逆回復時T2の損失を
低減するために、順方向に且つ並列に高速整流ダイオー
ド7を接続しているが、この転流用パワーMOSFET
6のオン期間には内部ダイオード6′に電流が流れる。
しかし、その内部ダイオード6′を用いても、逆回復期
間T2が長いため、逆回復期間中の電力損失が増大し、
回路の効率を低下してしまう。このことは、図6(b)
においてソースからドレインに流れる電流ISDとソース
・ドレイン間に加わる電圧VSDのオーバーラップする期
間が長くなることを意味している。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のパワー
MOSFETを用いた電源回路は、図6(b)を参照す
れば明らかなように、電圧変換用トランスの2次側に設
けられる2つの整流用および転流用パワーMOSFET
が同時にオンしている期間が長い。このため、2つのパ
ワーMOSFETを用いた同期整流回路では、電力損失
が増大し、回路の効率が低下するという欠点がある。
MOSFETを用いた電源回路は、図6(b)を参照す
れば明らかなように、電圧変換用トランスの2次側に設
けられる2つの整流用および転流用パワーMOSFET
が同時にオンしている期間が長い。このため、2つのパ
ワーMOSFETを用いた同期整流回路では、電力損失
が増大し、回路の効率が低下するという欠点がある。
【0013】このような問題を解決する公知例として図
7に示す2次側のパワーMOSFET5″および6″と
1次側のパワーMOSFET3″を同時に駆動する制御
回路25″を備えたスイッチングレギュレータが提案さ
れている(特開昭60−59973号公報)。
7に示す2次側のパワーMOSFET5″および6″と
1次側のパワーMOSFET3″を同時に駆動する制御
回路25″を備えたスイッチングレギュレータが提案さ
れている(特開昭60−59973号公報)。
【0014】この例では、2次側の整流用及び平滑用パ
ワーMOSFET5″及び6″の同時オン期間を、駆動
回路25″で制御する内容であるが、その制御方法、タ
イミングチャートについては具体化されておらず不明で
ある。
ワーMOSFET5″及び6″の同時オン期間を、駆動
回路25″で制御する内容であるが、その制御方法、タ
イミングチャートについては具体化されておらず不明で
ある。
【0015】また、公知例ではMOSFETの短絡期間
がほとんどなくなると明記してあるが、実際には内部ダ
イオードの逆回復期間が存在し、この逆回復期間をいか
に短くするかが大きな課題であり、この点の改善策につ
いてはふれられていない。
がほとんどなくなると明記してあるが、実際には内部ダ
イオードの逆回復期間が存在し、この逆回復期間をいか
に短くするかが大きな課題であり、この点の改善策につ
いてはふれられていない。
【0016】なお、図7において、8″は入力端子1a
及び1b間に接続された平滑用コンデンサ、24″は整
流素子(ダイオード)、26″はパルス幅変調回路、2
7″はパルス幅変調回路26″の繰り返し周期を決める
発振回路である。
及び1b間に接続された平滑用コンデンサ、24″は整
流素子(ダイオード)、26″はパルス幅変調回路、2
7″はパルス幅変調回路26″の繰り返し周期を決める
発振回路である。
【0017】本発明の目的は、電圧変換用トランスの2
次側に設けられる2つのパワー絶縁ゲート形FETの同
時オン期間を短縮し、電力損失の低減および回路の効率
化を実現するパワー絶縁ゲート形FETを用いた電源回
路を提供することにある。
次側に設けられる2つのパワー絶縁ゲート形FETの同
時オン期間を短縮し、電力損失の低減および回路の効率
化を実現するパワー絶縁ゲート形FETを用いた電源回
路を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、一対の
入力端子間に接続した電解コンデンサと、1次巻線およ
び2次巻線を備え且つ前記1次巻線の一端を前記一対の
入力端子の一方に接続した電圧変換用トランスと、前記
電圧変換用トランスの前記1次巻線の他端および前記一
対の入力端子の他方の間に接続したスイッチング用パワ
ー絶縁ゲート形FETと、前記電圧変換用トランスの前
記2次巻線の一端および一対の出力端子の一方の間に接
続したチョークコイルと、前記電圧変換用トランスの前
記2次巻線の他端および前記一対の出力端子の他方の間
に接続した整流用パワー絶縁ゲート形FETと、前記2
次巻線の前記一端および前記整流用パワー絶縁ゲート形
FETのゲート間に接続した第1のコンデンサと、前記
2次巻線の一端および前記出力端子の他方の間に並列に
接続した転流用パワー絶縁ゲート形FETおよび高速整
流ダイオードと、前記一対の出力端子間に接続した第2
のコンデンサと、前記一対の出力端子の前記一方および
前記2次巻線の他端に接続される誤差増幅部と、前記誤
差増幅部の出力により駆動されるフォトカプラを介して
接続され且つその出力を前記スイッチング用パワー絶縁
ゲート形FETのゲートに帰還する帰還制御部とを備
え、前記出力端子間に一定の電圧を供給するパワー絶縁
ゲート形FETを用いた電源回路において、前記電圧変
換用トランスの前記2次巻線の両端および前記転流用パ
ワー絶縁ゲート形FETのゲート間に、前記2次巻線側
の電圧変化を検出し且つ前記転流用パワー絶縁ゲート形
FETのオン期間を制御するオン期間制御回路を接続し
たことを特徴とするパワー絶縁ゲート形FETを用いた
電源回路が得られる。
入力端子間に接続した電解コンデンサと、1次巻線およ
び2次巻線を備え且つ前記1次巻線の一端を前記一対の
入力端子の一方に接続した電圧変換用トランスと、前記
電圧変換用トランスの前記1次巻線の他端および前記一
対の入力端子の他方の間に接続したスイッチング用パワ
ー絶縁ゲート形FETと、前記電圧変換用トランスの前
記2次巻線の一端および一対の出力端子の一方の間に接
続したチョークコイルと、前記電圧変換用トランスの前
記2次巻線の他端および前記一対の出力端子の他方の間
に接続した整流用パワー絶縁ゲート形FETと、前記2
次巻線の前記一端および前記整流用パワー絶縁ゲート形
FETのゲート間に接続した第1のコンデンサと、前記
2次巻線の一端および前記出力端子の他方の間に並列に
接続した転流用パワー絶縁ゲート形FETおよび高速整
流ダイオードと、前記一対の出力端子間に接続した第2
のコンデンサと、前記一対の出力端子の前記一方および
前記2次巻線の他端に接続される誤差増幅部と、前記誤
差増幅部の出力により駆動されるフォトカプラを介して
接続され且つその出力を前記スイッチング用パワー絶縁
ゲート形FETのゲートに帰還する帰還制御部とを備
え、前記出力端子間に一定の電圧を供給するパワー絶縁
ゲート形FETを用いた電源回路において、前記電圧変
換用トランスの前記2次巻線の両端および前記転流用パ
ワー絶縁ゲート形FETのゲート間に、前記2次巻線側
の電圧変化を検出し且つ前記転流用パワー絶縁ゲート形
FETのオン期間を制御するオン期間制御回路を接続し
たことを特徴とするパワー絶縁ゲート形FETを用いた
電源回路が得られる。
【0019】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
【0020】図1は本発明の第1の実施例によるパワー
MOSFETを用いた電源回路を示している。図1に示
すように、このパワーMOSFETを用いた電源回路
は、前述した図5の従来例の電源回路と同様、入力端子
1a,1b間にスイッチング用パワーMOSFET3
と、電圧変換用トランス4の1次巻線と、電解コンデン
サ8とを接続し、2次側には同様に整流用パワーMOS
FET5と、転流用パワーMOSFET6と、高速ダイ
オード7と、コンデンサ10とを接続する。また、出力
を含む2次側からは、誤差増幅器25、フォトカプラ1
6を介し、入力側に設けたスイッチング用パワーMOS
FET3を制御するための帰還制御部15を備えてい
る。なお、これらは、前述した従来例と同様であり、そ
の具体的説明は省略する。
MOSFETを用いた電源回路を示している。図1に示
すように、このパワーMOSFETを用いた電源回路
は、前述した図5の従来例の電源回路と同様、入力端子
1a,1b間にスイッチング用パワーMOSFET3
と、電圧変換用トランス4の1次巻線と、電解コンデン
サ8とを接続し、2次側には同様に整流用パワーMOS
FET5と、転流用パワーMOSFET6と、高速ダイ
オード7と、コンデンサ10とを接続する。また、出力
を含む2次側からは、誤差増幅器25、フォトカプラ1
6を介し、入力側に設けたスイッチング用パワーMOS
FET3を制御するための帰還制御部15を備えてい
る。なお、これらは、前述した従来例と同様であり、そ
の具体的説明は省略する。
【0021】本実施例においては、これらに加えて、電
圧変換用トランス4の2次巻線の両端および転流用パワ
ーMOSFET6のゲート間に、2次巻線側の電圧変化
を検出し且つ転流用パワーMOSFET6のオン期間を
制御するオン期間制御回路24を接続したことにある。
このオン期間制御回路24は、主として2次巻線側の電
圧変化を検出する抵抗19,20と、これら抵抗19,
20の接続点の電圧により出力電圧を変化させる転流制
御部18と、これら抵抗19,20および転流制御部1
8の電位を規制する正電源17とから構成され、さらに
時定数調整用の抵抗21,22およびコンデンサ23を
備えている。これら抵抗22、コンデンサ23は転流制
御部18の出力電圧を規定する素子である。また、その
転流制御部18は、出力端子2bの電位を反転するイン
バータINVと、抵抗19,20の結合点の電位および
インバータINVの出力の論理積をとるAND回路と、
このAND回路の出力により転流用パワーMOSFET
6の制御電位を出力するフリップフロップFFとから形
成され、本実施例ではCMOS論理ICが用いられる。
圧変換用トランス4の2次巻線の両端および転流用パワ
ーMOSFET6のゲート間に、2次巻線側の電圧変化
を検出し且つ転流用パワーMOSFET6のオン期間を
制御するオン期間制御回路24を接続したことにある。
このオン期間制御回路24は、主として2次巻線側の電
圧変化を検出する抵抗19,20と、これら抵抗19,
20の接続点の電圧により出力電圧を変化させる転流制
御部18と、これら抵抗19,20および転流制御部1
8の電位を規制する正電源17とから構成され、さらに
時定数調整用の抵抗21,22およびコンデンサ23を
備えている。これら抵抗22、コンデンサ23は転流制
御部18の出力電圧を規定する素子である。また、その
転流制御部18は、出力端子2bの電位を反転するイン
バータINVと、抵抗19,20の結合点の電位および
インバータINVの出力の論理積をとるAND回路と、
このAND回路の出力により転流用パワーMOSFET
6の制御電位を出力するフリップフロップFFとから形
成され、本実施例ではCMOS論理ICが用いられる。
【0022】要するに、本実施例は、転流用パワーMO
SFET6のゲート電極に、前段となる電圧変換用トラ
ンス4の2次側の電圧変化を抵抗分割によって検出する
部品19,20と、転流用パワーMOSFET6のオン
期間を制御する転流制御部18とを接続し、しかもこの
転流制御部18に駆動用の正電源17を接続したことに
ある。
SFET6のゲート電極に、前段となる電圧変換用トラ
ンス4の2次側の電圧変化を抵抗分割によって検出する
部品19,20と、転流用パワーMOSFET6のオン
期間を制御する転流制御部18とを接続し、しかもこの
転流制御部18に駆動用の正電源17を接続したことに
ある。
【0023】図2(a),(b)はそれぞれ図1におけ
るパワーMOSFETの電流特性と各点の電位を説明す
るためのタイミング図およびA部分の拡大図である。図
2(a)に示すように、これらの特性はパワーMOSF
ET5,6のドレイン電流ID と、抵抗19,20の接
続点の電位VAと、パワーMOSFET6のゲート電位
VBとを表わし、また図2(b)においては、A部分を
拡大し、逆回復期間T1Aと、パワーMOSFET5,
6が同時にオンする同時オン期間を表わしている。
るパワーMOSFETの電流特性と各点の電位を説明す
るためのタイミング図およびA部分の拡大図である。図
2(a)に示すように、これらの特性はパワーMOSF
ET5,6のドレイン電流ID と、抵抗19,20の接
続点の電位VAと、パワーMOSFET6のゲート電位
VBとを表わし、また図2(b)においては、A部分を
拡大し、逆回復期間T1Aと、パワーMOSFET5,
6が同時にオンする同時オン期間を表わしている。
【0024】また、図2(b)における電流ISDは転流
用パワーMOSFET6のソース・ドレイン電流を、ま
た電圧VSDは転流用パワーMOSFET6のソース・ド
レイン電圧を表わし、転流制御部18を付加すること
で、電流ISDと電圧VSDのオーバーラップする時間を短
縮し、もって同時オン期間を短かくする。
用パワーMOSFET6のソース・ドレイン電流を、ま
た電圧VSDは転流用パワーMOSFET6のソース・ド
レイン電圧を表わし、転流制御部18を付加すること
で、電流ISDと電圧VSDのオーバーラップする時間を短
縮し、もって同時オン期間を短かくする。
【0025】以下、図1および図2を参照して回路動作
をより具体的に説明する。
をより具体的に説明する。
【0026】まず、トランス4の1次側に設けたスイッ
チング素子としてのパワーMOSFET3がオンする
と、その2次側に接続される整流用パワーMOSFET
5のゲート・ソース電極間が順方向にバイアスされ、オ
ンする。そのため、電圧変換用トランス4、チョークコ
イル9、コンデンサ10、整流用パワーMOSFET5
からなる閉回路に電流が流れ、出力端子2a,2bを介
して外部回路に電力を供給する。このとき、抵抗19,
20の接続点VAの電位はハイレベルになるが、転流制
御部18の出力(VB)は、AND回路およびフリップ
フロップFFを介しているので、ロウ(0)レベルにな
る。したがって、転流制御部18を備えた駆動回路24
は転流用パワーMOSFET6を駆動しない。
チング素子としてのパワーMOSFET3がオンする
と、その2次側に接続される整流用パワーMOSFET
5のゲート・ソース電極間が順方向にバイアスされ、オ
ンする。そのため、電圧変換用トランス4、チョークコ
イル9、コンデンサ10、整流用パワーMOSFET5
からなる閉回路に電流が流れ、出力端子2a,2bを介
して外部回路に電力を供給する。このとき、抵抗19,
20の接続点VAの電位はハイレベルになるが、転流制
御部18の出力(VB)は、AND回路およびフリップ
フロップFFを介しているので、ロウ(0)レベルにな
る。したがって、転流制御部18を備えた駆動回路24
は転流用パワーMOSFET6を駆動しない。
【0027】次に、1次側のパワーMOSFET3がオ
フすると、2次側の整流用パワーMOSFET5のゲー
ト・ソース電極間は逆方向にバイアスされるので、この
整流用パワーMOSFET5はオフとなり、接続点VA
の電位も0レベルに下がる。すなわち、この時点が転流
制御部18へのトリガポイントとなる。また、整流用パ
ワーMOSFET5とは逆に、転流用パワーMOSFE
T6のゲート・ソース電極間が転流用制御部18の出力
により順方向にバイアスされるため、転流用パワーMO
SFET6はオンする。よって、整流用パワーMOSF
ET5のオン時にチョークコイル9に蓄積されたエネル
ギーは、チョークコイル9、コンデンサ10、転流用パ
ワーMOSFET6からなる閉回路に回生され、出力端
子2a,2bより外部回路に電力供給される。
フすると、2次側の整流用パワーMOSFET5のゲー
ト・ソース電極間は逆方向にバイアスされるので、この
整流用パワーMOSFET5はオフとなり、接続点VA
の電位も0レベルに下がる。すなわち、この時点が転流
制御部18へのトリガポイントとなる。また、整流用パ
ワーMOSFET5とは逆に、転流用パワーMOSFE
T6のゲート・ソース電極間が転流用制御部18の出力
により順方向にバイアスされるため、転流用パワーMO
SFET6はオンする。よって、整流用パワーMOSF
ET5のオン時にチョークコイル9に蓄積されたエネル
ギーは、チョークコイル9、コンデンサ10、転流用パ
ワーMOSFET6からなる閉回路に回生され、出力端
子2a,2bより外部回路に電力供給される。
【0028】この回生期間において、電圧変換用トラン
ス4の電圧変化を利用し、整流用パワーMOSFET5
がオフしたポイントを電圧変換用トランス4の両端の電
圧より検出する。すなわち、VA点の電位(ロウレベ
ル)を転流制御部18にトリガ信号として入力すること
により、転流用パワーMOSFET6はオンする。この
転流用パワーMOSFET6のオン期間は、このMOS
FET6の「ターンオフ時間」(FET6が完全にオフ
となる時間)<「デッドタイム」になるように、転流制
御部18に接続される抵抗22およびコンデンサ23の
定数を設定し、逆回復期間T1時(すなわち、パワーM
OSFET5,6の同時オン時)には、転流用パワーM
OSFET6がオフ状態になる。したがって、転流用パ
ワーMOSFET6の内部ダイオード6′には電流が流
れず、高速整流ダイオード7を導通させることにより、
この期間の電力損失を低減することができ、回路の効率
向上を図ることができる。
ス4の電圧変化を利用し、整流用パワーMOSFET5
がオフしたポイントを電圧変換用トランス4の両端の電
圧より検出する。すなわち、VA点の電位(ロウレベ
ル)を転流制御部18にトリガ信号として入力すること
により、転流用パワーMOSFET6はオンする。この
転流用パワーMOSFET6のオン期間は、このMOS
FET6の「ターンオフ時間」(FET6が完全にオフ
となる時間)<「デッドタイム」になるように、転流制
御部18に接続される抵抗22およびコンデンサ23の
定数を設定し、逆回復期間T1時(すなわち、パワーM
OSFET5,6の同時オン時)には、転流用パワーM
OSFET6がオフ状態になる。したがって、転流用パ
ワーMOSFET6の内部ダイオード6′には電流が流
れず、高速整流ダイオード7を導通させることにより、
この期間の電力損失を低減することができ、回路の効率
向上を図ることができる。
【0029】図3は本発明の第2の実施例によるパワー
MOSFETを用いた電源回路を示す。図3において、
第1の実施例とは転流用パワーMOSFET6のオン期
間を制御するオン期間制御回路(遅延回路)24を抵抗
20、コンデンサ24′、DIAC(Diode AC
Switch)25′、及びSCR(Silicon
Controlled Rectifier)26で
構成する。
MOSFETを用いた電源回路を示す。図3において、
第1の実施例とは転流用パワーMOSFET6のオン期
間を制御するオン期間制御回路(遅延回路)24を抵抗
20、コンデンサ24′、DIAC(Diode AC
Switch)25′、及びSCR(Silicon
Controlled Rectifier)26で
構成する。
【0030】次に図3の実施例の動作を図4をも参照し
て説明する。
て説明する。
【0031】2次側の基本動作は第1の実施例と同じで
あり、オン期間制御回路(遅延回路)24の動作につい
て説明する。
あり、オン期間制御回路(遅延回路)24の動作につい
て説明する。
【0032】整流用パワーMOSFET5がオフ、転流
用パワーMOSFET6がオン状態の回生期間におい
て、電圧変換トランス4の2次側のb点は正の電圧であ
り、抵抗20を通してコンデンサ24′に電荷が蓄積さ
れる。抵抗20とコンデンサ24の中点cの電圧がDI
AC25′のブレークオーバー電圧以上になるとDIA
C25′がオンし、SCR26のゲートにトリガ電流を
供給し、SCR26がオンする。SCR26のアノード
及びカソードは転流用パワーMOSFET6のゲート及
びソースに接続されている。SCR26がオンすると転
流用パワーMOSFET6のゲート・ソース間電圧がほ
ぼ0Vになり、転流用パワーMOSFET6はオフす
る。以上のように転流用パワーMOSFET6のオン期
間は、抵抗20とコンデンサ24′の時定数によって設
定でき、第1の実施例と同じく逆回復時間の短縮化が図
れる。
用パワーMOSFET6がオン状態の回生期間におい
て、電圧変換トランス4の2次側のb点は正の電圧であ
り、抵抗20を通してコンデンサ24′に電荷が蓄積さ
れる。抵抗20とコンデンサ24の中点cの電圧がDI
AC25′のブレークオーバー電圧以上になるとDIA
C25′がオンし、SCR26のゲートにトリガ電流を
供給し、SCR26がオンする。SCR26のアノード
及びカソードは転流用パワーMOSFET6のゲート及
びソースに接続されている。SCR26がオンすると転
流用パワーMOSFET6のゲート・ソース間電圧がほ
ぼ0Vになり、転流用パワーMOSFET6はオフす
る。以上のように転流用パワーMOSFET6のオン期
間は、抵抗20とコンデンサ24′の時定数によって設
定でき、第1の実施例と同じく逆回復時間の短縮化が図
れる。
【0033】本実施例では、第1の実施例に対し、抵抗
20、コンデンサ24′、DIAC25′、SCR26
の部品で構成でき、特に第1の実施例のように制御用に
ICを用いていないため三端子レギュレータなどの安定
化電源回路が不要であり、より小型化が図れる。
20、コンデンサ24′、DIAC25′、SCR26
の部品で構成でき、特に第1の実施例のように制御用に
ICを用いていないため三端子レギュレータなどの安定
化電源回路が不要であり、より小型化が図れる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のパワーM
OSFETを用いた電源回路は、電圧変換用トランスの
2次側に接続する整流用パワーMOSFETおよび転流
用パワーMOSFETの同時オン期間前に転流用パワー
MOSFETをオフさせ、高速整流ダイオードを導通さ
せる転流制御部を設けることにより、この期間の電力損
失を低減させるとともに、回路の効率向上を実現できる
という効果がある。
OSFETを用いた電源回路は、電圧変換用トランスの
2次側に接続する整流用パワーMOSFETおよび転流
用パワーMOSFETの同時オン期間前に転流用パワー
MOSFETをオフさせ、高速整流ダイオードを導通さ
せる転流制御部を設けることにより、この期間の電力損
失を低減させるとともに、回路の効率向上を実現できる
という効果がある。
【0035】また、オン期間制御回路を抵抗、コンデン
サ、DIAC、SCRで構成した場合、安定化電源回路
が不要であり、より小型化が図れる効果がある。
サ、DIAC、SCRで構成した場合、安定化電源回路
が不要であり、より小型化が図れる効果がある。
【図1】本発明の第1の実施例によるパワーMOSFE
Tを用いた電源回路のブロック図である。
Tを用いた電源回路のブロック図である。
【図2】図1におけるパワーMOSFETの電流特性お
よび各点の電位を説明するためのタイミング図である。
よび各点の電位を説明するためのタイミング図である。
【図3】本発明の第2の実施例によるパワーMOSFE
Tを用いた電源回路のブロック図である。
Tを用いた電源回路のブロック図である。
【図4】図3の電源回路の動作を説明するためのタイミ
ング図である。
ング図である。
【図5】従来のパワーMOSFETを用いた電源回路の
ブロック図である。
ブロック図である。
【図6】図5におけるパワーMOSFETの電流特性を
説明するためのタイミング図である。
説明するためのタイミング図である。
【図7】図7はもう一つの従来例のブロック図である。
1a,1b 入力端子 2a,2b 出力端子 3 スイッチング用パワーMOSFET 3′,5′,6′ 内部ダイオード 4 電圧変換用トランス 5 整流用パワーMOSFET 6 転流用パワーMOSFET 7 高速整流ダイオード 8 電解コンデンサ 9 チョークコイル 10,11 コンデンサ 15 帰還制御部 16 フォトカプラ 17 正電源 18 転流制御部 19,20 電圧検出抵抗 24 オン期間制御回路 24′ コンデンサ 25 誤差増幅部 25′ DIAC 26 SCR
Claims (4)
- 【請求項1】 一対の入力端子間に接続した電解コンデ
ンサと、1次巻線および2次巻線を備え且つ前記1次巻
線の一端を前記一対の入力端子の一方に接続した電圧変
換用トランスと、前記電圧変換用トランスの前記1次巻
線の他端および前記一対の入力端子の他方の間に接続し
たスイッチング用パワー絶縁ゲート形FETと、前記電
圧変換用トランスの前記2次巻線の一端および一対の出
力端子の一方の間に接続したチョークコイルと、前記電
圧変換用トランスの前記2次巻線の他端および前記一対
の出力端子の他方の間に接続した整流用パワー絶縁ゲー
ト形FETと、前記2次巻線の前記一端および前記整流
用パワー絶縁ゲート形FETのゲート間に接続した第1
のコンデンサと、前記2次巻線の一端および前記出力端
子の他方の間に並列に接続した転流用パワー絶縁ゲート
形FETおよび高速整流ダイオードと、前記一対の出力
端子間に接続した第2のコンデンサと、前記一対の出力
端子の前記一方および前記2次巻線の他端に接続される
誤差増幅部と、前記誤差増幅部の出力により駆動される
フォトカプラを介して接続され且つその出力を前記スイ
ッチング用パワー絶縁ゲート形FETのゲートに帰還す
る帰還制御部とを備え、前記出力端子間に一定の電圧を
供給するパワー絶縁ゲート形FETを用いた電源回路に
おいて、前記電圧変換用トランスの前記2次巻線の両端
および前記転流用パワー絶縁ゲート形FETのゲート間
に、前記2次巻線側の電圧変化を検出し且つ前記転流用
パワー絶縁ゲート形FETのオン期間を制御するオン期
間制御回路を接続したことを特徴とするパワー絶縁ゲー
ト形FETを用いた電源回路。 - 【請求項2】 前記オン期間制御回路は、前記2次巻線
側の電圧変化を検出する抵抗手段と、前記抵抗手段の電
圧により出力電圧を変化させる転流制御部と、前記抵抗
手段および前記転流制御部の電位を規制する正電源とか
ら構成した請求項1記載のパワー絶縁ゲート形FETを
用いた電源回路。 - 【請求項3】 前記転流制御部は、前記出力端子の前記
他端の電位を反転するインバータと、前記抵抗手段の結
合電位および前記インバータの出力の論理積をとるAN
D回路と、前記AND回路の出力により前記転流用パワ
ー絶縁ゲート形FETの制御電位を出力するフリップフ
ロップとからなる請求項2記載のパワー絶縁ゲート形F
ETを用いた電源回路。 - 【請求項4】 前記オン期間制御回路は、前記電圧変換
用トランスの前記2次巻線の両端間に接続された抵抗及
びコンデンサの直列接続回路と、前記抵抗及び前記コン
デンサの接続点に接続された第1の端子と、第2の端子
とを備えると共にブレークオーバー電圧を有し、前記第
1の端子の電圧が前記ブレークオーバー電圧以上になる
と、オンし、前記第2の端子にトリガ電流を出力するD
IACと、前記第2の端子に接続されたゲートと、前記
一対の出力端子の前記他方に接続されたカソードと、前
記転流用パワー絶縁ゲート形FETのゲートに接続され
たアノードとを備え、前記トリガ電流をゲートに供給さ
れると、オンし、前記転流用パワー絶縁ゲート形FET
をオフさせるSCRとを有し、前記転流用パワー絶縁ゲ
ート形FETのオン期間が前記抵抗及びコンデンサの直
列接続回路の時定数によって決定されることを特徴とす
る請求項1に記載のパワー絶縁ゲート形FETを用いた
電源回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15565896A JP2882472B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-06-17 | パワー絶縁ゲート形fetを用いた電源回路 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-41395 | 1996-02-28 | ||
| JP4139596 | 1996-02-28 | ||
| JP15565896A JP2882472B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-06-17 | パワー絶縁ゲート形fetを用いた電源回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09294370A true JPH09294370A (ja) | 1997-11-11 |
| JP2882472B2 JP2882472B2 (ja) | 1999-04-12 |
Family
ID=26381000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15565896A Expired - Fee Related JP2882472B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-06-17 | パワー絶縁ゲート形fetを用いた電源回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2882472B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11196571A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-21 | Toshiba Corp | スイッチング電源装置 |
| WO2014049754A1 (ja) * | 2012-09-26 | 2014-04-03 | 富士通株式会社 | 電圧変換装置および同期整流回路 |
| US10741546B2 (en) | 2018-06-29 | 2020-08-11 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
-
1996
- 1996-06-17 JP JP15565896A patent/JP2882472B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11196571A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-21 | Toshiba Corp | スイッチング電源装置 |
| WO2014049754A1 (ja) * | 2012-09-26 | 2014-04-03 | 富士通株式会社 | 電圧変換装置および同期整流回路 |
| US10741546B2 (en) | 2018-06-29 | 2020-08-11 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2882472B2 (ja) | 1999-04-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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