JPH11187653A - 同期整流回路およびこの同期整流回路を用いたdc−dcコンバータ - Google Patents

同期整流回路およびこの同期整流回路を用いたdc−dcコンバータ

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JPH11187653A
JPH11187653A JP36551697A JP36551697A JPH11187653A JP H11187653 A JPH11187653 A JP H11187653A JP 36551697 A JP36551697 A JP 36551697A JP 36551697 A JP36551697 A JP 36551697A JP H11187653 A JPH11187653 A JP H11187653A
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JP
Japan
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fet
voltage
converter
gate
transformer
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JP36551697A
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Toshiyuki Zaitsu
俊行 財津
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な回路構成によって整流用のFETおよ
び環流用のFETのゲート駆動損失を低減できる同期整
流回路を得ること。 【解決手段】 FET2がオンしたときには、トランス
5の一次側に直流電圧源1の電圧Vinが印加される。そ
して、一次側の印加電圧に応じた電圧が二次側(正極
側)に誘導される。トランス5の二次巻線正極側の電圧
VS+がFET8を介して整流用のFET6のゲートを駆
動する。VS+>Vo の場合には、FET8のソース電圧
すなわち整流用のFET6のゲート電圧はVo にクラン
プされる。FET2がオフしたときには、共振波形の電
圧VS-が二次側(負極側)に誘導される。環流用のFE
T7のゲートは、トランス5の二次巻線負極側の電圧V
S-によって駆動されている。VS->Vo の場合には、F
ET9のソース電圧すなわち環流用のFET7のゲート
電圧はVo にクランプされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
などの電源装置において使用され、整流素子としてFE
Tを用いる同期整流回路、およびこの同期整流回路を用
いたDC−DCコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】DC−DCコンバータ等の電源装置にお
いて、整流素子としてMOSFETを用いた同期整流回
路は、整流ダイオードを用いた場合に比べて導通状態の
電圧降下が低減できるので、回路効率を向上させること
ができる。LSI電圧の低電圧化にともなってDC−D
Cコンバータ等の電源装置の高効率化が強く望まれてい
るので、同期整流回路を用いたスイッチング電源は注目
を集めている。しかし、同期整流回路において用いられ
るMOSFETはゲート駆動損失が大きく、その低減が
課題となっている。
【0003】MOSFETはゲート駆動損失は、 P=CG ・V2 ・f ・・・(1) で表される。ここで、CG はゲート容量、Vはゲート電
圧、fはスイッチング周波数である。すなわち、ゲート
駆動損失は駆動電圧の2乗に比例して大きくなる。一般
に、コンバータの入力電圧が高くなると、コンバータに
おけるトランスの二次側巻線電圧VS+,VS-も高くな
る。例えば、20Vを越える。ゲート駆動電圧は一般に
二次側巻線電圧からとられているので、コンバータの入
力電圧が高くなるとゲート駆動電圧も高くなる。その結
果、ゲート駆動損失は大きくなる。
【0004】同期整流回路におけるMOSFETのゲー
ト駆動損失を低減させる技術として、例えば、特開平6
−98540号公報や米国特許5,590,032号に
記載されたものがある。米国特許5,590,032号
に記載されたものは、整流用のFETおよび環流用のF
ETのそれぞれのゲートに制御用のFETを接続し、制
御用のFETをトランスの補助巻線の電圧とバイアス直
流電圧とで駆動する方式を用いている。そのような方式
によって、整流用のFETおよび環流用のFETのそれ
ぞれのゲート電圧をクランプしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、制御用の各F
ETのゲートをトランスの補助巻線の電圧およびバイア
ス直流電圧による別電源で駆動すると、整流用のFET
および環流用のFETを駆動するための回路構成が複雑
化してしまう。
【0006】そこで、本発明は、簡易な回路構成によっ
て整流用のFETおよび環流用のFETのゲート駆動損
失を低減できる同期整流回路および同期整流回路を用い
たDC−DCコンバータを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による同期整流回
路は、電源装置に使用され、トランスの二次側に接続さ
れた自己巻線駆動形の整流用のFETと環流用のFET
とを有するものであって、整流用のFETおよび環流用
のFETのそれぞれのゲート端子にクランプ用のFET
が接続され、各クランプ用のFETのゲート端子は電源
装置の出力電圧を導入する構成になっているものであ
る。また、本発明によるDC−DCコンバータは、トラ
ンスの二次側に接続された自己巻線駆動形の整流用のF
ETと環流用のFETとを有する同期整流回路を備えた
ものであって、整流用のFETおよび環流用のFETの
それぞれのゲート端子にクランプ用のFETが接続さ
れ、各クランプ用のFETのゲート端子はDC−DCコ
ンバータの出力電圧を導入する構成になっているもので
ある。ことを特徴とするDC−DCコンバータ。DC−
DCコンバータは、フォーワードコンバータであっても
よいし、アクティブクランプ回路を含むアクティブクラ
ンプ形フォーワードコンバータであってもよい。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は、本発明による同期整流回
路が適用されたDC−DCコンバータの一例を示す回路
図である。ここでは、自己巻線駆動形同期整流方式によ
るフォワードコンバータを示す。図において、FET2
は、直流電圧源1の電圧Vinをスイッチングしてトラン
ス5に印加するものである。トランス5の二次側には、
トランス5の二次巻線と直列に整流用のFET6が接続
され、並列に環流用のFET7が接続されている。FE
T6のゲート端子には、クランプ用のFET8のソース
端子が接続されている。FET8のドレイン端子はトラ
ンス5の二次側の黒点が付された側(正極側とする)に
接続されている。また、FET7のゲート端子には、ク
ランプ用のFET9のソース端子が接続されている。F
ET9のドレイン端子はトランス5の二次側の負極側に
接続されている。なお、図1では、FET2,6,7の
寄生ダイオードも明示されている。
【0009】整流回路の出力は、インダクタ10とキャ
パシタ11によるフィルタを介して負荷抵抗12に供給
される。そして、クランプ用のFET8,9のゲート端
子はコンバータの出力端子に接続され、FET8,9の
ゲート端子にはコンバータの出力電圧Vo が印加され
る。
【0010】次に、図2の波形図を参照して動作につい
て説明する。スイッチング回路(図示せず)からのパル
ス信号によってFET2がオンしたときには(T0また
はT2のタイミング)、トランス5の一次側に直流電圧
源1の電圧Vinが印加される。そして、図2に示すよう
に、一次側の印加電圧に応じた電圧が二次側(正極側)
に誘導される。トランス5の巻数比をN:1とすると、
VS+=Vin/Nである。
【0011】自己巻線駆動形同期整流方式では、図1に
示すように、トランス5の二次巻線正極側の電圧VS+が
FET8を介して整流用のFET6のゲートを駆動す
る。従って、二次巻線正極側の電圧VS+が正のときには
FET6がオンして、FET6を通して負荷抵抗12に
電流が流れる。ここで、VS+>Vo (コンバータの出力
電圧)の場合には、FET8のソース電圧すなわち整流
用のFET6のゲート電圧はVo にクランプされる。
【0012】FET2がオフしたときには(T1または
T3のタイミング)、図2に示すように、共振波形の電
圧VS-が二次側(負極側)に誘導される。環流用のFE
T7のゲートは、図1に示すように、トランス5の二次
巻線負極側の電圧VS-によって駆動されている。従っ
て、二次巻線負極側の電圧VS-が正のときにはFET7
がオンして、環流用のFET7を通して負荷抵抗12に
電流が流れる。ここで、VS->Vo の場合には、FET
9のソース電圧すなわち環流用のFET7のゲート電圧
はVo にクランプされる。
【0013】以上のように、この実施の形態では、整流
用のFET6および環流用のFET7のそれぞれのゲー
ト端子にクランプ用のFET8,9を接続し、FET
8,9のゲート端子をコンバータの出力電圧Vo に接続
したので、整流用のFET6および環流用のFET7の
ゲート電圧はVo にクランプされる。情報機器や通信機
器などの電子機器において用いられるコンバータの出力
電圧は一般に5V以下であるから、FET6,7のゲー
ト電圧は5V以下にクランプされる。従って、上記の
(1)式から明らかなように、ゲート電圧の電位が低く
抑えられる結果、FET6,7のゲート駆動損失が低減
する。さらに、一般に、FETのゲート破壊電圧は20
V程度であるから、高入力電圧時のゲート破壊の可能性
も低減される。
【0014】この実施の形態ではコンバータとしてフォ
ーワードコンバータを例示したが、図3に示すような、
アクティブクランプ形のフォーワードコンバータであっ
ても本発明による同期整流回路を適用できる。図3に示
されたコンバータは、主スイッチング素子であるFET
2にキャパシタ3と補助スイッチング用のFET4とで
構成されるクランプ回路を接続し、キャパシタ3、FE
T2,4およびトランス5でアクティブクランプ回路が
形成されているものであるが、図1に示されたものと同
様の同期整流回路を含むものとすることができる。この
ような形態でも、ゲート電圧がVo に抑えられる結果、
FET6,7のゲート駆動損失が低減する。
【0015】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、同期整
流回路およびそれを用いたDC−DCコンバータを、整
流用のFETおよび環流用のFETのそれぞれのゲート
端子にクランプ用のFETが接続され、各クランプ用の
FETのゲート端子には出力電圧が導入される構成とし
たので、簡易な回路構成によって整流用のFETおよび
環流用のFETのゲート駆動損失を低減できる効果があ
る。また、高入力電圧時のゲート破壊も避けることがで
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による同期整流回路が適用されたDC
−DCコンバータの一例を示す回路図である。
【図2】 本発明による同期整流回路の動作を説明する
ための波形図である。
【図3】 本発明による同期整流回路が適用された他の
DC−DCコンバータの一例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 直流電圧源 2 FET 5 トランス 6 整流用のFET 7 環流用のFET 8,9 FET 10 インダクタ 11 キャパシタ 12 負荷抵抗

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源装置に使用され、トランスの二次側
    に接続された自己巻線駆動形の整流用のFETと環流用
    のFETとを有する同期整流回路において、 前記整流用のFETおよび環流用のFETのそれぞれの
    ゲート端子にクランプ用のFETが接続され、 前記各クランプ用のFETのゲート端子は、電源装置の
    出力電圧を導入することを特徴とする同期整流回路。
  2. 【請求項2】 トランスと、直流電圧源からの直流電圧
    をスイッチングして前記トランスの一次側に供給する主
    スイッチ素子と、前記トランスの二次側に接続された自
    己巻線駆動形の整流用のFETと環流用のFETとを有
    する同期整流回路と、前記同期整流回路の出力を平滑す
    る平滑回路とを備えたDC−DCコンバータにおいて、 前記整流用のFETおよび環流用のFETのそれぞれの
    ゲート端子にクランプ用のFETが接続され、 前記各クランプ用のFETのゲート端子は、DC−DC
    コンバータの出力電圧を導入することを特徴とするDC
    −DCコンバータ。
  3. 【請求項3】 DC−DCコンバータはフォーワードコ
    ンバータである請求項2記載のDC−DCコンバータ。
  4. 【請求項4】 DC−DCコンバータは、アクティブク
    ランプ回路を含むアクティブクランプ形フォーワードコ
    ンバータである請求項3記載のDC−DCコンバータ。
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Cited By (8)

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