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JP3451419B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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Publication number
JP3451419B2
JP3451419B2 JP20320997A JP20320997A JP3451419B2 JP 3451419 B2 JP3451419 B2 JP 3451419B2 JP 20320997 A JP20320997 A JP 20320997A JP 20320997 A JP20320997 A JP 20320997A JP 3451419 B2 JP3451419 B2 JP 3451419B2
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JP
Japan
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switch
main switch
voltage
synchronous rectification
turned
Prior art date
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JP20320997A
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利光 佐藤
久雄 清水
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Fujitsu Telecom Networks Ltd
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Fujitsu Telecom Networks Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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  • Power Conversion In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スナバ回路を含む
スイッチング電源装置に関する。スイッチング電源装置
は、入力電圧を所望の電圧に変換し、更には安定化する
ように、電界効果トランジスタ等のスイッチング素子の
オン,オフを制御するものであり、既に各種の構成が知
られている。このようなスイッチング電源装置に於い
て、スイッチング素子のターンオフ時や整流用ダイオー
ドの逆回復時等に於けるサージ電圧による耐圧等の問題
を解決する為にスナバ(Snubber)回路が設けられてい
る。又スイッチング電源装置の効率を向上することが要
望され、それに伴ってスナバ回路等に於ける損失の低減
が必要となる。
【0002】
【従来の技術】図9は従来例のフライバックコンバータ
構成の説明図であり、図示の極性の入力電圧Vinを、
トランスTの一次巻線N1にメインスイッチSWによっ
てオン,オフして印加し、二次巻線N2に誘起した電圧
を整流用のダイオードDによって整流し、平滑用コンデ
ンサC2によって平滑化し、図示の極性の出力電圧Vo
utを制御回路CONTに於いて検出し、設定基準電圧
と比較して誤差分が零に近づくように、メインスイッチ
SWのオン期間を駆動信号P1によって制御するもので
ある。又メインスイッチSWは、バイポーラトランジス
タや電界効果トランジスタ等によって構成されている。
【0003】図10は従来例の動作説明図であり、P1
はメインスイッチSWの駆動信号、In2はトランスT
の二次巻線N2に流れる電流、Vdは整流用ダイオード
Dの両端の電圧を示す。駆動信号P1をハイレベルとす
ると、メインスイッチSWはオンとなる。このオン期間
をTonで示す。又駆動信号P1をローレベルとする
と、メインスイッチSWはオフとなる。このオフ期間を
Toffで示す。
【0004】ハイレベルの駆動信号P1によりメインス
イッチSWがオンとなると、入力電圧Vinによる電流
がトランスTの一次巻線N1に流れて、励磁エネルギー
として蓄積され、その時、整流用ダイオードDには、逆
方向電圧がVdとして示すように印加される。従って、
メインスイッチSWのオン期間Tonには、二次巻線N
2の電流In2は零となる。
【0005】次に、ローレベルの駆動信号P1によりメ
インスイッチSWがオフとなると、トランスTの二次巻
線N2に誘起した電圧が整流用ダイオードDの順方向と
なる。それによって、トランスTの二次巻線N2に整流
用ダイオードDを介して電流In2が流れる。従って、
メインスイッチSWのオフ期間Toffに、二次巻線N
2に電流In2が流れ、負荷電流及び平滑用コンデンサ
C2の充電電流となり、メインスイッチSWがオンとな
ると、トランスTの二次巻線N2の誘起電圧が反転する
から、整流用ダイオードDに逆方向電圧として印加さ
れ、電流In2は零となる。
【0006】又メインスイッチSWがターンオンした時
に、整流用ダイオードDに印加される電圧は順方向電圧
から逆方向電圧に変化する。その時、整流用ダイオード
Dの逆回復特性に対応して、整流用ダイオードDに印加
される電圧Vdに、サージ電圧Vsが発生する。特に、
逆回復が遅い整流用ダイオードの場合、逆電流が大きく
なって、サージ電圧Vsは高くなる。
【0007】図11は従来例のブーストコンバータ構成
及びバックブーストコンバータ構成の説明図であり、
(A)はブーストコンバータ構成のスイッチング電源装
置の要部を示し、C1は入力側のコンデンサ、Lはリア
クトル、SWはメインスイッチ、Dはダイオード、C2
は平滑用コンデンサ、CONTは制御回路、Vinは入
力電圧、Voutは出力電圧である。
【0008】リアクトルLとダイオードDとを入力端子
と出力端子との間に直列的に接続し、その接続点にメイ
ンスイッチSWを接続した構成であり、制御回路CON
TによりメインスイッチSWをオンとすると、図示の極
性の入力電圧Vinは、リアクトルLに直接的に印加さ
れて電流が流れ、励磁エネルギーがリアクトルLに蓄積
される。又平滑用コンデンサC2の充電電圧は、ダイオ
ードDに逆方向電圧として印加されて、オン状態のメイ
ンスイッチSWを介して放電することを阻止している。
【0009】次に、メインスイッチSWをオフとする
と、リアクトルLに蓄積された励磁エネルギーによっ
て、電流の連続性を維持する方向の電圧が発生し、この
電圧は入力電圧Vinに加算され、ダイオードDを介し
て平滑用コンデンサC2に印加されて充電される。従っ
て、図示の極性の出力電圧Voutは、入力電圧Vin
にリアクトルLによる電圧を加算した値となる。この出
力電圧Voutを制御回路CONTによって検出し、設
定した一定の出力電圧Voutとなるように、メインス
イッチSWのオン期間を制御することになる。
【0010】又図11の(B)は、バックブーストコン
バータ構成のスイッチング電源装置の要部を示し、
(A)と同一符号は同一の名称部分を示し、入力端子と
出力端子との間に、メインスイッチSWとダイオードD
とを直列的に接続し、その接続点にリアクトルLを接続
した構成であり、制御回路CONTは、図示の極性の出
力電圧Voutを検出して、設定した電圧となるよう
に、メインスイッチSWのオン,オフを制御する。この
メインスイッチSWをオンとすると、図示の極性の入力
電圧VinはリアクトルLに印加されて電流が流れ、励
磁エネルギーが蓄積される。その時、ダイオードDには
逆方向電圧が印加される。
【0011】そして、メインスイッチSWをオフとする
と、リアクトルLに流れる電流の連続性を維持する為に
電圧が誘起し、ダイオードDに順方向電圧が印加される
ことになる。このダイオードDを介してリアクトルLを
流れる電流により平滑用コンデンサC2が図示の極性
(図11の(A)の場合と反対極性)に充電されて、そ
の両端の電圧が出力電圧Voutとなる。この構成のス
イッチング電源装置は、昇圧型又は降圧型の何れの構成
とすることも可能である。
【0012】図12は従来例のバックコンバータ構成及
びフォワードコンバータ構成の説明図であり、(A)は
バックコンバータ構成のスイッチング電源装置の要部を
示し、入力端子間にはコンデンサC1を接続し、出力端
子間には平滑用コンデンサC2を接続し、入力端子と出
力端子との間にメインスイッチSWとリアクトルLとを
直列的に接続し、その接続点にダイオードDを接続した
構成であり、このダイオードDは、メインスイッチSW
をオンとした時に、図示の極性の入力電圧Vinが逆方
向電圧として印加される極性となるように接続する。
【0013】制御回路CONTは、図示の極性の出力電
圧Voutを検出して、設定した電圧となるように、メ
インスイッチSWのオン,オフを制御する。このメイン
スイッチSWをオンとすると、入力電圧Vinはリアク
トルLを介して出力端子に接続した平滑用コンデンサC
2及び負荷に印加される。この時、リアクトルLに印加
される電圧VLは、VL=Vin−Voutとなり、リ
アクトルLはこの電圧VLに従って励磁され、又平滑用
コンデンサC2が充電される。
【0014】そして、メインスイッチSWをオフとする
と、リアクトルLに流れる電流の連続性維持の特性によ
り誘起された電圧は、ダイオードDに対して順方向の極
性となる。従って、平滑用コンデンサC2の充電及び負
荷電流の供給が継続される。この構成に於いては、リア
クトルLに蓄積される励磁エネルギーが、入力電圧Vi
nと出力電圧Voutとの差分に従ったものとなり、降
圧型のスイッチング電源装置を構成することになる。
【0015】又図12の(B)はフォワードコンバータ
構成のスイッチング電源装置の要部を示し、トランスT
の一次巻線N1にメインスイッチSWを接続し、入力端
子にコンデンサC1を接続し、制御回路CONTにより
メインスイッチSWをオン,オフ制御し、トランスTの
一次巻線N1に印加する図示の極性の入力電圧Vinを
オン,オフする。
【0016】メインスイッチSWをオンとしたことによ
る二次巻線N2の誘起電圧は、ダイオードDaには順方
向、ダイオードDbには逆方向の極性となり、二次巻線
N2に流れる電流は、ダイオードDaとリアクトルLと
を介して平滑用コンデンサC2の充電電流及び負荷電流
となって、リアクトルLには励磁エネルギーが蓄積され
る。又平滑用コンデンサC2の両端の図示の極性の電圧
が出力電圧Voutとなる。制御回路CONTは、この
出力電圧Voutを検出し、設定した基準電圧と比較
し、誤差分を零とするように、パルス幅制御等によって
メインスイッチSWのオン期間を制御する。
【0017】又メインスイッチSWをオフとすると、ト
ランスTの二次巻線N2の誘起電圧の極性は反転するか
ら、ダイオードDaには逆方向、ダイオードDbには順
方向の電圧となる。しかし、ダイオードDbに対する印
加電圧は、ダイオードDaによって阻止される。又リア
クトルLは、電流の連続性を維持する為に、蓄積された
励磁エネルギーによりダイオードDbには順方向となる
電圧が誘起される。従って、平滑用コンデンサC2の充
電電流及び負荷電流が供給される。
【0018】又前述の図9,図11,図12に示すスイ
ッチング電源装置以外に、ハーフブリッジ型,フルブリ
ッジ型,電圧共振型,電流共振型,同期整流型等の各種
の構成が知られている。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来例に於ける
ダイオードDは、順方向電圧が印加された場合、通常の
pn接合型のダイオードの場合に、約0.6Vの電圧降
下が生じることから、電力損失が生じる。そこで、ダイ
オードDと並列にスイッチを接続して同期型とした構成
が知られている。即ち、ダイオードDに順方向電圧が印
加されるタイミングに於いてスイッチをオンとし、逆方
向電圧が印加されるタイミングに於いてオフとすること
により、殆ど無損失に近い状態のダイオード特性を得る
ことができる。しかし、スイッチのオン,オフに於いて
零電圧状態で行うことができないことによる損失が問題
となる。又ダイオードの逆回復によるサージ電圧が耐圧
に及ぼす影響が問題となる。本発明は、前述のサージ電
圧を抑制し、且つスイッチング損失を無視できるスナバ
回路を含むスイッチング電源装置を提供することを目的
とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング電
源装置は、直流の入力電圧をオン,オフするメインスイ
ッチSW1と、このメインスイッチSW1のオン,オフ
によるパルス状の電圧を加えるようにトランスを介して
又は直接的に接続して、メインスイッチSW1のオン,
オフと逆位相にオン,オフ制御する同期整流スイッチS
W2と、この同期整流スイッチSW2並列に接続した
ダイオードD2及びスナバ用コンデンサC3と、出力端
子間に接続すると共に、同期整流スイッチSW2のオ
ン,オフによる電圧を印加するように接続した平滑用コ
ンデンサC2と、出力端子間の出力電圧を一定化するよ
うにメインスイッチSW1のオン,オフを制御し、この
メインスイッチSW1をオンとした時に、同期整流スイ
ッチSW2をオフとし、メインスイッチSW1をオフと
した時に、スナバ用コンデンサC3に放電電流が流れ且
つ前記ダイオードD2に電流が流れた後の遅延時間を設
定して零電圧状態で同期整流スイッチSW2をオンに制
御する構成の制御回路1とを備えている。それによっ
て、同期整流スイッチSW2を零電圧スイッチング制
、スイッチング損失を無視できるように低減する。
【0021】又(2)制御回路1は、メインスイッチS
W1をオンとするオン駆動信号及びオフとするオフ駆動
信号を反転する反転回路と、この反転回路により反転さ
れたメインスイッチSW1のオン駆動信号を、同期整流
スイッチSW2をオフとするオフ駆動信号とし、この反
転回路により反転されたメインスイッチSW1のオフ駆
動信号を遅延回路を介して同期整流スイッチSW2をオ
ンとするオン駆動信号とする構成を備えることができ
る。
【0022】又(3)メインスイッチSW1をトランス
2の一次巻線N1に接続し、ダイオードD2を並列接続
した構成の同期整流スイッチSW2をトランス2の二次
巻線N2に接続し、出力端子間に平滑用コンデンサC2
を接続したフライバックコンバータ構成のスイッチング
電源装置に於いて、同期整流スイッチSW1に並列に接
続したスナバ用コンデンサC3と、出力端子間の出力電
圧を一定化するようにメインスイッチSW1のオン,オ
フを制御し、このメインスイッチSW1をオンとした時
に同期整流スイッチSW2をオフとし、メインスイッチ
SW1をオフとした時にスナバ用コンデンサC3に放電
電流が流れ且つダイオードD2に電流が流れた後の遅延
時間を設定して同期整流スイッチSW1をオンとする構
成の制御回路1とを備えることができる。
【0023】又(4)メインスイッチをトランスの一次
巻線に接続し、このトランスの二次巻線に、ダイオード
を並列接続した構成の第1,第2の同期整流スイッチ
を、前記ダイオードが逆極性となるように直列接続し、
第2の同期整流スイッチの両端に、平滑用リアクトルと
平滑用コンデンサとの直列回路を接続し、平滑用コンデ
ンサの両端を出力端子間に接続したフォワードコンバー
タ構成のスイッチング電源装置に於いて、第2の同期整
流スイッチに並列に接続したスナバ用コンデンサと、出
力端子間の出力電圧を一定化するようにメインスイッチ
のオン,オフを制御し、このメインスイッチをオンとし
た時に第1の同期整流スイッチをオンとし且つ第2の同
期整流スイッチをオフとし、メインスイッチをオフとし
た時に、第1の同期整流スイッチをオフとし且つスナバ
用コンデンサに放電電流が流れ且つダイオードに電流が
流れた後の遅延時間を設定して第2の同期整流スイッチ
をオンとする構成の制御回路とを備えることができる。
【0024】又(5)出力端子間に平滑用コンデンサを
接続し、電源の入力端子と前記出力端子との間にリアク
トルとダイオードを並列接続した構成の同期整流スイッ
チとを直列に接続し、リアクトルとダイオードとの接続
点にメインスイッチを接続したブーストコンバータ構成
のスイッチング電源装置に於いて、同期整流スイッチに
並列に接続したスナバ用コンデンサと、出力端子間の出
力電圧を一定化するようにメインスイッチのオン,オフ
を制御し、このメインスイッチをオンとした時に同期整
流スイッチをオフとし、メインスイッチをオフとした時
にスナバ用コンデンサに放電電流が流れ且つダイオード
に電流が流れた後の遅延時間を設定して同期整流スイッ
チをオンとする構成の制御回路とを備えることができ
る。
【0025】又(6)出力端子間に平滑用コンデンサを
接続し、電源の入力端子と前記出力端子との間にメイン
スイッチとダイオードを並列接続した構成の同期整流ス
イッチとを直列に接続し、メインスイッチとダイオード
との接続点にリアクトルを接続したバックブーストコン
バータ構成のスイッチング電源装置に於いて、同期整流
スイッチに並列に接続したスナバ用コンデンサと、出力
端子間の出力電圧を一定化するように前記メインスイッ
チのオン,オフを制御し、このメインスイッチをオンと
した時に同期整流スイッチをオフとし、メインスイッチ
をオフとした時にスナバ用コンデンサに放電電流が流
れ、且つ前記ダイオードに電流が流れた後の遅延時間を
設定して同期整流スイッチをオンとする構成の制御回路
とを備えることができる。
【0026】又(7)出力端子間に平滑用コンデンサを
接続し、電源の入力端子と前記出力端子との間にメイン
スイッチとリアクトルとを直列に接続し、メインスイッ
チとリアクトルとの接続点に、ダイオードを並列接続し
た構成の同期整流スイッチを接続したバックコンバータ
構成のスイッチング電源装置に於いて、同期整流スイッ
チに並列に接続したスナバ用コンデンサと、出力端子間
の出力電圧を一定化するようにメインスイッチのオン,
オフを制御し、このメインスイッチをオンとした時に同
期整流スイッチをオフとし、メインスイッチをオフとし
た時にスナバ用コンデンサに放電電流が流れ且つダイオ
ードに電流が流れた後の遅延時間を設定して同期整流ス
イッチをオンとする構成の制御回路とを備えることがで
きる。
【0027】
【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、フライバックコンバータ構成のスイッ
チング電源装置に適用した場合を示し、1は制御回路、
2はトランス、N1は一次巻線、N2は二次巻線、C1
は入力側のコンデンサ、C2は平滑用コンデンサ、C3
はスナバ用コンデンサ、SW1はメインスイッチ、SW
2は同期整流スイッチ、D2はダイオード、Vinは入
力電圧、Voutは出力電圧、P1,P2は駆動信号を
示す。
【0028】ダイオードD2を並列接続した構成の同期
整流スイッチSW2に、並列にスナバ用コンデンサC3
を接続する。又制御回路1は、図示の極性の出力電圧V
outを検出して設定した基準電圧と比較し、誤差分が
零となるように、駆動信号P1によってメインスイッチ
SW1のオン期間を制御する。このようなメインスイッ
チSW1を制御する基本構成は従来例と同様であり、例
えば、パルス幅変調(PWM)制御として知られている
各種の構成を適用することができる。又フライバックコ
ンバータ構成として出力電圧Voutを一定化する動作
は、前述の図9に示す構成と同様であるから、重複する
説明は省略する。本発明に於いては、メインスイッチS
W1をオンとした時に同期整流スイッチSW2をオフ、
反対にメインスイッチSW1をオフとした時に、スナバ
用コンデンサC3に放電電流が流れ、且つダイオードD
2に電流が流れた後に、同期整流スイッチSW2をオン
とする。このような構成は、遅延回路を適用して容易に
構成することができる。
【0029】図2は本発明の第1の実施の形態の動作説
明図であり、P1はメインスイッチSW1の駆動信号、
P2は同期整流スイッチSW2の駆動信号、In2はト
ランス2の二次巻線N2に流れる電流、Id2はダイオ
ードD2及び同期整流スイッチSW2に流れる電流、I
sw2は同期整流スイッチSW2に流れる電流、Vsw
2は同期整流スイッチSW2の印加電圧のそれぞれ波形
の一例を示す。
【0030】駆動信号P1をハイレベルとしてメインス
イッチSW1をオンとした時の期間をTon1とし、又
ローレベルとしてメインスイッチSW1をオフとした時
の期間をToff1とし、又駆動信号P2をハイレベル
として同期整流スイッチSW2をオンとした時の期間を
Ton2とし、又ローレベルとして同期整流スイッチS
W2をオフとした時の期間をToff2として示す。
【0031】メインスイッチSW1のオン期間Ton1
に於いて、トランス2に励磁エネルギーが蓄積される。
又同期整流スイッチSW2はオフであると共に、トラン
ス2の二次巻線N2の誘起電圧及び平滑用コンデンサC
2の充電電圧によって、ダイオードD2には逆極性の電
圧が印加され、スナバ用コンデンサC3はこの電圧によ
って充電されている。
【0032】制御回路1は、出力電圧Voutを検出し
てメインスイッチSW1を制御するもので、駆動信号P
1をローレベルとしてメインスイッチSW1をターンオ
フさせた時、Td1の期間後に、駆動信号P2をハイレ
ベルとして同期整流スイッチSW2をターンオンさせ、
反対に、駆動信号P1をハイレベルとしてメインスイッ
チSW1をターンオンさせた時、駆動信号P2をローレ
ベルとして同期整流スイッチSW2をターンオンさせ
る。
【0033】メインスイッチSW1がオン状態の時に、
トランス2の二次巻線N2の誘起電圧及び平滑用コンデ
ンサC2の充電電圧(出力電圧Vout)により、ダイ
オードD2には逆方向の電圧が印加され、又スナバ用コ
ンデンサC3が充電されている。従って、同期整流スイ
ッチSW2とダイオードD2とスナバ用コンデンサC3
との並列回路には、Vsw2で示す電圧が印加されるこ
とになる。
【0034】そして、駆動信号P1をローレベルとして
メインスイッチSW1をターンオフさせると、トランス
2の二次巻線N2に誘起する電圧は、ダイオードD2の
順方向の極性となるが、ダイオードD2にはスナバ用コ
ンデンサC3の充電電圧が逆方向電圧として印加された
状態となり、ダイオードD2はオフ状態を継続する。そ
して、スナバ用コンデンサC3の充電電荷は、トランス
2の二次巻線N2を介して平滑用コンデンサC2側へ放
電されることになり、電流In2はこの放電電流に対応
したものとなる。そして、同期整流スイッチSW2に印
加される電圧Vsw2は、スナバ用コンデンサC3の放
電に伴って急速に低下する。
【0035】そして、Td2の期間後、電圧Vsw2が
零となると、ダイオードD2を介して流れる電流Id2
が急上昇し、二次巻線N2に流れる電流In2は、ほぼ
この電流Id2となる。そして、同期整流スイッチSW
2の両端の電圧Vsw2が零の期間、即ち、Td3の期
間中に駆動信号P2をハイレベルとして、同期整流スイ
ッチSW2をターンオンさせる。それによって、同期整
流スイッチSW2を介して電流Isw2が流れ、殆ど無
損失の状態で電流Isw2を流すことができる。又零電
圧状態でスイッチングさせることができるから、スイッ
チング損失を零とすることができる。
【0036】又駆動信号P1をハイレベルとしてメイン
スイッチSW1をターンオンさせ、且つ駆動信号P2を
ローレベルとして同期整流スイッチSW2をターンオフ
させると、トランス2の二次巻線N2にはダイオードD
2の逆方向の極性の電圧が誘起され、ダイオードD2は
オフ状態となり、スナバ用コンデンサC3に充電電流が
流れることになり、この電流はTd4の期間流れること
になる。従って、同期整流スイッチSW2に印加される
電圧Vsw2は、スナバ用コンデンサC3の充電特性に
対応した傾きで上昇する。従って、同期整流スイッチS
W2を零電圧状態でスイッチングさせることができる。
なお、ダイオードD2の逆回復によるサージ電圧は、ス
ナバ用コンデンサC3によって吸収することができる。
【0037】図3は同期整流スイッチの説明図であり、
(A)は図1に示す同期整流スイッチSW2とダイオー
ドD2とを示し、駆動信号P2によって同期整流スイッ
チSW2のオン,オフを制御するものであるが、この構
成を(B)に示す電界効果トランジスタ3によって実現
することができる。この場合、nチャネル電界効果トラ
ンジスタには、寄生ダイオード4が含まれるから、この
寄生ダイオード4をダイオードD2として使用すること
ができる。又メインスイッチSW1も、このような電界
効果トランジスタ3によって構成することができる。
【0038】図4は本発明の第2の実施の形態の説明図
であり、図1に示す構成を更に具体化した場合を示し、
図1と同一符号は同一部分を示し、3はダイオード4を
並列接続した構成のnチャネルの電界効果トランジスタ
からなる同期整流スイッチ、5は同様にnチャネルの電
界効果トランジスタからなるメインスイッチ、6はパル
ス幅制御回路(PWMC)、7はインバータ(反転回
路)、8は遅延回路(DL)、9,10はダイオードで
ある。
【0039】制御回路1は、パルス幅制御回路6と、イ
ンバータ7と、遅延回路8と、ダイオード9,10とを
有する場合を示し、パルス幅制御回路6は、出力電圧V
outを検出し、設定した基準電圧と比較して、出力電
圧Voutが高い場合はオン期間Ton1を短くするよ
うに、駆動信号P1のハイレベルの期間を短くし、出力
電圧Voutが低い場合はオン期間Ton1を長くする
ように、駆動信号P1のハイレベルの期間を長くする構
成を有し、既に知られている各種の構成を適用すること
ができる。
【0040】このパルス幅制御回路6からの駆動信号P
1をインバータ7によって反転し、メインスイッチ5を
オンとするオン駆動信号(ハイレベルの駆動信号P1)
は、インバータ7により反転されてローレベルとなり、
ダイオード10を介して同期整流スイッチ3のゲート
に、オフ駆動信号(ローレベルの駆動信号P2)として
加えられる。従って、メインスイッチ5がターンオンさ
れると共に同期整流スイッチ3はターンオフされる。
【0041】又メインスイッチ5をオフとするオフ駆動
信号(ローレベルの駆動信号P1)は、インバータ7に
より反転されてハイレベルとなり、ダイオード9と遅延
回路8とを介して同期整流スイッチ3のゲートに、オン
駆動信号(ハイレベルの駆動信号P2)として加えられ
る。この遅延回路8の遅延時間を前述のTd1の期間に
相当するように設定する。
【0042】従って、メインスイッチ5をオフとするオ
フ駆動信号をインバータ7により反転した信号のみが遅
延回路8によって遅延されて、同期整流スイッチ3のオ
ン駆動信号となり、メインスイッチ5がターンオフされ
た後、Td1の期間後に、同期整流スイッチ3はターン
オンされて、零電圧スイッチングを行わせることができ
る。
【0043】図5は本発明の第3の実施の形態の説明図
であり、ブーストコンバータ構成のスイッチング電源装
置の要部を示し、Vinは入力電圧、Voutは出力電
圧、C1は入力側のコンデンサ、C2は平滑用コンデン
サ、C3はスナバ用コンデンサ、SW1はメインスイッ
チ、SW2は同期整流スイッチ、D2はダイオード、L
はリアクトル、1は制御回路、P1 P2は駆動信号を
示す。
【0044】出力端子間に平滑用コンデンサC2を接続
し、入力端子間にコンデンサC1を接続し、入力端子と
出力端子との間に、リアクトルLと、ダイオードD2を
並列接続した構成の同期整流スイッチSW2とを直列的
に接続し、その接続点にメインスイッチSW1を接続
し、同期整流スイッチSW2に並列にスナバ用コンデン
サC3を接続し、制御回路1は、図示の極性の出力電圧
Voutを検出して、設定した基準電圧と比較し、誤差
分が零に近づくように、メインスイッチSW1のオン期
間を制御する。
【0045】制御回路1からの駆動信号P1によって、
メインスイッチSW1がオンの時、駆動信号P2により
同期整流スイッチSW2はオフであり、リアクトルLに
入力電圧Vinによる電流が流れて励磁エネルギーが蓄
積され、又スナバ用コンデンサC3は、平滑用コンデン
サC2の充電電圧によって充電され、その端子間電圧
は、ダイオードD2に対して逆方向の極性となる。
【0046】次に、駆動信号P1によりメインスイッチ
SW1をオフとした時、同期整流スイッチSW2はオフ
を継続しており、リアクトルLの蓄積励磁エネルギーに
よる電圧が入力電圧Vinに加算された状態で、スナバ
用コンデンサC3と平滑用コンデンサC2とに印加され
る。その時、ダイオードD2には逆方向の電圧が印加さ
れた状態となり、又スナバ用コンデンサC3は放電し
て、その端子間電圧が急速に低下し、零となると、ダイ
オードD2に順方向の電圧が印加されることになる。そ
れによって、ダイオードD2を介して電流が流れる。こ
の時は、同期整流スイッチSW2の両端の電圧は零Vで
あるから、この時点、即ち、メインスイッチSW1をタ
ーンオフさせた後、所定の遅延時間後に、同期整流スイ
ッチSW2をオンさせる。それにより、ダイオードD2
による損失が生じない状態とし、且つ零電圧スイッチン
グを可能とする。
【0047】図6は本発明の第4の実施の形態の説明図
であり、コンデンサC1を接続した入力端子と、平滑用
コンデンサC2を接続した出力端子との間に、メインス
イッチSW1と、ダイオードD2を並列接続した構成の
同期整流スイッチSW2とを直列的に接続し、その接続
点にリアクトルLを接続したバックブーストコンバータ
構成のスイッチング電源装置の要部を示し、同期整流ス
イッチSW2と並列にスナバ用コンデンサC3を接続
し、制御回路1からの駆動信号P1によりメインスイッ
チSW1をオン,オフ制御し、これと逆位相関係の駆動
信号P2により同期整流スイッチSW2をオン,オフ制
御する。
【0048】メインスイッチSW1をオフとした時、同
期整流スイッチSW2は前述の各実施の形態と同様にオ
フ状態を継続し、その間に、リアクトルLに於ける誘起
電圧によって、スナバ用コンデンサC3は放電し、且つ
平滑用コンデンサC2は図示の極性に充電される。スナ
バ用コンデンサC3が放電して、その端子間電圧が零V
となると、ダイオードD2を介してリアクトルLの誘起
電圧による電流が流れて平滑用コンデンサC2の充電が
継続される。この時、同期整流スイッチSW2の両端の
電圧は零Vとなるから、同期整流スイッチSW2を駆動
信号P2によってターンオンさせる。即ち、零電圧スイ
ッチングを行うことができる。
【0049】図7は本発明の第5の実施の形態の説明図
であり、コンデンサC1を接続した入力端子と、平滑用
コンデンサC2を接続した出力端子との間に、メインス
イッチSW1とリアクトルLとを直列的に接続し、その
接続点に同期整流スイッチSW2を接続したバックコン
バータ構成のスイッチング電源装置の要部を示し、同期
整流スイッチSW2と並列にスナバ用コンデンサC3を
接続し、制御回路1からの駆動信号P1によりメインス
イッチSW1をオン,オフ制御し、これと逆位相関係の
駆動信号P2により同期整流スイッチSW2をオン,オ
フ制御する。
【0050】制御回路1は、前述の各実施の形態と同様
に、出力電圧Voutを一定化するように、駆動信号P
1によりメインスイッチSW1のオン,オフを制御し、
メインスイッチSW1をオンとした時に、同期整流スイ
ッチSW2をオフとし、メインスイッチSW1をオフと
した時に、スナバ用コンデンサC3に放電電流が流れ、
次にダイオードD2に電流が流れた後に、同期整流スイ
ッチSW2をオンとする構成を備えている。
【0051】例えば、メインスイッチSW1がオンの
時、同期整流スイッチSW2はオフで、リアクトルLに
電流が流れて励磁エネルギーとして蓄積され、又スナバ
用コンデンサC3は、ダイオードD2に対して逆極性で
充電される。次に、メインスイッチSW2をオフとする
と、同期整流スイッチSW2はオフを継続し、リアクト
ルLに励磁エネルギーによる電圧が誘起し、スナバ用コ
ンデンサC3は放電し、又平滑用コンデンサC2は充電
される。
【0052】スナバ用コンデンサC3の放電により端子
電圧が零となると、次はダイオードD2を介してリアク
トルLに電流が流れる。この時に、同期整流スイッチS
W2をターンオンさせる。即ち、零電圧スイッチングを
行わせる。
【0053】図8は本発明の第6の実施の形態の説明図
であり、メインスイッチSW1をトランス12の一次巻
線N1に接続し、このトランス12の二次巻線N2に、
ダイオードD2を並列接続した構成の第1の同期整流ス
イッチSW2と、ダイオードD3を並列接続した構成の
第2の同期整流スイッチSW3とを、ダイオードD2,
D3が逆極性となるように直列接続し、第1の同期整流
スイッチSW2の両端に、平滑用リアクトルLと平滑用
コンデンサC2との直列回路を接続し、平滑用コンデン
サC2の両端を出力端子に接続したフォワードコンバー
タ構成のスイッチング電源装置の要部を示す。
【0054】このスイッチング電源装置の第1の同期整
流スイッチSW2に並列にスナバ用コンデンサC3を接
続し、制御回路11は、出力電圧を一定化するように、
メインスイッチSW1のオン,オフを制御し、このメイ
ンスイッチSW1のオン,オフと同期して、第2の同期
整流スイッチSW3をオン,オフし、又メインスイッチ
SW1をオンとした時に、第1の同期整流スイッチSW
2をオフとし、メインスイッチSW1をオフとした時
に、スナバ用コンデンサC3に放電電流が流れ、次にダ
イオードD2に電流が流れた後、第1の同期整流スイッ
チSW2をオンとする構成を備えている。
【0055】従って、メインスイッチSW1がオンの
時、第1の同期整流スイッチSW2はオフ、第2の同期
整流スイッチSW3はオンとなり、トランス12の二次
巻線N2の誘起電圧は、第3の同期整流スイッチSW3
とリアクトルLとを介して平滑用コンデンサC2に印加
される。又スナバ用コンデンサC3は、ダイオードD2
に対して逆極性で充電される。
【0056】次にメインスイッチSW1をオフとする
と、第2の同期整流スイッチSW3もオフとし、第1の
同期整流スイッチSW2はオフ状態を継続する。それに
より、スナバ用コンデンサC3はリアクトルLの誘起電
圧により平滑用コンデンサC2側へ放電し、その端子電
圧が零となると、ダイオードD2を介してリアクトルL
を介して電流が流れる。その時に、第1の同期整流スイ
ッチSW2をターンオンさせる。従って、零電圧スイッ
チングを行わせることができる。
【0057】本発明は、前述の各実施の形態にのみ限定
されるものではなく、種々付加変更し得るものであり、
第1〜第3の同期整流スイッチSW1〜SW3とダイオ
ードD2,D3は、それぞれ寄生ダイオードを含む電界
効果トランジスタによって実現することができる。又メ
インスイッチSW1をオフとした後の同期整流スイッチ
SW2のターンオンの遅れ時間は、図4に示す遅延回路
により得る構成とするか、或いは、スナバ用コンデンサ
C3の放電電流を検出する構成を付加し、その放電電流
を検出したタイミングを用いて、同期整流スイッチSW
2のターンオン制御を行う構成とすることも可能であ
る。
【0058】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、電界効
果トランジスタ等によるメインスイッチSW1と、ダイ
オードD2を並列接続した構成の電界効果トランジスタ
等による同期整流スイッチSW2と、この同期整流スイ
ッチSW2に並列に接続したスナバ用コンデンサC3と
を含み、制御回路は、出力電圧Voutを一定化するよ
うに、メインスイッチSW1のオン,オフを制御し、こ
のメインスイッチSW1をオンとした時に、同期整流ス
イッチSW2をオフとし、メインスイッチSW1をオフ
とした時に、スナバ用コンデンサに放電電流が流れ、且
つダイオードD2に電流が流れて、同期整流スイッチS
W2に対する印加電圧が零となった時点でターンオンさ
せるもので、整流用としてのダイオードD2による損失
を低減すると共に、零電圧スイッチングによりスイッチ
ング損失を低減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の実施の形態の動作説明図であ
る。
【図3】同期整流スイッチの説明図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の説明図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態の説明図である。
【図6】本発明の第4の実施の形態の説明図である。
【図7】本発明の第5の実施の形態の説明図である。
【図8】本発明の第6の実施の形態の説明図である。
【図9】従来例のフライバックコンバータ構成の説明図
である。
【図10】従来例の動作説明図である。
【図11】従来例のブーストコンバータ構成及びバック
ブーストコンバータ構成の説明図である。
【図12】従来例のバックコンバータ構成及びフォワー
ドコンバータ構成の説明図である。
【符号の説明】
1 制御回路 2 トランス SW1 メインスイッチ SW2 同期整流スイッチ D2 ダイオード C1 入力側のコンデンサ C2 平滑用コンデンサ C3 スナバ用コンデンサ P1 メインスイッチの駆動信号 P2 同期整流スイッチの駆動信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02M 3/28 H02M 3/28 R T (56)参考文献 特開 平4−42776(JP,A) 特開 平8−168239(JP,A) 特開 平6−311743(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流の入力電圧をオン,オフするメイン
    スイッチと、 該メインスイッチのオン,オフによるパルス状の電圧を
    加えるようにトランスを介して又は直接的に接続して該
    メインスイッチのオン,オフと逆位相にオン,オフ制御
    する同期整流スイッチと、 該同期整流スイッチ並列に接続したダイオード及び
    ナバ用コンデンサと、 出力端子間に接続すると共に、前記同期整流スイッチの
    オン,オフによる電圧を印加するように接続した平滑用
    コンデンサと、 前記出力端子間の出力電圧を一定化するように前記メイ
    ンスイッチのオン,オフを制御し、該メインスイッチを
    オンとした時に前記同期整流スイッチをオフとし、前記
    メインスイッチをオフとした時に前記スナバ用コンデン
    サに放電電流が流れ且つ前記ダイオードに電流が流れた
    後の遅延時間を設定して零電圧状態で前記同期整流スイ
    ッチをオンに制御する構成の制御回路とを備えたことを
    特徴とするスイッチング電源装置。
  2. 【請求項2】 前記制御回路は、前記メインスイッチを
    オンとするオン駆動信号及びオフとするオフ駆動信号を
    反転する反転回路と、該反転回路により反転された前記
    メインスイッチのオン駆動信号を前記同期整流スイッチ
    をオフとするオフ駆動信号とし、該反転回路により反転
    された前記メインスイッチのオフ駆動信号を遅延回路を
    介して前記同期整流スイッチをオンとするオン駆動信号
    とする構成を備えたことを特徴とする請求項1記載のス
    イッチング電源装置。
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