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JP4236459B2 - Rectifier circuit and switching power supply provided with the rectifier circuit - Google Patents

Rectifier circuit and switching power supply provided with the rectifier circuit Download PDF

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JP4236459B2 JP2002369358A JP2002369358A JP4236459B2 JP 4236459 B2 JP4236459 B2 JP 4236459B2 JP 2002369358 A JP2002369358 A JP 2002369358A JP 2002369358 A JP2002369358 A JP 2002369358A JP 4236459 B2 JP4236459 B2 JP 4236459B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に用いられるスイッチング電源に関するもので、特にスイッチング電源に備えた整流スイッチ素子を有する整流回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3に、従来のスイッチング電源を示す。この電源は、一次−二次間をトランスLmで絶縁し、一次側にメインスイッチQ1を、二次側に整流スイッチQ2と転流スイッチQ3とを設けていた。また、この従来例は高電圧同期整流回路であり、高電圧同期整流回路は一次−二次を絶縁するトランスLmの二次側の電圧が高いため、整流スイッチ素子Q2は高耐圧のFETを使用していた。
【0003】
また、FETで構成してある整流スイッチ素子及び転流スイッチ素子にそれぞれ並列に、且つ、前記夫々のスイッチ素子のソース側にアノードが向くようにダイオードを接続してあるスイッチング電源もある(特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−316725号公報(第2−3頁、第1,3図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この整流スイッチ素子Q2のオン抵抗は低耐圧のFETに比べて高いため、整流スイッチ素子Q2のボディダイオードにチョーク電流が流れてしまい、整流スイッチ素子Q2がオフの状態になっても、しばらくの間、ボディダイオードがオンの状態になるという不具合が生じた。
【0006】
また、ボディダイオードの逆回復時間のために整流スイッチ素子Q2のゲートがローにもかかわらず、ドレインからソースにトランスの励磁電流が流れ続けてしまい、トランスの共振リセットが行なわれないという現象が現われるという課題も生じた。
【0007】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、高電圧であっても逆回復時間が短い新規の整流回路及びこの整流回路を備えたスイッチング電源を提供する。
【0008】
【課題を解決しようとする手段】
上記目的を達成するためになされた本発明は、メインスイッチがオンしている場合には、整流回路に設けた整流用のダイオードを設けたことにより、こちらへ電流を流すことにより、整流スイッチ素子のボディダイオードへ流れる電流を抑制し、メインスイッチがターンオフした場合には、抵抗を設けたことにより、整流スイッチ素子のボディダイオードへ流れる電流を抑制することにより、一次−二次を絶縁するトランスの二次側の電圧が高い高電圧同期整流回路においても、整流回路が高耐圧であり、逆回復時間を抑制し、同期整流回路の双方向特性を維持させることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明電源回路に係る実施例を説明する。本発明に係る整流回路の実施例を図1に示し、この整流回路を備えたスイッチング電源を図2に示す。Vinは主電源、Lmはトランス、Q1はメインスイッチ、Q3は転流スイッチ、Loはチョーク、Coは平滑コンデンサ、10は整流回路、11は整流スイッチ素子、12は抵抗、13はダイオードである。
【0010】
図2図示の本実施例に係るスイッチング電源は、一次−二次間がトランスLmで絶縁されており、一次側にメインスイッチQ1を、二次側に整流回路10と転流スイッチQ3とを備えてあり、本発明の特徴たる整流回路10は図1に図示してある。
【0011】
整流回路10は、FETで構成してある整流スイッチ素子11を備えてある。この整流スイッチ素子11のドレイン側には抵抗12を接続してあり、直列回路を構成してある。なお、抵抗12は整流スイッチ素子11のソース側若しくはソース側及びドレイン側に接続してあってもよい。この直列回路に並列に、且つ、整流スイッチ素子11のソース側にアノードが向くように整流用のダイオード13を接続してある。
【0012】
以上のように構成してある整流回路10は、以下のように図2図示のスイッチング電源に設けてある。整流スイッチ素子11のソース側及びダイオード13のアノードを出力側マイナス端子に接続してある。即ち、この整流スイッチ素子11のソース側及びダイオード13のアノードを転流スイッチQ3、平滑コンデンサCo、及び、負荷に接続してある。また、抵抗12及びダイオード13のカソードをトランスLmの二次巻線に接続してある。
【0013】
本実施例に係るスイッチング電源は、以上のように構成してあり、以下のように作用する。メインスイッチQ1がオンすると、チョークLoに電流が流れ、整流スイッチ素子11がオンする。この際、整流スイッチ素子11に電流が流れるとともに、この整流スイッチ素子11と抵抗12との直列回路と並列に接続した整流用のダイオード13にも流れる。これにより整流スイッチ素子11に流れる電流値は制限される。この電流値は以下の関係式で表される。
【0014】
【数1】

Figure 0004236459
【0015】
なお、数1のILimitedは制限された電流値、VF(LLD)はダイオード13の電圧、Ronは整流スイッチ素子11のオン抵抗値、Rchipは抵抗12の抵抗値である。
【0016】
また、整流スイッチ素子11のボディダイオードに電流に流れないようにするためには、整流スイッチ素子11のドロップ電圧VF(BD)が以下のように設定する。
【0017】
【数2】
Figure 0004236459
【0018】
以上のように、設定することにより、整流スイッチ素子11のボディダイオードには電流は流れなくなる。
【0019】
続いて、メインスイッチQ1がターンオフすると、整流スイッチ素子11がオフするとともに、転流スイッチQ3がオンし、トランスLmの励磁電流が流れる。この際、整流回路10にはメインスイッチQ1がオンした場合とは逆方向に電流が流れるが、抵抗12を設けたこと、並びに、前記した通りに整流スイッチ素子11のボディダイオードに電流を流さないように設定したことにより、整流スイッチ素子11のボディダイオードには電流がながれない。一方、ダイオード13には電流が流れる。この場合、ダイオード13の逆回復時間が問題になるが、ダイオード13は逆回復時間が比較的早いもの、例えば、ショットキーバリアダイオードやローロスダイオードを用いることにより、ダイオード13の逆回復時間の影響が少なくなり、整流回路が高耐圧であっても、トランスLmの共振リセットが働く。
【0020】
以上よりメインスイッチQ1がオン・オフを繰り返しても、整流スイッチ素子11のボディダイオードがオンの状態になったり、トランスの共振リセットが行われないということを防ぐことができる。これは、高電圧同期静流回路においても同様の作用をし、整流回路が高耐圧であり、逆回復時間を抑制することができる。
【0021】
【発明の効果】
本発明によれば、メインスイッチがオンしている場合には、整流回路に設けた整流用のダイオードを設けたことにより、こちらへ電流を流すことにより、整流スイッチ素子のボディダイオードへ流れる電流を抑制し、メインスイッチがターンオフした場合には、抵抗を設けたことにより、整流スイッチ素子のボディダイオードへ流れる電流を抑制することにより、一次−二次を絶縁するトランスの二次側の電圧が高い高電圧同期整流回路においても、整流回路が高耐圧であり、逆回復時間を抑制し、同期整流回路の双方向特性を維持させる効果がある。
【0022】
また、整流用のダイオードに逆回復時間が比較的早いダイオード、例えば、ショットキーバリアダイオードやローロスダイオードを用いることにより、前記効果が顕著になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る一実施例を示す回路図である。
【図2】 図1図示実施例とは別の実施例を示す回路図である。
【図3】 従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
Vin 主電源
Lm トランス
Q1 メインスイッチ
Q2 整流スイッチ
Q3 転流スイッチ
Lo チョーク
Co 平滑コンデンサ
10 整流回路
11 整流スイッチ素子
12 抵抗
13 ダイオード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply used in an electronic device, and more particularly to a rectifier circuit having a rectifying switch element provided in the switching power supply.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows a conventional switching power supply. In this power source, the primary and secondary are insulated by a transformer Lm, and a main switch Q1 is provided on the primary side, and a rectifying switch Q2 and a commutation switch Q3 are provided on the secondary side. Further, this conventional example is a high voltage synchronous rectifier circuit. Since the high voltage synchronous rectifier circuit has a high secondary side voltage of the transformer Lm that insulates the primary and secondary, the rectifier switch element Q2 uses a high breakdown voltage FET. Was.
[0003]
There is also a switching power supply in which a diode is connected in parallel to the rectifying switch element and the commutation switch element formed of FETs, and the anode is directed to the source side of each switch element (Patent Literature). 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-5-316725 (page 2-3, FIGS. 1 and 3)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the on-resistance of the rectifying switch element Q2 is higher than that of the low breakdown voltage FET, a choke current flows through the body diode of the rectifying switch element Q2, and even if the rectifying switch element Q2 is turned off for a while. During this period, the body diode turned on.
[0006]
In addition, the transformer excitation current continues to flow from the drain to the source even though the gate of the rectifying switch element Q2 is low due to the reverse recovery time of the body diode, and the resonance of the transformer is not reset. There was also a problem.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a novel rectifier circuit having a short reverse recovery time even at a high voltage, and a switching power supply including the rectifier circuit.
[0008]
[Means to solve the problem]
When the main switch is turned on, the present invention made to achieve the above object provides a rectifier diode provided in a rectifier circuit, and allows a current to flow through the rectifier switch element. When the main switch is turned off, the current flowing to the body diode of the rectifying switch element is suppressed by providing a resistor when the main switch is turned off. Even in a high voltage synchronous rectifier circuit having a high secondary voltage, the rectifier circuit has a high withstand voltage, can suppress the reverse recovery time, and maintain the bidirectional characteristics of the synchronous rectifier circuit.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the power supply circuit of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. An embodiment of a rectifier circuit according to the present invention is shown in FIG. 1, and a switching power supply provided with this rectifier circuit is shown in FIG. Vin is a main power source, Lm is a transformer, Q1 is a main switch, Q3 is a commutation switch, Lo is a choke, Co is a smoothing capacitor, 10 is a rectifier circuit, 11 is a rectifier switch element, 12 is a resistor, and 13 is a diode.
[0010]
The switching power supply according to the present embodiment shown in FIG. 2 has a primary-secondary circuit isolated by a transformer Lm, and includes a main switch Q1 on the primary side and a rectifier circuit 10 and a commutation switch Q3 on the secondary side. A rectifier circuit 10 which is a feature of the present invention is shown in FIG.
[0011]
The rectifier circuit 10 includes a rectifier switch element 11 formed of an FET. A resistor 12 is connected to the drain side of the rectifying switch element 11 to form a series circuit. The resistor 12 may be connected to the source side or the source side and the drain side of the rectifying switch element 11. A rectifying diode 13 is connected in parallel to the series circuit and so that the anode faces the source side of the rectifying switch element 11.
[0012]
The rectifier circuit 10 configured as described above is provided in the switching power supply shown in FIG. 2 as follows. The source side of the rectifying switch element 11 and the anode of the diode 13 are connected to the output side minus terminal. That is, the source side of the rectifying switch element 11 and the anode of the diode 13 are connected to the commutation switch Q3, the smoothing capacitor Co, and the load. The resistor 12 and the cathode of the diode 13 are connected to the secondary winding of the transformer Lm.
[0013]
The switching power supply according to the present embodiment is configured as described above and operates as follows. When the main switch Q1 is turned on, a current flows through the choke Lo, and the rectifying switch element 11 is turned on. At this time, a current flows through the rectifying switch element 11 and also flows through a rectifying diode 13 connected in parallel with the series circuit of the rectifying switch element 11 and the resistor 12. As a result, the value of the current flowing through the rectifying switch element 11 is limited. This current value is expressed by the following relational expression.
[0014]
[Expression 1]
Figure 0004236459
[0015]
In Equation 1, I Limited is a limited current value, V F (LLD) is a voltage of the diode 13, Ron is an on-resistance value of the rectifying switch element 11, and Rchip is a resistance value of the resistor 12.
[0016]
In order to prevent a current from flowing through the body diode of the rectifying switch element 11, the drop voltage V F (BD) of the rectifying switch element 11 is set as follows.
[0017]
[Expression 2]
Figure 0004236459
[0018]
As described above, by setting, no current flows through the body diode of the rectifying switch element 11.
[0019]
Subsequently, when the main switch Q1 is turned off, the rectifying switch element 11 is turned off, the commutation switch Q3 is turned on, and the exciting current of the transformer Lm flows. At this time, a current flows through the rectifier circuit 10 in a direction opposite to that when the main switch Q1 is turned on. However, the resistor 12 is provided and no current flows through the body diode of the rectifier switch element 11 as described above. With this setting, no current flows through the body diode of the rectifying switch element 11. On the other hand, a current flows through the diode 13. In this case, the reverse recovery time of the diode 13 becomes a problem, but the diode 13 has a relatively fast reverse recovery time, for example, the influence of the reverse recovery time of the diode 13 by using a Schottky barrier diode or a low loss diode. Even if the rectifier circuit has a high breakdown voltage, resonance reset of the transformer Lm works.
[0020]
As described above, even when the main switch Q1 is repeatedly turned on and off, it is possible to prevent the body diode of the rectifying switch element 11 from being turned on or the resonance reset of the transformer from being performed. This also works in a high voltage synchronous static current circuit, the rectifier circuit has a high breakdown voltage, and the reverse recovery time can be suppressed.
[0021]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the main switch is turned on, by providing the rectifying diode provided in the rectifier circuit, the current flowing to the body diode of the rectifying switch element When the main switch is turned off, the voltage on the secondary side of the transformer that insulates the primary-secondary is high by suppressing the current flowing to the body diode of the rectifying switch element by providing a resistor. Also in the high voltage synchronous rectifier circuit, the rectifier circuit has a high withstand voltage, and has an effect of suppressing the reverse recovery time and maintaining the bidirectional characteristics of the synchronous rectifier circuit.
[0022]
Further, the use of a diode having a relatively fast reverse recovery time, such as a Schottky barrier diode or a low-loss diode, as the rectifying diode makes the above-described effect remarkable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment different from the embodiment shown in FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
Vin Main power supply Lm Transformer Q1 Main switch Q2 Rectifier switch Q3 Commutation switch Lo Choke Co Smoothing capacitor 10 Rectifier circuit 11 Rectifier switch element 12 Resistor 13 Diode

Claims (7)

FETで構成してある整流スイッチ素子のソース側又はドレイン側若しくはソース側及びドレイン側に抵抗を接続して直列回路を構成し、この直列回路に並列に、且つ、前記整流スイッチ素子のソース側にアノードが向くように逆回復時間が比較的早い整流用のダイオードを接続してあることを特徴とする整流回路。A resistor is connected to the source side or the drain side or the source side and the drain side of the rectifying switch element formed of an FET to form a series circuit, in parallel with the series circuit, and to the source side of the rectifying switch element. A rectifier circuit, wherein a rectifier diode having a relatively fast reverse recovery time is connected so that the anode faces. 請求項記載の整流回路において、前記整流用のダイオードは、ショットキーバリアダイオードであることを特徴とする整流回路。2. The rectifier circuit according to claim 1 , wherein the rectifier diode is a Schottky barrier diode. 請求項記載の整流回路において、前記整流用のダイオードは、ローロスダイオードであることを特徴とする整流回路。2. The rectifier circuit according to claim 1 , wherein the rectifier diode is a low-loss diode. 請求項1乃至のいずれかに記載の整流回路を備えたスイッチング電源において、前記整流回路を整流スイッチとして用い、前記整流スイッチ素子のソース側及び前記ダイオードのアノードをこのスイッチング電源の出力側に接続し、前記整流スイッチ素子のドレイン側及び前記ダイオードのカソードをこのスイッチング電源の入力側に接続してあることを特徴とするスイッチング電源。In the switching power supply with rectifier circuit according to any one of claims 1 to 3, using the rectifier circuit as a rectifier switch, connecting the anode of the source and the diode of the rectifying switching element on the output side of the switching power supply A switching power supply, wherein a drain side of the rectifying switch element and a cathode of the diode are connected to an input side of the switching power supply. 請求項記載の整流回路を備えたスイッチング電源において、前記整流スイッチ素子のソース側及び前記ダイオードのアノードをこのスイッチング電源の出力側マイナス端子に接続してあることを特徴とするスイッチング電源。5. A switching power supply comprising the rectifier circuit according to claim 4 , wherein a source side of the rectifying switch element and an anode of the diode are connected to an output negative terminal of the switching power supply. 請求項4又は5記載の整流回路を備えたスイッチング電源において、一次−二次間をトランスで絶縁してあることを特徴とするスイッチング電源。6. A switching power supply comprising the rectifier circuit according to claim 4 or 5 , wherein a primary and a secondary are insulated by a transformer. 請求項記載の整流回路を備えたスイッチング電源において、二次側に転流スイッチを設け、この転流スイッチを前記整流スイッチ素子のソース側及び前記ダイオードのアノードに接続してあることを特徴とするスイッチング電源。7. A switching power supply comprising the rectifier circuit according to claim 6 , wherein a commutation switch is provided on the secondary side, and the commutation switch is connected to a source side of the rectification switch element and an anode of the diode. Switching power supply.
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