JP5386312B2 - Resonant type converter - Google Patents
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Description
本発明は、共振型コンバータに関する。 The present invention relates to a resonant converter.
従来より、スイッチング電源装置として、共振型コンバータが用いられている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a resonant converter has been used as a switching power supply device (see, for example, Patent Document 1).
[共振型コンバータ100の構成]
図9は、従来例に係る共振型コンバータ100の回路図である。共振型コンバータ100は、トランスTと、直流電源VDDと、NチャネルMOSFETで構成されるスイッチ素子Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6と、インダクタLrと、キャパシタCr、C1と、第1の制御部111と、第2の制御部112と、を備え、負荷Loadに直流電力を供給する。
[Configuration of Resonant Type Converter 100]
FIG. 9 is a circuit diagram of a
まず、トランスTの1次側の構成について説明する。直流電源VDDの正極には、スイッチ素子Q1のドレインと、スイッチ素子Q3のドレインと、が接続され、直流電源VDDの負極には、スイッチ素子Q2のソースと、スイッチ素子Q4のソースと、が接続される。スイッチ素子Q1〜Q4のそれぞれのゲートには、第1の制御部111が接続される。スイッチ素子Q1のソースと、スイッチ素子Q2のドレインとは、接続されており、これらの接続点には、共振回路を構成するインダクタLrおよびキャパシタCrを介して、トランスTの1次巻線T1の一端が接続される。スイッチ素子Q3のソースと、スイッチ素子Q4のドレインとは、接続されており、これらの接続点には、トランスTの1次巻線T1の他端が接続される。
First, the configuration of the primary side of the transformer T will be described. The drain of the switch element Q1 and the drain of the switch element Q3 are connected to the positive electrode of the DC power supply VDD, and the source of the switch element Q2 and the source of the switch element Q4 are connected to the negative electrode of the DC power supply VDD. Is done. The
次に、トランスTの2次側の構成について説明する。トランスTの第1の2次巻線T2の一端には、スイッチ素子Q6のドレインが接続される。トランスTの第1の2次巻線T2の他端には、キャパシタC1の一方の電極と、負荷Loadの一端と、トランスTの第2の2次巻線T3の一端と、が接続される。トランスTの第2の2次巻線T3の他端には、スイッチ素子Q5のドレインが接続される。スイッチ素子Q5のソースと、スイッチ素子Q6のソースとには、キャパシタC1の他方の電極と、負荷Loadの他端と、が接続される。スイッチ素子Q5、Q6のそれぞれのゲートには、第2の制御部112が接続される。
Next, the configuration of the secondary side of the transformer T will be described. The drain of the switch element Q6 is connected to one end of the first secondary winding T2 of the transformer T. The other end of the first secondary winding T2 of the transformer T is connected to one electrode of the capacitor C1, one end of the load Load, and one end of the second secondary winding T3 of the transformer T. . The other end of the second secondary winding T3 of the transformer T is connected to the drain of the switch element Q5. The other electrode of the capacitor C1 and the other end of the load Load are connected to the source of the switch element Q5 and the source of the switch element Q6. The
[共振型コンバータ100の動作]
以上の構成を備える共振型コンバータ100は、スイッチ素子Q1〜Q4のそれぞれを第1の制御部111により制御して、スイッチ素子Q1、Q4がオン状態でかつスイッチ素子Q2、Q3がオフ状態である期間と、スイッチ素子Q1、Q4がオフ状態でかつスイッチ素子Q2、Q3がオン状態である期間と、を交互に設ける。これによれば、インダクタLrおよびキャパシタCrで構成される共振回路による共振電流が、トランスTの1次巻線T1の一端から他端に流れたり、トランスTの1次巻線T1の他端から一端に流れたりする。トランスTの1次巻線T1に電流が流れると、トランスTの第1の2次巻線T2および第2の2次巻線T3には、起電力が生じる。
[Operation of Resonant Type Converter 100]
In
また、共振型コンバータ100は、整流回路を構成するスイッチ素子Q5、Q6を第2の制御部112により制御して、トランスTの第1の2次巻線T2および第2の2次巻線T3に生じた起電力を同期整流する。そして、同期整流された直流電力をキャパシタC1で平滑化し、負荷Loadの一端に供給する。
Further, the
図10は、負荷Loadが全負荷の状態における、スイッチ素子Q5のドレイン電流IDQ5と、スイッチ素子Q5のゲート−ソース間電圧VGQ5と、の関係を示す図である。なお、本実施形態では、ゲート−ソース間電圧VGQ5がVGHの場合には、スイッチ素子Q5がオン状態となり、ゲート−ソース間電圧VGQ5がVGLの場合には、スイッチ素子Q5がオフ状態となるものとする。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the drain current ID Q5 of the switch element Q5 and the gate-source voltage VG Q5 of the switch element Q5 when the load Load is full load. In the present embodiment, when the gate-source voltage VG Q5 is VGH, the switch element Q5 is turned on, and when the gate-source voltage VG Q5 is VGL, the switch element Q5 is turned off. Shall be.
第2の制御部112は、まず、スイッチ素子Q5に流れるスイッチ電流であるドレイン電流IDQ5を検出する。次に、検出結果に応じて制御信号を生成し、生成した制御信号をスイッチ素子Q5のゲートに供給することで、ドレイン電流IDQ5が予め定められた閾値Ith以上の場合には、ゲート−ソース間電圧VGQ5をVGHにし、ドレイン電流IDQ5が予め定められた閾値Ith未満の場合には、ゲート−ソース間電圧VGQ5をVGLにする。これによれば、スイッチ素子Q5は、ドレイン電流IDQ5に応じて第2の制御部112により制御されることとなる。なお、スイッチ素子Q6についても、スイッチ素子Q5と同様に、ドレイン電流IDQ6に応じて第2の制御部112により制御される。
First, the
図11は、負荷Loadが軽負荷または無負荷の状態における、スイッチ素子Q5のドレイン電流IDQ5と、スイッチ素子Q5のゲート−ソース間電圧VGQ5と、の関係を示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the drain current ID Q5 of the switch element Q5 and the gate-source voltage VG Q5 of the switch element Q5 when the load Load is light or no load.
スイッチ素子Q5、Q6のドレイン電流は、負荷Loadの負荷が軽くなるに従って減少する。このため、図11では、図10と比べて、ドレイン電流IDQ5のピーク値が小さく、このドレイン電流IDQ5のピーク値は、閾値Ithに略等しくなっている。 The drain currents of the switch elements Q5 and Q6 decrease as the load of the load Load becomes lighter. Therefore, in FIG. 11, the peak value of the drain current ID Q5 is smaller than that in FIG. 10, and the peak value of the drain current ID Q5 is substantially equal to the threshold value Ith.
これによれば、第2の制御部112によるドレイン電流IDQ5の検出ゲインが上昇し、スイッチ素子Q5の制御信号にジッタが生じてしまう。すると、ゲート−ソース間電圧VGQ5にもジッタが生じてしまうので、その結果、電源ノイズが増加したり、電源出力を安定化できなかったりするおそれがあった。
According to this, the detection gain of the drain current ID Q5 by the
上述の課題を鑑み、本発明は、軽負荷時または無負荷時であっても、電源ノイズの増加を抑制できるとともに、電源出力を安定化できる共振型コンバータを提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a resonant converter capable of suppressing an increase in power supply noise and stabilizing a power supply output even at a light load or no load.
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
(1)本発明は、トランスを備え、負荷に直流電力を供給する共振型コンバータであって、前記トランスの2次巻線に生じる起電力を同期整流する1以上のスイッチ素子と、前記スイッチ素子に制御信号を供給して当該スイッチ素子を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記スイッチ素子に流れる電流または当該電流に準ずる電流に応じて第1パルスを生成するとともに、前記負荷が全負荷の状態である場合に生成する当該第1パルスと比べて、パルス幅の小さい第2パルスを予め定められたタイミングで生成し、当該第1パルスおよび当該第2パルスを合成して前記制御信号を生成することを特徴とする共振型コンバータを提案している。
The present invention proposes the following items in order to solve the above-described problems.
(1) The present invention is a resonant converter that includes a transformer and supplies DC power to a load, and includes at least one switch element that synchronously rectifies an electromotive force generated in a secondary winding of the transformer, and the switch element And a control means for controlling the switch element by supplying a control signal to the switch element, wherein the control means generates a first pulse in accordance with a current flowing through the switch element or a current equivalent to the current, and the load The second pulse having a smaller pulse width than the first pulse that is generated when is fully loaded is generated at a predetermined timing, and the first pulse and the second pulse are combined to generate the second pulse. A resonant converter characterized by generating a control signal is proposed.
この発明によれば、トランスを備え、負荷に直流電力を供給する共振型コンバータに、1以上のスイッチ素子と、制御手段と、を設けた。そして、1以上のスイッチ素子により、トランスの2次巻線に生じる起電力を同期整流することとした。また、制御手段により、スイッチ素子に制御信号を供給して、スイッチ素子を制御することとした。さらに、制御手段により、スイッチ素子に流れる電流またはスイッチ素子に流れる電流に準ずる電流に応じて、第1パルスを生成するとともに、予め定められたタイミングで第2パルスを生成し、第1パルスおよび第2パルスを合成して制御信号を生成することとした。また、第2パルスのパルス幅は、負荷が全負荷の状態である場合に生成する第1パルスのパルス幅と比べて、小さいものとした。なお、スイッチ素子に流れる電流に準ずる電流とは、スイッチ素子に流れる電流と相関関係のある電流のことであり、例えばトランスの1次側に流れる電流のことである。 According to the present invention, one or more switch elements and control means are provided in a resonant converter that includes a transformer and supplies DC power to a load. The electromotive force generated in the secondary winding of the transformer is synchronously rectified by one or more switch elements. Further, the control means supplies the control signal to the switch element to control the switch element. Further, the control means generates a first pulse according to a current flowing through the switch element or a current according to a current flowing through the switch element, and generates a second pulse at a predetermined timing. The control signal is generated by synthesizing two pulses. The pulse width of the second pulse is set to be smaller than the pulse width of the first pulse generated when the load is in the full load state. Note that the current corresponding to the current flowing through the switch element is a current having a correlation with the current flowing through the switch element, for example, the current flowing through the primary side of the transformer.
このため、トランスの2次巻線に生じる起電力を同期整流する1以上のスイッチ素子には、第1パルスと第2パルスとを合成して生成した制御信号が供給される。ここで、トランスの2次巻線に生じる起電力を同期整流する1以上のスイッチ素子を2次側スイッチ素子とすると、第1パルスは、図9に示した従来例に係る共振型コンバータ100と同様に2次側スイッチ素子に流れる電流、または、2次側スイッチ素子に流れる電流に準ずる電流に応じて、生成される。また、第2パルスのパルス幅は、負荷が全負荷の状態における第1パルスのパルス幅と比べて、小さい。
Therefore, a control signal generated by synthesizing the first pulse and the second pulse is supplied to one or more switch elements that synchronously rectify the electromotive force generated in the secondary winding of the transformer. Here, assuming that one or more switch elements that synchronously rectify the electromotive force generated in the secondary winding of the transformer are secondary side switch elements, the first pulse is the
以上より、負荷が全負荷の状態においては、第1パルスのパルス幅は、第2パルスのパルス幅より大きくなるので、第2パルスを生成するタイミングを制御することで、第2パルスの全体が第1パルスの一部に重なるようにすることができる。これによれば、第1パルスと第2パルスとを合成して生成される制御信号は、第1パルスに等しくなる。そして、第1パルスは、図9に示した従来例に係る共振型コンバータ100において生成される制御信号と同様に生成されるので、図9に示した従来例に係る共振型コンバータ100と同様に、2次側スイッチ素子を駆動できる。
From the above, when the load is full load, the pulse width of the first pulse is larger than the pulse width of the second pulse. Therefore, by controlling the timing of generating the second pulse, the entire second pulse is It can be made to overlap with a part of 1st pulse. According to this, the control signal generated by combining the first pulse and the second pulse is equal to the first pulse. Since the first pulse is generated in the same manner as the control signal generated in the
一方、負荷が軽負荷または無負荷の状態においては、図9に示した従来例に係る共振型コンバータ100と同様に、2次側スイッチ素子に流れる電流が小さくなるため、第1パルスにジッタが生じてしまう。そこで、第2パルスのパルス幅を、ジッタの生じた第1パルスのパルス幅より大きくするとともに、第2パルスを生成するタイミングを制御することで、ジッタの生じた第1パルスの全体が第2パルスの一部に重なるようにすることができる。これによれば、第1パルスと第2パルスとを合成して生成される制御信号にジッタが生じるのを防止しつつ、2次側スイッチ素子を駆動できる。このため、軽負荷時または無負荷時であっても、電源ノイズの増加を抑制できるとともに、電源出力を安定化できる。
On the other hand, when the load is light or no load, the current flowing through the secondary side switching element becomes small as in the
(2)本発明は、(1)の共振型コンバータについて、前記制御手段は、前記負荷が全負荷の状態である場合に前記スイッチ素子に流れる電流または当該電流に準ずる電流に基づいて、前記第2パルスを生成することを特徴とする共振型コンバータを提案している。 (2) The present invention relates to the resonant converter according to (1), wherein the control means is configured to control the first based on a current flowing through the switch element or a current equivalent to the current when the load is in a full load state. A resonant converter that generates two pulses has been proposed.
この発明によれば、制御手段により、負荷が全負荷の状態である場合にスイッチ素子に流れる電流、またはこの電流に準ずる電流に基づいて、第2パルスを生成することとした。このため、第2パルスとして、予め定められたパルス幅のパルスを、予め定められたタイミングで生成することができる。 According to the present invention, the second pulse is generated by the control means based on the current flowing through the switch element when the load is in the full load state or the current equivalent to this current. Therefore, a pulse having a predetermined pulse width can be generated as the second pulse at a predetermined timing.
本発明によれば、軽負荷時または無負荷時であっても、電源ノイズの増加を抑制できるとともに、電源出力を安定化できる。 According to the present invention, an increase in power supply noise can be suppressed and a power output can be stabilized even during light load or no load.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the constituent elements in the following embodiments can be appropriately replaced with existing constituent elements, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Accordingly, the description of the following embodiments does not limit the contents of the invention described in the claims.
[共振型コンバータ1の構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る共振型コンバータ1の回路図である。共振型コンバータ1は、図9に示した従来例に係る共振型コンバータ100とは、第2の制御部112の代わりに制御手段としての第2の制御部12を備える点が異なる。なお、共振型コンバータ1において、共振型コンバータ100と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
[Configuration of Resonant Converter 1]
FIG. 1 is a circuit diagram of a
[共振型コンバータ1の動作]
以上の構成を備える共振型コンバータ1では、第2の制御部12は、まず、図示しない抵抗器やカレントトランス等の電流検出素子を用いて、スイッチ素子Q5、Q6のドレイン電流を検出する。次に、後述の第1の方法により、スイッチ素子Q5、Q6のそれぞれに対応する第1パルスとしてのゲートパルスPGQ5、PGQ6を生成するとともに、後述の第2の方法により、スイッチ素子Q5、Q6のそれぞれに対応する第2パルスとしての最小パルスPMINQ5、PMINQ6を生成する。次に、スイッチ素子Q5に対応するゲートパルスPGQ5と最小パルスPMINQ5とを合成してスイッチ素子Q5の制御信号を生成し、スイッチ素子Q5のゲートに供給する。また、スイッチ素子Q6に対応するゲートパルスPGQ6と最小パルスPMINQ6とを合成してスイッチ素子Q6の制御信号を生成し、スイッチ素子Q6のゲートに供給する。
[Operation of Resonant Converter 1]
In the
<第1の方法>
第1の方法では、図9に示した従来例に係る共振型コンバータ100が制御信号を生成するのと同様に、スイッチ素子Q5のドレイン電流IDQ5に応じて、スイッチ素子Q5に対応するゲートパルスPGQ5を生成するとともに、スイッチ素子Q6のドレイン電流IDQ6に応じて、スイッチ素子Q6に対応するゲートパルスPGQ6を生成する。
<First method>
In the first method, a gate pulse corresponding to the switch element Q5 is generated in accordance with the drain current ID Q5 of the switch element Q5 in the same manner as the
具体的には、ドレイン電流IDQ5が閾値Ith以上の場合には、VGHとなり、ドレイン電流IDQ5が閾値Ith未満の場合には、VGLとなるゲートパルスPGQ5を生成する。また、ドレイン電流IDQ6が閾値Ith以上の場合には、VGHとなり、ドレイン電流IDQ6が閾値Ith未満の場合には、VGLとなるゲートパルスPGQ6を生成する。 Specifically, when the drain current ID Q5 is equal to or greater than the threshold value Ith, the gate pulse PG Q5 becomes VGH, and when the drain current ID Q5 is less than the threshold value Ith, the gate pulse PG Q5 becomes VGL. Further, when the drain current ID Q6 is equal to or greater than the threshold value Ith, the gate pulse PG Q6 becomes VGH, and when the drain current ID Q6 is less than the threshold value Ith, the gate pulse PG Q6 becomes VGL.
これによれば、負荷Loadが全負荷の状態では、図2、3を用いて後述するように、ドレイン電流IDQ5、IDQ6のピーク値は、閾値Ithより十分に大きくなる。このため、ドレイン電流IDQ5、IDQ6の検出ゲインが上昇せず、ゲートパルスPGQ5、PGQ6にジッタが発生しない。 According to this, when the load is full, the peak values of the drain currents ID Q5 and ID Q6 are sufficiently larger than the threshold value Ith, as will be described later with reference to FIGS. For this reason, the detection gains of the drain currents ID Q5 and ID Q6 do not increase, and no jitter occurs in the gate pulses PG Q5 and PG Q6 .
一方、負荷Loadが軽負荷または無負荷の状態では、図4、5を用いて後述するように、ドレイン電流IDQ5、IDQ6のピーク値は、閾値Ithに略等しくなる。このため、ドレイン電流IDQ5、IDQ6の検出ゲインが上昇し、ゲートパルスPGQ5、PGQ6にジッタが発生する。 On the other hand, when the load Load is light or no load, the peak values of the drain currents ID Q5 and ID Q6 are substantially equal to the threshold value Ith, as will be described later with reference to FIGS. For this reason, the detection gains of the drain currents ID Q5 and ID Q6 increase, and jitter occurs in the gate pulses PG Q5 and PG Q6 .
<第2の方法>
第2の方法では、負荷Loadが全負荷の状態におけるスイッチ素子Q5のドレイン電流IDQ5に基づいて、スイッチ素子Q5に対応する最小パルスPMINQ5を生成するとともに、負荷Loadが全負荷の状態におけるスイッチ素子Q6のドレイン電流IDQ6に基づいて、スイッチ素子Q6に対応する最小パルスPMINQ6を生成する。
<Second method>
In the second method, the minimum pulse PMIN Q5 corresponding to the switch element Q5 is generated based on the drain current ID Q5 of the switch element Q5 when the load Load is full load, and the switch when the load Load is full load is generated. Based on the drain current ID Q6 of the element Q6, the minimum pulse PMIN Q6 corresponding to the switch element Q6 is generated.
具体的には、図6、7を用いて後述するように、負荷Loadが全負荷の状態におけるドレイン電流IDQ5、IDQ6が「0」より大きくなるタイミングを基準として、負荷Loadが無負荷の状態における出力ノイズレベルNと損失Plossとを考慮して、最小パルス位置Tsを決定する。また、図6、8を用いて後述するように、負荷Loadが全負荷の状態におけるドレイン電流IDQ5、IDQ6が「0」より大きくなるタイミングを基準として、負荷Loadが無負荷の状態における出力ノイズレベルNと損失Plossとを考慮して、最小パルス幅Twを決定する。 Specifically, as will be described later with reference to FIGS. 6 and 7, the load load is unloaded on the basis of the timing at which the drain currents ID Q5 and ID Q6 are larger than “0” when the load Load is full load. The minimum pulse position Ts is determined in consideration of the output noise level N and the loss Ploss in the state. As will be described later with reference to FIGS. 6 and 8, the output when the load load is unloaded is based on the timing when the drain currents ID Q5 and ID Q6 are larger than “0” when the load load is full load. The minimum pulse width Tw is determined in consideration of the noise level N and the loss Ploss.
これによれば、負荷Loadが全負荷の状態であっても、負荷Loadが軽負荷または無負荷の状態であっても、図2〜図5を用いて後述するように、最小パルスPMINQ5、PMINQ6のパルス幅は、一定となる。また、負荷Loadが全負荷の状態では、図2、3を用いて後述するように、最小パルスPMINQ5の全体が、ゲートパルスPGQ5の一部に重なるとともに、最小パルスPMINQ6の全体が、ゲートパルスPGQ6の一部に重なることとなる。一方、負荷Loadが軽負荷または無負荷の状態では、図4、5を用いて後述するように、ジッタの生じたゲートパルスPGQ5の全体が、最小パルスPMINQ5の一部に重なるとともに、ジッタの生じたゲートパルスPGQ6の全体が、最小パルスPMINQ6の一部に重なることとなる。 According to this, even if the load Load is in a full load state, even if the load Load is in a light load or no load state, the minimum pulse PMIN Q5 , as will be described later with reference to FIGS. The pulse width of PMIN Q6 is constant. When the load Load is full load, as will be described later with reference to FIGS. 2 and 3, the entire minimum pulse PMIN Q5 overlaps a part of the gate pulse PG Q5 , and the entire minimum pulse PMIN Q6 is This overlaps a part of the gate pulse PG Q6 . On the other hand, when the load Load is light or no load, as described later with reference to FIGS. 4 and 5 , the entire gate pulse PG Q5 in which jitter occurs overlaps a part of the minimum pulse PMIN Q5 , and the jitter Thus, the entire gate pulse PG Q6 generated in this manner overlaps a part of the minimum pulse PMIN Q6 .
図2は、負荷Loadが全負荷の状態において、ゲートパルスPGQ5および最小パルスPMINQ5に基づいて、スイッチ素子Q5のゲートに供給する制御信号を生成する手順を説明する図である。また、図3は、負荷Loadが全負荷の状態における、ドレイン電流IDQ5と、ゲートパルスPGQ5と、最小パルスPMINQ5と、スイッチ素子Q5のゲート−ソース間電圧VGQ5と、のタイミングチャートである。 FIG. 2 is a diagram illustrating a procedure for generating a control signal to be supplied to the gate of the switch element Q5 based on the gate pulse PG Q5 and the minimum pulse PMIN Q5 when the load Load is full load. FIG. 3 is a timing chart of the drain current ID Q5 , the gate pulse PG Q5 , the minimum pulse PMIN Q5, and the gate-source voltage VG Q5 of the switch element Q5 when the load Load is full load. is there.
図2、3に示すように、負荷Loadが全負荷の状態では、ゲートパルスPGQ5がVGHである期間の一部において、最小パルスPMINQ5がVGHとなり、最小パルスPMINQ5の全体が、ゲートパルスPGQ5の一部に重なることとなる。このため、これらゲートパルスPGQ5と最小パルスPMINQ5とを合成して生成された制御信号がゲートに供給されるスイッチ素子Q5のゲート−ソース間電圧VGQ5の波形は、ゲートパルスPGQ5の波形と等しくなる。なお、負荷Loadが全負荷の状態では、スイッチ素子Q6のゲート−ソース間電圧VGQ6の波形についても、スイッチ素子Q5のゲート−ソース間電圧VGQ5の波形と同様に、ゲートパルスPGQ6の波形と等しくなる。 As shown in FIGS. 2 and 3, in a state where the load Load is full load, the minimum pulse PMIN Q5 becomes VGH during a part of the period in which the gate pulse PG Q5 is VGH, and the entire minimum pulse PMIN Q5 becomes the gate pulse. It will overlap with part of PG Q5 . For this reason, the waveform of the gate-source voltage VG Q5 of the switch element Q5 to which the control signal generated by synthesizing the gate pulse PG Q5 and the minimum pulse PMIN Q5 is supplied to the gate is the waveform of the gate pulse PG Q5 . Is equal to In the load Load is fully loaded, the gate of the switching element Q6 - the waveform of the source voltage VG Q6 also, the gate of the switching element Q5 - like the waveform of the source voltage VG Q5, the waveform of the gate pulse PG Q6 Is equal to
図4は、負荷Loadが軽負荷または無負荷の状態において、ゲートパルスPGQ5および最小パルスPMINQ5に基づいて、スイッチ素子Q5のゲートに供給する制御信号を生成する手順を説明する図である。また、図5は、負荷Loadが軽負荷または無負荷の状態における、ドレイン電流IDQ5と、ゲートパルスPGQ5と、最小パルスPMINQ5と、スイッチ素子Q5のゲート−ソース間電圧VGQ5と、のタイミングチャートである。 FIG. 4 is a diagram illustrating a procedure for generating a control signal to be supplied to the gate of the switch element Q5 based on the gate pulse PG Q5 and the minimum pulse PMIN Q5 when the load Load is light or no load. FIG. 5 shows the drain current ID Q5 , the gate pulse PG Q5 , the minimum pulse PMIN Q5, and the gate-source voltage VG Q5 of the switch element Q5 when the load Load is light or no load. It is a timing chart.
図4、5に示すように、負荷Loadが軽負荷または無負荷の状態では、ゲートパルスPGQ5にジッタが生じる。ところが、最小パルスPMINQ5がVGHである期間の一部において、ジッタの生じたゲートパルスPGQ5がVGHとなり、ジッタの生じたゲートパルスPGQ5の全体が、最小パルスPMINQ5の一部に重なることとなる。このため、これらゲートパルスPGQ5と最小パルスPMINQ5とを合成して生成された制御信号がゲートに供給されるスイッチ素子Q5のゲート−ソース間電圧VGQ5の波形は、最小パルスPMINQ5の波形と等しくなる。なお、負荷Loadが軽負荷または無負荷の状態では、スイッチ素子Q6のゲート−ソース間電圧VGQ6の波形についても、スイッチ素子Q5のゲート−ソース間電圧VGQ5の波形と同様に、最小パルスPMINQ6の波形と等しくなる。 As shown in FIGS. 4 and 5, when the load Load is light or no load, jitter occurs in the gate pulse PG Q5 . However, the minimum in pulse PMIN Q5 Some time is VGH, the gate pulse PG Q5 is VGH next occurring jitter, the entire gate pulse PG Q5 resulting jitter, overlaps a portion of the minimum pulse PMIN Q5 It becomes. Therefore, the waveform of the gate-source voltage VG Q5 of the switch element Q5 to which the control signal generated by combining the gate pulse PG Q5 and the minimum pulse PMIN Q5 is supplied to the gate is the waveform of the minimum pulse PMIN Q5 . Is equal to When the load Load is light or no load, the waveform of the gate-source voltage VG Q6 of the switch element Q6 is the same as the waveform of the gate-source voltage VG Q5 of the switch element Q5. It becomes equal to the waveform of Q6 .
<最小パルス>
上述の第2の方法により生成される最小パルスについて、図6〜8を用いて以下に詳述する。
<Minimum pulse>
The minimum pulse generated by the above-described second method will be described in detail below with reference to FIGS.
図6は、最小パルス幅Twおよび最小パルス位置Tsを説明するための図である。ここで、最小パルス幅Twとは、最小パルスPMINQ5がVGHである期間を示し、最小パルス位置Tsとは、負荷Loadが全負荷の状態において、ドレイン電流IDQ5が「0」より大きくなってから最小パルスPMINQ5をVGHにするまでの時間を示す。なお、最小パルスPMINQ6がVGHである期間と、最小パルスPMINQ5がVGHである期間とは、等しいものとする。また、ドレイン電流IDQ6が「0」より大きくなってから最小パルスPMINQ6をVGHにするまでの時間と、ドレイン電流IDQ5が「0」より大きくなってから最小パルスPMINQ5をVGHにするまでの時間とは、等しいものとする。 FIG. 6 is a diagram for explaining the minimum pulse width Tw and the minimum pulse position Ts. Here, the minimum pulse width Tw indicates a period in which the minimum pulse PMIN Q5 is VGH, and the minimum pulse position Ts indicates that the drain current ID Q5 is larger than “0” when the load is full. To the minimum pulse PMIN Q5 to VGH. Note that the period in which the minimum pulse PMIN Q6 is VGH and the period in which the minimum pulse PMIN Q5 is VGH are the same. Also, the time from when the drain current ID Q6 becomes larger than “0” until the minimum pulse PMIN Q6 becomes VGH and the time after the drain current ID Q5 becomes larger than “0” until the minimum pulse PMIN Q5 becomes VGH. The time of is assumed to be equal.
図7は、負荷Loadが無負荷の状態において、最小パルス位置Tsを変化させた場合における、出力ノイズレベルNと損失Plossとの関係を示す図である。ここで、出力ノイズレベルNとは、共振型コンバータ1から負荷Loadに供給される直流電力に含まれるノイズの度合いを示し、この度合いが高くなるに従って、高くなる値のことである。また、損失Plossとは、共振型コンバータ1の損失のことである。
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between the output noise level N and the loss Ploss when the minimum pulse position Ts is changed in a state where the load Load is not loaded. Here, the output noise level N indicates the degree of noise included in the DC power supplied from the
図7に示すように、最小パルス位置Tsが大きくなるに従って、負荷Loadが無負荷の状態における出力ノイズレベルNは、低くなるとともに、負荷Loadが無負荷の状態における損失Plossは、大きくなる。このため、負荷Loadが無負荷の状態における出力ノイズレベルNと損失Plossとの関係を考慮して、最適な最小パルス位置Tsを設定することが好ましい。 As shown in FIG. 7, as the minimum pulse position Ts increases, the output noise level N when the load load is no load decreases, and the loss Ploss when the load load is no load increases. For this reason, it is preferable to set the optimum minimum pulse position Ts in consideration of the relationship between the output noise level N and the loss Ploss when the load Load is unloaded.
図8は、負荷Loadが無負荷の状態において、最小パルス幅Twを変化させた場合における、出力ノイズレベルNと損失Plossとの関係を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the output noise level N and the loss Ploss when the minimum pulse width Tw is changed in the no load state.
図8に示すように、最小パルス幅Twが大きくなるに従って、負荷Loadが無負荷の状態における出力ノイズレベルNは、低くなるとともに、負荷Loadが無負荷の状態における損失Plossは、大きくなる。このため、負荷Loadが無負荷の状態における出力ノイズレベルNと損失Plossとの関係を考慮して、最適な最小パルス幅Twを設定することが好ましい。 As shown in FIG. 8, as the minimum pulse width Tw increases, the output noise level N when the load load is unloaded decreases, and the loss Ploss when the load load is unloaded increases. For this reason, it is preferable to set the optimum minimum pulse width Tw in consideration of the relationship between the output noise level N and the loss Ploss when the load Load is unloaded.
以上の共振型コンバータ1によれば、以下の効果を奏することができる。
According to the above
負荷Loadが全負荷の状態では、最小パルスPMINQ5の全体が、ゲートパルスPGQ5の一部に重なる。このため、これらゲートパルスPGQ5と最小パルスPMINQ5とを合成して生成された制御信号がゲートに供給されるスイッチ素子Q5のゲート−ソース間電圧VGQ5の波形は、ゲートパルスPGQ5の波形と等しくなる。また、スイッチ素子Q6のゲート−ソース間電圧VGQ6の波形についても、スイッチ素子Q5のゲート−ソース間電圧VGQ5の波形と同様に、ゲートパルスPGQ6の波形と等しくなる。そして、ゲートパルスPGQ5、PGQ6のそれぞれは、図9に示した従来例に係る共振型コンバータ100において生成される制御信号と同様に生成されるので、図9に示した従来例に係る共振型コンバータ100と同様に、スイッチ素子Q5、Q6を駆動できる。
When the load Load is full load, the entire minimum pulse PMIN Q5 overlaps a part of the gate pulse PG Q5 . For this reason, the waveform of the gate-source voltage VG Q5 of the switch element Q5 to which the control signal generated by synthesizing the gate pulse PG Q5 and the minimum pulse PMIN Q5 is supplied to the gate is the waveform of the gate pulse PG Q5 . Is equal to The waveform of the gate-source voltage VG Q6 of the switch element Q6 is also equal to the waveform of the gate pulse PG Q6 , similarly to the waveform of the gate-source voltage VG Q5 of the switch element Q5. Since each of the gate pulses PG Q5 and PG Q6 is generated in the same manner as the control signal generated in the
一方、負荷Loadが軽負荷または無負荷の状態では、ゲートパルスPGQ5にジッタが生じるが、ジッタの生じたゲートパルスPGQ5の全体が、最小パルスPMINQ5の一部に重なる。このため、これらゲートパルスPGQ5と最小パルスPMINQ5とを合成して生成された制御信号がゲートに供給されるスイッチ素子Q5のゲート−ソース間電圧VGQ5の波形は、最小パルスPMINQ5の波形と等しくなる。また、スイッチ素子Q6のゲート−ソース間電圧VGQ6の波形についても、スイッチ素子Q5のゲート−ソース間電圧VGQ5の波形と同様に、最小パルスPMINQ6の波形と等しくなる。これによれば、ゲート−ソース間電圧VGQ5、VGQ6にジッタが生じるのを防止しつつ、スイッチ素子Q5、Q6を駆動できる。このため、軽負荷時または無負荷時であっても、電源ノイズの増加を抑制できるとともに、電源出力を安定化できる。 On the other hand, when the load Load is light or no load, jitter occurs in the gate pulse PG Q5 , but the entire gate pulse PG Q5 in which the jitter occurs overlaps a part of the minimum pulse PMIN Q5 . Therefore, the waveform of the gate-source voltage VG Q5 of the switch element Q5 to which the control signal generated by combining the gate pulse PG Q5 and the minimum pulse PMIN Q5 is supplied to the gate is the waveform of the minimum pulse PMIN Q5 . Is equal to The waveform of the gate-source voltage VG Q6 of the switch element Q6 is also equal to the waveform of the minimum pulse PMIN Q6 , similarly to the waveform of the gate-source voltage VG Q5 of the switch element Q5. According to this, it is possible to drive the switching elements Q5 and Q6 while preventing the occurrence of jitter in the gate-source voltages VG Q5 and VG Q6 . For this reason, even when the load is light or no load, an increase in power supply noise can be suppressed and the power output can be stabilized.
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上述の実施形態では、ゲートパルスPGQ5、PGQ6と、最小パルスPMINQ5、PMINQ6と、をスイッチ素子Q5、Q6のそれぞれのドレイン電流に基づいて生成したが、これに限らず、スイッチ素子Q5、Q6のそれぞれのドレイン電流に準ずる電流に基づいて生成してもよい。具体的には、スイッチ素子Q5のドレイン電流と、トランスTの第2の2次巻線T3に流れる電流とは、略等しく、スイッチ素子Q6のドレイン電流と、トランスTの第1の2次巻線T2に流れる電流とは、略等しい。また、トランスTの第1の2次巻線T2および第2の2次巻線T3のそれぞれに流れる電流と、トランスTの1次巻線T1と、の間には、巻数比に応じた相関関係がある。以上より、例えば、トランスTの1次巻線T1に流れる電流に基づいて、ゲートパルスPGQ5、PGQ6と、最小パルスPMINQ5、PMINQ6と、を生成してもよい。 For example, in the above-described embodiment, the gate pulses PG Q5 and PG Q6 and the minimum pulses PMIN Q5 and PMIN Q6 are generated based on the drain currents of the switch elements Q5 and Q6. You may produce | generate based on the electric current according to each drain current of element Q5, Q6. Specifically, the drain current of the switch element Q5 and the current flowing through the second secondary winding T3 of the transformer T are substantially equal, and the drain current of the switch element Q6 and the first secondary winding of the transformer T The current flowing through the line T2 is substantially equal. Further, there is a correlation according to the turn ratio between the current flowing in each of the first secondary winding T2 and the second secondary winding T3 of the transformer T and the primary winding T1 of the transformer T. There is a relationship. From the above, for example, the gate pulses PG Q5 and PG Q6 and the minimum pulses PMIN Q5 and PMIN Q6 may be generated based on the current flowing through the primary winding T1 of the transformer T.
1、100;共振型コンバータ
111;第1の制御部
12、112;第2の制御部
Load;負荷
Q1〜Q6;スイッチ素子
T;トランス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100;
Claims (2)
前記トランスの2次巻線に生じる起電力を同期整流する1以上のスイッチ素子と、
前記スイッチ素子に制御信号を供給して当該スイッチ素子を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記スイッチ素子に流れる電流または当該電流に準ずる電流に応じて第1パルスを生成するとともに、前記負荷が全負荷の状態である場合に生成する当該第1パルスと比べて、パルス幅の小さい第2パルスを予め定められたタイミングで生成し、当該第1パルスおよび当該第2パルスを合成して前記制御信号を生成することを特徴とする共振型コンバータ。 A resonant converter that includes a transformer and supplies DC power to a load,
One or more switch elements for synchronously rectifying an electromotive force generated in the secondary winding of the transformer;
Control means for controlling the switch element by supplying a control signal to the switch element,
The control means generates a first pulse according to a current flowing through the switch element or a current corresponding to the current, and a pulse compared to the first pulse generated when the load is in a full load state. A resonant converter, wherein a second pulse having a small width is generated at a predetermined timing, and the control signal is generated by combining the first pulse and the second pulse.
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