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JP2004040854A - Switching power source - Google Patents

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JP2004040854A
JP2004040854A JP2002191183A JP2002191183A JP2004040854A JP 2004040854 A JP2004040854 A JP 2004040854A JP 2002191183 A JP2002191183 A JP 2002191183A JP 2002191183 A JP2002191183 A JP 2002191183A JP 2004040854 A JP2004040854 A JP 2004040854A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching
mos transistor
mos transistors
current capacity
mos
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002191183A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Iwao
岩尾 健一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2002191183A priority Critical patent/JP2004040854A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power source which can effectively suppress power loss occurring in the process of the switching of a main switch. <P>SOLUTION: A chopper type switching power source is equipped with a plurality of MOS transistors Q1 and Q2 connected in parallel with each other on a power path as a main switching element. A switching controller CNT switches MOS transistors Q1 and Q2 in roughly the same phase, and in the process of switching these MOS transistors q1 and Q2, it switches off the MOS transistor Q2 small in current capacity to delay it behind the MOS transistor Q1 large in current capacity. As a result, in the process of switching, this power source keeps the potential difference between the source and the drain of the MOS transistor zero, and suppresses the power loss in the switching element. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源に関し、スイッチング時の損失を低減するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、DC−DCコンバータとしてスイッチング電源が広く用いられている。図4にスイッチング電源の基本構成を示す。同図に示すように、入力端子T1には、接地端子T3を基準として入力電圧Viが印加されている。また、入力端子T1には、主スイッチング素子としてn型のMOSトランジスタQのドレインが接続され、このドレインと接地端子T3との間にはダイオードDが接続される。MOSトランジスタQのソースと出力端子T2との間にはリアクトルLが接続され、出力端子T2と接地端子T3との間にはコンデンサCが接続される。スイッチング制御部CTLは、MOSトランジスタQのスイッチングを制御するための電圧信号Vcを出力するものである。
【0003】
このスイッチング電源によれば、接地端子T3を基準として出力端子T2に現れる出力電圧Voが所望の値となるように、スイッチング制御部CTLが電圧信号Vcのデューティを調節する。これにより、入力電圧Viを振幅とする方形波がMOSトランジスタQのソース側に現れ、この方形波がリアクトルLとコンデンサCからなるフィルタ回路により平滑されて出力端子T2に出力される。このとき、出力端子T2に現れる出力電圧Voは、電圧信号Vcのデューティと入力電圧Viとの積で決まる。ダイオードDは、MOSトランジスタTがオフ状態にスイッチングしたときに、リアクトルLに蓄積されたエネルギーを出力端子T2に接続された負荷側に放出するためのものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の従来技術に係るスイッチング電源によれば、主スイッチング素子であるMOSトランジスタQの電流容量を大きくすると、このMOSトランジスタQがオン状態からオフ状態にスイッチングする際に電力の損失が発生し、DC−DCコンバータとしての効率が低下するという問題がある。
この問題について、図5の波形図を参照して詳細に説明する。いま、電圧信号Vsがハイレベルにあり、MOSトランジスタQがオン状態となってスイッチング電流Isが流れているものとする。この状態では、MOSトランジスタQのオン抵抗は極めて小さい状態にあるから、そのソース−ドレイン間の電位差Vdsはほぼゼロとなる。このとき、MOSトランジスタTでの電力損失は、電位差Vdsとスイッチング電流Idsとの積で表されるが、この場合、電位差Vdsがほぼゼロであるから、MOSトランジスタQでの電力損失は極めて小さい状態にある。
【0005】
この状態から、電圧信号Vsがローレベルとなり、MOSトランジスタQがオフ状態になると、見かけ上、MOSトランジスタQのオン抵抗が無限大になる。この結果、スイッチング電流Idsがゼロに収束する。ここで、MOSトランジスタQの電流容量が大きい場合、その特性上、ゲート容量が増大する傾向を示す。このため、電圧信号Vcに対するMOSトランジスタQのゲート電圧の応答性が緩慢になり、スイッチングの過程でMOSトランジスタQのオン抵抗が中間値となる。この結果、図5に示すように、スイッチング期間Pにおいて電位差Vsが発生し、スイッチング電流Isと電位差Vsとの積がゼロではなくなり、電力損失が発生する。
【0006】
この発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、スイッチングの過程で発生する電力損失を有効に抑制することが可能なスイッチング電源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】
上記課題を解決するため、この発明は以下の構成を有する。
即ち、請求項1に記載された発明は、チョッパ型のスイッチング電源において、主スイッチング素子として、電力の経路上に相互に並列接続された複数のMOSトランジスタ(例えば後述するMOSトランジスタQ1,Q2に相当する構成要素)を備えてなり、前記複数のMOSトランジスタを略同相でスイッチング制御すると共に、前記複数のMOSトランジスタをスイッチングさせる過程において電流容量の大きなMOSトランジスタに対し電流容量の小さなMOSトランジスタを遅らせてオフ状態に制御するように構成したことを特徴とする。
【0008】
請求項2に記載された発明は、絶縁型のスイッチング電源において、主スイッチング素子として、絶縁トランスの一次側をなす巻線の励磁電流経路上に相互に並列接続された複数のMOSトランジスタ(例えば後述するMOSトランジスタQ21,Q22に相当する構成要素)を備えてなり、前記複数のMOSトランジスタを略同相でスイッチング制御すると共に、前記複数のMOSトランジスタをスイッチングさせる過程において電流容量の大きなMOSトランジスタに対し電流容量の小さなMOSトランジスタを遅らせてオフ状態に制御するように構成したことを特徴とする。
【0009】
請求項3に記載された発明は、入力端子側と出力端子側との間に相互に並列接続された複数のMOSトランジスタ(例えば後述するMOSトランジスタQ1,Q2に相当する構成要素)と、前記複数のMOSトランジスタと前記出力端子との間に介挿されたフィルタ回路と、前記複数のMOSトランジスタを略同相でスイッチング制御すると共に、前記複数のMOSトランジスタをスイッチングさせる過程において電流容量の大きなMOSトランジスタに対し電流容量の小さなMOSトランジスタを遅らせてオフ状態に制御するスイッチング制御部(例えば後述するスイッチング制御部CNTに相当する構成要素)と、を備える。
【0010】
請求項4に記載された発明は、一次側が入力端子側に接続されたトランスと、前記トランスの一次側をなす巻線の電流経路上に介挿され、相互に並列接続された複数のMOSトランジスタ(例えば後述するMOSトランジスタQ21,Q22に相当する構成要素)と、前記トランスの二次側に接続され、該二次側の巻線に誘起された電力を整流する整流回路と、前記整流回路と前記出力端子との間に介挿されたフィルタ回路と、前記複数のMOSトランジスタを略同相でスイッチング制御すると共に、前記複数のMOSトランジスタをスイッチングさせる過程において電流容量の大きなMOSトランジスタに対し電流容量の小さなMOSトランジスタを遅らせてオフ状態に制御するスイッチング制御部(例えば後述するスイッチング制御部CNTに相当する構成要素)と、を備える。
【0011】
上記請求項1ないし4に記載された発明の構成を要約すると、例えば、電力の経路上に電流容量の大きな第1のMOSトランジスタと電流容量の小さな第2のMOSトランジスタとを相互に並列接続して備え、これら第1および第2のMOSトランジスタをスイッチングさせる過程において、前記第1のMOSトランジスタに対し前記第2のMOSトランジスタを遅らせてオフ状態に制御している。
上記請求項1ないし4に記載された発明の構成によれば、MOSトランジスタがオン状態からオフ状態にスイッチングする過程において、電流容量の小さなMOSトランジスタがオン状態を保ち、これにより電流容量の大きなMOSトランジスタの端子電圧(電位差)を小さく抑える。従って、電流容量の大きなMOSトランジスタに電流が流れても、この電流が電力損失として顕在化することがなくなり、スイッチングの過程で発生する電力損失が有効に抑制される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。
(実施の形態1)
図1に、この発明に実施の形態1に係るチョッパ型スイッチング電源の構成を示す。同図において、前述の図4に示す要素と共通する要素には同一符号を付す。同図に示すように、この実施の形態1に係るスイッチング電源は、前述の図4に示す従来技術に係るスイッチング電源の構成において、MOSトランジスタQに代え、電力の経路上に相互に並列接続された複数のMOSトランジスタQ1,Q2(主スイッチング素子)を備えると共に、スイッチング制御部CTLに代えて、複数のMOSトランジスタQ1,Q2のスイッチングを制御するためのスイッチング制御部CNTを備える。その他の構成は図4に示す構成と同様である。
【0013】
さらに構成を具体的に説明する。入力端子T1と接地端子T3との間には直流電源が接続されており、入力端子T1には、接地端子T3を基準として入力電圧Viが印加されている。また、入力端子T1には、相互に並列接続されたn型のMOSトランジスタQ1,Q2の各ドレインが共通接続される。この実施の形態1では、MOSトランジスタQ1,Q2の各電流容量の和は、前述の従来技術に係るMOSトランジスタQの電流容量に相当するものとする。また、MOSトランジスタQ2の電流容量は、ソース−ドレイン間の電位差Vsを小さく抑え得る限度において、MOSトランジスタQ1に比較して十分に小さいものとする。
【0014】
MOSトランジスタQ1,Q2の各ソースと接地端子T3との間にはダイオードDが接続される。このダイオードDのアノードは接地端子T3に接続され、そのカソードはMOSトランジスタQ1,Q2のソース側に接続される。MOSトランジスタQ1,Q2のソースと出力端子T2との間にはリアクトル(インダクタ)Lが接続され、出力端子T2と接地端子T3との間にはコンデンサCが接続される。これらリアクトルLとコンデンサCは平滑用のフィルタ回路を構成する。スイッチング制御部CTLは、出力電圧Voに応じてMOSトランジスタQ1,Q2のスイッチングを制御するための電圧信号Vc1,Vc2を出力するものである。
【0015】
次に、MOSトランジスタQ1,Q2のスイッチング制御に着目して、この実施の形態1の動作を説明する。
まず、基本的な電圧変換動作を説明する。スイッチング制御部CNTの制御の下、電圧信号Vc1,Vc2によりMOSトランジスタQ1,Q2がほぼ同相でスイッチング制御される。即ち、MOSトランジスタQ1がオン状態に制御される場合には、MOSトランジスタQ2もオン状態に制御され、MOSトランジスタQ1がオフ状態に制御される場合にはMOSトランジスタQ2もオフ状態に制御される。このとき、スイッチング制御部CNTは、接地端子T3に対して出力端子T2に現れる出力電圧Voが所望の出力電圧となるように電圧信号Vc1,Vc2の各デューティを調節する。
【0016】
この結果、MOSトランジスタTのソース側には、入力電圧Viを振幅として電圧信号Vc1,Vc2に応じたデューティを有する方形波が現れる。この方形波がリアクトルLとコンデンサCからなるフィルタ回路により平滑され、出力端子T2に出力電圧Voが出力される。ダイオードDは、MOSトランジスタQ1,Q2がオフ状態にスイッチングする際に、リアクトルLに蓄積されたエネルギーを、出力端子T2と接地端子との間に接続された負荷側に放出する。
【0017】
次に、MOSトランジスタQ1,Q2のスイッチング制御を詳細に説明する。MOSトランジスタQ1,Q2をオフ状態からオン状態に制御する場合には、電圧信号Vc1,Vc2が概ね同一のタイミングでローレベルからハイレベルに遷移し、MOSトランジスタQ1,Q2が同時にオン状態となる。これにより、スイッチング電流Ids1,Ids2がMOSトランジスタQ1,Q2を流れる。この場合、電圧信号Vc1,Vc2に応じて各MOSトランジスタQ1,Q2のゲート電圧が上昇し、この過程でMOSトランジスタQ1,Q2の各オン抵抗が中間値となり、ソース−ドレイン間の電位差Vdsが顕在化する。しかし、スイッチング電流Ids1,Ids2の初期値はゼロであるから、この場合に発生する電力損失は極めて小さい。
【0018】
また、スイッチング制御部CNTがMOSトランジスタQ1,Q2をオン状態からオフ状態に制御する場合、図2に示すように、時刻t1で電圧信号Vc1がハイレベルからローレベルに遷移させ、この電圧信号Vc1に対して一定時間tDだけ遅らせて電圧信号Vc2をハイレベルからローレベルに遷移させる。このため、MOSトランジスタQ1がオン状態がらオフ状態に移行するスイッチング期間Pにおいて、スイッチング電流Ids1が依然として大きい状態にあるスイッチング直後の一定区間P1でMOSトランジスタQ2がオン状態を維持し、MOSトランジスタQ1のソース−ドレイン間の電位差Vdsがほぼゼロに維持される。従って、スイッチングの際にMOSトランジスタQ1のオン抵抗が中間値になっても、このMOSトランジスタQ1での電力損失(スイッチング電流Ids1と電位差Vdsとの積として与えられる量)が有効に抑制される。
【0019】
一方、MOSトランジスタQ2では、スイッチング電流Ids2と電位差Vdsによる電力損失が発生する。しかし、このMOSトランジスタQ2の電流容量は小さいのであるから、その特性上、電圧信号Vc2に対するスイッチングの応答が速く、そのオン抵抗が中間値となる期間は極めて短い。しかも、MOSトランジスタQ2の電流容量は小さいので、そもそもこのMOSトランジスタQ2での電力損失自体が小さい。従って、スイッチングの過程でMOSトランジスタQ2で発生する電力損失は小さい。よって、全体として見れば、スイッチングの過程でMOSトランジスタQ1,Q2で発生する電力損失は有効に抑えられる。
【0020】
このように、この実施の形態1によれば、主スイッチング素子をなす複数のMOSトランジスタQ1,Q2のうち、電流容量の大きなMOSトランジスタQ1に対して一定時間だけ遅らせて、電流容量の小さなMOSトランジスタQ2をオフ状態に制御する。換言すれば、電流容量の大きなMOSトランジスタQ1がオフ状態にスイッチングする期間において、電流容量の小さなMOSトランジスタQ2をオン状態に維持する。これにより、電流容量の大きなMOSトランジスタQ1のソース−ドレイン間の電位差Vdsが小さく抑えられ、スイッチング電流Ids1が流れたとしても電力損失として顕在化しない。また、電流容量の小さなMOSトランジスタを電流容量の大きなMOSトランジスタに対して一定時間だけ遅らせればよいのであるから、各MOSトランジスタの制御が簡単である。
【0021】
(実施の形態2)
以下、この発明の実施の形態2を説明する。
図3に、この実施の形態3に係る絶縁型スイッチング電源の構成を示す。このスイッチング電源は、絶縁トランスの一次側をなす巻線の励磁電流経路上に相互に並列接続された複数のMOSトランジスタQ21,Q22(主スイッチング素子)を備えたものであり、これらMOSトランジスタのスイッチング制御については、上述の実施の形態1と同様である。
【0022】
構成を具体的に説明する。同図において、TRはトランスであり、その一次側が入力端子T11,T12側に接続されている。ここで、入力端子T12は接地端子であって、入力端子T11には、入力端子T12を基準とした入力電圧Viが外部から印加される。また、入力端子T11にはトランスTRの一次側巻線の一端が接続され、この一次側巻線の他端と入力端子T12との間には、相互に並列接続されたMOSトランジスタQ21,Q22が接続されている。このMOSトランジスタQ21は上述の大電流容量のMOSトランジスタQ1に相当し、MOSトランジスタQ22は上述の小電流容量のMOSトランジスタQ2に相当する。一方、トランスTRの二次側には、この二次側の巻線に誘起された電力を整流するための整流回路としてダイオードD1が接続されており、この整流回路と出力端子T21,T22との間には、コンデンサCからなるフィルタ回路が介挿されている。ダイオードD2は、トランスTRの二次側の巻線に蓄積されたエネルギーを負荷側に放出するためのものである。スイッチング制御部CNTは、上述の実施の形態1と同様のものである。
【0023】
この実施の形態2によれば、トランスTRの一次側巻線の励磁電流が、MOSトランジスタQ21,Q22のスイッチング電流として発生するが、MOSトランジスタQ21がオフ状態に制御される過程において、MOSトランジスタQ22がオン状態を一定時間維持し、そのソース−ドレイン間の電位差Vdsをほぼゼロに維持する。従って、大電流容量のMOSトランジスタQ21のオン抵抗が中間値となってスイッチング電流が流れても、ソース−ドレイン間の電位差Vdsがほぼゼロであるから、MOSトランジスタQ21で発生する電力損失が抑制される。一方の小電流容量のMOSトランジスタQ22については、スイッチング速度が速いことと、そもそも電流容量が小さいことから、このMOSトランジスタQ22で発生する電力損失は小さい。よって、全体として見れば、スイッチングの際にMOSトランジスタQ21,Q22で発生する電力損失が有効に抑制される。
【0024】
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。例えば上述の実施の形態1では、複数のMOSトランジスタQ1,Q2の電流容量の和が従来技術に係るMOSトランジスタQの電流容量に相当するものとしたが、これに限定されることなく、電流容量が大きなスイッチング素子と、電流容量の小さなスイッチング素子との組み合わせであればよい。換言すれば、電流容量の大きなスイッチング素子とスイッチング速度の速いスイッチング素子との組み合わせであってもよく、電流容量が大きく且つスイッチング速度が遅い素子と、電流容量が小さく且つスイッチング速度が速いスイッチング素子との組み合わせであってもよい。また、上述の実施の形態では、電流容量の小さなMOSトランジスタにより、電流容量の大きなMOSトランジスタのソース−ドレイン間の電位差Vdsをほぼゼロにするものとしたが、実質的に電力損失の発生が抑制される限度において電位差Vdsが小さければ足り、必ずしも電位差Vdsをゼロとする必要はない。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係るスイッチング電源によれば、電力の経路上に電流容量の大きな主スイッチング素子と電流容量の小さな主スイッチング素子とを相互に並列接続し、電流容量の大きな主スイッチング素子に対し前記電流容量の小さな主スイッチング素子を遅らせてオフ状態に制御するようにしたので、スイッチングの過程で発生する電力損失を有効に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1に係るチョッパ型スイッチング電源の構成を示す回路図である。
【図2】この発明の実施の形態1に係るチョッパ型スイッチング電源の動作を説明するための波形図である。
【図3】この発明の実施の形態2に係る絶縁型スイッチング電源の構成を示す回路図である。
【図4】従来技術に係るチョッパ型スイッチング電源の構成を示す回路図である。
【図5】従来技術に係るスイッチング電源が抱える問題を説明するための波形図である。
【符号の説明】
T1…入力端子、T2…出力端子、T3…接地端子、Q1,Q2,Q21,Q22…MOSトランジスタ(主スイッチング素子)、D,D1,D2…ダイオード、L…リアクタ、C…コンデンサ、TR…トランス。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply, and relates to a technique for reducing a loss at the time of switching.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, switching power supplies have been widely used as DC-DC converters. FIG. 4 shows a basic configuration of the switching power supply. As shown in the figure, an input voltage Vi is applied to the input terminal T1 with reference to the ground terminal T3. The input terminal T1 is connected to a drain of an n-type MOS transistor Q as a main switching element, and a diode D is connected between the drain and the ground terminal T3. Reactor L is connected between the source of MOS transistor Q and output terminal T2, and capacitor C is connected between output terminal T2 and ground terminal T3. The switching control unit CTL outputs a voltage signal Vc for controlling the switching of the MOS transistor Q.
[0003]
According to this switching power supply, the switching control unit CTL adjusts the duty of the voltage signal Vc so that the output voltage Vo appearing at the output terminal T2 becomes a desired value with reference to the ground terminal T3. As a result, a square wave having the amplitude of the input voltage Vi appears on the source side of the MOS transistor Q, and this square wave is smoothed by the filter circuit including the reactor L and the capacitor C and output to the output terminal T2. At this time, the output voltage Vo appearing at the output terminal T2 is determined by the product of the duty of the voltage signal Vc and the input voltage Vi. The diode D is for releasing the energy stored in the reactor L to the load connected to the output terminal T2 when the MOS transistor T switches to the off state.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, according to the switching power supply according to the related art described above, when the current capacity of the MOS transistor Q as the main switching element is increased, power loss occurs when the MOS transistor Q switches from the on state to the off state. In addition, there is a problem that the efficiency as a DC-DC converter is reduced.
This problem will be described in detail with reference to the waveform diagram of FIG. Now, it is assumed that the voltage signal Vs is at the high level, the MOS transistor Q is turned on, and the switching current Is flows. In this state, the on-resistance of the MOS transistor Q is extremely small, so that the potential difference Vds between the source and the drain thereof is almost zero. At this time, the power loss in the MOS transistor T is represented by the product of the potential difference Vds and the switching current Ids. In this case, since the potential difference Vds is almost zero, the power loss in the MOS transistor Q is extremely small. It is in.
[0005]
From this state, when the voltage signal Vs becomes low level and the MOS transistor Q is turned off, the on-resistance of the MOS transistor Q becomes apparently infinite. As a result, the switching current Ids converges to zero. Here, when the current capacity of the MOS transistor Q is large, the gate capacity tends to increase due to its characteristics. Therefore, the response of the gate voltage of the MOS transistor Q to the voltage signal Vc becomes slow, and the on-resistance of the MOS transistor Q becomes an intermediate value during the switching process. As a result, as shown in FIG. 5, a potential difference Vs occurs in the switching period P, the product of the switching current Is and the potential difference Vs is not zero, and power loss occurs.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a switching power supply that can effectively suppress power loss that occurs in a switching process.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
That is, in the chopper type switching power supply, a plurality of MOS transistors (for example, corresponding to MOS transistors Q1 and Q2 to be described later) connected in parallel on a power path are used as main switching elements in the chopper type switching power supply. The switching control of the plurality of MOS transistors is performed in substantially the same phase, and in the process of switching the plurality of MOS transistors, the MOS transistor having a small current capacity is delayed with respect to the MOS transistor having a large current capacity. It is characterized in that it is configured to be controlled to the off state.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the insulation type switching power supply, as a main switching element, a plurality of MOS transistors connected in parallel to each other on an exciting current path of a winding forming a primary side of an insulation transformer (for example, described later) Components corresponding to the MOS transistors Q21 and Q22 that perform switching control of the plurality of MOS transistors in substantially the same phase, and in the process of switching the plurality of MOS transistors, a current is supplied to a MOS transistor having a large current capacity. A small-capacity MOS transistor is controlled to be turned off by delaying.
[0009]
A third aspect of the present invention provides a semiconductor device, comprising: a plurality of MOS transistors (for example, constituent elements corresponding to MOS transistors Q1 and Q2 described later) connected in parallel between an input terminal side and an output terminal side; A filter circuit interposed between the MOS transistor and the output terminal, and a switching control of the plurality of MOS transistors in substantially the same phase, and a process of switching the plurality of MOS transistors to a MOS transistor having a large current capacity. On the other hand, a switching control unit (for example, a component corresponding to a switching control unit CNT described later) that controls a MOS transistor having a small current capacity to be turned off by delaying the MOS transistor is provided.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, there are provided a plurality of MOS transistors which are interposed in parallel on a current path of a transformer having a primary side connected to an input terminal side and a winding forming the primary side of the transformer. (E.g., components corresponding to MOS transistors Q21 and Q22 described later), a rectifier circuit connected to the secondary side of the transformer, and rectifying power induced in the secondary-side winding; A filter circuit inserted between the output terminal and the plurality of MOS transistors, the switching control of the plurality of MOS transistors being performed in substantially the same phase; A switching control unit (for example, a switching control unit C to be described later) that controls a small MOS transistor to be turned off by delaying it. It includes a considerable component of) the T, the.
[0011]
To summarize the configuration of the invention described in claims 1 to 4, for example, a first MOS transistor having a large current capacity and a second MOS transistor having a small current capacity are connected in parallel on a power path. In the process of switching the first and second MOS transistors, the second MOS transistor is controlled to be off by delaying the first MOS transistor with respect to the first MOS transistor.
According to the configuration of the present invention, in the process of switching the MOS transistor from the ON state to the OFF state, the MOS transistor having the small current capacity keeps the ON state, and thereby the MOS transistor having the large current capacity is maintained. The terminal voltage (potential difference) of the transistor is reduced. Therefore, even if a current flows through a MOS transistor having a large current capacity, the current does not become apparent as a power loss, and the power loss generated in the switching process is effectively suppressed.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration of a chopper type switching power supply according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to the elements common to the elements shown in FIG. As shown in the figure, the switching power supply according to the first embodiment has the configuration of the switching power supply according to the prior art shown in FIG. 4 and is connected in parallel with each other on a power path instead of MOS transistor Q. A plurality of MOS transistors Q1 and Q2 (main switching elements), and a switching control unit CNT for controlling switching of the plurality of MOS transistors Q1 and Q2 instead of the switching control unit CTL. Other configurations are the same as those shown in FIG.
[0013]
Further, the configuration will be specifically described. A DC power supply is connected between the input terminal T1 and the ground terminal T3, and an input voltage Vi is applied to the input terminal T1 with reference to the ground terminal T3. The drains of the n-type MOS transistors Q1 and Q2 connected in parallel to each other are commonly connected to the input terminal T1. In the first embodiment, the sum of the current capacities of the MOS transistors Q1 and Q2 is assumed to correspond to the current capacity of the MOS transistor Q according to the related art described above. The current capacity of the MOS transistor Q2 is sufficiently smaller than that of the MOS transistor Q1 as long as the potential difference Vs between the source and the drain can be kept small.
[0014]
A diode D is connected between each source of the MOS transistors Q1 and Q2 and the ground terminal T3. The anode of the diode D is connected to the ground terminal T3, and the cathode is connected to the source side of the MOS transistors Q1 and Q2. Reactor (inductor) L is connected between the sources of MOS transistors Q1 and Q2 and output terminal T2, and capacitor C is connected between output terminal T2 and ground terminal T3. These reactor L and capacitor C constitute a smoothing filter circuit. The switching control unit CTL outputs voltage signals Vc1 and Vc2 for controlling switching of the MOS transistors Q1 and Q2 according to the output voltage Vo.
[0015]
Next, the operation of the first embodiment will be described focusing on switching control of the MOS transistors Q1 and Q2.
First, a basic voltage conversion operation will be described. Under the control of the switching control unit CNT, the MOS transistors Q1 and Q2 are switching-controlled in substantially the same phase by the voltage signals Vc1 and Vc2. That is, when the MOS transistor Q1 is controlled to be on, the MOS transistor Q2 is also controlled to be on, and when the MOS transistor Q1 is controlled to be off, the MOS transistor Q2 is also controlled to be off. At this time, the switching control unit CNT adjusts each duty of the voltage signals Vc1 and Vc2 so that the output voltage Vo appearing at the output terminal T2 with respect to the ground terminal T3 becomes a desired output voltage.
[0016]
As a result, a square wave having a duty corresponding to the voltage signals Vc1 and Vc2 with the input voltage Vi as an amplitude appears on the source side of the MOS transistor T. This square wave is smoothed by a filter circuit including the reactor L and the capacitor C, and the output voltage Vo is output to the output terminal T2. Diode D releases the energy stored in reactor L to the load side connected between output terminal T2 and the ground terminal when MOS transistors Q1 and Q2 switch to the off state.
[0017]
Next, switching control of the MOS transistors Q1 and Q2 will be described in detail. When controlling the MOS transistors Q1 and Q2 from the off state to the on state, the voltage signals Vc1 and Vc2 transition from the low level to the high level at substantially the same timing, and the MOS transistors Q1 and Q2 are simultaneously turned on. As a result, the switching currents Ids1, Ids2 flow through the MOS transistors Q1, Q2. In this case, the gate voltages of the MOS transistors Q1 and Q2 rise in response to the voltage signals Vc1 and Vc2, and in this process, the on-resistances of the MOS transistors Q1 and Q2 become intermediate values, and the potential difference Vds between the source and the drain becomes apparent. Become However, since the initial values of the switching currents Ids1 and Ids2 are zero, the power loss generated in this case is extremely small.
[0018]
When the switching control unit CNT controls the MOS transistors Q1 and Q2 from the on state to the off state, as shown in FIG. 2, the voltage signal Vc1 changes from the high level to the low level at the time t1, and the voltage signal Vc1 , The voltage signal Vc2 is changed from a high level to a low level with a delay of a predetermined time tD. For this reason, in the switching period P in which the MOS transistor Q1 shifts from the ON state to the OFF state, the MOS transistor Q2 maintains the ON state in the fixed section P1 immediately after the switching in which the switching current Ids1 is still large, and the MOS transistor Q1 The potential difference Vds between the source and the drain is kept almost zero. Therefore, even if the on-resistance of the MOS transistor Q1 has an intermediate value during switching, power loss (amount given as a product of the switching current Ids1 and the potential difference Vds) in the MOS transistor Q1 is effectively suppressed.
[0019]
On the other hand, in the MOS transistor Q2, power loss occurs due to the switching current Ids2 and the potential difference Vds. However, since the current capacity of the MOS transistor Q2 is small, the switching response to the voltage signal Vc2 is fast due to its characteristics, and the period during which the on-resistance has an intermediate value is extremely short. Moreover, since the current capacity of the MOS transistor Q2 is small, the power loss itself in the MOS transistor Q2 is small in the first place. Therefore, the power loss generated in the MOS transistor Q2 during the switching process is small. Therefore, as a whole, the power loss generated in the MOS transistors Q1 and Q2 during the switching process can be effectively suppressed.
[0020]
As described above, according to the first embodiment, of the plurality of MOS transistors Q1 and Q2 forming the main switching element, the MOS transistor Q1 having a small current capacity is delayed by a certain time with respect to the MOS transistor Q1 having a large current capacity. Q2 is turned off. In other words, while the MOS transistor Q1 having the large current capacity is switched to the OFF state, the MOS transistor Q2 having the small current capacity is maintained in the ON state. Thus, the potential difference Vds between the source and the drain of the MOS transistor Q1 having a large current capacity is suppressed to a small value, and even if the switching current Ids1 flows, it does not appear as a power loss. Further, since it is only necessary to delay the MOS transistor having a small current capacity by a certain time with respect to the MOS transistor having a large current capacity, control of each MOS transistor is easy.
[0021]
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 shows a configuration of the insulated switching power supply according to the third embodiment. This switching power supply includes a plurality of MOS transistors Q21 and Q22 (main switching elements) connected in parallel on an exciting current path of a winding forming a primary side of an insulating transformer. The control is the same as in the first embodiment.
[0022]
The configuration will be specifically described. In the figure, TR is a transformer, the primary side of which is connected to the input terminals T11 and T12. Here, the input terminal T12 is a ground terminal, and an input voltage Vi based on the input terminal T12 is applied to the input terminal T11 from the outside. One end of the primary winding of the transformer TR is connected to the input terminal T11. MOS transistors Q21 and Q22 connected in parallel with each other are provided between the other end of the primary winding and the input terminal T12. It is connected. The MOS transistor Q21 corresponds to the above-described large current capacity MOS transistor Q1, and the MOS transistor Q22 corresponds to the above-described small current capacity MOS transistor Q2. On the other hand, a diode D1 is connected to the secondary side of the transformer TR as a rectifier circuit for rectifying the electric power induced in the secondary winding, and the diode D1 is connected between the rectifier circuit and the output terminals T21 and T22. A filter circuit including a capacitor C is interposed therebetween. The diode D2 is for discharging the energy stored in the secondary winding of the transformer TR to the load side. The switching control unit CNT is the same as in the first embodiment.
[0023]
According to the second embodiment, the exciting current of the primary winding of transformer TR is generated as the switching current of MOS transistors Q21 and Q22. In the process of controlling MOS transistor Q21 to be in the off state, MOS transistor Q22 is turned off. Maintain the ON state for a certain period of time, and maintain the potential difference Vds between its source and drain at almost zero. Therefore, even if the on-resistance of the MOS transistor Q21 having a large current capacity becomes an intermediate value and a switching current flows, the potential difference Vds between the source and the drain is almost zero, so that the power loss generated in the MOS transistor Q21 is suppressed. You. On the other hand, with respect to the MOS transistor Q22 having a small current capacity, since the switching speed is high and the current capacity is small in the first place, the power loss generated in the MOS transistor Q22 is small. Therefore, as a whole, power loss generated in the MOS transistors Q21 and Q22 during switching is effectively suppressed.
[0024]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes any design change or the like within a range not departing from the gist of the present invention. For example, in the first embodiment described above, the sum of the current capacities of the plurality of MOS transistors Q1 and Q2 corresponds to the current capacity of the MOS transistor Q according to the related art. However, the present invention is not limited to this. And a switching element having a small current capacity. In other words, a combination of a switching element having a large current capacity and a switching element having a fast switching speed may be used. An element having a large current capacity and a slow switching speed, and a switching element having a small current capacity and a fast switching speed may be used. May be combined. In the above-described embodiment, the potential difference Vds between the source and the drain of the MOS transistor having a large current capacity is made substantially zero by the MOS transistor having a small current capacity. However, the occurrence of power loss is substantially suppressed. It is sufficient that the potential difference Vds is as small as possible, and the potential difference Vds does not necessarily have to be zero.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the switching power supply of the present invention, the main switching element having a large current capacity and the main switching element having a small current capacity are connected in parallel to each other on the power path, and the main switching element having a large current capacity is connected. Since the main switching element having a small current capacity is controlled to be turned off by delaying the element with respect to the element, it is possible to effectively suppress the power loss generated during the switching process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a chopper type switching power supply according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a waveform chart for explaining an operation of the chopper type switching power supply according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of an insulated switching power supply according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a chopper type switching power supply according to the related art.
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining a problem of a switching power supply according to the related art.
[Explanation of symbols]
T1: input terminal, T2: output terminal, T3: ground terminal, Q1, Q2, Q21, Q22: MOS transistor (main switching element), D, D1, D2: diode, L: reactor, C: capacitor, TR: transformer .

Claims (4)

チョッパ型のスイッチング電源において、
主スイッチング素子として、電力の経路上に相互に並列接続された複数のMOSトランジスタを備えてなり、
前記複数のMOSトランジスタを略同相でスイッチング制御すると共に、前記複数のMOSトランジスタをスイッチングさせる過程において電流容量の大きなMOSトランジスタに対し電流容量の小さなMOSトランジスタを遅らせてオフ状態に制御するように構成したことを特徴とするスイッチング電源。
In a chopper type switching power supply,
A plurality of MOS transistors connected in parallel to each other on a power path as a main switching element,
The switching control is performed on the plurality of MOS transistors in substantially the same phase, and in the process of switching the plurality of MOS transistors, the MOS transistor having a small current capacity is controlled to be turned off by delaying the MOS transistor having a small current capacity with respect to the MOS transistor having a large current capacity. A switching power supply characterized in that:
絶縁型のスイッチング電源において、
主スイッチング素子として、絶縁トランスの一次側をなす巻線の励磁電流経路上に相互に並列接続された複数のMOSトランジスタを備えてなり、
前記複数のMOSトランジスタを略同相でスイッチング制御すると共に、前記複数のMOSトランジスタをスイッチングさせる過程において電流容量の大きなMOSトランジスタに対し電流容量の小さなMOSトランジスタを遅らせてオフ状態に制御するように構成したことを特徴とするスイッチング電源。
In an isolated switching power supply,
A plurality of MOS transistors connected in parallel with each other on an exciting current path of a winding forming a primary side of an insulating transformer, as a main switching element;
The switching control is performed on the plurality of MOS transistors in substantially the same phase, and in the process of switching the plurality of MOS transistors, the MOS transistor having a small current capacity is controlled to be turned off by delaying the MOS transistor having a small current capacity with respect to the MOS transistor having a large current capacity. A switching power supply characterized in that:
入力端子側と出力端子側との間に相互に並列接続された複数のMOSトランジスタと、
前記複数のMOSトランジスタと前記出力端子との間に介挿されたフィルタ回路と、
前記複数のMOSトランジスタを略同相でスイッチング制御すると共に、前記複数のMOSトランジスタをスイッチングさせる過程において電流容量の大きなMOSトランジスタに対し電流容量の小さなMOSトランジスタを遅らせてオフ状態に制御するスイッチング制御部と、
を備えたスイッチング電源。
A plurality of MOS transistors mutually connected in parallel between the input terminal side and the output terminal side;
A filter circuit interposed between the plurality of MOS transistors and the output terminal;
A switching control unit that controls switching of the plurality of MOS transistors in substantially the same phase, and delays a MOS transistor with a small current capacity to an MOS transistor with a large current capacity in a process of switching the plurality of MOS transistors so as to control an OFF state; ,
Switching power supply with.
一次側が入力端子側に接続されたトランスと、
前記トランスの一次側をなす巻線の電流経路上に介挿され、相互に並列接続された複数のMOSトランジスタと、
前記トランスの二次側に接続され、該二次側の巻線に誘起された電力を整流する整流回路と、
前記整流回路と前記出力端子との間に介挿されたフィルタ回路と、
前記複数のMOSトランジスタを略同相でスイッチング制御すると共に、前記複数のMOSトランジスタをスイッチングさせる過程において電流容量の大きなMOSトランジスタに対し電流容量の小さなMOSトランジスタを遅らせてオフ状態に制御するスイッチング制御部と、
を備えたスイッチング電源。
A transformer whose primary side is connected to the input terminal side,
A plurality of MOS transistors interposed on a current path of a winding constituting a primary side of the transformer and connected in parallel with each other;
A rectifier circuit connected to the secondary side of the transformer and rectifying power induced in the secondary side winding;
A filter circuit interposed between the rectifier circuit and the output terminal,
A switching control unit that controls switching of the plurality of MOS transistors in substantially the same phase, and delays a MOS transistor with a small current capacity to an MOS transistor with a large current capacity in a process of switching the plurality of MOS transistors so as to control an OFF state; ,
Switching power supply with.
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