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JP4172569B2 - Switching power supply - Google Patents

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JP4172569B2
JP4172569B2 JP2001126263A JP2001126263A JP4172569B2 JP 4172569 B2 JP4172569 B2 JP 4172569B2 JP 2001126263 A JP2001126263 A JP 2001126263A JP 2001126263 A JP2001126263 A JP 2001126263A JP 4172569 B2 JP4172569 B2 JP 4172569B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期整流型のスイッチング電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
スイッチング電源装置は、電力変換回路に供給される直流電圧をスイッチング素子によって断続し、スイッチング出力を出力整流平滑回路に供給し、整流平滑して任意の直流出力電圧に変換するようになっている。
【0003】
このようなスイッチング電源装置において、出力整流平滑回路の損失を低減する手段として、同期整流回路を備えたスイッチング電源装置が知られている。同期整流回路は、整流ダイオードよりも電圧降下が低く、損失の少ないスイッチ素子、典型的には電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタ等の制御電極を備えた半導体素子を整流素子として用いて構成される。
【0004】
同期整流回路を備えたスイッチング電源装置では、供給される直流電圧をスイッチングする入力側のスイッチング素子と、同期整流回路の同期整流素子とのオン・オフを同期させて制御することが、同期整流回路の利点を生かす上で極めて重要な要素となる。例えば、フォワード方式のスイッチング電源装置は、入力側のスイッチング素子のオフ期間にフライホイール側の同期整流素子がオンとなって、フライホイール電流を流すが、入力側のスイッチング素子がオフする前に同期整流素子がオンしたり、同期整流素子がオフする前に入力側のスイッチング素子がオンすると、同期整流素子に逆方向の短絡電流が流れる。この短絡電流は、ノイズ発生の原因となり、更に、スイッチング電源装置の電力損失を増大させる。
【0005】
このような、スイッチング素子と同期整流素子とのオン・オフタイミングのずれに起因するノイズの発生および損失の発生を抑制したスイッチング電源装置は、例えば、本出願人により特開平11−235029号公報で提案されている。この公報に記載されたスイッチング電源装置は、同期整流回路のスイッチ手段に制御信号が入力されるタイミングよりも入力側のスイッチ手段に制御信号が入力されるタイミングが遅くなるようにする信号タイミング調整手段が設けられた、ことを特徴としているが、具体的な回路構成の開示はない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、簡単な回路構成で入力側のスイッチング素子のオンタイミングを遅らせ、スイッチング素子のターンオン時の短絡電流を抑制した同期整流方式のスイッチング電源装置を提供することである。
【0007】
本発明のもう一つ課題は、入力側のスイッチング素子のオフ期間に導通する同期整流素子のオンタイミングを遅らせ、スイッチング素子のターンオフ時の短絡電流を抑制した同期整流方式のスイッチング電源装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係るスイッチング電源装置は、電力変換回路と、出力整流平滑回路と、制御回路とを含む。
【0009】
前記電力変換回路は、制御電極を備えたスイッチング素子を含み、入力される直流電圧を断続してスイッチング出力を前記出力整流平滑回路に供給する。
【0010】
前記出力整流平滑回路は、同期整流素子と、出力平滑コンデンサとを含み、前記スイッチング出力を整流平滑して出力する。
【0011】
前記同期整流素子は、制御電極を備え、前記スイッチング素子のオフ期間に導通する。
【0012】
前記制御回路は、駆動パルス発生回路と、オンタイミング遅延回路と、オン阻止回路とを含む。
【0013】
前記駆動パルス発生回路は、第1の駆動パルスと、第2の駆動パルスとを発生する。
【0014】
前記第1の駆動パルスは、前記オンタイミング遅延回路を介して前記スイッチング素子の制御電極に供給される。
【0015】
前記第2の駆動パルスは、前記オン阻止回路を介して前記同期整流素子の制御電極に供給される。
【0016】
前記オンタイミング遅延回路は、インダクタンスを含む。
【0017】
前記オン阻止回路は、前記同期整流素子の主電極間の電圧を検出し、検出電圧が所定値以下になるまで前記同期整流素子の導通を阻止する。
【0018】
上述したスイッチング電源装置において、前記電力変換回路は、制御電極を備えたスイッチング素子を含み、入力された直流電圧を断続してスイッチング出力を前記出力整流平滑回路に供給する。前記出力整流平滑回路は、同期整流素子と、出力平滑コンデンサとを含み、前記スイッチング出力を整流平滑して出力するから、入力された直流電圧とは別の任意の直流電圧を出力することができる。
【0019】
前記同期整流素子は、制御電極を備え、前記スイッチング素子のオフ期間に導通する。
【0020】
前記制御回路は、駆動パルス発生回路と、オンタイミング遅延回路と、オン阻止回路とを含む。前記駆動パルス発生回路は、第1の駆動パルスと、第2の駆動パルスとを発生する。前記第1の駆動パルスは、前記オンタイミング遅延回路を介して前記スイッチング素子の制御電極に供給される。前記第2の駆動パルスは、前記オン阻止回路を介して前記同期整流素子の制御電極に供給される。
【0021】
前記オンタイミング遅延回路は、インダクタンスを含むから、前記インダクタンスにより前記第1の駆動パルスの立ち上がりを遅らせる。このため、前記同期整流素子が確実にオフしてから前記スイッチング素子をオンさせ、スイッチング素子のターンオン時の短絡電流を抑制できる。
【0022】
前記オン阻止回路は、前記同期整流素子の主電極間の電圧を検出し、検出電圧が所定値以下になるまで前記同期整流素子の導通を阻止する。このため、前記同期整流素子は前記スイッチング素子が確実にオフして、前記同期整流素子の主電極間の電圧が所定値以下になってからオンするので、スイッチング素子のターンオフ時の短絡電流を抑制できる。
【0023】
本発明の他の目的、構成および利点については、添付図面を参照して、更に詳しく説明する。但し、図面は単なる例示に過ぎない。
【0024】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を示す電気回路図である。図示されたスイッチング電源装置は、電力変換用の変圧器を含み、フライバック方式で構成した例を示している。図示されたスイッチング電源装置は、電力変換回路1と、出力整流平滑回路3と、制御回路5とを含んでいる。
【0025】
電力変換回路1はスイッチング素子11と、電力変換用の変圧器2とを含んでいる。電力変換用の変圧器2は、入力巻線21と、出力巻線22とを含んでいる。入力巻線21は、スイッチング素子11の主電極を介して直流入力端子Tinに接続される。
【0026】
直流入力端子Tinには入力コンデンサ6と直流電圧源Eとが接続される。直流電圧源Eは、本発明の内部要素であっても、外部要素であってもよく、バッテリや、その他の直流電圧源、あるいは交流電圧を整流平滑回路を介して直流に変換した電圧の何れでも利用できる。
【0027】
スイッチング素子11は、入力巻線21を通して供給される直流入力電圧Vinを断続して、出力巻線22に電圧を誘起させる。誘起した電圧は、スイッチング出力として出力整流平滑回路3に供給される。スイッチング素子11は、供給された直流電圧Vinを高周波でスイッチングできればよく、典型的には、バイポーラトランジスタや、電界効果トランジスタ等の制御電極を有する半導体素子が用いられる。本実施例はNチャネルのMOS形電界効果トランジスタを用いている。
【0028】
出力整流平滑回路3は、同期整流素子31と、出力平滑コンデンサ33と、ダイオード35とを含んでいる。同期整流素子31の主電極と出力平滑コンデンサ33は、直列に接続されて、変圧器2の出力巻線22間に接続され、出力平滑コンデンサ33の両端が出力端子Toutに接続される。ダイオード35は、スイッチング素子11のオフ期間に出力巻線22に誘起した電圧に対して順方向となる極性で、同期整流素子31の主電極間に接続される。同期整流素子31は、MOS形電界効果トランジスタで構成され、スイッチング素子11のオフ期間に導通する。同期整流素子31は、バイポーラトランジスタ等の制御電極を備えた半導体スイッチ素子も好適に用いることができるが、本実施例のごとく、MOS形電界効果トランジスタで構成すれば、導通時の電圧降下を低くでき、また、内蔵ダイオードによりダイオード35を削除できることから特に適している。
【0029】
制御回路5は、駆動パルス発生回路51と、オンタイミング遅延回路55と、オン阻止回路56とを含んでいる。駆動パルス発生回路51は、パルス発生回路510と、駆動回路511と、反転駆動回路512とを含んでいる。パルス発生回路510は、出力電圧信号や電流信号等の種々の制御信号が信号ライン(図示せず)を介して入力され、スイッチング素子11に対する制御パルスS0を出力する。
【0030】
駆動回路511と、反転駆動回路512とは、パルス発生回路510から出力される制御パルスS0が供給され、互いに反転した第1の駆動パルスS1と、第2の駆動パルスS2とを生成する。第1・第2の駆動パルスS1・S2はそれぞれスイッチング素子11・同期整流素子31を駆動する。第1の駆動パルスS1は、オンタイミング遅延回路55を介してスイッチング素子11の制御電極に供給される。第2の駆動パルスS2は、オン阻止回路56を介して同期整流素子31の制御電極に供給される。駆動回路511と、反転駆動回路512とはパルストランス等を含む信号変換回路で構成してもよい。例えば、反転駆動回路512にパルストランスを用いれば、制御回路5と出力端子Toutとを電気的に絶縁することができる。
【0031】
オンタイミング遅延回路55は、コイル素子551とダイオード552との並列回路で構成され、駆動回路511と、スイッチング素子11の制御電極間に挿入される。
【0032】
オン阻止回路56は、抵抗R1、R2と、トランジスタスイッチTrとを含む。抵抗R1、R2は、それぞれ一端が接続されて抵抗分圧回路を構成し、その両端が同期整流素子31の主電極にそれぞれ接続される。トランジスタスイッチTrは、制御電極が抵抗R1、R2の接続点に接続され、主電極が同期整流素子31の制御入力側に接続されて、主電極の一方が第2の駆動パルスS2の供給ラインに接続される。
【0033】
上述したスイッチング電源装置において、スイッチング素子11は、入力巻線21を通して供給される直流電圧Vinを断続して、出力巻線22に電圧を誘起させる。誘起した電圧は、スイッチング出力として出力整流平滑回路3に供給される。
【0034】
出力整流平滑回路3のダイオード35は、スイッチング素子11のオフ期間に出力巻線22に誘起した電圧に対して順方向となる極性で、同期整流素子31の主電極間に接続される。同期整流素子31は、スイッチング素子11のオフ期間に導通する。このため、出力整流平滑回路3に供給されたスイッチング出力は、スイッチング素子11のオン期間に励磁エネルギーとして変圧器2に蓄えられ、スイッチング素子11のオフ期間に、同期整流素子31およびダイオード35を介して放出され、出力平滑コンデンサ33で平滑される。出力端子Toutは、出力平滑コンデンサ33の電圧を直流出力電圧Voutとして出力する。
【0035】
スイッチング素子11と、同期整流素子31とのオン・オフは制御回路5から供給される駆動パルスにより制御される。以下、図2を参照してスイッチング素子11と、同期整流素子31とのオン・オフのタイミングについて説明する。
【0036】
図2は、図1に図示したスイッチング電源装置の各部の波形を示すタイミングチャートである。
【0037】
まず、パルス発生回路510は、高レベル信号と、低レベル信号とを含む制御パルスS0を出力する(図2(a))。
【0038】
駆動回路511と、反転駆動回路512とは、パルス発生回路510から出力される制御パルスS0が供給される。駆動回路511は、スイッチング素子11を駆動するために、パルス発生回路510の制御パルスS0と同相の第1の駆動パルスS1を生成する(図2(b))。
【0039】
反転駆動回路512は、同期整流素子31を駆動するために、パルス発生回路510の制御パルスS0を反転した第2の駆動パルスS2を生成する(図2(c))。第1の駆動パルスS1は、オンタイミング遅延回路55を介してスイッチング素子11の制御電極に供給される。第2の駆動パルスS2は、オン阻止回路56を介して同期整流素子31の制御電極に供給される。
【0040】
この構成により、スイッチング素子11のオン期間に、同期整流素子31がオフとなり、スイッチング素子11のオフ期間に、同期整流素子31がオンとなるように制御される。
【0041】
いま、時刻t1で制御パルスS0が高レベルになると、駆動回路511も高レベルの第1の駆動パルスS1を生成する(図2(b))。第1の駆動パルスS1は、オンタイミング遅延回路55を介してスイッチング素子11の制御電極に供給される。スイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs11はオンタイミング遅延回路55のコイル素子551のインダクタンスにより、ゆっくり立ち上がり、閾値電圧VTHに到る(図2(d))。このため、スイッチング素子11はtd1(on)の遅れ時間をもってターンオンを開始し、更に素子固有のターンオン遅れ時間をもって、完全にオン状態となる。
【0042】
この間、時刻t1で、反転駆動回路512は第2の駆動パルスS2を低レベルにする。同期整流素子31のゲート・ソース間電圧Vgs31は速やかに低下し、同期整流素子31は素子固有のターンオフ遅れ時間のみのtd3(off)の遅れ時間をもって完全にオフ状態となる(図2(e))。
【0043】
スイッチング素子11のターンオン遅れ時間は、オンタイミング遅延回路55のインダクタンス値を増大することにより長くできる。従って、同期整流素子31のターンオフ遅れ時間を考慮して、オンタイミング遅延回路55のインダクタンス値を設定すれば、同期整流素子31がオンする前に、スイッチング素子11がオンすることによる短絡電流の発生を抑制できる。
【0044】
次に、時刻t2で制御パルスS0が低レベルになると、駆動回路511も低レベルの第1の駆動パルスS1を生成する。スイッチング素子11はオンタイミング遅延回路55のダイオード552を介してゲート容量が引き抜かれる。同スイッチング素子11のゲート・ソース間電圧Vgs11は速やかに低下し、スイッチング素子11は素子固有のターンオフ遅れ時間のみのtd1(off)の遅れ時間をもって完全にオフ状態となる(図2(d))。
【0045】
この間、時刻t2で、反転駆動回路512は第2の駆動パルスS2を高レベルにするが、時刻t2の直後、ダイオード35はカソード側の電位が高く逆バイアス状態にある。このため、トランジスタスイッチTrのベース・エミッタ間電圧VBEは抵抗分圧回路の分圧電圧により閾値電圧に維持され(図2(5))、トランジスタスイッチTrはオンとなって、同期整流素子31の制御入力側を短絡する。同期整流素子31は、第2の駆動パルスS2が高レベルになっても、オン阻止回路56によりオンが阻止され短絡電流の発生が抑制される。
【0046】
その後、スイッチング素子11のターンオフが進み、ダイオード35のカソード側の電位が低くなると、抵抗分圧回路の分圧電圧が低下するとともに、トランジスタスイッチTrのベース・エミッタ間電圧VBEが低下し(図2(5))、トランジスタスイッチTrがオフとなる。この結果、同期整流素子31のゲート・ソース間電圧Vgs31が上昇し、閾値電圧VTHに至る。同期整流素子31はtd3(on)の遅れ時間をもってターンオンを開始し、更に素子固有のターンオン遅れ時間をもって完全に導通する(図2(e))。
【0047】
このように、本実施例のスイッチング電源装置は、上述したオンタイミング遅延回路55と、オン阻止回路56とを備えることにより、スイッチング素子11のターンオン時およびターンオフ時の短絡電流を抑制できる。
【0048】
また、オンタイミング遅延回路55は、インダクタンスを含んでいればよく、簡単な回路で実現できる。インダクタンスは、その値が大きければ遅延時間が長くなり、例えば、数百KHzのスイチング周波数で動作するスイッチング電源装置において、数μH〜百μH、乃至は数百μHを用いることができる。インダクタンスは、コイル素子あるいはラインのインダクタンスを利用してもよい。
【0049】
図3は、本発明に係るスイッチング電源装置の別の実施例を示す電気回路図である。図示されたスイッチング電源装置は、電力変換用の変圧器を含み、フォワード方式で構成した例を示している。図示されたスイッチング電源装置は、電力変換回路1と、出力整流平滑回路3と、制御回路5とを含んでいる。
【0050】
電力変換回路1はスイッチング素子11と、電力変換用の変圧器2とを含んでいる。本実施例のスイッチング電源装置は、スイッチング素子11のオン期間に電力を伝送する点を除き、図1に図示した実施例と同様であり説明を省略する。
【0051】
出力整流平滑回路3は、フォワード方向整流素子30と、同期整流素子31と、チョークコイル32と、出力平滑コンデンサ33と、ダイオード35とを含んでいる。フォワード方向整流素子30と、同期整流素子31の主電極とは直列に接続されて、変圧器2の出力巻線22間に接続される。チョークコイル32と、出力平滑コンデンサ33とは直列に接続されて、同期整流素子31の主電極間に接続され、出力平滑コンデンサ33の両端が出力端子Toutに接続される。
【0052】
フォワード方向整流素子30は、本実施例では整流ダイオードで構成され、スイッチング素子11のオン期間に出力巻線22に誘起した電圧に対して順方向となる極性で接続されるが、制御電極を備えた同期整流素子を用い、スイッチング素子11のオン期間に導通するよう構成してもよい。
【0053】
ダイオード35は、スイッチング素子11のオン期間に出力巻線22に誘起した電圧に対して逆方向となる極性で、同期整流素子31の主電極間に接続される。制御回路5は、図1に図示した実施例と同様の構成であり説明を省略する。
【0054】
上述したスイッチング電源装置において、スイッチング素子11は、入力巻線21を通して供給される直流電圧Vinを断続して、出力巻線22に電圧を誘起させる。誘起した電圧は、スイッチング出力として出力整流平滑回路3に供給される。
【0055】
出力整流平滑回路3は、スイッチング素子11のオン期間に出力巻線22に誘起した電圧でフォワード方向整流素子30を導通させ、チョークコイル32にエネルギーを蓄えるとともに、出力平滑コンデンサ33を充電する。スイッチング素子11のオフ期間において、出力整流平滑回路3は、チョークコイル32に蓄えられていたエネルギーを同期整流素子31を介して放出し、出力平滑コンデンサ33を充電する。出力平滑コンデンサ33は、その両端が出力端子Toutに接続されるから、出力端子Toutに直流出力電圧Voutが出力される。
【0056】
スイッチング素子11と、同期整流素子31とのオン・オフは、図1に図示した実施例と同様制御回路5から供給される駆動パルスにより制御される。
【0057】
スイッチング素子11のターンオン時に、同期整流素子31は、反転駆動回路512から出力された第2の駆動パルスS2によりオフ制御される。オンタイミング遅延回路55は、コイル素子551のインダクタンスによって、駆動回路511から出力された第1の駆動パルスS1の立ち上がりを遅らせる。このため、スイッチング素子11は、同期整流素子31が完全にオフしてからオンするので、スイッチング素子11のターンオン時の短絡電流を抑制できる。
【0058】
スイッチング素子11のターンオフに際し、スイッチング素子11は、駆動回路511から出力される第1の駆動パルスS1によりオフ制御される。このとき、反転駆動回路512から第2の駆動パルスS2が出力されるが、オン阻止回路56により、同期整流素子31のオンが阻止される。。オン阻止回路56は、同期整流素子31の主電極間の電圧が所定電圧に低下後、同期整流素子31をオンする。このため、同期整流素子31は、スイッチング素子11が完全にオフしてからオンするので、スイッチング素子11のターンオフ時の短絡電流を抑制できる。
【0059】
図4は、本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。図示された実施例は、降圧チョッパー型スイッチング電源装置を構成した例を示している。図示されたスイッチング電源装置は、電力変換回路1と、出力整流平滑回路3と、制御回路5とを含んでいる。
【0060】
電力変換回路1はスイッチング素子11と、スイッチング素子12とを含んでいる。スイッチング素子11は入力された直流電圧Vinを断続してスイッチング出力を出力整流平滑回路3に供給する。
【0061】
出力整流平滑回路3は、同期整流素子31と、チョークコイル32と、出力平滑コンデンサ33と、ダイオード35とを含んでいる。チョークコイル32と、出力平滑コンデンサ33とは直列に接続され、スイッチング素子11の主電極を介して直流入力端子Tinに接続される。出力平滑コンデンサ33の両端は出力端子Toutに接続される。同期整流素子31は、スイッチング素子11のオフ期間に導通する。同期整流素子31の主電極は、チョークコイル32と、出力平滑コンデンサ33との直列回路の両端に接続される。
【0062】
ダイオード35は、スイッチング素子11のオン期間に出力巻線22に誘起した電圧に対して逆方向となる極性で、同期整流素子31の主電極間に接続される。制御回路5は、図1に図示した実施例と同様の構成であり説明を省略する。
【0063】
上述したスイッチング電源装置において、スイッチング素子11は、供給される直流入力電圧Vinを断続して、スイッチング出力を出力整流平滑回路3に供給する。
【0064】
出力整流平滑回路3は、スイッチング素子11のオン期間にチョークコイル32を励磁し、励磁エネルギーを蓄えるとともに、出力平滑コンデンサ33を充電する。チョークコイル32に蓄えられた励磁エネルギーは、スイッチング素子11のオフ期間に、同期整流素子31を介して放出され、出力平滑コンデンサ33を充電する。出力平滑コンデンサ33は、その両端が出力端子Toutに接続されるから、出力端子Toutに直流出力電圧Voutが出力される。
【0065】
スイッチング素子11と、同期整流素子31とのオン・オフは、図1に図示した実施例と同様制御回路5から供給される駆動パルスにより制御される。
【0066】
スイッチング素子11のターンオン時に、同期整流素子31は、反転駆動回路512から出力された第2の駆動パルスS2によりオフ制御される。オンタイミング遅延回路55は、コイル素子551のインダクタンスによって、駆動回路511から出力された第1の駆動パルスS1の立ち上がりを遅らせ、スイッチング素子12を介してスイッチング素子11を駆動する。このため、スイッチング素子11は、同期整流素子31が完全にオフしてからオンするので、スイッチング素子11のターンオン時の短絡電流を抑制できる。
【0067】
スイッチング素子11のターンオフに際し、スイッチング素子11は、駆動回路511から出力される第1の駆動パルスS1によりオフ制御される。このとき、反転駆動回路512から第2の駆動パルスS2が出力されるが、オン阻止回路56により、同期整流素子31のオンが阻止される。。オン阻止回路56は、同期整流素子31の主電極間の電圧が所定電圧に低下後、同期整流素子31をオンする。このため、同期整流素子31は、スイッチング素子11が完全にオフしてからオンするので、スイッチング素子11のターンオフ時の短絡電流を抑制できる。
【0068】
図5は、本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。図示された実施例は、昇圧チョッパー型スイッチング電源装置を構成した例を示している。図示されたスイッチング電源装置は、電力変換回路1と、出力整流平滑回路3と、制御回路5とを含んでいる。
【0069】
電力変換回路1はスイッチング素子11と、チョークコイル13とを含んでいる。スイッチング素子11は、その主電極がチョークコイル13を介して直流入力端子Tinに接続され、入力された直流電圧Vinを断続してスイッチング出力を出力整流平滑回路3に供給する。
【0070】
出力整流平滑回路3は、同期整流素子31と、出力平滑コンデンサ33と、ダイオード35とを含んでいる。同期整流素子31は、ゲートに駆動電圧源7が接続され、波形反転のためのトランジスタ8を介して駆動される。駆動電圧源7はコンデンサ71、ダイオード72、73、抵抗74等で構成される。同期整流素子31と、出力平滑コンデンサ33とは直列に接続され、チョークコイル13を介して直流入力端子Tinに接続される。出力平滑コンデンサ33の両端は出力端子Toutに接続される。
【0071】
同期整流素子31は、スイッチング素子11のオフ期間に導通する。ダイオード35は、チョークコイル13を介して流れる電流に対して順方向となる極性で、同期整流素子31の主電極間に接続される。
【0072】
制御回路5は、図1に図示した実施例と異なり反転駆動回路を含まず、パルス発生回路51から出力される制御パルスS0と同相の第1の駆動パルスS1と、第2の駆動パルスS2とを、それぞれ駆動511、513から出力する。第2の駆動パルスS2はトランジスタ8により波形反転される。
【0073】
上述したスイッチング電源装置において、スイッチング素子11は、チョークコイル13を介して供給される直流入力電圧Vinを断続して、スイッチング出力を出力整流平滑回路3に供給する。
【0074】
電力変換回路1は、スイッチング素子11のオン期間にチョークコイル32を励磁し、励磁エネルギーを蓄える。出力整流平滑回路3は、チョークコイル32に蓄えられていた励磁エネルギーを直流入力電圧Vinに重畳して、スイッチング素子11のオフ期間に、同期整流素子31を介して放出し、出力平滑コンデンサ33を充電する。出力平滑コンデンサ33は、その両端が出力端子Toutに接続されるから、出力端子Toutに直流出力電圧Voutが出力される。
【0075】
スイッチング素子11と、同期整流素子31とのオン・オフは、図1に図示した実施例と同様制御回路5から供給される駆動パルスにより制御される。
【0076】
本実施例のスイッチング電源装置においても、オンタイミング遅延回路55と、オン阻止回路56とを備えることにより、スイッチング素子のターンオン時およびターンオフ時の短絡電流を抑制できる。
【0077】
図6乃至図8はオン阻止回路の別の例を用いたスイッチング電源装置を示す電気回路図である。図において、図1に図示した構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符号を付してある。図6乃至図8は図1の変形例であるが、図3乃至図5の実施例を基礎にした変形例が存在することは自明である。
【0078】
図6に図示した実施例は、トランジスタスイッチTrに電界効果トランジスタを用いた例を示している。抵抗R1、R2とで構成される抵抗分圧回路および同期整流素子31との接続関係は、図1乃至図5に図示した実施例と同様である。
【0079】
図7に図示した実施例は、ツェナーダイオードZDを用いて、トランジスタスイッチTrのVBEの温度特性を補償した例を示している。ツェナーダイオードZDは抵抗R1、R2とで構成される抵抗分圧回路に直列に挿入される。同期整流素子31との接続関係その他は、図1乃至図5に図示した実施例と同様である。
【0080】
図8に図示した実施例は、ダイオードDを用いて、逆流防止を計った例を示している。ダイオードDは抵抗分圧回路の抵抗と並列に接続される。同期整流素子31との接続関係その他は、図1乃至図5に図示した実施例と同様である。
【0081】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想および教示に基づき、種々の変形例を想到できることは自明である。
【0082】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば次のような効果を得ることができる。
(a)簡単な回路構成で入力側のスイッチング素子のオンタイミングを遅らせ、スイッチング素子のターンオン時の短絡電流を抑制した同期整流方式のスイッチング電源装置を提供することができる。
(b)入力側のスイッチング素子のオフ期間に導通する同期整流素子のオンタイミングを遅らせ、スイッチング素子のターンオフ時の短絡電流を抑制した同期整流方式のスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例を示す電気回路図である。
【図2】図1に図示したスイッチング電源装置の各部の波形を示すタイミングチャートである。
【図3】本発明に係るスイッチング電源装置の別の実施例を示す電気回路図である。
【図4】本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。
【図5】本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。
【図6】本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。
【図7】本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。
【図8】本発明に係るスイッチング電源装置の更に別の実施例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
1 電力変換回路
11 スイッチング素子
3 出力整流平滑回路
31 同期整流素子
33 出力平滑コンデンサ
5 制御回路
51 駆動パルス発生回路
55 オンタイミング遅延回路
56 オン阻止回路
S1 第1の駆動パルス
S2 第2の駆動パルス
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a synchronous rectification switching power supply device.
[0002]
[Prior art]
In the switching power supply device, a DC voltage supplied to a power conversion circuit is intermittently switched by a switching element, a switching output is supplied to an output rectifying / smoothing circuit, and rectified and smoothed to be converted into an arbitrary DC output voltage.
[0003]
In such a switching power supply device, a switching power supply device including a synchronous rectification circuit is known as means for reducing the loss of the output rectification smoothing circuit. The synchronous rectifier circuit is configured using a switch element having a lower voltage drop and less loss than a rectifier diode, typically a semiconductor element including a control electrode such as a field effect transistor or a bipolar transistor, as a rectifier element.
[0004]
In a switching power supply device equipped with a synchronous rectifier circuit, the synchronous rectifier circuit can be controlled by synchronizing on / off of the switching element on the input side that switches the supplied DC voltage and the synchronous rectifier element of the synchronous rectifier circuit. It is an extremely important factor in taking advantage of For example, in a forward-type switching power supply device, a flywheel current synchronous rectifier element is turned on during the OFF period of an input side switching element, and a flywheel current flows, but is synchronized before an input side switching element is turned off. If the input side switching element is turned on before the rectifying element is turned on or the synchronous rectifying element is turned off, a short-circuit current in the reverse direction flows through the synchronous rectifying element. This short circuit current causes noise and further increases the power loss of the switching power supply.
[0005]
Such a switching power supply device that suppresses the occurrence of noise and loss due to the shift in the on / off timing between the switching element and the synchronous rectifying element is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-235029 by the present applicant. Proposed. The switching power supply device described in this publication includes a signal timing adjusting unit that delays the timing at which a control signal is input to the switch unit on the input side from the timing at which the control signal is input to the switch unit of the synchronous rectifier circuit. However, there is no disclosure of a specific circuit configuration.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a synchronous rectification type switching power supply apparatus that delays the on-timing of a switching element on the input side with a simple circuit configuration and suppresses a short-circuit current when the switching element is turned on.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a synchronous rectification switching power supply apparatus that delays the on-timing of a synchronous rectifying element that is conducted during an off period of an input-side switching element and suppresses a short-circuit current when the switching element is turned off. That is.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a switching power supply device according to the present invention includes a power conversion circuit, an output rectification smoothing circuit, and a control circuit.
[0009]
The power conversion circuit includes a switching element having a control electrode, and intermittently supplies an input DC voltage and supplies a switching output to the output rectifying and smoothing circuit.
[0010]
The output rectifying / smoothing circuit includes a synchronous rectifying element and an output smoothing capacitor, and rectifies and smoothes the switching output.
[0011]
The synchronous rectifier element includes a control electrode and is conductive during an off period of the switching element.
[0012]
The control circuit includes a drive pulse generation circuit, an on timing delay circuit, and an on block circuit.
[0013]
The drive pulse generation circuit generates a first drive pulse and a second drive pulse.
[0014]
The first drive pulse is supplied to the control electrode of the switching element through the on-timing delay circuit.
[0015]
The second driving pulse is supplied to the control electrode of the synchronous rectifying element through the on-blocking circuit.
[0016]
The on-timing delay circuit includes an inductance.
[0017]
The on-blocking circuit detects a voltage between the main electrodes of the synchronous rectifying element and blocks the conduction of the synchronous rectifying element until the detected voltage becomes a predetermined value or less.
[0018]
In the above-described switching power supply device, the power conversion circuit includes a switching element having a control electrode, and supplies the switching output to the output rectifying and smoothing circuit by intermittently inputting the input DC voltage. The output rectifying and smoothing circuit includes a synchronous rectifying element and an output smoothing capacitor, and rectifies and smoothes the switching output, so that an arbitrary DC voltage different from the input DC voltage can be output. .
[0019]
The synchronous rectifier element includes a control electrode and is conductive during an off period of the switching element.
[0020]
The control circuit includes a drive pulse generation circuit, an on timing delay circuit, and an on block circuit. The drive pulse generation circuit generates a first drive pulse and a second drive pulse. The first drive pulse is supplied to the control electrode of the switching element through the on-timing delay circuit. The second driving pulse is supplied to the control electrode of the synchronous rectifying element through the on-blocking circuit.
[0021]
Since the on-timing delay circuit includes an inductance, the rise of the first drive pulse is delayed by the inductance. For this reason, the switching element is turned on after the synchronous rectifying element is reliably turned off, and a short-circuit current when the switching element is turned on can be suppressed.
[0022]
The on-blocking circuit detects a voltage between the main electrodes of the synchronous rectifying element and blocks the conduction of the synchronous rectifying element until the detected voltage becomes a predetermined value or less. For this reason, the synchronous rectifier element is turned on after the switching element is reliably turned off and the voltage between the main electrodes of the synchronous rectifier element is equal to or lower than a predetermined value, thereby suppressing a short-circuit current when the switching element is turned off. it can.
[0023]
Other objects, configurations and advantages of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the drawings are merely examples.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing an embodiment of a switching power supply device according to the present invention. The illustrated switching power supply device includes a transformer for power conversion, and shows an example of a flyback system. The illustrated switching power supply device includes a power conversion circuit 1, an output rectifying / smoothing circuit 3, and a control circuit 5.
[0025]
The power conversion circuit 1 includes a switching element 11 and a power conversion transformer 2. The power conversion transformer 2 includes an input winding 21 and an output winding 22. The input winding 21 is connected to the DC input terminal Tin via the main electrode of the switching element 11.
[0026]
An input capacitor 6 and a DC voltage source E are connected to the DC input terminal Tin. The DC voltage source E may be an internal element or an external element of the present invention, and may be any one of a battery, another DC voltage source, or a voltage obtained by converting an AC voltage into DC via a rectifying and smoothing circuit. But you can use it.
[0027]
The switching element 11 interrupts the DC input voltage Vin supplied through the input winding 21 and induces a voltage in the output winding 22. The induced voltage is supplied to the output rectifying / smoothing circuit 3 as a switching output. The switching element 11 only needs to be able to switch the supplied DC voltage Vin at a high frequency, and a semiconductor element having a control electrode such as a bipolar transistor or a field effect transistor is typically used. In this embodiment, an N-channel MOS field effect transistor is used.
[0028]
The output rectifying / smoothing circuit 3 includes a synchronous rectifying element 31, an output smoothing capacitor 33, and a diode 35. The main electrode of the synchronous rectifier 31 and the output smoothing capacitor 33 are connected in series and connected between the output windings 22 of the transformer 2, and both ends of the output smoothing capacitor 33 are connected to the output terminal Tout. The diode 35 is connected between the main electrodes of the synchronous rectifying element 31 with a polarity that is forward with respect to the voltage induced in the output winding 22 during the OFF period of the switching element 11. The synchronous rectifying element 31 is composed of a MOS field effect transistor and is conductive during the OFF period of the switching element 11. As the synchronous rectifying element 31, a semiconductor switching element having a control electrode such as a bipolar transistor can be suitably used. However, as in this embodiment, if it is composed of a MOS field effect transistor, the voltage drop during conduction is reduced. This is particularly suitable because the diode 35 can be eliminated by the built-in diode.
[0029]
The control circuit 5 includes a drive pulse generation circuit 51, an on timing delay circuit 55, and an on prevention circuit 56. The drive pulse generation circuit 51 includes a pulse generation circuit 510, a drive circuit 511, and an inversion drive circuit 512. The pulse generation circuit 510 receives various control signals such as an output voltage signal and a current signal via a signal line (not shown), and outputs a control pulse S0 for the switching element 11.
[0030]
The drive circuit 511 and the inversion drive circuit 512 are supplied with the control pulse S0 output from the pulse generation circuit 510, and generate a first drive pulse S1 and a second drive pulse S2 that are inverted from each other. The first and second drive pulses S1 and S2 drive the switching element 11 and the synchronous rectification element 31, respectively. The first drive pulse S1 is supplied to the control electrode of the switching element 11 through the on-timing delay circuit 55. The second drive pulse S <b> 2 is supplied to the control electrode of the synchronous rectification element 31 through the ON blocking circuit 56. The drive circuit 511 and the inversion drive circuit 512 may be configured by a signal conversion circuit including a pulse transformer or the like. For example, if a pulse transformer is used for the inverting drive circuit 512, the control circuit 5 and the output terminal Tout can be electrically insulated.
[0031]
The on-timing delay circuit 55 is configured by a parallel circuit of a coil element 551 and a diode 552 and is inserted between the drive circuit 511 and the control electrode of the switching element 11.
[0032]
The on-blocking circuit 56 includes resistors R1 and R2 and a transistor switch Tr. One end of each of the resistors R1 and R2 is connected to form a resistance voltage dividing circuit, and both ends thereof are connected to the main electrode of the synchronous rectifying element 31. The transistor switch Tr has a control electrode connected to the connection point of the resistors R1 and R2, a main electrode connected to the control input side of the synchronous rectifying element 31, and one of the main electrodes connected to the supply line of the second drive pulse S2. Connected.
[0033]
In the switching power supply described above, the switching element 11 intermittently causes the DC voltage Vin supplied through the input winding 21 to induce a voltage in the output winding 22. The induced voltage is supplied to the output rectifying / smoothing circuit 3 as a switching output.
[0034]
The diode 35 of the output rectifying / smoothing circuit 3 is connected between the main electrodes of the synchronous rectifying element 31 with a polarity that is forward with respect to the voltage induced in the output winding 22 during the OFF period of the switching element 11. The synchronous rectifying element 31 is conductive during the OFF period of the switching element 11. For this reason, the switching output supplied to the output rectifying and smoothing circuit 3 is stored in the transformer 2 as excitation energy during the ON period of the switching element 11, and via the synchronous rectifying element 31 and the diode 35 during the OFF period of the switching element 11. And is smoothed by the output smoothing capacitor 33. The output terminal Tout outputs the voltage of the output smoothing capacitor 33 as the DC output voltage Vout.
[0035]
On / off of the switching element 11 and the synchronous rectifying element 31 is controlled by a drive pulse supplied from the control circuit 5. Hereinafter, the on / off timing of the switching element 11 and the synchronous rectifying element 31 will be described with reference to FIG.
[0036]
FIG. 2 is a timing chart showing waveforms at various parts of the switching power supply device shown in FIG.
[0037]
First, the pulse generation circuit 510 outputs a control pulse S0 including a high level signal and a low level signal (FIG. 2 (a)).
[0038]
The drive circuit 511 and the inversion drive circuit 512 are supplied with the control pulse S0 output from the pulse generation circuit 510. The drive circuit 511 generates a first drive pulse S1 that is in phase with the control pulse S0 of the pulse generation circuit 510 in order to drive the switching element 11 (FIG. 2B).
[0039]
The inversion drive circuit 512 generates a second drive pulse S2 obtained by inverting the control pulse S0 of the pulse generation circuit 510 in order to drive the synchronous rectification element 31 (FIG. 2 (c)). The first drive pulse S1 is supplied to the control electrode of the switching element 11 through the on-timing delay circuit 55. The second drive pulse S <b> 2 is supplied to the control electrode of the synchronous rectification element 31 through the ON blocking circuit 56.
[0040]
With this configuration, control is performed so that the synchronous rectifying element 31 is turned off during the on period of the switching element 11 and the synchronous rectifying element 31 is turned on during the off period of the switching element 11.
[0041]
Now, when the control pulse S0 becomes a high level at time t1, the drive circuit 511 also generates a high-level first drive pulse S1 (FIG. 2B). The first drive pulse S1 is supplied to the control electrode of the switching element 11 through the on-timing delay circuit 55. The gate-source voltage Vgs11 of the switching element 11 rises slowly due to the inductance of the coil element 551 of the on-timing delay circuit 55 and reaches the threshold voltage VTH (FIG. 2 (d)). For this reason, the switching element 11 starts to turn on with a delay time of td1 (on), and is completely turned on with a turn-on delay time specific to the element.
[0042]
Meanwhile, at time t1, the inversion driving circuit 512 sets the second driving pulse S2 to a low level. The gate-source voltage Vgs31 of the synchronous rectifying element 31 quickly decreases, and the synchronous rectifying element 31 is completely turned off with a delay time td3 (off) that is only the element-specific turn-off delay time (FIG. 2 (e)). ).
[0043]
The turn-on delay time of the switching element 11 can be increased by increasing the inductance value of the on-timing delay circuit 55. Therefore, if the inductance value of the on-timing delay circuit 55 is set in consideration of the turn-off delay time of the synchronous rectifying element 31, a short-circuit current is generated due to the switching element 11 being turned on before the synchronous rectifying element 31 is turned on. Can be suppressed.
[0044]
Next, when the control pulse S0 becomes low level at time t2, the drive circuit 511 also generates the first drive pulse S1 having low level. The switching element 11 has a gate capacitance extracted through the diode 552 of the on-timing delay circuit 55. The gate-source voltage Vgs11 of the switching element 11 quickly decreases, and the switching element 11 is completely turned off with a delay time td1 (off) that is only the element-specific turn-off delay time (FIG. 2 (d)). .
[0045]
During this time, at time t2, the inversion drive circuit 512 sets the second drive pulse S2 to the high level. Immediately after time t2, the diode 35 has a high cathode-side potential and is in a reverse bias state. Therefore, the base-emitter voltage VBE of the transistor switch Tr is maintained at the threshold voltage by the divided voltage of the resistance voltage dividing circuit (FIG. 2 (5)), the transistor switch Tr is turned on, and the synchronous rectifier 31 Short the control input side. The synchronous rectifier 31 is prevented from being turned on by the on-blocking circuit 56 and the occurrence of a short-circuit current is suppressed even when the second drive pulse S2 is at a high level.
[0046]
Thereafter, when the switching element 11 is turned off and the potential on the cathode side of the diode 35 is lowered, the divided voltage of the resistance voltage dividing circuit is lowered and the base-emitter voltage VBE of the transistor switch Tr is lowered (FIG. 2). (5)), the transistor switch Tr is turned off. As a result, the gate-source voltage Vgs31 of the synchronous rectifying element 31 rises and reaches the threshold voltage VTH. The synchronous rectifier 31 starts to turn on with a delay time of td3 (on), and further becomes fully conductive with a turn-on delay time unique to the device (FIG. 2 (e)).
[0047]
As described above, the switching power supply device according to the present embodiment includes the above-described on-timing delay circuit 55 and the on-blocking circuit 56, thereby suppressing a short-circuit current when the switching element 11 is turned on and turned off.
[0048]
The on-timing delay circuit 55 only needs to include an inductance and can be realized with a simple circuit. If the inductance value is large, the delay time becomes long. For example, in a switching power supply device that operates at a switching frequency of several hundred KHz, several μH to hundred μH, or several hundred μH can be used. As the inductance, an inductance of a coil element or a line may be used.
[0049]
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing another embodiment of the switching power supply device according to the present invention. The illustrated switching power supply device includes a transformer for power conversion, and shows an example configured by a forward method. The illustrated switching power supply device includes a power conversion circuit 1, an output rectifying / smoothing circuit 3, and a control circuit 5.
[0050]
The power conversion circuit 1 includes a switching element 11 and a power conversion transformer 2. The switching power supply apparatus according to the present embodiment is the same as the embodiment illustrated in FIG. 1 except that power is transmitted during the ON period of the switching element 11, and the description thereof is omitted.
[0051]
The output rectifying / smoothing circuit 3 includes a forward direction rectifying element 30, a synchronous rectifying element 31, a choke coil 32, an output smoothing capacitor 33, and a diode 35. The forward direction rectifying element 30 and the main electrode of the synchronous rectifying element 31 are connected in series and connected between the output windings 22 of the transformer 2. The choke coil 32 and the output smoothing capacitor 33 are connected in series, and are connected between the main electrodes of the synchronous rectifying element 31, and both ends of the output smoothing capacitor 33 are connected to the output terminal Tout.
[0052]
The forward direction rectifying element 30 is formed of a rectifying diode in the present embodiment, and is connected with a polarity that is forward with respect to the voltage induced in the output winding 22 during the ON period of the switching element 11, but includes a control electrode. Alternatively, a synchronous rectifier element may be used so that the switching element 11 is conductive during the ON period.
[0053]
The diode 35 is connected between the main electrodes of the synchronous rectifying element 31 with a polarity opposite to the voltage induced in the output winding 22 during the ON period of the switching element 11. The control circuit 5 has the same configuration as that of the embodiment shown in FIG.
[0054]
In the switching power supply described above, the switching element 11 intermittently causes the DC voltage Vin supplied through the input winding 21 to induce a voltage in the output winding 22. The induced voltage is supplied to the output rectifying / smoothing circuit 3 as a switching output.
[0055]
The output rectifying / smoothing circuit 3 conducts the forward direction rectifying element 30 with the voltage induced in the output winding 22 during the ON period of the switching element 11, stores energy in the choke coil 32, and charges the output smoothing capacitor 33. During the OFF period of the switching element 11, the output rectifying / smoothing circuit 3 releases the energy stored in the choke coil 32 through the synchronous rectifying element 31 and charges the output smoothing capacitor 33. Since both ends of the output smoothing capacitor 33 are connected to the output terminal Tout, the DC output voltage Vout is output to the output terminal Tout.
[0056]
On / off of the switching element 11 and the synchronous rectifying element 31 is controlled by a drive pulse supplied from the control circuit 5 as in the embodiment shown in FIG.
[0057]
When the switching element 11 is turned on, the synchronous rectification element 31 is controlled to be turned off by the second drive pulse S2 output from the inverting drive circuit 512. The on-timing delay circuit 55 delays the rise of the first drive pulse S1 output from the drive circuit 511 by the inductance of the coil element 551. For this reason, since the switching element 11 is turned on after the synchronous rectifying element 31 is completely turned off, the short-circuit current when the switching element 11 is turned on can be suppressed.
[0058]
When the switching element 11 is turned off, the switching element 11 is controlled to be turned off by the first drive pulse S1 output from the drive circuit 511. At this time, the second drive pulse S2 is output from the inverting drive circuit 512, but the on-blocking circuit 56 blocks the synchronous rectifying element 31 from being turned on. . The on-blocking circuit 56 turns on the synchronous rectifying element 31 after the voltage between the main electrodes of the synchronous rectifying element 31 drops to a predetermined voltage. For this reason, since the synchronous rectification element 31 is turned on after the switching element 11 is completely turned off, the short-circuit current when the switching element 11 is turned off can be suppressed.
[0059]
FIG. 4 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the switching power supply device according to the present invention. The illustrated embodiment shows an example in which a step-down chopper type switching power supply device is configured. The illustrated switching power supply device includes a power conversion circuit 1, an output rectifying / smoothing circuit 3, and a control circuit 5.
[0060]
The power conversion circuit 1 includes a switching element 11 and a switching element 12. The switching element 11 intermittently inputs the input DC voltage Vin and supplies a switching output to the output rectifying and smoothing circuit 3.
[0061]
The output rectifying / smoothing circuit 3 includes a synchronous rectifying element 31, a choke coil 32, an output smoothing capacitor 33, and a diode 35. The choke coil 32 and the output smoothing capacitor 33 are connected in series, and are connected to the DC input terminal Tin via the main electrode of the switching element 11. Both ends of the output smoothing capacitor 33 are connected to the output terminal Tout. The synchronous rectifying element 31 is conductive during the OFF period of the switching element 11. The main electrode of the synchronous rectifying element 31 is connected to both ends of a series circuit of the choke coil 32 and the output smoothing capacitor 33.
[0062]
The diode 35 is connected between the main electrodes of the synchronous rectifying element 31 with a polarity opposite to the voltage induced in the output winding 22 during the ON period of the switching element 11. The control circuit 5 has the same configuration as that of the embodiment shown in FIG.
[0063]
In the switching power supply device described above, the switching element 11 intermittently supplies the supplied DC input voltage Vin and supplies the switching output to the output rectifying and smoothing circuit 3.
[0064]
The output rectifying / smoothing circuit 3 excites the choke coil 32 during the ON period of the switching element 11, stores the excitation energy, and charges the output smoothing capacitor 33. The excitation energy stored in the choke coil 32 is released through the synchronous rectifying element 31 during the OFF period of the switching element 11 and charges the output smoothing capacitor 33. Since both ends of the output smoothing capacitor 33 are connected to the output terminal Tout, the DC output voltage Vout is output to the output terminal Tout.
[0065]
On / off of the switching element 11 and the synchronous rectifying element 31 is controlled by a drive pulse supplied from the control circuit 5 as in the embodiment shown in FIG.
[0066]
When the switching element 11 is turned on, the synchronous rectification element 31 is controlled to be turned off by the second drive pulse S2 output from the inverting drive circuit 512. The on-timing delay circuit 55 delays the rise of the first drive pulse S1 output from the drive circuit 511 by the inductance of the coil element 551, and drives the switching element 11 via the switching element 12. For this reason, since the switching element 11 is turned on after the synchronous rectifying element 31 is completely turned off, the short-circuit current when the switching element 11 is turned on can be suppressed.
[0067]
When the switching element 11 is turned off, the switching element 11 is controlled to be turned off by the first drive pulse S1 output from the drive circuit 511. At this time, the second drive pulse S2 is output from the inverting drive circuit 512, but the on-blocking circuit 56 blocks the synchronous rectifying element 31 from being turned on. . The on-blocking circuit 56 turns on the synchronous rectifying element 31 after the voltage between the main electrodes of the synchronous rectifying element 31 drops to a predetermined voltage. For this reason, since the synchronous rectification element 31 is turned on after the switching element 11 is completely turned off, the short-circuit current when the switching element 11 is turned off can be suppressed.
[0068]
FIG. 5 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the switching power supply device according to the present invention. The illustrated embodiment shows an example in which a step-up chopper type switching power supply device is configured. The illustrated switching power supply device includes a power conversion circuit 1, an output rectifying / smoothing circuit 3, and a control circuit 5.
[0069]
The power conversion circuit 1 includes a switching element 11 and a choke coil 13. The switching element 11 has a main electrode connected to the DC input terminal Tin via the choke coil 13, and supplies the switching output to the output rectifying and smoothing circuit 3 by intermittently inputting the input DC voltage Vin.
[0070]
The output rectifying / smoothing circuit 3 includes a synchronous rectifying element 31, an output smoothing capacitor 33, and a diode 35. The synchronous rectifying element 31 is driven via a transistor 8 for waveform inversion, with the driving voltage source 7 connected to the gate. The drive voltage source 7 includes a capacitor 71, diodes 72 and 73, a resistor 74, and the like. The synchronous rectifying element 31 and the output smoothing capacitor 33 are connected in series, and are connected to the DC input terminal Tin via the choke coil 13. Both ends of the output smoothing capacitor 33 are connected to the output terminal Tout.
[0071]
The synchronous rectifying element 31 is conductive during the OFF period of the switching element 11. The diode 35 is connected between the main electrodes of the synchronous rectifying element 31 with a polarity that is forward with respect to the current flowing through the choke coil 13.
[0072]
Unlike the embodiment shown in FIG. 1, the control circuit 5 does not include an inverting drive circuit, and includes a first drive pulse S1 in phase with the control pulse S0 output from the pulse generation circuit 51, and a second drive pulse S2. Are output from the drives 511 and 513, respectively. The waveform of the second drive pulse S2 is inverted by the transistor 8.
[0073]
In the switching power supply device described above, the switching element 11 intermittently supplies the DC input voltage Vin supplied via the choke coil 13 and supplies the switching output to the output rectifying and smoothing circuit 3.
[0074]
The power conversion circuit 1 excites the choke coil 32 during the ON period of the switching element 11 and stores excitation energy. The output rectifying / smoothing circuit 3 superimposes the excitation energy stored in the choke coil 32 on the DC input voltage Vin and discharges it through the synchronous rectifying element 31 during the OFF period of the switching element 11, and outputs the output smoothing capacitor 33. Charge. Since both ends of the output smoothing capacitor 33 are connected to the output terminal Tout, the DC output voltage Vout is output to the output terminal Tout.
[0075]
On / off of the switching element 11 and the synchronous rectifying element 31 is controlled by a drive pulse supplied from the control circuit 5 as in the embodiment shown in FIG.
[0076]
Also in the switching power supply device of this embodiment, by providing the on-timing delay circuit 55 and the on-blocking circuit 56, it is possible to suppress a short-circuit current when the switching element is turned on and off.
[0077]
6 to 8 are electric circuit diagrams showing a switching power supply device using another example of the on-blocking circuit. In the figure, the same reference numerals are given to the same components as those shown in FIG. 6 to 8 are modifications of FIG. 1, it is obvious that there are modifications based on the embodiment of FIGS. 3 to 5.
[0078]
The embodiment shown in FIG. 6 shows an example in which a field effect transistor is used for the transistor switch Tr. The connection relationship between the resistance voltage dividing circuit constituted by the resistors R1 and R2 and the synchronous rectifier 31 is the same as that of the embodiment shown in FIGS.
[0079]
The embodiment shown in FIG. 7 shows an example in which the temperature characteristic of VBE of the transistor switch Tr is compensated by using a Zener diode ZD. Zener diode ZD is inserted in series in a resistance voltage dividing circuit composed of resistors R1 and R2. The connection relationship with the synchronous rectifier 31 is the same as that of the embodiment shown in FIGS.
[0080]
The embodiment shown in FIG. 8 shows an example in which backflow prevention is achieved using a diode D. The diode D is connected in parallel with the resistance of the resistance voltage dividing circuit. The connection relationship with the synchronous rectifier 31 is the same as that of the embodiment shown in FIGS.
[0081]
The contents of the present invention have been described in detail with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to these, and those skilled in the art will be able to use various techniques based on the basic technical idea and teachings. It is obvious that variations can be conceived.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(A) It is possible to provide a synchronous rectification switching power supply device that delays the on-timing of the switching element on the input side with a simple circuit configuration and suppresses a short-circuit current when the switching element is turned on.
(B) It is possible to provide a synchronous rectification type switching power supply apparatus in which the on-timing of the synchronous rectifying element that is conducted during the off period of the input-side switching element is delayed to suppress a short-circuit current when the switching element is turned off.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing an embodiment of a switching power supply device according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing waveforms at various parts of the switching power supply device shown in FIG. 1;
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing another embodiment of the switching power supply device according to the present invention.
FIG. 4 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the switching power supply device according to the present invention.
FIG. 5 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the switching power supply device according to the present invention.
FIG. 6 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the switching power supply device according to the present invention.
FIG. 7 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the switching power supply device according to the present invention.
FIG. 8 is an electric circuit diagram showing still another embodiment of the switching power supply device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Power conversion circuit
11 Switching element
3 Output rectification smoothing circuit
31 Synchronous rectifier
33 Output smoothing capacitor
5 Control circuit
51 Drive pulse generation circuit
55 On-timing delay circuit
56 ON blocking circuit
S1 First drive pulse
S2 Second drive pulse

Claims (7)

電力変換回路と、出力整流平滑回路と、制御回路とを含むスイッチング電源装置であって、
前記電力変換回路は、制御電極を備えたスイッチング素子を含み、入力される直流電圧を断続してスイッチング出力を前記出力整流平滑回路に供給し、
前記出力整流平滑回路は、同期整流素子と、出力平滑コンデンサとを含み、前記スイッチング出力を整流平滑して出力し、
前記同期整流素子は、制御電極を備え、前記スイッチング素子のオフ期間に導通し、
前記制御回路は、駆動パルス発生回路と、オンタイミング遅延回路と、オン阻止回路とを含み、
前記駆動パルス発生回路は、第1の駆動パルスと、第2の駆動パルスとを発生し、
前記第1の駆動パルスは、前記オンタイミング遅延回路を介して前記スイッチング素子の制御電極に供給され、
前記第2の駆動パルスは、前記オン阻止回路を介して前記同期整流素子の制御電極に供給され、
前記オンタイミング遅延回路は、コイル素子とダイオードとの並列回路を含み、前記第1の駆動パルスの立ち上がりを遅らせ、
前記オン阻止回路は、前記同期整流素子の主電極間の電圧を検出し、検出電圧が所定値以下になるまで前記同期整流素子の導通を阻止する
スイッチング電源装置。
A switching power supply device including a power conversion circuit, an output rectification smoothing circuit, and a control circuit,
The power conversion circuit includes a switching element provided with a control electrode, intermittently supplies an input DC voltage, and supplies a switching output to the output rectifying and smoothing circuit,
The output rectifying and smoothing circuit includes a synchronous rectifying element and an output smoothing capacitor, and rectifies and smoothes the switching output,
The synchronous rectifier element includes a control electrode, and is conducted during an off period of the switching element.
The control circuit includes a drive pulse generation circuit, an on-timing delay circuit, and an on-blocking circuit,
The drive pulse generation circuit generates a first drive pulse and a second drive pulse,
The first drive pulse is supplied to the control electrode of the switching element through the on-timing delay circuit,
The second drive pulse is supplied to the control electrode of the synchronous rectifier element through the on-blocking circuit,
The on timing delay circuit includes a parallel circuit of a coil element and the diode, delaying the rise of the first driving pulse,
The on-blocking circuit is a switching power supply device that detects a voltage between main electrodes of the synchronous rectifying element and blocks conduction of the synchronous rectifying element until a detected voltage becomes a predetermined value or less.
請求項に記載されたスイッチング電源装置であって、
前記オン阻止回路は、抵抗分圧回路と、トランジスタスイッチとを含み、
前記抵抗分圧回路は、前記同期整流素子の主電極間に接続され、
前記トランジスタスイッチは、制御電極が前記抵抗分圧回路の分圧点に接続され、主電極が前記同期整流素子の制御入力側に接続される
スイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 1 ,
The on-blocking circuit includes a resistance voltage dividing circuit and a transistor switch,
The resistance voltage dividing circuit is connected between main electrodes of the synchronous rectifier element,
The transistor switch is a switching power supply device in which a control electrode is connected to a voltage dividing point of the resistance voltage dividing circuit and a main electrode is connected to a control input side of the synchronous rectifying element.
請求項に記載されたスイッチング電源装置であって、
前記トランジスタスイッチは電界効果トランジスタであるスイッチング電源装置。
A switching power supply device according to claim 2 ,
The switching power supply device, wherein the transistor switch is a field effect transistor.
請求項1乃至の何れかに記載されたスイッチング電源装置であって、
前記電力変換回路は更に変圧器を含み、前記変圧器は入力巻線と、出力巻線とを含み、
前記入力巻線は、前記スイッチング素子の主電極と直列に接続され、前記出力巻線に電圧を誘起し、
前記出力整流平滑回路は、前記出力巻線の両端間に接続される
スイッチング電源装置。
A switching power supply device according to any one of claims 1 to 3 ,
The power conversion circuit further includes a transformer, and the transformer includes an input winding and an output winding,
The input winding is connected in series with the main electrode of the switching element to induce a voltage on the output winding,
The output rectifying and smoothing circuit is a switching power supply device connected between both ends of the output winding.
請求項に記載されたスイッチング電源装置であって、
前記出力整流平滑回路は、前記出力平滑コンデンサと直列接続された整流ダイオードとチョークコイルとを含み、
前記整流ダイオードは、前記スイッチング素子のオン期間に導通して、前記チョークコイルにエネルギーを蓄えるとともに前記出力平滑コンデンサを充電し、
前記チョークコイルは、前記スイッチング素子のオフ期間に前記同期整流素子を介してエネルギーを放出する
スイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 4 ,
The output rectifying and smoothing circuit includes a rectifier diode and a choke coil connected in series with the output smoothing capacitor,
The rectifier diode is conductive during the ON period of the switching element, stores energy in the choke coil and charges the output smoothing capacitor,
The choke coil is a switching power supply device that releases energy via the synchronous rectifying element during an off period of the switching element.
請求項1乃至の何れかに記載されたスイッチング電源装置であって、
前記出力整流平滑回路は、更にチョークコイルを含み、前記チョークコイルと、前記出力平滑コンデンサとは直列に接続され、更に、前記スイッチング素子の主電極とを含む直列回路を構成して、前記スイッチング素子のオン期間に前記チョークコイルにエネルギーを蓄えるとともに前記出力平滑コンデンサを充電し、
前記チョークコイルに蓄えられたエネルギーを、前記スイッチング素子のオフ期間に前記同期整流素子を介して放出する
降圧チョッパ型スイッチング電源装置。
A switching power supply device according to any one of claims 1 to 3 ,
The output rectifying / smoothing circuit further includes a choke coil, the choke coil and the output smoothing capacitor are connected in series, and further constitute a series circuit including a main electrode of the switching element, and the switching element Energy is stored in the choke coil during the on-period and the output smoothing capacitor is charged,
A step-down chopper type switching power supply apparatus that releases energy stored in the choke coil through the synchronous rectifier element during an off period of the switching element.
請求項1乃至の何れかに記載されたスイッチング電源装置であって、
前記電力変換回路は更にチョークコイルを含み、前記チョークコイルは、前記スイッチング素子の主電極と直列に接続されて、前記スイッチング素子のオン期間にエネルギーを蓄え、
前記出力整流平滑回路は、前記チョークコイルに蓄えられたエネルギーを、前記入力された直流電圧に重畳して前記スイッチング素子のオフ期間に整流平滑する、
昇圧チョッパ型スイッチング電源装置。
A switching power supply device according to any one of claims 1 to 3 ,
The power conversion circuit further includes a choke coil, the choke coil is connected in series with the main electrode of the switching element, and stores energy during an ON period of the switching element,
The output rectifying and smoothing circuit rectifies and smoothes energy stored in the choke coil in an off period of the switching element by superimposing the input DC voltage.
Boost chopper type switching power supply.
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