WO2019123868A1 - 同期整流制御回路、制御方法、電源システム、電子機器、電動車両及び電力システム - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a synchronous rectification control circuit, a control method, a power supply system, an electronic device, an electric vehicle, and a power system.
- the synchronous rectification control circuit uses a transistor such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) instead of a diode as a rectifying element, and turns on / off (turns on / off) this transistor according to a period during which a rectified current flows.
- MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
- the present disclosure provides a synchronous rectification control circuit capable of reducing loss as much as possible, a control method applicable to the synchronous rectification control circuit, a power supply system to which the synchronous rectification control circuit is applied, an electronic device, and an electric vehicle And to provide a power system.
- a first drive unit that outputs a signal for controlling on / off of a synchronous rectification element provided on the secondary side
- a second drive unit that performs control such that a voltage across the synchronous rectification element becomes equal to a predetermined threshold voltage for a predetermined period during which the rectified current flows on the secondary side
- a synchronous rectification control circuit comprising: a drive switching unit for selectively supplying an output from the first drive unit and an output from the second drive unit to the synchronous rectification element.
- the present disclosure is, for example,
- the first drive unit outputs a signal for controlling on / off of the synchronous rectification element provided on the secondary side
- the second drive unit performs control such that the voltage between both ends of the synchronous rectification element becomes equal to a predetermined threshold voltage for a predetermined period during which the rectified current flows to the secondary side.
- the drive switching unit is a control method in the synchronous rectification control circuit that selectively supplies the output from the first drive unit and the output from the second drive unit to the synchronous rectification element.
- the present disclosure is, for example, Input power is connected to the primary side, load is connected to the secondary side, It is a power supply system which has the above-mentioned synchronous rectification circuit which controls the synchronous rectification element provided in the secondary side.
- the present disclosure may be an electronic device that receives power supply from the above-described power supply system.
- the present disclosure may be an electric vehicle including a conversion device that receives supply of electric power from the above-described power supply system and converts it into a driving force of the vehicle, and a control device that performs information processing related to vehicle control based on information about the power supply system. .
- the present disclosure may be a power system that includes a power information transmission / reception unit that transmits / receives a signal to / from another device via a network, and performs charge / discharge control of the power supply system described above based on the information received by the power information transmission / reception unit.
- the present disclosure may be a power system that receives supply of power from the above-described power supply system or supplies power from a power generation device or a power grid to the power supply system.
- the loss in the synchronous rectification control circuit can be reduced as much as possible.
- the effect described here is not necessarily limited, and may be any effect described in the present disclosure. Further, the contents of the present disclosure should not be interpreted as being limited by the exemplified effects.
- FIG. 1 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a power supply circuit.
- FIG. 2 is a diagram for explaining an equivalent circuit in a state where the MOSFET is completely turned on.
- FIGS. 3A to 3D are views referred to in explaining problems in the general technology.
- FIG. 4 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a synchronous rectification control circuit according to an embodiment.
- 5A to 5E are diagrams referred to when describing an operation example of the synchronous rectification control circuit according to an embodiment.
- FIG. 6 is a diagram for describing an application example of the present disclosure.
- FIG. 7 is a diagram for describing another application example of the present disclosure.
- FIG. 1 shows an example of a flyback type switching power supply circuit (hereinafter, appropriately abbreviated as a power supply system 1).
- the power supply system 1 is connected to an input power supply 11, a capacitor Cin provided between output lines from the input power supply 11 on the primary side, and an output line on the primary side, and is a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field) Effect Transistor) 12 is included.
- MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field
- the power supply system 1 further includes a smoothing capacitor Cout provided between the output load 21 and an output line connected to the output load 21 on the secondary side via the transformer T, a MOSFET 22 connected to the output line on the secondary side, A power supply voltage VCC (Voltage Collector) 23 is provided.
- VCC Voltage Collector
- the source terminal of the MOSFET 22 is grounded.
- N-channel MOSFETs are used as the MOSFETs 12 and 22.
- the operation of the power supply system 1 will be described.
- the MOSFET 12 on the primary side is turned on, a voltage is generated at both ends of the coil on the secondary side of the transformer T, with the dot side terminal being positive.
- the synchronous rectification MOSFET 22 is not turned on, no current flows, and the voltage at the drain terminal is a sum of the output voltage Vo and the voltage generated in the secondary winding of the transformer T. Become.
- the voltage between the drain and the source is the product of the rectified current flowing through the MOSFET 22 and the on resistance of the MOSFET 22, so the voltage at the drain terminal is a negative voltage proportional to the rectified current. It becomes.
- the voltage of the drain terminal is detected with reference to the voltage of the source terminal, and when smaller than a certain threshold Vth_on, the MOSFET 22 is turned on and becomes larger than another threshold Vth_off. Control to turn off.
- Vth_on and Vth_off are both negative values, and have a relationship of Vth_on ⁇ Vth_off. In this manner, control is performed to maintain the synchronous rectification MOSFET 22 ON only during a period in which the rectification current flows.
- This parasitic inductance component affects the voltage between the drain and the source because a voltage corresponding to the fluctuation of the current flowing is generated in the inductance L. This influence will be described with reference to FIGS. 3A to 3D in addition to FIG.
- the waveforms shown in FIGS. 3A to 3D schematically show the magnitudes of current and voltage.
- a current having a triangular waveform flows as a rectified current (also referred to as drain current) Id between the drain and source of the MOSFET 22 (see FIG. 3A). Since the current flows from the source terminal of the MOSFET 22 toward the drain terminal, the rectified current Id has a negative value.
- the timing t1 is the timing at which the MOSFET 12 is turned off, and the rectified current Id starts to flow from this timing t1, rapidly increases in the negative direction, and reaches a peak at the timing t2. After that, it gradually approaches 0, and at timing t4, the rectified current Id stops flowing and becomes 0.
- a voltage V_R proportional to the current value is generated in the resistance component of the MOSFET 22 (see FIG. 3B).
- the voltage V_L is a negative voltage in the period from the timing t1 to the timing t2, and a positive voltage in the period from the timing t2 to the timing t4. (See FIG. 3C).
- the voltage Vds of the drain terminal with reference to the source terminal is the sum of the voltage V_R and the voltage V_L, and therefore exceeds 0 at a certain timing t3 between the timing t2 and the timing t4 (see FIG. 3D).
- the voltage between the drain and the source actually becomes larger than Vth_off while the rectified current Id is flowing, so the MOSFET 22 is turned off.
- the MOSFET 22 is turned off while the rectified current Id is flowing, the rectified current Id flows through the parasitic diode 22a of the MOSFET 22.
- the drain-source voltage Vds is used instead of the voltage generated by the on resistance. Since the forward voltage Vf of the parasitic diode 22a is applied, the voltage Vds between the drain and the source decreases again. Then, when the voltage Vds becomes equal to or lower than Vth_on, the MOSFET 22 is turned on again. As a result, the MOSFET 22 is repeatedly turned on and off.
- a blanking time for detection is provided at the transition from on to off and from off to on, and once the MOSFET 22 is turned off, its rectification period (period in which the rectification current Id flows) is It is also conceivable to maintain the off state.
- the MOSFET 22 can be turned on only for a part of the rectification period, and the rectification current Id flows through the parasitic diode 22a of the MOSFET 22 for the remaining period, so that there is a problem that the loss can not be sufficiently reduced.
- an embodiment of the present disclosure will be described in consideration of such a problem.
- FIG. 1 is a circuit diagram of a flyback type switching power supply circuit (power supply system 1) which receives power from an input power supply and supplies predetermined power to an output load.
- the secondary side of the power supply system 1 is in synchronous rectification, and a rectified current flows from the source terminal of the MOSFET 22 to the drain terminal.
- one of the secondary side output windings is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Cout provided on the secondary side, and the other of the output windings is connected to the drain terminal of the MOSFET 22.
- the source terminal of is connected to the negative terminal of the smoothing capacitor Cout.
- a synchronous rectification control circuit 2 (not shown in FIG. 1) is provided as a circuit provided on the secondary side to control on / off of the MOSFET 22 which is an example of the synchronous rectification element.
- the synchronous rectification control circuit 2 may control the on / off of the MOSFET 12.
- FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of the synchronous rectification control circuit 2.
- the synchronous rectification control circuit 2 includes, for example, a first drive unit 30, a second drive unit 40, a drive switching unit 50, and a power supply unit 60.
- the input side of the first drive unit 30 is connected to the ground (GND) and the drain (DRAIN) terminal of the MOSFET 22.
- the input side of the second drive unit 40 is connected to the ground and the drain terminal of the MOSFET 22.
- the output sides of the first drive unit 30 and the second drive unit 40 are connected to the drive switching unit 50.
- the output of the drive switching unit 50 is connected to the gate (GATE) terminal of the MOSFET 22.
- the power supply unit 60 is connected to the above-described VCC 23.
- the first drive unit 30 includes, for example, a first comparator CMP1, a second comparator CMP2, a first reference voltage source 31 that outputs a first threshold voltage V1, and a second reference voltage source that outputs a second threshold voltage V2.
- 32 includes an SR flip flop FP1 and a first buffer BUF1.
- the non-inverted input terminal (positive phase input terminal) of the first comparator CMP1 is connected to the first reference voltage source 31.
- the inverting input terminal (negative phase input terminal) of the first comparator CMP ⁇ b> 1 is connected to the drain terminal of the MOSFET 22.
- the non-inversion input terminal of the second comparator CMP2 is connected to the drain terminal of the MOSFET 22. Further, the inverting input terminal of the second comparator CMP2 is connected to the second reference voltage source 32. In this example, the source terminal of the MOSFET 22 is grounded, and is used as a reference for the first threshold voltage V1 and the second threshold voltage V2.
- the source terminal of the MOSFET 22 may be connected to a constant voltage source that outputs a predetermined voltage, and the voltage output by the constant voltage source may be used as a reference voltage.
- the output of the first comparator CMP1 is connected to the set (S) terminal of the SR flip flop FP1.
- the output of the second comparator CMP2 is connected to the reset (R) terminal of the SR flip flop FP1.
- the output of the SR flip flop FP1 is connected to the input of the first buffer BUF1.
- the output of the first buffer BUF1 is connected to the drive switching unit 50.
- a signal for driving the MOSFET 22 is output from the first buffer BUF1. That is, a signal for controlling on / off of the MOSFET 22 is output from the first drive unit 30.
- the first drive unit 30 When the first drive unit 30 connects the output OUT1 of the first drive unit 30 to the gate terminal of the MOSFET 22 according to the control of the drive switching unit 50, the first drive unit 30 detects the drain-source voltage of the MOSFET 22 and When the voltage becomes smaller (lower) than the first threshold voltage V1, a signal to change the MOSFET 22 to ON is output to maintain the ON state, and when it becomes larger (higher) than the second threshold voltage V2, the MOSFET 22 is changed to OFF Signal to maintain the off state.
- the second drive unit 40 includes, for example, an operational amplifier AMP1, a third reference voltage source 41 outputting a third threshold voltage V3, an adjustment circuit 42 for adjusting the gain and phase characteristics of the operational amplifier AMP1, and a second buffer BUF2. And.
- the third reference voltage source 41 is connected to the non-inverted input terminal of the operational amplifier AMP1, and the drain terminal of the MOSFET 22 is connected to the inverted input terminal.
- the third reference voltage source 41 is connected to the source terminal of the MOSFET 22. In this example, the source terminal of the MOSFET 22 is grounded, and is used as a reference for the third threshold voltage V3 in addition to the first threshold voltage V1 and the second threshold voltage V2.
- the adjustment circuit 42 includes, for example, resistors R1 and R2 and a capacitor C1.
- a series circuit composed of the resistor R1 and the capacitor C1 is connected between the input side of the inverting input terminal of the operational amplifier AMP1 and the output side of the operational amplifier AMP1, and the resistor R2 is connected between the inverting input terminal and the drain terminal of the operational amplifier AMP1. Connected between.
- the output of the operational amplifier AMP1 is connected to the second buffer BUF2.
- the output of the second buffer BUF2 is connected to the drive switching unit 50.
- the second drive unit 40 When the second drive unit 40 connects the output OUT2 of the second drive unit 40 to the gate terminal of the MOSFET 22, it detects the voltage between the drain and source of the MOSFET 22, and this voltage is higher than the third threshold voltage V3. If larger, the drive voltage of the MOSFET 22 is lowered, and if smaller than the third threshold voltage V3, control is performed such that the drain-source voltage of the MOSFET 22 is always equal to the third threshold voltage V3.
- the drive switching unit 50 includes, for example, an N-channel MOSFET 51, an inverter INV1, and a diode D1.
- the drain terminal of the MOSFET 51 is connected to the gate terminal (an example of a control terminal) of the MOSFET 22, and the source terminal of the MOSFET 51 is connected to the output side of the second drive unit 40.
- the output of the first drive unit 30 is branched, and the inverter INV1 is connected between one output side of the first drive unit 30 and the gate terminal of the MOSFET 51.
- the anode terminal of the diode D1 is connected between the other output side of the first drive unit 30 and the connection midpoint between the drain terminal of the MOSFET 51 and the gate terminal of the MOSFET 22.
- the drive switching unit 50 selectively supplies OUT1 which is the output of the first drive unit 30 and OUT2 which is the output of the second drive unit 40 to the gate terminal of the MOSFET 22.
- the MOSFET 51 in the drive switching unit 50 is turned on / off according to the output of the first drive unit 30 inverted by the inverter INV1.
- the output OUT2 of the second drive unit 40 is supplied to the gate terminal of the MOSFET 22.
- the output OUT2 of the first drive unit 30 is supplied to the gate terminal of the MOSFET 22 through the output line provided with the diode D1.
- the power supply unit 60 is configured of, for example, a constant voltage regulator 61.
- the constant voltage regulator 61 converts the power supplied from the VCC 23 in the power supply system 1 into an appropriate voltage, and then supplies the converted power to each block in the synchronous rectification control circuit 2.
- FIG. 5A shows temporal change of rectified current Id
- FIG. 5B shows temporal change of voltage Vds between drain and source of MOSFET 22
- FIG. 5C shows temporal change of output level of first drive unit 30
- FIG. 5D shows second drive
- FIG. 5E shows the temporal change of the voltage Vgs between the gate and the source of the MOSFET 22, respectively.
- the MOSFET 22 is represented as Q22 and the MOSFET 51 is represented as Q51 in a simplified manner due to the restriction of the illustrated space.
- the first threshold voltage V1, the second threshold voltage V2 and the third threshold voltage V3 are set to a relationship in which -Vf ⁇ V1 ⁇ V3 ⁇ V2 ⁇ 0 with respect to the forward voltage Vf of the parasitic diode 22a of the MOSFET 22. It shall be done.
- the output of the first drive unit 30 is as shown in Table 1 below with respect to the drain-source voltage Vds of the MOSFET 22. Note that the output “1” in Table 1 indicates high (Hi, for example, 5 V), and the output “0” corresponds to low (Lo, for example, 0 V).
- the MOSFET 12 is turned off, and the rectified current Id starts to flow.
- the rectified current Id flows from the source terminal of the MOSFET 22 toward the drain terminal, its value becomes a negative value.
- the rectified current Id rapidly increases in amount in the negative direction from t11 and reaches a peak, and thereafter becomes a waveform of a triangular wave heading gently to zero.
- the drain-source voltage Vds of the MOSFET 22 is a negative voltage which is the sum of the Vf of the parasitic diode 22a and the voltage induced by the parasitic inductance. Since this voltage is lower (smaller) than the first threshold voltage V1, the signal level output from the first comparator CMP1 is high, and the signal level output from the second comparator CMP2 is low (see Table 1). Therefore, the signal level output from the SR flip flop FP1 is high.
- the high level signal output from the first drive unit 30 is branched and supplied to each of the diode D1 and the inverter INV1.
- the high level signal output from the first drive unit 30 is inverted by the inverter INV 1, and the inverted low level signal is supplied to the gate terminal of the MOSFET 51 of the drive switching unit 50. Therefore, the MOSFET 51 is turned off, and the output of the second drive unit 40 is cut off.
- a high level signal output from the first drive unit 30 is supplied to the gate terminal of the MOSFET 22 via the diode D1.
- the gate terminal voltage (Vgs) of the MOSFET 22 rises, and eventually the MOSFET 22 is turned on.
- Vgs the voltage of Vf due to the parasitic diode 22a
- Vds becomes a voltage closer to 0.
- Vds is a negative voltage that is the sum of the voltage drop due to the on resistance and the voltage induced by the parasitic inductance.
- Id rectified current
- the level of the signal output from the first drive unit 30 becomes low (see Table 1).
- the signal output from the first drive unit 30 is supplied to the gate terminal of the MOSFET 51 after its level is inverted to high by the inverter INV1.
- the MOSFET 51 of the drive switching unit 50 is turned on, the gate terminal of the MOSFET 22 is connected to the output of the second drive unit 40, and a signal based on the control of the second drive unit 40 is transmitted to the gate terminal of the MOSFET 22. Supplied.
- the second drive unit 40 adjusts the gate voltage of the MOSFET 22 and operates such that Vds becomes equal to the third threshold voltage V3.
- the voltage Vds becomes the third threshold voltage V3 at the timing t14, and a predetermined period during which the rectified current Id flows (in this example, from the timing t14 to the timing t15 when the rectified current does not flow). The period is controlled to maintain this state.
- the rectified current Id further approaches 0. Then, when the rectified current Id becomes 0 at timing t15, it becomes impossible to maintain Vds of the MOSFET 22 at the third threshold voltage V3, and the gate voltage of the MOSFET 22 becomes 0 and the MOSFET 22 is turned off. Then, this state is maintained until the rectified current Id starts to flow in the next rectification period, thereby preventing reverse current flow in the rectification off period. In this manner, it is possible to maintain the state in which the MOSFET 22 is turned on substantially during all of the period in which the rectified current Id flows.
- the flyback type switching converter is described in the above-described embodiment, the present invention is not limited to this.
- a half wave rectification circuit which provides a rectification element on the ground side and outputs a positive voltage is described as the rectification circuit, the present invention is not limited to this.
- the present disclosure is applicable to various switching converters and their rectification circuits. For example, even if the same flyback type switching converter outputs a negative voltage or the rectifying element is provided at other than the ground side, the polarity of voltage detection may be reversed depending on the configuration, but one embodiment Application is possible based on the same idea as the form.
- the output on the secondary side may be a center tap type, and this center tap is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor on the secondary side, both ends are respectively connected to the synchronous rectification element, and the other side of each synchronous rectification element is It may be connected to the negative electrode terminal of the smoothing capacitor.
- each block illustrated in one embodiment is an example of a preferable configuration, and is not limited to this.
- a circuit using two comparators and an SR flip flop is given as an example of the circuit configuration of the first drive unit 30.
- the present invention is not limited to this configuration. It may be another circuit configuration that can realize the functions described in the above. The same applies to the second drive unit 40, the drive switching unit 50, and the power supply unit 60.
- IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors
- the switching period and the rectification period corresponding to this can be set as appropriate.
- the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like described in the above-described embodiment are merely examples, and configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like that are different from those of the embodiment are necessary. May be included. Further, the matters described in the embodiment and the modification can be combined with each other as long as no technical contradiction arises. Further, the present disclosure can be realized in any form such as a power supply system including a synchronous rectification control circuit, a control method in the synchronous rectification control circuit, an application device using the synchronous rectification control circuit, and the like.
- a first drive unit that outputs a signal for controlling on / off of a synchronous rectification element provided on the secondary side
- a second drive unit that performs control such that a voltage between both ends of the synchronous rectification element becomes equal to a predetermined threshold voltage for a predetermined period during which the rectified current flows to the secondary side
- a synchronous rectification control circuit comprising: a drive switching unit that selectively supplies an output from the first drive unit and an output from the second drive unit to the synchronous rectification element.
- the drive switching unit supplies the signal to the synchronous rectification element, and the signal to turn off the synchronous rectification element by the first drive unit.
- the synchronous rectification control circuit according to (1) wherein a signal based on control of the second drive unit is supplied to the synchronous rectification element in the case of outputting.
- the first drive unit detects a voltage across the synchronous rectification element, and outputs a signal to turn on the synchronous rectification element when the voltage is smaller than a first threshold voltage, and the voltage is higher than the second threshold voltage.
- the synchronous rectification control circuit according to (1) or (2) which outputs a signal to turn off the synchronous rectification element if larger.
- the first drive unit is SR flip flop, A first comparator whose output is connected to a set terminal of the SR flip flop; A second comparator whose output is connected to the reset terminal of the SR flip flop; A first reference voltage source connected to the non-inverting input of the first comparator for outputting the first threshold voltage; A second reference voltage source connected to the inverting input of the second comparator and outputting the second threshold voltage;
- the synchronous rectification control circuit according to (3) further comprising: a first buffer that receives an output of the SR flip-flop and outputs a signal for driving the synchronous rectification element according to the input.
- the synchronous rectification element is a MOSFET
- the inverting input of the first comparator and the non-inverting input of the second comparator are connected to the drain terminal of the MOSFET
- the source terminal of the MOSFET is the first threshold voltage and the The synchronous rectification control circuit according to (4), which is a reference for the second threshold voltage.
- the predetermined period is a period from when the voltage across the synchronous rectification element reaches the second threshold voltage to when the rectified current stops flowing, according to any one of (3) to (5). Synchronous rectification control circuit.
- the second drive unit is Op amp, A third reference voltage source connected to the non-inverting input of the operational amplifier and outputting a third threshold voltage that is the predetermined threshold voltage; An adjustment circuit that adjusts the gain and phase of the operational amplifier;
- the synchronous rectification control circuit according to any one of (3) to (6), further comprising: a second buffer that receives an output of the operational amplifier and outputs a signal for driving the synchronous rectification element according to the input.
- the synchronous rectification element is a MOSFET, and the inverting input of the operational amplifier is connected to the drain terminal of the MOSFET, and the source terminal of the MOSFET is a reference of the first threshold voltage, the second threshold voltage and the third threshold voltage
- the synchronous rectification control circuit described in (7).
- the drive switching unit is A switching element that turns on / off according to the inverted output of the first drive unit and supplies the output of the second drive unit to the control terminal of the synchronous rectification element when it is turned on;
- the synchronous rectification control circuit according to any one of (1) to (9), including an output line in which an output of the first drive unit is supplied to a control terminal of the synchronous rectification element when the switching element is turned off.
- the drive switching unit is A MOSFET as the switching element having a source terminal connected to an output from the second drive unit and a drain terminal connected to a control terminal of the synchronous rectification element;
- An inverter connected between the output side of the first drive unit and the gate terminal of the MOSFET;
- the diode has an anode terminal connected to the output side of the first drive unit, and a cathode terminal connected to the connection midpoint between the drain terminal of the MOSFET and the control terminal of the synchronous rectifier (10) Synchronous rectification control circuit according to claim 1.
- the synchronous rectification control circuit according to any one of (1) to (11), wherein the synchronous rectification element is an N-channel type MOSFET, and a rectified current flows from a source terminal to a drain terminal of the MOSFET.
- One of the secondary side output windings is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor provided on the secondary side, the other of the output windings is connected to the drain terminal of the MOSFET, and the source terminal of the MOSFET is the above
- the synchronous rectification control circuit according to (12) which is connected to the negative terminal of the smoothing capacitor.
- the synchronous rectification control circuit according to any one of (1) to (13), including a power supply unit that supplies power for operating the first drive unit, the second drive unit, and the drive switching unit.
- the first drive unit outputs a signal for controlling on / off of the synchronous rectification element provided on the secondary side
- the second drive unit performs control such that a voltage between both ends of the synchronous rectification element becomes equal to a predetermined threshold voltage for a predetermined period during which the rectified current flows to the secondary side.
- Input power is connected to the primary side, load is connected to the secondary side,
- the power supply system which has a synchronous rectification circuit in any one of (1) to (14) which controls the synchronous rectification element provided in the said secondary side.
- the electronic device which receives supply of electric power from the power supply system as described in (16).
- An electric vehicle including a conversion device which receives supply of electric power from the power supply system according to (16) and converts it into a driving force of the vehicle, and a control device which performs information processing on vehicle control based on information on the power supply system.
- the present disclosure can be implemented as a power supply system including the synchronous rectification control circuit according to the above-described embodiment.
- power supply systems move any kind of car, electric car, hybrid electric car, motorcycle, bicycle, personal mobility, plane, drone, ship, robot, construction machine, agricultural machine (tractor) etc. It may be realized as a device mounted on the body.
- the content of the present disclosure is not limited to the application example described below.
- FIG. 6 schematically shows an example of the configuration of a hybrid vehicle that employs a series hybrid system to which the present disclosure is applied.
- the series hybrid system is a car that travels by a power drive conversion device using power generated by a generator driven by an engine or power stored in a battery.
- the hybrid vehicle 7200 includes an engine 7201, a generator 7202, an electric power driving force converter 7203, driving wheels 7204 a, driving wheels 7204 b, wheels 7205 a, wheels 7205 b, batteries 7208, vehicle control devices 7209, various sensors 7210, charging ports 7211. Is mounted.
- the synchronous rectification control circuit according to the above-described embodiment of the present disclosure is applied to the control circuit of the battery 7208 and the circuit of the vehicle control device 7209.
- Hybrid vehicle 7200 travels using electric power / driving force conversion device 7203 as a power source.
- An example of the electric power driving force converter 7203 is a motor.
- the electric power driving force converter 7203 is operated by the electric power of the battery 7208, and the rotational force of the electric power driving force converter 7203 is transmitted to the driving wheels 7204a and 7204b.
- DC-AC direct current to alternating current
- AC to DC conversion AC to DC conversion
- the power drive conversion device 7203 can be applied to either an alternating current motor or a direct current motor.
- the various sensors 7210 control the engine speed via the vehicle control device 7209 and control the opening degree (throttle opening degree) of a throttle valve (not shown).
- the various sensors 7210 include a speed sensor, an acceleration sensor, an engine speed sensor, and the like.
- the rotational power of the engine 7201 is transmitted to the generator 7202, which can store the power generated by the generator 7202 in the battery 7208.
- the battery 7208 can be connected to a power supply external to the hybrid vehicle to receive power from the external power supply using the charging port 7211 as an input port, and store the received power.
- an information processing apparatus that performs information processing related to vehicle control based on information related to the secondary battery may be provided.
- an information processing apparatus there is, for example, an information processing apparatus that displays a battery remaining amount based on information on a battery remaining amount.
- the present disclosure is also effective for a parallel hybrid vehicle in which the engine and motor outputs are both drive sources, and the engine only travels, the motor alone travels, and the engine and motor travel are appropriately switched and used. It is applicable. Furthermore, the present disclosure can be effectively applied to a so-called electric vehicle that travels by driving only by a drive motor without using an engine.
- the example of the hybrid vehicle 7200 to which the technology according to the present disclosure can be applied has been described above.
- the power supply system including the synchronous rectification control circuit or the synchronous rectification control circuit according to an embodiment of the present disclosure can be applied to, for example, the battery 7208 or a circuit related thereto.
- Storage system in a house as an application example An example in which the present disclosure is applied to a residential power storage system will be described with reference to FIG.
- a storage system 9100 for a house 9001 electric power is stored via centralized power grid 9002 such as thermal power generation 9002 a, nuclear power generation 9002 b, hydroelectric power generation 9002 c, etc. to power network 9009, information network 9012, smart meter 9007, power hub 9008 etc.
- the device 9003 is supplied.
- power is supplied to the power storage device 9003 from an independent power source such as a home power generation device 9004. Power supplied to power storage device 9003 is stored.
- Power storage device 9003 is used to supply power used in house 9001.
- the same storage system can be used not only for the house 9001 but also for the building.
- the house 9001 is provided with a power generation device 9004, a power consumption device 9005, a power storage device 9003, a control device 9010 for controlling each device, a smart meter 9007, and a sensor 9011 for acquiring various information.
- the respective devices are connected by a power network 9009 and an information network 9012.
- a solar cell, a fuel cell, or the like is used as the power generation device 9004, and the generated electric power is supplied to the power consumption device 9005 and / or the power storage device 9003.
- the power consumption device 9005 is, for example, a refrigerator 9005a, an air conditioner 9005b, a television receiver 9005c, and a bath 9005d.
- the power consumption device 9005 includes an electric vehicle 9006.
- An electric vehicle 9006 is an electric car 9006 a, a hybrid car 9006 b, and an electric bike 9006 c.
- the synchronous rectification control circuit according to the above-described embodiment of the present disclosure is applied to the peripheral circuit of power storage device 9003.
- the smart meter 9007 has a function of measuring the usage amount of commercial power and transmitting the measured usage amount to the power company.
- the power network 9009 may combine one or more of direct current feed, alternating current feed, and non-contact feed.
- the various sensors 9011 are, for example, a human sensor, an illuminance sensor, an object detection sensor, a power consumption sensor, a vibration sensor, a contact sensor, a temperature sensor, an infrared sensor, and the like.
- the information acquired by the various sensors 9011 is transmitted to the control device 9010.
- the control device 9010 can transmit information on the home 9001 to an external power company or the like via the Internet.
- the power hub 9008 performs processing such as branching of power lines and DC / AC conversion.
- a communication method of the information network 9012 connected to the control device 9010 a method using a communication interface such as UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter: transmission / reception circuit for asynchronous serial communication), Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark)
- a wireless communication standard such as Wi-Fi (registered trademark).
- Wi-Fi registered trademark
- the Bluetooth (registered trademark) system is applied to multimedia communication, and can perform one-to-many connection communication.
- ZigBee (registered trademark) uses the physical layer of IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.4.
- IEEE 802.15.4 is a name of a short distance wireless network standard called PAN (Personal Area Network) or W (Wireless) PAN.
- the control device 9010 is connected to an external server 9013.
- the server 9013 may be managed by any one of a house 9001, a power company, and a service provider.
- the information transmitted and received by the server 9013 is, for example, power consumption information, life pattern information, power rates, weather information, natural disaster information, and information on power transactions.
- These pieces of information may be transmitted and received from a home power consumption device (for example, a television receiver), but may be transmitted and received from a device outside the home (for example, a cellular phone or the like).
- These pieces of information may be displayed on a device having a display function, for example, a television receiver, a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistants), or the like.
- a control device 9010 that controls each unit is configured of a central processing unit (CPU), a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and the like, and is stored in the power storage device 9003 in this example.
- Control device 9010 is connected to power storage device 9003, home power generation device 9004, power consumption device 9005, various sensors 9011, server 9013, and information network 9012, and has a function to adjust, for example, the usage amount of commercial power and the power generation amount. have. In addition, it may be provided with the function etc. which trade in the electric power market.
- the power storage device 9003 may store the generated power of not only the centralized power system 9002 such as the thermal power 9002 a, the nuclear power 9002 b, and the hydraulic power 9002 c but also the home power generation device 9004 (solar power generation, wind power generation). it can. Therefore, even if the power generated by the household power generation device 9004 fluctuates, control can be performed such that the amount of power to be transmitted to the outside can be made constant, or the necessary amount of discharge can be performed.
- the power obtained by solar power generation is stored in power storage device 9003, and late-night power with low charge is stored in power storage device 9003 at night, and the power stored by power storage device 9003 is discharged in the time zone where the charge in the daytime is high. Can also be used.
- control device 9010 is stored in power storage device 9003
- it may be stored in smart meter 9007 or may be configured alone.
- power storage system 9100 may be used for a plurality of households in an apartment house, or may be used for a plurality of detached houses.
- the technique according to the present disclosure can be suitably applied to power storage device 9003 among the configurations described above.
- the synchronous rectification control circuit according to one embodiment or a power supply system including the circuit can be applied to a circuit related to the power storage device 9003.
- Reference Signs List 1 power supply circuit 2: synchronous rectification control circuit 22, 51: MOSFET 22a: parasitic diode 30: first drive unit 31: first reference voltage source 32: second reference voltage source, 40: second drive unit, 41: third reference voltage source, 42: adjustment circuit, 50: drive switching unit, 60: power supply unit , CMP1, CMP2 ... comparator, FP1 ... SR flip flop, BUF1 ... first buffer, AMP1 ... operational amplifier, BUF2 ... second buffer, INV1 ... inverter, D1 ... diode
Landscapes
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Abstract
2次側に設けられた同期整流素子のオン/オフを制御する信号を出力する第1ドライブ部と、2次側に整流電流が流れる所定の期間、同期整流素子の両端間の電圧が所定の閾値電圧と等しくなる制御を行う第2ドライブ部と、第1ドライブ部からの出力と、第2ドライブ部からの出力とを選択的に同期整流素子に供給するドライブ切換部とを有する同期整流制御回路である。 図4
Description
本開示は、同期整流制御回路、制御方法、電源システム、電子機器、電動車両及び電力システムに関する。
従来から同期整流制御回路に関する技術が提案されている(例えば、下記特許文献1を参照のこと。)。同期整流制御回路は、整流素子としてダイオードの代わりにMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等のトランジスタを用い、整流電流が流れる期間にあわせてこのトランジスタを能動的にオン/オフ(導通/遮断)することで、ダイオードで整流する場合よりも導通損を小さくし、整流素子による損失を削減する事を目的とする回路である。
このような分野では、同期整流制御回路で発生する損失を極力、低減し、効率を高めることが望まれている。
従って、本開示は、損失を極力、低減することが可能な同期整流制御回路、当該同期整流制御回路に適用可能な制御方法、当該同期整流制御回路が適用される電源システム、電子機器、電動車両及び電力システムを提供することを目的の一つとする。
本開示は、例えば、
2次側に設けられた同期整流素子のオン/オフを制御する信号を出力する第1ドライブ部と、
2次側に整流電流が流れる所定の期間、同期整流素子の両端間の電圧が所定の閾値電圧と等しくなる制御を行う第2ドライブ部と、
第1ドライブ部からの出力と、第2ドライブ部からの出力とを選択的に同期整流素子に供給するドライブ切換部と
を有する同期整流制御回路である。
2次側に設けられた同期整流素子のオン/オフを制御する信号を出力する第1ドライブ部と、
2次側に整流電流が流れる所定の期間、同期整流素子の両端間の電圧が所定の閾値電圧と等しくなる制御を行う第2ドライブ部と、
第1ドライブ部からの出力と、第2ドライブ部からの出力とを選択的に同期整流素子に供給するドライブ切換部と
を有する同期整流制御回路である。
本開示は、例えば、
第1ドライブ部が、2次側に設けられた同期整流素子のオン/オフを制御する信号を出力し、
第2ドライブ部が、2次側に整流電流が流れる所定の期間、同期整流素子の両端間の電圧が所定の閾値電圧と等しくなる制御を行い、
ドライブ切換部が、第1ドライブ部からの出力と、第2ドライブ部からの出力とを選択的に同期整流素子に供給する
同期整流制御回路における制御方法である。
第1ドライブ部が、2次側に設けられた同期整流素子のオン/オフを制御する信号を出力し、
第2ドライブ部が、2次側に整流電流が流れる所定の期間、同期整流素子の両端間の電圧が所定の閾値電圧と等しくなる制御を行い、
ドライブ切換部が、第1ドライブ部からの出力と、第2ドライブ部からの出力とを選択的に同期整流素子に供給する
同期整流制御回路における制御方法である。
本開示は、例えば、
1次側に入力電源が接続され、2次側に負荷が接続され、
2次側に設けられる同期整流素子を制御する上述した同期整流回路を有する
電源システムである。
本開示は、上述した電源システムから、電力の供給を受ける電子機器でも良い。
本開示は、上述した電源システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、電源システムに関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両でも良い。
本開示は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を備え、電力情報送受信部が受信した情報に基づき、上述した電源システムの充放電制御を行う電力システムでも良い。
本開示は、上述した電源システムから電力の供給を受け、または発電装置または電力網から電源システムに電力を供給する電力システムでも良い。
1次側に入力電源が接続され、2次側に負荷が接続され、
2次側に設けられる同期整流素子を制御する上述した同期整流回路を有する
電源システムである。
本開示は、上述した電源システムから、電力の供給を受ける電子機器でも良い。
本開示は、上述した電源システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、電源システムに関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両でも良い。
本開示は、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を備え、電力情報送受信部が受信した情報に基づき、上述した電源システムの充放電制御を行う電力システムでも良い。
本開示は、上述した電源システムから電力の供給を受け、または発電装置または電力網から電源システムに電力を供給する電力システムでも良い。
本開示の少なくとも一つの実施の形態によれば、同期整流制御回路における損失を極力、低減することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、例示された効果により本開示の内容が限定して解釈されるものではない。
以下、本開示の実施の形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
<一般的な技術に関する説明>
<1.一実施の形態>
<2.変形例>
<3.応用例>
以下に説明する実施の形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施の形態等に限定されるものではない。
<一般的な技術に関する説明>
<1.一実施の形態>
<2.変形例>
<3.応用例>
以下に説明する実施の形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施の形態等に限定されるものではない。
<一般的な技術に関する説明>
本開示の理解を容易とするために、始めに一般的な技術に関する説明を行う。図1は、フライバック型のスイッチング電源回路(以下、電源システム1と適宜略称する)の一例を示している。電源システム1は、1次側に、入力電源11、入力電源11からの出力ライン間に設けられるコンデンサCin及び1次側の出力ラインに接続され、スイッチング素子の一例であるMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)12を有している。また、電源システム1は、トランスTを介した2次側に、出力負荷21、出力負荷21に接続される出力ライン間に設けられる平滑コンデンサCout、2次側の出力ラインに接続されるMOSFET22及び電源電圧であるVCC(Voltage Collector)23を有している。MOSFET22のソース端子が接地されている。なお、本例では、MOSFET12、22としてNチャンネル型のMOSFETを用いている。
本開示の理解を容易とするために、始めに一般的な技術に関する説明を行う。図1は、フライバック型のスイッチング電源回路(以下、電源システム1と適宜略称する)の一例を示している。電源システム1は、1次側に、入力電源11、入力電源11からの出力ライン間に設けられるコンデンサCin及び1次側の出力ラインに接続され、スイッチング素子の一例であるMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)12を有している。また、電源システム1は、トランスTを介した2次側に、出力負荷21、出力負荷21に接続される出力ライン間に設けられる平滑コンデンサCout、2次側の出力ラインに接続されるMOSFET22及び電源電圧であるVCC(Voltage Collector)23を有している。MOSFET22のソース端子が接地されている。なお、本例では、MOSFET12、22としてNチャンネル型のMOSFETを用いている。
電源システム1の動作について説明する。電源システム1では、1次側のMOSFET12がオンすると、トランスTの2次側のコイルの両端には、ドット側端子を正とする電圧が発生する。このとき、同期整流用のMOSFET22がオンしていない状態では電流は流れず、ドレイン端子の電圧は、出力電圧VoとトランスTの2次巻線に発生した電圧の和である、正の値となる。
その後、MOSFET12がオフすると、トランスTの2次側のコイルの両端に、ドット側の端子が負となる電圧が発生する。このとき、MOSFET22がオンしていない状態では、ドレイン-ソース間にある寄生ダイオード22aを通じて整流電流が流れる。MOSFET22のドレイン-ソース間の電圧は、寄生ダイオード22aの順方向電圧Vfとなり、本例における電源システム1ではソース端子が接地されているため、ここを基準としたドレイン端子の電圧は-Vfとなる。一方、MOSFET22を十分にオンさせた状態では、ドレイン-ソース間の電圧は、MOSFET22を流れる整流電流とMOSFET22のオン抵抗の積となるので、ドレイン端子の電圧は、整流電流に比例した負の電圧となる。
ここで、上述した特許文献1に記載の技術では、ソース端子の電圧を基準としたドレイン端子の電圧を検出し、ある閾値Vth_onより小さくなるとMOSFET22をオンさせて、別の閾値Vth_offより大きくなればオフさせる様に制御する。ここでVth_on及びVth_offはどちらも負の値で、Vth_on<Vth_offの関係にある。この様にして、整流電流が流れる期間のみ同期整流用のMOSFET22をオンに維持する制御が行われる。
しかしながら、実際には、同期整流用のMOSFET22には多少なりとも寄生のインダクタンス成分が存在するため、MOSFET22を完全にオンさせた状態の等価回路は、図2に示すように、インダクタンスLと抵抗Rとを直列に接続した回路となる。
インダクタンスLには流れる電流の変動に応じた電圧が発生するので、この寄生インダクタンス成分はドレイン-ソース間の電圧に影響を与える。この影響について図1に加え、図3A~図3Dを参照しつつ説明する。なお、図3A~図3Dに示す波形は、電流や電圧の大きさを模式的に示したものである。
例えば、図1に示した電源システム1では、MOSFET22のドレイン-ソース間には整流電流(ドレイン電流とも称される)Idとして、三角波の波形の電流が流れる(図3A参照)。なお、電流はMOSFET22のソース端子からドレイン端子に向かう方向に流れるため、整流電流Idとしては負の値となる。ここで、タイミングt1はMOSFET12がオフしたタイミングであり、整流電流Idはこのタイミングt1から流れ始め、負の方向に急速に量を増やしてタイミングt2でピークに達する。それ以降は緩やかに0に近づき、タイミングt4で整流電流Idは流れなくなり0となる。
タイミングt1からタイミングt4までの期間、MOSFET22を完全にオンの状態に維持していたとすると、MOSFET22の抵抗成分には、電流値に比例した電圧V_Rが発生する(図3B参照)。一方、MOSFET22のインダクタンス成分には、電流の傾きに比例した電圧が誘起されるため、電圧V_Lはタイミングt1からタイミングt2までの期間は負の電圧、タイミングt2からタイミングt4までの期間は正の電圧となる(図3C参照)。ソース端子を基準としたドレイン端子の電圧Vdsは、電圧V_Rと電圧V_Lとの和となるので、タイミングt2からタイミングt4までの間のあるタイミングt3において0を超える(図3D参照)。
従って、特許文献1に記載の制御方式では、実際には整流電流Idが流れている途中でドレイン-ソース間の電圧がVth_offより大きくなるため、MOSFET22がオフしてしまう。整流電流Idが流れている途中にMOSFET22がオフすると、整流電流IdはMOSFET22の寄生ダイオード22aを通って流れるが、その際、ドレイン-ソース間の電圧Vdsは、オン抵抗で発生する電圧の代わりに、この寄生ダイオード22aの順方向電圧Vfが印加されるため、ドレイン-ソース間の電圧Vdsが再び低下する。そして、電圧VdsがVth_on以下になると再度MOSFET22をオンしようとする。結果、MOSFET22がオン/オフを繰り返す動作となってしまう。
かかる動作を防止するため、オンからオフへの移行時及びオフからオンへの移行時に、検出のブランキング時間を設け、一度MOSFET22がオフすると、その整流期間(整流電流Idが流れる期間)はそのオフ状態を維持することも考えられる。しかしながら、かかる制御では、整流期間の一部しかMOSFET22をオンに出来ず、残りの期間はMOSFET22の寄生ダイオード22aを整流電流Idが流れるため、損失の削減が十分に行われないという問題がある。以下、かかる問題を考慮しつつ、本開示の一実施の形態について説明する。
<1.一実施の形態>
[同期整流制御回路の構成例]
図1は、上述したように、入力電源から電力を入力し、出力負荷に所定の電力を供給するフライバック型のスイッチング電源回路(電源システム1)の回路図である。電源システム1の2次側は同期整流になっており、整流電流がMOSFET22のソース端子からドレイン端子に向けて流れる。本例における電源システム1では、2次側の出力巻線の一方が、2次側に設けられる平滑コンデンサCoutの正極端子に接続され、出力巻線の他方がMOSFET22のドレイン端子に接続され、MOSFET22のソース端子が平滑コンデンサCoutの負極端子に接続されている。
[同期整流制御回路の構成例]
図1は、上述したように、入力電源から電力を入力し、出力負荷に所定の電力を供給するフライバック型のスイッチング電源回路(電源システム1)の回路図である。電源システム1の2次側は同期整流になっており、整流電流がMOSFET22のソース端子からドレイン端子に向けて流れる。本例における電源システム1では、2次側の出力巻線の一方が、2次側に設けられる平滑コンデンサCoutの正極端子に接続され、出力巻線の他方がMOSFET22のドレイン端子に接続され、MOSFET22のソース端子が平滑コンデンサCoutの負極端子に接続されている。
2次側に設けられ、同期整流素子の一例であるMOSFET22のオン/オフを制御する回路として同期整流制御回路2が設けられている(図1では不図示)。なお、同期整流制御回路2によって、MOSFET12のオン/オフが制御されても良い。
図4は、同期整流制御回路2の構成例を示す回路図である。同期整流制御回路2は、例えば、第1ドライブ部30と、第2ドライブ部40と、ドライブ切換部50と、電源部60とを有している。第1ドライブ部30の入力側がグランド(GND)及びMOSFET22のドレイン(DRAIN)端子に接続されている。同様に、第2ドライブ部40の入力側がグランド及びMOSFET22のドレイン端子に接続されている。また、第1ドライブ部30及び第2ドライブ部40の出力側がドライブ切換部50に接続されている。ドライブ切換部50の出力がMOSFET22のゲート(GATE)端子に接続されている。また、電源部60は、上述したVCC23に接続されている。
(第1ドライブ部)
第1ドライブ部30は、例えば、第1コンパレータCMP1と、第2コンパレータCMP2と、第1閾値電圧V1を出力する第1基準電圧源31と、第2閾値電圧V2を出力する第2基準電圧源32と、SRフリップフロップFP1と、第1バッファBUF1とを有している。第1コンパレータCMP1の非反転入力端子(正相入力端子)は、第1基準電圧源31に接続されている。また、第1コンパレータCMP1の反転入力端子(逆相入力端子)は、MOSFET22のドレイン端子に接続されている。
第1ドライブ部30は、例えば、第1コンパレータCMP1と、第2コンパレータCMP2と、第1閾値電圧V1を出力する第1基準電圧源31と、第2閾値電圧V2を出力する第2基準電圧源32と、SRフリップフロップFP1と、第1バッファBUF1とを有している。第1コンパレータCMP1の非反転入力端子(正相入力端子)は、第1基準電圧源31に接続されている。また、第1コンパレータCMP1の反転入力端子(逆相入力端子)は、MOSFET22のドレイン端子に接続されている。
第2コンパレータCMP2の非反転入力端子は、MOSFET22のドレイン端子に接続されている。また、第2コンパレータCMP2の反転入力端子は、第2基準電圧源32に接続されている。本例では、MOSFET22のソース端子が接地されており、第1閾値電圧V1及び第2閾値電圧V2に対する基準とされている。MOSFET22のソース端子が所定の電圧を出力する定電圧源に接続されていても良く、当該定電圧源が出力する電圧が基準電圧とされても良い。
SRフリップフロップFP1のセット(S)端子には、第1コンパレータCMP1の出力が接続されている。SRフリップフロップFP1のリセット(R)端子には、第2コンパレータCMP2の出力が接続されている。SRフリップフロップFP1の出力が第1バッファBUF1の入力に接続されている。第1バッファBUF1の出力がドライブ切換部50に接続されている。第1バッファBUF1からMOSFET22を駆動する信号が出力される。即ち、第1ドライブ部30からMOSFET22のオン/オフを制御する信号が出力される。
第1ドライブ部30は、第1ドライブ部30の出力であるOUT1をドライブ切換部50の制御に応じてMOSFET22のゲート端子に接続した場合、MOSFET22のドレイン-ソース間の電圧を検出して、この電圧が第1閾値電圧V1より小さくなる(低くなる)とMOSFET22をオンに変更する信号を出力してオン状態を維持し、第2閾値電圧V2より大きくなる(高くなる)とMOSFET22をオフに変更する信号を出力して、オフ状態を維持する様に動作する。
(第2ドライブ部)
第2ドライブ部40は、例えば、オペアンプAMP1と、第3閾値電圧V3を出力する第3基準電圧源41と、オペアンプAMP1のゲイン及び位相特性を調整するための調整回路42と、第2バッファBUF2とを有している。オペアンプAMP1の非反転入力端子には、第3基準電圧源41が接続されており、反転入力端子には、MOSFET22のドレイン端子が接続されている。また、第3基準電圧源41は、MOSFET22のソース端子に接続されている。本例では、MOSFET22のソース端子が接地されており、上述した第1閾値電圧V1及び第2閾値電圧V2に加え、第3閾値電圧V3に対する基準とされている。
第2ドライブ部40は、例えば、オペアンプAMP1と、第3閾値電圧V3を出力する第3基準電圧源41と、オペアンプAMP1のゲイン及び位相特性を調整するための調整回路42と、第2バッファBUF2とを有している。オペアンプAMP1の非反転入力端子には、第3基準電圧源41が接続されており、反転入力端子には、MOSFET22のドレイン端子が接続されている。また、第3基準電圧源41は、MOSFET22のソース端子に接続されている。本例では、MOSFET22のソース端子が接地されており、上述した第1閾値電圧V1及び第2閾値電圧V2に加え、第3閾値電圧V3に対する基準とされている。
調整回路42は、例えば、抵抗R1,R2及びコンデンサC1を有している。抵抗R1及びコンデンサC1から成る直列回路は、オペアンプAMP1の反転入力端子の入力側とオペアンプAMP1の出力側との間に接続されており、抵抗R2は、オペアンプAMP1の反転入力端子とドレイン端子との間に接続されている。オペアンプAMP1の出力が第2バッファBUF2に接続されている。第2バッファBUF2の出力がドライブ切換部50に接続されている。
第2ドライブ部40は、第2ドライブ部40の出力であるOUT2をMOSFET22のゲート端子に接続した場合、MOSFET22のドレイン-ソース間の電圧を検出して、この電圧が第3閾値電圧V3よりも大きい場合はMOSFET22の駆動電圧を下げ、第3閾値電圧V3よりも小さい場合は駆動電圧を上げ、MOSFET22のドレイン-ソース間の電圧が常に第3閾値電圧V3と等しくなる様に制御を行う。
(ドライブ切換部)
ドライブ切換部50は、例えば、Nチャンネル型のMOSFET51と、インバータINV1と、ダイオードD1とを有している。MOSFET51のドレイン端子はMOSFET22のゲート端子(制御端子の一例)に接続されており、MOSFET51のソース端子は第2ドライブ部40の出力側に接続されている。第1ドライブ部30の出力は分岐されており、インバータINV1は、第1ドライブ部30の一方の出力側とMOSFET51のゲート端子との間に接続されている。ダイオードD1は、そのアノード端子が第1ドライブ部30の他方の出力側と、MOSFET51のドレイン端子とMOSFET22のゲート端子との間の接続中点との間に接続されている。
ドライブ切換部50は、例えば、Nチャンネル型のMOSFET51と、インバータINV1と、ダイオードD1とを有している。MOSFET51のドレイン端子はMOSFET22のゲート端子(制御端子の一例)に接続されており、MOSFET51のソース端子は第2ドライブ部40の出力側に接続されている。第1ドライブ部30の出力は分岐されており、インバータINV1は、第1ドライブ部30の一方の出力側とMOSFET51のゲート端子との間に接続されている。ダイオードD1は、そのアノード端子が第1ドライブ部30の他方の出力側と、MOSFET51のドレイン端子とMOSFET22のゲート端子との間の接続中点との間に接続されている。
ドライブ切換部50は、第1ドライブ部30の出力であるOUT1及び第2ドライブ部40の出力であるOUT2を選択的にMOSFET22のゲート端子に供給する。例えば、ドライブ切換部50におけるMOSFET51は、第1ドライブ部30の出力がインバータINV1により反転された出力に応じてオン/オフする。そして、MOSFET51がオンした場合には、第2ドライブ部40の出力であるOUT2がMOSFET22のゲート端子に供給される。また、MOSFET51がオフした場合には、第1ドライブ部30の出力であるOUT2が、ダイオードD1が設けられる出力ラインを介してMOSFET22のゲート端子に供給される。
(電源部)
電源部60は、例えば、定電圧レギュレータ61によって構成されている。定電圧レギュレータ61は、電源システム1におけるVCC23から供給された電力を適宜な電圧に変換した後、変換後の電力を同期整流制御回路2内の各ブロックに供給する。
電源部60は、例えば、定電圧レギュレータ61によって構成されている。定電圧レギュレータ61は、電源システム1におけるVCC23から供給された電力を適宜な電圧に変換した後、変換後の電力を同期整流制御回路2内の各ブロックに供給する。
[同期整流制御回路の動作例]
次に、図5A~図5Eを参照して、同期整流制御回路2の動作例について説明する。図5Aは整流電流Idの時間的変化、図5BはMOSFET22のドレイン-ソース間の電圧Vdsの時間的変化、図5Cは第1ドライブ部30の出力レベルの時間的変化、図5Dは第2ドライブ部40の出力レベルの時間的変化、図5EはMOSFET22のゲート-ソース間の電圧Vgsの時間的変化をそれぞれ示している。なお、図5では、図示のスペースの制約上、MOSFET22をQ22と、MOSFET51をQ51と簡略化して表記している。
次に、図5A~図5Eを参照して、同期整流制御回路2の動作例について説明する。図5Aは整流電流Idの時間的変化、図5BはMOSFET22のドレイン-ソース間の電圧Vdsの時間的変化、図5Cは第1ドライブ部30の出力レベルの時間的変化、図5Dは第2ドライブ部40の出力レベルの時間的変化、図5EはMOSFET22のゲート-ソース間の電圧Vgsの時間的変化をそれぞれ示している。なお、図5では、図示のスペースの制約上、MOSFET22をQ22と、MOSFET51をQ51と簡略化して表記している。
なお、第1閾値電圧V1、第2閾値電圧V2及び第3閾値電圧V3は、MOSFET22の寄生ダイオード22aの順方向電圧Vfに対して、-Vf<V1<V3<V2<0が成り立つ関係に設定されているものとする。MOSFET22のドレイン-ソース間の電圧Vdsに対して、第1ドライブ部30の出力は下記の表1になる。なお、表1における出力「1」はハイ(Hi、例えば5V)を示し、出力「0」はロー(Lo、例えば0V)に対応している。
タイミングt11でMOSFET12がオフし、整流電流Idが流れ始める。このとき整流電流Idは、MOSFET22のソース端子からドレイン端子向けて電流が流れるので、その値は負の値となる。整流電流Idは、t11から急速に負の方向に量を増やしてピークに達し、その後は緩やかに0に向かう三角波の波形となる。
タイミングt11の時点では、MOSFET22はオフしているので、整流電流Idは寄生ダイオード22aを流れる。そのため、MOSFET22のドレイン-ソース間の電圧Vdsは、この寄生ダイオード22aのVfと寄生インダクタンスによって誘起される電圧の和である負の電圧となる。この電圧は第1閾値電圧V1よりも低い(小さい)ため、第1コンパレータCMP1から出力される信号レベルはハイとなり、第2コンパレータCMP2から出力される信号レベルはローとなる(表1参照)。従って、SRフリップフロップFP1から出力される信号レベルはハイとなる。
第1ドライブ部30から出力されるハイレベルの信号は分岐され、ダイオードD1及びインバータINV1のそれぞれに供給される。第1ドライブ部30から出力されるハイレベルの信号は、インバータINV1により反転され、反転後のローレベルの信号がドライブ切換部50のMOSFET51のゲート端子に供給される。このため、MOSFET51はオフ状態となり、第2ドライブ部40の出力は遮断(切断)される。
また、第1ドライブ部30から出力されるハイレベルの信号が、ダイオードD1を介してMOSFET22のゲート端子に供給される。MOSFET22のゲート端子電圧(Vgs)は上昇し、やがてMOSFET22がオンする。MOSFET22がオンすると、寄生ダイオード22aによるVf分の電圧が低減出来るため、Vdsとしてはより0に近い電圧となる。
例えば、タイミングt12でMOSFET22は完全にオン状態となり、Vdsはオン抵抗による電圧降下と寄生インダクタンスによって誘起される電圧の和である負の電圧となる。やがて整流電流Idがピークを超えて0に近づき始めると、Vdsも徐々に0に近づく。
タイミングt13でVdsが第2閾値電圧V2よりも大きくなると、第1ドライブ部30から出力される信号のレベルはローになる(表1参照)。第1ドライブ部30から出力される信号は、インバータINV1によってそのレベルがハイに反転された後、MOSFET51のゲート端子に供給される。これにより、ドライブ切換部50のMOSFET51がオンになるため、MOSFET22のゲート端子は第2ドライブ部40の出力と接続された状態となり、第2ドライブ部40の制御に基づく信号がMOSFET22のゲート端子に供給される。第2ドライブ部40は、MOSFET22のゲート電圧を調整してVdsが第3閾値電圧V3になる様に動作する。
第2ドライブ部40の動作により、タイミングt14でVdsの電圧が第3閾値電圧V3となり、整流電流Idが流れている所定の期間(本例では、タイミングt14から整流電流が流れなくなるタイミングt15までの期間)はこの状態が維持される制御がなされる。
タイミングt14以降、整流電流Idは更に0に近づく。そして、タイミングt15で整流電流Idが0になると、MOSFET22のVdsを第3閾値電圧V3に維持することが不可能になり、MOSFET22のゲート電圧は0となってMOSFET22がオフする。そしてこの状態は、次の整流期間で整流電流Idが流れ始めるまで維持されため、整流のオフ期間における電流の逆流を阻止する。この様にして、整流電流Idが流れる期間の略全ての期間、MOSFET22がオンとなる状態を維持することができる。これにより、整流電流Idが流れる期間にMOSFET22がオン/オフを繰り返してしまうことを防止することができ、MOSFET22の導通損を低減することができる。また、整流電流Idが0になると同時又は略同時にMOSFET22をオフすることが可能になり、電流の逆流を防ぎ、低損失で安定した同期整流制御回路を実現することができる。
<2.変形例>
以上、本開示の一実施の形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した一実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
以上、本開示の一実施の形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した一実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
上述した一実施の形態では、フライバック型のスイッチングコンバータを挙げて説明をしているが、これに限定されるものではない。また、整流回路としてグランド側に整流素子を設けて正の電圧を出力する半波整流回路を挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。本開示は、様々なスイッチングコンバータとその整流回路に適用可能である。例えば、同じフライバック型のスイッチングコンバータでも負の電圧を出力したり、整流素子をグランド側以外に設けた場合でも、構成によっては電圧検出の極性等が反対になる場合はあるが、一実施の形態と同様の考えに基づいて適用が可能である。
また、スイッチングコンバータとして電流共振型コンバータ、その整流回路として両波整流回路を用いた場合でも、同様に本開示を適用することが可能であるし、また、フォワード型コンバータやフェイズシフトフルブリッジ型コンバータ等にも本開示を適用することが可能である。また、2次側の出力がセンタータップ方式でも良く、このセンタータップが2次側の平滑コンデンサの正極端子に接続され、両端がそれぞれ同期整流素子に接続され、それぞれの同期整流素子のもう片側が平滑コンデンサの負極端子に接続された構成であっても良い。
一実施の形態で例示した各ブロックの回路構成は好ましい構成であるものの一例であり、これに限定されるものではない。例えば、一実施の形態では、第1ドライブ部30の回路構成例として、2つのコンパレータとSRフリップフロップを使った回路を挙げているが、この構成に限定されるものではなく、一実施の形態で説明した機能を実現可能な他の回路構成であっても良い。第2ドライブ部40やドライブ切換部50、電源部60についても同様である。
スイッチング素子として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の他の素子が使用されてもよい。また、スイッチング周期、これに対応する整流期間は適宜、設定可能である。
上述の一実施の形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて一実施の形態と異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などが含まれてもよい。また、実施の形態および変形例で説明した事項は、技術的な矛盾が生じない限り相互に組み合わせることができる。また、本開示は、同期整流制御回路を含む電源システム、同期整流制御回路における制御方法や同期整流制御回路を用いた応用機器等、任意の形態によって実現することができる。
なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
(1)
2次側に設けられた同期整流素子のオン/オフを制御する信号を出力する第1ドライブ部と、
前記2次側に整流電流が流れる所定の期間、前記同期整流素子の両端間の電圧が所定の閾値電圧と等しくなる制御を行う第2ドライブ部と、
前記第1ドライブ部からの出力と、前記第2ドライブ部からの出力とを選択的に前記同期整流素子に供給するドライブ切換部と
を有する同期整流制御回路。
(2)
前記ドライブ切換部は、前記第1ドライブ部が前記同期整流素子をオンさせる信号を出力する場合は当該信号を前記同期整流素子に供給し、前記第1ドライブ部が前記同期整流素子をオフさせる信号を出力する場合は前記第2ドライブ部の制御に基づく信号を前記同期整流素子に供給する
(1)に記載の同期整流制御回路。
(3)
前記第1ドライブ部は、前記同期整流素子の両端の電圧を検出し、当該電圧が第1閾値電圧より小さい場合に前記同期整流素子をオンする信号を出力し、前記電圧が第2閾値電圧より大きい場合に前記同期整流素子をオフする信号を出力する
(1)又は(2)に記載の同期整流制御回路。
(4)
前記第1ドライブ部は、
SRフリップフロップと、
前記SRフリップフロップのセット端子に対して出力が接続される第1コンパレータと、
前記SRフリップフロップのリセット端子に対して出力が接続される第2コンパレータと、
前記第1コンパレータの非反転入力に対して接続され、前記第1閾値電圧を出力する第1基準電圧源と、
前記第2コンパレータの反転入力に対して接続され、前記第2閾値電圧を出力する第2基準電圧源と、
前記SRフリップフロップの出力を入力とし、当該入力に応じて前記同期整流素子を駆動する信号を出力する第1バッファとを有する
(3)に記載の同期整流制御回路。
(5)
前記同期整流素子はMOSFETであり、前記第1コンパレータの反転入力と前記第2コンパレータの非反転入力とが前記MOSFETのドレイン端子に接続され、前記MOSFETのソース端子が、前記第1閾値電圧及び前記第2閾値電圧に対する基準とされている
(4)に記載の同期整流制御回路。
(6)
前記所定の期間は、前記同期整流素子の両端の電圧が前記第2閾値電圧に達した後から前記整流電流が流れなくなるまでの期間である
(3)から(5)までの何れかに記載の同期整流制御回路。
(7)
前記第2ドライブ部は、
オペアンプと、
前記オペアンプの非反転入力に接続され、前記所定の閾値電圧である第3閾値電圧を出力する第3基準電圧源と、
前記オペアンプのゲイン及び位相を調整する調整回路と、
前記オペアンプの出力を入力とし、当該入力に応じて前記同期整流素子を駆動する信号を出力する第2バッファとを有する
(3)から(6)までの何れかに記載の同期整流制御回路。
(8)
前記同期整流素子はMOSFETであり、前記オペアンプの反転入力が前記MOSFETのドレイン端子に接続され、前記MOSFETのソース端子が、前記第1閾値電圧、前記第2閾値電圧及び前記第3閾値電圧の基準とされている
(7)に記載の同期整流制御回路。
(9)
第1閾値電圧<第3閾値電圧<第2閾値電圧<0が成り立つ関係に設定されている
(8)に記載の同期整流制御回路。
(10)
前記ドライブ切換部は、
前記第1ドライブ部の出力が反転された出力に応じてオン/オフし、オンした場合に前記第2ドライブ部の出力を前記同期整流素子の制御端子に供給するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子がオフした場合に前記第1ドライブ部の出力が前記同期整流素子の制御端子に供給される出力ラインとを有する
(1)から(9)までの何れかに記載の同期整流制御回路。
(11)
前記ドライブ切換部は、
ソース端子が前記第2ドライブ部からの出力に接続され、ドレイン端子が前記同期整流素子の制御端子に接続されている前記スイッチング素子としてのMOSFETと、
前記第1ドライブ部の出力側と前記MOSFETのゲート端子との間に接続されているインバータと、
アノード端子が前記第1ドライブ部の出力側に接続され、カソード端子が前記MOSFETのドレイン端子と前記同期整流素子の制御端子との間の接続中点に接続されているダイオードとを有する
(10)に記載の同期整流制御回路。
(12)
前記同期整流素子は、Nチャンネル型のMOSFETであり、整流電流が当該MOSFETのソース端子からドレイン端子に流れる
(1)から(11)までの何れかに記載の同期整流制御回路。
(13)
前記2次側の出力巻線の一方が、2次側に設けられる平滑コンデンサの正極端子に接続され、前記出力巻線の他方が前記MOSFETのドレイン端子に接続され、前記MOSFETのソース端子が前記平滑コンデンサの負極端子に接続されている
(12)に記載の同期整流制御回路。
(14)
前記第1ドライブ部、前記第2ドライブ部及びドライブ切換部が動作するための電力を供給する電源部を有する
(1)から(13)までの何れかに記載の同期整流制御回路。
(15)
第1ドライブ部が、2次側に設けられた同期整流素子のオン/オフを制御する信号を出力し、
第2ドライブ部が、前記2次側に整流電流が流れる所定の期間、前記同期整流素子の両端間の電圧が所定の閾値電圧と等しくなる制御を行い、
ドライブ切換部が、前記第1ドライブ部からの出力と、前記第2ドライブ部からの出力とを選択的に前記同期整流素子に供給する
同期整流制御回路における制御方法。
(16)
1次側に入力電源が接続され、2次側に負荷が接続され、
前記2次側に設けられる同期整流素子を制御する(1)から(14)までの何れかに記載の同期整流回路を有する
電源システム。
(17)
(16)に記載の電源システムから、電力の供給を受ける電子機器。
(18)
(16)に記載の電源システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記電源システムに関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
(19)
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を備え、
前記電力情報送受信部が受信した情報に基づき、(16)に記載の電源システムの充放電制御を行う電力システム。
(20)
(16)に記載の電源システムから電力の供給を受け、または発電装置または電力網から前記電源システムに電力を供給する電力システム。
(1)
2次側に設けられた同期整流素子のオン/オフを制御する信号を出力する第1ドライブ部と、
前記2次側に整流電流が流れる所定の期間、前記同期整流素子の両端間の電圧が所定の閾値電圧と等しくなる制御を行う第2ドライブ部と、
前記第1ドライブ部からの出力と、前記第2ドライブ部からの出力とを選択的に前記同期整流素子に供給するドライブ切換部と
を有する同期整流制御回路。
(2)
前記ドライブ切換部は、前記第1ドライブ部が前記同期整流素子をオンさせる信号を出力する場合は当該信号を前記同期整流素子に供給し、前記第1ドライブ部が前記同期整流素子をオフさせる信号を出力する場合は前記第2ドライブ部の制御に基づく信号を前記同期整流素子に供給する
(1)に記載の同期整流制御回路。
(3)
前記第1ドライブ部は、前記同期整流素子の両端の電圧を検出し、当該電圧が第1閾値電圧より小さい場合に前記同期整流素子をオンする信号を出力し、前記電圧が第2閾値電圧より大きい場合に前記同期整流素子をオフする信号を出力する
(1)又は(2)に記載の同期整流制御回路。
(4)
前記第1ドライブ部は、
SRフリップフロップと、
前記SRフリップフロップのセット端子に対して出力が接続される第1コンパレータと、
前記SRフリップフロップのリセット端子に対して出力が接続される第2コンパレータと、
前記第1コンパレータの非反転入力に対して接続され、前記第1閾値電圧を出力する第1基準電圧源と、
前記第2コンパレータの反転入力に対して接続され、前記第2閾値電圧を出力する第2基準電圧源と、
前記SRフリップフロップの出力を入力とし、当該入力に応じて前記同期整流素子を駆動する信号を出力する第1バッファとを有する
(3)に記載の同期整流制御回路。
(5)
前記同期整流素子はMOSFETであり、前記第1コンパレータの反転入力と前記第2コンパレータの非反転入力とが前記MOSFETのドレイン端子に接続され、前記MOSFETのソース端子が、前記第1閾値電圧及び前記第2閾値電圧に対する基準とされている
(4)に記載の同期整流制御回路。
(6)
前記所定の期間は、前記同期整流素子の両端の電圧が前記第2閾値電圧に達した後から前記整流電流が流れなくなるまでの期間である
(3)から(5)までの何れかに記載の同期整流制御回路。
(7)
前記第2ドライブ部は、
オペアンプと、
前記オペアンプの非反転入力に接続され、前記所定の閾値電圧である第3閾値電圧を出力する第3基準電圧源と、
前記オペアンプのゲイン及び位相を調整する調整回路と、
前記オペアンプの出力を入力とし、当該入力に応じて前記同期整流素子を駆動する信号を出力する第2バッファとを有する
(3)から(6)までの何れかに記載の同期整流制御回路。
(8)
前記同期整流素子はMOSFETであり、前記オペアンプの反転入力が前記MOSFETのドレイン端子に接続され、前記MOSFETのソース端子が、前記第1閾値電圧、前記第2閾値電圧及び前記第3閾値電圧の基準とされている
(7)に記載の同期整流制御回路。
(9)
第1閾値電圧<第3閾値電圧<第2閾値電圧<0が成り立つ関係に設定されている
(8)に記載の同期整流制御回路。
(10)
前記ドライブ切換部は、
前記第1ドライブ部の出力が反転された出力に応じてオン/オフし、オンした場合に前記第2ドライブ部の出力を前記同期整流素子の制御端子に供給するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子がオフした場合に前記第1ドライブ部の出力が前記同期整流素子の制御端子に供給される出力ラインとを有する
(1)から(9)までの何れかに記載の同期整流制御回路。
(11)
前記ドライブ切換部は、
ソース端子が前記第2ドライブ部からの出力に接続され、ドレイン端子が前記同期整流素子の制御端子に接続されている前記スイッチング素子としてのMOSFETと、
前記第1ドライブ部の出力側と前記MOSFETのゲート端子との間に接続されているインバータと、
アノード端子が前記第1ドライブ部の出力側に接続され、カソード端子が前記MOSFETのドレイン端子と前記同期整流素子の制御端子との間の接続中点に接続されているダイオードとを有する
(10)に記載の同期整流制御回路。
(12)
前記同期整流素子は、Nチャンネル型のMOSFETであり、整流電流が当該MOSFETのソース端子からドレイン端子に流れる
(1)から(11)までの何れかに記載の同期整流制御回路。
(13)
前記2次側の出力巻線の一方が、2次側に設けられる平滑コンデンサの正極端子に接続され、前記出力巻線の他方が前記MOSFETのドレイン端子に接続され、前記MOSFETのソース端子が前記平滑コンデンサの負極端子に接続されている
(12)に記載の同期整流制御回路。
(14)
前記第1ドライブ部、前記第2ドライブ部及びドライブ切換部が動作するための電力を供給する電源部を有する
(1)から(13)までの何れかに記載の同期整流制御回路。
(15)
第1ドライブ部が、2次側に設けられた同期整流素子のオン/オフを制御する信号を出力し、
第2ドライブ部が、前記2次側に整流電流が流れる所定の期間、前記同期整流素子の両端間の電圧が所定の閾値電圧と等しくなる制御を行い、
ドライブ切換部が、前記第1ドライブ部からの出力と、前記第2ドライブ部からの出力とを選択的に前記同期整流素子に供給する
同期整流制御回路における制御方法。
(16)
1次側に入力電源が接続され、2次側に負荷が接続され、
前記2次側に設けられる同期整流素子を制御する(1)から(14)までの何れかに記載の同期整流回路を有する
電源システム。
(17)
(16)に記載の電源システムから、電力の供給を受ける電子機器。
(18)
(16)に記載の電源システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記電源システムに関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
(19)
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を備え、
前記電力情報送受信部が受信した情報に基づき、(16)に記載の電源システムの充放電制御を行う電力システム。
(20)
(16)に記載の電源システムから電力の供給を受け、または発電装置または電力網から前記電源システムに電力を供給する電力システム。
<3.応用例>
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、上述した実施の形態に係る同期整流制御回路を有する電源システムとして、本開示を実現することも可能である。さらに、このような電源システムは、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。以下、具体的な応用例について説明するが、本開示の内容が以下に説明する応用例に限定されるものではない。
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、上述した実施の形態に係る同期整流制御回路を有する電源システムとして、本開示を実現することも可能である。さらに、このような電源システムは、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。以下、具体的な応用例について説明するが、本開示の内容が以下に説明する応用例に限定されるものではない。
「応用例としての車両における蓄電システム」
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図6を参照して説明する。図6に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図6を参照して説明する。図6に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
このハイブリッド車両7200には、エンジン7201、発電機7202、電力駆動力変換装置7203、駆動輪7204a、駆動輪7204b、車輪7205a、車輪7205b、バッテリー7208、車両制御装置7209、各種センサ7210、充電口7211が搭載されている。バッテリー7208の制御回路や車両制御装置7209の回路に対して、上述した本開示の実施の形態に係る同期整流制御回路が適用される。
ハイブリッド車両7200は、電力駆動力変換装置7203を動力源として走行する。電力駆動力変換装置7203の一例は、モーターである。バッテリー7208の電力によって電力駆動力変換装置7203が作動し、この電力駆動力変換装置7203の回転力が駆動輪7204a、7204bに伝達される。なお、必要な個所に直流-交流(DC-AC)あるいは逆変換(AC-DC変換)を用いることによって、電力駆動力変換装置7203が交流モーターでも直流モーターでも適用可能である。各種センサ7210は、車両制御装置7209を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御したりする。各種センサ7210には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
エンジン7201の回転力は発電機7202に伝えられ、その回転力によって発電機7202により生成された電力をバッテリー7208に蓄積することが可能である。
図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置7203に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置7203により生成された回生電力がバッテリー7208に蓄積される。
バッテリー7208は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口7211を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
図示しないが、二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モーターで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモーターの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という3つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モーターのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。
以上、本開示に係る技術が適用され得るハイブリッド車両7200の一例について説明した。本開示の一実施の形態に係る同期整流制御回路又は同期整流制御回路を含む電源システムは、例えば、バッテリー7208若しくはそれに関係する回路に適用することができる。
「応用例としての住宅における蓄電システム」
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図7を参照して説明する。例えば住宅9001用の蓄電システム9100においては、火力発電9002a、原子力発電9002b、水力発電9002c等の集中型電力系統9002から電力網9009、情報網9012、スマートメータ9007、パワーハブ9008等を介し、電力が蓄電装置9003に供給される。これと共に、家庭内発電装置9004等の独立電源から電力が蓄電装置9003に供給される。蓄電装置9003に供給された電力が蓄電される。蓄電装置9003を使用して、住宅9001で使用する電力が給電される。住宅9001に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図7を参照して説明する。例えば住宅9001用の蓄電システム9100においては、火力発電9002a、原子力発電9002b、水力発電9002c等の集中型電力系統9002から電力網9009、情報網9012、スマートメータ9007、パワーハブ9008等を介し、電力が蓄電装置9003に供給される。これと共に、家庭内発電装置9004等の独立電源から電力が蓄電装置9003に供給される。蓄電装置9003に供給された電力が蓄電される。蓄電装置9003を使用して、住宅9001で使用する電力が給電される。住宅9001に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
住宅9001には、発電装置9004、電力消費装置9005、蓄電装置9003、各装置を制御する制御装置9010、スマートメータ9007、各種情報を取得するセンサ9011が設けられている。各装置は、電力網9009および情報網9012によって接続されている。発電装置9004として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置9005および/または蓄電装置9003に供給される。電力消費装置9005は、冷蔵庫9005a、空調装置9005b、テレビジョン受信機9005c、風呂9005d等である。さらに、電力消費装置9005には、電動車両9006が含まれる。電動車両9006は、電気自動車9006a、ハイブリッドカー9006b、電気バイク9006cである。
蓄電装置9003の周辺回路に対して、上述した本開示の実施の形態に係る同期整流制御回路が適用される。スマートメータ9007は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網9009は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。
各種のセンサ9011は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種センサ9011により取得された情報は、制御装置9010に送信される。センサ9011からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置9005を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置9010は、住宅9001に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
パワーハブ9008によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置9010と接続される情報網9012の通信方式としては、UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter:非同期シリアル通信用送受信回路)等の通信インターフェースを使う方法、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)等の無線通信規格によるセンサネットワークを利用する方法がある。Bluetooth(登録商標)方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ZigBee(登録商標)は、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.4の物理層を使用するものである。IEEE802.15.4は、PAN(Personal Area Network) またはW(Wireless)PANと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
制御装置9010は、外部のサーバ9013と接続されている。このサーバ9013は、住宅9001、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ9013が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置(たとえばテレビジョン受信機)から送受信しても良いが、家庭外の装置(たとえば、携帯電話機等)から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)等に、表示されても良い。
各部を制御する制御装置9010は、CPU(Central Processing Unit )、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等で構成され、この例では、蓄電装置9003に格納されている。制御装置9010は、蓄電装置9003、家庭内発電装置9004、電力消費装置9005、各種センサ9011、サーバ9013と情報網9012により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。
以上のように、電力が火力9002a、原子力9002b、水力9002c等の集中型電力系統9002のみならず、家庭内発電装置9004(太陽光発電、風力発電)の発電電力を蓄電装置9003に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置9004の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置9003に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置9003に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置9003によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
なお、この例では、制御装置9010が蓄電装置9003内に格納される例を説明したが、スマートメータ9007内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム9100は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る蓄電システム9100の一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、蓄電装置9003に好適に適用され得る。具体的には、一実施の形態に係る同期整流制御回路又は当該回路を含む電源システムを蓄電装置9003に関係する回路に適用することができる。
1・・・電源回路、2・・・同期整流制御回路、22,51・・・MOSFET、22a・・・寄生ダイオード、30・・・第1ドライブ部、31・・・第1基準電圧源、32・・・第2基準電圧源、40・・・第2ドライブ部、41・・・第3基準電圧源、42・・・調整回路、50・・・ドライブ切換部、60・・・電源部、CMP1,CMP2・・・コンパレータ、FP1・・・SRフリップフロップ、BUF1・・・第1バッファ、AMP1・・・オペアンプ、BUF2・・・第2バッファ、INV1・・・インバータ、D1・・・ダイオード
Claims (20)
- 2次側に設けられた同期整流素子のオン/オフを制御する信号を出力する第1ドライブ部と、
前記2次側に整流電流が流れる所定の期間、前記同期整流素子の両端間の電圧が所定の閾値電圧と等しくなる制御を行う第2ドライブ部と、
前記第1ドライブ部からの出力と、前記第2ドライブ部からの出力とを選択的に前記同期整流素子に供給するドライブ切換部と
を有する同期整流制御回路。 - 前記ドライブ切換部は、前記第1ドライブ部が前記同期整流素子をオンさせる信号を出力する場合は当該信号を前記同期整流素子に供給し、前記第1ドライブ部が前記同期整流素子をオフさせる信号を出力する場合は前記第2ドライブ部の制御に基づく信号を前記同期整流素子に供給する
請求項1に記載の同期整流制御回路。 - 前記第1ドライブ部は、前記同期整流素子の両端の電圧を検出し、当該電圧が第1閾値電圧より小さい場合に前記同期整流素子をオンする信号を出力し、前記電圧が第2閾値電圧より大きい場合に前記同期整流素子をオフする信号を出力する
請求項1に記載の同期整流制御回路。 - 前記第1ドライブ部は、
SRフリップフロップと、
前記SRフリップフロップのセット端子に対して出力が接続される第1コンパレータと、
前記SRフリップフロップのリセット端子に対して出力が接続される第2コンパレータと、
前記第1コンパレータの非反転入力に対して接続され、前記第1閾値電圧を出力する第1基準電圧源と、
前記第2コンパレータの反転入力に対して接続され、前記第2閾値電圧を出力する第2基準電圧源と、
前記SRフリップフロップの出力を入力とし、当該入力に応じて前記同期整流素子を駆動する信号を出力する第1バッファとを有する
請求項3に記載の同期整流制御回路。 - 前記同期整流素子はMOSFETであり、前記第1コンパレータの反転入力と前記第2コンパレータの非反転入力とが前記MOSFETのドレイン端子に接続され、前記MOSFETのソース端子が、前記第1閾値電圧及び前記第2閾値電圧に対する基準とされている
請求項4に記載の同期整流制御回路。 - 前記所定の期間は、前記同期整流素子の両端の電圧が前記第2閾値電圧に達した後から前記整流電流が流れなくなるまでの期間である
請求項3に記載の同期整流制御回路。 - 前記第2ドライブ部は、
オペアンプと、
前記オペアンプの非反転入力に接続され、前記所定の閾値電圧である第3閾値電圧を出力する第3基準電圧源と、
前記オペアンプのゲイン及び位相を調整する調整回路と、
前記オペアンプの出力を入力とし、当該入力に応じて前記同期整流素子を駆動する信号を出力する第2バッファとを有する
請求項3に記載の同期整流制御回路。 - 前記同期整流素子はMOSFETであり、前記オペアンプの反転入力が前記MOSFETのドレイン端子に接続され、前記MOSFETのソース端子が、前記第1閾値電圧、前記第2閾値電圧及び前記第3閾値電圧の基準とされている
請求項7に記載の同期整流制御回路。 - 第1閾値電圧<第3閾値電圧<第2閾値電圧<0が成り立つ関係に設定されている
請求項8に記載の同期整流制御回路。 - 前記ドライブ切換部は、
前記第1ドライブ部の出力が反転された出力に応じてオン/オフし、オンした場合に前記第2ドライブ部の出力を前記同期整流素子の制御端子に供給するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子がオフした場合に前記第1ドライブ部の出力が前記同期整流素子の制御端子に供給される出力ラインとを有する
請求項1に記載の同期整流制御回路。 - 前記ドライブ切換部は、
ソース端子が前記第2ドライブ部からの出力に接続され、ドレイン端子が前記同期整流素子の制御端子に接続されている前記スイッチング素子としてのMOSFETと、
前記第1ドライブ部の出力側と前記MOSFETのゲート端子との間に接続されているインバータと、
アノード端子が前記第1ドライブ部の出力側に接続され、カソード端子が前記MOSFETのドレイン端子と前記同期整流素子の制御端子との間の接続中点に接続されているダイオードとを有する
請求項10に記載の同期整流制御回路。 - 前記同期整流素子は、Nチャンネル型のMOSFETであり、整流電流が当該MOSFETのソース端子からドレイン端子に流れる
請求項1に記載の同期整流制御回路。 - 前記2次側の出力巻線の一方が、2次側に設けられる平滑コンデンサの正極端子に接続され、前記出力巻線の他方が前記MOSFETのドレイン端子に接続され、前記MOSFETのソース端子が前記平滑コンデンサの負極端子に接続されている
請求項12に記載の同期整流制御回路。 - 前記第1ドライブ部、前記第2ドライブ部及びドライブ切換部が動作するための電力を供給する電源部を有する
請求項1に記載の同期整流制御回路。 - 第1ドライブ部が、2次側に設けられた同期整流素子のオン/オフを制御する信号を出力し、
第2ドライブ部が、前記2次側に整流電流が流れる所定の期間、前記同期整流素子の両端間の電圧が所定の閾値電圧と等しくなる制御を行い、
ドライブ切換部が、前記第1ドライブ部からの出力と、前記第2ドライブ部からの出力とを選択的に前記同期整流素子に供給する
同期整流制御回路における制御方法。 - 1次側に入力電源が接続され、2次側に負荷が接続され、
前記2次側に設けられる同期整流素子を制御する請求項1に記載の同期整流回路を有する
電源システム。 - 請求項16に記載の電源システムから、電力の供給を受ける電子機器。
- 請求項16に記載の電源システムから、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記電源システムに関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
- 他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部を備え、
前記電力情報送受信部が受信した情報に基づき、請求項16に記載の電源システムの充放電制御を行う電力システム。 - 請求項16に記載の電源システムから電力の供給を受け、または発電装置または電力網から前記電源システムに電力を供給する電力システム。
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