(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁エネルギを電流として取り出す第１の巻線と前記第１の巻線に直列に接続された整流ダイオードを備えたスイッチング電源装置において、トランスの１次巻線と第１のスイッチ素子からなる直列回路を前記整流ダイオードに並列に接続し、前記第１の巻線に電磁的に結合した第２の巻線を作りその両端をインピダンス素子を介して前記第１のスイッチ素子の制御電極に接続し、前記第１のスイッチ素子の制御電極に並列に第２のスイッチ素子を接続し、前記トランスの２次巻線の両端を前記第２のスイッチ素子の制御電極に接続したことを特徴とする同期整流回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング電源装置に関し、より具体的には、同期整流回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来方式の１例として図３に示したカレントトランスを用いた同期整流回路がある。（特開平９−１８２４１６）
【０００３】
図３において、カレントトランス１７の１次巻線１７ａに電流が流れるとカレントトランス１７の２次巻線１７ｂ両端に接続されている抵抗１８に電圧が生じ、これをバッファアンプ１９を通してＭＯＳＦＥＴ２０のゲートに供給してＭＯＳＦＥＴ２０をオン状態にして電流をＭＯＳＦＥＴ２０に流す。ＭＯＳＦＥＴ２０のオン抵抗と電流の積がダイオード８の順方向電圧により小さくなるようにＭＯＳＦＥＴ２０を選ぶことによって整流による電力損失を小さくすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した従来方式の場合、励磁エネルギの放出による電流の波形が右肩下がりであるため、波形の始めの部分において、ＭＯＳＦＥＴ２０のゲートに対して、ゲートしきい値を十分越える電圧を供給できるが、波形の終わりの部分では電圧が下がるためにＭＯＳＦＥＴ２０のオン抵抗が大きくなり、同期整流の効果が薄れる。
【０００５】
そこで、本発明は励磁エネルギの放出による電流が流れる期間を通じてＭＯＳＦＥＴに十分なゲート電圧を供給し、同期整流の効果をより高めることができる回路を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明において、同期整流に用いる第１のスイッチ素子の制御電極に供給する電圧を第１の巻線に電磁的に結合している第２の巻線から取り出す。そして、第１のスイッチ素子に直列に接続されているトランスの１次巻線によって電流の向きを検出し、整流される電流と逆向きの電流が流れ始めると同時にトランスの２次巻線に生じる電圧によって第２のスイッチ素子をターンオンさせ第１のスイッチ素子をターンオフさせる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
第１の巻線を流れる電流は励磁エネルギの放出による電流であり、右肩下がりで小さくなりゼロになる。ゼロになった後、第１のスイッチ素子を強制的にオフ状態にしないと、励磁エネルギの放出による電流を電気エネルギとして蓄積するコンデンサの電荷がオン状態の第１のスイッチ素子を逆流して第１の巻線に流れ続ける。この現象が起きる理由は、第１のスイッチ素子の制御電極に電圧を供給する第２の巻線の電圧が第１の巻線に流れる電流の変化率に比例するために、第１の巻線を流れる電流がゼロになってもその傾きが同じであれば同じ電圧を発生し、第１のスイッチ素子をオン状態に保つからである。すなわち電流の傾きに比例した電圧が第２の巻線に生じたままであるため第１のスイッチ素子はターンオフしないのである。
【０００８】
そこで、第１のスイッチ素子に逆方向の電流が流れた時にその信号をトランスの１次巻線で検出し、２次巻線によって電圧増幅して第２のスイッチ素子に加え、これをオン状態にして第１のスイッチ素子を強制的にターンオフさせる。
【０００９】
第１のスイッチ素子が一旦ターンオフすると第１の巻線の電流が止まり、第２の巻線に電圧が生じなくなるので第１の巻線に次の順方向の電流が流れるまでターンオンしない。従って、第２のスイッチ素子は一旦ターンオンして第１のスイッチ素子をターンオフさせた後はオフ状態になっても良い。
【００１０】
【実施例】
図１は本発明をフライバックコンバータに実施した例を示す回路図である。
図１において、フライバックコンバータの１次側の主スイッチ素子７のオン・オフによってトランス６の１次巻線６ａには断続した電流が流れる。オン期間にトランス６に蓄積された励磁エネルギは、オフ期間に第１の巻線６ｂによって負荷側に供給される。第２の巻線６ｃはオフ期間に第１のスイッチ素子２をオン状態にする巻線である。
【００１１】
第１のスイッチ素子２に順方向の電流が流れている時は、トランス１の１次巻線１ａと２次巻線１ｂには、・印が付けられた側と反対の側が正になる電圧が発生するため第２のスイッチ素子３はオフ状態を保ち、第２の巻線６ｃに生じる電圧は第１のスイッチ素子２の制御電極に供給され第１のスイッチ素子２は完全にオン状態になっている。
【００１２】
フライバックコンバータの１次側の主スイッチ素子７のオフ期間にトランス６の励磁エネルギが１００％放出しきれずに、少し残ったまま次のオン期間に入ると、第２の巻線６ｃの電圧の極性が反転して第１のスイッチ素子２は強制的にターンオフさせられる。
【００１３】
トランス６の励磁エネルギが１００％放出しきった後で次のオン期間に入る場合は、コンデンサ１１の電荷が第１のスイッチ素子２を逆流するわずかな期間が存在するが、トランス１が電流の向きを検出して、第２のスイッチ素子３をターンオンさせ、第１のスイッチ素子２を強制的にターンオフさせる。第１のスイッチ素子２が一旦ターンオフすると、主スイッチ素子７が次にオン状態からターンオフするまでは第２の巻線６ｃに電圧は発生しないので第１のスイッチ素子２はオフ状態を保つ。
【００１４】
図２は本発明をフォワードコンバータに実施した例を示す回路図である。
図２において、ＭＯＳＦＥＴ１５にはフォワード電流が流れ、第１のスイッチ素子２にはフライホイール電流が流れる。フォワード電流は励磁エネルギの放出による電流とは異なり、ＭＯＳＦＥＴ１５は３次巻線１６ｃに生じる電圧でオン・オフの制御がされる。
【００１５】
一方、第１のスイッチ素子２を流れる電流はリアクトルの第１の巻線１３の励磁エネルギの放出によって起きる電流であり、リアクトルの第２の巻線１４にはその電流の傾きに比例した電圧が発生して、第１のスイッチ素子２をオン状態にしている。励磁エネルギがゼロになる前に主スイッチ素子７がオン状態に入れば、リアクトルの第１の巻線１３にはフォワード電流が流れて電圧の極性が反転するので第１のスイッチ素子２は強制的にターンオフさせられるが、励磁エネルギがゼロになっても主スイッチ素子７がオフ状態の時は、リアクトルの第２の巻線１４に電圧が生じているので、別な手段で第１のスイッチ素子２をターンオフさせなければならない。そこで、トランス１が電流の向きを検出し、第２のスイッチ素子３をターンオンさせて、第１のスイッチ素子２をターンオフさせる。この動作は図１に示したフライバックコンバータに実施した例と同じ。
【００１６】
図１及び図２において、第２のスイッチ素子としてバイポーラトランジスタを用いているがＭＯＳＦＥＴでも良い。また、第２のスイッチ素子の制御電極とトランスの２次巻線の間にバッファアンプを挿入することもできる。
【００１７】
図１及び図２において、第１のスイッチ素子の制御電極と第２の巻線の間に抵抗が直列に挿入されているが、抵抗とコンデンサの組み合わせ等の適当なインピダンスを有する回路に置き換えることができる。
【００１８】
第１のスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いているが、このＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを整流ダイオードの代わりに用いることが可能であればダイオード８を省くことが可能である。
【００１９】
トランス１は電流の向きが反転したことを検出した後で飽和しても良いので可飽和コアに巻いたトランスでも良い。
【００２０】
図１と図２にフライバックコンバータとフォワードコンバータにおける実施例を各々示したが、励磁エネルギの蓄積と放出の繰り返しによって電力を変換する回路を有するスイッチング電源装置であればどのような形態にも応用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
従来方式に比べて、同期整流に用いる素子の制御電極に加わる電圧が電流に関係なく一定になるので同期整流の効果を上げることができた。また、電流の向きを検出するトランスを可飽和トランスにすることによりトランスのサイズを小さくすることができ、電源装置の寸法が縮小された。また、わずかな部品の追加で同期整流ができるので経済効果が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフライバックコンバータにおける実施例を示す回路図である。
【図２】本発明のフォワードコンバータにおける実施例を示す回路図である。
【図３】従来方式の１例を示す回路図である。
【符号の説明】
１  トランス
２  第１のスイッチ素子
３  第２のスイッチ素子
４  抵抗
５  抵抗
６  トランス
７  主スイッチ素子
８  ダイオード
９  直流電源
１０  発振制御回路
１１  コンデンサ
１２  負荷
１３  リアクトルの第１の巻線
１４  リアクトルの第２の巻線
１５  ＭＯＳＦＥＴ
１６  トランス
１７  カレントトランス
１８  抵抗
１９  バッファアンプ
２０  ＭＯＳＦＥＴ
１ａ  １次巻線
１ｂ  ２次巻線
６ａ  １次巻線
６ｂ  第１の巻線
６ｃ  第２の巻線
１６ａ  １次巻線
１６ｂ  ２次巻線
１６ｃ  ３次巻線
１７ａ  １次巻線
１７ｂ  ２次巻線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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