(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインスイッチを有する一次側駆動回路と、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ、および上記還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続されたバイアスダイオードを有する二次側出力回路と、上記メインスイッチを上記二次側出力回路の出力電圧に応じた制御パルス信号でＰＷＭ制御する制御手段とを有する複数の同期整流式スイッチング電源装置からなる多出力同期整流式スイッチング電源装置であって、
上記各制御手段は、複数の同期が取れたのこぎり波発生器又は１つののこぎり波発生器と、上記各二次側出力回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、上記のこぎり波発生器からののこぎり波信号と上記出力電圧検出回路からの検出信号とに基づいて上記制御パルス信号を生成する制御パルス信号生成回路と、各々のアノードが上記各還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続され、かつ各々のカソードが共通接続された複数のダイオードと、上記複数のダイオードのカソードと上記１つの還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのソース間に接続され、上記制御パルス信号に同期した駆動パルスで駆動される１つの還流ゲートドライバ用スイッチ素子とからなる同期整流ドライバ回路と、
を備えていることを特徴とする多出力同期整流式スイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多出力同期整流式スイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の多出力同期整流式スイッチング電源装置の一例を示す回路図である。多出力同期整流式スイッチング電源装置は、直流入力電源１に接続されたメインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２およびトランス３の一次巻線からなる一次側駆動回路と、トランス３の二次巻線、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５、バイアスダイオード６、チョークコイル７、出力コンデンサ８、出力端子９，１０、出力電圧検出回路１１、制御回路１２、アイソレータ１５および還流ゲートドライバ用スイッチ素子（トランジスタ）１６からなる二次側出力回路とから構成される第１の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置を備えている。制御回路１２は、三角波発生器１３およびコンパレータ１４を備えている。アイソレータ１５は、フォトカップラ等からなる。
【０００３】
また、多出力同期整流式スイッチング電源装置は、直流入力電源１に接続されたメインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２２およびトランス２３の一次巻線からなる一次側駆動回路と、トランス２３の二次巻線、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２４、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２５、バイアスダイオード２６、チョークコイル２７、出力コンデンサ２８、出力端子２９，３０、出力電圧検出回路３１、制御回路３２、アイソレータ３５および還流ゲートドライバ用スイッチ素子（トランジスタ）３６からなる二次側出力回路とから構成される第２の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置を備えている。制御回路３２は、三角波発生器３３およびコンパレータ３４を備えている。アイソレータ３５は、フォトカップラ等からなる。
【０００４】
上述の構成において、第１の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置のメインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２は、出力電圧検出回路１１および制御回路１２により生成されるＰＷＭ制御信号によって、出力端子９，１０から得られる出力電圧が安定するようにＰＷＭ制御される。
【０００５】
制御回路１２は、直流入力電源１のコールド側に接続されたグラウンド端子Ｇと、出力電圧検出回路１１の出力をコンパレータ１４のプラス入力端子にフィードバックするフィードバック端子Ｆ／Ｂと、ＰＷＭ制御信号を出力する出力端子ＯＵＴとを備えている。
【０００６】
制御回路１２は、図４（ａ）に示すように、コンパレータ１４により、そのマイナス入力端子に印加される三角波発生器１３からの三角波信号Ａと、フィードバック端子Ｆ／Ｂを介してプラス入力端子に印加される出力電圧検出回路１１の出力Ｂを比較する。そして、制御回路１２は、コンパレータ１４の出力として、図４（ｂ）に示すＰＷＭ制御信号を生成し、出力端子ＯＵＴを介してメインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２のゲートに印加すると共に、アイソレータ１５に供給する。アイソレータ１５は、上述のＰＷＭ制御信号に基づき、図４（ｄ）に示す駆動パルスを還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６に印加する。
【０００７】
そこで、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２が、図４（ｂ）に示すＰＷＭ制御信号によりターンオンすると、トランス３の二次巻線に電圧が誘起し、この電圧が整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４のゲートに印加され、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４はオン状態になる。このとき、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６は、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２のターンオンに同期して、一瞬だけオンし、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５をターンオフさせる。整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４のオンにより、チョークコイル７には、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４を介して電流が流れる。
【０００８】
一方、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６のオンにより、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲート・ソース間が短絡され、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５は、オフ状態になる。それにより、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲート・ソース間容量に充電されていた電荷は、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６を介して放電される。
【０００９】
次に、メインスイッチ用ＭＯＳＦＴＥ２が、ＰＷＭ制御によりターンオフすると、励磁エネルギーによりトランス３の一次巻線に逆電圧が発生し、トランス３の二次巻線の電圧は、極性が反転する。その結果、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４はオフ状態になる。また、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６は、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２がターンオフする以前からオフし続けている。還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６のオフにより、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲートにバイアスダイオード６を介して上述の逆電圧が印加され、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５は、オン状態になる。それにより、チョークコイル７の電流は、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５を介して流れる。
【００１０】
また、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６がオフに制御され、かつ還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲートにバイアスダイオード６を介して上述の逆電圧が印加されることにより、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲート・ソース間容量に電荷が蓄積される。そして、この蓄積された電荷は、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６がオフになっているので、その放電経路がバイアスダイオード６で閉ざされた状態となる。
【００１１】
次に、トランス３の二次巻線の電圧がゼロになると、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６がオフ状態を維持しているから、バイアスダイオード６は、逆バイアス状態となる。したがって、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲート・ソース間容量に蓄積された電荷の封じ込め状態は、引き続き維持されるので、バイアスダイオード６から還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲートに順バイアス電圧が印加された状態を維持する。その結果、トランス３の二次巻線の電圧がゼロになっても、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５は、引き続きオン状態を維持し、チョークコイル７の電流は、引き続き還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５を介して流れ続け、チョークコイル７を流れる電流の連続性が保持される。
【００１２】
そして、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２が、再びターンオンすると、上述のターンオン時の動作状態となり、スイッチング電源装置の動作が継続する。
【００１３】
一方、第２の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置は、上述の第１の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置と同様の動作を行う。
第２の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置のメインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２２は、出力電圧検出回路３１および制御回路３２により生成されるＰＷＭ制御信号によって、出力端子２９，３０から得られる出力電圧が安定するようにＰＷＭ制御される。
【００１４】
制御回路３２は、直流入力電源１のコールド側に接続されたグラウンド端子Ｇと、出力電圧検出回路３１の出力をコンパレータ３４のプラス入力端子にフィードバックするフィードバック端子Ｆ／Ｂと、ＰＷＭ制御信号を出力する出力端子ＯＵＴとを備えている。
【００１５】
制御回路３２は、図４（ａ）に示すように、コンパレータ３４により、そのマイナス入力端子に印加される三角波発生器３３からの三角波信号Ａと、フィードバック端子Ｆ／Ｂを介してプラス入力端子に印加される出力電圧検出回路３１の出力Ｃを比較する。そして、制御回路３２は、コンパレータ３４の出力として、図４（ｃ）に示すＰＷＭ制御信号を生成し、出力端子ＯＵＴを介してメインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２２のゲートに印加すると共に、アイソレータ３５に供給する。アイソレータ３５は、上述のＰＷＭ制御信号に基づき、図４（ｅ）に示す駆動パルスを還流ゲートドライバ用スイッチ素子３６に印加する。
【００１６】
そこで、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２が、図４（ｃ）に示すＰＷＭ制御信号によりターンオン、ターンオフ制御され、出力端子２９，３０から第１の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置の出力端子９，１０の出力電圧と異なる値の安定した出力電圧を得ることができる。しかし、その動作は、上述の第１の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置の動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の構成の多出力同期整流式スイッチング電源装置では、１出力当たり、１つの還流ゲートドライバ用スイッチ素子と１つのアイソレータからなる同期整流ドライバ回路が必要である。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、１つの同期整流ドライバ回路を共用できる多出力同期整流式スイッチング電源装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的に鑑みて、本発明の多出力同期整流式スイッチング電源装置は、メインスイッチを有する一次側駆動回路と、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ、および還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続されたバイアスダイオードを有する二次側出力回路と、メインスイッチを二次側出力回路の出力電圧に応じた制御パルス信号でＰＷＭ制御する制御手段とを有する複数の同期整流式スイッチング電源装置からなる。各制御手段は、複数の同期が取れたのこぎり波発生器又は１つののこぎり波発生器と、各二次側出力回路の出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、のこぎり波発生器からののこぎり波信号と出力電圧検出回路からの検出信号とに基づいて制御パルス信号を生成する制御パルス信号生成回路と、各々のアノードが各還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続され、かつ各々のカソードが共通接続された複数のダイオードと、複数のダイオードのカソードと１つの還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴのソース間に接続され、制御パルス信号に同期した駆動パルスで駆動される１つの還流ゲートドライバ用スイッチ素子とからなる同期整流ドライバ回路とを備えている。これにより、複数の同期整流式スイッチング電源装置で１つの同期整流ドライバ回路を共用できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る多出力同期整流式スイッチング電源装置の実施の形態を示す回路図である。図１において、図３の従来装置と同一の構成要素は、同一符号を付して説明する。
【００２２】
この多出力同期整流式スイッチング電源装置は、図３の従来装置と同一構成の同期整流式フォワード型スイッチング電源であるが、図３における三角波発生器１３，３３に代えてのこぎり波発生器３７，３８を有すると共に、図３におけるアイソレータ３５および還流ゲートドライバ用スイッチ素子３６を削除し、アイソレータ１５および還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６を第１および第２の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置で共用している構成に特徴を有する。
【００２３】
すなわち、制御回路１２は、図２（ａ）に示すように、コンパレータ１４により、そのマイナス入力端子に印加されるのこぎり波発生器３７からののこぎり波信号Ａと、フィードバック端子Ｆ／Ｂを介してプラス入力端子に印加される出力電圧検出回路１１の出力Ｂを比較する。そして、制御回路１２は、コンパレータ１４の出力として、図２（ｂ）に示すＰＷＭ制御信号を生成し、出力端子ＯＵＴを介してメインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２のゲートに印加すると共に、アイソレータ１５に供給する。アイソレータ１５は、上述のＰＷＭ制御信号に基づき、図２（ｄ）に示す駆動パルスを還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６に印加する。
【００２４】
そこで、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２が、図２（ｂ）に示すＰＷＭ制御信号によりターンオンすると、トランス３の二次巻線に電圧が誘起し、この電圧が整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４のゲートに印加され、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４はオン状態になる。このとき、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６は、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２のターンオンに同期して、一瞬だけオンし、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５をターンオフさせる。整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４のオンにより、チョークコイル７には、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４を介して電流が流れる。
【００２５】
一方、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６のオンにより、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲート・ソース間が短絡され、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５は、オフ状態になる。それにより、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲート・ソース間容量に充電されていた電荷は、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６を介して放電される。
【００２６】
次に、メインスイッチ用ＭＯＳＦＴＥ２が、ＰＷＭ制御によりターンオフすると、励磁エネルギーによりトランス３の一次巻線に逆電圧が発生し、トランス３の二次巻線の電圧は、極性が反転する。その結果、整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ４はオフ状態になる。また、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６は、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２がターンオフする以前からオフし続けている。還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６のオフにより、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲートにバイアスダイオード６を介して上述の逆電圧が印加され、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５は、オン状態になる。それにより、チョークコイル７の電流は、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５を介して流れる。
【００２７】
また、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６がオフに制御され、かつ還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲートにバイアスダイオード６を介して上述の逆電圧が印加されることにより、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲート・ソース間容量に電荷が蓄積される。そして、この蓄積された電荷は、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６がオフになっているので、その放電経路がバイアスダイオード６で閉ざされた状態となる。
【００２８】
次に、トランス３の二次巻線の電圧がゼロになると、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６がオフ状態を維持しているから、バイアスダイオード６は、逆バイアス状態となる。したがって、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲート・ソース間容量に蓄積された電荷の封じ込め状態は、引き続き維持されるので、バイアスダイオード６から還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５のゲートに順バイアス電圧が印加された状態を維持する。その結果、トランス３の二次巻線の電圧がゼロになっても、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５は、引き続きオン状態を維持し、チョークコイル７の電流は、引き続き還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５を介して流れ続け、チョークコイル７を流れる電流の連続性が保持される。
【００２９】
そして、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２が、再びターンオンすると、上述のターンオン時の動作状態となり、スイッチング電源装置の動作が継続する。
【００３０】
一方、第２の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置は、上述の第１の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置と同様の動作を行う。
【００３１】
第２の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置のメインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２２は、出力電圧検出回路３１および制御回路３２により生成されるＰＷＭ制御信号によって、出力端子２９，３０から得られる出力電圧が安定するようにＰＷＭ制御される。
【００３２】
制御回路３２は、直流入力電源１のコールド側に接続されたグラウンド端子Ｇと、出力電圧検出回路３１の出力をコンパレータ３４のプラス入力端子にフィードバックするフィードバック端子Ｆ／Ｂと、ＰＷＭ制御信号を出力する出力端子ＯＵＴとを備えている。
【００３３】
制御回路３２は、図２（ａ）に示すように、コンパレータ３４により、そのマイナス入力端子に印加されるのこぎり波発生器３８からののこぎり波信号Ａと、フィードバック端子Ｆ／Ｂを介してプラス入力端子に印加される出力電圧検出回路３１の出力Ｃを比較する。そして、制御回路３２は、コンパレータ３４の出力として、図２（ｃ）に示すＰＷＭ制御信号を生成し、出力端子ＯＵＴを介してメインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２２のゲートに印加する。
【００３４】
そこで、メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２が、図２（ｃ）に示すＰＷＭ制御信号によりターンオン、ターンオフ制御され、出力端子２９，３０から第１の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置の出力端子９，１０の出力電圧と異なる値の安定した出力電圧を得ることができる。しかし、その動作は、上述の第１の同期整流式フォワード型スイッチング電源装置の動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００３５】
以上説明したように、この実施の形態の多出力同期整流式スイッチング電源装置は、複数の同期整流式スイッチング電源装置で１つの同期整流ドライバ回路を共用できる。しかも、同期整流ドライバ回路を簡単な構成で共用できることとなる。
【００３６】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。たとえば、上述の実施の形態のように、２つののこぎり波発生器３７，３８が存在する場合（３つ以上の場合も同様）は、複数ののこぎり波発生器３７，３８の同期を取る必要があるが、１つののこぎり波発生器のみを使用し、その発生器の出力をコンパレータ１４，３４に入力させる場合は、同期を取る必要はなくなる。
【００３７】
また、上述の実施の形態では、１つの電源で２つの出力を有する同期整流式スイッチング電源装置の場合を説明しているが、２つ以上の出力を有する多出力同期整流式スイッチング電源装置にも適用できる。また、複数の電源の場合、各電源に関して本発明を適用したり、いずれか１つの電源に対してのみ本発明を適用しても良い。
【００３８】
また、上述の実施の形態では、同期整流ドライバ回路を、各々のアノードが各還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５，２５のゲートに接続され、かつ各々のカソードが共通接続された複数のダイオード３９，４０と、複数のダイオード３９，４０のカソードと１つの還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ２５のソース間に接続され、制御パルス信号に同期した駆動パルスで駆動される１つの還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６とからなる構成としたが、還流ゲートドライバ用スイッチ素子１６がつながれる１つの還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴとして、還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ５とする等他の構成の同期整流ドライバ回路としても良い。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、２つ以上の出力を有する多出力同期整流式スイッチング電源装置において、１つの同期整流ドライバ回路を共用できるので、部品点数が削減でき、従来装置よりも小型で安価にすることができる。また、制御損失も減少し、高効率となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多出力同期整流式スイッチング電源装置の実施の形態を示す回路図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、図１の多出力同期整流式スイッチング電源装置における各部の信号タイミング図である。
【図３】従来の多出力同期整流式スイッチング電源装置の一例を示す回路図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）は、図３の多出力同期整流式スイッチング電源装置における各部の信号タイミング図である。
【符号の説明】
１    直流入力電源
２    メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ（メインスイッチ）
４    整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ
５    還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ
６    バイアスダイオード
１１  出力電圧検出回路（制御手段の一部）
１２  制御パルス信号生成回路（制御手段の一部）
１５  アイソレータ
１６  還流ゲートドライバ用スイッチ素子
２２  メインスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ（メインスイッチ）
２４  整流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ
２５  還流スイッチ用ＭＯＳＦＥＴ
２６  バイアスダイオード
３１  出力電圧検出回路（制御手段の一部）
３２  制御パルス信号生成回路（制御手段の一部）
３７  のこぎり波発生器（制御手段の一部）
３８  のこぎり波発生器（制御手段の一部）
３９  ダイオード
４０  ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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