(57)【要約】【課題】少なくとも２つのＭＯＳＦＥＴを有するスイッチング電源の磁化をバランスさせる。【解決手段】第１及び第２ＭＯＳＦＥＴそれぞれに関する第１及び第２転流時間を測定する（ステップ６０２）。第２ＭＯＳＦＥＴのゲート２のオン時間（パルス幅）に比較した第１ＭＯＳＦＥＴのゲート１のオン時間（パルス幅）のタイミングを調整する（ステップ６０４）。第１及び第２転流時間が等しいか判断する（ステップ６０６）。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲートを有する第１ＭＯＳＦＥＴと、ゲートを有する第２ＭＯＳＦＥＴとを有し、磁化でスイッチングの転流を駆動する形式のスイッチング電源に関して、上記磁化をバランスさせる方法であって、
第１転流時間を測定する処理と、
第２転流時間を測定する処理と、
上記第２ＭＯＳＦＥＴの上記ゲートのオン時間（パルス幅）と、上記第１ＭＯＳＦＥＴの上記ゲートのオン時間（パルス幅）との間のタイミングを調整する処理と、
上記第１転流時間が、上記第２転流時間と少なくとも実質的に同じかどうか判断する処理と
を具えるスイッチング電源の磁化をバランスさせる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、スイッチング電源に関し、より具体的には、こうした電源において磁化（Magnetization）をバランスさせる処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、プッシュプル・スイッチング電源１００の典型的な例を示す。この例では、スイッチング電源１００には、複数のＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、ここでは、ＭＯＳＦＥＴ１及びＭＯＳＦＥＴ２があり、負荷に出力電圧Ｖoutを供給している。ＭＯＳＦＥＴ１のゲート（ゲート１）は、矩形波形で駆動され、ＭＯＳＦＥＴ２のゲート（ゲート２）は、ゲート１を駆動する矩形波形を反転させた矩形波形で駆動される。図１及び後述の図３に示すように、本願では、１次巻線と２次巻線で構成される２巻線変圧器（トランス）を利用する例を前提に説明する。
【０００３】
図２は、図１で示された電源１００ににおけるＭＯＳＦＥＴ１及びＭＯＳＦＥＴ２のゲート電圧（それぞれＶＧ１及びＶＧ２）及びドレイン電圧（それぞれＶＤ１及びＶＤ２）と、磁化電流（Magnetization Current：例えば、変圧器（トランス）に印加された電圧の時間的な積分に対応）の波形図である。なお、周知の如く、励磁電流は、印加電圧と同相分の鉄損電流と、発生する磁束と同相分の磁化電流から構成される。しかし、励磁電流は、磁化電流が主要な成分であることから、本願では、磁化電流に特に着目して説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３２１７５８号公報
【特許文献２】特許第４３３８３３４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「ＭＯＳＦＥＴ」の記事、［online］、Wikipedia、［２０１５年１０月２２日検索］、インターネット<URL：https://ja.wikipedia.org/wiki/ＭＯＳＦＥＴ>
【非特許文献２】「ウェーバ」の記事、特に「ボルト秒」に関する言及、［online］、Wikipedia（日本語版）、［２０１５年１０月２５日検索］、インターネット<URL：https://ja.wikipedia.org/wiki/ウェーバ>
【非特許文献３】「Weber (unit)」の記事、特に「Ｗｂ＝Ｖ・ｓ」の式、［online］、Wikipedia（英語版）、［２０１５年１０月２５日検索］、インターネット<URL：https://en.wikipedia.org/wiki/Weber_(unit)>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１に示す電源１００のような電源の設計に共通する問題が、ＭＯＳＦＥＴ２がオン時間に加わる磁束（単位は、ボルト秒又はウェーバ（Wb）：非特許文献２及び３参照）に対して、ＭＯＳＦＥＴ１がオン時間に加わる磁束に小さな差がある場合に生じる。磁化電流は、通常、ＤＣ成分を生成し、これは、その抵抗損失が磁束（ボルト秒）とバランス（平衡）するまで増加し、その時点でＤＣ成分の増加が止まる。もし抵抗損失が小さいと、変圧器（トランス）が飽和し、そのため、結果として、２つのＭＯＳＦＥＴの１つ又は両方を破壊しかねない大きな磁化電流が生じることがある。
【０００７】
従って、特にスイッチング電源において、磁化をバランスさせる処理（Magnetization Balancing）について、改善の余地が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、スイッチング電源における磁化（Magnetization）をバランス（平衡）させる技術に関する。より具体的には、本発明の概念には、次のようなものがある。
【０００９】
本発明の概念１は、ゲートを有する第１ＭＯＳＦＥＴと、ゲートを有する第２ＭＯＳＦＥＴとを有し、磁化でスイッチングの転流を駆動する形式のスイッチング電源に関して、磁化をバランスさせる方法であって、
上記第１ＭＯＳＦＥＴに関する第１転流時間を測定する処理と、
上記第２ＭＯＳＦＥＴに関する第２転流時間を測定する処理と、
上記第２ＭＯＳＦＥＴの上記ゲートのオン時間（パルス幅）に対する上記第１ＭＯＳＦＥＴの上記ゲートのオン時間（パルス幅）のタイミングを調整する処理と、
上記第１転流時間が、上記第２転流時間と少なくとも実質的に同じかどうか判断する処理と
を具えている。
【００１０】
本発明の概念２は、上記概念１の方法であって、上記第１転流時間が少なくとも上記第２転流時間と実質的に同じと判断するのに応じて、上記第２ＭＯＳＦＥＴの上記ゲートの上記オン時間（パルス幅）に対する上記第１ＭＯＳＦＥＴの上記ゲートの上記オン時間（パルス幅）のタイミングを再度調整する処理を更に具えている。
【００１１】
本発明の概念３は、上記概念１の方法であって、上記第１転流時間が少なくとも上記第２転流時間と実質的に同じと判断するのに応じて、上記方法を停止する処理を更に具えている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、プッシュプル・スイッチング電源１００の典型的な例を示す。
【図２】図２は、図１で示された電源におけるＭＯＳＦＥＴのゲート電圧及びドレイン電圧と、磁化電流の波形図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態によるプッシュプル・スイッチング電源の例を示す。
【図４】図４は、本発明の実施形態の例におけるＭＯＳＦＥＴのゲート電圧及びドレイン電圧と、磁化電流の波形図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態の別の例におけるＭＯＳＦＥＴのゲート電圧及びドレイン電圧と、磁化電流のもう１つの波形図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態の例によるスイッチング電源における磁化をバランスさせる処理のフローチャートの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態は、概して、スイッチン電源において複数回生じる磁化をバランスさせる処理に関する。
【００１４】
図３は、本発明の実施形態によるプッシュプル・スイッチング電源３００を例として示す。この例では、ＭＯＳＦＥＴ１のゲート（ゲート１）は、オンの時間が５０％未満のパルスで駆動され、また、ＭＯＳＦＥＴ２のゲート（ゲート２）は、同じパルスではあるが１８０度位相がシフトした第２のパルスで駆動される。ＭＯＳＦＥＴ１及びＭＯＳＦＥＴ２の両方がオフの期間に、磁化電流（Magnetizing current）は、変圧器において転流（commutate：電流の向きを変える）を発生させる電圧を生じさせる（つまり、電圧を反転させる）。
【００１５】
変圧器（トランス）に対してコンデンサ（ここでは、コンデンサＣ）を加えると、転流のスルー・レートを低下／制御することができる。もし磁束（ボルト秒）がバランス（平衡）しないと、磁化電流は、典型的には、ＤＣ成分を持つようになる。ＤＣ成分は、一般に、一方の位相が転流するのを早め、他方の位相が転流するのを遅くする。これは、磁束（ボルト秒）の不一致（ミスマッチ）をバランスさせる方向にシフトさせ、ＤＣ成分が続けて増加するのを停止させる。もしゲート駆動回路の立ち上がり時間及び立ち下がり時間が遅いなら、磁束の不一致の最初の部分は、ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧の変動のために、重要なものとなり得る。その結果は、一般に、複数の転流時間（commutation times）間の大きな差となる。
【００１６】
図４は、本発明によって理想的な状態になった例を示し、図３に示されたプッシュプル・スイッチング電源３００のような電源におけるＭＯＳＦＥＴ１及び２のゲート電圧（それぞれＶＧ１及びＶＧ２）及びドレイン電圧（それぞれＶＤ１及びＶＤ２）と、磁化電流（Magnetization Current）の波形図４００である。ゲート駆動回路には、オン時間それぞれの間にオフ時間があり、これによって、ドレイン電流を転流させる磁化電流を発生させる時間が得られる。この例では、転流時間（ｔ１及びｔ２）がバランス（平衡）している（即ち、ｔ１＝ｔ２）。また、磁化電流のプラスのピークＩ+peak（絶対値）と、マイナスのピークＩ-peak（絶対値）が等しくなる。
【００１７】
図５は、本発明の実施形態における別の例を示し、図３に示されたプッシュプル・スイッチング電源３００のような電源におけるＭＯＳＦＥＴ１及び２のゲート電圧（それぞれＶＧ１及びＶＧ２）及びドレイン電圧（それぞれＶＤ１及びＶＤ２）と、磁化電流のもう１つの波形図５００である。図４で説明した例４００のように、ゲード駆動回路には、オン時間それぞれの間にオフ時間があり、これによって、ドレイン電流を転流させる磁化電流を発生させる時間が得られる。しかし、この例では、転流時間（ｔ１及びｔ２）がバランス（平衡）していない（例えば、ｔ１＜ｔ２）。また、磁化電流のプラスのピークＩ+peak（絶対値）の方が、マイナスのピークＩ-peak（絶対値）よりも大きくなっていることにも注意されたい。こうした場合に、本発明の方法を実施することで、図４に示す理想状態へと調整する。
【００１８】
図６は、本発明の実施形態の例による図３で説明したプッシュプル・スイッチング電源３００のようなスイッチング電源において、磁化をバランスさせる（平衡化）処理のフローチャートの例を示す。
【００１９】
ステップ６０２では、２つのＭＯＳＦＥＴを有する電源に対応した２つの位相の転流時間（commutation time）が測定される。この例では、第１ＭＯＳＦＥＴのゲートをゲ―ト１と呼び、第２ＭＯＳＦＥＴのゲートをゲ―ト２と呼ぶことにする。
【００２０】
ステップ６０４では、ゲート２のオン時間（パルス幅）のタイミング（例えば、位相）に比較したゲート１のオン時間（パルス幅）のタイミング（例えば、位相）が調整され（例えば、増加させ）、２つの位相の磁束（ボルト秒）をバランス（平衡）させる。
【００２１】
ステップ６０６では、２つの位相それぞれの転流時間が一致したか否か（例えば、これら転流時間が実質的に互いに等しいか否か）が判断される。もし転流時間が一致しているなら、この方法は、ステップ６０８に示すように終了する。もし転流時間が一致していない（例えば、一方が他方よりも長い）なら、この方法は、ステップ６０４に戻る。
【００２２】
以下の説明は、本発明のいくつかの実施形態を実現できる適切なマシーンの簡潔な概略の記述の提供を意図するものである。本願で用いているように、用語「マシーン」は、単一のマシーン又は、通信によって結合された複数のマシーン若しくは一緒に動作する複数の装置から構成されるシステムを広く網羅することを意図している。代表的なマシーンには、パソコン、ワークステーション、サーバ、ポータブル・コンピュータ、スマートフォンなどが含まれる。
【００２３】
典型的には、マシーンは、システム・バスを含み、これに、プロセッサ、メモリ（例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）、又は他の状態保持メディア、大容量記憶装置など）、ビデオ・インターフェース、そして、入力／出力インターフェース・ポートが取り付けられる。マシーンは、プログラマブル又はノン・プログラマブル・ロジック・デバイス又はアレー（ＦＰＧＡなど）、ＡＳＩＣ、組込み型コンピュータ、スマート・カードなどのような組込み型コントローラ（embedded controller）でも良い。マシーンは、少なくとも一部分は、キーボード、マウスなどの従来の入力デバイスからの入力によって、制御されても良く、加えて、別のマシーンから受けた指示、バーチャル・リアリティ（ＶＲ）環境を用いるインタラクティブな処理、生体フィードバック、又は、他の適切な入力信号によって制御されても良い。
【００２４】
マシーンは、ネットワーク・インターフェース、モデム、他の通信手段など、１つ以上のコネクションを用いて１つ以上の遠隔装置に接続されても良い。複数のマシーンは、イントラネット、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどのような物理的又は論理的なネットワークにより、相互接続されていても良い。当業者であれば、ネットワーク通信には、無線周波数（ＲＦ）、衛星、マイクロ波、ＩＥＥＥ５４５.１１、Bluetooth（登録商標）、光通信、赤外線通信、ケーブル、レーザなどといった、有線又は無線の短距離、長距離のキャリアやプロトコルを用いて良いことが理解できよう。
【００２５】
図示した実施形態を参照しながら、本発明の原理を記述し、特徴を説明してきたが、こうした原理から離れることなく、図示した実施形態の構成や細部を変更したり、望ましい形態に組み合わせても良いことが理解できよう。先の説明では、特定の実施形態に絞って説明しているが、別の構成も考えられる。
【００２６】
特に、「本発明の実施形態によると」といった表現を本願では用いているが、こうした言い回しは、大まかに言って実施形態として可能であることを意味し、特定の実施形態の構成に限定することを意図するものではない。本願で用いているように、これら用語は、別の実施形態に組み合わせ可能な同じ又は異なる実施形態に言及するものである。
【００２７】
従って、本願で説明した実施形態は、幅広く種々に組み合え可能であるとの観点から、詳細な説明や図面等は、単に説明の都合によるものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。
【符号の説明】
【００２８】
３００  プッシュプル・スイッチング電源
ｔ１  ＭＯＳＦＥＴ１に関する転流時間
ｔ２  ＭＯＳＦＥＴ２に関する転流時間
Ｖｉｎ  入力電圧
Ｖｏｕｔ  出力電圧
ＶＧ１  ＭＯＳＦＥＴ１のゲート電圧
ＶＧ２  ＭＯＳＦＥＴ２のゲート電圧
ＶＤ１  ＭＯＳＦＥＴ１のドレイン電圧
ＶＤ２  ＭＯＳＦＥＴ２のドレイン電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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