(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子がオンすると、トランスの二次巻線から整流素子を通して平滑用のチョークコイルにエネルギーを供給し、前記スイッチング素子がオフすると、前記チョークコイルのエネルギーを、転流素子を通じて負荷側に送り出すと共に、少なくとも前記転流素子は前記スイッチング素子に同期した転流ＦＥＴであるスイッチング電源装置において、前記スイッチング素子に供給する駆動信号の立下りを検出するパルス立下り検出回路を有し、前記スイッチング素子の動作停止信号が出力されると、前記パルス立下り検出回路が前記転流ＦＥＴのボディダイオードが導通する方向に電流が流れるタイミングを前記駆動信号の立下りとして検出し、このタイミングで前記駆動信号および前記転流ＦＥＴへの駆動信号の供給を遮断するサージ電圧防止回路を備えたことを特徴とする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、トランスの二次巻線より取出した交流電圧を整流する同期整流回路を備えたスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
図４は、従来の同期整流回路を有するフォワード式スイッチング電源装置の一般的な回路図である。同図において、１はトランス、２は例えばＭＯＳ型ＦＥＴからなるスイッチング素子であり、このトランス１の一次巻線１Ａとスイッチング素子２との直列回路が、直流電源３の両端間に接続される。４はトランス１の二次巻線１Ｂに接続される同期整流回路で、この同期整流回路４は、いずれもスイッチング素子２に同期してオン，オフする整流素子として設けられた整流ＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）５と、転流素子として設けられた転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６とにより構成される。転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６の両端間には、いずれの平滑用のチョークコイル７とコンデンサ８との直列回路が接続され、この平滑コンデンサ８の両端間に出力電圧Ｖｏを供給する一対の出力端子９，10が接続される。なお、11は出力端子９，10間に接続される負荷、15，16は整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５および転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン・ソース間にそれぞれ逆並列接続される内蔵のボディダイオードである。
【０００３】
前記出力電圧Ｖｏを安定化させるための帰還回路として、出力電圧Ｖｏの変動に応じてスイッチング素子２のパルス導通幅を可変する制御回路に相当するパルス幅制御回路12が設けられる。このパルス幅制御回路12は、スイッチング素子２と同じパルス駆動信号を整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５のゲートに供給すると共に、このパルス駆動信号を反転器13により反転して、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のゲートに供給している。なお14は、前記トランス１の一次側にあるパルス幅制御回路12と、トランス１の二次側にある整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５や転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６との絶縁を図るための絶縁トランスである。
【０００４】
そして、スイッチング素子２のスイッチング動作により、トランス１の一次巻線１Ａに直流電源３からの直流電圧Ｖｉを断続的に印加すると、トランス１の二次巻線２より取出した交流電圧が同期整流回路４により整流され、この整流出力をさらにチョークコイル７と平滑コンデンサ８で平滑することにより、平滑コンデンサ８の両端間から直流出力電圧Ｖｏを得るようにしている。具体的には、パルス幅制御回路12からのパルスオン信号によりスイッチング素子２がオンすると、このパルスオン信号が整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５のゲートにそのまま供給され、整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５がオンする一方で、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６は反転したパルスオフ信号によりオフする。これにより、トランス１の二次巻線１Ｂより整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５を通して、チョークコイル７や負荷11にエネルギーが供給される。やがて、パルス幅制御回路12からのパルスオフ信号によりスイッチング素子２がオフすると、今度は整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５がオフする一方で、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６がオンする。これにより、それまでチョークコイル７に蓄えられていたエネルギーが、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６を通して負荷11に供給される。なお、平滑コンデンサ８は出力電圧Ｖｏのリップルを吸収するものである。
【０００５】
図５は、図４の回路におけるスイッチング素子２のゲート・ソース間電圧Ｖgs1と、整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５のゲート・ソース間電圧Ｖgs2と、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のゲート・ソース間電圧Ｖgs3と、負荷電流が臨界電流Ｉｖ以上の場合におけるチョークコイル７のチョーク電流ＩＬと、そのときの転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3と、無負荷時（Ｉload＝０）におけるチョークコイル７のチョーク電流ＩＬと、そのときの転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3とを、上段から順に示している。
【０００６】
スイッチング素子２の動作中は、図５の左側の各波形で示すように、スイッチング素子２のオン期間中にチョークコイル７にエネルギーが蓄積される一方、スイッチング素子２のオフ期間中にチョークコイル７のエネルギーが放出するので、無負荷若しくは軽負荷以外の通常の負荷時には、チョーク電流ＩＬは同じ向きで負荷電流Ｉloadを中心に増加と減少を繰り返す。また、このときの転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６は、スイッチング素子２のオン期間中に非導通となり、そのドレイン電流Ｉdq3がゼロとなる一方で、スイッチング素子２のオフ期間中は導通して、前述のチョーク電流ＩＬと同じ波形がドレイン電流Ｉdq3に現れる。
【０００７】
一方、無負荷時になると負荷電流Ｉloadがゼロとなるため、チョークコイル７を流れるチョーク電流ＩＬは向きを正逆に変えながら流れる。そのため、スイッチング素子２のオフ期間中における転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3も、始めはソースからドレイン方向に流れているものの、やがて直線的に減少してゼロになり、その後はドレインからソース方向に流れて、直線的に増加する。そして、次にスイッチング素子２がターンオンして転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６そのものがオフすると、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3は次にスイッチング素子２がオフするまでゼロを保つ。こうした動作は、無負荷時のみならず、負荷電流Ｉloadが臨界電流Ｉｖ以下となる軽負荷時においても同様に発生する。
【０００８】
このような無負荷時や軽負荷時に、例えば直流入力電圧Ｖｉがオフしたり、あるいはオン・オフ制御端子にオフ信号が供給され、パルス幅制御回路12に動作停止信号が出力されると、パルス幅制御回路12はスイッチング素子２の動作を直ちに遮断停止する。例えば、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3がソースからドレイン方向に流れている時（図５の時間Ｐ１）に、動作停止信号が出力されると、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のゲート・ソース間電圧Ｖgs3は直ちにゼロになるが、この場合は転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16を通してチョークコイル７のエネルギー放出に伴なう電流が流れるため、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン・ソース間にはサージ電圧は発生しない。しかし、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3がドレインからソース方向に流れている時（図５の時間Ｐ２）に、動作停止信号が出力されると、今度は転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のみならずボディダイオード16も非導通状態となり、チョークコイル７に蓄えられたエネルギーは行き場を失って、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン・ソース間にサージ電圧が発生する。そのため、場合によってはこのサージ電圧が転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６の素子耐圧を上回り、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６が動作不良などを起こす懸念を生じていた。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、軽負荷時や無負荷時において動作停止信号が出力されたときのサージ電圧の発生を確実に防止できるスイッチング電源装置を提供することをその目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明におけるスイッチング電源装置は、スイッチング素子がオンすると、トランスの二次巻線から整流素子を通して平滑用のチョークコイルにエネルギーを供給し、前記スイッチング素子がオフすると、前記チョークコイルのエネルギーを、転流素子を通じて負荷側に送り出すと共に、少なくとも前記転流素子は前記スイッチング素子に同期した転流ＦＥＴであるスイッチング電源装置において、前記スイッチング素子に供給する駆動信号の立下りを検出するパルス立下り検出回路を有し、前記スイッチング素子の動作停止信号が出力されると、前記パルス立下り検出回路が前記転流ＦＥＴのボディダイオードが導通する方向に電流が流れるタイミングを前記駆動信号の立下りとして検出し、このタイミングで前記駆動信号および前記転流ＦＥＴへの駆動信号の供給を遮断するサージ電圧防止回路を備えたものである。
【００１１】
この場合、サージ電圧防止回路により、スイッチング素子の動作停止信号がどの時点で出力されても、転流ＦＥＴのボディダイオードが導通する方向に電流が流れるタイミングで転流ＦＥＴへの駆動信号および前記転流ＦＥＴへの駆動信号の供給は遮断されるようになるので、転流ＦＥＴのボディダイオードを通して、チョークコイルのエネルギー放出に伴なう電流を流すことができる。
【００１２】
【発明の実施形態】
以下、本発明における好ましい実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、従来例で示す図４と同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の詳細な説明は重複するため省略する。
【００１３】
図１および図２は、特にフォワード式スイッチング電源装置に適用した本発明の一実施例を示すものであり、装置の回路図を示す図１において、ここではスイッチング素子２の動作を停止させるための動作停止信号が出力されると、パルス幅制御回路12からスイッチング素子２に供給するパルス駆動信号の立下りを検出し、このパルス立下りを検出した時点で、スイッチング素子２ひいては整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５および転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６を停止するパルス立下り検出回路31を付加した点が、従来に示す図４の回路図と相違する。つまり、この場合のパルス幅制御回路12とパルス立下り検出回路31は、スイッチング素子２の動作停止信号を受けて、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16が導通する方向に電流が流れるタイミングを、スイッチング素子２に供給するパルス駆動信号の立下りとして検出し、このタイミングで転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６を停止するサージ電圧防止回路32として機能する。
【００１４】
次に、上記構成についてその作用を図２の波形図を参照して説明する。通常のスイッチング素子２の動作中は、動作停止信号が出力されない状態なので、パルス立下り検出回路31はパルス幅制御回路12に何等関与せず、従来例の図４と同じ動作になる。すなわち、パルス幅制御回路12からのパルスオン信号によりスイッチング素子２がオンすると、このパルスオン信号が整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５のゲートにそのまま供給され、整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５がオンする一方で、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６は反転したパルスオフ信号によりオフする。これにより、トランス１の二次巻線１Ｂより整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５を通して、チョークコイル７や負荷11にエネルギーが供給される。やがて、パルス幅制御回路12からのパルスオフ信号によりスイッチング素子２がオフすると、今度は整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５がオフする一方で、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６がオンし、チョークコイル７に蓄えられていたエネルギーが、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６を通して負荷11に供給される。
【００１５】
上記一連の動作で、スイッチング素子２のオン期間中にはチョークコイル７にエネルギーが蓄積される一方、スイッチング素子２のオフ期間中にはチョークコイル７のエネルギーが放出するので、通常の負荷時には、チョーク電流ＩＬは同じ向きで負荷電流Ｉloadを中心に増加と減少を繰り返す。また、このときの転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６は、スイッチング素子２のオン期間中に非導通となり、そのドレイン電流Ｉdq3がゼロとなる一方で、スイッチング素子２のオフ期間中は導通して、前述のチョーク電流ＩＬと同じ波形がドレイン電流Ｉdq3に現れる。
【００１６】
一方、無負荷時や軽負荷時になると、チョークコイル７を流れるチョーク電流ＩＬは向きを正逆に変えながら流れる。そのため、スイッチング素子２のオフ期間中における転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3も、始めはソースからドレイン方向に流れているものの、やがて直線的に減少してゼロになり、その後はドレインからソース方向に流れて、直線的に増加する。そして、次にスイッチング素子２がターンオンして転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６そのものがオフすると、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3は次にスイッチング素子２がオフするまでゼロを保つ。
【００１７】
こうした無負荷時や軽負荷時に、例えば直流入力電圧Ｖｉがオフしたり、あるいはオン・オフ制御端子にオフ信号が供給され、動作停止信号が出力されると、この動作停止信号はパルス幅制御回路12に直接ではなく、パルス立下り検出回路31に供給される。例えば図２に示すように、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3がドレインからソース方向に流れている時（図２の時間Ｐ２）に、動作停止信号が出力されると、パルス立下り検出回路31は、次にパルス幅制御回路12からスイッチング素子２へのパルス駆動信号が立下がるまで、パルス幅制御回路12への動作停止信号の供給を遅らせ、このパルス駆動信号の立下がりを検出したら、直ぐに動作停止信号をパルス幅制御回路12に供給する。これにより、パルス幅制御回路12からのパルス駆動信号の供給は遮断され、スイッチング素子２や整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５および転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６は全て停止するが、チョークコイル７に蓄えられたエネルギーは転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16を通って流れるので、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン・ソース間にサージ電圧は発生しない。
【００１８】
以上のように本実施例では、スイッチング素子２がオンすると、トランス１の二次巻線１Ｂから整流素子である整流ＭＯＳ型ＦＥＴ５を通して平滑用のチョークコイル７にエネルギーを供給し、スイッチング素子２がオフすると、チョークコイル７のエネルギーを転流素子を通じて負荷11側に送り出すと共に、少なくとも転流素子はスイッチング素子２に同期した転流ＦＥＴすなわち転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６であるスイッチング電源装置において、スイッチング素子２の動作停止信号が出力されると、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16が導通する方向に電流が流れるタイミングを検出し、このタイミングで転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６をオフにするサージ電圧防止回路32を備えている。
【００１９】
このようにすると、サージ電圧防止回路32により、スイッチング素子２の動作停止信号がどの時点で出力されても、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16が導通する方向に電流が流れるタイミングで転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６への駆動信号の供給は遮断されるようになるので、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16を通して、チョークコイル７のエネルギー放出に伴なう電流を流すことができる。したがって、軽負荷時や無負荷時において動作停止信号が出力されたときのサージ電圧の発生を確実に防止できる。
【００２０】
なお、本実施例ではフォワード式スイッチング電源装置について説明したが、その他の種類のスイッチング電源装置にも適用可能である。例えば、図３はフルブリッジ式スイッチング電源装置における転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のゲート・ソース間電圧Ｖgs3と、無負荷時における転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3を示しているが、この場合のドレイン電流Ｉdq3は、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６がターンオンすると、始めにドレインからソース方向に流れて直線的に減少し、ソースからドレイン方向への流れに転じた後、直線的に増加および減少してゼロに戻り、再びドレインからソース方向に流れて直線的に増加したところで、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６がターンオフしてゼロになる。したがって、フォワード式と同じように、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６がターンオンするタイミングで、パルス幅制御回路12に動作停止信号を供給すると、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６の両端間にサージ電圧が発生する。
【００２１】
そこでこの場合は、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のドレイン電流Ｉdq3がソースからドレイン方向に流れている間（図３に示す期間Ｔ）に転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６をオフさせるように、例えば反転器13と転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のゲートとの間に、サージ電圧防止回路32を構成する遅延回路を挿入すればよい。このようにすると、スイッチング素子２の動作停止信号がどの時点で出力されても、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16が導通する方向に電流が流れるタイミングで転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６への駆動信号の供給は遮断されるようになるので、転流ＭＯＳ型ＦＥＴ６のボディダイオード16を通して、チョークコイル７のエネルギー放出に伴なう電流を流すことができ、サージ電圧の発生を確実に防止できる。
【００２２】
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、実施例では整流素子として電界効果トランジスタを利用したが、代わりにＩＧＢＴやバイポーラトランジスタやそれらと整流ダイオードの組合せで用いてもよい。また、実施例中におけるフォワード式やフルブリッジ式以外の各種スイッチング電源装置にも、本発明を適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のスイッチング電源装置によれば、軽負荷時や無負荷時において動作停止信号が出力されたときのサージ電圧の発生を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例におけるスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】本発明の第１実施例における各部の波形図である。
【図３】本発明の変形例を示す各部の波形図である。
【図４】従来例におけるスイッチング電源装置の回路図である。
【図５】従来例における各部の波形図である。
【符号の説明】
１ トランス
２ スイッチング素子
５ 整流ＭＯＳ型ＦＥＴ（整流素子）
６ 転流ＭＯＳ型ＦＥＴ（転流ＦＥＴ）
７ チョークコイル
11 負荷
16 ボディダイオード
32 サージ電圧防止回路
【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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