JP2005080342A

JP2005080342A - Synchronous rectification type switching power supply

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Publication number: JP2005080342A
Application number: JP2003305204A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Sakai; 隆正酒井
Original assignee: Cosel Co Ltd
Current assignee: Cosel Co Ltd
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2023-08-28
Also published as: JP3936320B2

Abstract

【課題】整流用スイッチ素子の制御端子に過大な電圧が印加されることがなく、かつ損失が小さく、駆動が容易な同期整流型スイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】一次側回路に設けられた主スイッチ素子４を駆動する制御回路２と、主スイッチ素子４のオン・オフに同期して二次側回路に電流を流す整流用スイッチ素子６とを備える。整流用スイッチ素子６を駆動する補助スイッチ素子１４と、補助スイッチ素子１４の制御端子に接続されたツェナーダイオード１３とを備える。ツェナーダイオード１３と並列に接続され、電圧の最大値が補助スイッチ素子１４のスレッショルド電圧より高く、ツェナーダイオード１３のツェナー電圧よりは低い電圧源であるドライブトランス２４を備える。ドライブトランス２４と補助スイッチ素子１４の制御端子との間には、逆流防止用ダイオード１１を備える。
【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synchronous rectification switching power supply device in which an excessive voltage is not applied to a control terminal of a rectifying switch element, loss is small, and driving is easy.
A control circuit 2 for driving a main switch element 4 provided in a primary side circuit, and a rectifying switch element 6 for causing a current to flow in the secondary side circuit in synchronization with on / off of the main switch element 4 are provided. Prepare. An auxiliary switch element 14 for driving the rectifying switch element 6 and a Zener diode 13 connected to a control terminal of the auxiliary switch element 14 are provided. A drive transformer 24, which is connected in parallel with the Zener diode 13 and has a maximum voltage value higher than the threshold voltage of the auxiliary switch element 14 and lower than the Zener voltage of the Zener diode 13, is provided. A backflow prevention diode 11 is provided between the drive transformer 24 and the control terminal of the auxiliary switch element 14.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、直流電圧を所望の電圧に変換して電子機器に供給する同期整流型スイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a synchronous rectification switching power supply apparatus that converts a DC voltage into a desired voltage and supplies the converted voltage to an electronic device.

従来、スイッチング電源装置において、変換効率を高める方法の一つとして、同期整流型スイッチング電源装置が知られている。この同期整流型スイッチング電源装置の基本的な回路構成は、図３に示すように、主トランス５の一次巻線５ａには、直流入力電圧源１とＭＯＳ−ＦＥＴの主スイッチ素子４より成る直列回路が接続されている。主スイッチ素子４のドレインには一次巻線５ａのドットのない側の端子が接続され、ソースには直流入力電源１のマイナス側が接続されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a synchronous rectification switching power supply device is known as one method for increasing conversion efficiency in a switching power supply device. As shown in FIG. 3, the basic circuit configuration of the synchronous rectification type switching power supply device includes a primary winding 5a of a main transformer 5 in series with a DC input voltage source 1 and a MOS-FET main switch element 4. The circuit is connected. The main switch element 4 has its drain connected to a terminal on the side of the primary winding 5a that has no dots, and its source connected to the negative side of the DC input power source 1.

制御回路２はパルス幅変調されたパルスを出力するもので、制御回路２の出力は、遅延回路３の入力に接続され、遅延回路３は制御回路２の出力を一定期間遅延させて、駆動パルスを出力し、主スイッチ素子４を所定の時比率でＯＮ／ＯＦＦ制御する。 The control circuit 2 outputs a pulse whose width is modulated. The output of the control circuit 2 is connected to the input of the delay circuit 3, and the delay circuit 3 delays the output of the control circuit 2 for a certain period to drive pulses. And the main switch element 4 is ON / OFF controlled at a predetermined time ratio.

また、主トランス５の二次巻線５ｂには、ＭＯＳ−ＦＥＴから成る同期整流用半導体スイッチ素子である整流用スイッチ素子６と転流用スイッチ素子７より成る同期整流回路と、チョークコイル２０とコンデンサ２１から成る出力平滑回路が接続される。二次巻線５ｂのドットのある側の端子は、転流用スイッチ素子７のドレインに接続され、ドットのない側の端子が整流用スイッチ素子６のドレインに接続されている。整流用スイッチ素子６のソースは、転流用スイッチ素子７のソースに接続されている。さらに、転流用スイッチ素子７のドレインには、チョークコイル２０の一端が接続され、チョークコイル２０の他端が、コンデンサ２１の一端に接続され、コンデンサ２１の他端が、転流用スイッチ素子７のソースに接続されるとともに、コンデンサ２１の両端が出力端子２５，２６につながり、図示しない負荷が接続される。 Further, a secondary winding 5b of the main transformer 5 includes a synchronous rectification circuit including a rectification switch element 6 and a commutation switch element 7 which are synchronous rectification semiconductor switch elements composed of MOS-FETs, a choke coil 20 and a capacitor. An output smoothing circuit consisting of 21 is connected. The terminal of the secondary winding 5 b on the side with dots is connected to the drain of the commutation switch element 7, and the terminal on the side without dots is connected to the drain of the rectification switch element 6. The source of the rectifying switch element 6 is connected to the source of the commutation switch element 7. Furthermore, one end of the choke coil 20 is connected to the drain of the commutation switch element 7, the other end of the choke coil 20 is connected to one end of the capacitor 21, and the other end of the capacitor 21 is connected to the commutation switch element 7. In addition to being connected to the source, both ends of the capacitor 21 are connected to the output terminals 25 and 26, and a load (not shown) is connected.

整流用スイッチ素子６のゲートは、主トランス５の二次巻線５ｂのドットのある側の端子に接続されている。また、転流用スイッチ素子７のゲートは、ダイオード８のカソードに接続され、ダイオード８のアノードが、二次巻線５ｂのドットのない側の端子に接続されている。さらに、転流用スイッチ素子７のゲートは、ゲート電荷を放電するための放電用補助スイッチ素子９のドレインに接続され、放電用補助スイッチ素子９のソースが転流用スイッチ素子７のソースに接続されている。また、転流用スイッチ素子７のゲートは、抵抗１０を介して転流用スイッチ素子７のソースに接続されている。 The gate of the rectifying switch element 6 is connected to the dot-side terminal of the secondary winding 5 b of the main transformer 5. The gate of the commutation switch element 7 is connected to the cathode of the diode 8, and the anode of the diode 8 is connected to the terminal on the non-dot side of the secondary winding 5 b. Further, the gate of the commutation switch element 7 is connected to the drain of the discharge auxiliary switch element 9 for discharging the gate charge, and the source of the discharge auxiliary switch element 9 is connected to the source of the commutation switch element 7. Yes. The gate of the commutation switch element 7 is connected to the source of the commutation switch element 7 via the resistor 10.

制御回路２の出力は、結合コンデンサ２２を介して、ドライブトランス２４の一次巻線２４ａのドットのある側の端子に接続されている。ドライブトランス２４の一次巻線２４ａには、ドットのある側にカソードが接続されドットのない側にアノードが接続されたダイオード２３が設けられている。 The output of the control circuit 2 is connected via a coupling capacitor 22 to a terminal on the dot side of the primary winding 24a of the drive transformer 24. The primary winding 24a of the drive transformer 24 is provided with a diode 23 having a cathode connected to a dot side and an anode connected to a side not having a dot.

ドライブトランス２４の二次巻線２４ｂは、ドットを付した側の端子が放電用補助スイッチ素子９のゲートに接続され、二次巻線２４ｂのドットのない側の端子が放電用補助スイッチ素子９のソース側に接続されている。ドライブトランス２４の二次巻線２４ｂのドットのある側に発生する電圧は、放電用補助スイッチ素子９のスレッショルド電圧Ｖｔｈよりも高い電圧である。 The secondary winding 24 b of the drive transformer 24 has a dot-side terminal connected to the gate of the discharge auxiliary switch element 9, and a non-dot side terminal of the secondary winding 24 b has the discharge auxiliary switch element 9. Connected to the source side. The voltage generated on the dot-side of the secondary winding 24b of the drive transformer 24 is higher than the threshold voltage Vth of the discharge auxiliary switch element 9.

この同期整流型スイッチング電源装置の動作は、図４に示すように、制御回路２の出力端子からの制御信号がＬ（ロウ）からＨ（ハイ）に立ち上がると、そのパルス信号が遅延回路３へ出力されるとともに、ドライブトランス２４の一次巻線２４ａに印加される。これにより、ドライブトランス２４の二次巻線２４ｂに発生した電圧は、放電用補助スイッチ素子９のゲートに印加され、放電用補助スイッチ素子９がターンオンすることにより、主スイッチ素子４がターンオンする前に、転流側スイッチ素子７のゲート電圧を引き下げ、転流側スイッチ素子7をターンオフさせる。 As shown in FIG. 4, when the control signal from the output terminal of the control circuit 2 rises from L (low) to H (high), the operation of this synchronous rectification switching power supply device is transmitted to the delay circuit 3. While being output, it is applied to the primary winding 24 a of the drive transformer 24. As a result, the voltage generated in the secondary winding 24b of the drive transformer 24 is applied to the gate of the discharge auxiliary switch element 9, and when the discharge auxiliary switch element 9 is turned on, the main switch element 4 is turned on. Then, the gate voltage of the commutation side switch element 7 is lowered to turn off the commutation side switch element 7.

この後、所定の遅延時間を経て遅延回路３から制御パルス信号が出力される。遅延回路３の出力がＨに立ち上がると、図４に示すように主スイッチ素子４がオンし、主トランス５の二次巻線５ｂには、ドットを付した側がプラスとなる極性で電圧が発生し、整流用スイッチ素子６のゲートが充電され、整流用スイッチ素子６がターンオンする。 Thereafter, a control pulse signal is output from the delay circuit 3 after a predetermined delay time. When the output of the delay circuit 3 rises to H, the main switch element 4 is turned on as shown in FIG. 4, and a voltage is generated in the secondary winding 5b of the main transformer 5 with a polarity in which the dot-attached side is positive. Then, the gate of the rectifying switch element 6 is charged, and the rectifying switch element 6 is turned on.

次に、制御回路２からの制御パルス信号がＬになり、このときは遅延回路３による遅延なく主スイッチ素子４がターンオフする。すると、転流用スイッチ素子７のボディダイオードが導通し、整流側スイッチ素子６のゲート電荷が引き抜かれ、整流用スイッチ素子６はターンオフし、主トランス５の二次巻線５ｂに逆起電圧が発生し、ダイオード８を介して転流用スイッチ素子７のゲートが充電され、転流用スイッチ素子７がターンオンする。 Next, the control pulse signal from the control circuit 2 becomes L, and at this time, the main switch element 4 is turned off without delay by the delay circuit 3. Then, the body diode of the commutation switch element 7 becomes conductive, the gate charge of the rectifying switch element 6 is extracted, the rectifying switch element 6 is turned off, and a counter electromotive voltage is generated in the secondary winding 5b of the main transformer 5. Then, the gate of the commutation switch element 7 is charged via the diode 8, and the commutation switch element 7 is turned on.

この状態は、次にドライブトランス２４の二次巻線２４ｂに電圧が発生して放電用補助スイッチ素子９がオンするまで継続し、放電用補助スイッチ素子９が再びオンした後は、以上に説明した動作が繰り返されることになる。 This state continues until a voltage is next generated in the secondary winding 24b of the drive transformer 24 and the auxiliary discharge switch element 9 is turned on. After the auxiliary discharge switch element 9 is turned on again, the above description is given. The operation will be repeated.

上記従来の同期整流方式の電源装置では、同期整流用のスイッチ素子６，７のゲートに主トランス５の二次巻線５ｂの電圧が直接印加されるため、例えば電源装置の入力電圧が高い場合に同期整流用のスイッチ素子６，７のゲートに必要以上の電圧が印加されて駆動損失が増大したり、過渡的な動作時など主トランス５の二次巻線５ｂに高電圧が発生した際に同期整流用のスイッチ素子６，７のゲートに耐圧を超える電圧が印加され、最悪の場合には同期整流用のスイッチ素子６，７が破壊されてしまうといった問題があった。 In the conventional synchronous rectification type power supply device, since the voltage of the secondary winding 5b of the main transformer 5 is directly applied to the gates of the synchronous rectification switch elements 6 and 7, for example, when the input voltage of the power supply device is high When a voltage higher than necessary is applied to the gates of the synchronous rectifying switch elements 6 and 7 to increase drive loss, or when a high voltage is generated in the secondary winding 5b of the main transformer 5 such as during transient operation. In addition, a voltage exceeding the withstand voltage is applied to the gates of the synchronous rectification switch elements 6 and 7, and in the worst case, the synchronous rectification switch elements 6 and 7 are destroyed.

そこで、この問題の対策として、特許文献１に開示された同期整流回路が知られている。これは、同期整流用のスイッチ素子である整流用スイッチ素子や、転流用スイッチ素子に、各々ゲートクランプＦＥＴを設け、このクランプＦＥＴのゲートを直流電圧源に接続することで、同期整流用のスイッチ素子のゲート電圧を、ゲートクランプＦＥＴのゲート電圧−ゲートクランプＦＥＴのスレッショルド電圧で制限し、同期整流用のスイッチ素子のゲートを保護するものである。
特開２００２−２３８２２４号公報 Therefore, as a countermeasure against this problem, a synchronous rectifier circuit disclosed in Patent Document 1 is known. This is because a rectifying switch element that is a switching element for synchronous rectification and a commutation switch element are each provided with a gate clamp FET, and the gate of this clamp FET is connected to a DC voltage source, thereby enabling a switch for synchronous rectification. The gate voltage of the element is limited by the gate voltage of the gate clamp FET−the threshold voltage of the gate clamp FET to protect the gate of the switch element for synchronous rectification.
JP 2002-238224 A

特許文献１に開示されたスイッチング電源装置の同期整流回路では、同期整流用のスイッチ素子のゲート電圧は、ゲートクランプＦＥＴのゲートに接続された直流電圧源の電圧−ゲートクランプＦＥＴのスレッショルド電圧によって制限されているため、同期整流用のスイッチ素子のゲートに十分なゲート電圧を加えるためには、必然的に補助スイッチ素子であるゲートクランプＦＥＴのゲート電圧を固定している電圧源の電圧も高くしておかなければならない。しかし、出力電圧の低い電源装置では二次側回路の動作電圧が低くなるため、ゲートクランプＦＥＴのゲートに十分な電圧を与えることが難しいという問題があった。 In the synchronous rectifier circuit of the switching power supply device disclosed in Patent Document 1, the gate voltage of the switch element for synchronous rectification is limited by the voltage of the DC voltage source connected to the gate of the gate clamp FET minus the threshold voltage of the gate clamp FET. Therefore, in order to apply a sufficient gate voltage to the gate of the switching element for synchronous rectification, the voltage of the voltage source that inevitably fixes the gate voltage of the gate clamp FET that is the auxiliary switching element is also increased. I have to keep it. However, in a power supply device with a low output voltage, the operating voltage of the secondary side circuit is low, and there is a problem that it is difficult to apply a sufficient voltage to the gate of the gate clamp FET.

この発明は、上記の従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、整流用スイッチ素子の制御端子に過大な電圧が印加されることがなく、かつ損失が小さく、駆動が容易な同期整流型スイッチング電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and does not apply an excessive voltage to the control terminal of the rectifying switch element, and has low loss and is easy to drive. An object of the present invention is to provide a type switching power supply device.

この発明は、一次側回路に設けられたＭＯＳ−ＦＥＴ等の主スイッチ素子を駆動する制御回路と、上記主スイッチ素子のオン・オフに同期して二次側回路に電流を流すＭＯＳ−ＦＥＴ等の整流用スイッチ素子とを備えた同期整流型スイッチング電源装置であって、上記整流用スイッチ素子を駆動するＭＯＳ−ＦＥＴ等の補助スイッチ素子と、この補助スイッチ素子の制御端子に接続され上記整流用スイッチ素子及び補助スイッチ素子の各ゲート電圧定格より低いクランプ電圧のツェナーダイオード等の電圧制限素子と、この電圧制限素子と並列に接続され、電圧の最大値が上記補助スイッチ素子のスレッショルド電圧より高く、上記電圧制限素子のクランプ電圧よりは低い電圧源と、この電圧源と上記制御端子との間に設けられ上記制御端子側にカソードが接続されアノードが上記電圧源側に接続された逆流防止用ダイオードとを備えた同期整流型スイッチング電源装置である。 The present invention includes a control circuit for driving a main switch element such as a MOS-FET provided in a primary side circuit, and a MOS-FET for causing a current to flow in a secondary side circuit in synchronization with on / off of the main switch element. A synchronous rectification type switching power supply device including a rectifying switch element, and an auxiliary switch element such as a MOS-FET for driving the rectifying switch element and a control terminal of the auxiliary switch element. A voltage limiting element such as a Zener diode having a clamp voltage lower than each gate voltage rating of the switching element and the auxiliary switching element, and the voltage limiting element are connected in parallel, and the maximum value of the voltage is higher than the threshold voltage of the auxiliary switching element, A voltage source lower than the clamp voltage of the voltage limiting element, and the control terminal provided between the voltage source and the control terminal Cathode anode is connected is a synchronous rectification type switching power supply and a diode for preventing reverse current, which is connected to the voltage source side.

上記二次側回路は、整流用スイッチ素子と転流用スイッチ素子を備え、上記整流用スイッチ素子を駆動する整流側補助スイッチ素子と、この整流側補助スイッチ素子の制御端子に接続され上記整流用スイッチ素子及び整流側補助スイッチ素子の各ゲート電圧定格より低いクランプ電圧の第一の電圧制限素子と、上記転流用スイッチ素子を駆動する転流側補助スイッチ素子と、この転流側補助スイッチ素子の制御端子に接続され上記転流用スイッチ素子及び転流側補助スイッチ素子の各ゲート電圧定格より低いクランプ電圧の第二の電圧制限素子を備えたものである。 The secondary circuit includes a rectification switch element and a commutation switch element, and is connected to a rectification side auxiliary switch element that drives the rectification switch element, and a control terminal of the rectification side auxiliary switch element, and the rectification switch A first voltage limiting element having a clamp voltage lower than each gate voltage rating of the element and the rectifying side auxiliary switch element, a commutation side auxiliary switch element that drives the commutation switch element, and control of the commutation side auxiliary switch element A second voltage limiting element having a clamp voltage lower than each gate voltage rating of the commutation switch element and the commutation side auxiliary switch element is connected to the terminal.

さらに、上記電圧源のうち、上記整流側補助スイッチ素子の制御端子に接続された電圧源は、上記制御回路の出力に基づいて一次巻線が駆動されるドライブトランスの二次巻線電圧である。また、上記転流側補助スイッチ素子の制御端子に接続された電圧源は、上記整流側スイッチ素子のゲート電圧を基にしたものである。 Further, among the voltage sources, the voltage source connected to the control terminal of the rectifying side auxiliary switch element is a secondary winding voltage of a drive transformer in which the primary winding is driven based on the output of the control circuit. . The voltage source connected to the control terminal of the commutation side auxiliary switch element is based on the gate voltage of the rectification side switch element.

この発明の同期整流型スイッチング電源装置は、整流用スイッチ素子の制御端子に電圧をかける補助スイッチ素子のゲート駆動電圧を低く抑え、かつ整流用スイッチ素子のゲートには必要十分な電圧を印加することができる。これにより、整流用スイッチ素子の制御端子に過大な電圧が印加されることがなく、かつ損失が小さく、駆動が容易な同期整流型スイッチング電源装置を構成することができる。同様に、転流用スイッチ素子の制御端子に電圧をかける補助スイッチ素子のゲート駆動電圧も低く抑え、かつ転流用スイッチ素子のゲートには必要十分な電圧を印加することができ、上記と同様の効果を得ることができる。 The synchronous rectification type switching power supply apparatus of the present invention suppresses the gate drive voltage of the auxiliary switch element that applies a voltage to the control terminal of the rectification switch element, and applies a necessary and sufficient voltage to the gate of the rectification switch element. Can do. Accordingly, a synchronous rectification type switching power supply device can be configured in which an excessive voltage is not applied to the control terminal of the rectifying switch element, loss is small, and driving is easy. Similarly, the gate drive voltage of the auxiliary switch element that applies a voltage to the control terminal of the commutation switch element can be kept low, and a necessary and sufficient voltage can be applied to the gate of the commutation switch element. Can be obtained.

以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。この実施形態は同期整流方式の整流回路を備えたフォワードコンバータについてのものであり、主トランス５の一次巻線５ａには、直流入力電圧源１とＭＯＳ−ＦＥＴの主スイッチ素子４より成る直列回路が接続されている。主スイッチ素子４のドレインには主トランス５の一次巻線５ａのドットのない側の端子が接続され、ソースには直流入力電源１のマイナス側が接続されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment relates to a forward converter provided with a synchronous rectification type rectifier circuit. A primary circuit 5a of a main transformer 5 includes a series circuit including a DC input voltage source 1 and a main switch element 4 of a MOS-FET. Is connected. A terminal of the primary winding 5a of the main transformer 5 on which the dot is not present is connected to the drain of the main switch element 4, and a negative side of the DC input power source 1 is connected to the source.

また、主トランス５の二次巻線５ｂには、ＭＯＳ−ＦＥＴから成る同期整流用半導体スイッチ素子である整流用スイッチ素子６と転流用スイッチ素子７より成る同期整流回路と、チョークコイル２０とコンデンサ２１から成る出力平滑回路が接続される。二次巻線５ｂのドットのある側の端子は、転流用スイッチ素子７のドレインに接続され、ドットのない側の端子が整流用スイッチ素子６のドレインに接続されている。整流用スイッチ素子６のソースは、転流用スイッチ素子７のソースに接続されている。さらに、転流用スイッチ素子７のドレインには、チョークコイル２０の一端が接続され、チョークコイル２０の他端が、コンデンサ２１の一端に接続されコンデンサ２１の他端が、転流用スイッチ素子７のソースに接続されるとともに、コンデンサ２１の両端が出力端子２５，２６につながり、図示しない負荷が接続される。 Further, a secondary winding 5b of the main transformer 5 includes a synchronous rectification circuit including a rectification switch element 6 and a commutation switch element 7 which are synchronous rectification semiconductor switch elements composed of MOS-FETs, a choke coil 20 and a capacitor. An output smoothing circuit consisting of 21 is connected. The terminal of the secondary winding 5 b on the side with dots is connected to the drain of the commutation switch element 7, and the terminal on the side without dots is connected to the drain of the rectification switch element 6. The source of the rectifying switch element 6 is connected to the source of the commutation switch element 7. Further, one end of the choke coil 20 is connected to the drain of the commutation switch element 7, the other end of the choke coil 20 is connected to one end of the capacitor 21, and the other end of the capacitor 21 is the source of the commutation switch element 7. And both ends of the capacitor 21 are connected to the output terminals 25 and 26, and a load (not shown) is connected thereto.

整流用スイッチ素子６のゲートには、整流側補助スイッチ素子１４のソースが接続され、整流側補助スイッチ素子１４のドレインが二次巻線５ｂのドットのある側の端子に接続されている。整流側補助スイッチ素子１４のゲートは、逆流防止用ダイオード１１のカソードに接続され、逆流防止用ダイオード１１のアノードが、後述するドライブトランス２４の二次巻線２４ｂのドットを付した側の端子に接続されている。さらに、整流側補助スイッチ素子１４のゲートは、ツェナーダイオード１３のカソードに接続され、ツェナーダイオード１３のアノードが、整流用スイッチ素子６のソースに接続されている。また、ツェナーダイオード１３のアノードとカソード間には抵抗１２が並列に接続されている。 The source of the rectification side auxiliary switch element 14 is connected to the gate of the rectification switch element 6, and the drain of the rectification side auxiliary switch element 14 is connected to the dot-side terminal of the secondary winding 5 b. The gate of the rectifying side auxiliary switching element 14 is connected to the cathode of the backflow prevention diode 11, and the anode of the backflow prevention diode 11 is connected to a terminal on the side of the secondary winding 24 b of the drive transformer 24, which will be described later. It is connected. Further, the gate of the rectifying side auxiliary switch element 14 is connected to the cathode of the Zener diode 13, and the anode of the Zener diode 13 is connected to the source of the rectifying switch element 6. A resistor 12 is connected in parallel between the anode and the cathode of the Zener diode 13.

整流側補助スイッチ素子１４のソースは、ダイオード１５のアノードに接続され、ダイオード１５のカソードが抵抗１６を介して、転流側補助スイッチ素子１９のゲートに接続されている。さらに、転流側補助スイッチ素子１９のゲートには、ツェナーダイオード１８のカソードが接続され、ツェナーダイオード１８のアノードは転流用スイッチ素子７のソースに接続されている。ツェナーダイオード１８のカソードとアノード間には、抵抗１７が並列に接続されている。 The source of the rectification side auxiliary switch element 14 is connected to the anode of the diode 15, and the cathode of the diode 15 is connected to the gate of the commutation side auxiliary switch element 19 through the resistor 16. Further, the cathode of the commutation side auxiliary switch element 19 is connected to the cathode of the Zener diode 18, and the anode of the Zener diode 18 is connected to the source of the commutation switch element 7. A resistor 17 is connected in parallel between the cathode and anode of the Zener diode 18.

転流側補助スイッチ素子１９のドレインは、ダイオード８のカソードに接続され、ダイオード８のアノードが、二次巻線５ｂのドットのない側の端子に接続されている。転流側補助スイッチ素子１９のソースは、転流用スイッチ素子７のゲートに接続されているとともに、そのゲートを放電するための放電用補助スイッチ素子９のドレインに接続されている。そして、放電用補助スイッチ素子９のソースは、転流用スイッチ素子７のソースに接続されている。また、転流側補助スイッチ素子１９のソースと放電用補助スイッチ素子９のドレインとの接続点は、抵抗１０を介して転流用スイッチ素子７のソースにも接続されている。 The drain of the commutation side auxiliary switch element 19 is connected to the cathode of the diode 8, and the anode of the diode 8 is connected to the terminal on the non-dot side of the secondary winding 5 b. The source of the commutation side auxiliary switch element 19 is connected to the gate of the commutation switch element 7 and to the drain of the discharge auxiliary switch element 9 for discharging the gate. The source of the discharge auxiliary switch element 9 is connected to the source of the commutation switch element 7. The connection point between the source of the commutation side auxiliary switch element 19 and the drain of the discharge auxiliary switch element 9 is also connected to the source of the commutation switch element 7 via the resistor 10.

この実施形態の同期整流型スイッチング電源装置の主スイッチ素子４を駆動する制御回路２は、パルス幅変調されたパルスを出力するもので、制御回路２の出力は、遅延回路３の入力に接続され、遅延回路３は制御回路２の出力を一定期間遅延させて、駆動パルスを出力し、主スイッチ素子４を所定の時比率でＯＮ／ＯＦＦ制御する。 The control circuit 2 for driving the main switch element 4 of the synchronous rectification type switching power supply device of this embodiment outputs a pulse whose width is modulated, and the output of the control circuit 2 is connected to the input of the delay circuit 3. The delay circuit 3 delays the output of the control circuit 2 for a certain period, outputs a drive pulse, and controls the main switch element 4 to be turned on and off at a predetermined time ratio.

制御回路２の出力は、さらに結合コンデンサ２２を介して、ドライブトランス２４の一次巻線２４ａのドットのある側の端子にも接続されている。また、ドライブトランス２４の一次巻線２４ａには、ドットのある側にカソードが接続されドットのない側にアノードが接続されたダイオード２３が設けられている。 The output of the control circuit 2 is further connected via a coupling capacitor 22 to a terminal on the dot-side of the primary winding 24a of the drive transformer 24. The primary winding 24a of the drive transformer 24 is provided with a diode 23 having a cathode connected to the dot-side and an anode connected to the dot-free side.

ドライブトランス２４の二次巻線２４ｂのドットを付した側の端子は、放電用補助スイッチ素子９のゲートに接続され、二次巻線２４ｂのドットのない側の端子が放電用補助スイッチ素子９のソース側に接続されている。そして、ドライブトランス２４の二次巻線２４ｂのドットのある側に発生する電圧は、放電用補助スイッチ素子９及び整流側補助スイッチ素子１４のスレッショルド電圧Ｖｔｈよりも高く、ツェナーダイオード１３によるクランプ電圧であるツェナー電圧Ｖｚｄよりは低い電圧である。 The terminal on the side of the secondary winding 24b of the drive transformer 24 to which the dots are attached is connected to the gate of the auxiliary discharge switch element 9, and the terminal on the side of the secondary winding 24b that has no dots is the auxiliary discharge switch element 9 for discharge. Connected to the source side. The voltage generated on the dotted side of the secondary winding 24b of the drive transformer 24 is higher than the threshold voltage Vth of the discharge auxiliary switch element 9 and the rectifying side auxiliary switch element 14, and is a clamp voltage by the Zener diode 13. It is a voltage lower than a certain Zener voltage Vzd.

この実施形態の同期整流型スイッチング電源装置の動作は、図２に示すように、制御回路２の出力端子からの制御信号がＬからＨに立ち上がると、そのパルス信号が遅延回路３へ出力されるとともに、ドライブトランス２４の一次巻線２４ａに印加される。これにより、ドライブトランス２４の二次巻線２４ｂに発生した電圧は、放電用補助スイッチ素子９のゲートに印加され、放電用補助スイッチ素子９がターンオンすることにより、主スイッチ素子４がターンオンする前に、転流側スイッチ素子７のゲート電圧を引き下げ、転流側スイッチ素子7をターンオフさせる。 As shown in FIG. 2, when the control signal from the output terminal of the control circuit 2 rises from L to H, the operation of the synchronous rectification type switching power supply device of this embodiment is output to the delay circuit 3. At the same time, it is applied to the primary winding 24 a of the drive transformer 24. As a result, the voltage generated in the secondary winding 24b of the drive transformer 24 is applied to the gate of the discharge auxiliary switch element 9, and when the discharge auxiliary switch element 9 is turned on, the main switch element 4 is turned on. Then, the gate voltage of the commutation side switch element 7 is lowered to turn off the commutation side switch element 7.

同時に、ドライブトランス２４の二次巻線２４ｂに発生した電圧により、整流側補助スイッチ素子１４のゲート−ソース間に電圧が印加され、整流側補助スイッチ素子１４がターンオンする。ドライブトランス２４の二次巻線２４ｂに発生電圧は、ツェナーダイオード１３のツェナー電圧Ｖｚｄより低く、かつ補助スイッチ素子１４のスレッショルド電圧Ｖｔｈより高く設定されているため、ツェナーダイオード１３は導通しないが、補助スイッチ素子１４はオン状態になる。このツェナー電圧は、整流用スイッチ素子６及び整流側補助スイッチ素子１４の各ゲート電圧定格より低い電圧であるので、整流用スイッチ素子６及び整流側補助スイッチ素子１４の各ゲートを高電圧から保護することができる。 At the same time, due to the voltage generated in the secondary winding 24b of the drive transformer 24, a voltage is applied between the gate and the source of the rectifying auxiliary switch element 14, and the rectifying auxiliary switch element 14 is turned on. Since the voltage generated in the secondary winding 24b of the drive transformer 24 is set lower than the Zener voltage Vzd of the Zener diode 13 and higher than the threshold voltage Vth of the auxiliary switch element 14, the Zener diode 13 does not conduct, but the auxiliary The switch element 14 is turned on. Since the Zener voltage is lower than the gate voltage ratings of the rectifying switch element 6 and the rectifying side auxiliary switch element 14, the gates of the rectifying switch element 6 and the rectifying side auxiliary switch element 14 are protected from a high voltage. be able to.

この後、所定の遅延時間を経て遅延回路３から制御パルス信号が出力される。遅延回路３の出力がＨに立ち上がると、図２に示すように主スイッチ素子４がオンし、主トランス５の二次巻線５ｂには、ドットを付した側がプラスとなる極性で電圧が発生する。このとき補助スイッチ素子１４は既にオン状態にあるので、整流側補助スイッチ素子１４を介して整流用スイッチ素子６のゲートが充電され、電圧が上昇してゆく。また、整流側補助スイッチ素子１４のゲート−ソース間電圧は、整流側補助スイッチ素子１４の入力容量によって電圧が保持されるため、整流側補助スイッチ１４のゲート電圧は整流用スイッチ素子６のゲート電圧の上昇分とほぼ同じだけ上昇する。 Thereafter, a control pulse signal is output from the delay circuit 3 after a predetermined delay time. When the output of the delay circuit 3 rises to H, the main switch element 4 is turned on as shown in FIG. 2, and a voltage is generated in the secondary winding 5b of the main transformer 5 with a polarity in which the dot-attached side is positive. To do. At this time, since the auxiliary switch element 14 is already in the ON state, the gate of the rectifying switch element 6 is charged via the rectifying side auxiliary switch element 14, and the voltage rises. Further, since the voltage between the gate and the source of the rectifying auxiliary switch 14 is held by the input capacitance of the rectifying auxiliary switch 14, the gate voltage of the rectifying auxiliary switch 14 is the gate voltage of the rectifying switch 6. It rises by almost the same amount as that of.

やがて、整流側補助スイッチ素子１４のゲート電圧がツェナーダイオード１３のツェナー電圧まで達すると、ツェナーダイオード１３がオンして整流側補助スイッチ素子１４のゲート電圧は、それ以上は上がらなくなる。整流用スイッチ素子６のゲート電圧は、整流側補助スイッチ素子１４のゲート電圧−補助スイッチ素子１４のスレッショルド電圧以上には充電されないため、整流用スイッチ素子６のゲート電圧も上昇せず、ゲート電圧が制限される。また、このとき整流側スイッチ素子１６のゲート電圧を抵抗１６，１７により分圧した電圧で、転流側補助スイッチ素子１９のゲートに電圧が印加され、転流側補助スイッチ素子１９がオン状態になる。 Eventually, when the gate voltage of the rectifying auxiliary switch element 14 reaches the Zener voltage of the Zener diode 13, the Zener diode 13 is turned on, and the gate voltage of the rectifying auxiliary switch element 14 does not increase any more. Since the gate voltage of the rectifying switch element 6 is not charged more than the gate voltage of the rectifying side auxiliary switch element 14 minus the threshold voltage of the auxiliary switch element 14, the gate voltage of the rectifying switch element 6 does not increase, and the gate voltage is Limited. At this time, a voltage obtained by dividing the gate voltage of the rectifying side switch element 16 by the resistors 16 and 17 is applied to the gate of the commutation side auxiliary switch element 19, and the commutation side auxiliary switch element 19 is turned on. Become.

次に、制御回路２からの制御パルス信号がＬになり、このときは遅延回路３による遅延なく主スイッチ素子４がターンオフする。すると、転流用スイッチ素子７のボディダイオードが導通し、整流側補助スイッチ素子１４のボディダイオードを介して整流側スイッチ素子６のゲート電荷が引き抜かれ、整流用スイッチ素子６はターンオフし、主トランス５の二次巻線５ｂに逆起電圧が発生する。このとき転流側補助スイッチ素子１９は既にオン状態にあるので、転流側補助スイッチ素子１９を介して転流用スイッチ素子７のゲートが充電され、ゲート電圧が上昇する。また転流側補助スイッチ素子１９のゲート−ソース間電圧は、転流側補助スイッチ素子１９の入力容量によって電圧が保持されるため、転流側補助スイッチ素子１９のゲート電圧は転流用スイッチ素子７のゲート電圧の上昇分とほぼ同じだけ上昇する。 Next, the control pulse signal from the control circuit 2 becomes L, and at this time, the main switch element 4 is turned off without delay by the delay circuit 3. Then, the body diode of the commutation switch element 7 becomes conductive, the gate charge of the rectification side switch element 6 is drawn through the body diode of the rectification side auxiliary switch element 14, the rectification switch element 6 is turned off, and the main transformer 5 Back electromotive force is generated in the secondary winding 5b. At this time, since the commutation side auxiliary switch element 19 is already in the ON state, the gate of the commutation switch element 7 is charged via the commutation side auxiliary switch element 19, and the gate voltage rises. Further, since the voltage between the gate and source of the commutation side auxiliary switch element 19 is held by the input capacitance of the commutation side auxiliary switch element 19, the gate voltage of the commutation side auxiliary switch element 19 is the commutation switch element 7. It rises by almost the same amount as the gate voltage rises.

やがて転流側補助スイッチ素子１９のゲート電圧がツェナーダイオード１８のツェナー電圧Ｖｚｄまで達すると、ツェナーダイオード１８が導通し、転流側補助スイッチ素子１９のゲート電圧はそれ以上は上昇しなくなる。転流用スイッチ素子７のゲート電圧は転流側補助スイッチ素子１９のゲート電圧−補助スイッチ素子１９のスレッショルド電圧Ｖｔｈ以上には充電されないため、転流用スイッチ素子７のゲート電圧も上昇せず、ゲート電圧が制限される。このツェナーダイオード１８のツェナー電圧Ｖｚｄも、転流用スイッチ素子７及び転流側補助スイッチ素子１９の各ゲート電圧定格より低い電圧であるので、各ゲートを高電圧から保護することができる。 Eventually, when the gate voltage of the commutation side auxiliary switching element 19 reaches the zener voltage Vzd of the Zener diode 18, the Zener diode 18 becomes conductive, and the gate voltage of the commutation side auxiliary switching element 19 does not increase any more. The gate voltage of the commutation switch element 7 is not charged higher than the gate voltage of the commutation side auxiliary switch element 19 minus the threshold voltage Vth of the auxiliary switch element 19. Is limited. Since the Zener voltage Vzd of the Zener diode 18 is also a voltage lower than each gate voltage rating of the commutation switch element 7 and the commutation side auxiliary switch element 19, each gate can be protected from a high voltage.

この状態は、次にドライブトランス２４の二次巻線２４ｂに電圧が発生して放電用補助スイッチ素子９がオンするまで継続し、放電用補助スイッチ素子９が再びオンして上記動作を行う。そして、制御回路２により所定の時比率で主スイッチ素子４がＯＮ／ＯＦＦし、以上の動作を繰り返す。 This state continues until a voltage is generated in the secondary winding 24b of the drive transformer 24 and the auxiliary discharge switch element 9 is turned on, and the auxiliary discharge switch element 9 is turned on again to perform the above operation. Then, the main switch element 4 is turned ON / OFF at a predetermined time ratio by the control circuit 2, and the above operation is repeated.

この実施形態の同期整流型スイッチング電源装置は、同期整流用のスイッチ素子６，７のゲート電圧を設定する補助スイッチ素子１４，１９のゲート駆動電圧を低く抑え、かつ同期整流用のスイッチ素子６，７のゲートには必要十分な電圧を印加することができる。これにより、同期整流用のスイッチ素子６，７のゲートに過大な電圧が印加されることがなく、かつ損失が小さく、駆動が容易な同期整流型スイッチング電源装置を構成することができる。 The synchronous rectification type switching power supply device of this embodiment suppresses the gate drive voltage of the auxiliary switch elements 14 and 19 for setting the gate voltage of the synchronous rectification switch elements 6 and 7 and reduces the synchronous rectification switch element 6 and 19. A necessary and sufficient voltage can be applied to the gate 7. As a result, a synchronous rectification type switching power supply device can be configured in which an excessive voltage is not applied to the gates of the synchronous rectification switching elements 6 and 7, the loss is small, and driving is easy.

また、同期整流型スイッチング電源装置においては、電源停止時に出力端子に外部から電圧を印加すると同期整流用のスイッチ素子がターンオンして回路に大電流が流れたり、同期整流回路が自励発振を起し、回路内に予期せぬ高電圧が発生して電源装置が破壊されてしまうといった問題が発生する場合がある。一方、本実施形態の同期整流型スイッチング電源装置によれば、同期整流用のスイッチ素子６，７を駆動する補助スイッチ素子１４，１９のゲート電圧が短時間で自然に低下するため、電源装置がスイッチング動作を停止した状態では同期整流用のスイッチ素子６，７がオンになることが無く、出力端子に外部から電圧が印加されても同期整流用のスイッチ素子６，７が誤ってオンする事がないという利点もある。 In a synchronous rectification type switching power supply, when a voltage is applied to the output terminal from the outside when the power is stopped, the synchronous rectification switch element is turned on and a large current flows through the circuit, or the synchronous rectification circuit causes self-excited oscillation. In some cases, however, an unexpected high voltage is generated in the circuit and the power supply device is destroyed. On the other hand, according to the synchronous rectification type switching power supply device of the present embodiment, the gate voltage of the auxiliary switch elements 14 and 19 that drive the synchronous rectification switch elements 6 and 7 naturally decreases in a short time. When the switching operation is stopped, the switching elements 6 and 7 for synchronous rectification are not turned on, and the switching elements 6 and 7 for synchronous rectification are erroneously turned on even when a voltage is applied to the output terminal from the outside. There is also an advantage that there is no.

なお、本実施例はフォワードコンバータに適用した例であるが、本発明はコンバータの基本回路に依存するものではないため、フォワードコンバータ以外の同期整流コンバータにも適用が可能である。 In addition, although a present Example is an example applied to the forward converter, since this invention does not depend on the basic circuit of a converter, it is applicable also to synchronous rectification converters other than a forward converter.

この発明の一実施形態の同期整流型スイッチング電源装置の概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram of a synchronous rectification switching power supply device according to an embodiment of the present invention. この実施形態の同期整流型スイッチング電源装置の各部の動作波形を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation waveform of each part of the synchronous rectification type switching power supply device of this embodiment. 従来の同期整流型スイッチング電源装置の概略回路図である。It is a schematic circuit diagram of the conventional synchronous rectification type switching power supply device. 従来の同期整流型スイッチング電源装置の各部の動作波形を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation waveform of each part of the conventional synchronous rectification type switching power supply device.

Explanation of symbols

１直流入力電源
２制御回路
３遅延回路
４主スイッチ素子
５主トランス
６整流用スイッチ素子
７転流用スイッチ素子
８，２３，１１，１５ダイオード
９放電用補助スイッチ素子
１３，１８ツェナーダイオード
１４整流側補助スイッチ素子
１９転流側補助スイッチ素子
２４ドライブトランス 1 DC input power supply 2 Control circuit
3 Delay circuit 4 Main switch element 5 Main transformer 6 Switch element for rectification 7 Switch element for commutation
8, 23, 11, 15 Diode 9 Discharge auxiliary switch element 13, 18 Zener diode 14 Rectifier side auxiliary switch element 19 Commutation side auxiliary switch element 24 Drive transformer

Claims

Synchronous rectification type switching power supply comprising a control circuit for driving a main switch element provided in a primary side circuit, and a rectification switch element for causing a current to flow in a secondary side circuit in synchronization with on / off of the main switch element In the apparatus, an auxiliary switch element that drives the rectifying switch element, a voltage limiting element that is connected to a control terminal of the auxiliary switch element and has a clamp voltage lower than each gate voltage rating of the rectifying switch element and the auxiliary switch element, The voltage limiter is connected in parallel, and the maximum value of the voltage is higher than the threshold voltage of the auxiliary switch element and lower than the clamp voltage of the voltage limiter, and between the voltage source and the control terminal. And a backflow prevention diode having a cathode connected to the control terminal side and an anode connected to the voltage source side. Synchronous rectification type switching power supply device according to claim.

The secondary circuit includes a rectification switch element and a commutation switch element, and is connected to a rectification side auxiliary switch element that drives the rectification switch element, and a control terminal of the rectification side auxiliary switch element, and the rectification switch A first voltage limiting element having a clamp voltage lower than each gate voltage rating of the element and the rectifying side auxiliary switch element, a commutation side auxiliary switch element that drives the commutation switch element, and control of the commutation side auxiliary switch element The synchronous rectification type switching power supply according to claim 1, further comprising a second voltage limiting element connected to a terminal and having a clamp voltage lower than each gate voltage rating of the commutation switch element and the commutation side auxiliary switch element. apparatus.

Among the voltage sources, the voltage source connected to the control terminal of the rectifying side auxiliary switch element is a secondary winding voltage of a drive transformer in which the primary winding is driven based on the output of the control circuit. The synchronous rectification type switching power supply device according to claim 2, wherein:

3. The synchronization according to claim 2, wherein the voltage source connected to the control terminal of the commutation side auxiliary switch element is based on the gate voltage of the rectification side switch element. Rectification type switching power supply.