JP5085159B2 - Isolation circuit - Google Patents
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Description
本発明は、一次巻線に入力するパルス信号を二次巻線から出力するトランスを用いたアイソレーション回路に関する。 The present invention relates to an isolation circuit using a transformer that outputs a pulse signal input to a primary winding from a secondary winding.
一般に、FETのゲートを高周波のパルス信号により駆動するゲート駆動回路は知られており、この種のゲート駆動回路には、パルス信号を付与する側とFET側を電気的に絶縁するアイソレーション回路を用いる場合も少なくない。この種のアイソレーション回路には、フォトカプラを用いたタイプやトランスを用いたタイプなど各種タイプが知られているが、それぞれ一長一短を有している。特に、トランスを使用したタイプは、一次巻線と二次巻線を有するトランスを使用することにより、一次巻線に入力するパルス信号を二次巻線から出力する機能を有するが、トランスを用いるが故に回路の小型化及び動作の高速化を図れない問題がある。 In general, a gate drive circuit that drives the gate of an FET with a high-frequency pulse signal is known, and this type of gate drive circuit includes an isolation circuit that electrically isolates the FET signal side from the pulse signal application side. There are many cases where it is used. Various types such as a type using a photocoupler and a type using a transformer are known as this type of isolation circuit, but each has advantages and disadvantages. In particular, the type using a transformer has a function of outputting a pulse signal input to the primary winding from the secondary winding by using a transformer having a primary winding and a secondary winding. Therefore, there is a problem that the circuit cannot be downsized and the operation speed cannot be increased.
一方、この問題を解決するアイソレーション回路として、従来、特許文献1で開示されるゲート駆動装置(アイソレーション回路)が知られている。このゲート駆動装置は、MOSFETのゲートを駆動するゲート駆動装置であって、入力される幅が可変なパルス波形を受けて微分し、このパルス波形の立ち上がり微分波形と立ち下がり微分波形を出力する微分回路と、ゲートに接続され、このゲートの入力容量に対して立ち上がり微分波形の電圧をホールドさせることにより、このゲートを駆動するホールド回路と、立ち上がり微分波形を基に、ゲートにホールドされている電圧を放電させる放電回路を備えたものである。
しかし、上述した従来のアイソレーション回路(ゲート駆動装置)は、次のような問題点があった。 However, the above-described conventional isolation circuit (gate driving device) has the following problems.
第一に、トランスのインダクタンスを利用して微分を行うため、図4に仮想線で示すように、実際の微分波形Sdには共振による振動波形Sdwを生じる。したがって、この振動波形Sdwの無用な逆電圧分VnがFETのゲートに付与されることにより、ゲート電圧が不安定に変動し、FETの誤動作を生じやすいなど、動作の安定性及び信頼性に難がある。 First, since differentiation is performed using the inductance of the transformer, a vibration waveform Sdw due to resonance is generated in the actual differential waveform Sd as shown by a virtual line in FIG. Therefore, when the unnecessary reverse voltage Vn of the vibration waveform Sdw is applied to the gate of the FET, the gate voltage fluctuates in an unstable manner, and the malfunction of the FET is likely to occur. There is.
第二に、FETのゲートにおける入力静電容量は、微分波形Sdにより充電されるが、この充電は、微分波形Sdにおける主に上端尖形のピーク電圧Vp付近で行われる。しかし、ピーク電圧Vp前後の時間は極めて短く、しかも、トランスのインダクタンスやライン抵抗による電圧降下も加味されるため、FETのゲート電圧Vgは、図4に仮想線で示すように低くなる傾向がある。したがって、ゲート電圧Vgを高くするには、トランスの二次巻線の巻数を増やす必要があるなど、電力損失の増加、これに基づく効率の低下、更には製作上のコストアップを招く。 Secondly, the input capacitance at the gate of the FET is charged by the differential waveform Sd, and this charging is performed mainly in the vicinity of the peak voltage Vp having the top edge of the differential waveform Sd. However, the time before and after the peak voltage Vp is extremely short, and voltage drop due to transformer inductance and line resistance is taken into account, so that the gate voltage Vg of the FET tends to be low as shown by a virtual line in FIG. . Therefore, in order to increase the gate voltage Vg, it is necessary to increase the number of turns of the secondary winding of the transformer. This causes an increase in power loss, a decrease in efficiency based on this, and an increase in manufacturing cost.
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したアイソレーション回路の提供を目的とするものである。 The object of the present invention is to provide an isolation circuit that solves the problems in the background art.
本発明は、上述した課題を解決するため、少なくとも一次巻線2fと二次巻線2rを有するトランス2を備え、一次巻線2fを含む一次回路Cfに入力するパルス信号Psを二次巻線2rを含む二次回路Crから出力するアイソレーション回路1を構成するに際して、第一巻線2fa及び第二巻線2fbにより構成した一次巻線2fを有するトランス2を備え、一次回路Cfに、パルス信号Psの立上がりPsaに同期し、かつパルス信号Psのパルス幅Tpよりも短いパルス幅Tsaを有する第一短パルス信号Sa、及びパルス信号Psの立下がりPsbに同期し、かつパルス信号Psのパルス幅Tpよりも短いパルス幅Tsbを有する第二短パルス信号Sbを生成することにより、第一短パルス信号Saを第一巻線2faに入力させ、かつ第二短パルス信号Sbを第二巻線2fbに入力させる短パルス生成手段3と、第一短パルス信号Saによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分Vpwを放電させ、かつ第二短パルス信号Sbによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分Vnwを放電させる放電手段4を設けるとともに、二次回路Crに、二次巻線2rに流れる二次電流Iopを充電する充電手段5を設けてなることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention includes a
この場合、発明の好適な態様により、短パルス生成手段3は、一次巻線2fに接続した第一スイッチ回路11と、この第一スイッチ回路11をON/OFF制御する第一切変回路12を備えて構成できる。また、放電手段4は、一次巻線2fに接続した第二スイッチ回路13と、この第二スイッチ回路13をON/OFF制御する第二制御回路14を備えて構成できる。この際、放電手段4は、第一巻線2faに第一短パルス信号Saが付与されてから所定期間にわたって第二巻線2fbから第一短パルス信号Saによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分Vpwを放電させ、かつ第二巻線2fbに第二短パルス信号Sbが付与されてから所定期間にわたって第一巻線2faから第二短パルス信号Sbによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分Vnwを放電させる放電回路15により構成することができる。さらに、充電手段5には、二次回路Crに接続したコンデンサ16(及び/又は二次回路Crに接続したFET17のゲート17gに発生する浮遊静電容量)を利用できる。
In this case, according to a preferred aspect of the invention, the short pulse generating means 3 includes a
このような構成を有する本発明に係るアイソレーション回路1によれば、次のような顕著な効果を奏する。
According to the
(1) パルス信号Psのパルス幅Tpよりも短いパルス幅Tsa及びTsbを有する第一短パルス信号Sa及び第二短パルス信号Sbを用いるとともに、第一短パルス信号Sa及び第二短パルス信号Sbによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分Vpw及びVnwを放電させるようにしたため、二次回路Crから無用な逆電圧分Vpw及びVnwが出力して誤動作を生じる不具合を回避でき、もって、動作の安定性及び信頼性を高めることができる。
(1) The first short pulse signal Sa and the second short pulse signal Sb are used while using the first short pulse signal Sa and the second short pulse signal Sb having pulse widths Tsa and Tsb shorter than the pulse width Tp of the pulse signal Ps. Since the reverse voltage components Vpw and Vnw of the stored energy of the
(2) パルス信号Psの立上がりPsaに同期し、かつパルス信号Psのパルス幅Tpよりも短いパルス幅Tsaを有する第一短パルス信号Sa、及びパルス信号Psの立下がりPsbに同期し、かつパルス信号Psのパルス幅Tpよりも短いパルス幅Tsbを有する第二短パルス信号Sbを一次巻線2fに入力させるようにしたため、二次回路Crの出力電圧Voを高くすることができる。これにより、二次巻線2rの巻数を少なくできるなど、電力損失の低減,高効率化及び製作上のコストダウンを図ることができる。
(2) Synchronized with the first short pulse signal Sa having a pulse width Tsa shorter than the pulse width Tp of the pulse signal Ps and in synchronization with the rising Psa of the pulse signal Ps, and with the falling Psb of the pulse signal Ps Since the second short pulse signal Sb having a pulse width Tsb shorter than the pulse width Tp of the signal Ps is input to the
(3) 一次巻線2fを、第一巻線2fa及び第二巻線2fbにより構成し、第一巻線2faに第一短パルス信号Saを付与し、かつ第二巻線2fbに第二短パルス信号Sbを付与するようにしたため、トランス2自身の利用により、アイソレーション回路1の実施の容易化及び動作の確実化を図ることができる。
(3) The
(4) 好適な態様により、短パルス生成手段3を、一次巻線2fに接続した第一スイッチ回路11と、この第一スイッチ回路11をON/OFF制御する第一制御回路12により構成すれば、スイッチと単純な回路の組合わせにより実施できるため、低コスト化及び小型コンパクト化に寄与できる。
(4) According to a preferred embodiment, the short pulse generating means 3 is constituted by the
(5) 好適な態様により、放電手段4を、一次巻線2fに接続した第二スイッチ回路13と、この第二スイッチ回路13をON/OFF制御する第二制御回路14により構成すれば、スイッチと単純な回路の組合わせにより実施できるため、低コスト化及び小型コンパクト化に寄与できる。
(5) According to a preferred embodiment, if the discharge means 4 is constituted by the
(6) 好適な態様により、放電手段4を、第一巻線2faに第一短パルス信号Saが付与されてから所定期間にわたって第二巻線2fbから第一短パルス信号Saによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分Vpwを放電させ、かつ第二巻線2fbに第二短パルス信号Sbが付与されてから所定期間にわたって第一巻線2faから第二短パルス信号Sbによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分Vnwを放電させる放電回路15により構成すれば、十分な放電時間の確保によりトランス2に蓄積された蓄積エネルギを確実に放電させることができる。
(6) According to a preferred aspect, the discharging means 4 causes the
(7) 好適な態様により、充電手段5として、二次回路Crに接続したコンデンサ16及び/又は二次回路Crに接続したFET17のゲート17gに発生する浮遊静電容量を利用すれば、充電手段5を容易かつ低コストに構成することができる。
(7) According to a preferred embodiment, the charging means 5 may be the charging means 5 by using the
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。 Next, the best embodiment according to the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.
まず、本発明に係るアイソレーション回路1の基本原理について、図3〜図6を参照して説明する。
First, the basic principle of the
図3にアイソレーション回路1の原理構成を示す。同図中、2は一次巻線2fと二次巻線2rを有するトランスを示し、このトランス2の一次巻線2fは、中間タップ2mを設けることにより第一巻線2faと第二巻線2fbにより構成する。この場合、第一巻線2faと第二巻線2fbの巻数は、必ずしも同一に設定することを要しない。このように、一次巻線2fを、第一巻線2fa及び第二巻線2fbにより構成すれば、第一巻線2faに後述する第一短パルス信号Saを付与し、かつ第二巻線2fbに後述する第二短パルス信号Sbを付与できるため、トランス2自身の利用により、アイソレーション回路1の実施の容易化及び動作の確実化を図れる利点がある。また、21p,21nは直流が入力する入力端子を示し、21pは正側、21nは負側となる。
FIG. 3 shows the principle configuration of the
一方、トランス2の一次側には、一次巻線2fを含む一次回路Cfを設けるとともに、トランス2の二次側には、二次巻線2rを含む二次回路Crを設ける。一次回路Cfには、一次巻線2fに接続した短パルス生成手段3側の第一スイッチ回路11と一次巻線2fに接続した放電手段4側の第二スイッチ回路13を備える。第一スイッチ回路11は、第一スイッチ部11aと第二スイッチ部11bを有する。この場合、一次巻線2f(第一巻線2fa)の巻終端子は、第一スイッチ部11aを介して入力端子21pに接続するとともに、一次巻線2f(第二巻線2fb)の巻始端子は、第二スイッチ部11bを介して入力端子21pに接続する。第二スイッチ回路13は、第一ダイオード22a,第二ダイオード22b,第三スイッチ部13a及び第四スイッチ部13bを備える。この場合、一次巻線2f(第一巻線2fa)の巻終端子は、順方向の第一ダイオード22aと第三スイッチ部13aの直列回路を介して中間タップ2mに接続するとともに、一次巻線2f(第二巻線2fb)の巻始端子は、順方向の第二ダイオード22bと第四スイッチ部13bの直列回路を介して中間タップ2mに接続する。また、トランス2の中間タップ2mは負側の入力端子21nに接続する。
On the other hand, a primary circuit Cf including a
他方、二次回路Crを構成する二次巻線2rの巻終端子は、順方向のダイオード23を介して一方(正側)の出力端子24pに接続し、かつ二次巻線2rの巻始端子は他方(負側)の出力端子24nに接続するとともに、出力端子24pと24n間には、充電手段5を構成するコンデンサ16を接続する。
On the other hand, the winding end terminal of the secondary winding 2r constituting the secondary circuit Cr is connected to one (positive side)
このような原理構成を有するアイソレーション回路1の主要動作は次のようになる。今、一次回路Cfに、電圧Vi及びパルス幅Tpのパルス信号Psが入力する場合を想定する。アイソレーション回路1では、図3での図示を省略した短パルス生成手段3により、パルス信号Psの立上がりPsaに同期し、かつパルス信号Psのパルス幅Tpよりも十分に短いパルス幅Tsaを有する第一短パルス信号Sa、及びパルス信号Psの立下がりPsbに同期し、かつパルス信号Psのパルス幅Tpよりも短いパルス幅Tsbを有する第二短パルス信号Sbが生成される。図4に、パルス信号Ps及び第一短パルス信号Saを示す。
The main operation of the
そして、第一短パルス信号Saにより第一スイッチ部11aがONするとともに、パルス信号Psの立上がりPsaに同期して第四スイッチ部13bがONする。即ち、第一スイッチ部11aと第四スイッチ部13bが同時にONする。なお、第二スイッチ部11bと第三スイッチ部13aはOFFである。また、第一スイッチ部11aはパルス幅Tsaに対応する時間が経過した後にOFFする。図3に示すように、第一スイッチ部11aがONすることにより、第一短パルス信号Saに基づく一次電流Icaが、第一スイッチ部11aと第一巻線2faを通して流れるとともに、これに基づく二次電流Ioが二次巻線2rに流れる。これにより、コンデンサ16が二次電流Ioにより充電され、コンデンサ16の端子電圧、即ち、出力端子24pと24n間の出力電圧がVoとして保持される。この出力電圧Voを図4に示す。この出力電圧Voは、図3での図示を省略した二次側放電回路32により放電が行われるまで維持(保持)される。
Then, the
ところで、第一短パルス信号Saは矩形波形であり、図4に従来例として仮想線で示した微分波形Sdのように上端尖形とはならない。即ち、第一短パルス信号Saは、一定のパルス幅Tsa(面積)を有するため、二次回路Crに接続したコンデンサ16は、十分な電荷により充電され、高い出力電圧Voを得ることができる。
By the way, the first short pulse signal Sa has a rectangular waveform, and does not have an upper-pointed shape like the differential waveform Sd shown by a virtual line in FIG. 4 as a conventional example. That is, since the first short pulse signal Sa has a constant pulse width Tsa (area), the
他方、第一スイッチ部11aがOFFしても、この第一スイッチ部11aと同時にONした第四スイッチ部13bはONを継続する。したがって、第一スイッチ部11aがOFFし、第一短パルス信号Saが付与されなくなれば、第一短パルス信号Saによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分Vpwがトランス2から放電する。即ち、図3に示すように、第二巻線2fbから、第二ダイオード22b及び第四スイッチ部13bを通して放電電流Iraが流れる。
On the other hand, even if the
ところで、放電電流Iraが流れなければ、図6に示すように、二次巻線2rの端子電圧Vopには第一短パルス信号Saによる振動波形が発生する。しかし、放電電流Iraを流すことにより、第一短パルス信号Saによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分Vpwがトランス2から放電し、図5に示す端子電圧Vopのように振動波形は発生しない。この場合、第四スイッチ部13bのONにより第二巻線2fbは実質的に短絡することになるが、第一短パルス信号Saに基づく逆電圧分Vpwの蓄積エネルギは僅かであり、ライン抵抗やトランス2のインダクタンスにより消費される。したがって、実際には、図5に示すように、僅かな放電電圧Vrpを発生するが、誤動作を生じるほどの大きさ(電圧)にはならない。なお、図6中、Vonは第二短パルス信号Sbによる二次巻線2rの端子電圧、Vnwは第二短パルス信号Sbによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分をそれぞれ示す。
By the way, if the discharge current Ira does not flow, as shown in FIG. 6, a vibration waveform by the first short pulse signal Sa is generated in the terminal voltage Vop of the secondary winding 2r. However, by causing the discharge current Ira to flow, the reverse voltage Vpw of the stored energy of the
以上、第一短パルス信号Saが一次回路Cfに付与されたときの挙動(動作)について説明したが、第二短パルス信号Sbが一次回路Cfに付与された場合も、正側と負側が反転する点を除いて、そのときの挙動(動作)は、第一短パルス信号Saが一次回路Cfに付与されたときの挙動(動作)と同じになる。 The behavior (operation) when the first short pulse signal Sa is applied to the primary circuit Cf has been described above, but the positive side and the negative side are also inverted when the second short pulse signal Sb is applied to the primary circuit Cf. Except for this point, the behavior (operation) at that time is the same as the behavior (operation) when the first short pulse signal Sa is applied to the primary circuit Cf.
次に、本実施形態に係るアイソレーション回路1の回路例について、図1及び図2を参照して説明する。
Next, a circuit example of the
まず、同回路例に係るアイソレーション回路1の構成について、図1を参照して説明する。なお、図1は、図3に示した原理構成を包含する。したがって、図1において、図3と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。また、例示のアイソレーション回路1は、FET17のゲート17gを高周波のパルス信号Psにより駆動するゲート駆動回路Mに用いたものである。
First, the configuration of the
図1において、51は主制御回路であり、この主制御回路51には第二制御回路14を含む。主制御回路51は直流が入力する入力端子21p及び21nに接続する。主制御回路51は、図2(c)に示すパルス信号Psを生成する機能を有しており、このパルス信号Psは、本実施形態に係るアイソレーション回路1が入出力対象とするパルス信号となる。このパルス信号Psの周波数は、通常、数十〜数百〔kHz〕が想定される。また、主制御回路51に備える第二制御回路14は、パルス信号Psを出力する非反転出力部14pとこのパルス信号Psを反転させた図2(d)に示す反転パルス信号Psnを出力する反転出力部14nを有する。そして、パルス信号Psにより第四スイッチ部13bをON/OFF制御するとともに、反転パルス信号Psnにより第三スイッチ部13aをON/OFF制御する。なお、第三スイッチ部13a及び第四スイッチ部13bには、FET等のスイッチング素子を用いることができる。
In FIG. 1, 51 is a main control circuit, and the
したがって、第三スイッチ部13a及び第四スイッチ部13bは、一次巻線2fに接続した第二スイッチ回路13を構成するとともに、この第二スイッチ回路13及び第二制御回路14は、放電回路15(放電手段4)を構成する。このように構成する放電回路15(放電手段4)を用いれば、スイッチと単純な回路の組合わせにより実施できるため、低コスト化及び小型コンパクト化に寄与できる利点がある。
Accordingly, the
また、52は副制御回路であり、第一制御回路12を構成する。この第一制御回路12は入力端子21p及び21nに接続する。第一制御回路12は、入力部12pi及び12niを有し、入力部12piは、第二制御回路14の非反転出力部14pに接続するとともに、入力部12niは、第二制御回路14の反転出力部14nに接続する。第一制御回路12は、パルス信号Psの立上がりPsaに同期し、かつパルス信号Psのパルス幅Tpよりも十分に短いパルス幅Tsaを有する図2(a)に示す第一短パルス信号Saを生成するとともに、パルス信号Psの立下がりPsbに同期し、かつパルス信号Psのパルス幅Tpよりも十分に短いパルス幅Tsbを有する図2(b)に示す第二短パルス信号Sbを生成する機能を備える。そして、第一制御回路12は、生成した第一短パルス信号Saを出力する前パルス出力部12po及び生成した第二短パルス信号Sbを出力する後パルス出力部12noを有しており、第一短パルス信号Saにより第一スイッチ部11aをON/OFF制御するとともに、第二短パルス信号Sbにより第二スイッチ部11bをON/OFF制御する。なお、第一スイッチ部11a及び第二スイッチ部11bには、FET等のスイッチング素子を用いることができる。
したがって、第一スイッチ部11a及び第二スイッチ部11bは、一次巻線2fに接続した第一スイッチ回路11を構成するとともに、この第一スイッチ回路11及び第一制御回路12は、第一短パルス信号Saと第二短パルス信号Sbを生成して一次巻線2fに入力させる短パルス生成手段3を構成する。このように構成する短パルス生成手段3を用いれば、スイッチと単純な回路の組合わせにより実施できるため、低コスト化及び小型コンパクト化に寄与できる利点がある。
Therefore, the
他方、トランス2の二次巻線2rの巻終端子は、順方向のダイオード23を介して一方(正側)の出力端子24pに接続するとともに、二次巻線2rの巻始端子は逆方向のダイオード25を介して他方(負側)の出力端子24nに接続する。また、出力端子24pと24n間には、充電手段5を構成するコンデンサ16とスイッチ手段を構成するFET27を接続するとともに、出力端子24nから二次巻線2rの巻終端子には、順方向のダイオード26を接続する。この場合、ダイオード23とコンデンサ16は、出力電圧Voを保持する保持回路31を構成するとともに、ダイオード25,26及びFET27は、二次側放電回路32を構成する。二次側放電回路32は、第二短パルス信号Sbが付与された際に、ダイオード25,26によりバイアス電圧を生成し、このバイアス電圧によりFET27をONにする。これにより、コンデンサ16の両端が短絡してコンデンサ16に充電(保持)されていた電荷が放電される。このように、充電手段5として、出力端子24pと24n間に接続したコンデンサ16を利用すれば、充電手段5を容易かつ低コストに構成できる利点がある。なお、例示のアイソレーション回路1は、出力端子24pと24nにFET17を接続するため、FET17のゲート17gに発生する浮遊静電容量も充電手段5として利用できる。
On the other hand, the winding end terminal of the secondary winding 2r of the
次に、本実施形態に係るアイソレーション回路1の動作について、図2を参照して説明する。
Next, the operation of the
まず、第二制御回路14では、図2(c)に示すパルス信号Psが生成される。このパルス信号Psは、電圧がVi,パルス幅がTpのパルス(ディーティ比:50〔%〕)を有し、周波数は、数十〜数百〔kHz〕が想定される。また、Psaはパルス信号Psの立上がり、Psbはパルス信号Psの立下がりを示している。
First, the
今、第二制御回路14の非反転出力部14pからパルス信号Psが出力し、このパルス信号Psは立上がりPsaのタイミングにあるものとする。これにより、第一制御回路12では、図2(a)に示す第一短パルス信号Saが生成される。そして、第一短パルス信号Saにより第一スイッチ部11aがパルス幅TsaだけONする。また、第四スイッチ部13bは、図2(c)に示すパルス幅TpだけONする。第一スイッチ部11aのON期間中は、第一巻線2faに一次電流Icaが流れるとともに、二次巻線2rに正方向の二次電流Iopが流れる。これにより、二次巻線2rには、図2(e)に示す正側の二次電圧Vopが誘起される。この結果、二次電流Iopによりコンデンサ16が充電され、コンデンサ16の端子電圧はVoになるとともに、このVoは出力電圧として保持される。図2(f)に出力電圧Voを示す。
Now, it is assumed that the pulse signal Ps is output from the
一方、第一スイッチ部11aのON期間の経過により、第一スイッチ部11aがOFFし、第四スイッチ部13bのみがONとなる。これにより、第二巻線2fbから放電電流Iraが流れる。即ち、第二巻線2fbから第一短パルス信号Saによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分Vpw(負側)が放電する。この放電が許容される期間は、パルス幅Tpに対応する期間となる。この場合、前述したように、僅かな放電電圧Vrp(図2(e)参照)が発生するが、誤動作を生じるほどの大きさ(電圧)にはならない。このように、第一巻線2faに第一短パルス信号Saが付与されてからパルス幅Tpに対応する所定期間にわたって第二巻線2fbから蓄積エネルギの逆電圧分Vpwを放電させれば、トランス2に蓄積された蓄積エネルギを確実に放電させることができる利点がある。
On the other hand, with the elapse of the ON period of the
さらに、第二制御回路14の非反転出力部14pから出力するパルス信号Psが立下がりPsbに達すれば、反転出力部14nから出力する反転パルス信号Psnの立上がりPsaが第一制御回路12に付与される。これにより、第一制御回路12では、図2(b)に示す第二短パルス信号Sbが生成される。そして、第二短パルス信号Sbにより第二スイッチ部11bがパルス幅TsbだけONする。また、第三スイッチ部13aは、図2(d)に示すパルス幅TpだけONする。第二スイッチ部11bのON期間中は、第二巻線2fbに一次電流Icbが流れるとともに、二次巻線2rに負方向の二次電流Ionが流れる。これにより、二次巻線2rには、図2(e)に示す負側の二次電圧Vonが誘起され、ダイオード25,26によりバイアス電圧が生成されるため、このバイアス電圧によりFET27がONする。この結果、コンデンサ16の両端が短絡され、コンデンサ16に充電(保持)されていた電荷が放電する。即ち、コンデンサ16の端子電圧(出力電圧Vo)はゼロレベルとなる(図2(f)参照)。
Further, when the pulse signal Ps output from the
他方、第二スイッチ部11bのON期間の経過により、第二スイッチ部11bがOFFし、第三スイッチ部13aのみがONとなる。これにより、第一巻線2faから放電電流Irbが流れる。即ち、第一巻線2faから第二短パルス信号Sbによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分Vnw(正側)が放電する。この放電が許容される期間は、パルス幅Tpに対応する期間となる。この場合、前述したように、僅かな放電電圧Vrn(図2(e)参照)が発生するが、誤動作を生じるほどの大きさ(電圧)にはならない。このように、第二巻線2fbに第二短パルス信号Sbが付与されてからパルス幅Tpに対応する所定期間にわたって第一巻線2faから蓄積エネルギの逆電圧分Vnwを放電させれば、トランス2に蓄積された蓄積エネルギを確実に放電させることができる利点がある。以下、同様の動作(サイクル)が繰返される。
On the other hand, with the passage of the ON period of the
よって、このような本実施形態に係るアイソレーション回路1によれば、パルス信号Psの立上がりPsaに同期し、かつパルス信号Psのパルス幅Tpよりも短いパルス幅Tsaを有する第一短パルス信号Sa、及びパルス信号Psの立下がりPsbに同期し、かつパルス信号Psのパルス幅Tpよりも短いパルス幅Tsbを有する第二短パルス信号Sbを一次巻線2fに入力させるようにしたため、二次巻線2rからの出力電圧Voを高くすることができる。これにより、二次巻線2rの巻数を少なくできるなど、電力損失の低減,高効率化及び製作上のコストダウンを図ることができる。また、パルス信号Psのパルス幅Tpよりも短いパルス幅Tsa及びTsbを有する第一短パルス信号Sa及び第二短パルス信号Sbを用いるとともに、第一短パルス信号Sa及び第二短パルス信号Sbによるトランス2の蓄積エネルギの逆電圧分Vpw及びVnwを放電させるようにしたため、二次回路Crから無用な逆電圧分Vpw及びVnwが出力して誤動作を生じる不具合を回避でき、もって、動作の安定性及び信頼性を高めることができる。
Therefore, according to the
なお、図7には、アイソレーション回路1の変更実施形態を示す。図7に示すアイソレーション回路1は、特に、トランス2の二次側に設けた二次回路Crを変更したものである。即ち、トランス2の二次巻線2rは、中間タップ2rmを設けることにより、本来の二次巻線2roと補助巻線2rsにより構成する。そして、補助巻線2rs,ダイオード41,抵抗42及びトランジスタ43により二次側放電回路44を構成する。この二次側放電回路44は、図1に示したダイオード25,26及びFET27により構成する二次側放電回路32と同様の機能を発揮させることができる。図7中、図1と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にした。
FIG. 7 shows a modified embodiment of the
以上、最良の実施形態(変更実施形態)について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の回路構成,形状,部品,数量,数値,制御方法等において、本発明の精神を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。 Although the best embodiment (modified embodiment) has been described in detail above, the present invention is not limited to such an embodiment, and detailed circuit configuration, shape, parts, quantity, numerical value, and control method In this manner, any change, addition, or deletion can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、第一巻線2faと第二巻線2fbは、トランス2の一次巻線2fに中間タップ2mを設けて構成した場合を示したが、第一巻線2faと第二巻線2fbは、それぞれ独立した別巻線により構成してもよい。また、パルス信号Psを主制御回路51により生成した例を挙げたが、別途の外部回路からパルス信号Psを入力させてもよい。さらに、放電手段4における蓄積エネルギの放電させる所定期間として、第一巻線2faに第一短パルス信号Saが付与されてから第二短パルス信号Sbが付与されるまでのパルス幅Tpに対応する期間、又は第二巻線2fbに第二短パルス信号Sbが付与されてから第一短パルス信号Saが付与されるまでのパルス幅Tpに対応する期間を示したが、この所定期間は任意の長さに設定することができる。他方、充電手段5として、コンデンサ16を示したが、出力端子24p及び24nにFET17を接続した場合には、FET17のゲート17gに発生する浮遊静電容量を利用してもよいし、これら双方を利用してもよい。なお、アイソレーション回路1としてFETのゲート駆動回路Mに利用する場合を示したが、同様のアイソレーション機能を必要とする各種回路及び各種装置に利用できる。
For example, the case where the first winding 2fa and the second winding 2fb are configured by providing the primary winding 2f of the
1:アイソレーション回路,2:トランス,2f:一次巻線,2fa:第一巻線,2fb:第二巻線,2r:二次巻線,3:短パルス生成手段,4:放電手段,5:充電手段,11:第一スイッチ回路,12:第一制御回路,13:第二スイッチ回路,14:第二制御回路,15:放電回路,16:コンデンサ,17:FET,17g:ゲート,Ps:パルス信号,Psa:パルス信号の立上がり,Psb:パルス信号の立下がり,Sa:第一短パルス信号,Sb:第二短パルス信号,Tp:パルス信号のパルス幅(所定期間),Tsa:第一短パルス信号のパルス幅,Tsb:第二短パルス信号のパルス幅,Vpw:逆電圧分,Vnw:逆電圧分 1: isolation circuit, 2: transformer, 2f: primary winding, 2fa: first winding, 2fb: second winding, 2r: secondary winding, 3: short pulse generating means, 4: discharging means, 5 : Charging means, 11: first switch circuit, 12: first control circuit, 13: second switch circuit, 14: second control circuit, 15: discharge circuit, 16: capacitor, 17: FET, 17g: gate, Ps : Pulse signal, Psa: rise of pulse signal, Psb: fall of pulse signal, Sa: first short pulse signal, Sb: second short pulse signal, Tp: pulse width of pulse signal (predetermined period), Tsa: first Pulse width of one short pulse signal, Tsb: Pulse width of second short pulse signal, Vpw: reverse voltage, Vnw: reverse voltage
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