JP4175109B2

JP4175109B2 - Switching power supply

Info

Publication number: JP4175109B2
Application number: JP2002380265A
Authority: JP
Inventors: 好司松本; 信夫平林
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004215356A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子を有する整流回路を備えて構成されるスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４（ａ）は、一般的なスイッチング電源装置を示す図である。
図４（ａ）に示すスイッチング電源装置４０は、電源４１と、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４２−１〜４２−４からなるフルブリッジ回路４２と、トランス４３と、ＭＯＳＦＥＴ４４−１及び４４−２からなる同期整流回路４４と、コイル４５と、コンデンサ４６と、バッテリ４７とを備えて構成される。
【０００３】
上記スイッチング電源装置４０は、フルブリッジ回路４２のＭＯＳＦＥＴ４２−１と４２−３の組と、ＭＯＳＦＥＴ４２−２と４２−４の組とを交互にオン、オフすることにより、電源４１の直流電力を所望な交流電力に変換し、その変換された交流電力をトランス４３を介して、同期整流回路４４で整流し、コイル４５及びコンデンサ４６で整流された電力を平滑し、その平滑された電力をバッテリ４７に蓄電する。
【０００４】
一般に、ＭＯＳＦＥＴは、ダイオードよりも導通時の電圧降下を抑えることができ、ＭＯＳＦＥＴを使用する同期整流回路４４は、ダイオードを用いる整流回路よりも電力損失を抑えることができる。そのため、同期整流回路４４を使用するスイッチング電源回路４０は、ダイオードを使用するスイッチング電源回路よりも高効率化と小型化が可能となる。
【０００５】
また、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子を使用して構成される同期整流回路は、トランスの２次側電圧に基づいて各ＭＯＳＦＥＴの駆動制御を行う自励式と、自身の装置とは独立した制御回路からの制御信号に基づいて、各ＭＯＳＦＥＴの駆動制御を行う他励式とがあり（例えば、特許文献１参照）、どちらの方式においても、トランスの２次側電圧を短絡しないように、２つのＭＯＳＦＥＴを制御する必要がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１４５３４８号（第２〜４頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、他励式の同期整流回路を備えるスイッチング電源装置４０は、以下のような問題がある。
（１）図４（ｂ）に示すように、フルブリッジ回路４２のＭＯＳＦＥＴ４２−１〜４２−４が全てオフしている場合で、且つ、ＭＯＳＦＥＴ４４−１及び４４−２が同時にオンする場合（２次側ショートモード）、バッテリ４７に蓄えられていた電荷がＭＯＳＦＥＴ４４−１、ＭＯＳＦＥＴ４４−２、及びコイル４５を通って流出してしまい、バッテリ４７の電圧を低下させてしまうという問題がある。また、バッテリ４７の電荷が流出した場合に、ＭＯＳＦＥＴ４４−１、ＭＯＳＦＥＴ４４−２、及びコイル４５に過電流が流れてしまうと、ＭＯＳＦＥＴ４４−１及び４４−２を破損させるおそれがある。
【０００８】
（２）また、図４（ｃ）に示すように、フルブリッジ回路４２のＭＯＳＦＥＴ４２−１〜４２−４が全てオフしている場合で、且つ、ＭＯＳＦＥＴ４４−１又は４４−２のどちらか一方がオンしている場合（回生モード）、バッテリ４７に蓄えられていた電荷がトランス４３を介してＭＯＳＦＥＴ４２−１〜４２−４の各寄生ダイオードなどに流れ、バッテリ４７の電圧を低下させてしまうという問題がある。また、過電流が、ＭＯＳＦＥＴ４４−１又は４４−２と、ＭＯＳＦＥＴ４２−１〜４２−４に流れ、各素子を破損させるおそれがある。
【０００９】
このように、スイッチング電源装置４０の出力側にバッテリ４７を接続する場合で、且つ、同期整流回路４４がオンすると、バッテリ４７の電荷がスイッチング電源装置４０の２次側（図４においてトランス４３の右側の回路）を通って流出してしまい、バッテリ４７の電圧を低下させてしまう。また、バッテリ４７の電荷の流出によりＭＯＳＦＥＴ４２−１〜４２−４やＭＯＳＦＥＴ４４−１又は４４−２を破損させてしまうおそれがある。
【００１０】
本発明は、上記問題点を考慮し、負荷として接続される電源の電圧低下及びスイッチング素子の破損を防止することが可能なスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のように構成した。
すなわち、本発明のスイッチング電源装置は、トランスと、前記トランスの一次側巻線に接続された第１のスイッチング素子を備え、該第１のスイッチング素子のオン、オフに応じて、入力電源の電力を所定の電力に変換する電力変換回路と、前記第１のスイッチング素子のオン、オフを制御する第１の制御回路と、前記トランスの二次側巻線に接続された第２のスイッチング素子を備え、前記電力変換回路で変換された電力を整流し、その整流された電力を負荷としての電源に充電する整流回路と、前記第２のスイッチング素子のオン、オフを制御する第２の制御回路と、前記第１及び第２の制御回路の駆動開始又は駆動停止を制御する第３の制御回路と、を有する。前記第３の制御回路は、当該スイッチング電源装置の起動時、前記第１の制御回路の駆動を開始させて前記第１のスイッチング素子を駆動させてから第１の所定時間経過後に前記第２の制御回路の駆動を開始させて前記第２のスイッチング素子を駆動させるとともに、当該スイッチング電源装置の停止時、前記第２の制御回路の駆動を停止させて前記第２のスイッチング素子の駆動を停止させてから第２の所定時間経過後に前記第１の制御回路の駆動を停止させて前記第１のスイッチング素子の駆動を停止させる制御を行う。前記第１の所定時間は、当該スイッチング電源装置の起動時に、前記電力変換回路が停止している期間に前記整流回路が駆動されることを回避する時間である。前記第２の所定時間は、当該スイッチング電源装置の停止時に、前記電力変換回路が停止している期間に前記整流回路が駆動されることを回避する時間である。
【００１２】
これより、第２の制御回路のみが駆動することがなくなるので、第２のスイッチング素子がオン、オフすることによって、負荷としての電源に充電されていた電荷の流出を防ぐことができ、その負荷としての電源の電圧低下やスイッチング素子の破損を防止することが可能となる。
【００１３】
また、上記スイッチング電源装置の第３の制御回路は、当該スイッチング電源装置が起動すると、電圧値が徐々に上昇し、当該スイッチング電源装置が停止する際に、電圧値が徐々に下降する電圧を出力する昇降圧回路と、該昇降圧回路から出力される電圧の電圧値が第１の基準電圧値よりも上昇すると、上記第１の制御回路の駆動を開始させ、上記昇降圧回路から出力される電圧の電圧値が上記第１の基準電圧値よりも下降すると、上記第１の制御回路の駆動を停止させる第１の比較回路と、上記昇降圧回路から出力される電圧の電圧値が第２の基準電圧値よりも上昇すると、上記第２の制御回路の駆動を開始させ、上記昇降圧回路から出力される電圧の電圧値が上記第２の基準電圧値よりも下降すると、上記第２の制御回路の駆動を停止させる第２の比較回路とを備え、上記第２の基準電圧値が、上記第１の基準電圧値よりも高くなるように構成してもよい。
【００１４】
このように、第２の基準電圧値が、第１の基準電圧値よりも高いので、第３の制御回路は、第１の制御回路が駆動しないとき、常に、第２の制御回路も駆動させないように制御することができる。これより、第２の制御回路のみが駆動することがないので、第２のスイッチング素子がオン、オフすることによって、負荷としての電源に充電されていた電荷の流出を防ぐことができる。これより、負荷としての電源の電圧低下及びスイッチング素子の破損を防止することが可能となる。
【００１５】
また、第１及び第２の比較回路は、例えば、ＭＯＳなどの半導体素子で構成することができるので、スイッチング電源装置の大型化を抑えることができる。
また、上記スイッチング電源装置は、コンデンサに充電される電荷量に応じて、上記複数の第１のスイッチング素子及び上記複数の第２のスイッチング素子のそれぞれのオン時間を徐々に増減させるソフトスタート回路を備え、上記第３の制御回路は、上記コンデンサに充電される電荷量に基づいて、上記第１及び第２の制御回路の駆動を開始又は停止させるように構成してもよい。
【００１６】
このように、スイッチング電源装置の駆動開始の際に発生するスイッチング素子への過電流を抑制するために備えるコンデンサを、第１及び第２の制御回路の駆動を制御するためにも使用することにより、新たにコンデンサを備えることなく、第２の制御回路のみが駆動することを防ぐことができる。これより、スイッチング電源装置の大型化を抑えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態のスイッチング電源装置１０を示す図である。尚、図１に示すスイッチング電源装置１０において、図４（ａ）に示すスイッチング電源装置４０と同一の構成については、同じ符号を付け、その説明を省略する。
【００１８】
図１に示すように、スイッチング電源装置１０は、電源４１（入力電源）と、フルブリッジ回路４２（電力変換回路）と、トランス４３と、同期整流回路４４（整流回路）と、コイル４５と、コンデンサ４６と、バッテリ４７（負荷としての電源）と、フルブリッジ回路４２の駆動を制御する制御回路１１（第１の制御回路）と、同期整流回路４４の駆動を制御する制御回路１２（第２の制御回路）と、制御回路１１及び１２の駆動の開始又は停止を制御する制御回路１３（第３の制御回路）とを備えて構成される。尚、同期整流回路４４は、スイッチング素子とダイオードとで構成されてもよい。
【００１９】
上記制御回路１３は、ソフトスタート回路１４（ソフトスタート回路、昇降圧回路）と、コンパレータ１３−１（第２の比較回路）と、コンパレータ１３−２（第１の比較回路）と、コンパレータ１３−３と、アンプ１３−４と、アンド回路１３−５と、アンド回路１３−６と、アンド回路１３−７と、三角波などの基準信号を発生する基準信号発生器１３−８とを備えて構成される。尚、フルブリッジ回路４２の各ＭＯＳＦＥＴ及び同期整流回路４４の各ＭＯＳＦＥＴは、基準信号発生器１３−８から発生する基準信号とアンプ１３−４から出力される信号とに基づいてＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御される。
【００２０】
また、上記ソフトスタート回路１４は、定電流源１４−１と、コンデンサ１４−２と、抵抗１４−３と、スイッチ１４−４とを備えて構成される。尚、ソフトスタート回路１４の出力信号Ｖｓｓは、フルブリッジ回路４２の駆動や同期整流回路４４の駆動の制御のために使用される以外に、アンプ１３−４に与えられることによって、ＭＯＳＦＥＴ４２−１〜４２−４やＭＯＳＦＥＴ４４−１及び４４−２のオン時間を除々に増加させるためにも使用される。このように、ＭＯＳＦＥＴ４２−１〜４２−４やＭＯＳＦＥＴ４４−１及び４４−２のオン時間を除々に増加させることにより、スイッチング電源装置１０の駆動開始時に発生する各ＭＯＳＦＥＴへの過電流（突入電流）を抑えることができる。尚、ソフトスタート回路１４は、スイッチング電源装置１０の駆動停止時には、ＭＯＳＦＥＴ４２−１〜４２−４やＭＯＳＦＥＴ４４−１及び４４−２のオン時間を除々に減少させる。（ソフトダウン）
そして、上記スイッチング電源装置１０は、制御回路１１により、フルブリッジ回路４２のＭＯＳＦＥＴ４２−１と４２−３の組と、ＭＯＳＦＥＴ４２−２と４２−４の組とが交互にオン、オフするように制御され、制御回路１２により、同期整流回路４４のＭＯＳＦＥＴ４４−１とＭＯＳＦＥＴ４４−２とが交互にオン、オフするように制御されることにより、所望な電力がバッテリに充電される。本実施例ではＭＯＳＦＥＴ４２−１〜４２−４が第1のスイッチング素子であり、ＭＯＳＦＥＴ４４−１、４４−２が第２のスイッチング素子である。
【００２１】
次に、制御回路１３の動作を説明する。
図２及び図３は、制御回路１３の動作を説明するための図であり、図２は、スイッチング電源装置１０の駆動を開始させた際の制御回路１３内の各素子の入出力信号波形（電圧値）を示す図であり、図３は、スイッチング電源装置１０の駆動を停止させる際の制御回路１３内の各素子の入出力信号波形（電圧値）を示す図である。
【００２２】
まず、スイッチング電源回路１０の駆動を開始させた際の制御回路１３の動作を説明する。
図２の上から１番目に示す波形は、スイッチ１４−４のオン、オフを制御するための信号ｓｔａｒｔ／ｓｔｏｐであり、２番目の波形は、アンプ１３−４のプラス端子側に入力される信号Ｖｓｅｎｓを示し、３番目の波形は、コンパレータ１３−２のプラス端子側に入力される電圧値Ｖｓｓを示し、４番目の波形は、アンプ１３−４から出力され、コンパレータ１３−３のプラス端子側に入力される信号Ｖ_EAOUTを示し、５番目の波形は、信号Ｖ_EAOUTと、基準信号発生器１３−８から出力される信号Ｖｏｓｃと、コンパレータ１３−２のマイナス端子側に入力される電圧値Ｖｔ１（第1の基準電圧）と、コンパレータ１３−１のマイナス端子側に入力される電圧値Ｖｔ２（第２の基準電圧）との関係を示し、６番目の波形は、コンパレータ１３−３から出力される信号Ｖｐｗｍを示し、７番目の波形は、コンパレータ１３−２から出力される信号Ｖ１を示し、８番目の波形は、アンド回路１３−５から出力される信号Ｖ２を示し、９番目の波形は、コンパレータ１３−１から出力される信号Ｖ３を示している。
【００２３】
まず、スイッチング電源装置１０の駆動を開始させるため、ソフトスタート回路１４のスイッチ１４−４を開く。すると、コンデンサ１４−２に定電流源１４−１の電荷が充電され、点Ａの電圧値Ｖｓｓが、除々に上昇する。
そして、電圧値Ｖｓｓが電圧値Ｖｔ１よりも上昇すると、コンパレータ１３−２から出力される信号Ｖ１がオフからオンに切り替わる。すると、信号Ｖｐｗｍがアンド回路１３−５から信号Ｖ２として出力され、その信号Ｖ２によりフルブリッジ回路４２が駆動する。
【００２４】
次に、電圧値Ｖｓｓが更に上昇し、電圧値Ｖｔ２よりも上昇すると、コンパレータ１３−１から出力される信号Ｖ３がオフからオンに切り替わる。すると、制御回路１２から出力される同期整流用制御信号がアンド回路１３−６及び１３−７から同期整流回路４４に入力され、同期整流回路４４が駆動する。
【００２５】
次に、スイッチング電源回路１０の駆動を停止させる際の制御回路１３の動作を説明する。尚、図３に示す各波形は、図２に示す各波形と同じ出力波形を示すものであり、各波形の説明は省略する。
まず、スイッチング電源装置１０を停止させるため、ソフトスタート回路１４のスイッチ１４−４を閉じる。すると、コンデンサ１４−２に蓄えられていた電荷が放出され、点Ａの電圧値Ｖｓｓが、除々に下降する。
【００２６】
そして、電圧値Ｖｓｓが電圧値Ｖｔ２よりも下降すると、コンパレータ１３−１から出力される信号Ｖ３がオンからオフに切り替わる。すると、アンド回路１３−６及び１３−７から出力されていた同期整流用制御信号の出力が停止し、同期整流回路４４が停止する。
【００２７】
次に、電圧値Ｖｓｓが更に下降し、電圧値Ｖｔ１よりも下降すると、コンパレータ１３−２から出力される信号Ｖ１がオンからオフに切り替わる。すると、アンド回路１３−５から出力されていた信号Ｖ２が停止し、フルブリッジ回路４２が停止する。
【００２８】
すなわち、制御回路１３は、ソフトスタート回路１４から出力される信号Ｖｓｓの電圧値がコンパレータ１３−２の電圧値Ｖｔ１よりも大きくなると、フルブリッジ回路４２の駆動を開始させ、スイッチング電源回路１０が開始し、更に、信号Ｖｓｓの電圧値がコンパレータ１３−１の電圧値Ｖｔ２よりも大きくなると、同期整流回路４４の駆動を開始させる。また、制御回路１３は、信号Ｖｓｓの電圧値がコンパレータ１３−１の電圧値Ｖｔ２よりも小さくなると、同期整流回路４４の駆動を停止させ、更に、信号Ｖｓｓの電圧値がコンパレータ１３−２の電圧値Ｖｔ１よりも小さくなると、フルブリッジ回路４２の駆動を停止させ、スイッチング電源回路１０の駆動を停止させる。
【００２９】
このように、フルブリッジ回路４２が駆動してから同期整流回路４４を駆動させ、同期整流回路４４が停止していからフルブリッジ回路４２を停止させることにより、フルブリッジ回路４２の停止中に同期整流回路４４が駆動することがなくなるので、バッテリ４７から電荷が流出することを防ぎ、バッテリ４７の電圧低下やＭＯＳＦＥＴの破損を防止することができる。
【００３０】
また、スイッチング電源装置１０の起動時に、ＭＯＳＦＥＴ４２−１〜４２−４やＭＯＳＦＥＴ４４−１及び４４−２に過電流が流れないようにするために、スイッチング電源装置１０に元々設けられるソフトスタート用のコンデンサを、制御回路１１及び１２の駆動又は停止のタイミングを互いに異ならせるために使用しているので、スイッチング電源装置１０の大型化を防ぐことができる。
【００３１】
＜その他の実施形態＞
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において、種々の構成を採用可能である。例えば、以下のような構成変更も可能である。
【００３２】
（１）上記実施形態では、フルブリッジ回路４２を構成するスイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴを採用しているが、他のスイッチング素子として、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを採用してもよい。
【００３３】
（２）上記実施形態では、電源４１の電力を交流に変換するための電力変換回路として、４つのＭＯＳＦＥＴからなるフルブリッジ回路４２を構成しているが、２つのスイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）からなるハーフブリッジ回路を電力変換回路として採用してもよい。
【００３４】
（３）また、上記スイッチング電源装置１０は、フォワード型コンバータやフライバック型コンバータなどを採用して構成してもよい。
（４）また、上記スイッチング電源装置１０は、出力側にバッテリ４７が接続される構成であるが、バッテリ４７以外の負荷、例えば、コンバータやモータなどが接続される構成としてもよい。
【００３５】
（５）また、上記スイッチング電源装置１０は、トランス４３を備えない非絶縁型コンバータとして構成してもよい。
（６）また、上記スイッチング電源装置１０は、昇圧型のコンバータに限らず、降圧型のコンバータ又は極性反転型のコンバータとして構成してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、電力変換回路の停止中に整流回路が駆動することがなくなるので、充電用の電源の電荷が流出してしまうのを防ぎ、充電用の電源の電圧低下を抑えることができる。また、充電用電源の電荷の流出を防止することができるので、電力変換回路や整流回路などを構成するＭＯＳＦＥＴの破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のスイッチング電源装置を示す図である。
【図２】スイッチング電源装置の駆動を開始させた際の制御回路内の各素子の入出力信号波形を示す図である。
【図３】スイッチング電源装置の駆動を停止させる際の制御回路内の各素子の入出力信号波形を示す図である。
【図４】従来のスイッチング電源装置を示す図である。
【符号の説明】
１０スイッチング電源回路
１１制御回路
１２制御回路
１３制御回路
１３−１コンパレータ
１３−２コンパレータ
１３−３コンパレータ
１３−４アンプ
１３−５アンド回路
１３−６アンド回路
１３−７アンド回路
１３−８基準信号発生器
１４ソフトスタート回路
１４−１定電流源
１４−２コンデンサ
１４−３抵抗
１４−４スイッチ
４０スイッチング電源回路
４１電源
４２フルブリッジ回路
４３トランス
４４同期整流回路
４５コイル
４６コンデンサ
４７バッテリ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply device including a rectifier circuit having a switching element.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4A is a diagram illustrating a general switching power supply device.
4A includes a power supply 41, a full bridge circuit 42 including MOSFETs (Metal-Oxide Field Effect Transistors) 42-1 to 42-4, a transformer 43, a MOSFET 44-1, and A synchronous rectifier circuit 44 comprising 44-2, a coil 45, a capacitor 46, and a battery 47 are provided.
[0003]
The switching power supply 40 is configured to obtain the DC power of the power supply 41 by alternately turning on and off the MOSFETs 42-1 and 42-3 and the MOSFETs 42-2 and 42-4 in the full bridge circuit 42. Then, the converted AC power is rectified by the synchronous rectifier circuit 44 via the transformer 43, the power rectified by the coil 45 and the capacitor 46 is smoothed, and the smoothed power is converted to the battery 47. To store electricity.
[0004]
In general, a MOSFET can suppress a voltage drop during conduction more than a diode, and a synchronous rectifier circuit 44 using a MOSFET can suppress power loss more than a rectifier circuit using a diode. Therefore, the switching power supply circuit 40 using the synchronous rectifier circuit 44 can be more efficient and smaller than the switching power supply circuit using a diode.
[0005]
In addition, the synchronous rectifier circuit configured using a switching element such as a MOSFET is a self-excited type that controls the driving of each MOSFET based on the secondary side voltage of the transformer, and a control circuit independent of its own device. There is a separate excitation type that controls the drive of each MOSFET based on a control signal (see, for example, Patent Document 1). In either method, two MOSFETs are controlled so as not to short-circuit the secondary side voltage of the transformer. There is a need to.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-145348 (pages 2 to 4, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the switching power supply device 40 including the separately excited synchronous rectifier circuit has the following problems.
(1) As shown in FIG. 4B, when the MOSFETs 42-1 to 42-4 of the full bridge circuit 42 are all turned off and the MOSFETs 44-1 and 44-2 are simultaneously turned on (2 (Secondary short mode), the electric charge stored in the battery 47 flows out through the MOSFET 44-1, the MOSFET 44-2, and the coil 45, and the voltage of the battery 47 is lowered. Further, if the electric charge of the battery 47 flows out and the overcurrent flows through the MOSFET 44-1, the MOSFET 44-2, and the coil 45, the MOSFETs 44-1 and 44-2 may be damaged.
[0008]
(2) Further, as shown in FIG. 4C, when all of the MOSFETs 42-1 to 42-4 of the full bridge circuit 42 are turned off, and either the MOSFET 44-1 or 44-2 is When it is on (regenerative mode), the charge stored in the battery 47 flows to the parasitic diodes of the MOSFETs 42-1 to 42-4 via the transformer 43, and the voltage of the battery 47 is lowered. There is. Further, overcurrent may flow through the MOSFET 44-1 or 44-2 and the MOSFETs 42-1 to 42-4, possibly damaging each element.
[0009]
In this way, when the battery 47 is connected to the output side of the switching power supply 40 and the synchronous rectifier circuit 44 is turned on, the charge of the battery 47 is transferred to the secondary side of the switching power supply 40 (the transformer 43 in FIG. 4). Will flow out through the circuit on the right side and reduce the voltage of the battery 47. Further, the outflow of electric charge from the battery 47 may damage the MOSFETs 42-1 to 42-4 and the MOSFETs 44-1 or 44-2.
[0010]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a switching power supply device capable of preventing a voltage drop of a power supply connected as a load and damage to a switching element.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
In other words, the switching power supply device of the present invention includes a transformer and a first switching element connected to the primary side winding of the transformer, and the power of the input power supply depends on whether the first switching element is on or off. A power conversion circuit for converting the first switching element into predetermined power, a first control circuit for controlling on / off of the first switching element, and a second switching element connected to the secondary winding of the transformer A rectifying circuit for rectifying the power converted by the power conversion circuit and charging the rectified power to a power source as a load; and a second control circuit for controlling on / off of the second switching element And a third control circuit for controlling the start or stop of driving of the first and second control circuits. The third control circuit starts driving the first control circuit and drives the first switching element when starting the switching power supply device, and then drives the first switching element after a first predetermined time has elapsed. The driving of the control circuit is started to drive the second switching element, and when the switching power supply is stopped, the driving of the second control circuit is stopped to stop the driving of the second switching element. After the second predetermined time has elapsed, the driving of the first control circuit is stopped to stop the driving of the first switching element. The first predetermined time is a time during which the rectifier circuit is prevented from being driven while the power conversion circuit is stopped when the switching power supply device is activated. The second predetermined time is a time during which the rectifier circuit is prevented from being driven while the power conversion circuit is stopped when the switching power supply device is stopped.
[0012]
Accordingly, since only the second control circuit is not driven, the second switching element is turned on and off, whereby the outflow of charges charged in the power source as a load can be prevented, and the load As a result, it is possible to prevent the power supply voltage drop and the switching element from being damaged.
[0013]
Further, the third control circuit of the switching power supply device outputs a voltage whose voltage value gradually increases when the switching power supply device is activated and gradually decreases when the switching power supply device is stopped. When the voltage value of the voltage output from the step-up / step-down circuit and the voltage output from the step-up / down circuit rises above the first reference voltage value, the first control circuit starts to be driven and is output from the step-up / down circuit. When the voltage value of the voltage falls below the first reference voltage value, the first comparison circuit for stopping the driving of the first control circuit and the voltage value of the voltage output from the step-up / down circuit are the second. If the voltage value of the voltage output from the step-up / down circuit drops below the second reference voltage value, the second control circuit starts to be driven. Stop driving the control circuit Second and a comparator circuit for said second reference voltage value, may be configured to be higher than the first reference voltage value.
[0014]
Thus, since the second reference voltage value is higher than the first reference voltage value, the third control circuit does not always drive the second control circuit when the first control circuit is not driven. Can be controlled. Thus, since only the second control circuit is not driven, the second switching element is turned on and off, whereby the outflow of the charge charged in the power source as the load can be prevented. As a result, it is possible to prevent the voltage drop of the power supply as a load and the switching element from being damaged.
[0015]
In addition, since the first and second comparison circuits can be composed of, for example, a semiconductor element such as a MOS, an increase in size of the switching power supply device can be suppressed.
Further, the switching power supply device includes a soft start circuit that gradually increases or decreases the on-time of each of the plurality of first switching elements and the plurality of second switching elements in accordance with the amount of charge charged in the capacitor. The third control circuit may be configured to start or stop driving of the first and second control circuits based on an amount of charge charged in the capacitor.
[0016]
In this way, by using the capacitor provided for suppressing the overcurrent to the switching element that is generated when the switching power supply device starts to be driven, also for controlling the driving of the first and second control circuits. Thus, it is possible to prevent only the second control circuit from being driven without newly providing a capacitor. Thereby, the enlargement of the switching power supply device can be suppressed.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a switching power supply device 10 according to an embodiment of the present invention. In the switching power supply device 10 shown in FIG. 1, the same components as those in the switching power supply device 40 shown in FIG.
[0018]
As shown in FIG. 1, the switching power supply 10 includes a power supply 41 (input power supply), a full bridge circuit 42 (power conversion circuit), a transformer 43, a synchronous rectification circuit 44 (rectification circuit), a coil 45, A capacitor 46, a battery 47 (power source as a load), a control circuit 11 (first control circuit) that controls driving of the full bridge circuit 42, and a control circuit 12 (second circuit) that controls driving of the synchronous rectifier circuit 44 And a control circuit 13 (third control circuit) that controls the start or stop of driving of the control circuits 11 and 12. The synchronous rectifier circuit 44 may be configured with a switching element and a diode.
[0019]
The control circuit 13 includes a soft start circuit 14 (soft start circuit, step-up / down circuit), a comparator 13-1 (second comparison circuit), a comparator 13-2 (first comparison circuit), and a comparator 13- 3, an amplifier 13-4, an AND circuit 13-5, an AND circuit 13-6, an AND circuit 13-7, and a reference signal generator 13-8 that generates a reference signal such as a triangular wave. Is done. The MOSFETs of the full bridge circuit 42 and the MOSFETs of the synchronous rectifier circuit 44 are connected to the PWM (Pulse Width Modulation) based on the reference signal generated from the reference signal generator 13-8 and the signal output from the amplifier 13-4. Controlled).
[0020]
The soft start circuit 14 includes a constant current source 14-1, a capacitor 14-2, a resistor 14-3, and a switch 14-4. The output signal Vss of the soft start circuit 14 is used for controlling the driving of the full bridge circuit 42 and the driving of the synchronous rectification circuit 44, and is supplied to the amplifier 13-4, thereby causing the MOSFETs 42-1 to 42-1. It is also used to gradually increase the ON time of 42-4 and MOSFETs 44-1 and 44-2. As described above, by gradually increasing the on-time of the MOSFETs 42-1 to 42-4 and the MOSFETs 44-1 and 44-2, an overcurrent (inrush current) to each MOSFET generated when the switching power supply device 10 starts to be driven. Can be suppressed. The soft start circuit 14 gradually decreases the on-time of the MOSFETs 42-1 to 42-4 and the MOSFETs 44-1 and 44-2 when the switching power supply 10 is stopped. (Soft down)
The switching power supply 10 is controlled by the control circuit 11 so that the MOSFETs 42-1 and 42-3 and the MOSFETs 42-2 and 42-4 in the full bridge circuit 42 are alternately turned on and off. Then, the control circuit 12 controls the MOSFET 44-1 and the MOSFET 44-2 of the synchronous rectifier circuit 44 to be alternately turned on and off, so that desired power is charged in the battery. In this embodiment, the MOSFETs 42-1 to 42-4 are first switching elements, and the MOSFETs 44-1 and 44-2 are second switching elements.
[0021]
Next, the operation of the control circuit 13 will be described.
2 and 3 are diagrams for explaining the operation of the control circuit 13, and FIG. 2 shows input / output signal waveforms of respective elements in the control circuit 13 when the switching power supply device 10 is started (FIG. 2). 3 is a diagram illustrating input / output signal waveforms (voltage values) of the respective elements in the control circuit 13 when the driving of the switching power supply device 10 is stopped.
[0022]
First, the operation of the control circuit 13 when driving of the switching power supply circuit 10 is started will be described.
The first waveform from the top in FIG. 2 is a signal start / stop for controlling on / off of the switch 14-4, and the second waveform is input to the plus terminal side of the amplifier 13-4. The signal Vsens indicates the voltage value Vss input to the positive terminal side of the comparator 13-2, and the fourth waveform is output from the amplifier 13-4 and is supplied to the positive terminal of the comparator 13-3. shows the signal V _EAOUT inputted to the side, 5 th waveform, and the signal V _EAOUT, a signal Vosc output from the reference signal generator 13-8, a voltage input to the negative terminal side of the comparator 13-2 The relationship between the value Vt1 (first reference voltage) and the voltage value Vt2 (second reference voltage) input to the minus terminal side of the comparator 13-1 is shown. The sixth waveform is the comparator 13- 3 indicates the signal Vpwm output from the third waveform, the seventh waveform indicates the signal V1 output from the comparator 13-2, the eighth waveform indicates the signal V2 output from the AND circuit 13-5, and 9 The second waveform shows the signal V3 output from the comparator 13-1.
[0023]
First, in order to start driving of the switching power supply device 10, the switch 14-4 of the soft start circuit 14 is opened. Then, the capacitor 14-2 is charged with the electric charge of the constant current source 14-1, and the voltage value Vss at the point A gradually increases.
When the voltage value Vss rises higher than the voltage value Vt1, the signal V1 output from the comparator 13-2 is switched from off to on. Then, the signal Vpwm is output as the signal V2 from the AND circuit 13-5, and the full bridge circuit 42 is driven by the signal V2.
[0024]
Next, when the voltage value Vss further rises and rises above the voltage value Vt2, the signal V3 output from the comparator 13-1 is switched from off to on. Then, the synchronous rectification control signal output from the control circuit 12 is input to the synchronous rectification circuit 44 from the AND circuits 13-6 and 13-7, and the synchronous rectification circuit 44 is driven.
[0025]
Next, the operation of the control circuit 13 when stopping the driving of the switching power supply circuit 10 will be described. Note that each waveform shown in FIG. 3 shows the same output waveform as each waveform shown in FIG. 2, and description of each waveform is omitted.
First, in order to stop the switching power supply device 10, the switch 14-4 of the soft start circuit 14 is closed. Then, the electric charge stored in the capacitor 14-2 is released, and the voltage value Vss at the point A gradually decreases.
[0026]
When the voltage value Vss falls below the voltage value Vt2, the signal V3 output from the comparator 13-1 is switched from on to off. Then, the output of the synchronous rectification control signal output from the AND circuits 13-6 and 13-7 is stopped, and the synchronous rectification circuit 44 is stopped.
[0027]
Next, when the voltage value Vss further falls and falls below the voltage value Vt1, the signal V1 output from the comparator 13-2 is switched from on to off. Then, the signal V2 output from the AND circuit 13-5 stops and the full bridge circuit 42 stops.
[0028]
That is, when the voltage value of the signal Vss output from the soft start circuit 14 becomes larger than the voltage value Vt1 of the comparator 13-2, the control circuit 13 starts driving the full bridge circuit 42 and starts the switching power supply circuit 10. Further, when the voltage value of the signal Vss becomes larger than the voltage value Vt2 of the comparator 13-1, the driving of the synchronous rectifier circuit 44 is started. Further, when the voltage value of the signal Vss becomes smaller than the voltage value Vt2 of the comparator 13-1, the control circuit 13 stops the driving of the synchronous rectifier circuit 44, and further, the voltage value of the signal Vss becomes the voltage of the comparator 13-2. When the value becomes smaller than the value Vt1, the driving of the full bridge circuit 42 is stopped and the driving of the switching power supply circuit 10 is stopped.
[0029]
In this way, the synchronous rectification circuit 44 is driven after the full bridge circuit 42 is driven, and the full bridge circuit 42 is stopped after the synchronous rectification circuit 44 is stopped, so that the synchronous rectification is performed while the full bridge circuit 42 is stopped. Since the circuit 44 is not driven, it is possible to prevent the electric charge from flowing out from the battery 47, and to prevent the voltage drop of the battery 47 and the MOSFET from being damaged.
[0030]
In addition, a soft-start capacitor originally provided in the switching power supply 10 in order to prevent overcurrent from flowing through the MOSFETs 42-1 to 42-4 and the MOSFETs 44-1 and 44-2 when the switching power supply 10 is started. Is used to make the timing of driving or stopping the control circuits 11 and 12 different from each other, so that the switching power supply device 10 can be prevented from being enlarged.
[0031]
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be employed within the scope described in each claim. For example, the following configuration changes are possible.
[0032]
(1) In the above embodiment, a MOSFET is employed as the switching element constituting the full bridge circuit 42, but a bipolar transistor, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), or the like may be employed as another switching element.
[0033]
(2) In the above embodiment, the full bridge circuit 42 composed of four MOSFETs is configured as a power conversion circuit for converting the power of the power supply 41 into alternating current. A half-bridge circuit may be adopted as the power conversion circuit.
[0034]
(3) Further, the switching power supply device 10 may be configured by adopting a forward converter, a flyback converter, or the like.
(4) In addition, the switching power supply 10 has a configuration in which the battery 47 is connected to the output side. However, a load other than the battery 47, for example, a converter or a motor may be connected.
[0035]
(5) The switching power supply 10 may be configured as a non-insulated converter that does not include the transformer 43.
(6) The switching power supply 10 is not limited to a step-up converter, and may be configured as a step-down converter or a polarity inversion converter.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the rectifier circuit is not driven while the power conversion circuit is stopped, the charge of the charging power source can be prevented from flowing out, and the voltage drop of the charging power source can be suppressed. . In addition, since the outflow of charge from the charging power source can be prevented, damage to the MOSFETs constituting the power conversion circuit, the rectifier circuit, and the like can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a switching power supply device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing input / output signal waveforms of respective elements in a control circuit when driving of a switching power supply device is started.
FIG. 3 is a diagram showing input / output signal waveforms of respective elements in the control circuit when driving of the switching power supply device is stopped.
FIG. 4 is a diagram showing a conventional switching power supply device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Switching power supply circuit 11 Control circuit 12 Control circuit 13 Control circuit 13-1 Comparator 13-2 Comparator 13-3 Comparator 13-4 Amplifier 13-5 And circuit 13-6 And circuit 13-7 And circuit 13-8 Reference signal generation 14 Soft start circuit 14-1 Constant current source 14-2 Capacitor 14-3 Resistor 14-4 Switch 40 Switching power supply circuit 41 Power supply 42 Full bridge circuit 43 Transformer 44 Synchronous rectifier circuit 45 Coil 46 Capacitor 47 Battery

Claims

トランスと、
前記トランスの一次側巻線に接続された第１のスイッチング素子を備え、該第１のスイッチング素子のオン、オフに応じて、入力電源の電力を所定の電力に変換する電力変換回路と、
前記第１のスイッチング素子のオン、オフを制御する第１の制御回路と、
前記トランスの二次側巻線に接続された第２のスイッチング素子を備え、前記電力変換回路で変換された電力を整流し、その整流された電力を負荷としての電源に充電する整流回路と、
前記第２のスイッチング素子のオン、オフを制御する第２の制御回路と、
前記第１及び第２の制御回路の駆動開始又は駆動停止を制御する第３の制御回路と、を有するスイッチング電源装置であって、
前記第３の制御回路は、当該スイッチング電源装置の起動時、前記第１の制御回路の駆動を開始させて前記第１のスイッチング素子を駆動させてから第１の所定時間経過後に前記第２の制御回路の駆動を開始させて前記第２のスイッチング素子を駆動させるとともに、当該スイッチング電源装置の停止時、前記第２の制御回路の駆動を停止させて前記第２のスイッチング素子の駆動を停止させてから第２の所定時間経過後に前記第１の制御回路の駆動を停止させて前記第１のスイッチング素子の駆動を停止させる制御を行い、
前記第１の所定時間は、当該スイッチング電源装置の起動時に、前記電力変換回路が停止している期間に前記整流回路が駆動されることを回避する時間であり、
前記第２の所定時間は、当該スイッチング電源装置の停止時に、前記電力変換回路が停止している期間に前記整流回路が駆動されることを回避する時間である
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 With a transformer,
A power conversion circuit that includes a first switching element connected to the primary winding of the transformer, and converts the power of the input power source to a predetermined power in accordance with turning on and off of the first switching element;
A first control circuit for controlling on and off of the first switching element;
A second switching element connected to the secondary winding of the transformer, rectifies the converted power by the power conversion circuit, a rectifying circuit for charging the rectified power to the power supply as a load,
A second control circuit for controlling on and off of the second switching element;
A switching power supply device comprising: a third control circuit that controls start or stop of driving of the first and second control circuits ,
The third control circuit starts driving the first control circuit and drives the first switching element when starting the switching power supply device, and then drives the first switching element after a first predetermined time has elapsed . The driving of the control circuit is started to drive the second switching element, and when the switching power supply is stopped, the driving of the second control circuit is stopped to stop the driving of the second switching element. A control for stopping the driving of the first switching element by stopping the driving of the first control circuit after a second predetermined time has elapsed ,
The first predetermined time is a time for avoiding driving the rectifier circuit during a period when the power conversion circuit is stopped when the switching power supply device is activated.
The second predetermined time is a time for avoiding driving of the rectifier circuit during a period when the power conversion circuit is stopped when the switching power supply is stopped .

トランスと、
前記トランスの一次側巻線に接続された第１のスイッチング素子を備え、該第１のスイッチング素子のオン、オフに応じて、入力電源の電力を所定の電力に変換する電力変換回路と、
前記第１のスイッチング素子のオン、オフを制御する第１の制御回路と、
前記トランスの二次側巻線に接続された第２のスイッチング素子を備え、前記電力変換回路で変換された電力を整流し、その整流された電力を負荷としての電源に充電する整流回路と、
前記第２のスイッチング素子のオン、オフを制御する第２の制御回路と、
前記第１及び第２の制御回路の駆動開始又は駆動停止を制御する第３の制御回路と、を有するスイッチング電源装置であって、
前記第３の制御回路は、
当該スイッチング電源装置が起動すると、電圧値が徐々に上昇し、当該スイッチング電源装置が停止する際に、電圧値が徐々に下降する電圧を出力する昇降圧回路と、
前記昇降圧回路から出力される電圧の電圧値が第１の基準電圧値よりも上昇すると、前記第１の制御回路の駆動を開始させて前記第１のスイッチング素子を駆動させるとともに、前記昇降圧回路から出力される電圧の電圧値が前記第１の基準電圧値よりも下降すると、前記第１の制御回路の駆動を停止させて前記第１のスイッチング素子を駆動を停止させる第１の比較回路と、
前記昇降圧回路から出力される電圧の電圧値が第２の基準電圧値よりも上昇すると、前記第２の制御回路の駆動を開始させて前記第２のスイッチング素子を駆動させるとともに、前記昇降圧回路から出力される電圧の電圧値が前記第２の基準電圧値よりも下降すると、前記第２の制御回路の駆動を停止させて前記第２のスイッチング素子を駆動を停止させる第２の比較回路と、を備え、
前記第２の基準電圧値は、前記第１の基準電圧値よりも高い
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 With a transformer,
A power conversion circuit that includes a first switching element connected to the primary winding of the transformer, and converts the power of the input power source to a predetermined power in accordance with turning on and off of the first switching element;
A first control circuit for controlling on and off of the first switching element;
A rectifying circuit comprising a second switching element connected to the secondary winding of the transformer, rectifying the power converted by the power conversion circuit, and charging the rectified power to a power source as a load;
A second control circuit for controlling on and off of the second switching element;
A switching power supply device comprising: a third control circuit that controls start or stop of driving of the first and second control circuits,
The third control circuit includes:
When the switching power supply device starts up, the voltage value gradually increases, and when the switching power supply device stops, a step-up / step-down circuit that outputs a voltage at which the voltage value gradually decreases;
When the voltage value of the voltage output from the step-up / step-down circuit rises above the first reference voltage value, the first control circuit is started to drive the first switching element, and the step-up / step-down circuit When the voltage value of the voltage output from the circuit falls below the first reference voltage value, the first comparator circuit stops driving the first control circuit and stops driving the first switching element. When,
When the voltage value of the voltage output from the step-up / down circuit rises above the second reference voltage value, the second control circuit is started to drive the second switching element, and the step-up / step-down circuit When the voltage value of the voltage output from the circuit is also lowered than the second reference voltage value, the second of the second comparator circuit driving is stopped to stop driving the second switching element of the control circuit And comprising
The switching power supply device, wherein the second reference voltage value is higher than the first reference voltage value.

トランスと、
前記トランスの一次側巻線に接続された第１のスイッチング素子を備え、該第１のスイッチング素子のオン、オフに応じて、入力電源の電力を所定の電力に変換する電力変換回路と、
前記第１のスイッチング素子のオン、オフを制御する第１の制御回路と、
前記トランスの二次側巻線に接続された第２のスイッチング素子を備え、前記電力変換回路で変換された電力を整流し、その整流された電力を負荷としての電源に充電する整流回路と、
前記第２のスイッチング素子のオン、オフを制御する第２の制御回路と、
前記第１及び第２の制御回路の駆動開始又は駆動停止を制御する第３の制御回路と、
コンデンサに充電される電荷量に応じて、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子のそれぞれのオン時間を徐々に増減させるソフトスタート回路と、を有するスイッチング電源装置であって
前記第３の制御回路は、当該スイッチング電源装置の起動時、前記第１の制御回路の駆動を開始させて前記第１のスイッチング素子を駆動させてから前記第２の制御回路の駆動を開始させて前記第２のスイッチング素子を駆動させるとともに、当該スイッチング電源装置の停止時、前記第２の制御回路の駆動を停止させて前記第２のスイッチング素子の駆動を停止させてから前記第１の制御回路の駆動を停止させて前記第１のスイッチング素子の駆動を停止させる制御を行い、
前記第３の制御回路は、前記コンデンサに充電される電荷量に基づいて、前記第１及び第２の制御回路の駆動を開始又は停止させる
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 With a transformer,
A power conversion circuit that includes a first switching element connected to the primary winding of the transformer, and converts the power of the input power source to a predetermined power in accordance with turning on and off of the first switching element;
A first control circuit for controlling on and off of the first switching element;
A rectifying circuit comprising a second switching element connected to the secondary winding of the transformer, rectifying the power converted by the power conversion circuit, and charging the rectified power to a power source as a load;
A second control circuit for controlling on and off of the second switching element;
A third control circuit for controlling start or stop of driving of the first and second control circuits;
Depending on the amount of charges charged in the capacitor, a switching power supply apparatus having a soft-start circuit for gradually increasing or decreasing the respective on-time of the first switching element and the second switching element
The third control circuit starts driving the first control circuit by starting driving the first control circuit and then starting driving the second control circuit when starting the switching power supply device. And driving the second switching element, and stopping the driving of the second switching element by stopping the driving of the second control circuit when the switching power supply device is stopped. Performing control to stop driving the circuit and stop driving the first switching element;
The switching power supply device, wherein the third control circuit starts or stops driving the first and second control circuits based on a charge amount charged in the capacitor.