JPH11146637A - Power circuit and control method for power circuit - Google Patents
Power circuit and control method for power circuitInfo
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- JPH11146637A JPH11146637A JP9304318A JP30431897A JPH11146637A JP H11146637 A JPH11146637 A JP H11146637A JP 9304318 A JP9304318 A JP 9304318A JP 30431897 A JP30431897 A JP 30431897A JP H11146637 A JPH11146637 A JP H11146637A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、直流電源を負荷
に接続することで一定の電圧を負荷に供給するための同
期整流を用いた電源回路及び電源回路制御方法の改良に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a power supply circuit using synchronous rectification for supplying a constant voltage to a load by connecting a DC power supply to the load, and an improvement in a power supply circuit control method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】同期整流回路を用いたＤＣ−ＤＣコンバ
ータ（直流−直流コンバータ）は、２個のスイッチの切
り替えを行いながら出力端に一定電圧を出力する電源回
路の一種である。ＤＣ−ＤＣコンバータでは、出力端に
接続される負荷の状態により、不連続モード（軽負荷モ
ード時）及び連続モード（重負荷モード時）の２つのモ
ードができる。2. Description of the Related Art A DC-DC converter (DC-DC converter) using a synchronous rectifier circuit is a type of power supply circuit that outputs a constant voltage to an output terminal while switching two switches. The DC-DC converter has two modes, a discontinuous mode (at a light load mode) and a continuous mode (at a heavy load mode), depending on the state of the load connected to the output terminal.
【０００３】図８は、従来の電源回路が負荷に接続され
ている様子を示す回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０２は、入力電源Ｖｉｎ、平滑コンデンサＣ１、同期
整流回路１０１、平滑コンデンサＣ２等を有しており、
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の出力端が負荷１０５に接
続されている。FIG. 8 is a circuit diagram showing a state where a conventional power supply circuit is connected to a load. The DC-DC converter 102 has an input power supply Vin, a smoothing capacitor C1, a synchronous rectifier circuit 101, a smoothing capacitor C2, and the like.
An output terminal of the DC-DC converter 102 is connected to the load 105.
【０００４】平滑コンデンサＣ１は、ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ１０２の入力端に入力電源Ｖｉｎに対して並列に接
続されている。平滑コンデンサＣ１は、入力電源Ｖｉｎ
の電圧を平滑することで安定させるためのものである。[0004] The smoothing capacitor C1 is connected to the input terminal of the DC-DC converter 102 in parallel with the input power supply Vin. The smoothing capacitor C1 is connected to the input power source Vin.
Is intended to stabilize the voltage by smoothing it.
【０００５】ステップダウン回路１６０は、メインスイ
ッチ素子Ｑ１、制御部１０７、転流ダイオードＤ１、及
びチョークコイルＬ１等を有する。同期整流回路１０１
は、ステップダウン回路１６０に同期スイッチ素子Ｑ２
を加えたものである。The step-down circuit 160 has a main switch element Q1, a control unit 107, a commutation diode D1, a choke coil L1, and the like. Synchronous rectification circuit 101
Is connected to the step-down circuit 160 by the synchronous switch element Q2.
Is added.
【０００６】検出抵抗Ｒ１は、制御部１０７がＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ１０２の出力側に流れる電流を、常時監視
するための電流検出用の抵抗素子である。検出抵抗Ｒ１
は、その両端が制御部１０７から延びる電流検出用の信
号線１０７ａ、１０７ａで接続されており、信号線１０
７ａの一端がチョークコイルＬ１の一端と接続されてお
り、信号線１０７ａが平滑コンデンサＣ２の一端と接続
されている。The detection resistor R1 is controlled by the control unit 107 by DC-D
This is a current detecting resistance element for constantly monitoring the current flowing on the output side of the C converter 102. Detection resistor R1
Are connected at both ends by current detection signal lines 107a, 107a extending from the control unit 107.
One end of 7a is connected to one end of the choke coil L1, and the signal line 107a is connected to one end of the smoothing capacitor C2.
【０００７】メインスイッチ素子Ｑ１は、重負荷モード
時にＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の出力端に接続された
負荷１０５が短絡した場合等に過電流を遮断するための
電界効果トランジスタである。メインスイッチ素子Ｑ１
は、ソースＳ及びゲートＧが制御部１０７と接続され、
ドレインＤが同期スイッチ素子Ｑ２のドレインＤ、転流
ダイオードのカソード、及びチョークコイルＬ１の一端
と接続されている。これにより、メインスイッチ素子Ｑ
１のオン／オフは、制御部１０７により制御される。The main switch element Q1 is a field effect transistor for cutting off overcurrent when the load 105 connected to the output terminal of the DC-DC converter 102 is short-circuited in the heavy load mode. Main switch element Q1
Has a source S and a gate G connected to the control unit 107,
The drain D is connected to the drain D of the synchronous switching element Q2, the cathode of the commutation diode, and one end of the choke coil L1. Thereby, the main switch element Q
1 is controlled by the control unit 107.
【０００８】同期スイッチ素子Ｑ２は、転流ダイオード
Ｄ１を流れる電流Ｉｄを、転流ダイオードＤ１ではなく
同期スイッチ素子Ｑ２のソースＳからドレインＤに流す
ようにして、転流ダイオードＤ１での電力ロスを少なく
して回路効率を改善するための電界効果トランジスタで
ある。転流ダイオードＤ１を流れる電流Ｉｄを、転流ダ
イオードＤ１ではなく同期スイッチ素子Ｑ２のソースＳ
からドレインＤに流すようにするのは、同期スイッチ素
子Ｑ２のオン抵抗が転流ダイオードＤ１の抵抗より小さ
いので、電力ロスを少なくできるためである。同期スイ
ッチ素子Ｑ２は、ソースＳがグランドＧＮＤと接続さ
れ、ゲートＧが制御部１０７と接続され、ドレインＤが
メインスイッチ素子Ｑ１のドレインＤ、転流ダイオード
Ｄ１のカソード、 及びチョークコイルＬ１の一端に接続
されている。つまり、同期スイッチ素子Ｑ２のオン／オ
フも、制御部１０７により制御されている。The synchronous switching device Q2 allows the current Id flowing through the commutating diode D1 to flow from the source S of the synchronous switching device Q2 to the drain D instead of the commutating diode D1, thereby reducing the power loss in the commutating diode D1. This is a field-effect transistor for improving the circuit efficiency at a minimum. The current Id flowing through the commutation diode D1 is not supplied to the source S of the synchronous switching element Q2 but to the source S
The reason for this is that the on-resistance of the synchronous switch element Q2 is smaller than the resistance of the commutation diode D1, so that the power loss can be reduced. The synchronous switching device Q2 has a source S connected to the ground GND, a gate G connected to the control unit 107, a drain D connected to the drain D of the main switching device Q1, a cathode of the commutation diode D1, and one end of the choke coil L1. It is connected. That is, ON / OFF of the synchronous switch element Q2 is also controlled by the control unit 107.
【０００９】制御部１０７は、電流検出用の検出抵抗Ｒ
１に流れる電流を検出し、検出抵抗Ｒ１に流れる電流が
予め決められた電流値を超えたかどうかにより、メイン
スイッチ素子Ｑ１を制御する。制御部１０７は、メイン
スイッチ素子Ｑ１のソースＳ、ゲートＧ、検出抵抗Ｒ１
の両端、同期スイッチ素子Ｑ２のゲートＧ、及び同期整
流回路１の接地であるグランドＧＮＤに接続されてい
る。The control unit 107 includes a detection resistor R for detecting a current.
1 is detected, and the main switch element Q1 is controlled based on whether or not the current flowing through the detection resistor R1 exceeds a predetermined current value. The control unit 107 includes a source S, a gate G, and a detection resistor R1 of the main switch element Q1.
, The gate G of the synchronous switch element Q2, and the ground GND which is the ground of the synchronous rectifier circuit 1.
【００１０】転流ダイオードＤ１は、ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ１０２における整流素子である。転流ダイオードＤ
１は、アノードをグランドＧＮＤと接続し、カソードを
メインスイッチＱ１のドレインＤ、同期スイッチＱ２の
ドレインＤ、及びチョークコイルＬ１の一端に接続され
ている。The commutating diode D1 is a rectifying element in the DC-DC converter 102. Commutation diode D
Reference numeral 1 has an anode connected to the ground GND, a cathode connected to the drain D of the main switch Q1, the drain D of the synchronous switch Q2, and one end of the choke coil L1.
【００１１】チョークコイルＬ１は、負荷１０５が接続
された出力端に出力される出力電圧を平滑化するための
リアクトルである。チョークコイルＬ１は、一端を転流
ダイオードＤ１のカソードと、他端を制御部１０７から
延びる検出抵抗Ｒ１の検出用の信号線の一方と接続され
ている。The choke coil L1 is a reactor for smoothing an output voltage output to an output terminal to which the load 105 is connected. The choke coil L1 has one end connected to the cathode of the commutation diode D1 and the other end connected to one of signal lines for detection of the detection resistor R1 extending from the control unit 107.
【００１２】ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の出力端に
は、負荷１０５と並列に平滑コンデンサＣ２が接続され
ている。平滑コンデンサＣ２は、負荷１０５にかかる電
圧を平滑して安定化するためのものである。平滑コンデ
ンサＣ２は、グランドＧＮＤと、検出抵抗Ｒ１の一端に
接続されている。負荷１０５は、例えばポータブル機器
等であり、その負荷量が変動する。The output terminal of the DC-DC converter 102 is connected to a smoothing capacitor C2 in parallel with the load 105. The smoothing capacitor C2 is for smoothing and stabilizing the voltage applied to the load 105. The smoothing capacitor C2 is connected to the ground GND and one end of the detection resistor R1. The load 105 is, for example, a portable device or the like, and the load amount fluctuates.
【００１３】従来の同期整流回路を有するＤＣ−ＤＣコ
ンバータ１０２は以上の様な構成であり、次にその動作
について簡単に説明する。メインスイッチ素子Ｑ１と同
期スイッチ素子Ｑ２は、メインスイッチ素子Ｑ１がオン
した時に同期スイッチ素子Ｑ２をオフ、メインスイッチ
素子Ｑ１がオフした時に同期スイッチ素子Ｑ２をオンと
交互にオン、オフを繰り返す。メインスイッチ素子Ｑ１
及び同期スイッチ素子Ｑ２の制御は、制御部１０７で行
っている。The DC-DC converter 102 having the conventional synchronous rectifier circuit has the above-described configuration, and the operation thereof will be briefly described below. The main switch element Q1 and the synchronous switch element Q2 alternately turn on and off when the synchronous switch element Q2 is turned off when the main switch element Q1 is turned on and off when the main switch element Q1 is turned off. Main switch element Q1
The control of the synchronous switch element Q2 is performed by the control unit 107.
【００１４】同期スイッチ素子Ｑ２がオンした時は、転
流ダイオードＤ１を流れる電流Ｉｄが同期スイッチ素子
Ｑ２を流れる。同期スイッチ素子Ｑ２のオン抵抗は、転
流ダイオードＤ１の抵抗値と比較して小さいため、転流
ダイオードＤ１での電力消費が少なくなる。When synchronous switch element Q2 is turned on, current Id flowing through commutation diode D1 flows through synchronous switch element Q2. Since the ON resistance of the synchronous switching element Q2 is smaller than the resistance value of the commutation diode D1, the power consumption in the commutation diode D1 is reduced.
【００１５】この状態で、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２
の出力端に接続された負荷５が短絡した場合（例えば、
負荷がポータブル機器であった場合、そのポータブル機
器が何らかの原因でショートしたとき等）に、制御部１
０７は、検出抵抗Ｒ１に流れる電流が予め設定された電
流値を超えたことを検出し、メインスイッチ素子Ｑ１を
オフして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２を流れる過電流
を防止する。In this state, the DC-DC converter 102
When the load 5 connected to the output terminal of the short circuit is short-circuited (for example,
When the load is a portable device, when the portable device is short-circuited for some reason, etc.), the control unit 1
07 detects that the current flowing through the detection resistor R1 has exceeded a preset current value, turns off the main switch element Q1, and prevents an overcurrent flowing through the DC-DC converter 102.
【００１６】[0016]
【発明が解決しようとする課題】このような同期整流回
路１０１を有する電源回路１０２において、この同期整
流回路１０１の各素子における電流波形について説明す
る。図９（Ａ）は、ステップダウン回路１６０における
重負荷モードでのメインスイッチ素子Ｑ１の電流ＩＱ
１、転流ダイオードＤ１の電流Ｉｄ、及びチョークコイ
ルＬ１の電流ＩＬの電流波形を示している。図９（Ｂ）
は、ステップダウン回路１６０における軽負荷モードで
のメインスイッチ素子Ｑ１の電流ＩＱ１、転流ダイオー
ドＤ１の電流Ｉｄ、及びチョークコイルＬ１の電流ＩＬ
の電流波形を示している。図１０（Ａ）は、同期整流回
路における重負荷モードでのメインスイッチ素子Ｑ１の
電流ＩＱ１、同期スイッチ素子Ｑ２の電流ＩＱ２、及び
チョークコイルＬ１の電流ＩＬの電流波形を示してい
る。図１０（Ｂ）は、同期整流回路における軽負荷モー
ドでのメインスイッチ素子Ｑ１の電流ＩＱ１、同期スイ
ッチ素子Ｑ２の電流ＩＱ２、及びチョークコイルＬ１の
電流ＩＬの電流波形を示している。図９（Ａ）及び図１
０（Ａ）を参照すると、重負荷モードでは、各素子に流
れる電流は連続的に流れ、図９（Ｂ）及び図１０（Ｂ）
を参照すると、軽負荷モードでは、各素子に流れる電流
は部分的に流れていることが分かる。In the power supply circuit 102 having such a synchronous rectifier circuit 101, a current waveform in each element of the synchronous rectifier circuit 101 will be described. FIG. 9A shows the current IQ of the main switch element Q1 in the heavy load mode in the step-down circuit 160.
1, the current waveform of the current Id of the commutation diode D1 and the current IL of the choke coil L1 are shown. FIG. 9 (B)
Are the current IQ1 of the main switch element Q1, the current Id of the commutation diode D1, and the current IL of the choke coil L1 in the light load mode in the step-down circuit 160.
3 shows a current waveform. FIG. 10A shows current waveforms of the current IQ1 of the main switch element Q1, the current IQ2 of the synchronous switch element Q2, and the current IL of the choke coil L1 in the heavy duty mode in the synchronous rectifier circuit. FIG. 10B shows a current waveform of the current IQ1 of the main switch element Q1, the current IQ2 of the synchronous switch element Q2, and the current IL of the choke coil L1 in the light load mode in the synchronous rectifier circuit. FIG. 9 (A) and FIG.
Referring to FIG. 0 (A), in the heavy load mode, the current flowing in each element flows continuously, and the current flows in FIGS. 9 (B) and 10 (B).
, It can be seen that in the light load mode, the current flowing through each element partially flows.
【００１７】このような状態のもと、図９（Ａ）と図１
０（Ａ）を参照しながら、重負荷モードについて検討す
る。図９（Ａ）重負荷モードにおいては、メインスイッ
チ素子Ｑ１、転流ダイオードＤ１（図１０（Ａ）では、
同期スイッチ素子Ｑ２）、及びチョークコイルＬ１での
電流波形は共にステップダウン回路１６０であっても、
同期整流回路１０１であっても同様の電流波形を示して
いる。Under these conditions, FIG. 9A and FIG.
Consider the heavy load mode with reference to 0 (A). 9A, in the heavy load mode, the main switch element Q1 and the commutation diode D1 (in FIG. 10A,
The current waveforms in the synchronous switching element Q2) and the choke coil L1 are both the step-down circuit 160,
The synchronous rectifier circuit 101 shows a similar current waveform.
【００１８】次に、図９（Ｂ）と図１０（Ｂ）を参照し
ながら、軽負荷モードについて検討する。軽負荷モード
においては、メインスイッチ素子Ｑ１、転流ダイオード
Ｄ１（図１０（Ｂ）では、同期スイッチ素子Ｑ２）、及
びチョークコイルＬ１での電流波形は、ステップダウン
回路１６０であった場合と、同期整流回路１０１であっ
た場合では、電流波形が異なる。図１０（Ｂ）のような
同期整流回路１０１の軽負荷モードにおいては、メイン
スイッチ素子Ｑ１、同期スイッチ素子Ｑ２、及びチョー
クコイルＬ１での電流値がマイナス（逆電流）となる部
分がある。Next, the light load mode will be discussed with reference to FIGS. 9B and 10B. In the light load mode, the current waveforms of the main switch element Q1, the commutation diode D1 (the synchronous switch element Q2 in FIG. 10B), and the choke coil L1 are different from those in the case where the step-down circuit 160 is used. In the case of the rectifier circuit 101, the current waveform is different. In the light load mode of the synchronous rectifier circuit 101 as shown in FIG. 10B, there is a portion where the current value in the main switch element Q1, the synchronous switch element Q2, and the choke coil L1 becomes minus (reverse current).
【００１９】この同期整流回路１０１では、メインスイ
ッチ素子Ｑ１、同期スイッチ素子Ｑ２、及びチョークコ
イルＬ１とも電流がマイナス方向に流れてしまう。これ
は、本来、転流ダイオードＤ１を流れる電流は、アノー
ドからカソード方向にしか流れないが、同期スイッチ素
子Ｑ２の導通状態（ＯＮ）では転流ダイオードＤ１の極
性に関係なく、同期スイッチ素子Ｑ２を経由しマイナス
方向にも流れてしまう。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ１０２の回路効率が、低下していることになる。In this synchronous rectifier circuit 101, current flows in the minus direction in all of the main switch element Q1, the synchronous switch element Q2, and the choke coil L1. This is because the current flowing through the commutation diode D1 originally flows only in the direction from the anode to the cathode, but when the synchronous switch element Q2 is in the conducting state (ON), the synchronous switch element Q2 is turned on regardless of the polarity of the commutation diode D1. It also flows in the minus direction through. This means that the circuit efficiency of the DC-DC converter 102 has been reduced.
【００２０】ところで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２に
おける各素子での電流波形という点では問題なかった重
負荷モードには、別の問題点がある。このＤＣ−ＤＣコ
ンバータ１０２では、重負荷モード及び軽負荷モード共
に、検出抵抗Ｒ１（例えば、数ミリオーム〜数十ミリオ
ーム）に電流が流れることにより電流を検出している。
つまり、常に検出抵抗Ｒ１にて電力が消費されているこ
とになる。There is another problem in the heavy load mode, which has no problem with respect to the current waveform of each element in the DC-DC converter 102. In the DC-DC converter 102, in both the heavy load mode and the light load mode, the current is detected by the current flowing through the detection resistor R1 (for example, several milliohms to several tens of milliohms).
That is, the power is always consumed by the detection resistor R1.
【００２１】これでは特に、重負荷モード時に大量の電
力が検出抵抗Ｒ１にて消費されてロス（損失）が大き
く、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の回路効率が悪くなっ
てしまう。当然のことながら、検出抵抗Ｒ１をＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ１０２に設けることにより、コストが余分
にかかることになる。また、検出抵抗Ｒ１の代わりにト
ランス等を使用できるが、より大きなスペースが必要と
なってしまう。そこでこの発明は上記課題を解消し、回
路効率がよく小型で安価な同期整流を用いた電源回路及
び電源回路制御方法を提供することを目的としている。In this case, especially in the heavy load mode, a large amount of power is consumed by the detection resistor R1 and the loss (loss) is large, so that the circuit efficiency of the DC-DC converter 102 deteriorates. Naturally, the detection resistor R1 is connected to DC-D
Providing the C converter 102 adds extra cost. Although a transformer or the like can be used instead of the detection resistor R1, a larger space is required. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide a power supply circuit and a power supply circuit control method using synchronous rectification, which has good circuit efficiency and is small and inexpensive.
【００２２】[0022]
【課題を解決するための手段】上記目的は、この発明に
あっては、直流電源を負荷に接続することで一定の電圧
を負荷に供給するための同期整流を用いた電源回路であ
り、負荷と直流電源間に配置されて、負荷が重負荷の場
合に過電流が流れるのを阻止するためにオフになる第１
スイッチ素子と、負荷と直流電源間に配置されて、負荷
が軽負荷の場合にはオフされる第２スイッチ素子と、第
１スイッチ素子と第２スイッチ素子のオン／オフ動作を
制御する制御部と、を有し、この制御部は、第１スイッ
チ素子がオンの時に第１スイッチ素子のオン抵抗を使用
して電流値を検出し、第２スイッチ素子がオンの時に第
２スイッチ素子のオン抵抗を使用して電流値を検出する
ことで、これらの電流値に基づいて重負荷か軽負荷かを
判断し、負荷が重負荷の場合に過電流が流れると第１ス
イッチ素子をオフし、負荷が軽負荷の場合には第２スイ
ッチ素子をオフすることを特徴とする電源回路により達
成される。この発明では、専用の電流検出抵抗やトラン
ス等を必要とせず、第１スイッチ素子と第２スイッチ素
子のオン抵抗を使用して電流を検出するので、電力損失
を小さくして回路効率を上げることができる。SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a power supply circuit using synchronous rectification for supplying a constant voltage to a load by connecting a DC power supply to the load. And a DC power supply, which is turned off to prevent an overcurrent from flowing when the load is a heavy load.
A switch element, a second switch element disposed between the load and the DC power supply and turned off when the load is light, and a control unit for controlling on / off operations of the first switch element and the second switch element. The control unit detects the current value using the on-resistance of the first switch element when the first switch element is on, and turns on the second switch element when the second switch element is on. By detecting a current value using a resistor, it is determined whether the load is a heavy load or a light load based on these current values. When an overcurrent flows when the load is a heavy load, the first switch element is turned off, This is achieved by a power supply circuit characterized in that the second switch element is turned off when the load is light. According to the present invention, the current is detected by using the on-resistances of the first switch element and the second switch element without using a dedicated current detection resistor or a transformer, so that the power loss is reduced and the circuit efficiency is increased. Can be.
【００２３】また、好ましくは、制御部は、軽負荷時に
第２スイッチ素子を流れる電流が予め設定された値を超
えた時に、第２スイッチ素子をオフする。この発明で
は、電源回路において制御部が、電源回路における効率
低下の原因となる逆電流が流れる直前にそのことを検出
してモードを切り替えるので、軽負荷時の電源回路の効
率が向上する。Preferably, the control section turns off the second switch element when a current flowing through the second switch element at a light load exceeds a preset value. According to the present invention, since the control unit in the power supply circuit detects the reverse current immediately before the flow of the reverse current, which causes a reduction in efficiency in the power supply circuit, and switches the mode, the efficiency of the power supply circuit under light load is improved.
【００２４】上記目的は、この発明にあっては、直流電
源を負荷に接続することで、一定の電圧を負荷に供給す
るための電源回路制御方法であり、負荷と直流電源間に
配置される第１スイッチ素子は、負荷が重負荷の場合に
過電流が流れるのを阻止するためにオフにし、負荷と直
流電源間に配置される第２スイッチ素子は、負荷が軽負
荷の場合にはオフし、制御部は、第１スイッチ素子と第
２スイッチ素子のオン／オフ動作を制御するものであ
り、この制御部は、第１スイッチ素子がオンの時に第１
スイッチ素子のオン抵抗を使用して電流値を検出し、第
２スイッチ素子がオンの時に第２スイッチ素子のオン抵
抗を使用して電流値を検出することで、これらの電流値
に基づいて重負荷か軽負荷かを判断し、負荷が重負荷の
場合に過電流が流れると第１スイッチ素子をオフし、負
荷が軽負荷の場合には第２スイッチ素子をオフすること
を特徴とする電源回路制御方法。この発明では、専用の
電流検出抵抗やトランス等を必要とせず、第１スイッチ
素子と第２スイッチ素子のオン抵抗を使用して電流を検
出するので、電力損失を小さくして回路効率を上げるこ
とができる。The object of the present invention is to provide a power supply circuit control method for supplying a constant voltage to a load by connecting a DC power supply to the load, and is arranged between the load and the DC power supply. The first switch element is turned off to prevent an overcurrent from flowing when the load is heavy, and the second switch element disposed between the load and the DC power supply is turned off when the load is light. The control section controls on / off operations of the first switch element and the second switch element, and the control section controls the first switch element when the first switch element is on.
By detecting the current value using the on-resistance of the switch element and detecting the current value using the on-resistance of the second switch element when the second switch element is on, the current value is detected based on these current values. A power supply for judging whether the load is light or heavy and turning off the first switch element when an overcurrent flows when the load is heavy, and turning off the second switch element when the load is light Circuit control method. According to the present invention, the current is detected by using the on-resistances of the first switch element and the second switch element without using a dedicated current detection resistor or a transformer, so that the power loss is reduced and the circuit efficiency is increased. Can be.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施の形
態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に
述べる実施の形態は、この発明の好適な具体例であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、こ
の発明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を限
定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるも
のではない。Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Although the embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is not limited to the following description. It is not limited to these forms unless otherwise stated.
【００２６】図１は、この発明の好ましい実施の形態で
ある電源回路の出力端に負荷が接続されている様子を示
す回路図である。この電源回路としてのＤＣ−ＤＣコン
バータ２は、図１において入力電源Ｖｉｎ、平滑コンデ
ンサＣ１、同期整流回路１、平滑コンデンサＣ２等を有
し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力端が負荷５に接続さ
れている。FIG. 1 is a circuit diagram showing a state where a load is connected to an output terminal of a power supply circuit according to a preferred embodiment of the present invention. The DC-DC converter 2 as a power supply circuit includes an input power supply Vin, a smoothing capacitor C1, a synchronous rectifier circuit 1, a smoothing capacitor C2 and the like in FIG. 1, and an output terminal of the DC-DC converter 2 is connected to a load 5. ing.
【００２７】ＤＣ−ＤＣコンバータ２（直流−直流コン
バータ）は、２個のスイッチ素子を同期して切り替える
ことにより、負荷５に接続された出力端に一定の電圧を
出力する電源の一種である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２に
設けられている同期整流回路１は、このスイッチ素子の
切り替えを行う回路である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２
は、出力端に接続される負荷５の状態により不連続モー
ド（軽負荷モード）及び連続モード（重負荷モード）の
２つのモードができる。軽負荷モードは、例えばポータ
ブル機器等の電子機器が待機状態である待機モードを示
し、重負荷モードは電子機器が動作状態である動作モー
ドを示す。軽負荷モードにおいては、ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ２の出力は電子機器の液晶パネルの表示やメモリ保
持などの最小限の微少負荷のみに供給される。The DC-DC converter 2 (DC-DC converter) is a type of power supply that outputs a constant voltage to an output terminal connected to the load 5 by switching two switch elements synchronously. The synchronous rectification circuit 1 provided in the DC-DC converter 2 is a circuit for switching this switch element. DC-DC converter 2
There are two modes, a discontinuous mode (light load mode) and a continuous mode (heavy load mode), depending on the state of the load 5 connected to the output terminal. The light load mode indicates a standby mode in which an electronic device such as a portable device is in a standby state, and the heavy load mode indicates an operation mode in which the electronic device is in an operating state. In the light load mode, the output of the DC-DC converter 2 is supplied only to a minimum load, such as a display on a liquid crystal panel of an electronic device and a memory hold.
【００２８】入力電源Ｖｉｎが接続されるＤＣ−ＤＣコ
ンバータ２の入力端には、平滑コンデンサＣ１が入力電
源Ｖｉｎに対して並列に接続されている。平滑コンデン
サＣ１は、入力電源Ｖｉｎの入力電圧の脈動を平滑して
安定化させるためのものである。A smoothing capacitor C1 is connected in parallel to the input power supply Vin at an input terminal of the DC-DC converter 2 to which the input power supply Vin is connected. The smoothing capacitor C1 is for smoothing and stabilizing the pulsation of the input voltage of the input power supply Vin.
【００２９】ステップダウン回路６０は、図１のように
メインスイッチ素子Ｑ１（第１スイッチ素子）、制御部
７、転流ダイオードＤ１、チョークコイルＬ１等を有す
る。同期整流回路１は、ステップダウン回路６０に、転
流ダイオードＤ１での電力損失を少なくし、効率を改善
するために使用する同期スイッチ素子Ｑ２（第２スイッ
チ素子）を加えた回路である。同期整流回路１は、同期
スイッチ素子Ｑ２がオフの状態では、ステップダウン回
路６０と同じ動作をする。The step-down circuit 60 has a main switch element Q1 (first switch element), a control unit 7, a commutation diode D1, a choke coil L1 and the like as shown in FIG. The synchronous rectifier circuit 1 is a circuit in which a synchronous switch element Q2 (second switch element) used for reducing power loss in the commutation diode D1 and improving efficiency is added to the step-down circuit 60. The synchronous rectifier circuit 1 performs the same operation as the step-down circuit 60 when the synchronous switch element Q2 is off.
【００３０】メインスイッチ素子Ｑ１は、入力側から出
力側へ電力を伝達する電界効果トランジスタである。Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータ２の出力端が短絡した場合等は、過
電流を遮断するためメインスイッチ素子Ｑ１をオフす
る。メインスイッチ素子Ｑ１は、ソースＳが制御部７か
ら延びる検出線７ａ、直流電源Ｖｉｎ、及び平滑コンデ
ンサＣ１と接続され、ドレインＤが制御部７から延びる
検出線７ｂと接続され、ゲートＧが制御部７と接続され
る。The main switch element Q1 is a field effect transistor for transmitting power from the input side to the output side. D
For example, when the output terminal of the C-DC converter 2 is short-circuited, the main switch element Q1 is turned off to cut off the overcurrent. The main switch element Q1 has a source S connected to a detection line 7a extending from the control unit 7, a DC power supply Vin, and a smoothing capacitor C1, a drain D connected to a detection line 7b extending from the control unit 7, and a gate G connected to the control unit. 7 is connected.
【００３１】メインスイッチ素子Ｑ１は、そのオン／オ
フを制御部７により制御されている。メインスイッチ素
子Ｑ１のソースＳとドレインＤには、制御部７の検出線
７ａ、７ｂがそれぞれ接続されているため、メインスイ
ッチ素子Ｑ１がオンでのソースＳ−ドレインＤ間のオン
抵抗を利用して、制御部７はソースＳ−ドレインＤ間の
電流を検出できる。The ON / OFF of the main switch element Q1 is controlled by the control unit 7. Since the detection lines 7a and 7b of the control unit 7 are connected to the source S and the drain D of the main switch element Q1, respectively, the on-resistance between the source S and the drain D when the main switch element Q1 is on is used. Thus, the control unit 7 can detect the current between the source S and the drain D.
【００３２】同期スイッチ素子Ｑ２は、転流ダイオード
Ｄ１を流れる電流Ｉｄを、転流ダイオードＤ１の代わり
に同期スイッチ素子Ｑ２のソースＳからドレインＤに流
すようにして、転流ダイオードＤ１で消費する電力を省
力化するための電界効果トランジスタである。転流ダイ
オードＤ１を流れる電流Ｉｄを、転流ダイオードＤ１の
代わりに同期スイッチ素子Ｑ２のソースＳからドレイン
Ｄに流すようにするのは、同期スイッチ素子Ｑ２のオン
抵抗が転流ダイオードＤ１の抵抗より小さいためであ
る。The synchronous switch element Q2 allows the current Id flowing through the commutation diode D1 to flow from the source S to the drain D of the synchronous switch element Q2 instead of the commutation diode D1, so that the power consumed by the commutation diode D1 Is a field-effect transistor for saving power. The current Id flowing through the commutation diode D1 is caused to flow from the source S of the synchronous switch element Q2 to the drain D instead of the commutation diode D1 because the on-resistance of the synchronous switch element Q2 is smaller than the resistance of the commutation diode D1. Because it is small.
【００３３】同期スイッチ素子Ｑ２は、ソースＳが制御
部７の検出線７ｃとグランドＧＮＤ等とが接続され、ド
レインＤが制御部７の検出線７ｂ、メインスイッチ素子
のドレインＤ、転流ダイオードＤ１のカソード、及びチ
ョークコイルＬ１と接続され、ゲートＧが制御部７と接
続されている。つまり、同期スイッチ素子Ｑ２は、その
オン／オフ状態を制御部７に制御される。The synchronous switch element Q2 has a source S connected to the detection line 7c of the control unit 7 and the ground GND, a drain D connected to the detection line 7b of the control unit 7, a drain D of the main switch element, and a commutation diode D1. And the gate G is connected to the control unit 7. That is, the ON / OFF state of the synchronous switch element Q2 is controlled by the control unit 7.
【００３４】同期スイッチ素子Ｑ２のソースＳとドレイ
ンＤには、制御部７の検出線７ｃ、７ｂがそれぞれ接続
されているため、同期スイッチ素子Ｑ２がオンした状態
でのソースＳ−ドレインＤ間のオン抵抗を利用して、制
御部７はソースＳ−ドレインＤ間の電流を検出すること
ができる。このようにして、図１の実施の形態では、電
流値を検出するための専用の抵抗が不要である。Since the detection lines 7c and 7b of the control unit 7 are connected to the source S and the drain D of the synchronous switch element Q2, respectively, the source S and the drain D are in a state where the synchronous switch element Q2 is turned on. Using the on-resistance, the control unit 7 can detect a current between the source S and the drain D. Thus, the embodiment of FIG. 1 does not require a dedicated resistor for detecting the current value.
【００３５】図１の制御部７は、上述したようにメイン
スイッチ素子Ｑ１や同期スイッチ素子Ｑ２のオン／オフ
を制御する等のための制御回路である。制御部７は、図
２の過電流検出回路１７ａ及び過電流保護回路１７ｃ、
図４の軽負荷モード時の効率改善用の逆電流検出回路１
７ｂ等を有する。図２の過電流検出回路１７ａは、重負
荷モード時にメインスイッチ素子Ｑ１がオンの状態のメ
インスイッチ素子Ｑ１のオン抵抗を用いて電流を検出す
る回路である。過電流検出回路１７ａの比較器は、入力
としてメインスイッチ素子Ｑ１のソースＳに接続された
検出線７ａ、及びメインスイッチ素子Ｑ１のドレインＤ
に接続された検出線７ｂがあり、過電流保護回路１７ｃ
が出力側に接続されている。The control section 7 shown in FIG. 1 is a control circuit for controlling ON / OFF of the main switch element Q1 and the synchronous switch element Q2 as described above. The control unit 7 includes an overcurrent detection circuit 17a and an overcurrent protection circuit 17c of FIG.
Reverse current detection circuit 1 for improving efficiency in light load mode in FIG.
7b and the like. The overcurrent detection circuit 17a in FIG. 2 is a circuit that detects a current using the on-resistance of the main switch element Q1 in the state where the main switch element Q1 is on in the heavy load mode. The comparator of the overcurrent detection circuit 17a includes, as inputs, a detection line 7a connected to the source S of the main switch element Q1, and a drain D of the main switch element Q1.
Is connected to the overcurrent protection circuit 17c.
Is connected to the output side.
【００３６】過電流検出回路１７ａの比較器は、２つの
検出線７ａ、７ｂ間の電流値を検出し、予め設定された
値以上となると、過電流保護回路１７ｃに対して信号を
出力する。また、図２のように過電流検出回路１７ａか
ら検出線７ｂまでの間には、メインスイッチ素子Ｑ１と
同期して動作するスイッチ素子ＳＷ１が存在する。この
スイッチ素子ＳＷ１により、メインスイッチ素子Ｑ１が
オン状態の時のみ過電流検出回路１７ａが動作すること
になる。The comparator of the overcurrent detection circuit 17a detects a current value between the two detection lines 7a and 7b, and outputs a signal to the overcurrent protection circuit 17c when the current value exceeds a preset value. Further, as shown in FIG. 2, a switching element SW1 that operates in synchronization with the main switching element Q1 exists between the overcurrent detection circuit 17a and the detection line 7b. With this switch element SW1, the overcurrent detection circuit 17a operates only when the main switch element Q1 is in the ON state.
【００３７】過電流保護回路１７ｃは、ＤＣ−ＤＣコン
バータ２に流れる過電流を防止するための制御回路であ
り、例えばタイマーラッチ回路である。過電流保護回路
１７ｃの出力側には、メインスイッチ素子Ｑ１のゲート
Ｇに接続されている。The overcurrent protection circuit 17c is a control circuit for preventing an overcurrent flowing through the DC-DC converter 2, and is, for example, a timer latch circuit. The output side of the overcurrent protection circuit 17c is connected to the gate G of the main switch element Q1.
【００３８】過電流保護回路１７ｃは、ＤＣ−ＤＣコン
バータ２に過電流が流れたことが判明すると、メインス
イッチ素子Ｑ１をオフする。このようにして、これら各
スイッチ素子を切り替えることによりＤＣ−ＤＣコンバ
ータ２に流れる過電流を防止することができる。The overcurrent protection circuit 17c turns off the main switch element Q1 when it is determined that an overcurrent has flowed through the DC-DC converter 2. In this way, by switching these switch elements, an overcurrent flowing through the DC-DC converter 2 can be prevented.
【００３９】一方、図４の逆電流防止回路１７ｂは、軽
負荷モード時にＤＣ−ＤＣコンバータ２の効率を改善す
るため、図１における同期スイッチ素子Ｑ２のソースＳ
−ドレインＤ間を流れる電流で、逆電流（図３（Ｂ）の
斜線で示した逆電流ＮＧ）が流れないようにするための
回路である。逆電流防止回路１７ｂの比較器の入力に
は、同期スイッチ素子Ｑ２のドレインＤと接続された検
出線７ｂ、及び基準電圧Ｖｒｅｆのマイナス端が接続さ
れている。逆電流防止回路１７ｂの比較器の出力として
それぞれメインスイッチ素子Ｑ１のゲートＧ及び同期ス
イッチ素子Ｑ２のゲートＧと接続されている。On the other hand, in order to improve the efficiency of the DC-DC converter 2 at the time of the light load mode, the reverse current prevention circuit 17b of FIG.
This is a circuit for preventing a reverse current (a reverse current NG shown by oblique lines in FIG. 3B) from flowing between the drains D. The input of the comparator of the reverse current prevention circuit 17b is connected to the detection line 7b connected to the drain D of the synchronous switch element Q2 and the negative end of the reference voltage Vref. The output of the comparator of the reverse current prevention circuit 17b is connected to the gate G of the main switch element Q1 and the gate G of the synchronous switch element Q2, respectively.
【００４０】逆電流防止回路１７ｂは、検出線７ｂの電
圧と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、予め設定された電圧
値以上を超えると、逆電流防止回路７ｂは、同期スイッ
チ素子Ｑ２のゲートＧをオフ状態とし、更にはメインス
イッチ素子Ｑ１のスイッチング周波数を可変させる信号
を出力する。この信号により、メインスイッチ素子Ｑ１
のスイッチング周波数を下げ、メインスイッチ素子Ｑ１
を駆動している回路部での電力ロスを少なくし、軽負荷
モード時の回路効率の向上を図ることができる。The reverse current prevention circuit 17b compares the voltage of the detection line 7b with the reference voltage Vref, and when the voltage exceeds a predetermined voltage value, the reverse current prevention circuit 7b switches the gate G of the synchronous switch element Q2. It turns off, and further outputs a signal for varying the switching frequency of the main switch element Q1. By this signal, the main switch element Q1
Of the main switching element Q1
, The power loss in the circuit section that drives the power supply can be reduced, and the circuit efficiency in the light load mode can be improved.
【００４１】ここで、先程述べた基準電圧Ｖｒｅｆにつ
いて述べる。前述したように、図１のＤＣ−ＤＣコンバ
ータ２の軽負荷モード時の効率を下げていたのは、同期
スイッチ素子Ｑ２のソースＳ−ドレインＤ間に逆電流が
流れることによるものである。図３（Ａ）は、逆電流が
流れた時の同期スイッチ素子Ｑ２のソースＳ−ドレイン
Ｄ間の電圧波形である。通常、電流は電位の高い方から
低い方へ流れる。逆電流が流れる時は、同期スイッチ素
子Ｑ２のドレインＤ（検出線７ｂ）の電位がソースＳ
（検出線７ｃ）の電位よりも高くなったときである。そ
こで、この同期スイッチ素子Ｑ２のソースＳ−ドレイン
Ｄ間の電位が、反転する直前に同期スイッチ素子Ｑ２を
オフすることにより、この逆電流を防止する。図４の基
準電圧Ｖｒｅｆは、同期スイッチ素子Ｑ２のソースＳ−
ドレインＤ間の反転電位による逆電流を防ぐために予め
設定されている電圧値である。検出線７ｃはグランドＧ
ＮＤに接続されているため検出線７ｃの電位は０［Ｖ］
とし、検出線７ｂとの電位のみについてこの基準電圧Ｖ
ｒｅｆと比較する。この動作を行っているのが図４の逆
電流防止回路７ｂの比較器である。Here, the above-described reference voltage Vref will be described. As described above, the efficiency of the DC-DC converter 2 in FIG. 1 in the light load mode is reduced because a reverse current flows between the source S and the drain D of the synchronous switching element Q2. FIG. 3A shows a voltage waveform between the source S and the drain D of the synchronous switching element Q2 when a reverse current flows. Normally, current flows from a higher potential to a lower potential. When a reverse current flows, the potential of the drain D (detection line 7b) of the synchronous switching element Q2 becomes
This is when the potential becomes higher than the potential of (detection line 7c). Therefore, the reverse current is prevented by turning off the synchronous switching element Q2 immediately before the potential between the source S and the drain D of the synchronous switching element Q2 is inverted. The reference voltage Vref shown in FIG.
This is a voltage value set in advance to prevent a reverse current due to an inverted potential between the drains D. Detection line 7c is ground G
Since it is connected to ND, the potential of the detection line 7c is 0 [V].
And the reference voltage V only for the potential with the detection line 7b.
Compare with ref. This operation is performed by the comparator of the reverse current prevention circuit 7b in FIG.
【００４２】図１の転流ダイオードＤ１は、ＤＣ−ＤＣ
コンバータ２における逆流防止用の整流素子である。転
流ダイオードＤ１は、アノードがグランドＧＮＤと接続
され、カソードがメインスイッチＱ１のドレインＤ、同
期スイッチＱ２のドレインＤ、及びチョークコイルＬ１
の一端側と接続されている。The commutating diode D1 shown in FIG.
It is a rectifying element for preventing backflow in the converter 2. The commutation diode D1 has an anode connected to the ground GND, a cathode connected to the drain D of the main switch Q1, the drain D of the synchronous switch Q2, and the choke coil L1.
Is connected to one end.
【００４３】チョークコイルＬ１は、負荷の接続された
出力端に出力される出力電圧を平滑化するためのリアク
トルである。チョークコイルＬ１の一端は、転流ダイオ
ードＤ１のカソード、メインスイッチ素子Ｑ１のドレイ
ンＤ、同期スイッチ素子Ｑ２のドレインＤに接続され、
チョークコイルＬ１の他端が平滑コンデンサＣ２の一端
に接続されている。The choke coil L1 is a reactor for smoothing an output voltage output to an output terminal connected to a load. One end of the choke coil L1 is connected to the cathode of the commutation diode D1, the drain D of the main switch element Q1, and the drain D of the synchronous switch element Q2,
The other end of the choke coil L1 is connected to one end of the smoothing capacitor C2.
【００４４】負荷５は、例えばポータブル機器等の電子
機器の負荷であり、その負荷量が変動する。負荷５が接
続されている出力端には、負荷５に対して並列になるよ
うに平滑コンデンサＣ２が接続されている。平滑コンデ
ンサＣ２は、負荷５にかかる電圧の脈動を平滑して安定
させるためのものである。平滑コンデンサＣ２は、一方
の端をグランドＧＮＤと、他方の端を出力端のプラス側
と接続されている。The load 5 is, for example, a load of an electronic device such as a portable device, and its load fluctuates. A smoothing capacitor C2 is connected to the output terminal to which the load 5 is connected so as to be parallel to the load 5. The smoothing capacitor C2 is for smoothing and stabilizing the pulsation of the voltage applied to the load 5. The smoothing capacitor C2 has one end connected to the ground GND and the other end connected to the plus side of the output end.
【００４５】同期整流回路１を有するＤＣ−ＤＣコンバ
ータ２は以上のような構成であり、次にその制御方法に
ついて図１等を参照して簡単に説明する。過電流が流れた場合の動作 図１の制御部７は、メインスイッチ素子Ｑ１のオン抵抗
により、メインスイッチ素子Ｑ１のソースＳ−ドレイン
Ｄ間を流れる電流ＩＱ１を検出している。この状態で
は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を流れる電流は、例えば直
流電源Ｖｉｎのプラス側から、メインスイッチ素子Ｑ
１、チョークコイルＬ１、負荷５を経由して直流電源Ｖ
ｉｎのマイナス側に戻る。The DC-DC converter 2 having the synchronous rectifier circuit 1 is configured as described above. Next, a control method thereof will be briefly described with reference to FIG. Operation when Overcurrent Flows The control unit 7 in FIG. 1 detects the current IQ1 flowing between the source S and the drain D of the main switch element Q1 by the ON resistance of the main switch element Q1. In this state, the current flowing through the DC-DC converter 2 is, for example, from the plus side of the DC power supply Vin, the main switch element Q
1. DC power supply V via choke coil L1 and load 5
Return to the minus side of in.
【００４６】ここで、例えば出力端が短絡した場合には
メインスイッチ素子Ｑ１のソースＳＤ−ドレインＤ間に
は過電流が流れる。図１の同期整流回路１において図２
の制御部の過電流検出回路１７ａが常時メインスイッチ
素子Ｑ１のソースＳ−ドレインＤに流れる電流値を監視
しているため、過電流検出回路１７ａが過電流保護回路
１７ｃに対して過電流が流れた時の信号を出力して、メ
インスイッチ素子Ｑ１のオフを指令する。これにより、
ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力側に過電流が流れること
を防止することが可能である。Here, for example, when the output terminal is short-circuited, an overcurrent flows between the source SD and the drain D of the main switch element Q1. 2 in the synchronous rectifier circuit 1 of FIG.
Since the overcurrent detection circuit 17a of the control unit constantly monitors the value of the current flowing through the source S-drain D of the main switch element Q1, the overcurrent detection circuit 17a outputs an overcurrent to the overcurrent protection circuit 17c. Is output to instruct the main switch element Q1 to be turned off. This allows
It is possible to prevent an overcurrent from flowing to the output side of the DC-DC converter 2.
【００４７】軽負荷モード時における効率改善動作 図１の制御部７は、同期スイッチ素子Ｑ２のオン抵抗に
より、同期スイッチ素子Ｑ２のソースＳ−ドレインＤ間
を流れる電流を検出している。この状態では、ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ２を流れる電流は、メインスイッチ素子Ｑ
１がオフした時は、同期スイッチ素子Ｑ２がオンし、同
期スイッチ素子Ｑ２のソースＳからドレインＤ、チョー
クコイルＬ１、負荷５を経由して同期スイッチ素子Ｑ２
のソースＳに戻る。 Operation of Improving Efficiency in Light Load Mode The control section 7 in FIG. 1 detects the current flowing between the source S and the drain D of the synchronous switch element Q2 by the ON resistance of the synchronous switch element Q2. In this state, DC-D
The current flowing through the C converter 2 is
When the switch 1 is turned off, the synchronous switch element Q2 is turned on, and the synchronous switch element Q2 is switched from the source S of the synchronous switch element Q2 to the drain D, the choke coil L1, and the load 5.
Return to the source S.
【００４８】図１の負荷５の負荷量が少なくなると重負
荷モードから軽負荷モードに切り替わる。図５は、その
軽負荷モードに切り替わった時の同期スイッチ素子Ｑ２
のソースＳ−ドレインＤ間の電圧波形Ｖｂｃ（ＶＤＳ）
である。更に、負荷５の負荷量が少なくなると、図３
（Ａ）のように同期スイッチ素子Ｑ２のソース−ドレイ
ンＤ間の電圧波形Ｖｂｃ（ＶＤＳ）のようにドレインＤ
（検出線７ｂ）の電位が、ソースＳ（検出線７ｃ）の電
位よりも高くなる。図３（Ｂ）のように逆電流が流れ始
めるのは、図３（Ａ）の同期スイッチ素子Ｑ２のドレイ
ンＤ電位がソースＳ電位を超えるポイントＰ１からであ
る。ここで、同期整流回路１では図４の制御部７の逆電
流防止回路１７ｂが、同期スイッチ素子Ｑ２のソースＳ
−ドレインＤ間の電圧Ｖｂｃを常時監視しているため、
同期スイッチ素子Ｑ２のドレインＤの電圧がソースＳの
電位を超えるポイントＰ１の直前のポイントＰ２に到達
すると、制御部７は同期スイッチ素子Ｑ２をオフする。
つまり、同期スイッチ素子Ｑ２のドレインＤの電位がソ
ースＳの電位を超える直前に同期スイッチ素子Ｑ２がオ
フし、転流ダイオードＤ１だけの動作となるため、ソー
スＳ−ドレインＤ間の電位差Ｖｂｃがマイナスとなるこ
とがないので、ソースＳ−ドレインＤ間には、図３
（Ｂ）のような斜線部分ＮＧである逆電流が流れない。
このポイントＰ２となるような図４の基準電圧Ｖｒｅｆ
を設定して、図４の逆電流防止回路１７ｂを構成する。When the load of the load 5 in FIG. 1 decreases, the mode is switched from the heavy load mode to the light load mode. FIG. 5 shows the synchronous switching element Q2 when switching to the light load mode.
Voltage waveform Vbc (VDS) between source S and drain D
It is. Further, when the load amount of the load 5 is reduced, FIG.
(A) As shown in the voltage waveform Vbc (VDS) between the source and drain D of the synchronous switch element Q2 as shown in FIG.
The potential of (detection line 7b) becomes higher than the potential of source S (detection line 7c). The reverse current starts to flow as shown in FIG. 3B at a point P1 where the drain D potential of the synchronous switch element Q2 in FIG. 3A exceeds the source S potential. Here, in the synchronous rectification circuit 1, the reverse current prevention circuit 17b of the control unit 7 in FIG.
-Since the voltage Vbc between the drain D is constantly monitored,
When the voltage of the drain D of the synchronous switching element Q2 reaches the point P2 immediately before the point P1 exceeding the potential of the source S, the control unit 7 turns off the synchronous switching element Q2.
That is, just before the potential of the drain D of the synchronous switching element Q2 exceeds the potential of the source S, the synchronous switching element Q2 is turned off and only the commutation diode D1 operates, so that the potential difference Vbc between the source S and the drain D is negative. 3 between the source S and the drain D.
The reverse current that is the hatched portion NG as shown in FIG.
The reference voltage Vref shown in FIG.
To configure the reverse current prevention circuit 17b of FIG.
【００４９】この動作を基準電圧Ｖｒｅｆを用いて説明
すると、図５のように同期スイッチ素子Ｑ２のソースＳ
−ドレインＤ間の電圧Ｖｂｃが、ポイントＰ３のような
Ｖｂｃ＝Ｖｒｅｆとなる電圧に到達すると、逆電流防止
回路１７ｂは同期スイッチ素子Ｑ２をオフする。This operation will be described with reference to the reference voltage Vref. As shown in FIG.
When the voltage Vbc between the drain D reaches the voltage at which Vbc = Vref as at the point P3, the reverse current prevention circuit 17b turns off the synchronous switch element Q2.
【００５０】図６（Ａ）は、重負荷時であり、同期スイ
ッチ素子Ｑ２が制御部７の逆電流防止回路１７ｂにより
オフされた際の転流ダイオードＤ１の電圧波形を示して
いる。同期スイッチ素子Ｑ２が逆電流防止回路１７ｂに
よりオフされると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２はステップ
ダウン回路と同様の動作となる。軽負荷モード時は導通
時間ｔｄが短くなり、図４の検出線７ｂにおける図５の
電圧Ｖｂも、図６（Ａ）のように基準電圧Ｖｒｅｆより
も高い。FIG. 6A shows a voltage waveform of the commutation diode D1 when the load is heavy and the synchronous switching element Q2 is turned off by the reverse current prevention circuit 17b of the control unit 7. When the synchronous switch element Q2 is turned off by the reverse current prevention circuit 17b, the DC-DC converter 2 operates similarly to the step-down circuit. In the light load mode, the conduction time td is short, and the voltage Vb in FIG. 5 on the detection line 7b in FIG. 4 is higher than the reference voltage Vref as shown in FIG.
【００５１】一方、負荷５に流れる負荷電流が増加する
と、図６（Ｂ）のように導通時間ｔｄも長くなる。やが
て、重負荷モードとなると、検出線７ｂにおける電圧Ｖ
ｂは、基準電圧Ｖｒｅｆより低くなり、ポイントＰ３を
超える。この時、同期スイッチ素子Ｑ２を再度オンする
ことにより、同期整流回路１の動作となる。On the other hand, when the load current flowing through the load 5 increases, the conduction time td also increases as shown in FIG. Eventually, when a heavy load mode is set, the voltage V
b becomes lower than the reference voltage Vref and exceeds the point P3. At this time, when the synchronous switch element Q2 is turned on again, the operation of the synchronous rectifier circuit 1 is performed.
【００５２】このような同期整流回路１の構成におい
て、出力電流に対する回路効率を確認する。図７は、ス
テップダウン回路、従来の同期整流回路（改善前同期整
流回路）、及びこの発明の好ましい実施の形態である同
期整流回路（改善後同期整流回路）における出力電流に
対する効率特性を示している。ここで、図７の出力電流
とは、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端から負荷５に流出
する電流をいうものとする。In such a configuration of the synchronous rectifier circuit 1, the circuit efficiency with respect to the output current is confirmed. FIG. 7 shows the efficiency characteristics with respect to the output current in the step-down circuit, the conventional synchronous rectifier circuit (the synchronous rectifier circuit before the improvement), and the synchronous rectifier circuit (the synchronous rectifier circuit after the improvement) according to the preferred embodiment of the present invention. I have. Here, the output current in FIG. 7 refers to a current flowing out of the output terminal of the DC-DC converter to the load 5.
【００５３】図７では、ステップダウン回路の特性を２
０、従来の同期整流回路の特性を２１、及びこの発明の
好ましい実施の形態である同期整流回路の特性を２２で
表している。図７を参照すると、同期整流回路１は、軽
負荷モード及び重負荷モードいずれの状態においても従
来の同期整流回路と比較して、電流検出抵抗を使用しな
い分、回路効率が改善されていることがわかる。特に、
軽負荷モードにおいて出力電流が低い状態では著しい改
善が見られる。In FIG. 7, the characteristic of the step-down circuit is 2
0, 21 indicate the characteristics of the conventional synchronous rectifier circuit, and 22 indicate the characteristics of the synchronous rectifier circuit according to the preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, the synchronous rectifier circuit 1 has improved circuit efficiency in both the light load mode and the heavy load mode compared with the conventional synchronous rectifier circuit because no current detection resistor is used. I understand. Especially,
Significant improvement is seen at low output currents in light load mode.
【００５４】この発明の実施形態によれば、電流を検出
するのに電源回路において電流検出専用の検出抵抗Ｒ１
を使用せず、メインスイッチ素子Ｑ１や同期スイッチ素
子Ｑ２等のスイッチ素子のオン抵抗を使用して電流を検
出するので回路効率を改善できる。また、同期スイッチ
素子Ｑ２の通電電流を検出し軽負荷時に同期スイッチ素
子Ｑ２をオフすることで、逆電流による効率低下を無く
すことができる。さらには、第１スイッチ素子のスイッ
チング周波数を下げ、軽負荷モード時の効率改善ができ
る。これらにより、この電源回路１を有する電源ユニッ
トを小型化することができる。According to the embodiment of the present invention, in the power supply circuit for detecting the current, the detection resistor R1 dedicated to the current detection is used.
Is used, the current is detected using the on-resistance of the switching elements such as the main switching element Q1 and the synchronous switching element Q2, so that the circuit efficiency can be improved. Further, by detecting the conduction current of the synchronous switching element Q2 and turning off the synchronous switching element Q2 at a light load, it is possible to eliminate the efficiency decrease due to the reverse current. Further, the switching frequency of the first switch element can be reduced, and the efficiency in the light load mode can be improved. Thus, the power supply unit having the power supply circuit 1 can be downsized.
【００５５】ところでこの発明は上述した実施形態に限
定されるものではない。上述した同期整流回路は、この
ような電源回路のみならず他の回路にも使用することが
できる。The present invention is not limited to the above embodiment. The synchronous rectifier circuit described above can be used not only for such a power supply circuit but also for other circuits.
【００５６】[0056]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、専用の電流検出抵抗やトランス等を必要とせず、第
１スイッチ素子と第２スイッチ素子のオン抵抗を使用し
て電流を検出するので、電力損失を小さくして電源回路
の回路効率を上げることができる。As described above, according to the present invention, a current is detected by using the on-resistances of the first switch element and the second switch element without requiring a dedicated current detection resistor or a transformer. Therefore, the power loss can be reduced and the circuit efficiency of the power supply circuit can be increased.
【図１】この発明の好ましい実施形態である電源回路の
出力端に負荷を接続している様子を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing a state where a load is connected to an output terminal of a power supply circuit according to a preferred embodiment of the present invention.
【図２】図１の同期整流回路における制御部の一部であ
る過電流検出回路、及び過電流保護回路を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an overcurrent detection circuit and an overcurrent protection circuit that are part of a control unit in the synchronous rectification circuit of FIG. 1;
【図３】図４の逆電流防止回路におけるスイッチ素子の
切り替えポイントを示す図。FIG. 3 is a diagram showing switching points of switch elements in the reverse current prevention circuit of FIG. 4;
【図４】図１の同期整流回路における制御部の一部であ
る逆電流防止回路を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a reverse current prevention circuit which is a part of a control unit in the synchronous rectification circuit of FIG. 1;
【図５】図４の逆電流防止回路におけるスイッチ素子の
切り替えポイントを示す図。FIG. 5 is a diagram showing switching points of switch elements in the reverse current prevention circuit of FIG. 4;
【図６】図１の同期整流回路の軽負荷モード及び重負荷
モードにおけるスイッチ素子のモードの切り替えポイン
トを示す図。FIG. 6 is a diagram showing switching points of the mode of the switch element in the light load mode and the heavy load mode of the synchronous rectifier circuit of FIG. 1;
【図７】図１の同期整流回路等による効率改善を示す効
率特性を示す図。FIG. 7 is a diagram showing efficiency characteristics showing an improvement in efficiency by the synchronous rectifier circuit and the like in FIG. 1;
【図８】従来の同期整流回路を示す回路図。FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional synchronous rectifier circuit.
【図９】従来のステップダウン回路による電流波形を示
す電流特性図。FIG. 9 is a current characteristic diagram showing a current waveform obtained by a conventional step-down circuit.
【図１０】従来の同期整流回路による電流波形を示す電
流特性図。FIG. 10 is a current characteristic diagram showing a current waveform of a conventional synchronous rectifier circuit.
１・・・同期整流回路、２・・・電源回路（ＤＣ−ＤＣ
コンバータ（直流−直流コンバータ））、７・・・制御
部、Ｑ１・・・メインスイッチ素子（第１スイッチ素
子）、Ｑ２・・・同期スイッチ素子（第２スイッチ素
子）1: Synchronous rectification circuit, 2: Power supply circuit (DC-DC)
Converter (DC-DC converter)), 7: control unit, Q1: main switch element (first switch element), Q2: synchronous switch element (second switch element)
Claims (5)
電圧を負荷に供給するための同期整流を用いた電源回路
であり、 負荷と直流電源間に配置されて、負荷が重負荷の場合に
過電流が流れるのを阻止するためにオフになる第１スイ
ッチ素子と、 負荷と直流電源間に配置されて、負荷が軽負荷の場合に
はオフになる第２スイッチ素子と、 第１スイッチ素子と第２スイッチ素子のオン／オフ動作
を制御する制御部と、を有し、 この制御部は、第１スイッチ素子がオンの時に第１スイ
ッチ素子のオン抵抗を使用して電流値を検出し、第２ス
イッチ素子がオンの時に第２スイッチ素子のオン抵抗を
使用して電流値を検出することで、これらの電流値に基
づいて重負荷か軽負荷かを判断し、負荷が重負荷の場合
に過電流が流れると第１スイッチ素子をオフし、負荷が
軽負荷の場合には第２スイッチ素子をオフすることを特
徴とする電源回路。1. A power supply circuit using synchronous rectification for supplying a constant voltage to a load by connecting a DC power supply to the load, wherein the power supply circuit is disposed between the load and the DC power supply and has a heavy load. A first switch element that is turned off to prevent an overcurrent from flowing through the first switch element; a second switch element that is disposed between the load and the DC power supply and that is turned off when the load is a light load; A control unit for controlling on / off operation of the element and the second switch element, wherein the control unit detects a current value using the on-resistance of the first switch element when the first switch element is on Then, when the second switch element is on, the current value is detected using the on-resistance of the second switch element, and it is determined whether the load is a heavy load or a light load based on these current values. When an overcurrent flows in the case of Off and, when the load is a light load supply circuit, characterized in that turns off the second switching element.
を流れる電流が予め設定された値を超えた時に、第２ス
イッチ素子をオフする請求項１に記載の電源回路。2. The power supply circuit according to claim 1, wherein the controller turns off the second switch element when a current flowing through the second switch element at a light load exceeds a preset value.
は、それぞれ電界効果トランジスタである請求項１に記
載の電源回路。3. The power supply circuit according to claim 1, wherein each of the first switch element and the second switch element is a field effect transistor.
る請求項１に記載の電源回路。4. The power supply circuit according to claim 1, wherein the power supply circuit is a DC-DC converter.
の電圧を負荷に供給するための同期整流を用いた電源回
路制御方法であり、 負荷と直流電源間に配置される第１スイッチ素子と第２
スイッチ素子が、制御部によりオン／オフ制御される際
に、 制御部は、第１スイッチ素子がオンの時に第１スイッチ
素子のオン抵抗を使用して電流値を検出し、第２スイッ
チ素子がオンの時に第２スイッチ素子のオン抵抗を使用
して電流値を検出することで、これらの電流値に基づい
て重負荷か軽負荷かを判断し、負荷が重負荷の場合に過
電流が流れると第１スイッチ素子をオフし、負荷が軽負
荷の場合には第２スイッチ素子をオフすることを特徴と
する電源回路制御方法。5. A power supply circuit control method using synchronous rectification for supplying a constant voltage to a load by connecting a DC power supply to a load, wherein the first switch element is disposed between the load and the DC power supply. And the second
When the switch element is on / off controlled by the control unit, the control unit detects the current value using the on-resistance of the first switch element when the first switch element is on, By detecting the current value using the on-resistance of the second switch element at the time of ON, it is determined whether the load is a heavy load or a light load based on these current values. When the load is a heavy load, an overcurrent flows. And turning off the first switch element, and turning off the second switch element when the load is light.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9304318A JPH11146637A (en) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Power circuit and control method for power circuit |
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| JP9304318A JPH11146637A (en) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Power circuit and control method for power circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11146637A true JPH11146637A (en) | 1999-05-28 |
Family
ID=17931591
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9304318A Pending JPH11146637A (en) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Power circuit and control method for power circuit |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11146637A (en) |
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