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JP2004180386A - Synchronous rectification circuit - Google Patents

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JP2004180386A
JP2004180386A JP2002341831A JP2002341831A JP2004180386A JP 2004180386 A JP2004180386 A JP 2004180386A JP 2002341831 A JP2002341831 A JP 2002341831A JP 2002341831 A JP2002341831 A JP 2002341831A JP 2004180386 A JP2004180386 A JP 2004180386A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fet
voltage
conversion transformer
circuit
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002341831A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taku Nobiki
卓 野引
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2002341831A priority Critical patent/JP2004180386A/en
Publication of JP2004180386A publication Critical patent/JP2004180386A/en
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Abstract

【課題】本発明は同期整流回路に関し、メインスイッチがオフの時に転流用ダイオードを確実にオンにすることができる同期整流回路を提供することを目的としている。
【解決手段】変換トランスT1の2次側に設けた交互にオン/オフする整流用及び転流用のFETを用いて2次側直流電圧を発生させるフォワード型DC/DCコンバータの同期整流回路において、変換トランスT1の2次側に設けた補助巻線4と、該補助巻線4の出力を受けて、前記変換トランス2次巻線間に配置された整流用FET2及び転流用FET3のゲートを確実にオン/オフする信号を発生するFETゲート電圧保持回路3と、を設けて構成する。
【選択図】 図1
The present invention relates to a synchronous rectifier circuit, and an object of the present invention is to provide a synchronous rectifier circuit that can reliably turn on a commutation diode when a main switch is off.
A synchronous rectifier circuit of a forward-type DC / DC converter that generates a secondary-side DC voltage by using a rectifying and commutating FET that is alternately turned on / off and that is provided on a secondary side of a conversion transformer T1. The auxiliary winding 4 provided on the secondary side of the conversion transformer T1, and receiving the output of the auxiliary winding 4, securely connect the gates of the rectification FET 2 and the commutation FET 3 disposed between the conversion transformer secondary windings. And an FET gate voltage holding circuit 3 for generating an on / off signal.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はフォワード型DC/DCコンバータの同期整流回路に関する。
【0002】
近年、電子機器の小型化に伴い、電子機器にエネルギーを供給する電源も小型化が要請される。この目的のために、電源としてDC/DCコンバータ方式の電源が用いられるようになってきた。小型の電源で負荷(電子機器)に十分のエネルギーを供給するためには、電源の効率を向上させる必要がある。
【0003】
【従来の技術】
図4は従来の同期整流回路の構成例を示す図、図5は各部の動作波形を示す図である。図4において、Vinは入力電圧、C1は入力電圧の両端に接続された平滑用コンデンサ、T1は電力変換部に設けられた変換トランスである。この変換トランスT1の1次巻数をN1、2次巻数をN2とする。コンデンサC1の両端には、変換トランスT1の1次巻線とメインスイッチであるFET1の直列回路が接続されている。
【0004】
1はメインスイッチFET1を駆動するPWM制御回路である。該PWM制御回路1は、メインスイッチFET1をオンにするパルスの幅を変化させて、変換トランスT1の2次側の出力電圧値を一定になるように制御する。FET2は変換トランスT1の2次巻線に直列に接続された整流用FET、FET3は変換トランスT1の2次巻線とFET2とで構成される直列回路に並列に接続された転流用FETである。これらFET2とFET3のドレイン(D)、ソース(S)の向きは図に示す通りである。
【0005】
Lは2次巻線の一端と接続されたチョークコイル、Coは該チョークコイルLの他端とコモンライン間に接続された平滑用コンデンサである。チョークコイルLとコンデンサCoとで平滑回路を構成している。この2次側出力には、負荷2が接続される。
【0006】
なお、FET2とFET3には、それぞれ寄生ダイオードD1とD2が図に示す向きに存在する。出力電圧は、前記PWM制御回路1にフィードバックされ、該PWM制御回路1は、出力電圧を検出し、その出力値が一定となるようにメインスイッチFET1のオンになる時間を制御する。
【0007】
このように構成された回路の動作を図5を参照しつつ説明する。図5において、(a)はPWM制御回路1から出力されるオン/オフパルス信号である。図のTonがメインスイッチFET1がオンになる時間、ToffがメインスイッチFET1がオフになる時間である。(b)はメインFET1のドレイン−ソース間電圧Vds1、(c)は変換トランスT1の2次巻線間電圧Vt2、(d)はFET2のゲート電圧Vgs2、(e)はFET2に流れるドレイン電圧Id2、(f)はFET3のゲート電圧Vgs3、(g)はFET3に流れるドレイン電流Id3である。
【0008】
(a)に示すようなPWM制御回路1からのオン電圧信号により、メインFET1のゲート・ソース間に電圧が印加され、FET1がオンする。その時、変換トランスT1の1次巻線間に入力電圧Vinが印加され、その巻数比(N2/N1)分の(A)電圧が(c)に示すように2次巻線間に間に発生する。(c)において、1次巻線電圧は、交流成分しか2次巻線には伝わらないので、変換トランスT1の2次側に発生する電圧は、(c)に示すように直流成分が除去されたものとなる。以降、変換トランスT1の1次巻線としてN1、2次巻線としてN2をそのまま用いるものとする。
【0009】
2次巻線間に発生する電圧1周期の内訳は、(c)に示すように(A)、(B)、(C)に分けて考えることができる。前述したように、(A)はメインスイッチFET1がオンの期間に相当する。この時、変換トランスT1の2次巻線の巻き始め→FET2のゲート→FET2のソース→FET2の寄生ダイオードD1→2次巻線の巻き終わりのループによりFET2のゲート・ソース間に(A)電圧が印加される。よって、FET2がオンし、電流Id2がFET2→チョークコイルL→平滑コンデンサCoの平滑フィルタを通って負荷2に供給される。
【0010】
一方、メインFET1がオフの時には、変換トランスT1の2次巻線の電圧は(c)に示すように反転し、(c)の(B)のような電圧が発生する。この時、変換トランスT1の2次巻線の巻き終わり→FET3のゲート→FET3のソース→FET3の寄生ダイオードD2→2次巻線の巻き始めのループによりFET3のゲート・ソース間に(B)電圧が印加される。よって、FET3はオンしチョークコイルLがエネルギー供給源となり、チョークコイルL→コンデンサCo→FET3の平滑フィルタを通って負荷2にエネルギーを供給する。
【0011】
但し(c)の(C)の区間では、2次巻線電圧は0となるので、ゲート・ソース間電圧は印加されず、FET3はオンにできず、負荷電流は全てFET3の寄生ダイオードD2に流れることになる。
【0012】
この回路は、構成が非常に簡単であり、最も一般的に用いられている方式であるが、近年、電源の小型化・高効率化、そして低電圧出力が求められている。
【0013】
なお、前記した区間(C)の間もFET3をオンにするための工夫がなされている(例えば特許文献1参照)。
【0014】
【特許文献1】
特許第2999905号公報(第4頁、図1)
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
前述した回路は、非常に簡単であり、最も一般的に用いられている回路であるが、近年、電源の小型化・高効率化、そして低電圧出力化が求められてきている。図4に示す従来回路では、図5の(c)の(C)に示す期間が存在するため、FET3がオンしなければならない期間にオンできない。この期間は、そのFET3の寄生ダイオードD2に全ての電流が流れることになるが、寄生ダイオードの順方向電圧Vfは約1Vあるため、電流×電圧で表わされる損失は結局大きなものとなり、高効率化を妨げる要因となっている。
【0016】
更に、この寄生ダイオードは、スピード(逆回復時間)が遅いため、メインFET1がオンになった瞬間においても、寄生ダイオードにはまだ電流が流れている状態が存在する。この期間では、メインFET1には短絡電流が流れるため、1次側メインFET1の損失もまた増大することになる。
【0017】
このような問題を解決するため、順方向電圧Vfの低いショットキーバリアダイオード(Vf≒0.4V)を並列に接続する必要があり、コストアップ、大型化する要因となっていた。
【0018】
また、低電圧出力の場合、変換トランスT1の巻数比が大きく、整流用FET2を動作させるだけの電圧が得られなくなる。そのため、一般的には整流用FET2の駆動用巻線を変換トランスT1に巻いて対応している。図6は変換トランスT1の補助巻線(3次巻線)によるFET駆動回路の例を示す図である。図4と同一のものは、同一の符号を付して示す。
【0019】
この回路は、変換トランスT1に補助巻線(3次巻線)N3を設け、この補助巻線N3に発生する電圧で整流用FET2と転流用FET3を駆動するようにしたものである。この場合に、2次側に発生する電圧Voは、次式で表わされる。
【0020】
Vo=(N2/N1)・D・Vin
ここで、Voは出力電圧、N1は変換トランスT1の1次巻線の巻数、N2は変換トランスT1の2次巻線の巻数、Dは時比率であり、(Ton/T)で表わされる。ここで、Tはパルス周期であり、周波数をfとするとDは次式で表わされる。
【0021】
D=Ton/T
しかしながら、この回路もFET3をオンする電圧は図5の(c)の(C)に示す期間が存在する。図7は図6に示す回路の各部の動作波形を示す図である。(a)は変換トランスT1の2次巻線間電圧Vt2、(b)は整流用FET2のゲート電圧Vgs2、(c)は整流用FET2に流れるドレイン電流Id2、(d)は転流用FET3のゲート電圧Vgs3、(e)は転流用FET3に流れるドレイン電流Id3である。
【0022】
変換トランスT1の2次巻線間には、(A)、(B)に加えて(C)期間が存在し、この期間は転流用FET3のゲートに電圧が印加されないため、転流用FET3はオンできず、寄生ダイオードD2に電流が流れてしまう。
【0023】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、メインスイッチがオフの時に転流用ダイオードを確実にオンにすることができる同期整流回路を提供することを目的としている。
【0024】
【課題を解決するための手段】
(1)図1は本発明の原理回路図である。図4と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、4は変換トランスT1に設けられた補助巻線(3次巻線)、3は該補助巻線4と接続され、該補助巻線4の出力を受けて、前記変換トランスT1の2次巻線間に配置された同期整流用FET(FET2,FET3)のゲートを確実にオン/オフする信号を発生するFETゲート電圧保持回路である。
【0025】
このように構成すれば、図7の(a)の期間(C)の場合においては、FETゲート電圧保持回路3が転流用ダイオードFET3をオンにするためのゲート電圧を発生させるので、FET3をオンにし続けることができる。この結果、FET3の寄生ダイオードD2に電流が流れることはなくなり、損失の発生を防止することができる。
【0026】
また、本発明によれば、FETゲート電圧保持回路3を動作させるための電源を変換トランスT1の補助巻線からとっているので、出力電圧Voの電圧値が極めて低い場合でも、回路を確実に動作させることができる。
(2)請求項2記載の発明は、前記FETゲート電圧保持回路は、前記変換トランスの補助巻線と転流用FETのゲート間に直列に接続されたツェナーダイオードと、そのツェナー電圧を保持するためのコンデンサを含むことを特徴とする。
【0027】
このように構成すれば、変換トランスT1の2次巻線の電圧が0になる期間(C)においても、ツェナーダイオードのツェナー電圧により転流用FET3のゲートに印加する電圧を保持することができ、転流用FET3のオンを維持し続けることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
【0029】
図2は本発明の一実施の形態例を示す回路図である。図1と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、3は整流用FET2と、転流用FET3を駆動するゲート電圧保持回路である。該ゲート電圧保持回路3から、整流用FET2と転流用FET3のゲートにオン/オフ信号が入力される。
【0030】
ゲート電圧保持回路3において、C1はコンデンサ、D3はダイオード、R1は抵抗、ZD1はツェナーダイオードである。補助巻線4の一端はコンデンサC2とツェナーダイオードZD1に接続されており、補助巻線4には中点の電位が設けられており、この中点の電位は、2次側出力回路のコモンラインと接続されている。
【0031】
補助巻線4の他端には、ダイオードD3のアノード側が接続されおり、該ダイオードD3のカソード側は抵抗R1と接続されている。前記ツェナーダイオードZD1の他端は、抵抗R1の他端と接続されている。前記コンデンサC2の他端は、ダイオードD3と抵抗R1の接続点に接続されている。そして、ツェナーダイオードZD1と抵抗R1の接続点から転流用FET3のゲートに駆動信号が入っている。なお、整流用FET2のゲートには、補助巻線4の一端から駆動信号が入っている。このように構成された回路の動作を、図3に示す動作波形を参照しつつ説明する。
【0032】
図3は本発明の実施の形態例の各部の動作波形を示す図である。図において、(a)は変換トランスT1の2次巻線間電圧Vt2、(b)は整流用FET2のゲート電圧Vgs2(変換トランスT1の補助巻線間電圧Vt3)、(c)は整流用FET2に流れるドレイン電流Id2、(d)は変換トランスT1の補助巻線間電圧Vt4、(e)は転流用FET3のゲート電圧Vgs3、(f)は転流用FET3に流れるドレイン電流Id3である。
(メインスイッチFET1がオンの時)
メインスイッチFET1がオンの時、変換トランスT1の補助巻線4間に(b)に示すような電圧Vt3、(d)に示す電圧Vt4が発生する。Vt3には正の電圧が発生し、整流用FET2をオンにする。この時、変換トランスT1の補助巻線(a)→ダイオードD3→コンデンサC2→トランスT1の駆動用巻線(b)のループによりコンデンサC2が充電される。
【0033】
この充電された電圧が抵抗R1を介してツェナーダイオードZD1に供給される。このため、変換トランスT1の補助巻線(b)に対して転流用FET3のゲート電圧にはツェナーダイオードZD1の保持電圧がかかる。この時、Vt4には負の電圧が発生している。ここで、
|ZD1の保持電圧|−|Vt4に発生する電圧|<FET3のゲート動作電圧の条件が満たされた場合、転流用FET3はオンにならない。
(メインスイッチFET1がオフの時)
メインスイッチFET1がオフの時、Vt4としては(a)の(B)に示す電圧が発生する。この電圧波形には、(a)の(C)に示す期間が存在するが、FET3のゲートに印加される電圧Vgs3には、コンデンサC1に充電された電圧が抵抗R1を介してツェナーダイオードZD1に供給されている。このため、(C)の期間においても、Vgs3にはツェナーダイオードZD1の保持電圧がかかっている。
【0034】
この保持電圧を転流用FET3のゲート動作電圧より高く設定することにより、FET3は必要な期間オン動作を維持することができる。この回路の設定条件は、以下の通りである。
(N3/N1)・Vin>ツェナー電圧>FET3のゲート動作電圧
ここで、Vinは入力電圧、N1は変換トランスT1の1次巻数、N3は補助巻線の巻数である。
【0035】
図3において、(e)の波形(FET3のゲート電圧Vgs3)で、破線は変換トランスT1の補助巻線間電圧を、実線はVgs3の波形を示す。FET3がオンになる期間がt1からt2にのびており、この結果、(C)に示す領域でも、FET3のゲートにかかる電圧が印加され、FET3はオンしている。
【0036】
このように、本発明によれば、FET3をオンにし続けることができるので、FET3の寄生ダイオードに電流が流れることはなくなり、損失の発生を防止することができる。また、本発明によれば、FETゲート電圧保持回路3を動作させるための電源を変換トランスT1の補助巻線からとっているので、出力電圧Voの電圧値が極めて低い場合でも、回路を確実に動作させることができる。
【0037】
更に、コンデンサC2により動作させるツェナーダイオードZD1でFET3のゲートを駆動しているので、変換トランスT1の2次巻線の電圧が0になる期間においても、転流用FET3のゲートに印加する電圧を保持することができ、転流用FET3のオンを維持し続けることができる。
【0038】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば以下の効果が得られる。
(1)請求項1記載の発明によれば、変換トランスT1の2次電圧が0になる期間においてもFETゲート電圧保持回路が転流用ダイオードFETをオンにするためのゲート電圧を発生させるので、FETをオンにし続けることができる。この結果、FETの寄生ダイオードに電流が流れることはなくなり、損失の発生を防止することができる。
【0039】
また、本発明によれば、FETゲート電圧保持回路を動作させるための電源を変換トランスT1の補助巻線からとっているので、出力電圧の電圧値が極めて低い場合でも、回路を確実に動作させることができる。
(2)請求項2記載の発明によれば、変換トランスT1の2次巻線の電圧が0になる期間(C)においても、ツェナーダイオードのツェナー電圧により転流用FET3のゲートに印加する電圧を保持することができ、転流用FET3のオンを維持し続けることができる。
【0040】
このように、本発明によれば、メインスイッチがオフの時に転流用ダイオードを確実にオンにすることができる同期整流回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理回路図である。
【図2】本発明の一実施の形態例を示す回路図である。
【図3】本発明の実施の形態例の各部の動作波形を示す図である。
【図4】従来の同期整流回路の構成例を示す図である。
【図5】図4に示す回路の各部の動作波形を示す図である。
【図6】補助巻線によるFET駆動回路の例を示す図である。
【図7】図6に示す回路の各部の動作波形を示す図である。
【符号の説明】
2 負荷
3 FETゲート電圧保持回路
4 補助巻線
T 変換トランス
Co コンデンサ
C1 コンデンサ
FET1 メインスイッチ
FET2 整流用FET
FET3 転流用FET
L チョークコイル
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a synchronous rectifier circuit for a forward DC / DC converter.
[0002]
2. Description of the Related Art In recent years, as electronic devices have been downsized, power supplies for supplying energy to the electronic devices have also been required to be downsized. For this purpose, a DC / DC converter type power supply has been used as a power supply. In order to supply sufficient energy to a load (electronic device) with a small power supply, it is necessary to improve the efficiency of the power supply.
[0003]
[Prior art]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional synchronous rectifier circuit, and FIG. 5 is a diagram illustrating operation waveforms of respective units. In FIG. 4, Vin is an input voltage, C1 is a smoothing capacitor connected to both ends of the input voltage, and T1 is a conversion transformer provided in the power conversion unit. The primary winding number of this conversion transformer T1 is N1, and the secondary winding number is N2. A series circuit of the primary winding of the conversion transformer T1 and the FET1, which is a main switch, is connected to both ends of the capacitor C1.
[0004]
Reference numeral 1 denotes a PWM control circuit that drives the main switch FET1. The PWM control circuit 1 changes the width of a pulse for turning on the main switch FET1, and controls the output voltage value on the secondary side of the conversion transformer T1 to be constant. FET2 is a rectifying FET connected in series to the secondary winding of the conversion transformer T1, and FET3 is a commutation FET connected in parallel to a series circuit composed of the secondary winding of the conversion transformer T1 and FET2. . The directions of the drain (D) and source (S) of these FET2 and FET3 are as shown in the figure.
[0005]
L is a choke coil connected to one end of the secondary winding, and Co is a smoothing capacitor connected between the other end of the choke coil L and a common line. A choke coil L and a capacitor Co constitute a smoothing circuit. A load 2 is connected to the secondary output.
[0006]
It should be noted that parasitic diodes D1 and D2 exist in the directions shown in the drawing in FET2 and FET3, respectively. The output voltage is fed back to the PWM control circuit 1, and the PWM control circuit 1 detects the output voltage and controls the time when the main switch FET1 is turned on so that the output value becomes constant.
[0007]
The operation of the circuit thus configured will be described with reference to FIG. In FIG. 5, (a) is an on / off pulse signal output from the PWM control circuit 1. In the figure, Ton is the time when the main switch FET1 is turned on, and Toff is the time when the main switch FET1 is turned off. (B) is the drain-source voltage Vds1 of the main FET1, (c) is the secondary winding voltage Vt2 of the conversion transformer T1, (d) is the gate voltage Vgs2 of the FET2, and (e) is the drain voltage Id2 flowing through the FET2. (F) is the gate voltage Vgs3 of the FET3, and (g) is the drain current Id3 flowing through the FET3.
[0008]
A voltage is applied between the gate and source of the main FET 1 by an on-voltage signal from the PWM control circuit 1 as shown in FIG. At this time, the input voltage Vin is applied between the primary windings of the conversion transformer T1, and an (A) voltage corresponding to the turns ratio (N2 / N1) is generated between the secondary windings as shown in (c). I do. In (c), since only the AC component of the primary winding voltage is transmitted to the secondary winding, the DC component of the voltage generated on the secondary side of the conversion transformer T1 is removed as shown in (c). It will be. Hereinafter, N1 is used as the primary winding of the conversion transformer T1, and N2 is used as it is as the secondary winding.
[0009]
The breakdown of one cycle of the voltage generated between the secondary windings can be considered as divided into (A), (B), and (C) as shown in (c). As described above, (A) corresponds to a period in which the main switch FET1 is on. At this time, the (A) voltage is applied between the gate and the source of the FET2 by the loop of the start of the winding of the secondary winding of the conversion transformer T1, the gate of the FET2, the source of the FET2, the parasitic diode D1 of the FET2, and the end of the winding of the secondary winding. Is applied. Therefore, the FET2 is turned on, and the current Id2 is supplied to the load 2 through the smoothing filter of the FET2 → the choke coil L → the smoothing capacitor Co.
[0010]
On the other hand, when the main FET 1 is off, the voltage of the secondary winding of the conversion transformer T1 is inverted as shown in (c), and a voltage as shown in (B) of (c) is generated. At this time, the (B) voltage is applied between the gate and source of the FET3 by the loop of the end of the winding of the secondary winding of the conversion transformer T1, the gate of the FET3, the source of the FET3, the parasitic diode D2 of the FET3, and the beginning of the winding of the secondary winding. Is applied. Therefore, the FET 3 is turned on, and the choke coil L becomes an energy supply source, and supplies energy to the load 2 through the choke coil L → the capacitor Co → the smoothing filter of the FET 3.
[0011]
However, in the section (C) of (c), since the secondary winding voltage is 0, the gate-source voltage is not applied, the FET 3 cannot be turned on, and all the load current flows to the parasitic diode D2 of the FET 3. It will flow.
[0012]
This circuit has a very simple configuration and is the most commonly used system. However, in recent years, it has been required to reduce the size and efficiency of a power supply and to output a low voltage.
[0013]
Note that a device for turning on the FET 3 is also provided during the section (C) described above (for example, see Patent Document 1).
[0014]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2999905 (page 4, FIG. 1)
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described circuit is very simple and is the most commonly used circuit. However, in recent years, there has been a demand for downsizing, higher efficiency, and lower voltage output of a power supply. In the conventional circuit shown in FIG. 4, since there is a period shown in (C) of FIG. 5 (c), it cannot be turned on during a period when the FET 3 must be turned on. During this period, all the current flows through the parasitic diode D2 of the FET3. However, since the forward voltage Vf of the parasitic diode is about 1 V, the loss expressed by the current × voltage eventually becomes large, and the efficiency is improved. It is a factor that hinders.
[0016]
Furthermore, since the speed (reverse recovery time) of this parasitic diode is slow, even at the moment when the main FET 1 is turned on, a current still exists in the parasitic diode. In this period, since the short-circuit current flows through the main FET 1, the loss of the primary-side main FET 1 also increases.
[0017]
In order to solve such a problem, it is necessary to connect a Schottky barrier diode (Vf ≒ 0.4 V) having a low forward voltage Vf in parallel, which has been a factor for increasing the cost and increasing the size.
[0018]
In the case of low-voltage output, the turns ratio of the conversion transformer T1 is large, and a voltage sufficient to operate the rectifying FET 2 cannot be obtained. Therefore, generally, the drive winding of the rectifying FET 2 is wound around the conversion transformer T1. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an FET drive circuit using the auxiliary winding (tertiary winding) of the conversion transformer T1. The same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.
[0019]
In this circuit, an auxiliary winding (tertiary winding) N3 is provided in a conversion transformer T1, and a rectifying FET 2 and a commutation FET 3 are driven by a voltage generated in the auxiliary winding N3. In this case, the voltage Vo generated on the secondary side is represented by the following equation.
[0020]
Vo = (N2 / N1) · D · Vin
Here, Vo is the output voltage, N1 is the number of turns of the primary winding of the conversion transformer T1, N2 is the number of turns of the secondary winding of the conversion transformer T1, and D is the duty ratio, which is represented by (Ton / T). Here, T is a pulse period, and when a frequency is f, D is represented by the following equation.
[0021]
D = Ton / T
However, in this circuit as well, the voltage for turning on the FET 3 has a period shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing operation waveforms of each part of the circuit shown in FIG. (A) is the voltage Vt2 between the secondary windings of the conversion transformer T1, (b) is the gate voltage Vgs2 of the rectifying FET 2, (c) is the drain current Id2 flowing through the rectifying FET 2, and (d) is the gate of the commutating FET 3. The voltage Vgs3, (e) is the drain current Id3 flowing through the commutation FET3.
[0022]
Between the secondary windings of the conversion transformer T1, there is a period (C) in addition to (A) and (B). During this period, no voltage is applied to the gate of the commutation FET 3, so that the commutation FET 3 is turned on. No, the current flows through the parasitic diode D2.
[0023]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a synchronous rectifier circuit that can reliably turn on a commutation diode when a main switch is off.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
(1) FIG. 1 is a principle circuit diagram of the present invention. The same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In the figure, reference numeral 4 denotes an auxiliary winding (tertiary winding) provided in the conversion transformer T1, and 3 denotes an auxiliary winding connected to the auxiliary winding 4. This is an FET gate voltage holding circuit that generates a signal for reliably turning on / off the gates of the synchronous rectification FETs (FET2 and FET3) arranged between the next windings.
[0025]
With this configuration, in the period (C) of FIG. 7A, the FET gate voltage holding circuit 3 generates a gate voltage for turning on the commutation diode FET3, so that the FET 3 is turned on. You can continue to. As a result, no current flows through the parasitic diode D2 of the FET3, and the occurrence of loss can be prevented.
[0026]
Further, according to the present invention, since the power supply for operating the FET gate voltage holding circuit 3 is obtained from the auxiliary winding of the conversion transformer T1, even if the voltage value of the output voltage Vo is extremely low, the circuit can be reliably formed. Can work.
(2) In the invention according to claim 2, the FET gate voltage holding circuit is for holding a Zener diode connected in series between an auxiliary winding of the conversion transformer and a gate of a commutation FET, and holding the Zener voltage thereof. Characterized in that it includes a capacitor.
[0027]
With this configuration, the voltage applied to the gate of the commutation FET 3 can be held by the Zener voltage of the Zener diode even during the period (C) in which the voltage of the secondary winding of the conversion transformer T1 is 0, The commutation FET 3 can be kept on.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. 1 are denoted by the same reference numerals. In the figure, reference numeral 3 denotes a gate voltage holding circuit that drives the rectification FET 2 and the commutation FET 3. An on / off signal is input from the gate voltage holding circuit 3 to the gates of the rectification FET 2 and the commutation FET 3.
[0030]
In the gate voltage holding circuit 3, C1 is a capacitor, D3 is a diode, R1 is a resistor, and ZD1 is a Zener diode. One end of the auxiliary winding 4 is connected to the capacitor C2 and the Zener diode ZD1, and the auxiliary winding 4 is provided with a midpoint potential, which is connected to the common line of the secondary side output circuit. Is connected to
[0031]
The other end of the auxiliary winding 4 is connected to the anode side of the diode D3, and the cathode side of the diode D3 is connected to the resistor R1. The other end of the Zener diode ZD1 is connected to the other end of the resistor R1. The other end of the capacitor C2 is connected to a connection point between the diode D3 and the resistor R1. Then, a drive signal is input to the gate of the commutation FET 3 from the connection point between the Zener diode ZD1 and the resistor R1. A drive signal is input to the gate of the rectifying FET 2 from one end of the auxiliary winding 4. The operation of the circuit thus configured will be described with reference to operation waveforms shown in FIG.
[0032]
FIG. 3 is a diagram showing operation waveforms of each unit according to the embodiment of the present invention. In the figure, (a) is the voltage Vt2 between the secondary windings of the conversion transformer T1, (b) is the gate voltage Vgs2 of the rectification FET 2 (voltage Vt3 between the auxiliary windings of the conversion transformer T1), and (c) is the rectification FET 2 , The drain voltage Id2 flowing through the commutation FET 3 is shown, (d) is the gate voltage Vgs3 of the commutation FET 3, and (f) is the drain current Id3 flowing through the commutation FET 3.
(When main switch FET1 is ON)
When the main switch FET1 is on, a voltage Vt3 as shown in (b) and a voltage Vt4 as shown in (d) are generated between the auxiliary windings 4 of the conversion transformer T1. A positive voltage is generated at Vt3, and the rectifying FET 2 is turned on. At this time, the capacitor C2 is charged by the loop of the auxiliary winding (a) of the conversion transformer T1, the diode D3, the capacitor C2, and the driving winding (b) of the transformer T1.
[0033]
This charged voltage is supplied to the Zener diode ZD1 via the resistor R1. Therefore, the holding voltage of the Zener diode ZD1 is applied to the gate voltage of the commutation FET 3 with respect to the auxiliary winding (b) of the conversion transformer T1. At this time, a negative voltage is generated at Vt4. here,
If the condition of the voltage | generated at the holding voltage | − | Vt4 of | ZD1 <the gate operating voltage of FET3 is satisfied, the commutation FET3 is not turned on.
(When main switch FET1 is off)
When the main switch FET1 is off, the voltage shown in (a) and (B) is generated as Vt4. In this voltage waveform, the period shown in (C) of (a) exists, but in the voltage Vgs3 applied to the gate of the FET 3, the voltage charged in the capacitor C1 is applied to the Zener diode ZD1 via the resistor R1. Supplied. Therefore, the holding voltage of the Zener diode ZD1 is applied to Vgs3 even in the period (C).
[0034]
By setting this holding voltage higher than the gate operation voltage of the commutation FET 3, the FET 3 can maintain the ON operation for a necessary period. The setting conditions of this circuit are as follows.
(N3 / N1) · Vin> Zener voltage> Gate operating voltage of FET3 where Vin is the input voltage, N1 is the number of primary turns of the conversion transformer T1, and N3 is the number of turns of the auxiliary winding.
[0035]
In FIG. 3, in the waveform (e) (gate voltage Vgs3 of FET3), the broken line indicates the voltage between the auxiliary windings of the conversion transformer T1, and the solid line indicates the waveform of Vgs3. The period during which the FET3 is turned on extends from t1 to t2. As a result, even in the region shown in FIG. 3C, the voltage applied to the gate of the FET3 is applied, and the FET3 is turned on.
[0036]
As described above, according to the present invention, since the FET 3 can be kept on, the current does not flow through the parasitic diode of the FET 3 and the occurrence of loss can be prevented. Further, according to the present invention, since the power supply for operating the FET gate voltage holding circuit 3 is obtained from the auxiliary winding of the conversion transformer T1, even if the voltage value of the output voltage Vo is extremely low, the circuit can be reliably formed. Can work.
[0037]
Furthermore, since the gate of the FET3 is driven by the Zener diode ZD1 operated by the capacitor C2, the voltage applied to the gate of the commutation FET3 is maintained even during the period when the voltage of the secondary winding of the conversion transformer T1 becomes zero. And the commutation FET 3 can be kept on.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) According to the first aspect of the present invention, the FET gate voltage holding circuit generates the gate voltage for turning on the commutation diode FET even during the period when the secondary voltage of the conversion transformer T1 becomes zero. The FET can be kept on. As a result, no current flows through the parasitic diode of the FET, and the occurrence of loss can be prevented.
[0039]
Further, according to the present invention, since the power supply for operating the FET gate voltage holding circuit is obtained from the auxiliary winding of the conversion transformer T1, the circuit can be reliably operated even when the voltage value of the output voltage is extremely low. be able to.
(2) According to the second aspect of the present invention, the voltage applied to the gate of the commutation FET 3 by the Zener voltage of the Zener diode is also maintained during the period (C) when the voltage of the secondary winding of the conversion transformer T1 becomes zero. The ON state of the commutation FET 3 can be maintained.
[0040]
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a synchronous rectifier circuit that can reliably turn on a commutation diode when a main switch is off.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle circuit diagram of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing operation waveforms of respective units according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional synchronous rectification circuit.
FIG. 5 is a diagram showing operation waveforms of respective parts of the circuit shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an FET drive circuit using an auxiliary winding.
FIG. 7 is a diagram showing operation waveforms of each part of the circuit shown in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
2 Load 3 FET gate voltage holding circuit 4 Auxiliary winding T Conversion transformer Co Capacitor C1 Capacitor FET1 Main switch FET2 Rectifying FET
FET3 Commutation FET
L choke coil

Claims (2)

変換トランスの2次側に設けた交互にオン/オフする整流用及び転流用のFETを用いて2次側直流電圧を発生させるフォワード型DC/DCコンバータの同期整流回路において、
変換トランスの2次側に設けた補助巻線と、
該補助巻線の出力を受けて、前記変換トランス2次巻線間に配置された整流用FET及び転流用FETのゲートを確実にオン/オフする信号を発生するFETゲート電圧保持回路と、
を設けたことを特徴とする同期整流回路。
In a synchronous rectification circuit of a forward type DC / DC converter that generates a secondary-side DC voltage by using a rectification and commutation FET that is alternately turned on / off and provided on a secondary side of a conversion transformer,
An auxiliary winding provided on the secondary side of the conversion transformer;
An FET gate voltage holding circuit for receiving an output of the auxiliary winding and generating a signal for reliably turning on / off a gate of a rectifying FET and a commutating FET arranged between the conversion transformer secondary windings;
A synchronous rectifier circuit comprising:
前記FETゲート電圧保持回路は、前記変換トランスの補助巻線と転流用FETのゲート間に直列に接続されたツェナーダイオードと、そのツェナー電圧を保持するためのコンデンサを含むことを特徴とする請求項1記載の同期整流回路。The FET gate voltage holding circuit includes a Zener diode connected in series between an auxiliary winding of the conversion transformer and a gate of a commutation FET, and a capacitor for holding the Zener voltage. 2. The synchronous rectifier circuit according to 1.
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