JP5221268B2 - Power switching element driving circuit, driving method thereof, and switching power supply device - Google Patents

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Description

本発明は、スイッチング電源装置内のパワースイッチング素子の駆動信号を出力する駆動回路に関する。   The present invention relates to a drive circuit that outputs a drive signal of a power switching element in a switching power supply device.

近年、地球温暖化防止対策の見地から、家電製品等のスタンバイ電力削減が注目され、スタンバイ時における消費電力がより低いスイッチング電源装置が強く要求されている。   In recent years, from the standpoint of measures to prevent global warming, attention has been focused on reducing standby power consumption of home appliances and the like, and a switching power supply device with lower power consumption during standby is strongly demanded.

図19は、スイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。スイッチング電源装置200は、電圧制御型スイッチング素子25のオンとオフとを制御することで、安定した直流電圧を出力する。具体的に、スイッチング電源装置200は、一次側整流平滑回路101と、スイッチング回路102と、トランス103と、二次側整流平滑回路104と、フィードバック回路119とを有している。   FIG. 19 is a diagram illustrating an example of the configuration of the switching power supply device. The switching power supply apparatus 200 outputs a stable DC voltage by controlling on / off of the voltage-controlled switching element 25. Specifically, the switching power supply apparatus 200 includes a primary side rectifying / smoothing circuit 101, a switching circuit 102, a transformer 103, a secondary side rectifying / smoothing circuit 104, and a feedback circuit 119.

一次側整流平滑回路101は、ダイオードブリッジ109と入力コンデンサ110とを有して、ダイオードブリッジ109によって全波整流された電圧が、入力コンデンサ110で平滑化される。   The primary-side rectifying / smoothing circuit 101 includes a diode bridge 109 and an input capacitor 110, and the voltage that has been full-wave rectified by the diode bridge 109 is smoothed by the input capacitor 110.

スイッチング回路102は、電圧制御型スイッチング素子を高速にスイッチングさせ、高周波の交流をトランス103に出力する。具体的には、スイッチング回路102は、駆動回路の外付け抵抗121と、共振用容量122と、駆動回路108と、電圧制御型スイッチング素子25とを有する。この電圧制御型スイッチング素子25は、MOSFET等のパワースイッチング素子である。   The switching circuit 102 switches the voltage-controlled switching element at high speed and outputs high-frequency alternating current to the transformer 103. Specifically, the switching circuit 102 includes an external resistor 121 of the driving circuit, a resonance capacitor 122, a driving circuit 108, and a voltage control type switching element 25. The voltage controlled switching element 25 is a power switching element such as a MOSFET.

トランス103内には一次巻線111が設けられており、一次巻線111と電圧制御型スイッチング素子25とは直列接続され、その直列接続回路に入力直流電圧が供給される。   A primary winding 111 is provided in the transformer 103. The primary winding 111 and the voltage-controlled switching element 25 are connected in series, and an input DC voltage is supplied to the series connection circuit.

電圧制御型スイッチング素子25のゲート端子は駆動回路108に接続され、駆動回路108が出力する駆動信号によって導通と遮断が制御される。   The gate terminal of the voltage-controlled switching element 25 is connected to the drive circuit 108, and conduction and interruption are controlled by a drive signal output from the drive circuit 108.

またトランス103内には、一次巻線111と磁気結合した二次巻線112と、一次巻線111及び二次巻線112と磁気結合した補助巻線120が設けられている。電圧制御型スイッチング素子25がスイッチング動作し、一次巻線111に断続的に電流が流れると、二次巻線112と補助巻線120とに電圧が誘起される。   In the transformer 103, a secondary winding 112 magnetically coupled to the primary winding 111 and an auxiliary winding 120 magnetically coupled to the primary winding 111 and the secondary winding 112 are provided. When the voltage control type switching element 25 performs a switching operation and a current flows intermittently in the primary winding 111, a voltage is induced in the secondary winding 112 and the auxiliary winding 120.

二次側整流平滑回路104は、二次巻線112に誘起された電圧を整流平滑して直流出力電圧を生成し、出力端子117および出力端子118から出力する。ここでは二次側整流平滑回路104は、整流ダイオード113と、チョークコイル114と、第1の出力コンデンサ115と、第2の出力コンデンサ116とを有している。チョークコイル114と、第1の出力コンデンサ115と、第2の出力コンデンサ116とはπ型接続されており、二次巻線112に誘起された電圧は、整流ダイオード113によって半波整流され、チョークコイル114と第1の出力コンデンサ115と、第2の出力コンデンサ116とによって平滑化される。   The secondary side rectifying / smoothing circuit 104 rectifies and smoothes the voltage induced in the secondary winding 112 to generate a DC output voltage, and outputs it from the output terminal 117 and the output terminal 118. Here, the secondary side rectifying / smoothing circuit 104 includes a rectifying diode 113, a choke coil 114, a first output capacitor 115, and a second output capacitor 116. The choke coil 114, the first output capacitor 115, and the second output capacitor 116 are π-type connected, and the voltage induced in the secondary winding 112 is half-wave rectified by the rectifier diode 113, and the choke Smoothing is performed by the coil 114, the first output capacitor 115, and the second output capacitor 116.

補助巻線120の両端に生じる電圧は、駆動回路108を介して、電圧制御型スイッチング素子25の制御端子に入力されている。スイッチング電源装置200は、リンギングチョークコンバータ(Ringing Choke Converter:以下、RCCと記載)方式であり、電圧制御型スイッチング素子25は補助巻線120に生じた電圧によって、自励でスイッチング動作する。   The voltage generated at both ends of the auxiliary winding 120 is input to the control terminal of the voltage-controlled switching element 25 through the drive circuit 108. The switching power supply device 200 is a ringing choke converter (hereinafter referred to as RCC) system, and the voltage control type switching element 25 performs a switching operation by self-excitation by a voltage generated in the auxiliary winding 120.

駆動回路108内部では、補助巻線120に誘起された電圧を利用し、補助的な直流電圧を生成しており、駆動回路108は始動時を除き、その補助的な直流電圧で動作する。   Inside the drive circuit 108, a voltage induced in the auxiliary winding 120 is used to generate an auxiliary DC voltage, and the drive circuit 108 operates with the auxiliary DC voltage except during starting.

なお、始動時、即ち入力端子105および106の間に交流電圧が投入された時は、電圧制御型スイッチング素子25がスイッチング動作をしていないため、補助巻線120への電圧の誘起がなく駆動回路108は無電源の状態である。従って、スイッチングを開始させるために一次側整流平滑回路101から駆動回路の外付け抵抗121(高耐圧、高電力)を通して、駆動回路108を起動させるのに見合う低電圧を供給する。   At the time of start-up, that is, when an AC voltage is applied between the input terminals 105 and 106, the voltage-controlled switching element 25 is not performing a switching operation. The circuit 108 is in a non-powered state. Therefore, in order to start switching, a low voltage suitable for starting the drive circuit 108 is supplied from the primary side rectifying / smoothing circuit 101 through the external resistor 121 (high withstand voltage, high power) of the drive circuit.

また、出力端子117と出力端子118との間の電圧値または電流値は、フィードバック回路119を介して駆動回路108にフィードバックされている。例えば出力端子117と出力端子118との間の電圧が低下した場合には、駆動回路108は、電圧制御型スイッチング素子25の導通期間を強制的に長くし、逆に、出力端子117と出力端子118との間の電圧が上昇した場合には、スイッチング素子107の導通期間を強制的に短くし、出力端子117および118の間に現れる電圧が一定値に維持されるように制御する。   The voltage value or current value between the output terminal 117 and the output terminal 118 is fed back to the drive circuit 108 via the feedback circuit 119. For example, when the voltage between the output terminal 117 and the output terminal 118 decreases, the drive circuit 108 forcibly lengthens the conduction period of the voltage-controlled switching element 25, and conversely, the output terminal 117 and the output terminal When the voltage with respect to 118 increases, the conduction period of the switching element 107 is forcibly shortened so that the voltage appearing between the output terminals 117 and 118 is maintained at a constant value.

ここで、上記したRCC方式のスイッチング電源装置200では、出力端子117および118の間に接続される負荷が重い場合には、電圧制御型スイッチング素子25の導通期間が長くなり、一次巻線111に大電流が流れることで出力端子間の電圧が一定値に維持される。逆に待機状態のような軽負荷時には、電圧制御型スイッチング素子25の導通期間が短くなり、一次巻線111に流れる電流が減少することで出力端子117と出力端子118間の電圧が一定値に維持される。なお、RCC方式では、電圧制御型スイッチング素子25の導通期間が短くなるほど、スイッチング周波数が高くなる。   Here, in the above-described RCC switching power supply device 200, when the load connected between the output terminals 117 and 118 is heavy, the conduction period of the voltage-controlled switching element 25 becomes long, and the primary winding 111 When a large current flows, the voltage between the output terminals is maintained at a constant value. Conversely, during a light load such as a standby state, the conduction period of the voltage-controlled switching element 25 is shortened, and the current flowing through the primary winding 111 is reduced, so that the voltage between the output terminal 117 and the output terminal 118 becomes a constant value. Maintained. In the RCC method, the switching frequency increases as the conduction period of the voltage-controlled switching element 25 decreases.

図20は、異なる負荷状態に対する、従来のスイッチング電源装置200の電源出力電流Io及び出力電圧Voと、電圧制御型スイッチング素子25のドレイン電流及びゲート電圧とを示すタイミングチャートである。電圧制御型スイッチング素子25のドレイン電流は、上記のように、出力端子117および118の間に接続される負荷に応じて変化する。以下、本明細書では、電圧制御型スイッチング素子25に流れるドレイン電流を負荷電流と定義する。   FIG. 20 is a timing chart showing the power supply output current Io and output voltage Vo of the conventional switching power supply apparatus 200 and the drain current and gate voltage of the voltage-controlled switching element 25 for different load states. As described above, the drain current of the voltage-controlled switching element 25 changes according to the load connected between the output terminals 117 and 118. Hereinafter, in this specification, the drain current flowing through the voltage-controlled switching element 25 is defined as a load current.

定格負荷状態とは、例えば、テレビがオンしている状態であり、通常動作範囲の中で最も多く電流が流れる状態である。また、待機状態とは、例えば、テレビがオフしていてリモコン操作を待機している負荷が軽い状態であり、負荷変動状態とは、定格負荷状態から待機状態への移行期間の状態である。   The rated load state is, for example, a state in which the television is turned on, and is a state in which the most current flows in the normal operation range. In addition, the standby state is a state in which the television is turned off and the load waiting for remote control operation is light, for example, and the load fluctuation state is a state of a transition period from the rated load state to the standby state.

定格負荷状態では、スイッチング電源装置200から出力される電流である電源出力電流Ioが多く流れるので、出力端子117と出力端子118との間の電圧である電源出力電圧Voは、低くなる。Voが低いときは、駆動回路108は、電圧制御型スイッチング素子25のゲート電圧Vgsのパルス幅を大きくすることで、電圧制御型スイッチング素子25を流れるドレイン電流Idsを増やす。   In the rated load state, a large amount of power supply output current Io that is a current output from the switching power supply apparatus 200 flows, so that the power supply output voltage Vo that is a voltage between the output terminal 117 and the output terminal 118 is low. When Vo is low, the drive circuit 108 increases the drain width Ids flowing through the voltage controlled switching element 25 by increasing the pulse width of the gate voltage Vgs of the voltage controlled switching element 25.

次に、負荷変動状態においては、負荷が徐々に軽くなるので、電源出力電流Ioは減少し、それに伴い、電源出力電圧Voは上昇する。Voが上昇したとき、駆動回路108は、ゲート電圧Vgsのパルス幅を徐々に狭くすることで、ドレイン電流Idsを抑える。   Next, in the load fluctuation state, since the load is gradually lightened, the power supply output current Io decreases, and the power supply output voltage Vo increases accordingly. When Vo rises, the drive circuit 108 suppresses the drain current Ids by gradually narrowing the pulse width of the gate voltage Vgs.

そして、待機状態においては、さらに電源出力電流Ioは減少し、電源出力電圧Voは高くなる。Voが高いときは、ゲート電圧Vgsのパルス幅はさらに狭くなり、ドレイン電流Idはさらに抑えられる。   In the standby state, the power output current Io further decreases and the power output voltage Vo increases. When Vo is high, the pulse width of the gate voltage Vgs is further narrowed, and the drain current Id is further suppressed.

上記のようなスイッチング電源装置200では、電力損失は主として電圧制御型スイッチング素子25で生じる。この電圧制御型スイッチング素子25には、通常MOSFET(Metal Oxide Semidonductor Field−Effect Transistor)が用いられる。一般に、バイポーラトランジスタでは、導通状態から遮断状態に切り替わるときのスイッチング損失は大きいが、MOSFETはスイッチング速度が速いためスイッチング損失は小さい。その反面MOSFETは、バイポーラトランジスタとは異なり、導通抵抗が大きいため導通損失が無視できない。従って、大電流が流れると損失が大きくなってしまう。そこで、MOFSFETのゲート電圧を高く設定し、導通抵抗を下げて、導通損失を低減している。   In the switching power supply device 200 as described above, power loss mainly occurs in the voltage controlled switching element 25. The voltage controlled switching element 25 is usually a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor). In general, a bipolar transistor has a large switching loss when switching from a conductive state to a cut-off state, but a MOSFET has a small switching loss because of its high switching speed. On the other hand, unlike a bipolar transistor, a MOSFET has a large conduction resistance, so conduction loss cannot be ignored. Therefore, the loss increases when a large current flows. Therefore, the gate voltage of the MOFSFET is set high, the conduction resistance is lowered, and the conduction loss is reduced.

また、近年では、待機モードのような軽負荷時には高周波・低電流に有利なMOSFETとして動作させ、一方、重負荷時には低周波・大電流に有利なIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)動作をさせるといった、2種類の動作を使い分けるデバイスも提案されている(例えば、特許文献1参照)。このデバイスでは、大電流が流れる際にはIGBT動作によるバイポーラ動作によりさらに導通抵抗を下げることができるため、軽負荷から重負荷まで全域にわたってスイッチング損失と導通損失の両方を総合的に低減することができる。
特開2007−115871号公報
Also, in recent years, it is operated as a MOSFET that is advantageous for high frequency and low current at a light load such as standby mode, and on the other hand, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) operation that is advantageous for low frequency and large current is performed at a heavy load. A device that selectively uses two types of operations has also been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this device, when a large current flows, the conduction resistance can be further reduced by the bipolar operation by the IGBT operation, so that it is possible to comprehensively reduce both the switching loss and the conduction loss over the entire region from the light load to the heavy load. it can.
JP 2007-115871 A

しかしながら、上記のようなスイッチング電源装置200では、駆動回路108で生じる損失も無視できない。駆動回路108で生じる損失としては、電圧制御型スイッチング素子25を駆動するための駆動損失が挙げられる。この駆動損失は、次の式1で算出される。ここで、Pは損失電力[W]、Qgは電圧制御型スイッチング素子を駆動するために必要なゲート電荷量[C]、Vgsはゲート電圧[V]、fは駆動周波数[Hz]である。   However, in the switching power supply device 200 as described above, the loss generated in the drive circuit 108 cannot be ignored. Examples of the loss generated in the drive circuit 108 include a drive loss for driving the voltage controlled switching element 25. This drive loss is calculated by the following equation 1. Here, P is the power loss [W], Qg is the gate charge amount [C] required to drive the voltage controlled switching element, Vgs is the gate voltage [V], and f is the drive frequency [Hz].

P=Qg×Vgs×f ・・・(式1) P = Qg × Vgs × f (Formula 1)

式1は、ゲート電荷量Qg、出力ゲート電圧Vgsおよび駆動周波数fが高いほど、駆動回路の損失(消費電力、発熱量)が増大することを示している。また、ゲート電荷量Qgはゲート電圧の上昇と共に大きくなるため、駆動回路108の損失はゲート電圧に大きく依存すると言える。   Equation 1 shows that the higher the gate charge amount Qg, the output gate voltage Vgs, and the drive frequency f, the greater the loss (power consumption, heat generation amount) of the drive circuit. Further, since the gate charge amount Qg increases as the gate voltage increases, it can be said that the loss of the driving circuit 108 depends greatly on the gate voltage.

すなわち、MOSFETを高ゲート電圧で駆動することは、MOSFETから生じる損失を低減する一方、駆動回路から生じる損失を増大させてしまうことになる。特に、RCC方式のスイッチング電源装置200においては、軽負荷時には高周波になってしまうため、スイッチング電源装置200のスタンバイ時の消費電力を低減することは困難になる。   That is, driving the MOSFET with a high gate voltage reduces the loss caused by the MOSFET, while increasing the loss caused by the drive circuit. In particular, in the RCC switching power supply device 200, the frequency becomes high when the load is light, and it becomes difficult to reduce the power consumption of the switching power supply device 200 during standby.

なお、近年提案されているMOSFET動作とIGBT動作を兼ね備えたデバイスでも、高ゲート電圧で駆動しIGBT動作の電流能力を十分に活用しようとするため、同様にスタンバイ時の消費電力削減は困難である。電流能力とは、あるゲート電圧におけるデバイスの最大電流値である。   Note that even devices that have both MOSFET operation and IGBT operation that have been proposed in recent years are driven by a high gate voltage to fully utilize the current capability of the IGBT operation, and similarly it is difficult to reduce power consumption during standby. . The current capability is the maximum current value of the device at a certain gate voltage.

また、高ゲート電圧で電圧制御型スイッチング素子25を駆動すると、負荷短絡などの異常時にスイッチング素子を破壊してしまう危険性もある。破壊の原因は以下の通りである。高ゲート電圧駆動により電圧制御型スイッチング素子25の電流能力が増加し、負荷短絡などによりターンオン直後に大電流が流れる。しかし、多くのスイッチング電源装置において、スイッチング素子のターンオン直後には過電流保護の誤検出防止のため、所定の時間内は過電流保護機能を無効にするブランキング時間が設けられている。そのため、過電流保護機能が動作するまでは、大電流が流れることになり、ターンオフ時に発生するサージ電圧やノイズにより、素子破壊や他の電子機器の誤動作に至る可能性がある。特に、IGBTなどのスイッチング素子では、大電流により寄生サイリスタが動作し、ターンオフできずにラッチアップによる破壊に至ることもある。   Further, when the voltage-controlled switching element 25 is driven with a high gate voltage, there is a risk that the switching element may be destroyed when an abnormality such as a load short circuit occurs. The causes of destruction are as follows. The current capability of the voltage-controlled switching element 25 is increased by high gate voltage driving, and a large current flows immediately after turn-on due to a load short circuit or the like. However, in many switching power supply apparatuses, a blanking time for invalidating the overcurrent protection function is provided for a predetermined period of time in order to prevent erroneous detection of overcurrent protection immediately after the switching element is turned on. Therefore, a large current flows until the overcurrent protection function is activated, and there is a possibility that the surge voltage or noise generated at the time of turn-off causes element destruction or malfunction of other electronic devices. In particular, in a switching element such as an IGBT, a parasitic thyristor operates due to a large current, and may not be turned off and may be destroyed by latch-up.

そこでこの発明の目的は、駆動回路で生じる駆動損失と電圧制御型スイッチング素子で生じる導通損失を含めたスイッチング電源装置全体の損失を最小限に抑制することにある。また本発明の別の目的は、負荷短絡などの異常によりスイッチング素子が破壊してしまうことを防止することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to minimize the loss of the entire switching power supply device including the drive loss generated in the drive circuit and the conduction loss generated in the voltage control type switching element. Another object of the present invention is to prevent the switching element from being destroyed due to an abnormality such as a load short circuit.

前記の目的を達成するために、本発明に係る駆動回路は、スイッチング電源内のパワースイッチング素子を駆動する駆動回路であって、前記パワースイッチング素子をオンおよびオフするための駆動信号であって、前記パワースイッチング素子をオンにする複数レベルの電圧をもつ駆動信号を生成する生成手段と、前記パワースイッチング素子の状態に応じて、前記パワースイッチング素子をオンにする前記複数レベルの電圧を切り替える切り替え制御手段とを備え、前記複数レベルの電圧は、第1電圧と、前記第1電圧よりも低い第2電圧とを含み、前記生成手段は、前記第1電圧を生成する第1ドライバと、前記第2電圧を生成する第2ドライバとを備え、前記切り替え制御手段は、前記負荷電流が第1しきい値以下のとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第2電圧のパルスを生成するように、前記第1ドライバおよび前記第2ドライバを制御し、前記負荷電流が前記第1しきい値よりも大きいとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第1電圧のパルスを生成するように、前記第1ドライバおよび前記第2ドライバを制御するIn order to achieve the above object, a drive circuit according to the present invention is a drive circuit that drives a power switching element in a switching power supply, and is a drive signal for turning on and off the power switching element, Generation means for generating a drive signal having a plurality of levels of voltages for turning on the power switching elements, and switching control for switching the plurality of levels of voltages for turning on the power switching elements according to the state of the power switching elements And the plurality of levels of voltages include a first voltage and a second voltage lower than the first voltage, and the generation means includes a first driver that generates the first voltage, and the first voltage A second driver for generating two voltages, and the switching control means turns on when the load current is equal to or lower than a first threshold value. As the drive signal, the first driver and the second driver are controlled so that the level generates a pulse of the second voltage, and is turned on when the load current is larger than the first threshold value. The first driver and the second driver are controlled so as to generate a pulse of the first voltage at the level as the drive signal .

これにより、複数レベルの電圧を切り替えるので、駆動損失と導通損失とを抑制可能である。また、負荷電流がしきい値以下のときには、駆動損失を低減できる。一方、負荷電流がしきい値より大きいときには、導通損失を低減できる。 Thereby, since the voltage of several levels is switched, a drive loss and conduction | electrical_connection loss can be suppressed. Further, when the load current is below the threshold value, the drive loss can be reduced. On the other hand, when the load current is larger than the threshold value, the conduction loss can be reduced.

また、前記切り替え制御手段は、前記パワースイッチング素子を流れる負荷電流が大きいほど電圧が高くなるように、前記複数レベルの電圧を切り替えてもよい。   Further, the switching control means may switch the voltages at the plurality of levels so that the voltage increases as the load current flowing through the power switching element increases.

これにより、負荷電流が小さいときには、駆動損失を低減できる。また、負荷電流が大きいときには、導通損失を低減できる。   Thereby, when the load current is small, the drive loss can be reduced. Further, when the load current is large, the conduction loss can be reduced.

また前記生成手段は、さらに、前記第1ドライバ及び前記第2ドライバの少なくとも一方に供給される電源電流を制限する電流制限手段を備えてもよい。   The generation unit may further include a current limiting unit that limits a power supply current supplied to at least one of the first driver and the second driver.

これにより、第1ドライバ及び第2ドライバによって生成された第1電圧のパルス及び第2電圧のパルスの少なくとも一方のパルスは、立ち上がりが緩傾斜となる。したがって、高周波成分を減らせるので、駆動回路から発生するノイズを抑制できる。   As a result, at least one of the first voltage pulse and the second voltage pulse generated by the first driver and the second driver has a gentle slope. Therefore, since high frequency components can be reduced, noise generated from the drive circuit can be suppressed.

また、前記駆動回路は、さらに、前記負荷電流が、前記第1しきい値よりも大きくかつ過電流の基準を示す第2しきい値を超えるか否かを検出し、検出した場合、前記駆動回路を停止させる過電流保護回路と、過電流が検出されてから停止するまでの期間に相当する期間、前記第1ドライバをディスエーブルするディスエーブル回路とを備えてもよい。   The drive circuit further detects whether or not the load current is greater than the first threshold value and exceeds a second threshold value indicating an overcurrent reference. An overcurrent protection circuit for stopping the circuit and a disable circuit for disabling the first driver for a period corresponding to a period from when the overcurrent is detected to when it is stopped may be provided.

これにより、過電流が生じたときの、パワースイッチング素子のラッチアップによる破壊を防止する。   This prevents destruction of the power switching element due to latch-up when an overcurrent occurs.

また、前記切り替え制御手段は、前記負荷電流が前記第1のしきい値より大きいとき、前記第1ドライバの出力をイネーブルにするための第1制御パルス信号を生成し、前記第2ドライバは、前記パワースイッチング素子をオンにする期間及びオフにする期間を示す第2制御パルス信号にしたがってレベルが前記第2電圧のパルスを生成し、前記ディスエーブル回路は、前記第2制御パルス信号を所定時間遅延させる遅延回路と、遅延された前記第2制御パルス信号と前記第1制御パルス信号との論理積を、前記第1ドライバに出力するゲート回路とを備えてもよい。   The switching control means generates a first control pulse signal for enabling the output of the first driver when the load current is larger than the first threshold value, and the second driver The level of the second voltage is generated according to a second control pulse signal indicating a period during which the power switching element is turned on and a period during which the power switching element is turned off, and the disable circuit outputs the second control pulse signal for a predetermined time. A delay circuit for delaying and a gate circuit for outputting a logical product of the delayed second control pulse signal and the first control pulse signal to the first driver may be provided.

これにより、所定時間内は第2ドライバによる第2電圧のみが出力され、第1ドライバによる第1電圧は出力されないので、負荷短絡などの異常時に流れる大電流を制限することができる。すなわち、異常時のスイッチング素子の破壊を防止することができる。特に、IGBTなどの寄生サイリスタ構造を持つスイッチング素子では、ラッチアップを防ぎ、破壊防止に効果的である。   As a result, only the second voltage from the second driver is output within a predetermined time, and the first voltage from the first driver is not output. Therefore, it is possible to limit a large current that flows when an abnormality such as a load short circuit occurs. That is, it is possible to prevent the switching element from being destroyed at the time of abnormality. In particular, a switching element having a parasitic thyristor structure such as an IGBT is effective in preventing latch-up and preventing breakdown.

また、前記切り替え制御手段は、前記負荷電流が前記第1しきい値以下のとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第2電圧のパルスを生成するように、前記第2ドライバを制御し、前記負荷電流が前記第1しきい値よりも大きいとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第2電圧に立ち上がりさらに前記第1電圧に立ち上がる2段階のパルスを生成するように、前記第1ドライバおよび前記第2ドライバを制御してもよい。   Further, the switching control means controls the second driver so that a level of the pulse of the second voltage is generated as the drive signal to be turned on when the load current is not more than the first threshold value. When the load current is larger than the first threshold, the drive signal to be turned on generates a two-stage pulse whose level rises to the second voltage and then rises to the first voltage. The first driver and the second driver may be controlled.

これにより、全ての駆動信号の立ち上がり直後の電圧は、第2電圧となるので、駆動信号がオンになるときに、第1電圧に1段階で立ち上げる場合に比べて、駆動信号がオフからオンに切り替わる際のノイズの発生を低減することができる。また、負荷電流を一次側で測定する場合には、パワースイッチング素子のターンオン後に、徐々に増加していく負荷電流が第1しきい値を超えたことを検出してゲート電圧を切り替えるといった、より実用的な制御が可能となる。   As a result, the voltage immediately after the rise of all the drive signals becomes the second voltage, so that when the drive signal is turned on, the drive signal is turned on from off compared to the case where the drive signal is raised to the first voltage in one step. It is possible to reduce the generation of noise when switching to. Further, when measuring the load current on the primary side, after the power switching element is turned on, it is detected that the gradually increasing load current exceeds the first threshold value and the gate voltage is switched. Practical control is possible.

また、前記切り替え制御手段は、前記負荷電流が前記第1のしきい値より大きいとき、前記第1ドライバの出力をイネーブルにするための第1制御パルス信号を生成し、前記第1ドライバはソースに前記第1電圧が印加され、ゲートに前記第1制御パルス信号と前記第2制御パルス信号との論理積をとったパルス信号が印加されている第1トランジスタを有し、前記第2ドライバはソースに前記第2電圧が印加され、ゲートに前記パワースイッチング素子をオンにする期間およびオフにする期間を示す前記第2制御パルス信号が印加されている第2トランジスタを有し、前記生成手段はさらに、前記第1トランジスタのドレインと、前記第2トランジスタのドレインとの間に接続された、電流の逆流を防止する逆流防止ダイオードと、前記第2トランジスタと相補的にオンまたはオフする第3トランジスタとを有し、前記第1トランジスタのドレインと、前記逆流防止ダイオードのカソードと、前記第3トランジスタのドレインとが接続されてもよい。   The switching control means generates a first control pulse signal for enabling the output of the first driver when the load current is larger than the first threshold value, and the first driver And a first transistor to which a pulse signal obtained by ANDing the first control pulse signal and the second control pulse signal is applied to a gate, and the second driver includes: A second transistor to which the second voltage is applied to a source and the second control pulse signal indicating a period for turning on and off the power switching element is applied to a gate; A backflow prevention diode connected between the drain of the first transistor and the drain of the second transistor to prevent backflow of current; And a third transistor complementarily turning on or off the transistor, and the drain of the first transistor, and the cathode of the blocking diode, and a drain of the third transistor may be connected.

これにより、駆動回路は、トランジスタを使うことで簡単に構成できる。   Thus, the drive circuit can be easily configured by using a transistor.

また、本発明に係る駆動方法は、スイッチング電源装置内のパワースイッチング素子を駆動する駆動方法であって、前記パワースイッチング素子は、第1電圧と、前記第1電圧よりも低い第2電圧とを含む複数レベルの電圧でオンし、前記駆動方法は、前記パワースイッチング素子を流れる負荷電流としきい値とを比較し、前記負荷電流が前記しきい値よりも大きいとき、前記第1電圧を生成する第1ドライバ及び前記第2電圧を生成する第2ドライバを制御することにより、記第1電圧のパルスをオン信号として、前記パワースイッチング素子に供給し、前記負荷電流が前記しきい値以下のとき、前記第1ドライバ及び前記2ドライバを制御することにより、記第2電圧のパルスをオン信号として、前記パワースイッチング素子に供給する。 The driving method according to the present invention is a driving method for driving a power switching element in a switching power supply device, wherein the power switching element has a first voltage and a second voltage lower than the first voltage. The driving method compares a load current flowing through the power switching element with a threshold value, and generates the first voltage when the load current is larger than the threshold value. by controlling the first driver and a second driver configured to generate the second voltage, a pulse of pre-Symbol first voltage as an oN signal is supplied to the power switching element, the load current is less than the threshold value when, by controlling the first driver and the second driver, the pulse before Symbol second voltage as an oN signal, supplied to said power switching element That.

また、本発明に係るスイッチング電源装置は、入力された交流信号を整流するダイオードブリッジと、整流された電圧をスイッチングするパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を駆動する駆動回路と、駆動して生成された電圧を受けて異なる電圧に変換する変圧器と、変換された電圧を整流及び平滑化して出力する整流平滑回路とを備え、前記駆動回路は、前記パワースイッチング素子をオンおよびオフするための駆動信号であって、前記パワースイッチング素子をオンにする複数レベルの電圧をもつ駆動信号を生成する生成手段と、前記パワースイッチング素子の状態に応じて、前記パワースイッチング素子をオンにする前記複数レベルの電圧を切り替える切り替え制御手段とを備え、前記複数レベルの電圧は、第1電圧と、前記第1電圧よりも低い第2電圧とを含み、前記生成手段は、前記第1電圧を生成する第1ドライバと、前記第2電圧を生成する第2ドライバとを備え、前記切り替え制御手段は、前記負荷電流が第1しきい値以下のとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第2電圧のパルスを生成するように、前記第1ドライバおよび前記第2ドライバを制御し、前記負荷電流が前記第1しきい値よりも大きいとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第1電圧のパルスを生成するように、前記第1ドライバおよび前記第2ドライバを制御するThe switching power supply device according to the present invention is driven and generated by a diode bridge that rectifies an input AC signal, a power switching element that switches the rectified voltage, and a drive circuit that drives the power switching element. A transformer that receives the converted voltage and converts it to a different voltage, and a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the converted voltage, and outputs the power switching element. Generating means for generating a drive signal having a plurality of levels of voltages for turning on the power switching element; and the plurality of levels for turning on the power switching element according to a state of the power switching element and a switching control means for switching the voltage, the multi-level voltage, the first collector And a second voltage lower than the first voltage, and the generation means includes a first driver that generates the first voltage and a second driver that generates the second voltage, and the switching control. The means controls the first driver and the second driver so that a level of the second voltage pulse is generated as the drive signal to be turned on when the load current is less than or equal to a first threshold value. When the load current is larger than the first threshold, the first driver and the second driver are controlled so that a level of the first voltage pulse is generated as the drive signal to be turned on. .

また、前記スイッチング素子は、ユニポーラトランジスタでもよい。   The switching element may be a unipolar transistor.

ユニポーラトランジスタの導通抵抗は、自身に流れる負荷電流値が大きいほどゲート電圧に依存するという性質がある。すなわち、軽負荷時などで負荷電流値が小さい場合、ゲート電圧を小さくしてもユニポーラトランジスタの導通抵抗は大きくならない。よって、ユニポーラトランジスタを流れる負荷電流値に基づいて、駆動信号の電圧を切り替えるので、導通損失及び駆動損失を抑制できる。   The conduction resistance of a unipolar transistor has the property that it depends on the gate voltage as the load current value flowing through the unipolar transistor increases. That is, when the load current value is small, such as during light loads, the conduction resistance of the unipolar transistor does not increase even if the gate voltage is reduced. Therefore, since the voltage of the drive signal is switched based on the load current value flowing through the unipolar transistor, conduction loss and drive loss can be suppressed.

また、前記スイッチング素子は、前記スイッチング素子を流れる負荷電流に応じて、ユニポーラ動作とバイポーラ動作とを切り替える機能を有するトランジスタでもよい。   The switching element may be a transistor having a function of switching between a unipolar operation and a bipolar operation in accordance with a load current flowing through the switching element.

これにより、大電流が流れる際にはバイポーラ動作かつ高ゲート電圧駆動により導通抵抗をより下げることができ、軽負荷時にはユニポーラ動作かつ低ゲート電圧駆動により駆動損失を下げることができる。よって、軽負荷から重負荷まで全域にわたって、スイッチング損失、導通損失、駆動損失といった電源装置の主な損失を総合的に低減することができる。   Thus, when a large current flows, the conduction resistance can be further lowered by bipolar operation and high gate voltage driving, and the driving loss can be lowered by unipolar operation and low gate voltage driving at a light load. Therefore, it is possible to comprehensively reduce main losses of the power supply device such as switching loss, conduction loss, and drive loss over the entire region from light load to heavy load.

また、前記スイッチング電源装置は、さらに、前記整流平滑回路から出力される電流を測定する測定部と、測定された電流を、前記パワースイッチング素子を流れる負荷電流に換算する換算部とを備え、前記切り替え制御手段は、換算された前記負荷電流に応じて、前記パワースイッチング素子をオンにする前記複数レベルの電圧を切り替えてもよい。   The switching power supply device further includes a measuring unit that measures a current output from the rectifying and smoothing circuit, and a conversion unit that converts the measured current into a load current flowing through the power switching element, The switching control means may switch the plurality of levels of voltages for turning on the power switching element according to the converted load current.

本発明に係る駆動回路によると、駆動回路で生じる駆動損失とパワースイッチング素子で生じる導通損失及びスイッチング損失とを含めた電源全体の損失を最小限に抑制できる。また、起動時や負荷短絡などの異常時に、パワースイッチング素子が破壊してしまうことを防止できる。   According to the drive circuit according to the present invention, it is possible to minimize the loss of the entire power source including the drive loss generated in the drive circuit, the conduction loss generated in the power switching element, and the switching loss. Further, it is possible to prevent the power switching element from being destroyed at the time of start-up or an abnormality such as a load short circuit.

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
本実施の形態1に係る駆動回路は、スイッチング電源内のパワースイッチング素子を駆動する駆動回路であって、前記パワースイッチング素子をオンおよびオフするための駆動信号であって、前記パワースイッチング素子をオンにする複数レベルの電圧をもつ駆動信号を生成する生成手段と、前記パワースイッチング素子の状態に応じて、前記パワースイッチング素子をオンにする前記複数レベルの電圧を切り替える切り替え制御手段とを備える。
(Embodiment 1)
The drive circuit according to the first embodiment is a drive circuit that drives a power switching element in a switching power supply, and is a drive signal for turning on and off the power switching element, and the power switching element is turned on. Generating means for generating a drive signal having a plurality of levels of voltage, and switching control means for switching the plurality of levels of voltages for turning on the power switching element according to the state of the power switching element.

図1は、実施の形態1の駆動回路を備えるスイッチング電源装置の構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a switching power supply device including the drive circuit according to the first embodiment.

本実施の形態のスイッチング電源装置100は、RCC方式であり、一次側整流平滑回路101と、スイッチング回路102と、トランス103と、二次側整流平滑回路104と、フィードバック回路119とを備える。   The switching power supply apparatus 100 according to the present embodiment is an RCC system, and includes a primary side rectifying / smoothing circuit 101, a switching circuit 102, a transformer 103, a secondary side rectifying / smoothing circuit 104, and a feedback circuit 119.

一次側整流平滑回路101は、ダイオードブリッジ109と入力コンデンサ110とを有し、入力された交流信号をダイオードブリッジ109で整流して、入力コンデンサ110で平滑化し、スイッチング回路102へ出力する。   The primary-side rectifying / smoothing circuit 101 includes a diode bridge 109 and an input capacitor 110, rectifies the input AC signal by the diode bridge 109, smoothes it by the input capacitor 110, and outputs it to the switching circuit 102.

スイッチング回路102は、電圧制御型スイッチング素子を高速にスイッチングさせ、高周波の交流をトランス103に出力する。具体的には、スイッチング回路102は、駆動回路20の外付け抵抗121と、共振用容量122と、駆動回路20と、電圧制御型スイッチング素子25とを有する。   The switching circuit 102 switches the voltage-controlled switching element at high speed and outputs high-frequency alternating current to the transformer 103. Specifically, the switching circuit 102 includes an external resistor 121 of the drive circuit 20, a resonance capacitor 122, the drive circuit 20, and a voltage control type switching element 25.

駆動回路20は、スイッチング電源装置100の起動時に、駆動回路の外付け抵抗121を介して電源供給される。次に、駆動回路20は、電圧制御型スイッチング素子25のゲートに電圧を印加し、スイッチング動作させる。なお、駆動回路20は、起動時以外の場合、トランス103が有する補助巻線から供給される電力によって動作する。   The drive circuit 20 is supplied with power via an external resistor 121 of the drive circuit when the switching power supply device 100 is activated. Next, the drive circuit 20 applies a voltage to the gate of the voltage-controlled switching element 25 to perform a switching operation. Note that the drive circuit 20 is operated by electric power supplied from the auxiliary winding of the transformer 103 at times other than startup.

駆動回路20は、切り替え制御手段と生成手段とを備え、前記切り替え制御手段は、前記パワースイッチング素子を流れる負荷電流が大きいほど電圧が高くなるように、前記複数レベルの電圧を切り替え、前記複数レベルの電圧は、第1電圧と、前記第1電圧よりも低い第2電圧とを含み、前記生成手段は、前記第1電圧を生成する第1ドライバと、前記第2電圧を生成する第2ドライバとを備え、前記切り替え制御手段は、前記負荷電流が第1しきい値以下のとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第2電圧のパルスを生成するように、前記第1ドライバおよび前記第2ドライバを制御し、前記負荷電流が前記第1しきい値よりも大きいとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第1電圧のパルスを生成するように、前記第1ドライバおよび前記第2ドライバを制御する。   The drive circuit 20 includes a switching control unit and a generation unit, and the switching control unit switches the plurality of levels of voltage so that the voltage becomes higher as the load current flowing through the power switching element increases. The voltage includes a first voltage and a second voltage lower than the first voltage, and the generating means includes a first driver that generates the first voltage and a second driver that generates the second voltage. And the switching control means generates the pulse of the second voltage at the level as the drive signal to be turned on when the load current is equal to or lower than a first threshold value. The second driver is controlled, and when the load current is larger than the first threshold value, the level is generated as a pulse of the first voltage as the drive signal to be turned on. Controlling said first driver and said second driver.

トランス103は、一次側から二次側へとエネルギーを伝達する。具体的には、一次巻線111と、二次巻線112と、補助巻線120とを有する。電圧制御型スイッチング素子25のターンオン時に、一次巻線111に蓄えられたエネルギーが二次巻線112に伝達される。その後、二次巻線112に流れる二次側電流がなくなると、トランス103の一次巻線111によるインダクタンスと、電圧制御型スイッチング素子25のドレインとソースとの間に挿入された共振用容量122の容量とで決定される共振動作が開始される。駆動回路20は、上述の共振動作を検出して、次の駆動信号132を電圧制御型スイッチング素子25に印加する。   The transformer 103 transmits energy from the primary side to the secondary side. Specifically, it has a primary winding 111, a secondary winding 112, and an auxiliary winding 120. When the voltage controlled switching element 25 is turned on, the energy stored in the primary winding 111 is transmitted to the secondary winding 112. After that, when the secondary current flowing in the secondary winding 112 disappears, the inductance of the primary winding 111 of the transformer 103 and the resonance capacitor 122 inserted between the drain and source of the voltage-controlled switching element 25 The resonance operation determined by the capacitance is started. The drive circuit 20 detects the above-described resonance operation and applies the next drive signal 132 to the voltage-controlled switching element 25.

以上のようなスイッチング動作により生成された交流信号は、トランス103の二次巻線112を介して二次側整流平滑回路104へ伝達される。   The AC signal generated by the switching operation as described above is transmitted to the secondary side rectifying / smoothing circuit 104 via the secondary winding 112 of the transformer 103.

二次側整流平滑回路104は、整流ダイオード113と、第1の出力コンデンサ115と、チョークコイル114と、第2の出力コンデンサ116とを有し、二次巻線112に伝達された交流を整流ダイオード113で整流し、チョークコイル114、第1の出力コンデンサ115及び第2の出力コンデンサ116で平滑化して、スイッチング電源装置100の出力として出力している。   The secondary-side rectifying / smoothing circuit 104 includes a rectifying diode 113, a first output capacitor 115, a choke coil 114, and a second output capacitor 116, and rectifies the AC transmitted to the secondary winding 112. Rectified by the diode 113, smoothed by the choke coil 114, the first output capacitor 115 and the second output capacitor 116, and output as the output of the switching power supply device 100.

フィードバック回路119は、二次側整流平滑回路104から出力された電流値、すなわち、スイッチング電源装置100の電源出力電流Ioをに応じて変化する出力電圧を一定に保つようにフィードバック信号133を駆動回路20にフィードバックする。駆動回路20は、フィードバックされた二次側の状態に応じて、電圧制御型スイッチング素子25を流れる負荷電流を制御する。フィードバック回路119は、例えば、フォトカプラを備え、フォトカプラを介して電流値をフィードバックする。   The feedback circuit 119 drives the feedback signal 133 so that the current value output from the secondary side rectifying / smoothing circuit 104, that is, the output voltage that changes in accordance with the power supply output current Io of the switching power supply device 100 is kept constant. Feedback to 20. The drive circuit 20 controls the load current flowing through the voltage-controlled switching element 25 according to the fed-back state on the secondary side. The feedback circuit 119 includes, for example, a photocoupler, and feeds back a current value via the photocoupler.

図2は、本実施の形態1の駆動回路20と電圧制御型スイッチング素子25とフィードバック回路119との構成を示す図である。同図の駆動回路20は、電圧制御型スイッチング素子25を駆動する信号である駆動信号132を生成して出力する回路である。駆動信号132は、電圧制御型スイッチング素子25をオンおよびオフするための信号である。駆動回路20は、制御回路21と、負荷電流検出回路27と、駆動電圧切り替え回路22とを有する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the drive circuit 20, the voltage control switching element 25, and the feedback circuit 119 according to the first embodiment. The drive circuit 20 in the figure is a circuit that generates and outputs a drive signal 132 that is a signal for driving the voltage-controlled switching element 25. The drive signal 132 is a signal for turning on and off the voltage controlled switching element 25. The drive circuit 20 includes a control circuit 21, a load current detection circuit 27, and a drive voltage switching circuit 22.

制御回路21は、電圧制御型スイッチング素子25をオンにする期間及びオフにする期間を示す信号である制御信号134を駆動電圧切り替え回路22へ出力する。具体的には、制御回路21は、トランス103の一次巻線111のインダクタンスと共振用容量122の容量値とで決定される共振動作を検出して、制御信号134をターンオンする。また、制御回路21は、次のいずれか1つを満たす場合に、制御信号134をターンオフする。電圧制御型スイッチング素子25を流れる負荷電流がフィードバック信号133によって決定される電流値に達した場合、電圧制御型スイッチング素子25のオン時間が制御回路21で設定された最大オン時間に達した場合、電圧制御型スイッチング素子25を流れる電流が予め定められた過電流保護基準電圧VLIMITに達した場合である。過電流保護基準電圧VLIMITは、例えば、電圧制御型スイッチング素子25の特性によって特定される。   The control circuit 21 outputs to the drive voltage switching circuit 22 a control signal 134 that is a signal indicating a period during which the voltage controlled switching element 25 is turned on and a period during which the voltage controlled switching element 25 is turned off. Specifically, the control circuit 21 detects a resonance operation determined by the inductance of the primary winding 111 of the transformer 103 and the capacitance value of the resonance capacitor 122 and turns on the control signal 134. Further, the control circuit 21 turns off the control signal 134 when any one of the following conditions is satisfied. When the load current flowing through the voltage controlled switching element 25 reaches a current value determined by the feedback signal 133, when the on time of the voltage controlled switching element 25 reaches the maximum on time set by the control circuit 21, This is a case where the current flowing through the voltage controlled switching element 25 reaches a predetermined overcurrent protection reference voltage VLIMIT. The overcurrent protection reference voltage VLIMIT is specified by, for example, the characteristics of the voltage control type switching element 25.

なお、特に図示しないが、制御回路21は、フィードバック信号133が入力され、電圧制御型スイッチング素子25を流れる負荷電流を調節する機能を有する。   Although not particularly illustrated, the control circuit 21 has a function of adjusting a load current that flows through the voltage-controlled switching element 25 when the feedback signal 133 is input.

負荷電流検出回路27は、例えば比較器を有し、フィードバック信号133から定まる負荷電流が予め定められたしきい値を超えているか否かを判断し、超えているか否かを示す負荷電流検出信号135を駆動電圧切り替え回路22へ出力する。超えていると判断した場合、負荷電流検出回路27は、例えば、負荷電流検出信号135をハイにする。超えていないと判断した場合、負荷電流検出回路27は、例えば、負荷電流検出信号135をローとする。   The load current detection circuit 27 includes, for example, a comparator, determines whether or not the load current determined from the feedback signal 133 exceeds a predetermined threshold value, and indicates whether or not the load current is exceeded. 135 is output to the drive voltage switching circuit 22. If it is determined that the value has exceeded, the load current detection circuit 27 sets the load current detection signal 135 to high, for example. When it is determined that the value does not exceed the load current detection circuit 27, for example, the load current detection signal 135 is set to low.

駆動電圧切り替え回路22は、電圧制御型スイッチング素子25をオン及びオフするための信号であって、電圧制御型スイッチング素子25をオンにする複数レベルの電圧をもつ駆動信号132を生成し、電圧制御型スイッチング素子25のゲートに印加する。具体的には、駆動電圧切り替え回路22は、制御信号134がオンにする期間を示すとき、電圧制御型スイッチング素子25をオンするための駆動信号132を電圧制御型スイッチング素子25のゲートへ印加する。駆動信号132の電圧は、負荷電流検出回路27から出力された負荷電流検出信号135に応じて切り替えられる。   The drive voltage switching circuit 22 is a signal for turning on and off the voltage controlled switching element 25, generates a drive signal 132 having a plurality of levels of voltages for turning on the voltage controlled switching element 25, and controls the voltage. Applied to the gate of the type switching element 25. Specifically, the drive voltage switching circuit 22 applies a drive signal 132 for turning on the voltage control type switching element 25 to the gate of the voltage control type switching element 25 when the control signal 134 indicates a period to be turned on. . The voltage of the drive signal 132 is switched according to the load current detection signal 135 output from the load current detection circuit 27.

次に、駆動電圧切り替え回路22の詳細な構成を説明する。   Next, the detailed configuration of the drive voltage switching circuit 22 will be described.

図3は、より詳細な構成を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing a more detailed configuration.

駆動電圧切り替え回路22は、ゲート電圧切替回路2と、高電圧ドライバ3と、低電圧ドライバ4と、第1スイッチSW1と、第2スイッチSW2とを有する。ここで、高電圧ドライバ3と低電圧ドライバ4とは、電圧制御型スイッチング素子25をオンにする複数レベルの電圧をもつ駆動信号を生成する生成手段として機能する。また、ゲート電圧切替回路2と、第1スイッチSW1と、第2スイッチSW2とは、電圧制御型スイッチング素子25の状態に応じて、電圧制御型スイッチング素子25をオンにする複数レベルの電圧を切り替える切り替え制御手段として機能する。具体的な構成としては、高電圧ドライバ3の後段に第1スイッチSW1が直列に接続された回路と、低電圧ドライバ4の後段に第2スイッチSW2が直列に接続された回路とが並列に接続されている。   The drive voltage switching circuit 22 includes a gate voltage switching circuit 2, a high voltage driver 3, a low voltage driver 4, a first switch SW1, and a second switch SW2. Here, the high voltage driver 3 and the low voltage driver 4 function as generating means for generating a drive signal having a plurality of levels of voltages for turning on the voltage control type switching element 25. The gate voltage switching circuit 2, the first switch SW 1, and the second switch SW 2 switch a plurality of levels of voltages for turning on the voltage controlled switching element 25 according to the state of the voltage controlled switching element 25. It functions as a switching control means. As a specific configuration, a circuit in which the first switch SW1 is connected in series at the subsequent stage of the high voltage driver 3 and a circuit in which the second switch SW2 is connected in series at the subsequent stage of the low voltage driver 4 are connected in parallel. Has been.

ゲート電圧切替回路2は、負荷電流検出信号135に従い、第1スイッチSW1または第2スイッチSW2を導通させ、他方を遮断する。例えば、負荷電流検出信号135がハイの場合、ゲート電圧切替回路2は、第1スイッチSW1を導通させ、第2スイッチSW2を遮断する。また、負荷電流検出信号135がローの場合、ゲート電圧切替回路2は、第1スイッチSW1を遮断し、第2スイッチSW2を導通させる。これにより、駆動電圧切り替え回路22は、高電圧ドライバ3で生成された電圧、または、低電圧ドライバ4で生成された電圧を電圧制御型スイッチング素子25に印加する。ここで、高電圧ドライバ3の電源電圧はVdd1で、低電圧ドライバ4の電源電圧はVdd2(Vdd1>Vdd2)である。   In accordance with the load current detection signal 135, the gate voltage switching circuit 2 makes the first switch SW1 or the second switch SW2 conductive and cuts the other. For example, when the load current detection signal 135 is high, the gate voltage switching circuit 2 turns on the first switch SW1 and cuts off the second switch SW2. When the load current detection signal 135 is low, the gate voltage switching circuit 2 cuts off the first switch SW1 and makes the second switch SW2 conductive. Accordingly, the drive voltage switching circuit 22 applies the voltage generated by the high voltage driver 3 or the voltage generated by the low voltage driver 4 to the voltage controlled switching element 25. Here, the power supply voltage of the high voltage driver 3 is Vdd1, and the power supply voltage of the low voltage driver 4 is Vdd2 (Vdd1> Vdd2).

このように、複数レベルの電圧は、Vdd1と、Vdd1よりも低いVdd2とを含み、生成手段は、Vdd1を生成する高電圧ドライバ3と、Vdd2を生成する低電圧ドライバ4とを備え、切り替え制御手段は、電圧制御型スイッチング素子25を流れる負荷電流が予め定められたしきい値Idsth以下のとき、オンにする駆動信号132として、レベルがVdd2のパルスを生成するように、高電圧ドライバ3および低電圧ドライバ4を制御し、負荷電流がIdsthよりも大きいとき、オンにする駆動信号132として、レベルがVdd1のパルスを生成するように、高電圧ドライバ3および低電圧ドライバ4を制御する。これにより、負荷電流がしきい値以下のときには、駆動損失を低減できる。また、負荷電流がしきい値より大きいときには、導通損失を低減できる。   As described above, the multi-level voltage includes Vdd1 and Vdd2 lower than Vdd1, and the generation unit includes the high voltage driver 3 that generates Vdd1 and the low voltage driver 4 that generates Vdd2, and performs switching control. When the load current flowing through the voltage-controlled switching element 25 is equal to or lower than a predetermined threshold value Idsth, the means generates a pulse having a level of Vdd2 as the drive signal 132 to be turned on. When the low voltage driver 4 is controlled and the load current is larger than Idsth, the high voltage driver 3 and the low voltage driver 4 are controlled so as to generate a pulse having a level of Vdd1 as the drive signal 132 to be turned on. As a result, when the load current is less than or equal to the threshold value, the drive loss can be reduced. Further, when the load current is larger than the threshold value, the conduction loss can be reduced.

図4は、スイッチング電源装置100に接続される負荷と、主な損失である駆動損失、導通損失およびスイッチング損失の和(以下、総合損失と表す)との関係を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the load connected to the switching power supply apparatus 100 and the sum of drive loss, conduction loss, and switching loss (hereinafter referred to as total loss) which are main losses.

また、図5は、図4で示される待機状態および定格負荷状態における各損失の大きさを示す図である。ここで、各損失について説明する。   FIG. 5 is a diagram showing the magnitude of each loss in the standby state and the rated load state shown in FIG. Here, each loss will be described.

駆動損失とは、式1で示される損失であり、電圧制御型スイッチング素子25のゲート容量により消費される電力損失を示し、ゲート電圧およびスイッチング周波数に大きく依存する。従って、同一のゲート電圧において、待機状態と定格負荷状態との間で駆動損失を比較した場合、スイッチング周波数の高くなる待機状態において駆動損失が大きくなる。また、同一の状態において、異なるゲート電圧を比較した場合、ゲート電圧の高いVdd1において駆動損失が大きくなる。   The driving loss is a loss expressed by Equation 1, which indicates a power loss consumed by the gate capacitance of the voltage-controlled switching element 25, and greatly depends on the gate voltage and the switching frequency. Accordingly, when the drive loss is compared between the standby state and the rated load state at the same gate voltage, the drive loss increases in the standby state where the switching frequency is high. Further, when different gate voltages are compared in the same state, the drive loss becomes large at Vdd1 having a high gate voltage.

また、導通損失とは、電圧制御型スイッチング素子25が導通している期間に、流れる電流と導通抵抗の積で表される電力損失を示し、導通抵抗に大きく依存する。ここで、電圧制御型スイッチング素子25がパワーMOSFETである場合、パワーMOSFETで発生する導通抵抗について説明する。   Further, the conduction loss indicates a power loss represented by the product of the flowing current and the conduction resistance during the period in which the voltage controlled switching element 25 is conducting, and greatly depends on the conduction resistance. Here, when the voltage controlled switching element 25 is a power MOSFET, a conduction resistance generated in the power MOSFET will be described.

図6は、パワーMOSFETのV−I特性を示すグラフである。   FIG. 6 is a graph showing the VI characteristics of the power MOSFET.

同図には、ゲート電圧Vgsが異なる2つの電圧レベルVdd1とVdd2との場合におけるV−I特性が示されている。Idsthは、パワーMOSFETのゲート電圧依存性が大きくなり始めるドレイン電流値である。   In the same figure, the VI characteristic in the case of two voltage levels Vdd1 and Vdd2 having different gate voltages Vgs is shown. Idsth is a drain current value at which the gate voltage dependency of the power MOSFET starts to increase.

同図からも分かるように、ゲート電圧Vgsが高いほどパワーMOSFETの電流能力は増加する。よって、ゲート電圧Vgsを高く設定することにより導通抵抗を低減し、導通損失を抑制することができる。しかし、ドレイン電流Idsが小さい領域では、導通抵抗はゲート電圧Vgsに大きく依存しないので、ゲート電圧Vgsによる導通損失は等しくなる。   As can be seen from the figure, the current capability of the power MOSFET increases as the gate voltage Vgs increases. Therefore, by setting the gate voltage Vgs high, the conduction resistance can be reduced and conduction loss can be suppressed. However, in the region where the drain current Ids is small, the conduction resistance does not greatly depend on the gate voltage Vgs, so that the conduction loss due to the gate voltage Vgs is equal.

また、スイッチング損失とは、電圧制御型スイッチング素子25がターンオンまたはターンオフする瞬間に現れる電力損失である。よって、スイッチング周波数の高い待機状態において損失が大きくなる。   The switching loss is a power loss that appears at the moment when the voltage-controlled switching element 25 is turned on or turned off. Therefore, loss increases in a standby state with a high switching frequency.

このように、導通損失と、駆動損失およびスイッチング損失とはトレードオフの関係にある。しかし、定格負荷状態においては導通損失の占める割合が支配的であり、導通損失を抑制することが、総合損失の抑制につながる。   As described above, the conduction loss, the driving loss, and the switching loss are in a trade-off relationship. However, the proportion of conduction loss is dominant in the rated load state, and suppressing conduction loss leads to suppression of total loss.

そこで、負荷電流検出回路27が検出する負荷電流のしきい値を、Idsthに設定する。負荷電流検出回路27は、ドレイン電流IdsがIdsthより大きいか否かを判断し、Idsthより大きい場合は負荷電流検出信号135をハイとして、また、Idsth以下の場合はローを出力する。例えば、負荷電流検出回路27が比較器などで構成されて、基準値と負荷電流とを比較して負荷電流検出信号135を出力する場合に、負荷電流検出回路27は、電圧制御型スイッチング素子25のV−I特性から、ゲート電圧依存性が大きくなるドレイン電流値を読み取り、その電流値をIdsthとする。   Therefore, the threshold value of the load current detected by the load current detection circuit 27 is set to Idsth. The load current detection circuit 27 determines whether or not the drain current Ids is larger than Idsth. If the drain current Ids is larger than Idsth, the load current detection signal 135 is made high, and if it is less than Idsth, it outputs low. For example, when the load current detection circuit 27 is configured by a comparator or the like, and compares the reference value with the load current and outputs the load current detection signal 135, the load current detection circuit 27 includes the voltage controlled switching element 25. From the V-I characteristic, a drain current value having a large gate voltage dependency is read, and the current value is defined as Idsth.

なお、ここでいうゲート電圧依存性とは、ゲート電圧によって電圧制御型スイッチング素子25の導通抵抗(=ドレイン電圧÷ドレイン電流)が変化することを意味し、ゲート電圧依存性が大きくなる状態とは、ドレイン電流を増加させた場合に、電圧制御型スイッチング素子25のチャネル抵抗が無視できなくなり、ゲート電圧によって導通抵抗に差ができることである。上記では、負荷電流検出回路27内の比較器のしきい値として、パワーMOSFETのゲート電圧依存性が大きくなり始めるドレイン電流値を設定することを記述したが、駆動損失と導通損失の割合を考慮して、例えば、二つのレベルのゲート電圧による導通抵抗の差が所定の値、例えば、高ゲート電圧時の導通抵抗が低ゲート電圧時よりも5%低くなる負荷電流値を負荷電流検出回路27内の比較器のしきい値として設定してもよい。   Here, the gate voltage dependency means that the conduction resistance (= drain voltage / drain current) of the voltage-controlled switching element 25 changes depending on the gate voltage, and the state where the gate voltage dependency becomes large When the drain current is increased, the channel resistance of the voltage-controlled switching element 25 cannot be ignored, and the conduction resistance can be varied depending on the gate voltage. In the above description, it is described that the drain current value at which the gate voltage dependency of the power MOSFET starts to increase is set as the threshold value of the comparator in the load current detection circuit 27. However, the ratio between the drive loss and the conduction loss is considered. For example, the load current detection circuit 27 calculates a load current value at which the difference in conduction resistance between the two levels of gate voltage is a predetermined value, for example, the conduction resistance when the gate voltage is high is 5% lower than when the gate voltage is low. It may be set as the threshold value of the comparator.

これにより、軽負荷時にゲート電圧を低くしても導通損失を増加させることなく、駆動回路の駆動損失を低減することができる。一方、重負荷時にはゲート電圧を高くして導通損失を低減することができるため、駆動回路で生じる駆動損失と電圧制御型スイッチング素子で生じる導通損失を含めたスイッチング電源装置100全体の損失を、軽負荷から重負荷にわたって最小限に抑制することができる。   As a result, the drive loss of the drive circuit can be reduced without increasing the conduction loss even when the gate voltage is lowered at light load. On the other hand, since the gate voltage can be increased and the conduction loss can be reduced under heavy load, the loss of the entire switching power supply device 100 including the drive loss caused by the drive circuit and the conduction loss caused by the voltage-controlled switching element can be reduced. It can be minimized from the load to the heavy load.

以上のように、軽負荷から重負荷にわたって広範囲での総合損失低減は、電圧制御型スイッチング素子25のゲート電圧を負荷に応じて切り替えることにより実現できる。特に、負荷がとても小さい、すなわち、待機状態の領域における損失低減は、家電製品等のスタンバイ電力削減に大きく貢献できる。   As described above, overall loss reduction over a wide range from a light load to a heavy load can be realized by switching the gate voltage of the voltage controlled switching element 25 according to the load. In particular, reducing the loss in a region where the load is very small, that is, in the standby state, can greatly contribute to reducing the standby power of home appliances and the like.

次に、上述した駆動回路20を備えるスイッチング電源装置100の動作について説明する。   Next, the operation of the switching power supply device 100 including the drive circuit 20 described above will be described.

図7は、異なる負荷状態に対する、本実施の形態におけるスイッチング電源装置100の電源出力電流Io及び電源出力電圧Voと、電圧制御型スイッチング素子25のドレイン電流及びゲート電圧とを示すタイミングチャートである。   FIG. 7 is a timing chart showing the power supply output current Io and the power supply output voltage Vo of the switching power supply apparatus 100 according to the present embodiment and the drain current and the gate voltage of the voltage controlled switching element 25 for different load states.

定格負荷状態では、スイッチング電源装置100から出力される電流である電源出力電流Ioが多く流れる。このとき、負荷電流検出回路27は、フィードバック信号133に基づいて、電圧制御型スイッチング素子25を流れるドレイン電流Idsのピーク電流が、Idsthよりも大きいか否かを判断する。大きいと判断した場合、負荷電流検出回路27は、負荷電流検出信号135として、例えばハイを出力する。   In the rated load state, a large amount of power output current Io that is a current output from the switching power supply apparatus 100 flows. At this time, the load current detection circuit 27 determines whether or not the peak current of the drain current Ids flowing through the voltage controlled switching element 25 is larger than Idsth based on the feedback signal 133. When it is determined that the load current is large, the load current detection circuit 27 outputs, for example, high as the load current detection signal 135.

ゲート電圧切替回路2は、負荷電流検出信号135がハイの場合、高電圧ドライバ3に接続された第1スイッチSW1を導通させ、第2スイッチSW2を遮断させる。これにより、駆動回路20は、駆動信号132としてハイレベルの電圧がVdd1のパルス信号を出力する。   When the load current detection signal 135 is high, the gate voltage switching circuit 2 turns on the first switch SW1 connected to the high voltage driver 3 and turns off the second switch SW2. As a result, the drive circuit 20 outputs a pulse signal having a high-level voltage Vdd1 as the drive signal 132.

次に、定格負荷状態から待機状態へ移る移行期間である負荷変動状態においては、負荷が徐々に軽くなるので、電源出力電流Ioは減少し、それに伴い、電源出力電圧Voは上昇する。Voが上昇したとき、制御回路21は、制御信号134のパルス幅を徐々に狭くすることで、駆動信号132のパルス幅を同様に変化させて、ドレイン電流Idsを抑える。また、ドレイン電流Idsのピーク電流はIdsthよりも大きいので、ゲート電圧切替回路2は、第1スイッチSW1を導通させ続ける。これにより、駆動回路20は、駆動信号132としてハイレベルの電圧がVdd1のパルス信号を出力する。   Next, in the load fluctuation state, which is a transition period from the rated load state to the standby state, the load is gradually reduced, so that the power supply output current Io decreases, and the power supply output voltage Vo increases accordingly. When Vo rises, the control circuit 21 gradually reduces the pulse width of the control signal 134, thereby changing the pulse width of the drive signal 132 in the same manner to suppress the drain current Ids. Further, since the peak current of the drain current Ids is larger than Idsth, the gate voltage switching circuit 2 keeps the first switch SW1 conductive. As a result, the drive circuit 20 outputs a pulse signal having a high-level voltage Vdd1 as the drive signal 132.

そして、待機状態においては、さらに電源出力電流Ioは減少し、電源出力電圧Voは高くなる。Voが高いとき、制御回路21は、制御信号134のパルス幅をさらに狭くすることで、ドレイン電流Idsのピーク電流をさらに抑える。負荷電流検出回路27は、ドレイン電流IdsがIdsth以下であることを検出した場合、負荷電流検出信号135として、例えばローを出力する。ゲート電圧切替回路2は、負荷電流検出信号135がローである場合、第1スイッチSW1を遮断し、第2スイッチSW2を導通させる。これにより、駆動回路20は、駆動信号132としてハイレベルの電圧がVdd2のパルス信号を出力する。   In the standby state, the power output current Io further decreases and the power output voltage Vo increases. When Vo is high, the control circuit 21 further suppresses the peak current of the drain current Ids by further narrowing the pulse width of the control signal 134. When the load current detection circuit 27 detects that the drain current Ids is equal to or lower than Idsth, the load current detection circuit 27 outputs, for example, low as the load current detection signal 135. When the load current detection signal 135 is low, the gate voltage switching circuit 2 cuts off the first switch SW1 and makes the second switch SW2 conductive. As a result, the drive circuit 20 outputs a pulse signal having a high-level voltage Vdd2 as the drive signal 132.

以上のように、本実施の形態に係る駆動回路20は、電圧制御型スイッチング素子25を流れる負荷電流が予め定められたしきい値以下のとき、電圧制御型スイッチング素子25をオンにする駆動信号132としてレベルがVdd2のパルスを生成し、予め定められたしきい値より大きいとき、電圧制御型スイッチング素子25をオンにする駆動信号132としてVdd2より高電圧であるVdd1のレベルを有するパルスを生成する。   As described above, the drive circuit 20 according to the present embodiment has the drive signal that turns on the voltage control switching element 25 when the load current flowing through the voltage control switching element 25 is equal to or less than a predetermined threshold value. A pulse having a level of Vdd2 is generated as 132, and a pulse having a level of Vdd1, which is higher than Vdd2, is generated as a drive signal 132 for turning on the voltage-controlled switching element 25 when the level is greater than a predetermined threshold value. To do.

よって、本実施の形態に係る駆動回路20は、負荷電流が予め定められたしきい値以下のときには、駆動損失を低減できる。また、負荷電流が予め定められたしきい値より大きいときには、導通損失を低減できる。   Therefore, drive circuit 20 according to the present embodiment can reduce drive loss when the load current is equal to or less than a predetermined threshold value. Further, when the load current is larger than a predetermined threshold value, the conduction loss can be reduced.

なお、本実施の形態1では、図6に示すようなパワーMOSFETを電圧制御型スイッチング素子25として駆動回路20に接続する場合を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、パワーMOSFETの代わりに、ユニポーラ動作であるMOSFETとバイポーラ動作であるIGBTとを兼ね備えたデバイスを電圧制御型スイッチング素子25として駆動回路20に接続してもよい。   In the first embodiment, the case where the power MOSFET as shown in FIG. 6 is connected to the drive circuit 20 as the voltage control type switching element 25 has been described. However, the present invention is not limited to this. . For example, instead of the power MOSFET, a device having both a unipolar MOSFET and a bipolar IGBT may be connected to the drive circuit 20 as the voltage-controlled switching element 25.

図8は、特許文献1で示されているMOSFETとIGBTとを兼ね備えたデバイスの等価回路を示す回路図である。等価回路80は、ユニポーラ動作とバイポーラ動作とを切り替える機能を有する回路である。   FIG. 8 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a device having both a MOSFET and an IGBT disclosed in Patent Document 1. The equivalent circuit 80 is a circuit having a function of switching between a unipolar operation and a bipolar operation.

図9は、MOSFETとIGBTとを兼ね備えたデバイスのV−I特性を示すグラフである。   FIG. 9 is a graph showing the VI characteristics of a device having both a MOSFET and an IGBT.

MOSFETとIGBTとを兼ね備えたデバイスは、負荷電流の少ない待機状態において、スイッチング動作が早いユニポーラトランジスタ81が動作し、負荷電流の大きい定格負荷状態においては、大電流を流せるバイポーラトランジスタ83が動作する。図6に示した一般的なパワーMOSFETのV−I特性と比較して、定格負荷状態における導通抵抗をより減らすことができるので、導通損失を抑制できる。この場合、負荷電流検出回路27が比較の基準とするしきい値を、例えば、MOSFET動作からIGBT動作に切り替わるドレイン電流値に設定する。   In a device having both a MOSFET and an IGBT, a unipolar transistor 81 having a fast switching operation operates in a standby state with a small load current, and a bipolar transistor 83 capable of flowing a large current operates in a rated load state with a large load current. Compared with the VI characteristic of the general power MOSFET shown in FIG. 6, the conduction resistance in the rated load state can be further reduced, so that conduction loss can be suppressed. In this case, the threshold value used as a reference for comparison by the load current detection circuit 27 is set to, for example, a drain current value at which the MOSFET operation is switched to the IGBT operation.

また、本実施の形態1は、図2に限定されるものではない。本実施の形態1では、2種類のゲート電圧を切り替える駆動回路について説明したが、2種類以上の複数のゲート電圧を切り替える駆動回路であってもよい。   The first embodiment is not limited to FIG. In the first embodiment, the drive circuit that switches between two types of gate voltages has been described. However, a drive circuit that switches between two or more types of gate voltages may be used.

また、スイッチング電源装置100は、例えば、フィードバック回路119の代わりに、負荷電流値を測定する電流計を備え、負荷電流検出回路27は、測定された負荷電流値に応じて、負荷電流検出信号135を出力してもよい。図10は、本実施の形態1のフィードバック回路119の代わりに電流計を備えた構成を示す図である。図11は、より詳細な構成を示す図である。電流計26は、電圧制御型スイッチング素子25のドレインに接続され、負荷電流値を直接測定し、それを負荷電流信号141として負荷電流検出回路27へ出力する。負荷電流検出回路27は、出力された負荷電流値とIdsthとを比較して、ゲート電圧切替回路2へ負荷電流検出信号135を出力する。   The switching power supply apparatus 100 includes, for example, an ammeter that measures a load current value instead of the feedback circuit 119, and the load current detection circuit 27 loads the load current detection signal 135 according to the measured load current value. May be output. FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration including an ammeter instead of the feedback circuit 119 of the first embodiment. FIG. 11 is a diagram showing a more detailed configuration. The ammeter 26 is connected to the drain of the voltage controlled switching element 25, directly measures the load current value, and outputs it to the load current detection circuit 27 as a load current signal 141. The load current detection circuit 27 compares the output load current value with Idsth and outputs a load current detection signal 135 to the gate voltage switching circuit 2.

また、駆動回路20は、電圧制御型スイッチング素子25やスイッチング電源装置100内のその他の部分の変化を検出してゲート電圧を切り替えてもよい。例えば、図1における補助巻線120に誘起された電圧の変化を利用してもよい。   In addition, the drive circuit 20 may switch the gate voltage by detecting a change in the voltage-controlled switching element 25 or other parts in the switching power supply device 100. For example, a change in voltage induced in the auxiliary winding 120 in FIG. 1 may be used.

また、電圧制御型スイッチング素子25の温度特性や作製バラツキを考慮して、上記方法を発展させた方法や上記以外の方法で、電圧制御型スイッチング素子25を駆動する電圧であるゲート電圧を切り替えるしきい値を設定してもよい。以下、本明細書では、駆動電圧とゲート電圧は同義である。   In addition, in consideration of temperature characteristics and manufacturing variations of the voltage control type switching element 25, a gate voltage which is a voltage for driving the voltage control type switching element 25 is switched by a method developed from the above method or other methods. A threshold may be set. Hereinafter, in this specification, a drive voltage and a gate voltage are synonymous.

また、家電製品等でスイッチング電源装置を使用する際に、動作状態が、例えば、図7における待機状態と定格負荷状態の2つの状態のみであるならば、駆動信号132の電圧をVdd2からVdd1へ切り替えるタイミングは電源効率などにほとんど影響を与えない。よって、定格負荷状態におけるドレイン電流のピーク値をIdsth2とする場合、しきい値は、電圧制御型スイッチング素子25を流れる電流値がIdsthより大きく、かつIdsth2より小さいいずれの値でもよい。すなわち、パワースイッチング素子をオンにする複数レベルの電圧は、第1電圧と、第1電圧よりも低い第2電圧とを含み、生成手段は、第1電圧を生成する第1ドライバと、第2電圧を生成する第2ドライバとを備え、切り替え制御手段は、パワースイッチング素子を流れる負荷電流が第1しきい値よりも大きいとき、オンにする駆動信号として、レベルが第1電圧のパルスを生成するように、第1ドライバおよび第2ドライバを制御し、パワースイッチング素子を流れる負荷電流が第1しきい値より小さい第2しきい値以下のとき、オンにする駆動信号としてレベルが第2電圧のパルスを生成するように、第1ドライバおよび第2ドライバを制御する。   Further, when the switching power supply device is used in home appliances or the like, if the operation state is only two states, for example, a standby state and a rated load state in FIG. 7, the voltage of the drive signal 132 is changed from Vdd2 to Vdd1. Switching timing has little effect on power efficiency. Therefore, when the peak value of the drain current in the rated load state is Idsth2, the threshold value may be any value in which the current value flowing through the voltage controlled switching element 25 is larger than Idsth and smaller than Idsth2. That is, the plurality of levels of voltages for turning on the power switching element include a first voltage and a second voltage lower than the first voltage, and the generation means includes a first driver that generates the first voltage, A switching driver that generates a pulse having a first voltage level as a drive signal to be turned on when a load current flowing through the power switching element is greater than a first threshold value. As described above, when the first driver and the second driver are controlled and the load current flowing through the power switching element is equal to or lower than the second threshold value which is smaller than the first threshold value, the level is set to the second voltage as the drive signal to be turned on. The first driver and the second driver are controlled so as to generate the following pulses.

また、本実施の形態1では、駆動回路20がゲート電圧を切り替えるしきい値はゲート電圧依存性を基に定めたが、負荷電流検出回路27は、図4における実線(ゲート電圧が高ゲート電圧Vdd1である時)と点線(低ゲート電圧Vdd2である時)との交点に対応するドレイン電流をしきい値としてもよい。すなわち、総合損失の大きさが逆転する点までは低ゲート電圧Vdd2で駆動してもよい。また、しきい値を意図的に高く、または低く設定してもよい。例えば、駆動回路20で生じる駆動損失と電圧制御型スイッチング素子25とで生じる導通損失の割合を考慮してIdsthよりも高く設定してもよい。また、スイッチング電源装置100の損失が最適に低減されるようにしきい値を外部で調整してもよい。   In the first embodiment, the threshold value at which the drive circuit 20 switches the gate voltage is determined based on the gate voltage dependency. However, the load current detection circuit 27 has a solid line in FIG. The drain current corresponding to the intersection between the dotted line (when Vdd1) and the dotted line (when low gate voltage Vdd2) may be used as the threshold value. That is, the gate may be driven with the low gate voltage Vdd2 until the total loss is reversed. Further, the threshold value may be set intentionally high or low. For example, it may be set higher than Idsth in consideration of the ratio of the drive loss generated in the drive circuit 20 and the conduction loss generated in the voltage-controlled switching element 25. Further, the threshold value may be adjusted externally so that the loss of the switching power supply device 100 is optimally reduced.

また、本実施の形態1では、図1に示すようなRCC方式のスイッチング電源装置100を用いて説明したが、本発明に係る駆動回路20を適用できるスイッチング電源装置は図1に限定されるものではない。例えば、誘導負荷が直列に接続された電圧制御型スイッチング素子のオンパルスの幅、または、ピーク電流を制御しながら駆動するような駆動回路であれば、本発明と同様の効果を得ることができる。   In the first embodiment, the RCC switching power supply device 100 as shown in FIG. 1 has been described. However, the switching power supply device to which the drive circuit 20 according to the present invention can be applied is limited to FIG. is not. For example, an effect similar to that of the present invention can be obtained as long as the driving circuit is driven while controlling the width of the on-pulse of the voltage-controlled switching element having inductive loads connected in series or the peak current.

(実施の形態2)
本実施の形態2に係る駆動回路は、負荷電流がしきい値以下のとき、オンにする駆動信号として、第2電圧のパルスを生成するように、第2ドライバを制御し、負荷電流がしきい値よりも大きいとき、オンにする前記駆動信号として、第2電圧に立ち上がりさらに第1電圧に立ち上がる2段階のパルスを生成するように、第1電圧を生成する第1ドライバおよび第1電圧より低い第2電圧を生成する第2ドライバを制御する。
(Embodiment 2)
The drive circuit according to the second embodiment controls the second driver so as to generate a pulse of the second voltage as a drive signal to be turned on when the load current is equal to or less than the threshold value. From the first driver and the first voltage that generate the first voltage so as to generate a two-stage pulse that rises to the second voltage and then rises to the first voltage as the drive signal to be turned on when the threshold is larger than the threshold value A second driver that generates a low second voltage is controlled.

なお、本実施の形態に係る駆動回路の構成は図2と同等であり、また、本実施の形態に係る駆動回路を備えるスイッチング電源装置の構成は図1と同等であるので、実施の形態1と同様の説明は繰り返し行わない。   The configuration of the drive circuit according to the present embodiment is the same as that of FIG. 2, and the configuration of the switching power supply device including the drive circuit according to the present embodiment is the same as that of FIG. The same explanation as is not repeated.

次に、本実施の形態2に係る駆動回路を備えるスイッチング電源装置の動作について説明する。   Next, the operation of the switching power supply device including the drive circuit according to the second embodiment will be described.

図12は、本実施の形態2に係る駆動回路20を備えるスイッチング電源装置100の、各負荷状態における電源出力電流Io及び電源出力電圧Voと、電圧制御型スイッチング素子25のドレイン電流Ids及びゲート電圧Vgsとを示すタイミングチャートである。以下、本実施の形態に係る駆動回路20が、実施の形態1と異なる点について、具体的に説明する。   FIG. 12 shows the power supply output current Io and the power supply output voltage Vo in each load state, the drain current Ids and the gate voltage of the voltage-controlled switching element 25 in the switching power supply device 100 including the drive circuit 20 according to the second embodiment. It is a timing chart which shows Vgs. Hereinafter, the difference between the drive circuit 20 according to the present embodiment and the first embodiment will be specifically described.

実施の形態1の負荷電流検出回路27は、フィードバック信号133に基づき、電圧制御型スイッチング素子25を流れるドレイン電流Idsのピーク電流と、予め定められたしきい値Idsthとを比較して、ゲート電圧VgsをVdd1かVdd2にするかを選択していた。これに対し、本実施の形態2の負荷電流検出回路27は、電圧制御型スイッチング素子25を流れるドレイン電流Idsのピーク電流がしきい値Idsthよりも大きい時には、ゲート電圧VgsはまずVdd2に立ち上がり、一定期間はVdd2に維持した後にVdd1に立ち上がるように負荷電流検出信号135を出力する。   Based on the feedback signal 133, the load current detection circuit 27 according to the first embodiment compares the peak current of the drain current Ids flowing through the voltage-controlled switching element 25 with a predetermined threshold value Idsth to determine the gate voltage. It was selected whether to set Vgs to Vdd1 or Vdd2. On the other hand, in the load current detection circuit 27 of the second embodiment, when the peak current of the drain current Ids flowing through the voltage controlled switching element 25 is larger than the threshold value Idsth, the gate voltage Vgs first rises to Vdd2, The load current detection signal 135 is output so as to rise to Vdd1 after being maintained at Vdd2 for a certain period.

よって、ゲート電圧切替回路2は、駆動信号132がオンである期間の途中において、負荷電流検出信号135がローからハイになった場合、第1スイッチSW1を導通させ、第2スイッチSW2を遮断させて、ゲート電圧VgsをVdd2からVdd1へ切り替える。すなわち、本実施の形態2に係る駆動回路20は、オンの駆動信号132が出力された直後は低ゲート電圧Vdd2に設定し、必要に応じて駆動信号132の1パルスのハイレベル期間内に高ゲート電圧Vdd1に切り替えることができる。   Therefore, when the load current detection signal 135 changes from low to high during the period in which the drive signal 132 is on, the gate voltage switching circuit 2 turns on the first switch SW1 and cuts off the second switch SW2. Thus, the gate voltage Vgs is switched from Vdd2 to Vdd1. That is, the drive circuit 20 according to the second embodiment sets the low gate voltage Vdd2 immediately after the ON drive signal 132 is output, and sets the high level within the high level period of one pulse of the drive signal 132 as necessary. It can be switched to the gate voltage Vdd1.

これにより、全ての駆動信号132の立ち上がり直後の電圧は、Vdd2となるので、駆動信号132がオンになるときに、高ゲート電圧Vdd1に1段階で立ち上げる実施の形態1に比べて高周波成分を減らせるので、駆動信号132がオフからオンに切り替わる際のノイズの発生を低減することができる。また、図10および図11のように、負荷電流を一次側で測定する場合には、電圧制御型スイッチング素子25のターンオン後に、徐々に増加していく負荷電流がIdsthを超えたことを検出してゲート電圧Vgsを切り替えるといった、より実用的な制御が可能となる。   As a result, the voltage immediately after the rise of all the drive signals 132 becomes Vdd2, so that when the drive signal 132 is turned on, the high-frequency component is increased compared to the first embodiment in which the high gate voltage Vdd1 is raised in one step. Therefore, the generation of noise when the drive signal 132 is switched from OFF to ON can be reduced. Also, as shown in FIGS. 10 and 11, when the load current is measured on the primary side, it is detected that the gradually increasing load current exceeds Idsth after the voltage-controlled switching element 25 is turned on. Thus, more practical control such as switching the gate voltage Vgs is possible.

(実施の形態3)
本実施の形態3に係る駆動回路は、実施の形態2の機能に加えて、電圧制御型スイッチング素子に過電流が流れた場合、それを検出して低ゲート電圧に固定して電圧制御型スイッチング素子の電流能力を制限し、電圧制御型スイッチング素子のラッチアップによる破壊を防止する。
(Embodiment 3)
In addition to the function of the second embodiment, the drive circuit according to the third embodiment detects and fixes the overcurrent to the low gate voltage when the overcurrent flows through the voltage controlled switching element. The current capability of the element is limited, and breakdown due to latch-up of the voltage controlled switching element is prevented.

図13は、本実施の形態3に係る駆動回路と電圧制御型スイッチング素子25と電流計26との構成を示す図である。なお、同図において、前述した実施の形態2に係る駆動回路20と同一の構成要素については、同一の符号を付す。したがって、本実施の形態では、実施の形態2に係る駆動回路20と同様の説明は繰り返し行わない。以下、本実施の形態に係る駆動回路が、実施の形態2に係る駆動回路20と異なる点について、具体的に説明する。   FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the drive circuit, voltage-controlled switching element 25, and ammeter 26 according to the third embodiment. In the figure, the same components as those of the drive circuit 20 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals. Therefore, in the present embodiment, the same description as that of the drive circuit 20 according to the second embodiment is not repeated. Hereinafter, the difference between the drive circuit according to the present embodiment and the drive circuit 20 according to the second embodiment will be specifically described.

本実施の形態3の駆動回路50は、図11に示した実施の形態2の駆動回路20と比較して、さらにディスエーブル回路51と、過電流保護回路52とを備える。ディスエーブル回路51は、電圧制御型スイッチング素子25を流れる過電流が検出されてから駆動回路50が停止するまでの期間に相当する間、高電圧ドライバ3をディスエーブルする。具体的には、ディスエーブル回路51は、遅延回路53とANDゲート54とを備える。   The drive circuit 50 according to the third embodiment further includes a disable circuit 51 and an overcurrent protection circuit 52 as compared with the drive circuit 20 according to the second embodiment shown in FIG. The disable circuit 51 disables the high-voltage driver 3 for a period corresponding to a period from when the overcurrent flowing through the voltage-controlled switching element 25 is detected until the drive circuit 50 is stopped. Specifically, the disable circuit 51 includes a delay circuit 53 and an AND gate 54.

遅延回路53は、制御回路21から出力される制御信号134を予め定められた遅延時間Tdelayだけ遅延させて遅延信号136としてANDゲート54へ出力する。ここで、Tdelayは、過電流保護回路52が過電流を検出してから駆動回路50が停止するまでの時間よりは長い必要がある。   The delay circuit 53 delays the control signal 134 output from the control circuit 21 by a predetermined delay time Tdelay and outputs the delayed signal 136 to the AND gate 54. Here, Tdelay needs to be longer than the time from when the overcurrent protection circuit 52 detects the overcurrent to when the drive circuit 50 stops.

ANDゲート54は、遅延回路53から出力された遅延信号136と負荷電流検出回路27から出力された負荷電流検出信号135との論理積をとって、ゲート電圧切替回路2へ出力する。したがって、ゲート電圧切替回路2は、実施の形態2と異なり、負荷電流検出回路27が電圧制御型スイッチング素子25を流れるドレイン電流IdsがIdsthを超えたことを検出し、負荷電流検出信号135をハイにした場合でも、遅延信号136がローである期間は、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2を切り替えない。   The AND gate 54 takes a logical product of the delay signal 136 output from the delay circuit 53 and the load current detection signal 135 output from the load current detection circuit 27 and outputs the logical product to the gate voltage switching circuit 2. Therefore, unlike the second embodiment, the gate voltage switching circuit 2 detects that the load current detection circuit 27 has exceeded the Idsth of the drain current Ids flowing through the voltage-controlled switching element 25, and sets the load current detection signal 135 to the high level. Even in this case, the first switch SW1 and the second switch SW2 are not switched during the period when the delay signal 136 is low.

過電流保護回路52は、例えば比較器を有し、電流計26で計測された電圧制御型スイッチング素子25を流れるドレイン電流Idsが過電流の基準を示す予め定められたしきい値Idsocを超えているか否かを判断し、判断した結果を示す過電流検出信号55を制御回路21へ出力する。例えば、過電流保護回路52は、ドレイン電流IdsがIdsocを超えた場合、過電流検出信号55をハイとし、ドレイン電流IdsがIdsoc以下の場合、過電流検出信号55をローとする。   The overcurrent protection circuit 52 includes, for example, a comparator, and the drain current Ids flowing through the voltage controlled switching element 25 measured by the ammeter 26 exceeds a predetermined threshold value Idsoc indicating an overcurrent reference. The overcurrent detection signal 55 indicating the result of the determination is output to the control circuit 21. For example, the overcurrent protection circuit 52 sets the overcurrent detection signal 55 high when the drain current Ids exceeds Idsoc, and sets the overcurrent detection signal 55 low when the drain current Ids is equal to or less than Idsoc.

制御回路21は、過電流検出信号55がローである場合、実施の形態2と同様の制御を行う。また、過電流検出信号55がハイである場合、制御信号134をローとして、駆動回路50を停止させる。よって、過電流が検出された場合、電圧制御型スイッチング素子25はオフされる。   When the overcurrent detection signal 55 is low, the control circuit 21 performs the same control as in the second embodiment. When the overcurrent detection signal 55 is high, the control signal 134 is set low and the drive circuit 50 is stopped. Therefore, when an overcurrent is detected, the voltage controlled switching element 25 is turned off.

次に、本実施の形態3に係る駆動回路50の動作について説明する。   Next, the operation of the drive circuit 50 according to the third embodiment will be described.

図14は、本実施の形態3に係る駆動回路50の正常状態および過電流状態における動作を示すタイミングチャートである。   FIG. 14 is a timing chart showing the operation of the drive circuit 50 according to the third embodiment in a normal state and an overcurrent state.

(a)は、遅延回路53を備える場合のドレイン電流Idsおよびゲート電圧Vgsを示し、(b)は遅延回路53を備えない場合のドレイン電流Idsおよびゲート電圧Vgsを示す。また、遅延信号136は、制御信号134から遅延時間Tdelayだけ遅延された信号である。また、Tsdは、過電流保護回路52が過電流を検出してから、制御回路21が制御信号134をローとして駆動回路50を停止させるまでの時間である。また、Idsluは、電圧制御型スイッチング素子25がラッチアップにより破壊されるドレイン電流値である。また、正常状態とは、実施の形態2の定格負荷状態、負荷変動状態および待機状態のいずれかの状態である。また、過電流状態とは、スイッチング電源装置100の出力側で、例えば短絡が発生し大電流が流れている状態である。   (A) shows the drain current Ids and the gate voltage Vgs when the delay circuit 53 is provided, and (b) shows the drain current Ids and the gate voltage Vgs when the delay circuit 53 is not provided. The delay signal 136 is a signal delayed from the control signal 134 by a delay time Tdelay. Tsd is the time from when the overcurrent protection circuit 52 detects an overcurrent until the control circuit 21 sets the control signal 134 to low to stop the drive circuit 50. Idslu is a drain current value at which the voltage controlled switching element 25 is destroyed by latch-up. The normal state is any of the rated load state, the load fluctuation state, and the standby state of the second embodiment. The overcurrent state is a state in which, for example, a short circuit occurs and a large current flows on the output side of the switching power supply device 100.

正常状態においては、(a)および(b)のいずれも実施の形態2と同様に、制御信号134がターンオンすると駆動電圧切り替え回路22は、駆動信号132のハイレベルの電圧をVdd2としたパルスを出力する。これに伴い、ドレイン電流Idsは徐々に上昇する。遅延信号136は、制御信号134のターンオンから遅延時間Tdelay遅れてターンオンする。次に、ドレイン電流Idsがしきい値Idsthを超えたとき、遅延信号136がハイレベルである場合、ゲート電圧切替回路2は、第1スイッチSW1を導通させ、第2スイッチSW2を遮断させるので、ゲート電圧VgsはVdd1となる。   In the normal state, both of (a) and (b), as in the second embodiment, when the control signal 134 is turned on, the drive voltage switching circuit 22 generates a pulse with the high level voltage of the drive signal 132 as Vdd2. Output. Along with this, the drain current Ids gradually increases. The delay signal 136 is turned on with a delay time Tdelay after the control signal 134 is turned on. Next, when the drain current Ids exceeds the threshold value Idsth and the delay signal 136 is at a high level, the gate voltage switching circuit 2 makes the first switch SW1 conductive and cuts off the second switch SW2. The gate voltage Vgs is Vdd1.

過電流状態においては、ドレイン電流Idsは急激に増加する。このとき、(a)においては、ドレイン電流IdsがIdsthを超えても遅延信号136がローの場合、ANDゲート54の出力はローとなり、ゲート電圧切替回路2は第1スイッチSW1および第2スイッチSW2を切り替えない。よって、駆動信号132はレベルがVdd2のパルス信号のままである。すなわち、制御信号134がターンオンしてからTdelayの間は、ゲート電圧Vgsは必ずVdd2以下となる。   In the overcurrent state, the drain current Ids increases rapidly. At this time, in (a), when the delay signal 136 is low even if the drain current Ids exceeds Idsth, the output of the AND gate 54 is low, and the gate voltage switching circuit 2 is switched between the first switch SW1 and the second switch SW2. Do not switch. Therefore, the drive signal 132 remains a pulse signal having a level of Vdd2. That is, the gate voltage Vgs is always equal to or lower than Vdd2 during Tdelay after the control signal 134 is turned on.

一方、(b)においては、遅延回路53を備えないので、ドレイン電流Idsがしきい値Idsthを超えたときに、ゲート電圧切替回路2が第1スイッチSW1を導通させ、第2スイッチSW2を遮断する。よって、駆動信号132の電圧はVdd2からVdd1へ上昇する。   On the other hand, since the delay circuit 53 is not provided in (b), when the drain current Ids exceeds the threshold value Idsth, the gate voltage switching circuit 2 turns on the first switch SW1 and cuts off the second switch SW2. To do. Therefore, the voltage of the drive signal 132 rises from Vdd2 to Vdd1.

ドレイン電流Idsの最大値は、ゲート電圧Vgsが高いほど大きくなるので、過電流状態における(a)と(b)とのドレイン電流Idsの最大値を比較した場合、ゲート電圧Vgsの低い(a)のドレイン電流Idsの最大値が(b)よりも低くなる。   Since the maximum value of the drain current Ids increases as the gate voltage Vgs increases, when the maximum values of the drain current Ids in the overcurrent state are compared with each other in (a) and (b), the gate voltage Vgs is low (a). The maximum value of the drain current Ids becomes lower than (b).

したがって、例えば、Idsluが、ゲート電圧VgsがVdd2の場合に流れるドレイン電流Idsの最大値と、ゲート電圧がVdd1の場合に流れるドレイン電流Idsの最大値との間である場合、以下のようになる。(b)は、ドレイン電流Idsが過電流を示す基準となるしきい値Idsocを超えてから、さらにIdsluを越えるので、過電流が流れ続け、電圧制御型スイッチング素子25がラッチアップにより破壊される。しかし、(a)は、ゲート電圧がVdd2であるので、ドレイン電流IdsはIdsluを越えず、ドレイン電流IdsがIdsocを超えてからTsd時間経過後に、制御信号134がローになったとき、駆動回路50が停止するので、電圧制御型スイッチング素子25のラッチアップによる破壊を引き起こさない。   Therefore, for example, when Idslu is between the maximum value of the drain current Ids that flows when the gate voltage Vgs is Vdd2 and the maximum value of the drain current Ids that flows when the gate voltage is Vdd1, the following is obtained. . In (b), since the drain current Ids exceeds the threshold value Idsoc serving as a reference indicating overcurrent and further exceeds Idslu, the overcurrent continues to flow, and the voltage controlled switching element 25 is destroyed by latch-up. . However, in (a), since the gate voltage is Vdd2, the drain current Ids does not exceed Idslu, and when the control signal 134 becomes low after the Tsd time has elapsed since the drain current Ids exceeded Idsoc, the drive circuit Since 50 is stopped, the voltage-controlled switching element 25 is not destroyed by latch-up.

以上のように、本実施の形態3に係る駆動回路50は、過電流保護回路52が過電流を検出してから、制御回路21が制御信号134をローとするまでの時間Tsdは低ゲート電圧に設定して電圧制御型スイッチング素子25の電流能力を抑制する。これにより、負荷短絡などの異常時に流れる大電流を制限することができる。すなわち、異常時に大電流が流れることによる電圧制御型スイッチング素子25の破壊を防止することができる。特に、IGBTなどの寄生サイリスタ構造を持つスイッチング素子では、ラッチアップを防ぎ、破壊防止に効果的である。   As described above, in the drive circuit 50 according to the third embodiment, the time Tsd from when the overcurrent protection circuit 52 detects overcurrent until the control circuit 21 sets the control signal 134 to low is low gate voltage. To suppress the current capability of the voltage-controlled switching element 25. Thereby, the large current which flows at the time of abnormality, such as a load short circuit, can be restrict | limited. That is, it is possible to prevent the voltage-controlled switching element 25 from being broken due to a large current flowing in an abnormal state. In particular, a switching element having a parasitic thyristor structure such as an IGBT is effective in preventing latch-up and preventing breakdown.

また、過電流を示す基準となるしきい値Idsocは、過電流保護基準電圧VLIMITに対応するドレイン電流値、または、電圧制御型スイッチング素子25を流れるドレイン電流がフィードバック回路119からのフィードバック信号によって決定される電流値である。なお、一般に、過電流保護回路52は、電圧制御型スイッチング素子25がターンオンしてから機能するまでに遅延時間がある。   The threshold value Idsoc serving as a reference indicating overcurrent is determined by the feedback signal from the feedback circuit 119 as the drain current value corresponding to the overcurrent protection reference voltage VLIMIT or the drain current flowing through the voltage controlled switching element 25. Current value. In general, the overcurrent protection circuit 52 has a delay time from when the voltage-controlled switching element 25 is turned on until it functions.

また、過電流保護動作時として負荷短絡を例として挙げたが、スイッチング電源装置100の起動時における突入電流に対しても同様の効果がある。   Moreover, although the load short circuit was mentioned as an example at the time of overcurrent protection operation | movement, it has the same effect also with respect to the rush current at the time of starting of the switching power supply device 100. FIG.

(実施の形態4)
本実施の形態4に係る駆動回路は、実施の形態2に係る駆動回路20とほぼ同じであるが、高電圧ドライバに供給される電源電流を制限する電流制限手段を備える点が異なる。
(Embodiment 4)
The drive circuit according to the fourth embodiment is substantially the same as the drive circuit 20 according to the second embodiment, except that it includes a current limiting unit that limits the power supply current supplied to the high-voltage driver.

図15は、本実施の形態4に係る駆動回路と電圧制御型スイッチング素子25とフィードバック回路119との構成を示す図である。なお、同図において、前述した実施の形態2に係る駆動回路と同一の構成要素については、同一の符号を付す。したがって、本実施の形態4では、実施の形態2に係る駆動回路と同様の説明は繰り返し行わない。以下、本実施の形態に係る駆動回路60において、実施の形態2と異なる点について、具体的に説明する。   FIG. 15 is a diagram showing the configuration of the drive circuit, voltage-controlled switching element 25, and feedback circuit 119 according to the fourth embodiment. In the figure, the same components as those of the drive circuit according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals. Therefore, in the fourth embodiment, description similar to that of the drive circuit according to the second embodiment is not repeated. Hereinafter, the difference from the second embodiment in the drive circuit 60 according to the present embodiment will be specifically described.

本実施の形態4に係る駆動回路60は、実施の形態2に係る駆動回路20と比較して、さらに、定電流回路10を備える。定電流回路10は、高電圧ドライバ3に供給される電源電流を制限する回路である。これにより、駆動信号132の電圧レベルがVdd1に立ち上がる際の波形をなまらせることができる。   The drive circuit 60 according to the fourth embodiment further includes a constant current circuit 10 as compared with the drive circuit 20 according to the second embodiment. The constant current circuit 10 is a circuit that limits the power supply current supplied to the high voltage driver 3. Thereby, the waveform when the voltage level of the drive signal 132 rises to Vdd1 can be smoothed.

図16は、異なる負荷状態に対する、本実施の形態におけるスイッチング電源装置の電源出力電流Io及び電源出力電圧Voと、電圧制御型スイッチング素子25のドレイン電流及びゲート電圧とを示すタイミングチャートである。   FIG. 16 is a timing chart showing the power supply output current Io and the power supply output voltage Vo of the switching power supply apparatus according to the present embodiment, and the drain current and the gate voltage of the voltage controlled switching element 25 for different load states.

本実施の形態4に係る駆動回路60において、ゲート電圧切替回路2は、制御信号134がオンである時間内に、負荷電流検出信号135がハイになったとき、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2を制御してゲート電圧VgsをVdd2からVdd1へ切り替える。このとき、高電圧ドライバ3には定電流回路10が接続されているので、ゲートチャージ電流が制限されて、Vdd1への立ち上がりが緩やかになる。   In the drive circuit 60 according to the fourth embodiment, the gate voltage switching circuit 2 includes the first switch SW1 and the second switch when the load current detection signal 135 becomes high within the time when the control signal 134 is on. SW2 is controlled to switch the gate voltage Vgs from Vdd2 to Vdd1. At this time, since the constant voltage circuit 10 is connected to the high voltage driver 3, the gate charge current is limited, and the rise to Vdd1 becomes gentle.

以上より、本実施の形態4に係る駆動回路60は、高ゲート電圧側のゲートチャージ電流が制限されることで、ゲート電圧が切り替わる時の昇圧速度を遅くして、高周波成分を減らすので、ノイズの発生を抑制することができる。   As described above, the drive circuit 60 according to the fourth embodiment limits the gate charge current on the high gate voltage side, thereby slowing the boosting speed when the gate voltage is switched and reducing the high frequency component. Can be suppressed.

なお、本発明に係る駆動回路の構成は、実施の形態4を示す図15に限定されるものではない。第4の実施形態では、定電流回路10を高電圧ドライバ3に接続したが、例えば、高電圧ドライバ3と第1スイッチSW1との間にゲート抵抗を接続してゲートチャージ電流を制限してもよい。また、低電圧ドライバ4と第2スイッチSW2との間にゲート抵抗を接続してゲートチャージ電流を制限してもよい。また、定電流回路10は、低電圧ドライバ4に接続されていてもよいし、低電圧ドライバ4および高電圧ドライバ3の両方に接続されていてもよい。   Note that the configuration of the drive circuit according to the present invention is not limited to FIG. 15 showing the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the constant current circuit 10 is connected to the high voltage driver 3. For example, even if a gate resistance is connected between the high voltage driver 3 and the first switch SW1, the gate charge current is limited. Good. Further, the gate charge current may be limited by connecting a gate resistor between the low voltage driver 4 and the second switch SW2. The constant current circuit 10 may be connected to the low voltage driver 4 or may be connected to both the low voltage driver 4 and the high voltage driver 3.

また、スイッチング電源装置は、例えば、フィードバック回路119の代わりに、負荷電流値を測定する電流計を備え、負荷電流検出回路27は、測定された電流値に応じて、負荷電流検出信号135を出力してもよい。図17は、本実施の形態4のフィードバック回路119の代わりに電流計を備えた構成を示す図である。   Further, the switching power supply device includes, for example, an ammeter that measures a load current value instead of the feedback circuit 119, and the load current detection circuit 27 outputs a load current detection signal 135 according to the measured current value. May be. FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration including an ammeter instead of the feedback circuit 119 of the fourth embodiment.

(実施の形態5)
本実施の形態5に係る駆動回路は、負荷電流がしきい値以下のとき、オンにする駆動信号として低電圧ドライバ4を制御し、負荷電流がしきい値よりも大きいとき、さらに、ハイレベルがVdd1のパルスを生成するように高電圧ドライバ3を制御する。
(Embodiment 5)
The drive circuit according to the fifth embodiment controls the low voltage driver 4 as a drive signal to be turned on when the load current is less than or equal to the threshold value. Controls the high voltage driver 3 to generate a pulse of Vdd1.

図18は、本実施の形態5に係る駆動回路が備える駆動電圧切り替え回路の回路図である。なお、駆動回路内の駆動電圧切り替え回路以外については、実施の形態1、2および4に係る駆動回路20および60と同様である。   FIG. 18 is a circuit diagram of a drive voltage switching circuit provided in the drive circuit according to the fifth embodiment. Other than the drive voltage switching circuit in the drive circuit, it is the same as drive circuits 20 and 60 according to the first, second and fourth embodiments.

駆動電圧切り替え回路70は、NAND回路41と、インバータ回路42および43と、高電圧印加回路31と、低電圧印加回路32と、ターンオフ回路33と、逆流防止用ダイオード34とを有する。   The drive voltage switching circuit 70 includes a NAND circuit 41, inverter circuits 42 and 43, a high voltage application circuit 31, a low voltage application circuit 32, a turn-off circuit 33, and a backflow prevention diode 34.

NAND回路41は、負荷電流検出信号135と、制御信号134との否定論理積を、高電圧印加回路31に出力する。これにより、高電圧印加回路31が駆動するのは、負荷電流検出信号135がハイ、かつ、制御信号134がハイのときになる。   The NAND circuit 41 outputs a negative logical product of the load current detection signal 135 and the control signal 134 to the high voltage application circuit 31. Thereby, the high voltage application circuit 31 is driven when the load current detection signal 135 is high and the control signal 134 is high.

インバータ回路42は、制御信号134の反転信号をPチャネルMOSFET38へ出力し、インバータ回路43は、制御信号134の反転信号をNチャネルMOSFET39へ出力する。   Inverter circuit 42 outputs an inverted signal of control signal 134 to P-channel MOSFET 38, and inverter circuit 43 outputs an inverted signal of control signal 134 to N-channel MOSFET 39.

高電圧印加回路31は、第1ドライバとして機能し、レベルシフト回路35と、PチャネルMOSFET36と、定電流回路37とを有する。   The high voltage application circuit 31 functions as a first driver, and includes a level shift circuit 35, a P-channel MOSFET 36, and a constant current circuit 37.

レベルシフト回路35は、Vdd2で駆動しているロジックをVdd1のロジックに変換する。これにより、後段のPチャネルMOSFET36を完全にオフできる。このレベルシフト回路35は、低電圧信号を高電圧信号に変換する一般的な回路でよい。   The level shift circuit 35 converts the logic driven by Vdd2 into the logic of Vdd1. As a result, the downstream P-channel MOSFET 36 can be completely turned off. The level shift circuit 35 may be a general circuit that converts a low voltage signal into a high voltage signal.

PチャネルMOSFET36は、定電流回路37を介して、ソースにVdd1が印加され、ゲートにレベルシフト回路35によってVdd1のロジックに変換された信号が入力される。   In the P-channel MOSFET 36, Vdd1 is applied to the source via the constant current circuit 37, and the signal converted into the logic of Vdd1 by the level shift circuit 35 is input to the gate.

定電流回路37は、PチャネルMOSFET36の電源電流を制限する。   The constant current circuit 37 limits the power supply current of the P-channel MOSFET 36.

よって、高電圧印加回路31は、負荷電流検出信号135がハイで、かつ制御信号134がハイのときにPチャネルMOSFET36がオンされて、Vdd1を出力する。また、Vdd1への立ち上がりは緩傾斜となる。   Therefore, in the high voltage application circuit 31, when the load current detection signal 135 is high and the control signal 134 is high, the P-channel MOSFET 36 is turned on and outputs Vdd1. Further, the rise to Vdd1 has a gentle slope.

低電圧印加回路32は、第2ドライバとして機能し、PチャネルMOSFET38を有する。このPチャネルMOSFET38のソースにはVdd2が印加され、ゲートにはインバータ回路42によって反転された制御信号134が入力される。よって、低電圧印加回路32は、制御信号134がハイの期間にPチャネルMOSFET38がオンされて、Vdd2を出力する。   The low voltage application circuit 32 functions as a second driver and has a P-channel MOSFET 38. Vdd2 is applied to the source of the P-channel MOSFET 38, and the control signal 134 inverted by the inverter circuit 42 is input to the gate. Therefore, in the low voltage application circuit 32, the P-channel MOSFET 38 is turned on during the period when the control signal 134 is high, and outputs Vdd2.

ターンオフ回路33はNチャネルMOSFET39を有する。このNチャネルMOSFET39は、ソースがグランドに接地され、ゲートにインバータ回路43によって反転された制御信号134が入力される。よって、ターンオフ回路33は、制御信号がローの期間にNチャネルMOSFET39がオンされてグランドレベルを出力する。   The turn-off circuit 33 has an N-channel MOSFET 39. The source of the N-channel MOSFET 39 is grounded, and the control signal 134 inverted by the inverter circuit 43 is input to the gate. Therefore, the turn-off circuit 33 outputs the ground level when the N-channel MOSFET 39 is turned on while the control signal is low.

逆流防止用ダイオード34は、PチャネルMOSFET36のドレインとPチャネルMOSFET38のドレインとの間に接続されている。よって、負荷電流検出信号135がハイで、かつ、制御信号134がハイとなっているとき、すなわち、PチャネルMOSFET36とPチャネルMOSFET38とが共にオンしている期間に、高電圧印加回路31から低電圧印加回路32への電流の逆流を防止する。   The backflow prevention diode 34 is connected between the drain of the P-channel MOSFET 36 and the drain of the P-channel MOSFET 38. Therefore, when the load current detection signal 135 is high and the control signal 134 is high, that is, during the period in which both the P-channel MOSFET 36 and the P-channel MOSFET 38 are on, the low voltage application circuit 31 The backflow of current to the voltage application circuit 32 is prevented.

次に、本実施の形態5に係る駆動電圧切り替え回路70の動作について説明する。なお、タイミングチャートは、実施の形態4で示した図16と同様である。   Next, the operation of the drive voltage switching circuit 70 according to the fifth embodiment will be described. Note that the timing chart is the same as that in FIG. 16 described in Embodiment 4.

制御回路21からハイレベルの制御信号134が駆動電圧切り替え回路70に入力されると、インバータ回路43によりターンオフ回路33内のNチャネルMOSFET39が遮断される一方、インバータ回路42により低電圧印加回路32内のPチャネルMOSFET38が導通し、低電源電圧Vdd2が逆流防止用ダイオード34を介して、電圧制御型スイッチング素子25の駆動電圧として供給され、電圧制御型スイッチング素子25がターンオンする。ターンオン後、電圧制御型スイッチング素子25を流れる電流は増加していき、しきい値Idsthを超えると、負荷電流検出回路27によって、負荷電流検出信号135がターンオンし、NAND回路41の出力が反転する。レベルシフト回路35によって出力された信号はPチャネルMOSFET36をオンオフ制御する。すなわち、電圧制御型スイッチング素子25を流れる電流がしきい値Idsthを超えた場合、Vdd1が電圧制御型スイッチング素子25の駆動電圧として供給され、駆動信号132のハイレベルがVdd2からVdd1に切り替わる。   When a high level control signal 134 is input from the control circuit 21 to the drive voltage switching circuit 70, the inverter circuit 43 blocks the N-channel MOSFET 39 in the turn-off circuit 33, while the inverter circuit 42 causes the low voltage application circuit 32 to enter the drive voltage switching circuit 70. The P-channel MOSFET 38 becomes conductive, and the low power supply voltage Vdd2 is supplied as a drive voltage for the voltage-controlled switching element 25 via the backflow prevention diode 34, and the voltage-controlled switching element 25 is turned on. After the turn-on, the current flowing through the voltage-controlled switching element 25 increases. When the threshold value Idsth is exceeded, the load current detection circuit 135 is turned on by the load current detection circuit 27 and the output of the NAND circuit 41 is inverted. . The signal output by the level shift circuit 35 controls the P-channel MOSFET 36 on and off. That is, when the current flowing through the voltage control type switching element 25 exceeds the threshold value Idsth, Vdd1 is supplied as the drive voltage of the voltage control type switching element 25, and the high level of the drive signal 132 is switched from Vdd2 to Vdd1.

また、高電圧印加回路31と低電圧印加回路32との間には逆流防止用ダイオード34が挿入されているため、低電圧印加回路32に電流が逆流することはない。また、高電圧印加回路31内のPチャネルMOSFETのソースには定電流回路37が接続されており、駆動電圧切り替えのためのゲートチャージ電流は一定電流で供給されるので、定電流回路37が挿入されていない場合に対して、駆動信号132のVdd1への立ち上がりが緩やかになる。   In addition, since a backflow prevention diode 34 is inserted between the high voltage application circuit 31 and the low voltage application circuit 32, no current flows back through the low voltage application circuit 32. In addition, a constant current circuit 37 is connected to the source of the P-channel MOSFET in the high voltage application circuit 31, and the gate charge current for switching the drive voltage is supplied at a constant current, so the constant current circuit 37 is inserted. The rise of the drive signal 132 to Vdd1 becomes gradual compared to the case where it is not done.

このように、負荷電流検出回路27およびNAND回路41は、負荷電流がIdsthより大きいとき、高電圧印加回路31の出力をイネーブルにするためのパルスを生成し、高電圧印加回路31はソースにVdd1が印加され、ゲートに負荷電流検出信号135と制御信号134との論理積をとったパルス信号が印加されているPチャネルMOSFET36を有し、低電圧印加回路32はソースにVdd2が印加され、ゲートに電圧制御型スイッチング素子25をオンにする期間およびオフを示す期間を示す制御信号134が印加されているPチャネルMOSFET38を有し、駆動電圧切り替え回路70は、PチャネルMOSFET36のドレインと、PチャネルMOSFET38のドレインとの間に接続された、電流の逆流を防止する逆流防止用ダイオード34と、PチャネルMOSFET38と相補的にオンまたはオフするNチャネルMOSFET39とを有し、PチャネルMOSFET36のドレイン電圧を駆動信号132として電圧制御型スイッチング素子25に印加する。   Thus, when the load current is larger than Idsth, the load current detection circuit 27 and the NAND circuit 41 generate a pulse for enabling the output of the high voltage application circuit 31, and the high voltage application circuit 31 has Vdd1 as a source. Is applied, and a pulse signal obtained by taking the logical product of the load current detection signal 135 and the control signal 134 is applied to the gate, and the low voltage application circuit 32 applies Vdd2 to the source, Includes a P-channel MOSFET 38 to which a control signal 134 indicating a period during which the voltage-controlled switching element 25 is turned on and a period during which the voltage-controlled switching element 25 is turned off is applied, and the drive voltage switching circuit 70 includes a drain of the P-channel MOSFET 36, Prevents backflow of current connected between the drain of MOSFET38 And preventing diode 34 flow, and a N-channel MOSFET39 complementarily turned on or off and P-channel MOSFET 38, it is applied to the voltage-controlled switching device 25 of the drain voltage of the P-channel MOSFET36 as the drive signal 132.

これにより、本実施の形態5に係る駆動電圧切り替え回路70は、MOSFETを利用することで、簡単に構成できる。   Thereby, the drive voltage switching circuit 70 according to the fifth embodiment can be easily configured by using the MOSFET.

以上、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。   As mentioned above, although demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to this embodiment. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which carried out the various deformation | transformation which those skilled in the art can think to this embodiment, and the structure constructed | assembled combining the component in different embodiment is also contained in the scope of the present invention. .

例えば、負荷電流検出回路27は、負荷電流に応じたアナログ信号を出力し、駆動電圧切り替え回路22や制御回路21内でこのアナログ信号を信号処理してもよい。   For example, the load current detection circuit 27 may output an analog signal corresponding to the load current, and may process the analog signal in the drive voltage switching circuit 22 or the control circuit 21.

また、図10、図11、図13および図17では、電圧制御型スイッチング素子25の高電圧側から負荷電流を検出しているが、低電圧側に抵抗を挿入し、I−V変換した信号を負荷電流検出回路27に入力してもよい。   10, FIG. 11, FIG. 13 and FIG. 17, the load current is detected from the high voltage side of the voltage control type switching element 25, but a signal is inserted into the low voltage side and subjected to IV conversion. May be input to the load current detection circuit 27.

本発明は、スイッチング電源内のパワースイッチング素子を駆動する駆動回路であって、具体的には、液晶テレビ、プラズマテレビ、DVDレコーダー等に使用されるスイッチング電源に適している。   The present invention is a drive circuit that drives a power switching element in a switching power supply, and is specifically suitable for a switching power supply used in a liquid crystal television, a plasma television, a DVD recorder, and the like.

実施の形態1の駆動回路を備えるスイッチング電源装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a switching power supply device including a drive circuit according to a first embodiment. 実施の形態1の駆動回路と電圧制御型スイッチング素子とフィードバック回路との構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a drive circuit, a voltage control switching element, and a feedback circuit according to the first embodiment. より詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a more detailed structure. スイッチング電源装置に接続される負荷と、主な損失である駆動損失、導通損失およびスイッチング損失の和との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the load connected to a switching power supply device, and the sum of the drive loss which is main loss, conduction | electrical_connection loss, and switching loss. 図4で示される待機状態および定格負荷状態における各損失の大きさを示す図である。It is a figure which shows the magnitude | size of each loss in the stand-by state shown in FIG. 4, and a rated load state. パワーMOSFETのV−I特性を示すグラフである。It is a graph which shows the VI characteristic of power MOSFET. 異なる負荷状態に対する、本実施の形態におけるスイッチング電源装置の電源出力電流及び電源出力電圧と、電圧制御型スイッチング素子のドレイン電流及びゲート電圧とを示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing a power supply output current and a power supply output voltage of the switching power supply device according to the present embodiment, and a drain current and a gate voltage of a voltage controlled switching element with respect to different load states. MOSFETとIGBTとを兼ね備えたデバイスの等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of the device which combines MOSFET and IGBT. MOSFETとIGBTとを兼ね備えたデバイスのV−I特性を示すグラフである。It is a graph which shows the VI characteristic of the device which combined MOSFET and IGBT. フィードバック回路の代わりに電流計を備えた構成を示す図である。It is a figure which shows the structure provided with the ammeter instead of the feedback circuit. フィードバック回路の代わりに電流計を備えたより詳細な構成を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the more detailed structure provided with the ammeter instead of the feedback circuit. 本実施の形態2に係る駆動回路を備えるスイッチング電源装置の、各負荷状態における電源出力電流及び電源出力電圧と、電圧制御型スイッチング素子のドレイン電流及びゲート電圧とを示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing a power supply output current and a power supply output voltage in each load state, and a drain current and a gate voltage of a voltage-controlled switching element in a switching power supply device including the drive circuit according to the second embodiment. 本実施の形態3に係る駆動回路と電圧制御型スイッチング素子と電流計との構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the drive circuit which concerns on this Embodiment 3, a voltage control type switching element, and an ammeter. 本実施の形態3に係る駆動回路の正常状態および過電流状態における動作を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing an operation in a normal state and an overcurrent state of the drive circuit according to the third embodiment. 本実施の形態4に係る駆動回路と電圧制御型スイッチング素子とフィードバック回路との構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the drive circuit which concerns on this Embodiment 4, a voltage control type switching element, and a feedback circuit. 異なる負荷状態に対する、本実施の形態におけるスイッチング電源装置の電源出力電流及び電源出力電圧と、電圧制御型スイッチング素子のドレイン電流及びゲート電圧とを示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing a power supply output current and a power supply output voltage of the switching power supply device according to the present embodiment, and a drain current and a gate voltage of a voltage controlled switching element with respect to different load states. 本実施の形態4のフィードバック回路の代わりに電流計を備えた構成を示す図である。It is a figure which shows the structure provided with the ammeter instead of the feedback circuit of this Embodiment 4. 本実施の形態5に係る駆動回路が備える駆動電圧切り替え回路の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a drive voltage switching circuit provided in a drive circuit according to a fifth embodiment. スイッチング電源装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a switching power supply device. 異なる負荷状態に対する、従来のスイッチング電源装置の電源出力電流及び電源出力電圧と、電圧制御型スイッチング素子のドレイン電流及びゲート電圧とを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the power supply output current and power supply output voltage of the conventional switching power supply apparatus with respect to different load states, and the drain current and gate voltage of a voltage control type switching element.

符号の説明Explanation of symbols

SW1 第1スイッチ
SW2 第2スイッチ
2 ゲート電圧切替回路
3 高電圧ドライバ
4 低電圧ドライバ
10、37 定電流回路
20、50、60、108 駆動回路
21 制御回路
22、70 駆動電圧切り替え回路
25 電圧制御型スイッチング素子
26 電流計
27 負荷電流検出回路
31 高電圧印加回路
32 低電圧印加回路
33 ターンオフ回路
34 逆流防止用ダイオード
35 レベルシフト回路
36、38 PチャネルMOSFET
39 NチャネルMOSFET
41 NAND回路
42、43 インバータ回路
51 ディスエーブル回路
52 過電流保護回路
53 遅延回路
54 ANDゲート
55 過電流検出信号
80 等価回路
81 ユニポーラトランジスタ
83 バイポーラトランジスタ
100、200 スイッチング電源装置
101 一次側整流平滑回路
102 スイッチング回路
103 トランス
104 二次側整流平滑回路
105、106 入力端子
109 ダイオードブリッジ
110 入力コンデンサ
111 一次巻線
112 二次巻線
113 整流ダイオード
114 チョークコイル
115 第1の出力コンデンサ
116 第2の出力コンデンサ
117、118 出力端子
119 フィードバック回路
120 補助巻線
121 駆動回路の外付け抵抗
122 共振用容量
132 駆動信号
133 フィードバック信号
134 制御信号
135 負荷電流検出信号
141 負荷電流信号
SW1 1st switch SW2 2nd switch 2 Gate voltage switching circuit 3 High voltage driver 4 Low voltage driver 10, 37 Constant current circuit 20, 50, 60, 108 Driving circuit 21 Control circuit 22, 70 Driving voltage switching circuit 25 Voltage control type Switching element 26 Ammeter 27 Load current detection circuit 31 High voltage application circuit 32 Low voltage application circuit 33 Turn-off circuit 34 Backflow prevention diode 35 Level shift circuit 36, 38 P-channel MOSFET
39 N-channel MOSFET
41 NAND circuit 42, 43 Inverter circuit 51 Disable circuit 52 Overcurrent protection circuit 53 Delay circuit 54 AND gate 55 Overcurrent detection signal 80 Equivalent circuit 81 Unipolar transistor 83 Bipolar transistor 100, 200 Switching power supply device 101 Primary side rectifying / smoothing circuit 102 Switching circuit 103 Transformer 104 Secondary side rectifying / smoothing circuit 105, 106 Input terminal 109 Diode bridge 110 Input capacitor 111 Primary winding 112 Secondary winding 113 Rectifier diode 114 Choke coil 115 First output capacitor 116 Second output capacitor 117 , 118 Output terminal 119 Feedback circuit 120 Auxiliary winding 121 External resistor of drive circuit 122 Resonance capacitor 132 Drive signal 133 Feedback Control signal 134 control signal 135 load current detection signal 141 load current signal

Claims (13)

スイッチング電源装置内のパワースイッチング素子を駆動する駆動回路であって、
前記パワースイッチング素子をオンおよびオフするための駆動信号であって、前記パワースイッチング素子をオンにする複数レベルの電圧をもつ駆動信号を生成する生成手段と、
前記パワースイッチング素子の状態に応じて、前記パワースイッチング素子をオンにする前記複数レベルの電圧を切り替える切り替え制御手段と
を備え
前記複数レベルの電圧は、第1電圧と、前記第1電圧よりも低い第2電圧とを含み、
前記生成手段は、前記第1電圧を生成する第1ドライバと、前記第2電圧を生成する第2ドライバとを備え、
前記切り替え制御手段は、前記負荷電流が第1しきい値以下のとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第2電圧のパルスを生成するように、前記第1ドライバおよび前記第2ドライバを制御し、
前記負荷電流が前記第1しきい値よりも大きいとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第1電圧のパルスを生成するように、前記第1ドライバおよび前記第2ドラ
イバを制御する
駆動回路。
A drive circuit for driving a power switching element in a switching power supply device,
Generating means for generating a driving signal for turning on and off the power switching element, the driving signal having a plurality of levels of voltages for turning on the power switching element;
Switching control means for switching the voltage of the plurality of levels to turn on the power switching element according to the state of the power switching element ,
The multi-level voltage includes a first voltage and a second voltage lower than the first voltage;
The generating means includes a first driver that generates the first voltage, and a second driver that generates the second voltage,
The switching control means includes the first driver and the second driver so that a level of the second voltage pulse is generated as the drive signal to be turned on when the load current is equal to or less than a first threshold value. Control
When the load current is larger than the first threshold value, the first driver and the second driver are set so that the level of the drive signal to be turned on is a pulse of the first voltage.
A drive circuit that controls the device .
前記切り替え制御手段は、前記パワースイッチング素子を流れる負荷電流が大きいほど電圧が高くなるように、前記複数レベルの電圧を切り替える
請求項1記載の駆動回路。
The drive circuit according to claim 1, wherein the switching control unit switches the voltages at the plurality of levels so that the voltage increases as the load current flowing through the power switching element increases.
前記生成手段は、さらに、前記第1ドライバ及び前記第2ドライバの少なくとも一方に供給される電源電流を制限する電流制限手段を備える
請求項記載の駆動回路。
The generating means further said first driver and a driving circuit according to claim 1, further comprising a current limiting means for limiting the power current supplied to at least one of the second driver.
前記駆動回路は、さらに、
前記負荷電流が、前記第1しきい値よりも大きくかつ過電流の基準を示す第2しきい値を超えるか否かを検出し、検出した場合、前記駆動回路を停止させる過電流保護回路と、
過電流が検出されてから停止するまでの期間に相当する期間、前記第1ドライバをディスエーブルするディスエーブル回路とを備える
請求項記載の駆動回路。
The drive circuit further includes:
An overcurrent protection circuit that detects whether or not the load current is greater than the first threshold value and exceeds a second threshold value indicating an overcurrent reference, and stops the drive circuit when detected; ,
The drive circuit according to claim 3 , further comprising: a disable circuit that disables the first driver for a period corresponding to a period from when an overcurrent is detected to when the overcurrent is stopped.
前記切り替え制御手段は、前記負荷電流が前記第1のしきい値より大きいとき、前記第1ドライバの出力をイネーブルにするための第1制御パルス信号を生成し、
前記第2ドライバは、前記パワースイッチング素子をオンにする期間及びオフにする期間を示す第2制御パルス信号にしたがってレベルが前記第2電圧のパルスを生成し、
前記ディスエーブル回路は、
前記第2制御パルス信号を所定時間遅延させる遅延回路と、
遅延された前記第2制御パルス信号と前記第1制御パルス信号との論理積を、前記第1ドライバに出力するゲート回路とを備える
請求項記載の駆動回路。
The switching control means generates a first control pulse signal for enabling the output of the first driver when the load current is larger than the first threshold;
The second driver generates a pulse of the second voltage level according to a second control pulse signal indicating a period for turning on and off the power switching element;
The disable circuit is
A delay circuit for delaying the second control pulse signal for a predetermined time;
The drive circuit according to claim 4 , further comprising: a gate circuit that outputs a logical product of the delayed second control pulse signal and the first control pulse signal to the first driver.
前記切り替え制御手段は、
前記負荷電流が前記第1しきい値以下のとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第2電圧のパルスを生成するように、前記第2ドライバを制御し、
前記負荷電流が前記第1しきい値よりも大きいとき、オンにする前記駆動信号として、
レベルが前記第2電圧に立ち上がりさらに前記第1電圧に立ち上がる2段階のパルスを生成するように、前記第1ドライバおよび前記第2ドライバを制御する
請求項記載の駆動回路。
The switching control means includes
Controlling the second driver to generate a pulse of the second voltage at a level as the drive signal to be turned on when the load current is less than or equal to the first threshold;
As the drive signal to be turned on when the load current is larger than the first threshold value,
Level so that to produce a further two-stage pulse rising to the first voltage rising to the second voltage, the driving circuit according to claim 1, wherein controlling the first driver and the second driver.
前記生成手段は、さらに、前記第1ドライバ及び前記第2ドライバの少なくとも一方に供給される電源電流を制限する電流制限手段を備える
請求項記載の駆動回路。
The drive circuit according to claim 6 , wherein the generation unit further includes a current limiting unit that limits a power supply current supplied to at least one of the first driver and the second driver.
前記切り替え制御手段は、前記負荷電流が前記第1のしきい値より大きいとき、前記第1ドライバの出力をイネーブルにするための第1制御パルス信号を生成し、
前記第1ドライバはソースに前記第1電圧が印加され、ゲートに前記第1制御パルス信号と前記第2制御パルス信号との論理積をとったパルス信号が印加されている第1トランジスタを有し、
前記第2ドライバはソースに前記第2電圧が印加され、ゲートに前記パワースイッチング素子をオンにする期間およびオフにする期間を示す前記第2制御パルス信号が印加されている第2トランジスタを有し、
前記生成手段はさらに、前記第1トランジスタのドレインと、前記第2トランジスタのドレインとの間に接続された、電流の逆流を防止する逆流防止ダイオードと、
前記第2トランジスタと相補的にオンまたはオフする第3トランジスタとを有し、
前記第1トランジスタのドレインと、前記逆流防止ダイオードのカソードと、前記第3トランジスタのドレインとが接続された
請求項記載の駆動回路。
The switching control means generates a first control pulse signal for enabling the output of the first driver when the load current is larger than the first threshold;
The first driver includes a first transistor in which the first voltage is applied to a source and a pulse signal obtained by ANDing the first control pulse signal and the second control pulse signal is applied to a gate. ,
The second driver includes a second transistor to which the second voltage is applied to a source and the second control pulse signal indicating a period for turning on and off the power switching element is applied to a gate. ,
The generation means further includes a backflow prevention diode connected between the drain of the first transistor and the drain of the second transistor to prevent backflow of current;
A third transistor that complementarily turns on or off with the second transistor;
Wherein a drain of the first transistor, and the cathode of the blocking diode, the third transistor drive circuit according to claim 1, wherein the drain and are connected to.
スイッチング電源装置内のパワースイッチング素子を駆動する駆動方法であって、
前記パワースイッチング素子は、第1電圧と、前記第1電圧よりも低い第2電圧とを含む複数レベルの電圧でオンし、
前記駆動方法は、
前記パワースイッチング素子を流れる負荷電流としきい値とを比較し、
前記負荷電流が前記しきい値よりも大きいとき、前記第1電圧を生成する第1ドライバ及び前記第2電圧を生成する第2ドライバを制御することにより、記第1電圧のパルスをオン信号として、前記パワースイッチング素子に供給し、
前記負荷電流が前記しきい値以下のとき、前記第1ドライバ及び前記2ドライバを制御することにより、記第2電圧のパルスをオン信号として、前記パワースイッチング素子に供給する
駆動方法。
A driving method for driving a power switching element in a switching power supply device,
The power switching element is turned on at a plurality of levels of voltage including a first voltage and a second voltage lower than the first voltage;
The driving method is:
Comparing the load current flowing through the power switching element with a threshold value;
When the load current is greater than the threshold value, the first driver and said by controlling the second driver for generating a second voltage, the ON signal pulses before Symbol first voltage to generate the first voltage To supply to the power switching element,
When the load current is below the threshold value, by controlling the first driver and the second driver, the pulse before Symbol second voltage as an ON signal, the driving method supplied to the power switching element.
入力された交流信号を整流するダイオードブリッジと、
整流された電圧をスイッチングするパワースイッチング素子と、
前記パワースイッチング素子を駆動する駆動回路と、
駆動して生成された電圧を受けて異なる電圧に変換する変圧器と、
変換された電圧を整流及び平滑化して出力する整流平滑回路とを備え、
前記駆動回路は、
前記パワースイッチング素子をオンおよびオフするための駆動信号であって、前記パワースイッチング素子をオンにする複数レベルの電圧をもつ駆動信号を生成する生成手段と、
前記パワースイッチング素子の状態に応じて、前記パワースイッチング素子をオンにする前記複数レベルの電圧を切り替える切り替え制御手段と
を備え
前記複数レベルの電圧は、第1電圧と、前記第1電圧よりも低い第2電圧とを含み、
前記生成手段は、前記第1電圧を生成する第1ドライバと、前記第2電圧を生成する第2ドライバとを備え、
前記切り替え制御手段は、前記負荷電流が第1しきい値以下のとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第2電圧のパルスを生成するように、前記第1ドライバおよび前記第2ドライバを制御し、
前記負荷電流が前記第1しきい値よりも大きいとき、オンにする前記駆動信号として、レベルが前記第1電圧のパルスを生成するように、前記第1ドライバおよび前記第2ドラ
イバを制御する
スイッチング電源装置。
A diode bridge for rectifying the input AC signal;
A power switching element that switches the rectified voltage;
A drive circuit for driving the power switching element;
A transformer that receives the voltage generated by driving and converts it to a different voltage;
A rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the converted voltage and outputs the rectified voltage,
The drive circuit is
Generating means for generating a driving signal for turning on and off the power switching element, the driving signal having a plurality of levels of voltages for turning on the power switching element;
Switching control means for switching the voltage of the plurality of levels to turn on the power switching element according to the state of the power switching element ,
The multi-level voltage includes a first voltage and a second voltage lower than the first voltage;
The generating means includes a first driver that generates the first voltage, and a second driver that generates the second voltage,
The switching control means includes the first driver and the second driver so that a level of the second voltage pulse is generated as the drive signal to be turned on when the load current is equal to or less than a first threshold value. Control
When the load current is larger than the first threshold value, the first driver and the second driver are set so that the level of the drive signal to be turned on is a pulse of the first voltage.
Switching power supply that controls the device.
前記スイッチング素子は、ユニポーラトランジスタである
請求項10記載のスイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 10 , wherein the switching element is a unipolar transistor.
前記スイッチング素子は、前記スイッチング素子を流れる負荷電流に応じて、ユニポーラ動作とバイポーラ動作とを切り替える機能を有するトランジスタである
請求項10記載のスイッチング電源装置。
The switching power supply device according to claim 10 , wherein the switching element is a transistor having a function of switching between a unipolar operation and a bipolar operation in accordance with a load current flowing through the switching element.
前記スイッチング電源装置は、さらに、
前記整流平滑回路から出力される電流を測定する測定部と、
測定された電流を、前記パワースイッチング素子を流れる負荷電流に換算する換算部とを備え、
前記切り替え制御手段は、換算された前記負荷電流に応じて、前記パワースイッチング素子をオンにする前記複数レベルの電圧を切り替える
請求項10記載のスイッチング電源装置。
The switching power supply device further includes:
A measuring unit for measuring a current output from the rectifying and smoothing circuit;
A conversion unit that converts the measured current into a load current flowing through the power switching element;
The switching power supply according to claim 10 , wherein the switching control unit switches the plurality of levels of voltages for turning on the power switching element according to the converted load current.
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