JP4212164B2

JP4212164B2 - Parallel power supply

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Publication number: JP4212164B2
Application number: JP30878498A
Authority: JP
Inventors: 晴夫渡辺; 治彦畠山
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: JP2000139074A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源装置にかかり、特に、複数台を並列接続して運転させるのに適した同期整流型の電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチング電源の技術分野では、近年では、高効率の同期整流型の電源装置が主流になっている。
【０００３】
図７(ａ)、(ｂ)の符号２０２は、従来技術の電源装置であり、一側電圧供給回路２１１と、主スイッチ素子２１０と、トランス２２０と、第１、第２の整流素子２０６、２０７と、インダクタンス素子２０８と、出力コンデンサ２０９とを有している。トランス２２０は、一次巻線２２１と二次巻線２２２とで構成されており、主スイッチ素子２１０と、第１、第２の整流素子２０６、２０７は、それぞれｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されている。
【０００４】
一次巻線２２１の一端は、一次側電圧供給回路２１１の高電圧側の端子に接続されており、他端は、主スイッチ素子２１０のドレイン端子に接続されている。
【０００５】
主スイッチ素子２１０のソース端子は、一次側のグラウンド電位に接続されており、ドレイン端子は一次巻線２２１の一端に接続されている。主スイッチ素子２１０のゲート端子は制御回路２０３に接続されており、制御回路２０３の出力信号によって、導通と遮断を繰り返すように構成されている。一次側電圧供給回路２１１は、商用の交流電圧を変換し、直流電圧を生成しており、一次側整流回路２２１が出力する直流電圧は、一次巻線２２１と主スイッチ素子２１０の直列接続回路に印加されるように構成されている。
【０００６】
二次巻線２２２の一端には、インダクタンス素子２０８の一端が接続されており、該インダクタンス素子２０８の他端は二次側の出力端子２２３にされている。他方、二次巻線２２２の他端には、第１の二次側整流素子２０６のドレイン端子が接続されており、該第１の二次側整流素子２０６のソース端子は、グラウンド端子２２４にされている。
【０００７】
従って、二次巻線２２２の一端は、インダクタンス素子２０８を介して出力端子２２３に接続されており、他端は、第１の二次側整流素子２０６を介してグラウンド端子２２４に接続されている。
【０００８】
第１の二次側整流素子２０６のソース端子には、第２の二次側整流素子２０７のソース端子が接続されている。該第２の二次側整流素子２０７のドレイン端子は、二次巻線２２２とインダクタンス素子２０８が接続された部分に接続されている。
【０００９】
第１の二次側整流素子２０６のゲート端子は、二次巻線２２２とインダクタンス素子２０８が接続された部分に接続されており、他方、第２の二次側整流素子２０７のゲート端子は、二次巻線２２２と第１の二次側整流素子２０６とが接続された部分に接続されている。
【００１０】
一次巻線２２１と二次巻線２２２とは、一次巻線２２１の一次側電圧供給回路２１１側の一端と、二次巻線２２２の出力端子２２３側の一端とが同極性になるように磁気結合されており、主スイッチ素子２１０が導通し、トランス２２０内の一次巻線２２１に、一次側電圧供給回路２１１から供給される電流Ｉ₁が流れると、二次巻線２２２の出力端子２２３側に正電圧、グラウンド端子２２４側に負電圧が誘起される。
【００１１】
二次巻線２２２に誘起された電圧により、第１の二次側整流素子２０６のドレイン端子の電位がソース端子の電位よりも低くなる。このとき、第１の二次側整流素子２０６内の寄生ダイオードが順バイアスされるが、ゲート端子には、二次巻線２２２に誘起された電圧により、正電圧が印加されているので、第１の二次側整流素子２０６は、通常動作とは逆方向に導通し、ソース端子側からドレイン端子側に向け、図７(ａ)の電流Ｉ₂を流す。
【００１２】
電流Ｉ₂による電圧降下は、第１の二次側整流素子２０６の寄生ダイオードを導通させない程度に小さくなっており、この電流Ｉ₂が流れると、出力端子２２３とグラウンド端子２２４の間に接続された出力コンデンサ２０９及び負荷２１２に、低損失で電力が供給される。
【００１３】
この間(第１の二次側整流素子２０６が逆方向に導通している間)、二次巻線２２２に誘起された電圧により、第２の二次側整流素子２０７のドレイン端子には、ソース端子よりも高い電圧が印加されており、また、ゲート端子には負電圧が印加されているから、第２の二次側整流素子２０７には電流は流れない。
【００１４】
次に、主スイッチ素子２１０が導通から遮断に転じると、二次巻線２２２の出力端子２２３側の一端に負電圧、グラウンド端子２２４側の一端に正電圧が誘起される。その電圧により、電流Ｉ₂を流していた第１の二次側整流素子２０６のドレイン端子の電位がソース端子の電位よりも高くなり、また、ゲート端子には負電圧が印加されるので、第１の二次側整流素子２０６は遮断する。
【００１５】
このとき、第２の二次側整流素子２０７では、二次巻線２２２に誘起された電圧により、ゲート端子に正電圧が印加されるから、導通可能な状態になる。また、第２の二次側整流素子２０７は、インダクタンス素子２０８に生じた起電力により、ドレイン端子の電位がソース端子の電位よりも低くなるから、逆方向に導通し、インダクタンス素子２０８に蓄積された磁気エネルギーにより、同図(ｂ)に示すように、負荷２１２に電力を供給する方向の電流Ｉ₃を流す。
【００１６】
上記制御装置２０３内には発振器と基準電圧発生回路が設けられており、ＰＷＭ方式で主スイッチ素子２１０を駆動しており、スイッチングの周期が一定になっている。
【００１７】
また、上記の電源装置２０２は、フォワード型であるため、出力端子２２３の出力電圧は、主スイッチ素子２１０の導通時間と、一次側電圧供給回路２１１が出力する電圧、一次巻線２２１と二次巻線２２２の巻線比によって決まる。
【００１８】
制御装置２０３は、出力端子２２３とグラウンド端子２２４間の出力電圧を検出しており、主スイッチ素子２１０の導通時間を制御しているので、一次側電圧供給回路２１１の電圧変動等により、一次側電圧供給回路２１１の電圧が変動しても、出力電圧は一定に維持されている。
【００１９】
上記電源装置２０２は、複数台を並列接続し、出力電流を増やすことができる。
しかしながら、複数台の電源装置２０２を並列接続する場合には、出力電圧が完全に一致せず、そのため、各電源２０２のうち、出力電圧が高く設定されているものから、負荷２１２が消費するよりも大きな出力電流が出力され、余分な電流は、出力電圧が低く設定されている電源装置に流入してしまう。
【００２０】
図８は、２台の電源装置２０２₁、２０２₂を並列接続して運転する場合を示しており、一方の電源装置２０２₁側から、他方の電源装置２０２₂に向けて、電流Ｉ₅が流入している。
【００２１】
この電流Ｉ₅が二次巻線２２２₂に流れると、一次巻線２２１₂に電圧が誘起され、その電圧によって、主スイッチ素子２１０₂のドレイン端子に負電圧が印加される。そのとき、主スイッチ素子２１０のゲート端子に正電圧が印加されていると、主スイッチ素子２１０₂のソース端子からドレイン端子に向けて逆電流Ｉ₆が流れてしまい、その結果、並列接続された電源装置全体の効率を悪化させ、また、各電源装置２０２₁、２０２₂の劣化を早めてしまうという問題がある。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、逆電流が流れない同期整流型の電源装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、電源装置が複数台並列接続され、負荷に電力を供給する並列型電源装置であって、前記電源装置は、互いに磁気結合された一次巻線と二次巻線が設けられたトランスと、前記一次巻線に直列接続された主スイッチ素子と、ＭＯＳトランジスタで構成された第一、第二の整流素子と、前記一次巻線と前記主スイッチ素子に電流を供給する一次側電圧供給回路と、前記二次巻線に直列接続されたインダクタンス素子とを有し、前記主スイッチ素子の導通と遮断を制御する制御回路と、前記主スイッチ素子が導通し、前記一次側電圧供給回路から、前記一次巻線に電流が供給される導通期間と、前記主スイッチ素子が遮断する遮断期間とが交互に繰り返され、少なくとも、前記導通期間中には、前記二次巻線に誘起された電圧により、前記第一の整流素子が導通し、前記第二の整流素子が遮断して前記二次巻線と前記インダクタンス素子とに電流が流され、前記遮断期間中には、前記二次巻線に誘起された電圧により、前記第一の整流素子が遮断し、前記第二の整流素子が導通し、前記インダクタンス素子に蓄積されたエネルギーによって前記負荷に電流を供給するように構成され、前記主スイッチ素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路の出力から、前記導通期間中に前記主スイッチ素子に流れる電流の向きが、前記一次側電圧供給回路から供給される電流とは逆向の逆電流であることを検出すると前記導通期間を長くさせる逆電流抑制回路が設けられたことを特徴とする。
【００２４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電源装置であって、前記電流検出回路は、一次側検出巻線と、前記一次側検出巻線と磁気結合された二次側検出巻線とを有し、前記主スイッチ素子に電流が流れたときに、前記一次側検出巻線にも電流が流れるように構成され、前記逆電流抑制回路は、前記二次側検出巻線に誘起された電圧を検出するように構成されたことを特徴とする電源装置。
【００２５】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の電源装置であって、前記一次側検出巻線は、前記主スイッチ素子に直列接続されたことを特徴とする。
【００２６】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の電源装置であって、前記一次側検出巻線は、前記二次巻線に直列接続されたことを特徴とする。
【００２９】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の電源装置であって、前記制御回路には、前記出力電圧をサンプリングした電圧と基準電圧との差電圧を増幅する増幅器と、所定周波数で発振する発振器と、前記増幅器が出力する電圧と、前記発振器が出力する電圧とを比較する比較器とが設けられ、前記比較器の比較結果を示す電圧が前記主スイッチ素子に出力されるように構成され、前記出力電圧の変動量に応じて、前記主スイッチ素子の前記導通期間と前記遮断期間のいずれか一方又は両方を変化させ、前記出力電圧を一定に維持するように構成されたことを特徴とする。
【００３０】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の電源装置であって、前記逆電流抑制回路は、前記増幅器の非反転入力端子に入力される電圧と、反転入力端子に入力される電圧の、いずれか一方又は両方の電圧を操作することで、前記比較器が出力する電圧を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００３１】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の電源装置であって、前記逆電流抑制回路は、前記比較器に入力される電圧を操作し、該比較器が出力する電圧を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００３４】
本発明は上記のように構成されており、トランスと、主スイッチ素子と、インダクタンス素子とを有している。トランス内には一次巻線と、該一次巻線と磁気結合された二次巻線とが設けられており、主スイッチ素子が導通する導通期間では、一次側電圧供給回路から一次巻線に電流が流されるようになっている。
【００３５】
そのとき、二次巻線に誘起された電圧により、二次巻線にインダクタンス素子に電流が流れるようになっており、例えば、主スイッチ素子が遮断する遮断期間中には、インダクタンスに蓄積されたエネルギーによって負荷側に電流を供給するように接続すると、二次巻線に流れる電流が平滑され、直流の出力電圧が得られる。
【００３６】
本発明の電源装置は、主スイッチ素子に流れる電流とその向きを検出する電流検出回路と逆電流抑制回路を有している。
【００３７】
一次側電圧供給回路が主スイッチ素子に供給する電流を順方向とし、その逆向きの電流を逆電流とすると、導通期間中の電流検出回路の検出結果が、逆電流を示していた場合には、逆電流抑制回路は、主スイッチ素子の導通期間を長くし、順方向の電流を増やすようになっている。
【００３８】
従って、電源装置を複数台並列接続させた場合でも、出力電流が均等化し、出力電流負担が平均化され、電源装置の寿命が長くなる。また、逆電流に起因する損失も小さくすることができる。
【００３９】
電流検出回路は、一次側検出巻線と、該一次側検出巻線に磁気結合された二次側巻線とで構成させ、一次側検出巻線を主スイッチ素子に直列接続し、逆電流抑制回路が二次巻線に誘起された電圧の極性を検出し、主スイッチ素子に流れた電流の向きを判別するようにすることができる。主スイッチ素子に抵抗素子を直列接続して電流の向きを検出するよりも損失が小さい。
【００４０】
また、一次側検出巻線を二次巻線に直列接続し、二次側検出巻線に誘起された電圧の極性で主スイッチ素子に流れる電流の向きを検出するようにしてもよい。
【００４１】
主スイッチ素子の導通期間を長くする際に、逆電流制御回路が直接主スイッチ素子を制御してもよいが、制御回路が主スイッチ素子の導通／遮断動作を制御している場合には、逆電流抑制回路が制御回路を制御することで、間接的に主スイッチング素子の導通期間を長くしてもよい。
【００４２】
出力電圧を定電圧化する際に、制御回路内で出力電圧がサンプリングされ、その電圧と基準電圧との誤差が増幅器で検出されている場合、増幅器の入力端子(非反転入力端子又は反転入力端子のいずれか一方又は両方の端子)の電圧を操作することで、導通期間を長くすることができる。
【００４３】
ＰＷＭ型の制御方法で主スイッチ素子が駆動されている場合、比較器により、発振器が出力する鋸歯状波と、誤差増幅を行った増幅器の出力電圧とが比較され、比較結果によって主スイッチ素子の導通期間が決定されるから、比較器に入力される増幅器の出力電圧、又は発振器の出力電圧を操作することで、導通期間を長くすることができる。
【００４４】
主スイッチ素子の遮断期間中に逆電流が流れる場合があるが、そのときに逆電流抑制回路が動作すると、主スイッチ素子が導通してしまうので、遮断期間中の逆電流は無視するようにするとよい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１を参照し、符号２は、本発明の一例の並列型電源装置であり、同じ構成の電源装置３が複数個並列に接続されている(図１では、２台の電源装置３₁、３₂が示されている)。
【００４６】
各電源装置３は、一次側電圧供給回路１１と、トランス２０と、主スイッチ素子１０と、制御回路５０Aと、第１、第２の二次側整流素子６、７と、インダクタンス素子８と、出力コンデンサ９を有している。
【００４７】
トランス２０は、一次巻線２１と二次巻線２２とで構成されており、主スイッチ素子１０と、第１、第２の整流素子６、７とは、それぞれｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されている。
【００４８】
一次側電圧供給回路１１は、商用交流電源を整流平滑し、直流電源を出力するように構成されており、一次巻線２１の一端は、一次側電圧供給回路１１の高電圧側の端子２５に接続され、他端は、主スイッチ素子１０のドレイン端子に接続されている。
【００４９】
また、この電源装置３は、電流検出回路３０と逆電流抑制回路４０とを有しており、主スイッチ素子１０のソース端子は、電流検出回路３０を介して、一側電圧供給回路１１の低電位側の端子２６に接続されている。
【００５０】
従って、一次巻線２１と、主スイッチ素子１０と、電流検出回路３０とは直列接続されており、一次側電圧供給回路１１は、その直列接続回路に直流電圧を印加するようになっている。
【００５１】
二次巻線２２の一端には、インダクタンス素子８の一端が接続されており、該インダクタンス素子８の他端は二次側の出力端子２３にされている。他方、二次巻線２２の他端には、第１の二次側整流素子６のドレイン端子が接続されており、該第１の二次側整流素子６のソース端子は、二次側のグラウンド端子２４にされている。
【００５２】
従って、二次巻線２２の一端は、インダクタンス素子８を介して出力端子２３に接続されており、他端は、第１の二次側整流素子６を介してグラウンド端子２４に接続されている。
【００５３】
第１の二次側整流素子６のソース端子には、第２の二次側整流素子７のソース端子が接続されている。該第２の二次側整流素子７のドレイン端子は、二次巻線２２とインダクタンス素子８が接続された部分に接続されている。
【００５４】
第１の二次側整流素子６のゲート端子は、二次巻線２２とインダクタンス素子８が接続された部分に接続されており、他方、第２の二次側整流素子７のゲート端子は、二次巻線２２と第１の二次側整流素子６とが接続された部分に接続されている。
【００５５】
一次巻線２１と二次巻線２２とは、一次巻線２１の高電位側と、二次巻線２２２の出力端子２３側とが同極性になるように磁気結合されている。
【００５６】
主スイッチ素子１０のゲート端子は制御回路５０Aに接続されており、制御回路５０Aが出力する信号によって導通と遮断を繰り返すように構成されており、主スイッチ素子１０が導通し、トランス２０内の一次巻線２１に電流が流れると、二次巻線２２の出力端子２３側に正電圧、グラウンド端子２４側に負電圧が誘起され、第１の二次側整流素子６が逆方向に導通し、そのソース端子側からドレイン端子側に向かう方向に電流が流れ、出力コンデンサ９及び負荷１２に電力を供給する。
【００５７】
次に、主スイッチ素子１０が導通状態から遮断状態に転じると、二次巻線２２に誘起された電圧により、第１の二次側整流素子６は遮断し、第２の二次側整流素子７が導通し、インダクタンス素子８に蓄積された磁気エネルギーにより、同じ方向に電流が流れ続け、出力コンデンサ９及び負荷１２に電力を供給する。
【００５８】
主スイッチ素子１０の導通状態と遮断状態の切り替えは、制御装置５０Aにより、ＰＷＭ方式で制御されている。
【００５９】
このＰＷＭ制御方法を説明すると、図２を参照し、制御回路５０Aは、抵抗５１、５２と、基準電圧発生器５３と、増幅器５４と、比較器５５と、発振器５６とを有している。出力端子２３とグラウンド端子２４の間の電圧は、抵抗５１、５２によって分圧され、サンプリング電圧が生成されており、そのサンプリング電圧が増幅器５４の反転入力端子に入力されている。
【００６０】
増幅器５４の非反転入力端子には、基準電圧発生器５３が出力する基準電圧が入力されており、サンプリングされた電圧と、基準電圧とが比較され、その結果は、後段の増幅器５５の非反転入力端子に出力されている。
【００６１】
比較器５５の反転入力端子には、発振器５６が生成する鋸歯状波が入力されており、比較器５５によって、増幅器５４が出力する電圧が鋸歯状波と比較されている。
【００６２】
増幅器５４から入力される電圧が、鋸歯状波の電圧よりも高い場合は、比較器５５は、高電圧を出力し、逆の場合には、低電圧(グラウンド電圧)を出力する。
【００６３】
比較器５５が出力する電圧は、主スイッチ素子１０のゲート端子に印加されている。主スイッチ素子１０は、比較器５５から高電圧が出力される間は導通し(導通期間)、低電圧が出力される間は遮断する(遮断期間)。この導通期間と遮断期間の周波数は、鋸歯状波の周波数になっている。
【００６４】
増幅器５４が比較器５５に出力する電圧は、出力端子２３の出力電圧によって変動する。例えば、一次側電圧供給回路の出力電圧低下等により、出力端子２３の出力電圧が低下した場合には、増幅器５４の出力電圧は大きくなり、その結果、比較器５５が高電圧を出力する時間は長くなり、主トランジスタ１０の導通期間が長くなる。その結果、出力電圧は上昇する。
逆に、出力端子２３の出力電圧が高くなった場合には、主トランジスタ１０の遮断期間が長くなり、出力電圧は低下する。
【００６５】
このように、増幅器５４と比較器５５の動作により、出力端子２３の出力電圧変動が打ち消されるので、出力端子２３の電圧は、結局、基準電圧発生器５３の出力電圧と、抵抗５１、５２の値で決まる一定電圧に維持される。
【００６６】
この電源装置３の電流検出回路３０は、一次側検出巻線３１と、二次側検出巻線３２を有している。また、逆電流抑制回路４０は、整流ダイオード４１と、整流トランジスタ４２と、平滑回路４３と、ツェナーダイオード４８と、制御トランジスタ４６と抵抗４４、４５と、定電圧回路４７とを有している。整流トランジスタ４２はｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されており、制御トランジスタ４６はｐｎｐトランジスタで構成されている。
【００６７】
一次側検出巻線３１の一端は、主スイッチ素子１０のソース端子に接続されており、他端は一次側のグラウンド端子２６に接続されている(一次側検出巻線３１が主スイッチ素子１０に直列接続されている。)。
【００６８】
二次側検出巻線３２には、抵抗４４が並列接続されており、また、該二次側検出巻線３２の一端は、逆電流抑制回路４０内の整流ダイオード４１のアノード端子に接続されている。その整流ダイオード４１のカソード端子は整流トランジスタ４２のドレイン端子に接続され、該整流トランジスタ４２のソース端子は二次側のグラウンド端子２４(グラウンド電圧)に接続されている。
【００６９】
他方、二次側検出巻線３２の他端は、平滑回路４３及びツェナーダイオード４８のアノード端子に接続されており、該ツェナーダイオード４８のカソード端子は、制御トランジスタ４６のベース端子に接続されている。制御トランジスタ４６のコレクタ端子は、制御回路５０A内の比較器５５の非反転入力端子に接続されており、また、エミッタ端子は定電圧回路４７に接続されている。
【００７０】
整流トランジスタ４２のゲート端子は、主スイッチ素子１０のゲート端子に接続されており、主スイッチ素子１０と一緒に、制御回路５０Aによって導通又は遮断するように構成されている。
【００７１】
一次側検出巻線３１の主スイッチ素子１０側の一端と、二次側検出巻線３２のツェナーダイオード４８のアノード端子側に接続された一端とは同極性にされている。主スイッチ素子１０に、ソース端子からドレイン端子に向け、逆電流Ｉ₁₀が流れると、一次側検出巻線３１のグラウンド端子２６側に正電圧、主スイッチ素子１０のソース端子側に負電圧が誘起される。
それに伴い、二次側検出巻線３２には、整流ダイオード４１のアノード側に正電圧、ツェナーダイオード４８のアノード端子側に負電圧が誘起される。
【００７２】
定電圧回路４７の出力電圧は、二次側検出巻線３２に電圧が誘起されない場合は、ツェナーダイオード４８を導通させない大きさに設定されており、二次側検出巻線３２に誘起された電圧により、ツェナーダイオード４８のアノード端子に負電圧が印加されると、ツェナーダイオード４８両端の電圧が大きくなり、ツェナーダイオード４８は導通する。
【００７３】
他方、整流トランジスタ４２のドレイン端子には、整流ダイオード４１を介して正電圧が印加されている。このとき、制御回路５０Aにより、整流トランジスタ４２のゲート端子と主スイッチ素子１０のゲート端子には同じ極性の電圧が印加されるから、主スイッチ素子１０が導通期間にある場合に限り、整流トランジスタ４２は導通する。
【００７４】
制御トランジスタ４６の導通は、平滑回路４３によって維持されるから、その結果、一旦逆電流によって制御トランジスタ４６が導通すると、その導通は維持される。
【００７５】
その結果、二次側検出巻線３２に誘起された電圧により、電流Ｉ₁₁が流れる。この電流Ｉ₁₁は、整流ダイオード４１から、整流トランジスタ４２の、定電圧回路４７のグラウンド電位側に流れ込み、また、定電圧回路４７の正電圧側から、制御トランジスタ４６のベース・エミッタ間に接続された抵抗４５を通り、ツェナーダイオード４８を介して、二次側検出巻線３２に流れ込む。
【００７６】
電流Ｉ₁₁が抵抗４５に流れることにより、制御トランジスタ４６のベース・エミッタ間の電圧が大きくなると、制御トランジスタ４６が導通する。制御トランジスタ４６が導通すると、比較器５５の非反転入力端子の電圧は、増幅器５４が出力する電圧とは無関係に、定電圧回路４７が出力する電圧まで上昇する。その結果、主トランジスタ１０の導通期間が長くなり、出力電流量が増大する。
【００７７】
図１の並列型電源２において、一方の電源装置３₁から他方の電源装置３₂に向けて逆電流が供給されていた場合、上記他方の電源装置３₂内の電流検出回路３０と逆電流抑制回路４０とが動作し、出力電流が増大する。
出力端子２３の電圧が一定であれば、負荷１２で消費される電力も一定であるから、増加した分は、逆電流を供給していた電源装置３₁の出力電流が減少する。
【００７８】
逆電流が検出された導通期間内では、平滑回路４３によって制御トランジスタ４６の導通が維持されるが、平滑回路４３は、遮断期間にリセットされるから、次の導通期間には、再度逆電流が流入し、電流検出回路３０と逆電流抑制回路４０が動作を開始する。結局、導通期間毎に逆電流抑制回路４０が動作し、２台の電源装置３₁、３₂が制御される。
【００７９】
このように、電流検出回路３０と逆電流抑制回路４０により、逆電流が抑制されると、各電源装置３₁、３₂の出力電流量は均等に配分され、両方の電源装置３₁、３₂から負荷１２に電流が供給されるようになる。
【００８０】
上記のように、逆電流抑制回路４０が動作しても、主スイッチ素子１０に逆電流が流れ続けた場合には、主スイッチ素子１０は、鋸歯状波の１周期中に必ず遮断するようになっており、主スイッチ素子１０が導通したままにならないようになっている。
【００８１】
なお、主スイッチ素子１０の遮断期間中に、そのソース端子の電圧がドレイン端子の電圧よりも高くなった場合、主スイッチ素子１０内の寄生ダイオードが順バイアスされ、逆電流と同じ向きの電流が流れる。
【００８２】
この場合、逆電流抑制回路４０内の整流トランジスタ４２は、ドレイン端子の電圧がソース端子の電圧よりも高い状態でゲート端子に低電圧が印加されるから、整流トランジスタ４２には電流が流れず、制御トランジスタ４６が導通することはない。
【００８３】
次に、本発明の第２例の電源装置を説明する。
図３を参照し、符号４は、並列接続型電源装置２に用いることができる電源装置を示している。
【００８４】
この電源装置４も、上記電源装置２と同様に、一次側電圧供給回路１１と、トランス２０と、主スイッチ素子１０と、逆電流抑制回路４０と、制御回路５０Bと、第１、第２の二次側整流素子６、７と、インダクタンス素子８と、出力コンデンサ９を有している。
【００８５】
トランス２０は、一次巻線２１と二次巻線２２とで構成されており、主スイッチ素子１０と、第１、第２の整流素子６、７は、それぞれｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されている。
【００８６】
制御回路５０B内の増幅器５４の反転入力端子には、上記制御回路５０Aと同様に、出力端子２３の出力電圧が抵抗５１、５２で分圧された電圧が入力されている。
【００８７】
逆電流抑制回路４０内の定電圧回路４７は、基準電圧発生器５３を兼ねており、その定電圧回路４７の出力電圧は、制御回路５０B内に設けられた抵抗６３、６４の直列接続回路で分圧され、増幅器５４の非反転入力端子に入力されている。
【００８８】
逆電流抑制回路４０内に設けられた制御トランジスタ４６のコレクタ端子は、増幅器５４の非反転入力端子に直結されている。従って、逆電流によって制御トランジスタ４３が導通すると、増幅器５４の非反転入力端子には、定電圧回路４７が出力する電圧が直接印加され、増幅器５４が出力する電圧が高くなる。
従って、比較器５５が高電圧を出力する時間が長くなり、それに伴い、主スイッチ素子１０の導通期間が長くなり、逆電流が小さくなる。
【００８９】
次に、本発明の第３例の電源装置を説明する。
図４を参照し、符号５は、上記電源装置３、４と同様に、並列型電源装置２を構成できる電源装置である。
【００９０】
この電源装置５は、制御回路５０C内に、ｎｐｎトランジスタで構成された補助トランジスタ６６が設けられており、逆電流抑制回路４０内の制御トランジスタ４６のコレクタ端子は、電流制限抵抗６５を介して、補助トランジスタ６６のベース端子に接続されている。補助トランジスタ６６のエミッタ端子はグラウンド電位に接続されており、これ応端子は増幅器５４の反転入力端子に接続されている。
【００９１】
この制御回路５０Cの他の構成は、図２に示した制御回路５０Aと同じ構成である。主スイッチ素子１０の導通期間内に逆電流が流れ、制御トランジスタ４６が導通すると、補助トランジスタ６６が導通し、増幅器５４の反転入力端子の電圧がグラウンド電位にされる。その結果、出力端子２３の出力電圧とは無関係に、比較器５５の出力電圧が高電圧になり、主スイッチ素子１０に流れる電流が増加する。
【００９２】
以上説明した電源装置３〜５は、電流検出回路３０の一次側検出巻線３１が、主スイッチ素子１０に直列接続されていたが、本発明は、主スイッチ素子１０に抵抗素子を直列接続し、その両端の電圧を、逆電流抑制回路４０に入力させてもよい。
【００９３】
また、図５の符号６で示す本発明の第４例の電源装置のように、一次側検出巻線３１を二次巻線２２に直列接続し、二次側に流入する電流を検出することで、主スイッチ素子１０に流れる逆電流を検出し、主スイッチ素子を制御してもよい。
【００９４】
同図の符号Ｉ₁₂は、他の電源装置から二次側に流入した電流を示しており、この電流Ｉ₁₂によって、一次側に逆電流Ｉ₁₀が誘起されている。
【００９５】
上記電源３〜５では、逆電流Ｉ₁₀を直接検出していたが、この電源装置６では、二次側に流入する電流Ｉ₁₂を検出し、主スイッチ素子１０が導通期間にある場合、制御トランジスタ４６によって、比較器５５の非反転入力端子を制御しており、その結果、導通期間中に逆電流Ｉ₁₀が流れると、主スイッチ素子１０の導通期間が長くなるように構成されている。
【００９６】
次に、図６の符号７は、本発明の第５例の電源装置であり、複数台を並列接続して運転させることができる。
【００９７】
この電源装置７は、一次側電源回路７０と、主スイッチ素子８５と、副スイッチ素子８６と、トランス８０と、制御回路５０Dと、２個のコンデンサ８７、８８とを有している。
【００９８】
主スイッチ素子８５と副スイッチ素子８６は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタで構成されており、主スイッチ素子８５のドレイン端子は、副スイッチ素子８６のソース端子に接続されている。また、各コンデンサ８７、８８の一端は互いに接続され、一次側電圧供給回路７１が構成されている。各コンデンサ８７、８８の他端は、副スイッチ素子８６のドレイン端子と、一次側のグラウンド電位にそれぞれ接続されている。
【００９９】
主スイッチ素子８５のソース端子は、電流検出回路３０内の一次側検出巻線３１の一端に接続されており、該一次側検出巻線３１の他端は、一次側のグラウンド電位に接続されている。
【０１００】
トランス８０内には、一次巻線８１と、該一次巻線８１と磁気結合された２個の二次巻線８２A、８２Bが設けられている。
【０１０１】
一次巻線８１の一端は、主及び副スイッチ素子８５、８６が接続された部分に接続されており、他端は、２個のコンデンサ８７、８８が互いに接続された部分に接続されている。
【０１０２】
この制御回路５０D内には、インバータ６１とレベルシフト回路６２とが設けられており、制御回路５０D内の比較器５５の出力は、主スイッチ素子８５のゲート端子に出力されると共に、インバータ６１とレベルシフト回路６２とを介して副スイッチ素子８６のゲート端子に出力されている。従って、主スイッチ素子８５と副スイッチ素子８６とは、一方が導通状態にあるときは、他方は遮断状態になるように構成されている。
【０１０３】
一次側電圧供給回路７１内の、グラウンド電位側のコンデンサ８７には、正電圧が充電されており、制御回路５０Dが主スイッチ素子８５を導通させると、そのコンデンサ８７から一次巻線８１に電流が供給される。
【０１０４】
一次側電源回路７０内にはインダクタンス素子７２が設けられており、主スイッチ素子８５が導通すると、そのインダクタンス素子７２に電流が流れ、主スイッチ素子８５が導通から遮断に転じると、インダクタンス素子７２に蓄積されたエネルギーにより、一次巻線８１に逆向きに電流を流す。
【０１０５】
制御回路５０Dは、主スイッチ素子８５の遮断期間中に副スイッチ素子８６を導通させ、コンデンサ８８を放電、及び充電させ、主スイッチ素子８５のスイッチング動作の損失を減らす。
【０１０６】
このように、制御回路５０Dが、主スイッチ素子８５と副スイッチ素子８６を交互に導通させるとトランス８０内の一次巻線８１に交流電流が流れる。
【０１０７】
この電源装置７の二次側には、インダクタンス素子７８と、出力コンデンサ７９と、２個の整流素子７６、７７とが設けられている。２個の二次巻線８２A、８２Bは、直列接続されており、互いに接続された部分はインダクタンス素子７８の一端に接続されている。インダクタンス素子７８の他端から、出力端子２３が取り出されている。
２個の二次巻線８２A、８２Bの他端は、整流素子７６、７７を介して、それぞれ二次側のグラウンド端子２４に接続されている。
【０１０８】
各整流素子７６、７７は、それぞれｎチャネルＭＯＳトランジスタで構成されており、ドレイン端子側を二次巻線８２A、８２Bの一端に接続されており、ゲート端子を、ドレイン端子が接続されていない方の二次巻線８２B、８２Aの一端に接続されている。
【０１０９】
各整流素子７６、７７は、二次巻線８２B、８２Aに誘起された電圧によって、逆方向に交互に導通し、一次巻線８１から二次巻線８２A、８２Bに伝達されたエネルギーにより、ソース端子側からドレイン端子側に交互に電流を流す。
【０１１０】
出力端子２３とグラウンド端子２４の間には出力コンデンサ７９が設けられており、整流素子７６、７７を流れる電流は、インダクタンス素子７８と出力コンデンサで平滑され、負荷８９に供給される。
【０１１１】
この電源装置７でも、電流検出回路３０内の二次側検出巻線３２に、逆電流抑制回路４０が接続されており、逆電流抑制回路４０内の制御トランジスタ４６のコレクタ端子は、図２に示した制御回路５０Aと同様に、制御回路５０D内の比較器５５の非反転入力端子に接続されている。
【０１１２】
比較器５５の出力は、主スイッチ素子８５のゲート端子と、逆電流抑制回路４０内の整流トランジスタ４２のゲート端子に入力されており、主スイッチ素子８５の導通期間中に、主スイッチ素子８５に逆電流が流れると、比較器５５から高電圧が出力され、主スイッチ素子８５の導通期間が長くなるようにされている。
【０１１３】
【発明の効果】
逆電流が流れた場合、主スイッチ素子に流れる順方向の電流量が大きくなるので、並列接続された各電源の負担が均等化する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１例の電源装置のブロック図
【図２】その電源装置の内部回路図
【図３】本発明の電源装置の第２例の内部回路図
【図４】本発明の電源装置の第３例の内部回路図
【図５】本発明の電源装置の第４例の内部回路図
【図６】本発明の電源装置の第５例の内部回路図
【図７】(ａ)、(ｂ)：従来技術の電源装置を説明するための図
【図８】従来技術の電源装置を並列接続した状態を説明するための図
【符号の説明】
２……並列型電源装置
３〜７……電源装置
８……インダクタンス素子
１０……主スイッチ素子
１１、７１……一次側電圧供給回路
２０、８０……トランス
２１、８１……一次巻線
２２、８２A、８２B……二次巻線
３０……電流検出回路
３１……一次側検出巻線
３２……二次側検出巻線
４０……逆電流抑制回路
５０、５０A、５０B、５０C、５０D……制御回路
５４……増幅器
５５……比較器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply device, and more particularly to a synchronous rectification type power supply device suitable for operating a plurality of devices connected in parallel.
[0002]
[Prior art]
In the technical field of switching power supplies, high-efficiency synchronous rectification type power supply devices have become mainstream in recent years.
[0003]
Reference numeral 202 in FIGS. 7A and 7B is a conventional power supply device, which includes a one-side voltage supply circuit 211, a main switch element 210, a transformer 220, first and second rectifier elements 206, 207, an inductance element 208, and an output capacitor 209. The transformer 220 is composed of a primary winding 221 and a secondary winding 222, and the main switch element 210 and the first and second rectifying elements 206 and 207 are each composed of an n-channel MOSFET.
[0004]
One end of the primary winding 221 is connected to the high voltage side terminal of the primary side voltage supply circuit 211, and the other end is connected to the drain terminal of the main switch element 210.
[0005]
The source terminal of the main switch element 210 is connected to the ground potential on the primary side, and the drain terminal is connected to one end of the primary winding 221. The gate terminal of the main switch element 210 is connected to the control circuit 203, and is configured to repeat conduction and interruption according to the output signal of the control circuit 203. The primary side voltage supply circuit 211 converts a commercial AC voltage to generate a DC voltage, and the DC voltage output from the primary side rectifier circuit 221 is supplied to a series connection circuit of the primary winding 221 and the main switch element 210. It is comprised so that it may be applied.
[0006]
One end of the inductance element 208 is connected to one end of the secondary winding 222, and the other end of the inductance element 208 is connected to the output terminal 223 on the secondary side. On the other hand, the other end of the secondary winding 222 is connected to the drain terminal of the first secondary rectifier element 206, and the source terminal of the first secondary rectifier element 206 is connected to the ground terminal 224. Has been.
[0007]
Accordingly, one end of the secondary winding 222 is connected to the output terminal 223 via the inductance element 208, and the other end is connected to the ground terminal 224 via the first secondary rectifying element 206. .
[0008]
The source terminal of the second secondary rectifier element 207 is connected to the source terminal of the first secondary rectifier element 206. The drain terminal of the second secondary side rectifying element 207 is connected to a portion where the secondary winding 222 and the inductance element 208 are connected.
[0009]
The gate terminal of the first secondary side rectifying element 206 is connected to the portion where the secondary winding 222 and the inductance element 208 are connected, while the gate terminal of the second secondary side rectifying element 207 is The secondary winding 222 and the first secondary rectifying element 206 are connected to a connected portion.
[0010]
The primary winding 221 and the secondary winding 222 are magnetic so that one end on the primary voltage supply circuit 211 side of the primary winding 221 and one end on the output terminal 223 side of the secondary winding 222 have the same polarity. The current I supplied from the primary side voltage supply circuit 211 to the primary winding 221 in the transformer 220 is coupled. ₁ Flows, a positive voltage is induced on the output terminal 223 side of the secondary winding 222 and a negative voltage is induced on the ground terminal 224 side.
[0011]
Due to the voltage induced in the secondary winding 222, the potential of the drain terminal of the first secondary-side rectifying element 206 becomes lower than the potential of the source terminal. At this time, the parasitic diode in the first secondary-side rectifying element 206 is forward-biased, but a positive voltage is applied to the gate terminal by the voltage induced in the secondary winding 222. The secondary side rectifying element 206 conducts in the direction opposite to that of the normal operation, and moves from the source terminal side to the drain terminal side toward the current I in FIG. ₂ Shed.
[0012]
Current I ₂ The voltage drop due to the current I is reduced to such an extent that the parasitic diode of the first secondary side rectifying element 206 is not conducted. ₂ Is supplied to the output capacitor 209 and the load 212 connected between the output terminal 223 and the ground terminal 224 with low loss.
[0013]
During this time (while the first secondary side rectifying element 206 is conducting in the reverse direction), the voltage induced in the secondary winding 222 causes the drain terminal of the second secondary side rectifying element 207 to have a source Since a voltage higher than that of the terminal is applied and a negative voltage is applied to the gate terminal, no current flows through the second secondary-side rectifying element 207.
[0014]
Next, when the main switch element 210 switches from conduction to cutoff, a negative voltage is induced at one end on the output terminal 223 side of the secondary winding 222 and a positive voltage is induced at one end on the ground terminal 224 side. Depending on the voltage, current I ₂ Since the potential of the drain terminal of the first secondary-side rectifying element 206 that has flowed through becomes higher than the potential of the source terminal and a negative voltage is applied to the gate terminal, the first secondary-side rectifying element 206 shuts off.
[0015]
At this time, the second secondary-side rectifying element 207 is in a conductive state because a positive voltage is applied to the gate terminal by the voltage induced in the secondary winding 222. Further, the second secondary rectifying element 207 conducts in the reverse direction and is accumulated in the inductance element 208 because the drain terminal potential is lower than the source terminal potential due to the electromotive force generated in the inductance element 208. The current I in the direction of supplying power to the load 212 as shown in FIG. _Three Shed.
[0016]
An oscillator and a reference voltage generation circuit are provided in the control device 203, and the main switch element 210 is driven by the PWM method, so that the switching cycle is constant.
[0017]
Further, since the power supply device 202 is a forward type, the output voltage of the output terminal 223 includes the conduction time of the main switch element 210, the voltage output from the primary side voltage supply circuit 211, the primary winding 221 and the secondary winding. It depends on the winding ratio of the winding 222.
[0018]
Since the control device 203 detects the output voltage between the output terminal 223 and the ground terminal 224 and controls the conduction time of the main switch element 210, the primary side due to voltage fluctuation of the primary side voltage supply circuit 211 or the like. Even if the voltage of the voltage supply circuit 211 fluctuates, the output voltage is maintained constant.
[0019]
A plurality of the power supply devices 202 can be connected in parallel to increase the output current.
However, when a plurality of power supply devices 202 are connected in parallel, the output voltages do not completely match. For this reason, the load 212 is consumed from the power supply 202 whose output voltage is set high. A large output current is output, and the excess current flows into the power supply device in which the output voltage is set low.
[0020]
FIG. 8 shows two power supply devices 202. ₁ , 202 ₂ Are connected in parallel, and one power supply device 202 is shown. ₁ From the side, the other power supply 202 ₂ Towards the current I _Five Is flowing in.
[0021]
This current I _Five Is the secondary winding 222 ₂ The primary winding 221 ₂ A voltage is induced in the main switch element 210 by the voltage. ₂ A negative voltage is applied to the drain terminal. At that time, if a positive voltage is applied to the gate terminal of the main switch element 210, the main switch element 210 ₂ Reverse current I from the source terminal to the drain terminal ₆ As a result, the efficiency of the power supply devices connected in parallel is deteriorated. ₁ , 202 ₂ There is a problem of deteriorating the deterioration.
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention was created to solve the above-described disadvantages of the prior art, and an object thereof is to provide a synchronous rectification type power supply device in which a reverse current does not flow.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 A plurality of power supply devices are connected in parallel and supply power to a load, the power supply device, A transformer provided with a primary winding and a secondary winding magnetically coupled to each other, a main switch element connected in series with the primary winding, A first and a second rectifying element composed of MOS transistors; A primary side voltage supply circuit for supplying a current to the primary winding and the main switch element; and an inductance element connected in series to the secondary winding, and a control for controlling conduction and interruption of the main switch element. A conduction period in which a current is supplied to the primary winding from the primary side voltage supply circuit and a cutoff period in which the main switch element is interrupted, and at least , During the conduction period, due to the voltage induced in the secondary winding, The first rectifier element is conducted, the second rectifier element is shut off, and the Current is passed through the secondary winding and the inductance element. During the interruption period, the first rectifying element is interrupted by the voltage induced in the secondary winding, the second rectifying element is conducted, and the energy accumulated in the inductance element Configured to supply current to the load, A current detection circuit for detecting a current flowing through the main switch element; and a current supplied from the primary-side voltage supply circuit based on an output of the current detection circuit and a direction of a current flowing through the main switch element during the conduction period Is provided with a reverse current suppressing circuit for extending the conduction period when it is detected that the reverse current is reverse.
[0024]
The invention according to claim 2 is the power supply device according to claim 1, wherein the current detection circuit includes a primary side detection winding, a secondary side detection winding magnetically coupled to the primary side detection winding, and And when the current flows through the main switch element, the current is also passed through the primary detection winding, and the reverse current suppression circuit is induced in the secondary detection winding. A power supply device configured to detect a voltage.
[0025]
The invention according to claim 3 is the power supply device according to claim 2, wherein the primary detection winding is connected in series to the main switch element.
[0026]
A fourth aspect of the present invention is the power supply apparatus according to the second aspect, wherein the primary side detection winding is connected in series to the secondary winding.
[0029]
Claim 5 The invention described is Any one of Claim 1 thru | or 4 In the power supply device described above, the control circuit includes an amplifier that amplifies a difference voltage between a voltage obtained by sampling the output voltage and a reference voltage, an oscillator that oscillates at a predetermined frequency, and a voltage that the amplifier outputs, A comparator that compares the voltage output by the oscillator is provided, and a voltage indicating a comparison result of the comparator is configured to be output to the main switch element, and according to a variation amount of the output voltage, One or both of the conduction period and the cutoff period of the main switch element are changed to maintain the output voltage constant.
[0030]
Claim 6 The invention described is Claim 5 The reverse current suppression circuit operates either one or both of a voltage input to a non-inverting input terminal and a voltage input to an inverting input terminal of the amplifier. Thus, the voltage output from the comparator is controlled.
[0031]
Claim 7 The invention described is Claim 5 The power supply apparatus according to claim 1, wherein the reverse current suppression circuit is configured to operate a voltage input to the comparator and control a voltage output from the comparator.
[0034]
The present invention is configured as described above, and includes a transformer, a main switch element, and an inductance element. In the transformer, a primary winding and a secondary winding magnetically coupled to the primary winding are provided. During the conduction period in which the main switch element is conductive, current is supplied from the primary voltage supply circuit to the primary winding. Will be washed away.
[0035]
At that time, due to the voltage induced in the secondary winding, a current flows through the inductance element in the secondary winding. For example, during the cutoff period when the main switch element is cut off, the current is accumulated in the inductance. If the connection is made so that a current is supplied to the load side by energy, the current flowing through the secondary winding is smoothed, and a DC output voltage is obtained.
[0036]
The power supply device of the present invention includes a current detection circuit and a reverse current suppression circuit that detect the current flowing through the main switch element and its direction.
[0037]
When the current supplied to the main switch element by the primary side voltage supply circuit is the forward direction and the reverse current is the reverse current, the detection result of the current detection circuit during the conduction period shows a reverse current. The reverse current suppression circuit extends the conduction period of the main switch element and increases the forward current.
[0038]
Therefore, even when a plurality of power supply devices are connected in parallel, the output current is equalized, the output current burden is averaged, and the life of the power supply device is prolonged. Further, loss due to the reverse current can be reduced.
[0039]
The current detection circuit is composed of a primary side detection winding and a secondary side winding magnetically coupled to the primary side detection winding, and the primary side detection winding is connected in series to the main switch element to suppress reverse current. The circuit can detect the polarity of the voltage induced in the secondary winding and determine the direction of the current flowing through the main switch element. Loss is smaller than detecting the direction of current by connecting a resistance element in series with the main switch element.
[0040]
Alternatively, the primary side detection winding may be connected in series to the secondary winding, and the direction of the current flowing through the main switch element may be detected by the polarity of the voltage induced in the secondary side detection winding.
[0041]
When extending the conduction period of the main switch element, the reverse current control circuit may directly control the main switch element. However, if the control circuit controls the conduction / cutoff operation of the main switch element, the reverse current control circuit may The current suppression circuit may control the control circuit to indirectly increase the conduction period of the main switching element.
[0042]
When making the output voltage constant, if the output voltage is sampled in the control circuit and an error between the voltage and the reference voltage is detected by the amplifier, the amplifier input terminal (non-inverting input terminal or inverting input terminal) By operating the voltage of either one or both terminals), the conduction period can be lengthened.
[0043]
When the main switch element is driven by the PWM type control method, the comparator compares the sawtooth wave output from the oscillator with the output voltage of the amplifier that has amplified the error. Since the conduction period is determined, the conduction period can be lengthened by manipulating the output voltage of the amplifier input to the comparator or the output voltage of the oscillator.
[0044]
A reverse current may flow during the cutoff period of the main switch element, but if the reverse current suppression circuit operates at that time, the main switch element becomes conductive, so the reverse current during the cutoff period is ignored. Good.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Referring to FIG. 1, reference numeral 2 denotes a parallel power supply device according to an example of the present invention, and a plurality of power supply devices 3 having the same configuration are connected in parallel (in FIG. 1, two power supply devices 3 are connected. ₁ 3 ₂ It is shown).
[0046]
Each power supply device 3 includes a primary side voltage supply circuit 11, a transformer 20, a main switch element 10, a control circuit 50A, first and second secondary side rectifier elements 6 and 7, an inductance element 8, An output capacitor 9 is provided.
[0047]
The transformer 20 is composed of a primary winding 21 and a secondary winding 22, and the main switch element 10 and the first and second rectifying elements 6 and 7 are each composed of an n-channel MOSFET. .
[0048]
The primary side voltage supply circuit 11 is configured to rectify and smooth commercial AC power and output DC power, and one end of the primary winding 21 is connected to a terminal 25 on the high voltage side of the primary side voltage supply circuit 11. The other end is connected to the drain terminal of the main switch element 10.
[0049]
The power supply device 3 includes a current detection circuit 30 and a reverse current suppression circuit 40, and the source terminal of the main switch element 10 is connected to the low-side voltage supply circuit 11 via the current detection circuit 30. It is connected to the terminal 26 on the potential side.
[0050]
Therefore, the primary winding 21, the main switch element 10, and the current detection circuit 30 are connected in series, and the primary side voltage supply circuit 11 applies a DC voltage to the series connection circuit.
[0051]
One end of the inductance element 8 is connected to one end of the secondary winding 22, and the other end of the inductance element 8 is connected to the output terminal 23 on the secondary side. On the other hand, the drain terminal of the first secondary side rectifying element 6 is connected to the other end of the secondary winding 22, and the source terminal of the first secondary side rectifying element 6 is connected to the secondary side rectifying element 6. The ground terminal 24 is used.
[0052]
Accordingly, one end of the secondary winding 22 is connected to the output terminal 23 via the inductance element 8, and the other end is connected to the ground terminal 24 via the first secondary side rectifying element 6. .
[0053]
The source terminal of the second secondary rectifying element 7 is connected to the source terminal of the first secondary rectifying element 6. The drain terminal of the second secondary side rectifying element 7 is connected to a portion where the secondary winding 22 and the inductance element 8 are connected.
[0054]
The gate terminal of the first secondary side rectifying element 6 is connected to the portion where the secondary winding 22 and the inductance element 8 are connected, while the gate terminal of the second secondary side rectifying element 7 is The secondary winding 22 and the first secondary side rectifying element 6 are connected to a connected portion.
[0055]
The primary winding 21 and the secondary winding 22 are magnetically coupled so that the high potential side of the primary winding 21 and the output terminal 23 side of the secondary winding 222 have the same polarity.
[0056]
The gate terminal of the main switch element 10 is connected to the control circuit 50A, and is configured to be repeatedly turned on and off by a signal output from the control circuit 50A. The main switch element 10 is turned on, and the primary in the transformer 20 When a current flows through the winding 21, a positive voltage is induced on the output terminal 23 side of the secondary winding 22 and a negative voltage is induced on the ground terminal 24 side, and the first secondary side rectifying element 6 conducts in the reverse direction, A current flows in the direction from the source terminal side to the drain terminal side, and power is supplied to the output capacitor 9 and the load 12.
[0057]
Next, when the main switch element 10 changes from the conductive state to the cut-off state, the first secondary-side rectifying element 6 is cut off by the voltage induced in the secondary winding 22, and the second secondary-side rectifier element is cut off. 7 is conducted, and current continues to flow in the same direction by the magnetic energy accumulated in the inductance element 8, and power is supplied to the output capacitor 9 and the load 12.
[0058]
Switching between the conductive state and the cutoff state of the main switch element 10 is controlled by the control device 50A in the PWM method.
[0059]
The PWM control method will be described. Referring to FIG. 2, the control circuit 50A has resistors 51 and 52, a reference voltage generator 53, an amplifier 54, a comparator 55, and an oscillator 56. The voltage between the output terminal 23 and the ground terminal 24 is divided by resistors 51 and 52 to generate a sampling voltage, and the sampling voltage is input to the inverting input terminal of the amplifier 54.
[0060]
The reference voltage output from the reference voltage generator 53 is input to the non-inverting input terminal of the amplifier 54, the sampled voltage is compared with the reference voltage, and the result is the non-inverting input of the amplifier 55 in the subsequent stage. Output to the input terminal.
[0061]
A sawtooth wave generated by the oscillator 56 is inputted to the inverting input terminal of the comparator 55, and the voltage output from the amplifier 54 is compared with the sawtooth wave by the comparator 55.
[0062]
When the voltage input from the amplifier 54 is higher than the sawtooth voltage, the comparator 55 outputs a high voltage, and in the opposite case, outputs a low voltage (ground voltage).
[0063]
The voltage output from the comparator 55 is applied to the gate terminal of the main switch element 10. The main switch element 10 is conductive while a high voltage is output from the comparator 55 (conduction period), and is blocked while a low voltage is output (interruption period). The frequency of this conduction | electrical_connection period and interruption | blocking period is the frequency of a sawtooth wave.
[0064]
The voltage output from the amplifier 54 to the comparator 55 varies depending on the output voltage at the output terminal 23. For example, when the output voltage of the output terminal 23 decreases due to a decrease in the output voltage of the primary side voltage supply circuit, the output voltage of the amplifier 54 increases, and as a result, the time for the comparator 55 to output a high voltage is It becomes longer and the conduction period of the main transistor 10 becomes longer. As a result, the output voltage increases.
On the contrary, when the output voltage of the output terminal 23 becomes high, the cutoff period of the main transistor 10 becomes long and the output voltage decreases.
[0065]
As described above, the operation of the amplifier 54 and the comparator 55 cancels out the output voltage fluctuation at the output terminal 23, so that the voltage at the output terminal 23 eventually becomes the output voltage of the reference voltage generator 53 and the resistances 51 and 52. A constant voltage determined by the value is maintained.
[0066]
The current detection circuit 30 of the power supply device 3 includes a primary side detection winding 31 and a secondary side detection winding 32. The reverse current suppression circuit 40 includes a rectifier diode 41, a rectifier transistor 42, a smoothing circuit 43, a Zener diode 48, a control transistor 46, resistors 44 and 45, and a constant voltage circuit 47. The rectifying transistor 42 is composed of an n-channel MOSFET, and the control transistor 46 is composed of a pnp transistor.
[0067]
One end of the primary side detection winding 31 is connected to the source terminal of the main switch element 10, and the other end is connected to the primary side ground terminal 26 (the primary side detection winding 31 is connected to the main switch element 10. Connected in series.)
[0068]
A resistor 44 is connected in parallel to the secondary side detection winding 32, and one end of the secondary side detection winding 32 is connected to the anode terminal of the rectifier diode 41 in the reverse current suppression circuit 40. Yes. The cathode terminal of the rectifier diode 41 is connected to the drain terminal of the rectifier transistor 42, and the source terminal of the rectifier transistor 42 is connected to the secondary ground terminal 24 (ground voltage).
[0069]
On the other hand, the other end of the secondary detection winding 32 is connected to the smoothing circuit 43 and the anode terminal of the Zener diode 48, and the cathode terminal of the Zener diode 48 is connected to the base terminal of the control transistor 46. . The collector terminal of the control transistor 46 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 55 in the control circuit 50 A, and the emitter terminal is connected to the constant voltage circuit 47.
[0070]
The gate terminal of the rectifying transistor 42 is connected to the gate terminal of the main switch element 10, and is configured to be turned on or off by the control circuit 50 </ b> A together with the main switch element 10.
[0071]
One end of the primary side detection winding 31 on the main switch element 10 side and one end connected to the anode terminal side of the Zener diode 48 of the secondary side detection winding 32 have the same polarity. A reverse current I is applied to the main switch element 10 from the source terminal to the drain terminal. _Ten Flows, a positive voltage is induced on the ground terminal 26 side of the primary detection winding 31 and a negative voltage is induced on the source terminal side of the main switch element 10.
Accordingly, a positive voltage is induced on the secondary side detection winding 32 on the anode side of the rectifier diode 41, and a negative voltage is induced on the anode terminal side of the Zener diode 48.
[0072]
The output voltage of the constant voltage circuit 47 is set to a magnitude that does not cause the Zener diode 48 to conduct when no voltage is induced in the secondary detection coil 32, and the voltage induced in the secondary detection coil 32. Thus, when a negative voltage is applied to the anode terminal of the Zener diode 48, the voltage across the Zener diode 48 increases and the Zener diode 48 becomes conductive.
[0073]
On the other hand, a positive voltage is applied to the drain terminal of the rectifying transistor 42 via the rectifying diode 41. At this time, the control circuit 50A applies a voltage having the same polarity to the gate terminal of the rectifying transistor 42 and the gate terminal of the main switch element 10, and therefore, only when the main switch element 10 is in the conducting period, the rectifying transistor 42 is used. Is conducting.
[0074]
Since the conduction of the control transistor 46 is maintained by the smoothing circuit 43, as a result, Once When the control transistor 46 is turned on by the reverse current, the conduction is maintained.
[0075]
As a result, due to the voltage induced in the secondary side detection winding 32, the current I ₁₁ Flows. This current I ₁₁ Flows from the rectifier diode 41 to the ground potential side of the constant voltage circuit 47 of the rectifier transistor 42, and from the positive voltage side of the constant voltage circuit 47, a resistor 45 connected between the base and emitter of the control transistor 46 is connected. As described above, it flows into the secondary detection winding 32 through the Zener diode 48.
[0076]
Current I ₁₁ When the voltage between the base and emitter of the control transistor 46 increases due to the current flowing through the resistor 45, the control transistor 46 becomes conductive. When the control transistor 46 is turned on, the voltage at the non-inverting input terminal of the comparator 55 rises to the voltage output from the constant voltage circuit 47 regardless of the voltage output from the amplifier 54. As a result, the conduction period of the main transistor 10 becomes longer, and the amount of output current increases.
[0077]
In the parallel power source 2 of FIG. ₁ To the other power supply 3 ₂ When the reverse current is supplied toward the ₂ The internal current detection circuit 30 and the reverse current suppression circuit 40 operate, and the output current increases.
If the voltage at the output terminal 23 is constant, the power consumed by the load 12 is also constant. Therefore, the increased amount is the power supply device 3 that has supplied the reverse current. ₁ Output current decreases.
[0078]
During the conduction period in which the reverse current is detected, the smoothing circuit 43 maintains the conduction of the control transistor 46. However, since the smoothing circuit 43 is reset in the cutoff period, the reverse current is again generated in the next conduction period. The current detection circuit 30 and the reverse current suppression circuit 40 start operating. Eventually, the reverse current suppression circuit 40 operates every conduction period, and the two power supply devices 3 ₁ 3 ₂ Is controlled.
[0079]
As described above, when the reverse current is suppressed by the current detection circuit 30 and the reverse current suppression circuit 40, each power supply device 3. ₁ 3 ₂ The output current amount is equally distributed, and both power supply devices 3 ₁ 3 ₂ Thus, a current is supplied to the load 12.
[0080]
As described above, when the reverse current continues to flow through the main switch element 10 even when the reverse current suppression circuit 40 operates, the main switch element 10 must be cut off during one period of the sawtooth wave. Thus, the main switch element 10 does not remain conductive.
[0081]
When the voltage of the source terminal becomes higher than the voltage of the drain terminal during the cutoff period of the main switch element 10, the parasitic diode in the main switch element 10 is forward-biased and a current in the same direction as the reverse current is generated. Flowing.
[0082]
In this case, the rectifier transistor 42 in the reverse current suppression circuit 40 is applied with a low voltage at the gate terminal in a state where the voltage at the drain terminal is higher than the voltage at the source terminal. The control transistor 46 does not conduct.
[0083]
Next, a power supply device according to a second example of the present invention will be described.
Referring to FIG. 3, reference numeral 4 indicates a power supply device that can be used for the parallel connection type power supply device 2.
[0084]
Similarly to the power supply device 2, the power supply device 4 also includes the primary side voltage supply circuit 11, the transformer 20, the main switch element 10, the reverse current suppression circuit 40, the control circuit 50 </ b> B, the first and second Secondary side rectifier elements 6 and 7, an inductance element 8, and an output capacitor 9 are provided.
[0085]
The transformer 20 is composed of a primary winding 21 and a secondary winding 22, and the main switch element 10 and the first and second rectifying elements 6 and 7 are each composed of an n-channel MOSFET.
[0086]
Similarly to the control circuit 50A, a voltage obtained by dividing the output voltage of the output terminal 23 by the resistors 51 and 52 is input to the inverting input terminal of the amplifier 54 in the control circuit 50B.
[0087]
The constant voltage circuit 47 in the reverse current suppression circuit 40 also serves as the reference voltage generator 53. The output voltage of the constant voltage circuit 47 is a series connection circuit of resistors 63 and 64 provided in the control circuit 50B. The divided voltage is input to the non-inverting input terminal of the amplifier 54.
[0088]
The collector terminal of the control transistor 46 provided in the reverse current suppression circuit 40 is directly connected to the non-inverting input terminal of the amplifier 54. Therefore, when the control transistor 43 is turned on by the reverse current, the voltage output from the constant voltage circuit 47 is directly applied to the non-inverting input terminal of the amplifier 54, and the voltage output from the amplifier 54 increases.
Therefore, the time for the comparator 55 to output a high voltage is lengthened, and accordingly, the conduction period of the main switch element 10 is lengthened and the reverse current is decreased.
[0089]
Next, a power supply device according to a third example of the present invention will be described.
Referring to FIG. 4, reference numeral 5 denotes a power supply device that can constitute the parallel power supply device 2, similar to the power supply devices 3 and 4.
[0090]
In the power supply device 5, an auxiliary transistor 66 composed of an npn transistor is provided in the control circuit 50 C, and the collector terminal of the control transistor 46 in the reverse current suppression circuit 40 is connected via a current limiting resistor 65. The base terminal of the auxiliary transistor 66 is connected. The emitter terminal of the auxiliary transistor 66 is connected to the ground potential, and the corresponding terminal is connected to the inverting input terminal of the amplifier 54.
[0091]
The other configuration of the control circuit 50C is the same as that of the control circuit 50A shown in FIG. When a reverse current flows during the conduction period of the main switch element 10 and the control transistor 46 is turned on, the auxiliary transistor 66 is turned on and the voltage at the inverting input terminal of the amplifier 54 is set to the ground potential. As a result, regardless of the output voltage of the output terminal 23, the output voltage of the comparator 55 becomes a high voltage, and the current flowing through the main switch element 10 increases.
[0092]
In the power supply devices 3 to 5 described above, the primary side detection winding 31 of the current detection circuit 30 is connected in series to the main switch element 10. However, in the present invention, a resistance element is connected in series to the main switch element 10. The voltage at both ends may be input to the reverse current suppression circuit 40.
[0093]
In addition, as in the power supply device of the fourth example of the present invention indicated by reference numeral 6 in FIG. 5, the primary side detection winding 31 is connected in series to the secondary winding 22 to detect the current flowing into the secondary side. Thus, the reverse current flowing through the main switch element 10 may be detected to control the main switch element.
[0094]
Symbol I in the figure ₁₂ Indicates the current flowing into the secondary side from another power supply device, and this current I ₁₂ By means of the reverse current I on the primary side _Ten Has been induced.
[0095]
In the power sources 3 to 5, the reverse current I _Ten In this power supply device 6, the current I flowing into the secondary side is detected. ₁₂ When the main switch element 10 is in the conduction period, the control transistor 46 controls the non-inverting input terminal of the comparator 55. As a result, the reverse current I during the conduction period is controlled. _Ten When the current flows, the conduction period of the main switch element 10 becomes longer.
[0096]
Next, the code | symbol 7 of FIG. 6 is a power supply device of the 5th example of this invention, and can operate | move it by connecting several units | sets in parallel.
[0097]
The power supply device 7 includes a primary power supply circuit 70, a main switch element 85, a sub switch element 86, a transformer 80, a control circuit 50D, and two capacitors 87 and 88.
[0098]
The main switch element 85 and the sub switch element 86 are composed of n-channel MOS transistors, and the drain terminal of the main switch element 85 is connected to the source terminal of the sub switch element 86. Further, one ends of the capacitors 87 and 88 are connected to each other, and a primary side voltage supply circuit 71 is configured. The other ends of the capacitors 87 and 88 are connected to the drain terminal of the sub switch element 86 and the ground potential on the primary side.
[0099]
The source terminal of the main switch element 85 is connected to one end of the primary side detection winding 31 in the current detection circuit 30, and the other end of the primary side detection winding 31 is connected to the ground potential on the primary side. Yes.
[0100]
In the transformer 80, a primary winding 81 and two secondary windings 82A and 82B magnetically coupled to the primary winding 81 are provided.
[0101]
One end of the primary winding 81 is connected to a portion to which the main and sub switch elements 85 and 86 are connected, and the other end is connected to a portion to which two capacitors 87 and 88 are connected to each other.
[0102]
An inverter 61 and a level shift circuit 62 are provided in the control circuit 50D, and the output of the comparator 55 in the control circuit 50D is output to the gate terminal of the main switch element 85, and the inverter 61 and The signal is output to the gate terminal of the sub switch element 86 through the level shift circuit 62. Therefore, the main switch element 85 and the sub switch element 86 are configured such that when one is in a conductive state, the other is in a cut-off state.
[0103]
The capacitor 87 on the ground potential side in the primary side voltage supply circuit 71 is charged with a positive voltage, and when the control circuit 50D makes the main switch element 85 conductive, a current flows from the capacitor 87 to the primary winding 81. Supplied.
[0104]
An inductance element 72 is provided in the primary power supply circuit 70. When the main switch element 85 is turned on, a current flows through the inductance element 72, and when the main switch element 85 changes from conduction to cutoff, the inductance element 72 is turned on. A current flows in the reverse direction through the primary winding 81 by the accumulated energy.
[0105]
The control circuit 50D makes the sub switch element 86 conductive during the cutoff period of the main switch element 85, discharges and charges the capacitor 88, and reduces the loss of the switching operation of the main switch element 85.
[0106]
As described above, when the control circuit 50D alternately turns on the main switch element 85 and the sub switch element 86, an alternating current flows through the primary winding 81 in the transformer 80.
[0107]
An inductance element 78, an output capacitor 79, and two rectifying elements 76 and 77 are provided on the secondary side of the power supply device 7. The two secondary windings 82A and 82B are connected in series, and the connected portion is connected to one end of the inductance element 78. The output terminal 23 is taken out from the other end of the inductance element 78.
The other ends of the two secondary windings 82A and 82B are connected to the secondary-side ground terminal 24 via rectifying elements 76 and 77, respectively.
[0108]
Each of the rectifying elements 76 and 77 is composed of an n-channel MOS transistor, the drain terminal side is connected to one end of the secondary windings 82A and 82B, and the gate terminal is not connected to the drain terminal. Of the secondary windings 82B and 82A.
[0109]
The rectifying elements 76 and 77 are alternately turned on in the reverse direction by the voltage induced in the secondary windings 82B and 82A, and the energy transferred from the primary winding 81 to the secondary windings 82A and 82B A current is alternately passed from the terminal side to the drain terminal side.
[0110]
An output capacitor 79 is provided between the output terminal 23 and the ground terminal 24, and the current flowing through the rectifying elements 76 and 77 is smoothed by the inductance element 78 and the output capacitor and supplied to the load 89.
[0111]
Also in this power supply device 7, the reverse current suppression circuit 40 is connected to the secondary side detection winding 32 in the current detection circuit 30, and the collector terminal of the control transistor 46 in the reverse current suppression circuit 40 is shown in FIG. Similarly to the control circuit 50A shown, it is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 55 in the control circuit 50D.
[0112]
The output of the comparator 55 is input to the gate terminal of the main switch element 85 and the gate terminal of the rectifying transistor 42 in the reverse current suppression circuit 40, and is supplied to the main switch element 85 during the conduction period of the main switch element 85. When the reverse current flows, a high voltage is output from the comparator 55, and the conduction period of the main switch element 85 is lengthened.
[0113]
【The invention's effect】
When a reverse current flows, the amount of forward current flowing through the main switch element increases, so that the burden on each power source connected in parallel is equalized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a power supply device according to a first example of the present invention.
FIG. 2 is an internal circuit diagram of the power supply device
FIG. 3 is an internal circuit diagram of a second example of the power supply device of the present invention.
FIG. 4 is an internal circuit diagram of a third example of the power supply device of the present invention.
FIG. 5 is an internal circuit diagram of a fourth example of the power supply device of the present invention.
FIG. 6 is an internal circuit diagram of a fifth example of the power supply device of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining a conventional power supply device;
FIG. 8 is a diagram for explaining a state in which power supply devices of the prior art are connected in parallel;
[Explanation of symbols]
2 ... Parallel power supply
3-7 …… Power supply
8 …… Inductance element
10 …… Main switch element
11, 71... Primary side voltage supply circuit
20, 80 ... Trans
21, 81 ... Primary winding
22, 82A, 82B ... secondary winding
30 …… Current detection circuit
31 …… Primary side detection winding
32 …… Secondary side detection winding
40 …… Reverse current suppression circuit
50, 50A, 50B, 50C, 50D ... Control circuit
54 …… Amplifier
55 …… Comparator

Claims

A plurality of power supply devices connected in parallel, and a parallel power supply device that supplies power to a load,
The power supply device
A transformer provided with a primary winding and a secondary winding magnetically coupled to each other;
A main switch element connected in series to the primary winding;
A first and a second rectifying element composed of MOS transistors;
A primary side voltage supply circuit for supplying a current to the primary winding and the main switch element;
An inductance element connected in series to the secondary winding;
A control circuit for controlling conduction and interruption of the main switch element;
A conduction period in which the main switch element is conducted and current is supplied from the primary voltage supply circuit to the primary winding;
The interruption period in which the main switch element is interrupted is repeated alternately,
At least during the conduction period, the voltage induced in the secondary winding causes the first rectifier element to conduct, the second rectifier element to shut off, and the secondary winding and the inductance element Doo current is applied to,
During the interruption period, the first rectifier element is interrupted by the voltage induced in the secondary winding, the second rectifier element is conducted, and the load accumulated by the energy accumulated in the inductance element Configured to supply current to
A current detection circuit for detecting a current flowing through the main switch element;
When it is detected from the output of the current detection circuit that the direction of the current flowing through the main switch element during the conduction period is a reverse current opposite to the current supplied from the primary side voltage supply circuit, the conduction period A power supply device, characterized in that a reverse current suppression circuit is provided to lengthen the length.

The current detection circuit has a primary side detection winding, and a secondary side detection winding magnetically coupled to the primary side detection winding;
When a current flows through the main switch element, the primary detection winding is configured to flow a current,
The power supply apparatus according to claim 1, wherein the reverse current suppression circuit is configured to detect a voltage induced in the secondary detection winding.

3. The power supply device according to claim 2, wherein the primary side detection winding is connected in series to the main switch element.

The power supply device according to claim 2, wherein the primary detection winding is connected in series to the secondary winding.

The power supply device according to any one of claims 1 to 4 ,
In the control circuit, an amplifier that amplifies a differential voltage between a voltage obtained by sampling the output voltage and a reference voltage;
An oscillator that oscillates at a predetermined frequency;
A comparator for comparing the voltage output from the amplifier with the voltage output from the oscillator;
A voltage indicating a comparison result of the comparator is configured to be output to the main switch element;
According to a variation amount of the output voltage, one or both of the conduction period and the cutoff period of the main switch element are changed to maintain the output voltage constant. Power supply.

The power supply device according to claim 5 ,
The reverse current suppression circuit outputs one or both of a voltage input to a non-inverting input terminal of the amplifier and a voltage input to an inverting input terminal, and the comparator outputs the voltage. A power supply device configured to control a voltage.

The power supply device according to claim 5 ,
The power supply device, wherein the reverse current suppression circuit is configured to operate a voltage input to the comparator and control a voltage output from the comparator.