JP3137045B2 - Method and apparatus for reducing drive loss of switching power supply - Google Patents
Method and apparatus for reducing drive loss of switching power supplyInfo
- Publication number
- JP3137045B2 JP3137045B2 JP09238472A JP23847297A JP3137045B2 JP 3137045 B2 JP3137045 B2 JP 3137045B2 JP 09238472 A JP09238472 A JP 09238472A JP 23847297 A JP23847297 A JP 23847297A JP 3137045 B2 JP3137045 B2 JP 3137045B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transistor
- voltage
- power supply
- pchmos
- driving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 17
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 8
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 7
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 101150110971 CIN7 gene Proteins 0.000 description 3
- 101150110298 INV1 gene Proteins 0.000 description 3
- 101100397044 Xenopus laevis invs-a gene Proteins 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
装置に関し、特に駆動損失の低減方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply, and more particularly, to a method for reducing drive loss.
【0002】[0002]
【従来の技術】ノート型パソコンなど、バッテリ電源の
ポータブル機器が増加してきている。これらのポータブ
ル機器では、バッテリ電源から機器の要求する5V、
3.3V等の電圧を生成するのに、降圧型のスイッチン
グ電源回路が一般的に使用される。降圧型のスイッチン
グ電源回路において、入力電圧、すなわちバッテリ電圧
と機器の要求する出力電圧の関係は、スイッチング電源
回路のデューティサイクルをDとすると次のように表わ
される。2. Description of the Related Art Battery-powered portable devices such as notebook computers are increasing. In these portable devices, 5V required by the device from battery power,
A step-down switching power supply circuit is generally used to generate a voltage such as 3.3V. In a step-down switching power supply circuit, the relationship between the input voltage, that is, the battery voltage and the output voltage required by the device is expressed as follows, where D is the duty cycle of the switching power supply circuit.
【0003】出力電圧=D×入力電圧 デューティサイクルDはPWM制御により、0から1ま
での値をとり得る。したがって、出力電圧を入力電圧ま
で制御しようとするとD=1、すなわち100%のデュ
ーティサイクルを達成する必要がある。Output voltage = D × input voltage The duty cycle D can take a value from 0 to 1 by PWM control. Therefore, to control the output voltage to the input voltage, D = 1, that is, 100% duty cycle must be achieved.
【0004】一方、図6の従来例のように、主スイッチ
にPchMOSトランジスタQ1を使用すると主スイッ
チの駆動電圧はグランドから入力電圧までの範囲とな
る。ポータブル機器においては、バッテリ以外に電源を
有していないため、前述の100%のデューティサイク
ルを実現するには駆動回路に別電源を不要とするPch
MOSトランジスタを主スイッチとする回路構成が必要
となる。On the other hand, when the PchMOS transistor Q1 is used for the main switch as in the conventional example of FIG. 6, the drive voltage of the main switch is in the range from ground to the input voltage. Since a portable device does not have a power supply other than a battery, a Pch which does not require a separate power supply in a driving circuit to achieve the above-described 100% duty cycle is required.
A circuit configuration using a MOS transistor as a main switch is required.
【0005】図7にPchMOSトランジスタを使用す
る場合の駆動回路の例を示す。ここで、PchMOSト
ランジスタQ1のゲート・ソース間には前述のように、
入力電圧からグランドまでの電圧が印加されることにな
る。PchMOSトランジスタQ1のゲート・ソース間
電圧は最大印加可能な電圧が絶対最大定格として規定さ
れており、一般的に15Vから20Vである。一方、ノ
ート型のパソコン等の場合、バッテリを充電する場合を
想定すると20V前後の電圧がスイッチング電源回路に
入力電圧として印加されることがある。そこで、Pch
MOSトランジスタのゲート・ソース間の絶対最大定格
を超えないよう図6の従来例ではPchMOSトランジ
スタQ1のゲート・ソースを定電圧ダイオードZD1で
クランプしている。FIG. 7 shows an example of a drive circuit when a PchMOS transistor is used. Here, between the gate and the source of the PchMOS transistor Q1, as described above,
A voltage from the input voltage to the ground is applied. The maximum applicable voltage between the gate and source of the PchMOS transistor Q1 is defined as an absolute maximum rating, and is generally 15V to 20V. On the other hand, in the case of a notebook personal computer or the like, assuming that a battery is charged, a voltage of about 20 V may be applied as an input voltage to the switching power supply circuit. So Pch
In the conventional example of FIG. 6, the gate and source of the PchMOS transistor Q1 are clamped by the constant voltage diode ZD1 so as not to exceed the absolute maximum rating between the gate and source of the MOS transistor.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のスイッ
チング電源回路では、前述のように入力電圧がPchM
OSトランジスタQ1のゲート・ソース間電圧の絶対最
大定格を超える場合、クランプすることによる損失が発
生する。入力電圧をVIN、定電圧ダイオードのツエナー
電圧すなわちクランプ電圧をVZ 、クランプ時に定電圧
ダイオードを流れる電流をIZ とすると、クランプ時の
損失は次のようになる。In the above-described conventional switching power supply circuit, the input voltage is PchM
If the absolute value of the gate-source voltage of the OS transistor Q1 exceeds the absolute maximum rating, a loss occurs due to clamping. If the input voltage is V IN , the zener voltage of the constant voltage diode, ie, the clamp voltage is V Z , and the current flowing through the constant voltage diode at the time of clamping is I Z , the loss at the time of clamping is as follows.
【0007】Pclamp =(VIN−VZ )・IZ ・D ここで、トランジスタQ1がオンする期間をTON、Q1
のスイッチング周期をTとして、D=TON/TはQ1の
デューティサイクルを示す。P clamp = (V IN -V Z ) · I Z · D Here, the period during which the transistor Q 1 is turned on is T ON , Q 1
Is the switching cycle of T, D = T ON / T indicates the duty cycle of Q1.
【0008】ノート型パソコンの場合で、具体的かつ一
般的な値を採用すると Pclamp =(25V−15V)×5mA×0.2=10
mW となる。If a specific and general value is adopted in the case of a notebook personal computer, P clamp = (25V-15V) × 5mA × 0.2 = 10
mW.
【0009】クランプ電圧をPchMOSトランジスタ
のゲート・ソース間絶対最大定格にできる限り近づける
ことで最大入力電圧時のクランプしたことによる損失を
低減できる。By making the clamp voltage as close as possible to the absolute maximum rating between the gate and source of the PchMOS transistor, it is possible to reduce the loss caused by clamping at the maximum input voltage.
【0010】しかし、PchMOSトランジスタは、駆
動電圧に依存した損失が発生する。PchMOSトラン
ジスタのゲート・ソース間に印加される駆動電圧を
VGS、PchMOSトランジスタのゲート・ソース間静
電容量をCGS、Tをスイッチング周期とすると駆動損失
Pdrive は次のように表わされる。[0010] However, the PchMOS transistor generates a loss depending on the drive voltage. Assuming that the driving voltage applied between the gate and the source of the PchMOS transistor is V GS , the capacitance between the gate and the source of the PchMOS transistor is C GS , and T is the switching cycle, the driving loss P drive is expressed as follows.
【0011】Pdrive ≒CGS・VGS 2 /T ここで、入力電圧VINがクランプ電圧VZ より低い場
合、PchMOSトランジスタのゲート・ソース間に印
加される駆動電圧はほぼ入力電圧に等しいので、 Pdrive ≒CGS・VIN 2 /T (VIN<VZ の場合) となる。すなわち、PchMOSトランジスタの駆動損
失は入力電圧の2乗に比例して増大する。[0011] Here P drive ≒ C GS · V GS 2 / T, when the input voltage V IN is lower than the clamp voltage V Z, the drive voltage applied between the gate and source of the PchMOS transistor is approximately equal to the input voltage , P drive ≒ C GS · V IN 2 / T (when V IN <V Z ). That is, the drive loss of the PchMOS transistor increases in proportion to the square of the input voltage.
【0012】また、VINがVZ よりも高い場合は、 Pdrive ≒CGS・VZ 2/T (VIN≧VZ の場合) となり、VZ の2乗に比例して駆動損失が増大する。When V IN is higher than V Z , P drive ≒ C GS · V Z 2 / T (when V IN ≧ V Z ), and the drive loss is proportional to the square of V Z. Increase.
【0013】ノート型パソコンの場合で、具体的かつ一
般的な値を採用すると Pdrive ≒1500pF×(15V)2 /3μs=0.
1125W となる。[0013] In the case of a notebook computer, to adopt concrete and common values P drive ≒ 1500pF × (15V) 2 / 3μs = 0.
1125W.
【0014】ポータブル機器の動作時間を伸ばすために
は、これらの損失をできる限り抑える必要がある。In order to extend the operation time of the portable device, it is necessary to suppress these losses as much as possible.
【0015】上述した従来のスイッチング電源装置で
は、駆動損失を低減するにはPchMOSトランジスタ
のゲート・ソース間の駆動電圧をできる限り低くする必
要があるが、そのためにはクランプ電圧を低くしなけれ
ばならない。しかし、クランプをすることによる損失は
入力電圧とクランプ電圧の差に比例するのでクランプ電
圧を下げるとクランプ時の損失が増大するという欠点が
ある。In the conventional switching power supply device described above, the drive voltage between the gate and the source of the Pch MOS transistor must be reduced as much as possible in order to reduce the drive loss. For this purpose, the clamp voltage must be reduced. . However, since the loss caused by clamping is proportional to the difference between the input voltage and the clamp voltage, there is a disadvantage that the loss at the time of clamping increases when the clamp voltage is reduced.
【0016】本発明の目的は、クランプ電圧を低くして
も、駆動損失が増大しないスイッチング電源装置の駆動
損失低減方法および装置を提供することである。An object of the present invention is to provide a method and a device for reducing the drive loss of a switching power supply device in which the drive loss does not increase even if the clamp voltage is reduced.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング電
源装置の駆動損失低減方法は、PWM制御回路により、
駆動回路を通してドレインにダイオードが接続された主
スイッチであるPchMOSトランジスタを駆動する段
階と、前記PchMOSトランジスタのゲートにアノー
ドを接続し、前記PchMOSトランジスタのソースに
カソードを接続した定電圧ダイオードにより前記Pch
MOSトランジスタのゲート・ソース間に印加させる電
圧をクランプする段階と、前記PchMOSトランジス
タをオンさせると同時に前記定電圧ダイオードによりク
ランプされた電圧でエネルギ蓄積用インダクタを励磁さ
せる段階と、前記励磁により前記エネルギ蓄積用インダ
クタに蓄積されたエネルギを入力電源に回生させる段階
とを有する。According to the present invention, there is provided a method of reducing driving loss of a switching power supply, comprising the steps of:
Driving a PchMOS transistor which is a main switch having a diode connected to a drain through a driving circuit; and connecting the PchMOS transistor with a gate connected to an anode and a source connected to the PchMOS transistor with a cathode connected to the PchMOS transistor.
Clamping a voltage applied between the gate and the source of the MOS transistor, turning on the Pch MOS transistor, and simultaneously exciting the energy storage inductor with the voltage clamped by the constant voltage diode; Regenerating the energy stored in the storage inductor to the input power supply.
【0018】このスイッチング電源装置の駆動損失低減
方法では、オン期間内にクランプされたエネルギーをイ
ンダクタに蓄え、主スイッチのオフ時間内にそのエネル
ギーを入力電源に回生するので、駆動損失の増大を防止
することができる。In this method for reducing the driving loss of the switching power supply, the energy clamped during the ON period is stored in the inductor, and the energy is regenerated to the input power supply during the OFF time of the main switch, thereby preventing an increase in the driving loss. can do.
【0019】前記主スイッチであるPchMOSトラン
ジスタのドレインに接続されたダイオードと並列に同期
整流用NchMOSトランジスタを設ける段階と、該同
期整流用NchMOSトランジスタと前記PchMOS
トランジスタを同時にオンすることがないように駆動す
る段階とを有してもよい。Providing a synchronous rectification NchMOS transistor in parallel with a diode connected to the drain of the PchMOS transistor as the main switch;
Driving the transistors so that the transistors are not turned on at the same time.
【0020】本発明のスイッチング電源装置は、ソース
に直流の入力電圧の供給を受け、この入力電圧をスイッ
チングしてドレインから断続電圧を出力する主スイッチ
ング用のPchMOSトランジスタと、出力電圧、出力
電流、入力電圧に対応して駆動パルス幅を制御するPW
M制御回路と、前記PWM制御回路の制御パルス信号の
供給に応答して前記PchMOSトランジスタを駆動す
る第1の駆動回路と、前記断続電圧を平滑して出力電圧
を出力する平滑回路とを備えるスイッチング電源装置に
おいて、前記PchMOSトランジスタのゲート・ソー
ス間に印加される電圧をクランプするためにアノードを
前記PchMOSトランジスタのゲートに接続し、カソ
ードを前記PchMOSトランジスタのソースに接続し
た定電圧ダイオードと、前記PchMOSトランジスタ
をオンさせるための第1の駆動用PchMOSトランジ
スタと、駆動用NchMOSトランジスタと、前記第1
の駆動用PchMOSトランジスタと前記駆動用Nch
MOSトランジスタにより前記定電圧ダイオードでクラ
ンプされたエネルギで励磁されるインダクタとを有す
る。The switching power supply of the present invention receives a DC input voltage at the source, switches the input voltage and outputs an intermittent voltage from the drain, a main switching PchMOS transistor, an output voltage, an output current, PW that controls drive pulse width according to input voltage
An M control circuit; a first drive circuit for driving the PchMOS transistor in response to a supply of a control pulse signal from the PWM control circuit; and a smoothing circuit for smoothing the intermittent voltage and outputting an output voltage. In the power supply device, a constant voltage diode having an anode connected to the gate of the PchMOS transistor and a cathode connected to the source of the PchMOS transistor, for clamping a voltage applied between the gate and the source of the PchMOS transistor; A first driving PchMOS transistor for turning on the transistor, a driving NchMOS transistor,
Driving PchMOS transistor and the driving Nch
An inductor excited by energy clamped by the constant voltage diode by a MOS transistor.
【0021】また、前記PWM制御回路の制御信号によ
り主スイッチたる前記PchMOSトランジスタをオフ
させるための第2の駆動用PchMOSトランジスタ
と、クランプエネルギ蓄積用インダクタのエネルギを入
力電源に回生するための前記インダクタの一端と入力電
源との間に接続された第1のダイオードと、前記インダ
クタの他端と接地との間に接続された第2のダイオード
とを有してもよい。Further, a second driving PchMOS transistor for turning off the PchMOS transistor which is a main switch according to a control signal of the PWM control circuit, and the inductor for regenerating energy of a clamp energy storage inductor to an input power supply. And a second diode connected between the other end of the inductor and the ground.
【0022】また、前記主スイッチであるPchMOS
トランジスタのドレインに接続されたダイオードと並列
に設けられた同期整流用NchMOSトランジスタと、
該NchMOSトランジスタと前記PchMOSトラン
ジスタとが、同時にオンすることを防止する手段とを有
することが望ましい。Also, the PchMOS as the main switch
An NchMOS transistor for synchronous rectification provided in parallel with a diode connected to the drain of the transistor;
It is desirable to have means for preventing the NchMOS transistor and the PchMOS transistor from turning on at the same time.
【0023】さらに、前記同期整流用NchMOSトラ
ンジスタを駆動する第2の駆動回路と、該駆動回路に一
定の電圧を供給する定電圧回路とを有するものであって
もよい。Further, the driving circuit may include a second driving circuit for driving the NchMOS transistor for synchronous rectification, and a constant voltage circuit for supplying a constant voltage to the driving circuit.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0025】図1は本発明のスイッチング電源装置の第
1実施形態の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a switching power supply according to a first embodiment of the present invention.
【0026】この実施形態のスイッチング電源装置は図
1に示すように、PWM制御回路1と駆動回路2と主ス
イッチであるPchMOSトランジスタQ1と第1の駆
動用PchMOSトランジスタQ2と第2の駆動用Pc
hMOSトランジスタQ3とNchMOSトランジスタ
Q4と定電圧ダイオードZD1とダイオードD1、D
2、D3とチョーククコイルL1とエネルギ蓄積用イン
ダクタL2と出力平滑容量C1とから構成されている。As shown in FIG. 1, the switching power supply of this embodiment has a PWM control circuit 1, a driving circuit 2, a PchMOS transistor Q1 as a main switch, a first driving PchMOS transistor Q2, and a second driving Pc.
hMOS transistor Q3, NchMOS transistor Q4, constant voltage diode ZD1, diodes D1, D
2, D3, a choke coil L1, an energy storage inductor L2, and an output smoothing capacitor C1.
【0027】PchMOSトランジスタQ1のソース
は、入力電源VINに接続され、PchMOSトランジス
タQ1のドレインはチョーククコイルL1の一端に接続
されており、PchMOSトランジスタQ1がオンの期
間は入力電源VINからチョーククコイルL1を通り出力
平滑容量C1により平滑された電圧が出力端3に現れ
る。また、ダイオードD3のカソードはPchMOSト
ランジスタQ1のドレインに接続されており、PchM
OSトランジスタQ1がオフの期間にダイオードD3、
チョーククコイルL1をとおり出力端3に電圧が現れ
る。この降圧方式のスイッチング電源回路において、P
chMOSトランジスタQ1のゲート・ソース間に入力
電源VINをクランプするための定電圧ダイオードZD1
がカソードをPchMOSトランジスタQ1のソース
に、アノードをPchMOSトランジスタQ1のゲート
に接続されている。第1の駆動用PchMOSトランジ
スタQ2はPchMOSトランジスタQ1を駆動される
ためのものであり、そのソースはPchMOSトランジ
スタQ1のソースに、そのドレインはPchMOSトラ
ンジスタQ1のゲートに接続されている。第2の駆動用
PchMOSトランジスタQ3とNchMOSトランジ
スタQ4はPchMOSトランジスタQ1をオンさせる
ためのトランジスタであり、かつ定電圧ダイオードZD
1によってクランプされた電圧をエネルギ蓄積用インダ
クタL2に印加し、クランプエネルギをインダクタL2
に蓄積させるように動作する。第2の駆動用PchMO
SトランジスタはソースをPchMOSトランジスタQ
1のゲートに、またドレインをインダクタL2の一端に
接続されている。駆動用NchMOSトランジスタQ4
のドレインはインダクタL2の他の一端に、また、ソー
スはグランドに接続される。ダイオードD1およびD2
はPchMOSトランジスタQ1のオン期間にインダク
タL2に蓄積されたエネルギを入力電源VINに回生させ
るように働く。ダイオードD1のカソードは入力電源V
INに、D1のアノードはインダクタL2の駆動用Nch
MOSトランジスタQ4に接続されている一端に接続さ
れる。ダイオードD2のカソードはインダクタL2の駆
動用PchMOSトランジスタQ3が接続されている一
端に、ダイオードD2のアノードはグランドに接続され
る。駆動用PchMOSトランジスタQ2、Q3および
NchMOSトランジスタQ4のゲートは駆動回路2を
通してPWM制御回路1に接続され、適切なデューティ
サイクルで駆動されるようになっている。[0027] The source of the PchMOS transistor Q1 is connected to a power source V IN, the drain of the PchMOS transistor Q1 is connected to one end of the choke click coil L1, the period PchMOS transistor Q1 is on choke from the input supply V IN The voltage smoothed by the output smoothing capacitor C1 through the coil L1 appears at the output terminal 3. Further, the cathode of the diode D3 is connected to the drain of the PchMOS transistor Q1.
While the OS transistor Q1 is off, the diode D3
A voltage appears at the output terminal 3 through the choke coil L1. In this step-down switching power supply circuit, P
Constant voltage diode ZD1 for clamping input power supply V IN between gate and source of chMOS transistor Q1
Has a cathode connected to the source of the PchMOS transistor Q1, and an anode connected to the gate of the PchMOS transistor Q1. The first driving PchMOS transistor Q2 is for driving the PchMOS transistor Q1, and its source is connected to the source of the PchMOS transistor Q1 and its drain is connected to the gate of the PchMOS transistor Q1. The second driving PchMOS transistor Q3 and the NchMOS transistor Q4 are transistors for turning on the PchMOS transistor Q1, and include a constant voltage diode ZD.
1 is applied to the energy storage inductor L2, and the clamp energy is applied to the inductor L2.
It operates to accumulate in. Second driving PchMO
The source of the S transistor is a PchMOS transistor Q
1 and the drain is connected to one end of the inductor L2. Driving NchMOS transistor Q4
Is connected to the other end of the inductor L2, and the source is connected to the ground. Diodes D1 and D2
Works to regenerate the energy stored in the inductor L2 to the input power source V IN during the ON period of the PchMOS transistor Q1. The cathode of the diode D1 is connected to the input power supply V.
IN , the anode of D1 is Nch for driving the inductor L2
Connected to one end connected to MOS transistor Q4. The cathode of the diode D2 is connected to one end of the inductor L2 to which the driving PchMOS transistor Q3 is connected, and the anode of the diode D2 is connected to ground. The gates of the driving PchMOS transistors Q2 and Q3 and the NchMOS transistor Q4 are connected to the PWM control circuit 1 through the driving circuit 2 so as to be driven with an appropriate duty cycle.
【0028】図2はPWM制御回路1の出力と、Pch
MOSトランジスタQ1のゲート電圧と、NchMOS
トランジスタQ4のドレイン電流とダイオードD1、D
2を流れる電流とインダクタL2を流れる電流の時間経
過を示している。FIG. 2 shows the output of the PWM control circuit 1 and Pch
Gate voltage of MOS transistor Q1 and NchMOS
Drain current of transistor Q4 and diodes D1, D
2 shows the lapse of time of the current flowing through the inductor 2 and the current flowing through the inductor L2.
【0029】図2に示すように、本実施形態のスイッチ
ング電源装置では、まず、PWM制御回路1の出力によ
り、PchMOSトランジスタQ1のゲートが駆動され
る。期間Iは、駆動用MOSトランジスタQ3およびQ
4がオンしてインダクタL2の浮遊容量CS を通してP
chMOSトランジスタQ1のゲート・ソース間の電荷
の一部が引抜かれている期間である。As shown in FIG. 2, in the switching power supply of this embodiment, first, the output of the PWM control circuit 1 drives the gate of the PchMOS transistor Q1. In the period I, the driving MOS transistors Q3 and Q3
4 is turned on and P is passed through the stray capacitance C S of the inductor L2.
This is a period during which a part of the charge between the gate and the source of the chMOS transistor Q1 is extracted.
【0030】インダクタL2の浮遊容量CS が充電され
ると、定電圧ダイオードZD1によるクランプ電圧はQ
1のゲート・ソース間絶対最大定格電圧より充分低く、
かつQ1を駆動するに充分高い電圧に設定されているの
で、期間IIでは、入力電源V INから定電圧ダイオードZ
D1を通してインダクタL2に励磁電流が流れる。The stray capacitance C of the inductor L2S Is charged
Then, the clamp voltage by the constant voltage diode ZD1 becomes Q
1 sufficiently lower than the absolute maximum rated voltage between the gate and the source,
And the voltage is set high enough to drive Q1
In period II, the input power V INTo constant voltage diode Z
An exciting current flows through the inductor L2 through D1.
【0031】期間III では、駆動用トランジスタQ3、
Q4がオフした後Q2がオンする。Q2がオンすること
により、PchMOSトランジスタQ1のゲート・ソー
ス間が短絡され、Q1はカットオフされる。一方、イン
ダクタL2に蓄積されたエネルギはQ3、Q4がオフし
ているので、ダイオードD2、インダクタL2およびダ
イオードD1をとおり、入力電源VINに回生される。In the period III, the driving transistors Q3,
After Q4 turns off, Q2 turns on. When Q2 is turned on, the gate and source of PchMOS transistor Q1 are short-circuited, and Q1 is cut off. On the other hand, the energy stored in the inductor L2 is regenerated to the input power supply VIN through the diode D2, the inductor L2, and the diode D1, since Q3 and Q4 are off.
【0032】図3(a)、(b)および(c)は、図2
の期間I、IIおよびIII における図1のスイッチング電
源装置の状態をシンボル化した等価回路で示している。FIGS. 3 (a), 3 (b) and 3 (c)
The state of the switching power supply of FIG. 1 during periods I, II, and III of FIG. 1 is shown by a symbolized equivalent circuit.
【0033】本実施形態のスイッチング電源装置では、
主スイッチのオン期間内にクランプされた電圧によるエ
ネルギがインダクタに蓄えられ、主スイッチのオフ期内
にそのエネルギが入力電源に回生されるので駆動損失の
増大が防がれる。すなわち、インダクタL2のインダク
タンスをL2とし、インダクタL2に流れる電流のピー
クをIL とすると、インダクタL2に蓄積されるエネル
ギは(1/2)・L2・IL 2であり、周期Tでスイッチ
ング動作をしている場合、最大(1/2)・L 2 ・IL 2
/Tの損失が低減できる。現実的な値として、L2の値
を500μH、IL を50mA、周期を3μsとすると
最大可能な損失改善値は、0.208Wとなる。In the switching power supply of this embodiment,
Emission due to the voltage clamped during the ON period of the main switch
Energy is stored in the inductor during the off period of the main switch.
Since the energy is regenerated to the input power supply,
Growth is prevented. That is, the inductor of the inductor L2
LanceTwoAnd the peak of the current flowing through the inductor L2.
IL Then, the energy stored in the inductor L2
Gi is (1/2) LTwo・ IL TwoAnd switches at period T
(1/2) L Two ・ IL Two
/ T loss can be reduced. As a realistic value, LTwoThe value of the
500 μH, IL Is 50 mA and the period is 3 μs
The maximum possible loss improvement is 0.208W.
【0034】また、クランプ電圧を5V程度に設定する
と、Q1としても充分駆動は可能であり、このときのQ
1の駆動損失は、 1500pF×(5V)2 /3μs=0.0125W となり、前述のように15VでQ1を駆動した場合に比
べ1/10程度損失が低減する。When the clamp voltage is set to about 5 V, it is possible to sufficiently drive Q1.
1 the drive loss, 1500pF × (5V) 2 /3μs=0.0125W next, is about 1/10 the loss compared to the case of driving the Q1 at 15V as described above to reduce.
【0035】図4は本発明のスイッチング電源装置の第
2実施形態の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a second embodiment of the switching power supply of the present invention.
【0036】この実施形態のスイッチング電源装置はポ
ータブル機器用のものであって効率の向上すなわち損失
の低減のため同期整流回路が用いられている。図4に示
すように、図1の回路に同期整流回路用の構成として、
定電圧回路4とインバータINV1と抵抗R1、R2、
R3、R4、R5とダイオードD4、D5、D6、D
7、D8とPchMOSトランジスタQ5、Q6、Q7
とが追加されている。NchMOSトランジスタQ5
は、同期整流用としてドレインをダイオードD3のカソ
ードに並列に接続されている。また、NchMOSトラ
ンジスタQ5のゲートはQ1を駆動するのと逆の位相で
駆動される。ここで、Q5のゲート・ソース間は入力電
源VINから定電圧回路4を通してPchMOSトランジ
スタQ6、Q7からなる駆動回路に印加される。抵抗R
1、R2、D4、D5およびインバータINV1はMO
SトランジスタQ2とQ3、Q4が同時にオンしないよ
うに選定され、抵抗R3、R4、D6、D7はMOSト
ランジスタQ6とQ7が同時にオンしないよう選定さ
れ、抵抗R5、D8によりPchMOSトランジスタQ
1と同期整流用トランジスタQ5の同時オンを制限して
いる構成となっている。The switching power supply device of this embodiment is for portable equipment, and uses a synchronous rectification circuit for improving efficiency, that is, reducing loss. As shown in FIG. 4, as a configuration for a synchronous rectification circuit in the circuit of FIG.
The constant voltage circuit 4, the inverter INV1, the resistors R1, R2,
R3, R4, R5 and diodes D4, D5, D6, D
7, D8 and PchMOS transistors Q5, Q6, Q7
And have been added. NchMOS transistor Q5
Has a drain connected in parallel with the cathode of the diode D3 for synchronous rectification. Further, the gate of NchMOS transistor Q5 is driven with a phase opposite to that of driving Q1. Here, between the gate and source of Q5, an input power supply V IN is applied to a drive circuit including Pch MOS transistors Q6 and Q7 through the constant voltage circuit 4. Resistance R
1, R2, D4, D5 and the inverter INV1 are
The S transistors Q2 and Q3 and Q4 are selected so as not to be turned on at the same time, the resistors R3, R4, D6 and D7 are selected so that the MOS transistors Q6 and Q7 are not turned on at the same time.
1 and the synchronous rectification transistor Q5 are simultaneously turned on.
【0037】本実施形態のスイッチング電源装置では同
期整流回路の採用により主スイッチQ1のドレインに接
続されたダイオードD3による損失が減少するので、さ
らに駆動損失の低減効率の向上をはかることができる。In the switching power supply of this embodiment, the loss due to the diode D3 connected to the drain of the main switch Q1 is reduced by employing the synchronous rectification circuit, so that the drive loss reduction efficiency can be further improved.
【0038】図5は本発明のスイッチング電源装置の第
3実施形態の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a switching power supply according to a third embodiment of the present invention.
【0039】この実施形態のスイッチング電源装置は図
1の駆動回路2に代ってインバータINV1とダイオー
ドD4、D5と抵抗R1、R2が用いられ、同期整流用
NchMOSトランジスタQ5とダイオードD8と抵抗
R5が追加された構成となっている。The switching power supply of this embodiment uses an inverter INV1, diodes D4 and D5, and resistors R1 and R2 instead of the drive circuit 2 shown in FIG. 1, and a synchronous rectification NchMOS transistor Q5, a diode D8 and a resistor R5. The configuration has been added.
【0040】同期整流用NchMOSトランジスタQ5
のゲートは駆動用NchMOSトランジスタQ4のドレ
インに、主スイッチであるPchMOSトランジスタQ
1との同時オン防止のために、抵抗R5とダイオードD
8の並列回路を通して接続されている。NchMOS transistor Q5 for synchronous rectification
Is connected to the drain of the driving NchMOS transistor Q4, and the PchMOS transistor Q
The resistor R5 and the diode D
They are connected through eight parallel circuits.
【0041】この実施形態のスイッチング電源装置は図
4の実施形態と同様に同期整流回路が採用されているの
で、駆動損失の増大を防止する上で、一層の効果があ
り、しかも最も少ない部品数で高い効率を挙げることが
できる。Since the switching power supply of this embodiment employs a synchronous rectifier circuit as in the embodiment of FIG. 4, it is more effective in preventing an increase in drive loss and has the smallest number of parts. High efficiency.
【0042】[0042]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、主スイッ
チのオン期間にインダクタに蓄積されたエネルギをオフ
期間に入力電源に回生することにより、クランプ電圧を
低くしても駆動損失の増大が防がれる効果があり、ま
た、同期整流用PchMOSトランジスタを設けたもの
は、さらに駆動損失が低減されたスイッチング電源装置
が実現するという効果がある。As described above, the present invention regenerates the energy stored in the inductor during the on-period of the main switch to the input power supply during the off-period, thereby increasing the drive loss even when the clamp voltage is reduced. The switching power supply device having the PchMOS transistor for synchronous rectification has an effect of realizing a switching power supply device with further reduced drive loss.
【図1】本発明のスイッチング電源装置の第1実施形態
の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of a switching power supply of the present invention.
【図2】図1のスイッチング電源装置の動作を示すタイ
ミングチャートである。FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the switching power supply device of FIG.
【図3】(a)、(b)および(c)は図1のスイッチ
ング電源装置の動作を説明するためのシンボル化した等
価回路である。3 (a), 3 (b) and 3 (c) are symbolized equivalent circuits for explaining the operation of the switching power supply device of FIG. 1;
【図4】本発明のスイッチング電源装置の第2実施形態
の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a switching power supply device according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明のスイッチング電源装置の第3実施形態
の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a switching power supply device according to a third embodiment of the present invention.
【図6】スイッチング電源装置の従来例の回路図であ
る。FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional switching power supply device.
【図7】図6のスイッチング電源装置の駆動回路の回路
図である。7 is a circuit diagram of a drive circuit of the switching power supply device of FIG.
1 PWM制御回路 2 駆動回路 3 出力端 4 定電圧電源 Q1 主スイッチ(PchMOSトランジスタ) Q2 駆動用PchMOSトランジスタ Q3 駆動用PchMOSトランジスタ Q4 駆動用NchMOSトランジスタ Q5 同期整流スイッチ(NchMOSトランジス
タ) Q6、Q7 PchMOSトランジスタ D1、D2 クランプエネルギ回生用ダイオード D3 フライホイール用ダイオード D4、D5、D6、D7、D8 ダイオード ZD1 クランプ用定電圧ダイオード VIN 入力電源 L1 チョークコイル C1 出力平滑容量 CS 浮遊容量 L2 クランプエネルギ蓄積用インダクタ R1、R2、R3、R4、R5 抵抗REFERENCE SIGNS LIST 1 PWM control circuit 2 drive circuit 3 output terminal 4 constant voltage power supply Q1 main switch (PchMOS transistor) Q2 drive PchMOS transistor Q3 drive PchMOS transistor Q4 drive NchMOS transistor Q5 synchronous rectifier switch (NchMOS transistor) Q6, Q7 PchMOS transistor D1 , D2 Clamp energy regeneration diode D3 Flywheel diode D4, D5, D6, D7, D8 Diode ZD1 Clamp constant voltage diode V IN input power supply L1 Choke coil C1 Output smoothing capacitance C S stray capacitance L2 Clamp energy storage inductor R1 , R2, R3, R4, R5 resistance
Claims (6)
法において、 PWM制御回路により、駆動回路を通してドレインにダ
イオードが接続された主スイッチであるPchMOSト
ランジスタを駆動する段階と、 前記PchMOSトランジスタのゲートにアノードを接
続し、前記PchMOSトランジスタのソースにカソー
ドを接続した定電圧ダイオードにより前記PchMOS
トランジスタのゲート・ソース間に印加させる電圧をク
ランプする段階と、 前記PchMOSトランジスタをオンさせると同時に前
記定電圧ダイオードによりクランプされた電圧でエネル
ギ蓄積用インダクタを励磁させる段階と、 前記励磁により前記エネルギ蓄積用インダクタに蓄積さ
れたエネルギを入力電源に回生させる段階とを有するこ
とを特徴とするスイッチング電源装置の駆動損失低減方
法。1. A method for reducing driving loss of a switching power supply, comprising: driving a PchMOS transistor, which is a main switch having a diode connected to a drain, through a driving circuit by a PWM control circuit; and connecting an anode to a gate of the PchMOS transistor. The PchMOS is connected by a constant voltage diode having a cathode connected to the source of the PchMOS transistor.
Clamping the voltage applied between the gate and the source of the transistor; turning on the PchMOS transistor and exciting the energy storage inductor with the voltage clamped by the constant voltage diode; and energizing the energy storage inductor. Regenerating the energy stored in the inductor for the input power supply.
ンジスタのドレインに接続されたダイオードと並列に同
期整流用NchMOSトランジスタを設ける段階と、 該同期整流用NchMOSトランジスタと前記PchM
OSトランジスタを同時にオンすることがないように駆
動する段階とを有する請求項1記載のスイッチング電源
装置の駆動損失低減方法。2. A step of providing an NchMOS transistor for synchronous rectification in parallel with a diode connected to a drain of a PchMOS transistor serving as the main switch, wherein the NchMOS transistor for synchronous rectification and the PchM transistor are provided.
Driving the OS transistor so that the OS transistor is not turned on at the same time.
この入力電圧をスイッチングしてドレインから断続電圧
を出力する主スイッチング用のPchMOSトランジス
タと、出力電圧、出力電流、入力電圧に対応して駆動パ
ルス幅を制御するPWM制御回路と、前記PWM制御回
路の制御パルス信号の供給に応答して前記PchMOS
トランジスタを駆動する第1の駆動回路と、前記断続電
圧を平滑して出力電圧を出力する平滑回路とを備えるス
イッチング電源装置において、 前記PchMOSトランジスタのゲート・ソース間に印
加される電圧をクランプするためにアノードを前記Pc
hMOSトランジスタのゲートに接続し、カソードを前
記PchMOSトランジスタのソースに接続した定電圧
ダイオードと、 前記PchMOSトランジスタをオンさせるための第1
の駆動用PchMOSトランジスタと、 駆動用NchMOSトランジスタと、 前記第1の駆動用PchMOSトランジスタと前記駆動
用NchMOSトランジスタにより前記定電圧ダイオー
ドでクランプされたエネルギで励磁されるインダクタと
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。3. A source supplied with a direct current input voltage,
A main switching PchMOS transistor for switching the input voltage to output an intermittent voltage from a drain, a PWM control circuit for controlling a drive pulse width corresponding to an output voltage, an output current, and an input voltage; In response to the supply of the control pulse signal, the PchMOS
In a switching power supply device comprising: a first drive circuit for driving a transistor; and a smoothing circuit for smoothing the intermittent voltage and outputting an output voltage, for clamping a voltage applied between a gate and a source of the PchMOS transistor. To the Pc
a constant-voltage diode connected to the gate of the hMOS transistor and having a cathode connected to the source of the PchMOS transistor, a first diode for turning on the PchMOS transistor;
A driving PchMOS transistor, a driving NchMOS transistor, and an inductor which is excited by the first driving PchMOS transistor and the energy clamped by the constant voltage diode by the driving NchMOS transistor. Switching power supply.
スイッチたる前記PchMOSトランジスタをオフさせ
るための第2の駆動用PchMOSトランジスタと、 クランプエネルギ蓄積用インダクタのエネルギを入力電
源に回生するための前記インダクタの一端と入力電源と
の間に接続された第1のダイオードと、 前記インダクタの他端と接地との間に接続された第2の
ダイオードとを有する請求項3記載のスイッチング電源
装置。4. A second driving PchMOS transistor for turning off the PchMOS transistor as a main switch according to a control signal of the PWM control circuit, and the inductor for regenerating energy of a clamp energy storage inductor to an input power supply. 4. The switching power supply according to claim 3 , further comprising: a first diode connected between one end of the inductor and an input power supply; and a second diode connected between the other end of the inductor and ground. 5.
ンジスタのドレインに接続されたダイオードと並列に設
けられた同期整流用NchMOSトランジスタと、 該NchMOSトランジスタと前記PchMOSトラン
ジスタとが、同時にオンすることを防止する手段とを有
する請求項4記載のスイッチング電源装置。5. A means for preventing an NchMOS transistor for synchronous rectification provided in parallel with a diode connected to a drain of a PchMOS transistor serving as the main switch, and for simultaneously turning on the NchMOS transistor and the PchMOS transistor. The switching power supply device according to claim 4, comprising:
タを駆動する第2の駆動回路と、 該駆動回路に一定の電圧を供給する定電圧回路とを有す
る請求項5記載のスイッチング電源装置。6. The switching power supply according to claim 5, further comprising a second drive circuit for driving the NchMOS transistor for synchronous rectification, and a constant voltage circuit for supplying a constant voltage to the drive circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09238472A JP3137045B2 (en) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | Method and apparatus for reducing drive loss of switching power supply |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09238472A JP3137045B2 (en) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | Method and apparatus for reducing drive loss of switching power supply |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1189225A JPH1189225A (en) | 1999-03-30 |
| JP3137045B2 true JP3137045B2 (en) | 2001-02-19 |
Family
ID=17030753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09238472A Expired - Fee Related JP3137045B2 (en) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | Method and apparatus for reducing drive loss of switching power supply |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3137045B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7400519B2 (en) | 2002-08-29 | 2008-07-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Switching power supply |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5127293B2 (en) * | 2007-05-07 | 2013-01-23 | パナソニック株式会社 | Drive device |
| CN108762457A (en) * | 2018-05-30 | 2018-11-06 | 郑州云海信息技术有限公司 | It is a kind of to stablize the enabled device and method of safe low level for storage system |
-
1997
- 1997-09-03 JP JP09238472A patent/JP3137045B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7400519B2 (en) | 2002-08-29 | 2008-07-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Switching power supply |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1189225A (en) | 1999-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7928713B2 (en) | Method and apparatus for synchronous buck with active negative current modulation | |
| CN204810144U (en) | Electric output holding circuit is fallen in input | |
| US7528589B2 (en) | Step-up DC/DC converter and electronic appliance therewith | |
| US11323031B2 (en) | Half-bridge driver circuit with a switched capacitor supply voltage for high side drive signal generation | |
| US20060133116A1 (en) | Synchronous rectifier gate drive shutdown circuit | |
| JP4247048B2 (en) | DC voltage converter | |
| CN100389536C (en) | DC-DC Converter | |
| JP2006158042A (en) | Switching power supply | |
| JP2005269855A (en) | DC motor drive circuit | |
| JP3137045B2 (en) | Method and apparatus for reducing drive loss of switching power supply | |
| US7557547B2 (en) | Self exited oscillation converter providing a stable output voltage from a wide range of input voltages | |
| CN101399022B (en) | Grid drive device and method | |
| JP2005261009A (en) | Switching power supply circuit and electronic device using the same | |
| JPH10248256A (en) | Switching power-supply apparatus with electricity-saving function | |
| JP5699562B2 (en) | Driving circuit | |
| CN115021595B (en) | Power supply and control circuit, integrated circuit and switching power supply | |
| JPH07222439A (en) | DC-DC converter | |
| JPH11187653A (en) | Synchronous rectifying circuit and dc-to-dc converter using the same | |
| JP2835279B2 (en) | AC-DC converter | |
| CN111181425B (en) | Buck-boost driving circuit, air conditioner, method and computer readable storage medium | |
| JP4465713B2 (en) | Switching power supply device and synchronous rectifier circuit | |
| JP2006296118A (en) | Charger | |
| JP3164201B2 (en) | DC power supply | |
| US7170246B2 (en) | Motor control apparatus | |
| CN2702527Y (en) | Reversed phase transfer circuit capable of preventing anti-driving |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |